(57)【要約】【課題】  波力発電装置の製造コストを抑制しながら、メンテナンス性を向上することのできる波力発電装置を提供する。【解決手段】  胴体２と、胴体２の上下方向の中心軸に沿って上下運動する発電ブイ３と、発電ブイ３の上下運動を回転運動に変換する伝達機構４と、伝達機構４に連結された発電機５を有する波力発電装置１において、波力発電装置１が、胴体２から上方に向かって延伸した少なくとも１本の柱状部材６と、柱状部材６の上端部に設置され且つ内部に発電機５を配置された機械室７を有しており、伝達機構４が、１本又は１束のワイヤ９を有しており、ワイヤ９が、発電ブイ３の上下運動により往復運動を行い、且つ往復運動を発電機５の回転軸に伝達して回転軸を回転させる構成を有している。【選択図】図１
2014156791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体と、前記胴体の上下方向の中心軸に沿って上下運動する発電ブイと、前記発電ブイの上下運動を回転運動に変換する伝達機構と、前記伝達機構に連結された発電機を有する波力発電装置において、
前記波力発電装置が、前記胴体から上方に向かって延伸した少なくとも１本の柱状部材と、前記柱状部材の上端部に設置され且つ内部に前記発電機を配置された機械室を有しており、
前記伝達機構が、１本又は１束のワイヤを有しており、
前記ワイヤが、前記発電ブイの上下運動により往復運動を行い、且つ前記往復運動を前記発電機の回転軸に伝達して前記回転軸を回転させる構成を有していることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記伝達機構が、前記柱状部材の中途部に設置された定滑車と、一端が前記発電ブイの上部吊り点に固定され、他端が前記発電機の回転軸及び前記定滑車を経由して前記発電ブイの下部吊り点に固定されたワイヤを有していることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記伝達機構が、前記発電ブイに設置されたブイ滑車と、前記柱状部材の中途部に弾性機構を介して設置された動滑車と、一端が前記機械室の第１固定端に固定され、他端が前記ブイ滑車と前記発電機の回転軸と前記動滑車を経由して前記機械室の第２固定端に固定されたワイヤを有していることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記伝達機構が、平均潮位面より高い位置に設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海上に浮かべた発電ブイの運動により、波からエネルギを取り出し発電を行う波力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波力発電装置として、海上又は海水中に発電ブイを浮かべたものがある（例えば特許文献１参照）。この波力発電装置は、発電ブイが波から受けた外力を、電気に変換して発電を行う発電機を有している。図４に、波力発電装置の１例を示す。この波力発電装置１Ｘは、胴体２Ｘと、胴体２Ｘに沿って上下運動する発電ブイ３Ｘと、発電ブイ３Ｘの上下運動を回転運動に変換する伝達機構４Ｘと、伝達機構４Ｘに連結された発電機５Ｘを有している。この伝達機構４Ｘは、例えば、発電機５Ｘに設置されたピニオン３１と、発電ブイ３Ｘに固定されたラック３２の組み合わせで構成されている。また、発電機５Ｘ及び伝達機構４Ｘの一部は、胴体２Ｘ内に配置されている。
【０００３】
なお、胴体２Ｘは、係留ワイヤ３０で海底に固定されている。また、一点鎖線ＷＬは、波により変動する海面の平均的な位置（以下、平均潮位面という）を表している。
【０００４】
次に、波力発電装置１Ｘの作動について説明する。まず、波力発電装置１Ｘの発電ブイ３Ｘが、波から外力を受け、上下運動する。発電ブイ３Ｘの上下運動に伴い、発電ブイ３Ｘに固定されたラック３２が上下に移動する。このラック３２の上下運動により、ピニオン３１が回転し、連結された発電機５Ｘに回転運動を伝達する。ここで、図４左方は、発電ブイ３Ｘの上昇により、ピニオン３１が右回転する様子を示し、図４右方は、発電ブイ３Ｘの下降により、ピニオン３１が前述と反対方向に回転する様子を示している。
【０００５】
この構成により、波力発電装置１Ｘは、波の運動エネルギにより発電機５Ｘを回転させ、発電を行うことができる。
【０００６】
しかし、上記の波力発電装置１Ｘは、いくつかの問題を有している。第１に、波力発電装置１Ｘは、過酷な環境である海で使用されるにも係らず、メンテナンス性が低いという問題を有している。これは、胴体２Ｘ内に、伝達機構４Ｘや発電機５Ｘが配置されており、これらの交換や点検作業等のメンテナンスの際には、胴体２Ｘを開放して行わなくてはならないからである。
【０００７】
また、伝達機構４Ｘや発電機５Ｘが、海中又は平均潮位面ＷＬよりも低い位置に配置されているため、メンテナンスを行う際に、海水の流れ込み等の事故が発生する可能性があるからである。
【０００８】
