KR20190044486A - 능동형 면진장치 - Google Patents

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KR20190044486A
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Abstract

본 발명은 지진발생시 고층건물의 손상을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 능동형 면진장치에 관한 것으로서, 지진에 의해 지지패널(10)이 측방향으로 진동하면 슬라이드패널이 전후 및 좌우방향으로 자유롭게 진동하면서 댐핑수단(40)에 의해 진동이 감쇄되어, 지진에 의해 발생된 진동이 상기 슬라이드패널의 상측에 올려진 건축물(1)에 전달되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

능동형 면진장치{ACTIVE TYPE VIBRATION ISLOATION APPARATUS}
본 발명은 지진발생시 고층건물의 손상을 효과적으로 방지할 수 있도록 지진의 진동방향에 대해 전후좌후방향으로 자유롭게 진동하면서 진동이 감쇄됨에 따라 능동적으로 지진에 대응이 가능한 새로운 구조의 능동형 면진장치에 관한 것이다.
일반적으로, 면진장치는 건축물의 기초와 건축물의 사이에 구비되어, 지진이 발생될 경우, 진동이 건축물로 전달되는 것을 방지하여 지진으로부터 건축물을 보호할 수 있도록 구성된다.
그러나, 이러한 면진장치는 지진에 의해 발생된 진동을 효과적으로 감쇄시키기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명자는 전자석을 이용하여 진동을 감쇄할 수 있도록 된 새로운 구조의 능동형 면진장치를 개발하여 특허등록받은 바 있다.(등록특허 10-1665118호)
그런데, 이러한 능동형 면진장치는 상호 상하방향으로 이격된 전자석의 인력을 이용하여 진동을 감쇄시키도록 구성되는데, 이러한 전자석을 이용하는 것만으로는 진동을 효과적으로 감쇄시키기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 이러한 능동형 면진장치는 지진발생시 건축물로 진동이 전달되는 것을 완전히 차단할 수 없는 관계로, 지진이 발생될 경우, 건축물의 하단이 측방향으로 진동되면서 건축물에 비틀림이 발생되어 손상될 수 있다.
특히, 높은 고층건물의 경우, 하단에 비해 상단이 더욱 큰 폭으로 진동하며, 심할 경우, 건축물이 진동에 의해 파손되거나 쓰러질 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방법이 필요하게 되었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지진발생시 고층건물의 손상을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 능동형 면진장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기초(1)의 상측에 시공된 건축물(2)에 구비되어 지진으로부터 건축물(2)을 보호하는 능동형 면진장치에 있어서, 상기 기초(1)와 건축물(2)의 사이에 구비되는 면진유닛(A)을 포함하며, 상기 면진유닛(A)은 상기 기초(1)에 고정된 지지패널(10)과, 상기 지지패널(10)의 상측에 위치되어 가이드수단(30)에 의해 전후방향으로 슬라이드가능하게 구비되며 상면에 상기 건축물(2)이 올려지는 슬라이드패널(20)과, 상기 슬라이드패널(20)에 연결되어 상기 슬라이드패널(20)의 진동을 감쇄시키는 댐핑수단(40)을 포함하며, 상기 가이드수단(30)은 상기 지지패널(10)의 상면에 전후방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제1 가이드레일(31)과, 상기 제1 가이드레일(31)의 상측에 측방향으로 연장되도록 구비되어 상기 제1 가이드레일(31)을 따라 전후방향으로 슬라이드되는 제2 가이드레일(32)을 포함하고, 상기 슬라이드패널(20)은 상기 제2 가이드레일(32)의 상면에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합되며, 상기 댐핑수단(40)은 상기 슬라이드패널(20)의 둘레면에서 하측으로 연장된 연장바(41)와, 상기 지지패널(10)의 둘레부에서 상측으로 연장되도록 구비되며 상면에는 개구부(42a)가 형성된 지지케이스(42)와, 상기 지지케이스(42)의 내부에 승강가능하게 결합되며 상면은 상기 연장바(41)의 하단이 밀착되는 마찰홈(43a)이 형성된 지지블록(43)과, 상기 지지블록(43)의 하측에 위치되어 지지블록(43)을 상측으로 탄성적으로 가압하는 탄성부재(44)를 포함하고, 상기 연장바(41)는 상기 지지케이스(42)의 개구부(42a)를 통해 상기 지지블록(43)의 마찰홈(43a)에 밀착되고, 상기 마찰홈(43a)은 하측으로 오목한 호형상의 단면을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 건축물(2)의 상층에 구비되어 건축의 진동을 감쇄시키는 진동감쇄유닛(B)을 더 포함하며, 상기 진동감쇄유닛(B)은 상기 건축물(2)에 고정된 지지프레임(50)과, 상기 지지프레임(50)에 측방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제3 가이드레일(60)과, 측방향으로 연장되며 전후단이 상기 제3 가이드레일(60)에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합된 제4 가이드레일(70)과, 상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)의 측방향 진동을 감쇄하는 제1 댐퍼(90)와, 상기 제4 가이드레일(70)에 전후방향으로 슬라이드가능하게 결합된 이송대(100)와, 