特許 6854728 振動制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6854728

(24)【登録日】2021年3月18日

(45)【発行日】2021年4月7日

(54)【発明の名称】振動制御システム

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20210329BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20210329BHJP

   F16F 15/027 20060101ALI20210329BHJP

【ＦＩ】

   E04H9/02

   F16F15/02 A

   F16F15/027

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-141879(P2017-141879)

(22)【出願日】2017年7月21日

(65)【公開番号】特開2019-19646(P2019-19646A)

(43)【公開日】2019年2月7日

【審査請求日】2019年12月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 直幹

【審査官】 兼丸 弘道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−００４３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１２１７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０４９３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４５８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１８５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９８４０６２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１４３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｆ１６Ｆ １５／０２−１５／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動を受ける構造物に入力された振動エネルギーを流体エネルギーに変換する変換装置と、
ピストン式アキュムレータであり、液体を媒体として、前記流体エネルギーを蓄積する蓄圧装置と、
前記蓄圧装置に蓄積されている前記流体エネルギーを用いて、制振対象となる構造物の振動を抑制するための制御力を出力する駆動装置と、
前記振動エネルギーの大きさに関する情報を得る情報取得装置と、を備え、
前記蓄圧装置は、
所定の圧力を付与しながら前記液体を受け入れる収容部と、
前記収容部に収容された前記液体を押圧するピストンと、
前記ピストンを前記液体に向けて押し付けるスプリングと、
前記振動エネルギーの大きさに基づいて前記所定の圧力の大きさを制御する圧力制御部と、を有し、
前記圧力制御部は、前記情報取得装置により取得された前記情報に基づいて、前記振動エネルギーが相対的に大きいほど前記スプリングの伸縮量を相対的に大きくして前記ピストンを前記液体に向けて押し付けることで前記液体に作用する前記所定の圧力を相対的に高い状態とし、前記振動エネルギーが相対的に小さいほど前記スプリングの伸縮量を相対的に小さくして前記ピストンを前記液体に向けて押し付けることで前記所定の圧力が相対的に低い状態とする、振動制御システム。

【請求項2】

前記情報取得装置は、
前記振動を受ける構造物から離間して設置された情報提供装置から前記振動エネルギーの大きさに関する第１情報を得る入力部と、
前記振動を受ける構造物に設置され、前記振動を受ける構造物に入力される振動エネルギーの大きさに関する第２情報を出力する計測部と、を有し、
前記圧力制御部は、前記第１情報に基づく制御を行った後に、前記第２情報に基づく制御を行う、請求項１に記載の振動制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エネルギー変換・供給型制震構造物が記載されている。このエネルギー変換・供給型制震構造物は、外乱により構造物に生じる地震動等からのエネルギーを変換するエネルギー変換装置と、変換されたエネルギーを蓄える蓄積装置と、蓄積装置に蓄えられたエネルギーを構造物の振動を抑制するために用いる駆動装置と、を備える。

【0003】

特許文献２には、エネルギー変換・供給システムが記載されている。このエネルギー変換・供給システムは、エネルギー変換装置として機能する液圧シリンダと、蓄積装置として機能するアキュムレータと、を備える。液圧シリンダは、地震動等によって振動する構造物の振動エネルギーを高効率で流体エネルギーに変換する。アキュムレータは、液圧シリンダによって液圧が上昇した流体を蓄積する。

【0004】

特許文献３には、蓄積装置等のエネルギー源に蓄えられた圧液を用いて構造物の振動を抑制するための制振装置用液圧式駆動装置が記載されている。この制振装置用液圧式駆動装置は、圧液が充填されたシリンダと、シリンダ内を往復道するピストンと、エネルギー源からシリンダ内におけるピストンを挟んだ両側のシリンダ室内に流入する圧液を制御するサーボ弁と、シリンダ室間の圧液の移動量を制御する流量制御弁と、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１６３３１７号公報

【特許文献2】特開２００５−２１４３０４号公報

【特許文献3】特開２０１５−４３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の特許文献１〜３に記載されている構造物の振動を制御する技術は、構造物に入力されたエネルギーを蓄積し、蓄積した当該エネルギーを用いて構造物の振動の抑制動作を行う。この場合に、蓄積されるエネルギーよりも振動の抑制動作のために利用されるエネルギーが多いと、蓄積装置が有するエネルギーは減少する。すなわち、システムが蓄積するエネルギーとシステムが使用するエネルギーとのバランスを良好に保てないので、振動の抑制動作を好適に継続することが難しくなってしまう。

