JP2018128134A - Vibration suppression device for structures - Google Patents
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Abstract
【課題】構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御でき、それにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができる構造物の振動抑制装置を提供する。【解決手段】構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位が回転マスの回転運動に変換されるとともに、可変回転慣性質量ダンパが、回転マスの回転に伴って発生する慣性質量を連続的に変更可能に構成されている。構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数fcpが取得され(ステップ2)、構造物の振動中、所定層の剛性と可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が取得された卓越周波数fcpに同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量が制御される(ステップ3〜6)。【選択図】図9PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately control the inertial mass of a variable rotation inertial mass damper according to the occasional vibration input to a structure, whereby the inertial mass above the predetermined layer of the structure provided with the variable rotation inertial mass damper. Provided is a structure vibration suppression device capable of appropriately suppressing the vibration of the layer. An interlayer displacement of a predetermined layer transmitted with vibration of a structure is converted into a rotational motion of a rotating mass, and a variable rotational inertial mass damper generates an inertial mass generated with the rotation of the rotating mass. It is configured to be continuously changeable. The predominant frequency fcp, which is the frequency of the predominant frequency component of the vibration input to the structure, is obtained (step 2), and during the vibration of the structure, the rigidity of the predetermined layer and the inertial mass of the variable rotational inertia mass damper The inertial mass of the variable rotary inertial mass damper is controlled so that the determined breaking frequency is tuned to the acquired dominant frequency fcp (steps 3 to 6). [Selection diagram] FIG. 9
Description
本発明は、複数の層を有するとともに基礎に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の振動抑制装置に関する。 The present invention relates to a vibration suppressing device for a structure that has a plurality of layers and suppresses vibrations of the structure standing on the foundation.
従来、この種の構造物の振動抑制装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この振動抑制装置は、基礎に立設された高層の建物に適用されたものであり、建物の上層部に設けられた付加振動系(TMD機構)と、建物の上層部よりも下側の下層部に設けられ、回転慣性質量ダンパで構成された振動遮断機構を備えている。付加振動系は、互いに直列に設けられた回転慣性質量ダンパと付加ばねを有しており、その固有振動数が、建物の1次固有振動数に同調するように設定されている。
Conventionally, for example, a device disclosed in
また、上記の振動遮断機構の回転慣性質量ダンパは、建物の振動に伴う下層部の層間変位をその回転マスの回転運動に変換するように構成されており、回転マスの回転に伴って発生する回転慣性質量ダンパの慣性質量と、下層部の剛性とによって定まる固有振動数(以下「振動遮断機構の固有振動数」という)が、所定の遮断振動数、例えば建物の2次固有振動数に同調するように設定されている。これにより、建物の振動中、遮断振動数の振動による変形を下層部に集中させることで、遮断振動数の地震動が上層部に伝達されるのを遮断することによって、建物の振動を抑制するようにしている。 In addition, the rotary inertia mass damper of the vibration isolating mechanism is configured to convert the interlayer displacement of the lower layer part due to the vibration of the building into the rotary motion of the rotary mass, and is generated with the rotation of the rotary mass. The natural frequency determined by the inertial mass of the rotary inertia mass damper and the rigidity of the lower layer (hereinafter referred to as the “natural frequency of the vibration isolation mechanism”) is tuned to a predetermined cutoff frequency, for example, the secondary natural frequency of the building It is set to be. As a result, during the vibration of the building, by concentrating the deformation due to the vibration of the cutoff frequency to the lower layer, the vibration of the building is suppressed by blocking the transmission of the earthquake vibration of the cutoff frequency to the upper layer. I have to.
基礎側から建物に入力される振動(地震動)の特性は一定ではなく、その卓越する周波数成分の周波数(以下「卓越周波数」という)はそのときどきで異なる傾向にある。これに対して、上述した従来の振動抑制装置では、付加振動系及び振動遮断機構の回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御できず、付加振動系の固有振動数を常に、建物の1次固有振動数に同調させるとともに、振動遮断機構の固有振動数を常に、建物の2次固有振動数に同調させているにすぎない。このため、建物に入力された振動のうちの卓越周波数が、建物の1次及び2次固有振動数よりも高いときには、建物の振動を付加振動系及び振動遮断機構で適切に抑制することができないおそれがある。このような不具合は、卓越周波数が建物の3次以上の固有振動数に近いときには、より顕著になる。 The characteristics of the vibration (earthquake) input to the building from the foundation side are not constant, and the frequency of the dominant frequency component (hereinafter referred to as “excellent frequency”) tends to be different from time to time. On the other hand, in the conventional vibration suppression device described above, the inertial mass of the rotary inertia mass damper of the additional vibration system and the vibration isolation mechanism cannot be controlled, and the natural frequency of the additional vibration system is always set to the primary natural vibration of the building. The natural frequency of the vibration isolating mechanism is always tuned to the secondary natural frequency of the building. For this reason, when the dominant frequency of the vibrations input to the building is higher than the primary and secondary natural frequencies of the building, the vibration of the building cannot be appropriately suppressed by the additional vibration system and the vibration isolating mechanism. There is a fear. Such a problem becomes more prominent when the dominant frequency is close to the natural frequency of the third or higher order of the building.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、基礎側から構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御でき、それにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができる構造物の振動抑制装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can appropriately control the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper according to the current vibration input to the structure from the foundation side, Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibration suppressing device for a structure that can appropriately suppress vibration of a layer above a predetermined layer of the structure provided with the variable rotational inertia mass damper.
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、複数の層を有するとともに基礎に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の振動抑制装置であって、回転マスを有し、構造物の所定層に設けられ、構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位を回転マスの回転運動に変換するとともに、回転マスが回転するのに伴って発生する慣性質量を連続的に変更可能に構成された可変回転慣性質量ダンパと、基礎側から構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数を取得する卓越周波数取得手段と、構造物の振動中、所定層の剛性と可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が取得された卓越周波数に同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
この構成によれば、回転マスを有する可変回転慣性質量ダンパが構造物の所定層に設けられており、構造物の振動に伴って可変回転慣性質量ダンパに伝達された構造物の変位が、回転マスの回転運動に変換される。また、可変回転慣性質量ダンパでは、回転マスの回転に伴って発生する慣性質量を連続的に変更可能である。 According to this configuration, the variable rotation inertia mass damper having the rotation mass is provided in the predetermined layer of the structure, and the displacement of the structure transmitted to the variable rotation inertia mass damper due to the vibration of the structure is rotated. It is converted into mass rotation. Further, in the variable rotation inertial mass damper, the inertial mass generated with the rotation of the rotation mass can be continuously changed.
さらに、基礎側から構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数が、卓越周波数取得手段によって取得され、構造物の振動中、所定層の剛性と可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が取得された卓越周波数に同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量が制御手段によって制御される。これにより、構造物の振動中、基礎側からの入力振動の卓越周波数に遮断振動数を同調させることによって、卓越周波数の振動による所定層の変形を増大させ、構造物の所定層よりも上側の層への卓越周波数の振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動を適切に抑制することができる。 Furthermore, the dominant frequency, which is the frequency of the dominant frequency component of the vibration input to the structure from the foundation side, is acquired by the dominant frequency acquisition means, and during the vibration of the structure, the rigidity of the predetermined layer and the variable rotational inertial mass The inertial mass of the variable rotary inertial mass damper is controlled by the control means so that the cutoff frequency determined by the inertial mass of the damper is tuned to the acquired dominant frequency. As a result, during the vibration of the structure, the cutoff frequency is tuned to the dominant frequency of the input vibration from the foundation side, thereby increasing the deformation of the predetermined layer due to the vibration of the dominant frequency, and above the predetermined layer of the structure. Transmission of vibrations of the dominant frequency to the layer can be cut off, and thus vibrations of the upper layer can be appropriately suppressed.
以上のように、本発明によれば、基礎側から構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御でき、それにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができる。なお、本発明における「同調」には、遮断振動数を、卓越周波数と同じになるように調整することに加え、卓越周波数とほぼ同じになるように調整することが含まれる。 As described above, according to the present invention, it is possible to appropriately control the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper according to the current vibration input to the structure from the foundation side. The vibration of the layer above the predetermined layer of the provided structure can be suppressed appropriately. Note that “tuning” in the present invention includes adjusting the cut-off frequency to be substantially the same as the dominant frequency in addition to adjusting the cutoff frequency to be the same as the dominant frequency.
前記の目的を達成するために、請求項2に係る発明は、複数の層を有するとともに基礎に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の振動抑制装置であって、回転マスを有し、構造物の所定層に設けられ、構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位を回転マスの回転運動に変換するとともに、回転マスが回転するのに伴って発生する慣性質量を変更可能に構成された可変回転慣性質量ダンパと、基礎側から構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数を取得する卓越周波数取得手段と、構造物の振動中、構造物の所定の複数の固有振動数のうち、取得された卓越周波数に最も近い近傍固有振動数に、所定層の剛性と可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
この構成によれば、回転マスを有する可変回転慣性質量ダンパが構造物の所定層に設けられており、構造物の振動に伴って可変回転慣性質量ダンパに伝達された構造物の変位が、回転マスの回転運動に変換される。また、可変回転慣性質量ダンパでは、回転マスの回転に伴って発生する慣性質量を変更可能である。 According to this configuration, the variable rotation inertia mass damper having the rotation mass is provided in the predetermined layer of the structure, and the displacement of the structure transmitted to the variable rotation inertia mass damper due to the vibration of the structure is rotated. It is converted into mass rotation. In the variable rotational inertia mass damper, the inertial mass generated with the rotation of the rotational mass can be changed.
さらに、基礎側から構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数が、卓越周波数取得手段によって取得され、構造物の振動中、構造物の所定の複数の固有振動数のうち、取得された卓越周波数に最も近い近傍固有振動数に、所定層の剛性と可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量が制御手段によって制御される。このように、構造物の振動中に、構造物の複数の固有振動数のうちの、基礎側からの入力振動の卓越周波数に最も近い近傍固有振動数に、遮断振動数を同調させることによって、近傍固有振動数の振動による所定層の変形を増大させ、構造物の所定層よりも上側の層への近傍固有振動数の振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動(共振)を適切に抑制することができる。 Furthermore, the dominant frequency, which is the frequency of the dominant frequency component of the vibrations input to the structure from the foundation side, is acquired by the dominant frequency acquisition means, and during the vibration of the structure, a plurality of predetermined natural vibrations of the structure. The inertia of the variable rotational inertial mass damper is such that the cutoff frequency determined by the stiffness of the predetermined layer and the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper is synchronized with the nearby natural frequency closest to the acquired dominant frequency. The mass is controlled by the control means. Thus, during the vibration of the structure, among the plurality of natural frequencies of the structure, the cutoff frequency is tuned to the nearby natural frequency closest to the dominant frequency of the input vibration from the base side, The deformation of the predetermined layer due to the vibration of the nearby natural frequency can be increased, and the transmission of the vibration of the nearby natural frequency to the layer above the predetermined layer of the structure can be cut off. Can be suppressed appropriately.
以上のように、本発明によれば、基礎側から構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御でき、それにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができる。なお、本発明における「同調」には、遮断振動数を、近傍固有振動数と同じになるように調整することに加え、近傍固有振動数とほぼ同じになるように調整することが含まれる。 As described above, according to the present invention, it is possible to appropriately control the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper according to the current vibration input to the structure from the foundation side. The vibration of the layer above the predetermined layer of the provided structure can be suppressed appropriately. Note that “tuning” in the present invention includes adjusting the cutoff frequency to be substantially the same as the nearby natural frequency in addition to adjusting the cutoff frequency to be the same as the nearby natural frequency.
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の構造物の振動抑制装置において、可変回転慣性質量ダンパは、構造物の振動に伴う所定層の層間変位が伝達されるシリンダと、シリンダ内を、作動流体が充填された第1流体室と第2流体室に区画し、構造物の振動に伴う所定層の層間変位が伝達されることによって、シリンダ内を軸線方向に摺動するように構成されたピストンと、ピストンをバイパスし、第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第1連通路と、第1連通路に設けられ、第1連通路内の作動流体の流動を回転マスの回転運動に変換する流動変換機構と、第1連通路と並列に設けられ、ピストンをバイパスし、第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第2連通路と、第2連通路に設けられ、第2連通路を流動する作動流体の流量を調整するための流量調整機構と、を有し、制御手段は、構造物の振動中、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御を、流量調整機構を介して第2連通路を流動する作動流体の流量を調整することによって行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the vibration suppressing device for a structure according to the first or second aspect, wherein the variable rotation inertial mass damper includes a cylinder to which an interlayer displacement of a predetermined layer accompanying vibration of the structure is transmitted, The interior is partitioned into a first fluid chamber and a second fluid chamber filled with a working fluid, and an interlayer displacement of a predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted to slide in the cylinder in the axial direction. The first and second fluid chambers that bypass the piston and communicate with the first and second fluid chambers, are filled in the working fluid, and are provided in the first communication passage. A flow conversion mechanism that converts the flow of the working fluid into a rotary motion of the rotary mass and a first communication passage are provided in parallel, bypass the piston, communicate with the first and second fluid chambers, and are filled with the working fluid. The second communication path and the second communication path And a flow rate adjusting mechanism for adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the second communication path, and the control means controls the inertial mass of the variable rotary inertial mass damper during the vibration of the structure. It is characterized by adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the second communication path via the flow rate adjusting mechanism.
この構成によれば、構造物の振動に伴う所定層の層間変位がシリンダ及びピストンに伝達されることにより、ピストンがシリンダ内を摺動し、第1及び第2流体室の一方の側に移動すると、その一方の流体室内の作動流体がピストンで第1連通路に押し出されることによって、第1連通路内に、他方の流体室側への作動流体の流動が生じる。この作動流体の流動は、流動変換機構によって、回転マスの回転運動に変換される。また、第1連通路と並列に第2連通路が設けられており、第2連通路を流動する作動流体の流量が、流量調整機構によって調整される。 According to this configuration, the displacement of the predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted to the cylinder and the piston, so that the piston slides in the cylinder and moves to one side of the first and second fluid chambers. Then, the working fluid in one of the fluid chambers is pushed out by the piston to the first communication passage, so that the working fluid flows toward the other fluid chamber in the first communication passage. The flow of the working fluid is converted into a rotary motion of the rotary mass by the flow conversion mechanism. The second communication path is provided in parallel with the first communication path, and the flow rate of the working fluid flowing through the second communication path is adjusted by the flow rate adjusting mechanism.
この第2連通路は、ピストンをバイパスし、第1連通路と並列に設けられているので、第2連通路内の作動流体の流量が変化すると、それに応じて、ピストンの移動に伴う第1連通路内の作動流体の流量が変化する。したがって、流量調整機構を介して第2連通路内の作動流体の流量を調整することにより、第1連通路内の作動流体の流量を変化させ、回転マスの回転量を変化させることができ、それにより、回転マスの回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を変更することができる。また、上述した構成によれば、構造物の振動中、制御手段による可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御が、流量調整機構を介して第2連通路を流動する作動流体の流量を調整することによって行われるので、請求項1又は2に係る発明による効果、すなわち、構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御できることにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができるという効果を、有効に得ることができる。
Since the second communication passage bypasses the piston and is provided in parallel with the first communication passage, when the flow rate of the working fluid in the second communication passage changes, the first communication passage moves accordingly. The flow rate of the working fluid in the communication path changes. Therefore, by adjusting the flow rate of the working fluid in the second communication path via the flow rate adjusting mechanism, the flow rate of the working fluid in the first communication path can be changed, and the rotation amount of the rotary mass can be changed. Thereby, the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper generated along with the rotation of the rotary mass can be changed. Further, according to the above-described configuration, during the vibration of the structure, the control of the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper by the control unit adjusts the flow rate of the working fluid flowing through the second communication path via the flow rate adjusting mechanism. Therefore, it is possible to appropriately control the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper in accordance with the effect of the invention according to
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の構造物の振動抑制装置において、流量調整機構は、第2連通路内の作動流体を送出するための電動ポンプを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration suppressing device for a structure according to the third aspect, the flow rate adjusting mechanism has an electric pump for sending the working fluid in the second communication path.
この構成によれば、電動ポンプを駆動することによって、第2連通路内に作動流体の流動を強制的に生じさせることができる。また、電動ポンプを制御することによって、第2連通路内の作動流体の流量が直接的に調整され、それに応じて第1連通路内の作動流体の流量が変化するので、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に変更することができる。 According to this configuration, the flow of the working fluid can be forcibly generated in the second communication path by driving the electric pump. Further, by controlling the electric pump, the flow rate of the working fluid in the second communication path is directly adjusted, and the flow rate of the working fluid in the first communication path changes accordingly, so that the variable rotation inertia mass damper The inertial mass can be appropriately changed.
請求項5に係る発明は、請求項3又は4に記載の構造物の振動抑制装置において、ピストンには、第1流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、第1及び第2流体室を互いに連通させる第1リリーフ弁と、第2流体室内の作動流体の圧力が第2所定圧に達したときに開弁し、第2及び第1流体室を互いに連通させる第2リリーフ弁が設けられていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration suppressing device for a structure according to the third or fourth aspect, the piston is opened when the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches the first predetermined pressure. A first relief valve that causes the first and second fluid chambers to communicate with each other, and a valve that is opened when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches a second predetermined pressure, and the second and first fluid chambers are connected to each other. A second relief valve for communication is provided.
この構成によれば、ピストンに第1及び第2リリーフ弁が設けられており、第1リリーフ弁は、第1流体室内の作動流体の圧力が第1所定圧に達したときに開弁し、第2リリーフ弁は、第2流体室内の作動流体の圧力が第2所定圧に達したときに開弁し、第1又は第2リリーフ弁の開弁によって、第1及び第2流体室が互いに連通させられる。これにより、第1及び第2流体室内の作動流体の圧力の過大化を防止し、シリンダ及びピストンに作用する軸力を適切に制限することができる。 According to this configuration, the piston is provided with the first and second relief valves, and the first relief valve opens when the pressure of the working fluid in the first fluid chamber reaches the first predetermined pressure, The second relief valve is opened when the pressure of the working fluid in the second fluid chamber reaches the second predetermined pressure, and the first and second fluid chambers are mutually connected by opening the first or second relief valve. Communicated. Accordingly, it is possible to prevent the pressure of the working fluid in the first and second fluid chambers from being excessively increased and appropriately limit the axial force acting on the cylinder and the piston.
請求項6に係る発明は、請求項1又は2に記載の構造物の振動抑制装置において、可変回転慣性質量ダンパは、構造物の振動に伴う所定層の層間変位が伝達されるシリンダと、シリンダ内を、作動流体が充填された第1流体室と第2流体室に区画し、構造物の振動に伴う所定層の層間変位が伝達されることによって、シリンダ内を軸線方向に摺動するように構成されたピストンと、ピストンをバイパスし、第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された連通路と、連通路内を流動する作動流体の圧力エネルギを回転エネルギに変換するとともに、押しのけ容積を変更可能に構成された可変容量型の流体圧モータと、流体圧モータの押しのけ容積を変更するためのアクチュエータと、流体圧モータにより変換された回転エネルギが伝達されることによって回転する回転マスと、を有し、制御手段は、構造物の振動中、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御を、アクチュエータを介して流体圧モータの押しのけ容積を調整することによって行うことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the vibration suppression device for a structure according to the first or second aspect, the variable rotational inertia mass damper includes a cylinder to which an interlayer displacement of a predetermined layer accompanying vibration of the structure is transmitted, The interior is partitioned into a first fluid chamber and a second fluid chamber filled with a working fluid, and an interlayer displacement of a predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted to slide in the cylinder in the axial direction. The piston configured as above, bypassing the piston, communicating with the first and second fluid chambers, and converting the pressure energy of the working fluid flowing in the communicating passage and the working fluid flowing in the communicating passage into rotational energy In addition, a variable displacement fluid pressure motor configured to be able to change the displacement volume, an actuator for changing the displacement volume of the fluid pressure motor, and a rotary energy converted by the fluid pressure motor The control means controls the inertial mass of the variable rotary inertial mass damper during the vibration of the structure, and adjusts the displacement volume of the fluid pressure motor via the actuator. It is characterized by performing by doing.
