KR20200021699A

KR20200021699A - Semi-active turned mass damper with eddy-current break and the method control the same

Info

Publication number: KR20200021699A
Application number: KR1020180097353A
Authority: KR
Inventors: 이상현; 이용훈; 변재덕; 박창윤
Original assignee: 단국대학교 산학협력단
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-03-02
Also published as: KR102156394B1

Abstract

Disclosed are a semi-active tuned mass damper and a control method thereof, which can effectively offset the vibration of a structure. Specifically, the semi-active tuned mass damper is arranged on a structure, and comprises: a mass body (100); a rail unit (200) allowing the mass body (100) to be movably coupled to one side thereof; a conductor member (300) which is arranged on the mass body (100) and extends in the longitudinal direction of the rail unit (200); and a deceleration unit (400) which is positioned to be separated from the mass body (100) by a prescribed distance, and allows the conductor member (300) to be inserted thereinto. The deceleration unit (400) includes: a first magnetic unit (410) having a magnet (440) therein; a second magnetic unit (420) having a magnet (440) therein and facing the first magnetic unit (410); and an insertion groove (430) formed between the first and second magnetic units (410, 420). The conductor member (300) is inserted into the insertion groove (430).

Description

맴돌이 전류 브레이크를 구비한 준능동형 동조질량감쇠기 및 제어 방법{Semi-active turned mass damper with eddy-current break and the method control the same}Semi-active turned mass damper with eddy-current break and the method control the same}

본 발명은 준능동형 동조질량감쇠기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 동조질량감쇠기에 전기적인 제어가 가능한 맴돌이 전류 브레이크를 적용하여 가변형 감쇠를 구현함으로써, 건물 또는 구조물 등의 진동제어성능을 향상시킬 수 있는 준능동형 동조질량감쇠기에 관한 것이다.The present invention relates to a semi-active tunable mass damper, and more particularly, by applying a eddy current brake capable of electrical control to the tunable mass attenuator to implement variable damping, thereby improving vibration control performance of a building or structure. The present invention relates to a semi-active tuning mass damper.

최근 대한민국을 포함한 전 세계에서 빈번하게 발생하는 지진으로 인해 인적, 물적 피해가 발생하고 있으며, 이에 따라 사고 발생시 막대한 피해가 예상되는 건물, 구조물 등의 내진 설계에 대한 관심이 높아지고 있다.Recently, the earthquake that occurs frequently around the world, including the Republic of Korea, is causing human and physical damage, and accordingly, interest in seismic design of buildings, structures, etc., which is expected to cause enormous damage in the event of an accident, is increasing.

내진 설계는 지진에 의해 건물이 무너지는 것을 방지하기 위해 지진에 견딜 수 있도록 설계하는 것을 의미한다. 그런데, 이러한 내진 설계는 건물의 최초 시공시 반영되어야 하는 사항으로, 이미 건물이 완공된 이후에는 보강 등 보조적인 수단에 의해서만 내진 강도를 향상시킬 수 있다는 한계가 있다.Earthquake-resistant design means designing to withstand earthquakes to prevent buildings from collapse by earthquakes. However, such a seismic design is a matter to be reflected in the initial construction of the building, there is a limit that can be improved only by auxiliary means such as reinforcement after the building is already completed.

따라서, 건물이 완공된 이후에도 건물의 진동을 어느 정도 감소시키기 위한 수단이 요구된다.Therefore, a means for reducing the vibration of the building to some extent is required even after the building is completed.

또한, 지진 뿐만 아니라 강풍을 동반하는 태풍 등 강한 공기의 흐름 등에 의해서도 건물이 진동할 수 있다. 이 경우 건물이 전혀 진동을 하지 않게 되면 외력에 의한 충격이 더욱 강하게 되어 건물에 손상이 갈 위험성이 증가하고, 건물이 너무 심하게 진동을 할 경우 건물의 내구도가 저하될 우려가 있다.In addition, the building may vibrate not only by an earthquake but also by strong air flow such as a typhoon accompanied by strong winds. In this case, if the building does not vibrate at all, the impact caused by external force is stronger, which increases the risk of damage to the building, and if the building vibrates too much, the durability of the building may be reduced.

따라서, 건물의 내측 혹은 옥상 등에 건물이 어느 정도 진동하되, 내구도가 저하되지 않는 범위에서 진동하도록 제한하기 위한 수단 또한 요구된다.Therefore, a means for limiting the building to vibrate to some extent on the inside of the building or on the roof, but vibrates in a range in which durability is not reduced.

상술한 필요성에 기인하여, 건물에는 일반적으로 동조질량감쇠기가 구비된다. 동조질량감쇠기는 건물의 동적 안정성을 위하여 외부로부터 건물에 전달된 에너지를 대신 흡수하여 진동을 감소시킨다.Due to the aforementioned needs, buildings are generally equipped with a tuned mass damper. A tuned mass damper reduces vibrations by absorbing the energy transferred from the outside to the building for the dynamic stability of the building.

구체적으로, 동조질량감쇠기는 제진장치(制振裝置, Vibration control device)의 일종으로서, 외력에 의해 건물이 가지는 진동 에너지의 양을 흡수, 분산시켜 건물의 진동의 크기를 감소시키고, 건물의 층간 상대변위 및 최상층의 가속도를 줄임으로써 건물의 내진 및 내풍 성능을 향상시키기 위해 구비된다.Specifically, the tuned mass damper is a type of vibration control device, which absorbs and distributes the amount of vibration energy of a building by external force, thereby reducing the magnitude of the vibration of the building. It is equipped to improve the seismic and windproof performance of the building by reducing displacement and acceleration of the top floor.

전통적으로 건물에 사용되는 동조질량감쇠기는 점성 감쇠장치 또는 마찰 방식의 접촉형 브레이크의 형태로서 구비된다. 점성 감쇠장치는 점성이 있는 유체를 이용하여 질량체의 운동을 제한하고, 접촉형 브레이크는 마찰에 의해 질량체의 운동을 제한하는 방식으로 제어 효율을 향상시킨다.Tuned mass dampers traditionally used in buildings are provided in the form of viscous dampers or frictional contact brakes. Viscous damping devices use viscous fluids to limit the motion of the mass and contact brakes improve control efficiency in a manner that limits the motion of the mass by friction.

그런데, 전통적인 방식의 동조질량감쇠기는 실제 시공시 또는 실제 사용시 레일과 레일블록 간의 마찰력, 축의 비틀림 등의 불측의 변수에 의해 과도한 감쇠력이 발생하여 목표하는 제어 효율이 획득되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이를 보정하는 과정에서 과다한 시간 및 인력이 투입되는 문제가 있다.By the way, in the conventional method, the mass-attenuation mass damper may cause excessive damping force due to inadequate variables such as frictional force between the rail and the rail block and twisting of the shaft during actual construction or in actual use, and thus, a target control efficiency may not be obtained. Therefore, there is a problem that excessive time and manpower is input in the process of correcting this.

또한, 마찰 방식의 감쇠 장치의 경우 온도, 습도, 윤활 상태 및 마찰력의 마모 상태 등과 같은 요인에 의해 마찰계수 및 마찰 양상이 크게 변화되므로 마찰력에 대한 신뢰도가 매우 낮다.In addition, in the friction type damping device, since the friction coefficient and the friction pattern are greatly changed by factors such as temperature, humidity, lubrication state, and wear state of the friction force, the reliability of the friction force is very low.

