(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を発生させる装置（１００）であって、該装置（１００）は、
少なくとも一つの磁歪素子（１０６）を含み、該磁歪素子は、水本体（１０２）内に配備されたとき、水本体（１０２）の波動などの運動により、前記少なくとも一つの磁歪素子に加えられる機械的負荷を、外部から直接加えることによって、その歪に変化が生ぜしめられ、且つ
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の近傍内に一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）を含み、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の周囲の磁場に生じる対応する変化によって前記一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）に電圧及び／又は電流を誘導により発生する、
発電装置（１００）。
【請求項２】
前記水本体（１０２）の表面より下の事実上固定の位置に置かれたアンカー装置（１０８）を更に備え、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の第１の端が前記アンカー装置（１０８）に物理的に結合されている、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項３】
波動によって影響される水位のレベルにほぼ位置するブイ装置（１０４）を更に備え、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の第２の端が前記ブイ装置（１０４）に結合され、前記アンカー装置（１０８）とブイ装置（１０４）との間の前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の歪が前記波動に応答して変化する、請求項２記載の発電装置（１００）。
【請求項４】
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）と前記ブイ装置（１０４）との間に結合された剛性テザー（１１０）を更に備える、請求項３記載の発電装置（１００）。
【請求項５】
前記アンカー装置（１０８）と前記ブイ装置（１０４）との間の距離を制御するテザーコントローラ（１４０）を更に備え、前記アンカー装置（１０８）と前記ブイ装置（１０４）との間の前記距離を前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の歪に相関させる、請求項３記載の発電装置（１００）。
【請求項６】
前記テザーコントローラ（１４０）は、
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の張力負荷を監視する負荷センサ（１４４）と、
前記アンカー装置（１０８）と前記ブイ装置（１０４）との間の距離を前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の目標張力負荷に基づいて変化させるプーリー（１４２）と、
を更に備える、請求項５記載の発電装置（１００）。
【請求項７】
前記一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）に結合され、前記一つ以上の導電性コイル（１１２）に発生される電気エネルギーの少なくとも一部分を蓄積する電池（１４６）を更に備える、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項８】
複数の発電装置（１００）により発生される電力を制御するパワーマネジメントシステム（１４８）を更に備える、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項９】
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の各々が、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の歪の対応する変化に応答して関連する磁場の磁化に変化を示す、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項１０】
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の各々が磁歪ロッド（１１６）を備える、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの導電性コイル又は回路（１１２）は磁歪ロッド（１１６）の周囲に巻かれたポリマで被覆された銅コイルを備える、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの導電性コイル又は回路（１１２）は磁歪ロッドの表面に印刷された導電性素子を備える、請求項１記載の発電装置（１００）。
