JPH08177264A - 制振装置 - Google Patents

制振装置

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JPH08177264A
JPH08177264A JP32273594A JP32273594A JPH08177264A JP H08177264 A JPH08177264 A JP H08177264A JP 32273594 A JP32273594 A JP 32273594A JP 32273594 A JP32273594 A JP 32273594A JP H08177264 A JPH08177264 A JP H08177264A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
weight
linear motion
motion mechanism
vibration
gear
Prior art date
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Pending
Application number
JP32273594A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Murano
健一 村野
Tatsuya Nakajima
達也 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
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  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被制振体の振動周期に対応して駆動周期を容
易に変更出来る制振装置。 【構成】 制振装置のフレーム4にはアーム7で吊り下
げられた錘8が取り付けられ、軸5を回転中心として振
り子運動をする。この振り子運動は歯車6、歯車9、お
よびピニオン歯車10を介してラック11に直線運動と
して伝達する。またフレーム4には減速機付きモーター
14が取り付けられ、モーター14の駆動は歯車13を
介してラック11に伝わり、フレーム4に水平運動を起
こさせる。 【効果】 計算式により歯車6、歯車9、およびピニオ
ン歯車10の径を算出し、これを組み合わせることによ
り錘8の振り子運動の周期を目標とする制振周期に一致
させることが極めて容易に出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば、高層建物、鉄
塔等の構造物の上部に取り付けられてこれら構造物の地
震、風等による振動振幅を抑えて早期に振動を滅衰させ
るため用いる制振装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、構造物制振装置としては、多
くの研究がなされており、各種の技術が提案されてい
る。元来、このような構造物制振装置において制振効果
を効率的に得るには、被制振体の固有周期と制振装置の
固有周期を一致させることが求められる。
【0003】また、エネルギー効率を高く得るには、振
り子運動をするような保存系のものが有利であり、この
場合は制振装置の駆動装置が最小限度なもので所期の性
能を得ることが出来る上、ランニングコストも最小にな
る。
【0004】ところが、被制振体が建物などの場合、そ
の一次の固有周期は4秒以上であることが多い。そのた
め振り子の回転半径を長くする必要があり、ワイヤ等で
振り子を形成するには4メートル以上の長さになるの
で、建物の中に収めることが出来なくなる。
【0005】ワイヤ式の振り子でこの問題を解決したの
が特開平2−289720号公報(以下引例1という)
に開示された技術であり、ワイヤを折り返すことにより
制振装置の固有周期を得るものである。
【0006】次に、油圧のアキュムレータによりエネル
ギーを吸収させ、振り子運動をさせるものに特開平1−
242845号公報(以下引例2という)に開示された
技術がある。同様にばねにエネルギーを吸収させ、振り
子運動をさせるものに特開平2−300478号公報
(以下引例3という)に開示された技術がある。
【0007】また、錘を円弧運動させることで振り子運
動と同じ効果を得るものに特開平2−102945号公
報(以下引例4という)に開示された技術がある。この
場合円弧状に錘が運動するように円弧状の案内軌道が備
えられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】建物等の被制振体の固
有周期は予測していたものと実際の物とは多少の違いが
あり、これに対応して制振装置の固有周期を調整するこ
とが望ましい。
【0009】しかしながら、引例1の場合、ワイヤの長
さを調整して被制振体の固有周期と制振装置の固有周期
を一致させることは極めて困難である。
【0010】引例2及び引例3の場合は、バルブの制御
やばねを交換することで被制振体の固有周期に合わせて
制振装置の固有周期を調整することは可能であるが容易
に出来るものではなく、引例2の場合は油の管理上に問
題があり、引例3の場合はばねの定数の設定が難しいも
のとなる。
【0011】引例4の場合は、円弧状の錘の半径を変更
しなければならないため、被制振体の固有周期に合わせ
て制振装置の固有周期を調整することは殆ど不可能であ
る。
【0012】上記のように従来の構造物制振装置では、
被制振体の固有周期に合わせて制振装置の固有周期を調