この構成によれば、構造物の振動に伴う所定層の層間変位がシリンダ及びピストンに伝達されることにより、ピストンがシリンダ内を摺動し、第1及び第2流体室の一方の側に移動すると、その一方の流体室内の作動流体がピストンで連通路に押し出されることによって、連通路内に、他方の流体室側への作動流体の流動が生じる。この作動流体の圧力エネルギは、可変容量型の流体圧モータにより回転エネルギに変換され、変換された回転エネルギが回転マスに伝達されることによって、回転マスが回転する。それに伴い、回転マスの回転慣性質量に応じた慣性質量が発生する。この場合、流体圧モータの押しのけ容積(流体圧モータの1回転当たりに押しのける幾何学的容積)を変更することによって、同じ作動流体の圧力エネルギに対する回転マスの回転量を変化させることができ、それにより、回転マスの回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を変更することができる。 According to this configuration, the displacement of the predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted to the cylinder and the piston, so that the piston slides in the cylinder and moves to one side of the first and second fluid chambers. Then, the working fluid in the one fluid chamber is pushed out to the communication passage by the piston, so that the working fluid flows toward the other fluid chamber in the communication passage. The pressure energy of the working fluid is converted into rotational energy by a variable displacement type fluid pressure motor, and the rotational mass is rotated by transmitting the converted rotational energy to the rotational mass. Accordingly, an inertial mass corresponding to the rotational inertial mass of the rotary mass is generated. In this case, by changing the displacement volume of the fluid pressure motor (geometric volume displaced per rotation of the fluid pressure motor), the amount of rotation of the rotating mass with respect to the pressure energy of the same working fluid can be changed. Thus, the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper generated with the rotation of the rotary mass can be changed.
また、上述した構成によれば、構造物の振動中、制御手段による可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御が、アクチュエータを介して前記流体圧モータの押しのけ容積を調整することによって行われるので、請求項1又は2に係る発明による効果、すなわち、構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御できることにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができるという効果を、有効に得ることができる。
Further, according to the above-described configuration, during the vibration of the structure, the control of the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper by the control unit is performed by adjusting the displacement volume of the fluid pressure motor via the actuator. The variable rotational inertial mass damper is provided by appropriately controlling the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper according to the effect of the invention according to
請求項7に係る発明は、請求項1又は2に記載の構造物の振動抑制装置において、可変回転慣性質量ダンパは、構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位を回転動力に変換する変換機構と、変換機構で変換された回転動力を変速した状態で回転マスに伝達するとともに、変速比を無段階に変更可能に構成された無段式の変速機構と、を有し、制御手段は、構造物の振動中、変速機構の変速比を設定することによって、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the vibration suppression device for a structure according to the first or second aspect, the variable rotational inertia mass damper uses the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure as the rotational power. A conversion mechanism for conversion, and a continuously variable transmission mechanism configured to transmit the rotational power converted by the conversion mechanism to the rotary mass in a shifted state and to change the transmission gear ratio steplessly, The control means controls the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper by setting the transmission ratio of the transmission mechanism during the vibration of the structure.
この構成によれば、構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位が、変換機構によって回転運動に変換される。変換された回転動力は、無段式の変速機構によって変速された状態で回転マスに伝達され、それにより回転マスが回転する。変速機構の変速比は、無段階に変更可能である。このように、変換機構からの回転動力を、無段階に変速した状態で回転マスに伝達するとともに、変速機構の変速比を設定することにより、回転マスの回転量を変化させることによって、回転マスの回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を連続的に変更することができる。 According to this configuration, the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure is converted into a rotational motion by the conversion mechanism. The converted rotational power is transmitted to the rotary mass while being shifted by the continuously variable transmission mechanism, whereby the rotary mass rotates. The speed ratio of the speed change mechanism can be changed steplessly. In this way, the rotational power from the conversion mechanism is transmitted to the rotary mass in a state of stepless shifting, and the rotational mass of the rotary mass is changed by changing the rotation amount of the rotary mass by setting the gear ratio of the transmission mechanism. It is possible to continuously change the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper that is generated as the motor rotates.
また、構造物の振動中、制御手段による可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御が、変速機構の変速比を設定することによって行われる。以上により、請求項1又は2に係る発明による効果、すなわち、構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御できることにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができるという効果を、有効に得ることができる。
Further, during the vibration of the structure, the control unit controls the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper by setting the transmission ratio of the transmission mechanism. As described above, the effect of the invention according to
請求項8に係る発明は、請求項2に記載の構造物の振動抑制装置において、可変回転慣性質量ダンパは、構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位を回転動力に変換する変換機構と、変換機構で変換された回転動力を、所定の複数の変速比から選択した1つの変速比で変速した状態で回転マスに伝達する有段式の変速機構と、を有し、複数の変速比は、構造物の振動中、複数の変速比の各々が選択されているときに複数の変速比の各々に対応してそれぞれ得られる複数の遮断振動数が、構造物の所定の複数の固有振動数にそれぞれ対応して同調するように、設定されており、制御手段は、変速機構の複数の変速比から構造物の近傍固有振動数に対応する変速比を選択することによって、遮断振動数が近傍固有振動数に同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the vibration suppression device for a structure according to the second aspect, the variable rotation inertial mass damper converts the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure into rotational power. A conversion mechanism, and a stepped transmission mechanism that transmits the rotational power converted by the conversion mechanism to the rotary mass in a state where the rotational power is changed at one transmission ratio selected from a plurality of predetermined transmission ratios. The transmission ratio of the plurality of cutoff frequencies obtained corresponding to each of the plurality of transmission ratios when each of the plurality of transmission ratios is selected during vibration of the structure, The control means is cut off by selecting a gear ratio corresponding to the natural frequency near the structure from a plurality of gear ratios of the transmission mechanism. So that the frequency tunes to the nearby natural frequency And controlling the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper.
この構成によれば、構造物の振動に伴って伝達された所定層の層間変位が、変換機構によって回転運動に変換される。変換された回転動力は、有段式の変速機構によって、所定の複数の変速比から選択した1つの変速比で変速した状態で回転マスに伝達され、それにより回転マスが回転する。このように、変換機構からの回転動力を、これらの複数の変速比の1つで変速した状態で回転マスに伝達するとともに、変速機構の変速比を選択することにより、回転マスの回転量を変化させることによって、回転マスの回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を変更することができる。 According to this configuration, the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure is converted into a rotational motion by the conversion mechanism. The converted rotational power is transmitted to the rotating mass by a stepped transmission mechanism in a state of shifting with one gear ratio selected from a plurality of predetermined gear ratios, whereby the rotating mass rotates. As described above, the rotational power from the conversion mechanism is transmitted to the rotary mass while being shifted at one of the plurality of gear ratios, and the rotation amount of the rotary mass is reduced by selecting the gear ratio of the transmission mechanism. By changing it, the inertial mass of the variable rotary inertial mass damper generated with the rotation of the rotary mass can be changed.
この場合、複数の変速比は、構造物の振動中、複数の変速比の各々が選択されているときに複数の変速比の各々に対応してそれぞれ得られる複数の遮断振動数が、構造物の所定の複数の固有振動数にそれぞれ対応して同調するように、設定されている。また、制御手段により、複数の変速比から構造物の近傍固有振動数に対応する変速比が選択されることによって、遮断振動数が近傍固有振動数に同調するように、可変回転慣性質量ダンパの慣性質量が制御される。以上により、請求項2に係る発明による効果、すなわち、構造物に入力されるそのときどきの振動に応じて可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を適切に制御できることにより、可変回転慣性質量ダンパが設けられた構造物の所定層よりも上側の層の振動を適切に抑制することができるという効果を、有効に得ることができる。 In this case, the plurality of transmission ratios have a plurality of cutoff frequencies obtained corresponding to each of the plurality of transmission ratios when each of the plurality of transmission ratios is selected during vibration of the structure. Are set so as to be tuned corresponding to a plurality of predetermined natural frequencies. Further, the control means selects a gear ratio corresponding to the near natural frequency of the structure from a plurality of gear ratios, so that the cutoff frequency is synchronized with the near natural frequency. The inertial mass is controlled. As described above, the variable rotational inertial mass damper can be provided by appropriately controlling the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper according to the effect of the invention according to the second aspect, that is, the instantaneous vibration input to the structure. In addition, it is possible to effectively obtain an effect that vibrations of layers above the predetermined layer of the structure can be appropriately suppressed.
請求項9に係る発明は、請求項7又は8に記載の構造物の振動抑制装置において、変速機構は、変換機構で変換された回転動力が変速した状態で伝達される回転軸を有し、回転マスには、嵌合孔が形成され、回転軸と嵌合孔の内周面との間に嵌合する摩擦材をさらに備え、回転マスは、摩擦材を介して回転軸に連結されていることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the vibration suppression device for a structure according to claim 7 or 8, wherein the speed change mechanism has a rotating shaft to which the rotational power converted by the conversion mechanism is transmitted in a shifted state, The rotating mass is further provided with a friction material formed between the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fitting hole, and the rotating mass is connected to the rotating shaft via the friction material. It is characterized by being.
この構成によれば、変速機構の回転軸に、変換機構で変換された回転動力が変速した状態で伝達され、回転マスは、その嵌合孔と回転軸との間に嵌合する摩擦材を介して、回転軸に連結されている。このため、構造物の振動が非常に大きいことで回転マスの回転トルクが非常に大きくなったときに、回転マス及び/又は回転軸が摩擦材に対して滑るように、摩擦材の摩擦係数を設定することによって、回転マスの回転に伴って発生する慣性質量による慣性力を制限することができる。 According to this configuration, the rotational power converted by the conversion mechanism is transmitted to the rotating shaft of the speed change mechanism in a shifted state, and the rotating mass has a friction material fitted between the fitting hole and the rotating shaft. Via the rotary shaft. For this reason, the friction coefficient of the friction material is set so that the rotation mass and / or the rotation shaft slide against the friction material when the rotational torque of the rotation mass becomes very large due to the vibration of the structure being very large. By setting, the inertial force due to the inertial mass generated with the rotation of the rotary mass can be limited.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。本発明の第1実施形態による振動抑制装置は、図1に示す可変回転慣性質量ダンパ1を備えており、複数の層を有する高層の建物B(図5参照)に適用されたものである。この建物Bは、複数の柱及び梁を井桁状に組み合わせたラーメン構造を有しており、基礎(図示せず)に立設されている。可変回転慣性質量ダンパ1は、後述する回転マス21が回転するのに伴って発生する慣性質量を連続的に変更可能に構成されており、図1に示すように、シリンダ2と、シリンダ2内に軸線方向に摺動自在に設けられたピストン3と、ピストン3と一体のピストンロッド4と、シリンダ2に接続された第1連通路5及び第2連通路6を備えている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The vibration suppression device according to the first embodiment of the present invention includes the variable rotational inertia
シリンダ2は、円筒状の周壁2aと、周壁2aの軸線方向の両端部にそれぞれ設けられた円板状の第1端壁2b及び第2端壁2cを、一体に有している。これらの周壁2a、第1及び第2端壁2b、2cで画成された空間は、ピストン3によって第1流体室2dと第2流体室2eに区画されている。第1及び第2流体室2d、2eには、粘性流体HFが充填されている。粘性流体HFは、粘性を有する適当な流体、例えばシリコンオイルで構成されている。
The
また、シリンダ2の第1端壁2bには、軸線方向に外方に突出する凸部2fが同心状に一体に設けられており、この凸部2fには、自在継手を介して、第1取付具FL1が設けられている。さらに、上記の第2端壁2cの中心にはロッド案内孔2gが形成されている。ピストンロッド4は、一端部がピストン3に一体に連結され、シリンダ2内に軸線方向に延びるとともに、ロッド案内孔2gにシールを介して液密に挿入されており、第2端壁2cから外方に延びている。ピストンロッド4の他端部には、自在継手を介して、第2取付具FL2が設けられている。
Further, the
また、ピストン3の外周面は、シールを介して、シリンダ2の周壁2aの内周面に液密に接しており、ピストン3の径方向の外端部には、軸線方向に貫通する複数の第1連通孔3a及び第2連通孔3b(それぞれ1つのみ図示)が形成されている。第1連通孔3aには第1リリーフ弁11が、第2連通孔3bには第2リリーフ弁12が、それぞれ設けられている。
Further, the outer peripheral surface of the
第1リリーフ弁11は、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねなどで構成されており、第1流体室2d内の粘性流体HFの圧力が所定の上限値よりも小さいときには、第1連通孔3aを閉鎖し、上限値に達したときには、第1連通孔3aを開放する。これにより、第1及び第2流体室2d、2eが第1連通孔3aを介して互いに連通し、第1流体室2d内の圧力が第2流体室2e側に逃がされる。
The
同様に、第2リリーフ弁12は、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねなどで構成されており、第2流体室2e内の粘性流体HFの圧力が上記の上限値よりも小さいときには、第2連通孔3bを閉鎖し、上限値に達したときには、第2連通孔3bを開放する。これにより、第1及び第2流体室2d、2eが第2連通孔3bを介して互いに連通し、第2流体室2e内の圧力が第1流体室2d側に逃がされる。なお、第1及び第2リリーフ弁11、12の上限値を互いに異なる値に設定してもよい。
Similarly, the
前記第1及び第2連通路5、6はそれぞれ、ピストン3をバイパスし、第1及び第2流体室2d、2eに連通するように、シリンダ2に接続されており、互いに並列に設けられている。また、両者5、6の断面積は、シリンダ2の断面積よりも小さな値に設定されており、第1及び第2連通路5、6には、第1及び第2流体室2d、2eと同様、粘性流体HFが充填されている。なお、図1では便宜上、第1及び第2連通路5、6内の粘性流体HFの符号の図示を省略している。
The first and
また、可変回転慣性質量ダンパ1は、第1連通路5内の粘性流体HFの流動を回転運動に変換する歯車モータMと、歯車モータMに連結された回転マス21と、第2連通路6を流動する粘性流体HFの流量を調整するための歯車ポンプPをさらに備えている。歯車モータMは、外接歯車型のものであり、ケーシング22と、ケーシング22に収容された第1ギヤ23及び第2ギヤ24を有している。なお、歯車モータMとして内接歯車型のものを用いてもよい。
The variable rotary
ケーシング22は、第1連通路5の中央部に一体に設けられており、互いに対向する2つの出入口22a、22bを介して、第1連通路5に連通している。また、第1及び第2ギヤ23、24はそれぞれ、スパーギヤで構成され、第1及び第2回転軸25、26に一体に設けられるとともに、互いに噛み合っている。第1及び第2回転軸25、26はそれぞれ、第1連通路5に直交する方向に水平に延び、ケーシング22に回転自在に支持されており、第1回転軸25はケーシング22の外部に突出している(図2参照)。また、第1及び第2ギヤ23、24の互いの噛合い部分は、ケーシング22の出入口22a、22bに臨んでいる。さらに、ケーシング22から突出した第1回転軸25の部分には、上記の回転マス21が同軸状に一体に設けられている。回転マス21は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、円板状に形成されている。
The
上記の歯車ポンプPは、外接歯車型のものであり、動力源である流量調整モータ31と、ケーシング32と、ケーシング32に収容された第1ギヤ33及び第2ギヤ34を有している。なお、歯車ポンプPとして内接歯車型のものを用いてもよい。ケーシング32は、第2連通路6の中央部に一体に設けられており、互いに対向する2つの出入口32a、32bを介して、第2連通路6に連通している。また、第1及び第2ギヤ33、34はそれぞれ、スパーギヤで構成され、第1及び第2回転軸35、36に一体に設けられるとともに、互いに噛み合っている。第1及び第2回転軸35、36はそれぞれ、第2連通路6に直交する方向に水平に延び、ケーシング32に回転自在に支持されており、第1回転軸35はケーシング32の外部に突出している(図3参照)。また、第1及び第2ギヤ33、34の互いの噛合い部分は、ケーシング32の出入口32a、32bに臨んでいる。
The gear pump P is of the external gear type, and has a flow
流量調整モータ31は、例えば正逆回転可能なDCモータで構成されている。流量調整モータ31のロータ(図示せず)は、ケーシング32から突出した第1回転軸35の部分に同軸状に連結されており、第1回転軸35及び第1ギヤ33を一体に回転させる。また、流量調整モータ31は、後述する制御装置51(図4参照)を介して電源52に接続されており、その動作は制御装置51で制御される。電源52は、例えばバッテリで構成されている。
The flow
また、図5に示すように、可変回転慣性質量ダンパ1の第1取付具FL1及び第2取付具FL2は、第1連結部材EN1及び第2連結部材EN2にそれぞれ取り付けられている。これらの第1及び第2連結部材EN1、EN2は、建物Bの各層の剛性よりも非常に高い剛性を有する鋼材で構成され、建物Bの所定層PFの下梁BD(所定層PFを支持する梁)及び上梁BU(所定層PFの1つ上の層を支持する梁)にそれぞれ取り付けられており、下梁BDから上方に、上梁BUから下方に、それぞれ延びている。
Further, as shown in FIG. 5, the first fixture FL1 and the second fixture FL2 of the variable rotation inertia
以上の構成により、可変回転慣性質量ダンパ1のシリンダ2及びピストンロッド4はそれぞれ、第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して、下梁BD及び上梁BUに連結されており、可変回転慣性質量ダンパ1は、建物Bの所定層PFに設けられるとともに、上下の梁BU、BDの間に水平に延びている。なお、図5では便宜上、第1及び第2連通路5、6などの一部の構成要素の図示を省略している。また、図6は、建物Bや可変回転慣性質量ダンパ1を示すモデル図である。同図に示すように、本実施形態では、上記の所定層PFは、例えば建物Bの最下層(1層)である。
With the above configuration, the
次に、可変回転慣性質量ダンパ1の動作について説明する。建物Bが振動するのに伴い、上下の梁BU、BDの間に水平方向の相対変位(所定層PFの層間変位)が発生すると、この相対変位が、第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して、シリンダ2及びピストンロッド4に外力として伝達されることにより、シリンダ2とピストンロッド4が軸線方向に相対的に移動し、ピストン3はシリンダ2内を摺動する。
Next, the operation of the variable rotation inertia
この場合、ピストン3が第1流体室2d側(図1の左方)に移動したときには、第1流体室2d内の粘性流体HFの一部が、ピストン3によって第1連通路5に押し出されることで、第1連通路5内に第2流体室2e側(右方)への粘性流体HFの流動が生じる。これとは逆に、ピストン3が第2流体室2e側(右方)に移動したときには、第2流体室2e内の粘性流体HFの一部が、ピストン3によって第1連通路5に押し出されることで、第1連通路5内に第1流体室2d側(左方)への粘性流体HFの流動が生じる。
In this case, when the
この粘性流体HFの流動は、歯車モータMによって回転運動に変換され、その第1及び第2ギヤ23、24が回転し、第1ギヤ23と一体の第1回転軸25及び回転マス21が回転する。
The flow of the viscous fluid HF is converted into a rotational motion by the gear motor M, the first and
また、上述したように回転マス21が回転するのに伴い、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdが発生する。この慣性質量Mdは、シリンダ2及びピストン3に入力された振動による外力に対する軸線方向の慣性質量であり、回転マス21による慣性質量(回転マス21の回転慣性質量に基づく慣性質量(等価質量))Mrと、第1連通路5内の粘性流体HFによる慣性質量Mhが含まれる。以下に説明するように、このときの回転マス21による慣性質量Mrは、流量調整モータ31を介して歯車ポンプPの動作を制御し、第2連通路6内の粘性流体HFの流量を調整することによって、連続的に変更される。図7は、ピストン3が第1流体室2d側に移動するときに、流量調整モータ31を同図の時計方向に回転駆動することによって、第2連通路6内の粘性流体HFが、ピストン3と同じ第1流体室2d側に流動している状況(以下「第1動作モード」という)を示している。なお、図7では便宜上、一部の構成要素の符号の図示を省略している。
Further, as described above, as the
この第1動作モードでは、ピストン3の移動に伴って流動する粘性流体HFの容積(流量)V1と、第2連通路6内で歯車ポンプPにより送出され、流動する粘性流体HFの容積(流量)V2との和が、第1連通路5内で流動し、歯車モータMに流入する粘性流体HFの容積(流量)Vになるため、回転マス21の回転量は大きくなる。
In the first operation mode, the volume (flow rate) V1 of the viscous fluid HF that flows along with the movement of the
また、このときの回転マス21による慣性質量Mrは、以下のようにして求められる。まず、上記の関係から、次式(1)が成立する。
V=V1+V2 ……(1)
なお、以下では、上記のV1を「ピストン容積」、V2を「ポンプ容積」、Vを「モータ容積」という。ピストン容積V1は次式(2)で表され、ポンプ容積V2は次式(3)で表される。
V1=Ap・X ……(2)
V2=vmd・n ……(3)
ここで、Apは、粘性流体HFに対するピストン3の受圧面積であり、ピストン3が第1流体室2d側に移動しているときには、ピストン3の横断面積になり、ピストン3が第2流体室2e側に移動しているときには、ピストン3の横断面積からピストンロッド4の横断面積を減算した値になる。なお、ピストン3の受圧面積Apを、ピストン3の移動方向に拘わらず、ピストン3の横断面積に、又は、ピストン3の横断面積からピストンロッド4の横断面積を減算した値に設定してもよい。また、Xはピストン3の移動量、vmdは、流量調整モータ31の1回転当たりの送出容積(押しのけ容積)であり、nは、流量調整モータ31の回転数である。
Moreover, the inertial mass Mr by the rotating
V = V1 + V2 (1)
In the following, V1 is referred to as “piston volume”, V2 is referred to as “pump volume”, and V is referred to as “motor volume”. The piston volume V1 is expressed by the following formula (2), and the pump volume V2 is expressed by the following formula (3).