【0007】

本発明は、振動の抑制動作を継続することが可能な振動制御システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一形態は、振動を受ける構造物に入力された振動エネルギーを流体エネルギーに変換する変換装置と、液体を媒体として、流体エネルギーを蓄積する蓄圧装置と、蓄圧装置に蓄積されている流体エネルギーを用いて、制振対象となる構造物の振動を抑制するための制御力を出力する駆動装置と、を備え、蓄圧装置は、所定の圧力を付与しながら液体を受け入れる収容部と、振動エネルギーの大きさに基づいて所定の圧力の大きさを制御する圧力制御部と、を有する。

【0009】

この振動制御システムにおいては、収容部は、所定の圧力と流体エネルギーとして送り込まれる液体の圧力との差に対応する量の液体を収容する。すなわち、蓄圧装置は、所定の圧力よりも大きい圧力を有する液体を流体エネルギーの媒体として受け入れる。ここで、蓄圧装置は、所定の圧力を制御する圧力制御部を有している。また、この圧力制御部は、振動エネルギーの大きさに応じて所定の圧力を制御する。従って、液体は、圧力制御部によって制御された所定の圧力に応じて収容部に受け入れられる。この所定の圧力は、振動エネルギーの大きさに基づいて制御されているので、蓄圧装置は振動エネルギーの大きさに対応しながら流体エネルギーの媒体としての液体を受け入れることが可能になる。従って、蓄圧装置に様々な大きさの振動エネルギーから変換された流体エネルギーを効率よく蓄積しながら、蓄圧装置に蓄積されている流体エネルギーを用いて、構造物の振動を抑制することができる。ひいては、振動制御システムは、振動の抑制動作を継続することができる。

【0010】

この振動制御システムは、振動エネルギーの大きさに関する情報を得る情報取得装置をさらに備え、圧力制御部は、情報取得装置により取得された情報に基づいて、振動エネルギーが相対的に大きいほど所定の圧力を相対的に高い状態とし、振動エネルギーが相対的に小さいほど所定の圧力が相対的に低い状態としてもよい。この場合、情報取得装置によって相対的に小さい振動エネルギーが測定された場合には、圧力制御部が所定の圧力を相対的に低い状態になるように調整する。これにより、当該振動エネルギーから変換された流体エネルギーを蓄圧装置に確実に蓄積することが可能となる。

【0011】

この振動制御システムにおいて、情報取得装置は、振動を受ける構造物から離間して設置された情報提供装置から振動エネルギーの大きさに関する第１情報を得る入力部と、振動を受ける構造物に設置され、振動を受ける構造物に入力される振動エネルギーの大きさに関する第２情報を出力する計測部と、を有し、圧力制御部は、第１情報に基づく制御を行った後に、第２情報に基づく制御を行ってもよい。この場合、情報取得装置からの情報によって早いタイミングで振動エネルギーの大きさに応じた所定の圧力に調整したうえで、第１構造物に設置された振動計測装置による第１構造物の応答を計測することによって振動エネルギーの大きさに精度よく応じた所定の圧力に再調整することができる。

【0012】

この振動制御システムにおいて、蓄圧装置は、ピストン式アキュムレータであり、圧力制御部は、収容部に収容された液体を押圧するピストンと、ピストンを液体に向けて押し付けるスプリングと、を含み、圧力制御部は、スプリングの伸縮量を調整することによって、液体に作用する所定の圧力を制御してもよい。この場合、スプリングの伸縮量の調整によって簡易にピストンへの押圧力を調整することができる。従って、ピストンから液体へ作用する圧力を簡易に調整することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、振動の抑制動作を継続することが可能な振動制御システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本実施形態に係る振動制御システム及び振動制御システムが構造物に適用される様子を示す概念図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る振動制御システムの構成を示す図である。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２に示されるアキュムレータが制御される様子を示す図である。

【図4】図４は、各例における解析結果をまとめたグラフである。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、各例における解析結果をまとめたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

【0016】

本実施形態に係る振動制御システム１は、図１に示されるように、構造物２の振動を利用して構造物３の振動を抑制する場合に適用される。換言すると、振動制御システム１は、地震時に構造物に入力されるエネルギーを変換して、それを利用するアクティブ制震に関するものである。構造物２及び構造物３は、例えば、互いに隣接している。構造物２は、振動を受ける構造物であり、例えば、免震構造物である。構造物２は、下部構造２１（例えば、基礎）と、上部構造２２と、上部構造２２を下部構造２１に対して相対移動可能に支持する免震装置２３と、を備えている。構造物３は、制振対象の構造物であり、例えば、非免震構造物である。この構造物３は、各階に配置されたブレース３１と、各ブレース３１を構面内で取り囲むフレーム３２と、を備えている。ブレース３１は、耐震要素として機能する。構造物３は、例えば、ブレース３１に代えて耐震壁を備えていてもよい。

