(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の床に間隔をおいて固定した一対の台と、一対の可動ビームと、下端が同台に軸着し上端が上記可動ビームに軸着した４本の平行な第１のリンクと、同第１のリンクと隣接して上記可動ビームに上端が軸着した４本の第２のリンクと、対向する上記第１のリンクと上記第２のリンクとを連動させる連動ギアと、上記第２のリンクの下端に支点調節可能に且つ制振すべき構造物上の軌道系で揺動自由に設けた制振マスと、同制振マスを構造物の振動周期と一致させて発生した振動を減衰させるように前記軌道系で揺動駆動する駆動手段を備えてなり、前記制振マスの一部には内部に磁界発生用コイルと駆動コイルとを設けた筒型の空間を設けて動電型リニアモータ用のコイル巻き鉄芯部を形成し、前記鉄芯内のギャップ開口の縁に鉄芯部上に水平方向のガイドローラを設け、前記制振マスが移動可能に前記筒型の空間内を前記磁界発生用コイル及び駆動コイルと隙間を保って水平方向へ貫通した導体ビームを設けて前記軌道系とし前記駆動手段を構成したことを特徴とするリニアモータ式制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高層建築物、構造物の振動防止に適用されるリニアモータ式制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７，図８に従来装置を示す。図７は高層構造物用の制振装置の一例を示す概略の構成図である。図において、１は高層構造物の上部の床２上に固着した支持枠、３及び４は支持枠１内に同心的に形成し、支持枠１からロープ５及び６で順に吊支えた可動枠、７は内部の可動枠４にロープ８で吊支えた制振用の重錘すなわちマス、９はマス７下部の床２上に配置した制振マス７を構造物の振動減衰方向へ移動させる駆動部である。
【０００３】
支持枠１，３，４及び制振マス７は順次相互に図示されない固有周期調節部が介装され、制振マス７が高層構造物の固有周期と同じ周期で揺動するように設けられている。
【０００４】
図８は上記駆動部９の従来装置の一例を示す斜視図である。駆動部９はＸ，Ｙ方向のサーボモータ５０，５１で駆動される２段のねじ軸５２，５３、同ねじ軸５２，５３により推進力を与えられ床２上のガイドレール５４，５５上を移動できる２段に交差するＸビーム５６とＹビーム５７、同ビーム５６，５７内のガイドレール５８，５９に係合し両ビーム５６，５７の交点位置で両ビーム５６，５７沿いに摺動する可動台６０からなり、可動台６０上の自在継手６１で制振マス７の下面部に水平力を伝えるように構成されている。
【０００５】
このような構成で、構造物に取付けた振動検出センサー６２の信号を制御用コンピュータ６３に取込み、構造物の振動を減衰する方向へ制振マス７を移動させるに必要な制御信号をコンピュータ６３からサーボモータ５０，５１へ送り、サーボモータ５０，５１の組合せ駆動でねじ軸５２，５３、ＸＹビーム５６，５７、ガイドレール５８，５９、可動台６０、自在継手６１を経て制振用マス７を必要な方向へ必要距離、必要とする周期で移動させることにより構造物に発生する振動の大きさを減少させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置は、高層のビルにおいて、ビルの頂部に生じる振動の大きさを１／２〜１／３程度に減少し、高層ビルの住居又はオフィスの居住性と作業性を改善するのに役立っているが、駆動部９の機械的な動作部の摩擦力や滑り、動力伝達、等により微小レベルの振動及び大きい振動に対し作業性が低下して来る問題を残している。
【０００７】