【請求項１３】
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の各々は、前記磁歪ロッド（１１６）を水本体（１０２）内での腐食から保護するために外部保護ポリマシース（１１４）を更に備える、請求項１０記載の発電装置（１００）。
【請求項１４】
電気を発生させる方法であって、該方法は、
水本体（１０２）の波動を含む運動を利用して、少なくとも一つの磁歪素子に加えられる機械的負荷を、外部から直接加えることによって、一つ以上の磁歪素子（１０６）の歪に変化を生じさせるステップ、及び
前記磁歪素子（１０６）の周囲の磁場に生じる対応する変化を利用して前記磁歪素子（１０６）の近傍に位置する一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）に電圧及び／又は電流を誘導により生じさせるステップ、
を備える、発電方法。
【請求項１５】
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の第１の端が事実上固定された位置に結合され、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の第２の端が前記水本体（１０２）の波動に応答して位置を変化する位置に結合される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
より高い剛性出力電圧を発生させるために前記一つ以上の磁歪素子（１０６）からの前記電圧及び／又は電流を合成するステップを更に備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
電気を発生させる装置（１００）であって、
該装置（１００）は水本体内に配置されるブイ（１０４）を備え、
該装置（１００）は前記ブイ（１０４）に機械的に結合された磁歪素子（１０６）を更に備え、水本体（１０２）の波動を含む運動によって前記ブイ（１０４）が運動し、その運動により、磁歪素子（１０６）に加えられる機械的負荷を、外部から直接加えることによって、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の歪に変化が生ぜしめられ、
該装置（１００）は前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の近傍内に一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）を更に備え、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の周囲の磁場に生じる対応する変化によって前記一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）に電圧及び／又は電流が誘導により発生する、
発電装置（１００）。
【請求項１８】
前記ブイ（１０４）に対して事実上固定された位置に配置されたアンカー（１０８）を更に備え、前記一つ以上の磁歪素子（１０８）が前記ブイ（１０４）と前記アンカー（１０８）との間に物理的に結合され、前記波動によって前記ブイ（１０４）と前記アンカー（１０８）との間の距離が時間とともに変化される、請求項１７記載の発電装置（１００）。
【請求項１９】
電気を発生させる方法であって、該方法は、
水本体（１０２）の波動を含む運動を利用して一つ以上のブイ（１０４）に運動を生じさせ、ひいては少なくとも一つの磁歪素子（１０６）に加えられる機械的負荷を、外部から直接加えることによって、一つ以上の磁歪素子（１０６）の歪に変化を生じさせる水本体運動利用ステップであって、前記一つ以上のブイ（１０４）は前記一つ以上の磁歪素子（１０６）に機械的に結合することができる、水本体運動利用ステップ、及び
前記磁歪素子（１０６）の周囲に生じる対応する磁場の変化を利用して一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）に電圧及び／又は電流を誘導により生じさせる磁場変化利用ステップであって、前記一つ以上の導電性コイル又は回路（１１２）は前記磁歪素子（１０６）の近傍に位置する、磁場変化利用ステップ、
を備える、発電方法。
【請求項２０】
