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JP6510326B2 - Energy conversion type active control system - Google Patents
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Description

本発明は構造物に入力した振動エネルギを制御力として利用可能なエネルギに変換し、この変換されたエネルギを使用して構造物に制御力を付与し、構造物の振動を抑制するエネルギ変換型アクティブ制震システムに関するものである。   The present invention converts the vibrational energy input to the structure into usable energy as a control force, applies the control force to the structure using the converted energy, and suppresses the vibration of the structure. It relates to an active control system.

エネルギ変換型アクティブ制震システムは、地震時等に構造物に入力した振動エネルギを流体エネルギ等、蓄積可能なエネルギに変換する油圧シリンダ等の変換装置と、変換装置で変換されたエネルギを蓄積するアキュムレータ等の蓄積装置と、蓄積装置に蓄積されたエネルギを構造物に制御力として付与する駆動装置(アクチュエータ)等の再利用装置から成立する(特許文献1〜4参照)。   The energy conversion type active vibration control system stores a conversion device such as a hydraulic cylinder or the like that converts vibrational energy input to a structure at the time of earthquake or the like into fluidizable energy such as fluid energy, and the energy converted by the conversion device. It consists of a storage device such as an accumulator and a reuse device such as a drive device (actuator) that applies energy stored in the storage device to a structure as a control force (see Patent Documents 1 to 4).

特開平8−218679号公報(請求項1、段落0019〜0029、図1〜図3)JP-A-8-218679 (claim 1, paragraphs 0019 to 0029, FIGS. 1 to 3) 特開平9−324552号公報(請求項1、段落0015〜0020、図1、図2)Unexamined-Japanese-Patent No. 9-324552 (Claim 1, paragraphs 0015-0020, FIG. 1, FIG. 2) 特開平11−94013号公報(請求項1、段落0008〜0021、図1〜図5)Unexamined-Japanese-Patent No. 11-94013 (Claim 1, paragraphs 0008-0021, FIGS. 1-5) 特開2005−163317号公報(請求項1、段落0012〜0028、図1〜図8)Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-163317 (claim 1, Paragraphs 0012-0028, FIGS. 1-8)

上記の制震システムでは変換装置でのエネルギ変換から、再利用装置からの制御力の発生までにはある程度の時間を要する関係で、再利用装置からの制御力の発生に必要なエネルギ(変換エネルギ)を変換装置から時々刻々と供給できる保証がない。   In the above-described vibration control system, it takes a certain amount of time from energy conversion in the conversion device to generation of control power from the reuse device, and energy required for generation of control power from the reuse device (conversion energy There is no guarantee that it can be supplied momentarily from the converter.

また変換装置が振動エネルギから変換できる変換エネルギ量が、再利用装置の制御力付与時に必要とされる使用エネルギ量(再利用エネルギ量)を上回る保証もない。すなわち、再利用装置の制御力付与時の使用エネルギ量(再利用エネルギ量)に対する、変換装置による変換エネルギ量の比率(エネルギ収支)が1より大きくなる保証がない。このため、最初に再利用装置から必要な大きさの制御力を発生させるには、蓄積装置に、再利用装置から上部構造に付与すべき制御力の発生に必要な量のエネルギを蓄積可能な容量を持たせる必要がある。この容量は地震の初期に再利用装置で発生する制御力が大きい程、大きくなる。   Also, there is no guarantee that the amount of conversion energy that the conversion device can convert from the vibrational energy exceeds the amount of energy used (the amount of reuse energy) required when applying the control power of the reuse device. That is, there is no guarantee that the ratio (energy balance) of the conversion energy amount by the conversion device to the use energy amount (reuse energy amount) when applying the control power of the reuse device is larger than one. Therefore, in order to initially generate the control power of the required size from the recycling device, the storage device can store an amount of energy necessary to generate the control power to be applied from the recycling device to the superstructure. It is necessary to have capacity. This capacity increases as the control force generated by the reuse device at the early stage of the earthquake increases.

一方、蓄積装置は地震時等、予期しない非常時にのみ稼働することから、地震等の発生時以外のときから常に多くの、使用の見込みがない可能性のある変換エネルギを蓄積した状態を維持しなければならないため、変換エネルギ量に対する使用エネルギ量(再利用エネルギ量)の効率が必ずしも高いとは言えない。その上、蓄積装置において非常時の備えとして変換エネルギの損失が生じないよう、変換エネルギの蓄積状態を維持する必要があるため、そのための費用が掛かり過ぎ、実用的とは言えない。   On the other hand, since the storage device operates only during unexpected emergencies such as earthquakes, it has always maintained a state where it has stored a large amount of converted energy that may have no prospect of use from the time other than the occurrence of an earthquake or the like. Because of this, the efficiency of the used energy amount (reused energy amount) relative to the converted energy amount is not necessarily high. Moreover, since it is necessary to maintain the storage state of converted energy so that loss of converted energy does not occur as an emergency preparation in the storage device, it is too expensive to do so and it is not practical.

本発明は上記背景より、蓄積装置に十分な容量を持たせながらも、地震時以外のときにも蓄積しているエネルギの有効利用を図ることが可能なエネルギ変換型アクティブ制震システムを提案するものである。   From the above background, the present invention proposes an energy conversion type active vibration control system capable of achieving effective use of stored energy even at the time of an earthquake while giving a sufficient capacity to a storage device. It is a thing.

請求項1に記載の発明のエネルギ変換型アクティブ制震システムは、振動発生時に振動発生前の原位置に対して水平方向に相対変位を生じる構造物内のいずれかの領域に入力した振動エネルギを制御力として利用可能な変換エネルギに変換する変換装置と、この変換装置で変換された変換エネルギを蓄積する蓄積装置と、この蓄積装置に蓄積された変換エネルギを、相対変位を生じた前記いずれかの領域以外の領域に制御力として付与する再利用装置とを備え、
前記蓄積装置が前記再利用装置による前記制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し、初期の時点で前記容量を満たす量の変換エネルギを賄う常時用エネルギ源を共用していることを構成要件とする。
In the energy conversion type active vibration control system of the invention according to claim 1, the vibration energy which is input to any region in the structure which causes relative displacement in the horizontal direction with respect to the original position before the vibration generation when the vibration is generated is A conversion device for converting into conversion energy usable as a control force, a storage device for storing the conversion energy converted by the conversion device, and any one of the above-mentioned relative displacements caused by the conversion energy stored in the storage device And a recycling device that applies control power to areas other than the
The storage device has a capacity sufficient to store an amount of conversion energy necessary for generation of the control power by the reuse device, and shares an energy source for regular use that covers an amount of conversion energy satisfying the capacity at an initial time And make it a configuration requirement.

「構造物内のいずれかの領域」は構造物内の平面上の、もしくは立面上のいずれかの領域であり、「原位置」は振動発生時にも振動発生前の位置に留まるか、相対的に他の領域との対比で振動発生前の位置に近い位置に留まる領域である。例えば構造物内が剛な支持層8に支持された領域と、柔な支持層8に支持された領域とに区分されたような場合、振動発生時には剛な支持層8に支持された領域が原位置に留まろうとし、柔な支持層8に支持された領域が振動発生前の原位置に対して水平方向に相対変位を生じようとする。支持層8が剛か柔かは相対的である。ここで言う「支持層8」は地中で構造物下の杭を安定的に支持する層ではなく、杭を除く構造物本体と地盤面との間に介在し、構造物を支持する層である基礎、免震層等を言う。   "Any region in the structure" is any region on a plane or elevation in the structure, and "in-situ" remains at the position before vibration generation even when vibration is generated, or relative It is an area which stays near the position before the occurrence of vibration in contrast to other areas. For example, in the case where the inside of the structure is divided into a region supported by a rigid support layer 8 and a region supported by a flexible support layer 8, the region supported by the rigid support layer 8 when vibration occurs is While trying to stay in the original position, the area supported by the flexible support layer 8 tends to generate a relative displacement in the horizontal direction with respect to the original position before the occurrence of vibration. It is relative whether the support layer 8 is rigid or flexible. The “support layer 8” mentioned here is not a layer that stably supports the pile below the structure in the ground, but is a layer that intervenes between the structure body excluding the pile and the ground surface and supports the structure. It says a certain foundation, a seismic isolation layer, etc.

