KR20180096851A - 메트로놈 방식의 제진장치 - Google Patents

메트로놈 방식의 제진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제진장치에 관한 것으로, 본 발명은, 구조물에 설치되는 감쇠력 전달축; 상기 감쇠력 전달축의 일측으로 연장되며, 상기 감쇠력 전달축을 중심으로 회전동작 가능한 연결부; 및 상기 연결부에 설치되며, 상기 구조물의 발생하는 진동에 따라 진동하며 상기 연결부가 회전되도록 하는 질량체;를 포함하며, 상기 질량체의 진동이 상기 연결부를 통하여 상기 감쇠력 전달축으로 흡수되는 메트로놈 방식의 제진장치를 제공한다.

Description

메트로놈 방식의 제진장치{Metronome-type vibration controlling device}
본 발명은, 제진장치에 관한 것으로, 상세하게는 질량체의 회전을 통하여 구조물의 진동을 제어하는 메트로놈 방식의 제진장치에 관한 것이다.
구조물의 진동을 제어하기 위한 장치로서, TMD(Tuned mass damper, 동조질량댐퍼)가 많이 사용된다. 이는 구조물의 진동을 억제하기 위해서 구조물에 부가하는 구조물의 고유진동수 또는 외력의 진동수와 고유진동수가 같은 반동을 하는 스프링-질량체를 이용하는 것으로, 주로 고층 건물의 진동제어에 사용되는 경우가 많다.
이러한, TMD는 대상 구조물이나 제어 방향에 따라 TMD는 대상 구조물이나 제어 방향에 따라 수평 TMD, 수직 TMD, 점성 TMD 등이 있다.
TMD는 상기한 바와 같이 그 제어 방향이 보통 직선의 일방향이며, 설치되는 대상구조물의 고유진동수에 맞추어 질량체의 중량이나, 진동 거리가 미리 설계되어 설치된다.
이와 관련한 선행기술을 살피면, 본 출원인에 의한 등록 특허인 특허문헌 1에는 수평 및 수직으로의 진동을 모두 제어 가능한 복합형 진동제어장치가 개시된다. 이는 질량체가 설치되어 진동 동작을 이루는 프레임을 2중으로 설치하여 2중프레임상에서 질량체가 수평 및 수직방향으로 모두 진동가능하도록 설계되었다.
상기와 같은 진동제어 장치는 2방향으로 진동을 제어 가능하다는 점에서 상기한 TMD의 일부 문제를 해결하고는 있으나, 또다른 단점으로서, 장치 설치 후 구조물의 리모델링 또는 용도변경으로 인해 구조물의 고유한 주기가 변동되는 경우, 제진장치에 설치된 질량체를 해체 또는 분리하여 재설계 및 제설치 하여야 하는 문제에 대하여는 고찰하고 있지 않다.
특허문헌 1: KR 1,390,502 B1
이에, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구조물 진동 방향에 따른 제어 및 구조 변경이 이루어지는 구조물에도 간단하게 적용이 가능한 제진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 구조물에 설치되는 감쇠력 전달축; 상기 감쇠력 전달축의 일측으로 연장되며, 상기 감쇠력 전달축을 중심으로 회전동작 가능한 연결부; 및 상기 연결부에 설치되며, 상기 구조물의 발생하는 진동에 따라 진동하며 상기 연결부가 회전되도록 하는 질량체;를 포함하며, 상기 질량체의 진동이 상기 연결부를 통하여 상기 감쇠력 전달축으로 흡수되는 메트로놈 방식의 제진장치를 제공한다.
상기 연결부에 설치되되, 상기 질량체보다 상기 감쇠력 전달축에서 먼 위치에 설치되는 보조 질량체를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 보조 질량체는, 상기 감쇠력 전달축과의 거리가 조절 가능하도록 상기 연결부에 설치되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 질량체의 양측에 위치하여 상기 질량체의 진동을 규제하는 탄성체를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 질량체는, 상기 구조물의 바닥면과 이격되도록 위치하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 질량체 및 상기 연결부는 복수이며, 기 감쇠력 전달축에 상기 연결부가 소정의 각도를 이루도록 회전가능하게 연장되고, 상기 복수의 질량체가 상기 연결부에 각각 설치되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 연결부에 각각 설치되되, 상기 질량체보다 상기 감쇠력 전달축에서 먼 위치에 설치되는 복수의 보조 질량체를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 보조 질량체는, 상기 감쇠력 전달축과의 거리가 조절 가능하도록 상기 연결부에 설치되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 질량체의 양측에 각각 위치하여 상기 질량체의 진동을 규제하는 탄성체를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 질량체는, 상기 구조물의 바닥면과 이격되도록 위치하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 복수의 연결부는 상기 감쇠력 전달축을 중심으로 대칭을 이루며 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 복수의 연결부는 별개로 또는 함께 회전 가능한 것이 바람직할 수 있다.