第２に、波力発電装置１Ｘの製造コストが増加してしまうという問題を有している。これは、発電機５Ｘ等の機器を海水から保護するために、胴体２Ｘを水密構造とし、且つ内部に設置された発電機５Ｘ等のメンテナンスのための開口部等を確保しなくてはならないからである。また、メンテナンス性の低い波力発電装置１Ｘにおいて、故障が発生しにくく、交換の必要性が低い機構や材料等を採用しなくてはならないからである。
【０００９】
特に、特許文献１に記載されたような、装置の大部分が海水中に水没した波力発電装置は、上記の問題の影響が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１３２３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、波力発電装置の製造コストを抑制しながら、メンテナンス性を向上することのできる波力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明に係る波力発電装置は、胴体と、前記胴体の上下方向の中心軸に沿って上下運動する発電ブイと、前記発電ブイの上下運動を回転運動に変換する伝達機構と、前記伝達機構に連結された発電機を有する波力発電装置において、前記波力発電装置が、前記胴体から上方に向かって延伸した少なくとも１本の柱状部材と、前記柱状部材の上端部に設置され且つ内部に前記発電機を配置された機械室を有しており、前記伝達機構が、１本又は１束のワイヤを有しており、前記ワイヤが、前記発電ブイの上下運動により往復運動を行い、且つ前記往復運動を前記発電機の回転軸に伝達して前記回転軸を回転させる構成を有していることを特徴とする。
【００１３】
この構成により、波力発電装置のメンテナンス性を向上することができる。これは、発電機及び伝達機構を構成するワイヤが海上部にあり、海水の流れ込み等の心配をすることなく、メンテナンス作業を行えるからである。また、伝達機構を構成する定滑車やワイヤの交換作業が容易となる。更に、製造コストを抑制することができる。海上部に設置されている機械室の構成を簡易化できるからである。
【００１４】
上記の波力発電装置において、前記伝達機構が、前記柱状部材の中途部に設置された定滑車と、一端が前記発電ブイの上部吊り点に固定され、他端が前記発電機の回転軸及び前記定滑車を経由して前記発電ブイの下部吊り点に固定されたワイヤを有していることを特徴とする。
【００１５】
この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。特に、伝達機構を構成するワイヤ等の大部分及び発電機が海上部にあるため、メンテナンス性を向上することができる。
【００１６】
前述の波力発電装置において、前記伝達機構が、前記発電ブイに設置されたブイ滑車と、前記柱状部材の中途部に弾性機構を介して設置された動滑車と、一端が前記機械室の第１固定端に固定され、他端が前記ブイ滑車と前記発電機の回転軸と前記動滑車を経由して前記機械室の第２固定端に固定されたワイヤを有していることを特徴とする。
【００１７】
この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。特に、伝達機構を構成するブイ滑車、弾性機構、動滑車、及びワイヤの全てが、常に海中部に水没しないように構成可能であるため、メンテナンス性を更に向上することができる。
【００１８】
上記の波力発電装置において、前記伝達機構が、平均潮位面より高い位置に設置されていることを特徴とする。この構成により、波力発電装置のメンテナンス性を向上することができる。これは、海水の流れ込み等の心配をすることなく、メンテナンス作業を行えるからである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る波力発電装置によれば、波力発電装置の製造コストを抑制しながら、メン
テナンス性を向上することのできる波力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施の形態の波力発電装置の概略図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の波力発電装置の伝達機構の概略図である。
【図３】本発明に係る異なる実施の形態の波力発電装置の伝達機構の概略図である。
【図４】従来の波力発電装置の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態の波力発電装置について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明の実施の形態の波力発電装置１の概略図を示す。図１左方は波力発電装置の側面、図１右方は、ＱＱ断面図を示す。波力発電装置１は、胴体２と、胴体２の上下方向の中心軸に沿って上下運動する発電ブイ３と、発電ブイ３の上下運動を回転運動に変換する伝達機構４と、伝達機構４に連結された発電機（以下、モータという）５を有している。
【００２２】