整することは困難であるという問題点があった。
【0013】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、被制振体の振動周期に対応して制振
装置の駆動周期を容易に変更出来る制振装置を得ること
を目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明は前記の目的を
達成するためになされたもので、請求項1にかかる発明
は、被制振体上に設けられた架台と、この架台上に備え
られた直線案内軌道に沿って水平方向に移動自在な直動
機構体と、この直動機構体に軸止めされて鉛直平面内で
振り子運動可能な錘とを備えると共に、この錘の振子運
動軸に直結された歯車と、前記架台の上に設けられたこ
の歯車に噛合するラックとを備え、このラックと前記歯
車により錘の振れる方向と直動機構体の運動方向が同方
向となるように直動機構体が拘束されており、更に前記
架台上に設けられ前記直動機構体を直動させる駆動モー
タと、前記錘の振れ角を検知する角度センサと、錘の振
れ角と所定角度との比較を行い、その結果に基づいて前
記駆動モータの駆動力を制御する制御装置とを備えたも
のである。
【0015】また、請求項2にかかる発明は、錘の振子
運動軸に直結された歯車をラックに直接噛み合わせるこ
となく、ラックに噛み合うピニオンに噛み合わせること
により同一の目的を達成するものである。
【0016】さらに、請求項3にかかる発明は、錘の振
子運動軸に直結された歯車とラックに噛み合うピニオン
とを、少なくとも1つ以上の歯車を介して結合すること
により、同一の目的を達成するものである。
【0017】
【作用】図2は本発明の基本的計算根拠を示す数学モデ
ル図である。図において、ビル等の被制振体1に対して
架台2を設け、その架台2の水平方向に直動機構体とし
て上部に質量M1 の錘を支える質量M2 のフレーム4を
設ける。錘M1 はフレーム4から、軸5を芯とするアー
ム7を介して回転自由となっており、直動方向に振り子
運動をする。この振り子運動の回転力は歯車6により歯
車9に伝えられ、この歯車9の回転力はピニオン10に
伝えられる。ピニオン10は架台2に設けられたラック
と噛み合っており、これらの歯車機構及びラック・ピニ
オン機構により、直動機構体であるフレーム4は、錘M
1が図の右に振れたときは右に、左に振れたときは左に
駆動されるようになっている。
【0018】歯車6、9とピニオン10の半径をそれぞ
れa、b、c、軸5から錘M1の重心までの距離をe、
錘M1の振れ角をθとすると、上記の構成条件におい
て、振り子運動の周期を目標とする制振周期に一致させ
るための計算理論は以下の計算式となる。
【0019】錘M1の水平方向位置をx、フレーム4の
水平方向位置をyとすると、 y=(a・c/b)θ (1) x=e・sinθ+y (2) また、アーム7に掛かる張力をT、重力加速度をgとす
れば、 Tcosθ−M1 g=0 (3) −Tsinθ−M1 (d2x/dt2)=0 (4) また、軸5まわりのモーメントをQとすれば Q=(M1 gsinθ+M1 (d2x/dt2)・cosθ)・e (5) −M2 (d2y/dt2)+Tsinθ−(Q・b)/(a・c)=0 (6) θ≒sinθの範囲にて考えると、x,yを消去して
ac/b=d とおけば、上記の計算式から、振り子運
動周期の方程式としては {M1 (e+d)(e+e/d)+M2 d} (d2θ/dt2) +M1 ・(e/d) ・gθ=0 (7) ここにおいて、 M2 =k・M1 とおけば錘M1 の振
り子運動周期τは 数1 により求められる。
【0020】
【数1】
【0021】即ち、eとdとkの値により、自由に周期
を設計できることが分かる。即ち、本発明においては、
被制振体の揺れにより制御装置よりの指令をうけてモー
タが駆動し架台上に備えられた直動機構体が直線案内軌
道に沿って水平方向に移動する時、噛合する歯車とラッ
クにより錘の振り子運動が被制振体の揺れと錘の振れる
同一方向の直線運動を起こすようになり、これにより被
制振体の揺れを抑制することが出来る。この際、上記の
関係式により、被制振体の固有周期と制振装置の固有周
期を容易に一致させることができるので、効率のよい制
振装置とすることができる。
【0022】
【実施例】図1は本発明の一実施例の構成を示すため一
部断面を示す正面図である。図において、被制振体1の
上に制振装置の架台2がとりつけられており、架台2の
上に直線案内3が設けられていて直動機構体のフレーム
4が水平方向に直動する際の案内をするようになってい
る。また架台2上にはラック11が設けられている。フ
レーム4には減速機付きモーター14が取り付けられて
おり、このモーター14の駆動は歯車13を介してラッ
ク11に伝わり、フレーム4に水平運動を起こさせるよ
うになっている。フレーム4には軸5によりアーム7で
吊り下げられた錘8が取り付けられており、軸5を回転
中心として振り子運動をする。この軸5に直結して歯車
6が備えられ、同じくフレーム4の側面にこの歯車6と
噛合う歯車9、および歯車9と同軸にピニオン歯車10
が取付けられており、このピニオン歯車10はラック1
1と噛合っていて、軸5を回転中心とした振り子運動を
ラック11に直線運動として伝達する。16は制御装置
であって、軸5に取り付けられた角度センサ12の角度
を検出し、目標角度との比較を行い、減速機付きモータ
ー14の駆動を制御する。制御のアルゴリズムは、制振
制御として周知のものであるので説明を省略する。15
