WO2012144066A1 - 制振装置、風力発電装置及び制振方法 - Google Patents

制振装置、風力発電装置及び制振方法 Download PDF

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vibration damping
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川端　稔
圭輔 笹島
久保　充司
原田　秀秋
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三菱重工業株式会社
三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社
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Definitions

  • Patent Document 1 discloses a vibration damping device including a reverse pendulum-like damping means.
  • the vibration control device includes a weight, a rod erected to support the weight in a reverse pendulum shape, a support portion that supports an intermediate portion of the rod as a fulcrum of the reverse pendulum, and a lower end of the rod And a spring having one end connected to the rod and the other end connected to the object to be damped.
  • Patent Document 2 discloses a vibration damping device including a pendulum-like damping unit and a reverse pendulum-like damping unit.
  • This vibration damping device has a pendulum-like damping means in which a first weight is suspended from the upper part of a vibration control object, and a reverse support that supports the second weight with a rod erected on the lower surface of the vibration control object.
  • the wind turbine generator has been increased in size from the viewpoint of improving the power generation efficiency, and those having a hub height (height from the ground to the hub center) exceeding 100 m are appearing.
  • the primary natural frequency of the column (tower) becomes longer, and it matches the resonance range accompanying the rotation of the rotor, so that the fatigue load of the column can increase significantly.
  • damping devices there is a growing need to apply damping devices to wind power generators.
  • the column of the wind power generator there is a hoistway for the operator to raise and lower when nacelle provided on the column is maintained, and various piping and wiring cables are provided. Space for installing the device is limited.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is a vibration damping device that can be installed in a small space and can be manufactured at low cost, a wind turbine generator including the vibration damping device, and a vibration damping device. It is intended to provide a method.
  • a vibration damping device for a structure that solves the above-described problem includes a first weight, a support bar that is erected on the structure to support the first weight on the structure, A first vibration system having a lower universal joint that connects the lower end of the support bar to the structure, and an upper universal joint that connects the upper end of the support bar to the first weight; A second vibration system having an elastic member erected on the structure, and a second weight provided on the elastic member; The first weight and the second weight are swung in the same direction in the same horizontal plane, and the first weight is swung relative to the second weight in the vertical direction. And a restraining means for restraining a weight to the second weight.
  • the vibration damping device for a structure since the first weight and the second weight are supported from below by the support rod and the elastic member, the weight is suspended from the structure via the suspension material. Compared with a conventional vibration damping device having a pendulum-like damping means and a reverse pendulum-like damping means for supporting another weight with a support rod, the height can be suppressed by using a combination structure. . Further, since the first vibration system, the second vibration system, and the restraining means can be manufactured without using special materials and by using general parts, the vibration damping device can be manufactured at low cost. And since general parts are used, it is excellent in the availability of alternatives at the time of maintenance.
  • the first vibration system and the second vibration system swing in the same direction within the same horizontal plane, and the first vibration system is relatively perpendicular to the second vibration system. It is configured to be movable. That is, the first vibration system and the second vibration system are integrated so that only the freedom in the horizontal direction is restricted without restricting the freedom in the vertical direction. Since the vertical direction is thus free, the period adjustment of the vibration damping device is facilitated by changing the weight ratio between the first weight and the second weight.
  • the sliding member is provided between the frame member of the second weight and the first weight
  • the second weight is relatively vertical with respect to the first weight. It can slide smoothly in the direction.
  • the frame member of the second weight is provided so as to surround the first weight, the second weight and the first weight can swing in the same direction in the same horizontal plane.
  • the first weight and the second weight can swing in the same direction in the same horizontal plane, and the first weight can swing relative to the second weight in the vertical direction.
  • the period of the apparatus body can be adjusted by changing the weight ratio of the first weight and the second weight while keeping the total weight of the first weight and the second weight constant. It is good also as being. In this way, the cycle of the apparatus main body can be changed while the total weight of the first weight and the second weight remains constant, so no new weight is added when changing the cycle. May be.
  • the damper is preferably provided horizontally. Since the damper is provided horizontally, it is possible to increase the damping effect of horizontal vibration.
  • a wind turbine generator according to the present invention includes the above-described vibration damping device. According to the wind power generator, since the vibration damping device is provided, it is possible to attenuate the primary natural vibration of the column accompanying the rotation of the rotor blades of the wind power generator. Therefore, it is possible to easily realize a wind turbine generator having a hub height exceeding 100 m while avoiding an increase in the weight of the column.
  • the said damping device is installed in the upper floor of the support
  • the structure damping method includes a support bar having a universal joint connected to both ends, and a first weight connected to one end of the support bar via the universal joint.
  • a vibration system is erected on the structure with the other end of the support rod connected to the structure,
  • a second vibration system having an elastic member and a second weight connected to one end of the elastic member, the other end of the elastic member connected to the structure, and standing on the structure;
  • the first weight is restrained by the restraining means on the second weight,
  • the first weight and the second weight are swung in the same direction in the same horizontal plane, and the first weight is relatively perpendicular to the second weight. It is characterized by shaking.
  • the first vibration system and the second vibration system are erected on the structure, and the first weight and the second weight constituting the vibration system are the same in the same horizontal plane. Since the first weight fluctuates in the vertical direction relative to the second weight, the damping effect of the primary natural vibration of the structure can be increased.
  • the first weight and the second weight at least one of them is composed of a plurality of weight pieces each detachable
  • the weight ratio between the first weight and the second weight may be changed by changing the number of the weight pieces constituting at least one of the first weight and the second weight.
  • the first vibration is changed by changing the weight ratio of the first weight and the second weight by changing the number of weight pieces constituting the first weight and / or the second weight. It is possible to adjust the natural frequency of the entire vibration damping device including the system and the second vibration system. Therefore, for example, the vibration of the structure can be damped corresponding to different primary natural frequencies depending on the construction stage of the lower layer portion, the construction stage of the middle layer portion, the construction stage of the higher layer portion, and the like.
  • FIG. 2 is an AA arrow view of FIG. 1. It is the figure which expanded the damping device vicinity of FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a region indicated by D in FIG.
  • FIG. 3 is a view taken along the line BB in FIG. It is CC arrow line view of Fig.3 (a). It is a figure which shows the operating state of the damping device which concerns on this embodiment. It is a figure which shows an example of the relationship between the weight of a 1st weight, the weight of a 2nd weight, and the natural frequency of a damping device. It is a top view of the damping device concerning a second embodiment of the present invention.
  • vibration damping device according to the present invention
  • a vibration damping device is not limited to the wind turbine generator, and a vibration damping function such as a building, plant, bridge, tower, or crane is required.
  • the vibration damping device according to the present invention is applicable to any structure. Further, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the following examples are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It is just an example.
  • FIG. 1 is a side view showing a wind turbine generator 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the wind turbine generator 1 includes a support column 3 provided on a foundation 2, a nacelle 4 provided at the upper end of the support column 3, and a plurality of blades 5B radially attached to a hub 5A.
  • a vibration damping device 7 installed on the upper floor 8a among the plurality of floors 8 in the support column 3.
  • An opening 9 is provided at the center of the upper floor 8a.
  • a cable 53A for supplying power and control signals to the generator and related devices in the nacelle 4, a cable 53B for supplying power from the generator to the power grid, and a ladder 52 are inserted. Yes.
  • the cables 53 ⁇ / b> A and 53 ⁇ / b> B and the ladder 52 are arranged along the inner wall surface of the column 3.
  • the wind force that hits the blade 5B is converted into power that rotates the rotor 5 about the rotation axis.
  • the primary natural frequency of the support column 3 may coincide with the frequency associated with the rotation of the rotor 5 and may resonate. Therefore, in the present embodiment, even if resonance between the rotor 5 and the support column 3 occurs, the vibration of the support column 3 is attenuated by the vibration damping device 7 according to the present invention so that the swing of the support column 3 is within the allowable amplitude range. To do.