V1 = Ap · X (2)
V2 = vmd · n (3)
Here, Ap is the pressure receiving area of the
上記の式(1)及び(2)から、第1動作モードにおけるピストン3の移動量Xは、次式(4)で表される。
X=V1/Ap=(V−V2)/Ap ……(4)
From the above equations (1) and (2), the movement amount X of the
X = V1 / Ap = (V−V2) / Ap (4)
また、歯車モータMが1回転する場合を想定し、その1回転に必要なモータ容積Vをvm(押しのけ容積)、このときのポンプ容積V2をvm2とすると、これらのvm、vm2を式(4)のV、V2に代入することによって、このときのピストン3の移動量Xmは、次式(5)で表される。
Xm=(vm−vm2)/Ap ……(5)
Further, assuming that the gear motor M rotates once, assuming that the motor volume V required for one rotation is vm (displacement volume), and the pump volume V2 at this time is vm2, these vm and vm2 are expressed by the formula (4). By substituting in V and V2, the movement amount Xm of the
Xm = (vm−vm2) / Ap (5)
このピストン3の移動量Xmは、ボールねじ機構を用いたマスダンパにおけるボールねじのリード長(Ld)に相当する。したがって、第1動作モードにおける回転マス21による慣性質量(等価質量)Mrは、次式(6)で表される。
Mr=(2π/Xm)2・md・D2/8
={(2π・Ap)/(vm−vm2)}2・md・D2/8 ……(6)
ここで、mdは回転マス21の実質量であり、Dは回転マス21の外径である。
The movement amount Xm of the
Mr = (2π / Xm) 2 · md ·
= {(2π · Ap) / (vm-vm2)} 2 · md ·
Here, md is a substantial amount of the rotating
この式(6)から明らかなように、第1動作モードにおける慣性質量Mrは、ポンプ容積V2(=vm2)に相当する分だけ増大する。したがって、ポンプ容積V2を流量調整モータ31の回転数の調整によって変化させることで、慣性質量Mrを変更可能である。
As is apparent from the equation (6), the inertial mass Mr in the first operation mode increases by an amount corresponding to the pump volume V2 (= vm2). Therefore, the inertial mass Mr can be changed by changing the pump volume V2 by adjusting the rotation speed of the flow
一方、上記の第1動作モードに対し、図8は、ピストン3が第1流体室2d側に移動するときに、流量調整モータ31を同図の反時計方向に回転駆動することによって、第2連通路6内の粘性流体HFが、ピストン3とは逆に第2流体室2e側に流動している状況(以下「第2動作モード」という)を示している。なお、図8では便宜上、一部の構成要素の符号の図示を省略している。この第2動作モードでは、ピストン容積V1とポンプ容積V2との差がモータ容積Vになる(次式(1)’)ため、回転マス21の回転量は小さくなる。
V=V1−V2 ……(1)’
この関係から、第2動作モードにおけるピストン3の移動量Xは、前記式(4)の(V−V2)を(V+V2)に置き換えることによって、次式(4)’で表される。
X=V1/Ap=(V+V2)/Ap ……(4)’
On the other hand, with respect to the first operation mode described above, FIG. 8 shows that the second flow
V = V1-V2 (1) '
From this relationship, the movement amount X of the
X = V1 / Ap = (V + V2) / Ap (4) ′
また、歯車モータMが1回転するときのピストン3の移動量Xmは、前記式(5)の(vm−vm2)を(vm+vm2)に置き換えることによって、次式(5)’で表される。
Xm=(vm+vm2)/Ap ……(5)’
Further, the movement amount Xm of the
Xm = (vm + vm2) / Ap (5) ′
したがって、第2動作モードにおける回転マス21による慣性質量Mrは、次式(6)’で表される。
Mr=(2π/Xm)2・md・D2/8
={(2π・Ap)/(vm+vm2)}2・md・D2/8
……(6)’
Therefore, the inertial mass Mr by the rotating
Mr = (2π / Xm) 2 · md ·
= {(2π · Ap) / (vm + vm2)} 2 · md ·
...... (6) '
この式(6)’から明らかなように、第2動作モードにおける回転マス21による慣性質量Mrは、ポンプ容積V2(=vm2)に相当する分だけ減少する。したがって、ポンプ容積V2を流量調整モータ31の回転数の調整によって変化させることで、慣性質量Mrを変更可能である。
As is clear from this equation (6) ', the inertial mass Mr by the rotating
なお、ポンプ容積vm2に正負をもたせ、第2連通路6内の粘性流体HFの流動方向がピストン3の移動方向と同じ場合(第1動作モード)を負値とし、逆の場合(第2動作モード)を正値とすると、上記の式(6)及び式(6)’は式(6)’に統合される。また、この式(6)’をポンプ容積vm2について表すと、次式(7)が得られる。
vm2={(2π・Ap)/sqrt[8Mr/(md・D2)]}−vm
……(7)
It should be noted that the pump volume vm2 is positive or negative, and the case where the flow direction of the viscous fluid HF in the
vm2 = {(2π · Ap) / sqrt [8 Mr / (md · D 2 )]} − vm
...... (7)
また、このポンプ容積vm2の粘性流体HFを流動させるのに必要な流量調整モータ31の回転数nは、前記式(3)から、次式(8)で表される。
n=vm2/vmd ……(8)
Further, the rotational speed n of the flow
n = vm2 / vmd (8)
以上のように、可変回転慣性質量ダンパ1では、歯車ポンプPを作動させることによって、第2連通路6内に粘性流体HFの流動を強制的に生じさせるとともに、流量調整モータ31の回転数nを制御することによって、ポンプ容積V2(第2連通路6内の粘性流体HFの流量)が調整される。そして、このポンプ容積V2の分、モータ容積V(第1連通路5内の粘性流体HFの流量)が、ピストン容積V1(ピストン3の移動に伴う粘性流体HFの流量)に対して変化し、それに応じて回転マス21の回転量が変化することによって、回転マス21による慣性質量Mrが変更され、ひいては、この慣性質量Mrを含む可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdが変更される。
As described above, in the variable rotation inertial
なお、前記第1連通路5内の粘性流体HFによる慣性質量Mhは、Mh=ρ・Ae1・l1・α12で表され、回転マス21による慣性質量Mrと比較して非常に小さい傾向にある。ここで、ρは、粘性流体HFの密度であり、Ae1及びl1はそれぞれ、第1連通路5の横断面積及び長さ、α1は、第1連通路5の横断面積Ae1に対するピストン3の受圧面積Apの比である。
The inertial mass Mh due to the viscous fluid HF in the
また、流量調整モータ31の回転方向の切替えにより、第2連通路6内の粘性流体HFの流動方向を、ピストン3の移動方向と同じ方向(第1動作モード)又は逆の方向(第2動作モード)に切り替えることによって、モータ容積Vをピストン容積V1に対して増減することができる。これにより、回転マス21による慣性質量Mrの変更範囲が拡大される。
Further, by switching the rotation direction of the flow
また、建物Bの振動によりピストン3がシリンダ2内を摺動するのに伴い、第1及び第2流体室2d、2eの間で粘性流体HFの圧力差が発生し、この圧力差は、ピストン3に抵抗力として作用するとともに、第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して上下の梁BU、BDの間の相対変位を減衰させるように作用する。この減衰力は、上記の制御により回転マス21による慣性質量Mrが大きくなるほど、より大きくなる。
Further, as the
また、振動抑制装置は、図4に示す制御装置51、電源52及び地震計53をさらに備えている。制御装置51は、CPUや、RAM、ROM、I/Oインターフェース、DC/DCコンバータなどの組み合わせで構成されている。地震計53は、例えば加速度センサなどで構成され、建物Bが立設された基礎(図示せず)に設けられており、基礎側から建物Bに入力される振動(地震動)を計測し、その計測信号を制御装置51に入力する。
The vibration suppression device further includes a
また、制御装置51は、入力された計測信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムに従って、図9に示す同調制御処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。この同調制御処理は、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdと建物Bの所定層PFの剛性θsによって定まる遮断振動数fcuが後述する卓越周波数fcpに同調するように、慣性質量Mdを制御するために、流量調整モータ31の動作を制御するものである。ここで、所定層PFの剛性θsは、建物Bの水平方向の層間変位に対する剛性であって、ばね定数に相当し、所定値に設定されており、遮断振動数fcuは次式(9)で表される。以下、図9を参照しながら、同調制御処理について説明する。
fcu=sqrt(θs/Md)/2π ……(9)
Further, the
fcu = sqrt (θs / Md) / 2π (9)
なお、前述したように可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdに含まれる粘性流体HFによる慣性質量Mhは、回転マス21による慣性質量Mrと比較して非常に小さい傾向にあるため、同調制御処理では、この慣性質量Mhを無視し、回転マス21による慣性質量Mrを可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdとみなして、流量調整モータ31の動作が制御される。
As described above, the inertial mass Mh due to the viscous fluid HF contained in the inertial mass Md of the variable rotational inertial
まず、図9のステップ1(「S1」と図示。以下同じ)では、建物Bが振動中であるか否かを判別する。この判別は、地震計53の計測信号に基づき、計測信号で表される地震動が所定値よりも大きいときに、建物Bが振動中であると判別される。この答がNOで、建物Bが振動中でないときには、そのまま今回の処理を終了する。
First, in
一方、ステップ1の答がYESで、建物Bが振動中であるときには、基礎側から建物Bに入力されている振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数fcpを算出する(ステップ2)。この卓越周波数fcpの算出は、例えば次のようにして行われる。すなわち、地震計53で計測された地震動を高速フーリエ変換によって周波数解析し、それにより、地震動のフーリエ振幅スペクトルを、地震動の周波数(振動数)ごとに算出する。そして、算出された複数のフーリエ振幅スペクトルを互いに比較し、それらのうちの最も大きいフーリエ振幅スペクトルに対応する周波数を、卓越周波数fcpとして設定(算出)する。なお、同調制御処理の実行周期である上記の所定時間は、この周波数解析を実行するのに十分な時間に設定されている。また、上記のフーリエ振幅スペクトルの算出方法については、周知であるため、その説明を省略するが、例えば「新・地震動のスペクトル解析入門 著者:大崎順彦 鹿島出版会」などに開示されている。
On the other hand, if the answer to step 1 is YES and the building B is oscillating, the dominant frequency fcp, which is the frequency of the dominant frequency component of the vibrations input to the building B from the foundation side, is calculated (step 2). ). The calculation of the dominant frequency fcp is performed as follows, for example. That is, the seismic motion measured by the
次に、算出された卓越周波数fcpと、所定層PFの剛性θsを用い、次式(10)によって、本制御用の慣性質量Mdsを算出する(ステップ3)。この式(10)は、遮断振動数fcuを表す前記式(9)(fcu=sqrt(θs/Md)/2π)を、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdについて展開するとともに、MdをMdsに、fcuをfcpに、それぞれ置き換えたものである。また、所定層PFの剛性θsは、制御装置51の前記ROMに記憶されており、ステップ3の算出においてROMから読み出される。
Mds=θs/(fcp・2π)2 ……(10)
Next, using the calculated dominant frequency fcp and the rigidity θs of the predetermined layer PF, the inertial mass Mds for this control is calculated by the following equation (10) (step 3). This formula (10) expands the formula (9) (fcu = sqrt (θs / Md) / 2π) representing the cutoff frequency fcu with respect to the inertial mass Md of the variable rotational inertial
Mds = θs / (fcp · 2π) 2 (10)
次に、算出された慣性質量Mdsを前記式(7)のMrに代入することによって、第2連通路6内の粘性流体HFの流量であるポンプ容積vm2を算出する(ステップ4)。この式(7)におけるピストン3の受圧面積Ap、回転マス21の実質量md、回転マス21の外径D、及び歯車モータMの1回転に必要なモータ容積vmはいずれも、所定値であり、ROMに記憶されており、ステップ4の算出においてROMから読み出される。次に、算出されたポンプ容積vm2に応じ、前記式(8)によって、流量調整モータ31の回転数nを算出する(ステップ5)。この式(8)における流量調整モータ31の1回転当たりの送出容積vmdは、所定値であり、ROMに記憶されており、ステップ5の算出においてROMから読み出される。次いで、算出した回転数nに基づく駆動信号を出力することによって、流量調整モータ31を駆動し(ステップ6)、今回の処理を終了する。
Next, by substituting the calculated inertial mass Mds into Mr in the equation (7), the pump volume vm2 that is the flow rate of the viscous fluid HF in the
このように流量調整モータ31を駆動することで、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdとみなされた回転マス21による慣性質量Mrが、ステップ3で算出された慣性質量Mdsに制御される。その結果、慣性質量Mdと所定層PFの剛性θsで定まる遮断振動数fcuが、卓越周波数fcpと同じになるように制御される。なお、上記の駆動信号は、流量調整モータ31の回転数nが得られるように実験などによって予め求められるとともに、ROMに記憶されている。また、ステップ1〜6を含む同調制御処理は、前述したように所定時間ごとに繰り返し実行される。
By driving the flow
次に、図10を参照しながら、上述した同調制御処理の動作例について説明する。図10(a)は、建物Bに入力される地震動の周波数(以下「地震動周波数」という)feと入力に対する建物Bの加速度応答倍率(以下「応答倍率」という)RMとの関係を、図10(b)は、地震動周波数feと地震動のフーリエ振幅スペクトル(以下「地震動スペクトル」という)SEとの関係を、図10(c)は地震動周波数feと建物Bの所定層PFよりも上側の層の応答のフーリエ振幅スペクトル(以下「建物振動スペクトル」という)SBとの関係を、卓越周波数fcpが振動抑制装置の設置前の建物Bの2次固有振動数と等しい場合について、それぞれ示している。図10において、fe2は、振動抑制装置の設置前の建物Bの2次固有振動数と等しい周波数である。 Next, an operation example of the tuning control process described above will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows the relationship between the frequency of seismic motion input to the building B (hereinafter referred to as “earthquake frequency”) fe and the acceleration response magnification (hereinafter referred to as “response magnification”) RM of the building B with respect to the input. (B) shows the relationship between the seismic motion frequency fe and the Fourier amplitude spectrum (hereinafter referred to as “seismic motion spectrum”) SE of the seismic motion, and FIG. 10 (c) shows the seismic motion frequency fe and The relationship with the Fourier amplitude spectrum (hereinafter referred to as “building vibration spectrum”) SB of the response is shown for each case where the dominant frequency fcp is equal to the secondary natural frequency of the building B before installation of the vibration suppression device. In FIG. 10, fe2 is a frequency equal to the secondary natural frequency of the building B before installation of the vibration suppressing device.
また、図10(d)は、地震動周波数feと応答倍率RMとの関係を、図10(e)は、地震動周波数feと地震動スペクトルSEとの関係を、図10(f)は地震動周波数feと建物振動スペクトルSBとの関係を、卓越周波数fcpが上記の周波数fe2よりも大きい所定周波数feAである場合について、それぞれ示している。 10 (d) shows the relationship between the seismic motion frequency fe and the response magnification RM, FIG. 10 (e) shows the relationship between the seismic motion frequency fe and the seismic motion spectrum SE, and FIG. 10 (f) shows the seismic motion frequency fe. The relationship with the building vibration spectrum SB is shown for each case where the dominant frequency fcp is a predetermined frequency feA that is greater than the frequency fe2.
