(57)【要約】【課題】暴風雨に晒されても耐久性がある極めて単純構造で、高い発電効率の波力発電システムを提供すると共に、回転式発電機を滑り難くさせる伝達体とこの伝達体に適合する回転変換部を提供する。【解決手段】波が高い湖上や海上に浮かしてあり、波のうねりと共に上下運動するブイと、水の抵抗（水中懸垂タイプ）または自重（水底設置タイプ）により、水中または水底（海底等）で、ほぼ静止できる水中移動抑制体との相対的な上下運動を、錘７と細長いロープ状の伝達体を利用して伝達体の上下運動に変換して、ブイに固定した回転式発電機を動作させる。また、発電機の回転変換部と伝達体とが、荒波でも外れないように伝達体にガイドを備えると共に、それらの滑りを少なくするために、これらの両方に周期的な凹凸を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力発電システムにおいて、少なくとも、水の波に浮かぶブイと、該ブイに固定された発電機（２）と、該発電機のロータを回転させて発電させる回転変換部（５）と、該回転変換部（５）を回転させる柔軟で細長い伝達体（６）と、該伝達体（６）を介して水中に懸垂された錘（７）と、水中での移動に対し抵抗し、ほとんど上下振動しないで静止状態になるようにした水中移動抑制体（８）とを備え、伝達体（６）の一端には、錘（７）が繋がれ、伝達体（６）の他端には、水中移動抑制体（８）が繋がれ、波のうねり振動と共に前記ブイが上下振動するとき、水中移動抑制体（８）がほとんど動かないので、相対的に錘（７）が伝達体（６）と共に主に上下振動をして、伝達体（６）を介して発電機（２）のロータを回転させて発電させるようにしたことを特徴とする波力発電システム。
【請求項２】
発電機（２）は、水に晒され難いように、覆い（２００）の中に収納されている構造とした請求項１記載の波力発電システム。
【請求項３】
伝達体（６）を細長いロープ状もしくはベルト状とした請求項１または２のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項４】
回転変換部（５）をプーリもしくは歯車とした請求項１から３のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項５】
発電機（２）のロータの回転数を、回転変換部（５）の回転数とは異なるようにする回転数変換機構（９）を備えた請求項１から４のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項６】
水中移動抑制体（８）を水中懸垂タイプとして、水に沈むが錘（７）より軽くなるようにして水中に懸垂させ、水の抵抗により上下振動し難くさせた請求項１から５のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項７】
水中移動抑制体（８）と錘（７）とは、所定の長さ以上の距離にならないように、柔軟なワイヤ（６０）で結ぶようにした請求項６記載の波力発電システム。
【請求項８】
水中移動抑制体（８）を水底設置タイプとして、前記ブイの浮力と錘（７）の水中での重さより重くなるようにして海底等の水底に沈ませ、その自重により上下振動し難くさせた請求項１から５のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項９】
発電機（２）からの交流電流を直流電流にする整流器（４０）を備えた請求項１から８のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項１０】
整流器（４０）を介した直流電流を蓄積するバッテリ（５０）を搭載した請求項９記載の波力発電システム。
【請求項１１】
発電機（２）で発生した電力を外部に取り出すためのケーブル（２５）を備えた請求項１から１０のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項１２】
細長い伝達体（６）の表面形状を、長さ方向に周期的な凹凸を形成したことを特徴とする請求項３記載の波力発電システムに用いる伝達体。
【請求項１３】
周期的な凹凸が、伝達体（６）の長さ方向に垂直な断面の半径方向に対称性があるように、その凹凸の断面が、伝達体（６）の長さ方向に沿って直径が異なる略円形となるようにした請求項１２記載の伝達体。
【請求項１４】
請求項１２もしくは１３のいずれかに記載の伝達体（６）に適合するように、回転変換部（５）の外周に沿って、伝達体（６）の凹凸に対応する周期的な凹凸を形成したことを特徴とする請求項４記載の波力発電システムに用いる回転変換部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力発電システムに関し、海水や湖水に浮かべたブイに固定されている発電機が波と共に上下するとき、水の抵抗により上下し難くして水中に懸垂させた水中移動抑制体（水中懸垂タイプ）、もしくは、その大きな自重により水の底（海底等）に沈めさせて静止させた水中移動抑制体（水底設置タイプ）に対して相対的に発電機が上下することになり、可動の錘（以降、錘と呼称する）により水中に垂れさがったロープなどの伝達体を介して水中に懸垂された錘が上下し、この往復上下運動する伝達体を介して発電機を動作させるようにした波力発電システムとこれに用いる伝達体および回転変換部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、再生可能エネルギー源として、太陽光や風力を利用して発電するものもあるが、太陽光は、日照時しか利用できず、曇りや雨天ではその利用が難しく、風力の利用も、凪があり基本的に密度の小さな空気の流れを利用するので、大型化する必要がある。これに対して、波力を利用する場合は、例えば、海洋においては、常時、１−２メートルの波高を有する運動量が大きい海水の波があり、このような波力を利用した方が小型で高効率の発電が達せされる可能性が大きい。このために、従来、海洋などの波の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための波力発電システムが多く提案されてきた。例えば、波力エネルギーを空気エネルギーに変換してから、エアタービンを介して発電機を駆動する発電システムがあり、これは入射波の水平水路を垂直に曲げた空気室を設けておき、ここに連通する空気タンクと、更にこれと大気とを連通するダクトとを設けて、このダクト内部で空気流により回転駆動されるタービン発電システムがあった（特許文献１参照）。しかしながら、水の波の大きなエネルギーを同一の体積の運動量の小さな空気の圧縮に使用するだけなので、大型化の必要があり、しかもエネルギー変換効率が低かった。
【０００３】
また、海水の波により浮動体が上下運動し、浮動体に連結したピストンがシリンダ内で上下に動くが、シリンダの上下の弁の働きにより、ピストンが上方に動くときも下方に動くときもシリンダ内の海水は空気室に送られる。シリンダから空気室に送られる海水の流れにはむらがあるが、空気室内の空気がクッションの働きをし、空気室からタービン発電機に送られるときにはむらが十分に除去され、安定した発電をすることができるようにした海水のタービン発電システムがあった（特許文献２参照）。この方式は、運動量の大きい海水の流れを利用するので、変換効率が高い発電システムであるが、ピストンの上下運動を支持するシリンダを固定する必要があり、このために海底や岸壁に固定していたが耐久性に問題があった。
【０００４】