  • FIG. 2 is an AA arrow view of FIG. 3A is an enlarged view of the vicinity of the vibration damping device of FIG. 2, and FIG. 3B is an enlarged view of a region indicated by D in FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a view taken along the line BB in FIG. 3A, wherein the left side is a side view and the right side is a cross-sectional view.
  • FIG. 5 is a view taken along the line CC in FIG.
  • the vibration damping device 7 includes a first vibration system 10, a pair of second vibration systems 20, a restraining means 30, and a pair of dampers 40.
  • the first vibration system 10 includes a support bar 13 erected on the upper surface of the upper floor 8a via a universal joint 12, and a first weight 11 connected to the upper end of the support bar 13 via the universal joint 12. It is equipped with. Since both ends of the support bar 13 are respectively connected to the upper floor 8a and the first weight 11 through universal joints, the first vibration system 10 has a reverse pendulum shape and cannot stand independently and is unstable.
  • the pair of second vibration systems 20 are provided on both sides of the first vibration system 10 (for example, the left and right sides in FIG. 3A) along the circumferential direction of the support column 3.
  • Each second vibration system 20 includes a second weight 21 and a pair of elastic members 22 that are provided on the upper surface of the upper floor 8 a and support the second weight 21.
  • the pair of elastic members 22 are connected by a connecting member 100. Since the second weight 21 is supported by a pair of elastic members 22 connected by the connecting member 100, the second vibration system 20 has a reverse pendulum shape, but can be self-supporting and stable.
  • the vibration damping device 7 has a stable vibration system structure.
  • Each elastic member 22 is a laminated rubber formed by stacking a plurality of columnar rubbers 24, and a support area so that the first weight 11 and the second weight 21 can be vibrated at a desired cycle. And rubber thickness etc. are set.
  • the support area refers to the area of the overlapping portion of the rubbers 24 stacked one above the other.
  • the second weight 21 is a columnar body having a substantially rectangular cross-sectional shape, and includes a second container 16 having a bottom at the lower end, and a plurality of weight pieces 25 stacked and accommodated in the second container 16. Has been. An extension portion 17 extending along the circumferential direction is provided at a corner portion of each second container 16 near the first weight 11.
  • the weight piece 25 is configured to include the weight piece 14 constituting the first weight 11, and in this embodiment, four weight pieces 14 and the weight pieces arranged in the same plane are arranged.
  • the weight piece 14 is composed of weight pieces 25A and 25B having different horizontal sectional shapes.
  • the weight pieces 25 in the connected state have the same shape as the horizontal cross section of the inner periphery of the second container 16.
  • the weight pieces 25A and 25B may have the above-described connection tool (not shown) for connecting to the other weight pieces 25A and 25B on the upper surface and the lower surface, respectively.
  • connection tool not shown
  • the present invention is not limited to this shape, and may be a prismatic shape or the like.
  • the weight piece 14 can be used for the first weight 11 and the second weight 21, the weight piece 14 of the second weight 21 and the weight piece 14 of the first weight 11 are combined. Can be interchanged. Therefore, for example, of the first weight 11 and the second weight 21, the weight piece 14 constituting one weight 11, 21 is moved to the other weight 11, 21, so that the first weight 11 And the weight ratio of the second weight 21 can be changed. Thereby, the natural frequency of the vibration damping device 7 can be changed (details will be described later).
  • the restraining means 30 includes a cylindrical frame member 35 provided so as to surround the outer periphery of the first weight 11, and a plurality of sliding members 38 provided between the first weight 11 and the frame member 35. It is equipped with.
  • the frame member 35 is a plate-like connection that connects the side plate 18 of the second container 16 near the first weight 11, the extension 17 of the second container 16, and the extensions 17 of the pair of second vibration systems 20.
  • the material 23 is formed integrally with the second weight 21.
  • the extension 17 and the connecting member 23 are connected by a bolt 36.
  • the frame member 35 may be formed using a cylindrical body. In such a case, of the side surfaces of the rectangular cylinder, a pair of side surfaces arranged at opposing positions are fixed to the side plate 18 of the second container 16 with bolts or the like, and integrated with the second weight 21. .
  • the plate-like sliding member 38 constituting the restraining means 30 is provided such that its side surface abuts on the outer periphery of the first container 15 and the inner periphery of the frame member 35.
  • a linear guide that is a linear motion bearing is used as the sliding member 38.
  • the linear guide includes a guide 31 and a sliding body 32.
  • the guide 31 is attached to the outer peripheral surface of the first weight 11 along the vertical direction, and the sliding body 32 is attached to the inner peripheral surface of the frame member 35. It has been.
  • the guide 31 has a square bar shape and has a pair of grooves 46 formed along the longitudinal direction on a pair of side surfaces at opposite positions.
  • the sliding body 32 has a pair of convex portions 47 that can be engaged with the pair of grooves 46, respectively, and can slide along the guide 31 with the convex portions 47 engaged with the pair of grooves 46. . Accordingly, the first weight 11 to which the guide 31 is attached slides smoothly in the vertical direction relative to the frame member 35 to which the sliding body 32 is attached.
  • the guide 31 may be a friction reducing plate such as a linear ball guide or an oilless plate in which a plurality of spherical rolling elements are rotatably embedded along the longitudinal direction in the end of the guide body on the sliding body 32 side. Good.
  • the guide 31 is attached to the first weight 11 and the sliding body 32 is attached to the second weight 21 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the guide 31 is attached to the second weight.
  • a sliding body 32 may be attached to the first weight 11 on the weight 21.
  • the sliding member 38 is provided around the first weight 11 and is surrounded by the frame member 35 that is integrally formed with the second weight 21. And the first weight 11 swing in conjunction with each other in the same direction in the same horizontal plane. Further, since the sliding member 38 is provided between the first weight 11 and the frame member 35, the first weight 11 is formed integrally with the frame member 35. It slides relative to the vertical direction. That is, the first vibration system 10 and the second vibration system 20 are integrated so as to restrict only the horizontal degree of freedom without restricting the degree of freedom in the vertical direction. Therefore, as shown in FIG. 6, the first weight 11 and the second weight 21 swing in conjunction with each other in the same direction in the same horizontal plane, and the first weight 11 moves with respect to the second weight 21. Swings relatively in the vertical direction.
  • a pair of dampers 40 that are constituent members of the vibration damping device 7 has one end connected to the inner wall surface of the support column 3 via a bracket 41 and the other end connected to the upper end of the second weight 21 via the bracket 41. It is connected. Further, the dampers 40 are disposed so as to be orthogonal to each other, and the damping effect can be increased with respect to all the horizontal directions.
  • the damper 40 an oil damper, a viscoelastic damper, or the like is used. In the present embodiment, the case where the damper 40 is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and the frictional resistance of the linear guide which is the sliding member 38 is increased, and the vibration energy is increased by the friction. It may be absorbed.
  • the first weight 11 is configured as a method of changing the weight ratio between the first weight 11 and the second weight 21.
  • the weight piece 14 to be removed, the weight pieces 14, 25A, 25B constituting the second weight 21 are removed, or the weight piece 14 constituting the first weight 11 is removed to form the second weight 21.
  • the weight piece 14 constituting the second weight 21 can be removed and attached to the first weight 11. Changing the weight ratio between the first weight 11 and the second weight 21 has the effect that the natural frequency of the vibration damping device 7 can be adjusted, but the adjustment of the natural frequency was examined. The results are shown below.
  • the natural frequency of the vibration damping device 7 is calculated by the following equation (1).
  • f natural frequency (Hz)
  • k spring constant of elastic member 22 (N / m)
  • L liter
  • Distance m
  • m 1 weight (kg) of the first weight 11
  • m 2 weight (kg) of the second weight 21.
  • the total weight (10000 kg) of the weight of the first weight 11 and the weight of the second weight 21 is kept constant, and the weight of the second weight 21 is reduced while decreasing the weight of the first weight 11 by 1000 kg.
