KR102156394B1 - Semi-active turned mass damper with eddy-current break and the method control the same - Google Patents
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Abstract
준능동형 동조질량감쇠기 및 그 제어 방법이 개시된다. 구체적으로, 구조물에 구비되는 준능동형 동조질량감쇠기로서, 질량체(100); 그 일측에 상기 질량체(100)가 이동 가능하게 결합되는 레일부(200); 상기 질량체(100)에 구비되며, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장하는 도체 부재(300); 및 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 위치되며, 상기 도체 부재(300)가 삽입되는 감속부(400)를 포함하며, 상기 감속부(400)는, 그 내측에 자석(440)이 구비되는 제1 자력부(410); 그 내측에 자석(440)이 구비되며, 상기 제1 자력부(410)에 대향하는 제2 자력부(420); 및 상기 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 사이에 형성되는 삽입 홈(430)을 포함하고, 상기 도체 부재(300)는 상기 삽입 홈(430)에 삽입되는 준능동형 동조질량감쇠기 및 이를 제어하는 방법이 개시된다.Disclosed are a semi-active tuned mass attenuator and a control method thereof. Specifically, as a semi-active type tuning mass attenuator provided in a structure, the mass body 100; A rail portion 200 to which the mass body 100 is movably coupled to one side thereof; A conductor member 300 provided on the mass body 100 and extending along the length direction of the rail part 200; And a deceleration part 400 which is positioned to be spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance and into which the conductor member 300 is inserted, wherein the deceleration part 400 is provided with a magnet 440 therein. A first magnetic portion 410; A second magnetic force portion 420 having a magnet 440 disposed therein, and facing the first magnetic force portion 410; And an insertion groove 430 formed between the first magnetic portion 410 and the second magnetic portion 420, wherein the conductor member 300 is a semi-active tuning mass inserted into the insertion groove 430 Disclosed are an attenuator and a method for controlling the same.
Description
본 발명은 준능동형 동조질량감쇠기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 동조질량감쇠기에 전기적인 제어가 가능한 맴돌이 전류 브레이크를 적용하여 가변형 감쇠를 구현함으로써, 건물 또는 구조물 등의 진동제어성능을 향상시킬 수 있는 준능동형 동조질량감쇠기에 관한 것이다.The present invention relates to a semi-active type tuned mass attenuator, and more specifically, by applying a eddy current brake that can be electrically controlled to the tuned mass attenuator to implement variable damping, it is possible to improve the vibration control performance of a building or structure. It relates to a semi-active type tuned mass attenuator.
최근 대한민국을 포함한 전 세계에서 빈번하게 발생하는 지진으로 인해 인적, 물적 피해가 발생하고 있으며, 이에 따라 사고 발생시 막대한 피해가 예상되는 건물, 구조물 등의 내진 설계에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, earthquakes that occur frequently around the world, including Korea, have caused damage to people and properties, and accordingly, interest in seismic design of buildings and structures that are expected to be enormous in the event of an accident is increasing.
내진 설계는 지진에 의해 건물이 무너지는 것을 방지하기 위해 지진에 견딜 수 있도록 설계하는 것을 의미한다. 그런데, 이러한 내진 설계는 건물의 최초 시공시 반영되어야 하는 사항으로, 이미 건물이 완공된 이후에는 보강 등 보조적인 수단에 의해서만 내진 강도를 향상시킬 수 있다는 한계가 있다.Seismic design means designing to withstand earthquakes to prevent the building from being collapsed by earthquakes. However, such a seismic design is a matter to be reflected in the initial construction of a building, and after the building has already been completed, there is a limit that the seismic strength can be improved only by auxiliary means such as reinforcement.
따라서, 건물이 완공된 이후에도 건물의 진동을 어느 정도 감소시키기 위한 수단이 요구된다.Therefore, a means for reducing the vibration of the building to some extent is required even after the building is completed.
또한, 지진 뿐만 아니라 강풍을 동반하는 태풍 등 강한 공기의 흐름 등에 의해서도 건물이 진동할 수 있다. 이 경우 건물이 전혀 진동을 하지 않게 되면 외력에 의한 충격이 더욱 강하게 되어 건물에 손상이 갈 위험성이 증가하고, 건물이 너무 심하게 진동을 할 경우 건물의 내구도가 저하될 우려가 있다.In addition, buildings may vibrate not only by earthquakes but also by strong air flows such as typhoons accompanied by strong winds. In this case, if the building does not vibrate at all, the impact from external force becomes stronger, increasing the risk of damage to the building, and if the building vibrates too severely, there is a fear that the durability of the building is deteriorated.
따라서, 건물의 내측 혹은 옥상 등에 건물이 어느 정도 진동하되, 내구도가 저하되지 않는 범위에서 진동하도록 제한하기 위한 수단 또한 요구된다.Therefore, a means for limiting the vibration of the building to a certain extent, such as inside or on the roof of the building, but not deteriorating the durability is also required.
상술한 필요성에 기인하여, 건물에는 일반적으로 동조질량감쇠기가 구비된다. 동조질량감쇠기는 건물의 동적 안정성을 위하여 외부로부터 건물에 전달된 에너지를 대신 흡수하여 진동을 감소시킨다.Due to the aforementioned necessity, buildings are generally equipped with tuned mass attenuators. The tuned mass attenuator reduces vibration by absorbing energy transmitted to the building from the outside for dynamic stability of the building.
구체적으로, 동조질량감쇠기는 제진장치(制振裝置, Vibration control device)의 일종으로서, 외력에 의해 건물이 가지는 진동 에너지의 양을 흡수, 분산시켜 건물의 진동의 크기를 감소시키고, 건물의 층간 상대변위 및 최상층의 가속도를 줄임으로써 건물의 내진 및 내풍 성능을 향상시키기 위해 구비된다.Specifically, the tuned mass attenuator is a type of vibration control device. It absorbs and disperses the amount of vibration energy of the building by external force to reduce the magnitude of the vibration of the building, and It is provided to improve the seismic and wind resistance performance of the building by reducing the displacement and acceleration of the top floor.
전통적으로 건물에 사용되는 동조질량감쇠기는 점성 감쇠장치 또는 마찰 방식의 접촉형 브레이크의 형태로서 구비된다. 점성 감쇠장치는 점성이 있는 유체를 이용하여 질량체의 운동을 제한하고, 접촉형 브레이크는 마찰에 의해 질량체의 운동을 제한하는 방식으로 제어 효율을 향상시킨다.Tuning mass dampers traditionally used in buildings are provided in the form of viscous damping devices or friction type contact brakes. The viscous damping device uses a viscous fluid to limit the movement of the mass body, and the contact brake improves the control efficiency by limiting the movement of the mass body by friction.
