(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の振動を検出するセンサから出力された検出信号に基づいて駆動信号を生成する演算手段を有し、該演算手段から出力された駆動信号に応じてアクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造物の振動を制振する制振装置において、
前記付加質量が予め設定された移動範囲を越えたことを検出するリミットスイッチと、
該リミットスイッチにより前記付加質量が前記移動範囲を越えたことを検出したときに、前記付加質量を停止させ、その後所定時間経過後に、前記付加質量を前記移動範囲内に自動復帰させると共に、前記演算手段から出力された駆動信号により制御を再開する制御手段と、
を備えたことを特徴とする制振装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の制振装置であって、
前記制御手段は、前記付加質量が予め設定された移動範囲を越えた位置で停止したとき、前記付加質量を前記移動範囲の中央位置に自動復帰させることを特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制振装置に係り、特に構造物の振動状態を検出するセンサからの出力に基づいて付加質量を移動させて構造物の振動を制振するよう構成された制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばビル等の構造物においては地震あるいは風圧等による振動を制振するための制振装置が設けられている。この種の制振装置では、主にビルの質量に応じた所定の重量を有する付加質量を、ビルの振動状態に応じて変位させてビルの振動を制振するようになっている。
【０００３】
従来の制振装置としては、例えば付加質量をリニアベアリング等により摺動自在に支持するとともに、付加質量に螺合するボールネジ等の伝達機構をモータ等により駆動し、付加質量が水平方向に往復動されるよう構成された制振装置がある。
この種の制振装置では、ビルの変位及び速度などの振動状態を検出するセンサからの出力値の大きさに応じた制御量を演算する制御装置からの駆動信号によりアクチュエータとしてのモータが駆動制御され、付加質量が移動することによりビルの振動を制振するようになっている。
【０００４】
また、制振装置には、付加質量の移動範囲が予め決められており、その移動範囲の両端位置には付加質量が移動範囲の限度位置に到達したことを検出するリミットスイッチが設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記構成の制振装置においては、例えば構造物に過大な振動が伝播した場合、振動状態を検出するセンサからの出力値も過大になってしまうため、出力値の大きさに応じた制御量も過大になり、付加質量の移動量が移動範囲を越えてしまうことがある。このように、付加質量が移動範囲を越えてしまうと、付加質量がストッパに衝突することを防止するためリミットスイッチがオンに切り替わって制振装置の制御システム全体を停止状態とする。
【０００６】
そのため、従来は、付加質量が移動範囲を越えた位置で停止した場合、作業員が手動操作で付加質量を移動範囲内の位置に復帰させる作業が必要となり、付加質量の復帰作業に多くの労力と時間を要するといった問題がある。また、作業員が復帰させるまでは制振装置が作用しないといった問題もある。
そこで、本発明は上記課題を解決した制振装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、構造物の振動を検出するセンサから出力された検出信号に基づいて駆動信号を生成する演算手段を有し、該演算手段から出力された駆動信号に応じてアクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造物の振動を制振する制振装置において、
前記付加質量が予め設定された移動範囲を越えたことを検出するリミットスイッチと、
該リミットスイッチにより前記付加質量が前記移動範囲を越えたことを検出したときに、前記付加質量を停止させ、その後所定時間経過後に、前記付加質量を前記移動範囲内に自動復帰させると共に、前記演算手段から出力された駆動信号により制御を再開する制御手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、上記請求項１記載の発明によれば、リミットスイッチにより付加質量が移動範囲を越えたことを検出したときに、付加質量を停止させ、その後所定時間経過後に、付加質量を移動範囲内に自動復帰させると共に、演算手段から出力された駆動信号により制御を再開するため、万が一付加質量が移動範囲を越えた位置で停止しても復帰作業を不要にでき、作業員による復帰作業に要する労力と時間を無くして、付加質量が過大に変位したときのメンテナンスを省略することができ、速やかに制振状態に復帰できる。
