KR101471148B1 - Vibration shielding apparatus and earthquake-proof generator having the same - Google Patents
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Abstract
대상물로의 진동 전달을 차폐하기 위한 진동 차폐 장치와 그것이 적용된 내진 발전기에 관한 것으로, 진동 차폐 장치는 박스 형태의 차폐함, 대상물이 탑재되며 차폐함의 내부 공간에서 이동 가능하도록 설치되는 베드, 차폐함과 베드 사이에 삽입되는 스프링댐퍼, 차폐함과 베드 사이에 삽입되어 차폐함의 진동에 따라 가변되는 댐핑력으로 스프링댐퍼의 신축을 제동하는 액추에이터, 및 차폐함의 진동에 기초하여 액추에이터의 댐핑력을 제어하기 위한 신호를 출력함으로써 액추에이터를 제어하는 제어기를 포함한다.The present invention relates to a vibration shielding device for shielding transmission of vibration to an object and a vibration isolation device to which the vibration shielding device is applied. The vibration shielding device includes a box-shaped shielding box, a bed mounted with a movable object in the interior space of the shielding box, A spring damper inserted between the shield and the bed, an actuator for braking the expansion and contraction of the spring damper by a damping force varying according to the vibration of the shield, and an actuator for controlling the damping force of the actuator based on the vibration of the shield. And a controller for controlling the actuator by outputting a signal.
Description
대상물로의 진동 전달을 차폐하기 위한 진동 차폐 장치와 그것이 적용된 내진 발전기에 관한 것이다. To a vibration shielding device for shielding vibration transmission to an object and a seismic generator to which the vibration shielding device is applied.
발전기, 모터, 펌프, 계측기기 등과 같은 설비는 지진 등과 같은 진동원(vibration source)에 기인하여 발생되는 진동에 의해 성능이 열화되는 특성을 갖고 있다. 최근 세계 여러 지역에서 크고 작은 지진으로 인하여 수많은 인명피해 및 재산 피해가 발생하고 있다. 국가 재난 시스템의 재고, 건축물의 내진 설계 강화 등 이러한 피해를 최소화하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. Facilities such as generators, motors, pumps, measuring instruments and the like have characteristics in which performance is deteriorated due to vibrations caused by vibration sources such as earthquakes. In recent years, large and small earthquakes have caused numerous casualties and property damage in many parts of the world. Various attempts have been made to minimize such damages, such as inventory of national disaster systems, strengthening of seismic design of buildings.
공장, 관공서, 및 병원 등에는 상용 전원의 차단 시에 자가 발전하여 최소한의 비상 전력을 공급할 수 있도록 발전기가 설치되어 있다. 종래의 발전기는 발전기를 고정시키기 위한 앵커볼트와 발전기의 전도를 방지하기 위한 스토퍼만으로 지진에 대비하도록 되어 있어 발전기의 진동을 실질적으로 억제할 수 없었다. 이에 따라, 발전기가 지진의 진동에 견디지 못하고 고장이 나게 되면 발전기는 비상 전력을 생산할 수 없으며 그에 따라 재난 구조에 필요한 전력을 공급할 수 없어 심각한 사회적 피해를 야기할 수 있다. Generators are installed in factories, government offices, hospitals, etc. to supply the minimum emergency power when self-generated power is cut off from commercial power. The conventional generator can not substantially suppress the vibration of the generator because the anchor bolt for fixing the generator and the stopper for preventing conduction of the generator are prepared for the earthquake. Accordingly, if the generator fails to withstand the vibration of the earthquake and fails, the generator can not produce emergency power, and accordingly can not supply the necessary power for disaster relief, thereby causing serious social harm.
지진 등에 의한 설비의 진동을 제거하기 위해 엠알댐퍼(Magneto-Rheological damper)를 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 엠알댐퍼는 매우 고가의 부품으로서 진동 제거에 일반적으로 사용되는 데에는 한계가 있었다. 특히, 비상 발전기와 같은 대형 설비는 그 무게로 인해 이것의 진동을 제거하기 위해서는 대형 엠알댐퍼가 요구되어 대형 설비에 실제로 적용된 사례가 거의 없었다. 게다가, 종래기술은 지진으로 인해 야기되는 고속으로 불규칙하게 변화되는 진동을 완벽하게 제거할 수 없었다. Research is underway to use a magneto-rheological damper to remove the vibration of facilities due to earthquakes. The EM damper is a very expensive component and has a limitation in being generally used for vibration elimination. In particular, large-scale equipment such as emergency generators require a large air damper in order to remove the vibration of the large-sized equipment due to its weight, and there have been few cases where large facilities are actually applied. In addition, the prior art has not been able to completely eliminate high speed irregularly changing vibrations caused by earthquakes.
저렴한 비용으로 고속으로 불규칙하게 변화되는 진동이 대상물로 전달되는 것을 차단할 수 있을 뿐만 아니라 중력 공간의 관점에서 베드의 위치가 항상 고정되어 있도록 함으로써 대상물의 진동이 보다 완벽하게 제거될 수 있게 하는 진동 차폐 장치를 제공하는데 있다. 또한, 이러한 진동 차폐 장치가 적용된 내진 발전기를 제공하는데 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다. A vibration shielding device capable of preventing vibrations from being irregularly changed at a high speed and at a low cost to be transmitted to an object and also allowing the position of the bed to be always fixed in view of the gravity space, . Another object of the present invention is to provide an earthquake-resistant generator to which such a vibration-shielding apparatus is applied. The present invention is not limited to the above-described technical problems, and another technical problem may be derived from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 진동 차폐 장치는 대상물이 설치되는 공간의 베이스플레이트 상에 설치되는 박스 형태의 차폐함; 상기 대상물이 탑재되며 상기 차폐함의 내부 공간에서 이동 가능하도록 설치되는 베드; 상기 차폐함과 상기 베드 사이에 삽입되어 상기 차폐함의 진동으로 인한 차폐함과 베드의 간격 변화에 따라 신축되는 적어도 하나의 스프링댐퍼; 상기 차폐함과 상기 베드 사이에 삽입되어 상기 차폐함의 진동에 따라 가변되는 댐핑력(damping power)으로 상기 스프링댐퍼의 신축을 제동하는 적어도 하나의 액추에이터; 및 상기 차폐함의 진동에 기초하여 상기 적어도 하나의 액추에이터의 댐핑력을 제어하기 위한 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 액추에이터에 출력함으로써 상기 적어도 하나의 액추에이터를 제어하는 제어기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vibration shielding apparatus comprising: a box-shaped shielding box installed on a base plate of a space in which an object is installed; A bed on which the object is mounted and installed so as to be movable in an inner space of the shielding case; At least one spring damper inserted between the shielding case and the bed and being expanded and contracted according to a change of a gap between the shielding case and the bed due to the vibration of the shielding case; At least one actuator interposed between the shielding case and the bed for braking the expansion and contraction of the spring damper by a damping force varying with the vibration of the shielding case; And a controller for controlling the at least one actuator by generating a signal for controlling the damping force of the at least one actuator based on the vibration of the shield and outputting the signal to the at least one actuator.
상기 각 액추에이터의 길이는 상기 차폐함과 상기 베드의 간격 변화에 따라 변화되고, 상기 댐핑력은 상기 각 액추에이터의 길이 변화에 저항하는 방향으로 작용함으로써 상기 스프링댐퍼의 신축을 제동할 수 있다. 상기 각 액추에이터는 상기 차폐함의 일 내측면에 부착되는 실린더, 상기 베드의 일 내측면에 부착되며 상기 실린더의 내외를 이동하는 피스톤, 및 상기 실린더의 내부에서 상기 피스톤을 감싸며 상기 제어기로부터 출력된 전기 신호에 따라 변화되는 점도를 갖는 유체를 포함하고, 상기 피스톤의 이동은 상기 유체의 점도에 의해 제동됨으로써 상기 유체의 점도는 상기 댐핑력을 형성할 수 있다. 상기 각 액추에이터는 상기 실린더의 내부에 위치하여 상기 제어기로부터 출력된 전기 신호로부터 자기장을 형성하는 코일을 더 포함하고, 상기 유체는 상기 코일에 의해 형성된 자기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 엠알유체(Magneto-Rheological fluid)일 수 있다.The length of each of the actuators is changed in accordance with a change in the distance between the shield and the bed, and the damping force acts in a direction to resist a change in the length of each actuator, so that the expansion and contraction of the spring damper can be braked. Wherein each of the actuators includes a cylinder attached to one inner side surface of the shield, a piston attached to one inner side surface of the bed and moving inside and outside the cylinder, and an electric signal Wherein the movement of the piston is braked by the viscosity of the fluid so that the viscosity of the fluid can form the damping force. Wherein each of the actuators further includes a coil positioned inside the cylinder and forming a magnetic field from an electric signal output from the controller, wherein the fluid is a magnet having a viscosity varying with a magnitude of a magnetic field formed by the coil, Lt; / RTI > fluid.
상기 적어도 하나의 스프링댐퍼는 상기 베드의 횡방향으로 서로 대향하는 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 삽입되는 복수 개의 스프링댐퍼와 상기 베드의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 삽입되는 복수 개의 스프링댐퍼를 포함하고, 상기 적어도 하나의 액추에이터는 상기 횡방향으로 스프링댐퍼가 삽입된 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 삽입되는 적어도 하나의 액추에이터와 상기 종방향으로 스프링댐퍼가 삽입된 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 삽입되는 적어도 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다.Wherein the at least one spring damper comprises a plurality of spring dampers inserted between the inner side of the shield and the outer side of the bed facing each other in the lateral direction of the bed and the inner side of the shield and the inner side of the bed facing each other in the longitudinal direction of the bed Wherein the at least one actuator includes at least one actuator inserted between an inner surface of a shielded case in which the spring damper is inserted and an outer surface of the bed, and a plurality of spring dampers inserted between the outer surfaces, And at least one actuator inserted between the inner surface of the shielded case into which the spring damper is inserted and the outer surface of the bed.
상기 제어기는 상기 차폐함의 수평방향 진동으로 인한 베드의 수평방향 이동과 반대로 상기 베드가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성하여 상기 각 액추에이터에 출력함으로써 상기 각 액추에이터를 제어할 수 있다. The controller generates an adjustment signal for damping force of each actuator for variable braking the expansion and contraction of each spring damper so that the bed moves so as to move the bed in the horizontal direction due to the horizontal vibration of the shield box, So that the actuators can be controlled.
상기 제어기는 상기 제어기에 의해 제어된 각 액추에이터의 동작에 따른 대상물의 실제 위치 정보를 피드백받고, 상기 베드의 기준 위치에 대한 베드의 실제 위치의 편차에 CDIDF AFC(Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) 알고리즘을 적용하여 상기 차폐함의 진동으로 인해 상기 대상물에 가해지는 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호를 산출하고, 상기된 산출된 신호를 이용하여 상기 편차가 제거되는 방향으로 상기 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 상기 베드의 수평방향 이동과 반대로 베드가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다. Wherein the controller is configured to feedback the actual position information of the object according to the operation of each actuator controlled by the controller and to calculate a CDIDF AFC (Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) on the deviation of the actual position of the bed with respect to the reference position of the bed, Algorithm is applied to calculate a signal having a phase opposite to that of the disturbance applied to the object due to the vibration of the shield box, and using the calculated signal, the damping force of each of the actuators So as to move the bed in a direction opposite to the horizontal movement of the bed, it is possible to generate a damping force adjustment signal for each actuator for variable braking of the expansion and contraction of each spring damper.
상기 제어기는 상기 차폐함의 진동 파형에 따라 예측되는 베드의 이동 경로와 반대되는 이동 경로를 상기 베드의 기준 위치로 설정하고, 상기 제어기에 의해 제어된 각 액추에이터의 동작에 따른 베드의 실제 위치 정보를 피드백받고, 상기 설정된 베드의 기준 위치에 대한 베드의 실제 위치의 편차가 제거되는 방향으로 상기 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 상기 베드의 수평방향 이동과 반대로 베드가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다. The controller sets a movement path of the bed opposite to the movement path of the bed predicted according to the vibration waveform of the shield box as the reference position of the bed and outputs actual position information of the bed according to the motion of each actuator controlled by the controller Generating a control signal for damping force of each of the actuators in a direction in which the deviation of the actual position of the bed with respect to the reference position of the set bed is removed so that the bed moves in a direction opposite to the horizontal movement of the bed, It is possible to generate an adjustment signal of the damping force of each actuator for variable braking of the expansion and contraction.