前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の第１の端がアンカー（１０８）に事実上固定された位置で結合され、前記一つ以上の磁歪素子（１０６）の第２の端が前記ブイ（１０４）に結合され、前記ブイ（１０４）が前記水本体（１０２）の波動に応答して位置を変化し、前記アンカー（１０８）と前記ブイ（１０４）との間の距離を変化させる、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年１月７日に「Method and Device for harvesting Energy from Ocean Waves（海洋波エネルギー収穫方法及び装置）」なるタイトルで出願された、米国仮特許出願第６１／１４３，０７８号の利益を主張するものである。この出願は、２００９年１０月２１日に「Method and Device for harvesting Energy from Ocean Waves（海洋波エネルギー収穫方法及び装置）」なるタイトルで出願された、米国特許出願第１２／６０３，１３８号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
ここに記載する本発明の実施形態は海洋波のような水体中の波機械的エネルギーを変換して電気を発生させる方法及び装置に関する。
【０００３】
商業的に実行可能であるとともに環境に良い新しい非化石燃料ベースのエネルギー源が次世代にとって不可欠の技術になってきている。このような技術は経済成長を刺激するとともに地球環境の維持に寄与するのみならず、来るべき数十年における国の外国産石油への国民のエネルギー依存を下げることもできる。
【０００４】
世界の海は長年膨大なエネルギー源と考えられ、その全容量は約２テラワットにのぼると推定されている。海洋エネルギーの収穫の成功は米国の最も人口の多いいくつかの地域で要求される負担を軽減するのに役立てることができる。国立海洋大気庁（ＮＯＡＡ）により行われた調査によれば、約１５３００万人（全人口の５３％）が６７３のアメリカ沿岸地域に住んでいることが分かっている。オーストラリア、中国及びインドにも海洋波から電力を収穫することで大きな利益を得ることができる人口の多い沿岸線がある。
【０００５】
海洋エネルギーを取り出す（tapping）いくつかの方法があり、これらの方法は熱、潮汐及び波技術に大きく分けることができる。これらの種々の方法のうち、波エネルギーの収穫技術が最も重要である。波エネルギー収穫装置の範囲は更にオンショア及びオフショア装置に分けることができる。オフショア発電装置は振動水柱型装置を用いて海洋波から利用可能なエネルギーを取り出す。海洋波エネルギー収穫技術によって利用可能な一見無制限のエネルギーを取り出す努力は困難であることが証明されている。
【０００６】
海洋エネルギーを取り出す大規模な取り組みが高いエネルギーコスト及び低いエネルギー密度によって妨げ続けられている。従来技術による海洋エネルギーからの１ｋＷ当たりのエネルギーコストは約２０セント／ｋＷｈであり、このレベルではこの技術が広く採用されるためにはある種の補助金が必要とされる。加えて、突発故障や大型ストーム時の損傷の場合における高い交換費用などの隠れた費用がかかる。
【発明の概要】
【０００７】
ここに記載する実施形態は、磁歪素子を利用する新規な設計を用いて振動する海洋波の機械的エネルギーを磁気及び電気エネルギーに変換する方法及び装置を含む。新設計の実施形態によれば、海洋波エネルギーを収穫するパワフルな解決策を生成するために、ペラミスマシンに使用されている振動ブイコンセプトのような既存の技術からの立証されたコンセプトをベンチスケール実験で証明された磁歪装置を用いるエネルギー生成技術と組み合わせる。新設計の実施形態は比較的低い資本コストを有するとともに強いストーム時も極めて良好な生存性を有することが期待される。ＩＧＷ超の電力を発生し得る特定の装置を概説し、磁歪素子を含むモデル構造を用いて電力を発生させるキーコンセプトのベンチスケール実証を行うために多数のモデルが開発されることが期待される。いくつかの実施形態は、海面に沿って配置された一連のこれらの装置からの供給電力を最適化するためにパワーマネジメントストラテジを含むことができる。
【０００８】
本発明の実施形態は発電方法に関する。一実施形態においては、本方法は、水本体の運動（例えば波動など）を利用して、一つ以上の磁歪素子の歪に変化を生じさせる。本方法は、更に前記磁歪素子の周囲の磁場に生じる対応する変化を利用して前記磁歪素子の近傍に位置する一つ以上の導電性コイル又は回路に電圧及び／又は電流を生じさせる。
【０００９】
別の実施形態においては、本方法は、水本体の運動、例えば波動を利用して、一つ以上のブイに運動を生じさ、ひいてはこれらのブイに機械的に結合される一つ以上の磁歪素子の歪に変化を生じさせる。本方法は、更に前記磁歪素子の周囲の磁場に生じる対応する変化を利用して前記磁歪素子の近傍に位置する一つ以上の導電性コイル又は回路に電圧及び／又は電流を生じさせる。発電方法の他の実施形態も開示される。
【００１０】
