(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物内に水平面上で移動可能に配置された質量体を所定の動力源によって移動させ、前記構造物の振動を抑制する制振装置において、
前記構造物の動きに係わる物理量を検出する第１のセンサと、
前記質量体の動きに係わる物理量を検出する第２のセンサと、
前記第２のセンサからの信号により前記質量体の加速度を取得する加速度取得手段と、
前記第１のセンサからの信号により前記構造物の速度を取得する速度取得手段と、
前記質量体の重さ、前記加速度取得手段が取得した前記質量体の前記加速度、ならびに前記速度取得手段が取得した前記構造物の速度を乗ずることにより、前記質量体から前記構造物へ作用する力の仕事率を求める仕事率算出手段と、
前記仕事率算出手段が求めた前記仕事率の値を所定の期間にわたって累積加算して、当該期間における前記質量体から前記構造物へ作用する力の仕事を求める仕事算出手段と、
前記仕事率算出手段が求めた前記仕事率および前記仕事算出手段が求めた前記仕事の両方にもとづいて、該制振装置が異常か否かを判定する異常判定手段とを備え、
前記異常判定手段は、前記仕事率算出手段が求めた前記仕事率の値が、仕事率に関する所定の基準値より大きく、且つ、前記仕事算出手段が求めた前記仕事の値が、仕事に関する所定の基準値より大きいとき、該制振装置が異常であることを表す所定の信号を出力する、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項２】
前記加速度取得手段、前記速度取得手段、前記仕事率算出手段、前記仕事算出手段、ならびに前記異常判定手段はコンピュータによって構成されている請求項１記載の制振装置。
【請求項３】
前記第１のセンサは前記構造物の変位、移動速度、加速度のうちの少なくとも１つを検出する請求項１記載の制振装置。
【請求項４】
前記第２のセンサは前記質量体の変位、移動速度、加速度のうちの少なくとも１つを検出する請求項１記載の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物などの構造物の振動を抑制する制振装置に関し、特に装置の異常を検出する機能を備えた制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震や風圧などの外力によって建物などの構造物に発生する振動を抑制するために、可動質量体の運動を利用して制振作用を得るようにした制振装置が知られている。
この制振装置にはアクティブ・マス・ダンパと呼ばれるものや、パッシブ・マス・ダンパと呼ばれるものがある。
【０００３】
前者のアクティブ・マス・ダンパでは、質量体を建物内で水平方向に移動可能に支持し、建物の振動に応じて質量体をサーボモータなどの動力源により移動して、建物の振動を抑えるようになっている。
これに対して、パッシブ・マス・ダンパは構造が簡単であり、バネを介して可動質量体を建物に取り付け、建物が振動したときバネに蓄えられるエネルギーにより建物の振動を抑制するしくみとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記アクティブ・マス・ダンパの場合には、質量体を動力源によって積極的に移動させて建物に力を加え、制振するので、もし装置に故障が生じた場合には、単に制振効果が低下するというだけでなく、建物の振動を助長してしまうことも起り得る。
そのため、従来は、制振装置の各構成要素を個別にチェックし、それらに故障が生じた場合には、直ちに装置の運転を停止するなどの措置を講じていた。
【０００５】
しかし、このように装置の各部を個別に調べる方法では、チェック箇所以外の部分で故障が発生した場合には、装置の異常を検出することはできない。
チェック箇所を増やすことで、チェック漏れを起り難くすることは可能であるが、それには、コスト上昇などの問題もあり、おのずと限界がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、制振効果が正しく発揮されているか否かを調べて、装置の異常を総合的に検出できるようにした制振装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、構造物内に水平面上で移動可能に配置された質量体を所定の動力源によって移動させ、前記構造物の振動を抑制する制振装置において、前記構造物の動きに係わる物理量を検出する第１のセンサと、前記質量体の動きに係わる物理量を検出する第２のセンサと、前記第２のセンサからの信号により前記質量体の加速度を取得する加速度取得手段と、前記第１のセンサからの信号により前記構造物の速度を取得する速度取得手段と、前記質量体の重さ、前記加速度取得手段が取得した前記質量体の前記加速度、ならびに前記速度取得手段が取得した前記構造物の速度を乗ずることにより、前記質量体から前記構造物へ作用する力の仕事率を求める仕事率算出手段と、前記仕事率算出手段が求めた前記仕事率の値を所定の期間にわたって累積加算して、当該期間における前記質量体から前記構造物へ作用する力の仕事を求める仕事算出手段と、前記仕事率算出手段が求めた前記仕事率および前記仕事算出手段が求めた前記仕事の両方にもとづいて、該制振装置が異常か否かを判定する異常判定手段とを備え、前記異常判定手段は、前記仕事率算出手段が求めた前記仕事率の値が、仕事率に関する所定の基準値より大きく、且つ、前記仕事算出手段が求めた前記仕事の値が、仕事に関する所定の基準値より大きいとき、該制振装置が異常であることを表す所定の信号を出力することを特徴とする。
