(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域内の波運動に応答するように設計される容器であって、その容器は両側にある２つの端部を有し、各端部はトップ部領域とボトム部領域とを有し、前記トップ部領域と前記ボトム部領域との間の距離は移動距離を画定する容器と、
前記容器内に位置する波エネルギー変換器装置であって、（ａ）前記容器の一方の端部付近に配置される第１の反動質量及び前記容器の反対側の端部付近に配置される第２の反動質量と、（ｂ）前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量がそれぞれのトップ部領域とボトム部領域との間で概ね上下に動き、一方の反動質量が上に動くとき、他方の反動質量が下に動き、前記一方の反動質量が下に動くとき、前記他方の反動質量が上に動くように、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量に連結され、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を相互接続する手段とを備える波エネルギー変換器装置と、
前記反動質量の動きに応答して、前記反動質量の運動を有用なエネルギーに変換する動力取出装置（ＰＴＯ）と、
を備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項２】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量に連結され、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を相互接続する前記手段は、ケーブル接続手段とローラーとを備え、前記反動質量間に接続される前記ケーブル接続手段は、前記反動質量をプッシュ・プル構成において概ね上下に動かすように前記ローラーへ巻回される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項３】
請求項２に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、各反動質量の概ね上方にトップ部ローラーが位置し、各反動質量の概ね下方にボトム部ローラーが位置し、各反動質量はトップ部接続点及びボトム部接続点を有し、前記ケーブル接続手段は前記トップ部ローラーに巻回され、前記反動質量の前記トップ部接続点間に接続される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項４】
請求項３に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記ケーブル接続手段は、前記ボトム部ローラーに巻回されて前記反動質量の前記ボトム部接続点間に接続されるケーブル接続手段を備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項５】
請求項４に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記反動質量の前記動きに応答する動力取出装置（ＰＴＯ）は前記ケーブル接続手段に連結され、前記ケーブル接続手段によって駆動されて電気エネルギーを生成する、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項６】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量は、それぞれの相互接続手段及びそれぞれのＰＴＯとともに第１の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）装置を画定し、前記容器内に追加の類似のＷＥＣ装置が配置される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項７】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器は、到来波に面するように配置される長さ（Ｌ）と、幅（Ｗ）と、高さ（Ｈ）とを有し、ＬはＷに等しいか、もしくはＷよりも長い、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項８】