【0017】

振動制御システム１は、変換装置５と、蓄圧装置６と、駆動装置７と、回収装置８（図２参照）と、情報取得装置９と、を備えている。変換装置５は、下部構造２１と上部構造２２との間に跨設されている。これにより、地震動Ｍに基づく振動エネルギーが構造物２に入力すると、上部構造２２が下部構造２１に対して相対移動する。駆動装置７は、一端をフレーム３２に固定されたブレース３１の他端において、ブレース３１とフレーム３２とを連結して配置されている。蓄圧装置６は、変換装置５及び駆動装置７に接続され、構造物２及び構造物３の間の地盤上に配置されている。

【0018】

変換装置５は、構造物２に入力した振動エネルギーを流体エネルギーに変換する。本実施形態において、変換装置５は、構造物２に入力した振動エネルギーを液体の圧力（圧液）として発生させる。変換装置５は、例えば、油圧ダンパである。図２に示されるように、変換装置５は、シリンダ５１と、ピストン５２と、を有している。ピストン５２は、シリンダ５１内に配置され、シリンダ５１内を往復動する。シリンダ５１内には、ピストン５２によって収容室５１ａ，５１ｂが形成されている。シリンダ５１内の収容室５１ａ，５１ｂには、液体が収容されている。構造物２に入力した地震動Ｍによって、上部構造２２が下部構造２１に対して相対移動すると、収容室５１ａ又は収容室５１ｂ内の液圧が上昇する。

【0019】

変換装置５は、収容室５１ａ内の液圧が上昇した場合には、収容室５１ａ内に高圧の圧液Ｌ１（圧力Ｐ１、容積Ｖ１）を発生させる。また、変換装置５は、収容室５１ｂ内の液圧が上昇した場合には、収容室５１ｂ内に高圧の圧液Ｌ２（圧力Ｐ２、容積Ｖ２）を発生させる。地震動Ｍにより構造物２が継続して振動すると、シリンダ５１内をピストン５２が往復動するため、収容室５１ａ，５１ｂには、高圧の圧液Ｌ１，Ｌ２が交互に発生する。圧液Ｌ１，Ｌ２は、蓄圧装置６に流入する。図２においては、このときの圧液Ｌ１の流量がＱ１３で示され、圧液Ｌ２の流量がＱ２３で示されている。

【0020】

蓄圧装置６は、液体を媒体として、流体エネルギーを蓄積する。本実施形態においては、蓄圧装置６は、変換装置５によって発生した高圧の圧液Ｌ１，Ｌ２のうちの少なくとも一部の圧液Ｌ３１（圧力Ｐ３、容積Ｖ３１）を蓄積する。蓄圧装置６は、例えば、ピストン式アキュムレータである。図２に示されるように、蓄圧装置６は、タンク６１と、ピストン６２と、スプリング６３と、コントローラ６４（圧力制御部）と、を有している。ピストン６２は、タンク６１内に配置され、タンク６１内を往復動する。タンク６１内には、ピストン６２によって収容室６１ａ（収容部）が形成されている。

【0021】

収容室６１ａは、所定の圧力Ｐｘを付与しながら液体を受け入れる。また、収容室６１ａは、受け入れた液体のうち、圧力Ｐ３と圧力Ｐｘとの差に対応する量の液体を圧液Ｌ３１として収容する。ピストン６２は、収容室６１ａに収容された液体を圧力Ｐｘで押圧する。スプリング６３は、ピストン６２を液体に向けて押し付けることにより、ピストン６２が液体を押圧する圧力Ｐｘを調整する。コントローラ６４は、構造物２に入力した振動エネルギーの大きさに基づいて圧力Ｐｘの大きさを制御する。コントローラ６４による制御の詳細については後述する。

【0022】

駆動装置７は、蓄圧装置６に蓄積されている流体エネルギー（ここでは、圧液Ｌ３１）のうちの少なくとも一部（ここでは、圧液Ｌ３２（圧力Ｐ３、容積Ｖ３２））を用いて、振動を抑制するための制御力を出力する。駆動装置７は、例えば、油圧アクチュエータである。図２に示されるように、駆動装置７は、シリンダ７１と、ピストン７２と、サーボ弁７３と、流量調整弁７４と、を有している。ピストン７２は、シリンダ７１内に配置され、シリンダ７１内を往復動する。シリンダ７１内には、ピストン７２によって収容室７１ａ，７１ｂが形成されている。シリンダ７１内の収容室７１ａ，７１ｂには、蓄圧装置６からサーボ弁７３を介して圧液Ｌ３２が流入する。