【０００９】
また、上記請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の制振装置であって、前記制御手段が、前記付加質量が予め設定された移動範囲を越えた位置で停止したとき、前記付加質量を前記移動範囲の中央位置に自動復帰させることを特徴とするものである。
従って、上記請求項２記載の発明によれば、付加質量が予め設定された移動範囲を越えた位置で停止したとき、付加質量を移動範囲の中央位置に自動復帰させるため、再起動させたときに付加質量の可動範囲を両方向に確保でき、振動方向を限定せずに制振動作することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になる制振装置の一実施例を示す概略構成図である。また、図２は制振装置の正面図である。また、図３は制振装置の縦断面図である。
図１乃至図３に示されるように、制振装置１は、大略、構造物としてのビル２の屋上に設置された動吸振器３が制御装置４からの制御信号により制振動作してビル２のＸ方向の振動を制振する。
【００１１】
動吸振器３は、ビル２の屋上に設置された基台５上に付加質量６がＸ方向に摺動する構成であり、付加質量６はビル２の総質量に対し約０．５％程度の質量を有し、例えば５〜１０ｔ程度の重量を有する。そのため、付加質量６は基台５上のリニアベアリング７により摺動自在に支持されている。
また、基台５上にはアクチュエータとしてのＡＣサーボモータ（以下「モータ」と言う）８、電磁ブレーキ９が設けられており、モータ８の出力軸８ａはカップリング１０を介して軸受１１，１２に軸承されたボールねじ１３に結合されている。ボールねじ１３は付加質量６に螺合して貫通している。従って、付加質量６はボールねじ１３の回転により基台５の凹部５ａ内を移動する。
【００１２】
制振動作前の状態では、付加質量６の中心位置が移動範囲の中心と一致するセンタ位置（Ｃ点）に停止するように設定されている。また、基台５の凹部５ａ内において、付加質量６の移動範囲は、予め決められており、センタ（Ｃ点）を中心として左右方向（Ｘ方向）に距離Ｌ１ずつ設定されており、センタ（Ｃ点）から距離Ｌ１ずつ移動した位置に左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂが設置されている。さらに、左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂの取付位置から距離Ｌ２ずつ離間した位置には、ストッパ１６ａ，１６ｂが設けられている。
【００１３】
左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂは、付加質量６が所定の移動範囲を過ぎて過大に移動すると、付加質量６の端部が当接してオン状態に切り替わる。この左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂからの検出信号が制御装置４の制御回路１７に入力されると、制御回路１７はモータ８への電源供給を停止させると共に電磁ブレーキ９を作動させて停止させる。これにより、付加質量６は、移動範囲を越える制御量で駆動された場合でもストッパ１６ａ，１６ｂの直前位置で停止してストッパ１６ａ，１６ｂに当接することが防止される。
【００１４】
また、制御回路（制御手段）１７は、後述するように地震発生時に制振制御すると共に、付加質量６が予め設定された移動範囲を越える位置まで移動した場合には、一旦システムを停止させた後、所定時間経過後にモータ８を駆動させて付加質量６を移動範囲のセンタ（Ｃ点）に復帰させる復帰動作を行わせる。
例えば風圧又は地震発生によりビル２が振動すると、制御回路１７は後述するように振動の大きさに応じた制御量を演算して動吸振器３のモータ８へ駆動信号を出力する。モータ８は駆動信号の供給によりボールねじ１３を回転させ、付加質量６をＸ方向（振動方向）に移動させる。このとき、発生する付加質量６の慣性力の反作用によりビル２の振動が制振される。
【００１５】
尚、電磁ブレーキ９は制振モード時オフ状態であり、電源をオフにされた停止モード時にボールねじ１３を回転不可状態に制動する。