請求項７に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器の寸法及び形状は、前記水域内の前記波の作用として前記容器の縦揺れ運動を高めるように、かつ前記容器の前記縦揺れ運動に応答して前記反動質量の運動を高めるように選択される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項９】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量に連結され、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を相互接続する前記手段は、前記容器内に取り付けられ、前記容器の長さに沿って延在する硬質のレバーを備え、前記硬質のレバーはその中心点において旋回し、一方の反動質量は前記レバーの一端に接続され、他方の反動質量は前記レバーの他端に接続される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量に連結され、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を相互接続する前記手段は、第１のレバーアームを介して前記第１の反動質量に取り付けられる第１の回転可能部材及び第２のレバーアームを介して前記第２の反動質量に取り付けられる第２の回転可能部材と、前記第１の回転可能部材と前記第２の回転可能部材との間に接続され、前記第１の回転可能部材及び前記第２の回転可能部材を連動させるリンク手段とを備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を相互接続する前記手段は、前記容器内に位置し、一方の反動質量の上方への動き及び他方の反動質量の下方への動き、及びその逆の動きを高めるように前記反動質量の前記動きに応答する液圧システムを備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１２】
請求項７に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器の前記長さＬは、前記容器が動作する前記波の波長の１／２に概ね等しい値を有するように選択される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器は、水平面に沿って対称又は非対称いずれかの構造を有する、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１４】
請求項８に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記長さＬは前記幅Ｗよりも長く、前記容器は、前記長さＬが到来波に面するように前記容器を向ける手段を備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器は完全に密閉される、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１６】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器は前記第１の反動質量を収容する第１の部分と、前記第２の反動質量を収容する第２の部分とを備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器は、前記第１の部分と前記第２の部分との間の中心に位置して前記ＰＴＯを収容する第３の部分を備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１８】
請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器の前記中心付近に位置するヒーブ応答ＷＥＣ装置を更に備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項１９】
水域の水面に沿って延在し、前記水域内の波のヒーブ運動及び縦揺れ又は横揺れ運動に応答するように設計され、外側周辺部及び中央領域を有する容器と、
前記波の前記ヒーブ運動に応答するように設計され、前記容器内の、前記容器の概ね前記中央領域に取り付けられ、主に前記容器のヒーブ運動に応答するヒーブ応答波エネルギー変換器（ＷＥＣ）装置と、
前記波の前記縦揺れ又は横揺れ運動に応答するように設計され、前記容器内部の、前記容器の概ね前記外側周辺部付近に取り付けられ、主に前記容器の縦揺れ又は横揺れ運動に応答するＮ個のピッチ応答波エネルギー変換器（ＷＥＣ）装置であって、Ｎは１以上である、Ｎ個のピッチ応答波エネルギー変換器装置と、
