JPS63165652A - 免震、防振の最適制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地震等外部振動に対する免震、防振の最適制
御方式に関する。

〔従来の技術〕

免震、防振は建物や建物内の床、若しくは床上の機械装
置を対象として行われ、例えば建物に対するものでは基
礎と建物間に防振ゴムを配設したり、機械装置を対象と
するものでは床上の機械基礎とその上の機械装置の間に
防振ゴムやバネ材を配設したりする。

また、建物躯体を基礎部分として床をゴムやバネで支承
して床全体を免震、防振構造とすることもある。

いずれにせよ、建物や機械装置等の免震、防振対象物は
地震等の外部振動を受けた時は基礎部分に対し振動周期
を長（するようにしてローラ若しくはゴム材やバネ材を
介して支承され、また振動エネルギーを熱その他のエネ
ルギーに変換して振動を減衰するために、シリンダダン
パや磁石ダンパがこの免震、防振対象物と基礎部分間に
設けられる。

かかるダンパは常時作動させるわけでなく、地震発生時
にのみ働くように制御する必要がある。

そして、磁石ダンパのうち電磁ダンパを例にとると、こ
れは電磁石と電磁石の両極間に置かれた導体板からなり
、いずれか一方を基礎部分側に、他方を建物等免震、防
振対象物側に設ける。そして、基礎部分に外部振動条件
を測定するセンサーを設け、地震発生を該センサーが検
知するとその出力により電磁石に通電し、磁力を発生さ
せる。

電磁石と導体板間には振動の速度に比例した制動力が生
じる。この制動力は導体板中に発生した渦電流によるも
のであり、渦電流は電気エネルギーとして消耗され、振
動は減衰する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のダンパの制御方式では、ダンパは制動
定数が固定のものとしてとらえられ、免震、防振対象物
の振動は線形振動となるために、制振までの時間が長く
かかる。また、外部振動を検知するセンサーは基礎部分
側に設けられ、電磁ダンパに対して開ループ制御回路を
形成するため、やはり、制振させるまでの時間は長くか
かることになり効果が不十分である。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、制振まで
の時間を短縮して、効果を向上させることができる免震
、防振の最適制御方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するため、基礎部分と免震、防
振対象物間に制御可能なダンパを配設し、免震、防振対
象物側に振動変化測定用のセンサーを設け、その測定値
が設定値以上になったときに該測定値からコンピュータ
ーで最適免震を行う制動力を計算し、この計算結果を変
換器で物理量に変換してダンパの制御を行い、該ダンパ
による免震結果を前記センサーで測定して再び同様な免
震をダンパで行うのを繰り返すことを要旨とするもので
ある。

〔作用〕

本発明によれば、免震、防振対象物のダンパ制御は、コ
ンピューターにより最適免震を行う制動力を計算して行
われるものであり、その都度ダンパの減衰定数は免震、
防振対象物の振動の速度、加速度の関数で決定すること
ができ、振動は非線形振動となり、制振時間は短く、振
幅が小さい免震、防振が可能となる。また、センサーは
建物、機械装置等の免震、防振対象物に直接取付けられ
ており、その測定値に応じてダンパ制御が行われる。閉
ループ回路の制御回路を形成するため、制振時間はさら
に短（なる。

〔実施例〕

以下、図面について本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の免震、防振の最適制御方式の概要図で
、図中１は基礎部分、２は免震、防振対象物を示す。

先にも述べたように免震、防振対象物２としては、建物
、床、機械装置などが考えられ、これらに対して基礎部
分１としては建物基礎又は大地、建物胛体、建物床など
が対象となる。そして、免震、防振対象物２は、バネや
防振ゴム等の弾性体３又は往復運動可能なローラ、ベア
リング（図示せず）若しくはビン結構造などにより、主
に基礎部分１に対しこの基礎部分１が地震等の外部振動
を受けたときにその振動周期を長（して振動するように
組合わされる。

電磁石を用いた電磁ダンパ４を、該基礎部分１又は免震
、防振対象物２のいずれか一方に、その導体板４ｂを他
方に取付ける。

また、変位計、速度計、加速度計からなる振動変化測定
用のセンサー５を免震、防振対象物２側に設け、その計
測出力をリミッタ−６を介してコンピューター７に導入
する。このリミッタ−６はセンサー５から制御範囲を定
めるものであり、一方コンピューター７の出力は変換器
８に導入され、これを受けた変換器８は電磁ダンパ４の
コイル４ａに接続される。