本発明の実施形態は発電装置にも関する。一実施形態においては、本装置は少なくとも一つの磁歪素子を含み、該磁歪素子は、水本体内に配備されたとき、水本体の運動（例えば波動など）によってその歪に変化が生ぜしめられる。本装置は、前記一つ以上の磁歪素子の近傍内に一つ以上の導電性コイル又は回路も含み、前記一つ以上の磁歪素子の周囲の磁場に生じる対応する変化によって前記一つ以上の導電性コイル又は回路に電圧及び／又は電流が発生する。
【００１１】
別の実施形態においては、本装置は水本体内に配備されるブイを含む。本装置は、前記ブイに機械的に結合された磁歪素子も含み、水本体の運動（例えば波動など）によって前記一つ以上の磁歪素子の歪に変化が生ぜしめられる。本装置は、前記一つ以上の磁歪素子の近傍内に一つ以上の導電性コイル又は回路も含み、前記一つ以上の磁歪素子の周囲の磁場に生じる対応する変化によって前記一つ以上の導電性コイル又は回路に電圧及び／又は電流が発生する。発電装置の他の実施形態も開示される。
【００１２】
本発明の実施形態の他の特徴及び利点は、本発明の原理の一例として示される添付図面と関連する以下の詳細な説明から明らかになる。
以下の説明において同様の符号は同様の素子を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】海洋波の振動からエネルギーを収穫する装置の一実施形態の概略ブロック図を示す。
【図２】図１のエネルギー収穫装置の磁歪素子の一実施形態の概略図である。
【図３】部分的に水没するブイによって周期的負荷を受ける磁歪素子の一実施形態を用いた海洋波からの発電の初期解析の計算結果を示すグラフを示す。
【図４】海洋波の波頭の動きに同期して動くように配置された数個の磁歪素子の等価回路の一例の回路図を示す。
【図５】図１のエネルギー収穫装置の別の概略ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここに一般的に説明され且つ添付図面に示される実施形態の構成要素は多種多様の構成に配置及び設計することができることは容易に理解されよう。従って、図に示される種々の実施形態の以下の詳細な説明は本発明の範囲を限定する意図はなく、種々の実施形態を例示しているにすぎない。種々の実施形態の種々の特徴が図示されるが、図面は特に断らない限り必ずしも一定の寸法比で描かれていない。
【００１５】
本発明は、本発明の精神又は本質的な特性から逸脱することなく他の特定の形態に具体化することができる。開示の実施形態はあらゆる点で例示のためであり、限定のためではないものと見なされたい。よって、本発明の範囲は詳細な説明によってよりも添付の特許請求の範囲によって特定される。特許請求の範囲の意義及び同等範囲に入るすべての変更は本発明の範囲に包含される。
【００１６】
本明細書全体を通して、特徴、利点又は類似の言葉への言及は、本発明で実現できる特徴及び利点のすべては本発明の任意の一つの実施形態に存在することを暗示するものではない。むしろ、特徴及び利点に関する言葉は、ある実施形態と関連して説明される特定の特徴、利点又は特性は本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味するものと理解されたい。従って、本明細書全体に亘る特徴及び利点又は類似の言葉の考察は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態に関連する。
【００１７】
更に、本発明の開示の特徴、利点及び特性は一つ以上の実施形態に任意の適切な態様に組み合わせることができる。当業者は、本明細書の記載に照らせば、特定の実施形態の一つ以上の特定の特徴又は利点を用いることなく本発明を実施することができることを認識されよう。他の場合には、所定の実施形態において、本発明のすべての実施形態に存在し得ない追加の特徴及び利点を認識することができる。
【００１８】
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「ある実施形態」又は類似の言葉への言及は、指示の実施形態と関連して記載される特定の特徴、構造又は特性は本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体を通して「一実施形態において」、「ある実施形態」又は類似の言葉は、必ずしもそうではないが、すべて同じ実施形態に関連する。
【００１９】
多くの実施形態がここに記載されるが、本発明の少なくともいくつかの実施形態は海洋波の振動エネルギーを捕獲し、このエネルギーを電気エネルギーに変換する方法及び装置を含む。本明細書において、「海洋波」とは静止した、移動する、又は振動する水本体内の波を指し、海洋波なる語の使用は本発明の範囲又は適用性を海環境のみに限定するものでは全くない。
【００２０】