그런데, 전통적인 방식의 동조질량감쇠기는 실제 시공시 또는 실제 사용시 레일과 레일블록 간의 마찰력, 축의 비틀림 등의 불측의 변수에 의해 과도한 감쇠력이 발생하여 목표하는 제어 효율이 획득되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이를 보정하는 과정에서 과다한 시간 및 인력이 투입되는 문제가 있다.However, when the conventional tuning mass damper is actually constructed or used, excessive damping force may be generated due to unforeseen variables such as frictional force between the rail and the rail block, and torsion of the shaft, and the target control efficiency may not be obtained. Therefore, there is a problem that excessive time and manpower are put in the process of correcting this.
또한, 마찰 방식의 감쇠 장치의 경우 온도, 습도, 윤활 상태 및 마찰력의 마모 상태 등과 같은 요인에 의해 마찰계수 및 마찰 양상이 크게 변화되므로 마찰력에 대한 신뢰도가 매우 낮다.In addition, in the case of a friction-type damping device, the friction coefficient and the friction pattern are greatly changed by factors such as temperature, humidity, lubrication condition, and wear condition of the friction force, so the reliability of the friction force is very low.
더 나아가, MR 유체의 결합력을 이용하는 MR 댐퍼(Magnetorheological Fluid Damper) 또는 극성 유체의 결합력을 이용하는 ER 댐퍼(Electro-rheological Fluid Damper)의 경우 매우 고가이며, 유체의 주기적인 교체가 요구된다는 한계가 있다. Furthermore, in the case of an MR damper (Magnetorheological Fluid Damper) using the bonding force of MR fluid or an ER damper (Electro-rheological Fluid Damper) using the bonding force of polar fluid, it is very expensive, and there is a limitation that periodic replacement of the fluid is required.
특히, 점성 감쇠장치의 경우 최초 설계시 감쇠 용량이 결정되므로 감쇠력 변경이 불가능하다는 치명적인 한계를 내포한다. 이는 자동차나 철도 등에 사용되는 동조질량감쇠기와는 달리, 건물에 설치된 동조질량감쇠기는 교체 및 유지 보수가 매우 어렵다는 점에 기인한다.In particular, the viscous damping device has a fatal limitation that it is impossible to change the damping force because the damping capacity is determined during the initial design. This is due to the fact that, unlike the tuned mass attenuators used in automobiles and railways, the tuned mass attenuators installed in buildings are very difficult to replace and maintain.
이 외에도 수동형 감쇠장치가 제안되었으나, 운용자가 일일이 수동으로 조작해야 하는 것으로, 능동형 혹은 준능동형으로 제어하기에는 한계가 있다.In addition to this, a passive damping device has been proposed, but the operator must manually operate it, and there is a limit to controlling it in an active or semi-active type.
한국공개특허문헌 제10-2017-0010143호는 가변질량부를 추가로 구비하여 이를 전기적으로 제어함으로써 진동을 상쇄하는 가변질량 다이나믹 댐퍼를 개시한다.Korean Laid-Open Patent Document No. 10-2017-0010143 discloses a variable mass dynamic damper that cancels vibration by additionally providing a variable mass unit and controlling it electrically.
그런데, 이러한 유형의 장치는 차량에 적용되는 것을 전제로 하므로, 차량에 비해 그 규모, 중량 및 외력이 훨씬 큰 건물에는 적용하기 어려우며, 상대적으로 작은 질량의 추가질량부를 이용하므로 진동 상쇄의 효과가 감소된다는 한계가 있다.However, since this type of device is premised to be applied to a vehicle, it is difficult to apply to a building with a much larger size, weight and external force than a vehicle, and the effect of vibration cancellation is reduced by using a relatively small additional mass. There is a limit to becoming.
한국공개특허문헌 제10-2017-0102926호는 6개의 자유도의 운동이 가능한 액츄에이터를 이용하여 진동을 감소시키기 위한 전기기계 액츄에이터를 개시한다. Korean Patent Publication No. 10-2017-0102926 discloses an electromechanical actuator for reducing vibration by using an actuator capable of moving six degrees of freedom.
그런데, 이러한 유형의 액츄에이터는 표준 질량체가 6개의 자유도의 운동을 위해 코일 스프링에 연결되어 부양되어 있는 형태이므로, 표준 질량체의 질량의 증가에 한계가 있으므로 고중량의 건물에는 적용이 어렵다는 한계가 있다.However, since this type of actuator is a type in which a standard mass is connected to and supported by a coil spring for movement of six degrees of freedom, there is a limit that it is difficult to apply to a heavy building because there is a limit to the increase of the mass of the standard mass.
본 발명의 목적은, 건물 또는 건축물 등의 구조물에 설치되어 전기적인 방법을 이용하여 구조물의 진동에 따라 사용자가 일일이 수동으로 조작하지 않고도 능동적으로 진동에 대응하여 질량체가 이동하되, 필요시 사용자가 직접 조작하여 진동에 대응함으로써 구조물의 진동을 효과적으로 상쇄할 수 있는 준능동형 동조질량감쇠기를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to be installed in a structure such as a building or a structure, and by using an electrical method, the mass body moves actively in response to the vibration without the user manually manually manipulating the vibration of the structure. The objective is to provide a semi-active type tuned mass damper that can effectively counteract the vibration of a structure by manipulating it to respond to vibration.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 구조물에 구비되는 준능동형 동조질량감쇠기로서, 질량체(100); 그 일측에 상기 질량체(100)가 이동 가능하게 결합되는 레일부(200); 상기 질량체(100)에 구비되며, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장하는 도체 부재(300); 및 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 위치되며, 상기 도체 부재(300)가 삽입되는 감속부(400)를 포함하며, 상기 감속부(400)는, 그 내측에 자석(440)이 구비되는 제1 자력부(410); 그 내측에 자석(440)이 구비되며, 상기 제1 자력부(410)에 대향하는 제2 자력부(420); 및 상기 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 사이에 형성되는 삽입 홈(430)을 포함하고, 상기 도체 부재(300)는 상기 삽입 홈(430)에 삽입되는 준능동형 동조질량감쇠기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, as a semi-active type tuned mass attenuator provided in a structure, the mass body (100); A
또한, 상기 제1 자력부(410) 및 상기 제2 자력부(420)의 내측에 구비되는 상기 자석(440)은 전자석일 수 있다.Further, the
또한, 상기 자석(440)에 인가되는 전류의 세기는 조절될 수 있다.In addition, the intensity of the current applied to the
또한, 상기 감속부(400)는 복수 개 구비되어, 상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 위치될 수 있다.In addition, a plurality of the
또한, 상기 감속부(400)는 상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 같은 개수로 구비될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 질량체(100)의 상기 일측(110) 및 상기 타측(120)에는 탄성 부재(500)가 각각 구비될 수 있다.In addition, an
또한, 본 발명은, 상기한 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법으로서, (a) 센서 모듈(610)이 상기 질량체(100)의 가속도를 감지하는 단계; (b) 적분 모듈(620)이 감지된 상기 가속도를 적분하여 상기 질량체(100)의 속도를 연산하는 단계; (c) 전자기력 연산 모듈(630)이 연산된 상기 속도에 따라 전자기력을 연산하는 단계; (d) 자속 밀도 결정 모듈(640)이 연산된 상기 전자기력을 이용하여 자속 밀도를 결정하는 단계; (e) 전류 연산 모듈(650)이 결정된 상기 자속 밀도에 따라 인가될 전압 및 전류의 크기를 연산하는 단계를 포함하는 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법을 제공한다.In addition, the present invention, as a control method of the quasi-active type tuned mass attenuator, (a) the
또한, 상기 (b) 단계는, (b1) 하이패스필터부(HPF)(622)가 연산된 상기 속도의 오류값을 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, step (b) may include (b1) filtering an error value of the calculated speed by the high pass filter unit (HPF) 622.