본 발명의 일 측면에 따른 진동 차폐 장치는 상기 차폐함의 내부 공간의 바닥면에 설치되어 상기 베드를 지지하면서 상기 차폐함의 내부 공간에서의 상기 베드의 수평 이동에 따라 슬라이딩되어 수평 이동되는 적어도 하나의 슬라이더를 더 포함할 수 있다. 상기 슬라이더는 상기 차폐함의 내부 공간의 바닥면에 부착되는 하판, 상기 하판에 결합되어 상기 하판의 상면을 덮는 덮개, 및 상기 베드를 지지하면서 상기 베드의 수평 이동에 따라 상기 하판과 상기 덮개에 의해 형성된 공간 내에서 상기 하판과 상기 덮개 사이에 슬라이딩되어 수평 이동되는 무버를 포함할 수 있다. The vibration shielding device according to one aspect of the present invention includes at least one slider installed on a bottom surface of the inner space of the shielding box and horizontally moved in accordance with the horizontal movement of the bed in the inner space of the shielding box while supporting the bed, As shown in FIG. The slider includes a lower plate attached to a bottom surface of the inner space of the shielding box, a cover coupled to the lower plate and covering the upper surface of the lower plate, and a cover formed by the lower plate and the cover in accordance with the horizontal movement of the bed while supporting the bed. And a mover slidably moving between the lower plate and the cover within the space.
본 발명의 다른 측면에 따른 내진 발전기는 본 발명의 일 측면에 따른 진동 차폐 장치; 및 상기 베드에 탑재되는 발전기를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a vibration isolator according to one aspect of the present invention; And a generator mounted on the bed.
차폐함과 대상물이 탑재되며 차폐함의 내부 공간에서 이동 가능하도록 설치되는 베드 사이에 삽입되어 있는 액추에이터가 차폐함의 진동에 따라 댐핑력(damping power)을 가변하여 차폐함과 베드 사이에 삽입되어 있는 스프링댐퍼의 신축을 제동하도록 함으로써 대상물의 하중에 비해 매우 작은 댐핑력으로 고속으로 변화되는 차폐함의 진동에 대응할 수 있어 저렴한 비용으로 이러한 진동이 대상물로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 특히, 액추에이터가 엠알댐퍼로 구현될 경우에 엠알댐퍼는 입력 전류의 변화에 따른 댐핑력 변화의 응답속도가 매우 빠르기 때문에 고속으로 변화되는 진동, 예를 들어 지진으로 인한 진동을 제거하기에 적합하다. An actuator inserted between a shielding box and a bed installed so as to be movable in an inner space of a shielding box changes the damping power in accordance with the vibration of the shielding box, and the spring damper inserted between the shielding box and the bed, It is possible to cope with the vibration of the shield box changing at a high speed with a very small damping force as compared with the load of the object, so that the vibration can be prevented from being transmitted to the object at low cost. Particularly, when the actuator is implemented as an eccentric damper, the eccentric damper is suitable for eliminating vibrations due to rapid changes in the damping force due to a change in the input current, for example, vibrations due to an earthquake.
또한, 베드의 횡방향으로 서로 대향하는 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 복수 개의 스프링댐퍼가 삽입되고 베드의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 복수 개의 스프링댐퍼가 삽입되며, 횡방향으로 스프링댐퍼가 삽입된 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 적어도 하나의 액추에이터가 삽입되고 종방향으로 스프링댐퍼가 삽입된 차폐함의 내측면과 베드의 외측면 사이에 적어도 하나의 액추에이터가 삽입됨으로써 차폐함의 수평방향 진동의 횡방향 성분과 종방향 성분이 병렬로 억제될 수 있어 차폐함의 수평방향 진동의 어떤 성분도 대상물로 전달되지 않게 된다.A plurality of spring dampers are inserted between the inner surface of the shield and the outer surface of the bed, which are opposed to each other in the lateral direction of the bed, and between the inner surface of the shield and the outer surface of the bed, A damper is inserted and at least one actuator is inserted between the inner surface of the shield and the outer surface of the bed in which the spring damper is inserted in the lateral direction and between the inner surface of the shield and the outer surface of the bed in which the spring damper is inserted in the longitudinal direction By inserting the at least one actuator, the lateral component and the longitudinal component of the horizontal vibration of the shield box can be suppressed in parallel, so that no component of the horizontal vibration of the shield box is transmitted to the object.
또한, 차폐함의 수평방향 진동으로 인한 베드의 수평방향 이동과 반대로 베드가 움직이도록 각 스프링댐퍼의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성하여 각 액추에이터에 출력함으로써 베드는 차폐함의 수평방향 진동으로 인한 베드의 수평방향 이동과 반대로 차폐함의 내부 공간에서 움직이게 되어 중력 공간의 관점에서 베드의 위치는 항상 고정되어 있게 되어, 그 결과, 대상물의 진동은 보다 완벽하게 제거될 수 있다.In addition, a control signal for damping force of each actuator for varying the expansion and contraction of each spring damper is generated and output to each actuator so that the bed moves in opposition to the horizontal movement of the bed due to the horizontal vibration of the shielding box, In contrast to the horizontal movement of the bed due to the horizontal oscillation, it moves in the interior space of the shield so that the position of the bed is always fixed in terms of gravity space, so that the oscillation of the object can be more completely eliminated.
특히, 베드의 기준 위치에 대한 베드의 실제 위치의 편차에 CDIDF AFC(Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) 알고리즘을 적용하여 차폐함의 진동으로 인해 대상물에 가해지는 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호를 산출함으로써 지진 등으로 인해 고속으로 불규칙하게 변화되는 차폐함의 진동이 대상물로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 차폐함의 진동 파형에 따라 예측되는 베드의 이동 경로와 반대되는 이동 경로를 베드의 기준 위치로 설정함으로써 차폐함의 진동 파형을 미리 예측하여 베드의 움직임을 제어할 수 있어 고속으로 불규칙하게 변화되는 차폐함의 진동이 대상물로 전달되는 것을 차단할 수 있다. In particular, by applying the CDIDF AFC (Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) algorithm to the deviation of the actual position of the bed with respect to the reference position of the bed, a signal having a phase opposite to the disturbance applied to the object due to the vibration of the shield, It is possible to prevent the vibration of the shielding box, which is irregularly changed at high speed due to an earthquake or the like, from being transmitted to the object. In addition, by setting the movement route opposite to the movement path of the bed predicted according to the vibration waveform of the shielding box to the reference position of the bed, the motion of the bed can be controlled by predicting the vibration waveform of the shielding box, The vibration of the cabinet can be prevented from being transmitted to the object.
차폐함의 내부 공간의 바닥면에 설치되어 베드를 지지하면서 차폐함의 내부 공간에서의 베드의 수평 이동에 따라 슬라이딩되어 수평 이동되는 적어도 하나의 슬라이더에 의해 차폐함과 베드 사이의 마찰이 거의 없어지게 되어, 대상물 자체의 질량에 따른 관성력을 최대한 이용하여 대상물이 설치된 중력 공간에서의 대상물의 위치가 보다 신속하게 작은 힘으로 고정되도록 할 수 있으며, 액추에이터의 가변 댐핑력이 스프링댐퍼의 신축 제동에 정확하게 작용하도록 할 수 있어 차폐함의 내부 공간에서의 베드의 움직임이 정확하게 제어될 수 있다. 그 결과, 대상물의 진동이 보다 완벽하게 제거될 수 있다.The friction between the shield and the bed is substantially eliminated by at least one slider that is installed on the bottom surface of the inner space of the shield and slides horizontally along the horizontal movement of the bed in the inner space of the shield while supporting the bed, The position of the object in the gravity space in which the object is installed can be fixed more quickly with a small force by utilizing the inertial force according to the mass of the object itself and the variable damping force of the actuator can be precisely applied to the elastic braking of the spring damper The movement of the bed in the inner space of the shielding box can be accurately controlled. As a result, the vibration of the object can be more completely removed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 차폐 장치(100)의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 횡단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 종단면도이다.
도 4는 도 1-4에 도시된 각 액추에이터(105)의 종단면도이다.
도 5는 도 2-3에 도시된 슬라이더(109)의 종단면도이다.
도 6은 도 2-3에 도시된 슬라이더(109)의 횡단면도이다.
도 7은 도 2-3에 도시된 슬라이더(109)의 평면도이다.
도 8은 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 플랜트의 진동 모델을 도시한 도면이다.
도 9는 도 1-4에 도시된 각 엠알댐퍼(105)의 전기적 모델을 도시한 도면이다.
도 10은 도 1-3에 도시된 제어기(110)의 구성도이다.
도 11은 도 10에 도시된 비선형 제어기(1101)에 적용되는 CDIDF AFC 제어 시스템의 블록선도이다.
도 12는 도 11에 도시된 CDIDF AFC 제어기의 상세 블록선도이다.
도 13은 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 제어 시스템의 블록선도이다.
도 14는 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)가 적용된 내진 발전기의 횡단면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 내진 발전기의 종단면도이다. 1 is a perspective view of a
2 is a cross-sectional view of the vibration-
3 is a longitudinal sectional view of the
Fig. 4 is a longitudinal sectional view of each
5 is a longitudinal sectional view of the
6 is a cross-sectional view of the
7 is a plan view of the
Fig. 8 is a diagram showing a vibration model of the plant of the
FIG. 9 is a diagram showing an electrical model of each
10 is a configuration diagram of the
11 is a block diagram of a CDIDF AFC control system applied to the