一方、図９は従来の誘導型リニアモータを用いた駆動部の断面図であるが、上記の問題の解決のために、図に示すように軌条側７０にコイル巻き鉄芯からなるモータ７１を連続して設け、制振マス７側に導体板（リアクションプレート）７２を設けた誘導型リニアモータ式の制振駆動系が試みられているが、この駆動系では一般的にモータ効率が低いために、制振マスのような大重量（例えば７〜１０ｔ）を俊敏に移動させる推力を得るには、常時５００キロワットのような大電力が必要になり、又連続運転すると、導体板７２が発熱するため冷却構造が必要になってコスト高になり、又制振マス７のように移動時にモータ７１に対しギャップ変動を生じるものでは導体板７２に吸引力が作用し負荷を与える等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題に対し、機械的な動作部が少なく、作動応答性の高い、利用し易い駆動系をそなえるリニアモータ式制振装置を提供することを目的として提案された。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの目的を達成するために、制振装置の駆動部において、従来の機械式のサーボモータの代りにリニアモータを用い、制振マスを構造物の上面の軌道系で移動可能とすると共に、制振マスの一部にはリニアモータのコイル巻き鉄芯部を形成し、このコイル巻き鉄芯部の重量も制振マスの重量の一部として利用するようにする。このようなコイル巻き鉄芯部に導体ビームを貫通させてリニアモータの軌道系としてコイル巻き鉄芯部を駆動させた構成としたために、機械的な動作部の摩擦力や滑りが少なくなり、応答性を良くすると共に装置全体の重量も最少にするようにしたものである。
【００１０】
動電型リニアモータは構造的には重量が嵩んで比較的複雑になり、その分コスト高となる面があるが、モータ効率が高く、運転時の消費電力が少なく、高速制御性が良い特性を持つ。従って本発明では、動電型リニアモータの重量部であるコイル巻き鉄心部を制振マス内部の一部に設け、制振マスの重量に利用し、導体ビームを軌道系として、使用することにより、コスト増加を押さえ、低電力で、発熱ギャップ変動吸引力がなく、作動応答性の高いリニアモータ式制振装置としたものである。
【００１１】
即ち、本発明は、構造物の床に間隔をおいて固定した一対の台と、一対の可動ビームと、下端が同台に軸着し上端が上記可動ビームに軸着した４本の平行な第１のリンクと、同第１のリンクと隣接して上記可動ビームに上端が軸着した４本の第２のリンクと、対向する上記第１のリンクと上記第２のリンクとを連動させる連動ギアと、上記第２のリンクの下端に支点調節可能に且つ制振すべき構造物上の軌道系で揺動自由に設けた制振マスと、同制振マスを構造物の振動周期と一致させて発生した振動を減衰させるように前記軌道系で揺動駆動する駆動手段を備えてなり、前記制振マスの一部には内部に磁界発生用コイルと駆動コイルとを設けた筒型の空間を設けて動電型リニアモータ用のコイル巻き鉄芯部を形成し、前記鉄芯内のギャップ開口の縁に鉄芯部上に水平方向のガイドローラを設け、前記制振マスが移動可能に前記筒型の空間内を前記磁界発生用コイル及び駆動コイルと隙間を保って水平方向へ貫通した導体ビームを設けて前記軌道系とし前記駆動手段を構成したことを特徴とするリニアモータ式制振装置を提供するものである。
【００１２】
本発明は前述のような手段であるので、構造物が振動するとこの振動を減衰させる方向へ制振マスを駆動するようにコイル巻き鉄芯部内の磁界発生用コイルと駆動コイルに電流を流し、コイル巻き鉄芯部と、同鉄芯部を貫通する導体ビームとの間でローレンツ力が発生し、それぞれの軌道系の導体ビームに対しその長さ方向へコイル巻き鉄芯部が移動する。コイル巻き鉄芯部は制振マスの一部であり、制振マスの重量の一部となっているので構造物の振動は制振マスがこの振動を減少させるように移動し、構造物の振動を減衰させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について詳細に説明する。図１及び図２は、図７に示す従来の型の装置に対応する本発明の実施の参考としての検討例の斜視図、図２は図１における矢視Ａ方向の側面図でコイル巻き鉄芯部を断面で示したものである。
【００１４】
図１および図２において、制振マス７は小型に形成した取付け部１０の下部に通しボルト１１等により一体に結合し、更に２段に設けたＸ方向及びＹ方向の各動電型リニアモータのコイル巻き鉄芯部１２及び１３すなわちモータ部とをこの通しボルト保持して必要なマス重量が構成される。
【００１５】