【0023】

サーボ弁７３は、蓄圧装置６と収容室７１ａ，７１ｂとに接続され、蓄圧装置６からの圧液Ｌ３２の流入量を調整する。これにより、サーボ弁７３は、収容室７１ａ，７１ｂの圧液Ｌ３２の圧力を調整し、駆動装置７が出力する制御力の時期及び大きさを調整する。流量調整弁７４は、収容室７１ａ，７１ｂに接続され、収容室７１ａと収容室７１ｂと間の圧液Ｌ３２の移動量を調整する。これにより、流量調整弁７４は、サーボ弁７３によって調整された流入量が０である場合も含め、収容室７１ａ，７１ｂの圧液Ｌ３２の圧力をさらに調整する。

【0024】

図２において、駆動装置７に流入する流量がＱ１＋Ｑ３とされ、駆動装置７から放出される流量がＱ２＋Ｑ４とされ、流量調整弁７４によって調整される流量がＱｓｅとされている。これにより、図２においては、収容室７１ａに収容されている圧液Ｌ３２の流量がＱ１−Ｑ２−Ｑｓｅで示され、収容室７１ｂに収容されている圧液Ｌ３２の流量がＱ３−Ｑ４＋Ｑｓｅで示されている。

【0025】

回収装置８は、駆動装置７による制御力の出力の際に収容室７１ａ，７１ｂから放出された圧液Ｌ３２のうちの少なくとも一部の圧液Ｌ４（Ｐ４，Ｖ４）を回収する。また、回収装置８は、回収した圧液Ｌ４のうちの少なくとも一部を変換装置５に復帰させる。回収装置８は、例えば、油圧タンクである。或いは、回収装置８は、アキュムレータであってもよい。図２においては、このときの収容室５１ａに復帰する圧液Ｌ４の流量がＱ４１で示され、収容室５１ｂに復帰する圧液Ｌ４の流量がＱ４２で示されている。

【0026】

情報取得装置９は、振動エネルギーの大きさに関する情報を取得する。図１に示されるように、情報取得装置９は、入力部９１と、計測部９２と、を有している。入力部９１は、構造物２から離間して設置された情報提供装置Ｓから振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ１（第１情報）を得る。本実施形態において、入力部９１は、情報ｍ１として地震動Ｍの大きさを取得する。情報提供装置Ｓは、例えば、遠隔観測点に設置された観測計である。地震動Ｍの大きさとしては、例えば、観測計から発信される緊急地震速報からの当該地域の予測震度（例えば、平均値）を適用することができる。

【0027】

計測部９２は、構造物２に入力する振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ２（第２情報）を入力部９１に出力する。計測部９２は、振動計測装置９２ａと、振動計測装置９２ｂと、を有している。振動計測装置９２ａ，９２ｂは、地震動Ｍが入力したときの構造物２の応答を計測する。

【0028】

振動計測装置９２ａは、構造物２における下部構造２１上に設置されている。振動計測装置９２ａは、地震動Ｍによる応答として下部構造２１における振動の速度ｖ１（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓｅｃ）を計測する。速度ｖ１としては、例えば、振動計測装置９２ａによる計測値のうち、構造物２の固有周期の１／２における応答の絶対値の平均値が採用される。

【0029】

振動計測装置９２ｂは、構造物２における上部構造２２上（例えば、上部構造２２の最上部）に設置されている。振動計測装置９２ｂは、地震動Ｍによる応答として上部構造２２における振動の速度ｖ２（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓｅｃ）を計測する。速度ｖ２としては、例えば、振動計測装置９２ｂによる計測値のうち、構造物２の固有周期の１／２における応答の絶対値の平均値が採用される。

【0030】

計測部９２は、振動計測装置９２ａ，９２ｂによって計測された速度ｖ１，ｖ２の差である相対速度を情報ｍ２として出力する。そして、入力部９１は、取得した情報ｍ２を蓄圧装置６のコントローラ６４に出力する。