図１は、海洋波１０２の振動からエネルギーを収穫する装置１００の一実施形態の概略ブロック図を示す。コアモジュールは、一つ以上の磁歪素子１０６に取り付けられた一つ又は複数のブイ１０４を含み、磁歪素子１０６は海底又は別の固定表面又は物体に重いおもり１０８を用いて又は別の方法で固定される。磁歪素子は剛性テザー１１０によりブイに固定されることが示されているが、他の実施形態は非剛性テザーを使用することができる。また、テザーを全く省略し、磁歪素子をアンカーからブイまで延在させることもできる。本明細書においては、ブイとは、自由にされたとき自身の重力及び水により与えられる浮力以外の力を受けないで水本体の表面上又はその近くに浮くことができる任意の物体を指す。
【００２１】
磁歪材料は、これらの材料に歪が加えられると、関連する磁場の磁化（又は磁束）が変化する特性を有する。磁歪現象は１世紀以上に亘って知られているが、この分野は実際には１９６０年に体温用の巨大磁歪（Ｔｂ，Ｔｙ）合金が発見されたことによって革命がもたらされた。その後、室温で働く巨大磁歪材料、例えば（Ｔｂ，Ｔｙ）及びターフェノール合金などが開発された。（Ｔｂ，Ｔｙ）及びターフェノール−Ｄ合金はそれぞれ１０−２（１０，０００ｐｐｍ）及び２×１０−３（２０００ｐｐｍ）の飽和歪値を有し、トルクセンサや高精度アクチュエータなどの多くの実用化を可能にした。磁歪材料は、磁場の印加時に線形の変化（ジュール磁気歪）を示し、歪の印加時には逆に磁気特性の変化を示す。これらの特性は磁歪材料をアクチュエータとしてもセンサとしても機能するように使用することを可能にする。これらの材料は圧電材料に類似するが、より低い周波数まで広がる大きな動作帯域幅、より高いエネルギー密度及びより高い電力及び力供給能力を有する。特定の応用例に対しては、磁歪材料の方が圧電材料よりも機械的耐久性が高く多量生産コストが低いために優れている。
【００２２】
波が場所を移動するとき、図１に示され、ここで概説される幾何学構成は波の振幅の強い関数として磁歪素子に線張力を生じる。海洋波の実際の幾何形状は複雑であり、実効振幅及び周波数の変化をもたらすウェーブレット（さざ波）のスペクトルの累積和であるが、説明を簡単にするために、ここでは波は正弦波であるものとみなす。波の振幅が最高点に近いとき、ブイは水中に沈み、磁歪素子に大きな張力負荷を生じさせる。波が最低点にあるとき、ブイはあまり水没せず、磁歪素子に低い張力負荷を生じさせる。個々の磁歪素子の幾何学構成は、適切なタイプのブイに対して、発生される予測負荷が飽和磁歪より小さいひずみを生じるように規定することができる。このようにすると、波が振動するとき、磁歪素子の伸びが同様の振動に追従し、磁歪素子の長さに沿って常に変換する磁束密度を生じる。この常に変化する磁束密度は、図２に概略的に示される磁歪素子の周囲に巻かれたコイルに、ファラデーの電磁誘導の法則によって誘導電圧を発生させるために使用され、この電圧は次式：
ε＝−ｎ（ｄφ／ｄｔ）
で表せる。ここで、ｎはコイルの巻数であり、（ｄφ／ｄｔ）は磁束φの時間導関数である。
【００２３】
図２は図１のエネルギー収穫装置１００の磁歪素子１０６の一実施形態の概略図を示す。図示の実施形態では、磁歪素子１０６は、ポリマで被覆された銅コイル１１２、外部保護ポリマシース１１４及び磁歪ロッド１１６を含む。図２に示される磁歪素子及びコイルの実例は磁歪素子又はコイルのいずれのタイプ、向き、構造、組成をなんら限定するものではない。コイルは、磁歪素子の近傍に巻かれたもの、懸垂支持されたもの、印刷されたもの又は他の方法で装着又は定置されたものとすることができ、何の制限もない。磁歪素子という用語は少なくともその一部分が磁歪特性を有する材料からなる物体又は構造物を単に指す。参考のために、磁歪素子の「近傍」とは、コイルが磁歪素子の磁束密度の変化を十分に経験して、例えば約０．０１ｍＶ又は約０．０１μＡより大きい測定可能な電位又は電流を発生することができる磁歪素子に隣接した又は近傍内の任意の位置を言う。より具体的には、近傍とはコイルが磁歪素子の磁束密度の測定可能な変化を経験する距離に限定することができる。変化する磁束密度の強さ及び形状は磁歪素子の構成に依存し、コイルの感度はコイルの構成及び位置に依存するため、磁歪素子の「近傍」は実施形態ごとに変化し得る。
【００２４】
ブイは任意の形状及びサイズにできるが、少なくとも一つの実施形態では、ブイはその垂直高さ又は海面に垂直の他の寸法が地球の地理的位置における標準波動の振動の予測振幅を超えるように設計することができる。換言すれば、いくつかの実施形態では、ブイは波の最高点であろうと最低点であろうと常に部分的に水没するようにする。いくつかの実施形態では、本システムは、波が最低点のときでも、ブイの水没部分が自由に浮いているときのブイの水没部分より大きくなるように設計することもでき、これによって、波が振動するときブイの運動の全範囲に亘って磁歪素子に張力を負荷させ、波がその全振幅に亘って進むとき常に変化する磁場を生じさせることができる。任意の点で歪が最大に達し（例えば、ブイが完全に水没し）、その若干時間後に歪が再び変化し始めるまで、出力電圧はゼロ又はほぼゼロになる。