図9を参照して説明したように、同調制御処理では、卓越周波数fcp(建物Bに入力される地震動の卓越する周波数成分の周波数)が算出される(ステップ2)とともに、遮断振動数fcuが卓越周波数fcpと同じになるように、回転マス21による慣性質量Mrを含む可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdが制御される(ステップ3〜6)。
As described with reference to FIG. 9, in the tuning control process, the dominant frequency fcp (frequency of the frequency component of the seismic motion input to the building B) is calculated (step 2), and the cutoff frequency fcu is calculated. The inertial mass Md of the variable rotary inertial
卓越周波数fcpが振動抑制装置の設置前の建物Bの2次固有振動数と等しく、図10(b)に示すように2次固有振動数と等しい周波数fe2の地震動スペクトルSBが比較的大きいときには、上述した同調制御処理の実行によって、図10(a)に示すようにfe=fe2での応答倍率RMがほぼ値0になるとともに、図10(c)に示すようにfe=fe2での建物振動スペクトルSBがほぼ値0になり、地震動周波数feの他のいずれの周波数においても、建物振動スペクトルSBが小さくなっている。 When the prevailing frequency fcp is equal to the secondary natural frequency of the building B before installation of the vibration suppression device, and the seismic motion spectrum SB of the frequency fe2 equal to the secondary natural frequency as shown in FIG. By executing the tuning control process described above, the response magnification RM at fe = fe2 becomes almost 0 as shown in FIG. 10A, and the building vibration at fe = fe2 as shown in FIG. 10C. The spectrum SB becomes almost 0, and the building vibration spectrum SB is small at any other frequency of the seismic vibration frequency fe.
また、卓越周波数fcpが上記の所定周波数feAと等しく、図10(e)に示すように所定周波数feAの地震動スペクトルSBが比較的大きいときには、上述した同調制御処理の実行によって、図10(d)に示すようにfe=feAでの応答倍率RMがほぼ値0になるとともに、図10(f)に示すようにfe=feAでの建物振動スペクトルSBがほぼ値0になり、図10(c)の場合と同様、地震動周波数feの他のいずれの周波数においても、建物振動スペクトルSBが小さくなっている。 Further, when the dominant frequency fcp is equal to the predetermined frequency feA and the seismic motion spectrum SB of the predetermined frequency feA is relatively large as shown in FIG. 10E, the tuning control process described above is executed, so that FIG. As shown in FIG. 10, the response magnification RM at fe = feA becomes almost 0, and the building vibration spectrum SB at fe = feA becomes almost 0 as shown in FIG. As in the case of, the building vibration spectrum SB is small at any other frequency of the seismic vibration frequency fe.
一方、図11(a)〜図11(c)は、前述した従来の振動抑制装置の動作例を示しており、これらの図において、feC、feC2、feCA、RMC、SEC及びSBCは、図10のfe、fe2、feA、RM、SE及びSBにそれぞれ対応するパラメータである。前述したように、従来の振動抑制装置では、回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御できず、本実施形態の遮断振動数に対比される振動遮断機構の固有振動数を常に、振動抑制装置の設置前の建物の2次固有振動数に同調させる。 On the other hand, FIG. 11A to FIG. 11C show an operation example of the above-described conventional vibration suppression device. In these drawings, feC, feC2, feCA, RMC, SEC, and SBC are shown in FIG. Are parameters corresponding to fe, fe2, feA, RM, SE, and SB, respectively. As described above, in the conventional vibration suppression device, the inertial mass of the rotary inertia mass damper cannot be controlled, and the natural frequency of the vibration isolation mechanism compared with the cutoff frequency of the present embodiment is always installed in the vibration suppression device. Tune to the secondary natural frequency of the previous building.
これにより、図11(a)に示すように、2次固有振動数と等しい周波数feC2での建物の加速度応答倍率RMCが、ほぼ値0になっているのに対し、周波数feC2よりも大きい所定周波数feCAでの建物の加速度応答倍率RMCは、比較的大きくなっている。この場合において、建物に入力される地震動の卓越周波数が所定周波数feCAであり、図11(b)に示すように所定周波数feCAでの地震動のフーリエ振幅スペクトルSECが比較的大きいときには、図11(c)に示すように、feC=feCAでの建物のフーリエ振幅スペクトルSBCが比較的大きくなっており、建物の所定周波数feCAの周波数成分の振動を適切に抑制できないことが、分かる。 As a result, as shown in FIG. 11A, the acceleration response magnification RMC of the building at the frequency feC2 equal to the secondary natural frequency is substantially zero, whereas the predetermined frequency greater than the frequency feC2. The acceleration response magnification RMC of the building at feCA is relatively large. In this case, when the prevailing frequency of the ground motion input to the building is the predetermined frequency feCA, and the Fourier amplitude spectrum SEC of the ground motion at the predetermined frequency feCA is relatively large as shown in FIG. ), The Fourier amplitude spectrum SBC of the building at feC = feCA is relatively large, and it can be seen that the vibration of the frequency component of the predetermined frequency feCA of the building cannot be appropriately suppressed.
また、図11(d)〜図11(f)は、従来の振動抑制装置の振動遮断機構の固有振動数を振動抑制装置の設置前の建物の3次固有振動数に同調させた場合の動作例を示しており、これらの図において、fec、fec2、RMc、SEc及びSBcは、図10のfe、fe2、RM、SE及びSBにそれぞれ対応するパラメータである。また、fec3は、振動抑制装置の設置前の建物の3次固有振動数と等しい周波数である。これらの図11(d)〜図11(f)に示すように、従来の振動抑制装置の振動遮断機構の固有振動数を常に振動抑制装置の設置前の建物の3次固有振動数に同調させた場合において、建物に入力される地震動の卓越周波数が建物の2次固有振動数と等しいときには、fec=fec2での建物のフーリエ振幅スペクトルSBcが比較的大きくなっており、振動抑制装置の設置前の建物の2次固有振動数の振動を適切に抑制できないことが、分かる。 11 (d) to 11 (f) show the operation when the natural frequency of the vibration isolation mechanism of the conventional vibration suppression device is synchronized with the tertiary natural frequency of the building before the vibration suppression device is installed. Examples are shown, and in these drawings, fec, fec2, RMc, SEc, and SBc are parameters corresponding to fe, fe2, RM, SE, and SB, respectively, in FIG. Further, fec3 is a frequency equal to the tertiary natural frequency of the building before the vibration suppressing device is installed. As shown in FIG. 11 (d) to FIG. 11 (f), the natural frequency of the vibration isolating mechanism of the conventional vibration suppressing device is always tuned to the third natural frequency of the building before the vibration suppressing device is installed. In this case, when the dominant frequency of the ground motion input to the building is equal to the secondary natural frequency of the building, the Fourier amplitude spectrum SBc of the building at fec = fec2 is relatively large, and before the vibration suppression device is installed. It can be seen that the vibration of the secondary natural frequency of the building cannot be appropriately suppressed.
以上のように、図11に示す比較例では、回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御(可変)できないことで、本実施形態の遮断振動数に対比される振動遮断機構の固有振動数が常に固定されているため、建物に入力されるそのときどきの地震動に応じて建物の振動を適切に抑制できないことが、分かる。 As described above, in the comparative example shown in FIG. 11, since the inertial mass of the rotary inertial mass damper cannot be controlled (variable), the natural frequency of the vibration isolation mechanism compared with the cutoff frequency of the present embodiment is always fixed. Therefore, it can be seen that the vibration of the building cannot be appropriately suppressed according to the current earthquake motion input to the building.
これに対して、上述した第1実施形態では、可変回転慣性質量ダンパ1を用いた同調制御処理を実行することで、建物Bに入力されるそのときどきの地震動に応じて、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdを適切に制御でき、ひいては、建物Bの所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できることが、分かる。
On the other hand, in the first embodiment described above, by executing the tuning control process using the variable rotation inertial
以上のように、第1実施形態によれば、図1〜図8を参照して説明したように、可変回転慣性質量ダンパ1が建物Bの所定層PFに設けられており、建物Bの振動に伴う上下の梁BU、BDの間の相対変位すなわち所定層PFの層間変位が、可変回転慣性質量ダンパ1に伝達される。伝達された層間変位は、可変回転慣性質量ダンパ1のシリンダ2、ピストン3、粘性流体HF、第1連通路5及び歯車モータMによって回転マス21の回転運動に変換され、それにより回転マス21が回転する。回転マス21の回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdは、歯車ポンプPを介して第2連通路6内の粘性流体HFの流量を調整することにより、連続的に変更される。
As described above, according to the first embodiment, as described with reference to FIGS. 1 to 8, the variable rotation inertia
また、図9を参照して説明したように、基礎側から建物Bに入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数fcpが算出される(ステップ2)。さらに、建物Bの振動中、所定層PFの剛性θsと慣性質量Mdによって定まる遮断振動数fcuが、算出された卓越周波数fcpに同調するように、より具体的には、fcuがfcpと同じになるように、歯車ポンプPを介して第2連通路6内の粘性流体HFの流量を調整することによって、回転マス21による慣性質量Mrを含む慣性質量Mdが制御される(ステップ3〜6)。これにより、遮断振動数fcuを卓越周波数fcpに同調させることによって、fcpの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfcpの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。
Further, as described with reference to FIG. 9, the dominant frequency fcp which is the frequency of the dominant frequency component of the vibrations input to the building B from the foundation side is calculated (step 2). Further, during vibration of the building B, more specifically, fcu is the same as fcp so that the cutoff frequency fcu determined by the rigidity θs of the predetermined layer PF and the inertial mass Md is synchronized with the calculated dominant frequency fcp. Thus, by adjusting the flow rate of the viscous fluid HF in the
また、第1流体室2d内の圧力が上限値に達したときには、第1リリーフ弁11が開弁することによって、第2流体室2e内の圧力が上限値に達したときには、第2リリーフ弁12が開弁することによって、上昇した第1及び第2流体室2d、2eの一方の圧力が他方に逃がされるので、その過大化が防止され、可変回転慣性質量ダンパ1のシリンダ2及びピストン3に作用する軸力を適切に制限することができる。
When the pressure in the
さらに、可変回転慣性質量ダンパ1は、基本的に、シリンダ2、ピストン3、第1及び第2連通路5、6を備え、歯車モータMを第1連通路5に設け、歯車ポンプPを第2連通路6に設けた構成であるので、ボールねじ機構や多数の部材から成る錘部保持機構などが必要である特開2016-151287号公報に開示された従来の可変回転慣性質量ダンパと比較して、構成が単純である。同じ理由から、ボールねじ機構、錘部保持機構及びアクチュエータがいずれもケーシング内に収容されるこの従来の可変回転慣性質量ダンパと比較して、組付けを容易に行えるとともに、調整やメンテナンスなどを行う際の作業性を向上させることができる。
Further, the variable rotational inertia
なお、第1実施形態では、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdを、遮断振動数fcuが卓越周波数fcpと同じになるように、制御しているが、fcuがfcpとほぼ同じになるように、制御してもよい。その場合には、前記式(10)における卓越周波数fcpに代えて、fcpに非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。
In the first embodiment, the inertial mass Md of the variable rotation inertial
次に、本発明の第2実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第1実施形態と比較して、可変回転慣性質量ダンパ1などのハード構成はまったく同じであり、図12に示す同調制御処理を実行する点のみが異なっている。第2実施形態による同調制御処理では、第1実施形態の場合と異なり、遮断振動数fcuが建物Bの後述する近傍固有振動数fnに同調するように、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdを制御するために、流量調整モータ31の動作が制御される。図12において、第1実施形態の同調制御処理(図9)と同じ実行内容については、同じステップ番号を付している。以下、図12を参照するとともに、第1実施形態のハード構成を援用しながら、同調制御処理について、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
Next, a vibration suppressing device according to a second embodiment of the present invention will be described. Compared with the first embodiment, this vibration suppressing device has the same hardware configuration as the variable rotation inertial
なお、同調制御処理では、第1実施形態の場合と同様、粘性流体HFによる慣性質量Mhを無視し、回転マス21による慣性質量Mrを可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdとみなして、流量調整モータ31の動作が制御される。
In the tuning control process, as in the first embodiment, the inertial mass Mh due to the viscous fluid HF is ignored, the inertial mass Mr due to the rotating
図12において、前記ステップ2に続くステップ11では、算出された卓越周波数fcpと、建物Bの所定の複数の固有振動数との関係に基づいて、近傍固有振動数fnを設定する。具体的には、卓越周波数fcpと、制御装置51の前記ROMに記憶された建物Bの所定の複数の固有振動数(1次〜x次モードの固有振動数)とを比較し、これらの複数の固有振動数のうち、卓越周波数fcpに最も近い固有振動数を、近傍固有振動数fnとして設定する。
In FIG. 12, in
例えば、卓越周波数fcpが建物Bの所定の1次モードの固有振動数(以下「1次固有振動数」という)を含む第1所定周波数範囲内にあるときには、近傍固有振動数fnは1次固有振動数に設定され、fcpが、建物Bの所定の2次モードの固有振動数(以下「2次固有振動数」という)を含む第2所定周波数範囲(>第1所定周波数範囲)内にあるときには、fnは2次固有振動数に設定される。このような近傍固有振動数fnの設定は、複数の固有振動数に対応してそれぞれ設定された複数の所定周波数範囲を用いて行われる。以上により、近傍固有振動数fnは、1次固有振動数が卓越周波数fcpに最も近いときには1次固有振動数に設定され、2次固有振動数が卓越周波数fcpに最も近いときには2次固有振動数に設定される。 For example, when the dominant frequency fcp is in the first predetermined frequency range including the natural frequency of the predetermined primary mode of the building B (hereinafter referred to as “primary natural frequency”), the nearby natural frequency fn is the primary natural frequency. Fcp is within a second predetermined frequency range (> first predetermined frequency range) including a natural frequency of a predetermined secondary mode of the building B (hereinafter referred to as “secondary natural frequency”). Sometimes fn is set to a secondary natural frequency. Such setting of the neighborhood natural frequency fn is performed using a plurality of predetermined frequency ranges respectively set corresponding to the plurality of natural frequencies. As described above, the near natural frequency fn is set to the primary natural frequency when the primary natural frequency is closest to the dominant frequency fcp, and is set to the secondary natural frequency when the secondary natural frequency is closest to the dominant frequency fcp. Set to
次いで、設定された近傍固有振動数fnと、可変回転慣性質量ダンパ1が設けられた建物Bの所定層PFの剛性θsを用い、次式(11)によって、本制御用の慣性質量Mdsを算出する(ステップ12)。この式(11)は、遮断振動数fcuを表す前記式(9)(fcu=sqrt(θs/Md)/2π)を、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdについて展開するとともに、MdをMdsに、fcuをfnに、それぞれ置き換えたものである。
Mds=θs/(fn・2π)2 ……(11)
Next, the inertia mass Mds for this control is calculated by the following equation (11) using the set near natural frequency fn and the rigidity θs of the predetermined layer PF of the building B where the variable rotation inertia
Mds = θs / (fn · 2π) 2 (11)
次に、前記ステップ4以降を実行することによって、ポンプ容積vm2の算出、流量調整モータ31の回転数nの算出、及び、回転数nに基づく駆動信号の出力による流量調整モータ31の駆動を行った後、今回の処理を終了する。
Next, by performing
このように流量調整モータ31を駆動することで、回転マス21による慣性質量Mrを含む可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdが、ステップ12で算出された慣性質量Mdsに制御されることによって、遮断振動数fcuが、近傍固有振動数fnと同じになるように制御される。また、ステップ1、2、11、12、及び4〜6を含む同調制御処理は、前述したように所定時間ごとに繰り返し実行される。
By driving the flow
以上のように、第2実施形態によれば、第1実施形態の場合と同様、建物Bの振動に伴って可変回転慣性質量ダンパ1に伝達された所定層PFの層間変位が、シリンダ2、ピストン3、粘性流体HF、第1連通路5及び歯車モータMによって回転マス21の回転運動に変換され、それにより回転マス21が回転する。回転マス21の回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdは、歯車ポンプPを介して第2連通路6内の粘性流体HFの流量を調整することにより、連続的に変更される。
As described above, according to the second embodiment, as in the case of the first embodiment, the interlayer displacement of the predetermined layer PF transmitted to the variable rotation inertial
また、図12を参照して説明したように、基礎側から建物Bに入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数fcpが算出され(ステップ2)、建物Bの振動中、建物Bの所定の複数の固有振動数のうち、算出された卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fcuが同調するように、慣性質量Mdが制御される(ステップ11、12、4〜6)。このように、建物Bの複数の固有振動数のうちの、入力振動の卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fcuを同調させることによって、fnの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfnの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動(共振)を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。 Further, as described with reference to FIG. 12, the dominant frequency fcp, which is the frequency of the dominant frequency component of the vibrations input from the foundation side to the building B, is calculated (step 2), and the building B is vibrating. The inertial mass Md is controlled so that the cutoff frequency fcu is tuned to the nearby natural frequency fn closest to the calculated dominant frequency fcp among the predetermined plurality of natural frequencies of the building B (step 11). 12, 4-6). In this way, by synchronizing the cutoff frequency fcu with the nearby natural frequency fn closest to the dominant frequency fcp of the input vibration among the plurality of natural frequencies of the building B, the predetermined layer PF of the predetermined layer PF due to the vibration of fn is obtained. The deformation can be increased, and the transmission of the vibration of fn to the upper layer of the predetermined layer PF of the building B can be cut off. As a result, the vibration (resonance) of the upper layer can be appropriately suppressed. In this case, since the predetermined layer PF is set as the lowermost layer of the building B, it is possible to effectively obtain an effect that the vibration of the layer above the predetermined layer PF can be appropriately suppressed.