  • the natural frequency when the value was increased by 1000 kg was calculated by the above equation (1). The calculated results are shown in FIG. 7 below.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the relationship between the weight of the first weight 11 and the weight of the second weight 21 and the natural frequency of the vibration damping device 7. As shown in FIG. 7, when the weight of the first weight 11 is 10000 kg and the weight of the second weight 21 is 0 (zero) kg, the natural frequency of the vibration control device 7 is 1.000 Hz. .
  • the weight of the first weight 11 is gradually decreased and the weight of the second weight 21 is increased by the reduced amount (for example, the weight piece 14 of the first weight 11 is gradually removed).
  • the removed weight piece 14 is attached to the second weight 21
  • the natural frequency of the vibration damping device 7 gradually decreases.
  • the natural frequency of the vibration damping device 7 is 0.743 Hz.
  • the weight ratio between the first weight 11 and the second weight 21 is changed by gradually increasing the weight of the second weight 21 while gradually decreasing the weight of the first weight 11. Then, it was confirmed that the period of the vibration damping device 7 was increased.
  • the first weight 11 and the second weight 21 are supported from below by the support rod 13 and the elastic member 22, respectively.
  • a conventional vibration damping device having a pendulum-like damping means in which a weight is suspended from a structure via a suspension material and a reverse pendulum-like damping means for supporting another weight with a support rod The height can be suppressed by using a combination structure.
  • the first vibration system 10, the second vibration system 20, and the restraining means 30 can be manufactured without using special materials and using general parts, the vibration damping device 7 can be manufactured at low cost. it can.
  • the vibration damping device 7 in the wind power generator 1, it is possible to attenuate the primary natural vibration of the column 3 accompanying the rotation of the rotor 5 of the wind power generator 1. Therefore, it is possible to easily realize the wind power generator 1 in which the height of the hub 5A exceeds 100 m while avoiding an increase in the weight of the support 3 and an increase in the thickness of the support.
  • the sliding member 38 is provided between the frame member 35 of the second weight 21 and the first weight 11, the second weight 21 is relatively relative to the first weight 11. It can slide smoothly in the vertical direction. Further, since the frame member 35 of the second weight 21 is provided so as to surround the first weight 11, the second weight 21 and the first weight 11 are interlocked in the same direction in the same horizontal plane. Can swing. Accordingly, the first weight 11 and the second weight 21 swing in conjunction with the same direction in the same horizontal plane, and the first weight 11 is relatively relative to the second weight 21 in the vertical direction. Can swing.
  • the weight piece 14 of one weight is The natural frequency of the vibration damping device 7 can be adjusted by moving to the other weight and changing the weight ratio between the first weight 11 and the second weight 21.
  • the damping device 7 can adjust the natural frequency. By installing the vibration damping device 7 from the stage of constructing 3, vibration generated at each stage can be efficiently damped.
  • the vibration control device 7 has an arc shape by providing a pair of second vibration systems 20 on both sides in the circumferential direction of the support column 3 with respect to the first vibration system 10, and is provided at the center of the support column 3. It can be installed between the outer periphery of the opening 9 and the inner wall surface of the column 3.
  • the vibration damping effect of the first weight 11 and the second weight 21 is increased. Can do. Furthermore, since the damper 40 is provided horizontally, the damping effect of horizontal vibration can be promoted.
  • the vibration damping device 7 Since the vibration damping device 7 is provided on the upper floor 8a of the column 3, the primary vibration of the column 3 is reduced more than when the vibration damping device 7 is installed on the middle or lower floor 8 of the column 3. It can be attenuated efficiently.
  • Fig.8 (a) is a top view of the damping device 27 which concerns on 2nd embodiment of this invention
  • FIG.8 (b) is an enlarged view of the area
  • the vibration damping device 27 according to the second embodiment of the present invention includes a restraining means 33 that is different from the vibration damping device 7 of the first embodiment.
  • the restraining means 33 includes a frame member 35 and a plurality of sliding members 39.
  • the sliding member 39 is provided so as to come into contact with the outer periphery of the first weight 11 and the inner periphery of the frame member 35.
  • an oilless plate made of a fluororesin is used.
  • the oilless plate is fixed to the outer peripheral side surface of the first weight 11 with bolts 34.
  • This oilless plate is an oil-impregnated sintered alloy that combines a special sintered body with excellent sliding performance and a steel backing, and the contained lubricating oil is supplied to the entire sliding surface as it slides. .
  • the case where the oilless plate made of fluororesin is used has been described.
  • the present invention is not limited to this material, and a plate made of polyimide resin or the like may be used.
  • a plate made of polyimide resin or the like may be used.
  • the case where the oilless plate is attached to the first weight 11 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the oilless plate may be attached to the second weight 21.
  • the sliding member 39 is provided around the first weight 11, and these are further surrounded by the frame member 35 formed integrally with the second weight 21. Therefore, the second weight 21 and the first weight 11 swing in conjunction with each other in the same direction in the same horizontal plane. Further, the first weight 11 to which the sliding member 39 is attached slides smoothly in the vertical direction relative to the second weight 21. Therefore, the first weight 11 and the second weight 21 swing in conjunction with the same direction in the same horizontal plane, and the first weight 11 swings relative to the second weight 21 in the vertical direction. .
  • the vibration damping device 37 according to the third embodiment of the present invention includes a second vibration system 26 and a restraint different from those of the vibration damping devices 7 and 27 according to the first and second embodiments. Means 43 are provided.
  • the second vibration system 26 includes a second weight 29 provided so as to surround the first weight 11, and a plurality of elastic members 22 that support the second weight 29.
  • the second weight 29 includes a third container 48 and a plurality of weight pieces 28 stacked and accommodated in the third container 48.
  • the third container 48 closes the lower end of a rectangular outer cylinder 49, a rectangular inner cylinder 50 provided in the outer cylinder 49, and a gap formed between the outer cylinder 49 and the inner cylinder 50.
  • the weight piece 28 is accommodated in the gap.
  • the weight piece 28 has the same shape as the horizontal cross section of the inner periphery of the third container 48.
  • the weight piece 28 is configured to include the weight piece 14 constituting the first weight 11, and in this embodiment, four weight pieces 14 arranged in the same plane and the weight pieces 14 are arranged in the same plane.
  • the weight piece 14 is composed of a weight piece 51 having a different horizontal cross-sectional shape.
  • the weight piece 14 of the second weight 29 and the weight piece 14 of the first weight 11 can be interchanged.
  • the restraining means 43 includes a frame member 44 provided so as to surround the first weight 11 and a plurality of sliding members 38.
  • the inner cylinder 50 of the second weight 29 is used as the frame member 44.
  • the frame member 44 may be newly formed using a rectangular cylinder. In such a case, the outer peripheral surface constituting the frame member 44 is fixed to the inner peripheral surface of the inner cylinder 50 of the second weight 29 with a bolt or the like and integrated with the second weight 29.
  • the sliding member 38 is provided around the first weight 11, and these are further surrounded by the second weight 29. Therefore, the second weight 29 and the first weight The single weight 11 swings in conjunction with the same direction in the same horizontal plane. Further, the first weight 11 to which the sliding member 38 is attached slides smoothly in the vertical direction relative to the second weight 29. Therefore, the first weight 11 and the second weight 29 swing in conjunction with the same direction in the same horizontal plane, and the first weight 11 swings relative to the second weight 29 in the vertical direction. .
  • the vibration damping device 47 according to the fourth embodiment of the present invention includes a restraining means 45 different from the vibration damping device 37 of the third embodiment.
  • the restraining means 45 includes a frame member 44 and a plurality of sliding members 39 provided between the first weight 11 and the frame member 44.
  • an oilless plate was used as in the second embodiment. The oilless plate is fixed to the outer peripheral side surface of the first weight 11 with bolts 34.