ビル２の例えば奇数階及び屋上には、地震あるいは風圧による振動状態を変位、速度、あるいは加速度により検出する振動状態検出センサ（以下単に「センサ」という）１４が設置されている。尚、これらのセンサ１４は、ビル２がＸ1 方向へ移動すると正の検出信号を出力し、又、ビル２がＸ2 方向へ移動すると負の検出信号を出力する振動方向検出手段となっている。
【００１６】
また、動吸振器３には付加質量６の変位を検出する変位センサ１８が設けられている。尚、この変位センサ１８は、付加質量６がＸ1 方向へ移動すると正の検出信号を出力し、付加質量６がＸ2 方向へ移動すると負の検出信号を出力する移動方向検出手段となっている。
上記各センサ１４（１４1 〜１４5 ）及び変位センサ１８からの各検出信号は増幅器１９1 〜１９5 ，２０により増幅される。各増幅器１９1 〜１９5 ，２０により増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器２１でデジタル信号に変換されて演算装置２２に出力される。また、演算装置２２は、Ａ／Ｄ変換器２１から入力されたデジタル信号に基づいて動吸振器３への制御量を演算する。
【００１７】
さらに、演算装置２２の演算結果は、Ｄ／Ａ変換器２３によりアナログ信号に変換されてモータ８のドライブ回路２４に供給され、ドライブ回路２４は演算装置２２で演算された制御量に応じた駆動信号として指令電圧を動吸振器３のモータ８に出力する。
図４は制御回路１７の構成を説明するためのブロック図である。
【００１８】
図４に示すように、制御回路１７は、左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂからの検出信号により付加質量６の移動方向を判別する移動方向判別回路２５と、移動方向判別回路２５から出力された検出信号の入来により計時開始するタイマ２６と、移動方向判別回路２５から出力された検出信号の入来により付加質量６の移動方向を記憶するメモリ２７と、移動方向判別回路２５から出力された検出信号の入来により電源回路２８に電源供給を停止させると共にタイマ２６からのタイマ信号が出力されるの待って付加質量６をセンタ位置へ自動復帰させるＣＰＵ２９とを有する。尚、メモリ２７は、電源供給が停止しても記憶したデータが消えない不揮発性メモリからなる。
【００１９】
ＣＰＵ２９は、付加質量６が所定の移動範囲を越えて移動した場合、左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂの何れか一方の検出信号の入来により付加質量６の移動方向を認識すると共に、ドライブ回路２４への電源供給を停止させてモータ８の駆動制御を停止する。そして、ＣＰＵ２９は、タイマ２６からのタイマ信号が出力された時点でドライブ回路２４を介してモータ８の駆動制御し、付加質量６を自動的にセンタ位置に復帰させる。そのため、万が一付加質量６が移動範囲を越えた位置で停止しても作業員による復帰作業に要する労力と時間を無くして、付加質量６が過大に変位したときのメンテナンスを省略することができ、速やかに制振状態に復帰できる。また、付加質量６を移動範囲のセンタ位置（原点位置）に自動復帰させるため、再起動させたときに付加質量６の可動範囲を両方向（Ｘ1 ，Ｘ2 方向）に確保できる。従って、制振装置１では、再起動させたときに振動方向を限定せずに制振動作することができる。
【００２０】
ここで、ＣＰＵ２９が実行する制御処理について説明する。
図５はＣＰＵ２９が実行する制御処理のフローチャートである。
図５において、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）では、左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂの何れか一方から付加質量６の過大変位の検出信号が入力されると、Ｓ２に進み、ドライブ回路２４への電源供給を停止させてモータ８を停止させる。続いてＳ３では、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの検出量に基づいて算出された加速度が予め設定された所定値以上であるかどうかをチェックする。
【００２１】
Ｓ３において、算出された加速度が予め設定された所定値以上であるときは、Ｓ４に進み、一定時間（例えば５分間程度）待機する。すなわち、Ｓ４では、タイマ２６からのタイマ信号が出力された時点でＳ５に進み、再度、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの検出量に基づいて算出された加速度が予め設定された所定値以上であるかどうかをチェックする。