また、従来、水上に係留可能に形成された浮体とこの浮体に配設された発電機を備えてあり、この浮体を長い筒型に形成し、この浮体の下端に取付けられたバラストとこのバラストから離れた位置の浮体中間部に設けられた浮力調整室の浮力を調整することにより浮体を垂直に浮遊させるとともに、浮体の上端部に空気室を設け、浮体の筒の上部分の凹凸を少なくして浮体の上下運動に対する水の抵抗を少なくする一方、浮体の下部分に水の抵抗を大きくする突起を設け、水面の上下動により空気室の内部と外部の間に生ずる空気流を利用する空気タービンと、この空気タービンにより回転駆動される発電機を浮体の上端部に設けるようにした波力発電システムがあった（特許文献３参照）。この方式では、必ずしも海底や岸壁に固定する必要がなく、浮体中間部に設けられた浮力調整室の浮力を調整することで、海中に浮かし、波の上下運動に対して浮体が動き難くさせる突起を浮体に設けている点は、評価できる。しかしながら、やはり、運動量が大きい海水の波のエネルギーを、運動量が小さい空気流に変換して空気タービンで発電している点で変換効率の低下を招く。更に、浮体を長い筒型に形成しているので、台風などの激しい嵐による横波に対して、激しい横揺れを生じ、特に発電機耐久性が乏しくなるという問題があった。
【０００５】
また、従来、密封のブイと、バネによってブイの内壁に結合された振動子を用いて、海洋の波に浮かび上下振動をするブイに対する振動子の相対運動を利用し、振動子に固定された発電機を、ラックにかみ合わせられたピニオンによって回転駆動させる波力発電システムがあった（特許文献４参照）。この方式は、密封のブイの中に発電機が収納されており、海水から保護される構造であり、耐久性に富む構造であるが、バネと振動子との共振周波数の調整が必要であり、発電負荷に対しても共振周波数が変動するので、安定した振動を得ることが困難であること、波による横揺れに対して、ブイが傾き、発電システムの共振周波数の変動や発電効率の低下などの問題があった。
【０００６】
また、従来、海面上のうねりに合わせて上下運動する浮体部と、浮体部の軸受けにはめ込まれた回転軸部分に発生する反転運動を利用して発電する発電機であって、海底に設置されたアンカーにワイヤーロープ等を用いて接続し係留する係留部を有する波力発電システムがあった（特許文献５参照）。しかし、これには、海底に設置された係留部が必要で、この工事と設置場所の問題があった。また、従来、波の上下振動を浮（または船）の上下振動に換え、浮の上下振動を梃子の原理を利用し油圧装置で圧縮空気を作り、この圧縮空気でタービン発電機を動作させる発電システムがあった（例えば、特許文献６参照）。しかしながら、梃子のアームが堅くしかも長いので、タービン発電機を固定している個所との距離が大きくなり、台風などの嵐に対して破壊されやすいなど耐久性の問題があった。
【０００７】
また、従来、波エネルギー変換機（特許文献７参照）として、ブイとしての浮動部材の中にリニア発電機を設けて、平均喫水線の下方に設けられた没水部材を有する垂直配向の柱の形態にした細長い支持構造が、浮動部材に対して波と共に相対的に上下振動をして、リニア発電機を動作させて、外部に電力を取り出す波力発電システムがあった。この場合、没水部材が波と共に動かない方が良いので、この没水部材の中に回転式発電機を搭載しておき、バラスト手段５２から滑車機構５４を介して没水部材から懸垂されるように適合された釣合せ手段まで延びるケーブルから成る張力係留システムを利用して、上下変動した時に回転式発電機が動作して発電し、電気的負荷を通して電流が流れることで、回転式発電機の電磁ブレーキを利用して没水部材が波と共に動き難くさせるという提案があった。また、電気的負荷として、バッテリなどにして良いことも提案している。しかしながら、この提案では、回転式発電機の作用は、没水部材を動き難くさせるためのもので、外部に電力を取り出す発電機は、浮動部材に取り付けたリニア発電機であり、波と共に上下振動するのは、主に浮動部材である。従って、没水部材は、そもそも水中にあるので、水の抵抗のために動き難いものであるが、更に、動き難くさせるために回転式発電機の電磁ブレーキを利用してあるので、回転式発電機の発電量はそもそも小さいものである。また、回転式発電機は、没水部材の中に収納されるので、海水に没するものでその耐久性や漏電などの問題があった。
【０００８】
また、従来、波エネルギー変換機（特許文献８参照）として、海底に設置されたテトラポットにショートリンクチェーンの一端が係合され、その他端に錘が取り付けられており、また、ショートリンクチェーンは、フロートに設けられたスプロケットに係合している発電システムで、海面の上下によりフロートが同時に上下運動をして、スプロケットの回転が発電機を回すが、可逆ユニットを設けて発電機は一方向にのみ回転させるシステムの波力時発電システムがあった。しかしながら、可逆ユニットは複雑であり効率も落とし、故障の原因にもなると共に、海中に延びるショートリンクチェーンに、海中の貝などの生物、藻類、海草類や浮遊物などが付着して、スプロケットとの噛み合わせを妨害したり、更には、台風等の荒波の時には、フロートショートリンクチェーンの大きな揺れにより、錘が異常に大きく動き、スプロケットから外れてしまうような問題が生じるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2012-2218号公報
【特許文献２】特開2011-21590号公報
【特許文献３】特開2006-97633号公報
【特許文献４】特開2007-297929号公報
【特許文献５】特開2006-226274号公報
【特許文献６】特開2005-188493号公報
【特許文献７】特表2009-542964号公報
【特許文献８】特開平11-6472号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
海上に設置される波力発電システムは、台風などの大暴風雨に晒され、しかも強大な海水の波エネルギーに晒されても、先ず、破壊され難い構造であることが求められる。その意味において、岸壁や堤防などの近くに係留又は固定する波力発電システムは、岸壁や堤防などに衝突する危険をはらみ、耐久性の問題がある。また、発電機は、海水から保護する構造でないと、耐久性の欠如や漏電等の問題があり、これらの課題を克服して、耐久性があり、高効率の発電システムが必要である。また、海洋に設置し大型になると、漁業権の問題や景観の問題も考慮しなければならない。
【００１１】
波のエネルギーは、波のうねりが生じている水面付近では、上下振動エネルギーと水平振動エネルギーとに分けられ、これらの上下振動と水平振動の組合せで水分子は、回転運動をしていることが分かっている。また、回転運動の半径は、水面付近では、波のうねりを作っているが、水面から深くなるにつれて急速にその回転半径が小さくなり、波のうねりの半波長程度以上の深さでは水は殆んど、上下方向には動かず、水平方向振動の成分が残るがこれもまた、深さと共に急激に減少することが分かっている。
【００１２】