  • the sliding member 39 is provided around the first weight 11, and these are further surrounded by the second weight 29. Therefore, the second weight 29 and the first weight The single weight 11 swings in conjunction with the same direction in the same horizontal plane. Further, the first weight 11 to which the sliding member 39 is attached slides smoothly in the vertical direction relative to the second weight 29. Therefore, the first weight 11 and the second weight 29 swing in conjunction with the same direction in the same horizontal plane, and the first weight 11 swings relative to the second weight 29 in the vertical direction. .
  • the shape of the first weight 11 is a quadrangular prism.
  • the shape is not limited to this, and a polygonal prism such as a triangular prism or a pentagonal prism may be used.
  • it may be cylindrical or elliptical.
  • the frame members 35 and 44 may be polygonal or circular cylindrical bodies along the outer periphery of the first weight 11.

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Abstract

【課題】狭小なスペース内に設置可能で、かつ、安価に製作可能な制振装置及びこの制振装置を備えた風力発電装置並びに制振方法を提供する。 【解決手段】制振装置７は、逆振り子状の第１振動系１０と、第１振動系１０の両側に設けられ、逆振り子状の第２振動系２０と、第１振動系１０を構成する第１重錘１１と第２振動系２０を構成する第２重錘２１とを拘束する拘束手段３０と、第１重錘１１及び第２重錘２１の振動を減衰するためのダンパー４０と、を備え、複数のフロア８のうち、上段のフロア８ａ上に設置されている。

Description

制振装置、風力発電装置及び制振方法
　本発明は、構造物の振動を減衰させるための制振装置及び制振方法並びに風力発電装置に関する。
　従来、構造物の振動を減衰させるために制振装置が用いられている。例えば、特許文献１には、逆振り子状の減衰手段を備えた制振装置が開示されている。この制振装置は、重錘と、重錘を逆振り子状に支持するために立設されたロッドと、ロッドの中間部を逆振り子の支点となるように支持する支持部と、ロッドの下端を所望の方向へ移動させるための駆動部と、一端がロッドに他端が制振対象物に接続されたばねと、を備えている。
　また、例えば、特許文献２には、振り子状の減衰手段及び逆振り子状の減衰手段を備えた制振装置が開示されている。この制振装置は、制振対象物の上部から第１重錘が吊り下げられた振り子状の減衰手段と、制振対象物の下面に立設されたロッドで第２重錘を支持する逆振り子状の減衰手段と、第１重錘と第２重錘とが垂直方向に移動自在で、かつ水平方向には連動するように第１重錘と第２重錘を連結する連結部と、を備えている。
　また、例えば、特許文献３には、逆振り子状の減衰手段及び回転慣性を利用した減衰手段を備えた制振装置が開示されている。この制振装置は、制振対象物の下面に立設された多段の積層ゴムで重錘を支持する逆振り子状の減衰手段と、複数の重錘が連結された重錘部の移動と連動して水平方向へ移動しながら回転するシャフトとシャフトに巻き付けられたケーブルとケーブルの両端がそれぞれリニアガイドを介して接続されたケーブル架台とから構成された回転減衰手段と、を備えている。
特開平４－８９４４号公報 特開平１１－３７２１２号公報 特開２０００－３１０２７６号公報
　ところで、風力発電装置は、発電効率の向上の観点から風力発電装置の大型化が進み、ハブ高さ（地面からハブ中心までの高さ）が１００ｍを超えるものが出現しつつある。そして、風力発電装置の大型化に伴って、支柱（タワー）の一次固有振動数が長周期化し、ロータの回転に伴う共振域と合致して、支柱の疲労荷重が大幅に増加しうるため、風力発電装置にも制振装置を適用する必要性が生じつつある。
　ところが、風力発電装置の支柱内には、支柱上に設けられるナセルのメンテナンスを行う際に作業者が昇降する昇降路が設置されていたり、各種配管及び配線用ケーブルが設けられており、制振装置を設置するためのスペースは限られている。
　この点、上述した特許文献１及び特許文献２に記載された制振装置は、大きな設置スペースを必要とするため、風力発電装置の支柱内に設置することは難しい。
　また、特許文献３に記載された制振装置では、狭小のスペース内に設置できる程度に従来の制振装置よりも高さを低減しうるが、重錘部やシャフトがスムーズに回転するように高精度の機械加工が必要となるため、制振装置の作製に要するコストが嵩んでしまう。
　そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、狭小なスペース内に設置可能で、かつ、安価に製作可能な制振装置及びこの制振装置を備えた風力発電装置並びに制振方法を提供することを目的とするものである。
　上述した課題を解決する本発明に係る構造物の制振装置は、第１重錘と、前記第１重錘を前記構造物上に支持すべく前記構造物に立設された支持棒と、前記支持棒の下端を前記構造物に接続する下側自在継手と、前記支持棒の上端を前記第１重錘に接続する上側自在継手とを有する第１振動系と、
　前記構造物に立設された弾性部材と、前記弾性部材の上に設けられた第２重錘とを有する第２振動系と、
　前記第１重錘と前記第２重錘とが同一水平面内における同方向に振れ、かつ、第１重錘が第２重錘に対して鉛直方向に相対的に振れるように、前記第１重錘を前記第２重錘に拘束する拘束手段と、を備えることを特徴とする。
　上記構造物の制振装置によれば、第１重錘及び第２重錘をそれぞれ支持棒、弾性部材で下から支持しているため、構造物から吊り材を介して重錘が吊り下げられている振り子状の減衰手段及び他の重錘を支持棒で支持する逆振り子状の減衰手段を備えた従来の制振装置と比べて、組み合わせ構造としたことにより高さを抑制することができる。
　さらに、第１振動系、第２振動系及び拘束手段には特殊な材料を用いることなく、また、一般的な部品を用いることによりそれぞれを製作できるので、制振装置を安価に製作できる。そして、一般的な部品を用いているため、メンテナンス時等における代替品の入手性に優れている。
　また、上記構造物の制振装置では、第１振動系及び第２振動系が同一水平面内における同方向に振れ、かつ、第１振動系が第２振動系に対して鉛直方向に相対的に移動可能に構成されている。すなわち、鉛直方向の自由度は拘束せずに水平方向の自由度のみを拘束するように第１振動系と第２振動系とが一体化されている。このように、鉛直方向は自由なので第１重錘と第２重錘との重量比を変化させることで制振装置の周期調整が容易となる。
　また、前記拘束手段において、前記第１重錘を囲うように設けられた枠部材と、前記第１重錘の外周と前記枠部材の内周との間に設けられた複数の摺動部材と、を備えていてもよい。
　上記拘束手段によれば、第２重錘の枠部材と第１重錘との間には摺動部材が設けられているので、第２重錘は第１重錘に対して相対的に鉛直方向にスムーズに摺動することができる。また、第２重錘の枠部材は第１重錘を囲うように設けられているので、第２重錘と第１重錘とが同一水平面内における同方向に連動して振れることができる。これらより、第１重錘と第２重錘とが同一水平面内における同方向に連動して振れ、かつ、第１重錘が第２重錘に対して鉛直方向に相対的に振れることができる。