【００２２】
Ｓ５において、加速度が予め設定された所定値以上であるときは（入力が制振能力以上に大きい、例えばシステムエラー等が考えられ）、付加質量６が所定の移動範囲を越えた位置まで移動してストッパ１６ａ，１６ｂに当接するおそれがあるので、Ｓ６に進み、制振装置１の制御システムを停止させる。
また、Ｓ５において、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの検出量に基づいて算出された加速度が予め設定された所定値より小さいときは、付加質量６の移動距離が所定の移動範囲内であるので、Ｓ７に進む。また、上記Ｓ３において、算出された加速度が予め設定された所定値以下であるときも、付加質量６の移動距離が所定の移動範囲内であるので、Ｓ７に進む。このＳ７では、一定時間（例えば５分間程度）が経過するまで左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂからの検出信号を検出しない。
【００２３】
そして、Ｓ８では、左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂの何れか一方の検出信号に基づいて移動方向判別回路２５による付加質量６の移動方向がＸ1 方向かあるいはＸ2 方向かを確認する。続いて、Ｓ９に進み、モータ８による制振制御を停止すると共に、ドライブ回路２４への電源供給を再開してモータ８を検出位置と逆方向に移動させて付加質量６を上記センタ位置（原点位置）に自動復帰させる。このときのモータ８の回転速度は、付加質量６の移動速度が例えば２０cm/min程度となるような制振制御時よりもゆっくりとした移動速度になるように制御する。
【００２４】
次のＳ１０では、左右リミットスイッチ１５ａ，１５ｂの検出を再開する。そして、Ｓ１１で制振システムを再起動させる。
このように、付加質量６が過大変位したときは、モータ８を停止させてシステムが停止状態となるが、所定時間が経過した時点でモータ８が駆動されて自動的に付加質量６をセンタ位置に復帰させることができるので、作業員による復帰作業に要する労力と時間を無くして、付加質量が過大に変位したときのメンテナンスを省略することができ、速やかに制振状態に復帰できる。
【００２５】
尚、上記Ｓ７において、設定した一定時間を経過しても再起動状態にならない場合、異常と判断してシステムを停止する。
また、上記実施例では、ＣＰＵ２９が上記付加質量６の復帰動作をソフトウエアを実行することにより実現するものとして説明したが、これに限らず、ＣＰＵ２９の代わりに電気回路のハードウエアにより実現する構成として良い。
【００２６】
図６はＣＰＵ２９が実行する処理の変形例を説明するためのフローチャートである。
図６において、ＣＰＵ２９は、Ｓ２１で各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの出力値が予め設定された所定値以上であるかどうかをチェックする。このＳ２１において、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの出力値が予め設定された所定値以上であるときは、ビル２が振動しているものと判断してＳ２２に進み、演算装置２２で演算された制振制御の制御量を読み込む。
【００２７】
続いて、Ｓ２３では、電磁ブレーキ９による制動を解除する。そして、Ｓ２４でモータ８の駆動制御を開始してビル２の振動を制振する。
次のＳ２５では、左リミットスイッチ１５ａから検出信号が出力されたかどうかをチェックする。このＳ２５において、左リミットスイッチ１５ａから検出信号が出力されていないときは、Ｓ２６に進み、右リミットスイッチ１５ｂから検出信号が出力されたかどうかをチェックする。このＳ２６において、右リミットスイッチ１５ｂから検出信号が出力されていないときは、Ｓ２７に進み、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）の出力値が予め設定された所定値以上であるかどうかを再度チェックする。このＳ２７において、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの出力値が予め設定された所定値以上であるときは、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２以降の制振制御処理を繰り返す。
【００２８】