상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)의 전후방향 진동을 감쇄하는 제2 댐퍼(120)와, 상기 이송대(100)에 상하방향의 회전중심축을 갖도록 회전가능하게 결합되며 구동모터(140)에 의해 회전되며 상기 이송대(100)가 측방향과 전후방향으로 진동되도록 하는 편심추(130)와, 상기 지지프레임(50)에 구비되어 지진발생시 건축물(2)이 진동하는 진동수와 건축물(2)의 진동방향을 측정하는 진동감지센서(150)와, 상기 진동감지센서(150)에 연결되며 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)와 구동모터(140)의 작동을 제어하는 제어수단(160)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)는 상기 제어수단(160)의 제어에 따라 감쇄력이 조절되는 전자제어식 가변댐퍼를 이용하며, 상기 제어수단(160)은 상기 진동감지센서(150)의 신호를 수신하여, 상기 건축물(2)이 진동되는 방향에 따라 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 감쇄력을 조절함과 동시에, 건축물(2)이 진동하는 진동수와 동일한 회전수로 구동모터(140)를 구동시킴으로써, 상기 편심추(130)가 회전되면서 발생되는 원심력이 지진에 의해 건축물(2)이 진동하는 방향과 반대방향으로 건축물(2)에 작용되도록 하여 건축물(2)의 진동을 감쇄시키도록 된 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)이 제3 가이드레일(60)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제1 탄성부재(80)와, 상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)가 상기 제4 가이드레일(70)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제2 탄성부재(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치가 제공된다.
한편 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있으며, 특정 실시예들은 상세한 설명에서 구체적으로 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해서 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다”또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 능동형 면진장치는, 지진에 의해 지지패널(10)이 측방향으로 진동하면 슬라이드패널이 전후 및 좌우방향으로 자유롭게 진동하면서 댐핑수단(40)에 의해 진동이 감쇄되어, 지진에 의해 발생된 진동이 상기 슬라이드패널의 상측에 올려진 건축물(1)에 전달되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 시공상태를 도시한 참고도,
도 2는 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 면진유닛을 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 면진유닛을 도시한 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 능동형 면진장치을 도시한 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 작용을 도시한 참고도,
도 6은 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 진동감쇄유닛을 도시한 정면도,
도 7은 도 6의 C-C선 단면을 도시한 측단면도,
도 8은 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 진동감쇄유닛의 평면도,
도 9는 도 7의 D-D선 단면을 도시한 정단면도,
도 10은 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 진동감쇄유닛의 제1 댐퍼를 도시한 참고도,
도 11은 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 진동감쇄유닛의 회로구성도,
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 능동형 면진장치의 진동감쇄유닛의 작용을 도시한 참고도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 15는 본 발명에 따른 능동형 면진장치를 도시한 것으로, 건축물(2)에 구비되어 지진으로부터 건축물(2)을 보호하도록 된 것 것은 종래와 동일하다.
이때, 상기 건축물(2)은 바닥면에 시공된 기초(1)의 상부에 시공된다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상기 능동형 면진장치는, 상기 기초(1)와 건축물(2)의 사이에 구비되는 면진유닛(A)과, 상기 건축물(2)의 상층에 구비되어 건축의 진동을 감쇄시키는 진동감쇄유닛(B)으로 구성된다.
상기 면진유닛(A)은 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 기초(1)에 고정된 지지패널(10)과, 상기 지지패널(10)의 상측에 위치되어 가이드수단(30)에 의해 전후방향으로 슬라이드가능하게 구비되며 상면에 상기 건축물(2)이 올려지는 슬라이드패널(20)과, 상기 슬라이드패널(20)에 연결되어 상기 슬라이드패널(20)의 진동을 감쇄시키는 댐핑수단(40)으로 구성된다.
상기 지지패널(10)은 강도가 높은 금속재질의 사각판형상으로 구성되며 상기 기초(1)의 상면에 고정된다.