【0031】

コントローラ６４は、情報取得装置９により取得された情報ｍ１，ｍ２に基づいて、蓄圧装置６の圧力Ｐｘの大きさを制御する。このとき、コントローラ６４は、振動エネルギーが相対的に大きいほど圧力Ｐｘを相対的に高い状態とし、振動エネルギーが相対的に小さいほど圧力Ｐｘが相対的に低い状態とする。具体的には、コントローラ６４は、スプリング６３の伸縮量Δｘを調整する処理を行う。ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、
Ａ：ピストン６２の面積（ｍ^２）
ｋ：スプリング６３のバネ係数（Ｎ／ｃｍ）
Ｆ：スプリング６３による反力（Ｎ）
と定義すると、圧力Ｐｘは次のように求められる。
Ｐｘ＝Ｆ／Ａ＝ｋΔｘ／Ａ
従って、図３に示されるように、スプリング６３の伸縮量Δｘを調整することにより、圧力Ｐｘが調整される。

【0032】

コントローラ６４は、まず、情報ｍ１に基づいて圧力Ｐｘを制御する。例えば、情報提供装置Ｓから相対的に大きい地震動の大きさが情報ｍ１として出力された場合、コントローラ６４は、図３（ａ）に示されるように、伸縮量Δｘが相対的に大きくなるように調整する。これにより、圧力Ｐｘは、相対的に高い状態となるように制御される。

【0033】

情報ｍ１に基づく制御を行った後に、コントローラ６４は、情報ｍ２に基づいて圧力Ｐｘを制御する。例えば、計測部９２から相対的に小さい相対速度が情報ｍ２として出力された場合、コントローラ６４は、図３（ｂ）に示されるように、伸縮量Δｘが相対的に小さくなるように調整する。これにより、圧力Ｐｘは、相対的に低い状態となるように制御される。

【0034】

次に、振動制御システム１の作用効果について説明する。振動制御システム１においては、収容室６１ａは、蓄圧装置６の圧力Ｐｘと流体エネルギーとして送り込まれる液体の圧力Ｐ３との差に対応する量の液体を収容する。すなわち、蓄圧装置６は、圧力Ｐｘよりも大きい圧力を有する液体を流体エネルギーの媒体として受け入れる。ここで、蓄圧装置６は、圧力Ｐｘを制御するコントローラ６４を有している。また、このコントローラ６４は、振動エネルギーの大きさに応じて圧力Ｐｘを制御する。従って、液体は、コントローラ６４によって制御された圧力Ｐｘに応じて収容室６１ａに受け入れられる。この圧力Ｐｘは、振動エネルギーの大きさに基づいて制御されているので、蓄圧装置６は振動エネルギーの大きさに対応しながら流体エネルギーの媒体としての液体を受け入れることが可能になる。従って、蓄圧装置６に様々な大きさの振動エネルギーから変換された流体エネルギーを効率よく蓄積しながら、蓄圧装置６に蓄積されている流体エネルギーを用いて、構造物３の振動を抑制することができる。ひいては、振動制御システム１は、振動の抑制動作を継続することができる。

【0035】

要するに、振動制御システム１は、液圧ダンパである変換装置５において変換した圧液をアキュムレータである蓄圧装置６に蓄積して、液圧アクチュエータである駆動装置７で再利用するアクティブ制震システムである。そして、振動制御システム１は、地震動の大きさに応じて、エネルギー蓄積装置であるアキュムレータの設定圧を可変とする。この振動制御システム１は、変換装置５の圧力が蓄圧装置６の圧力Ｐｘよりも小さくなることによりエネルギーが変換及び蓄積されない状態を回避し、地震の大きさに関わらず、一定以上のエネルギー変換及び蓄積が可能である。従って、振動制御システム１によれば、エネルギー変換装置からのエネルギーを地震動の大きさに応じて効率的に変換することができ、中小地震から大地震までエネルギー収支を良好に保つことができる。

【0036】

この振動制御システム１は、振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ１，ｍ２を得る情報取得装置９をさらに備え、コントローラ６４は、情報取得装置９により取得された情報ｍ１，ｍ２に基づいて、振動エネルギーが相対的に大きいほど圧力Ｐｘを相対的に高い状態とし、振動エネルギーが相対的に小さいほど圧力Ｐｘが相対的に低い状態とする。この場合、情報取得装置９によって相対的に小さい振動エネルギーが測定された場合には、コントローラ６４が圧力Ｐｘを相対的に低い状態になるように調整する。これにより、当該振動エネルギーから変換された流体エネルギーを蓄圧装置６に確実に蓄積することが可能となる。