しかし、Ｓ２７において、各センサ１４（１４1 〜１４5 ）からの出力値が予め設定された所定値以下であるときは、Ｓ２８に進み、ドライブ回路２４へ電源供給を行って付加質量６をセンタ位置（原点位置）に自動復帰させる。その後、Ｓ２９で、ドライブ回路２４への電源供給を停止してモータ８を停止させる。そして、Ｓ３０では電磁ブレーキ９を作動させて付加質量６を制動する。
【００２９】
また、上記Ｓ２５において、左リミットスイッチ１５ａから検出信号が出力されたときは、付加質量６が左方向の限界位置を越えたものと判断し、Ｓ３１で付加質量６の移動方向を記憶させた後、Ｓ３３でドライブ回路２４への電源供給を停止してモータ８を停止させる。
また、上記Ｓ２６において、右リミットスイッチ１５ｂから検出信号が出力されたときは、付加質量６が右方向の限界位置を越えたものと判断し、Ｓ３２で付加質量６の移動方向を記憶させた後、Ｓ３３でドライブ回路２４への電源供給を停止してモータ８を停止させる。
【００３０】
そして、Ｓ３４において、タイマ２６からのタイマ信号が出力されるまで待機状態を維持し、所定時間が経過してタイマ信号が出力されると、Ｓ３５に進み、ドライブ回路２４への電源供給を再開してモータ８を駆動制御する。これにより、付加質量６は、それまでの移動方向と逆方向に駆動されてセンタ位置（原点位置）に自動復帰される。
【００３１】
次のＳ３６では、付加質量６の中心が移動範囲のセンタ位置に復帰したかどうかをチェックする。そして、Ｓ３６において、付加質量６の中心がセンタ位置に復帰したことが確認されると、Ｓ３７に進み、ドライブ回路２４への電源供給を停止してモータ８を停止させ、付加質量６をセンタ位置に停止させる。
このように、付加質量６が過大変位したときは、モータ８を停止させてシステムが停止状態となるが、所定時間が経過した時点でモータ８が駆動されて自動的に付加質量６をセンタ位置に復帰させることができるので、作業員による復帰作業に要する労力と時間を無くして、付加質量が過大に変位したときのメンテナンスを省略することができ、速やかに制振状態に復帰できる。
【００３２】
尚、上記実施例では、ビル２の制振を行う制振装置を一例として挙げたが、これに限らず上記動吸振器３をビル以外の構造物（例えば橋梁、鉄塔、高架建築物、スタジアム等）にも適用できるのは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
上述の如く、上記請求項１記載の発明によれば、リミットスイッチにより付加質量が移動範囲を越えたことを検出したときに、付加質量を停止させ、その後所定時間経過後に、付加質量を移動範囲内に自動復帰させると共に、演算手段から出力された駆動信号により制御を再開するため、万が一付加質量が移動範囲を越えた位置で停止しても復帰作業を不要にでき、作業員による復帰作業に要する労力と時間を無くして、付加質量が過大に変位したときのメンテナンスを省略することができ、速やかに制振状態に復帰できる。
【００３４】
また、上記請求項２記載の発明によれば、付加質量が予め設定された移動範囲を越えた位置で停止したとき、付加質量を移動範囲の中央位置に自動復帰させるため、再起動させたときに付加質量の可動範囲を両方向に確保でき、振動方向を限定せずに制振動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる制振装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】動吸振器の正面図である。
【図３】動吸振器の縦断面図である。
【図４】制御回路１７の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】ＣＰＵ２９が実行する制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】ＣＰＵ２９が実行する制御処理の変形例の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  制振装置
２  ビル
３  動吸振器
４  制御装置
６  付加質量
８  ＡＣサーボモータ
１４（１４1 〜１４5 ）  振動状態検出センサ
１５ａ，１５ｂ  リミットスイッチ
１６ａ，１６ｂ  ストッパ
１７  制御回路
２２  演算装置
２５  移動方向判別回路
２６  タイマ
２７  メモリ
２９  ＣＰＵ
【図１】
0004041598.tif 000002
【図２】
0004041598.tif 000003
【図３】
0004041598.tif 000004
【図４】
0004041598.tif 000005
【図５】
0004041598.tif 000006
【図６】
0004041598.tif 000007