【０００８】
本発明はまた、前記加速度取得手段、前記速度取得手段、前記仕事率算出手段、前記仕事算出手段、ならびに前記異常判定手段がコンピュータによって構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明はまた、前記第１のセンサが前記構造物の変位、移動速度、加速度のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明はまた、前記第２のセンサが前記質量体の変位、移動速度、加速度のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明による制振装置では、加速度取得手段は、第２のセンサからの信号により質量体の加速度を取得する。速度取得手段は、第１のセンサからの信号により構造物の速度を取得する。仕事率算出手段は、質量体の重さ、加速度取得手段が得た質量体の加速度、ならびに速度取得手段が得た構造物の速度を乗ずることにより、質量体から構造物へ作用する力の仕事率を求める。仕事算出手段は、仕事率算出手段が求めた仕事率の値を所定の期間にわたって累積加算して、当該期間における質量体から構造物へ作用する力の仕事を求める。
【００１２】
異常判定手段は、仕事率算出手段が求めた仕事率および仕事算出手段が求めた仕事の両方にもとづいて、制振装置が異常か否かを判定する。また、そのために異常判定手段は、仕事率算出手段が求めた仕事率の値が、仕事率に関する所定の基準値より大きく、且つ、仕事算出手段が求めた仕事の値が、仕事に関する所定の基準値より大きいとき、制振装置が異常であることを表す所定の信号を出力する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例について説明する。
図２は本発明による制振装置の一例を示す模式平面図、図３は模式側面図である。
【００１４】
この制振装置２は、建物の一水平方向における振動を抑制するためのものである。
基台４は建物の例えば最上階の床６上に固定されている。直方体形状の質量体８はこの基台４上にガイドレール１０および車輪１２を介して、Ｘ方向に移動可能に支持されている。
基台４の両端部には反力受け１４、１６が配設され、これらの反力受け１４、１６と、各反力受けに臨む質量体８の側面とはコイルバネ１８によってそれぞれ連結されている。
【００１５】
質量体８の上には、質量体８を移動させるための手段として、サーボモータ２０、減速機２２、ピニオン・ラック機構を構成するピニオン２４およびラック２６、ならびにビーム２８が設けられている。
ビーム２８はＸ方向に延在し、質量体８の上面中央に支持され、その両端部は反力受け１４、１６上に固定されている。
サーボモータ２０は、その出力軸がビーム２８に直交するようにして質量体８の上面に固定され、サーボモータ２０の出力軸は減速機２２に接続されている。ビーム２８の上にはラック２６が配設され、これに係合するピニオン２４は減速機２２の出力軸に連結されている。
【００１６】
モータ２０が回転すると、ピニオン２４が回転し、ラック２６、従ってビーム２８には、ビーム２８をＸ方向に移動させようとする力が働く。しかしビーム２８は反力受け１４、１６に固定されているので、結果的に、質量体８がＸ方向に移動することになる。
【００１７】
建物の所定位置にはマイクロコンピュータを含む制御装置３０が配置されている。
この制御装置３０は、サーボモータ２０の制御、および本発明に係わる装置異常の検出を行い、その制御には、建物各部に取り付けられ、建物の移動速度を検出するセンサ３２からの信号、および質量体８に取り付けられ、質量体８の加速度を検出するセンサ３４からの信号を用いる。
【００１８】
図１は制御装置３０の構成を示す機能ブロック図である。
制御装置３０はマイクロコンピュータ３０２、Ａ／Ｄ変換器３０４、３０６、表示装置３０８、Ｄ／Ａ変換器３１２、ならびにモータ制御装置３１０を備えている。
モータ制御装置３１０は、マイクロコンピュータ３０２からＤ／Ａ変換器３１２を通じてサーボモータ２０を制御するための電圧が与えられると、モータ２０に電力を供給し、与えられた電圧によって決まる回転方向および回転速度で、サーボモータ２０を回転させる。
表示装置３０８は、制振装置に異常が発生したとき点灯させる警報ランプを備え、マイクロコンピュータ３０２から、制振装置の異常を表す信号が入力されたとき、上記ランプを点灯させ、装置の管理者に異常発生を知らせる。