【0037】

特に、この振動制御システム１において、情報取得装置９は、振動を受ける構造物２から離間して設置された情報提供装置Ｓから振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ１を得る入力部９１と、振動を受ける構造物２に設置され、振動を受ける構造物２に入力される振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ２を出力する計測部９２と、を有し、コントローラ６４は、情報ｍ１に基づく制御を行った後に、情報ｍ２に基づく制御を行っている。これにより、情報取得装置９からの情報ｍ１によって早いタイミングで振動エネルギーの大きさに応じた所定の圧力Ｐｘに調整したうえで、構造物２に設置された計測部９２による構造物２の応答を計測することによって振動エネルギーの大きさに精度よく応じた所定の圧力Ｐｘに再調整することができる。

【0038】

この振動制御システム１において、蓄圧装置６は、ピストン式アキュムレータであり、コントローラ６４は、収容室６１ａに収容された液体を押圧するピストン６２と、ピストン６２を液体に向けて押し付けるスプリング６３と、を含み、コントローラ６４は、スプリング６３の伸縮量Δｘを調整することによって、液体に作用する圧力Ｐｘを制御する。この場合、スプリング６３の伸縮量の調整によって簡易にピストン６２への押圧力を調整することができる。従って、ピストン６２から液体へ作用する圧力を簡易に調整することができる。

【0039】

この振動制御システム１において、変換装置５は、振動を受ける構造物２に入力した地震動Ｍに基づく振動エネルギーを流体エネルギーに変換する。地震動Ｍの大きさは、様々である。この振動制御システム１によれば、地震動Ｍを振動エネルギーとして取得した場合であっても、蓄圧装置６が様々な大きさの振動エネルギーを蓄積できる。従って、蓄圧装置６のエネルギー収支を一定以上に保ちながら、構造物２に入力した地震動Ｍに起因するエネルギーを用いて、構造物３の振動を良好に抑制することが可能となる。

【0040】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【0041】

例えば、上記実施形態では、計測部９２は、振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ２として、速度ｖ１及び速度ｖ２の差である相対速度を出力したが、情報ｍ２は速度ｖ１及び速度ｖ２のうちのいずれか一方であってもよい。

【0042】

また、振動計測装置９２ａは、地震動Ｍによる構造物２の応答として下部構造２１における振動の速度ｖ１を計測したが、速度ｖ１に代えて、振動の加速度及び変位のうちのいずれかを計測してもよい。同様に、振動計測装置９２ｂは、地震動Ｍによる構造物２の応答として上部構造２２における振動の速度ｖ２を計測したが、速度ｖ２に代えて、振動の加速度及び変位のうちのいずれかを計測してもよい。

【0043】

また、計測部９２は、構造物２の速度又は加速度を計測し、計測された速度又は加速度を積分することにより求めた変位を、地震動Ｍによる構造物２の応答として出力してもよい。

【0044】

また、上記実施形態では、情報取得装置９は、振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ１，ｍ２を取得したが、情報取得装置９は、情報ｍ１，ｍ２のうちのいずれか一方のみを取得してもよい。例えば、情報取得装置９は、振動を受ける構造物２から離間して設置された情報提供装置Ｓから振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ１を得る入力部９１を有し、コントローラ６４は、情報ｍ１のみに基づいて圧力Ｐｘを制御してもよい。これにより、情報取得装置９からの情報ｍ１を取得した時点で圧力Ｐｘの調整を開始できる。従って、振動制御システム１は、構造物２に振動エネルギーが入力した後に所定の圧力Ｐｘの調整を開始する場合と比較して、早いタイミングで振動エネルギーの大きさに応じた圧力Ｐｘに制御し得る。

【0045】

或いは、情報取得装置９は、振動を受ける構造物２に設置され、振動を受ける構造物２に入力される振動エネルギーの大きさに関する情報ｍ２を出力する計測部９２を有し、コントローラ６４は、情報ｍ２のみに基づいて所定の圧力Ｐｘを制御してもよい。これにより、構造物２に設置された計測部９２によって構造物２の応答を計測する。そのため、構造物２に入力した振動エネルギーの大きさを精度よく測定することが可能となる。従って、振動エネルギーの大きさに精度よく応じた所定の圧力Ｐｘに調整し得る。

【0046】

また、上記実施形態では、変換装置５は、地震動に基づく振動エネルギーを流体エネルギーに変換したが、地震動に基づく振動エネルギーに限定されない。変換装置５は、例えば、台風（風）に基づく振動エネルギーを変換してもよく、地震動及び台風の両方を組み合わせた外力に基づく振動エネルギーを変換してもよい。