本発明は、上述の問題点を解消すると共に、水面から深くなるにつれて急速にその水の回転半径が小さくなることを利用し、この波の影響が小さくなった水中領域（水中懸垂タイプ）に水中移動抑制体を設置するか、もしくは海底（水底設置タイプ）に、水中移動抑制体を設置して、この水中移動抑制体に対して、相対的にうねり振動（主に上下運動）をする波に浮かぶブイとの相対運動で、水中に懸垂した錘とロープ状の伝達体とを介してブイに固定した回転式発電機で発電させるもので、可逆ユニット等を設けなくとも良く、交流のままで発電機から出力させるようにして故障が少なく耐久性があり、海中に浸る部分の上下する伝達体に付着物が付き難くさせるようにすると共に、台風などの荒波でも、水中に懸垂した錘を有するロープ状の伝達体が、異常に大きく振れて発電機のロータから外れないようにした、極めて単純な構成の小型の波力発電システムを目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる波力発電システムは、波力発電システムにおいて、少なくとも、水の波に浮かぶブイと、該ブイに固定された発電機２と、該発電機のロータを回転させて発電させる回転変換部５と、該回転変換部５を回転させる柔軟で細長い伝達体６と、該伝達体６を介して水中に懸垂された錘７と、水中での移動に対し抵抗となるような構造の水中移動抑制体８とを備え、該水中移動抑制体８を水中懸垂タイプとして、水に沈む重量とすると共に錘７より軽くなるようにして水中に懸垂させ、水の抵抗により上下振動し難くさせてあり、上下運動する伝達体６のガイド８０、８１とを備え、前記伝達体６の一端には、錘７が繋がれ、前記伝達体６の他端には、前記水中移動抑制体８が繋がれ、更に、該水中移動抑制体８と前記錘７とは、所定の長さ以上の距離にならないように、柔軟なワイヤ６０で結ばれている構成であり、波のうねり振動と共にブイがうねり振動するときに、前記水中移動抑制体８が水抵抗のためにほとんど動かないので、相対的に前記錘７が主に上下振動をして、前記伝達体６を介して前記発電機２のロータを回転させて発電させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
水の波、例えば、海洋の波は、上下振動と水平振動との合成の結果、水面付近では海水が回転運動して、波のうねりを生じている。従って、この波に浮かぶブイも波のうねりと共に、上下振動ばかりでなく往復の水平運動も生じている。海水の波長は、一般に風速にも依るが数十メートルあり、その半波長程度以上の深さの海中では、ほぼ波のうねりの影響を受けない領域であり、このような表面波の影響を受け難い領域に水中での移動に対し抵抗となるような構造の水中移動抑制体８を、ブイに取り付けた発電機からロープ状の達体６を介して海中に懸垂させる。ブイが波のうねりと共に主に上下振動しても、水中移動抑制体８は水の抵抗やそれ自体の重量のために動き難く、そのために、ブイに取り付けた発電機からロープ状の伝達体６のうち、水中移動抑制体８とは反対側の端に結ばれ、海中に懸垂した錘７が、ロープ状の伝達体６を介して引き上げられたり、ブイが降下した時には、共に降下する。このとき、伝達体６の往復運動が発電機２のロータを往復回転させて発電させる仕組みである。更に詳細を述べると、上述のように、水中移動抑制体８に対して相対的に発電機２を搭載したブイが、波と共にうねり振動（上下振動ばかりでない）で、波の頂上側に移動すれば、水中移動抑制体８とブイとの間隔が大きくなり、ロープ状の伝達体６が水中移動抑制体８側に引っ張られ（このとき、錘７が引き上げられる）、波の谷間にブイが入ると、今度は、水中移動抑制体８とブイとの間隔が縮み、伝達体６は、錘７側に引っ張られる。このような伝達体６の往復運動が、発電機２を動作させるものである。また、ロープ状の伝達体６には、台風などの荒波でも錘７が異常に前記ブイから離れてしまい発電機２のロータから外れたりしないように、伝達体６の動きを束縛するようなガイド８０，８１を備えている。
【００１５】
ロープ状の伝達体６の往復運動により、発電機２のロータを往復回転させるが、これにより発電される電流は、交流となり、しかも波のうねりの周期により定まるものである。波のうねりの周期も数十秒にもなり、発電機２のロータに取り付けたプーリなどの回転変換部は、一般にはゆっくりした回転となる。そして、その波の高さ（波高）も一般には、１から２メートル（ｍ）程度であり、ロープ状の伝達体６の往復運動も、一般には、この程度の振幅となる。ブイが波の谷間で降下するときは、錘７の重さのみで発電機２のロータを回転させることになるが、このロータに取り付けられているプーリの半径が小さいと、このプールに掛けられた伝達体６の曲率半径が小さくなり、スムーズな回転が得られ難くなる。このためには、伝達体６の柔軟性を考慮し、プーリの半径を大きくすることが必要で、直径１メートル程度の大きいプーリを用いることが推奨される。また、プーリのシャフトもブイの大きな浮力と錘７の重量などで大きな負荷がかかるので、これらを考慮して、シャフトの直径の選択、両端支持にするなどの配慮が必要である。また、必要に応じて、補助プーリを配置して、ロータへの過剰な負荷を軽減させるようにしても良い。また、錘７の重量も伝達体６の上下移動等に絡む各種の摩擦による力の損失を考慮して設計されるべきである。実際のロータの回転速度が、発電電力を決めるので、ギヤ―比を変えた回転数変換機構を設けて、ロータの回転速度を適切に上昇させることもできる。しかし、波高も時々刻々と変化するものであり、発電量もそれに応じて変化して、時間的に安定な交流電力が発生し難いという問題点がある。このためには、交流の発電電力を整流して直流に変換して、これをバッテリ等に蓄えて、外部に取り出すようにすることが推奨される。
【００１６】
本発明の波力発電システムは、湖上に浮かべて湖水の波を用いても良いが、その波の振幅が一般に小さいので、望ましくは、海洋に浮かべ、大きな波高のうねりを持ち運動エネルギーが大きい海水の波を利用して発電した方が良い。
【００１７】
上述のように水中移動抑制体８を水中に懸垂するようにした水中懸垂タイプでは、錘７が水中移動抑制体８よりも重くしてあるので、波が小さく穏やかな場合には、錘７が水中移動抑制体８を引き上げ、水中移動抑制体８の位置がブイに接近してしまい、水中移動抑制体８が波のうねりに晒されてしまうことが予想される。このためには、錘７と水中移動抑制体８とをワイヤ６０で結び、錘７が深い位置に降下しても、水中移動抑制体８に結ばれたワイヤ６０によりそれ以上深く降下しないようにしている。すなわち、ワイヤ６０の長さの調整により、錘７と水中移動抑制体８の間隔が所定の長さ以上の距離にならないようにしている。
【００１８】
水中移動抑制体８は、錘７により柔軟なワイヤ６０を通して水中に引き戻される（沈む）ようになるので、その重さは、必ずしも水より重くする必要はないが、ブイにより上方に引き上げられようとしたときに、水の抵抗でこれに抗する作用が求められるから、水より重くさせ、自重で水中に沈むようにした方が良い。また、水中での錘７の重さは、水中移動抑制体８の水中での重さより十分重くなければ、伝達体６を上下運動させることができない。推奨される形態では、水中移動抑制体８の水中での重さは、水よりも少しだけ重くしておき、水中での錘７の重さは、発電機等を搭載した総合的なブイが水上に浮かぶ時の浮力の半分程度の大きさにすると良い。なお、錘７の形状は、錘７の上下運動時に水に対して抵抗になり難いように、流線型にすることが推奨される。
【００１９】
水中移動抑制体８が、水上の波に浮かぶブイにより引き上げられようとしたときに、水中移動抑制体８の下部領域が負圧となり、水中移動抑制体８の周辺から下部領域の負圧部分に水が入り込み、この流れが渦を作り、この渦（カルマン渦）が水中移動抑制体８の上方移動に対する水の抵抗となる。この渦の発生を大きくして、水の抵抗を大きくさせるように、水中移動抑制体８の周辺に、周辺突起部を形成して、水中での上下移動に一層の抑制を与えるようにすることも推奨される。
【００２０】
上述の波力発電システムは、基本的には、水上にブイにより浮かせておくシステムであるが、海洋に浮かせたときには、海流により流される危険がある。このために、本波力発電システムを、陸地や海底など、海流などにより動かない個所に係留すると良い。このような目的の係留システムでは、海上で船舶を係留するように、錨を用いて係留しても良い。
【００２１】