또한, 상기 (e) 단계 이후에, (f) 전류 인가 모듈(660)이 연산된 상기 전압 및 전류의 크기에 상응하게 상기 감속부(400)에 전류를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step (e), (f) applying a current to the
본 발명에 따르면, 감속부에 구비된 자석에 전류를 인가함으로써 맴돌이 전류를 형성하고, 이에 따라 발생하는 전자기장 내측으로 질량체에 연결된 도체 부재가 삽입되어 발생하는 로렌츠 힘에 의해 질량체의 움직임이 제어되므로 감쇠를 위한 유체 없이도 질량체의 움직임을 효과적으로 제어할 수 있다.According to the present invention, an eddy current is formed by applying a current to a magnet provided in the deceleration unit, and the movement of the mass is controlled by the Lorentz force generated by inserting a conductor member connected to the mass into the resulting electromagnetic field. It is possible to effectively control the movement of the mass without a fluid for it.
또한, 상이한 진동에 대응하여 필요한 감쇠 용량에 따라 인가될 전류를 변경시켜 로렌츠 힘의 크기를 제어함으로써 감쇠 용량을 능동적으로 변경할 수 있으므로, 준능동 제어가 가능하다.In addition, since the damping capacity can be actively changed by controlling the magnitude of the Lorentz force by changing the current to be applied according to the required damping capacity in response to different vibrations, semi-active control is possible.
더 나아가, 감쇠를 위한 유체 없이 전자석만으로도 준능동형 동조질량감쇠기의 구현이 가능하므로 유지 보수에 있어 비용 및 인력이 절감될 수 있다.Furthermore, since it is possible to implement a semi-active tunable mass attenuator with only an electromagnet without a fluid for attenuation, cost and manpower can be reduced in maintenance.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분의 부분 확대도이다.
도 4는 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 정면도이다.
도 5는 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 측면도이다.
도 6은 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 도체 부재를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 감속부를 도시하는 부분 절개 사시도이다.
도 8은 도 7의 감속부를 도시하는 부분 절개 정면도이다.
도 9는 도 7의 감속부를 도시하는 부분 절개 측면도이다.
도 10은 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법을 수행하기 위한 구성을 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기가 도 10의 방법에 따라 제어되는 과정을 도시하는 개념도이다.
도 12는 도 10의 제어 방법의 구성 및 정보의 흐름을 도시하는 순서도이다.
도 13은 도 10의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 14는 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기 사용에 따른 결과를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 적용에 따른 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 적용에 따른 시뮬레이션 결과를 도시하는 다른 그래프이다.
도 17은 다양한 설계변수에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 변위 및 가속도를 도시하는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 적용에 따른 결과를 정규화하는 과정을 도시하는 그래프이다.1 is a perspective view showing a semi-active type tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of the semi-active type tuned mass attenuator of FIG. 1.
3 is a partially enlarged view of portion A of FIG. 2.
4 is a front view of the semi-active type tuning mass attenuator of FIG. 1.
5 is a side view of the semi-active type tuned mass attenuator of FIG. 1.
Fig. 6 is a diagram showing a conductor member of the semi-active type tuning mass damper of Fig. 1;
Fig. 7 is a partially cut-away perspective view showing a deceleration part of the semi-active type tuning mass damper of Fig. 1;
8 is a partially cut-away front view showing the deceleration portion of FIG. 7.
9 is a partially cut-away side view showing the deceleration portion of FIG. 7.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration for performing a method of controlling the semi-active type tuned mass damper of FIG. 1.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a process in which a semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention is controlled according to the method of FIG. 10.
FIG. 12 is a flowchart showing the configuration of the control method of FIG. 10 and the flow of information.
13 is a flowchart illustrating the control method of FIG. 10.
14 is a graph showing the results of the use of a tuning mass damper according to the prior art.
15 is a graph showing a simulation result according to the application of a semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention.
16 is another graph showing a simulation result according to application of a semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing displacement and acceleration of a semi-active type tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention according to various design variables.
18 is a graph showing a process of normalizing a result of applying a quasi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 및 그 제어 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a semi-active type tuning mass attenuator and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
1. 용어의 정의1. Definition of terms
이하의 설명에서 사용되는 "전방", "후방", "좌측", "우측", "상측" 및 "하측"이라는 용어는 도 1에 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 것이다.The terms "front", "rear", "left", "right", "upper" and "lower" used in the following description will be understood with reference to the coordinate system shown in FIG.
이하의 설명에서 사용되는 "구조물"이라는 용어는 건물, 건축물, 가건물 등 사람이 그 내부에서 생활 내지 작업 등을 수행할 수 있는 모든 종류의 구조체를 의미한다.The term "structure" used in the following description refers to all kinds of structures, such as buildings, buildings, temporary buildings, etc., in which people can perform life or work.