前記ヒーブ応答ＷＥＣ装置及び前記ピッチ応答ＷＥＣ装置のそれぞれに連結され、ヒーブ運動及びピッチ運動に応答して有用なエネルギーを生成する動力取出（ＰＴＯ）装置と、
を備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、各ピッチ応答ＷＥＣ装置は、（ａ）前記容器の一方の端部付近に配置される第１の反動質量及び前記容器の反対側の端部付近に配置される第２の反動質量と、（ｂ）前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量がそれぞれのトップ部領域とボトム部領域との間で概ね上下に動き、一方の反動質量が上に動くとき、他方の反動質量が下に動き、前記一方の反動質量が下に動くとき、前記他方の反動質量が上に動くように、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量に連結され、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を相互接続する手段とを含む、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、前記容器に連結され、前記ＰＴＯ装置間の動力接続及び前記容器への任意の外部接続を与える玉継手を更に備える、波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【請求項２１】
水域内で中央に位置するハウジングと、
Ｎ対のハウジングと、を備える水域内で動作可能な波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムであって、
Ｎは１以上であり、前記Ｎ対のハウジングは前記中央に位置するハウジングを囲むとともに前記Ｎ対のハウジングは、水域の水面に沿って延在し、前記水域内の波の縦揺れ又は横揺れ運動に応答するように設計され、
前記Ｎ対のそれぞれ対をなすハウジングは、第１の反動質量を有する第１のハウジングであって、前記各対の第１のハウジングは前記中央に位置するハウジングの一方の側に位置する第１のハウジングと、第２の反動質量を有する第２のハウジングであって、前記各対の第２のハウジングは前記中央に位置するハウジングの反対側に位置する、第２のハウジングと、ピッチ駆動ＷＥＣを形成するように前記中央に位置するハウジングを通り抜けた、前記第１の反動質量及び前記第２の反動質量を有するそれぞれのハウジングを相互接続するとともにリンクする手段と、を備え、
前記中央に位置するハウジングは、有用なエネルギーを生成するために前記反動質量を相互接続するとともにリンクする前記手段に接続された少なくとも１つの動力取出装置（ＰＴＯ）を備える、水域内で動作可能な波エネルギー変換器（ＷＥＣ）システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に短い周期を有する波に応答する新規の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）装置、及びそのような装置を具現するＷＥＣブイ（システム）に関する。
【０００２】
本発明は、その教示を引用することにより本明細書の一部をなす以下の仮特許出願：（ａ）２０１１年３月２８日に出願の「PITCH DRIVEN WAVE ENERGY CONVERTER (PDWEC)」と題する米国仮特許出願第６１／５１６，００４号、（ｂ）２０１１年３月２８日に出願の「MULTI-MODE WAVE ENERGY CONVERTER SYSTEM」と題する米国仮特許出願第６１／５１６，００３号、及び（ｃ）２０１１年３月２８日に出願の「HYDRAULIC SPRING」と題する米国仮特許出願第６１／５１６，０２５号に対し優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術のＷＥＣの設計は、高振幅、長周期の波を有する高エネルギーの波候（米国太平洋岸北西部、欧州、豪州）において最も効率的である「ヒーブ」（又は上下）波応答システムの開発に主に重点を置いてきた。これらの場所では、ヒーブ応答ＷＥＣシステムが最初に経済的に実行可能になるという期待があった。しかしながら、ヒーブ応答ＷＥＣ技術は、短い周期の波を有する波候（米国東部、メキシコ湾、ハワイ、英国北部及び西部、日本）では比較的非効率的である。
【０００４】