本発明の請求項２に係わる波力発電システムは、波力発電システムにおいて、少なくとも、水の波に浮かぶブイと、該ブイに固定された発電機２と、該発電機のロータを回転させて発電させる回転変換部５と、該回転変換部５を回転させる柔軟で細長い伝達体６と、該伝達体６を介して水中に懸垂された錘７と、水中での移動に対し抵抗となるような構造の水中移動抑制体８とを備え、該水中移動抑制体８を水底設置タイプとして、前記ブイの浮力と錘７の水中での重さより重くなるようにして海底等の水底に沈ませ、その自重により上下振動し難くさせてあり、上下運動する伝達体６のガイド８０、８１を備え、伝達体６の一端には、錘７が繋がれ、伝達体６の他端には、水中移動抑制体８が繋がれ、且つ、波のうねり振動と共に前記ブイが上下振動するときに、水中移動抑制体８がほとんど動かないので、相対的に錘７が伝達体６と共に主に上下振動をして、伝達体６を介して発電機２のロータを回転させて発電させるようにしたことを特徴とするものである。
【００２２】
水中移動抑制体８を水底設置タイプとして、前記ブイの浮力と錘７の水中での重さより重くなるようにして海底等の水底に沈ませ、その自重により上下振動し難くさせた場合であり、上述の水中懸垂タイプの場合と同様、水中移動抑制体８がほとんど動かないので、その波力発電システムの動作は、水中懸垂タイプとしての上述と同様であるので、その詳細な説明はここでは省略する。ただ、水中懸垂タイプの場合は、水中移動抑制体８と前記錘７とは、所定の長さ以上の距離にならないように、柔軟なワイヤ６０で結ばれている構成にしてあるが、ここでの水底設置タイプでは、水中移動抑制体８が海底に沈んでおり、これ以上降下がることがほとんどないので、必ずしも柔軟なワイヤ６０で結ぶ構成にする必要はない。ただ、海流等でブイが流されて、錘７が想定していた深さよりも引き上げっれてしまうことを避けるために、所定の長さの柔軟なワイヤ６０で、水中移動抑制体８と錘７とを結ぶようにすることが推奨される。
【００２３】
海洋に設置するようにした波力発電システムは、水深が深い場合（数十メートル以上）は、水中に水中移動抑制体８を懸垂する水中懸垂タイプが最適である。しかしながら、水深が数十メートル程度以下の浅い場合は、海底を利用することができるので、水中移動抑制体８自体の水中での重さが、前記ブイの浮力と錘７の水中での重さより充分重くなるようにした水底設置タイプにすることにより、水中移動抑制体８を海底に沈めておくだけで、波浪の大きさに依らず、ほぼ水中移動抑制体８がほぼ動かない状態を作り出すことができる。もちろん、この場合でも、前記ブイの浮力により錘７が、波の上下振動により細長いロープ状伝達体６を介して、持ち上げられたり、降下したりして、これに連結した発電機を動作させるものである。
【００２４】
本発明の請求項３に係わる波力発電システムは、ガイド８０、８１には、互いに上下振動する伝達体６が所定の範囲内のみ動けるようにする制限機能と、少なくとも１個のガイド８０、８１には、伝達体６に付着する異物を除去させるようにした異物除去機能を有するようにした場合である。
【００２５】
細長い伝達体６には、ガイド８０、８１を設けて、台風などの荒波で、ブイや錘７が異常に大きく振れ、錘７が前記ブイから離れてしまい、これに結ばれている細長い伝達体６が、発電機２のロータに直結したプーリ等から外れたりしないように、伝達体６の動きを束縛して所定の範囲内のみ動けるようにする制限機能と、海中に延びる部分の細長い伝達体６に、海中の貝などの生物、藻類、海草類や浮遊物などが付着して、発電機２のロータに直結したプーリ等から外れたり、伝達体６のスムーズな動きを妨げたり、また故障の原因にならないような伝達体６に付着する異物を除去させるようにした異物除去機能を持たせるものである。
【００２６】
本発明の請求項４に係わる波力発電システムは、発電機２が水に晒され難いように、覆い２００の中に収納されている構造とした場合である。
【００２７】
発電機２は、電気を生み出すので、海水などに晒されると、漏電の危険があり、また、腐食などのために耐久性が顕著に悪くなる。このためには、少なくとも発電機２をカバー等で覆い、海水などに水に晒されないように保護する必要がある。ここでは、少なくとも発電機２を覆い２００の中に収納させた構造にした場合である。もちろん、発電機２ばかりでなく、整流器やバッテリ等も一緒に覆い２００の中に収納させても良い。また、この覆い２００が密閉型にできるならば、これをブイ１としても使用することができるし、また、補助ブイとして使用することもできる。
【００２８】
本発明の請求項５に係わる波力発電システムは、伝達体６を細長いロープ状もしくはベルト状とした場合である。
【００２９】
ブイに取り付けた回転変換部５からの伝達体６は、一方の端を水中移動抑制体８に固定し、他方の端を錘７を海中に懸垂させ、その波のうねりによるブイの動きと共に、往復運動をして発電機２に取り付けた回転変換部５を往復回転させて、発電に寄与させるものである。伝達体６は、撚り線のナイロンやカーボンファイバのようなロープでも良いし、チェーンにしても良い。耐食性と柔軟性があれば、丈夫な金属性のワイヤでも良い。また、海洋に浮上させた波力発電システムにおいては、台風や暴風にも晒され、ブイも上下振動や水平振動ばかりでなく、回転運動もする。少なくとも錘７を海中に懸垂させているので、ロープ状の伝達体６は、回転運動により捩れながら上下の往復運動をすることになる。このように捩れながら上下の往復運動する伝達体６が、しっかりと回転変換部５のプーリに収まり、回転変換部５をスムーズに回転させるためには、細長いロープ状の伝達体６の断面形状が、その直径方向（太さ方向）に対称性がある略円形であることが望ましい。
【００３０】
伝達体６として、ベルト状にしても良い。特に、タイミングベルトとして、プーリに刻んだ凹凸とで、摩擦を大きくさせて接触面で滑り難くすることもできる。
【００３１】
本発明の請求項６に係わる波力発電システムは、回転変換部５をプーリもしくは歯車とした場合である。
【００３２】
回転変換部５をプーリとした場合は、伝達体６が滑り難いように、摩擦面を有するようにする必要があり、また、伝達体６が外れないように、プーリの側面に伝達体６用のプーリガイドを設けるようにした方が良い。
【００３３】
回転変換部５を歯車やスプロケットとした場合は、歯車やスプロケットのピッチに合うピッチを持つチェーンやタイミングベルトにする必要がある。チェーンは必ずしも金属である必要は無い。
【００３４】
本発明の請求項７に係わる波力発電システムは、発電機２のロータの回転数を、回転変換部５の回転数とは異なるようにする回転数変換機構９を備えた場合である。
【００３５】
一般に、海洋の波のうねりの周期は、数十秒であり、波の振幅も２メートル程度である。従って、海上に浮かぶ本波力発電システムのロープ状の伝達体６は、ブイの浮力による大きな力と錘７の重量で、ゆっくりと２メートル程度上下する。このとき回転変換部５のプーリの直径にもよるが、その回転数は、必ずしも大きくはない。発電機２の出力は、ロータの回転数が大きい方が大きくなるので、発電機２のロータの回転数が、回転変換部５の回転数よりも許容される範囲で大きくなるような回転数変換機構９にした方が望ましい。
【００３６】
回転数変換機構９では、複数の歯車の直径の大小の組合せにより回転比が調節できるし、ベルトと大小のプーリのサイズを利用して回転比を調節しても良い。歯車を利用した場合でも、大きな力が加わったときには、滑り機構を設けておき、スリップできるようにしておくことも大切である。
【００３７】
本発明の請求項８に係わる波力発電システムは、発電機２からの交流電流を直流電流にする整流器４０を備えた場合である。
【００３８】