더 나아가, MR 유체의 결합력을 이용하는 MR 댐퍼(Magnetorheological Fluid Damper) 또는 극성 유체의 결합력을 이용하는 ER 댐퍼(Electro-rheological Fluid Damper)의 경우 매우 고가이며, 유체의 주기적인 교체가 요구된다는 한계가 있다. Furthermore, in the case of the MR damper (Magnetorheological Fluid Damper) using the coupling force of the MR fluid or the ER damper (Electro-rheological Fluid Damper) using the coupling force of the polar fluid is very expensive, there is a limit that the periodic replacement of the fluid is required.

특히, 점성 감쇠장치의 경우 최초 설계시 감쇠 용량이 결정되므로 감쇠력 변경이 불가능하다는 치명적인 한계를 내포한다. 이는 자동차나 철도 등에 사용되는 동조질량감쇠기와는 달리, 건물에 설치된 동조질량감쇠기는 교체 및 유지 보수가 매우 어렵다는 점에 기인한다.In particular, the viscous damping device has a critical limitation that the damping force cannot be changed since the damping capacity is determined during the initial design. This is due to the fact that the tuned mass attenuator installed in the building is very difficult to replace and maintain, unlike the tuned mass attenuator used in automobiles or railways.

이 외에도 수동형 감쇠장치가 제안되었으나, 운용자가 일일이 수동으로 조작해야 하는 것으로, 능동형 혹은 준능동형으로 제어하기에는 한계가 있다.In addition to this, a passive damping device has been proposed, but the operator has to manually operate it, and there is a limit to controlling the active or semi-active type.

한국공개특허문헌 제10-2017-0010143호는 가변질량부를 추가로 구비하여 이를 전기적으로 제어함으로써 진동을 상쇄하는 가변질량 다이나믹 댐퍼를 개시한다.Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2017-0010143 discloses a variable mass dynamic damper that additionally includes a variable mass part and electrically controls the vibration.

그런데, 이러한 유형의 장치는 차량에 적용되는 것을 전제로 하므로, 차량에 비해 그 규모, 중량 및 외력이 훨씬 큰 건물에는 적용하기 어려우며, 상대적으로 작은 질량의 추가질량부를 이용하므로 진동 상쇄의 효과가 감소된다는 한계가 있다.However, since this type of device is assumed to be applied to a vehicle, it is difficult to apply to a building having a much larger scale, weight, and external force than a vehicle, and the effect of vibration cancellation is reduced by using an additional mass part having a relatively small mass. There is a limit.

한국공개특허문헌 제10-2017-0102926호는 6개의 자유도의 운동이 가능한 액츄에이터를 이용하여 진동을 감소시키기 위한 전기기계 액츄에이터를 개시한다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0102926 discloses an electromechanical actuator for reducing vibration by using an actuator capable of six degrees of freedom of movement.

그런데, 이러한 유형의 액츄에이터는 표준 질량체가 6개의 자유도의 운동을 위해 코일 스프링에 연결되어 부양되어 있는 형태이므로, 표준 질량체의 질량의 증가에 한계가 있으므로 고중량의 건물에는 적용이 어렵다는 한계가 있다.By the way, the actuator of this type is a form in which the standard mass is connected to the coil spring for support of six degrees of freedom and is supported, and thus there is a limitation in that it is difficult to apply to a heavy building because there is a limit to the increase in the mass of the standard mass.

한국공개특허문헌 제10-2017-0010143호 (2017.01.26.)Korean Patent Publication No. 10-2017-0010143 (January 26, 2017) 한국공개특허문헌 제10-2017-0102926호 (2017.09.12.)Korean Patent Publication No. 10-2017-0102926 (2017.09.12.)

본 발명의 목적은, 건물 또는 건축물 등의 구조물에 설치되어 전기적인 방법을 이용하여 구조물의 진동에 따라 사용자가 일일이 수동으로 조작하지 않고도 능동적으로 진동에 대응하여 질량체가 이동하되, 필요시 사용자가 직접 조작하여 진동에 대응함으로써 구조물의 진동을 효과적으로 상쇄할 수 있는 준능동형 동조질량감쇠기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is installed on a structure such as a building or a building, the mass is moved in response to the vibration actively without the user manually operating in accordance with the vibration of the structure using an electrical method, the user directly if necessary The present invention provides a semi-active tuned mass damper capable of effectively canceling structure vibrations by responding to vibrations.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 구조물에 구비되는 준능동형 동조질량감쇠기로서, 질량체(100); 그 일측에 상기 질량체(100)가 이동 가능하게 결합되는 레일부(200); 상기 질량체(100)에 구비되며, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장하는 도체 부재(300); 및 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 위치되며, 상기 도체 부재(300)가 삽입되는 감속부(400)를 포함하며, 상기 감속부(400)는, 그 내측에 자석(440)이 구비되는 제1 자력부(410); 그 내측에 자석(440)이 구비되며, 상기 제1 자력부(410)에 대향하는 제2 자력부(420); 및 상기 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 사이에 형성되는 삽입 홈(430)을 포함하고, 상기 도체 부재(300)는 상기 삽입 홈(430)에 삽입되는 준능동형 동조질량감쇠기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semi-active tunable mass damper provided in the structure, the mass body (100); A rail unit 200 to which the mass body 100 is movably coupled to one side thereof; A conductor member 300 provided on the mass body 100 and extending in the longitudinal direction of the rail part 200; And a deceleration part 400 positioned to be spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance and into which the conductor member 300 is inserted, and the deceleration part 400 includes a magnet 440 therein. First magnetic force part 410; A magnet 440 is provided inside the second magnetic force portion 420 facing the first magnetic force portion 410; And an insertion groove 430 formed between the first magnetic force portion 410 and the second magnetic force portion 420, wherein the conductor member 300 is a semi-active tuning mass inserted into the insertion groove 430. Provide an attenuator.

또한, 상기 제1 자력부(410) 및 상기 제2 자력부(420)의 내측에 구비되는 상기 자석(440)은 전자석일 수 있다.In addition, the magnet 440 provided inside the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 may be an electromagnet.

또한, 상기 자석(440)에 인가되는 전류의 세기는 조절될 수 있다.In addition, the strength of the current applied to the magnet 440 may be adjusted.

또한, 상기 감속부(400)는 복수 개 구비되어, 상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 위치될 수 있다.In addition, the deceleration unit 400 may be provided in plural, and may be positioned at one side and the other side of the mass body 100 to be spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance.

또한, 상기 감속부(400)는 상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 같은 개수로 구비될 수 있다.In addition, the deceleration unit 400 may be provided on the one side and the other side of the mass body 100 and the same number of spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance.

또한, 상기 질량체(100)의 상기 일측(110) 및 상기 타측(120)에는 탄성 부재(500)가 각각 구비될 수 있다.In addition, the one side 110 and the other side 120 of the mass body 100 may be provided with an elastic member 500, respectively.

또한, 본 발명은, 상기한 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법으로서, (a) 센서 모듈(610)이 상기 질량체(100)의 가속도를 감지하는 단계; (b) 적분 모듈(620)이 감지된 상기 가속도를 적분하여 상기 질량체(100)의 속도를 연산하는 단계; (c) 전자기력 연산 모듈(630)이 연산된 상기 속도에 따라 전자기력을 연산하는 단계; (d) 자속 밀도 결정 모듈(640)이 연산된 상기 전자기력을 이용하여 자속 밀도를 결정하는 단계; (e) 전류 연산 모듈(650)이 결정된 상기 자속 밀도에 따라 인가될 전압 및 전류의 크기를 연산하는 단계를 포함하는 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법을 제공한다.In addition, the present invention, the method of controlling the quasi-active tunable mass damper, (a) the sensor module 610 to detect the acceleration of the mass 100; (b) integrating the sensed acceleration by the integration module 620 to calculate the velocity of the mass 100; (c) the electromagnetic force calculating module 630 calculating an electromagnetic force according to the calculated speed; (d) magnetic flux density determining module 640 determining magnetic flux density using the calculated electromagnetic force; (e) a current computing module 650 provides a method for controlling a quasi-active tuned mass damper comprising calculating a magnitude of voltage and current to be applied according to the determined magnetic flux density.