　また、前記第１重錘及び前記第２重錘のうち少なくとも一方はそれぞれが脱着可能な複数の重錘片から構成されていてもよい。
　第１重錘及び第２重錘のうち少なくとも一方は脱着可能な複数の重錘片から構成されているので、第１重錘及び第２重錘の少なくとも一方を構成する重錘片の個数を変更して、第１重錘と第２重錘との重量比を変化させることで、制振装置の固有振動数を調整することができる。
　上記制振装置では、鉛直方向の自由度は拘束せずに水平方向の自由度のみを拘束するように第１振動系と第２振動系とを一体化している。このように、鉛直方向へは自由度を有しているため、第１重錘と第２重錘との重量比を変化させることで周期調整が容易となる。
　例えば、構造物の低層部分の構築段階、中層部分の構築段階、高層部分の構築段階等で生じる一次固有振動数がそれぞれ異なる場合でも、制振装置の固有振動数を調整することができるので、構造物の建築中に制振装置を設置しておくことにより、それぞれの段階で生じる振動を効率良く減衰させることができる。特に、風力発電装置の場合には、支柱の構築中に制振装置を設置することにより、例えば、支柱を構築した段階、支柱にナセルを設置した段階等に有効である。
　さらに、第１重錘及び第２重錘のうち少なくとも一方はそれぞれが脱着可能な複数の重錘片から構成されているため、第１重錘及び第２重錘の少なくとも一方を構成する重錘片の個数を変更して周期を調整する作業は容易であり、一般の作業員が特殊な工具を使用することなく行うことができる。したがって、周期調整のために、技術を有する職人を配置したり、特殊な工具を準備する必要がない。
　また、前記構造物は、風力発電装置であってもよい。
　構造物を風力発電装置とすることにより、風力発電装置の回転翼の回転に伴う支柱の一次固有振動を減衰させることができる。したがって、支柱の重量増加や支柱厚の増加を回避しながら、これまでと同じような支柱の外観や内部構造のままで、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電装置を容易に実現することができる。
　また、前記構造物が風力発電装置である場合に、この風力発電装置の支柱内に設置される制振装置には、
　前記第１振動系に対して前記支柱の周方向両隣に一対の前記第２振動系が設けられ、
　一対の前記第２振動系間に、前記第２重錘と一体的に形成されて、前記第１重錘を囲うように設けられた枠部材と、前記第１重錘と前記枠部材の間に設けられた複数の摺動部材と、が設けられていてもよい。
　上記制振装置によれば、第１振動系に対して支柱の周方向両隣に一対の第２振動系が設けられているので、全体として支柱内壁面に沿った略円弧形状であり、一般に支柱の中央に設けられる昇降路の外周と支柱の内壁面との間の狭小なスペースに設置できる。
　また、前記第１重錘と前記第２重錘との合計重量を一定のままで、前記第１重錘と前記第２重錘との重量比を変化させることにより装置本体の周期を調整可能であることとしてもよい。
　このように、上記第１重錘と上記第２重錘との合計重量を一定のままで、装置本体の周期を変更することができるので、周期を変更する際に新たな錘を追加しなくてもよい。
　また、前記制振装置において、一端が前記構造物に接続され、他端が前記第１重錘又は前記第２重錘に接続されたダンパーを更に備えていてもよい。
　上記ダンパーによれば、一端が構造物に接続され、他端が第１重錘又は第２重錘に接続されているので、第１重錘及び第２重錘の振動の減衰効果を増大させることができる。
　また、前記ダンパーは、水平に設けられることが好ましい。
　上記ダンパーによれば、水平に設けられるので、水平方向の振動の減衰効果を増大させることができる。
　また、本発明に係る風力発電装置は、上述した制振装置を備えることを特徴とする。
　上記風力発電装置によれば、上述の制振装置を備えているので、風力発電装置の回転翼の回転に伴う支柱の一次固有振動を減衰させることができる。したがって、支柱の重量増加を回避しながら、ハブ高さが１００ｍを超える風力発電装置を容易に実現することができる。
　また、前記制振装置は、風力発電装置の支柱の上段フロアに設置されることが好ましい。
　上記制振装置によれば、風力発電装置の支柱の上段フロアに設置されるので、支柱の中段や下段に設置する場合に比べて、支柱の一次固有振動の減衰効果を増大させることができる。
　また、本発明に係る構造物の制振方法は、両端に自在継手を接続された支持棒と、前記支持棒の一端に前記自在継手を介して接続された第１重錘とを有する第１振動系を、前記支持棒の他端を前記構造物に接続して前記構造物上に立設し、
　弾性部材と、前記弾性部材の一端に接続された第２重錘とを有する第２振動系を、前記弾性部材の他端を前記構造物に接続して前記構造物に立設し、
　前記第１重錘を前記第２重錘に拘束手段で拘束し、
　前記構造物の振動時に、前記第１重錘と前記第２重錘とを同一水平面内における同方向に振れさせ、かつ、第１重錘が第２重錘に対して鉛直方向に相対的に振れさせることを特徴とする。
　上記制振方法によれば、構造物上に第１振動系及び第２振動系が立設されて、これらの振動系を構成する第１重錘と第２重錘とが同一水平面内における同方向に振れ、かつ、第１重錘が第２重錘に対して鉛直方向に相対的に振れるので、構造物の一次固有振動の減衰効果を増大させることができる。
　また、前記第１重錘及び前記第２重錘において、少なくとも一方はそれぞれが脱着可能な複数の重錘片から構成されており、
　前記第１重錘及び前記第２重錘の少なくとも一方を構成する前記重錘片の個数を変更して、前記第１重錘と前記第２重錘との重量比を変化させてもよい。
　このように、第１重錘及び／又は第２重錘を構成する重錘片の個数を変更して、第１重錘と第２重錘との重量比を変化させることで、第１振動系及び第２振動系からなる制振装置全体としての固有振動数を調整できる。よって、例えば、構造物の低層部分の構築段階、中層部分の構築段階、高層部分の構築段階等によってそれぞれ異なる一次固有振動数に対応して構造物の振動を減衰させることができる。特に、風力発電装置の場合には、支柱の構築中に制振装置を設置することにより、例えば、支柱を構築した段階、支柱にナセルを設置した段階、ナセルにロータを取り付けた段階等で一次固有振動数が変化する場合に有効である。
　本発明によれば、第１重錘及び第２重錘をそれぞれ支持棒、弾性部材で下から支持しているので、制振装置の高さを短くし、かつ、安価に製作することができる。
本発明の第一実施形態に係る風力発電装置を示す側面図である。 図１のＡ－Ａ矢視図である。 図２の制振装置付近を拡大した図である。 図３（ａ）のＤで示した領域の拡大図である。 図３（ａ）のＢ－Ｂ矢視図であり、図中左側は側面図で、図中右側は断面図である。 図３（ａ）のＣ－Ｃ矢視図である。 本実施形態に係る制振装置の作動状態を示す図である。 第１重錘の重量及び第２重錘の重量と、制振装置の固有振動数との関係の一例を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る制振装置の平面図である。 図８（ａ）のＥで示した領域の拡大図である。 本発明の第三実施形態に係る制振装置の平面図である。 本発明の第三実施形態に係る制振装置の側面図である。 本発明の第四実施形態に係る制振装置の平面図である。 本発明の第四実施形態に係る制振装置の側面図である。
　以下、本発明に係る制振装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、制振装置を風力発電装置に適用した事例について説明するが、風力発電装置に限定されるものではなく、ビル、プラント、橋梁、塔、クレーン等の制振機能を必要とされる構造物であれば、本発明に係る制振装置を適用可能である。また、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　図１は、本発明の第一実施形態に係る風力発電装置１を示す側面図である。
　図１に示すように、風力発電装置１は、基礎２上に設けられた支柱３と、支柱３の上端に設けられたナセル４と、ハブ５Ａに放射状に取り付けられた複数枚のブレード５Ｂとからなるロータ５と、支柱３内の複数のフロア８のうち、上段のフロア８ａに設置された制振装置７と、を備えている。