波力発電システムでは、波のうねりに依存し、そのうねり具合が時々刻々と変化するので、発電機２から安定した交流出力を得ることが困難である。本発明では、この発電機２で発生した交流電流を、整流器４０を通して直流電流に変換するようにした場合である。整流器４０も発電機２と共に、ブイに固定し、覆い２００の中に収容するようにした方が良い。  
【００３９】
本発明の請求項９に係わる波力発電システムは、整流器４０を介した直流電流を蓄積するバッテリ５０を搭載した場合である。
【００４０】
発電機からの交流電力をそのまま外部に出力したり、整流器４０を介した直流電流をそのまま外部に出力するようにしても構わないが、ここでは、バッテリ５０をも搭載して、これに蓄電しておき、バッテリ５０を介して、外部に直流電力が取り出せるようにしても良いし、蓄電したバッテリ５０を未充電のバッテリ５０と交換できるようにして、この蓄電したバッテリ５０を外部の運び出してこれから電力を取り出すようにしても良い。バッテリ５０も上述の整流器４０と共に、ブイに固定するようにした方が良い。
【００４１】
本発明の請求項１０に係わる波力発電システムは、発電機２で発生した電力を外部に取り出すためのケーブル２５を備えた場合である。
【００４２】
発電機２で発生した電力を外部に取り出すためには、種々の方法があるが、ここでは、ケーブル２５を通して外部に取り出す場合で、発電機２からの交流出力をそのまま外部に取り出す場合と、一旦、直流に変換してから直流出力を外部に取り出す場合がある。ケーブル２５は、漏電を起こさないように、その電線の露出個所は、海水などの水に濡れない構造にする必要がある。密閉した覆い２００に、防水を施したコネクタ３０を取り付けて、そこから外部に取り出すようにすると良い。また、ケーブル２５も海底を通す海底ケーブルにしても良いし、水中や水面を浮かせるようにして陸地まで送電させるようにしても良い。
【００４３】
本発明の請求項１１に係わる伝達体６は、細長いロープ状の伝達体６の表面形状を、長さ方向に周期的な凹凸を形成したことを特徴とするものである。
【００４４】
一般に、ロータが回転すると発電機２の負荷に流れる電流により反作用としての電磁ブレーキが働き、ロータを動かないようにブレーキがかかる。発電とは、この電磁ブレーキに抗してロータを回転させたときに達成されるものである。伝達体６は、回転変換部５を介して、発電機２のロータに回転運動を与えるもので、電磁ブレーキがかかり回転し難くなったロータを回転させるので、伝達体６と回転変換部５との間で、スリップが発生しやすい。このためには、伝達体６の表面と回転変換部５との接触部分を大きくすると共に、摩擦が大きくなりスリップが発生し難い構造にする必要がある。ここでは、伝達体６の表面形状に長さ方向に周期的に凹凸を形成した場合である。この場合、回転変換部５の外周にも、これに合致する周期的な凹凸を形成しておくと良い。
【００４５】
本発明の請求項１２に係わる伝達体６は、伝達体６の周期的な凹凸が、伝達体６の長さ方向に垂直な断面の半径方向（直径方向）に対称性があるように、その凹凸の断面が、伝達体６の長さ方向に沿って直径が異なる略円形となるようにした場合である。
【００４６】
伝達体６が水中から捩れて引き上げられても、その断面が略円形であるために、回転変換部５の周期的な凹凸形状にフィットして、スリップも起こり難く安定して回転変換部５を回転駆動させることができる。
【００４７】
本発明の請求項１３に係わる回転変換部は、伝達体６に適合するように、回転変換部５の外周に沿って、伝達体６の凹凸に対応する周期的な凹凸を形成したことを特徴とするものである。
【００４８】
上述のように、回転変換部５としてのプーリと伝達体６とは、スリップがし難くする必要がある。このために、伝達体６にもその長さ方向に周期的な凹凸を施してあるが、これにフィットするようにプーリにも同一の周期的な凹凸を施したものである。これにより、摩擦も大になりスムーズに伝達体６の往復運動がプーリの回転運動に換えることができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の波力発電システムは、海洋などの水深が数十メートル以上で深い場合は、水上にブイにより浮かせ、このブイに固定された発電機２がブイと共に、波で主に上下運動をして、水中懸垂タイプとして水の抵抗を大きくさせてほぼ静止状態になる水中移動抑制体８に対して、水中に懸垂させているロープ状の伝達体６で錘７を相対的に引き揚げたり、下ろしたりして、この伝達体６を介して回転式の発電機２を駆動するもので、海底等に固定する必要がないという利点がある。
【００５０】
本発明の波力発電システムは、海洋などの水深が数十メートル以下で浅い場合は、水上にブイにより浮かせ、このブイに固定された発電機２がブイと共に、波で主に上下運動をして、水底設置タイプとして重量を大きくして海底に沈ませたためにほぼ不動の水中移動抑制体８に対して、水中に懸垂させているロープ状の伝達体６で錘７を相対的に引き揚げたり、下ろしたりして、この伝達体６を介して回転式の発電機２を駆動させることができる。従って、海底等に固定する必要がなく、単に自重の大きい水中移動抑制体８を置くだけで済み、水中移動抑制体８がほとんど動かないので、単純な構造で、高効率の発電ができるという利点がある。
【００５１】
本発明の波力発電システムでは、発電機２は、ブイに固定され、本質的に水上に位置し、更に覆い２００で覆う構造にしているので、水に晒されないで済む構造にしている。従って、漏電の心配が少なく、耐久性も大きいという利点がある。
【００５２】
本発明の波力発電システムでは、必要に応じて、覆い２００を密閉系にすれば、これもブイ１としても利用できるという利点がある。
【００５３】
水上に浮かぶ覆い２００（ブイ１に対応）やブイ１０は、波のうねりの一波長に比べて充分小さくできるので、波のうねりと共にほぼ上下運動をしており、台風などの暴風雨に晒されても破壊され難いという利点がある。
【００５４】
本発明の波力発電システムでは、錘７を懸垂し、ほとんど動かない水中移動抑制体８に固定している伝達体６は、細長いロープ状もしくはベルト状にしているので、この伝達体６は、ガイド８０，８１の範囲内で動くことになり（制限機能）、ブイが傾いても発電機２のロータのプーリ等から外れ難くなる。また、更に、伝達体６は、細く柔軟性があるので、波の影響や水の流れの影響なども小さく、また、捩れても復元性に富み、水の抵抗が小さく、水中浮遊物に対しても衝突断面積が小さい。更に、伝達体６は、常に上下振動しているので、貝等の付着物も付き難く、仮に、付着しまっても、伝達体６のガイド８０，８１を通る時に剥がれるようにしているので（異物除去機能）、長期間スムーズに波と共に上下運動することができるという利点がある。
【００５５】
本発明の波力発電システムでは、回転式の発電機２が使用できるので、細長いロープ状もしくはベルト状の伝達体６を介して、容易にロータの回転運動に換えて交流の発電が容易に得られる。従って、敢えて、発電機の回転方向を一方向になるような機構を設ける必要がなく、単純な構成の波力発電システムとなるので、故障が少なく耐久性が向上するという利点がある。
【００５６】
本発明の波力発電システムでは、設置場所の波浪の大きさに応じて、錘７と水中移動抑制体８との距離を、細長いロープ状もしくはベルト状の伝達体６の適当な長さの選択により、調節できるという利点がある。
【００５７】
本発明の波力発電システムでは、従来の気流によるタービン発電機と異なり、比重の大きい海水などの水による大きな浮力がブイを介して容易に得られることで、エネルギー密度が大きく、その分、小型化できること、また、昼夜を問わず発生している波浪を利用するので、発電電力量が極めて大きくできること、更に、普通の回転式発電機が使用できることで単純な構成で発電できるという利点がある。
【００５８】