또한, 상기 (b) 단계는, (b1) 하이패스필터부(HPF)(622)가 연산된 상기 속도의 오류값을 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (b) may include (b1) filtering the error value of the speed calculated by the high pass filter (HPF) 622.

또한, 상기 (e) 단계 이후에, (f) 전류 인가 모듈(660)이 연산된 상기 전압 및 전류의 크기에 상응하게 상기 감속부(400)에 전류를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step (e), (f) the current applying module 660 may further include applying a current to the deceleration unit 400 corresponding to the magnitude of the calculated voltage and current.

본 발명에 따르면, 감속부에 구비된 자석에 전류를 인가함으로써 맴돌이 전류를 형성하고, 이에 따라 발생하는 전자기장 내측으로 질량체에 연결된 도체 부재가 삽입되어 발생하는 로렌츠 힘에 의해 질량체의 움직임이 제어되므로 감쇠를 위한 유체 없이도 질량체의 움직임을 효과적으로 제어할 수 있다.According to the present invention, a eddy current is formed by applying a current to the magnet provided in the deceleration part, and the movement of the mass is controlled by the Lorentz force generated by inserting a conductor member connected to the mass into the generated electromagnetic field. It is possible to effectively control the mass movement without the need for a fluid.

또한, 상이한 진동에 대응하여 필요한 감쇠 용량에 따라 인가될 전류를 변경시켜 로렌츠 힘의 크기를 제어함으로써 감쇠 용량을 능동적으로 변경할 수 있으므로, 준능동 제어가 가능하다.In addition, since the attenuation capacity can be actively changed by controlling the magnitude of the Lorentz force by changing the current to be applied according to the required attenuation capacity in response to different vibrations, semi-active control is possible.

더 나아가, 감쇠를 위한 유체 없이 전자석만으로도 준능동형 동조질량감쇠기의 구현이 가능하므로 유지 보수에 있어 비용 및 인력이 절감될 수 있다.Furthermore, it is possible to implement quasi-active tunable mass attenuators with electromagnets alone without fluids for damping, thereby reducing costs and manpower in maintenance.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분의 부분 확대도이다.
도 4는 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 정면도이다.
도 5는 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 측면도이다.
도 6은 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 도체 부재를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 감속부를 도시하는 부분 절개 사시도이다.
도 8은 도 7의 감속부를 도시하는 부분 절개 정면도이다.
도 9는 도 7의 감속부를 도시하는 부분 절개 측면도이다.
도 10은 도 1의 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법을 수행하기 위한 구성을 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기가 도 10의 방법에 따라 제어되는 과정을 도시하는 개념도이다.
도 12는 도 10의 제어 방법의 구성 및 정보의 흐름을 도시하는 순서도이다.
도 13은 도 10의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 14는 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기 사용에 따른 결과를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 적용에 따른 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 적용에 따른 시뮬레이션 결과를 도시하는 다른 그래프이다.
도 17은 다양한 설계변수에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 변위 및 가속도를 도시하는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 적용에 따른 결과를 정규화하는 과정을 도시하는 그래프이다.1 is a perspective view showing a quasi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the quasi-active tuned mass damper of FIG. 1. FIG.
3 is a partially enlarged view of a portion A of FIG. 2.
4 is a front view of the quasi-active tuned mass damper of FIG.
FIG. 5 is a side view of the quasi-active tuned mass damper of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a conductor member of the quasi-active tuned mass damper of FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a deceleration part of the quasi-active tuning mass damper of FIG. 1. FIG.
FIG. 8 is a partial cutaway front view of the reduction unit of FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a partial cutaway side view illustrating the reduction unit of FIG. 7. FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration for performing a control method of the quasi-active tuned mass damper of FIG. 1.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a process in which a quasi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention is controlled according to the method of FIG. 10.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a configuration and a flow of information of the control method of FIG. 10.
FIG. 13 is a flowchart illustrating the control method of FIG. 10.
14 is a graph showing the results of using a tuned mass damper according to the prior art.
15 is a graph showing a simulation result according to the application of the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention.
16 is another graph showing simulation results according to the application of the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention.
17 is a graph showing displacement and acceleration of a quasi-active tuned mass damper according to an embodiment of the present invention according to various design parameters.
FIG. 18 is a graph illustrating a process of normalizing a result according to an application of a quasi-active type tuned mass damper according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 및 그 제어 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a semi-active tunable mass damper and its control method according to an embodiment of the present invention.

1. 용어의 정의1. Definition of terms

이하의 설명에서 사용되는 "전방", "후방", "좌측", "우측", "상측" 및 "하측"이라는 용어는 도 1에 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 것이다.The terms "front", "rear", "left", "right", "upper" and "lower" used in the following description will be understood with reference to the coordinate system shown in FIG.

이하의 설명에서 사용되는 "구조물"이라는 용어는 건물, 건축물, 가건물 등 사람이 그 내부에서 생활 내지 작업 등을 수행할 수 있는 모든 종류의 구조체를 의미한다.As used in the following description, the term "structure" refers to all kinds of structures in which a person can perform a living or work therein, such as a building, a building, and a temporary building.

2. 준능동형 동조질량감쇠기의 구성의 설명2. Description of structure of quasi-active type synchronized mass damper

본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 질량체(100)의 이동을 제어하기 위한 수단으로서 전자기력에 의해 발생하는 로렌츠 힘을 이용한다.The quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention uses the Lorentz force generated by the electromagnetic force as a means for controlling the movement of the mass 100.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 질량체(100), 레일부(200), 도체 부재(300), 감속부(400) 및 탄성 부재(500)를 포함한다.1 to 5, the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention is a mass body 100, a rail part 200, a conductor member 300, a deceleration part 400, and an elastic member 500. It includes.

질량체(100)는 구조물에 가해지는 외력에 의해 발생한 진동에 상응하여 좌측 또는 우측으로 이동함으로써 진동을 상쇄하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 질량체(100)는 구조물에 관성력을 전달함으로써 구조물에 발생한 진동을 상쇄한다.The mass body 100 serves to cancel the vibration by moving to the left or the right side corresponding to the vibration generated by the external force applied to the structure. Specifically, the mass 100 cancels the vibration generated in the structure by transmitting an inertial force to the structure.

질량체(100)는 구조물의 크기, 높이 및 질량 등에 따라 그 크기 및 질량이 변경될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 질량체(100)는 정육면체 형상으로 구비되나, 그 형상은 변경 가능하다.The mass 100 may vary in size and mass according to the size, height, and mass of the structure. In the illustrated embodiment, the mass 100 is provided in a cube shape, but the shape thereof is changeable.

질량체(100)는 내부에 별도의 추가 질량 부재(미도시)를 수용할 수 있는 수용부(미도시)를 포함하여, 필요에 따라 추가 질량 부재(미도시)를 추가함으로써 질량체(100) 전체의 질량을 증가시킬 수 있는 구조로서 구비될 수 있다.Mass body 100 includes a receiving portion (not shown) that can accommodate a separate additional mass member (not shown) therein, by adding an additional mass member (not shown) as needed, the mass of the entire mass 100 It may be provided as a structure capable of increasing the mass.