상기 감쇠력 전달축에 설치되어, 상기 연결부의 회전을 제어하는 제동수단을 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 메트로놈 방식의 제진장치에 의하면, 질량체의 회전 진동에 의하며 구조물의 진동을 제어하기 때문에, 직선방향으로의 진동제어만이 가능하던 기존의 제어장치에 비하여 효율적인 제어가 가능하다.
또한, 복수의 질량체를 설치하여 진동을 제어함으로써, 2방향 이상의 다중모드의 제어가 가능하여, 건물 각 부분의 진동을 정밀하게 효과적으로 제어할 수 있다.
그리고, 구조물의 변경에 따른 진동 주기 변화가 발생하여도, 제진장치 전체의 재설계나 재설치 필요 없이 질량체의 진동주기를 변경된 구조물의 진동주기에 맞추어 조절이 가능하다는 장점이 있으며, 다수 질량체의 질량 분배를 통해 같은 공간 내에 보다 더 많은 질량을 배치할 수 있어 제어효율이 높아지고, 반대로, 같은 질량이라도 이를 효율적으로 분배 배치하여 제진장치 설치에 필요한 층고나 면적을 줄일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 회전부 및 연결부의 투시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 평면도로서, 지지부를 제외하고 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 회전부 및 연결부의 투시도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 평면도로서, 지지부를 제외하고 나타낸 도면이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 메트로놈 방식의 제진장치를 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 구성을 상세히 설명한다.
회전부(100)는, 메트로놈 방식의 제진장치가 설치될 대상 구조물(10)의 바닥에 위치하도록 설치된다.
회전부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 감쇠력 전달축(110) 및 회전체(120)로 구성될 수 있다.
감쇠력 전달축(110)은 대상 구조물(10)의 바닥에 설치되며, 회전체(120)는 감쇠력 전달축(110)의 둘레를 감싸는 형태로 위치하여 감쇠력 전달축(110)의 둘레면을 따라 회전가능하게 위치한다.
연결부(200)는 회전부(100)의 일측으로부터 연장되는 프레임 형태로 구성된다.
또한, 회전체(120)가 구비되지 않는 경우, 감쇠력 전달축(110)으로부터 직접 연장되어 구성될 수 있다.
이로써, 연결부(200)는 감쇠력 전달축(110)를 중심으로 하여 회전가능하게 설치된다.
질량체(300)는 연결부(200)에 설치되며, 연결부(200) 상에서 감쇠력 전달축(110)와 소정거리 이격되어 위치하도록 설치된다.
질량체(300)는 대상 구조물(10)에 발생하는 진동에 따라 진동하며, 질량체(300)는 감쇠력 전달축(110)를 중심으로 회전가능한 연결부(200)에 설치되므로, 질량체(300)의 진동에 의해 연결부(200)가 회전하게 되고, 따라서 질량체(300)는 호(arc) 형상으로 진동하게 된다.
보조 질량체(400)는 연결부(200)에 설치되며, 구체적으로, 연결부(200) 상에 설치되되, 상기 질량체(300) 보다 회전부(100)의 외측, 즉, 질량체(300)와 회전부(100)가 이격된 거리보다 먼 거리를 이격되어 위치한다.
또한, 보조 질량체(400)는 연결부(200) 상에 이동가능하게 위치함으로써, 보조 질량체(400)와 회전부(100) 사이의 이격거리를 조정 가능하도록 위치한다.
탄성체(500)는 질량체(300)의 양측에 위치하며, 질량체(300)의 진동을 제어한다.
탄성체(500)는 질량체(300) 및 질량체(300)의 양측에 설치되는 고정부(600)의 사이에 설치될 수 있다.