マス・オン・スプリング（mass-on-spring）ＷＥＣ又はＭＯＳＷＥＣ技術（米国特許第７，４４３，０４６号及び米国特許第８，０６７，８４９号）と参照される場合がある、対象となるＷＥＣ技術は、波がハルに作用するのに応じて振動するばねとともに、外側ハル／容器に取り付けられた内部荷重（「反動質量」）を用いることを含む。ＭＯＳＷＥＣ技術の利点は、全ての可動部品を乾燥窒素環境内に気密封止することができ、海洋環境における存続性を改善することである。しかしながら、ＭＯＳＷＥＣ技術が抱える問題は、ばねの実現である。ばねは、支配的な波周波数付近の周波数において反動質量が振動できるようにするほど十分に「柔らかく」なければならないが、それでも、行程中心付近に反動質量を保持するほど十分に堅くなければならない。反動質量が非常に重いとき（１０００キログラム以上）、重力に対抗するのに必要とされる既知の物理的なばねは満足のいくものではない。結果として、ＭＯＳＷＥＣ技術は現在、相対的に小さな動力の自律式ＷＥＣの応用形態に限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
短い周期の波の場合に効率的で、かつ費用対効果があり、（従来技術のように）重力に対抗するのにばねを必要としないＷＥＣ装置、及びそのようなＷＥＣ装置を組み込むシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本出願人の発明は、ピッチ駆動（ＰＤ）ＷＥＣ技術と呼ばれる場合があり、実施する際に、重力を克服するのにばねを必要としない新規のＷＥＣ技術を対象とする。「ピッチ駆動」ＷＥＣ（「ＰＤＷＥＣ」）技術では、反動質量が、水域の水面に沿って浮遊するように設計された容器の正反対の両端に配置される。反動質量は、適切なリンク機構（例えば、機械式、液圧式、空気圧式）を介して接続することができ、リンク機構によって、反動質量は、互いにカウンターバランスとしての役割を果たす。本発明によれば、水域の水面に沿って浮遊し、波運動に応答するように設計された容器の両端に少なくとも２つの反動質量が配置される。２つの反動質量は相互接続され、互いに釣り合うように機能し、それにより、一方の反動質量が上方に駆動されるとき、他方の反動質量が下方に、すなわち、反対方向に駆動され、逆も同様である。これにより、「重力」ばねを必要とすることなく、反動質量が実効的に振動運動できるようになる。
【０００７】
重力に対抗するのにばねを使用する必要はなくなる（システムを調整し、システムを振動させるのに依然としてばねが用いられる場合があるが、これらのばねは「柔らかい」ばね又は電気的に達成されるばねとすることができる）。各反動質量対が「シーソー」のように動作するので、ＰＤＷＥＣ装置は、ピッチ（前後）及びロール（左右）の力及び運動から主にエネルギーを取り込む。
【０００８】
上記で言及されたように、従来技術は、ヒーブ（上下）の力及び運動を利用して、波エネルギーを利用し、長い周期の波に応答して、より効率的に、かつより有効的にエネルギーを取り入れる。対照的に、低振幅で短い周期の波に応答する場合、ＷＥＣブイのピッチ及びロールの力及び運動を利用してエネルギーを取り入れるのが、より効率的になる。
【０００９】
新規のＷＥＣ装置は、本明細書において「ピッチ駆動」波エネルギー変換器（ＰＤＷＥＣ）装置と呼ばれる。新規のＰＤＷＥＣ装置は、波の「縦揺れ」への応答を高めるように設計された容器内に収容することができる。ＰＤＷＥＣ装置は、その容器内に適切に位置するときに、波の「横揺れ」運動にも同じく適用することができ、応答する。
【００１０】
以下に記述する検討及び添付の特許請求の範囲において、「ＷＥＣシステム」又は「ＷＥＣブイ」は、ＷＥＣ装置を含む、任意の適切な形状の容器を指すこと、及び含むことを意図している。本発明を具現するＷＥＣシステム／ブイでは、波に起因する容器の縦揺れ（又は横揺れ）に主に応答する少なくとも１つのＷＥＣ装置が含まれる。
【００１１】
本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置は、ＷＥＣ装置の前後への揺れ（「縦揺れ」）を引き起こす波に主に応答するように設計され、相対的に短い周期の波によって作用されるときに極めて効率的であり、費用対効果がある。本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置は、ＷＥＣブイ内に収容することができるか、又は「縦揺れ」（又は「横揺れ」）を引き起こす波を受けるＷＥＣシステムの一部とすることができる。ＰＤＷＥＣ装置は、ＷＥＣブイを上下に揺らす（動かす）波に主に応答するヒーブ応答ＷＥＣ装置とは異なる。
【００１２】