질량체(100)는 후술될 레일부(200) 상에 위치되어, 구조물에 발생하는 진동에 따라 후술될 레일부(200)를 따라 이동 가능하다.The mass body 100 is positioned on the rail part 200 to be described later, and is movable along the rail part 200 to be described later according to the vibration generated in the structure.

질량체(100)의 전방 측면 및 후방 측면에는 후술될 도체 부재(300)가 각각 두 개씩 연결되고, 질량체(100)의 좌측면 및 우측면에는 후술될 탄성 부재(500)가 연결된다.Two conductive members 300 to be described later are connected to each of the front side and the rear side of the mass 100, and an elastic member 500 to be described below is connected to the left and right sides of the mass 100.

레일부(200)는 질량체(100)가 이동할 수 있는 경로를 형성한다. 도시된 실시 예에서, 레일부(200)는 질량체(100)의 하측에 위치되어, 질량체(100)가 레일부(200)를 따라 좌측 또는 우측으로 직선 운동할 수 있도록 질량체(100)의 움직임을 제한한다.The rail unit 200 forms a path through which the mass body 100 can move. In the illustrated embodiment, the rail unit 200 is positioned below the mass body 100 to move the mass body 100 so that the mass body 100 linearly moves left or right along the rail portion 200. Restrict.

대안적으로, 레일부(200)는 질량체(100)의 상측에 위치되어 질량체(100)는 별도의 행거(미도시) 등에 의해 레일부(200)에 연결될 수 있다.Alternatively, the rail unit 200 may be positioned above the mass 100 so that the mass 100 may be connected to the rail unit 200 by a separate hanger (not shown).

레일부(200)와 질량체(100)가 접하는 부분에는 휠 부재(미도시)가 구비되어 질량체(100)의 이동이 원활하게 수행될 수 있다.A wheel member (not shown) is provided at a portion where the rail unit 200 and the mass body 100 come into contact with each other to smoothly move the mass body 100.

또한, 레일부(200)에는 질량체(100)의 임의 이탈을 방지하기 위한 별도의 체결 부재(미도시)가 구비되어, 레일부(200) 상에서 질량체(100)의 안정적인 이동이 보장될 수 있다.In addition, the rail unit 200 may be provided with a separate fastening member (not shown) for preventing any detachment of the mass body 100, thereby ensuring stable movement of the mass body 100 on the rail unit 200.

도체 부재(300)는 질량체(100)에 결합되며, 질량체(100)가 좌측 또는 우측으로 이동할 경우 후술될 감속부(400) 내에 형성된 전자기장 내에서 이동함에 따라 질량체(100)의 움직임에 대항하는 로렌츠 힘을 발생시킴으로써 질량체(100)의 움직임을 제어하는 역할을 수행한다.The conductor member 300 is coupled to the mass 100, and Lorentz opposes the movement of the mass 100 as the mass 100 moves in an electromagnetic field formed in the deceleration part 400 to be described later when the mass 100 moves to the left or the right. It generates a force to control the movement of the mass 100.

도체 부재(300)는 전기 전도도가 높은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 일 실시 예에서, 도체 부재(300)는 구리 또는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.The conductor member 300 is preferably formed of a material having high electrical conductivity. In one embodiment, the conductor member 300 may be formed of copper or aluminum.

도체 부재(300)는 전기 저항을 최소화하고 유도 전류가 자유롭게 흐를 수 있도록 충분한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.The conductor member 300 is preferably formed to a sufficient thickness so as to minimize the electrical resistance and allow the induced current to flow freely.

도 6을 참조하면, 도시된 실시 예에 따른 도체 부재(300)는 판부(310), 돌출부(320)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the conductor member 300 according to the illustrated embodiment includes a plate 310 and a protrusion 320.

판부(310)는 전자기장이 형성된, 후술될 감속부(400) 내에서 이동함으로써 로렌츠 힘을 발생시키는 역할을 수행한다. 즉, 판부(310)는 후술될 감속부(400)의 삽입 홈(430)에 좌우 방향으로 이동 가능하게 삽입된다(도 1 내지 도 5 참조).The plate portion 310 serves to generate a Lorentz force by moving in the deceleration portion 400 to be described later, in which an electromagnetic field is formed. That is, the plate 310 is inserted into the insertion groove 430 of the reduction unit 400 to be described later so as to be movable in the left and right directions (see FIGS. 1 to 5).

판부(310)의 면적은 판부(310)의 이동에 의해 발생하는 로렌츠 힘이 질량체(100)의 이동을 제어할 수 있을만큼 충분히 크도록 형성되는 것이 바람직하다.The area of the plate portion 310 is preferably formed such that the Lorentz force generated by the movement of the plate portion 310 is large enough to control the movement of the mass body 100.

판부(310)의 이동에 따라 질량체(100)의 이동이 제어되는 과정에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.Detailed description of the process of controlling the movement of the mass 100 in accordance with the movement of the plate 310 will be described later.

돌출부(320)는 판부(310)의 일측으로 돌출된 부분이다. 돌출부(320)에는 복수 개의 결합 홀(322)이 형성되어, 질량체(100)와 결합되기 위한 통로를 제공한다. The protrusion 320 is a portion protruding to one side of the plate 310. A plurality of coupling holes 322 are formed in the protrusion 320 to provide a passage for coupling with the mass 100.

결합 홀(322)에는 나사 등의 체결 수단(미도시)이 구비되어 도체 부재(300)와 질량체(100)가 결합될 수 있다.The coupling hole 322 may be provided with a fastening means (not shown) such as a screw so that the conductor member 300 and the mass 100 may be coupled to each other.

도시된 실시 예에서, 도체 부재(300)는 총 4개로서 구비되어 질량체(100)의 전방 측면 및 후방 측면에 각각 2개씩 결합되나, 그 결합 위치 및 개수는 변경 가능하다.In the illustrated embodiment, four conductor members 300 are provided as a total of two and are coupled to the front side and the rear side of the mass 100, respectively, but the coupling position and the number thereof are changeable.

또한, 구조물에 발생하는 진동의 방향에 즉각적으로 대응할 수 있도록, 도체 부재(300)의 판부(310)는 소정 면적만큼 후술될 감속부(400)의 삽입 홈(430) 내에 이동 가능하게 삽입된 구조로서 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the plate portion 310 of the conductor member 300 is movably inserted into the insertion groove 430 of the deceleration portion 400 to be described later by a predetermined area so as to immediately correspond to the direction of vibration occurring in the structure. It is preferable to be provided as.

감속부(400)는 그 내부에 자석(440)이 구비된 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)를 포함하여, 전력이 인가될 경우 그 내측에서 이동하는 도체 부재(300)에 의해 로렌츠 힘이 발생할 수 있는 전자기장을 형성한다.The deceleration part 400 includes a first magnetic force part 410 and a second magnetic force part 420 having a magnet 440 therein, and move the inner side of the conductor member 300 when electric power is applied. This creates an electromagnetic field where Lorentz forces can be generated.

도시된 실시 예에서 감속부(400)는 총 4개가 구비되어, 각각 질량체(100)의 좌측 및 우측으로부터 소정 거리만큼 이격되어 두 개씩 위치된다. 감속부(400)의 위치 및 개수는 변경 가능하나, 후술될 바와 같이 도체 부재(300)의 이동에 의해 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있는 위치에 위치되는 것이 바람직하다.In the illustrated embodiment, a total of four reduction units 400 are provided, and two are respectively spaced apart by a predetermined distance from the left side and the right side of the mass 100. Although the position and number of the reduction units 400 may be changed, it is preferable to be positioned at a position where the Lorentz force can be generated by the movement of the conductor member 300 as will be described later.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 감속부(400)는 제1 자력부(410), 제2 자력부(420), 삽입 홈(430), 자석(440) 및 프레임(450)을 포함한다.7 to 9, the reduction unit 400 includes a first magnetic force 410, a second magnetic force 420, an insertion groove 430, a magnet 440, and a frame 450.