なお、第2実施形態では、可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdを、遮断振動数fcuが近傍固有振動数fnと同じになるように、制御しているが、fcuがfnとほぼ同じになるように、制御してもよい。その場合には、前記式(11)における近傍固有振動数fnに代えて、fnに非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。
In the second embodiment, the inertial mass Md of the variable rotational inertial
また、第1及び第2実施形態では、第1及び第2連通路5、6を、シリンダ2に直接、接続しているが、第2連通路6の両端部を第1連通路5の途中に、歯車モータMをまたぐように並列に接続してもよい(本出願人による特願2016-202281号の図7参照)。また、第1及び第2実施形態では、本発明における流動変換機構として、歯車モータMを用いているが、粘性流体HFの流動を回転運動に変換できる他の適当な機構、例えば、本出願人による特許第5191579号の図5などに記載されたスクリュー機構や、本出願人による特許第5161395号の図2などに記載されたピストンがナットに一体に設けられたボールねじ、あるいは、ベーンモータやプランジャモータ(ピストンモータ)などを用いてもよい。流動変換機構としてこのボールねじを用いる場合には、連通路におけるピストンが移動する部分を、シリンダ状に形成してもよいことは、もちろんである。
In the first and second embodiments, the first and
さらに、第1及び第2実施形態では、本発明における流量調整機構を構成する電動ポンプとして、歯車ポンプPを用いているが、他の適当な電動ポンプ、例えば、ベーンポンプやプランジャポンプ(ピストンポンプ)などを用いてもよい。また、第1及び第2実施形態では、流量調整機構として、歯車ポンプPを用いているが、第2連通路6を流動する粘性流体HF(作動流体)の流量を調整可能な他の適当な機構、例えば、開度の変更によって作動流体の流量を調整する流量調整弁を用いてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the gear pump P is used as the electric pump constituting the flow rate adjusting mechanism in the present invention. However, other appropriate electric pumps such as a vane pump and a plunger pump (piston pump) are used. Etc. may be used. In the first and second embodiments, the gear pump P is used as the flow rate adjusting mechanism, but other appropriate flow rate adjusting fluid flow rate of the viscous fluid HF (working fluid) flowing through the
さらに、第1及び第2実施形態では、本発明における作動流体として、シリコンオイルで構成された粘性流体HFを用いているが、作動油や粘性を有する他の適当な流体を用いてもよい。また、第1及び第2実施形態では、ピストン3に第1及び第2リリーフ弁11、12を設けているが、これらを省略してもよい。
Furthermore, in 1st and 2nd embodiment, although the viscous fluid HF comprised with silicone oil is used as a working fluid in this invention, you may use other suitable fluid which has hydraulic oil and viscosity. In the first and second embodiments, the first and
さらに、第1及び第2実施形態(同調制御処理)では、粘性流体HFによる慣性質量Mhを無視し、回転マス21による慣性質量Mrを可変回転慣性質量ダンパ1の慣性質量Mdとみなして、流量調整モータ31の動作の制御を行っているが、慣性質量Mhを無視せずに、Md=Mr+Mhとして、当該制御を行ってもよい。この場合、前記ステップ4以降の処理では、式(10)又は(11)で算出された慣性質量Mdsから慣性質量Mhを減算した値が、慣性質量Mdsとして用いられる。また、第1及び第2実施形態に関してこれまでに述べたバリエーションを適宜、組み合わせて適用してもよいことは、もちろんである。
Further, in the first and second embodiments (tuning control processing), the inertial mass Mh due to the viscous fluid HF is ignored, the inertial mass Mr due to the rotating
次に、図13〜図16を参照しながら、本発明の第3実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第1実施形態と同様に建物B(図15参照)に適用されたものであり、図13に示す可変回転慣性質量ダンパ61と、図14に示す制御装置91、電源92及び地震計53を備えている。可変回転慣性質量ダンパ61は、後述する回転マス68、68が回転するのに伴って発生する慣性質量を2段階に変更可能に構成されており、図13に示すように、ケース状の本体部62と、本体部62内に収容された円筒状の内筒63及び外筒64と、本体部62に対して軸線方向(図13の左右方向)に移動自在に設けられたねじ軸65と、ねじ軸65に複数のボール(図示せず)を介して回転自在に螺合するナット66を有している。
Next, a vibration suppression device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This vibration suppression device is applied to the building B (see FIG. 15) as in the first embodiment. The variable rotation
本体部62は、筒状の筒壁62aと、筒壁62aの軸線方向の両端部にそれぞれ設けられた板状の第1端壁62b及び第2端壁62cを、一体に有しており、第1及び第2端壁62b、62cの互いに対向する面の各々には、スラスト軸受けBE1が取り付けられ、固定されている。これらの一対のスラスト軸受けBE1、BE1は、互いに同軸状に配置されている。第1端壁62bには、厚さ方向の外方に突出する凸部62dが一体に設けられており、凸部62dには、回転マス68、68の回転に伴って作用するトルクでは回転しない程度の摩擦を有する自在継手を介して、第1取付具FL1’が設けられている。また、第2端壁62cには、厚さ方向に貫通する挿入孔62eが形成されており、凸部62d及び挿入孔62eは、スラスト軸受けBE1、BE1と同軸状に配置されている。また、第1及び第2端壁62b、62cには、厚さ方向に貫通する支持孔62fが、上記の挿入孔62eと平行に並んで形成されており、支持孔62fには、ラジアル軸受けBE2が設けられている。
The
内筒63は、円筒状の周壁63aと、周壁63aの軸線方向の両端部にそれぞれ設けられた円板状の第1端壁63b及び第2端壁63cを、一体に有しており、本体部62内に、ナット66と同軸状に配置されている。第1端壁63bは本体部62の第1端壁62bの軸受けBE1に、第2端壁63cは本体部62の第2端壁62cの軸受けBE1に、それぞれ係合しており、それにより、内筒63は、軸受けBE1、BE1を介して本体部62に、その軸線を中心として回転自在に支持されており、本体部62に対して移動不能である。また、第2端壁63cの径方向の中央には、軸線方向に貫通する挿入孔(図示せず)が形成されている。外筒64は、円筒状に形成され、その内側に内筒63が同軸状に挿入されていて、ラジアル軸受け(図示せず)を介して内筒63に回転自在に支持されており、内筒63に対して軸線方向に移動不能である。
The
前記ねじ軸65は、ボール及びナット66とともにボールねじを構成している。また、ねじ軸65は、軸線方向に延びるとともに、内筒63に、その第2端壁63cの挿入孔に挿入された状態で、軸線方向に移動自在に部分的に収容されており、本体部62の第2端壁62cよりも外方に延びている。ねじ軸65の内筒63と反対側の端部には、回転マス68、68の回転に伴って作用するトルクでは回転しない程度の摩擦を有する自在継手を介して、第2取付具FL2’が設けられている。ナット66は、内筒63の第2端壁63cに同軸状に取り付けられ、本体部62の第2端壁62cの挿入孔62eに挿入されており、本体部62に対して、内筒63と一体に回転自在である。
The
以上の構成により、ねじ軸65が本体部62に対して軸線方向に移動すると、この移動が上記のボールねじで回転運動に変換される結果、ナット66及び内筒63が回転する。
With the above configuration, when the
また、可変回転慣性質量ダンパ61は、内筒63と外筒64の間を接続/遮断するためのクラッチ67と、一対の回転マス68、68と、外筒64の回転を変速した状態で回転マス68、68に伝達するための変速機構69をさらに備えている。クラッチ67は、例えば摩擦クラッチであり、内筒63に取り付けられたインナーと、外筒64に取り付けられたアウターと、電磁式のアクチュエータ67a(図14参照)を有している。アクチュエータ67aは、制御装置91を介して電源92に接続されており、クラッチ67の接続/遮断は、アクチュエータ67aを介して、制御装置91により制御される。クラッチ67が接続された状態で、ねじ軸65が本体部62に対して移動するのに伴ってナット66及び内筒63が回転すると、外筒64は内筒63と一体に回転する。なお、アクチュエータ67aとして油圧式のものを用いてもよい。また、クラッチ67として、他の適当なクラッチ、例えば電磁パウダークラッチなどを用いてもよい。
The variable rotation
各回転マス68は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、円板状に形成されており、その厚さが比較的大きく、一対の回転マス68、68の一方は、変速機構69の後述する回転軸70の一端部に、他方は回転軸70の他端部に、それぞれ同軸状に一体に設けられている。なお、一対の回転マス68、68の一方を省略してもよいことは、もちろんである。
Each
変速機構69は、いわゆる平行軸式の有段変速機構であって、本体部62の前述した挿入孔62f、62fにラジアル軸受けBE2、BE2を介して挿入された回転軸70と、互いに並列に設けられた第1ギヤ列71及び第2ギヤ列72と、シンクロメッシュ機構(同期噛合い機構)73などで構成されており、2段の変速段を有している。回転軸70は、ラジアル軸受けBE2、BE2を介して本体部62に回転自在に支持されており、外筒64と平行に延びている。第1及び第2ギヤ列71、72ならびにシンクロメッシュ機構73は、本体部62内に収容されている。
The
第1ギヤ列71は、互いに噛み合う第1ギヤ71a及び第2ギヤ71bで構成されており、前者71aは外筒64に同軸状に一体に設けられ、後者71bは、回転軸70に同軸状に回転自在に設けられている。また、第2ギヤ列72は、互いに噛み合う第3ギヤ72a及び第4ギヤ72bで構成されており、前者72aは外筒64に同軸状に一体に設けられ、後者72bは、回転軸70に同軸状に回転自在に設けられている。第1〜第4ギヤ71a、71b、72a、72bの歯数の設定については後述する。
The
シンクロメッシュ機構73は、第2ギヤ71b及び第4ギヤ72bを回転軸70に選択的に接続/遮断するためのものであり、環状に形成されるとともに内歯が設けられたスリーブ73aや、スリーブ73aに連結されたシフトフォーク73b、シフトフォーク73bを介してスリーブ73aを駆動する電磁式のアクチュエータ73c(図14参照)、第2及び第4ギヤ71b、72bの各々に一体に設けられたクラッチギヤ(図示せず)などを有している。シンクロメッシュ機構73は、車両用の有段変速機構に用いられるような周知のものであるので、その構成及び動作について簡単に説明する。
The
スリーブ73aは、回転軸70に回転不能かつ軸線方向に移動自在に設けられており、第2ギヤ71bと第4ギヤ72bの間に配置されている。シンクロメッシュ機構73では、スリーブ73aが図13に示す中立位置にあるときには、第2及び第4ギヤ71b、72bと回転軸70との間は、遮断された状態にある。また、アクチュエータ73cによりスリーブ73aが中立位置から第2ギヤ71b側に駆動されると、スリーブ73aは、第2ギヤ71b及び回転軸70の回転を互いに同期させながら第2ギヤ71b側に移動し、スリーブ73aの内歯が第2ギヤ71bと一体のクラッチギヤと噛み合うことによって、第2ギヤ71bが回転軸70に接続されるとともに、第4ギヤ72bと回転軸70の間が遮断される。
The
一方、アクチュエータ73cによりスリーブ73aが中立位置から第4ギヤ72b側に駆動されると、スリーブ73aは、第4ギヤ72b及び回転軸70の回転を互いに同期させながら第4ギヤ72b側に移動し、スリーブ73aの内歯が第4ギヤ72bと一体のクラッチギヤと噛み合うことによって、第4ギヤ72bが回転軸70に接続されるとともに、第2ギヤ71bと回転軸70の間が遮断される。
On the other hand, when the
アクチュエータ73cは、制御装置91を介して電源92に接続されており、シンクロメッシュ機構73による第2及び第4ギヤ71b、72bの回転軸70への選択的な接続/遮断は、アクチュエータ73cを介して、制御装置91により制御される。これにより、外筒64の回転を回転マス68、68に伝達するための変速機構69のギヤ列として、第1及び第2ギヤ71a、71bから成る第1ギヤ列71と、第3及び第4ギヤ72a、72bから成る第2ギヤ列72の一方が選択される。
The
また、図15に示すように、可変回転慣性質量ダンパ61の第1取付具FL1’及び第2取付具FL2’は、第1実施形態で説明した第1連結部材EN1及び第2連結部材EN2にそれぞれ取り付けられている。これにより、可変回転慣性質量ダンパ61の本体部62及びねじ軸65はそれぞれ、第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して、下梁BD及び上梁BUに連結されており、可変回転慣性質量ダンパ61は、建物Bの所定層PFに設けられるとともに、上下の梁BU、BDの間に水平に延びている。この所定層PFは、第1実施形態の場合と同様、例えば建物Bの最下層である。なお、図15では便宜上、一部の構成要素の図示を省略している。
Further, as shown in FIG. 15, the first fixture FL1 ′ and the second fixture FL2 ′ of the variable rotation
次に、可変回転慣性質量ダンパ61の動作について説明する。建物Bが振動するのに伴い、上下の梁BU、BDの間に水平方向の相対変位(所定層PFの層間変位)が発生すると、この相対変位が、第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して、本体部62及びねじ軸65に外力として伝達されることにより、ねじ軸65が、本体部62に対して軸線方向に移動する。このねじ軸65の移動は、ナット66により回転運動に変換され、ナット66は、内筒63と一緒に本体部62に対して回転する。
Next, the operation of the variable rotation
この場合、クラッチ67で内筒63と外筒64の間が接続されるとともに、シンクロメッシュ機構73で第1ギヤ列71が選択されているときには、内筒63の回転が、外筒64、第1及び第2ギヤ71a、71bを介して、両ギヤ71a、71bのギヤ比に基づく所定の第1変速比(第2ギヤ71bの歯数/第1ギヤ71aの歯数)で変速された状態で、回転軸70に伝達され、さらに回転マス68、68に伝達される。これにより、回転マス68、68が回転する結果、回転マス68、68の回転に起因する慣性質量による慣性力が発生する。
In this case, when the clutch 67 connects between the
一方、クラッチ67で内筒63と外筒64の間が接続され、シンクロメッシュ機構73で第2ギヤ列72が選択されているときには、内筒63の回転が、外筒64、第3及び第4ギヤ72a、72bを介して、両ギヤ72a、72bのギヤ比に基づく所定の第2変速比(第4ギヤ72bの歯数/第3ギヤ72aの歯数)で変速された状態で、回転軸70に伝達され、さらに回転マス68、68に伝達される。これにより回転マス68、68が回転する結果、回転マス68、68の回転に起因する慣性質量による慣性力が発生する。
On the other hand, when the
なお、シンクロメッシュ機構73で選択されるギヤ列が第1ギヤ列71と第2ギヤ列72の間で変更され、変速機構69の変速比が第1変速比と第2変速比の間で切り替えられるときには、まず、クラッチ67で内筒63と外筒64の間が遮断された後、その状態でギヤ列の変更が行われ、変更されたギヤ列のギヤの回転軸70への接続が完了した後に、クラッチ67で内筒63と外筒64の間が接続される。
The gear train selected by the
また、第1ギヤ列71が選択されているときには、ねじ軸65に作用する回転マス68、68による慣性質量Md’(等価質量)は、次式(12)で表される。
Md’={2π/(Ld×R1)}2×md’×D’2/8 ……(12)
ここで、R1は、上記の第1変速比(第2ギヤ71bの歯数/第1ギヤ71aの歯数)であり、Ldはねじ軸65のピッチ、md’は回転マス68、68の実質量、D’は回転マス68の径である。
When the
Md '= {2π / (Ld × R1)} 2 × md' × D '2/8 ...... (12)
Here, R1 is the first gear ratio (the number of teeth of the
一方、慣性質量Md’は、第2ギヤ列72が選択されているときには、次式(13)で表される。
Md’={2π/(Ld×R2)}2×md’×D’2/8 ……(13)
ここで、R2は、前記第2変速比(第4ギヤ72bの歯数/第3ギヤ72aの歯数)である。
On the other hand, the inertial mass Md ′ is expressed by the following equation (13) when the
Md '= {2π / (Ld × R2)} 2 × md' × D '2/8 ...... (13)
Here, R2 is the second gear ratio (the number of teeth of the
これらの式(12)及び(13)から明らかなように、可変回転慣性質量ダンパ61の慣性質量Md’は、第1及び第2ギヤ列71、72の一方を選択し、変速機構69の変速比を変化させることによって、2段階に変更される。
As is clear from these equations (12) and (13), the inertial mass Md ′ of the variable rotation inertial
次に、第1〜第4ギヤ71a〜72bの歯数の設定について説明する。可変回転慣性質量ダンパ61の慣性質量Md’と建物Bの所定層PFの剛性θsによって定まる遮断振動数fcu’は、次式(14)で表される。
fcu’=sqrt(θs/Md’)/2π ……(14)
Next, setting of the number of teeth of the first to
fcu ′ = sqrt (θs / Md ′) / 2π (14)
第1及び第2ギヤ71a、71bの歯数は、第1ギヤ列71が選択され、変速機構69の変速比として第1変速比R1が選択されているときに、遮断振動数fcu’が例えば建物Bの1次固有振動数(1次モードの固有振動数)f1に同調するように(例えば、fcu’=f1又はfa≒f1になるように)、設定されている。より具体的には、上記式(12)及び(14)に基づいて、第1変速比R1、1次固有振動数f1、ねじ軸65のピッチLd、回転マス68、68の実質量md’、回転マス68の径D’、ならびに、所定層PFの剛性θsの間に、次式(15)が成立するように、第1及び第2ギヤ71a、71bの歯数は設定されている。
R1={(2π2×f1×D’)/Ld}×sqrt{md’/(2θs)}
……(15)
As for the number of teeth of the first and
R1 = {(2π 2 × f1 × D ′) / Ld} × sqrt {md ′ / (2θs)}
...... (15)
なお、上記式(15)は、fcu’=f1になるように第1及び第2ギヤ71a、71bの歯数を設定する場合の例であるが、fcu’≒f1になるように設定する場合には、上記の式(15)の1次固有振動数f1に代えて、f1に非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。
The above formula (15) is an example of setting the number of teeth of the first and
また、第3及び第4ギヤ72a、72bの歯数は、第2ギヤ列72が選択され、変速機構69の変速比として第2変速比R2が選択されているときに、遮断振動数fcu’が例えば建物Bの2次固有振動数(2次モードの固有振動数)f2に同調するように(例えば、fcu’=f2又はfcu’≒f2になるように)、設定されている。より具体的には、上記式(13)及び(14)に基づいて、第2変速比R2、2次固有振動数f2、ねじ軸65のピッチLd、回転マス68、68の質量md’、回転マス68の径D’、ならびに、所定層PFの剛性θsの間に、次式(16)が成立するように、第3及び第4ギヤ72a、72bの歯数は設定されている。
R2={(2π2×f2×D’)/Ld}×sqrt{md’/(2θs)}
……(16)
Further, the number of teeth of the third and
R2 = {(2π 2 × f2 × D ′) / Ld} × sqrt {md ′ / (2θs)}
...... (16)
なお、上記式(16)は、fcu’=f2になるように第3及び第4ギヤ72a、72bの歯数を設定する場合の例であるが、fcu’≒f2になるように設定する場合には、上記の式(16)の2次固有振動数f2に代えて、f2に非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。
The above equation (16) is an example of setting the number of teeth of the third and
なお、第1及び第2変速比R1、R2はいずれも、値1.0よりも小さな高速側の変速比に設定されており、それにより、可変回転慣性質量ダンパ61の慣性質量Md’は、前記式(12)及び(13)から明らかなように、回転マス68、68の実質量md’よりも大きく増大される。
Note that the first and second speed ratios R1 and R2 are both set to a speed ratio on the high speed side that is smaller than the value 1.0, whereby the inertial mass Md ′ of the variable rotation inertial
前記制御装置91及び電源92は、第1実施形態の制御装置51及び電源52とそれぞれ同様に構成されており、制御装置91には、地震計53で計測された、基礎側から建物Bに入力される振動(地震動)を表す計測信号が入力される。制御装置91は、入力された計測信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムに従って、図16に示す同調制御処理を、所定時間ごとに繰り返し実行する。
The
この同調制御処理は、遮断振動数fcu’が後述する近傍固有振動数fnに同調するように、慣性質量Md’を制御するために、変速機構69の変速比を設定するものである。図16では、第1実施形態の同調制御処理(図9)と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。以下、図16を参照しながら、同調制御処理について、第1実施形態と異なる実行内容の部分を中心に説明する。
In this tuning control process, the gear ratio of the
図16の前記ステップ2に続くステップ21では、算出された卓越周波数fcpと建物Bの1次及び2次固有振動数f1、f2との関係に基づいて、近傍固有振動数fnを設定する。この場合、近傍固有振動数fnは、第2実施形態の場合(図12のステップ11)と異なり、次のようにして設定される。すなわち、卓越周波数fcpが1次固有振動数f1に所定値を加算した値よりも小さいときには、1次及び2次固有振動数f1、f2のうち、1次固有振動数f1が卓越周波数数fcpに最も近いとして、近傍固有振動数fnを1次固有振動数f1に設定する。一方、卓越周波数fcpが1次固有振動数f1に所定値を加算した値以上であるときには、1次及び2次固有振動数f1、f2のうち、2次固有振動数f2が卓越周波数数fcpに最も近いとして、近傍固有振動数fnを2次固有振動数f2に設定する。
In
次いで、近傍固有振動数fnに基づいて、変速機構69の変速比を設定し(ステップ22)、今回の処理を終了する。このステップ22では、近傍固有振動数fnが1次固有振動数f1に設定されているときには、遮断振動数fcu’を建物Bの1次固有振動数f1に同調させるために、変速機構69の変速比は第1変速比R1に設定(制御)される。また、近傍固有振動数fnが2次固有振動数f2に設定されているときには、遮断振動数fcu’を建物Bの2次固有振動数f2に同調させるために、変速機構69の変速比は第2変速比R2に設定(制御)される。これに伴い、設定された変速比に従って、アクチュエータ67a、73cの動作が制御される。なお、ステップ1、2、21及び22を含む同調制御処理は、前述したように所定時間ごとに繰り返し実行される。
Next, based on the near natural frequency fn, the transmission ratio of the
以上のように、第3実施形態によれば、図13〜図15を参照して説明したように、可変回転慣性質量ダンパ61が建物Bの所定層PFに設けられており、建物Bの振動に伴う上下の梁BU、BDの間の相対変位すなわち所定層PFの層間変位が、可変回転慣性質量ダンパ61に伝達される。伝達された層間変位は、ねじ軸65及びナット66を含むボールねじによって回転動力に変換され、変換された回転動力は、有段式の変速機構69によって、所定の第1及び第2変速比R1、R2から選択した1つの変速比で変速した状態で回転マス68、68に伝達され、それにより回転マス68、68が回転する。回転マス68、68の回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパ61の慣性質量Md’は、変速機構69の変速比を変化させることによって、2段階に変更される。
As described above, according to the third embodiment, as described with reference to FIGS. 13 to 15, the variable rotation
また、第1及び第2変速比R1、R2は、建物Bの振動中、第1及び第2変速比R1、R2がそれぞれ選択されている場合に得られる遮断振動数fcu’が建物Bの1次及び2次固有振動数f1、f2にそれぞれ同調するように、設定されている。さらに、図16を参照して説明したように、卓越周波数fcp(基礎側から建物Bに入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数)が算出され(ステップ2)、建物Bの振動中、近傍固有振動数fn(建物Bの1次及び2次固有振動数f1、f2のうちの、卓越周波数fcpに最も近い固有振動数)に遮断振動数fcu’が同調するように、慣性質量Md’が制御される(ステップ21及び22)。
The first and second transmission ratios R1 and R2 are set so that the cut-off frequency fcu ′ obtained when the first and second transmission ratios R1 and R2 are selected during the vibration of the building B is 1 for the building B. It is set so as to be tuned to the secondary and secondary natural frequencies f1 and f2, respectively. Further, as described with reference to FIG. 16, the dominant frequency fcp (the frequency of the dominant frequency component of the vibrations input to the building B from the foundation side) is calculated (step 2), and the building B is being vibrated. , The inertial mass Md so that the cut-off frequency fcu ′ is tuned to the near natural frequency fn (the natural frequency closest to the dominant frequency fcp of the primary and secondary natural frequencies f1 and f2 of the building B). 'Is controlled (
このように、建物Bの複数の固有振動数のうちの、基礎側からの入力振動の卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fcu’を同調させることによって、fnの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfnの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動(共振)を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。 In this way, by synchronizing the cutoff frequency fcu ′ with the nearby natural frequency fn closest to the dominant frequency fcp of the input vibration from the foundation side among the plurality of natural frequencies of the building B, the vibration of fn The deformation of the predetermined layer PF due to the above can be increased, and the transmission of the vibration of fn to the upper layer of the predetermined layer PF of the building B can be cut off. As a result, the vibration (resonance) of the upper layer can be appropriately suppressed. it can. In this case, since the predetermined layer PF is set as the lowermost layer of the building B, it is possible to effectively obtain an effect that the vibration of the layer above the predetermined layer PF can be appropriately suppressed.