１４及び１５は各コイル巻き鉄芯部１２及び１３のＸ方向及びＹ方向のギャップ開口、１６は各ギャップ開口１４，１５の縁に接して鉄芯部１２，１３の外面に設けた水平方向の対のガイドローラ、１７及び１８は上記ガイドローラ１６に係合して各コイル巻き鉄芯部のギャップ開口１４及び１５内に移動自在に貫通して設けたＸ方向Ｙ方向の軌道系を構成する導体ビーム、１９は同各導体ビーム１７，１８の端部寄り上下面及び端面に設けた導体ビーム幅方向のガイドローラ、２０及び２１は両端部を被制振構造物の床２に支持台２２等を介し固定し各導体ビーム１７，１８の端部ガイドローラ１９と係合するよう導体ビームと直角方向に設けたガイドレールである。
【００１６】
図２において、Ｘ方向Ｙ方向のコイル巻き鉄芯部１２及び１３は、鉄芯部を励磁しギャップ間に直流電流で高磁界を発生させるコイル２３と、同ギャップ間に配置した推力発生用の直流通電の駆動コイル２４を備え、駆動コイル２４に正逆に直流電流を通電して直流磁界と直流電流とのローレンツ力により、それぞれの軌道系導体ビーム１７，１８に対しその長さ方向へコイル巻き鉄芯部１２及び１３を移動するようにＸＹ両方向の推力を組合せ発生させて制振マス７を移動させるリニアモータ部を構成している。
【００１７】
この時、コイル巻き鉄芯部１２及び１３はガイドローラ１６を介しそれぞれ軌道系導体ビーム１７，１８沿いに移動し、且つ一方のコイル巻き鉄芯部１２又は１３の移動に際しこの移動に連動して他方のコイル巻き鉄芯部に係合する軌道系導体ビーム１７又は１８がガイドローラ１９を介しガイドレール２０または２１沿いに従動移動し、両コイル巻き鉄芯部１２及び１３の移動量を組合せ制御することにより、制振マス７を任意の方向へ任意の大きさで直線的に移動させられる。
【００１８】
この制御は、構造物に発生する振動の周期、方向及び大きさを従来の例と同じく図８で示した複数のセンサー６２群で捕らえ、その信号を制御用コンピュータ６３に取込み、前述のような作用で構造物の振動を減衰する方向へ制振マス７を移動させるに必要な制御量で駆動コイル２４への直流電流の通電と方向を制御することにより行ない、それによって構造物に発生する振動が速やかに制振される。
【００１９】
上記した構成によると、コイル巻き鉄芯部１２及び１３すなわちリニアモータ部の構成は、鉄芯、コイル等のやや複雑化し重量が増加するけれども、コイル巻き鉄芯部１２及び１３の重量を制振マス７重量として利用することにより、装置全体の重量の増加を最小限にし、少ない消費電力で、ギャップ変動に伴う移動抵抗や発熱もなく、作動応答の優れた装置が得られる。
【００２０】
次に、図３乃至図６は、ギア振子式制振装置として構成した本発明の実施の形態である。図３は本発明の実施の形態に係る制振装置の側面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ矢視図、図５は図４におけるＣ−Ｃ断面図、図６は図３におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００２１】
図３及び図４において、３０は構造物の床２に間隔をおいて固定した対の台、３１は下端を同対向する台３０上に軸着し、且つ側部と台３０との間にダンパ３２を介装し、上端を可動ビーム３３の両端寄りに軸着して一定距離揺動する４本の平行な第１のリンク、３４は上記第１のリンク３１と隣接して可動ビーム３３の内寄りに上端を軸着した４本の第２のリンク、３５は上記４本の第２のリンク３４下端に支点調節可能に平行リンク状態で支持した１つの動電型リニアモータのコイル巻き鉄芯（モータ）部である。ここで制振マス７は上記１つのコイル巻き鉄芯部３５だけで構成される。
【００２２】
３６は同コイル巻き鉄芯部３５の鉄芯内ギャップを貫通して両端を床２上に固定して設けた単一の軌道系導体ビーム、３７はギャップ開口、３８はギャップ開口３７の縁に鉄芯部３５上に設けた水平方向のガイドローラ、３９は上記対向する第１のリンク３１及び第２のリンク３４の連結軸４０上に第１のリンク３１及び第２のリンク３４と固定状態に設けた連動ギアである。
【００２３】