제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 후술될 삽입 홈(430)을 그 사이에 두고 서로 대향되도록 위치된다. 즉, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 후술될 삽입 홈(430)을 기준으로 서로 마주하게 위치된다.The first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 are positioned to face each other with the insertion groove 430 to be described later therebetween. That is, the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 are positioned to face each other based on the insertion groove 430 to be described later.

제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내측에는 후술될 자석(440)이 구비되어, 전류 인가시 전자기장이 형성될 수 있다. 이를 위해, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 별도의 전원 공급 수단(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.The magnet 440 to be described later is provided inside the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420, and an electromagnetic field may be formed when a current is applied. To this end, the first magnetic force 410 and the second magnetic force 420 may be electrically connected to a separate power supply means (not shown).

제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420)는 내측에 구비된 자석(440)에 의해 발생하는 전자기력이 후술될 삽입 홈(430)에 전달될 수 있도록 높은 전기 전도도를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.The first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 are formed of a material having high electrical conductivity so that electromagnetic force generated by the magnet 440 provided therein can be transmitted to the insertion groove 430 to be described later. It is desirable to be.

삽입 홈(430)은 도체 부재(300)가 삽입되어 그 내측에서 이동함으로써 로렌츠 힘을 발생시킬 수 있는 공간을 제공한다. 삽입 홈(430)의 폭은 도체 부재(300)보다 약간 크게 형성되어, 도체 부재(300)가 그 내측에서 방해받지 않고 이동할 수 있는 것이 바람직하다.The insertion groove 430 provides a space in which the conductor member 300 can be inserted and move therein, thereby generating a Lorentz force. It is preferable that the width of the insertion groove 430 is slightly larger than that of the conductor member 300 so that the conductor member 300 can move without being disturbed from the inside thereof.

도시된 실시 예에서, 삽입 홈(430)은 감속부(400)의 좌우 방향으로 관통 형성되나, 도체 부재(300)의 이동을 방해하지 않는 여타 형상으로 형성될 수 있다.In the illustrated embodiment, the insertion groove 430 is formed to penetrate in the left and right directions of the reduction unit 400, but may be formed in other shapes that do not interfere with the movement of the conductor member 300.

자석(440)은 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내측에 복수 개 위치되어, 도체 부재(300)의 이동에 따라 로렌츠 힘을 발생시키기 위한 전자기장을 형성한다. A plurality of magnets 440 are disposed inside the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 to form an electromagnetic field for generating the Lorentz force according to the movement of the conductor member 300.

본 발명의 실시 예에 따른 자석(440)은 전자석으로 구비되어 별도의 전원 공급 수단(미도시)으로부터 전류가 인가될 경우 전자기장이 형성될 수 있다. 대안적으로, 자석(440)은 영구 자석으로 구비될 수도 있으나, 이 경우 유지 보수를 위한 별도의 방안이 강구되어야 한다.Magnet 440 according to an embodiment of the present invention is provided with an electromagnet may be formed when an electric current is applied from a separate power supply means (not shown). Alternatively, the magnet 440 may be provided as a permanent magnet, but in this case, a separate method for maintenance should be taken.

도시된 실시 예에서, 자석(440)은 원통 형상으로 구비되어 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내에 상하 방향으로 3행, 좌우 방향으로 3개, 4개 및 3개가 순서대로 적층되어 구비되나, 그 형상 및 배치 방식은 변경될 수 있다. In the illustrated embodiment, the magnets 440 are provided in a cylindrical shape so that the first magnetic force 410 and the second magnetic force 420 are arranged in three rows in the vertical direction, three, four and three in the left and right directions. Although stacked as provided, the shape and arrangement may be changed.

다만, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 내의 자석(440)은 동일한 구성 및 개수로서 구비되어, 제1 자력부(410) 및 제2 자력부((420)에서 발생하는 전자기력의 차이로 인해 도체 부재(300)의 이동이 의도치 않게 이루어지지 않는 것이 바람직하다.However, the magnets 440 in the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 are provided in the same configuration and number, and are generated in the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420. It is preferable that the conductor member 300 is not moved unintentionally due to the difference in electromagnetic force.

자석(440)에 인가되는 전류 또는 전압은 조절될 수 있다. 따라서, 자석(440)에 의해 형성되는 전자기장의 세기 및 도체 부재(300)가 전자기장 내부에서 이동함에 따라 발생하는 로렌츠 힘은 조절될 수 있다.The current or voltage applied to the magnet 440 may be adjusted. Accordingly, the strength of the electromagnetic field formed by the magnet 440 and the Lorentz force generated as the conductor member 300 moves inside the electromagnetic field may be adjusted.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 감쇠력이 조절될 수 있다.Accordingly, the damping force of the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention can be adjusted.

프레임(450)은 감속부(400)의 외측을 형성한다. 프레임(450)의 내측에는 상술한 제1 자력부(410), 제2 자력부(420), 삽입 홈(430)이 위치된다. The frame 450 forms the outer side of the reduction unit 400. The first magnetic force part 410, the second magnetic force part 420, and the insertion groove 430 are positioned inside the frame 450.

탄성 부재(500)는 구조물의 진동에 의해 질량체(100)가 진동을 개시할 때, 질량체(100)의 진동수를 조정하며, 좌측 또는 우측으로 이동한 질량체(100)가 타측으로 이동할 수 있는 복원력을 제공한다.The elastic member 500 adjusts the frequency of the mass 100 when the mass 100 starts to be vibrated by the vibration of the structure, and provides a restoring force to which the mass 100 moved to the left or the right may move to the other side. to provide.

도시된 실시 예에서, 탄성 부재(500)는 코일 스프링으로 구비되나, 질량체(100)에 탄성력 또는 복원력을 제공할 수 있는 여타 형태로서 구비될 수 있다.In the illustrated embodiment, the elastic member 500 is provided as a coil spring, but may be provided as any other form that can provide elastic or restoring force to the mass 100.

탄성 부재(500)에 의해 질량체(100)의 진동수 및 주기가 다음의 수식에 의해 결정될 수 있다.The frequency and period of the mass 100 by the elastic member 500 may be determined by the following equation.

여기서 m은 질량체(100)의 질량, k는 탄성 부재(500)의 탄성 계수이다.M is the mass of the mass 100, k is the elastic modulus of the elastic member 500.

도시된 실시 예에서, 탄성 부재(500)는 레일부(200)를 따라 질량체(100)의 좌측 및 우측으로 연장되어 두 개로서 구비되며, 연결 방식 및 개수는 변경 가능하다.In the illustrated embodiment, the elastic member 500 extends to the left and right sides of the mass body 100 along the rail portion 200, and is provided as two, and the number and number of connections thereof may be changed.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 제어부(600)를 더 포함한다.Referring to FIG. 10, the quasi-active tuned mass damper according to the embodiment of the present invention further includes a controller 600.

제어부(600)는 질량체(100)의 이동과 관련된 정보를 감지하고, 이를 이용하여 질량체(100)의 이동을 제어하기에 충분한 로렌츠 힘을 생성하기 위한 전류를 연산하고 감속부(400)에 공급한다.The controller 600 detects information related to the movement of the mass 100, calculates a current for generating a Lorentz force sufficient to control the movement of the mass 100, and supplies the current to the deceleration unit 400. .