この関係から、構造物内が相対的に水平剛性(以下、剛性)の相違する2種類の支持層8に支持された2以上の領域に区分された場合には、相対的に「構造物内の剛な支持層8に支持された領域」が請求項1における「原位置」に相当し、「構造物内の柔な支持層8に支持された領域」が請求項1における「(構造物内の)いずれかの領域」と「相対変位を生じた前記いずれかの領域以外の領域」に相当する(請求項3)。 From this relationship, when the inside of the structure is divided into two or more regions supported by two types of support layers 8 having different horizontal rigidity (hereinafter referred to as rigidity) relatively, The region supported by the rigid support layer 8 corresponds to the “in-situ” in claim 1 and the “region supported by the flexible support layer 8 in the structure” is the “(structure It corresponds to "an area" and "an area other than the above-mentioned area which caused relative displacement" (claim 3).

また構造物が下部構造6と上部構造7とに上下に区分された場合に、下部構造6と上部構造7が共に等しい剛性の支持層8に支持された場合には、相対的に地盤から遠い上部構造7が振動発生時に地盤寄りの下部構造6に対して水平方向に相対変位を生じ易いから、相対的に下部構造6が原位置に留まろうとし、上部構造7が原位置に対して水平方向に相対変位を生じようとする。この関係から、構造物が上下に区分されたときの下部構造6が請求項1における「原位置」に相当し、上部構造7が「(構造物内の)いずれかの領域」と「相対変位を生じた前記いずれかの領域以外の領域」に相当する(請求項4)。下部構造6と上部構造7は共に剛な支持層8に支持される場合と、柔な支持層8に支持される場合の他、一方が剛な支持層8に支持され、他方が柔な支持層8に支持される場合もある。 In addition, when the structure is divided into the lower structure 6 and the upper structure 7 in the upper and lower directions, when the lower structure 6 and the upper structure 7 are supported by the same rigid support layer 8, they are relatively far from the ground Since the upper structure 7 tends to generate a relative displacement in the horizontal direction with respect to the lower structure 6 near the ground when vibration occurs, the lower structure 6 tends to stay in the original position, and the upper structure 7 moves relative to the original position. Attempts to produce relative displacement in the horizontal direction. From this relationship, the lower structure 6 when the structure is divided up and down corresponds to the "original position" in claim 1, and the upper structure 7 "relative to any region (within the structure)" and "relative displacement" Corresponds to a region other than the above-mentioned region which has generated (claim 4). The lower structure 6 and the upper structure 7 are both supported by the rigid support layer 8 and by the flexible support layer 8, one of which is supported by the rigid support layer 8 and the other is supported by the flexible support layer 8. It may be supported by layer 8.

「構造物が上下に区分される」とは、構造物が下部構造6と上部構造7とに粗く(大まかに)区分されることを言い、構造物を立面で見たときに構造物を下層と上層に区分する境界線が直線状である場合のように、ある特定の層(階)を挟んで明確に下層と上層に区分される場合の他、構造物を下層と上層に区分する境界線が凹凸状になるような場合を含む。   “The structure is divided up and down” means that the structure is roughly divided roughly into the lower structure 6 and the upper structure 7, and when the structure is viewed in elevation, the structure is divided. As in the case where the boundary between the lower and upper layers is linear, the structure is divided into the lower and upper layers, in addition to the case where it is clearly separated into the lower and upper layers with a specific layer (floor) interposed. Including the case where the boundary line becomes uneven.

構造物が下部構造6と上部構造7とに粗く区分された場合に、下部構造6と上部構造7のいずれか一方が剛な支持層8に支持され、他方が柔な支持層8に支持された場合には、柔な支持層8に支持された下部構造6と上部構造7のいずれか一方が振動発生時に振動発生前の原位置からの相対変位量が大きくなり、剛な支持層8に支持された他方に対して水平方向に相対変位を生じる状態になる。   When the structure is roughly divided into the lower structure 6 and the upper structure 7, one of the lower structure 6 and the upper structure 7 is supported by the rigid support layer 8, and the other is supported by the flexible support layer 8. In this case, when either of the lower structure 6 and the upper structure 7 supported by the flexible support layer 8 generates a vibration, the relative displacement from the original position before the generation of the vibration becomes large. It will be in the state which produces relative displacement horizontally with respect to the other side supported.

但し、原位置に留まろうとする傾向は下部構造6と上部構造7とに区分された場合の下部構造6より、剛な支持層8に支持された領域が強いと考えられるから、構造物内が下部構造6と上部構造7とに区分され、それぞれが剛性の異なる支持層8に支持された場合で言えば、振動発生時には柔な支持層8に支持された上部構造7が剛な支持層8に支持された下部構造6に対して最も水平方向に相対変位し易いことになる。以下では説明の簡略化のため、便宜的に「原位置」を下部構造6に代表させて下部構造6等と言い、「原位置に対して水平方向に相対変位を生じる構造物内のいずれかの領域」を上部構造7に代表させて上部構造7等と言う。   However, since the tendency to stay in the in-situ position is considered to be stronger in the region supported by the rigid support layer 8 than in the lower structure 6 when divided into the lower structure 6 and the upper structure 7, Is divided into the lower structure 6 and the upper structure 7, and in the case where each is supported by the different rigid support layers 8, the upper structure 7 supported by the flexible support layer 8 is rigid when the vibration is generated. The horizontal displacement relative to the lower structure 6 supported by 8 is the easiest. Hereinafter, for simplification of the explanation, for convenience, the “in-situ” position is represented by the lower structure 6 and is referred to as the lower structure 6 or the like, “in any of the structures causing relative displacement in the horizontal direction The upper structure 7 is representative of the region of the upper structure 7 and is referred to as the upper structure 7 or the like.

請求項1における「蓄積装置が再利用装置による制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し」とは、地震発生時等に再利用装置が上部構造7等に付与すべき制御力を発生するために要する量の変換エネルギを蓄積可能な容量を蓄積装置が備えることを言う。蓄積装置がこの容量を満たす量の変換エネルギを初期の時点で賄うために常時用エネルギ源が共用される。容量は想定される最大の制御力の大きさに応じて決められる。蓄積装置が初期の時点で蓄積すべき変換エネルギ量は再利用装置から上部構造7等に付与すべき制御力の発生に必要なエネルギ(後述の再利用エネルギ)の量を指す。「振動発生時」は地震発生時と風荷重作用時を言う。以下では地震発生時等と言う。   The phrase “the storage device has a capacity sufficient to store the conversion energy necessary for generation of control power by the reuse device” means that the reuse device gives the superstructure 7 etc. when an earthquake occurs, etc. It means that the storage device is provided with a capacity capable of storing the amount of conversion energy required to generate the control power to be controlled. A permanent energy source is shared in order for the storage device to initially provide an amount of conversion energy that meets this capacity. The capacity is determined in accordance with the magnitude of the maximum control force assumed. The amount of converted energy that the storage device should initially store is the amount of energy (recycled energy described later) required to generate the control power to be applied from the recycling device to the upper structure 7 or the like. "When vibration occurs" means when an earthquake occurs and when wind load is applied. In the following, we say that the earthquake occurred.

「蓄積装置が容量を満たす量の変換エネルギを賄う常時用エネルギ源を共用している」とは、図1−(a)に示すように蓄積装置3が再利用装置4に供給する変換エネルギを得るためのエネルギ源として常時用エネルギ源を兼用していることを言う。蓄積装置3は常時用エネルギ源を共用することで、地震発生時等の非常時に常時用エネルギ源のエネルギを蓄積装置3の容量を満たす量の変換エネルギとして使用する。蓄積装置3の容量を満たす量の変換エネルギは前記のように地震発生時等に再利用装置4から上部構造7等に付与すべき制御力の発生のために使用される。   “The storage device shares a constant energy source that supplies conversion energy in an amount sufficient to satisfy the capacity” means that the storage device 3 supplies conversion energy to the reuse device 4 as shown in FIG. 1- (a). It is said that it is also used as a regular energy source as an energy source for obtaining energy. The storage device 3 always shares the energy source, and uses the energy of the constant energy source as conversion energy of an amount that satisfies the capacity of the storage device 3 in an emergency such as when an earthquake occurs. As described above, the conversion energy of an amount satisfying the capacity of the storage device 3 is used to generate a control force to be applied from the recycling device 4 to the upper structure 7 or the like at the time of an earthquake or the like.