상기한 탄성체(500)의 제어효율을 극대화하기 위하여, 질량체(300)는 구조물(10)의 바닥면으로부터 소정간격 이격되어 설치될 수 있다. 구체적으로 고정부(600) 상단 사이에 지지부(700)를 설치하고, 지지부(700)로부터 와이어(800) 등의 부재를 이용하여 질량체(300)를 구조물(10) 바닥면으로부터 이격되도록 설치한다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 다시 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치의 동작을 설명한다.
지진 또는 그외의 원인으로 인하여, 구조물(10)에 진동이 발생하면, 구조물(10)에서 발생하는 진동주기에 따라 질량체(300)(및 보조 질량체(400))가 진동하게 된다. 이러한 질량체(300)는, 그 중량 및 회전부(100)로부터의 거리의 설정을 통하여 구조물(10)의 진동주기와 일치하는 진동주기를 갖도록 미리 설계 된다. 따라서 구조물(10)에 발생하는 진동과 상대적인 진동방향으로 같은 진동주기를 갖고 진동(반동)하게 된다.
이때, 탄성체(500)에 의하여 질량체(300)의 진동이 효과적으로 제어된다.
질량체(300)가 진동에 의하여 연결부(200)가 회전(호 형상의 진동)동작하고 이러한 회전 동작이 회전부(100)의 감쇠력 전달축(110)으로 전달되어 흡수되며 구조물(10)의 진동이 감쇠된다.
그러나, 구조물(10)의 구조 변경 등으로 인하여, 구조물(10)의 진동주기가 변하게 되면, 질량체(300)의 중량을 변경하는 등 제진장치의 재설계 및 재설치가 필요하게 된다.
본 발명에 일 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치는 연결부(200) 상에 보조 질량체(400)가 이동가능하게, 즉, 회전 중심인 감쇠력 전달축(110)과의 거리가 조정 가능하도록 설치되므로, 구조물(10)의 변경에 따른 진동 주기 변화가 발생하여도, 제진장치 전체의 재설계나 재설치의 필요가 없다.
구조물(10)의 구조 변경 등으로 인하여, 구조물(10)의 진동주기가 짧아지는 경우, 보조 질량체(400)를 감쇠력 전달축(110) 측으로 이동, 즉 보조 질량체(400)와 감쇠력 전달축(110)과의 이격거리를 줄임으로써, 제진장치의 진동주기를 짧게 설정할 수 있다.
한편, 반대로 구조물(10)의 진동주기가 길어지는 경우, 보조 질량체(400)를 감쇠력 전달축(110) 반대측으로 이동, 즉 보조 질량체(400)와 감쇠력 전달축(110)과의 이격거리를 늘림으로써, 제진장치의 진동주기를 길게 설정할 수 있다.
본 실시예에 따른 제진장치에 의하면, 대상 구조물(10)의 구조 변경으로 인한 진동주기 변화에 맞춰 보조질량체(300)의 위치를 조절함으로써 변동된 주기에 맞추어 신속하고 간단하게 제진장치를 튜닝할 수 있다는 장점을 가진다.
이하, 첨부된 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치를 설명한다.
이하의 다른 실시예의 설명에서는 상기 일 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하며, 그 외 동일한 구성에 대하여는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 메트로놈 방식의 제진장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전부(100)응 중심으로 하여 2이상의 복수의 연결부(200), 질량체(300) 및 보조 질량체(400)를 포함한다(도 4에는 연결부를 2개만 도시하였음).
도 6을 더 참조하면, 회전부(100)를 중심으로 하여 복수의 연결부(200)가 연장 배치되며, 복수의 각 연결부(200)에 복수의 질량체(300) 및 보조 질량체(400)가 각각 설치된다.
본 실시예에서는 구조물(10)의 진동이 발생함에 따라 복수의 질량체(300)가 진동하게 되며, 이에 따라 회전부(100)로부터 각각 연장된 복수의 연결부(200)가 회전운동하며 감쇠력 전달축(110)으로 진동을 전달시켜 흡수되도록 한다.