また、波力発電装置１は、胴体２から上方に向かって延伸した３本の柱状部材６と、柱状部材６の上端部に設置され且つ内部に発電機５を配置された機械室７を有している。更に、伝達機構４は、柱状部材６の中途部に設置された定滑車８と、一端が発電ブイ３の上部吊り点に固定され、他端が発電機５の回転軸及び定滑車８を経由して発電ブイ３の下部吊り点に固定された１本又は１束のワイヤ９を有している。つまり、ワイヤ９は、発電ブイ３の上部吊り点及び下部吊り点を介して、１つの閉じた輪（ループ）を形成するように配置されている。また、ワイヤ９は、機械室７内に設置され、バネ等の弾性体やシリンダ機構等で構成されたテンショナ１０により、予め定めた大きさの張力を維持するように構成されている。
【００２３】
なお、機械室７は、基本的には波を被り水没しない程度の高さとなるように支持されている。また、本発明は、係留ワイヤ３０による係留方式（単策緊張係留方式）の他に、胴体２を海底に杭のように打ち込む係留方式（着床方式）を採用することができる。
【００２４】
図２に、伝達機構４の拡大図を示す。ここでは、柱状部材６を省略している。伝達機構４は、柱状部材６に設置された定滑車８と、発電ブイ３の上部吊り点Ｐ１からモータ５の回転軸、及び定滑車８を介して、発電ブイ３の下部吊り点Ｐ２に連結されたワイヤ９を有している。また、伝達機構４は、ワイヤ９に予め定められた大きさの張力を発生させるテンショナ１０を有している。
【００２５】
この発電ブイ３は、複数の脚１２により上方に支持された吊り点１３を有するように構成されることが望ましい。また、定滑車８は、柱状部材６の中途部であり、平均潮位面ＷＬよりも高い位置に設置されることが望ましい。なお、図２からも明らかなように、発電ブイ３の吊り点１３は、定滑車８よりも下方に移動することができない。
【００２６】
次に、波力発電装置１の作動について説明する。まず、波の上下運動に伴い発電ブイ３が上下運動する。この発電ブイ３の上下運動により、ワイヤ９は往復動してモータ５を回転させ発電を行う。このとき、ワイヤ９は、テンショナ１０により張力が予め定めた範囲内となるように維持される。また、定滑車８及びワイヤ９の一部は、海面の上昇により、一時的に海中部に水没する可能性があるが、大部分のワイヤ９とモータ５を設置された機械室７は、常に海上部にある。
【００２７】
上記の構成により、波力発電装置１は以下の作用効果を得ることができる。第１に、波力発電装置１のメンテナンス性を向上することができる。特に、伝達機構等が海中部の胴
体に設置されていた従来と比べ、メンテナンス性を格段に向上することができる。これは、伝達機構４を構成するワイヤ９等の大部分及びモータ５が海上部にあり、海水の流れ込み等の心配をすることなく、メンテナンス作業を行えるからである。
【００２８】
また、伝達機構４を構成する定滑車８やワイヤ９の交換作業が容易となる。例えば、定滑車８を交換する場合は、作業者が接近し、そのまま交換することができる。特に、定滑車８が平均潮位面ＷＬよりも高い位置に設置されている場合は、メンテナンス性が更に向上する。これは、よほど波が大きくない限り、定滑車８は海中部に水没しないからである。
【００２９】
更に、ワイヤ９を交換する場合は、作業者がまず、例えばワイヤ９の上部吊り点Ｐ１側の連結を解除する。新しいワイヤの一端を上端吊り点Ｐ１に固定し、他端を古いワイヤに結束する。その後、下部吊り点Ｐ２側から古いワイヤを回収し、古いワイヤの回収と共に移動してきた新しいワイヤを下部吊り点Ｐ２に連結する。以上により、ワイヤ９の交換作業を完了する。ワイヤ９が１つの輪となる（ループする）構成により、ワイヤ９の交換作業を容易に行うことができる。
【００３０】
第２に、波力発電装置１の製造コストを抑制することができる。これは、モータ５を設置している機械室７の構成を簡易にできるからである。具体的には、機械室７は海上部に位置しており、水密構造や水密構造を維持できる開閉扉等を採用する必要がないからである。この機械室７は、風雨を遮る程度の構造でもよいため、製造コストを抑制することができる。
【００３１】
また、伝達機構４は、頻繁な点検作業や交換作業が可能であり、故障や劣化等の発生を前提とした機構や材料を採用することが可能となるため、製造コストを抑制することができる。従来は、メンテナンスが困難であることを前提に、機構や材料の選定を行っていたため、製造コストを抑制することが困難であった。
【００３２】
第３に、波力発電装置１の揺動を抑制することができる。これは、胴体２に比べ水面における断面積の小さい柱状部材６を採用したからである。この波力発電装置１の揺動が抑制されるため、メンテナンス作業の作業性を向上することができる。
【００３３】
なお、定滑車８は、発電ブイ３の移動を制限しない範囲で、可能な限り高い位置に設置されることが望ましい。定滑車８が、海中部に水没し、メンテナンスが難しくなる可能性が低くなるからである。
【００３４】
また、柱状部材６は、この定滑車８を固定し、且つ機械室７を支持する構成を有していればよい。そのため、柱状部材６は、少なくとも１本あればよく、多数となってもよい。更に、柱状部材６の代わりに、胴体２の一部を変形させ、定滑車８の固定及び機械室７の支持を実現してもよい。