図５及び図６は図３及び図４におけるコイル巻き鉄芯部３５の断面を示し、コイル巻き鉄芯部３５の内部は図２に示した本発明の実施の参考としての検討例と同様の磁界発生用コイル２３と駆動コイル２４を備えている。磁界発生用コイル２３に直流電流が通電されると鉄芯部３５内に直流高磁界を発生し、駆動コイル２４に正逆の直流電流を通電すると、軌道系導体ビーム３６に対して長手方向へ鉄芯部３５を正逆に移動させる推力が発生し、鉄芯部３５が軌道系導体ビーム３６上をガイドローラ３８を介し正逆に移動される。
【００２４】
鉄芯部３５が導体ビーム３６沿いに移動するとき、図３の第２のリンク３４下部が左側へ振れ、その振れが第２のリンク３４上端のギア３９を時計周りに回動させ、このギア３９に噛み合う第１のリンク３１上端のギア３９が反時計周りに回動する動作でコイル巻き鉄芯部３５が最大で実線位置３５から鎖線位置３５′へ移動できる。
【００２５】
構造物上にＸＹ方向に同様な２組の装置を設け、構造物に発生する振動の周期、方向、大きさに合わせて上記２組の装置の制振マス７すなわちコイル巻き鉄芯部３５を移動制御することにより構造物に発生する振動が制振され、本発明の実施の参考としての検討例の場合と同様の作用効果が得られる。
【００２６】
なお、本発明による構成は、上述した実施例により限定されるものではなく、コイル巻き鉄芯を結合した制振マス７の構造、コイル巻き鉄芯自体の形状、軌道系導体ビームの形式等は、例示した装置以外の制振装置の形状に応じて適宜に設計を変更して実施できるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上、具体的に説明したように本発明では、動電型リニアモータの重量部であるコイル巻き鉄芯部を制振マスの一部に設け制振マスの重量に利用し、導体ビームを軌道系として、使用することにより、コスト増加を押さえ、低電力で、発熱やギャップ変動吸引力がなく、作動応答性が高いリニアモータ式制振装置が得られるものである。
【００２８】
又、従来の機械的な駆動装置における動作部の摩擦力や滑り等による微小振動及び大振動に対する作動応答の低下の問題を解消し、また従来の誘導型リニアモータによる駆動装置に比較し、装置全体の重量の増加を最少にし、少ない消費電力で、ギャップ変動に伴う移動抵抗や発熱もなく、作動応答性が良く、使用し易い装置を得る効果を奏したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の参考としての検討例に係るリニアモータ式制振装置の斜視図である。
【図２】  図１の矢視Ａ方向の側面図で、コイル巻き鉄芯部を断面で示した図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係るリニアモータ式制振装置の側面図である。
【図４】  図３のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】  図４におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】  図３におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図７】  従来の制振装置の構成図である。
【図８】  図７における従来の制振マス駆動装置の斜視図である。
【図９】  従来の制振装置の駆動に誘導型リニアモータを用いた駆動部の断面図である。
【符号の説明】
７    制振マス
１０  取付け部
１１  通しボルト
１２  Ｘ方向コイル巻き鉄芯部
１３  Ｙ方向コイル巻き鉄芯部
１４  ギャップ開口
１５  ギャップ開口
１６  ガイドローラ
１７  Ｘ方向軌道系導体ビーム
１８  Ｙ方向軌道系導体ビーム
１９  ガイドローラ
２０  ガイドレール
２１  ガイドレール
２２  支持台
２３  磁界発生用コイル
２４  駆動コイル
３０  台
３１  第１のリンク
３２  ダンパ
３３  可動ビーム
３４  第２のリンク
３５  コイル巻き鉄芯部
３６  軌道系導体ビーム
３８  ガイドローラ
３９  連動ギア
４０  軸
【図１】
0003716212.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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