常時用エネルギ源は具体的には図1−(b)に示すように例えば常時、使用状態にある油圧エレベータのエネルギ源(油圧源)の一部として設置されるアキュムレータ31等を指す。油圧エレベータのエネルギ源としてアキュムレータ31が併用されることは通常、ないが、エネルギ源としてアキュムレータ31が使用されることで、油圧エレベータに付属する油圧ポンプを休止させながらも、地震発生時以外、アキュムレータ31が油圧ポンプに代わって油圧エレベータに圧油を供給することが可能である。この結果、油圧エレベータの稼働の俊敏性が確保され、計画・非計画停電時にも油圧エレベータを稼働できる利点が生じる。この場合、常時用エネルギ源としてのアキュムレータ31が地震時には蓄積装置3として機能する。   The constant energy source specifically refers to, for example, an accumulator 31 or the like installed as part of the energy source (hydraulic source) of the hydraulic elevator that is always in use, as shown in FIG. 1- (b). Although the accumulator 31 is not commonly used as an energy source of a hydraulic elevator, the accumulator 31 is used as an energy source, and while the hydraulic pump attached to the hydraulic elevator is stopped, the accumulator is not used during an earthquake. 31 can supply hydraulic oil to the hydraulic elevator instead of the hydraulic pump. As a result, the agility of operation of the hydraulic elevator is secured, and there is an advantage that the hydraulic elevator can be operated even during planned and unplanned power outages. In this case, the accumulator 31 as a constant energy source functions as the storage device 3 during an earthquake.

アキュムレータ31が圧油を油圧エレベータに供給する状態と再利用装置4に供給する状態の切り替えは地震等の発生時に始動する制御装置32が行うが、制御装置32としては例えば図2に示すような方向切換弁等が使用される。この場合、方向切換弁は平常時にはソレノイドへの非通電によりアキュムレータ31の圧油が油圧エレベータのシリンダにのみ流れる状態にしており、地震等の発生時にソレノイドへの通電によりポートの状態が切り替わり、アキュムレータ31の圧油が再利用装置4にのみ流れる状態に移行する。   The control device 32 that starts when an earthquake or the like occurs switches between the state where the accumulator 31 supplies the hydraulic oil to the hydraulic elevator and the state where the accumulator 31 supplies the hydraulic pressure to the hydraulic elevator. A directional control valve or the like is used. In this case, the direction switching valve normally makes the pressure oil of the accumulator 31 flow only to the cylinder of the hydraulic elevator by deenergizing the solenoid, and when an earthquake or the like occurs, the port is switched by energizing the solenoid. It shifts to a state in which the pressure oil 31 flows only to the recycling device 4.

常時用エネルギ源が保有するエネルギは地震発生時等の非常時に蓄積装置3に蓄積された変換エネルギとして使用されるが、地震発生時以外の平常時には本来のエネルギ源の供給先に油圧等のエネルギを供給する目的で使用されるため、蓄積装置3が非常時にのみ変換エネルギを使用する従来のシステムとの対比では変換エネルギ量に対する使用エネルギ量(再利用エネルギ量)の効率が向上する。   The energy possessed by the regular energy source is used as conversion energy stored in the storage device 3 at the time of an emergency such as an earthquake, but at normal times other than the earthquake, energy such as oil pressure is supplied to the original energy source. The efficiency of the used energy amount (reused energy amount) relative to the converted energy amount is improved in comparison with the conventional system in which the storage device 3 uses the converted energy only in emergency.

蓄積装置3が共用する常時用エネルギ源は非常時用エネルギ源に置き換え可能である(請求項2)。非常時用エネルギ源も蓄積装置3が蓄積すべき変換エネルギを賄うために蓄積装置が共用し、蓄積装置3は地震発生時等の非常時に非常時用エネルギ源のエネルギを蓄積装置3の容量を満たす量の変換エネルギとして使用する。   The constant energy source shared by the storage device 3 can be replaced by an emergency energy source (claim 2). The emergency energy source is also shared by the storage device to cover the conversion energy to be stored by the storage device 3, and the storage device 3 has the capacity of the energy storage device 3 at the time of an emergency such as an earthquake. Use as conversion energy of the amount to satisfy.

非常時用エネルギ源は例えば図3−(b)に示すように地震時等を除く停電時等に備えた非常時用の蓄電池33等、非常用電源等を指す。非常用電源は計画・非計画停電時にも有効に機能するが、地震時等には蓄積装置3として機能するため、停電時にのみ、あるいは地震時にのみ利用される場合より利用の機会が増える。この場合、変換装置2は振動エネルギを変換エネルギとして電力に変換することになる。蓄電池33はまた、地震(本震)時の振動エネルギと地震後に発生する余震による振動エネルギを圧電素子等を用いることで、電力の形で蓄えることができるため、地震時等を除く非常時に供給先に電力を供給することを可能にする。   For example, as shown in FIG. 3B, the emergency energy source indicates an emergency power supply etc. such as the storage battery 33 for emergency prepared at the time of a power failure except an earthquake etc. The emergency power supply functions effectively even during planned and unplanned power outages, but since it functions as the storage device 3 during earthquakes, etc., there are more opportunities for use than when it is used only during power outages or only during earthquakes. In this case, the conversion device 2 converts vibrational energy into electric power as conversion energy. The storage battery 33 can also store the vibration energy at the time of the earthquake (main earthquake) and the vibration energy at the aftershock generated after the earthquake in the form of electric power by using a piezoelectric element or the like. Enable to supply power.

非常時用エネルギ源が保有するエネルギも常時用エネルギ源のエネルギと同様、地震発生時等の非常時に蓄積装置3に蓄積された変換エネルギとして使用されるが、地震発生時以外の平常時と停電時等の非常時には本来のエネルギ源の供給先に電力等のエネルギを供給する目的で使用されるため、非常時にのみ変換ネルギを使用する場合との対比では変換エネルギ量に対する使用エネルギ量の効率が向上する。   The energy possessed by the emergency energy source is also used as conversion energy stored in the storage device 3 during an emergency such as an earthquake, as with the energy of the regular energy source. Because it is used for the purpose of supplying energy such as power to the original energy source supply destination at the time of emergency such as time, the efficiency of the energy consumption to the energy conversion energy is lower in comparison with the case of using conversion energy only in emergency improves.

変換装置2は図4に示すように例えばシリンダ内を往復動するピストンを挟んで区分されたシリンダ室を持つ油圧シリンダ等の液圧シリンダであり、上部構造7等に入力した地震時の揺れを受けて圧力が上昇した圧油等の圧液を流体エネルギ(圧力エネルギ)として蓄積装置3に送る。本発明ではこの流体エネルギを変換エネルギと呼ぶ。   The conversion device 2 is a hydraulic cylinder such as a hydraulic cylinder having a cylinder chamber divided by sandwiching a piston reciprocating in the cylinder as shown in FIG. 4, for example. Pressure fluid such as pressure oil whose pressure has risen is sent to the storage device 3 as fluid energy (pressure energy). In the present invention, this fluid energy is called conversion energy.

蓄積装置3は圧液を流体エネルギとして一旦、蓄積した後、再利用装置4の制御力発生時に圧液を再利用装置4に送り込み、再利用装置4が上部構造7等に制御力を付与する。本発明では蓄積装置3に蓄積されている変換エネルギの内、再利用装置4が制御力の発生のために使用するエネルギを再利用エネルギと呼ぶ。再利用装置4は例えばシリンダ内を往復動するピストンを挟んで区分されたシリンダ室を持つ油圧アクチュエータ等の液圧アクチュエータであり、両側のシリンダ室内に供給される圧液量の差に応じた圧力を制御力として発生する。   The storage device 3 temporarily stores the pressure liquid as fluid energy, and then sends the pressure liquid to the reuse device 4 when the control force of the reuse device 4 is generated, and the reuse device 4 applies the control force to the upper structure 7 etc. . In the present invention, among the converted energy stored in the storage device 3, the energy used by the recycling device 4 for generation of control power is referred to as recycling energy. The recycling device 4 is, for example, a hydraulic actuator such as a hydraulic actuator having a cylinder chamber divided by sandwiching a piston that reciprocates in the cylinder, and the pressure according to the difference in the amount of pressure fluid supplied to the cylinder chambers on both sides. As a control force.

