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公開番号2025046054
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023154213
出願日2023-09-21
発明の名称振り子装置、制振装置及び制振装置の設計方法
出願人国立大学法人筑波大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F16F 15/02 20060101AFI20250326BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】振り子の重力による復元力の振幅依存性を所望の特性に調整することの可能な振り子装置を提供する。
【解決手段】振り子装置1は、振り子支持部材3に設けた軸32に吊り下げられ、軸32を支点として鉛直面内で振り子運動する振り子部材2と、振り子部材2が振り子運動する鉛直面内に振り子部材2を挟んで配置された一対の固定磁気部材4a、4bと、を備え、振り子部材2は、一対の固定磁気部材4a、4bそれぞれに面する一対の振り子側磁気部材22a、22bを有し、固定磁気部材4a、4b及び振り子側磁気部材22a、22bの互いに面する側の磁気極性はそれぞれ同一とし、固定磁気部材4a、4bが、振り子側磁気部材22a、22bに反発力を与えるように構成する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
支点を中心として振り子運動し、少なくとも一部が第１磁気部材により構成される振り子部材と、
前記振り子部材に対して磁力による反発力又は吸引力を与え、少なくとも一部が第２磁気部材により構成される固定部材と、
を備えることを特徴とする振り子装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記振り子部材は、回動可能に前記支点から吊り下げられていることを特徴とする請求項１に記載の振り子装置。
【請求項３】
前記振り子運動は、単振り子運動、球面振り子運動及び円錐振り子運動のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の振り子装置。
【請求項４】
前記振り子部材は剛性を有し、前記支点を中心として垂直面内で単振り子運動が可能に設けられ、且つ静止状態にあるときには、前記第１磁気部材及び前記第２磁気部材間の反発力又は吸引力により水平状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載の振り子装置。
【請求項５】
前記振り子部材は剛性を有し、前記支点を中心として水平面内で単振り子運動が可能に設けられ、且つ静止状態にあるときには、前記第１磁気部材及び前記第２磁気部材間の反発力又は吸引力により、前記支点を含み、前記水平面と直交する垂直面に対して垂直状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載の振り子装置。
【請求項６】
前記振り子運動は、単振り子運動であり、前記第２磁気部材を一対有し、当該一対の前記第２磁気部材は、前記単振り子運動の運動方向に前記振り子部材を挟んで互いに面して配置され、
前記第１磁気部材は、前記第２磁気部材と互いに面するように、前記第２磁気部材毎に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振り子装置。
【請求項７】
前記第２磁気部材は、前記振り子部材を囲むように配置され、
前記第１磁気部材と前記第２磁気部材とは、互いに面する側の磁極が、同極又は異極となるように配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振り子装置。
【請求項８】
前記第１磁気部材及び前記第２磁気部材は、それぞれ永久磁石又は電磁石により構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振り子装置。
【請求項９】
前記第１磁気部材及び前記第２磁気部材の外観形状は、それぞれ、円柱状、角柱状、球状、アーク状、リング状、中空円柱状、曲面状及び平面状のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振り子装置。
【請求項１０】
前記第２磁気部材の外観形状は、平面状または曲面状であり、
前記第１磁気部材と前記第２磁気部材とは、互いに面する側の磁極が、同極又は異極となるように配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振り子装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、振り子装置、制振装置及び制振装置の設計方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、風や地震による構造物の揺れを低減する制振装置が知られており、例えば、振り子を利用して制振するようにしたもの（例えば、特許文献１参照）等が知られている。
このような振り子を利用した制振装置においては、例えば制振対象物の固有周波数と振り子の固有周波数とが、１対１となる振り子を用いて制振効果を得る方法が知られている。また、振り子を利用した制振装置において、オートパラメトリック励振を利用した振り子式動吸振器系を構築し、制振対象物の固有周波数と振り子の固有周波数とが、１対１／２となる振り子を用いて、制振効果を得る方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１２５９７６号公報
【非特許文献】
【０００４】
“振り子のパラメトリック励振を利用した動吸振器系の応答”、日本機械学会論文集（Ｃ編）、６７巻６６１号（２００１－９）、論文Ｎｏ．００－１４９４、ｐ１５－２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、振り子を自由振動させた場合、振り子の振れる角度が大きく振幅が大きい領域では、振り子に加わる重力による復元力が、振り子の振れる角度に比例せず、非線形となり、振り子の固有周波数が変化する。そのため、振り子を利用した制振装置にあっては、振り子の振幅が大きく復元力が非線形となる領域では、制振対象物と固有振動数比が要求の値（１：１や１：１／２など）に維持できず制振効果が低減したり、振り子がカオス的な運動をする。そのため、振り子はその非線形効果が無視できるほど小さな振幅の範囲に限定して利用され、この振幅の範囲内で制振効果を得るようにしている。
【０００６】
オートパラメトリック励振を利用した振り子式動吸振器系においては、制振対象物の固有周波数の１／２を、振り子の固有周波数として設定し、振り子の錘の質量を小さくし、その分振り子の振幅を大きくすることで必要な復元力を得ることができる。
しかしながら、振り子の振幅が大きい領域では、振り子に加わる重力による復元力が振り子の角度に比例せず、振り子の振幅の大きさに応じて固有周波数が変化する。固有周波数が変化すると、上記１／２の条件から外れてしまい、十分な制振効果を得ることができず、制振装置の制振性能が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、振り子の重力による復元力の振幅依存性を所望の特性に調整することの可能な振り子装置及び、この振り子装置を用いた制振装置及び制振装置の設計方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、支点を中心として振り子運動し、少なくとも一部が第１磁気部材により構成される振り子部材と、前記振り子部材に対して磁力による反発力又は吸引力を与え、少なくとも一部が第２磁気部材により構成される固定部材と、を備える振り子装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、制振対象物の振動を、振り子運動する振り子装置を用いて制振する制振装置であって、前記振り子装置として、上記態様の振り子装置を用いた制振装置が提供される。
【００１０】
さらに、本発明の他の態様によれば、制振対象物の振動を、振り子運動する振り子部材を用いて制振する制振装置の設計方法であって、前記振り子部材の少なくとも一部に第１磁気部材を配置し、当該第１磁気部材に対して磁力による反発力又は吸引力を与える位置に、第２磁気部材を配置し、前記振り子部材の重力による復元力と、前記第１磁気部材と前記第２磁気部材との間の磁力による復元力との和が、所望の復元力特性を有するように、前記第１磁気部材及び前記第２磁気部材の磁束密度と、前記第１磁気部材と前記第２磁気部材との相対位置と、前記振り子部材の質量と、のうちの少なくともいずれか一つを調整する制振装置の設計方法が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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