상기 가이드수단(30)은 상기 지지패널(10)의 상면에 전후방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제1 가이드레일(31)과, 상기 제1 가이드레일(31)의 상측에 측방향으로 연장되도록 구비되어 상기 제1 가이드레일(31)을 따라 전후방향으로 슬라이드되는 제2 가이드레일(32)로 구성된다.
상기 슬라이드패널(20)은 상기 지지패널(10)에 비해 조금 작은 면적을 갖는 금속재질의 사각판형상으로 구성된 것으로, 상기 제2 가이드레일(32)의 상면에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합된다.
따라서, 지진에 의해 상기 지지패널(10)이 전후 또는 좌우방향으로 진동하면, 상기 제2 가이드레일(32)이 제1 가이드레일(31)을 따라 전후방향으로 슬라이드되고, 상기 슬라이드패널(20)이 상기 제2 가이드레일(32)을 따라 측방향으로 슬라이드됨으로써, 지지패널(10)의 진동이 슬라이드패널(20)로 전달되는 것을 최소화한다.
상기 댐핑수단(40)은 상기 슬라이드패널(20)의 둘레면에서 하측으로 연장된 연장바(41)와, 상기 지지패널(10)의 둘레부에서 상측으로 연장되도록 구비되며 상면에는 개구부(42a)가 형성된 지지케이스(42)와, 상기 지지케이스(42)의 내부에 승강가능하게 결합된 지지블록(43)과, 상기 지지블록(43)의 하측에 위치되어 지지블록(43)을 상측으로 탄성적으로 가압하는 탄성부재(44)로 구성된다.
상기 연장바(41)는 각도가 높은 금속재질의 원봉형태로 구성된 것으로, 4개로 구성되어, 상기 슬라이드패널(20)의 각 모서리부분에서 하측으로 연장된다.
상기 지지케이스(42)는 상하방향으로 연장된 원통형태로 구성되며, 상기 개구부(42a)는 상기 지지패널(10)의 상면에 원형으로 구성된다.
상기 지지블록(43)은 상하방향으로 연장된 원형의 블록형태로 구성된 것으로, 상면 중앙부에는 상기 연장바(41)의 하단이 밀착되는 마찰홈(43a)이 하측으로 오목하게 형성된다.
상기 마찰홈(43a)은 하측으로 오목한 호형상의 단면성상을 갖도록 구성된다.
상기 탄성부재(44)는 상기 지지케이스(42)의 내부에 상하방향으로 연장되도록 구비되어 상기 지지블록(43)의 하측면을 지지하여 지지블록(43)이 탄성적으로 상승되도록 가압하는 압축코일스프링을 이용한다.
따라서, 평상시에는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 연장바(41)가 상기 마찰홈(43a)의 중앙부, 즉, 가장 깊이가 깊은 위치에 있다가, 도 5에 도시한 바와 같이, 지진에 의해 상기 지지패널(10)이 전후 또는 좌우방향으로 진동하면, 상기 연장바(41)가 상기 마찰홈(43a)의 외측, 즉 깊이가 낮은 위치로 이동하게 되며, 이때, 상기 마찰홈(43a)의 형상에 의해 상기 지지블록(43)이 탄성부재(44)를 압축하면서 하강되어, 상기 연장바(41)와 슬라이드패널(20)의 상대운동을 감쇄하는 댐퍼의 기능을 하게 된다.
그리고, 상기 진동감쇄유닛(B)은 도 6 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 건축물(2)에 고정된 지지프레임(50)과, 상기 지지프레임(50)에 측방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제3 가이드레일(60)과, 전후방향으로 연장되도록 구성되며 전후단이 상기 제3 가이드레일(60)에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합된 제4 가이드레일(70)과, 상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)이 제3 가이드레일(60)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제1 탄성부재(80)와, 상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)의 측방향 진동을 감쇄하는 제1 댐퍼(90)와, 상기 제4 가이드레일(70)에 전후방향으로 슬라이드가능하게 결합된 이송대(100)와, 상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)가 상기 제4 가이드레일(70)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제2 탄성부재(110)와, 상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)의 전후방향 진동을 감쇄하는 제2 댐퍼(120)와, 상기 이송대(100)에 상하방향의 회전중심축을 갖도록 회전가능하게 결합되며 구동모터(140)에 의해 회전되며 상기 이송대(100)가 측방향과 전후방향으로 진동되도록 하는 편심추(130)와, 상기 지지프레임(50)에 구비되어 지진발생시 건축물(2)이 진동하는 진동수와 건축물(2)의 진동방향을 측정하는 진동감지센서(150)와, 상기 진동감지센서(150)의 신호를 수신하며 상기 구동모터(140)와 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 작동을 제어하는 제어수단(160)으로 구성된다.