本発明の波力発電システムでは、海水などの水による大きな浮力が小型のブイを介して容易に得られることで、回転数変換機構９を通して発電機２のロータの回転数を容易に上げることができるという利点がある。
【００５９】
本発明の波力発電システムでは、細長いロープ状の伝達体６の表面に、長さ方向に周期的な凹凸を形成させて、更に、回転変換部５にも伝達体６の凹凸にフィットする凹凸を形成し、伝達体６と発電機２の回転変換部５との摩擦を大きくさせて、滑り（スリップ）が小さくなるようにさせることができるので、高効率の発電システムが達成できるという利点がある。
【００６０】
本発明の伝達体６では、この伝達体６に施した周期的な凹凸が、伝達体６の長さ方向に垂直な断面の半径方向に対称性があるように、その凹凸の断面が、伝達体６の長さ方向に沿って直径が異なる略円形となるようにしているので、ブイ、錘７や水中移動抑制体８などの波などによる回転で伝達体６が捩れても、形状がほぼ変わらない。従って、伝達体６が捩れても、回転変換部５の凹凸にフィットし、回転変換部５から伝達体６が外れないようにすることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の波力発電システムの動作を説明するため基本的な構成の一実施例で、水中移動抑制体８を水中に懸垂させた水中懸垂タイプの一実施例を示す概略構成図である。（実施例１）
【図２】本発明の波力発電システムで、水中懸垂タイプにおいて、海底に係留できるようにした一実施例を示した概略構成図である。（実施例２）
【図３】本発明の波力発電システムで、水中移動抑制体８を海底に沈めて置く水底設置タイプの一実施例を示した概略構成図である。（実施例３）
【図４】本発明の波力発電システムに用いる伝達体６の一実施例を示す概略縦断面図である。（実施例４）
【図５】図４のＸ−Ｘ線に沿った伝達体６の横断面概略図である。（実施例４）
【図６】本発明の波力発電システムに用いる回転変換部５の一実施例を示す概略図である。（実施例５）
【図７】本発明の波力発電システムの水中懸垂タイプの水中移動抑制体８の一実施例を示す概略図である。（実施例６）
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、本発明の波力発電システムとこれに用いる伝達体６と回転変換部５は、従来の技術で容易に製造できるもので、図面を参照して、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００６３】
図１は、本発明の波力発電システムの動作を説明するため基本的な構成の一実施例で、水中移動抑制体８を水中に懸垂させた水中懸垂タイプの一実施例を示す概略構成図であり、洋上に浮かべて動作させるようにした例である。本実施例では、密度が水より充分小さい充填材１１を包含するブイ１０に、支持台１００で固定した回転式の発電機２を備えている。発電機２には、図では見えないがロータ２１があり、これが回転することにより発電機２が交流発電をする。ロータ２１に直結した回転数変換機構９を介して、回転変換部５としてのプーリの回転がロータ２１の回転数を上げるようにしている。ロータ２１がプーリの回転数よりも例えば１０倍の回転数で回転して、発電機２が交流発電をするようにしている。本実施例では、ブイ１０や発電機２をも覆い２００で覆うようにしており、更に、海水に対して密閉系になるようにした場合であり、この密閉系の覆い２００もブイ１（浮き）の作用をして、海面に浮かぶようにした場合である。従って、ブイは本実施例では、安全を見込み覆い２００のブイ１と充填材を有するブイ１０との２重構造になっている場合である。これは、たとえ、台風などの暴風により覆い２００が破損して、海水が覆い２００の内部に入って来ても、密度が水より充分小さい充填材１１を包含するブイ１０は、多少表面が傷ついても、海中に沈まないように配慮した構造にしている。回転変換部５としてのプーリから柔軟なロープ状の伝達体６を介して、一方の端には錘７が海中に懸垂しており、他方の端は、波に依る水の上下運動に対して水の抵抗が大きくなるように水平に広げた水中移動抑制体８を繋いでいる。従って、実質的に水中移動抑制体８は、海中の中で留まっているような状態になるようにしている。海中において、喫水線から波のうねりの波長の半波長程度以上の深さにすると、海面付近の水の波動の回転運動によるうねりが急激に小さくなり（回転運動の半径が急速に小さくなり）、ほとんど海上の波のうねりの影響が極めて無視できる領域であることが分かっている。このような深さの領域に水中移動抑制体８を水平に保持するようにした場合である。もちろん、ブイが上昇するときに、ブイと水中移動抑制体８との距離が離れるように作用させること、ブイが下降するときには、ブイと水中移動抑制体８との距離が縮むように作用させることで、これに伴い往復運動する伝達体６で発電機を駆動することが本波力発電の原理であるので、波のうねりが未だ存在している比較的浅い個所の適当な水域に水中移動抑制体８を保持するようにしても良い。また、錘７と水中移動抑制体８とは、その距離が離れすぎてしまわないようにワイヤ６０で結ばれているような構成にしている。
【００６４】
水中懸垂タイプの図１を用いて、本発明の波力発電システムの動作の概要を説明すると、次のようである。海洋の波のうねりにより発電機２は、第一のブイ１としての役割も有する覆い２００とその中にある第二のブイ１０に固定されているので、これらの二重のブイ１、１０と共に海面の波のうねりと共に上下運動と共に左右の運動もしている。海水中にある水中移動抑制体８は、水の抵抗のために抑制されて波のうねりと共に動かないので、柔軟なロープ状の伝達体６に繋がれた錘７が、上下運動をすることになる。このとき、柔軟なロープ状の伝達体６は、往復運動になり、波のうねりの高さの分だけ上下運動をする。波浪の振幅が例えば、２メートル（ｍ）あると、伝達体６もほぼ２ｍ程度の上下運動をするので、伝達体６と連携した回転変換部５のプーリの往復回転で発電機２を動作させて、交流発電をすることになる。
【００６５】
本実施例では、更に回転式の発電機２で発電した交流電流を整流して直流に変換する整流器４０を搭載し、更にこの直流電流でバッテリ５０に充電できるようにしている例であり、これらの整流器４０とバッテリ５０も共に、ブイ１でもある密閉系の覆い２００の中に収納されて、海水から保護されるようにしている。外部への発電した電力を取り出すために、密閉系の覆い２００の上部に設けたコネクタ３０を介して耐水性のケーブル２５で陸地などへ伝送できるようにした場合である。ここでは、配線２４を介してバッテリ５０に充電した直流電力を、ケーブル２５を用いて送電するようにした例でもある。
【００６６】
ケーブル２５を用いても、用いなくても良いが、ブイ１に、ライトを取り付けて、標識や灯台等として利用することもできる。また、送電をしなくとも、ケーブル２５を介して、外部に電力を取り出せるように防水性を高めた特別なコネクタを覆い２００に備えて、例えば、航行する船舶への電力エネルギー補給の基地としても使用できるように、本発明の波力発電システムを、海洋の航路の至る所に浮遊させておくようにしても良い。
【００６７】