【００２５】
発生される電圧は上記の方程式に従って磁束の微分に比例するという事実は、以下に述べる２つの事項に関する説明をもたらす。
【００２６】
１．磁歪素子の最大歪は磁歪素子の長さに沿う飽和磁化に必要とされる歪を超えるはずはない。飽和歪を超えると、歪が再び緩和して飽和レベルより下に下がるまでの間磁束密度は変化しない。飽和歪を超えるこの期間中、磁束は一定で、ＥＭＦ出力はゼロになる。
【００２７】
２．ブイは、その「平衡状態」、即ちブイが自由に浮いているときに水没するレベル、より常に大きく水没するように設計することができる。これは、絶えず変化する張力を磁歪素子に負荷することを保証する。この負荷が緩和されると、歪は再びゼロになり、ゼロの磁束微分及びゼロのＥＭＦ出力を生じる。
【００２８】
磁歪素子の構造は図2に詳細に示されている。磁歪材料のコアロッドはポリマ（例えばテフロン（登録商標）ＰＴＦＥ）で被覆された銅線で所望の回数巻かれる。このポリマはコイルに予想される最高定格電圧に対して電気的絶縁を与えると評価されるものとすべきであることを除いて、その選択は自由である。コイルの電気抵抗を下げてより大きな電圧及び電力の供給を可能にするために大きな線径を使用すること（より低いＩＲ損失）と、コイル自体のコスト及び重量を下げるために小さい線径を使用することとの間でトレードオフすることができるので、線径は目的の用途に対して最適にすることができる。外部シースもポリマ被覆と同じ又は類似の材料とすることができる。また、外部シースは磁歪ロッドの腐食保護を与える別の材料にすることもできる。
【００２９】
上で概説した設計に基づいて、いくつかの実施形態は、外部環境が変化しても本構造が有効な発電源として機能し続けるようにするために、潮汐などの要因による海水位の特定の変化を考慮することができる。それゆえ、海の名目表面に対するブイの位置は装置が有効に機能するかの考慮事項である。従って、ブイの位置の決定のために季節の及び毎日の潮位変化を考慮することができる。
【００３０】
加えて、いくつかの実施形態は磁歪素子の平均張力を監視し制御するシステムを含む。図５はこのような監視及び制御を提供するテザーコントローラの一例を示す。一例では、高い潮位においてはより多くのテザーが開放され、低い潮位においてはテザーを有効に短くするために過剰の長さが巻き取られる、従って、「アンカー」はデッドウェイトではなく、磁歪素子を必要に応じ開放又は巻き取るためにプーリーシステム１４２（図５参照）及び負荷センサ１４４（図５参照）を有することができる。一実施形態では、張力制御システムのためのエネルギーは対応する磁歪素子及びコイルにより供給することができる。このようなエネルギーは要求に応じて電池１４６のような蓄電装置により供給することもできる。
【００３１】
再び磁歪素子の構造につき説明すると、他の実施形態は他の材料を使用することができる。最近の研究はＦｅ−Ｇａ，Ｆｅ−Ｍｏ及びＦｅ−Ｗをベースとする延性で低磁場の磁歪合金に及んでいる。いくつかの実施形態では、これらの合金は、それらの優れた延性を有するとともにターフェノール−Ｄ合金に必要とされる磁場より一桁小さい低い印加磁場で高い磁歪値が得られるために、魅力的である。
【００３２】
しかし、本出願にとっては、磁歪素子の幾何学構成を適切な予測負荷に対して変化させることによっていかなる磁歪材料も使うことができるため、飽和磁化は重要ではない。何がより重要なファクタかというとコスト及び信頼性などのである。なぜなら、これらのファクタはエネルギー収穫装置の資本及び運転コストに、ひいては供給エネルギーのコストに直接影響するためである。信頼性要件は機械的強度要件と耐腐食要件に分けることができるが、後者の要件は、適切な保護ジャケット又はシースを使用する場合にはあまり重要でなくなる。ターフェノール−Ｄとアルファ鉄ベースの合金（Ｆｅ−Ｇａ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｗ及びＦｅ−Ｍｏ）との簡単な比較としては、ターフェノール−Ｄはテルビウムとジスプロシウムを有する鉄の合金（Ｔｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ1.9）である。比較的希少で高価なＴｂ及びＤｙの高い合金割合はターフェノール−Ｄを極めて高価にする。他方、α−Ｆｅベースの合金は比較的安価でロバストであり、α−Ｆｅベースの合金は所定の実施形態において本出願にとって適切な磁歪動作を提供する。
【００３３】