이를 자세히 설명하면, 상기 지지프레임(50)은 측방향으로 연장되며 상기 건축물(2)에 고정되는 수평부(51)와, 상기 수평부(51)의 양단에서 상측으로 연장된 수직부(52)로 구성된다.
상기 제3 가이드레일(60)은 상호 전후방향으로 이격되면서 상호 평행을 이루도록 양단이 상기 지지프레임(50)의 수직부(52)에 고정된다.
상기 제4 가이드레일(70)은 전후방향으로 연장된 금속제의 바형상으로 구성된 것으로, 전후단에는 상기 제3 가이드레일(60)이 슬라이드가능하게 결합되는 관통공(71)이 양면을 관통하도록 형성되어, 상기 구동모터(140)의 구동시 상기 편심추(130)에 의해 발생되는 측방향 외력에 의해 측방향으로 슬라이드된다.
상기 제1 탄성부재(80)는 좌우 한 쌍으로 구성되며, 인접단이 상기 제4 가이드레일(70)의 양측에 밀착되도록 상기 제3 가이드레일(60)에 구비되어, 상기 제4 가이드레일(70)이 상기 제3 가이드레일(60)의 중간부에 위치된 상태에서 탄성적으로 측방향으로 유동되도록 지지한다.
상기 제1 댐퍼(90)는 측방향으로 연장되어 양단이 상기 지지프레임(50)의 수직부(52)와 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)이 측방향으로 유동될 때, 제4 가이드레일(70)이 측방향으로 진동되는 정도를 제어할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 상기 제1 댐퍼(90)는 상기 제어수단(160)의 제어신호에 따라 감쇄력이 조절되는 전자제어식 가변댐퍼를 이용한다.
이러한 전자제어식 가변댐퍼는 일반적으로, MRC댐퍼 등의 이름으로 불리는 것으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 측방향으로 연장되며 내부에 유체가 저장된 실린더(91)와, 상기 실린더(91)의 내부에 구비되며 일측에는 양측면을 관통하는 관통공(92a)이 형성된 피스톤(92)과, 상기 피스톤(92)에서 상기 실린더(91)의 좌측으로 연장된 피스톤로드(93)로 구성되며, 상기 실린더(91)에 저장되는 유체에는 자성체성분의 분말이 혼합되고, 상기 관통공(92a)의 둘레부에는 자력을 발생시키는 코일(94)이 구비된다.
따라서, 상기 코일(94)에 인가되는 전원의 세기에 따라, 상기 관통공(92a)을 통과하는 유체의 흐름이 조절되어, 댐퍼의 감쇄력을 0%~100%까지 자유롭게 조절할 수 있다.
즉, 상기 코일(94)에 전원이 인가되지 않은 상태에는, 상기 유체가 관통공(92a)을 자유롭게 통과하게 됨으로, 댐퍼의 감쇄력이 0%가 된다.
따라서, 상기 피스톤(92)과 피스톤로드(93)가 자유롭게 좌우방향으로 유동된다.
반대로, 상기 코일(94)에 높은 전류의 전기를 인가하면, 상기 코일(94)에서 발생되는 자력에 의해 상기 유체에 포함된 자성체분말이 상기 관통공(92a)을 막게 되고, 이에 따라, 상기 유체가 관통공(92a)을 통과하지 못하게 됨으로, 댐퍼의 감쇄력은 100%가 된다.
이러한 경우, 상기 피스톤(92)과 피스톤로드(93)는 측방향으로 유동되지 못한다.
따라서, 상기 코일(94)에 인가되는 전기의 세기를 제어하면, 상기 유체가 관통공(92a)을 통과하는 정도를 자유롭게 조절함으로써, 상기 댐퍼의 감쇄력은 0%~100%까지 자유롭게 조절할 수 있다.
이러한 전자제어식 가변댐퍼는 차량의 쇽압쇼버에 일반적으로 사용되는 것임으로, 이에 대한 더 이상 자세한 설명은 생략한다.
따라서, 상기 제1 댐퍼(90)의 양단을 상기 지지프레임(50)과 제4 가이드레일(70)에 연결하고, 제1 댐퍼(90)의 감쇄력을 조절함으로써, 상기 제4 가이드레일(70)에 측방향의 진동이 발생될 때, 가이드레일이 측방향으로 자유롭게 진동하거나, 가이드레일이 전혀 움직이지 않도록 자유롭게 제어할 수 있다.