12 is a detailed block diagram of the CDIDF AFC controller shown in FIG.
13 is a block diagram of the control system of the
14 is a cross-sectional view of a seismic generator to which the
15 is a longitudinal sectional view of the earthquake-resistant generator shown in Fig.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 발전기, 모터, 펌프, 계측기기 등과 같은 설비는 지진 등과 같은 진동원(vibration source)에 기인하여 발생되는 진동에 의해 성능이 열화되는 특성을 갖고 있다. 이하에서 설명되는 실시예들은 이러한 설비로의 진동 전달을 차폐하기 위한 진동 차폐 장치와 그 진동 차폐 장치가 적용된 내진 발전기에 관한 것이다. 이하에서는 상기된 설비를 비롯하여 진동 차폐의 대상이 되는 모든 유형물을 포괄하여 "대상물"이라고 호칭하기로 하며, 진동 차폐 장치의 제어 시스템의 제어 대상이 되는 모든 유형물을 포괄하여 "플랜트(plant)"라고 호칭하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Facilities such as generators, motors, pumps, measuring instruments and the like have characteristics in which performance is deteriorated due to vibrations caused by vibration sources such as earthquakes. The embodiments described below relate to a vibration shielding apparatus for shielding transmission of vibration to such a facility and a seismic generator to which the vibration shielding apparatus is applied. Hereinafter, all the tangible objects to be subjected to vibration shielding as well as the above-mentioned facilities will be referred to as "object ", and all tangible objects to be controlled by the control system of the vibration shielding device are referred to as" .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 차폐 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 횡단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 종단면도이다. 도 1-3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 차폐 장치(100)는 베이스플레이트(base plate)(101), 차폐함(shield box)(102), 베드(bed)(103), 4 개의 스프링댐퍼(spring damper)(104), 2 개의 액추에이터(actuator)(105), 4 개의 방진기(106), 8 개의 앵커볼트(107), 4 개의 스토퍼(stopper)(108), 4 개의 슬라이더(109), 제어기(110), 변위센서(111), 및 지진센서(112)로 구성된다.FIG. 1 is a perspective view of a
베이스플레이트(101)는 진동 차폐 장치(100)의 기초 구조물에 해당하는 부분으로 발전기, 모터, 펌프, 계측기기 등과 같은 대상물(10)이 설치되는 공간의 바닥에 설치되는 평판이다. 베이스플레이트(101)는 대형의 대상물(10)을 안정적으로 지지함과 동시에 지진 등과 같은 진동원에 덜 민감하게 반응하도록 하기 위해 콘크리트 등과 같은 단단하고 무거운 소재로 제작됨이 바람직하다. 대상물(10)이 설치되는 공간의 바닥면이 콘크리트 등으로 이루어진 경우, 베이스플레이트(101)는 내진 장치가 설치되는 공간의 콘트리트 바닥면이 될 수도 있다. 진동 차폐의 대상물(10)은 일반적으로 대형이면서 매우 무겁기 때문에 대상물(10)의 무게 쏠림을 방지하기 위해 베이스플레이트(101)의 설치면, 즉 상면은 지구 중력에 대한 위치 에너지가 동일한 등중력면이 되도록 베이스플레이트(101)를 시공한다. The
차폐함(102)은 상면이 개방된 박스 형태의 하우징으로서 베이스플레이트(101) 상에 설치되어 지진 등에 의해 발생된 베이스플레이트(101)의 진동이 이것의 내부 공간에 설치된 베드(103)로 전달되는 것을 차폐할 수 있는 구조로 베드(103)를 지지한다. 이러한 차폐함(102)의 지지 구조에 대해서는 이하에서 상술하기로 한다. 지진 등과 같은 진동원에 기인하여 베이스플레이트(101)의 진동이 발생하면, 베이스플레이트(101)의 진동은 베이스플레이트(101) 상에 설치된 차폐함(102)에 전달되어 차폐함(102)이 진동하게 된다. The
이러한 차폐함(102)의 진동은 수평방향 성분과 수직방향 성분으로 구분될 수 있다. 여기에서, 수평방향은 베이스플레이트(101)의 상면과 수평을 이루는 방향이고, 수직방향은 베이스플레이트(101)의 상면과 수직을 이루는 방향이다. 차폐함(102)의 수평방향 진동은 다시 횡방향 성분과 종방향 성분으로 구분될 수 있다. 차폐함(102)의 횡방향 진동은 좌우 진동으로 표현될 수도 있고 종방향 진동은 전후 진동으로 표현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. The vibration of the
베드(103)는 대상물(10)이 탑재되는 사각 평판 형태의 프레임으로서 차폐함(102)의 내부 공간에서 수평하게 이동 가능하도록 설치된다. 도 1-3에 도시된 바와 같이, 베드(103)는 대상물(10)의 탑재가 용이하면서도 스프링댐퍼(104), 액추에이터(105) 등이 부착되기가 용이하도록 일정한 두께를 갖는 사각 평판 형태로 제작될 수 있다. 이와 같이, 베드(103)는 차폐함(102)의 내부 공간에서 수평하게 이동 가능하도록 설치됨으로써 대상물(10)에 차폐함(102)의 수평방향 진동이 직접 전달되지 않도록 한다. The
본 실시예에서는 베드(103)가 차폐함(102)의 수평방향 진동으로 인한 차폐함(102)의 움직임과 반대로 움직이도록 함으로써 차폐함(102)의 수평방향 진동에도 불구하고 중력 공간의 관점에서 베드(103)의 위치가 최대한 고정될 수 있도록 한다. 상술한 바와 같이, 대상물(10)은 일반적으로 대형이면서 매우 무겁기 때문에 대상물(10)의 하중이 작용하게 되는 차폐함(102)의 수직방향 진동은 차폐함(102)의 수평방향 진동에 비해 미약하다. 이에 따라, 차폐함(102)의 수직방향 진동 억제에 대해서는 스프링의 탄성력만을 이용하여 진동을 감쇠시키는 간단한 구조의 방진기(106)가 적용된다.In this embodiment, in spite of the horizontal vibration of the
4 개의 스프링댐퍼(104)는 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입되어 차폐함(102)의 진동으로 인한 차폐함(102)과 베드(103)의 간격 변화에 따라 신축된다. 4 개의 스프링댐퍼(104)는 베드(103)의 횡방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 2 개의 스프링댐퍼(1041, 1042)와 베드(103)의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 2 개의 스프링댐퍼(1043, 1044)로 구성된다. 도 1-3에 도시된 바와 같이, 각 스프링댐퍼(104)는 차폐함(102)의 진동으로 인한 차폐함(102)과 베드(103)의 간격 변화에 따라 신축되는 압축 코일 스프링과 이것의 양단에 부착되는 2 개의 로드(rod)로 구현될 수 있다. 2 개의 로드 중 어느 하나의 로드의 일단은 압축 코일 스프링의 일측 말단에 부착되고 타단은 차폐함(102)의 일 내측면과 베드(103)의 일 외측면 중 어느 하나에 부착된다. 2 개의 로드 중 다른 하나의 로드의 일단은 압축 코일 스프링의 타측 말단에 부착되고 타단은 차폐함(102)의 일 내측면과 베드(103)의 일 외측면 중 다른 하나에 부착된다. Four
도 1-3에 도시된 실시예에 따르면, 베드(103)의 횡방향으로 2 개, 베드(103)의 종방향으로 2 개, 총 4 개의 스프링댐퍼(104)가 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입되어 있다. 이와 같이, 본 실시예에서 4 개의 스프링댐퍼(104)는 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 수평하게 삽입되어 차폐함(102)의 진동의 수평방향 성분, 즉 수평 진동으로 인한 차폐함(102)과 베드(103)의 횡방향 간격 변화와 종방향 간격 변화에 따라 신축됨으로써 차폐함(102)의 수평 진동의 횡방향 성분 및 종방향 성분이 베드(103)에 전달되지 않도록 한다. 이와 동시에, 4 개의 스프링댐퍼(104)는 발전기와 같은 대상물(10)의 구동 등으로 인한 베드(103)의 수평 진동이 차폐함(102)에 전달되지 않도록 한다. 즉, 4 개의 스프링댐퍼(104)는 차폐함(102)의 수평 진동이 베드(103)에 탑재된 대상물(10)에 전달되지 않도록 함과 동시에 베드(103)의 수평 진동이 차폐함(102)을 통하여 건물에 전달되지 않도록 한다. According to the embodiment shown in Figs. 1-3, a total of four
한편, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상을 지식을 가진 자라면 4 개의 스프링댐퍼(104)의 탄성력이 진동을 차폐시키기에 부족한 경우에 보다 많은 개수의 스프링댐퍼가 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입될 수 있음을 이해할 수 있다. 또한, 차폐함(102)의 수평 진동의 횡방향 성분 및 종방향 성분 중 어느 하나의 성분만을 제거하기 위해 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 하나의 스프링댐퍼만이 삽입될 수도 있다.In the meantime, those skilled in the art will appreciate that a larger number of spring dampers can be used for shielding 102 and 103 (see FIG. 1) when the elastic force of the four
도 2에 도시된 바와 같이, 2 개의 횡방향 스프링댐퍼(1041, 1042)는 베드(103)의 횡방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이에 삽입되는 좌측 스프링댐퍼(1041)와 베드(103)의 횡방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이에 삽입되는 우측 스프링댐퍼(1042)로 구성된다. 좌측 스프링댐퍼(1041)는 일단이 차폐함(102)의 좌측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 좌측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이에 삽입될 수 있다. 마찬가지로, 우측 스프링댐퍼(1042)는 일단이 차폐함(102)의 우측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 우측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이에 삽입될 수 있다.2, two
도 3에 도시된 바와 같이, 2 개의 종방향 스프링댐퍼(1043, 1044)는 베드(103)의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 전측 내측면과 베드(103)의 전측 외측면 사이에 삽입되는 전측 스프링댐퍼(1043)와 베드(103)의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 후측 내측면과 베드(103)의 후측 외측면 사이에 삽입되는 후측 스프링댐퍼(1044)로 구성된다. 전측 스프링댐퍼(1043)는 일단이 차폐함(102)의 전측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 전측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 전측 내측면과 베드(103)의 전측 외측면 사이에 삽입될 수 있다. 마찬가지로, 후측 스프링댐퍼(1044)는 일단이 차폐함(102)의 후측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 후측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 후측 내측면과 베드(103)의 후측 외측면 사이에 삽입될 수 있다.3, two
2 개의 액추에이터(105)는 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입되어 차폐함(102)의 진동에 따라 가변되는 댐핑력(damping power)으로 4 개의 스프링댐퍼(104)의 신축을 제동한다. 2 개의 액추에이터(105)는 횡방향으로 좌측 스프링댐퍼(1041)가 삽입된 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 횡측 액추에이터(1051)와 종방향으로 전측 스프링댐퍼(1043)가 삽입된 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 종측 액추에이터(1052)로 구성된다. 도 1-3에 도시된 실시예에 따르면, 베드(103)의 횡방향으로 한 개, 베드(103)의 종방향으로 한 개, 총 2 개의 액추에이터(105)가 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입되어 있다. 이와 같이, 본 실시예에서 2 개의 액추에이터(105)는 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 수평하게 삽입되어 차폐함(102)의 수평 진동에 따라 가변되는 댐핑력으로 횡방향의 스프링댐퍼들(1041, 1042)의 신축과 종방향의 스프링댐퍼(1043, 1044)의 신축을 제동함으로써 대상물(10)의 수평 진동이 바로 감쇠될 수 있도록 한다. 이와 같이, 차폐함(102)의 수평방향 진동의 횡방향 성분과 종방향 성분이 병렬로 억제될 수 있어 차폐함(102)의 수평방향 진동의 어떤 성분도 대상물로 전달되지 않게 된다.The two
이하에서는 차폐함(102)의 내부에 위치하여 수평방향으로 이동되는 모든 물체, 즉 대상물(10), 베드(103), 및 슬라이더(109)를 포괄하여 이동체로 호칭하기로 한다. 상술한 바와 같이, 도 1-3에 도시된 실시예에서는 대상물(10)의 수평 진동을 억제하기 위하여 4 개의 스프링댐퍼(104)와 2 개의 액추에이터(1051, 1052)를 사용한다. 횡방향의 스프링댐퍼들(1041, 1042)에 차폐함(102)의 수평 진동의 횡방향 성분이 가해지면 스프링댐퍼들(1041, 1042)의 탄성 에너지와 스프링댐퍼들(1041, 1042)에 부착된 이동체의 운동 에너지가 서로 교환되면서 점차적으로 감쇠되는 횡방향 진동이 나타난다. 횡측 액추에이터(1051)는 이러한 횡방향 진동을 억제하기 위해 사용된다. 마찬가지로, 종방향의 스프링댐퍼들(1043, 1044)에 차폐함(102)의 수평 진동의 종방향 성분이 가해지면 스프링댐퍼들(1043, 1044)의 탄성 에너지와 이동체의 운동 에너지가 서로 교환되면서 점차적으로 감쇠되는 종방향 진동이 나타난다. 종측 액추에이터(1052)는 이러한 종방향 진동을 억제하기 위해 사용된다. The