次に、図17を参照しながら、本発明の第4実施形態による振動抑制装置の可変回転慣性質量ダンパ101について説明する。この可変回転慣性質量ダンパ101は、上述した第3実施形態と比較して、回転マス102、102の構成と、各回転マス102と回転軸70の間に摩擦材103が設けられていることが、異なっている。図17において、第3実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第3実施形態と異なる点を中心に説明する。
Next, a variable rotation inertia
回転マス102は、第3実施形態の回転マス68と比較して、その軸線方向に貫通する嵌合孔102aが形成されている点のみが異なっている。上記の摩擦材103は、摩擦係数が比較的安定している材料、例えばテフロン(登録商標)などで構成され、環状に形成されるとともに回転軸70の両端部にそれぞれ取り付けられており、回転マス102の嵌合孔102aに嵌合している。この嵌合によって、回転マス102は回転軸70に連結されている。摩擦材103の摩擦係数は、建物Bの振動が非常に大きいことで回転マス102の回転トルクが非常に大きくなったときに、回転マス102が摩擦材103に対して滑るように、設定されている。なお、摩擦材103を、環状に形成せずに、回転軸70の周面に不連続に取り付けてもよい。
The rotating
また、回転軸70における回転マス102の軸線方向の両側にはそれぞれ、フランジ70aが一体に設けられており、回転マス102は、これらのフランジ70a、70aに挟み込まれている。
Further,
なお、図示しないものの、可変回転慣性質量ダンパ101は、第1〜第3実施形態の場合と同様にして、第1及び第2連結部材EN1、EN2をそれぞれ介して建物Bの下梁BD及び上梁BUに連結されている(図15参照)。
Although not shown, the variable rotation inertial
以上のように、第4実施形態によれば、摩擦材103が、回転軸70に取り付けられており、回転マス102は、その嵌合孔102aに摩擦材103が嵌合することにより、摩擦材103を介して回転軸70に連結されている。また、摩擦材103の摩擦係数が上述したように設定されているので、建物Bの振動が非常に大きいことで回転マス102の回転トルクが非常に大きくなったときに、回転マス102が摩擦材103に対して滑り、それにより、回転マス102、102の回転に伴って発生する慣性質量による慣性力を制限することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the
なお、建物Bの振動中、回転マス102、102の回転に伴って発生する慣性質量による慣性力の制限を、クラッチ67を遮断することによって行ってもよい。
In addition, during the vibration of the building B, the inertial force may be limited by the inertial mass generated with the rotation of the
なお、第3及び第4実施形態では、回転軸70への第2及び第4ギヤ71b、72bの接続/遮断を行う単一のシンクロメッシュ機構73を用いているが、互いに別個に設けられた第2ギヤ71b用及び第4ギヤ72b用のシンクロメッシュ機構を用いてもよい。また、第3及び第4実施形態では、第1ギヤ71aを外筒64に一体に、第2ギヤ71bを回転軸70に回転自在に、それぞれ設けているが、これとは逆に、第1ギヤ71aを外筒64に回転自在に、第2ギヤ71bを回転軸70に一体に、それぞれ設けてもよい。このことは、第3及び第4ギヤ72a、72bについても、同様に当てはまる。
In the third and fourth embodiments, the
さらに、第3及び第4実施形態では、変速機構69の変速段の段数は、2であるが、3以上でもよい。その場合、3段以上の複数の変速比が、これらの各々に対応してそれぞれ得られる複数の遮断振動数fcu’が建物Bの3次モード以上の複数の固有振動数にそれぞれ対応して同調するように、設定される。また、第3及び第4実施形態では、変速機構69は、平行軸式の有段変速機構であるが、他の適当な有段変速機構、例えば、車両などで用いられている遊星歯車装置や、ブレーキ、クラッチの組み合わせで構成された有段変速機構でもよい。
Furthermore, in the third and fourth embodiments, the number of shift stages of the
さらに、第4実施形態では、摩擦材103を、回転軸70に取り付けるとともに、回転マス102の嵌合孔102aに嵌合させているが、回転マスの嵌合孔の内周面に摩擦材を取り付けるとともに、摩擦材の内側に回転軸を嵌合させてもよい。あるいは、摩擦材を、回転軸及び嵌合孔の内周面のいずれにも取り付けずに(固定せずに)、両者の間に嵌合させてもよい。その場合、回転マスに、その径方向に貫通するとともに嵌合孔に連通する複数の収容孔を形成し、各収容孔に摩擦材に接触するスプリングを設けるとともに、回転マスの径方向の外方から収容孔にねじをねじ込むことで、スプリングの圧縮度合を変化させ、それにより回転軸及び嵌合孔の内周面に対する摩擦材の嵌合度合(摩擦係数)を調整してもよい。
Furthermore, in 4th Embodiment, while attaching the
次に、図18〜図21を参照しながら、本発明の第5実施形態による振動抑制装置について説明する。図18は、この振動抑制装置の可変回転慣性質量ダンパ111を示しており、可変回転慣性質量ダンパ111は、第3実施形態と比較して、外筒64及びクラッチ67が設けられていないことと、変速機構112の構成が異なっている。図18〜図20において、第1〜第3実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第1〜第3実施形態と異なる点を中心に説明する。
Next, a vibration suppression apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 18 shows the variable rotation inertia
図18に示す可変回転慣性質量ダンパ111の変速機構112は、変速比を無段階に変更可能な金属ベルト式の無段変速機構であり、車両などで用いられるような周知のものであるので、以下、その構成及び動作について簡単に説明する。変速機構112は、駆動プーリ113、従動プーリ114、伝達ベルト115、第1電磁弁116、及び第2電磁弁117(図19参照)などで構成されており、駆動プーリ113は、互いに対向する円錐台形状の固定部113a及び可動部113bを有している。
The
固定部113aは、内筒63の周壁63aに固定されており、可動部113bは、内筒63の周壁63aに、その軸線方向に移動可能でかつ相対的に回転不能に設けられている。また、固定部113aと可動部113bの間には、伝達ベルト115を巻き掛けるためのV字状のベルト溝が形成されている。可動部113bには、油圧ポンプ(図示せず)が接続されており、油圧ポンプから可動部113bに供給される油圧は、第1電磁弁116の開度を変更することによって、調整される。これにより、駆動プーリ113のプーリ幅が変更されることによって、駆動プーリ113の有効径が無段階に変化する。図19に示すように、第1電磁弁116は、後述する制御装置121を介して電源122に接続されている。
The fixed
従動プーリ114は、上記駆動プーリ113と同様に構成されており、互いに対向する円錐台形状の固定部114a及び可動部114bを有している。固定部114aは、回転軸70に固定されており、可動部114bは、回転軸70に、その軸線方向に移動可能にかつ回転不能に設けられている。また、固定部114aと可動部114bの間には、V字状のベルト溝が形成されている。可動部114bには、油圧ポンプ(図示せず)が接続されており、油圧ポンプから可動部114bに供給される油圧は、第2電磁弁117の開度を変更することによって、調整される。これにより、従動プーリ114のプーリ幅が変更されることによって、従動プーリ114の有効径が無段階に変化する。図19に示すように、第2電磁弁117は、制御装置121を介して電源122に接続されている。
The driven
伝達ベルト115は、金属板で構成された多数のエレメントを互いに重ね合わせた状態で帯状の金属リングで連結したものであり、駆動プーリ113及び従動プーリ114のベルト溝に巻き掛けられている。
The
以上の構成の変速機構112では、制御装置121により第1及び第2電磁弁116、117の開度が制御されることによって、駆動プーリ113及び従動プーリ114の有効径が無段階に変化する結果、その変速比が無段階に制御される。変速機構112の変速比は、いずれも値1.0よりも小さな第1上限変速比と第2下限変速比の間で、無段階に変更可能である。
In the
また、図20に示すように、可変回転慣性質量ダンパ111は、第1〜第3実施形態の場合と同様にして、第1及び第2連結部材EN1、EN2をそれぞれ介して建物Bの下梁BD及び上梁BUに連結されており、所定層PFに設けられている。なお、図20では便宜上、一部の構成要素及び符号の図示を省略している。
Further, as shown in FIG. 20, the variable rotary
次に、可変回転慣性質量ダンパ111の動作について説明する。建物Bの振動に伴って上下の梁BU、BDの間で相対変位(所定層PFの層間変位)が発生すると、この相対変位が本体部62及びねじ軸65に伝達されることによって、ねじ軸65が、本体部62に対して軸線方向に移動する。このねじ軸65の移動は、ナット66により回転運動に変換され、ナット66は、内筒63と一緒に本体部62に対して回転する。内筒63の回転は、変速機構112で変速された状態で回転軸70に伝達され、さらに回転マス68、68に伝達される。これにより、回転マス68、68が回転する結果、回転マス68、68の回転に起因する慣性質量Md’による慣性力が発生する。
Next, the operation of the variable rotation inertia
この場合、変速機構112は、第3実施形態の変速機構69と異なり、その変速比を無段階に変更可能であるため、可変回転慣性質量ダンパ111では、変速機構112の変速比を変化させることによって、慣性質量Md’を連続的に変更可能である。
In this case, unlike the
制御装置121及び電源122は、第1実施形態の制御装置51及び電源52とそれぞれ同様に構成されており、地震計53で計測された、基礎側から建物Bに入力される振動(地震動)を表す計測信号が入力される。図19に示すように、制御装置121にはさらに、第1回転数センサ123から駆動プーリ113の回転数を表す検出信号が、第2回転数センサ124から従動プーリ114の回転数を表す検出信号が、入力される。制御装置121は、第1及び第2回転数センサ123、124から入力された検出信号に基づいて、変速機構112の変速比(駆動プーリ113の回転数/従動プーリ114の回転数)を算出する。
The
また、制御装置121は、入力された計測信号や検出信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムに従って、図21に示す同調制御処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。この同調制御処理は、前記式(14)で表される遮断振動数fcu’が第1実施形態で説明した卓越周波数fcpに同調するように、可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’を制御するために、変速機構112の変速比を設定するものである。図21では、第1実施形態の同調制御処理(図9)と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。図21と図9との比較から明らかなように、第1実施形態と比較して、前記ステップ3〜6に代えて、ステップ31を実行する点のみが異なっているため、以下、このステップ31の実行内容についてのみ説明する。
Further, the
ステップ31では、算出された卓越周波数fcpに基づいて、変速機構112の変速比を設定(制御)し、今回の処理を終了する。具体的には、まず、卓越周波数fcpに基づき、前記式(15)や(16)に基づく次式(17)によって、目標変速比Rcmdを算出する。次に、目標変速比Rcmdに基づく駆動信号を出力することによって、第1及び第2電磁弁116、117の開度を制御する。これにより、変速比が、算出された目標変速比Rcmdになるように制御される。
Rcmd={(2π2×fcp×D’)/Ld}×sqrt{md’/(2θs)}
……(17)
In
Rcmd = {(2π 2 × fcp × D ′) / Ld} × sqrt {md ′ / (2θs)}
...... (17)
この式(17)における回転マス68の径D’、ねじ軸65のピッチLd、回転マス68、68の実質量md’及び所定層PFの剛性θsはいずれも、所定値であり、制御装置121のROMに記憶されており、ステップ31においてROMから読み出される。また、上記の駆動信号は、変速比が目標変速比Rcmdになるように実験などによって予め求められるとともに、ROMに記憶されている。
In this equation (17), the diameter D ′ of the
式(15)〜(17)から明らかなように、上述したように変速比を設定することによって、遮断振動数fcu’が卓越周波数fcpと同じになるように、可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’が制御される。また、同調制御処理では、前述したように、ステップ1、2及び31を含む処理が、所定時間ごとに繰り返し実行される。
As is apparent from the equations (15) to (17), by setting the speed change ratio as described above, the inertia of the variable rotational inertia
以上のように、第5実施形態によれば、図18〜図20を参照して説明したように、可変回転慣性質量ダンパ111が建物Bの所定層PFに設けられており、建物Bの振動に伴う上下の梁BU、BDの間の相対変位すなわち所定層PFの層間変位が、可変回転慣性質量ダンパ111に伝達される。伝達された層間変位は、ねじ軸65及びナット66を含むボールねじによって回転動力に変換され、変換された回転動力は、無段式の変速機構112によって変速した状態で回転マス68、68に伝達され、それにより回転マス68、68が回転する。回転マス68、68の回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’は、変速機構112の変速比を変化させることによって、連続的に変更される。
As described above, according to the fifth embodiment, as described with reference to FIGS. 18 to 20, the variable rotation inertia
また、図21を参照して説明したように、卓越周波数fcp(基礎側から建物Bに入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数)が算出され(ステップ2)、建物Bの振動中、所定層PFの剛性θsと可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’によって定まる遮断振動数fcu’が、算出された卓越周波数fcpに同調するように、変速機構112の変速比を設定することによって、慣性質量Md’が制御される(ステップ31)。これにより、遮断振動数fcu’を卓越周波数fcpに同調させることによって、fcpの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfcpの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。
Further, as described with reference to FIG. 21, the dominant frequency fcp (the frequency of the dominant frequency component of the vibrations input to the building B from the foundation side) is calculated (step 2), and the building B is being vibrated. The transmission ratio of the
なお、第5実施形態では、慣性質量Md’を、遮断振動数fcu’が卓越周波数fcpと同じになるように、制御しているが、fcu’がfcpとほぼ同じになるように、制御してもよい。その場合には、前記式(17)における卓越周波数fcpに代えて、fcpに非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。 In the fifth embodiment, the inertial mass Md ′ is controlled so that the cutoff frequency fcu ′ is the same as the dominant frequency fcp. However, the inertial mass Md ′ is controlled so that the fcu ′ is substantially the same as fcp. May be. In that case, a value obtained by adding or subtracting a very small predetermined value to fcp is used instead of the dominant frequency fcp in the equation (17).