【００３５】
加えて、テンショナ１０は、機械室７内に設置されることが望ましい。テンショナ１０を風雨等から保護し、耐久性を向上できるからである。
【００３６】
図３に、本願発明の異なる実施の形態の波力発電装置１Ａの概略図を示す。この波力発電装置１Ａの伝達機構４Ａは、発電ブイ３Ａに設置されたブイ滑車２０と、柱状部材６（破線で表示）の中途部に弾性機構２３を介して配置された動滑車２４と、一端が機械室７に固定され、他端がブイ滑車２０、発電機５の回転軸及び動滑車２４を経由して機械室７に固定された１本又は１束のワイヤ９Ａを有している。
【００３７】
このワイヤ９Ａは、一端が機械室７の第１固定端２１に固定されており、他端が機械室７の第２固定端２２に固定されている。この第１固定端２１及び第２固定端２２は、接近した位置に形成されることが望ましい。
【００３８】
また、動滑車２４は、例えばバネやシリンダ機構等で構成された弾性機構２３により、モータ５から離れる方向（図３下方）に付勢されている。また、伝達機構４Ａを構成するブイ滑車２０と、弾性機構２３及び動滑車２４は、平均潮位面ＷＬより高い位置となるように配置されることが望ましい。
【００３９】
次に、波力発電装置１Ａの作動について説明する。まず、波の上下運動に伴い発電ブイ３Ａが上下運動する。この発電ブイ３Ａが降下する場合には、ワイヤ９Ａが発電ブイ３Ａに向かって下方に引かれるため、モータ５が左方向に回転し、発電を行う。このとき、動滑車２４に上向きの力が働くため、弾性機構２３はバネ力を蓄積する。また、発電ブイ３Ａが上昇する場合には、弾性機構２３の復元力により動滑車２４が移動し、ワイヤ９Ａが弾性機構２３に向かって下方に引かれるため、モータ５が右方向に回転し、発電を行う。
【００４０】
上記の構成により、波力発電装置１Ａは、以下の作用効果を得ることができる。第１に、波力発電装置１Ａのメンテナンス性を向上することができる。これは、伝達機構４Ａを構成するブイ滑車２０と、弾性機構２３と、動滑車２４と、ワイヤ９Ａの全てが、海上部に配置されているからである。特に、伝達機構４Ａを構成する部材の全てが、常に海中部に水没しないように構成可能であるため、図２に示した実施の形態と比べ、更にメンテナンス性を向上することができる。
【００４１】
また、伝達機構４Ａを構成する部材の交換作業が容易となる。例えば、ブイ滑車２０や、動滑車２４及び弾性機構２３を交換する場合は、作業者が接近し、そのまま交換することができる。特に、弾性機構２３及び動滑車２４を機械室７に接近させて配置した場合は、伝達機構４Ａの最下端に位置する部材がブイ滑車２０となり、大きな波が到来したとしても、伝達機構４Ａのいずれの部材も海中部に水没しない。
【００４２】
更に、ワイヤ９Ａを交換する場合は、作業者がまず、例えばワイヤ９Ａの第１固定端２１側の連結を解除する。新しいワイヤの一端を第１固定端２１に固定し、他端を古いワイヤに結束する。その後、第２固定端２２側から古いワイヤを回収し、古いワイヤの回収と共に移動してきた新しいワイヤを第２固定端２２に連結する。以上により、ワイヤ９Ａの交換作業を完了する。ワイヤ９Ａは、厳密には１つの輪となる（ループする）構成を有していないが、第１固定端２１及び第２固定端２２の位置が接近している場合には、実質的に１つの輪（ループ）を構成しているといえる状態となる。この場合は、ワイヤ９Ａの交換作業を特に容易に行うことができる。なお、第１固定端２１及び第２固定端２２の接近とは、第１固定端２１及び第２固定端２２の両方に対して作業者が移動を伴わない、又は少ない移動で作業を行うことができる程度をいう。
【００４３】
第２に、波力発電装置１の製造コストを抑制することができる。これは、機械室７の構成を簡易にできるからである。
【００４４】
第３に、伝達機構４Ａの耐久性を向上することができる。これは、伝達機構４Ａを構成するいずれの部材も水没しないからである。
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ａ      波力発電装置
２            胴体
３、３Ａ      発電ブイ
４、４Ａ      伝達機構
５            発電機
６            柱状部材
７            機械室
８            定滑車
９、９Ａ      ワイヤ
１０          テンショナ
２０          ブイ滑車
２１          第１固定端
２２          第２固定端
２３          弾性機構
２４          動滑車
ＷＬ          平均潮位面
Ｐ１          上部吊り点
Ｐ２          下部吊り点
【図１】
2014156791.tif 000003
【図２】
2014156791.tif 000004
【図３】
2014156791.tif 000005
【図４】
2014156791.tif 000006