また、本実施例では、密閉系の覆い２００を覆い本体２１０と覆い蓋２２０に分割できるようにした例であり、密閉させる覆い接合部２５０で上下の覆い本体２１０と覆い蓋２２０とを閉じるようにしている。また、波浪により海面が揺れるので、海中に懸垂されている柔軟なロープ状の伝達体６も揺らぎ、密閉系の覆い２００との接触が起こるので、覆い２００の下部には、穴９０が開いており、そこには、伝達体６の摩擦が小さくなるようなガイド８０が取り付けてあり、台風などの荒波においても上下する２本の伝達体６同士が異常に離れて、発電機に付けたプーリから伝達体６外れないような制限を加えている（制限機能）。また、ブイと錘７とが荒波で異常に離れないように、ガイド８１を水中に懸垂している平板状の水中移動抑制体８に取り付けている（制限機能）。更に、貝などの異物、海草や海中の大きな浮遊物の付着が伝達体６の海水に漬かっている個所に存在した時には、この付着物を除去するように（異物除去機能を持たせる）、敢えて、ガイド８０にリング状のガイド突起部８０aを設けている場合である。もちろん、ガイド８０の穴９０の寸法の選択により、ガイド突起部８０aを設けないで済むこともある。また、穴９１に設けた上述のガイド８１もその穴の小さな寸法により異物除去機能を有している。また、隔壁１１０と支持台１００とで、海水が発電機２等を収納している密閉系の覆い２００の中の上部の部屋に入らないようにする構造になっている。
【００６８】
また、本実施例では、上述のように、海水中に懸垂された平板状の水中移動抑制体８の中央にも穴９１があり、柔軟なロープ状の伝達体６の他端に繋がれた錘７がその穴を通して海中に懸垂されており、その伝達体６は、穴９１に取り付けたガイド８１内を波と共に上下の往復運動をすることになる。発電機２の回転変換部５から伝達体６が、荒波でも外れないように伝達体６用のガイド８０，８１を備えている。このとき、ガイド８０、８１とロープ状の伝達体６とが、波の大きさや揺らぎにより接触するので、制限機能と異物除去機能とを共に有するガイド８０，８１は、摩擦が少ないような堅く丈夫な材料と形状にする必要がある。
【００６９】
水中での錘７は、水中移動抑制体８より重くしてある必要があり、波が最も低い状態になった時に、ブイ１，１０から懸垂した錘７が最も海中深く、最下位に位置し、その錘７で下方にワイヤ６０により水中移動抑制体８が引かれており、ワイヤ６０が最大に伸びきった状態になっている。この時のワイヤ６０の伸びきった状態以上に錘７と水中移動抑制体８との距離が離れないようになっている。うねりのために波高が高くなると、水中移動抑制体８は海水の抵抗により上方への動きが抑制されるので、錘７が持ち上げられて、ワイヤ６０が弛むことになる。従って、最大波高の高さを予想しておき、それよりも充分長くなるようにワイヤ６０の長さを設定する必要がある。
【００７０】
本実施例の図１では、水中移動抑制体８には、水中移動抑制体８が水上の波に浮かぶブイにより引き上げられようとしたときに、水中移動抑制体８の下部が負圧になり、カルマン渦を発生させて水の抵抗が大きくなるように、水中移動抑制体８の周辺に周辺突起部８００を形成して、水中での上下移動に一層の抑制を与えるようにした例を示している。
【実施例２】
【００７１】
図２は、前記実施例１の図１で示した本発明の水中懸垂タイプの波力発電システムにおいて、海上に浮遊している波力発電システムが、海流等で流されないように、水中移動抑制体８から係留ロープ６５と錨７０を用いて海底に係留できるようにした例を示した概略構成図である。
【００７２】
もちろん、係留は、海底ばかりでなく、岸壁、桟橋など陸地に形成した構造体に繋ぎとめても良い。なお、この係留は、水上の波に浮かぶブイによる上下振動に抵抗させるものではなく、単に、海流などの流れや風等により波力発電システムが流されないようにするためのものである。
【実施例３】
【００７３】
図３は、本発明の波力発電システムにおける水中移動抑制体８を海底に沈めて置く水底設置タイプの一実施例を示した概略構成図である。本実施例は、水中懸垂タイプとしての先の実施例１の図１と実施例２の図２で示した本発明の波力発電システムと動作原理は同様であるが、違いは、実施例１の図１と実施例２の図２では、水中移動抑制体８を水中に懸垂させた状態で広げてあり、その上下運動に対して水の抵抗により動き難くさせているのに対し、本実施例では、水底設置タイプとして、水中移動抑制体８自体の重量を大きくさせて、海底に沈めた状態で置くようにしてあり、ブイ１の波による上下運動に対しても、その大きな自重がゆえに動かないようにしたタイプである。もちろん、先の実施例１の図１と実施例２の図２で示した本発明の波力発電システムと同様に、ブイ１の波による上下運動に対して水中移動抑制体８が動かないので、相対的に錘７が細長いロープ状の伝達体６を介して上下運動することになり、この伝達体６に連結している回転変換部５を介して発電機２が動作して発電するものである。錘７や水中移動抑制体８が細長いロープ状の伝達体６に結ばれているので、自由度が大きく、伝達体６が細いので、海中の浮遊物の影響や、波による影響も極力小さくできるので、台風などの荒波にも耐えやすいという特長を有する。
【００７４】
本発明の波力発電システムで、上述の水中移動抑制体８を海底に沈めて置く水底設置タイプでは、海底を水中移動抑制体８の上下移動のストッパとして利用するので、先の実施例１の図１と実施例２の図２で示した錘７と水中移動抑制体８とを結ぶワイヤ６０は、本来、不要であり、また、係留用の錨も不要となる。しかし、上記したように、海流などを考慮するとワイヤ６０を用いて、所定の距離以上に互いが離れないようにすることが推奨される。この水底設置タイプの波力発電システムは、水深が数十メートル以下の比較的浅い海洋に設置する場合に好適である。
【実施例４】
【００７５】
図４は、本発明の波力発電システムに用いる伝達体６の一実施例を示す概略縦断面図であり、図５は、図４のＸ−Ｘ線に沿ったその横断面概略図である。伝達体６は、柔軟な細長いロープ状であるが、その長さ方向に周期的な凹凸６００を形成してあり、その直径方向（半径方向）が対称形状になるように、図５に示すように略円形の断面形状にした場合である。このようにすることにより、細長いロープ状の伝達体６が捩れても、形状がほぼ変わらないので、この形状にフィットするように回転変換部５の外周に形成している周期的な凹凸６００にも、フィットするようになり、伝達体６の捩れにもかかわらず滑りがほぼない状態で回転変換部５を回転駆動することができる。
【実施例５】
【００７６】
図６は、本発明の波力発電システムに用いる回転変換部５の一実施例を示す概略図で、実施例４で述べた長さ方向に周期的に凹凸を形成し伝達体６にフィットするようにその外周に周期的な凹凸６００を形成した回転変換部５の一実施例を示す概略側断面透視図（上図）と、これをシャフト５５０が上下になるようにして外周部を上部から見た場合の回転変換部５の概略図（下図）である。
【００７７】
回転変換部５は、プーリの形にし、そのプーリ外周５２０に沿って、伝達体６の凹凸に対応するように周期的な凹凸６００を形成したプーリでスプロケットとも呼ばれるものである。このようなスプロケットにすることにより大きな力が掛かっても細長いロープ状の伝達体６が滑り難く、効率のよい発電システムが得られるようにしている。
【実施例６】
【００７８】
図７は、本発明の波力発電システムにおける水中移動抑制体８に取り付けた、例えば、実施例１の図１に示したような形状のガイドではないが、ガイド８１として、水中移動抑制体８に細長いロープ状の伝達体６を挟むように自由回転できる伝達体６のガイドとしての２個のプーリ８５を設けた水中移動抑制体８の一実施例を示す概略図であり、プーリ８５にガイド８１としての制限機能を持たせた場合である。また、ここでは示していないが、ヨーク７００から飛び出させた金具などを設けるなどして、さらに異物除去機能をも持たせることができる。
【００７９】
錘７側の上下運動する細長いロープ状の伝達体６は、ガイド８１としての２個のプーリ８５中で動き、２個のプーリ８５は自由回転できるようにしてあり、むしろスムーズに回転できて摩擦が少ないようにプーリ８５の外周に沿って凹凸がないようにしておいた方が良い。２個のプーリ８５は、水中移動抑制体８に取り付けた頑丈なヨーク７００に固定してある。
【００８０】