　上段のフロア８ａの中央部には開口９が設けられている。この開口９内にはナセル４内の発電機及び関連装置に対して電源及び制御信号を供給するためのケーブル５３Ａ、発電機から電力網に電力を供給するためのケーブル５３Ｂ及び梯子５２が挿通されている。そして、上段のフロア８ａから基礎２までの区間において、これらのケーブル５３Ａ、５３Ｂ及び梯子５２は、支柱３の内壁面に沿うように配置されている。
　風力発電装置１は、ブレード５Ｂにあたった風の力が、ロータ５を回転軸周りに回転させる動力に変換される。係る場合に、支柱３の一次固有振動数とロータ５の回転に伴う振動数とが合致し、共振してしまう場合がある。そこで、本実施形態では、仮にロータ５と支柱３との共振が起きても、支柱３の揺れが許容振幅範囲内に収まるように、支柱３の振動を本発明に係る制振装置７で減衰する。
　図２は、図１のＡ－Ａ矢視図である。また、図３（ａ）は、図２の制振装置付近を拡大した図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＤで示した領域の拡大図である。さらに、図４は、図３（ａ）のＢ－Ｂ矢視図であり、図中左側は側面図で、図中右側は断面図である。そして、図５は、図３（ａ）のＣ－Ｃ矢視図である。
　図２～図５に示すように、制振装置７は、第１振動系１０と、一対の第２振動系２０と、拘束手段３０と、一対のダンパー４０と、を備えている。
　第１振動系１０は、上段のフロア８ａの上面に自在継手１２を介して立設された支持棒１３と、支持棒１３の上端に自在継手１２を介して接続された第１重錘１１と、を備えている。
　支持棒１３の両端が自在継手を介してそれぞれ上段のフロア８ａ、第１重錘１１に接続されているため、第１振動系１０は逆振り子状となり、自立できず不安定である。
　支持棒１３は、静止した状態で鉛直方向に沿って延びる棒状の部材（例えば、中空円筒状の鋼管やＨ型管等）である。
　支持棒１３の上端に接続された第１重錘１１は、第１容器１５と、第１容器１５内に積層されて収容される複数の重錘片１４とから構成されている。この第１容器１５は、断面が四角形状の筒体と、当該筒体の下端側の穴を塞ぐように取り付けられた底板とから形成されている。
　また、重錘片１４は、板状の形状を有し、第１容器１５の内周の水平断面と同じ形状を有している。なお、重錘片１４同士を連結具（図示しない）で連結することにより重錘片１４同士が相対的に移動しないように固定してもよい。
　一対の第２振動系２０は、支柱３の周方向に沿って第１振動系１０の両側（例えば、図３（ａ）の左右側）にそれぞれ設けられている。
　各第２振動系２０は、第２重錘２１と、上段のフロア８ａの上面に設けられて第２重錘２１を支持する一対の弾性部材２２と、を備えている。なお、一対の弾性部材２２は、連結部材１００によって連結されている。第２重錘２１は連結部材１００で連結された一対の弾性部材２２で支持されているため、第２振動系２０は逆振り子状となるが、自立可能で安定している。
　安定な第２振動系２０と、不安定な第１振動系１０とを合わせた構造とすることで、制振装置７を安定な振動系の構造としている。
　各弾性部材２２は、複数の円柱状のゴム２４を積み重ねて形成された積層ゴムであり、所望の周期で第１重錘１１及び第２重錘２１を振動させることができるように、支持面積及びゴム厚等が設定されている。ここで、支持面積とは、上下に積層されたゴム２４同士が重なり部分の面積をいう。
　第２重錘２１は、断面形状が略矩形の柱状体で、下端に底を有する第２容器１６と、第２容器１６内に積層されて収容される複数の重錘片２５と、から構成されている。
　各第２容器１６の第１重錘１１寄りの角部には、周方向に沿って延設された延長部１７が設けられている。
　この重錘片２５は、第１重錘１１を構成する上記重錘片１４を含んで構成されており、本実施形態では、同一平面内に４枚並べられた、重錘片１４及びこの重錘片１４とは水平断面形状が異なる重錘片２５Ａ、２５Ｂから構成されている。連結された状態の重錘片２５は、第２容器１６の内周の水平断面と同じ形状を有している。重錘片２５Ａ、２５Ｂは、その上面及び下面にそれぞれ他の重錘片２５Ａ、２５Ｂと連結するための上記連結具（図示しない）を有していることとしてもよい。
　なお、本実施形態では、板状の重錘片１４、重錘片２５Ａ、２５Ｂを用いた場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、角柱形等でもよい。
　ここで、重錘片１４は、第１重錘１１及び第２重錘２１に用いることができるので、第２重錘２１の重錘片１４と第１重錘１１の重錘片１４とを互いに入れ替えることができる。したがって、例えば、第１重錘１１及び第２重錘２１のうち、一方の重錘１１、２１を構成する重錘片１４を他方の重錘１１、２１に移動させて、第１重錘１１と第２重錘２１との重量比を変更することができる。これによって、制振装置７の固有振動数を変更することができる（詳細は後述する）。
　拘束手段３０は、第１重錘１１の外周を囲うように設けられた筒状の枠部材３５と、第１重錘１１と枠部材３５との間に設けられた複数の摺動部材３８と、を備えている。
　枠部材３５は、第２容器１６の第１重錘１１寄りの側板１８と、第２容器１６の延長部１７と、一対の第２振動系２０の延長部１７同士を連結する板状の接続材２３と、から構成されており、第２重錘２１と一体的に形成されている。延長部１７と接続材２３とはボルト３６にて接続されている。
　なお、本実施形態では、第２容器１６の側板１８と延長部１７と接続材２３とを利用して枠部材３５を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、四角形の筒体を用いて枠部材３５を形成してもよい。かかる場合には、四角形の筒体の側面のうち、対向する位置に配置された一対の側面をそれぞれ第２容器１６の側板１８にボルト等にて固定して第２重錘２１と一体化する。
　拘束手段３０を構成する板状の摺動部材３８は、その側面が第１容器１５の外周及び枠部材３５の内周にそれぞれ当接するように設けられている。
　摺動部材３８として、本実施形態では、直動軸受であるリニアガイドを用いる。
　リニアガイドは、ガイド３１と摺動体３２とから構成されており、ガイド３１は鉛直方向に沿って第１重錘１１の外周面に取り付けられ、摺動体３２は枠部材３５の内周面に取り付けられている。ガイド３１は、角形棒状で、対向する位置の一対の側面にそれぞれ長手方向に沿って形成された一対の溝４６を有する。摺動体３２は、その一対の溝４６にそれぞれ係合可能な一対の凸部４７を有し、一対の溝４６に凸部４７がそれぞれ係合した状態でガイド３１に沿って摺動可能である。
　したがって、ガイド３１が取り付けられている第１重錘１１は、摺動体３２が取り付けられている枠部材３５に対して相対的に鉛直方向にスムーズに摺動する。
　なお、ガイド３１として、ガイド本体の摺動体３２側の端部内に、長手方向に沿って球状の転動体が回転可能に複数埋め込まれたリニアボールガイドやオイレスプレート等の摩擦低減板を用いてもよい。
　なお、本実施形態では、ガイド３１を第１重錘１１に、摺動体３２を第２重錘２１に取り付けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ガイド３１を第２重錘２１に、摺動体３２を第１重錘１１に取り付けてもよい。
　上述したように、第１重錘１１の周囲に摺動部材３８を設けるとともに、これらを更に第２重錘２１に一体的に形成される枠部材３５で囲っているので、第２重錘２１と第１重錘１１とが同一水平面内における同方向に連動して振れる。
　また、第１重錘１１と枠部材３５との間には摺動部材３８が設けられているので、第１重錘１１は、枠部材３５と一体的に形成されている第２重錘２１に対して相対的に鉛直方向に摺動する。
　すなわち、鉛直方向の自由度は拘束せずに水平方向の自由度のみを拘束するように第１振動系１０と第２振動系２０とが一体化されている。
　したがって、図６に示すように、第１重錘１１と第２重錘２１とが同一水平面内における同方向に連動して振れ、かつ、第１重錘１１が第２重錘２１に対して鉛直方向に相対的にへ振れる。