일 실시 예에서, 제어부(600)는 마이크로프로세서 등 정보의 입출력 및 연산이 가능한 형태로서 구비될 수 있다.In one embodiment, the controller 600 may be provided as a form capable of input and output and operation of information, such as a microprocessor.

제어부(600)는 센서 모듈(610), 적분 모듈(620), 전자기력 연산 모듈(630), 자속 밀도 결정 모듈(640), 전류 연산 모듈(650) 및 전류 인가 모듈(660)을 포함한다.The controller 600 includes a sensor module 610, an integration module 620, an electromagnetic force calculation module 630, a magnetic flux density determination module 640, a current calculation module 650, and a current application module 660.

센서 모듈(610)은 구조물의 진동에 상응하여 이동하는 질량체(100)의 가속도를 감지한다. 센서 모듈(610)이 감지한 질량체(100)의 가속도는 후술될 적분 모듈(620)에 전달되어 속도로서 연산된다.The sensor module 610 detects the acceleration of the mass 100 moving in correspondence with the vibration of the structure. The acceleration of the mass 100 sensed by the sensor module 610 is transmitted to the integration module 620 to be described later and calculated as a speed.

적분 모듈(620)은 센서 모듈(610)이 감지한 가속도를 시간에 대해 적분하여 속도로서 연산한다. 이 때, 질량부(100)의 이동이 항상 일정하게 보장될 수는 없으므로, 적분 결과값에는 노이즈가 존재할 수 있다.The integration module 620 integrates the acceleration sensed by the sensor module 610 with respect to time and calculates it as a speed. At this time, since the movement of the mass unit 100 may not always be constantly ensured, noise may exist in the integrated result.

적분 모듈(620)은 하이패스필터부(622)를 포함하여, 특정값 이하의 적분 결과값을 필터링하여 적분된 질량체(100)의 속도의 신뢰성을 향상시킨다.The integration module 620 includes a high pass filter 622 to filter the integration result value below a specific value to improve the reliability of the speed of the integrated mass 100.

전자기력 연산 모듈(630)은 적분 모듈(620)이 연산한 질량체(100)의 속도를 이용하여 질량체(100)의 이동을 제어하기에 충분한 로렌츠 힘을 생성하기 위한 전자기력을 연산한다.The electromagnetic force calculation module 630 calculates an electromagnetic force for generating a Lorentz force sufficient to control the movement of the mass 100 using the velocity of the mass 100 calculated by the integration module 620.

자속 밀도 결정 모듈(640)은 전자기력 연산 모듈(630)이 연산한 전자기력, 도체 부재(300)의 판부(310)의 면적 및 감속부(400)의 자석(440)에 대한 정보를 이용하여 요구되는 크기의 로렌츠 힘을 생성하기 위해 필요한 자속 밀도를 결정한다.The magnetic flux density determination module 640 is required by using the information about the electromagnetic force calculated by the electromagnetic force calculation module 630, the area of the plate portion 310 of the conductor member 300, and the magnet 440 of the deceleration portion 400. Determine the magnetic flux density needed to generate a Lorentz force of magnitude.

전류 연산 모듈(650)은 자속 밀도 결정 모듈(640)이 결정한 자속 밀도를 생성할 수 있는 전류 및 전압의 세기와 전류 인가 지속 시간을 연산한다. The current calculation module 650 calculates the strength of the current and the voltage and the current application duration that can generate the magnetic flux density determined by the magnetic flux density determination module 640.

전류 인가 모듈(660)은 전류 연산 모듈(650)이 연산한 전류의 세기 및 인가 지속 시간에 상응하게 감속부(400)에 전류를 인가한다. 이를 위해, 전류 인가 모듈(660)의 전기적 신호로 제어될 수 있는 전력 공급부(미도시)가 구비될 수 있다.The current applying module 660 applies a current to the deceleration unit 400 in accordance with the strength of the current calculated by the current calculating module 650 and the application duration. To this end, a power supply unit (not shown) that can be controlled by an electrical signal of the current application module 660 may be provided.

3. 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법의 설명3. Explanation of Control Method of Semi-active Tuned Mass Attenuator

본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 구조물에 설치되어 상술한 구성들을 통해 구조물의 진동을 준능동적으로 감쇠할 수 있다.The quasi-active tuned mass attenuator according to an embodiment of the present invention may be installed in the structure to attenuate the vibration of the structure semi-actively through the above-described configuration.

이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a quasi-active tuned mass damper according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 13.

본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기가 설치된 구조물이 외력에 의해 진동을 시작하면, 질량체(100)가 이에 따라 진동을 시작한다. 질량체(100)의 고유 진동수는 탄성 부재(500)에 의해 연산될 수 있다.When the structure in which the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention is installed starts vibration by an external force, the mass body 100 starts vibration accordingly. The natural frequency of the mass 100 may be calculated by the elastic member 500.

먼저, 센서 모듈(610)은 질량체(100)의 가속도를 감지하고(S100), 이를 적분 모듈(620)로 전달한다.First, the sensor module 610 detects the acceleration of the mass 100 (S100) and transfers it to the integration module 620.

적분 모듈(620)은 전달받은 질량체(100)의 가속도를 적분하여 질량체(100)의 속도로서 연산한다(S200). 이 과정에서 질량체(100)의 진동의 고유 진동수와 관련된 정보가 고려될 수 있다.The integration module 620 integrates the acceleration of the received mass 100 and calculates it as the speed of the mass 100 (S200). In this process, information related to the natural frequency of the vibration of the mass 100 may be considered.

또한, 적분된 속도의 신뢰성을 향상시키기 위해 하이패스필터부(HPF)(622)가 연산된 속도의 오류값을 필터링할 수 있음은 상술한 바와 같다(S210).In addition, in order to improve the reliability of the integrated speed, the high pass filter (HPF) 622 may filter the error value of the calculated speed as described above (S210).

전자기력 연산 모듈(630)은 연산된 속도를 이용하여 필요한 전자기력을 연산한다(S300).The electromagnetic force calculation module 630 calculates the required electromagnetic force using the calculated speed (S300).

이 때, 질량체(100)의 이동을 제어하기 위한 감쇠력은 다음의 수식에 의해 연산될 수 있다.At this time, the damping force for controlling the movement of the mass 100 may be calculated by the following equation.

상기 식에서

는 도체 부재(300)의 도전율(20

에서 Cu :

, Al :

),

는 진공 투자율

을 나타내며,

는 자석(440)의 세기

를 나타낸다.

는 자석(440)과 도체 부재(300) 사이의 거리,

는 도체 부재(300)의 두께를 나타내며,

은 도체 부재(300)와 자석(440)이 겹쳐지는 면적을 나타낸다. In the above formula

Is the conductivity of the conductor member 300 (20

Cu:

, Al:

),

Vacuum permeability

,

Is the strength of the magnet 440

Indicates.

Is the distance between the magnet 440 and the conductor member 300,

Represents the thickness of the conductor member 300,

Represents an area where the conductor member 300 and the magnet 440 overlap.

자속 밀도 결정 모듈(640)은 연산된 전자기력, 도체 부재(300)의 판부(310)의 면적 및 감속부(400)의 자석(440)에 대한 정보를 이용하여 필요한 자속 밀도를 결정한다(S400).The magnetic flux density determination module 640 determines the required magnetic flux density by using information about the calculated electromagnetic force, the area of the plate 310 of the conductor member 300, and the magnet 440 of the reduction unit 400 (S400). .