각 액추에이터(105)는 전기장의 세기에 비례하여 점성이 증가되는 전기 유변 유체(Electro-Rheological fluid)를 사용하여 입력 전류의 크기에 따라 댐핑력을 가변시키는 이알댐퍼(Electro-Rheological damper) 또는 자기장의 세기에 비례하여 점성이 증가되는 자기 유변 유체(Magneto-Rheological fluid)를 사용하여 입력 전류의 크기에 따라 댐핑력을 가변시키는 엠알댐퍼(Magneto-Rheological damper)로 구현될 수 있다. 이알댐퍼는 아직 상용화된 제품이 없는 반면, 엠알댐퍼는 입력 전류의 변화에 따른 댐핑력 변화의 응답속도가 매우 빠르기 때문에 고속으로 변화되는 진동, 예를 들어 지진으로 인한 진동을 제거하기에 적합하다. 이하에서는 엠알댐퍼로 구현된 각 액추에이터(105)에 대해서 상세하게 설명하기로 한다. Each of the
한편, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상을 지식을 가진 자라면 2 개의 액추에이터(105)의 댐핑력으로 4 개의 스프링댐퍼(1041-1044)의 신축을 제동하기에 부족한 경우에 보다 많은 개수의 액추에이터가 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입될 수 있음을 이해할 수 있다. 또한, 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 차폐함(102)의 수평 진동의 횡방향 성분 및 종방향 성분 중 어느 하나의 성분만을 제거하기 위한 2 개의 스프링댐퍼만이 삽입되어 있다면 이 스프링댐퍼의 신축을 제동하기 위해 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 하나의 액추에이터만이 삽입될 수도 있다.Those skilled in the art will appreciate that a greater number of actuators may be required to braking the expansion and contraction of the four spring dampers 1041-1044 due to the damping forces of the two
도 2에 도시된 바와 같이, 횡측 액추에이터(1051)는 좌측 스프링댐퍼(1041)가 삽입된 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이와 우측 스프링댐퍼(1042)가 삽입된 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이 중 어느 한 곳에 삽입된다. 횡측 액추에이터(1051)는 일단이 차폐함(102)의 좌측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 좌측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이에 삽입되거나 일단이 차폐함(102)의 우측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 우측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이에 삽입될 수 있다.2, the
2 개의 액추에이터 각각이 좌측 스프링댐퍼(1041)가 삽입된 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이에도 삽입되고 우측 스프링댐퍼(1042)가 삽입된 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이에도 삽입된다고 한다면, 어느 하나의 액추에이터에 의해 조절되는 좌측 스프링댐퍼(1041)의 길이와 다른 액추에이터에 의해 조절되는 우측 스프링댐퍼(1042)의 길이의 합이 항상 차폐함(102)의 내측면간의 길이로부터 베드(103)의 측면 길이를 뺀 값이 되어야 한다. 2 개의 액추에이터가 상호 조화되어 동작하도록 제어하더라도 2 개의 액추에이터의 제품별 차이, 열화 정도의 차이 등 여러 가지 원인들로 인하여 2 개의 액추에이터가 항상 상호 조화되어 동작한다는 것은 거의 불가능하다. Each of the two actuators is inserted between the left inner side surface of the
게다가, 좌측 스프링댐퍼(1041)와 우측 스프링댐퍼(1042)는 베드(103)를 사이에 두고 그 각각이 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이에 삽입되고 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이에 삽입되기 때문에 좌측 스프링댐퍼(1041)가 신장 내지 수축된 길이만큼 우측 스프링댐퍼(1042)가 수축 내지 신장된다. 따라서, 좌측 스프링댐퍼(1041)와 우측 스프링댐퍼(1042) 중 어느 하나에 대해서만 하나의 액추에이터에 의한 길이 조절이 이루어지면 나머지 스프링댐퍼의 길이는 자동으로 조절되게 된다. 이에 따라, 횡측 액추에이터(1051)는 좌측 스프링댐퍼(1041)가 삽입된 차폐함(102)의 좌측 내측면과 베드(103)의 좌측 외측면 사이와 우측 스프링댐퍼(1042)가 삽입된 차폐함(102)의 우측 내측면과 베드(103)의 우측 외측면 사이 중 어느 한 곳에 삽입됨이 바람직하다. 아울러, 액추에이터의 개수 감소로 인해 진동 차폐 장치(100)의 제조 비용도 감소될 수도 있다. In addition, the
도 3에 도시된 바와 같이, 종측 액추에이터(1052)는 베드(103)의 종방향으로 스프링댐퍼(104)가 삽입된 차폐함(102)의 전측 내측면과 베드(103)의 전측 외측면 사이와 베드(103)의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 후측 내측면과 베드(103)의 후측 외측면 사이 중 어느 한 곳에 삽입될 수 있다. 종측 액추에이터(1052)는 일단이 차폐함(102)의 전측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 전측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 전측 내측면과 베드(103)의 전측 외측면 사이에 삽입되거나 일단이 차폐함(102)의 후측 내측면에 부착되고 타단이 베드(103)의 후측 외측면에 부착됨으로써 차폐함(102)의 후측 내측면과 베드(103)의 후측 외측면 사이에 삽입될 수 있다. 상술된 바와 같은 이유로, 종측 액추에이터(1052)에 대해서도 전측 스프링댐퍼(1043)가 삽입된 차폐함(102)의 전측 내측면과 베드(103)의 전측 외측면 사이와 후측 스프링댐퍼(1044)가 삽입된 차폐함(102)의 후측 내측면과 베드(103)의 후측 외측면 사이 중 어느 한 곳에 삽입됨이 바람직하다. 3, the
도 4는 도 1-4에 도시된 각 액추에이터(105)의 종단면도이다. 도 4에는 각 액추에이터(105)가 엠알댐퍼로 구현된 일례가 도시되어 있다. 도 1-3에 도시된 바와 같이, 각 액추에이터(105)의 길이는 차폐함(102)과 베드(103)의 간격 변화에 따라 변화되고, 댐핑력은 각 액추에이터의 길이 변화에 저항하는 방향으로 작용함으로써 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 제동하게 된다. 도 4를 참조하면, 각 액추에이터(105)는 차폐함(102)의 일 내측면에 부착되는 실린더(41), 베드(103)의 일 내측면에 부착되며 실린더(41)의 내외를 이동하는 피스톤(42), 실린더(41)의 내부에 위치하여 제어기(110)로부터 출력된 전기 신호로부터 자기장(431)을 형성하는 코일(43), 및 실린더(41)의 내부에서 피스톤(42)을 감싸며 제어기(110)로부터 출력된 전기 신호에 따라 변화되는 점도를 갖는 엠알유체(Magneto-Rheological fluid)(44)로 구성된다. 여기에서, 엠알유체(44)는 코일(43)에 의해 형성된 자기장의 세기에 따라 점도가 변화된다.Fig. 4 is a longitudinal sectional view of each actuator 105 shown in Figs. 1-4. 4 shows an example in which each of the
실린더(41)는 일 측면의 중심에 피스톤(42)이 출입하는 개구가 형성되어 있는 원통 형태의 바디(411), 실린더(41)의 내면으로부터 돌출되어 피스톤(42)의 이동과 엠알유체의 흐름을 안내하는 가이드부재(412), 및 바디(411)의 타 측면으로부터 돌출되어 차폐함(102)의 일 내측면에 부착되는 브래킷(413)으로 구성된다. 피스톤(42)은 바디(411)의 개구를 통하여 실린더(41)의 내외를 이동하는 외측 샤프트(421), 외측 샤프트(421)의 일단에 연결되어 외측 샤프트(421)의 일단을 베드(103)의 일 내측면에 부착시키는 브래킷(422), 및 외측 샤프트(421)의 타단에 연결되며 가이드부재(412)에 의해 형성된 공간에 위치하는 내측 샤프트(423)로 구성된다. 엠알유체(44)는 가이드부재(412)에 의해 형성된 공간과 하부 챔버(414)에 충진되어 있다. The
외측 샤프트(421)가 실린더(41)의 개구로부터 보다 더 나오는 형태로 이동되어 액추에이터(105)의 길이가 늘어나면, 엠알유체(44)는 도 4에 도시된 화살표를 따라 하부 챔버(414)로부터 상부 챔버(415) 쪽으로 흘러나오게 된다. 반대로, 외측 샤프트(421)가 실린더(41)의 개구로 보다 더 들어가는 형태로 이동되어 액추에이터(105)의 길이가 줄어들면, 엠알유체(44)는 도 4에 도시된 화살표와 반대의 경로로 흐르게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 내측 샤프트(423)의 표면에 코일(43)이 압입되어 있고 피스톤(42)의 중심에는 코일(43)과 연결된 전선이 압입되어 있어 이 전선에 흐르는 전류에 의해 내측 샤프트(423) 주위에는 자기장이 형성된다. 이에 따라, 내측 샤프트(423)의 이동, 즉 피스톤(42)의 이동은 자기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 엠알유체(44)의 댐핑력에 의해 제동된다. When the
종합하면, 코일(43)에 흐르는 전류의 크기의 제어에 따라 엠알유체(44)의 점도가 제어되어 엠알댐퍼인 액추에이터(105)의 댐핑력이 제어되고, 그 결과 액추에이터(105)의 길이가 조정되어 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 진동 차폐 동작이 이루어지게 된다. 바꾸어 말하면, 피스톤(42)의 이동은 엠알유체(44)의 점도에 의해 제동됨으로써 엠알유체(44)의 점도는 액추에이터(105)의 댐핑력을 형성한다. 한편, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 각 액추에이터(105)는 도 4에 도시된 예와는 다른 형태의 엠알댐퍼일 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 코일(43)은 내측 샤프트(423)의 표면 대신에 바디(411)의 내면에 압입될 수도 있다. The viscosity of the
4 개의 방진기(106)는 베이스플레이트(101)의 상면과 차폐함(102)의 하면 사이에 수직으로 삽입되어 베이스플레이트(101)의 진동의 수직방향 성분, 즉 수직 진동으로 인한 베이스플레이트(101)의 상면과 차폐함(102)의 하면 사이의 간격 변화에 따라 신축됨으로써 지진 등으로 인한 베이스플레이트(101)의 수직 진동이 차폐함(102)으로 전달되지 않도록 한다. 이와 동시에, 4 개의 방진기(106)는 발전기와 같은 대상물(10)의 구동 등으로 인한 차폐함(102)의 수직 진동이 베이스플레이트(101)에 전달되지 않도록 한다. 각 방진기(106)는 상단은 차폐함(102)의 사각형 하면의 각 모서리에 부착되고, 하단은 차폐함(102)의 하면의 각 모서리로부터 내려진 수직선과 만나는 베이스플레이트(101)의 상면의 지점에 부착되는 압축 코일 스프링과 이것을 덮는 스프링 커버로 구현될 수 있다. 도 2-3에 도시된 바와 같이, 각 방진기(106)는 볼트, 너트 등과 같은 결합부재를 사용하여 차폐함(102)의 사각형 하면의 각 모서리에 부착될 수 있다.The four
한편, 베이스플레이트(101)의 수직방향 진동을 차폐하기 위해 이와 같은 방진기(106) 대신에 상술된 바와 같은 스프링댐퍼(104)와 액추에이터(105)가 사용될 수도 있다. 그러나, 베이스플레이트(101)의 수직방향 진동은 대상물(10)의 무게로 인해 바로 감쇠가 되고 엠알댐퍼의 가격이 고가임을 고려하여 보다 저렴한 비용으로 진동 차폐 장치(100)를 제작하기 위해 베이스플레이트(101)의 수직방향 진동 차폐에 대해서는 상술된 바와 같은 방진기(106)만을 사용하기로 한다. 다만, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 베이스플레이트(101)의 수직방향 진동을 차폐하기 위해 베이스플레이트(101)의 상면과 차폐함(102)의 하면 사이에 수직으로 삽입된 스프링댐퍼(104)와 액추에이터(105)가 사용될 수도 있음을 이해할 수 있다. On the other hand, in order to shield the vertical vibration of the
8 개의 앵커볼트(107)는 방진기(106)를 베이스플레이트(101)에 단단하게 고정시킨다. 방진기(106) 하나를 고정하기 위해 2 개의 앵커볼트(107)가 사용된다. 각 앵커볼트(107)는 방진기(106)의 결합공을 관통하여 베이스플레이트(101)의 결합홈에 체결된다. 베이스플레이트(101)의 결합홈에 체결되는 앵커볼트(107)의 하부는 베이스플레이트(101)로부터 뽑혀 나가지 않도록 굽어져 있을 수도 있다. The eight
4 개의 스토퍼(108)는 차폐함(102)의 외측면 둘레를 따라 베이스플레이트(101)에 설치되어 지진 등과 같은 진동으로 인해 베드(103)에 탑재된 대상물(10)이 전도되지 않도록 한다. 각 스토퍼(108)는 4각 기둥 형태의 철재로 제작되며 차폐함(102)의 외측면으로부터 일정 간격으로 떨어져 설치된다. 각 스토퍼(108)와 차폐함(102)의 외측면의 간격은 진동으로 인해 차폐함(102)이 수평 방향으로 최대 이동되었을 때에 각 스토퍼(108)와 차폐함(102)의 외측면이 접촉할 수 있는 간격이어야 하고, 각 스토퍼(108)의 높이는 진동으로 인해 차폐함(102)이 최대로 기울어 졌을 때에 차폐함(102)의 전도를 방지할 수 있을 만큼 높아야 한다. 각 스토퍼(108)는 방진기(106)와 마찬가지로 앵커볼트에 의해 베이스플레이트(101)에 고정된다. The four
4 개의 슬라이더(109)는 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면에 설치되어 베드(103)를 지지하면서 차폐함(102)의 내부 공간에서의 베드(103)의 수평 이동에 따라 슬라이딩되어 수평 이동됨으로써 베드(103)가 차폐함(102)의 내부 공간에서 어떤 저항 내지 추가적인 진동 없이 전후좌우 자유롭게 움직일 수 있도록 해준다. 이러한 슬라이더(109)에 의해 차폐함(102)과 베드(103) 사이의 마찰이 거의 없어지게 되어, 대상물(10) 자체의 질량에 따른 관성력을 최대한 이용하여 대상물(10)이 설치된 공간에서의 베드(103)의 위치가 보다 신속하게 작은 힘으로 고정되도록 할 수 있으며, 액추에이터(105)의 가변 댐핑력이 스프링댐퍼(104)의 신축 제동에 정확하게 작용하도록 할 수 있어 차폐함(102)의 내부 공간에서의 베드(103)의 움직임이 정확하게 제어될 수 있다. 그 결과, 대상물(10)의 진동이 보다 완벽하게 제거될 수 있다.The four
4 개의 슬라이더(109)는 베드(103)를 안정적으로 지지하기 위해 베드(103)의 사각형 하면의 4 개의 모서리와 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면 사이에 설치된다. 한편, 이러한 슬라이더(109)가 대형으로 제작될 수 있다면 4 개의 슬라이더(109)는 베드(103)의 하면의 중심과 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면 사이에 설치되는 하나의 대형 슬라이더로 대체될 수도 있다. 도 5는 도 2-3에 도시된 슬라이더(109)의 종단면도이고, 도 6은 도 2-3에 도시된 슬라이더(109)의 횡단면도이고, 도 7은 도 2-3에 도시된 슬라이더(109)의 평면도이다. 도 5-7을 참조하면, 도 5는 도 7에 도시된 B-B'의 종단면도이고 도 6은 도 5에 도시된 A-A'의 횡단면도이며, 슬라이더(109)는 하판(51), 덮개(52), 무버(53), 12 개의 볼(ball)(54), 볼시트(ball sheet)(55), 및 볼스프링(ball spring)(56)으로 구성된다. Four