【0047】

変換装置５が台風に基づく振動エネルギーを変換する場合、上記実施形態において情報取得装置９の入力部９１は、緊急地震速報に代えて、例えば、ＡＭｅＤＡＳ（地域気象観測システム：Automated Meteorological Data Acquisition System）による「前１０分間の平均風速」からの風速（ｍ／ｓ）を用いてもよい。

【0048】

また、変換装置５が台風に基づく振動エネルギーを変換する場合、入力部９１は、振動計測装置９２ａ，９２ｂのうちのいずれか（例えば、振動計測装置９２ｂ）が計測した速度（ここでは、速度ｖ２）を情報ｍ２として取得してもよい。さらに、入力部９１は、構造物２に設置された風速計からの風速をさらに取得してもよい。コントローラ６４は、情報取得装置９の入力部９１により取得された種々の情報に基づいて、蓄圧装置６の圧力Ｐｘの大きさを調整し得る。

【0049】

また、上記実施形態では、蓄圧装置６がピストン式アキュムレータである例について説明したが、蓄圧装置は、ブラダ式アキュムレータであってもよい。この場合、蓄圧装置のコントローラ６４は、収容室６１ａに配置されると共にガスを封入したブラダを含み、コントローラ６４は、ブラダに封入されたガスの圧力を調整することによって、液体に作用する圧力Ｐｘを制御してもよい。これにより、ガスの圧力を調整するため、圧力Ｐｘを精度よく調整することができる。

【0050】

また、上記実施形態では、構造物の応答を利用して蓄圧装置６の圧力Ｐｘを設定した。つまり、振動が印加されたときの結果（応答）を利用して圧力Ｐｘを設定した。例えば、振動制御システムは、構造物２に入力される振動そのものを利用してもよい。具体的には、構造物の固有周期の１／２における地震動の絶対値の平均に基づいて蓄圧装置６の圧力Ｐｘを設定してもよい。より詳細には、スプリング式アキュムレータのスプリング伸縮量やブラダ式アキュムレータのガス圧力を調整してもよい。

【0051】

続けて、実施例を参照して振動制御システム１の振動の抑制についてさらに説明する。以下、入力された地震動の大きさＫ、及び圧力Ｐｘをパラメータとして、構造物２，３の振動系をモデル化し、次の条件により数値解析を行った。そして、入力エネルギーと蓄圧装置６の圧力Ｐｘとの関係と、各条件におけるエネルギー収支と、を確認した。なお、入力エネルギーは、所定の波形及び当該波形における振幅（地震動の最大速度振幅の大きさＫ）として規定した。
・共通する条件
構造物２の固有周期：３ｓ
入力地震波の波形：「エルセントロ １９４０（ＮＳ）」
・解析例１：Ｋ＝５０（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓ）、Ｐｘ＝５００（ｋｇ／ｃｍ^２）
・解析例２：Ｋ＝２５（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓ）、Ｐｘ＝２５０（ｋｇ／ｃｍ^２）
・解析例３：Ｋ＝５０（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓ）、Ｐｘ＝２５０（ｋｇ／ｃｍ^２）
・比較例１：Ｋ＝２５（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓ）、Ｐｘ＝５００（ｋｇ／ｃｍ^２）

【0052】

解析例１及び解析例２の条件は、入力エネルギーに応じた蓄圧装置６の圧力Ｐｘに設定した場合である。解析例３の条件は、入力エネルギーに応じた蓄圧装置６の圧力Ｐｘよりもさらに小さい値に設定した場合である。つまり、解析例１〜３は、本実施形態に係る振動制御システム１によって入力エネルギーを蓄圧装置６に効率よく回収できるように圧力Ｐｘを調整した場合に対応する。一方、比較例１は、入力エネルギーに応じた蓄圧装置６の圧力Ｐｘよりもさらに大きい値に設定した場合である。比較例１は、解析例１〜３とは異なり、入力エネルギーを蓄圧装置６に効率よく回収できるように圧力Ｐｘを調整しない場合に対応する。

【0053】

図４は、制御ゲインと、エネルギー収支との関係を示す計算結果である。横軸は、制御ゲインを示す。縦軸は、エネルギー収支を示す。エネルギー収支は、蓄圧装置６に入力した流体エネルギー（圧液Ｌ３１；圧力Ｐ３、容積Ｖ３１）と蓄圧装置６から出力した流体エネルギー（圧液Ｌ３２；圧力Ｐ３、容積Ｖ３２）との比である。この解析では、振動系の絶対速度に制御ゲインを乗じた値が制御力であるとした。例えば、図４において、エネルギー収支が１．０よりも大きいときは、蓄圧装置６に回収されるエネルギーが制御力のために提供されるエネルギーよりも大きいことを示す。つまり、エネルギー収支が良好であることを示す。