2. 준능동형 동조질량감쇠기의 구성의 설명2. Description of the configuration of the semi-active type tuned mass damper
본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 질량체(100)의 이동을 제어하기 위한 수단으로서 전자기력에 의해 발생하는 로렌츠 힘을 이용한다.The semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention uses Lorentz force generated by electromagnetic force as a means for controlling the movement of the
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 질량체(100), 레일부(200), 도체 부재(300), 감속부(400) 및 탄성 부재(500)를 포함한다.1 to 5, the semi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention includes a
질량체(100)는 구조물에 가해지는 외력에 의해 발생한 진동에 상응하여 좌측 또는 우측으로 이동함으로써 진동을 상쇄하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 질량체(100)는 구조물에 관성력을 전달함으로써 구조물에 발생한 진동을 상쇄한다.The
질량체(100)는 구조물의 크기, 높이 및 질량 등에 따라 그 크기 및 질량이 변경될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 질량체(100)는 정육면체 형상으로 구비되나, 그 형상은 변경 가능하다.The
질량체(100)는 내부에 별도의 추가 질량 부재(미도시)를 수용할 수 있는 수용부(미도시)를 포함하여, 필요에 따라 추가 질량 부재(미도시)를 추가함으로써 질량체(100) 전체의 질량을 증가시킬 수 있는 구조로서 구비될 수 있다.The
질량체(100)는 후술될 레일부(200) 상에 위치되어, 구조물에 발생하는 진동에 따라 후술될 레일부(200)를 따라 이동 가능하다.The
질량체(100)의 전방 측면 및 후방 측면에는 후술될 도체 부재(300)가 각각 두 개씩 연결되고, 질량체(100)의 좌측면 및 우측면에는 후술될 탄성 부재(500)가 연결된다.Two
레일부(200)는 질량체(100)가 이동할 수 있는 경로를 형성한다. 도시된 실시 예에서, 레일부(200)는 질량체(100)의 하측에 위치되어, 질량체(100)가 레일부(200)를 따라 좌측 또는 우측으로 직선 운동할 수 있도록 질량체(100)의 움직임을 제한한다.The
대안적으로, 레일부(200)는 질량체(100)의 상측에 위치되어 질량체(100)는 별도의 행거(미도시) 등에 의해 레일부(200)에 연결될 수 있다.Alternatively, the
레일부(200)와 질량체(100)가 접하는 부분에는 휠 부재(미도시)가 구비되어 질량체(100)의 이동이 원활하게 수행될 수 있다.A wheel member (not shown) is provided at a portion where the
또한, 레일부(200)에는 질량체(100)의 임의 이탈을 방지하기 위한 별도의 체결 부재(미도시)가 구비되어, 레일부(200) 상에서 질량체(100)의 안정적인 이동이 보장될 수 있다.In addition, a separate fastening member (not shown) is provided in the
도체 부재(300)는 질량체(100)에 결합되며, 질량체(100)가 좌측 또는 우측으로 이동할 경우 후술될 감속부(400) 내에 형성된 전자기장 내에서 이동함에 따라 질량체(100)의 움직임에 대항하는 로렌츠 힘을 발생시킴으로써 질량체(100)의 움직임을 제어하는 역할을 수행한다.The
도체 부재(300)는 전기 전도도가 높은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 일 실시 예에서, 도체 부재(300)는 구리 또는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.It is preferable that the
도체 부재(300)는 전기 저항을 최소화하고 유도 전류가 자유롭게 흐를 수 있도록 충분한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.The
도 6을 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 도체 부재(300)는 판부(310), 돌출부(320)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the
판부(310)는 전자기장이 형성된, 후술될 감속부(400) 내에서 이동함으로써 로렌츠 힘을 발생시키는 역할을 수행한다. 즉, 판부(310)는 후술될 감속부(400)의 삽입 홈(430)에 좌우 방향으로 이동 가능하게 삽입된다(도 1 내지 도 5 참조).The
판부(310)의 면적은 판부(310)의 이동에 의해 발생하는 로렌츠 힘이 질량체(100)의 이동을 제어할 수 있을만큼 충분히 크도록 형성되는 것이 바람직하다.The area of the
판부(310)의 이동에 따라 질량체(100)의 이동이 제어되는 과정에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.A detailed description of the process of controlling the movement of the
돌출부(320)는 판부(310)의 일측으로 돌출된 부분이다. 돌출부(320)에는 복수 개의 결합 홀(322)이 형성되어, 질량체(100)와 결합되기 위한 통로를 제공한다. The
결합 홀(322)에는 나사 등의 체결 수단(미도시)이 구비되어 도체 부재(300)와 질량체(100)가 결합될 수 있다.A fastening means (not shown) such as a screw may be provided in the
도시된 실시 예에서, 도체 부재(300)는 총 4개로서 구비되어 질량체(100)의 전방 측면 및 후방 측면에 각각 2개씩 결합되나, 그 결합 위치 및 개수는 변경 가능하다.In the illustrated embodiment, the
또한, 구조물에 발생하는 진동의 방향에 즉각적으로 대응할 수 있도록, 도체 부재(300)의 판부(310)는 소정 면적만큼 후술될 감속부(400)의 삽입 홈(430) 내에 이동 가능하게 삽입된 구조로서 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the
감속부(400)는 그 내부에 자석(440)이 구비된 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)를 포함하여, 전력이 인가될 경우 그 내측에서 이동하는 도체 부재(300)에 의해 로렌츠 힘이 발생할 수 있는 전자기장을 형성한다.The
도시된 실시 예에서 감속부(400)는 총 4개가 구비되어, 각각 질량체(100)의 좌측 및 우측으로부터 소정 거리만큼 이격되어 두 개씩 위치된다. 감속부(400)의 위치 및 개수는 변경 가능하나, 후술될 바와 같이 도체 부재(300)의 이동에 의해 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있는 위치에 위치되는 것이 바람직하다.In the illustrated embodiment, a total of four
도 7 내지 도 9를 참조하면, 감속부(400)는 제1 자력부(410), 제2 자력부(420), 삽입 홈(430), 자석(440) 및 프레임(450)을 포함한다.7 to 9, the
제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 후술될 삽입 홈(430)을 그 사이에 두고 서로 대향되도록 위치된다. 즉, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 후술될 삽입 홈(430)을 기준으로 서로 마주하게 위치된다.The first
제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내측에는 후술될 자석(440)이 구비되어, 전류 인가시 전자기장이 형성될 수 있다. 이를 위해, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 별도의 전원 공급 수단(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.A