　また、制振装置７の構成部材である一対のダンパー４０は、その一端が支柱３の内壁面にブラケット４１を介して接続され、他端が第２重錘２１の上端にブラケット４１を介して接続されている。
　また、ダンパー４０は、互いに直交するように配置されており、水平方向の全方位に対して減衰効果を増大させることができる。ダンパー４０としては、オイルダンパー、粘弾性ダンパー等を用いる。
　なお、本実施形態では、ダンパー４０を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、摺動部材３８であるリニアガイドの摩擦抵抗を大きくして、その摩擦によって振動のエネルギーを吸収することとしてもよい。
　ところで、上述したように、本実施形態に係る制振装置７によれば、第１重錘１１と第２重錘２１との重量比を変更する方法として、例えば、第１重錘１１を構成する重錘片１４を取り外したり、第２重錘２１を構成する重錘片１４、２５Ａ、２５Ｂを取り外したり、第１重錘１１を構成する重錘片１４を取り外して第２重錘２１に取り付けたり、第２重錘２１を構成する重錘片１４を取り外して第１重錘１１に取り付けたりすることができる。第１重錘１１と第２重錘２１との重量比を変更することで、制振装置７の固有振動数を調整することができるという効果を有するが、その固有振動数の調整について検討した結果を次に示す。
　本発明に係る制振装置７の固有振動数は、次式（１）より算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ｆ：固有振動数（Ｈｚ）、ｋ：弾性部材２２のばね定数（Ｎ／ｍ）、Ｌ（リットル）：上側の自在継手１２の回転中心と下側の自在継手１２の回転中心との距離（ｍ）、ｍ１：第１重錘１１の重量（ｋｇ）、ｍ２：第２重錘２１の重量（ｋｇ）である。
　第１重錘１１の重量と第２重錘２１の重量とを合計した全体重量（１００００ｋｇ）を一定にして、第１重錘１１の重量を１０００ｋｇずつ少なくしつつ、第２重錘２１の重量を１０００ｋｇずつ多くした場合の固有振動数を上記（１）式にて算出した。算出した結果を以下の図７にて示す。
　図７は、第１重錘１１の重量及び第２重錘２１の重量と、制振装置７の固有振動数との関係の一例を示す図である。
　図７に示すように、第１重錘１１の重量を１００００ｋｇ、第２重錘２１の重量を０（ゼロ）ｋｇとした場合は、制振装置７の固有振動数は１．０００Ｈｚとなった。
　そして、第１重錘１１の重量を少しずつ減少させて、その減少させた分だけ第２重錘２１の重量を増加させると（例えば、第１重錘１１の重錘片１４を徐々に取り外して、その取り外した分の重錘片１４を第２重錘２１に取り付けると）、制振装置７の固有振動数は次第に小さくなっている。
　最後に、第１重錘１１の重量を１０００ｋｇ、第２重錘２１の重量を９０００ｋｇとした場合は、制振装置７の固有振動数は０．７４３Ｈｚとなった。
　これらの結果より、第１重錘１１の重量を少しずつ減少させながら、第２重錘２１の重量を少しずつ増加させて、第１重錘１１と第２重錘２１との重量比を変更すると、制振装置７の周期は長周期化することが確認できた。
　上述した各実施形態における制振装置７によれば、第１重錘１１及び第２重錘２１をそれぞれ支持棒１３、弾性部材２２で下から支持しているため、背景技術の欄で説明した構造物から吊り材を介して重錘が吊り下げられている振り子状の減衰手段及び他の重錘を支持棒で支持する逆振り子状の減衰手段を備えた従来の制振装置と比べて、組み合わせ構造としたことにより高さを抑制することができる。
　また、第１振動系１０、第２振動系２０及び拘束手段３０には特殊な材料を用いることなく、また、一般的な部品を用いてそれぞれを製作できるので、制振装置７を安価に製作できる。
　そして、制振装置７を風力発電装置１に設置することにより、風力発電装置１のロータ５の回転に伴う支柱３の一次固有振動を減衰させることができる。したがって、支柱３の重量増加や支柱厚の増加を回避しながら、ハブ５Ａの高さが１００ｍを超える風力発電装置１を容易に実現することができる。
　また、第２重錘２１の枠部材３５と第１重錘１１との間には摺動部材３８が設けられているので、第２重錘２１は第１重錘１１に対して相対的に鉛直方向にスムーズに摺動することができる。また、第２重錘２１の枠部材３５は第１重錘１１を囲うように設けられているので、第２重錘２１と第１重錘１１とが同一水平面内における同方向に連動して振れることができる。これらより、第１重錘１１と第２重錘２１とが同一水平面内における同方向に連動して振れ、かつ、第１重錘１１が第２重錘に２１対して鉛直方向に相対的に振れることができる。
　また、第１重錘１１及び第２重錘２１のうち少なくとも一方は脱着可能な複数の重錘片１４、２５Ａ、２５Ｂから構成されているので、例えば、一方の重錘の重錘片１４を他方の重錘に移動させて第１重錘１１と第２重錘２１との重量比を変更することで、制振装置７の固有振動数を調整することができる。
　また、例えば、支柱３を構築した段階や支柱３にナセル４を設置した段階等で生じる一次固有振動数がそれぞれ異なる状態でも、制振装置７は固有振動数を調整することができるので、支柱３を構築する段階から制振装置７を設置しておくことにより、それぞれの段階で生じる振動を効率良く減衰させることができる。
　さらに、第１振動系１０に対して支柱３の周方向両隣に一対の第２振動系２０が設けられることによって制振装置７が円弧の形状を有しており、支柱３の中央に設けられている開口９の外周と支柱３の内壁面との間に設置できる。
　また、一端が支柱３に接続され、他端が第２重錘２１に接続されているダンパー４０を備えることにより、第１重錘１１及び第２重錘２１の振動の減衰効果を増大させることができる。さらに、ダンパー４０は水平に設けられているので、水平方向の振動の減衰効果を促進させることができる。
　そして、制振装置７は、支柱３の上段のフロア８ａに設けられているので、制振装置７を支柱３の中段や下段のフロア８に設置する場合よりも、支柱３の一次固有振動を効率良く減衰させることができる。
　次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
　図８（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る制振装置２７の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥで示した領域の拡大図である。
　図８に示すように、本発明の第二実施形態に係る制振装置２７は、第一実施形態の制振装置７とは異なる拘束手段３３を備えている。
　拘束手段３３は、枠部材３５と、複数の摺動部材３９とを備えている。この摺動部材３９は、第１重錘１１の外周及び枠部材３５の内周に当接するように設けられており、本実施形態では、フッ素樹脂からなるオイレスプレートを用いる。オイレスプレートは、ボルト３４で第１重錘１１の外周側面に固定されている。このオイレスプレートは、摺動性能に優れた特殊焼結体と鋼製裏金とを結合した含油焼結合金であり、含有されている潤滑油が摺動に伴って摺動面全体に供給される。
　なお、本実施形態では、フッ素樹脂からなるオイレスプレートを用いる場合について説明したが、この材質に限定されるものではなく、ポリイミド樹脂からなるプレート等を用いてもよい。
　また、本実施形態においては、オイレスプレートを第１重錘１１に取り付けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、オイレスプレートを第２重錘２１に取り付けてもよい。
　上述した構成からなる制振装置２７によれば、第１重錘１１の周囲に摺動部材３９を設けるとともに、これらを更に第２重錘２１に一体的に形成される枠部材３５で囲っているので、第２重錘２１と第１重錘１１とが同一水平面内における同方向に連動して振れる。また、摺動部材３９が取り付けられている第１重錘１１は、第２重錘２１に対して相対的に鉛直方向にスムーズに摺動する。したがって、第１重錘１１と第２重錘２１とが同一水平面内における同方向に連動して振れ、かつ、第１重錘１１が第２重錘２１に対して鉛直方向に相対的に振れる。
　次に、本発明の第三実施形態について説明する。
　図９及び図１０は、それぞれ本発明の第三実施形態に係る制振装置３７の平面図、側面図である。
　図９及び図１０に示すように、本発明の第三実施形態に係る制振装置３７は、第一及び第二実施形態の制振装置７、２７のとは異なる第２振動系２６及び拘束手段４３を備えている。