蓄積装置3は例えば図4に示すように蓄積した変換エネルギを圧液の放出により再利用装置4に付属したサーボ弁45を経由させて再利用装置4に送り込む。再利用装置4はサーボ弁45で各シリンダ室43、44に振り分けられた圧液を各シリンダ室43、44内に流入させることにより両シリンダ室43、44間の圧力差ΔPを制御力Fとして上部構造7等に付与する。再利用装置4が制御力Fの発生のために使用し、圧力の低下した圧液は変換装置2への復帰のために油圧タンク等の回収装置5へ放出される。変換装置2と蓄積装置3と再利用装置4はアクティブ制震システムを構成する単位となる制震装置1を構成する。制震装置1には回収装置5が含まれる場合もある。請求項1以下のアクティブ制震システムはアクティブ制震装置とも言い換えられる。   For example, as shown in FIG. 4, the storage device 3 sends the converted energy stored therein to the reuse device 4 via the servo valve 45 attached to the reuse device 4 by releasing the pressure liquid. The recycling device 4 uses the pressure difference ΔP between the cylinder chambers 43 and 44 as the control force F by causing the hydraulic fluid distributed to the cylinder chambers 43 and 44 to flow into the cylinder chambers 43 and 44 by the servo valve 45. It is applied to the upper structure 7 grade. The reuse device 4 is used to generate the control force F, and the pressure-reduced hydraulic fluid is discharged to a recovery device 5 such as a hydraulic tank for return to the conversion device 2. The conversion device 2, the storage device 3 and the reuse device 4 constitute a vibration control device 1 which is a unit constituting an active vibration control system. The damping device 1 may include the recovery device 5. The active vibration control system according to claim 1 can be reworded as an active vibration control device.

上部構造7等と下部構造6等は支持層8を挟んで上下に区分される構造体であり、下部構造6等は主に支持層8より上の構造体(上部構造7等)を支持する地盤、もしくは基礎になり、上部構造7等は下部構造6等に支持される支持層8上の地上構造物等の構造物になる。但し、支持層8は地盤面上、もしくは基礎上に介在するとは限らず、図5に示すように地上層に介在することもあるため、下部構造6等は地上構造物の一部を含むこともある。   The upper structure 7 etc. and the lower structure 6 etc. are the structures divided up and down with the support layer 8 in between, and the lower structure 6 etc. mainly supports the structure (upper structure 7 etc.) above the support layer 8 The upper structure 7 or the like becomes a structure such as a ground structure on the support layer 8 supported by the lower structure 6 or the like. However, since the support layer 8 does not necessarily intervene on the ground surface or foundation, and may intervene in the ground layer as shown in FIG. 5, the lower structure 6 etc. include a part of the ground structure There is also.

また図1−(a)、図2−(a)に示すように支持層8が地盤と地上構造物の境界に位置する場合には、地上構造物に基礎が含まれる場合もあり、その場合、下部構造6等は地盤になる。支持層8は図5に示すように上下(上部構造7等と下部構造6等)に分断された基礎の中間部に位置する場合もあり、その場合、基礎は上部構造7等側と下部構造6等側に分離する。支持層8は主に図5に示す免震層や図6に示す免震層に準ずる低剛性層等、水平方向に柔な支持層であるが(請求項5)、必ずしも柔な支持層8である必要はない。請求項1、2における「構造物内のいずれかの領域が原位置との間で水平方向に相対変位を生じ得る」とは、構造物内のいずれかの領域(上部構造7)が原位置(下部構造6)との間で容易に水平方向に相対変位を生じる柔な支持層と、容易に相対変位を生じない、柔でない支持層を含む趣旨である。   Also, as shown in FIG. 1- (a) and FIG. 2- (a), when the support layer 8 is located at the boundary between the ground and the above-ground structure, the above-ground structure may contain a foundation, in that case Lower structure 6 grade becomes ground. The support layer 8 may be located in the middle of the foundation divided up and down (upper structure 7 etc. and lower structure 6 etc) as shown in FIG. 5, in which case the foundation is the upper structure 7 side and lower structure It separates into 6th grade. The support layer 8 is a flexible support layer in the horizontal direction, such as a base isolation layer mainly shown in FIG. 5 or a low rigidity layer according to the base isolation layer shown in FIG. 6 (claim 5) It does not have to be. The phrase "in which any region in the structure can cause relative displacement in the horizontal direction with respect to the original position" in claims 1 and 2 means that any region (upper structure 7) in the structure is in the original position. It is intended to include a flexible support layer which causes relative displacement in the horizontal direction easily with (under structure 6), and an inflexible support layer which does not easily cause relative displacement.

但し、上部構造7等に制御力を付与したときに上部構造7等を下部構造6等に対して相対移動し易い状態に下部構造6等に支持させるには、より小さい制御力の付与によって上部構造7等を相対移動させることが合理的であるから、図5、図6に示すように上部構造7等は水平方向に柔な支持層8に支持されることが適切である(請求項5)。水平方向に柔な支持層8は免震装置からなる免震層と、下部構造6等の振動時に下部構造6等と上部構造7等間に相対変位を生じさせるソフトファーストストーリー(低剛性層)を含む。ソフトファーストストーリーは1階、または低層階を柔構造化した層であり、例えば「柔らかくて強い柱で支持された層」等を言う。   However, in order to make the lower structure 6 or the like easily move relative to the lower structure 6 or the like when the control force is applied to the upper structure 7 or the like, the upper portion is applied by applying a smaller control force. Since it is reasonable to move the structure 7 etc. relative to each other, it is appropriate that the upper structure 7 etc. be supported by the flexible support layer 8 in the horizontal direction as shown in FIG. 5 and FIG. ). Support layer 8, which is flexible in the horizontal direction, is a base isolation layer consisting of seismic isolation devices, and a soft first story (low rigidity layer) that causes relative displacement between lower structure 6 etc. and upper structure 7 etc when vibration of lower structure 6 etc. including. The soft first story is a soft-structured layer on the first floor or lower floors, and refers to, for example, "a soft and strong pillar-supported layer".

この場合、風荷重程度の外力を受けたときにも上部構造7等が下部構造6等に対して揺れ易い状態に置かれることから、上部構造7等の居住性が低下する可能性があるが、風荷重程度の外力で上部構造7等が振動を生じないようにすることは、例えば上部構造7等を再利用装置4で固定することにより可能になる。図5は地上構造物が支持層8(免震層)を介して下部構造6等と上部構造7等に分断された場合の例を示す。   In this case, the upper structure 7 or the like is easily shaken relative to the lower structure 6 or the like even when receiving an external force of about wind load, so the habitability of the upper structure 7 or the like may be reduced. For example, by fixing the upper structure 7 or the like with the reuse device 4, it is possible to prevent the upper structure 7 or the like from being vibrated by an external force about the wind load. FIG. 5 shows an example where the above ground structure is divided into the lower structure 6 and the like and the upper structure 7 and the like via the support layer 8 (base isolation layer).

支持層8が水平方向に柔な支持層である場合(請求項5)には、上部構造7等を下部構造6等に対して相対移動させるために要する制御力の大きさが、支持層8が柔でない場合より小さくて済むため、蓄積装置3に蓄積されている再利用エネルギが消費されにくく、再利用エネルギが温存され易い利点がある。   When the support layer 8 is a flexible support layer in the horizontal direction (claim 5), the magnitude of the control force required to move the upper structure 7 etc. relative to the lower structure 6 etc. Since it is smaller than the case where it is not flexible, there is an advantage that reuse energy stored in the storage device 3 is hard to be consumed, and reuse energy is easily preserved.

この場合、変換装置2は下部構造6等と上部構造7等との間に跨って架設され、再利用装置4は上部構造7等の内、柔な支持層8の直上層に配置される(請求項5)。変換装置2が下部構造6等と上部構造7等との間に跨って架設されることは、変換装置2が支持層8に配置されることである。蓄積装置3は変換装置2と再利用装置4の双方の近傍に配置される。「双方の近傍」とは、変換装置2と再利用装置4の中間部の意味であるが、必ずしも変換装置2と再利用装置4を結ぶ直線上に蓄積装置3が位置するとは限らない。   In this case, the conversion device 2 is bridged between the lower structure 6 or the like and the upper structure 7 or the like, and the reuse device 4 is disposed in the upper structure 7 or the like immediately above the flexible support layer 8 Claim 5). That the conversion device 2 is bridged between the lower structure 6 or the like and the upper structure 7 or the like is that the conversion device 2 is disposed on the support layer 8. The storage device 3 is disposed in the vicinity of both the conversion device 2 and the reuse device 4. Although “near both” means an intermediate part between the conversion device 2 and the reuse device 4, the storage device 3 is not necessarily located on a straight line connecting the conversion device 2 and the reuse device 4.

請求項5では地震発生時等には、下部構造6等と上部構造7等を含めた構造物全体では柔な支持層8が変形を開始し、変形量が大きいことから、変換装置2が支持層8に配置されることで、上記の流体エネルギ(変換エネルギ)をより多く稼ぎ易い。   In the fifth aspect, at the time of the occurrence of an earthquake, etc., the flexible support layer 8 starts to be deformed in the whole structure including the lower structure 6 and the upper structure 7 and the like, and the amount of deformation is large. By being disposed in the layer 8, it is easy to earn more fluid energy (conversion energy).