ピッチ運動及び／又はロール運動への応答を高めるように、異なる構成の対をなす反動質量を有する異なるタイプのＰＤＷＥＣ装置を用いて、本発明を実施することもできる。
【００１３】
本発明の別の態様は、ピッチ／ロール運動を高める種々の形状の容器を対象とする。
【００１４】
本発明を具現するＷＥＣブイの容器／ハルは水平面に沿って対称又は非対称な構造にすることができ、完全に又は部分的に密閉することができる。対称な構造は、設計し、構成するのが容易な場合がある。船殻のような非対称な構造は、反動質量及びＰＴＯの数を削減できるようにする場合があり、それゆえ、場合によっては、より良好な手法である場合がある。非対称な構造が用いられる場合、ハルは、ハルを支配的な波の方向に向けたままにする何らかのシステムを必要とする。係留装置、風向装置、又は能動的な推進装置（例えば、スラスター又は動力付きプロペラ）によって向きを合わせることができる。
【００１５】
ＷＥＣブイの容器／ハルの長さ（Ｌ）［及び／又はその幅（Ｗ）］は、ＷＥＣブイが動作する波の通常の（平均的な）波長の比であるように選択することができる。長さ（又は幅）は、波長の数分の一から概ね１波長まで及ぶことができる。しかしながら、最良の縦揺れ応答を得るには、容器の長さ（及び／又は幅）は、波の波長の１／２に概ね等しくすべきである。
【００１６】
容器の高さ（Ｈ）は、幅範囲（例えば、容器の長さの０．１〜１．５倍）にわたって変化する場合がある。容器／ハルの選択される高さは、種々の要因［例えば、行程を画定する反動質量の所望の変位又は移動距離、乾舷（水面上の高さ）、安定性及び存続性等］の関数とすることができる。
【００１７】
本出願人の発明は、実用規模の「ピッチ駆動」波エネルギー変換（「ＰＤＷＥＣ」）システムの設計を作成するのにも適している。そのピッチ駆動装置を用いて、種々の装置の出力が収集され、結合されて共通の出力を与える「波ファーム（wave farm）」を形成することができる。
【００１８】
縮尺通りに描かれていない添付の図面において、類似の参照文字は類似の構成要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施するのに用いることができるＷＥＣブイの容器／ハルを示す非常に簡略化された等角図である。
【図２Ａ】本発明による、ＷＥＣブイの容器内に取り付けられる、本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置を示す非常に簡略化された等角図である。
【図２Ｂ】容器内に配置され、２つの発電機を駆動するように構成される、本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置を示す非常に簡略化された断面図である。
【図２Ｃ】本発明による、その反動質量がＰＴＯに直接接続される、本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置を示す非常に簡略化された断面図である。
【図２Ｄ】本発明による、その反動質量が（ａ）液圧装置を用いて互いに連結され、かつ（ｂ）ＰＴＯに直接接続される、本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置を示す非常に簡略化された断面図である。
【図３】容器内に配置される、本発明を具現する２組の対をなすＰＤＷＥＣ装置を示す非常に簡略化された平面図である。
【図４】図３に示されるシステムの非常に簡略化された断面図である。
【図５】異なる波長の波に対するＷＥＣブイの効果及び応答を示す図である。
【図６】本発明に従って、ＷＥＣブイの容器の形状をその縦揺れ応答を高めるように変更することを示す非常に簡略化された断面図である。
【図７】本発明を具現する、「シーソー」のように梃子で駆動されるＰＤＷＥＣ装置を示す非常に簡略化された断面図である。
【図８Ａ】波のピッチに応答し、かつ中に取り付けることができるＰＤＷＥＣ装置の応答を高めるように設計された種々の非対称な形状の船形ハル／容器の等角図である。
【図８Ｂ】波のピッチに応答し、かつ中に取り付けることができるＰＤＷＥＣ装置の応答を高めるように設計された種々の非対称な形状の船形ハル／容器の等角図である。
【図８Ｃ】波のピッチに応答し、かつ中に取り付けることができるＰＤＷＥＣ装置の応答を高めるように設計された種々の非対称な形状の船形ハル／容器の等角図である。
【図９Ａ】「船首」及び「船尾」に反動質量が配置され、質量体が直線的に上下に動くことができる、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃのような、非対称な形状の容器の断面図である。