上述の本発明の波力発電システムとこれに用いる伝達体および回転変換部は、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、種々の変形がありうることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の波力発電システムは、波が高い湖上や海上に浮かし、波のうねりと共に上下運動するブイと、海中（水中懸垂タイプ）または海底（水底設置タイプ）で、ほぼ静止できる水中移動抑制体８との相対的な上下運動を、錘７と細長いロープ状の伝達体６を利用してブイに固定した回転式の発電機２を動作させて発電するものである。海流などに流されることを防ぐ程度の係留を除けば、本質的に海底や岸壁などに固定する必要がない発電システムであり、また、気流のタービンを利用した発電などに比較して運動エネルギーが大きい水の波である波力を利用するから小型で、昼夜を問わず運転できる発電システムである。海上などの水上に浮かぶブイもコンパクトにできる発電システムであるから、台風などの暴風雨に晒されても破壊され難く、耐久性に富む高効率の発電システムが提供できる。ゆっくりした波のうねりを利用するので、定常的な安定な交流発電出力が得難いが、整流して直流に変換してバッテリ等に蓄電しておくことが推奨される。また、ケーブル等で送電して用いることもできるが、海上に浮かぶ標識灯や灯台等にも利用できるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１、１０  ブイ
２  発電機
５  回転変換部
６  伝達体
７  錘
８  水中移動抑制体
９  回転数変換機構
１１  充填材
１６  支持ワイヤ
２１  ロータ
２４  配線
２５  ケーブル
３０  コネクタ
４０  整流器
５０  バッテリ
６０  ワイヤ
６５  係留ロープ
７０  錨
８０、８１  ガイド
８０a ガイド突起部
８５  プーリ
９０，９１  穴
１００  支持台
１１０  隔壁
２００  覆い
２１０  覆い本体
２２０  覆い蓋
２５０  覆い接合部
３００  留め金
５１０  プーリガイド
５２０  プーリ外周
５５０  シャフト
６００  周期的な凹凸
７００  ヨーク
８００  周辺突起部
【図１】
2014145252.tif 000003
【図２】
2014145252.tif 000004
【図３】
2014145252.tif 000005
【図４】
2014145252.tif 000006
【図５】
2014145252.tif 000007
【図６】
2014145252.tif 000008
【図７】
2014145252.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月3日(2013.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力発電システムにおいて、少なくとも、水の波に浮かぶブイと、該ブイに固定された発電機（２）と、該発電機のロータを回転させて発電させる回転変換部（５）と、該回転変換部（５）を回転させる柔軟で細長い伝達体（６）と、該伝達体（６）を介して水中に懸垂された錘（７）と、水中での移動に対し抵抗となるような構造の水中移動抑制体（８）とを備え、該水中移動抑制体（８）を水中懸垂タイプとして、水に沈む重量とすると共に錘（７）より軽くなるようにして水中に懸垂させ、水の抵抗により上下振動し難くさせてあり、上下運動する伝達体（６）のガイド（８０、８１）とを備え、前記伝達体（６）の一端には、錘（７）が繋がれ、前記伝達体（６）の他端には、前記水中移動抑制体（８）が繋がれ、更に、該水中移動抑制体（８）と前記錘（７）とは、所定の長さ以上の距離にならないように、柔軟なワイヤ（６０）で結ばれている構成であり、波のうねり振動と共にブイがうねり振動するときに、前記水中移動抑制体（８）が水抵抗のためにほとんど動かないので、相対的に前記錘（７）が主に上下振動をして、前記伝達体（６）を介して前記発電機（２）のロータを回転させて発電させるようにしたことを特徴とする波力発電システム。
【請求項２】
波力発電システムにおいて、少なくとも、水の波に浮かぶブイと、該ブイに固定された発電機（２）と、該発電機のロータを回転させて発電させる回転変換部（５）と、該回転変換部（５）を回転させる柔軟で細長い伝達体（６）と、該伝達体（６）を介して水中に懸垂された錘（７）と、水中での移動に対し抵抗となるような構造の水中移動抑制体（８）とを備え、該水中移動抑制体（８）を水底設置タイプとして、前記ブイの浮力と錘（７）の水中での重さより重くなるようにして海底等の水底に沈ませ、その自重により上下振動し難くさせてあり、上下運動する伝達体（６）のガイド（８０、８１）とを備え、伝達体（６）の一端には、錘（７）が繋がれ、伝達体（６）の他端には、水中移動抑制体（８）が繋がれ、且つ、波のうねり振動と共に前記ブイが上下振動するときに、水中移動抑制体（８）がほとんど動かないので、相対的に錘（７）が伝達体（６）と共に主に上下振動をして、伝達体（６）を介して発電機（２）のロータを回転させて発電させるようにしたことを特徴とする波力発電システム。
【請求項３】
ガイド（８０、８１）には、互いに上下振動する伝達体（６）が所定の範囲内のみ動けるようにする制限機能と、少なくとも１個のガイド（８０、８１）には、伝達体（６）に付着する異物を除去させるようにした異物除去機能を有するようにした請求項１もしくは２のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項４】
発電機（２）は、水に晒され難いように、覆い（２００）の中に収納されている構造とした請求項１から３のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項５】
伝達体（６）を細長いロープ状もしくはベルト状とした請求項１から４のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項６】
回転変換部（５）をプーリもしくは歯車とした請求項１から５のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項７】
発電機（２）のロータの回転数を、回転変換部（５）の回転数とは異なるようにする回転数変換機構（９）を備えた請求項１から６のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項８】
発電機（２）からの交流電流を直流電流にする整流器（４０）を備えた請求項１から７のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項９】
整流器（４０）を介した直流電流を蓄積するバッテリ（５０）を搭載した請求項８記載の波力発電システム。
【請求項１０】
発電機（２）で発生した電力を外部に取り出すためのケーブル（２５）を備えた請求項１から９のいずれかに記載の波力発電システム。
【請求項１１】
細長い伝達体（６）の表面形状を、長さ方向に周期的な凹凸を形成したことを特徴とする請求項５記載の波力発電システムに用いる伝達体。
【請求項１２】
周期的な凹凸が、伝達体（６）の長さ方向に垂直な断面の半径方向に対称性があるように、その凹凸の断面が、伝達体（６）の長さ方向に沿って直径が異なる略円形となるようにした請求項１１記載の伝達体。
【請求項１３】
請求項１１もしくは１２のいずれかに記載の伝達体（６）に適合するように、回転変換部（５）の外周に沿って、伝達体（６）の凹凸に対応する周期的な凹凸を形成したことを特徴とする請求項６記載の波力発電システムに用いる回転変換部。