【0054】

グラフＧ１は、解析例１の結果を示す。グラフＧ２は、解析例３の結果を示す。グラフＧ３は、比較例１の結果を示す。図４のグラフＧ１及びグラフＧ２においては、制御ゲインが１０以下であるときにエネルギー収支が１．０よりも大きくなっている。エネルギー収支が１．０よりも大きい状態は、変換エネルギーが再利用エネルギーを上回り、エネルギー収支が成立してアクティブ制震が実現できていることを示す。従って、振動制御システム１を利用して入力エネルギーに応じて圧力Ｐｘを調整することにより、良好なエネルギー収支が得られることがわかった。

【0055】

これに対し、図４のグラフＧ３においては、いかなる制御ゲインの値においても、エネルギー収支は１．０より小さかった。具体的には、全制御ゲインのときにエネルギー収支がグラフＧ１及びグラフＧ２の場合の半分以下となっており、制御ゲインが１０のときにエネルギー収支が１．０よりも小さくなっている。従って、入力エネルギーに応じた圧力Ｐｘへの調整を行わない場合には、良好なエネルギー収支が得られないことがわかった。

【0056】

図５（ａ）は、制御ゲインが１０のときの解析例１、解析例２、解析例３、及び比較例１におけるエネルギー収支の値を比較した棒グラフである。グラフＧ１１は、解析例１の結果を示す。グラフＧ１２は、解析例２の結果を示す。グラフＧ１３は、解析例３の結果を示す。グラフＧ１４は、比較例１の結果を示す。図５（ａ）のグラフＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３において、エネルギー収支が１．０よりも大きくなっている。従って、入力エネルギーに応じて圧力Ｐｘを調整することにより、良好なエネルギー収支が得られることがわかった。また、図５（ａ）のグラフＧ１４において、エネルギー収支が１．０よりも小さくなっている。入力エネルギーに応じた圧力Ｐｘへの調整を行わない場合には、良好なエネルギー収支が得られないことがわかった。

【0057】

図５（ｂ）は、制御ゲインが１０のときの解析例１、解析例２、解析例３及び比較例１における構造物３の応答最大加速度（ｇａｌ；ｃｍ／ｓ^２）を比較したグラフである。グラフＧ２１は、解析例１の結果を示す。グラフＧ２２は、解析例２の結果を示す。グラフＧ２３は、解析例３の結果を示す。グラフＧ２４は、比較例１の結果を示す。

【0058】

グラフＧ２１（解析例１）とグラフＧ２２（解析例２）とを比較すると、最大応答加速度は、地震動の大きさＫに応じていることがわかった。具体的には、解析例２の地震動の大きさＫ（２５（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓ））は、解析例１の地震動の大きさＫ（５０（Ｋｉｎｅ；ｃｍ／ｓ））の半分である。その結果、グラフＧ２２の最大応答加速度は、グラフＧ２１の最大応答加速度のおよそ半分であった。

【0059】

グラフＧ２１（解析例１）とグラフＧ２３（解析例３）とを比較すると、圧力Ｐｘの調整度合いによって、最大応答加速度に違いが生じることがわかった。具体的には、解析例３の圧力Ｐｘは、最適な値（５００（ｋｇ／ｃｍ^２））よりも小さい値（２５０（ｋｇ／ｃｍ^２））に設定されている。この場合には、エネルギーを回収する観点からすると、解析例１よりも良好な結果が得られる（図５（ａ）参照）。一方、振動の抑制の観点からすると、最大応答加速度が解析例１よりも大きくなっていることがわかった。

【0060】

従って、上記の解析例１〜３及び比較例１によれば、地震動の大きさＫに応じた圧力Ｐｘへの調整（解析例１、２）が、エネルギーの回収と振動抑制の観点から好適であることがわかった。

【符号の説明】

【0061】

１…振動制御システム、２…構造物、３…構造物、５…変換装置、６…蓄圧装置、７…駆動装置、９…情報取得装置、６１ａ…収容室（収容部）、６２…ピストン、６３…スプリング、６４…コントローラ（圧力制御部）、９１…入力部、９２…計測部、Ｍ…地震動、ｍ１…情報（第１情報）、ｍ２…情報（第２情報）、Ｐｘ…圧力、Δｘ…伸縮量。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】