【図９Ｂ】「船首」及び「船尾」に反動質量が配置され、質量体が直線的に上下に動くことができる、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃのような、非対称な形状の容器の平面図である。
【図１０Ａ】旋回点の回りを回転するように構成される相互接続された反動質量を含む、本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置の断面図である。
【図１０Ｂ】旋回点の回りを回転するように構成される相互接続された反動質量を含む、本発明を具現するＰＤＷＥＣ装置の平面図である。
【図１１Ａ】本発明に従って相互接続される、本発明を具現するマルチシェルＰＤＷＥＣ装置の非常に簡略化された等角図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの一部の非常に簡略化された断面図である。
【図１１Ｃ】反動質量を連結するのに液圧システムを用いることを示す、図１１Ａの一部の非常に簡略化された断面図である。
【図１２】そのハル内にピッチ駆動波エネルギー取込みシステム及びヒーブ応答波エネルギー取込みシステムが取り付けられる、マルチモードＷＥＣブイのブロック図である。
【図１２Ａ】ＷＥＣブイ内のＰＤＷＥＣとともに用いることができる、ヒーブ運動に応答するＷＥＣ装置の非常に簡略化された断面図である。
【図１２Ｂ】ＷＥＣブイ内のＰＤＷＥＣとともに用いることができる、ヒーブ運動に応答するＷＥＣ装置の非常に簡略化された断面図である。
【図１２Ｃ】ＷＥＣブイ内のＰＤＷＥＣとともに用いることができる、ヒーブ運動に応答するＷＥＣ装置の非常に簡略化された断面図である。
【図１３】ＷＥＣブイが縦揺れ及び／又は横揺れできるようにする、ＷＥＣブイの係留構成を示す非常に簡略化された図である。
【図１４】ＷＥＣブイの電力入力／出力を外部システムに連結できるようにする玉継手接続を示す非常に簡略化された断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、１つ又は複数の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）装置を含むことができる容器１００を含むＷＥＣブイ１０を示す。ブイは高さＨ、幅Ｗ及び長さＬを有する。ブイは、全てのタイプの波運動、例えば、ヒーブ（上下）運動、ピッチ（前後揺動）運動及びロール（左右揺動）運動に応答するように設計される。高さ、長さ及び幅の寸法は、広範囲にわたって変化することができる。高さ「Ｈ」は、（反動質量の移動経路、ストロークにとって）十分な変位、及び波エネルギーを取り込むのに必要とされる乾舷を与えるように設計される。対称なハルの場合、寸法「Ｌ」及び「Ｗ」は同じとすることができる。非対称なハルの場合、寸法ＬはＷよりも大きくすることができる。ピッチ駆動非対称ＷＥＯブイの場合、受動的手段又は能動的手段によって、好ましくは長い方の辺が到来波に面するように向けることができる（又は向けられることになる）。容器は開放することもできるし、完全に密閉することもできることに留意されたい。完全に密閉される場合には、容器／ハルは気密封止された構造とすることができ、不活性ガスを充填することもできる。
【００２１】
ピッチ駆動ＷＥＣ（ＰＤＷＥＣ）装置は一般的に縦揺れ運動及び横揺れ運動に応答する。容器の長さに沿って配置されるとき、ＰＤＷＥＣは、容器１００が縦揺れ効果又はシーソーのような効果と呼ぶことができる運動に応答させる様々な表面波振幅に主に応答するように設計される。容器の幅に沿って配置されるとき、ＰＤＷＥＣは、容器１００に、横揺れ運動と呼ぶことができる運動に応答させる様々な表面波の振幅に主に応答するように設計される。
【００２２】