상기 이송대(100)는 사각 금속블록형태로 구성된 것으로, 상기 제4 가이드레일(70)이 슬라이드가능하게 결합되는 관통공(101)이 전후면을 관통하도록 형성되어, 상기 제4 가이드레일(70)을 따라 자유롭게 전후방향으로 슬라이드되도록 구성된다.
상기 제2 탄성부재(110)는 전후 한 쌍으로 구성되며, 인접단이 상기 이송대(100)의 전후측면에 밀착되도록 상기 제4 가이드레일(70)에 구비되어, 상기 이송대(100)가 상기 제4 가이드레일(70)의 중간부에 위치된 상태에서 탄성적으로 전후방향으로 유동되도록 지지한다.
상기 제2 댐퍼(120)는 전후방향으로 연장되며 양단이 상기 제4 가이드레일(70)과 이송대(100)에 연결되어, 상기 이송대(100)가 전후방향으로 유동될 때, 이송대(100)가 전후방향으로 진동되는 정도를 제어할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 상기 제2 댐퍼(120) 역시 상기 제1 댐퍼(90)와 동일하게, 상기 제어수단(160)의 제어신호에 따라, 감쇄력이 조절되는 전자제어식 가변댐퍼를 이용한다.
상기 편심추(130)는 비중이 높은 강철 등의 금속재로 구성된 것으로, 상기 이송대(100)의 상면에 회전가능하게 구비되어, 상기 구동모터(140)에 의해 회전되도록 구성된다.
이때, 상기 구동모터(140)는 상기 이송대(100)의 하측면에 구동축(141)이 상측으로 연장되도록 구비되며, 상기 편심추(130)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 구동모터(140)의 구동축(141)에 편심을 이루도록 결합되어, 구동모터(140)로 편심추(130)를 회전시키면, 상기 편심추(130)에 원심력이 발생되고, 이와 같이 발생된 원심력이 상기 이송대(100)에 전달되어, 이송대(100)가 전후 및 좌우방향으로 진동하게 된다.
본 실시예의 경우, 상기 구동모터(140)는 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 편심추(130)를 시계방향으로 회전시키도록 구성된다.
상기 진동감지센서(150)는 일반적인 가속도센서를 이용한다.
상기 제어수단(160)은 상기 진동감지센서(150)의 신호를 수신하여, 상기 건축물(2)이 진동되는 방향에 따라 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 감쇄력을 조절함과 동시에, 건축물(2)이 진동하는 진동수와 동일한 회전수로 구동모터(140)를 구동시킴으로써, 상기 편심추(130)가 회전되면서 발생되는 원심력이 지진에 의해 건축물(2)이 진동하는 방향과 반대방향으로 건축물(2)에 작용되도록 하여 건축물(2)의 진동을 감쇄시킨다.
예를 들어, 상기 건축물(2)이 5Hz로 좌우방향으로 진동할 경우, 상기 제어수단(160)은 상기 진동감지센서(150)의 신호를 수신하여 이를 감지하고, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 상기 제1 댐퍼(90)의 감쇄력을 100%로 제어하여 상기 제3 가이드레일(60)이 좌우방향으로 진동되지 않도록 고정하고, 상기 제2 댐퍼(120)는 상기 감쇄력을 0%로 제어하여 상기 이송대(100)는 제4 가이드레일(70)을 따라 자유롭게 전후진될 수 있도록 한다.
이와 같이, 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 감쇄력을 조절하면, 후술하는 바와 같이, 상기 편심추(130)가 회전하면서 발생되는 원심력이 좌우방향으로만 전달된다.
그리고, 상기 제어수단(160)은 상기 구동모터(140)를 작동시켜, 상기 편심추(130)가 건축물(2)의 진동수와 같은 초당 5회전하도록 회전시킨다.
특히, 상기 제어수단(160)은 상기 편심추(130)가 회전되는 원심력이 상기 건축물(2)의 진동방향과 반대로 발생되도록 한다.
즉, 상기 제어수단(160)은 상기 건축물(2)이 좌측으로 진동할 때, 도 12에 도시한 바와 같이, 편심추(130)가 우측에 위치되고, 건축물(2)이 우측으로 진동할 때, 도 13에 도시한 바와 같이, 편심추(130)가 좌측에 위치되도록 구동모터(140)의 회전을 제어한다.