제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 내측에 구비된 자석(440)에 의해 발생하는 전자기력이 후술될 삽입 홈(430)에 전달될 수 있도록 높은 전기 전도도를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.The first
삽입 홈(430)은 도체 부재(300)가 삽입되어 그 내측에서 이동함으로써 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있는 공간을 제공한다. 삽입 홈(430)의 폭은 도체 부재(300)보다 약간 크게 형성되어, 도체 부재(300)가 그 내측에서 방해받지 않고 이동할 수 있는 것이 바람직하다.The
도시된 실시 예에서, 삽입 홈(430)은 감속부(400)의 좌우 방향으로 관통 형성되나, 도체 부재(300)의 이동을 방해하지 않는 여타 형상으로 형성될 수 있다.In the illustrated embodiment, the
자석(440)은 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내측에 복수 개 위치되어, 도체 부재(300)의 이동에 따라 로렌츠 힘을 발생시키기 위한 전자기장을 형성한다. A plurality of
본 발명의 실시 예에 따른 자석(440)은 전자석으로 구비되어 별도의 전원 공급 수단(미도시)으로부터 전류가 인가될 경우 전자기장이 형성될 수 있다. 대안적으로, 자석(440)은 영구 자석으로 구비될 수도 있으나, 이 경우 유지 보수를 위한 별도의 방안이 강구되어야 한다.The
도시된 실시 예에서, 자석(440)은 원통 형상으로 구비되어 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내에 상하 방향으로 3행, 좌우 방향으로 3개, 4개 및 3개가 순서대로 적층되어 구비되나, 그 형상 및 배치 방식은 변경될 수 있다. In the illustrated embodiment, the
다만, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내의 자석(440)은 동일한 구성 및 개수로서 구비되어, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부((420)에서 발생하는 전자기력의 차이로 인해 도체 부재(300)의 이동이 의도치 않게 이루어지지 않는 것이 바람직하다.However, the
자석(440)에 인가되는 전류 또는 전압은 조절될 수 있다. 따라서, 자석(440)에 의해 형성되는 전자기장의 세기 및 도체 부재(300)가 전자기장 내부에서 이동함에 따라 발생하는 로렌츠 힘은 조절될 수 있다.The current or voltage applied to the
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 감쇠력이 조절될 수 있다.Accordingly, the damping force of the semi-active type tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention may be adjusted.
프레임(450)은 감속부(400)의 외측을 형성한다. 프레임(450)의 내측에는 상술한 제1 자력부(410), 제2 자력부(420), 삽입 홈(430)이 위치된다. The
탄성 부재(500)는 구조물의 진동에 의해 질량체(100)가 진동을 개시할 때, 질량체(100)의 진동수를 조정하며, 좌측 또는 우측으로 이동한 질량체(100)가 타측으로 이동할 수 있는 복원력을 제공한다.When the
도시된 실시 예에서, 탄성 부재(500)는 코일 스프링으로 구비되나, 질량체(100)에 탄성력 또는 복원력을 제공할 수 있는 여타 형태로서 구비될 수 있다.In the illustrated embodiment, the
탄성 부재(500)에 의해 질량체(100)의 진동수 및 주기가 다음의 수식에 의해 결정될 수 있다.The frequency and period of the
여기서 m은 질량체(100)의 질량, k는 탄성 부재(500)의 탄성 계수이다.Here, m is the mass of the
도시된 실시 예에서, 탄성 부재(500)는 레일부(200)를 따라 질량체(100)의 좌측 및 우측으로 연장되어 두 개로서 구비되며, 연결 방식 및 개수는 변경 가능하다.In the illustrated embodiment, the
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 제어부(600)를 더 포함한다.Referring to FIG. 10, the semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention further includes a control unit 600.
제어부(600)는 질량체(100)의 이동과 관련된 정보를 감지하고, 이를 이용하여 질량체(100)의 이동을 제어하기에 충분한 로렌츠 힘을 생성하기 위한 전류를 연산하고 감속부(400)에 공급한다.The control unit 600 senses information related to the movement of the
일 실시 예에서, 제어부(600)는 마이크로프로세서 등 정보의 입출력 및 연산이 가능한 형태로서 구비될 수 있다.In an embodiment, the control unit 600 may be provided in a form capable of input/output and operation of information such as a microprocessor.
제어부(600)는 센서 모듈(610), 적분 모듈(620), 전자기력 연산 모듈(630), 자속 밀도 결정 모듈(640), 전류 연산 모듈(650) 및 전류 인가 모듈(660)을 포함한다.The control unit 600 includes a
센서 모듈(610)은 구조물의 진동에 상응하여 이동하는 질량체(100)의 가속도를 감지한다. 센서 모듈(610)이 감지한 질량체(100)의 가속도는 후술될 적분 모듈(620)에 전달되어 속도로서 연산된다.The
적분 모듈(620)은 센서 모듈(610)이 감지한 가속도를 시간에 대해 적분하여 속도로서 연산한다. 이 때, 질량부(100)의 이동이 항상 일정하게 보장될 수는 없으므로, 적분 결과값에는 노이즈가 존재할 수 있다.The
적분 모듈(620)은 하이패스필터부(622)를 포함하여, 특정값 이하의 적분 결과값을 필터링하여 적분된 질량체(100)의 속도의 신뢰성을 향상시킨다.The
전자기력 연산 모듈(630)은 적분 모듈(620)이 연산한 질량체(100)의 속도를 이용하여 질량체(100)의 이동을 제어하기에 충분한 로렌츠 힘을 생성하기 위한 전자기력을 연산한다.The electromagnetic
자속 밀도 결정 모듈(640)은 전자기력 연산 모듈(630)이 연산한 전자기력, 도체 부재(300)의 판부(310)의 면적 및 감속부(400)의 자석(440)에 대한 정보를 이용하여 요구되는 크기의 로렌츠 힘을 생성하기 위해 필요한 자속 밀도를 결정한다.The magnetic flux
전류 연산 모듈(650)은 자속 밀도 결정 모듈(640)이 결정한 자속 밀도를 생성할 수 있는 전류 및 전압의 세기와 전류 인가 지속 시간을 연산한다. The
전류 인가 모듈(660)은 전류 연산 모듈(650)이 연산한 전류의 세기 및 인가 지속 시간에 상응하게 감속부(400)에 전류를 인가한다. 이를 위해, 전류 인가 모듈(660)의 전기적 신호로 제어될 수 있는 전력 공급부(미도시)가 구비될 수 있다.The current application module 660 applies a current to the
3. 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법의 설명3. Description of the control method of the semi-active type tuned mass damper
본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 구조물에 설치되어 상술한 구성들을 통해 구조물의 진동을 준능동적으로 감쇠할 수 있다.The semi-active tuning mass attenuator according to an embodiment of the present invention is installed in a structure to semi-actively attenuate the vibration of the structure through the above-described configurations.