전류 연산 모듈(650)은 결정된 자속 밀도에 따라 인가될 전압, 전류의 크기 및 인가 시간을 연산한다(S500).The current calculation module 650 calculates the voltage to be applied, the magnitude of the current, and the application time according to the determined magnetic flux density (S500).

전류 인가 모듈(660)이 연산된 전압, 전류의 크기 및 인가 시간에 따라 감속부(400)에 전류를 인가하면(S600), 감속부(400) 내에 전자기장이 형성되고, 질량체(100)에 연결된 도체 부재(300)의 이동에 따라 로렌츠 힘이 발생하여 질량체(100)의 이동이 제어된다.When the current applying module 660 applies the current to the deceleration unit 400 according to the calculated voltage, the magnitude of the current and the application time (S600), an electromagnetic field is formed in the deceleration unit 400, and is connected to the mass 100. The Lorentz force is generated by the movement of the conductor member 300 to control the movement of the mass 100.

4. 본 발명의 실시 예에 따른 동조질량감쇠기의 효과의 설명4. Explanation of Effects of Tuned Mass Attenuator According to Embodiment of the Present Invention

이하, 도 14 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 동조질량감쇠기의 효과를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the effect of the tuned mass damper according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 14 to 18.

도 14는 종래 기술에 따른 점성 감쇠장치를 사용할 경우(a) 및 쿨롱 마찰 장치를 사용할 경우(b)의 감쇠력의 추이를 도시하는 그래프이다.FIG. 14 is a graph showing the transition of the damping force when using the viscous damping device according to the prior art (a) and when using the Coulomb friction device (b).

도 14의 (a)를 참조하면, 점성 감쇠장치를 사용할 경우 질량체의 이동 속도에 따른 감쇠력이 선형적으로 변화하며, 감쇠력의 최대값 및 최소값을 제한할 수 없다. 따라서, 구조물의 진동 및 이에 따른 질량체의 이동을 능동적으로 제어할 수 없다는 한계가 있다.Referring to (a) of FIG. 14, when the viscous damping device is used, the damping force is linearly changed according to the moving speed of the mass, and the maximum and minimum values of the damping force cannot be limited. Therefore, there is a limitation that the vibration of the structure and thus the movement of the mass can not be actively controlled.

도 14의 (b)를 참조하면, 쿨롱 마찰 장치를 사용할 경우에는 질량체의 속도와 상관없이 감쇠력이 항상 일정한 것을 알 수 있다. 즉, 외부 상황에 따라 감쇠력을 변경할 수 없어, 구조물의 진동 및 이에 따른 질량체의 이동을 능동적으로 제어할 수 없다는 한계를 내포한다.Referring to FIG. 14B, when the coulomb friction device is used, the damping force is always constant regardless of the velocity of the mass body. In other words, the damping force cannot be changed according to the external situation, which implies that the vibration of the structure and the movement of the mass can not be actively controlled.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 사용에 따른 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도시된 시뮬레이션은 쌍곡선 함수의 일종인 하이퍼볼릭 탄젠트 모델을 예시로서 수행되었으나, 시뮬레이션을 위한 모델은 반드시 해당 함수에 국한되지 않는다.15 shows simulation results according to the use of a quasi-active tuned mass damper according to an embodiment of the present invention. The illustrated simulation was performed by way of example with a hyperbolic tangent model, which is a type of hyperbolic function, but the model for the simulation is not necessarily limited to that function.

본 시뮬레이션이 하이퍼볼릭 탄젠트 모델을 예시로서 수행한 것은, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 거동이 전 속도 구간에 대해 연속적이고 미분 가능할 경우 안정적인 준능동형 동조질량감쇠기의 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대할 수 있기 때문이다.This simulation performed the hyperbolic tangent model as an example, which is to perform the role of a stable semi-active tuning mass damper when the behavior of the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention is continuous and differentiable for the entire speed section. Because you can expect it.

이에 따르면, 질량체(100)가 높은 속도로 이동할 경우 과도한 감쇠력을 가하지 않음으로써 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기에 비해 향상된 제어 효율을 얻을 수 있다.According to this, when the mass 100 moves at a high speed, an excessive control force is obtained by not applying excessive damping force to the tuned mass damper according to the prior art.

대안적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기 사용에 따른 시뮬레이션은 포화 점성(Saturated Viscous) 모델, 산업 벡(stribeck) 모델, 빙엄(bingham) 모델 등을 이용하여 수행될 수 있다.Alternatively, the simulation according to the use of the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention may be performed using a saturated viscous model, an industrial beck model, a bingham model, and the like.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기를 상술한 하이퍼볼릭 탄젠트 모델을 이용하여 적용할 경우 다양한 설계 변수에 따른 구조물의 응답의 변화를 도시한다.16 illustrates a change in the response of a structure according to various design variables when the quasi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention is applied using the hyperbolic tangent model described above.

본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기를 사용할 경우에도 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기와 유사한 양상의 응답이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 적용이 가능함을 의미한다.Even when the quasi-active tuned mass attenuator according to the embodiment of the present invention is used, it can be seen that a response similar to that of the tuned mass attenuator according to the prior art occurs. It means that it is possible to apply.

특히, 굵은 파선으로 표시된 그래프(c₁ = 8, c₂ = 10인 조건)을 참조하면, 95% 내지 105%의 진동수비 구간에서 종래의 동조질량감쇄기에 비해 현저하게 향상된 효과가 발생함을 알 수 있다.In particular, referring to the graph indicated by the thick dashed line (c ₁ = 8, c ₂ = 10), it can be seen that a significantly improved effect occurs in comparison with the conventional tuned mass damper in the frequency ratio range of 95% to 105%. Can be.

도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기가 다양한 설계변수에 따라 이동할 때, 그 변위(a) 및 가속도(b)를 도시한다. Figure 17 shows the displacement (a) and acceleration (b) when the quasi-active tuning mass damper according to an embodiment of the present invention moves in accordance with various design variables.

특히, 도 17의 (a)를 참조하면, 준능동형 동조질량감쇠기의 변위 응답을 통해 요구되는 스트로크를 예측할 수 있다.In particular, referring to FIG. 17A, the required stroke can be predicted through the displacement response of the quasi-active tuning mass damper.

가장 하측이 실선으로 표시된 그래프(c2 = 10, c1 = 20 N인 조건)을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 준능동형 동조질량감쇠기의 적용시 95% 내지 105%의 진동수비 구간에서 종래의 동조질량감쇠기에 비해 변위 및 가속도가 현저하게 감소된 것을 확인할 수 있다.Referring to the graph in which the lowermost part is indicated by the solid line (c2 = 10, c1 = 20 N), the application of the quasi-active tuned mass damper according to the embodiment of the present invention in the frequency ratio range of 95% to 105% It can be seen that the displacement and acceleration are significantly reduced compared to the tuned mass damper.

도 18은 구조물의 감쇠비 및 질량비에 따라 결정된 최적의 하이퍼볼릭 탄젠트 모델 각각에 대해 본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 감쇠력을 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기의 최적 감쇠력에 대해 정규화한 결과를 도시하는 그래프이다.18 is a result of normalizing the damping force of the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention with respect to the optimal damping force of the tuning mass damper according to the prior art for each of the optimal hyperbolic tangent models determined according to the damping ratio and the mass ratio of the structure. Is a graph.

각 정규화한 결과는 일정한 양상을 보이며, 특히 특정값으로 수렴하는 경향을 보임을 알 수 있다. 이 결과에 따라 하기 수식이 도출될 수 있다.Each normalized result shows a certain aspect, in particular, tends to converge to a specific value. According to this result, the following equation can be derived.