하판(51)은 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면에 부착되어 고정되며, 베드(103)와 무버(53)를 통하여 전해지는 무게의 하중을 견딜 수 있는 단단한 소재로 제작되어야 한다. 도 2-3에 도시된 바와 같이, 하판(51)은 볼트, 너트 등과 같은 결합부재를 사용하여 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면에 부착될 수 있다. 하판(51)에는 덮개(52)와의 결합을 위해 일정 높이의 원통형 돌출부가 형성되어 있다. 덮개(52)는 하판(51)에 결합되어 하판(51)의 상면을 덮는다. 이에 따라, 하판(51)과 덮개(52) 사이에는 일정한 공간이 형성된다. 도 5-7에 도시된 바와 같이, 덮개(52)는 중심에 원형의 개구가 형성되어 있는 원판 형태의 상판과 상판의 둘레로부터 수직으로 꺽여져 일정 길이만큼 내려가는 원통 형태의 측판으로 구성된다. 덮개(52)의 측판의 내측면이 하판(51)의 원통형 돌출부의 외측면에 밀착되는 형태로 덮개(52)가 하판(51)에 끼워져 결합된다. The
무버(53)는 베드(103)를 지지하면서 베드(103)의 수평 이동에 따라 하판(51)과 덮개(52)에 의해 형성된 공간 내에서 하판(51)과 덮개(52) 사이에 슬라이딩되어 수평 이동된다. 도 5-7에 도시된 바와 같이, 무버(53)는 일체형으로 성형된 보다 큰 지름의 하부 원판과 보다 작은 지름의 상부 원판으로 구성된다. 무버(53)의 중심에는 너트 형태의 결합공이 형성되어 있다. 베드(103)의 하면의 각 모서리로부터 돌출되어 있는 결합편의 결합공을 통과한 볼트가 무버(53)의 결합공에 체결됨으로써 무버(53)는 베드(103)의 하면의 각 모서리에 결합되어 고정된다. 무버(53)는 이러한 결합으로 베드(103)를 지지하게 된다.The
슬라이더(109)가 조립된 상태에서 무버(53)의 상단은 덮개(52)의 상면보다 높다. 이에 따라, 무버(53)가 베드(103)의 하면에 결합된 상태에서 베드(103)의 바닥면은 슬라이더(109)의 덮개(52)에 닿지 않게 된다. 덮개(52)의 상판의 개구의 지름은 무버(53)의 상부 원판의 지름보다 크다. 이에 따라, 무버(53)는 덮개(52)의 상판의 개구 내에서 그 개구의 지름으로부터 무버(53)의 상부 원판의 지름을 뺀 거리를 한계로 자유로이 움직일 수 있게 된다. 무버(53)의 상부 원판과 덮개(52)의 간격 "a"는 무버(53)의 하부 원판과 하판(51)의 원통형 돌출부의 간격 "b"보다 크다. 이에 따라, 무버(53)는 덮개(52)에 닿지 않게 되며, 그 결과 덮개(52)는 무버(53)가 이탈하지 않도록 하는 역할만 하게 되어 강도가 강한 소재로 제작될 필요가 없다. The upper end of the
무버(53)의 상부 원판의 상면에는 6 개의 홈이 형성되어 있고 하부 원판의 하면에는 6 개의 홈에 형성되어 있다. 12 개의 볼(54)은 무버(53)의 상부 원판의 홈들과 하부 원판의 홈들에 일정 깊이로 묻혀 덮개(52) 또는 하판(51)에 접촉한다. 즉, 6 개의 볼(54)은 무버(53)의 상부 원판의 홈들에 일정 깊이로 묻혀 덮개(52)의 상판의 하면에 접촉하고, 다른 6 개의 볼(54)은 무버(53)의 상부 원판의 홈들에 일정 깊이로 묻혀 하판(51)의 상면에 접촉한다. 이에 따라, 무버(53)는 이러한 볼들(54)의 구름 동작에 의해 하판(51)과 덮개(52) 사이에 슬라이딩되어 수평 이동될 수 있다. 도 5에는 볼들(54)이 설치된 부분의 확대도가 도시되어 있다.Six grooves are formed on the upper surface of the upper plate of the
도 5의 확대도를 참조하면, 무버(53)의 상부 원판의 홈들과 하부 원판의 홈들 각각에는 볼들(54)의 보다 원활한 구름을 위하여 볼시트(55)와 볼스프링(56)이 삽입 설치된다. 볼시트(55)는 무버(53)의 상부 원판의 홈들과 하부 원판의 홈들 각각에 삽입되며 볼(54)의 구름을 지지하기 위한 오목 홈이 형성되는 원기둥 형태를 갖는다. 볼(54)이 직접 닿게 되는 볼시트(55)의 오목 홈의 곡면의 곡률 반경이 볼(54)의 곡률 반경보다 20% 크다. 이에 따라, 볼(54)과 볼시트(55)의 접촉면이 한 점이 되며 마찰 손실이 최소화된다. 볼시트(55)의 오목 홈의 깊이는 볼(54)이 반정도 묻히게 하는 것이 안정적이다. 5, a
볼스프링(56)은 볼시트(55)와 무버(53)의 상부 원판의 홈들과 하부 원판의 홈들 각각의 바닥면 사이에 삽입되어 진동에 의한 충격을 흡수하여 볼(54)의 끼임이 없이 원활하게 구를 수 있도록 한다. 무버(53)의 상부 원판의 홈들과 하부 원판의 홈들은 무버(53)가 슬라이더(109) 내에서 어느 한 쪽으로 치우쳤을 때에도 볼들(54)이 이탈되지 않는 위치에 형성되어야 한다. 즉, 덮개(52)의 개구 둘레와 볼(54)의 중심의 간격 "c"는 무버(53)의 상부 원판과 덮개(52)의 간격 "a"에 볼(54)의 직경을 더한 값보다 커야 한다. 또한, 무버(53)의 상부 원판의 홈들로부터 수직으로 내린 위치에 하부 원판의 홈들이 형성되어 있다. 이에 따라, 대상물(10)의 무게에 의해 발생되는 하중이 무버(53)의 상부 원판의 홈들과 하부 원판의 홈들에 수직선으로 작용하게 되어 무버(124)의 변형이 방지될 수 있다. The ball springs 56 are inserted between the grooves of the upper disk of the
제어기(110)는 차폐함(102)의 진동에 기초하여 적어도 하나의 액추에이터(105)의 댐핑력을 제어하기 위한 신호를 생성하여 적어도 하나의 액추에이터(105)에 출력함으로써 적어도 하나의 액추에이터(105)를 제어한다. 도 1-3에 도시된 실시예에 따르면, 제어기(110)는 차폐함(102)의 수평방향 진동에 기초하여 횡측 액추에이터(1051)의 댐핑력을 제어하기 위한 신호와 종측 액추에이터(1052)의 댐핑력을 제어하기 위한 신호를 생성하여 횡측 액추에이터(1051)와 종측 액추에이터(1052)에 출력함으로써 횡측 액추에이터(1051)와 종측 액추에이터(1052)를 제어한다. 이와 같이, 액추에이터(105)가 차폐함의 진동에 따라 댐핑력을 가변하여 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 삽입되어 있는 스프링댐퍼(104)의 신축을 제동하도록 함으로써 대상물(10)의 하중에 비해 매우 작은 댐핑력으로 고속으로 변화되는 차폐함의 진동에 대응할 수 있고, 그 결과 저렴한 비용으로 이러한 진동이 대상물로 전달되는 것을 차단할 수 있다. The
상술한 바와 같이, 엠알댐퍼 등으로 구현되는 액추에이터(105)는 고속으로 댐핑력을 가변할 수 있다. 또한, 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 횡방향으로 삽입된 횡측 액추에이터(1051)와 함께 횡방향으로 2 개의 스프링댐퍼(1041, 1042)가 삽입되어 있고, 종방향으로 삽입된 종측 액추에이터(1052)와 함께 종방향으로 2 개의 스프링댐퍼(1043, 1044)가 삽입되어 있어 차폐함(102)의 진동으로 인한 차폐함(102)과 베드(103) 사이의 간격 변화에 따른 외력은 대부분 스프링댐퍼(104)가 흡수한다. 이에 따라, 액추에이터(105)는 외력에 비해 매우 작은 댐핑력을 제공하는 것만으로 충분하며, 고가의 대형 엠알댐퍼가 사용될 필요가 없어 진동 차폐 장치(100)의 제작 비용이 절감될 수 있다. As described above, the
보다 상세하게 설명하면, 제어기(110)는 차폐함(102)의 수평방향 진동으로 인한 베드(103)의 수평방향 이동과 반대로 베드(103)가 움직이도록 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하여 각 액추에이터(105)에 출력함으로써 각 액추에이터(105)를 제어한다. 이와 같이, 베드(103)는 차폐함(102)의 수평방향 진동으로 인한 베드(103)의 수평방향 이동, 즉 전후좌우 이동과 반대로 차폐함(102)의 내부 공간에서 전후좌우 이동되게 되어 차폐함(102)의 외부에서 볼 때 베드(103)의 위치는 항상 고정되어 있게 된다. 결국, 대상물(10)이 설치된 공간에서의 대상물(10)의 위치는 항상 고정되어 있게 되어 대상물(10)의 진동이 사라지게 된다.The
변위센서(111)는 차폐함(102)과 베드(103) 사이에 설치되어 제어기(110)에 의해 제어된 각 액추에이터(105)의 동작에 따른 베드(103)의 실제 위치 정보를 나타내는 신호를 생성하여 출력한다. 변위센서(111)는 차폐함(102)의 내부 바닥면에 설치되는 신호 생성기와 베드(103)의 하면에 설치되는 변위 측정기의 한 세트로 구성된다. 본 실시예에서 변위센서(111)는 차폐함(102)의 진동이 없는 상태에서의 베드(103)의 위치에 대한 베드(103)의 횡방향 변위와 종방향 변위를 측정함으로써 베드(103)의 실제 위치 정보를 나타내는 신호를 생성한다. 도 2-3에 도시된 바와 같이, 베드(103)의 횡방향 변위를 측정하기 위한 센서와 종방향 변위를 측정하기 위한 센서가 별개로 설치될 수도 있으며 일체로 설치될 수도 있다.The
지진센서(112)는 차폐함(102)에 부착되어 차폐함(102)의 진동 파형 정보를 생성하여 출력한다. 도 2-3에 도시된 바와 같이, 지진센서(112)는 차폐함(102)의 하면의 중앙에 부착되어 지진 등과 같은 진동원으로 인해 수평방향으로 이동되는 차폐함(102)의 가속도를 검출함으로써 차폐함(102)의 진동 파형 정보를 생성할 수 있다. 이와 같이, 지진센서(112)는 가속도센서로 구현될 수 있다.The
제어기(110)는 변위센서(111)로부터 제어기(110)에 의해 제어된 각 액추에이터(105)의 동작에 따른 베드(103)의 실제 위치 정보를 실시간으로 피드백받고, 베드(103)의 기준 위치에 대한 베드(103)의 실제 위치의 편차에 CDIDF AFC(Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) 알고리즘을 적용하여 대상물(10)에 가해지는 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호를 산출하고, 이와 같이 산출된 신호를 이용하여 상기된 편차가 제거되는 방향으로 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 베드(103)의 수평방향 이동과 반대로 베드(103)가 움직이도록 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다. The
CDIDF AFC 알고리즘은 여러 개의 정현파가 혼합되어 고속으로 불규칙하게 변화되는 형태의 진동을 억제하는 데에 적합하다. 지진으로 인한 차폐함(102)의 진동 파형은 여러 개의 정현파가 혼합된 형태를 갖기 때문에 상술된 바와 같은 제어기(110)의 제어 방식은 지진 등으로 인해 고속으로 불규칙하게 변화되는 차폐함의 진동이 대상물로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 여기에서, 베드(103)의 기준 위치란 차폐함(102)의 진동이 없는 상태에서의 베드(103)의 위치를 의미한다. CDIDF AFC 알고리즘을 적용한 제어기(110)의 동작에서 도 11-13을 참조하면서 아래에서 상술하기로 한다. 여기에서, 대상물(10)에 가해지는 외란은 베드(103)에 대상물(10)이 탑재되어 일체로 거동하므로 베드(103)에 가해지는 외란이라고 할 수도 있으며, 엄밀하게는 차폐함(102)의 내부 공간에 위치하는 이동체 전체에 가해지는 외란을 의미한다.The CDIDF AFC algorithm is suitable for suppressing vibrations in which multiple sinusoids are mixed and are randomly changed at high speed. Since the vibration waveform of the
즉, 제어기(110)는 차폐함(102)의 횡방향 진동으로 인해 대상물(10)에 가해지는 횡방향 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호를 이용하여 횡방향의 편차가 제거되는 방향으로 횡측 액추에이터(1051)의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 대상물(10)의 수평방향 이동과 반대로 대상물(10)이 움직이도록 횡방향 스프링댐퍼(1041, 1042)의 신축을 가변 제동하기 위한 횡측 액추에이터(1051)의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어기(110)는 차폐함(102)의 종방향 진동으로 인해 대상물(10)에 가해지는 종방향 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호를 이용하여 종방향의 편차가 제거되는 방향으로 종측 액추에이터(1052)의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 대상물(10)의 수평방향 이동과 반대로 대상물(10)이 움직이도록 종방향 스프링댐퍼(1043, 1044)의 신축을 가변 제동하기 위한 종측 액추에이터(1052)의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다. That is, the
아니면, 제어기(110)는 지진센서(112)로부터 차폐함(102)의 진동 파형 정보를 수신하고, 차폐함(102)의 진동 파형에 따라 예측되는 베드(103)의 이동 경로와 반대되는 이동 경로를 베드(103)의 기준 위치로 설정하고, 변위센서(111)로부터 제어기(110)에 의해 제어된 각 액추에이터(105)의 동작에 따른 베드(103)의 실제 위치를 실시간으로 피드백받고, 이와 같이 설정된 베드(103)의 기준 위치에 대한 베드(103)의 실제 위치의 편차가 제거되는 방향으로 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 베드(103)의 수평방향 이동과 반대로 베드가 움직이도록 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다.Alternatively, the
지진에 의한 차폐함(102)의 진동 파형은 일정한 형태가 없는 불규칙적인 파형이나, 이러한 진동 파형을 구성하는 개개의 파형은 주기적으로 변화되는 정현파 형태를 따른다. 즉, 차폐함(102)의 진동 파형은 여러 개의 정현파가 혼합된 형태의 파형이다. 정현파의 초기 기울기 값으로부터 그 파형의 크기와 주기가 예측될 수 있다. 차폐함(102)의 진동 파형을 구성하는 각 정현파의 초기 기울기 값은 지진센서(112)에 의해 검출되는 가속도 값과 같다. 따라서, 지진센서(112)에 의해 검출된 가속도 값으로부터 차폐함(102)의 진동 파형의 크기와 주기를 예측할 수 있으며, 이와 같이 예측된 차폐함(102)의 진동 파형에 따라 베드(103)가 이동될 것이므로 베드(103)의 이동 경로를 예측할 수 있다. The vibration waveform of the
변위센서(111)로부터 피드백된 정보, 즉 제어기(110)에 의해 제어된 각 액추에이터(105)의 동작에 따른 베드(103)의 실제 위치는 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하는 시점에 비해 과거의 베드(103)의 위치이기 때문에 변위센서(111)의 피드백 시점과 각 액추에이터(105)의 신호 입력 시점 사이의 시간차로 인한 오차가 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 차폐함(102)의 진동 파형을 미리 예측하여 베드(103)의 움직임을 제어할 수 있기 때문에 본 실시예는 고속으로 불규칙하게 변화되는 진동의 차단에 매우 효과적이다. The information fed back from the