また再利用装置4が上部構造7等内の支持層8の直上層に配置されることと、蓄積装置3が変換装置2と再利用装置4の双方の近傍に配置されることで、変換装置2から蓄積装置3を経由して再利用装置4に送り込むための配線・配管等のエネルギ伝達手段の距離が短縮される。この結果、振動エネルギから変換された変換エネルギを変換装置2から再利用装置4まで送り込むまでに失われるエネルギの損失量が低減される。特に変換装置2と再利用装置4が同一位置に互いに併設された場合には、変換装置2と再利用装置4との間の距離が最短になるため、損失エネルギ量が最小になる。   In addition, the conversion device is disposed by the reuse device 4 being disposed immediately above the support layer 8 in the upper structure 7 etc., and the storage device 3 being disposed in the vicinity of both the conversion device 2 and the reuse device 4. The distance of the energy transfer means such as wiring, piping, etc. for feeding to the reuse device 4 via the storage device 3 from 2 is shortened. As a result, the amount of loss of energy lost before the conversion energy converted from vibrational energy is sent from the conversion device 2 to the recycling device 4 is reduced. In particular, when the conversion device 2 and the reuse device 4 are juxtaposed to each other at the same position, the distance between the conversion device 2 and the reuse device 4 is the shortest, so the amount of energy loss is the smallest.

更に水平方向に柔な支持層8の直上層である上部構造7等の最下層の水平剛性が最下層より上層の水平剛性より低く設定されている場合(請求項6)には、上部構造7等の全層の水平剛性が一様である場合との対比では、上部構造7等の最下層がそれより上層より相対変位し易いため、下部構造6等に対し、最下層に一定の相対変位を生じさせるのに要する制御力が小さくて済む。   Furthermore, when the horizontal rigidity of the lowermost layer such as the upper structure 7 immediately above the flexible support layer 8 is set lower than the horizontal rigidity of the upper layer above the lowermost layer (claim 6), the upper structure 7 Etc., since the lowermost layer of the upper structure 7 etc. is more easily displaced relative to the upper layer in comparison with the case where the horizontal rigidity of all layers is uniform, the relative displacement of the lowermost layer is constant relative to the lower structure 6 etc. Less control power is required to produce

この場合、上部構造7等の最下層に下部構造6等に対する相対変位を生じさせれば、上部構造7等全体が下部構造6等に対して相対変位を生じる状態になるため、再利用装置4が上部構造7等に制御力を加える上で、より小さい制御力でも上部構造7等全体に下部構造6等に対して相対変位を生じさせることが可能である。上部構造7等の最下層の水平剛性をそれより上層の水平剛性より低く設定することは、最下層の柱、または柱と梁の剛性を低下させ、最下層をそれより上層より相対的に軟らかくすることにより得られる。   In this case, if relative displacement to the lower structure 6 or the like is generated in the lowermost layer of the upper structure 7 or the like, the entire upper structure 7 or the like generates a relative displacement to the lower structure 6 or the like. When the control force is applied to the upper structure 7 or the like, it is possible to cause relative displacement to the lower structure 6 or the like in the entire upper structure 7 or the like even with a smaller control force. Setting the horizontal rigidity of the lowermost layer of the upper structure 7 or the like to be lower than that of the upper layer lowers the rigidity of the lowermost column, or the columns and beams, making the lowermost layer relatively softer than the upper layer It is obtained by

蓄積装置が常時用エネルギ源、または非常時用エネルギ源を共用することで、常時用、または非常時用エネルギ源を地震時に蓄積装置として機能させながら、地震時以外のときに常時用、または非常時用のエネルギ源(電源)として利用することができるため、蓄積装置に蓄積されているエネルギ源の有効利用が図られ、制震システムの実用性が高まる。   The storage device shares a constant energy source or an emergency energy source to make the regular or emergency energy source function as a storage device during an earthquake, while the regular or emergency energy source is other than an earthquake Since it can be used as an energy source (power source) for time use, the energy source stored in the storage device can be effectively used, and the practicability of the vibration control system is enhanced.

(a)は蓄積装置が常時用エネルギ源を共用している場合の制震システムの概要図、(b)は常時用エネルギ源が油圧エレベータの油圧ユニットである場合の制震システムの例を示した概要図である。(A) shows a schematic view of the vibration control system when the storage device always shares the energy source, and (b) shows an example of the vibration control system when the regular energy source is the hydraulic unit of the hydraulic elevator FIG. 図1−(b)に示す制御装置が方向制御弁である場合の具体例を示した概要図である。It is the schematic which showed the specific example in case the control apparatus shown to FIG. 1- (b) is a direction control valve. (a)は蓄積装置が非常時用エネルギ源を共用している場合の制震システムの概要図、(b)は非常時用エネルギ源が非常用電源である場合の制震システムの例を示した概要図である。(A) is a schematic view of the vibration control system when the storage devices share the emergency energy source, (b) shows an example of the vibration control system when the emergency energy source is an emergency power supply FIG. 本制震システムの構成例を示した概要図(油圧回路図)である。It is the schematic (hydraulic circuit diagram) which showed the structural example of this vibration control system. 上部構造が下部構造上に免震層を介して支持され、変換装置が下部構造と上部構造との間に跨って架設された場合の制震システムの例を示した概要図である。It is the schematic which showed the example of the vibration control system when an upper structure is supported via a base isolation layer on a lower structure, and the converter is bridged between a lower structure and an upper structure. 図5に示す例の具体例を示した概要図である。It is the schematic which showed the specific example of the example shown in FIG. 免震層の直上層である上部構造の最下層の水平剛性が最下層より上層の水平剛性より低く設定された場合の制震システムの例を示した概要図である。It is the schematic which showed the example of the vibration control system when horizontal rigidity of the lowermost layer of the upper structure which is the upper layer of the seismic isolation layer is set lower than horizontal rigidity of the upper layer above the lowest layer. (a)は図5〜図7に示す例以外の具体例を示した概要図、(b)は免震層を通る平面図、(c)は上部構造の平面図、(d)は免震層の平面図である。(A) is a schematic view showing a specific example other than the example shown in FIGS. 5 to 7, (b) is a plan view passing through the seismic isolation layer, (c) is a plan view of the upper structure, (d) is a seismic isolation It is a top view of a layer.

図1、図2は地震時等に下部構造6等、構造物内の原位置に対して水平方向に相対変位を生じる上部構造7等、構造物内のいずれかの領域に入力した振動エネルギを制御力として利用可能な変換エネルギに変換する変換装置2と、変換装置2で変換された変換エネルギを蓄積する蓄積装置3と、蓄積装置3に蓄積された変換エネルギを前記構造物内の、相対変位を生じた前記いずれかの領域以外の領域に制御力として付与する再利用装置4とを備えた制震システム(制震装置1)の構成例を示す。蓄積装置3は再利用装置4による制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し、初期の時点で容量を満たす量の変換エネルギを賄う常時用エネルギ源、または非常時用エネルギ源を共用している。 1 and 2 show vibration energy input to any region in the structure such as the lower structure 6 or the like in the upper structure 7 that causes relative displacement in the horizontal direction with respect to the original position in the structure during earthquakes etc. a converter 2 for converting the converted energy can be utilized as a control force, a storage device 3 for storing the converted transformed energy conversion device 2, the conversion energy stored in the storage device 3, in the structure, The structural example of the vibration control system (vibration control apparatus 1) provided with the reuse apparatus 4 provided as control force to area | regions other than the said any area | region which produced relative displacement is shown. The storage device 3 has a capacity sufficient to store the converted energy necessary for generation of control power by the recycling device 4 and is an energy source for regular use to provide an amount of converted energy satisfying the capacity at an initial time, or in an emergency Share a common energy source.

前記のように「構造物内の原位置」は振動発生時にも振動発生前の位置に留まるか、振動発生前の位置に近い位置に留まる領域であり、「構造物内のいずれかの領域」は構造物内の平面上の、もしくは立面上のいずれかの領域であるが、以下では「構造物内の原位置」を下部構造6に代表させ、「原位置に対して水平方向に相対変位を生じる構造物内のいずれかの領域」を上部構造7に代表させる。すなわち、以下では下部構造6が「構造物内の原位置」を指し、上部構造7が「原位置に対して水平方向に相対変位を生じる構造物内のいずれかの領域」を指す。   As described above, the "original position in the structure" is an area which remains at the position before the generation of the vibration even when the vibration is generated, or a position near the position before the generation of the vibration, "an any area in the structure" Is an area either on a plane or in an elevation in the structure, but in the following, "the original position in the structure" is represented by the lower structure 6, "relative to the original position in the horizontal direction The superstructure 7 represents any region in the structure causing the displacement. That is, in the following, the lower structure 6 refers to "the original position in the structure", and the upper structure 7 refers to "an area in the structure that causes relative displacement in the horizontal direction with respect to the original position".