이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 13.
본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기가 설치된 구조물이 외력에 의해 진동을 시작하면, 질량체(100)가 이에 따라 진동을 시작한다. 질량체(100)의 고유 진동수는 탄성 부재(500)에 의해 연산될 수 있다.When the structure in which the semi-active tuning mass attenuator according to an embodiment of the present invention is installed starts to vibrate by an external force, the
먼저, 센서 모듈(610)은 질량체(100)의 가속도를 감지하고(S100), 이를 적분 모듈(620)로 전달한다.First, the
적분 모듈(620)은 전달받은 질량체(100)의 가속도를 적분하여 질량체(100)의 속도로서 연산한다(S200). 이 과정에서 질량체(100)의 진동의 고유 진동수와 관련된 정보가 고려될 수 있다.The
또한, 적분된 속도의 신뢰성을 향상시키기 위해 하이패스필터부(HPF)(622)가 연산된 속도의 오류값을 필터링할 수 있음은 상술한 바와 같다(S210).In addition, as described above, in order to improve the reliability of the integrated speed, the high pass filter unit (HPF) 622 may filter the error value of the calculated speed (S210).
전자기력 연산 모듈(630)은 연산된 속도를 이용하여 필요한 전자기력을 연산한다(S300).The electromagnetic
이 때, 질량체(100)의 이동을 제어하기 위한 감쇠력은 다음의 수식에 의해 연산될 수 있다.In this case, the damping force for controlling the movement of the
상기 식에서 는 도체 부재(300)의 도전율(20 에서 Cu : , Al : ), 는 진공 투자율을 나타내며, 는 자석(440)의 세기를 나타낸다. 는 자석(440)과 도체 부재(300) 사이의 거리, 는 도체 부재(300)의 두께를 나타내며, 은 도체 부재(300)와 자석(440)이 겹쳐지는 면적을 나타낸다. In the above formula Is the conductivity of the conductor member 300 (20 From Cu: , Al: ), Is the vacuum permeability Represents, Is the strength of the
자속 밀도 결정 모듈(640)은 연산된 전자기력, 도체 부재(300)의 판부(310)의 면적 및 감속부(400)의 자석(440)에 대한 정보를 이용하여 필요한 자속 밀도를 결정한다(S400).The magnetic flux
전류 연산 모듈(650)은 결정된 자속 밀도에 따라 인가될 전압, 전류의 크기 및 인가 시간을 연산한다(S500).The
전류 인가 모듈(660)이 연산된 전압, 전류의 크기 및 인가 시간에 따라 감속부(400)에 전류를 인가하면(S600), 감속부(400) 내에 전자기장이 형성되고, 질량체(100)에 연결된 도체 부재(300)의 이동에 따라 로렌츠 힘이 발생하여 질량체(100)의 이동이 제어된다.When the current application module 660 applies a current to the
4. 본 발명의 실시 예에 따른 동조질량감쇠기의 효과의 설명4. Description of the effect of the tuned mass attenuator according to the embodiment of the present invention
이하, 도 14 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 동조질량감쇠기의 효과를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the effect of the tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 14 to 18.
도 14는 종래 기술에 따른 점성 감쇠장치를 사용할 경우(a) 및 쿨롱 마찰 장치를 사용할 경우(b)의 감쇠력의 추이를 도시하는 그래프이다.14 is a graph showing the transition of the damping force when a viscous damping device according to the prior art is used (a) and when a coulomb friction device is used (b).
도 14의 (a)를 참조하면, 점성 감쇠장치를 사용할 경우 질량체의 이동 속도에 따른 감쇠력이 선형적으로 변화하며, 감쇠력의 최대값 및 최소값을 제한할 수 없다. 따라서, 구조물의 진동 및 이에 따른 질량체의 이동을 능동적으로 제어할 수 없다는 한계가 있다.Referring to FIG. 14A, when a viscous damping device is used, the damping force according to the moving speed of the mass changes linearly, and the maximum and minimum values of the damping force cannot be limited. Therefore, there is a limitation in that it is not possible to actively control the vibration of the structure and thus the movement of the mass.
도 14의 (b)를 참조하면, 쿨롱 마찰 장치를 사용할 경우에는 질량체의 속도와 상관없이 감쇠력이 항상 일정한 것을 알 수 있다. 즉, 외부 상황에 따라 감쇠력을 변경할 수 없어, 구조물의 진동 및 이에 따른 질량체의 이동을 능동적으로 제어할 수 없다는 한계를 내포한다.Referring to FIG. 14B, when a Coulomb friction device is used, it can be seen that the damping force is always constant regardless of the speed of the mass. In other words, the damping force cannot be changed according to external conditions, and thus the vibration of the structure and the movement of the mass accordingly cannot be actively controlled.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 사용에 따른 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도시된 시뮬레이션은 쌍곡선 함수의 일종인 하이퍼볼릭 탄젠트 모델을 예시로서 수행되었으나, 시뮬레이션을 위한 모델은 반드시 해당 함수에 국한되지 않는다.15 shows a simulation result according to the use of a semi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention. The illustrated simulation was performed using a hyperbolic tangent model as an example of a hyperbolic function, but the model for simulation is not necessarily limited to the corresponding function.
본 시뮬레이션이 하이퍼볼릭 탄젠트 모델을 예시로서 수행한 것은, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 거동이 전 속도 구간에 대해 연속적이고 미분 가능할 경우 안정적인 준능동형 동조질량감쇠기의 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대할 수 있기 때문이다.This simulation was performed using the hyperbolic tangent model as an example, when the behavior of the quasi-active tuned mass attenuator according to the embodiment of the present invention is continuous and differentiable over the entire speed section, it will play the role of a stable quasi-active tuned mass attenuator. Because you can expect to be able to.
이에 따르면, 질량체(100)가 높은 속도로 이동할 경우 과도한 감쇠력을 가하지 않음으로써 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기에 비해 향상된 제어 효율을 얻을 수 있다.Accordingly, when the
대안적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 사용에 따른 시뮬레이션은 포화 점성(Saturated Viscous) 모델, 산업 벡(stribeck) 모델, 빙엄(bingham) 모델 등을 이용하여 수행될 수 있다.Alternatively, the simulation according to the use of the quasi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention may be performed using a Saturated Viscous model, an industrial Stribeck model, a Bingham model, and the like.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기를 상술한 하이퍼볼릭 탄젠트 모델을 이용하여 적용할 경우 다양한 설계 변수에 따른 구조물의 응답의 변화를 도시한다.16 illustrates changes in the response of a structure according to various design variables when the semi-active tunable mass attenuator according to an embodiment of the present invention is applied using the above-described hyperbolic tangent model.