도 5를 참조하면, 감쇠력 전달축(110)을 중심으로 하여 복수의 연결부(200)가 연장되어 있는데(2개의 연결부(200)만 도시), 연결부(200)와 연결된 회전체(120)를 각각의 연결부(200)에 따라 별개로 회전되도록 구성하거나, 또는 회전체(120)를 일체로 구성하여 각각의 연결부(200)가 함께 회전동작하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서와 같이, 복수의 질량체(300)를 설치하여 진동을 제어함으로써, 2방향이상의 다중모드의 제어가 가능하여, 건물 각 부분의 진동을 정밀하게 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 작은 구조물(10) 면적에 질량체(300)의 수를 조절하여 설치함으로써, 제진장치의 효율을 극대화 시킬 수 있다. 즉, 질량체(300)의 질량 분배를 통해 같은 공간 내에 보다 더 많은 질량을 배치할 수 있어 제어효율이 높아지고, 반대로, 같은 질량이라도 이를 효율적으로 분배 배치하여 제진장치 설치에 필요한 층고나 면적을 줄일 수 있다.
다만, 이와 같이 복수의 질량체(300)의 회전진동을 통하여 구조물(10)의 진동 제어를 하는 경우, 회전운동의 특성에 의하여 회전각에 의한 모멘트가 발생하여 비틀림 형상이 일어날 수 있다.
이는, 복수의 질량체(300)를 회전부(100)를 중심으로 대칭형으로 배치함으로써 억제가 가능하며, 또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전부(100) 측에 회전체(120) 및 연결부(200)의 회전운동을 제어하는 제동수단(130)으로서, 예를 들면 전자석 브레이크 등의 설치를 통하여 회전운동을 일부 능동적으로 제어하여 억제할 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 메트로놈 방식의 제진장치에 의하면, 구조물의 변경에 따른 진동 주기 변화가 발생하여도, 제진장치 전체의 재설계나 재설치 필요 없이 질량체의 진동주기를 변경된 구조물의 진동주기에 맞추어 조절이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 다수 질량체의 질량 분배를 통해 같은 공간 내에 보다 더 많은 질량을 배치할 수 있어 제어효율이 높아지고, 반대로, 같은 질량이라도 이를 효율적으로 분배 배치하여 제진장치 설치에 필요한 층고나 면적을 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 회전부
200: 연결부
300: 질량체
400: 보조 질량체
500: 탄성체
600: 고정부
700: 지지부

Claims (13)

  1. 구조물(10)에 설치되는 감쇠력 전달축(110);
    상기 감쇠력 전달축(110)의 일측으로 연장되며, 상기 감쇠력 전달축(110)을 중심으로 회전동작 가능한 연결부(200); 및
    상기 연결부(200)에 설치되며, 상기 구조물(10)의 발생하는 진동에 따라 진동하며 상기 연결부(200)가 회전되도록 하는 질량체(300);를 포함하며,
    상기 질량체(300)의 진동이 상기 연결부(200)를 통하여 상기 감쇠력 전달축(110)으로 흡수되는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부(200)에 설치되되, 상기 질량체(300)보다 상기 감쇠력 전달축(110)에서 먼 위치에 설치되는 보조 질량체(400)를 더 포함하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 질량체(400)는, 상기 감쇠력 전달축(110)과의 거리가 조절 가능하도록 상기 연결부(200)에 설치되는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량체(300)의 양측에 위치하여 상기 질량체(300)의 진동을 규제하는 탄성체(500)를 더 포함하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 질량체(300)는, 상기 구조물(10)의 바닥면과 이격되도록 위치하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량체(300) 및 상기 연결부(200)는 복수이며,
    상기 감쇠력 전달축(110)에 상기 연결부(200)가 소정의 각도를 이루도록 회전가능하게 연장되고,
    상기 복수의 질량체(300)가 상기 연결부(200)에 각각 설치되는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결부(200)에 각각 설치되되, 상기 질량체(300)보다 상기 감쇠력 전달축(110)에서 먼 위치에 설치되는 복수의 보조 질량체(400)를 더 포함하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 질량체(400)는, 상기 감쇠력 전달축(110)과의 거리가 조절 가능하도록 상기 연결부(200)에 설치되는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 질량체(300)의 양측에 각각 위치하여 상기 질량체(300)의 진동을 규제하는 탄성체(500)를 더 포함하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 질량체(300)는, 상기 구조물(10)의 바닥면과 이격되도록 위치하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 연결부(200)는 상기 감쇠력 전달축(110)을 중심으로 대칭을 이루며 배치되는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 연결부(200)는 별개로 또는 함께 회전 가능한,
    메트로놈 방식의 제진장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 감쇠력 전달축(110)에 설치되어, 상기 연결부(200)의 회전을 제어하는 제동수단(130)을 더 포함하는,
    메트로놈 방식의 제진장치.
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