図２Ａは、ピッチ駆動ＷＥＣ（ＰＤＷＥＣ）装置が取り付けられた容器１００を含むＷＥＣブイ１０を示す。ＰＤＷＥＣ装置は、一方の質量体が上昇するときに、他方の質量体が降下するように連結される２つの対をなす反動質量（Ｍ１、Ｍ２）を含む。それらの反動質量は、互いにカウンターバランスとしての役割を果たす。図２Ａにおいて、反動質量Ｍ１は、その上側において、ローラーＲ１の上を通るケーブル／ベルト１１０の一端に接続される。ケーブル１１０は、ハル１００の長さに沿ってハルの上側に延在し、ローラーＲ２の上を通って、反動質量Ｍ２の上側に接続される。Ｍ２の下側はローラーＲ３の下を通るケーブル／ベルト１１２の一端に接続される。ケーブル／ベルト１１２はハルの長さに沿って、ハルの下側に、かつＰＴＯ１２０の周囲に（ＰＴＯを駆動して、動力を生成するように）延在し、その後、ローラーＲ４の下に延在し、Ｍ１の下側に取り付けられる。ローラーＲ１はシャフト１０２ａに取り付けられ、シャフト１０２ａによって適所に保持される。同様に、ローラーＲ４はシャフト１０２ｂに取り付けられ、シャフト１０２ｂによって適所に保持される。ローラーＲ２はシャフト１０４ａに取り付けられ、シャフト１０４ａによって適所に保持され、ローラーＲ３はシャフト１０４ｂに取り付けられ、シャフト１０４ｂによって適所に保持される。シャフト１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂは容器の幅（又は長さ）にわたって延在することができるか、又は内部支持フレームによって適所に保持されることができる。
【００２３】
ＰＴＯ１２０は、適切に支持されるシャフト１０６（例えば、シャフトはハルの幅にわたって延在することができる）上に取り付けられ、シャフト１０６によって適所に保持される。一例として、ＰＴＯは、ケーブル１１２内の対応する溝によって駆動されるスプロケットを有する発電機を含むことができる（代わりに、摩擦駆動が用いられる場合もある）。代替的には、ＰＴＯは、Ｍ１及びＭ２の相対運動を有用なエネルギーに変換するように設計される任意の適切な装置とすることができる。
【００２４】
図２Ｂでは、発電機とすることができる複数のＰＴＯ装置（１２０ａ、１２０ｂ）が、種々のスプロケット／発電機の組み合わせにケーブル１１２を巻回することによって駆動されるように示される。また、図２Ｂは、反動質量が設定された経路に沿って上下に移動するのを確実にするように、実際にはガイドレール（１２６ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を設けることができることを示す。
【００２５】
図２Ｃでは、反動質量（Ｍ１、Ｍ２）の上側は、ベルト／ケーブル１１０によって互いに接続され、反動質量の下側は、それぞれのＰＴＯ（ＰＴＯ１及びＰＴＯ２）に連結されるように示される。
【００２６】
図２Ｄでは、反動質量（Ｍ１、Ｍ２）は液圧シリンダーによって支持され、一方の質量体によって及ぼされる力が他方の質量体に連結されるように、シリンダーは液圧ホースによって相互接続される。２つの反動質量のうちの少なくとも一方に動力取出装置が接続される。
【００２７】
図に示されるように、本発明を具現するＷＥＣブイは、プッシュ・プル構成において容器の両側に取り付けられる、対をなす反動質量Ｍ１及びＭ２を含む。反動質量は、互いに反対方向に動くように、機械的なリンク機構を介して互いに連結される。ＰＤＷＥＣ装置の動作の説明は以下の通りである。反動質量の高い慣性に起因して、反動質量は動かないままになる傾向がある。しかしながら、そのシステムは発電機（例えば、１２０）を含み、発電機は運動に対する或る「抵抗」を与える。容器（シェル）が上に動き始めるとき、シェルと反動質量との間に速度差が生成される。速度差が大きくなるにつれて、発電機制御アルゴリズムが、（ピニオン又はプーリーにかかるトルクを介して）増加するバックフォースを適用することになる。発電機によって与えられる抵抗に起因して、反動質量は最終的にはシェルとともに動き始めることになる。波の作用に起因して、シェルは最終的に動かなくなる。一方、反動質量は動いており、発電機が反動質量を減速するか、又は反動質量が端部係止機構に突き当たるまで、同じ方向に動き続ける。シェル速度が反対方向において増加するにつれて、発電機は減衰力を加えることになり、最終的には、シェル運動と同じ方向（この場合には下方）に反動質量を引っ張る。このサイクルが、シェル運動から遅れて反動質量運動で繰り返されることになる。反動質量及びばねの組み合わせは、振動システムを形成する質量体及びシェルの相対運動を増加させ、反動質量を相互接続する構成要素を動かす役割を果たす。反動質量が動くことによって、相互接続する機械的なリンク機構が動き、それにより、ＰＴＯが駆動される。（代替的には、反動質量の動きを用いて、関連する液圧システムに力を加え、ＰＴＯを駆動することができる）