이와 같이 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 감쇄력을 조절하고, 상기 구동모터(140)에 의해 편심추(130)가 회전되도록 하면, 상기 편심추(130)가 회전되면서 발생되는 원심력 중에서, 전후방향으로 작용되는 원심력은 상기 이송대(100)가 전후방향으로 슬라이드되면서 소멸되며, 측방향으로 작용되는 원심력은 도 8 및 도 9에 점선의 화살표로 도시한 바와 같이, 상기 이송대(100)와 제4 가이드레일(70)과 제3 가이드레일(60) 및 지지프레임(50)을 통해 건축물(2)에 전달되어, 건축물(2)의 좌우방향 진동을 감쇄시킨다.
다른 예로, 상기 건축물(2)이 전후방향으로 진동될 경우, 상기 제어수단(160)은 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 상기 제1 댐퍼(90)의 감쇄력을 0%로 제어하여 상기 제3 가이드레일(60)이 좌우방향으로 자유롭게 진동되도록 하고, 상기 제2 댐퍼(120)는 상기 감쇄력을 100%로 제어하여, 상기 이송대(100)는 제4 가이드레일(70)을 따라 전후방향으로 슬라이드되지 않도록 고정한 후, 상기 구동모터(140)를 제어하여 상기 편심추(130)가 건축물(2)의 진동수에 대응되도록 회전시킴으로써, 건축물(2)의 전후방향 진동을 감쇄시킨다.
또한, 상기 건축물(2)이 전후방향과 좌우방향에 대해 경사진 방향으로 진동할 경우, 상기 제어수단(160)은 건축물(2)의 진동방향에 따라, 상기 제1 댐퍼(90)와 제2 댐퍼(120)의 감쇄력을 0%~100% 사이의 적당한 정도로 조절하여, 상기 편심추(130)가 회전되면서 발생되는 원심력이 건축물(2)이 진동하는 방향으로 작용되도록 제어한다.
따라서, 지진 발생시 건축물(2)의 중간부 또는 상단이 전후방향 또는 측방향으로 진동하는 진폭을 최소화할 수 있다.
이와 같이 구성된 능동형 면진장치는, 상기 기초(1)와 건축물(2)의 사이에 구비되는 면진유닛(A)이 구비되고, 상기 면진유닛(A)은 상기 기초(1)에 고정된 지지패널(10)과, 상기 지지패널(10)의 상측에 위치되어 가이드수단(30)에 의해 전후방향으로 슬라이드가능하게 구비되며 상면에 상기 건축물(2)이 올려지는 슬라이드패널(20)과, 상기 슬라이드패널(20)에 연결되어 상기 슬라이드패널(20)의 진동을 감쇄시키는 댐핑수단(40)을 포함하며, 상기 가이드수단(30)은 상기 지지패널(10)의 상면에 전후방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제1 가이드레일(31)과, 상기 제1 가이드레일(31)의 상측에 측방향으로 연장되도록 구비되어 상기 제1 가이드레일(31)을 따라 전후방향으로 슬라이드되는 제2 가이드레일(32)을 포함하고, 상기 슬라이드패널(20)은 상기 제2 가이드레일(32)의 상면에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합되며, 상기 댐핑수단(40)은 상기 슬라이드패널(20)의 둘레면에서 하측으로 연장된 연장바(41)와, 상기 지지패널(10)의 둘레부에서 상측으로 연장되도록 구비되며 상면에는 개구부(42a)가 형성된 지지케이스(42)와, 상기 지지케이스(42)의 내부에 승강가능하게 결합되며 상면은 상기 연장바(41)의 하단이 밀착되는 마찰홈(43a)이 형성된 지지블록(43)과, 상기 지지블록(43)의 하측에 위치되어 지지블록(43)을 상측으로 탄성적으로 가압하는 탄성부재(44)를 포함하고, 상기 연장바(41)는 상기 지지케이스(42)의 개구부(42a)를 통해 상기 지지블록(43)의 마찰홈(43a)에 밀착되고, 상기 마찰홈(43a)은 하측으로 오목한 호형상의 단면을 갖도록 구성된다.