次に、本発明の第6実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第5実施形態と比較して、可変回転慣性質量ダンパ111などのハード構成はまったく同じであって、図22に示す同調制御処理を実行する点のみが異なっている。第6実施形態による同調制御処理では、第5実施形態の場合と異なり、遮断振動数fcu’が第2実施形態で説明した近傍固有振動数fnに同調するように、可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’を制御するために、変速機構112の変速比が設定される。図22において、第5実施形態の同調制御処理(図21)と同じ実行内容については、同じステップ番号を付している。以下、図22を参照するとともに、第5実施形態のハード構成を援用しながら、同調制御処理について、第5実施形態と異なる点を中心に説明する。
Next, a vibration suppression device according to a sixth embodiment of the present invention will be described. Compared with the fifth embodiment, this vibration suppressing device has the same hardware configuration as the variable rotation inertia
図22において、前記ステップ2の実行により卓越周波数fcpを算出した後には、前記ステップ11を実行することによって、近傍固有振動数fnを、第2実施形態で説明したように設定する。すなわち、卓越周波数fcpと建物Bの所定の複数の固有振動数(1次〜x次モードの固有振動数)とを比較し、これらの複数の固有振動数のうち、卓越周波数fcpに最も近い固有振動数を、近傍固有振動数fnとして設定する。これにより、近傍固有振動数fnは、建物Bの1次固有振動数(1次モードの固有振動数)が卓越周波数fcpに最も近いときには1次固有振動数に設定され、2次固有振動数(2次モードの固有振動数)が卓越周波数fcpに最も近いときには2次固有振動数に設定される。
In FIG. 22, after calculating the dominant frequency fcp by executing
次いで、設定された近傍固有振動数fnに基づいて、変速機構112の変速比を設定(制御)し(ステップ41)、今回の処理を終了する。このステップ41では、変速比は次のようにして設定される。すなわち、まず、近傍固有振動数fnに基づき、前記式(15)や(16)に基づく次式(18)によって、目標変速比Rcmdを算出する。次に、目標変速比Rcmdに基づく駆動信号を出力することによって、第1及び第2電磁弁116、117の開度を制御する。これにより、変速比が、算出された目標変速比Rcmdになるように制御される。
Rcmd={(2π2×fn×D’)/Ld}×sqrt{md’/(2θs)}
……(18)
Next, the speed ratio of the
Rcmd = {(2π 2 × fn × D ′) / Ld} × sqrt {md ′ / (2θs)}
...... (18)
式(15)、(16)及び(18)から明らかなように、上述したように変速比を設定することによって、遮断振動数fcu’が近傍固有振動数fnと同じになるように、可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’が制御される。また、同調制御処理では、前述したように、ステップ1、2、11及び41を含む処理が、所定時間ごとに繰り返し実行される。
As is clear from the equations (15), (16), and (18), by setting the gear ratio as described above, the variable rotation is performed so that the cutoff frequency fcu ′ becomes the same as the nearby natural frequency fn. The inertial mass Md ′ of the inertial
以上のように、第6実施形態によれば、第5実施形態の場合と同様、建物Bの振動に伴って可変回転慣性質量ダンパ111に伝達された所定層PFの層間変位が、ねじ軸65及びナット66を含むボールねじによって回転動力に変換され、変換された回転動力は、無段式の変速機構112によって変速した状態で回転マス68、68に伝達され、それにより回転マス68、68が回転する。回転マス68、68の回転に伴って発生する可変回転慣性質量ダンパ111の慣性質量Md’は、変速機構112の変速比を変化させることによって、連続的に変更される。
As described above, according to the sixth embodiment, as in the case of the fifth embodiment, the interlayer displacement of the predetermined layer PF transmitted to the variable rotation inertial
また、図22を参照して説明したように、卓越周波数fcp(基礎側から建物Bに入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数)が算出され(ステップ2)、建物Bの振動中、建物Bの所定の複数の固有振動数のうち、算出された卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fcu’が同調するように、慣性質量Md’が制御される(ステップ11、41)。このように、建物Bの複数の固有振動数のうちの、基礎側からの入力振動の卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fcu’を同調させることによって、fnの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfnの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動(共振)を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。
Further, as described with reference to FIG. 22, the dominant frequency fcp (frequency of the dominant frequency component of the vibrations input from the foundation side to the building B) is calculated (step 2), and the building B is being vibrated. The inertial mass Md ′ is controlled so that the cutoff frequency fcu ′ is tuned to the nearest natural frequency fn closest to the calculated dominant frequency fcp among the predetermined plurality of natural frequencies of the building B (
なお、第6実施形態では、慣性質量Md’を、遮断振動数fcu’が近傍固有振動数fnと同じになるように、制御しているが、fcu’がfnとほぼ同じになるように、制御してもよい。その場合には、前記式(18)における近傍固有振動数fnに代えて、fnに非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。 In the sixth embodiment, the inertial mass Md ′ is controlled so that the cutoff frequency fcu ′ is the same as the near natural frequency fn, but the fcu ′ is substantially the same as fn. You may control. In that case, a value obtained by adding or subtracting a very small predetermined value to fn is used instead of the near natural frequency fn in the equation (18).
また、第5及び第6実施形態では、第3及び第4実施形態の外筒64及びクラッチ67を省略しているが、これらを採用してもよく、その場合、駆動プーリ113の固定部113a及び可動部113bは、外筒64に設けられる。また、第5及び第6実施形態に関し、回転マス68、68及び回転軸70を第4実施形態で説明したように構成し、すなわち、各回転マスを、摩擦材を介して回転軸に連結してもよい。この場合にも、回転マス及び摩擦材に関し、上述したバリエーションを採用してもよいことは、もちろんである。さらに、第5及び第6実施形態では、変速機構112は、金属ベルト式の無段変速機構であるが、他の適当な無段変速機構、例えば、車両などで用いられているトラクションドライブ式(トロイダル式)の無段変速機構などでもよい。
Further, in the fifth and sixth embodiments, the
また、第3〜第6実施形態では、本発明における変換機構として、ねじ軸65及びナット66を含むボールねじを用いているが、伝達された構造物の変位を回転動力に変換する他の適当な機構、例えば、互いに噛み合うラック及びピニオンで構成された機構や、第1実施形態のシリンダ2、ピストン3、第1連通路5及び歯車モータMなどで構成された機構を用いてもよい。この場合、歯車モータMに代えて、前述した特許第5191579号のスクリュー機構などを用いてもよいことは、もちろんである。
In the third to sixth embodiments, a ball screw including a
次に、図23〜図26を参照しながら、本発明の第7実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第1実施形態と同様に建物B(図25参照)に適用されたものであり、図23に示す可変回転慣性質量ダンパ131と、図24に示す制御装置141、電源142及び地震計53を備えている。図23及び図25において、第1実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
Next, a vibration suppressing device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This vibration suppression device is applied to the building B (see FIG. 25) as in the first embodiment. The variable rotation inertia
図23と図1の比較から明らかなように、可変回転慣性質量ダンパ131は、第1実施形態の可変回転慣性質量ダンパ1と比較して、第2連通路6及び歯車ポンプPを備えていないことと、歯車モータMに代えて、可変容量型の流体圧モータ132を備えていることが、異なっている。
As is clear from the comparison between FIG. 23 and FIG. 1, the variable rotational inertia
流体圧モータ132は、例えば周知の斜板式の可変容量型油圧モータであるため、以下、その構成及び動作について簡単に説明する。流体圧モータ132は、回転軸132aや、アクチュエータ132b(図24参照)、斜板、シリンダブロック、ピストン、シュー(いずれも図示せず)などを有するとともに、第1連通路5の途中に設けられている。このシリンダブロックには、流入ポート及び流出ポートが設けられており、これらの流入ポートと流出ポートは、第1連通路5及びチェック弁(図示せず)などを介して第1及び第2流体室2d、2eに、互いに並列に接続されている。
Since the
流体圧モータ132では、この流入ポートに粘性流体HFが流入すると、流入した粘性流体HFの圧力エネルギが、上記のシリンダブロックや、ピストン、シュー、斜板により回転軸132aの回転エネルギに変換され、回転軸132aが回転する。斜板の傾転角は、アクチュエータ132bで連続的に変更されるように構成されており、斜板の傾転角の変更により、流体圧モータ132の押しのけ容積VM(回転軸132aの1回転当たりに押しのける幾何学的容積)が連続的に変更されることによって、同じ粘性流体HFの圧力に対する回転軸132aの回転量が連続的に変化する。
In the
アクチュエータ132bは、例えば電磁式のものであり、図24に示す制御装置141に接続されている。制御装置141は、前記制御装置51と同様、CPUや、RAM、ROM、I/Oインターフェースなどの組み合わせで構成されるとともに、電源142に接続されており、アクチュエータ132bを介して斜板の傾転角を変更することによって、流体圧モータ132の押しのけ容積VMを調整する。なお、アクチュエータ132bとして、流体圧式のものなどを用いてもよいことは、もちろんである。
The
また、回転軸132aには、前記回転マス21が同軸状に一体に設けられている。流体圧モータ132で粘性流体HFの圧力エネルギが回転軸132aの回転エネルギに変換されると、回転マス21は、回転軸132aと一体に回転する。
The rotating
図25に示すように、以上の構成の可変回転慣性質量ダンパ131は、第1実施形態の可変回転慣性質量ダンパ1と同様、建物Bの所定層PFに設けられ、そのシリンダ2及びピストンロッド4が前記第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して下梁BD及び上梁BUにそれぞれ連結されるとともに、両者BD、BUの間に水平に延びている。なお、図25では便宜上、第1連通路5などの一部の構成要素の図示を省略している。
As shown in FIG. 25, the variable rotational inertia
次に、可変回転慣性質量ダンパ131の動作について説明する。建物Bが振動するのに伴い、上下の梁BU、BDの間に水平方向の相対変位が発生すると、この相対変位が、第1及び第2連結部材EN1、EN2を介して、シリンダ2及びピストンロッド4に外力として伝達されることにより、シリンダ2とピストンロッド4が軸線方向に相対的に移動し、ピストン3がシリンダ2内を摺動する。
Next, the operation of the variable rotation inertia
この場合、ピストン3が第1流体室2d側(図23の左方)に移動したときには、第1流体室2d内の粘性流体HFの一部が、ピストン3によって第1連通路5に押し出されることで、第1連通路5内に第2流体室2e側(右方)への粘性流体HFの流動が生じる。これとは逆に、ピストン3が第2流体室2e側(右方)に移動したときには、第2流体室2e内の粘性流体HFの一部が、ピストン3によって第1連通路5に押し出されることで、第1連通路5内に第1流体室2d側(左方)への作動流体HFの流動が生じる。
In this case, when the
この流動による粘性流体HFの圧力エネルギは、流体圧モータ132により回転軸132aの回転エネルギに変換され、回転軸132aが回転マス21とともに回転する。以上の粘性流体HFの流動及び回転マス21の回転に伴い、第1実施形態の場合と同様、回転マス21による慣性質量(回転マス21の回転慣性質量に基づく慣性質量)MRと、第1連通路5内の粘性流体HFによる慣性質量Mhとを含む慣性質量MD(シリンダ2及びピストン3に入力された振動による外力に対する軸線方向の慣性質量)が発生する。
The pressure energy of the viscous fluid HF due to this flow is converted into rotational energy of the
この場合、回転マス21による慣性質量MRは、次式(19)により表され、粘性流体HFによる慣性質量Mhは第1実施形態で説明したとおりである。また、粘性流体HFによる慣性質量Mhは、回転マス21による慣性質量MRと比較して非常に小さい傾向にある。
MR=(2π/XM)2・md・D2/8
={(2π・Ap)/VM}2・md・D2/8 ……(19)
In this case, the inertial mass MR due to the rotating
MR = (2π / XM) 2 · md ·
= {(2π · Ap) / VM} 2 · md ·
式(19)において、XMは、粘性流体HFの流動により流体圧モータ132の回転軸132aが1回転するのに要する、シリンダ2に対するピストン3の移動量であり、ボールねじ機構を用いた回転慣性質量ダンパにおけるボールねじのリード長Ldに相当する。また、VMは、前述したように流体圧モータ132の押しのけ容積であり、その他のパラメータ(md、D、Ap)は第1実施形態で説明したとおりである。
In Equation (19), XM is the amount of movement of the
上記の式(19)から明らかなように、制御装置141により流体圧モータ132の押しのけ容積VMが調整されることによって、回転マス21による慣性質量MRを含む可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDが制御される。この場合、押しのけ容積VMの調整により、慣性質量MDは連続的に変更され、また、押しのけ容積VMが小さいほど、同じ粘性流体HFの圧力エネルギに対して回転軸132a及び回転マス21の回転量が大きくなるため、慣性質量MDはより大きくなる。このことは、式(19)からも明らかである。
As apparent from the above equation (19), the displacement volume VM of the
また、制御装置141は、地震計53から入力された計測信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムに従って、図26に示す同調制御処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。この同調制御処理は、可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDと建物Bの所定層PFの剛性θsによって定まる遮断振動数fCUが第1実施形態で説明した卓越周波数fcpに同調するように、慣性質量MDを制御するために、流体圧モータ132の押しのけ容積VMを制御するものである。ここで、遮断振動数fCUは次式(20)で表される。
fCU=sqrt(θs/MD)/2π ……(20)
Further, the
fCU = sqrt (θs / MD) / 2π (20)
図26では、第1実施形態の同調制御処理(図9)と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。図26と図9の比較から明らかなように、第1実施形態と比較して、前記ステップ4〜6に代えて、ステップ51及び52を実行する点のみが異なっている。このため、以下、これらのステップ51及び52の実行内容についてのみ説明する。なお、前述したように可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDに含まれる粘性流体HFによる慣性質量Mhは、回転マス21による慣性質量MRと比較して非常に小さい傾向にある。このため、同調制御処理では、この慣性質量Mhを無視し、回転マス21による慣性質量MRを可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDとみなして、流体圧モータ132の押しのけ容積VMが制御される。
In FIG. 26, the same step numbers are assigned to the same execution contents as those in the tuning control process (FIG. 9) of the first embodiment. As apparent from the comparison between FIG. 26 and FIG. 9, the only difference is that
ステップ51では、前記ステップ3で算出された本制御用の慣性質量Mdsを用い、次式(21)によって、押しのけ容積VMの目標値である目標押しのけ容積VMobjを算出する。この式(21)は、前記式(19)を、押しのけ容積VMについて展開するとともに、押しのけ容積VMを目標押しのけ容積VMobjに、回転マス21による慣性質量MRを慣性質量Mdsに、それぞれ置き換えたものである。
VMobj=(2π・Ap)/sqrt{8Mds/(md・D2)} ……(21)
In
VMobj = (2π · Ap) / sqrt {8Mds / (md · D 2 )} (21)
ステップ51に続くステップ52では、算出された目標押しのけ容積VMobjに基づく駆動信号をアクチュエータ132bに出力することによって、アクチュエータ132bを駆動する。これにより、流体圧モータ132の押しのけ容積VMが目標押しのけ容積VMobjになるように制御されることによって、可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDとみなされた回転マス21による慣性質量MRが、前記ステップ4で算出された慣性質量Mdsに制御される。その結果、慣性質量MDと建物Bの所定層PFの剛性θsによって定まる遮断振動数fCU(=sqrt(θs/MD)/2π)が、第1実施形態で説明した卓越周波数fcpと同じになるように制御される。なお、上記の駆動信号は、目標押しのけ容積VMobjが得られるように実験などによって予め求められるとともに、ROMに記憶されている。
In
以上のように、第7実施形態によれば、第1実施形態の場合と同様、可変回転慣性質量ダンパ131が建物Bの所定層PFに設けられており、建物Bの振動に伴う上下の梁BU、BDの間の相対変位すなわち所定層PFの層間変位がシリンダ2及びピストン3に伝達される。これにより、ピストン3がシリンダ2内を摺動し、第1及び第2流体室2d、2eの一方の側に移動すると、その一方の流体室内の粘性流体HFがピストン3で第1連通路5に押し出されることによって、第1連通路5内に、他方の流体室側への粘性流体HFの流動が生じる。この粘性流体HFの圧力エネルギは、可変容量型の流体圧モータ132により回転エネルギに変換され、変換された回転エネルギが回転マス21に伝達されることによって、回転マス21が回転する。それに伴い、回転マス21の回転慣性質量MRに応じた慣性質量MDが発生し、慣性質量MDは、流体圧モータの押しのけ容積VMを調整することによって、連続的に変更される。
As described above, according to the seventh embodiment, as in the case of the first embodiment, the variable rotary
また、第1実施形態の場合と同様、基礎側から建物Bに入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数fcpが算出される(図26のステップ2)。さらに、建物Bの振動中、所定層PFの剛性θsと慣性質量MDによって定まる遮断振動数fCUが、算出された卓越周波数fcpに同調するように、より具体的には、fCUがfcpと同じになるように、押しのけ容積VMを調整することによって、回転マス21による慣性質量MRを含む慣性質量MDが制御される(ステップ3、51、52)。
Further, as in the case of the first embodiment, a dominant frequency fcp, which is a frequency of a frequency component that is dominant among vibrations input from the foundation side to the building B, is calculated (
これにより、遮断振動数fCUを卓越周波数fcpに同調させることによって、fcpの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfcpの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。その他、第1実施形態による効果を同様に得ることができる。 Thus, by tuning the cutoff frequency fCU to the dominant frequency fcp, the deformation of the predetermined layer PF due to the vibration of the fcp is increased, and the transmission of the vibration of the fcp to the upper layer of the predetermined layer PF of the building B is cut off. As a result, the vibration of the upper layer can be appropriately suppressed. In this case, since the predetermined layer PF is set as the lowermost layer of the building B, it is possible to effectively obtain an effect that the vibration of the layer above the predetermined layer PF can be appropriately suppressed. In addition, the effect by 1st Embodiment can be acquired similarly.
次に、本発明の第8実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第7実施形態と比較して、可変回転慣性質量ダンパ131などのハード構成はまったく同じであり、図27に示す同調制御処理を実行する点のみが異なっている。この同調制御処理では、第7実施形態の場合(図26)と異なり、遮断振動数fCUが第2実施形態で説明した近傍固有振動数fnに同調するように、可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDを制御するために、流体圧モータ132の押しのけ容積VMが制御される。この第7実施形態との相違から、同調制御処理では、図27と図26の比較から明らかなように、ステップ3に代えて第2実施形態で説明したステップ11及び12が実行され、それにより、近傍固有振動数fnに基づいて算出された本制御用の慣性質量Mdsを用いて、押しのけ容積VMが制御される。
Next, a vibration suppression device according to an eighth embodiment of the present invention will be described. Compared with the seventh embodiment, this vibration suppressing device has the same hardware configuration as the variable rotation inertial
以上により、第8実施形態によれば、建物Bの振動中、建物Bの所定の複数の固有振動数のうち、算出された卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fCUが同調するように、より具体的には、fCUがfnと同じになるように、慣性質量MDが制御される(図27のステップ11、12、51、52)。このように、建物Bの複数の固有振動数のうちの、入力振動の卓越周波数fcpに最も近い近傍固有振動数fnに、遮断振動数fcuを同調させることによって、fnの振動による所定層PFの変形を増大させ、建物Bの所定層PFよりも上側の層へのfnの振動の伝達を遮断でき、ひいては、この上側の層の振動(共振)を適切に抑制することができる。この場合、所定層PFが建物Bの最下層に設定されているので、所定層PFよりも上側の層の振動を適切に抑制できるという効果を、有効に得ることができる。 As described above, according to the eighth embodiment, during the vibration of the building B, the nearby natural frequency fn closest to the calculated dominant frequency fcp among the plurality of predetermined natural frequencies of the building B is set to the cutoff frequency fCU. More specifically, the inertial mass MD is controlled so that fCU is the same as fn (steps 11, 12, 51, and 52 in FIG. 27). In this way, by synchronizing the cutoff frequency fcu with the nearby natural frequency fn closest to the dominant frequency fcp of the input vibration among the plurality of natural frequencies of the building B, the predetermined layer PF of the predetermined layer PF due to the vibration of fn is obtained. The deformation can be increased, and the transmission of the vibration of fn to the upper layer of the predetermined layer PF of the building B can be cut off. As a result, the vibration (resonance) of the upper layer can be appropriately suppressed. In this case, since the predetermined layer PF is set as the lowermost layer of the building B, it is possible to effectively obtain an effect that the vibration of the layer above the predetermined layer PF can be appropriately suppressed.