上部構造7は下部構造6上に支持層8を介して支持されるが、変換装置2の設置位置以外の再利用装置4から上部構造7に付与すべき制御力の大きさを抑え、蓄積装置3に蓄積されている変換エネルギ(再利用エネルギ)を温存させる上では、図5、図6に示すように支持層8は免震層のように水平方向に柔な層であることが有利である。
Although the upper structure 7 is supported on the lower structure 6 through the support layer 8, the magnitude of the control force to be applied to the upper structure 7 from the reuse device 4 other than the installation position of the conversion device 2 is suppressed. In order to preserve the conversion energy (recycling energy) stored in 3, it is advantageous that the support layer 8 is a horizontally flexible layer like a seismic isolation layer as shown in FIGS. is there.

変換装置2は地震時等に生じる、上部構造7の下部構造6に対する相対変位を利用して振動エネルギを変換エネルギに変換するため、図1等に示すように相対変位を生じる上部構造7と下部構造6との間に跨って架設される。変換装置2から再利用装置4への移動中に損失するエネルギ量を低減する上では、再利用装置4は主に上部構造7の内、支持層8の直上層に配置され、蓄積装置3は変換装置2と再利用装置4の双方の近傍、あるいは双方の中間位置に配置される。再利用装置4は変換装置2で変換され、蓄積装置3に蓄積された変換エネルギを再利用エネルギとして用い、例えば上部構造7に対し、下部構造6との間の相対変位に拘わらず、上部構造7を下部構造6の変位前の位置に留まらせ(地盤に対する相対変位量を小さくし)ようとし、絶対空間に静止させようとするための制御力を付与する。   The conversion device 2 converts the vibration energy into conversion energy using the relative displacement of the upper structure 7 with respect to the lower structure 6 generated at the time of earthquake or the like, so the upper structure 7 and the lower portion generate relative displacement as shown in FIG. It is erected straddling the structure 6. In order to reduce the amount of energy loss during movement from the conversion device 2 to the reuse device 4, the reuse device 4 is mainly disposed in the upper structure 7 immediately above the support layer 8, and the storage device 3 is It is disposed in the vicinity of both the conversion device 2 and the reuse device 4 or at an intermediate position of both. The recycling device 4 uses the conversion energy converted by the conversion device 2 and stored in the storage device 3 as recycling energy. For example, regardless of the relative displacement between the upper structure 7 and the lower structure 6, the upper structure 7 is made to stay at the position before displacement of the lower structure 6 (by reducing the amount of relative displacement with respect to the ground), and a control force is applied to make it stand still in the absolute space.

制震装置1は図4に示すように振動エネルギを変換エネルギとしての流体エネルギに変換する油圧シリンダ等の変換装置2と、変換装置2に接続され、変換装置2で変換された流体エネルギを蓄積するアキュムレータ等の蓄積装置3と、蓄積装置3に接続され、蓄積装置3に蓄積された流体エネルギ(圧液)を用いて上部構造7に付与すべき制御力を出力する再利用装置4から構成される。再利用装置4の下流側には、再利用装置4からの制御力の出力時にシリンダ室43、44から放出され、圧力の低下した圧液を回収し、変換装置2に復帰させるための油圧タンク等の回収装置5が接続される。回収装置5は変換装置2に接続される。   The vibration control device 1 is connected to a conversion device 2 such as a hydraulic cylinder that converts vibration energy into fluid energy as conversion energy as shown in FIG. 4 and the conversion device 2 and stores the fluid energy converted by the conversion device 2 And a recycling device 4 connected to the storage device 3 and outputting control force to be applied to the upper structure 7 using fluid energy (pressure liquid) stored in the storage device 3. Be done. On the downstream side of the recycling device 4, a hydraulic tank that is discharged from the cylinder chambers 43 and 44 when the control force from the recycling device 4 is output, and the hydraulic fluid whose pressure has dropped is recovered and returned to the conversion device 2 , Etc. are connected. The recovery device 5 is connected to the conversion device 2.

変換装置2は具体的には図4に示すようにシリンダ21と、シリンダ21内を往復するピストン22からなり、シリンダ21内はピストン22を挟んだ両側のシリンダ室23、24に区分され、前記のように支持層8を挟んで上下に区分された下部構造6と上部構造7との間に跨った状態で設置される。シリンダ21は図3に示すように下部構造6と上部構造7のいずれか一方に接続され、ピストン22が他方に接続される。 Converter 2 is specifically a cylinder 21 as shown in FIG. 4, consists piston 22 reciprocating in the cylinder 21, the cylinder 21 is divided into both sides of the cylinder chamber 23, 24 across the piston 22, As described above, it is installed in a state of being straddled between the lower structure 6 and the upper structure 7 which are divided up and down with the support layer 8 interposed therebetween. The cylinder 21 is connected to one of the lower structure 6 and the upper structure 7 as shown in FIG. 3, and the piston 22 is connected to the other.

変換装置2は地震による下部構造6の振動時に上部構造7が下部構造6に対して相対移動を生じたときに、一方のシリンダ室23(24)内の液圧が上昇することで、高圧の圧液を発生させ、圧液を高圧の状態のまま蓄積装置3に送り込む。蓄積装置3は高圧の圧液を流体エネルギ(圧力エネルギ)として保存する。下部構造6の振動時にはシリンダ21内をピストン22が往復動するため、高圧の圧液は両側のシリンダ室23、24内に交互に発生する。   When the upper structure 7 causes relative movement with respect to the lower structure 6 when the lower structure 6 vibrates due to an earthquake, the conversion device 2 raises the hydraulic pressure in one cylinder chamber 23 (24) to increase the pressure A pressure fluid is generated, and the pressure fluid is fed to the storage device 3 in the state of high pressure. The storage device 3 stores high pressure hydraulic fluid as fluid energy (pressure energy). When the lower structure 6 vibrates, the piston 22 reciprocates in the cylinder 21, so high-pressure hydraulic fluid is alternately generated in the cylinder chambers 23 and 24 on both sides.

再利用装置4は変換装置2と同様に圧油等の圧液が充填されたシリンダ41と、シリンダ41内を往復し、シリンダ41内を両側のシリンダ室43、44に区分するピストン42からなり、下部構造6と上部構造7との間に跨った状態で設置され、シリンダ41において下部構造6と上部構造7のいずれか一方に接続され、ピストン42において他方に接続される。 A cylinder 41 which liquid is filled in the recycling device 4 hydraulic fluid or the like similarly to the converter 2, from the piston 42 in the cylinder 41 reciprocates, partitioning the cylinder 41 on opposite sides of the cylinder chamber 43, 44 It is installed in a state of being straddled between the lower structure 6 and the upper structure 7, connected to one of the lower structure 6 and the upper structure 7 in the cylinder 41, and connected to the other in the piston 42.

再利用装置4のピストン42を挟んだ両側の各シリンダ室43、44と蓄積装置3との間には蓄積装置3内の圧液の各シリンダ室43、44への流入を制御するサーボ弁45が接続され、両側のシリンダ室43、44間には両側のシリンダ室43、44間の圧液の移動量を制御する流量制御弁46が接続される。流量制御弁46は変換装置2が変換した変換エネルギの蓄積装置3への放出量を制限するために変換装置2にも接続されることがある。   A servo valve 45 for controlling the inflow of hydraulic fluid in the storage device 3 to the cylinder chambers 43, 44 between the storage device 3 and the cylinder chambers 43, 44 on both sides of the piston 42 of the reuse device 4 Are connected, and a flow control valve 46 is connected between the cylinder chambers 43, 44 on both sides to control the amount of movement of hydraulic fluid between the cylinder chambers 43, 44 on both sides. The flow control valve 46 may also be connected to the converter 2 in order to limit the amount of conversion energy converted by the converter 2 into the storage device 3.