따라서, 지진에 의해 상기 지지패널(10)이 측방향으로 진동하면, 상기 슬라이드패널이 전후 및 좌우방향으로 자유롭게 진동하면서 상기 댐핑수단(40)에 의해 진동이 감쇄되어, 지진에 의해 발생된 진동이 상기 슬라이드패널의 상측에 올려진 건축물(1)에 전달되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 연장바(41)는 상기 지지블록(43)에 의해 지지블록(43)에 의해 지지되어, 연장바(41)가 지지블록(43)의 마찰홈(43a)의 중앙부에 위치되어, 약한 정도의 외력에 의해서는 연장바(41)가 측방향으로 움직이지 않게 됨으로, 바람 등에 의해 건축물이 측방향으로 유동되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 능동형 면진장치에는 상기 건축물(2)의 상층에 구비되어 건축의 진동을 감쇄시키는 진동감쇄유닛(B)이 더 구비되고, 상기 진동감쇄유닛(B)은 상기 건축물(2)에 고정된 지지프레임(50)과, 상기 지지프레임(50)에 측방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제3 가이드레일(60)과, 측방향으로 연장되며 전후단이 상기 제3 가이드레일(60)에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합된 제4 가이드레일(70)과, 상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)의 측방향 진동을 감쇄하는 제1 댐퍼(90)와, 상기 제4 가이드레일(70)에 전후방향으로 슬라이드가능하게 결합된 이송대(100)와, 상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)의 전후방향 진동을 감쇄하는 제2 댐퍼(120)와, 상기 이송대(100)에 상하방향의 회전중심축을 갖도록 회전가능하게 결합되며 구동모터(140)에 의해 회전되며 상기 이송대(100)가 측방향과 전후방향으로 진동되도록 하는 편심추(130)와, 상기 지지프레임(50)에 구비되어 지진발생시 건축물(2)이 진동하는 진동수와 건축물(2)의 진동방향을 측정하는 진동감지센서(150)와, 상기 진동감지센서(150)에 연결되며 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)와 구동모터(140)의 작동을 제어하는 제어수단(160)이 구비되며, 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)는 상기 제어수단(160)의 제어에 따라 감쇄력이 조절되는 전자제어식 가변댐퍼를 이용하며, 상기 제어수단(160)은 상기 진동감지센서(150)의 신호를 수신하여, 상기 건축물(2)이 진동되는 방향에 따라 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 감쇄력을 조절함과 동시에, 건축물(2)이 진동하는 진동수와 동일한 회전수로 구동모터(140)를 구동시킴으로써, 상기 편심추(130)가 회전되면서 발생되는 원심력이 지진에 의해 건축물(2)이 진동하는 방향과 반대방향으로 건축물(2)에 작용되도록 하여 건축물(2)의 진동을 감쇄시킬 수 있다.
따라서, 지진의 발생시 상기 면진유닛(A)에 의해 미처 감쇄되지 못한 진동이 건축물(1)에 전달되고, 그에 따라, 건축물(1)의 상단이 큰 진폭으로 진동되어 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 진동감쇄유닛(B)에는, 상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)이 제3 가이드레일(60)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제1 탄성부재(80)와, 상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)가 상기 제4 가이드레일(70)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제2 탄성부재(110)가 더 구비되어, 평상시에는 상기 제4 가이드레일(70)과, 상기 이송대(100)가 항상 제3 가이드레일(60)과 제4 가이드레일(70)의 중앙부에 위치되어, 지진발생시 제4 가이드레일(70)과 이송대(100)가 자유롭게 유동될 수 있도록 할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
A. 면진유닛 10. 지지패널
20. 슬라이드패널 30. 가이드수단
40. 댐핑수단 B. 진동감쇄유닛
50. 지지프레임 60. 제3 가이드레일
70. 제4 가이드레일 80. 제1 탄성부재
90. 제1 댐퍼 100. 이송대
110. 제2 탄성부재 120. 제2 댐퍼
130. 편심추 140. 구동모터
150. 진동감지센서 160. 제어수단

Claims (10)

  1. 기초(1)의 상측에 시공된 건축물(2)에 구비되어 지진으로부터 건축물(2)을 보호하는 능동형 면진장치에 있어서,
    상기 기초(1)와 건축물(2)의 사이에 구비되는 면진유닛(A)을 포함하며, 상기 면진유닛(A)은 상기 기초(1)에 고정된 지지패널(10)과,
    상기 지지패널(10)의 상측에 위치되어 가이드수단(30)에 의해 전후방향으로 슬라이드가능하게 구비되며 상면에 상기 건축물(2)이 올려지는 슬라이드패널(20)과,
    상기 슬라이드패널(20)에 연결되어 상기 슬라이드패널(20)의 진동을 감쇄시키는 댐핑수단(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드수단(30)은
