JPH086498B2 - 構造物の制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は構造物の振動を低減する制振装置に関する。

（従来の技術） 従来、地震や風荷重等による外力から建築物等の構造
物の振動を低減する制振装置としては、 （ａ）構造物の最上部に振り子の作用をする装置（これ
は構造物と同一の固有振動数を有する）を設置し、構造
物に伝わる振動を振り子の運動エネルギに変換すること
で構造物の振動を低減する振り子方式のもの、 （ｂ）構造物の上部に水を封入した容器（これは構造物
と同一の固有周期を有する）を設置し、構造物に伝わる
振動を、外力と位相を逆にして容器内の水の運動エネル
ギに変換し構造物の振動を低減するスロッシング方式の
もの、 （ｃ）構造物の天井に取り付けた金属プレートと、構造
物の床面から独立に立ち上がる壁の上端に取り付けた金
属プレートとを擦り合わせることによって、振動を摩擦
エネルギに変換し、これにより構造物の振動を低減させ
る摩擦ダンパ方式のものが知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来の制振装置は何れも
機械方式で制振する構成であるため、外部からの振動に
対して応答性が遅い問題がある。

また、振り子方式及びスロッシング方式の制振装置で
は、装置自体が重量化し、構造物に対する構造上の負担
が大きくなる問題がある。

また、摩擦ダンパ方式では、金属プレートの静止摩擦
係数と動摩擦係数との違いによって作動時に衝撃力が発
生するため、安定した制振制御を行ない難く、また、発
錆等の劣化が生じる問題がある。更に、摩擦ダンパは天
井とこれに対面する床面間に介在させるため、ワンフロ
アーに対し２個所以上必要となり、階数が多くなると摩
擦ダンパの数量が増大し、構造が複雑化する問題があ
る。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたもの
で、本発明の目的は、応答性に優れ、構造物に対する負
担も小さく、簡易な構成で構造物の制振を安定して行え
る構造物の制振装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明を実施例に対応する
図面を参照して説明する。

本発明は、構造物１の内部に設置され磁性微粒子が略
的一に分散浮遊する磁性流体３を封入した容器２と、電
流を供給することで発生する磁力を前記容器２内の磁性
流体３に作用させることにより該磁性流体３中の浮遊磁
性微粒子を前記容器２内の一部側に吸引集合させて前記
構造物１の重心を変化させる電磁コイル４と、前記電磁
コイルに電流を供給する電源９とを備えてなる構造物の
制振装置である。

（作用） 電磁コイル４が電源９から供給される電流により励磁
され、その磁力が容器２内の磁性流体３に作用すると、
磁性流体３中に分散浮遊する磁性微粒子が電磁コイル４
側に吸引集合され、容器２を含めた構造物１の重心位置
を変化させる。これにより構造物１全体の固有振動数が
変化し、構造物１の外部振動周波数に対する共振点を変
化させて外部振動周波数帯域外へ移行させる。

従って、磁性流体３に磁力を与えるという簡易な構成
で構造物１の制振を安定して行なえ、しかも外部からの
振動に迅速に応答でき、制振装置の構造物１に対する負
担も小さくできる。

この場合、電磁コイル４の配設箇所は容器２の上下や
左右或は内部など任意である。

また、本発明においては、振動センサ８で検出した地
震振動等の外部振動波の周波数に応じて電磁コイル４に
供給される電流を制御する制御手段７を設けることによ
り、外部振動による構造物の制振制御が容易になる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は第１実施例の概略構成図である。

１は地上に設置される建築等の構造物で、構造物１の
内部には、非磁性材料からなる所定大きさ、形状の密閉
容器２を設置する。

容器２内には、構造物１全体の固有振動数を変化させ
る磁性流体３を充填封入する。

容器２の下部には、磁性流体３に磁力を作用させるこ
とで構造物１の重心を変化させるための電磁コイル４を
設置し、電磁コイル４は電源装置９と接続する。この場
合、電磁コイル４として超電導材料を利用すれば、エネ
ルギロスが少なく効率的である。

前記磁性流体３は、例えば水又は溶液と磁性微粒子と
を混合したコロイド溶液で構成する。

容器２の構造物１内への設置位置、大きさ及び形状
は、封入される磁性流体３の比重、電磁コイル４から発
生する磁力を勘案して決定し、これにより構造物１全体
の固有振動数が構造物１に作用する危険な振動帯域から
外れるように選定する。

上記のように構成された本実施例の制振装置におい
て、電磁コイル４が非励磁状態にある時、磁性流体３中
の磁性微粒子は容器２内全体に均一に分散しているた
め、磁性流体封入容器２を含めた構造物１全体の重心
は、第２図（ａ）に示すように底面からL2の位置にあ
る。なお、磁性流体封入容器２がない場合の構造体１の
重心は、第２図（ｂ）に示すように底面からL1（L1＞L
2）の位置にある。

また、電磁コイル４が通電により励磁されると、第１
図の破線に示すように磁束が発生し、これにより磁性流
体３中の磁性微粒子を容器２の底部へ吸収集合させるた
め、容器２底部側の比重が大きくなる。これに伴い磁性
流体封入容器２を含めた構造物全体の重心は、第１図に
示すように底面からL3（L1＞L2＞L3）の位置に変化す
る。