베드(103)의 예측 이동 경로와 반대되는 이동 경로를 베드(103)의 기준 위치로 설정하고, 이와 같이 설정된 베드(103)의 기준 위치, 즉 베드(103)의 예측 이동 경로와 반대되는 이동 경로와 변위센서(111)의 출력값으로부터 산출된 베드(103)의 실제 이동 경로의 편차를 산출하고, 이와 같이 산출된 편차가 제거되는 방향으로 각 액추에이터(105)의 댐핑력을 조절하면 베드(103)는 실시간으로 지진으로 인한 베드(103)의 움직임의 크기 및 방향에 대해 동일한 크기 및 반대 방향의 움직임을 갖게 된다. 이에 따라, 베드(103)와 이것에 탑재된 대상물(10)은 차폐함(102)의 내부에서는 움직이지만 차폐함(102)의 외부에서 바라보면 고정되어 있게 된다. 예를 들어, 베드(103)의 기준 위치의 설정, 편차의 산출 등을 통한 각 액추에이터(105)의 제어는 지진으로 인한 베드(103)의 진동 주기마다 수행되도록 함으로써 어떤 주기에서의 베드(103)의 예측 이동 경로와 베드(103)의 실제 이동 경로의 편차가 다음 주기에서는 사라지도록 할 수 있다.The moving path of the
이하에서는 각 액추에이터(105)를 엠알댐퍼(105)로 한정하여 본 발명에 따른 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, the embodiments according to the present invention will be described by limiting each actuator 105 to the
도 8은 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 플랜트의 진동 모델을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)에서 제어기(110)의 제어 대상이 되는 플랜트는 대상물(10), 베드(103), 스프링댐퍼(104), 엠알댐퍼(105), 및 슬라이더(109)로 구성된다. 진동으로 인한 베드(103)의 변위, 차폐함(102)의 내부에 위치하여 진동으로 인해 이동되는 이동체의 총 질량에 따른 관성력, 2 개의 스프링댐퍼(104)의 탄성력, 각 엠알댐퍼(105)의 점성력, 슬라이더(109)의 점성력, 진동으로 인해 대상물(10)에 인가되는 외력, 및 진동으로 인해 이동되는 베드(103)의 가속도의 관계로부터 도 8에 도시된 플랜트는 질량, 댐퍼, 및 스프링의 진동계(vibration system)로 모델링될 수 있다. Fig. 8 is a diagram showing a vibration model of the plant of the
여기에서, 이동체의 총 질량이란 차폐함(102)의 내부에 위치하여 수평방향으로 이동되는 대상물(10), 베드(103), 및 슬라이더(109)의 총 질량을 의미한다. 또한, 베드(103)에 대상물(10)이 탑재되어 베드(103)와 대상물(10)은 일체로 이동되므로 베드(103)의 변위와 가속도는 진동으로 인한 대상물(10)의 변위와 가속도를 의미한다. 이러한 진동 모델은 엠알댐퍼(105), 제어기(110) 등 진동 차폐 장치(100)의 주요 구성요소의 설계에 사용된다. 대상물(10)은 진동으로 인해 베드(103)와 함께 차폐함(102)의 내부에서 종횡으로 움직인다. 상술한 바와 같이, 2 개의 횡방향 스프링댐퍼(1041, 1042)와 횡측 엠알댐퍼(1051)는 대상물(10)의 횡방향 진동을 억제하기 위해 사용되고, 2 개의 종방향 스프링댐퍼(1043, 1044)와 종측 엠알댐퍼(1052)는 대상물(10)의 종방향 진동을 억제하기 위해 사용된다. 도 8에 도시된 진동 모델은 대상물(10)의 횡방향 진동 또는 대상물(10)의 종방향 진동 중 어느 하나에 대한 진동 모델이다. Here, the total mass of the moving object means the total mass of the
본 실시예에서는 대상물(10)의 횡방향 진동과 대상물(10)의 종방향 진동 각각을 동일한 방식으로 억제하기 때문에 도 8에 도시된 진동 모델은 대상물(10)의 횡방향 진동과 대상물(10)의 종방향 진동 각각에 동일하게 적용될 수 있다. 도 8에 도시된 스프링댐퍼(104)와 엠알댐퍼(105)는 2 개의 횡방향 스프링댐퍼(1041, 1042)와 횡측 엠알댐퍼(1051)일 수도 있고, 2 개의 종방향 스프링댐퍼(1043, 1044)와 종측 엠알댐퍼(1052)일 수도 있다. 도 8에 도시된 진동 모델은 다음 수학식 1과 같은 미분 방정식으로 표현될 수 있다. The vibration model shown in Fig. 8 is obtained by the lateral vibration of the
수학식 1에서 x(t)는 진동으로 인한 베드(103)의 변위이고, m은 대상물(10) 등 베드(103)와 함께 진동에 의해 이동되는 이동체의 총 질량이고, B는 엠알댐퍼(105), 즉 엠알댐퍼의 점성 감쇠계수이고, K1과 K2는 두 개의 스프링댐퍼(104)의 스프링 상수이고, Fmr은 대상물(10)에 인가되는 외력이고, x"는 베드(103)의 가속도이다. 일반적으로, 슬라이더(109) 자체는 거의 마찰이 없이 이동되기 때문에 슬라이더(109)의 점성력은 생략될 수 있다. 수학식 1은 다음 수학식 2와 같이 상태 방정식으로 표현될 수 있다.In
수학식 1, 2는 라플라스 변환을 통해 다음 수학식 3의 전달함수 P(s)로 표현될 수 있다. 전달함수 P(s)는 도 8에 도시된 진동 모델의 출력 X(S)와 입력 Fmr(s)의 비를 의미한다. 수학식 3은 다음 수학식 4와 같이 표준 2차계로 표현될 수 있다. 플랜트의 진동 모델에 대한 표준 2차계의 각종 계수들은 수학식 4로부터 다음 수학식 5와 같이 결정될 수 있다. 수학식 5의 계수들 중 ζ는 도 8에 도시된 진동 모델의 감쇠비(damping ratio)를 나타낸다. 감쇠비 ζ가 1 이상이면 대상물(10)은 진동하지 않게 되며 0에서는 대상물(10)의 진동이 감쇠하지 않는다. Equations (1) and (2) can be expressed by the transfer function P (s) of the following equation (3) through Laplace transform. The transfer function P (s) means the ratio of the output X (S) to the input Fmr (s) of the vibration model shown in Fig. Equation (3) can be expressed by a standard quadratic system as shown in Equation (4). Various coefficients of the standard quadratic system for the vibration model of the plant can be determined from Equation (4) as Equation (5). Among the coefficients in Equation (5),? Represents the damping ratio of the vibration model shown in FIG. If the damping ratio zeta is equal to or greater than 1, the
수학식 5로부터 이러한 감쇠비 ζ가 엠알댐퍼의 점성 감쇠계수 B, 각진동수 wn, 및 이동체의 총 질량 m에 의해 결정됨을 알 수 있다. 여기에서, 각진동수 wn는 두 개의 스프링댐퍼(104)의 스프링 상수의 합 K1+K2와 이동체의 총 질량 m에 의해 결정되는 고정 값이기 때문에 감쇠비 ζ는 엠알댐퍼의 점성 감쇠계수 B에 따라 변화됨을 알 수 있다. 엠알댐퍼의 점성 감쇠계수 B는 자기장의 세기에 따라 변화되므로 자기장을 형성하는 코일(43)에 인가되는 전류의 크기를 변경함으로써 엠알댐퍼의 점성 감쇠계수 B를 변화시킬 수 있다.From Equation (5), it can be seen that the damping ratio? Is determined by the viscous damping coefficient B, the angular frequency w n , and the total mass m of the mobile damper. Here, since the angular frequency w n is a fixed value determined by the
도 9는 도 1-4에 도시된 각 엠알댐퍼(105)의 전기적 모델을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 각 엠알댐퍼(105)는 자체인덕턴스 L과 내부저항 RL로 모델링될 수 있다. 도 9에 도시된 전기적 모델은 다음 수학식 6과 같은 미분 방정식으로 표현될 수 있다. FIG. 9 is a diagram showing an electrical model of each
수학식 6에서 x(t)는 VH는 엠알댐퍼의 코일(43)에 인가되는 전원의 전압 크기를 나타내고, Ton/T는 엠알댐퍼의 코일(43)에 인가되는 전원의 듀티 사이클(duty cycle)을 의미한다. 즉, 엠알댐퍼의 코일(43)로 T의 주기 단위로 Ton 동안만 전원이 공급된다. 수학식 6의 해는 다음 수학식 7과 같다. 수학식 7을 참조하면, 자체인덕턴스 L과 내부저항 RL은 각 엠알댐퍼(105)의 특성에 따라 결정되는 고정 값이기 때문에 엠알댐퍼의 코일(43)에 인가되는 전류의 크기는 전압 크기 VH와 듀티 사이클 Ton/T중 어느 하나를 조절함으로써 변경될 수 있다. 본 실시예에서는 엠알댐퍼의 코일(43)에 인가되는 전원의 듀티 사이클 Ton/T를 조절함으로서 엠알댐퍼의 코일(43)에 인가되는 전류의 크기를 변경하는 방식을 사용하기로 한다. X (t) in equation (6) is V H denotes a voltage of the power applied to the
도 10은 도 1-3에 도시된 제어기(110)의 구성도이다. 도 10을 참조하면, 제어기(110)는 비선형 제어기(1101), PWM 제어기(1102), 전류 드라이버(1103), 및 댐핑력 변환기(1104)로 구성된다. 비선형 제어기(1101)는 마이크로 프로세서, 스토리지 등과 같이 디지털 신호를 처리하는 소자들로 구현될 수 있다. 한편, 변위센서(111), 지진센서(112) 등과 같은 소자는 아날로그 신호를 출력하는 아날로그 소자일 수 있다. 이에 따라, 비선형 제어기(1101)는 이러한 아날로그 소자 사이와의 인터페이싱(interfacing)을 위해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(analog to digital converter)와 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다. 10 is a configuration diagram of the
비선형 제어기(1101)는 변위센서(111)로부터 제어기(110)에 의해 제어된 각 엠알댐퍼(105)의 동작에 따른 베드(103)의 실제 위치 정보를 실시간으로 피드백받고, 베드(103)의 기준 위치에 대한 베드(103)의 실제 위치의 편차가 제거되는 방향으로 각 엠알댐퍼(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하여 출력한다. 상술한 바와 같이, 비선형 제어기(1101)는 상기된 편차에 CDIDF AFC 알고리즘을 적용하거나 차폐함(102)의 진동 파형에 따라 예측되는 베드(103)의 이동 경로와 반대되는 이동 경로를 베드(103)의 기준 위치로 설정함으로써 각 엠알댐퍼(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성할 수 있다. The
PWM 제어기(1102)는 비선형 제어기(1101)로부터 출력된 각 엠알댐퍼(105)의 댐핑력의 조절 신호에 따른 듀티 사이클 Ton/T를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다. 즉, 각 엠알댐퍼(105)의 댐핑력의 조절 신호가 나타내는 댐핑력의 크기에 비례하여 클수록 듀티 사이클 Ton/T는 증감하게 된다. 보다 상세하게 설명하면, PWM 제어기(1102)는 댐핑력 변환기(1104)로부터 출력된 피드백 신호가 나타내는 실제 댐핑력을 참조하여 비선형 제어기(1101)로부터 출력된 각 엠알댐퍼(105)의 댐핑력의 조절 신호가 나타내는 목표 댐핑력을 교정하고 교정된 신호에 따른 듀티 사이클 Ton/T를 갖는 PWM 신호를 생성한다. The
각 엠알댐퍼(105)의 개별적인 특성과 사용기간에 따른 열화 등으로 인해 각 엠알댐퍼(105)는 그것에 입력된 전류의 세기에 해당하는 목표 댐핑력과 다른 댐핑력으로 제동할 수 있다. 이에 따라, 각 엠알댐퍼(105)의 실제 댐핑력과 비선형 제어기(1101)로부터 출력된 목표 댐핑력의 차이만큼 비선형 제어기(1101)로부터 출력된 목표 댐핑력을 보상함으로써 비선형 제어기(1101)가 요구하는 댐핑력으로 각 엠알댐퍼(105)가 동작할 수 있도록 한다.The
전류 드라이버(1103)는 PWM 제어기(1102)로부터 출력된 PWM 신호를 PWM 신호에 따른 각 스프링댐퍼(104)의 제동에 요구되는 엠알댐퍼(105)의 댐핑력을 형성할 수 있는 정전압 전류로 변환하여 엠알댐퍼의 코일(43)에 인가한다. 일반적으로, 전류 드라이버(1103)는 PWM 제어기(1102)로부터 출력된 PWM 신호의 전류 크기에 비해 매우 큰 크기의 전류를 생성하기 때문에 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등과 같은 전원 공급 장치(미도시)로부터 직접 전원을 공급받는다. The
댐핑력 변환기(1104)는 엠알댐퍼의 피스톤(42)에 부착된 포스 센서(force sensor, 미도시) 등을 이용하여 각 엠알댐퍼(105)의 실제 댐핑력을 측정하여 비선형 제어기(1101)로부터 출력된 제어 신호와 동일한 스케일의 디지털 신호로 변환함으로써 각 엠알댐퍼(105)의 실제 댐핑력을 나타내는 피드백 신호를 생성한다. 한편, 각 엠알댐퍼(105)의 실제 댐핑력과 비선형 제어기(1101)로부터 출력된 목표 댐핑력의 차이가 없거나 일정하다면 댐핑력 변환기(1104)는 제어기(110)의 설계 과정에서만 필요할 수 있으며 제어기(110)의 제품화 과정에서는 생략될 수 있다.The damping
도 11은 도 10에 도시된 비선형 제어기(1101)에 적용되는 CDIDF AFC(Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) 제어 시스템의 블록선도(block flow diagram)이다. 정현파 형태의 외란의 제거에는 AFC 알고리즘이 사용될 수 있다. 정현파와 같이 주기적 외란은 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호에 의해 제거될 수 있으며, 이러한 원리를 채용한 AFC 알고리즘을 DF(Describing Function) AFC 알고리즘이라고 한다. 일반적인 DF AFC 알고리즘은 한 개의 정현파를 비선형 요소의 입력으로 받고, CDIDF AFC 알고리즘은 두 개의 정현파를 비선형 요소의 입력으로 받는다. 11 is a block flow diagram of a CDIDF AFC (Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) control system applied to the
지진으로 인한 차폐함(102)의 진동 파형은 여러 개의 정현파가 혼합된 형태를 갖기 때문에 지진으로 인한 진동의 억제에는 CDIDF AFC 알고리즘이 적합하다. 이러한 알고리즘에 대해서는 논문 "Harmonic Generation in Adaptive Feedforward Cancellation Schemes" (M. Bodson, A. Sacks, P. Khosla 공저, Decision and Control, Vol.2, 1261-1266 페이지, 1992년), 논문 "주기적 외란의 제거를 위한 기술함수형 적응 제어기의 설계 (정상철 저, 31-48 페이지, 2009년 2월), 논문 "쌍입력기술함수형 비선형 보상기에 의한 직류 전동기의 속도 응답 개선에 관한 연구" (이형기 저, 21-24 페이지,1985년 7월)에 자세하게 설명되어 있으므로 생략하기로 한다.Since the vibration waveform of the