再利用装置4の流量制御弁46が両側のシリンダ室43、44間の圧液の移動量を制御することは、図4に示すように再利用装置4の両側のシリンダ室43、44間に流量Q0を生じさせることであるから、サーボ弁45の開放時にQ1+Q3の量の圧液が再利用装置4に送り込まれるときに、一方のシリンダ室43にQ1−Q2−Q0の流量の圧液が送り込まれ、他方のシリンダ室44にQ3−Q4+Q0の流量の圧液が送り込まれる。−Q2と−Q4は回収装置5に回収される分の圧液を意味する。   The flow control valve 46 of the recycling device 4 controls the amount of movement of hydraulic fluid between the cylinder chambers 43 and 44 on both sides, as shown in FIG. 4, between the cylinder chambers 43 and 44 on both sides of the recycling device 4. Since the flow rate Q0 is to be generated, when the pressure fluid of the amount of Q1 + Q3 is fed to the reuse device 4 when the servo valve 45 is opened, the pressure fluid of the flow rate Q1-Q2-Q0 is supplied to one cylinder chamber 43. The pressure fluid of Q3-Q4 + Q0 is fed into the other cylinder chamber 44. -Q2 and -Q4 mean the amount of pressure liquid collected by the collection device 5;

このとき、再利用装置4の各シリンダ室43、44にはQ1−Q2−Q0に応じた圧力Pa1とQ3−Q4+Q0に応じた圧力Pa2が発生し、これらの圧力差ΔPが制御力Fとして上部構造7に付与される。サーボ弁45と流量制御弁46の制御は両側のシリンダ室43、44内の圧力差ΔP、またはピストン42の移動速度V、及び制御力指令Fを用いたコントローラからの指令に基づいて行われる。   At this time, a pressure Pa1 corresponding to Q1-Q2-Q0 and a pressure Pa2 corresponding to Q3-Q4 + Q0 are generated in each cylinder chamber 43, 44 of the reuse device 4, and the pressure difference ΔP Granted to Structure 7. Control of the servo valve 45 and the flow control valve 46 is performed based on the pressure difference ΔP in the cylinder chambers 43 and 44 on both sides or the moving speed V of the piston 42 and a command from the controller using the control force command F.

図1は蓄積装置3が初期の時点で容量を満たす量の変換エネルギを賄う常時用エネルギ源を共用している場合の例を、図2は非常時用エネルギ源を共用している場合の例を示す。図1−(b)は特に常時用エネルギ源が油圧エレベータの油圧源の一部を構成するアキュムレータ31である場合の例を示す。この例では常時用エネルギ源としてのアキュムレータ31が蓄積装置3を兼ねるため、アキュムレータ31が再利用装置4による制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し、初期の時点でこの容量を満たす量の圧液を変換エネルギとして蓄積している。   Fig. 1 shows an example in which the storage device 3 shares a constant energy source for supplying a sufficient amount of converted energy at the initial time, and Fig. 2 shows an example in which an emergency energy source is shared. Indicates FIG. 1- (b) shows an example in which the energy source for regular use is the accumulator 31 which constitutes a part of the hydraulic pressure source of the hydraulic elevator. In this example, since the accumulator 31 as an always-use energy source also serves as the storage device 3, the accumulator 31 has a capacity sufficient to store the conversion energy of the amount necessary for generation of control power by the reuse device 4 The amount of hydraulic fluid that satisfies this volume is stored as conversion energy.

地震の発生時にはアキュムレータ31に蓄積された変換エネルギとしての圧液が再利用装置4に送り込まれ、再利用装置4が図4に示すように圧液を前記した各シリンダ室43、44内に振り分けて流入させることにより両シリンダ室43、44間に圧力差ΔPを発生させ、この圧力差ΔPを制御力Fとして上部構造7に付与する。   When an earthquake occurs, the pressure liquid as the conversion energy accumulated in the accumulator 31 is fed into the recycling device 4 and the recycling device 4 distributes the pressure liquid into the cylinder chambers 43 and 44 as shown in FIG. The pressure difference ΔP is generated between the two cylinder chambers 43 and 44 by flowing in, and this pressure difference ΔP is applied to the upper structure 7 as the control force F.

図2は図1−(b)に示す制御装置32の具体例として方向切換弁を使用した場合の例を示す。この例では平常時のソレノイドがOFFの状態ではアキュムレータ31内の圧油が油圧エレベータの油圧シリンダに流れる状態にあり、ソレノイドがONになったときには方向切換弁が切り替わり、アキュムレータ31内の圧油が再利用装置4に流れる状態に移行する。   FIG. 2 shows an example where a direction switching valve is used as a specific example of the control device 32 shown in FIG. 1- (b). In this example, when the normal solenoid is off, the pressure oil in the accumulator 31 flows to the hydraulic cylinder of the hydraulic elevator, and when the solenoid is turned on, the direction switching valve is switched and the pressure oil in the accumulator 31 is It shifts to the state of flowing to the reuse device 4.

図3−(b)は非常時用エネルギ源が非常時用の蓄電池33である場合の例を示す。この例では蓄電池33が蓄積装置3を兼ねるため、蓄電池33が再利用装置4による制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し、初期の時点でこの容量を満たす量の電力を変換エネルギとして蓄積している。地震の発生時には蓄電池33に蓄積された変換エネルギとしての電力が再利用装置4に送り込まれる。   FIG. 3B shows an example where the emergency energy source is the storage battery 33 for emergency. In this example, since the storage battery 33 doubles as the storage device 3, the storage battery 33 has a capacity sufficient to store the conversion energy of the amount necessary for generation of control power by the reuse device 4, and an amount satisfying the capacity at the initial time Power is stored as conversion energy. When an earthquake occurs, power as converted energy stored in the storage battery 33 is sent to the reuse device 4.

図5は上部構造7が下部構造6上に免震層等、水平方向に柔な支持層8を介して支持された場合の制震システムの配置例を示す。図5は地上構造物の中間層に免震層を構成する免震装置81を介在させ、地上構造物を下部構造6と上部構造7に区分させた場合の例であるが、免震装置81(免震層)の配置位置は基礎、もしくは地盤と地上構造物との間である場合もある。   FIG. 5 shows an arrangement example of the vibration control system when the upper structure 7 is supported on the lower structure 6 via the horizontally flexible supporting layer 8 such as a base isolation layer. Fig. 5 shows an example where the seismic isolation device 81 constituting the seismic isolation layer is interposed in the middle layer of the terrestrial structure, and the terrestrial structure is divided into the lower structure 6 and the upper structure 7. The arrangement position of the (base isolation layer) may be between the foundation or the ground and the ground structure.

図5の例では地震等の発生時に免震装置81に支持された上部構造7が下部構造6に対して相対変位し易いことから、上部構造7を下部構造6に対して相対変位させ、地盤に対する相対変位量を小さくするために再利用装置4から付与すべき制御力は支持層8が免震層でない場合より小さくて済む。   In the example of FIG. 5, since the upper structure 7 supported by the seismic isolation device 81 is easily displaced relative to the lower structure 6 when an earthquake or the like occurs, the upper structure 7 is displaced relative to the lower structure 6 to The control force to be applied from the recycling device 4 in order to reduce the relative displacement amount with respect to the above may be smaller than in the case where the support layer 8 is not the seismic isolation layer.

図6は図5の例を少し具体化し、変換装置2を上部構造7と下部構造6との間に跨って架設すると共に、再利用装置4を上部構造7の最下層における下方側の床版(底板)71と、上方側の床版(天井版)72の下に突設されたブレース等の耐震要素73との間に架設した様子を示す。   FIG. 6 slightly embodies the example of FIG. 5 and bridges the conversion device 2 between the upper structure 7 and the lower structure 6, and the lower floor slab of the lowermost layer of the upper structure 7 while reusing the reuse device 4. It shows a state of being erected between the (bottom plate) 71 and the aseismatic element 73 such as a brace which is provided under the floor plate (ceiling plate) 72 on the upper side.

図7は基礎(地盤)と地上構造物との間に支持層8としての免震層(免震装置81)を配置し、より小さい制御力で上部構造7の下部構造6に対する相対変位を生じさせるために、支持層8の直上層である上部構造7の最下層の水平剛性を最下層より上層の水平剛性より低く設定した場合の例を示す。   FIG. 7 arranges the seismic isolation layer (base isolation device 81) as the support layer 8 between the foundation (ground) and the above ground structure, and causes relative displacement of the upper structure 7 to the lower structure 6 with a smaller control force. In the example, the horizontal rigidity of the lowermost layer of the upper structure 7 which is the upper layer of the support layer 8 is set lower than the horizontal rigidity of the upper layer above the lowermost layer.