第２図は、本発明方式の等価ブロック回路図であり、実
線は力学的回路、点線は電気的回路を示し、Ｘは変位、
ｉは速度、２は加速度、ｖ、ｖ’。

Ｖ“はそれぞれ、ｘ、　　灸、　マの電圧変換値である
。

地震等外部振動を受けたときに、まず基礎部分１が振動
し、次いで免震、防振対象物２が振動する。この免震、
防振対象物２の振動はセンサー５で変位（Ｘ）、速度（
わ、加速度（マ）が測定され、その値が予めリミッタ−
６に設定された以上になったとき、センサー５の測定値
をコンピューター７で最適免震を行う制動力を計算する
。

そして、計算結果をダンパ４を制御する物理量に変換器
８で変換して本方式の免震を行う。なお、弾性体３及び
ダンパ４の制振作用は前記従来例で説明したのと同じで
ある。

その免震結果をセンサー５で測定し、再び最適免震を行
う。このように制御は閉ループ回路で行われ、これは免
震、防振対象物２を制振させるまでの時間が短く、効果
的に免震、防振ができるものである。

ところで、一般的に地震等減衰振動による振動は下記の
（１）式によって表される。

ｘ”’ａ　　　ｃｏｓ　　ω　ｔ α：減衰定数、ω：基本角周波数、ｔ：時間この場合の
波形、和平面を第３図に示す。

これは、地震そのものの振動又は基礎部分１の振動とし
てとらえることができ、−万、免震、防振対象物２では
弾性体３及び電磁ダンパ４があるので、下記の（２）式
のごとく式に置きかえられる。

−・−−−−−−−−−−（２） ｍ：免震対象物の質量 Ｃ：電磁ダンパの定数 に：弾性体３の弾性定数 そして、（２）式を解くと下記（３）式となる。

ただしＣ１＋　　Ｃ２は定数 この場合の波形、和平面を第４図に示す。

以上は、コンピューター７でダンパ制御の最適計算を行
わない場合であり、ダンパ４を定係数ダンパとして用い
るため、振動は線形振動となる。

一方、本発明では、電磁ダンパ４の制動力を免震、防振
対象物２の振動の速度、加速度の関数ｆ（ｘ＋　　ｘ＋
　　ｘ）で使用し、これをコンピューター７で計算して
変換器８に出力するようにする変係数ダンパとして用い
るため、その振動は非線形振動となり、一般に（４）式
で表される。

（４）式の解法はｆ　　（ｘ、　　ｘ、　　ｘ）で異な
り、一般的には不可能であるが、その波形、和平面を第
５図に示す。

これら、第３図〜第５図の和平面から明らかなように免
震、防振方式を非線形振動にしてそのｄ　ｘ　／　ｄ　
ｔの変係数ｆ　　（ｘ、　　ｘ、　　ｘ）を適当にする
と割振時間が短く、振幅が小さくて免震、防振できるこ
とが知見できる。本発明では、さらに制御回路が閉ルー
プ回路であるためよりいっそう制振時間が短く、振幅が
小さくて免震、防振が可能となる。

なお、前記実施例はダンパに電磁ダンパを用いたもので
説明したが、制御可能なものであれば油圧ダンパ、空圧
ダンパのごときシリンダタイプのものでも同様である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の免震、防振の最適制御方式
は、変係数のダンパを用い振動を非線形振動とし、さら
に制御回路を閉ループ回路とする４）ため、予め設定し
た強度以上の地震等あらゆる外部振動に対して理論的な
最小振幅、最小時間で免震、防振ができ、従来のものと
比べて効率が格段と向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の免震、防振の最適制御方式の１実施例
を示す概要図、第２図は同上等価ブロック回路図、第３
図は地震波の振動波形と和平面図、第４図は定係数磁石
ダンパによる振動波形と和平面図、第５図は本発明のダ
ンパによる振動波形と和平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基礎部分と免震、防振対象物間に制御可能なダンパを配
   設し、免震、防振対象物側に振動変化測定用のセンサー
   を設け、その測定値が設定値以上になったときに該測定
   値からコンピューターで最通免震を行う制動力を計算し
   、この計算結果を変換器で物理量に変換してダンパの制
   御を行い、該ダンパによる免震結果を前記センサーで測
   定して再び同様な免震をダンパで行うのを繰り返すこと
   を特徴とする免震、防振の最適制御方式。