【００１９】
マイクロコンピュータ３０２は、ＣＰＵ、ＣＰＵを動作させるためのプログラムが格納されたＲＯＭ、ならびにＲＡＭなどにより構成されており、図１の各機能を実現している。
制御手段３０２ｆは、Ａ／Ｄ変換器３０４からの信号が表す建物の移動速度にもとづいて所定の演算処理を行い、建物の振動を抑制するために制御装置３１０に与える制御電圧を算出する。
また、後述する異常判定手段３０２ｅより、装置の異常を示す信号が入力されたときは、所定の信号を出力して、モータ制御装置３１０にモータ２０の駆動を停止させる。
【００２０】
加速度取得手段３０２ａは、Ａ／Ｄ変換器３０６からの信号により、質量体８の加速度を取得する。
速度取得手段３０２ｂは、Ａ／Ｄ変換器３０４からの信号により、建物の移動速度を取得する。
仕事率算出手段３０２ｃは、マイクロコンピュータ３０２の上記ＲＯＭに予め格納されている質量体８の重さと、加速度取得手段３０２ａが取得した質量体８の加速度と、速度取得手段３０２ｂが取得した建物の速度とを乗算して、質量体８から建物に作用する力の仕事率を求める。この仕事率 DｅI は次式によって表される。
【００２１】
【数１】
DｅI   ＝  −ｍ・ａ・ｑ
ここで、ｍは質量体８の重さ、ａは質量体８の絶対座標に対する加速度、すなわち加速度取得手段３０２ａが取得した加速度、ｑは建物の速度、すなわち速度取得手段３０２ｂが取得した速度である。
なお、［数１］中、−ｍ・ａは質量体８が建物に及ぼす力を表しているので、それに建物の速度ｑを掛けたものが質量体８から建物へ作用する力の仕事率となる。この仕事率の値が負のときは、質量体８は建物の振動エネルギを吸収することを示し、従って制振効果が得られていることになり、上記値が０のときは制振効果が得られておらず、上記値が正のときは、逆に外力（振動）エネルギを付与することを示し、建物の揺れが収まり難いか、または建物が質量体８によって加振されていることになる。
【００２２】
仕事算出手段３０２ｄは、仕事率算出手段３０２ｃが求めた仕事率を、所定の期間にわたって累積加算し、その期間における質量体８から建物へ作用する力の仕事 DＥI を求める。
異常判定手段３０２ｅは、上記仕事率 DｅI の値が０より大きく、仕事 DＥI の値が０以上のとき、制振効果が得られておらず、装置に異常が発生しているとして、そのことを表す信号を、制御手段３０２ｆおよび表示装置３０８に出力する。
なお、制御装置３０と、サーボモータ２０およびセンサ３２、３４とを接続するケーブルは図２、図３では省略されている。
【００２３】
このように構成された制振装置２により、建物の振動は次のようにして抑制される。
例えば地震が発生し、建物が振動すると、センサ３２は建物の振動を検出し、検出結果を表す信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３０４はこの信号をデジタル信号に変換して出力する。
制御手段３０２ｆは、Ａ／Ｄ変換器３０４から信号を受け取り、その信号が表す建物の移動速度にもとづいて所定の演算処理を行い、建物の振動を抑制するために制御装置３１０に与える制御電圧を算出し、その電圧を表すデジタル信号を出力する。
Ｄ／Ａ変換器３１２はこの信号をアナログ信号に変換してモータ制御装置３１０に出力し、モータ制御装置３１０は与えられたアナログ信号の電圧にもとづき、サーボモータ２０に電力を供給し、その回転方向および回転速度を制御する。その結果、地震などによる建物の振動が抑制される。
【００２４】
マイクロコンピュータ３０２は、このような制振のための動作の他に、装置の異常を検出するための動作を行う。
これについて図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、加速度取得手段３０２ａは、Ａ／Ｄ変換器３０６からの信号により、質量体８の加速度を取得し（工程Ｓ１）、速度取得手段３０２ｂは、Ａ／Ｄ変換器３０４からの信号により、建物の移動速度を取得する（工程Ｓ２）。
そして、仕事率算出手段３０２ｃは、マイクロコンピュータ３０２の上記ＲＯＭに予め格納されている質量体８の重さｍと、加速度取得手段３０２ａが取得した質量体８の加速度ａと、速度取得手段３０２ｂが取得した建物の速度ｑとを乗算して（［数１］）、質量体８から建物へ作用する力の仕事率 DｅI を求める（工程Ｓ３）。
【００２５】
その後、仕事算出手段３０２ｄは、仕事率算出手段３０２ｃが求めた仕事率の値を、所定の期間、例えば建物の１次固有周期に相当する期間にわたって累積加算し、その期間における質量体８から建物へ作用する力の仕事 DＥI を求める（工程Ｓ４）。
そして、異常判定手段３０２ｅは、仕事率 DｅI の値が０より大きいかどうかを判定し（工程Ｓ５）、仕事 DＥI の値が０以上かどうかを判定して（工程Ｓ６）、これらの判定結果が共に真のときは、質量体８は瞬間的（仕事率）にも累積的（仕事）にも建物の振動エネルギを吸収しておらず、従って、制振効果は得られていないことになるので、制振装置に異常が発生しているとして、そのことを表す信号を、制御手段３０２ｆおよび表示装置３０８に出力する（工程Ｓ７）。