본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기를 사용할 경우에도 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기와 유사한 양상의 응답이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 적용이 가능함을 의미한다.Even when using the quasi-active type tuned mass attenuator according to the embodiment of the present invention, it can be seen that a response similar to that of the conventional tuned mass attenuator occurs, which is the case of the semi-active type tuned mass attenuator according to the embodiment of the present invention. It means that it can be applied.
특히, 굵은 파선으로 표시된 그래프(c1 = 8, c2 = 10인 조건)을 참조하면, 95% 내지 105%의 진동수비 구간에서 종래의 동조질량감쇄기에 비해 현저하게 향상된 효과가 발생함을 알 수 있다.In particular, referring to the graphs indicated by thick broken lines (conditions c 1 = 8, c 2 = 10), it can be seen that a remarkably improved effect occurs in the frequency ratio range of 95% to 105% compared to the conventional tuned mass attenuator. I can.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기가 다양한 설계변수에 따라 이동할 때, 그 변위(a) 및 가속도(b)를 도시한다. 17 illustrates displacement (a) and acceleration (b) when the semi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention moves according to various design variables.
특히, 도 17의 (a)를 참조하면, 준능동형 동조질량감쇠기의 변위 응답을 통해 요구되는 스트로크를 예측할 수 있다.In particular, referring to FIG. 17A, the required stroke can be predicted through the displacement response of the semi-active tuned mass attenuator.
가장 하측이 실선으로 표시된 그래프(c2 = 10, c1 = 20 N인 조건)을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 준능동형 동조질량감쇠기의 적용시 95% 내지 105%의 진동수비 구간에서 종래의 동조질량감쇠기에 비해 변위 및 가속도가 현저하게 감소된 것을 확인할 수 있다.Referring to the graph (c2 = 10, c1 = 20 N) at the lowermost side, according to an embodiment of the present invention, when applying a semi-active tunable mass attenuator, in the frequency ratio section of 95% to 105%, the conventional It can be seen that the displacement and acceleration are significantly reduced compared to the tuned mass attenuator.
도 18은 구조물의 감쇠비 및 질량비에 따라 결정된 최적의 하이퍼볼릭 탄젠트 모델 각각에 대해 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 감쇠력을 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기의 최적 감쇠력에 대해 정규화한 결과를 도시하는 그래프이다.18 is a result of normalizing the damping force of the quasi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention to the optimal damping force of the tuning mass damper according to the prior art for each optimal hyperbolic tangent model determined according to the damping ratio and mass ratio of the structure Is a graph showing.
각 정규화한 결과는 일정한 양상을 보이며, 특히 특정값으로 수렴하는 경향을 보임을 알 수 있다. 이 결과에 따라 하기 수식이 도출될 수 있다.It can be seen that each normalized result shows a certain pattern, especially a tendency to converge to a specific value. Based on this result, the following equation can be derived.
본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 자석(422)에 의해 생성되는 전자기장 내부를 이동하는 도체 부재(300)에 의해 발생하는 로렌츠 힘을 이용하여 질량체(100)의 이동을 제어하므로, 유체 또는 부재 간의 마찰에 의해 질량체의 이동을 제어하는 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기에 비해 제어의 효율 및 신뢰성이 제고되고, 내구 연한이 증가되므로 유지 보수를 위한 시간, 비용 및 인력이 감소된다.Since the semi-active tuning mass attenuator according to the embodiment of the present invention controls the movement of the
또한, 준능동형 동조질량감쇠기가 설치된 구조물의 진동에 따라 감쇠용량을 가변적으로 변경할 수 있으므로, 구조물의 진동의 효과적인 감쇠가 가능하다.In addition, since the damping capacity can be variably changed according to the vibration of the structure in which the semi-active tuning mass damper is installed, it is possible to effectively attenuate the vibration of the structure.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art will variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.
100 : 질량체
200 : 레일부
300 : 도체 부재
310 : 판부
320 : 돌출부
322 : 결합 홀
400 : 감속부
410 : 제1 자력부
420 : 제2 자력부
430 : 삽입 홈
440 : 자석
450 : 프레임
500 : 탄성 부재
600 : 제어부
610 : 센서 모듈
620 : 적분 모듈
622 : 하이패스필터부
630 : 전자기력 연산 모듈
640 : 자속 밀도 결정 모듈
650 : 전류 연산 모듈
660 : 전류 인가 모듈100: mass
200: rail part
300: conductor member
310: plate
320: protrusion
322: coupling hole
400: reduction part
410: first magnetic field
420: second magnetic field
430: insertion groove
440: magnet
450: frame
500: elastic member
600: control unit
610: sensor module
620: integral module
622: high pass filter unit
630: electromagnetic force calculation module
640: magnetic flux density determination module
650: current calculation module
660: current application module
Claims (9)
질량체(100);
그 일측에 상기 질량체(100)가 이동 가능하게 결합되는 레일부(200);
상기 질량체(100)에 구비되며, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장하는 도체 부재(300); 및
상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 위치되며, 상기 도체 부재(300)가 삽입되는 감속부(400)를 포함하며,
상기 감속부(400)는,
최외측에 상호 마주보도록 구비되는 한 쌍의 수직프레임(460)으로서, 제 1 및 제 2 수직프레임(461, 462)으로 구성되고, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장되는 플레이트 형상인, 수직프레임(460);
상호 마주보도록 배치된 상기 수직프레임(460) 내측에 고정되되, 상기 제 1 수직프레임(461)에 자석(440)이 구비되는, 제1 자력부(410);
상기 제 1 수직프레임(461)과 대향하는 제 2 수직프레임(462) 내측에 고정되되, 상기 제 2 수직프레임(462)에 자석(440)이 구비되는, 제2 자력부(420); 및
상기 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 사이에 형성되는 삽입 홈(430)으로서, 상기 제1 자력부(410)에 구비된 자석(440)과 상기 제2 자력부(420)에 구비된 자석(440) 사이에 형성된 공간이며, 상기 레일부(200)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장되는 슬릿 형태인, 삽입 홈(430); 을 포함하고,
상기 도체 부재(300)는,
상기 삽입 홈(430)에 삽입된 상태에서, 상기 질량체(100)의 이동을 감쇠시키는 도체 부재(300)로서, 상기 레일부(200)의 길이 방향과 동일하게 연장된 플레이트 형상이며, 상기 제1 수직프레임(461)에 구비된 자석(440) 및 상기 제 2 수직프레임(462)에 구비된 자석(440) 사이에 형성된 공간에서, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 이동하도록 형성된,
준능동형 동조질량감쇠기.