なお、第7及び第8実施形態では、流体圧モータ132は、斜板式のものであるが、他の適当な可変容量型の流体圧モータ、例えば、斜軸式のものや、ベーン式のものなどでもよく、また、第8実施形態では、流体圧モータ132は、押しのけ容積VMを連続的に変更可能に構成されているが、段階的に変更可能に構成されていてもよい。さらに、第7及び第8実施形態では、ピストン3に第1及び第2リリーフ弁11、12を設けているが、これらを省略してもよい。
In the seventh and eighth embodiments, the
また、可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDを、遮断振動数fCUが第7実施形態では卓越振動数fcpと同じになるように、第8実施形態では近傍固有振動数fnと同じになるように、それぞれ制御しているが、fcp及びfnとそれぞれほぼ同じになるように、制御してもよい。その場合には、前記式(10)における卓越周波数fcpに代えて、fcpに非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられ、前記式(11)における近傍固有振動数fnに代えて、fnに非常に小さな所定値を加算又は減算した値が用いられる。
Further, the inertial mass MD of the variable rotation inertial
また、第7及び第8実施形態(同調制御処理)では、粘性流体HFによる慣性質量Mhを無視し、回転マス21による慣性質量MRを可変回転慣性質量ダンパ131の慣性質量MDとみなして、押しのけ容積VMの制御を行っているが、慣性質量Mhを無視せずに、MD=MR+Mhとして、当該制御を行ってもよい。この場合、図26の前記ステップ3以降の処理では、式(10)で算出された慣性質量Mdsから慣性質量Mhを減算した値が、慣性質量Mdsとして用いられ、図27のステップ12以降では、式(11)で算出された慣性質量Mdsから慣性質量Mhを減算した値が、慣性質量Mdsとして用いられる。さらに、第7及び第8実施形態に関してこれまでに述べたバリエーションを適宜、組み合わせて適用してもよいことは、もちろんである。
In the seventh and eighth embodiments (tuning control processing), the inertial mass Mh due to the viscous fluid HF is ignored, the inertial mass MR due to the rotating
なお、本発明は、説明した第1〜第8実施形態(以下、総称して「実施形態」という)に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、第1及び第2連結部材EN1、EN2を、上下方向に延びるように設けているが、前者EN1を逆V字のブレース状に設けてもよく、また、後者EN2をV字のブレース状に設けてもよい。あるいは、第1及び第2連結部材EN1、EN2を削除するとともに、可変回転慣性質量ダンパ1、61、101、111、131を、上下の梁BU、BDに斜めにブレース状に連結してもよい。この場合、可変回転慣性質量ダンパ1、61、101、111、131を、上梁BUと柱との接合部及び下梁BDと柱との接合部に連結してもよく、水平方向に並んだ2つの柱の一方の上端部及び他方の下端部に連結してもよい。
The present invention is not limited to the first to eighth embodiments described below (hereinafter collectively referred to as “embodiments”), and can be implemented in various modes. For example, in the embodiment, the first and second connecting members EN1 and EN2 are provided so as to extend in the vertical direction. However, the former EN1 may be provided in an inverted V-shaped brace shape, and the latter EN2 may be provided as V. You may provide in the shape of a character brace. Alternatively, the first and second connecting members EN1 and EN2 may be deleted, and the variable rotary
また、実施形態の可変回転慣性質量ダンパ1、61、101、111、131は、あくまで例示であり、その慣性質量を変更可能な他の適当な可変回転慣性質量ダンパを用いてもよいことは、もちろんである。例えば、互いに同軸状に軸線方向に並んだ複数の回転マスと、伝達された構造物の振動に伴う層間変位を回転運動に変換した状態で、前記複数の回転マスのうちの軸線方向の端部に位置する1つの回転マスに伝達する変換機構と、複数の回転マスのうちの互いに隣り合う2つの回転マスの間を接続/遮断する複数のクラッチ(クラッチの数=回転マスの数−1)を有する可変回転慣性質量ダンパを用いてもよい。
Moreover, the variable rotational inertial
上記構成の可変回転慣性質量ダンパでは、その変換機構側から反対側に向かって順に、隣り合う2つの回転マスの間をクラッチで接続することによって、変換機構に作用する回転マス全体の慣性質量が、段階的により大きくなる。この場合、例えば、回転マスの数が3つであるときには、各回転マスの実質量や径は次のように設定される。すなわち、2組の回転マスの間がクラッチで接続されているとき(慣性質量が最大)には、遮断振動数が構造物の1次モードの固有振動数に同調し、変換機構と反対側の1組の回転マスの間が遮断されるとともに残りの1組の回転マスの間が接続されているとき(慣性質量が中)には、遮断振動数が構造物の2次モードの固有振動数に同調し、2組の回転マスの間がクラッチで遮断されているとき(慣性質量が最小)には、遮断振動数が構造物の3次モードの固有振動数に同調するように、各回転マスの実質量や径が設定される。 In the variable rotational inertial mass damper having the above configuration, the inertial mass of the entire rotational mass acting on the conversion mechanism is obtained by connecting the two adjacent rotational masses with a clutch in order from the conversion mechanism side to the opposite side. , Get bigger step by step. In this case, for example, when the number of rotating masses is three, the actual amount and diameter of each rotating mass are set as follows. That is, when the two rotating masses are connected by a clutch (the inertial mass is maximum), the cutoff frequency is synchronized with the natural frequency of the primary mode of the structure, and is opposite to the conversion mechanism. When one set of rotating masses is blocked and the other set of rotating masses are connected (inertial mass is medium), the cutoff frequency is the natural frequency of the secondary mode of the structure. When the two masses are separated by a clutch (the inertial mass is minimum), each rotation is performed so that the cutoff frequency is tuned to the natural frequency of the third-order mode of the structure. The actual mass and diameter of the mass are set.
また、上記構成の可変回転慣性質量ダンパを用いた場合には、クラッチの接続/遮断を制御することによって、遮断振動数が近傍固有振動数に同調するように、慣性質量が制御される。この場合の変換機構として、実施形態や前述したバリエーションで説明したような種々の変換機構を用いてもよいことは、もちろんである。あるいは、特開2016-151287号公報に開示された可変回転慣性質量ダンパを用いてもよい。 When the variable rotation inertial mass damper having the above-described configuration is used, the inertial mass is controlled so that the cutoff frequency is synchronized with the near natural frequency by controlling the connection / disconnection of the clutch. Of course, various conversion mechanisms as described in the embodiments and the above-described variations may be used as the conversion mechanism in this case. Alternatively, a variable rotational inertia mass damper disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2016-151287 may be used.
さらに、実施形態で説明した同調制御処理の制御手法は、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で、他の適当な制御手法を採用してもよいことは、もちろんである。また、実施形態では、建物Bの所定層PFに、可変回転慣性質量ダンパ1、61、101、111、131のみを設けているが、他の適当なダンパ、例えば、粘性ダンパや、摩擦ダンパ、履歴ダンパ、粘弾性ダンパなどをさらに設けてもよい。さらに、実施形態では、所定層PFの剛性θsを、所定値に設定しているが、建物Bの他の層の剛性よりも低く設定し、それにより所定層を変形しやすく(振動を吸収しやすく、極端な例では免震層が挙げられる)することによって、本発明による前述した効果を効果的に得るようにしてもよい。その場合には、建物Bの振動の増大による所定層PFの変形の過大化を防止するために、上記の粘性ダンパなどを併用するのが好ましい。
Furthermore, the control method of the tuning control process described in the embodiment is merely an example, and it is needless to say that other appropriate control methods may be adopted within the scope of the present invention. In the embodiment, only the variable rotational
また、実施形態では、建物Bの所定層PFよりも上側の層に、振動抑制用のダンパが設けられていないが、慣性質量ダンパや、粘性ダンパ、摩擦ダンパ、履歴ダンパ、粘弾性ダンパなどを設けてもよく、また、前述した従来技術と同様に回転慣性質量ダンパを含む付加振動系を設けてもよいことは、もちろんである。さらに、実施形態では、所定層PFを、建物Bの単一の最下層に設定しているが、他の適当な層に設定してもよく、また、複数の層に設定してもよい。この場合の一例として、図28は、建物Bの1層及び2層から成る2つの層を所定層PFとして設定した場合の可変回転慣性質量ダンパ1などを示すモデル図である。さらに、実施形態では、本発明における構造物は、建物Bであるが、複数の層を有する他の適当な構造物でもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
In the embodiment, the vibration suppression damper is not provided in the layer above the predetermined layer PF of the building B. However, an inertia mass damper, a viscous damper, a friction damper, a hysteresis damper, a viscoelastic damper, etc. Needless to say, an additional vibration system including a rotary inertia mass damper may be provided as in the above-described prior art. Furthermore, in the embodiment, the predetermined layer PF is set to a single lowermost layer of the building B, but may be set to other appropriate layers, or may be set to a plurality of layers. As an example in this case, FIG. 28 is a model diagram showing the variable rotation inertia
B 建物(構造物)
PF 所定層
1 可変回転慣性質量ダンパ
2 シリンダ
2d 第1流体室
2e 第2流体室
3 ピストン
5 第1連通路
6 第2連通路
HF 粘性流体(作動流体)
11 第1リリーフ弁
12 第2リリーフ弁
M 歯車モータ(流動変換機構)
21 回転マス
P 歯車ポンプ(流量調整機構、電動ポンプ)
51 制御装置(卓越周波数取得手段、制御手段)
53 地震計(卓越周波数取得手段)
fcp 卓越周波数
fn 近傍固有振動数
61 可変回転慣性質量ダンパ
65 ねじ軸(変換機構)
66 ナット(変換機構)
68 回転マス
69 変速機構
70 回転軸
91 制御装置(卓越周波数取得手段、制御手段)
53 地震計(卓越周波数取得手段)
101 可変回転慣性質量ダンパ
102 回転マス
102a 嵌合孔
103 摩擦材
111 可変回転慣性質量ダンパ
112 変速機構
121 制御装置(卓越周波数取得手段、制御手段)
131 可変回転慣性質量ダンパ
132 流体圧モータ
132b アクチュエータ
141 制御装置(卓越周波数取得手段、制御手段)
B Building (structure)
PF
11
21 Rotating mass P Gear pump (flow rate adjustment mechanism, electric pump)
51 Control device (excellent frequency acquisition means, control means)
53 Seismograph (Means for obtaining prevailing frequency)
fcp dominant frequency fn near
66 Nut (conversion mechanism)
68 Rotating
53 Seismograph (Means for obtaining prevailing frequency)
DESCRIPTION OF
131 Variable Rotational
Claims (9)
回転マスを有し、前記構造物の所定層に設けられ、前記構造物の振動に伴って伝達された前記所定層の層間変位を前記回転マスの回転運動に変換するとともに、当該回転マスが回転するのに伴って発生する慣性質量を連続的に変更可能に構成された可変回転慣性質量ダンパと、
前記基礎側から前記構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数を取得する卓越周波数取得手段と、
前記構造物の振動中、前記所定層の剛性と前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が前記取得された卓越周波数に同調するように、前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする構造物の振動抑制装置。 A vibration suppressing device for a structure having a plurality of layers and suppressing vibrations of the structure standing on the foundation,
A rotating mass is provided on a predetermined layer of the structure, and the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure is converted into a rotational motion of the rotating mass, and the rotating mass is rotated. A variable rotational inertial mass damper configured to be able to continuously change the inertial mass generated with the
A prevailing frequency acquisition means for acquiring a prevailing frequency that is the frequency of the prevailing frequency component of the vibration input to the structure from the foundation side;
During the vibration of the structure, the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper is adjusted so that the cutoff frequency determined by the rigidity of the predetermined layer and the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper is synchronized with the acquired dominant frequency. Control means for controlling
A vibration suppressing device for a structure, comprising:
回転マスを有し、前記構造物の所定層に設けられ、前記構造物の振動に伴って伝達された前記所定層の層間変位を前記回転マスの回転運動に変換するとともに、当該回転マスが回転するのに伴って発生する慣性質量を変更可能に構成された可変回転慣性質量ダンパと、
前記基礎側から前記構造物に入力される振動のうちの卓越する周波数成分の周波数である卓越周波数を取得する卓越周波数取得手段と、
前記構造物の振動中、前記構造物の所定の複数の固有振動数のうち、前記取得された卓越周波数に最も近い近傍固有振動数に、前記所定層の剛性と前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量とによって定まる遮断振動数が同調するように、前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする構造物の振動抑制装置。 A vibration suppressing device for a structure having a plurality of layers and suppressing vibrations of the structure standing on the foundation,
A rotating mass is provided on a predetermined layer of the structure, and the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure is converted into a rotational motion of the rotating mass, and the rotating mass is rotated. A variable rotation inertial mass damper configured to be able to change the inertial mass generated when the
A prevailing frequency acquisition means for acquiring a prevailing frequency that is the frequency of the prevailing frequency component of the vibration input to the structure from the foundation side;
During the vibration of the structure, the rigidity of the predetermined layer and the inertia of the variable rotational inertia mass damper are set to a nearby natural frequency closest to the acquired dominant frequency among a plurality of predetermined natural frequencies of the structure. Control means for controlling the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper so that the cutoff frequency determined by the mass is synchronized;
A vibration suppressing device for a structure, comprising:
前記構造物の振動に伴う前記所定層の層間変位が伝達されるシリンダと、
当該シリンダ内を、作動流体が充填された第1流体室と第2流体室に区画し、前記構造物の振動に伴う前記所定層の層間変位が伝達されることによって、前記シリンダ内を軸線方向に摺動するように構成されたピストンと、
当該ピストンをバイパスし、前記第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第1連通路と、
当該第1連通路に設けられ、前記第1連通路内の作動流体の流動を前記回転マスの回転運動に変換する流動変換機構と、
前記第1連通路と並列に設けられ、前記ピストンをバイパスし、前記第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第2連通路と、
当該第2連通路に設けられ、前記第2連通路を流動する作動流体の流量を調整するための流量調整機構と、を有し、
前記制御手段は、前記構造物の振動中、前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御を、前記流量調整機構を介して前記第2連通路を流動する作動流体の流量を調整することによって行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の構造物の振動抑制装置。 The variable rotational inertial mass damper is
A cylinder to which an interlayer displacement of the predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted;
The cylinder is partitioned into a first fluid chamber and a second fluid chamber filled with a working fluid, and the displacement of the predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted, whereby the cylinder is axially moved. A piston configured to slide into,
A first communication path that bypasses the piston and communicates with the first and second fluid chambers and is filled with a working fluid;
A flow conversion mechanism that is provided in the first communication path and converts the flow of the working fluid in the first communication path into a rotational motion of the rotary mass;
A second communication path that is provided in parallel with the first communication path, bypasses the piston, communicates with the first and second fluid chambers, and is filled with a working fluid;
A flow rate adjusting mechanism provided in the second communication path for adjusting the flow rate of the working fluid flowing in the second communication path;
The control means controls the inertial mass of the variable rotational inertial mass damper during vibration of the structure by adjusting the flow rate of the working fluid flowing through the second communication path via the flow rate adjusting mechanism. The vibration suppression device for a structure according to claim 1 or 2, wherein
前記構造物の振動に伴う前記所定層の層間変位が伝達されるシリンダと、
当該シリンダ内を、作動流体が充填された第1流体室と第2流体室に区画し、前記構造物の振動に伴う前記所定層の層間変位が伝達されることによって、前記シリンダ内を軸線方向に摺動するように構成されたピストンと、
当該ピストンをバイパスし、前記第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された連通路と、
当該連通路内を流動する作動流体の圧力エネルギを回転エネルギに変換するとともに、押しのけ容積を変更可能に構成された可変容量型の流体圧モータと、
当該流体圧モータの押しのけ容積を変更するためのアクチュエータと、
前記流体圧モータにより変換された回転エネルギが伝達されることによって回転する回転マスと、を有し、
前記制御手段は、前記構造物の振動中、前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量の制御を、前記アクチュエータを介して前記流体圧モータの押しのけ容積を調整することによって行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の構造物の振動抑制装置。 The variable rotational inertial mass damper is
A cylinder to which an interlayer displacement of the predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted;
The cylinder is partitioned into a first fluid chamber and a second fluid chamber filled with a working fluid, and the displacement of the predetermined layer accompanying the vibration of the structure is transmitted, whereby the cylinder is axially moved. A piston configured to slide into,
A bypass passage bypassing the piston, communicating with the first and second fluid chambers, and filled with a working fluid;
A variable displacement fluid pressure motor configured to convert the pressure energy of the working fluid flowing in the communication path into rotational energy and change the displacement volume;
An actuator for changing the displacement volume of the fluid pressure motor;
A rotating mass that rotates by transmitting rotational energy converted by the fluid pressure motor;
The control means controls the inertial mass of the variable rotary inertial mass damper during vibration of the structure by adjusting a displacement volume of the fluid pressure motor via the actuator. Item 3. The structure vibration suppression device according to Item 1 or 2.
前記構造物の振動に伴って伝達された前記所定層の層間変位を回転動力に変換する変換機構と、
当該変換機構で変換された回転動力を変速した状態で前記回転マスに伝達するとともに、当該変速比を無段階に変更可能に構成された無段式の変速機構と、を有し、
前記制御手段は、前記構造物の振動中、前記変速機構の前記変速比を設定することによって、前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御することを特徴とする、請求項1又は2に記載の構造物の振動抑制装置。 The variable rotational inertial mass damper is
A conversion mechanism that converts the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure into rotational power;
A stepless transmission mechanism configured to transmit the rotational power converted by the conversion mechanism to the rotating mass in a state of being shifted, and to change the transmission ratio steplessly;
The said control means controls the inertial mass of the said variable rotation inertial mass damper by setting the said transmission gear ratio of the said transmission mechanism during the vibration of the said structure, It is characterized by the above-mentioned. Vibration suppression device for structures.
前記構造物の振動に伴って伝達された前記所定層の層間変位を回転動力に変換する変換機構と、
当該変換機構で変換された回転動力を、所定の複数の変速比から選択した1つの変速比で変速した状態で前記回転マスに伝達する有段式の変速機構と、を有し、
前記複数の変速比は、前記構造物の振動中、前記複数の変速比の各々が選択されているときに当該複数の変速比の各々に対応してそれぞれ得られる複数の前記遮断振動数が、前記構造物の所定の複数の固有振動数にそれぞれ対応して同調するように、設定されており、
前記制御手段は、前記変速機構の前記複数の変速比から前記構造物の前記近傍固有振動数に対応する変速比を選択することによって、前記遮断振動数が前記近傍固有振動数に同調するように、前記可変回転慣性質量ダンパの慣性質量を制御することを特徴とする、請求項2に記載の構造物の振動抑制装置。 The variable rotational inertial mass damper is
A conversion mechanism that converts the interlayer displacement of the predetermined layer transmitted along with the vibration of the structure into rotational power;
A stepped transmission mechanism that transmits the rotational power converted by the conversion mechanism to the rotary mass in a state where the rotational power is changed at one transmission ratio selected from a plurality of predetermined transmission ratios;
The plurality of transmission ratios are a plurality of cutoff frequencies obtained respectively corresponding to each of the plurality of transmission ratios when each of the plurality of transmission ratios is selected during vibration of the structure. The structure is set so as to be tuned corresponding to each of a plurality of predetermined natural frequencies.
The control means selects the speed ratio corresponding to the near natural frequency of the structure from the plurality of speed ratios of the speed change mechanism so that the cutoff frequency is synchronized with the near natural frequency. 3. The vibration suppression device for a structure according to claim 2, wherein the inertial mass of the variable rotation inertial mass damper is controlled.
前記回転マスには、嵌合孔が形成され、
前記回転軸と前記嵌合孔の内周面との間に嵌合する摩擦材をさらに備え、
前記回転マスは、前記摩擦材を介して前記回転軸に連結されていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の構造物の振動抑制装置。 The speed change mechanism has a rotation shaft that is transmitted in a state where the rotational power converted by the conversion mechanism is changed,
The rotating mass is formed with a fitting hole,
A friction material fitted between the rotary shaft and the inner peripheral surface of the fitting hole;
The vibration suppression device for a structure according to claim 7 or 8, wherein the rotating mass is connected to the rotating shaft via the friction material.
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