図7の例でも支持層8が免震層であることで、地震等の発生時に免震装置81に支持された上部構造7が下部構造6に対して相対変位し易いが、それに加え、上部構造7の最下層がそれより上の上層より相対変位し易いことで、上部構造7の最下層を下部構造6に対して相対変位させれば、上層を含む上部構造7全体を最下層に追従させて下部構造6に対して相対変位させることができる。すなわち、上部構造7の最下層のみを下部構造6に対して相対変位させるだけで、上部構造7全体を下部構造6に対して相対変位させることができるため、上部構造7の全層の水平剛性が一様な場合に、上部構造7全体に制御力を付与する場合より、再利用装置4が上部構造7に付与すべき制御力を小さく抑えることが可能になる。   Even in the example of FIG. 7, the upper structure 7 supported by the seismic isolation device 81 is easily displaced relative to the lower structure 6 when the support layer 8 is a seismic isolation layer, but in addition to that, The lowermost layer of the structure 7 is more likely to be displaced relative to the upper layer above it, so that if the lowermost layer of the upper structure 7 is displaced relative to the lower structure 6, the entire upper structure 7 including the upper layer follows the lowermost layer. Can be displaced relative to the lower structure 6. That is, only the lowermost layer of the upper structure 7 can be displaced relative to the lower structure 6 by only displacing only the lowermost layer of the upper structure 7. If the control force is uniformly applied to the entire upper structure 7, the control force to be applied to the upper structure 7 by the reuse device 4 can be reduced.

図8は上部構造7が下部構造6上に柔な支持層8である免震層を介して支持される点では図5〜図7に示す例と共通するが、図5〜図7に示す例とは異なり、免震層で支持された、複数の層からなる上部構造7の各層に変換装置2を設置し、再利用装置4を下部構造6と上部構造7との間に架設し、再利用装置4の近傍である上部構造7の最下層に蓄積装置3を配置した場合の例を示す。   FIG. 8 is similar to the example shown in FIGS. 5 to 7 in that the upper structure 7 is supported on the lower structure 6 via the seismic isolation layer which is the flexible support layer 8, but is shown in FIGS. Unlike the example, the conversion device 2 is installed in each layer of the upper structure 7 composed of a plurality of layers supported by the seismic isolation layer, and the reuse device 4 is constructed between the lower structure 6 and the upper structure 7; The example at the time of arrange | positioning the storage device 3 in the lowest layer of the upper structure 7 which is the vicinity of the reuse apparatus 4 is shown.

この例では上部構造7の各層に生じる振動エネルギが各層単位で変換エネルギに変換され、上部構造7最下層の蓄積装置3に送られ、回収された後、上部構造7全体に再利用装置4から制御力Fが上部構造7に付与される。   In this example, vibration energy generated in each layer of the upper structure 7 is converted into conversion energy in each layer unit, sent to the storage device 3 in the lowermost layer of the upper structure 7 and recovered, and then recovered from the recycling device 4 throughout the upper structure 7 A control force F is applied to the upper structure 7.

1……制震装置、
2……変換装置、21……シリンダ、22……ピストン、23、24……シリンダ室、
3……蓄積装置、31……アキュムレータ、32……制御装置、33……蓄電池、
4……再利用装置、41……シリンダ、42……ピストン、43、44……シリンダ室、45……サーボ弁、46……流量制御弁、
5……回収装置、
6……下部構造、
7……上部構造、71……下方側の床版、72……上方側の床版、73……耐震要素、
8……支持層、81……免震装置。
1 ...... Control equipment,
2 変 換 converter 21 ...... cylinder 22 ピ ス ト ン piston 23, 24 シ リ ン ダ cylinder chamber,
3 ... storage device, 31 ... accumulator, 32 ... control device, 33 ... storage battery,
4 Reuse device 41: cylinder 42: piston 43, 44: cylinder chamber 45: servo valve 46: flow control valve
5 ...... Recovery device,
6 ...... Substructure,
7 ...... Upper structure, 71 ...... Lower floor plate, 72 ...... Upper floor plate, 73 ...... Seismic element,
8: Support layer, 81: Seismic isolation device.

Claims (6)

振動発生時に振動発生前の原位置に対して水平方向に相対変位を生じる構造物内のいずれかの領域に入力した振動エネルギを制御力として利用可能な変換エネルギに変換する変換装置と、この変換装置で変換された変換エネルギを蓄積する蓄積装置と、この蓄積装置に蓄積された変換エネルギを、相対変位を生じた前記いずれかの領域以外の領域に制御力として付与する再利用装置とを備え、
前記蓄積装置は前記再利用装置による前記制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し、初期の時点で前記容量を満たす量の変換エネルギを賄う常時用エネルギ源を共用していることを特徴とするエネルギ変換型アクティブ制震システム。
A conversion device for converting vibration energy input to any region in the structure that causes relative displacement in the horizontal direction relative to the original position before vibration generation when vibration is generated, and this conversion device, A storage device for storing converted energy converted by the device, and a reuse device for applying the converted energy stored in the storage device as a control force to a region other than the above-mentioned regions where relative displacement has occurred. ,
The storage device has a capacity sufficient to store an amount of converted energy necessary for generation of the control power by the reuse device, and shares an energy source for always supplying an amount of converted energy satisfying the capacity at an initial time point An energy conversion type active vibration control system characterized by
振動発生時に振動発生前の原位置に対して水平方向に相対変位を生じる構造物内のいずれかの領域に入力した振動エネルギを制御力として利用可能な変換エネルギに変換する変換装置と、この変換装置で変換された変換エネルギを蓄積する蓄積装置と、この蓄積装置に蓄積された変換エネルギを、相対変位を生じた前記いずれかの領域以外の領域に制御力として付与する再利用装置とを備え、
前記蓄積装置は前記再利用装置による前記制御力の発生に必要な量の変換エネルギを蓄積できるだけの容量を有し、初期の時点で前記容量を満たす量の変換エネルギを賄う非常時用エネルギ源を共用していることを特徴とするエネルギ変換型アクティブ制震システム。
A conversion device for converting vibration energy input to any region in the structure that causes relative displacement in the horizontal direction relative to the original position before vibration generation when vibration is generated, and this conversion device, A storage device for storing converted energy converted by the device, and a reuse device for applying the converted energy stored in the storage device as a control force to a region other than the above-mentioned regions where relative displacement has occurred. ,
The storage device has a capacity sufficient to store an amount of converted energy necessary for generation of the control force by the reuse device, and an emergency energy source for supplying an amount of converted energy satisfying the capacity at an initial time An energy conversion type active vibration control system characterized by sharing.
前記振動発生前の原位置は構造物内の剛な支持層に支持された領域であり、前記いずれかの領域と前記いずれかの領域以外の領域は構造物内の柔な支持層に支持された領域であることを特徴とする請求項1、もしくは請求項2に記載のエネルギ変換型アクティブ制震システム。 The original position before the occurrence of the vibration is an area supported by a rigid support layer in the structure, and the area other than any one of the areas and any one of the areas is supported by a flexible support layer in the structure The energy conversion type active vibration control system according to claim 1 or 2, characterized in that 前記振動発生前の原位置は前記構造物が上下に区分されたときの下部構造であり、前記いずれかの領域と前記いずれかの領域以外の領域は上部構造であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のエネルギ変換型アクティブ制震システム。 The original position before the occurrence of the vibration is a lower structure when the structure is divided up and down, and the region other than any one of the regions and any one of the regions is an upper structure. The energy conversion type active vibration control system according to any one of claims 1 to 3. 前記上部構造は前記下部構造上に水平方向に柔な支持層を介して支持され、前記変換装置は前記下部構造と前記上部構造との間に跨って架設され、前記再利用装置は前記上部構造の内、前記支持層の直上層に配置され、前記蓄積装置は前記変換装置と前記再利用装置の双方の近傍に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のエネルギ変換型アクティブ制震システム。   The upper structure is horizontally supported on the lower structure via a flexible support layer, the conversion device is bridged between the lower structure and the upper structure, and the reuse device is the upper structure. The energy conversion active system according to claim 4, wherein the energy conversion type active device is disposed immediately above the support layer, and the storage device is disposed in the vicinity of both the conversion device and the reuse device. Tremor system. 前記支持層の直上層である前記上部構造の最下層の水平剛性はこの最下層より上層の水平剛性より低く設定されていることを特徴とする請求項5に記載のエネルギ変換型アクティブ制震システム。
The energy conversion type active vibration control system according to claim 5, wherein the horizontal rigidity of the lowermost layer of the upper structure which is the upper layer of the support layer is set lower than the horizontal rigidity of the upper layer above the lowermost layer. .
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