　第２振動系２６は、第１の重錘１１を囲うように設けられた第２重錘２９と、第２重錘２９を支持する複数の弾性部材２２と、を備えている。
　第２重錘２９は、第３容器４８と、第３容器４８内に積層されて収容される複数の重錘片２８と、から構成されている。
　また、第３容器４８は、四角形の外筒４９と、当該外筒４９内に設けられた四角形の内筒５０と、外筒４９と内筒５０との間に形成される隙間の下端を塞ぐように設けられた底板とからなり、その隙間内に重錘片２８を収容する。
　重錘片２８は、第３容器４８の内周の水平断面と同じ形状を有している。この重錘片２８は、第１重錘１１を構成する上記重錘片１４を含んで構成されており、本実施形態では、同一平面内に並べられた、４枚の重錘片１４及びこの重錘片１４とは水平断面形状が異なる重錘片５１から構成されている。第２重錘２９の重錘片１４と第１重錘１１の重錘片１４とを互いに入れ替えることができる。
　拘束手段４３は、第１重錘１１を囲うように設けられた枠部材４４と、複数の摺動部材３８と、を備えている。
　枠部材４４として、本実施形態では、第２重錘２９の内筒５０を利用する。なお、新たに四角形の筒体を用いて枠部材４４を形成してもよい。かかる場合には、枠部材４４を構成する外周面をそれぞれ第２重錘２９の内筒５０の内周面にボルト等にて固定して第２重錘２９と一体化する。
　上述した構成からなる制振装置３７によれば、第１重錘１１の周囲に摺動部材３８を設けるとともに、これらを更に第２重錘２９で囲っているので、第２重錘２９と第１重錘１１とが同一水平面内における同方向に連動して振れる。また、摺動部材３８が取り付けられている第１重錘１１は、第２重錘２９に対して相対的に鉛直方向にスムーズに摺動する。したがって、第１重錘１１と第２重錘２９とが同一水平面内における同方向に連動して振れ、かつ、第１重錘１１が第２重錘２９に対して鉛直方向に相対的に振れる。
　次に、本発明の第四実施形態について説明する。
　図１１及び図１２は、それぞれ本発明の第四実施形態に係る制振装置４７の平面図、側面図である。
　図１１及び図１２に示すように、本発明の第四実施形態に係る制振装置４７は、第三実施形態の制振装置３７と異なる拘束手段４５を備えている。
　拘束手段４５は、枠部材４４と、第１重錘１１と枠部材４４との間に設けられた複数の摺動部材３９と、を備えている。
　摺動部材３９は、第２実施形態と同様に、オイレスプレートを用いた。オイレスプレートは、ボルト３４で第１重錘１１の外周側面に固定されている。
　上述した構成からなる制振装置４７によれば、第１重錘１１の周囲に摺動部材３９を設けるとともに、これらを更に第２重錘２９で囲っているので、第２重錘２９と第１重錘１１とが同一水平面内における同方向に連動して振れる。また、摺動部材３９が取り付けられている第１重錘１１は、第２重錘２９に対して相対的に鉛直方向にスムーズに摺動する。したがって、第１重錘１１と第２重錘２９とが同一水平面内における同方向に連動して振れ、かつ、第１重錘１１が第２重錘２９に対して鉛直方向に相対的に振れる。
　なお、上述した各実施形態においては、第１重錘１１の形状が四角柱の場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、三角柱状、五角柱状などの多角柱であってもよく、また、円柱状、楕円柱状であってもよい。係る場合には、枠部材３５、４４を、第１重錘１１の外周に沿った多角形や円形の筒状体とすればよい。
１　風力発電装置
２　基礎
３　支柱
４　ナセル
５　ロータ
５Ａ　ハブ
５Ｂ　ブレード
７、２７、３７、４７　制振装置
８　フロア
８ａ　上段のフロア
９　開口
１０　第１振動系
１１　第１重錘
１２　自在継手
１３　支持棒
１４　重錘片
１５　第１容器
１６　第２容器
１７　延長部
１８　側板
２０、２６　第２振動系
２１、２９　第２重錘
２２　弾性部材
２３　接続材
２４　ゴム
２５、２８　重錘片
２５Ａ、２５Ｂ　重錘片
３０、３３、４３、４５　拘束手段
３１　ガイド
３２　摺動体
３４、３６　ボルト
３５、４４　枠部材
３８、３９　摺動部材
４０　ダンパー
４１　ブラケット
４６　溝
４７　凸部
４８　第３容器
４９　外筒
５０　内筒
５１　重錘片
５２　梯子
５３Ａ、５３Ｂ　ケーブル
１００　連結部材

Claims (12)

  1. 　構造物の制振装置であって、
    　第１重錘と、前記第１重錘を前記構造物上に支持すべく前記構造物に立設された支持棒と、前記支持棒の下端を前記構造物に接続する下側自在継手と、前記支持棒の上端を前記第１重錘に接続する上側自在継手とを有する第１振動系と、
    　前記構造物に立設された弾性部材と、前記弾性部材の上に設けられた第２重錘とを有する第２振動系と、
    　前記第１重錘と前記第２重錘とが同一水平面内における同方向に振れ、かつ、第１重錘が第２重錘に対して鉛直方向に相対的に振れるように、前記第１重錘を前記第２重錘に拘束する拘束手段と、
    　を備えることを特徴とする制振装置。
  2. 　前記拘束手段は、
    　前記第１重錘を囲うように設けられた枠部材と、
    　前記第１重錘の外周と前記枠部材の内周との間に設けられた複数の摺動部材と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
  3. 　前記第１重錘及び前記第２重錘のうち少なくとも一方はそれぞれが脱着可能な複数の重錘片から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
  4. 　前記構造物は、風力発電装置であることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
  5. 　前記風力発電装置の支柱内に設置される請求項４に記載の制振装置であって、
    　前記第１振動系に対して前記支柱の周方向両隣に一対の前記第２振動系が設けられ、
    　一対の前記第２振動系間に、前記第２重錘と一体的に形成されて、前記第１重錘を囲うように設けられた枠部材と、前記第１重錘と前記枠部材の間に設けられた複数の摺動部材と、が設けられていることを特徴とする制振装置。
  6. 　前記第１重錘と前記第２重錘との合計重量を一定のままで、前記第１重錘と前記第２重錘との重量比を変化させることにより装置本体の周期を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
  7. 　一端が前記構造物に接続され、他端が前記第１重錘又は前記第２重錘に接続されたダンパーを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
  8. 　前記ダンパーは、水平に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の制振装置。
  9. 　請求項１～８のうち何れか一項に記載の制振装置を備えることを特徴とする風力発電装置。
  10. 　前記制振装置は、前記風力発電装置の支柱の上段フロアに設置されることを特徴とする請求項９に記載の風力発電装置。
  11. 　構造物の制振方法であって、
    　両端に自在継手を接続された支持棒と、前記支持棒の一端に前記自在継手を介して接続された第１重錘とを有する第１振動系を、前記支持棒の他端を前記構造物に接続して前記構造物上に立設し、
    　弾性部材と、前記弾性部材の一端に接続された第２重錘とを有する第２振動系を、前記弾性部材の他端を前記構造物に接続して前記構造物に立設し、
    　前記第１重錘を前記第２重錘に拘束手段で拘束し、
    　前記構造物の振動時に、前記第１重錘と前記第２重錘とを同一水平面内における同方向に振れさせ、かつ、第１重錘が第２重錘に対して鉛直方向に相対的に振れさせることを特徴とする制振方法。
  12. 　前記第１重錘及び前記第２重錘のうち少なくとも一方はそれぞれが脱着可能な複数の重錘片から構成されており、
    前記第１重錘及び前記第２重錘の少なくとも一方を構成する前記重錘片の個数を変更して、前記第１重錘と前記第２重錘との重量比を変化させることを特徴とする請求項１１に記載の制振方法。
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