その結果、制御手段３０２ｆは所定の信号を出力して制御装置３１０にモータ２０の駆動を停止させ、一方、表示装置３０８は、その警報ランプを点灯させ、制振装置の管理者に異常が発生したことを知らせる。
なお、ここで質量体８の仕事率 DｅI だけではなく、仕事 DＥI をも用いているのは、機械系の若干の誤差などにより、制振装置が正常であっても瞬間的には仕事率の値が多少０を上回る場合があり、そのようなときに異常が発生したと判定することを避けるためである。
工程Ｓ５、Ｓ６での判定結果が否であった場合には、マイクロコンピュータ３０２は工程Ｓ１に戻り、異常検出のための上記一連の動作を繰り返す。
【００２６】
このように本実施例の制振装置では、センサによって検出した質量体の加速度および建物の速度にもとづいて質量体から建物へ作用する力の仕事率および仕事を算出し、それらにより、制振効果を評価し、そして質量体が建物の振動エネルギを吸収しているか付与しているかを判定して、制振装置の異常を総合的に検査している。
【００２７】
従って、この装置では検査箇所を増やすことなく、制振装置全体の異常の有無を調べることができる。
【００２８】
また、本実施例の制振装置は、一方向の振動に対して制振効果を有するものとしたが、基台４上に、Ｘ方向と直交するＹ方向に延設したレールを設け、その上に所定の車輪を介して上記レール１０を配置する構成とし、また必要な駆動系などを設けて質量体８をＹ方向にも移動できるようにすれば、平面上の任意の方向での制振効果を得ることができる。このような構成においても、本発明はもちろん有効であり、上述したような効果が得られる。
【００２９】
上記実施例ではセンサ３２は建物の速度を検出するとしたが、センサ３２として建物の変位および加速度の少なくとも一方を検出するものを用いて、検出結果に対して必要な演算を行い、建物の速度を求めることも可能である。
また、センサ３４は質量体８の加速度を検出するとしたが、センサ３４として質量体８の変位および速度少なくとも一方を検出するものを用い、検出結果に対して必要な演算を行い、質量体の速度および加速度を求めることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による制振装置では、加速度取得手段は、第２のセンサからの信号により質量体の加速度を取得し、速度取得手段は、第１のセンサからの信号により建物の速度を得る。
そして、仕事率算出手段は、質量体の重さ、加速度取得手段が得た質量体の加速度、ならびに速度取得手段が得た建物の速度を乗ずることにより、質量体から建物へ作用する力の仕事率を求める。
また、仕事算出手段が、仕事率算出手段が求めた仕事率を所定の期間にわたって累積加算して、当該期間における質量体から建物へ作用する力の仕事を求め、異常判定手段は、仕事率算出手段が求めた仕事率および仕事算出手段が求めた仕事の両方にもとづいて、制振装置が異常か否かを判定する。
【００３１】
従って、本発明の制振装置では、センサによって検出した質量体の加速度および建物の速度にもとづいて質量体から建物へ作用する力の仕事率及び仕事を算出し、それらにより制振効果を評価し、そして質量体が建物の振動エネルギを吸収しているか付与しているかを判断して、制振装置の異常を総合的に検査することができる。
そのため、この制振装置では検査箇所を増やすことなく、制振装置全体の異常の有無を調べることができる。
そして、従来から行われている装置各部の個別チェックを合わせて行うことにより、極めて信頼性の高い制振装置を実現することができる。
【００３２】
従って、この制振装置では、問題のない瞬間的な異常は無視することができるので、安定的に制振装置の異常を検査できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の制振装置の一例を構成する制御装置を示すブロック図である。
【図２】  本発明の制振装置の一例を示す模式平面図である。
【図３】  図２の制振装置を示す模式側面図である。
【図４】  図１の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２  制振装置
４  基台
８  質量体
１２  車輪
１８  コイルバネ
２０  サーボモータ
２２  減速機
２４  ピニオン
２６  ラック
２８  ビーム
３０  制御装置
３２、３４  センサ
３０２  マイクロコンピュータ
３０２ａ  加速度取得手段
３０２ｂ  速度取得手段
３０２ｃ  仕事率算出手段
３０２ｄ  仕事算出手段
３０２ｅ  異常判定手段
３０２ｆ  制御手段
３０４、３０６  Ａ／Ｄ変換器
３０８  表示装置
３１０  モータ制御装置
３１２  Ｄ／Ａ変換器
【図１】
0003662304.tif 000002
【図２】
0003662304.tif 000003
【図３】
0003662304.tif 000004
【図４】
0003662304.tif 000005