본 발명의 실시 예에 따른 준능동형 동조질량감쇠기는 자석(422)에 의해 생성되는 전자기장 내부를 이동하는 도체 부재(300)에 의해 발생하는 로렌츠 힘을 이용하여 질량체(100)의 이동을 제어하므로, 유체 또는 부재 간의 마찰에 의해 질량체의 이동을 제어하는 종래 기술에 따른 동조질량감쇠기에 비해 제어의 효율 및 신뢰성이 제고되고, 내구 연한이 증가되므로 유지 보수를 위한 시간, 비용 및 인력이 감소된다.Since the quasi-active tuning mass damper according to the embodiment of the present invention controls the movement of the mass 100 by using the Lorentz force generated by the conductor member 300 moving inside the electromagnetic field generated by the magnet 422, The efficiency and reliability of the control is improved and the durability is increased, compared to the conventional mass damper which controls the movement of the mass by friction between the fluid or the member, and the durability is increased, thereby reducing the time, cost and manpower for maintenance.

또한, 준능동형 동조질량감쇠기가 설치된 구조물의 진동에 따라 감쇠용량을 가변적으로 변경할 수 있으므로, 구조물의 진동의 효과적인 감쇠가 가능하다.In addition, since the damping capacity can be variably changed in accordance with the vibration of the structure provided with the quasi-active tuning mass damper, it is possible to effectively damp the vibration of the structure.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated.

100 : 질량체
200 : 레일부
300 : 도체 부재
310 : 판부
320 : 돌출부
322 : 결합 홀
400 : 감속부
410 : 제1 자력부
420 : 제2 자력부
430 : 삽입 홈
440 : 자석
450 : 프레임
500 : 탄성 부재
600 : 제어부
610 : 센서 모듈
620 : 적분 모듈
622 : 하이패스필터부
630 : 전자기력 연산 모듈
640 : 자속 밀도 결정 모듈
650 : 전류 연산 모듈
660 : 전류 인가 모듈100: mass
200: rail
300: conductor member
310: plate part
320: protrusion
322: coupling hole
400: reduction unit
410: the first magnetic portion
420: second magnetic force part
430: Inserting Groove
440: Magnet
450: frame
500: elastic member
600: control unit
610: sensor module
620: Integral Module
622: high pass filter unit
630: electromagnetic force calculation module
640: magnetic flux density determination module
650 current calculation module
660: current application module

Claims

구조물에 구비되는 준능동형 동조질량감쇠기로서,
질량체(100);
그 일측에 상기 질량체(100)가 이동 가능하게 결합되는 레일부(200);
상기 질량체(100)에 구비되며, 상기 레일부(200)의 길이 방향을 따라 연장하는 도체 부재(300); 및
상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 위치되며, 상기 도체 부재(300)가 삽입되는 감속부(400)를 포함하며,
상기 감속부(400)는,
그 내측에 자석(440)이 구비되는 제1 자력부(410);
그 내측에 자석(440)이 구비되며, 상기 제1 자력부(410)에 대향하는 제2 자력부(420); 및
상기 제1 자력부(410) 및 제2 자력부(420) 사이에 형성되는 삽입 홈(430)을 포함하고,
상기 도체 부재(300)는 상기 삽입 홈(430)에 삽입되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
As a quasi-active tuning mass damper provided in the structure,
Mass 100;
A rail unit 200 to which the mass body 100 is movably coupled to one side thereof;
A conductor member 300 provided on the mass body 100 and extending in the longitudinal direction of the rail part 200; And
It is positioned spaced apart from the mass 100 by a predetermined distance, and includes a reduction unit 400 is inserted into the conductor member 300,
The deceleration unit 400,
A first magnetic force part 410 having a magnet 440 therein;
A magnet 440 is provided inside the second magnetic force portion 420 facing the first magnetic force portion 410; And
An insertion groove 430 formed between the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420,
The conductor member 300 is inserted into the insertion groove 430,
Semi-active Tuned Mass Attenuator.

제1항에 있어서,
상기 제1 자력부(410) 및 상기 제2 자력부(420)의 내측에 구비되는 상기 자석(440)은 전자석인,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 1,
The magnet 440 provided inside the first magnetic force part 410 and the second magnetic force part 420 is an electromagnet,
Semi-active Tuned Mass Attenuator.

제2항에 있어서,
상기 자석(440)에 인가되는 전류의 세기는 조절될 수 있는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 2,
The intensity of the current applied to the magnet 440 can be adjusted,
Semi-active Tuned Mass Attenuator.

제1항에 있어서,
상기 감속부(400)는 복수 개 구비되어,
상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 위치되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 1,
The reduction unit 400 is provided with a plurality,
Located at one side and the other side of the mass body 100 spaced apart from the mass body 100 by a predetermined distance,
Semi-active Tuned Mass Attenuator.

제4항에 있어서,
상기 감속부(400)는
상기 질량체(100)의 일측 및 타측에 상기 질량체(100)와 소정 거리 이격되어 각각 같은 개수로 구비되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 4, wherein
The deceleration unit 400
On the one side and the other side of the mass 100 is provided with the same number spaced apart from the mass 100 a predetermined distance, respectively,
Semi-active Tuned Mass Attenuator.

제1항에 있어서,
상기 질량체(100)의 상기 일측(110) 및 상기 타측(120)에는 탄성 부재(500)가 각각 구비되는,
준능동형 동조질량감쇠기.
The method of claim 1,
The one side 110 and the other side 120 of the mass body 100 is provided with an elastic member 500, respectively
Semi-active Tuned Mass Attenuator.

제1항에 따른 준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법으로서,
(a) 센서 모듈(610)이 상기 질량체(100)의 가속도를 감지하는 단계;
(b) 적분 모듈(620)이 감지된 상기 가속도를 적분하여 상기 질량체(100)의 속도를 연산하는 단계;
(c) 전자기력 연산 모듈(630)이 연산된 상기 속도에 따라 전자기력을 연산하는 단계;
(d) 자속 밀도 결정 모듈(640)이 연산된 상기 전자기력을 이용하여 자속 밀도를 결정하는 단계;
(e) 전류 연산 모듈(650)이 결정된 상기 자속 밀도에 따라 인가될 전압 및 전류의 크기를 연산하는 단계를 포함하는,
준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법.
As a control method of the quasi-active tuning mass damper according to claim 1,
(a) sensing, by the sensor module 610, an acceleration of the mass 100;
(b) integrating the sensed acceleration by the integration module 620 to calculate the velocity of the mass 100;
(c) the electromagnetic force calculating module 630 calculating an electromagnetic force according to the calculated speed;
(d) magnetic flux density determining module 640 determining magnetic flux density using the calculated electromagnetic force;
(e) the current calculating module 650 calculating a magnitude of voltage and current to be applied according to the determined magnetic flux density,
Control method of semi-active tuning mass damper.

제7항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b1) 하이패스필터부(HPF)(622)가 연산된 상기 속도의 오류값을 필터링하는 단계를 포함하는,
준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
Step (b),
(b1) a high pass filter (HPF) 622 including filtering the error value of the calculated speed;
Control method of semi-active tuning mass damper.

제7항에 있어서,
상기 (e) 단계 이후에,
(f) 전류 인가 모듈(660)이 연산된 상기 전압 및 전류의 크기에 상응하게 상기 감속부(400)에 전류를 인가하는 단계를 더 포함하는,
준능동형 동조질량감쇠기의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
After step (e),
(f) the current applying module 660 further includes applying a current to the deceleration unit 400 in accordance with the magnitude of the calculated voltage and current,
Control method of semi-active tuning mass damper.