도 11을 참조하면, Ci(s)는 CDIDF AFC 제어기의 전달 함수이고, P(s)는 플랜트의 전달함수이다. r(t)은 CDIDF AFC 제어 시스템에 입력되는 기준값이고, y(t)는 CDIDF AFC 제어 시스템으로부터 출력되는 출력값이다. e(t)는 출력값 y(t)와 기준값 r(t)간의 편차이다. 편차 e(t)가 CDIDF AFC 제어기로 입력되면, CDIDF AFC 제어기는 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호 u(t)를 생성하여 출력한다. CDIDF AFC 제어기로부터 출력된 신호 u(t)는 내부 외란 d(t)와 혼합되어 δ(t)가 되고, 이것에 의해 플랜트가 제어된다. 이와 같이 제어된 플랜트의 출력 신호에 외부 외란 n(t)이 혼합되어 y(t)가 출력된다. 진동으로 인해 플랜트에 가해지는 외란은 플랜트의 내부에 장착된 변위센서(111), 지진센서(112) 등에 의해 검출되는 내부 외란 d(t)이다. 이에 따라, 본 실시예에서 전체 시스템의 불확실성에 기인하는 외부 외란 n(t)은 생략된다. Referring to Fig. 11, Ci (s) is the transfer function of the CDIDF AFC controller, and P (s) is the transfer function of the plant. r (t) is the reference value input to the CDIDF AFC control system, and y (t) is the output value output from the CDIDF AFC control system. e (t) is the deviation between the output value y (t) and the reference value r (t). When the deviation e (t) is input to the CDIDF AFC controller, the CDIDF AFC controller generates and outputs a signal u (t) having an opposite phase of the same magnitude as the disturbance. The signal u (t) output from the CDIDF AFC controller is mixed with the internal disturbance d (t) to become δ (t), whereby the plant is controlled. The external disturbance n (t) is mixed with the output signal of the plant thus controlled to output y (t). The disturbance applied to the plant due to vibration is an internal disturbance d (t) detected by the
지진으로 인해 대상물(10)에 가해지게 되는 외란은 여러 개의 정현파가 혼합된 주기적 외란이므로 내부 외란 d(t)는 다음 수학식 8과 같이 정의될 수 있다. 수학식 8에서 ai와 bi는 푸리에 계수이고, ωi(t)는 플랜트에 포함되지 않은 고유 진동수이다. CDIDF AFC 알고리즘에 따르면, 외란 d(t)는 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호에 의해 제거될 수 있으며, 이를 위해 CDIDF AFC 제어기의 출력 신호 u(t)는 다음 수학식 9가 된다. Since the disturbance to be applied to the
도 11에 도시된 바와 같이, CDIDF AFC 제어기의 출력 신호 u(t)로부터 내부 외란 d(t)가 감산되어 플랜트의 제어 신호 δ(t)가 산출되므로 다음 수학식 10의 조건을 만족하면 외란은 제거될 수 있다. 이와 같이, CDIDF AFC 제어기의 출력 신호 u(t)는 지진으로 인한 대상물(10)의 움직임과 반대로 대상물(10)이 움직이도록 함으로써 대상물(10)의 위치가 고정되도록 한다.As shown in Fig. 11, since the internal disturbance d (t) is subtracted from the output signal u (t) of the CDIDF AFC controller to calculate the plant control signal delta (t), the disturbance Can be removed. Thus, the output signal u (t) of the CDIDF AFC controller allows the position of the
지진으로 인한 대상물(10)의 진동도 여러 개의 정현파가 혼합된 주기적 외란이므로 편차 e(t)는 다음 수학식 11과 같이 표현될 수 있다. 이러한 편차 e(t)가 CDIDF AFC 제어기에 입력될 때에 CDIDF AFC 제어기의 출력 신호 u(t)는 다음 수학식 12와 같다. 따라서, 다음 수학식 13의 조건을 만족하면 외란은 제거될 수 있다. Since the vibration of the
도 12는 도 11에 도시된 CDIDF AFC 제어기의 상세 블록선도이다. 수학식 11과 같은 편차 e(t)가 CDIDF AFC 제어기로 입력될 때에 CDIDF AFC 제어기의 출력 신호 u(t)는 수학식 12와 같다. 편차 e(t)는 사인 함수이기 때문에 수학식 12의 코사인 함수 항을 생성하기 위하여 90도 위상 추이기가 삽입되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 90도 위상 추이기는 절대값, 미분기(S), 선형 리미터, 곱셈기로 구현될 수 있다. 12 is a detailed block diagram of the CDIDF AFC controller shown in FIG. The output signal u (t) of the CDIDF AFC controller when Equation (11) is input to the CDIDF AFC controller is shown in Equation (12). Since the deviation e (t) is a sine function, a 90 degree phase shifter is inserted to generate the cosine function term in Equation (12). As shown in FIG. 12, the 90-degree phase shifter may be implemented with an absolute value, a differentiator S, a linear limiter, and a multiplier.
도 13은 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 제어 시스템의 블록선도이다. 도 13에서 G(S)는 PI(Proportional Integral) 제어기로서 도 13에 도시된 제어 시스템의 편차 e(t)를 적분하여 일정시간 동안 누적된 편차를 제거하기 위한 신호를 생성하며, 도 13에 도시된 제어 시스템의 정상 상태 오차를 제거하는 역할을 한다. Nh(s)는 도 12에 도시된 CDIDF AFC 제어기로서 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호 u(t)를 생성하며, 도 13에 도시된 제어 시스템의 출력 y(t)의 오버슈트(overshoot)를 제거하는 역할을 한다.13 is a block diagram of the control system of the
도 13에 도시된 제어 시스템을 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)에 적용하면, r(t)은 진동 차폐 장치(100)의 제어 시스템에 입력되는 기준값으로서 베드(103)의 기준 위치를 나타내는 신호이다. y(t)는 진동 차폐 장치(100)의 제어 시스템으로부터 출력되는 출력값으로서 변위센서(111)에 의해 검출된 베드(103)의 실제 변위를 나타내는 신호이다. e(t)는 출력값 y(t)와 기준값 r(t)간의 편차로서 베드(103)의 기준 위치에 대한 변위센서(111)에 의해 검출된 베드(103)의 실제 변위의 편차를 나타내는 신호이다. d(t)는 지진 등 진동원으로 인해 발생되는 대상물(10)의 진동에 의해 대상물(10)에 가해지는 외란을 나타내는 신호이다. δ(t)는 각 엠알댐퍼(105)에 입력되는 신호로서 각 엠알댐퍼(105)의 댐핑력을 조절하기 위한 신호이다. 엄밀하게 말하면, 상술한 바와 같이, δ(t)는 PWM 제어기(1102)로 입력되어 PWM 신호로 변환되고, PWM 신호는 전류 드라이버(1103)로 입력되어 각 엠알댐퍼(105)에 입력되는 실제 댐핑력 조절 신호로 변환된다. When the control system shown in Fig. 13 is applied to the
도 13에 도시된 제어 시스템은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 모의 실험될 수 있다. 이러한 모의 실험 과정을 통하여 PI 제어기 G(S)의 각 계수와 CDIDF AFC 제어기 Nh(s)의 각 계수를 변화시키면서 진동 차폐 장치(100)의 진동 차폐 성능을 테스트한다. 이러한 테스트 결과를 기초로 최고의 진동 차폐 성능을 발휘하는 PI 제어기 G(S)의 각 계수와 CDIDF AFC 제어기 Nh(s)의 각 계수를 결정하여 PI 제어기와 CDIDF AFC 제어기를 제작한다. 이와 같이 제작된 PI 제어기와 CDIDF AFC 제어기를 병렬로 연결함으로써 도 10에 도시된 비선형 제어기(1101)를 제작할 수 있다. 도 13에 도시된 제어 시스템은 차폐함(102)의 수평방향 진동의 횡방향 성분과 종방향 성분 각각에 별개로 적용되어 차폐함(102)의 수평방향 진동의 횡방향 성분과 종방향 성분을 병렬로 동시에 처리하는 비선형 제어기(1101)를 제작할 수 있다. The control system shown in Fig. 13 can be simulated through computer simulation. Through this simulation procedure, the vibration shielding performance of the
도 14는 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)가 적용된 내진 발전기의 횡단면도이고, 도 15는 도 14에 도시된 내진 발전기의 종단면도이다. 도 14-15를 참조하면, 본 실시예에 따른 내진 발전기는 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)와 베드(103)에 탑재되는 발전기(10)로 구성된다. 즉, 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)에 의한 진동 차폐의 대상물(10)이 발전기(10)인 경우이다. 특히, 도 14-15에 도시된 발전기(10)는 디젤 발전기로서 경유를 연료로 사용하여 동력을 발생시키는 디젤엔진(11), 디젤엔진(11)의 동력을 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 발전기(12), 디젤엔진(11)을 냉각시키는 라디에이터(13), 및 디젤엔진(11)을 감시하고 제어하기 위한 각종 계기와 스위치가 부착되어 있는 제어반(14)으로 구성된다.14 is a cross-sectional view of a vibration-damping generator to which the vibration-shielding
이와 같이, 도 1-3에 도시된 진동 차폐 장치(100)의 베드(103)에 내진 발전기를 구성하는 모든 요소들, 즉 디젤엔진(11), 발전기(12), 라디에이터(13), 및 제어반(14)이 탑재되기 때문에 상술된 바와 같은 진동 차폐 장치(100)의 여러 효과에 따라 중력 공간의 관점에서 디젤 발전기(10)의 위치는 항상 고정되어 있게 되어, 디젤 발전기(10)의 진동은 보다 완벽하게 제거될 수 있다. 이에 따라, 지진이 발생하여도 디젤 발전기(10)는 거의 진동하지 않게 되어 진동으로 인한 디젤 발전기(10)의 파손, 예를 들어 내부 부품의 파손이 방지될 수 있다. 결국, 지진이 발생하여도 디젤 발전기(10)는 비상 전력을 생산할 수 있어 재난 구조에 필요한 전력을 원활하게 공급할 수 있다. Thus, all the elements constituting the earthquake-resistant generator, that is, the
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
101 ... 베이스플레이트
102 ... 베드
103 ... 차폐함
104, 1041-1044 ... 스프링댐퍼
105, 1051-1052 ... 액추에이터
106 ... 방진기
107 ... 앵커볼트
108 ... 스토퍼
109 ... 슬라이더
110 ... 제어기
111 ... 변위센서
112 ... 지진센서101 ... base plate
102 ... Bed
103 ... Shielded
104, 1041-1044 ... spring damper
105, 1051-1052 ... Actuator
106 ... anti-vibration machine
107 ... anchor bolt
108 ... Stopper
109 ... slider
110 ... controller
111 ... displacement sensor
112 ... Earthquake sensor
Claims (11)
상기 대상물(10)이 탑재되며 상기 차폐함(102)의 내부 공간에서 이동 가능하도록 설치되는 베드(103);
상기 차폐함(102)과 상기 베드(103) 사이에 삽입되어 상기 차폐함(102)의 진동으로 인한 차폐함(102)과 베드(103)의 간격 변화에 따라 신축되는 적어도 하나의 스프링댐퍼(104);
상기 차폐함(102)과 상기 베드(103) 사이에 삽입되어 상기 차폐함(102)의 진동에 따라 가변되는 댐핑력(damping power)으로 상기 스프링댐퍼(104)의 신축을 제동하는 적어도 하나의 액추에이터(105); 및
상기 차폐함(102)의 진동에 기초하여 상기 적어도 하나의 액추에이터(105)의 댐핑력을 제어하기 위한 신호를 생성하여 상기 적어도 하나의 액추에이터(105)에 출력함으로써 상기 적어도 하나의 액추에이터(105)를 제어하는 제어기(110)를 포함하고,
상기 제어기(110)는 상기 차폐함(102)의 진동으로 인한 베드(103)의 이동과 반대로 상기 베드(103)가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하여 상기 각 액추에이터(105)에 출력함으로써 상기 각 액추에이터(105)를 제어하고,
상기 각 액추에이터(105)는 상기 제어기(110)로부터 출력된 신호에 따라 상기 스프링댐퍼(104)의 신축을 제동하기 위한 댐핑력을 가변시키는 진동 차폐 장치.A box-shaped shield box 102 installed on a base plate 101 in a space where the object 10 is installed;
A bed 103 on which the object 10 is mounted and installed to be movable in an inner space of the shielding case 102;
At least one spring damper 104 inserted between the shield case 102 and the bed 103 and stretched or shrunk in response to a change in distance between the shield case 102 and the bed 103 due to the vibration of the shield case 102, );
At least one actuator interposed between the shielding case 102 and the bed 103 for braking the expansion and contraction of the spring damper 104 with a damping power varying with the vibration of the shielding case 102, (105); And
Generating a signal for controlling the damping force of the at least one actuator (105) based on the vibration of the shield box (102) and outputting the signal to the at least one actuator (105) And a controller (110)
The controller 110 controls the actuators 105 for variable braking of the expansion and contraction of the respective spring dampers 104 so that the bed 103 moves as opposed to the movement of the bed 103 due to the vibration of the shield box 102. [ And outputs the adjusted signals to the actuators 105 to control the actuators 105,