    상기 지지패널(10)의 상면에 전후방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제1 가이드레일(31)과,
    상기 제1 가이드레일(31)의 상측에 측방향으로 연장되도록 구비되어 상기 제1 가이드레일(31)을 따라 전후방향으로 슬라이드되는 제2 가이드레일(32)을 포함하고,
    상기 슬라이드패널(20)은 상기 제2 가이드레일(32)의 상면에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐핑수단(40)은
    상기 슬라이드패널(20)의 둘레면에서 하측으로 연장된 연장바(41)와,
    상기 지지패널(10)의 둘레부에서 상측으로 연장되도록 구비되며 상면에는 개구부(42a)가 형성된 지지케이스(42)와,
    상기 지지케이스(42)의 내부에 승강가능하게 결합되며 상면은 상기 연장바(41)의 하단이 밀착되는 마찰홈(43a)이 형성된 지지블록(43)과,
    상기 지지블록(43)의 하측에 위치되어 지지블록(43)을 상측으로 탄성적으로 가압하는 탄성부재(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연장바(41)는 상기 지지케이스(42)의 개구부(42a)를 통해 상기 지지블록(43)의 마찰홈(43a)에 밀착되고, 상기 마찰홈(43a)은 하측으로 오목한 호형상의 단면을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성부재(44)는 상기 지지케이스(42)의 내부에 상하방향으로 연장되도록 구비되어, 상기 지지블록(43)의 하측면을 지지하여 지지블록(43)이 탄성적으로 상승되도록 가압되는 압축스프링을 이용하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 건축물(2)의 상층에 구비되어 건축의 진동을 감쇄시키는 진동감쇄유닛(B)을 더 포함하며,
    상기 진동감쇄유닛(B)은
    상기 건축물(2)에 고정된 지지프레임(50)과,
    상기 지지프레임(50)에 측방향으로 연장되도록 구비된 한 쌍의 제3 가이드레일(60)과,
    측방향으로 연장되며 전후단이 상기 제3 가이드레일(60)에 측방향으로 슬라이드가능하게 결합된 제4 가이드레일(70)과,
    상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)의 측방향 진동을 감쇄하는 제1 댐퍼(90)와,
    상기 제4 가이드레일(70)에 전후방향으로 슬라이드가능하게 결합된 이송대(100)와,
    상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)의 전후방향 진동을 감쇄하는 제2 댐퍼(120)와,
    상기 이송대(100)에 상하방향의 회전중심축을 갖도록 회전가능하게 결합되며 구동모터(140)에 의해 회전되며 상기 이송대(100)가 측방향과 전후방향으로 진동되도록 하는 편심추(130)와,
    상기 지지프레임(50)에 구비되어 지진발생시 건축물(2)이 진동하는 진동수와 건축물(2)의 진동방향을 측정하는 진동감지센서(150)와,
    상기 진동감지센서(150)에 연결되며 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)와 구동모터(140)의 작동을 제어하는 제어수단(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)는
    상기 제어수단(160)의 제어에 따라 감쇄력이 조절되는 전자제어식 가변댐퍼를 이용하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자제어식 가변댐퍼는
    측방향으로 연장되며 내부에 유체가 저장된 실린더(91)와,
    상기 실린더(91)의 내부에 구비되며 일측에는 양측면을 관통하는 관통공(92a)이 형성된 피스톤(92)과,
    상기 피스톤(92)에서 상기 실린더(91)의 좌측으로 연장된 피스톤로드(93)로 구성되며, 상기 실린더(91)에 저장되는 유체에는 자성체성분의 분말이 혼합되고, 상기 관통공(92a)의 두레부에는 자력을 발생시키는 코일(94)이 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어수단(160)은
    상기 진동감지센서(150)의 신호를 수신하여, 상기 건축물(2)이 진동되는 방향에 따라 상기 제1 및 제2 댐퍼(90,120)의 감쇄력을 조절함과 동시에, 건축물(2)이 진동하는 진동수와 동일한 회전수로 구동모터(140)를 구동시킴으로써, 상기 편심추(130)가 회전되면서 발생되는 원심력이 지진에 의해 건축물(2)이 진동하는 방향과 반대방향으로 건축물(2)에 작용되도록 하여 건축물(2)의 진동을 감쇄시키도록 된 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제4 가이드레일(70)에 연결되어 제4 가이드레일(70)이 제3 가이드레일(60)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제1 탄성부재(80)와,
    상기 이송대(100)에 연결되어 상기 이송대(100)가 상기 제4 가이드레일(70)의 중간부에 위치되도록 탄성적으로 가압하는 제2 탄성부재(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 면진장치.
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