As a semi-active type tuned mass attenuator provided in a structure,
Mass body 100;
A rail portion 200 to which the mass body 100 is movably coupled to one side thereof;
A conductor member 300 provided on the mass body 100 and extending along the length direction of the rail part 200; And
It is located spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance, and includes a deceleration part 400 into which the conductor member 300 is inserted,
The reduction unit 400,
As a pair of vertical frames 460 provided to face each other on the outermost side, consisting of first and second vertical frames 461 and 462, the plate shape extending along the length direction of the rail part 200 , Vertical frame 460;
A first magnetic force portion 410 fixed to the inside of the vertical frame 460 disposed to face each other, wherein a magnet 440 is provided on the first vertical frame 461;
A second magnetic force portion 420 fixed inside the second vertical frame 462 facing the first vertical frame 461 and having a magnet 440 on the second vertical frame 462; And
As an insertion groove 430 formed between the first magnetic portion 410 and the second magnetic portion 420, the magnet 440 and the second magnetic portion 420 provided in the first magnetic portion 410 ) Is a space formed between the magnets 440 provided in, and has a slit shape extending in the same direction as the length direction of the rail part 200, an insertion groove 430; Including,
The conductor member 300,
A conductor member 300 that attenuates the movement of the mass body 100 in a state inserted into the insertion groove 430, and has a plate shape extending in the same length direction as the rail part 200, and the first In the space formed between the magnet 440 provided in the vertical frame 461 and the magnet 440 provided in the second vertical frame 462, formed to move along the length direction of the rail part 200,
Semi-active tuned mass attenuator.
상기 제1 자력부(410) 및 상기 제2 자력부(420)의 내측에 구비되는 상기 자석(440)은 전자석인,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 1,
The magnet 440 provided on the inside of the first magnetic portion 410 and the second magnetic portion 420 is an electromagnet,
Semi-active tuned mass attenuator.
상기 자석(440)에 인가되는 전류의 세기는 조절될 수 있는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 2,
The intensity of the current applied to the magnet 440 can be adjusted,
Semi-active tuned mass attenuator.
상기 감속부(400)는 복수 개 구비되어,
상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 위치되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 1,
A plurality of the reduction units 400 are provided,
One side and the other side of the mass body 100 are positioned at a predetermined distance apart from the mass body 100, respectively,
Semi-active tuned mass attenuator.
상기 감속부(400)는
상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 같은 개수로 구비되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 4,
The reduction unit 400 is
One side and the other side of the mass body 100 are spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance and provided with the same number,
Semi-active tuned mass attenuator.
상기 질량체(100)의 상기 일측(110) 및 상기 타측(120)에는 탄성 부재(500)가 각각 구비되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 1,
The one side 110 and the other side 120 of the mass body 100 is provided with an elastic member 500, respectively,
Semi-active tuned mass attenuator.
구조물에 구비되는 준능동형 동조질량감쇠기로서,
질량체(100);
그 일측에 상기 질량체(100)가 이동 가능하게 결합되는 레일부(200);
상기 질량체(100)에 구비되며, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장하는 도체 부재(300); 및
상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 위치되며, 상기 도체 부재(300)가 삽입되는 감속부(400)를 포함하며,
상기 감속부(400)는,
그 내측에 자석(440)이 구비되는 제1 자력부(410);
그 내측에 자석(440)이 구비되며, 상기 제1 자력부(410)에 대향하는 제2 자력부(420); 및
상기 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 사이에 형성되는 삽입 홈(430)을 포함하고,
상기 도체 부재(300)는 상기 삽입 홈(430)에 삽입되며,
(a) 센서 모듈(610)이 상기 질량체(100)의 가속도를 감지하는 단계;
(b) 적분 모듈(620)이 감지된 상기 가속도를 적분하여 상기 질량체(100)의 속도를 연산하는 단계;
(c) 전자기력 연산 모듈(630)이 연산된 상기 속도에 따라 전자기력을 연산하는 단계;
(d) 자속 밀도 결정 모듈(640)이 연산된 상기 전자기력을 이용하여 자속 밀도를 결정하는 단계;
(e) 전류 연산 모듈(650)이 결정된 상기 자속 밀도에 따라 인가될 전압 및 전류의 크기를 연산하는 단계를 포함하는,
준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법.
As a control method of a semi-active type tuned mass attenuator, the semi-active type tuned mass attenuator,
As a semi-active type tuned mass attenuator provided in a structure,
Mass body 100;
A rail portion 200 to which the mass body 100 is movably coupled to one side thereof;
A conductor member 300 provided on the mass body 100 and extending along the length direction of the rail part 200; And
It is located spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance, and includes a deceleration part 400 into which the conductor member 300 is inserted,
The reduction unit 400,
A first magnetic force portion 410 provided with a magnet 440 therein;
A second magnetic force portion 420 having a magnet 440 disposed therein, and facing the first magnetic force portion 410; And
Includes an insertion groove 430 formed between the first magnetic portion 410 and the second magnetic portion 420,
The conductor member 300 is inserted into the insertion groove 430,
(a) sensing the acceleration of the mass body 100 by the sensor module 610;
(b) calculating the velocity of the mass body 100 by integrating the detected acceleration by the integration module 620;
(c) calculating the electromagnetic force according to the calculated speed by the electromagnetic force calculation module 630;
(d) determining, by the magnetic flux density determination module 640, a magnetic flux density using the calculated electromagnetic force;
(e) comprising the step of calculating, by the current calculation module 650, the magnitude of the voltage and current to be applied according to the determined magnetic flux density,
Control method of semi-active type tuned mass attenuator.
상기 (b) 단계는,
(b1) 하이패스필터부(HPF)(622)가 연산된 상기 속도의 오류값을 필터링하는 단계를 포함하는,
준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법.
The method of claim 7,
The step (b),
(b1) filtering the calculated error value of the speed by the high pass filter unit (HPF) 622,
Control method of semi-active type tuned mass attenuator.
상기 (e) 단계 이후에,
(f) 전류 인가 모듈(660)이 연산된 상기 전압 및 전류의 크기에 상응하게 상기 감속부(400)에 전류를 인가하는 단계를 더 포함하는,
준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법.
The method of claim 7,
After step (e),
(f) the current application module 660 further comprising the step of applying a current to the reduction unit 400 according to the calculated magnitude of the voltage and current,
Control method of semi-active type tuned mass attenuator.
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