Wherein each of the actuators (105) varies the damping force for braking the expansion and contraction of the spring damper (104) according to a signal output from the controller (110).
상기 각 액추에이터(105)의 길이는 상기 차폐함(102)과 상기 베드(103)의 간격 변화에 따라 변화되고, 상기 댐핑력은 상기 각 액추에이터(105)의 길이 변화에 저항하는 방향으로 작용함으로써 상기 스프링댐퍼(104)의 신축을 제동하는 진동 차폐 장치. The method according to claim 1,
The length of each of the actuators 105 varies in accordance with a change in distance between the shield case 102 and the bed 103. The damping force acts in a direction to resist a change in the length of each of the actuators 105, A vibration shielding device for braking and expanding the spring damper (104).
상기 각 액추에이터(105)는 상기 차폐함(102)의 일 내측면에 부착되는 실린더(41), 상기 베드(103)의 일 내측면에 부착되며 상기 실린더(41)의 내외를 이동하는 피스톤(42), 및 상기 실린더(41)의 내부에서 상기 피스톤(42)을 감싸며 상기 제어기(110)로부터 출력된 전기 신호에 따라 변화되는 점도를 갖는 유체(44)를 포함하고,
상기 피스톤(42)은 상기 유체(44)의 점도에 의해 제동됨으로써 상기 유체(44)의 점도는 상기 댐핑력을 형성하는 진동 차폐 장치.3. The method of claim 2,
Each of the actuators 105 includes a cylinder 41 attached to one inner side surface of the shield case 102 and a piston 42 attached to one inner side surface of the bed 103 and moving inside and outside the cylinder 41 And a fluid (44) surrounding the piston (42) within the cylinder (41) and having a viscosity that varies with an electrical signal output from the controller (110)
Wherein the piston (42) is braked by the viscosity of the fluid (44) so that the viscosity of the fluid (44) forms the damping force.
상기 각 액추에이터(105)는 상기 실린더(41)의 내부에 위치하여 상기 제어기(110)로부터 출력된 전기 신호로부터 자기장을 형성하는 코일(43)을 더 포함하고,
상기 유체(44)는 상기 코일(43)에 의해 형성된 자기장의 세기에 따라 점도가 변화되는 엠알유체(Magneto-Rheological fluid)인 진동 차폐 장치.The method of claim 3,
Each of the actuators 105 further includes a coil 43 positioned inside the cylinder 41 and forming a magnetic field from the electric signal output from the controller 110,
Wherein the fluid (44) is a magneto-rheological fluid whose viscosity changes according to the intensity of a magnetic field formed by the coil (43).
상기 적어도 하나의 스프링댐퍼(104)는 상기 베드(103)의 횡방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 복수 개의 스프링댐퍼(104)와 상기 베드(103)의 종방향으로 서로 대향하는 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 복수 개의 스프링댐퍼(104)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 액추에이터(105)는 상기 횡방향으로 스프링댐퍼(104)가 삽입된 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 적어도 하나의 액추에이터(105)와 상기 종방향으로 스프링댐퍼(104)가 삽입된 차폐함(102)의 내측면과 베드(103)의 외측면 사이에 삽입되는 적어도 하나의 액추에이터(105)를 포함하는 진동 차폐 장치.The method according to claim 1,
The at least one spring damper 104 includes a plurality of spring dampers 104 inserted between the inner surface of the shield box 102 and the outer surface of the bed 103 facing each other in the lateral direction of the bed 103, And a plurality of spring dampers (104) inserted between the inner surface of the shield box (102) and the outer surface of the bed (103) facing each other in the longitudinal direction of the bed (103)
The at least one actuator 105 includes at least one actuator 105 inserted between the inner surface of the shield box 102 in which the spring damper 104 is inserted in the transverse direction and the outer surface of the bed 103, And at least one actuator (105) inserted between the inner surface of the shield box (102) into which the spring damper (104) is inserted in the longitudinal direction and the outer surface of the bed (103).
상기 제어기(110)는 상기 차폐함(102)의 수평방향 진동으로 인한 베드(103)의 수평방향 이동과 반대로 상기 베드(103)가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하여 상기 각 액추에이터(105)에 출력함으로써 상기 각 액추에이터(105)를 제어하는 진동 차폐 장치. The method according to claim 1,
The controller 110 controls the expansion and contraction of each spring damper 104 so that the bed 103 moves as opposed to the horizontal movement of the bed 103 due to the horizontal vibration of the shield box 102. [ And generates an adjustment signal for damping force of each actuator (105) and outputs it to each of the actuators (105), thereby controlling each of the actuators (105).
상기 제어기(110)는 상기 제어기(110)에 의해 제어된 각 액추에이터(105)의 동작에 따른 대상물(10)의 실제 위치 정보를 피드백받고, 상기 베드(103)의 기준 위치에 대한 베드(103)의 실제 위치의 편차에 CDIDF AFC(Complex Dual Input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller) 알고리즘을 적용하여 상기 차폐함(102)의 진동으로 인해 상기 대상물(10)에 가해지는 외란과 동일한 크기의 반대 위상을 가진 신호를 산출하고, 상기된 산출된 신호를 이용하여 상기 편차가 제거되는 방향으로 상기 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 상기 베드(103)의 수평방향 이동과 반대로 베드(103)가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하는 진동 차폐 장치. The method according to claim 6,
The controller 110 feeds back the actual position information of the object 10 according to the operation of each actuator 105 controlled by the controller 110 and receives the actual position information of the bed 103 with respect to the reference position of the bed 103, A complex dual input Describing Function Adaptive Feedforward Canceller (AFC) algorithm is applied to the deviation of the actual position of the shield box 102 to generate a signal having a phase opposite to that of the disturbance applied to the object 10 due to the vibration of the shield box 102 And generates an adjustment signal of the damping force of each of the actuators 105 in a direction in which the deviation is removed by using the calculated signal as described above, so that the bed 103 is moved in the opposite direction to the horizontal movement of the bed 103 And generates an adjustment signal of the damping force of each actuator (105) for variable braking the expansion and contraction of each spring damper (104) so as to move the spring damper (104).
상기 제어기(110)는 상기 차폐함(102)의 진동 파형에 따라 예측되는 베드(103)의 이동 경로와 반대되는 이동 경로를 상기 베드(103)의 기준 위치로 설정하고, 상기 제어기(110)에 의해 제어된 각 액추에이터(105)의 동작에 따른 베드(103)의 실제 위치 정보를 피드백받고, 상기 설정된 베드(103)의 기준 위치에 대한 베드(103)의 실제 위치의 편차가 제거되는 방향으로 상기 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성함으로써 상기 베드(103)의 수평방향 이동과 반대로 베드(103)가 움직이도록 상기 각 스프링댐퍼(104)의 신축을 가변 제동하기 위한 각 액추에이터(105)의 댐핑력의 조절 신호를 생성하는 진동 차폐 장치. The method according to claim 6,
The controller 110 sets a movement path that is opposite to the movement path of the bed 103 predicted according to the vibration waveform of the shield box 102 to a reference position of the bed 103, The actual position information of the bed 103 according to the operation of each of the actuators 105 controlled by the bed 103 is fed back and the actual position information of the bed 103 is corrected in the direction in which the deviation of the actual position of the bed 103 with respect to the reference position of the bed 103 is eliminated Each actuator 105 for variable braking the elongation and contraction of each spring damper 104 so as to move the bed 103 in opposition to the horizontal movement of the bed 103 by generating an adjustment signal of the damping force of each actuator 105 ) Of the damping force.
상기 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면에 설치되어 상기 베드(103)를 지지하면서 상기 차폐함(102)의 내부 공간에서의 상기 베드(103)의 수평 이동에 따라 슬라이딩되어 수평 이동되는 적어도 하나의 슬라이더(109)를 더 포함하는 진동 차폐 장치. The method according to claim 1,
The shield 103 is installed on the bottom surface of the inner space of the shield box 102 and slidably moves horizontally along the horizontal movement of the bed 103 in the inner space of the shield box 102 while supporting the bed 103 Further comprising one slider (109).
상기 슬라이더는 상기 차폐함(102)의 내부 공간의 바닥면에 부착되는 하판(51), 상기 하판(51)에 결합되어 상기 하판(51)의 상면을 덮는 덮개(52), 및 상기 베드(103)를 지지하면서 상기 베드(103)의 수평 이동에 따라 상기 하판(51)과 상기 덮개(52)에 의해 형성된 공간 내에서 상기 하판(51)과 상기 덮개(52) 사이에 슬라이딩되어 수평 이동되는 무버(53)를 포함하는 진동 차폐 장치. 10. The method of claim 9,
The slider includes a lower plate 51 attached to a bottom surface of the inner space of the shield case 102, a lid 52 coupled to the lower plate 51 to cover the upper surface of the lower plate 51, And is slid between the lower plate 51 and the cover 52 in the space formed by the lower plate 51 and the lid 52 in accordance with the horizontal movement of the bed 103, (53).
제 1 항의 진동 차폐 장치; 및
상기 베드(103)에 탑재되는 발전기를 포함하는 내진 발전기.The earthquake-resistant electric power generator according to claim 1,
The vibration shielding device according to claim 1, And
And a generator mounted on the bed (103).
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