このように構造物１の重心がL2からL3へと変化する
と、構造物１全体の固有振動数がf2からf3（f2＜f3）へ
と増加し、これによって地盤振動等に対する構造物１の
共振点が上昇することになり、地盤振動等に対する構造
物１の振動が低減されることになる。

本実施例では、構造物１内部に磁性流体３を封入した
容器２を設置し、この容器２内の磁性流体３の比重分布
を電磁コイル４の磁力により変化させることで構造体１
の重心を下方へ変化させ、その固有振動数を増大方向へ
変化させるものであるから、構造物１の共振点が高くな
って、外部振動の影響を受けにくくなるほか、地震動等
に対する構造物１の振動を容易に低減し得る。

また、構造物の固有振動数を変化させる重量可変体は
磁性流体であり、通常（電磁コイル４に通電していない
時）この磁性流体は比重が小さいため、構造物に対する
構造上の負担を小さくできる。

また、従来の摩擦ダンパ方式のような発錆等による経
年変化もなく、安定した制振機能を維持できる。

第３図は第２実施例の概略構成図である。

第２実施例では、地盤上に建築した構造物１内の床面
上に磁性流体３を封入した密閉容器２を支持台６を介し
て設置し、容器２の下部には電磁コイル４を設置すると
共に、電磁コイル４に供給される電力を制御する制御部
７を設けている。

また、構造物１から離れた地点には、地盤振動を検知
するための振動センサ８を複数個設置し、この各振動セ
ンサ８で検知した地震波動信号を前記制御部７に入力す
るようにしている。

また、制御部７の制御信号は電磁コイル４に電力を供
給する電源装置９に出力するようにしている。

次に、第２実施例の動作を第４図に示すフローチャー
トを参照して説明する。

地盤振動が発生すると、各振動センサ８が地震振動波
を検知し、これを電流信号に変換して制御部７に入力す
る（ステップSI）。

制御部７では、入力されてきた地震振動波の周波数を
シグナルアナライザのような周知の周波数解析手段を利
用して解析し（ステップS2）、この周波数に応じて電磁
コイル４に供給される電流を最適値に決定し（ステップ
S3）、この電流値を発生させるための制御指令を電源装
置９に出力する。

この電流は、容器２に封入した磁性流体３中の磁性微
粒子を電磁コイル４の配置側は吸引集合して構造物１全
体の重心を下げた時に変化する構造物１全体の固有振動
数が危険な地盤振動帯域から外れる値に設定される。ま
た、この電流値の算出手法としては、例えば、外部振動
周波数に対する構造物１の共振点と電流値との関係を実
験的に求めて変換テーブルを構築しておき、この変換テ
ーブルを参照して外部振動周波数から電流値を求めるよ
うにすればよい。

そして、この制御指令を電源装置９に加えることによ
って、電源装置９から電磁コイル４に通電される電流を
制御される（ステップS4）。

電磁コイル４に電流が流れると、その電流値に応じた
磁力が発生し、この磁力が容器２内の磁性流体３に作用
することによって、磁性流体３内の磁性微粒子が容器の
底部側へ吸引集合する。

その結果、構造物１全体の重心は第１図の場合と同様
に下方へ移動し、同時に構造物１全体の固有振動数を最
適値に上昇させて地盤振動の周波数帯域から外し、構造
物１が地盤振動と共振しないようにする。これにより構
造物１は制振され、構造物１の振動が低減されることに
なる。

このように第２実施例では、第１実施例と同様な効果
が得られるほか、構造物の固有振動数を他盤振動の周波
数に対応させて変化できるので、構造物の制振制御が最
適となる。

なお、第1,第２実施例では、容器２の下部に電磁コイ
ル４を配設した場合について説明したが、電磁コイル４
の配設箇所は適用する構造物の形状や、容器の配設箇所
等に応じて容器２の上下や左右或は内部に配設する等任
意である。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、磁
性微粒子が略均一に分散浮遊する磁性流体を封入した容
器を構造物の内部に設置し、電磁コイルに外部振動周波
数に応じた電流を供給することで発生する磁力を容器内
の磁性流体に作用させることにより磁性流体中の浮遊磁
性微粒子を電磁コイル側へ吸引集合させて構造物の重心
を変化させ、これにより構造物前記の固有振動数を変化
させる構成にしたので、応答性に優れ、構造物に対する
負担も小さく、簡易な構成で構造物の制振を安定して行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１実施例の概略構成図、第２図
（ａ）（ｂ）はその説明図、第３図は第２実施例の概略
構成図、第４図はその動作説明用のフローチャートであ
る。 尚図中１は構造物、２は容器、３は磁性流体、４は電
磁コイル、７は制御部、８は振動センサ、９は電源装置
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の内部に設置され磁性微粒子が略均
   一に分散浮遊する磁性流体を封入した容器と、 電流を供給することで発生する磁力を前記容器内の磁性
   流体に作用させることにより該磁性流体中の浮遊磁性微
   粒子を前記容器内の一部側に吸引集合させて前記構造物
   の重心を変化させる電磁コイルと、 前記電磁コイルに電流を供給する電源と、 を備えてなる構造物の制振装置。
2. 【請求項２】前記電磁コイルは前記容器の下部に設置さ
   れている請求項１記載の構造物の制振装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の構造物の制振装置におい
   て、地震振動等の外部振動波の周波数を検出する振動セ
   ンサと、この振動センサで検出した周波数に応じて前記
   電磁コイルに供給される電流を制御する制御手段を更に
   設けたことを特徴とする構造物の制振装置。