は制御装置16と角度センサ12および減速機付きモー
ター14との間の信号を伝えるケーブルである。
【0023】上記のように構成された本発明の制御装置
においては、錘8の振り子運動の周期を目標とする制振
周期に一致させる必要を生じた時、前記数1の計算式に
より歯車6、歯車9、およびピニオン歯車10の径を算
出し、これを組み合わせることにより容易に行うことが
出来る。したがって被制振体の固有振動周期が変化して
も、これに対応して錘およびフレームの往復運動が行わ
れるようにすることは極めて容易となる。
【0024】なお、本実施例は請求項3の発明に対応す
るものであるが、請求項1の発明に対応する実施例とし
て、歯車6を直接ラック11に噛み合わせても同様の効
果が得られる。この場合には、歯車6の直径を変えて、
それに対応して軸5の位置を変更すること、およびアー
ム7の長さを変えることで固有振動数を変化させること
ができる。
【0025】また、請求項2の発明に対応するものとし
て、歯車6とピニオン10を直接噛み合わせてもよい。
この場合には、錘8とフレーム4の運動方向を一致させ
るために、ラック11をピニオン10の上側に設置する
必要がある。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、以上説明したように、
被制振体の振動による錘の振り子運動を水平方向の往復
運動に変化させることにより、被制振体の揺れを抑制す
ることが極めて容易になり、かつ、被制振体の固有周期
と制振装置の固有周期を容易に一致させることができる
ので、駆動力においても常に効率のよい駆動をすること
が出来る。よって、ランニングコストも節減出来るとい
う極めて顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すため一部断面を
示す正面図である。
【図2】本発明の基本的計算根拠を示す数学モデル図で
ある。
【符号の説明】
1.被制振体 2.架台 3.直線案内 4.フレーム(直動機構体) 5.軸 6.歯車 7.アーム 8.錘 9.歯車 10.ピニオン歯車 11.ラック 12.角度センサ 13.歯車 14.減速機付きモータ 15.ケーブル 16.制御装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被制振体上に設けられた架台と、この架
    台上に備えられた直線案内軌道に沿って水平方向に移動
    自在な直動機構体と、この直動機構体に軸止めされて鉛
    直平面内で振り子運動可能な錘とを備えると共に、この
    錘の振子運動軸に直結された歯車と、前記架台の上に設
    けられこの歯車に噛合するラックとを備え、このラック
    と前記歯車により錘の振れる方向と前記直動機構体の運
    動方向が同方向となるように直動機構体が拘束されてお
    り、更に前記架台上に設けられ前記直動機構体を直動さ
    せる駆動モータと、前記錘の振れ角を検知する角度セン
    サと、錘の振れ角と所定角度との比較を行い、その結果
    に基づいて前記駆動モータの駆動力を制御する制御装置
    とを備えたことを特徴とする制振装置。
  2. 【請求項2】 被制振体上に設けられた架台と、この架
    台上に備えられた直線案内軌道に沿って水平方向に移動
    自在な直動機構体と、この直動機構体に軸止めされて鉛
    直平面内で振り子運動可能な錘とを備えると共に、この
    錘の振子運動軸に直結された歯車と、前記架台の上に設
    けられたラックと、前記直動機構体上に設けられこのラ
    ックと前記歯車に噛合するピニオンとを備え、このピニ
    オン、前記ラック及び前記歯車により錘の振れる方向と
    前記直動機構体の運動方向が同方向となるように直動機
    構体が拘束されており、更に前記架台上に設けられ前記
    直動機構体を直動させる駆動モータと、前記錘の振れ角
    を検知する角度センサと、錘の振れ角と所定角度との比
    較を行い、その結果に基づいて前記駆動モータの駆動力
    を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする制振装
    置。
  3. 【請求項3】 被制振体上に設けられた架台と、この架
    台上に備えられた直線案内軌道に沿って水平方向に移動
    自在な直動機構体と、この直動機構体に軸止めされて鉛
    直平面内で振り子運動可能な錘とを備えると共に、この
    錘の振子運動軸に直結された歯車と、前記架台の上に設
    けられたラックと、前記直動機構体上に設けられこのラ
    ックに噛合するピニオンと、前記歯車とこのピニオンを
    接続する少なくとも1つの歯車とを備え、この歯車、前
    記ピニオン、前記ラック及び前記錘の振子運動軸に直結
    された歯車により錘の振れる方向と前記直動機構体の運
    動方向が同方向となるように直動機構体が拘束されてお
    り、更に前記架台上に設けられ前記直動機構体を直動さ
    せる駆動モータと、前記錘の振れ角を検知する角度セン
    サと、錘の振れ角と所定角度との比較を行い、その結果
    に基づいて前記駆動モータの駆動力を制御する制御装置
    とを備えたことを特徴とする制振装置。
JP32273594A 1994-12-26 1994-12-26 制振装置 Pending JPH08177264A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 20001017