図３は、部分的に水没するブイによって周期的負荷を受ける磁歪素子の一実施形態を用いた海洋波からの発電の初期解析の計算結果を示すグラフ１２０を示す。本コンセプトを確認するために予備一次計算を実行した。図３に示される結果は、実際の幾何学構成に対して２００Ｖの高さの電圧を得ることができることを示す。また、単一の装置からの電圧波形の性質は正弦波電圧出力をもたらす。この解析は、２ｃｍ×２ｃｍの断面及び２ｃｍの長さを有する磁歪部材が〜４９０Ｎから〜１１４５Ｎまで変化する正弦状負荷を受けるものと仮定された極めて簡単なモデルを使用し、この負荷は５０ｋｇの重量及び約３００ｋｇ／ｍ３の実効密度を有するブイの部分的水没により容易に発生させることができる。この初期解析は、磁歪素子に対して簡単な幾何学構成を用いて１００Ｖの高さの振幅を有する振動電圧を発生させることができる。この計算で使用される幾何学構成又は数は本発明の範囲を全く限定せず、単なる例示にすぎない。
【００３４】
波の周波数は海洋波の周波数により決まり、それゆえ比較的低い（即ち１Ｈｚ未満）ため、磁歪素子のキャパシタンスは無視して図４に示すような等価回路図を作成することができる。特に、図４は海洋波の波頭の動きに同期して動くように配置された数個の磁歪素子の等価回路の一例の回路図１３０を示す。磁歪素子の製造プロセスを制御することによって、Ｒ１≒Ｒ２．．．≒Ｒｎの状態にすることができる。磁歪素子がすべて一致して波頭の動きに同期して動くように配置される場合、高い電力で高い電圧の出力を得ることができる。一実施形態では、磁歪素子の運動は、これらの素子を特定の地理的地域における波形の予測される幾何学形状を予想するパターンに配置することによって同期させることができる。
【００３５】
図５は図１のエネルギー収穫装置１００の別の概略ブロック図を示す。上述したように、図示のエネルギー収穫装置１００は一以上のプーリー１４２及び／又はセンサ１４４を備えるテザー１４０を含む。プーリー及びセンサはアンカーの一部分として示されているが、他の実施形態はプーリー及び／又はセンサを全構成の異なる部分、例えばテザー、テザーと磁歪素子との間などに含むことができる。図示のアンカーは一以上のエネルギー収穫装置により発生された電気エネルギーを蓄積できる電池も含む。いくつかの実施形態では、多数のエネルギー収穫装置をパワーマネジメントシステム１４８に結合し、各エネルギー収穫装置で発生された電気エネルギーを一以上の出力に合成してより高い電圧及び／又は総電力を得ることができる。
【００３６】
ここに記載する技術は、炭素質燃料を用いることなく、また有害汚染物質を発生することなく、海洋波から電気をクリーン生成するものであることに注意されたい。海洋エネルギーを収穫する他の技術と比較しても、可動部分及び継手がないために潤滑油を必要とせず、潤滑油が漏洩して海を汚す恐れがなく、この技術は非常にクリーンで環境に優しいものである。記載した実施形態により発生されるエネルギーを代用すれば、不所望な副作用又は妥協なしに、化石燃料に比べて温室効果ガス及び汚染物質を低減することができる。最後に、本技術は、構造が自然の海流パターンに有意な障害を与えず、また海洋生物にも有意な影響を与えないため、海にやさしい。
【００３７】
以上の説明において、種々の実施形態の具体的な細部が与えられている。しかし、いくつかの実施形態はこれらの具体的な細部の全部を用いないで実施することもできる。ここには方法の操作が特定の順序で示され、説明されているが、各方法の操作の順序は、所定の操作が逆の順序で実行されるように、或いは、所定の操作が他の操作と少なくとも部分的に同時に実行されるように変更することができる。別の実施形態では、個別の操作の命令又はサブ操作を間欠的に及び／又は交互に実施することができる。本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、本発明はこのように図示され説明された部分の特定の形態又は配置に限定されない。本発明の範囲は添付の請求項及びそれらの等価物によって特定される。
【００３８】
ここには方法の操作が特定の順序で示され、説明されているが、各方法の操作の順序は、所定の操作が逆の順序で実行されるように、或いは、所定の操作が他の操作と少なくとも部分的に同時に実行されるように変更することができる。別の実施形態では、個別の操作の命令又はサブ操作を間欠的に及び／又は交互に実施することができる。
【００３９】
本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、本発明はこのように図示され説明された部分の特定の形態又は配置に限定されない。本発明の範囲は添付の請求項及びそれらの等価物によって特定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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