【００２８】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、対をなす反動質量（Ｍ１、Ｍ２）は、１組のガイドレールに沿ってボトム点とトップ点との間を垂直な経路に沿って上下に動く。ガイドレールのトップ部及びボトム部に係止機構（図示せず）を設け、反動質量の往復運動を制限することができる。反動質量は互いに連結され、それにより、１つ又は複数の動力取出（ＰＴＯ）機構が、反動質量の運動及びその連結機構の運動を有用なエネルギー（例えば、電気エネルギー）に変換するように駆動される。反動質量は互いに連結することができ、かつケーブル若しくはベルト又は液圧装置又は空気圧装置のような簡単な連結リンク機構を介してＰＴＯに連結することができる。ＰＴＯは全く別のユニットとすることができる。代替的には、連結機構をＰＴＯの一部として使用することがより実効的である場合がある。
【００２９】
図３及び図４に示される実施形態では、２つのＰＤＷＥＣ装置が存在し、各装置が２つの反動質量を有し、それぞれのＰＴＯを駆動する。図３は、柔軟ベルトを用いて連結され、２つのＰＤＷＥＣ装置を形成する２組のカウンターバランス用の反動質量Ｍ１及びＭ２、Ｍ３及びＭ４を示す。それらの質量は、スチールケーブル及びプーリーのような他の装置によって、及び／又は図２Ｃ若しくは図２Ｄに示される他の方法のうちのいずれかによって連結することができる。容器１００内に取り付けられる２組以上のＰＤＷＥＣ装置によって、ＷＥＣブイ１０がその垂直軸の回りで偏揺れしないようにする。図３に示される向きのように、質量体Ｍ１及びＭ２、並びに関連する構成要素は、「縦揺れ」運動に応答することになり、質量体Ｍ３、Ｍ４及びその関連する構成要素は、「横揺れ」運動に応答することになる。
【００３０】
図４は、上記の図３の複数のＰＤＷＥＣ装置の側断面図を示す。ＰＴＯ（又は発電機）１２０は、缶１００のボトム部に沿って位置することができ、１２０ａ及び１２０ｂの場合に図示されたように駆動することができるか、又は缶１００のトップ部に沿って位置することができ、任意の適切な装置及び／又は構成によって駆動することができる。容器内に２つ以上のＰＤＷＥＣ装置を有することが好ましい。１組のＷＥＣ装置しかない場合、ＷＥＣブイは、波の方向に対して平行に回転する傾向がある。しかしながら、ＰＤＷＥＣの最適な数は、種々の要因に応じて異なる場合がある。
【００３１】
歯付ベルト及びプーリー（スプロケットの有無にかかわらず）を用いて、正反対に位置する反動質量をＰＴＯに連結することができ、かつ永久磁石発電機を用いてＰＴＯに機械的動力を伝達することもできる。質量体間の機械的リンク機構に対する代替形態はケーブル及びプーリーシステム、又はレバータイプシステム、又はリニア若しくはロータリー液圧装置（例えば、ホースと連結される液圧シリンダー）、又はリニア若しくはロータリー空気圧装置である。機械的リンク機構に対してケーブル及びプーリーシステムが用いられる場合には、ＰＴＯに対してラックアンドピニオン装置を用いることができる。ボールねじ、ダイレクトリニア発電機、ロータリー発電機に連結される液圧装置、ロータリー発電機に連結される空気圧装置を含む、他のＰＴＯを用いることもできる。
【００３２】
反動質量は、鋼、コンクリート又はその組み合わせから形成することができる。構造的な支持及び外部とのインターフェースのために鋼を含むコンクリートの反動質量が、最も安価な解決法を提供することができる。駆動系においてベルトリンク機構が用いられる場合には、簡単なリニアベアリング（例えば、レール上の車輪）を使用することが可能である。この手法はコストを著しく削減することができ、非常に信頼性があり、かつ寿命が長いベアリングシステムを提供することができる。反動質量の重量は、１００キログラムから５００００キログラム以上に及ぶ場合があり、ＷＥＣブイのサイズ及び生成される動力量に依存する。
【００３３】
図５は、ＷＥＣブイの容器の長さ（Ｌ）と波の波長（λ）との間の幾つかの取り得る関係を示す。波形Ａ及びＢの場合に示されるように、容器の長さＬが到来波の波長に等しいか、それよりも長いとき、容器は、最小限にしか前後に縦揺れしない場合がある。すなわち、波長（λ）が容器の長さより短い場合には（Ｌ＞λ）、ＷＥＣブイは幾つかの波頂点にまたがるので、ブイはあまり縦揺れ運動を受けない。波形Ｃの場合に示されるように、容器の長さＬが波の波長の約半分に等しいとき、容器はより有効的に前後に縦揺れする。すなわち、ブイ長Ｌが波長の半分程度である場合には、ピッチ駆動ブイは最も良好に動作する。波形Ｄの場合に示されるように、その波長が容器の長さ（「Ｌ」）よりはるかに長い場合、容器は、最小限にしか前後に縦揺れしない場合がある。すなわち、波長がブイ長よりもはるかに長い場合には（λ＞Ｌ）、ブイ容器全体が上昇や降下している間に波は頂点や谷に達するため、ブイはあまり縦揺れ運動を受けない。
【００３４】
それゆえ、ＰＤＷＥＣ装置を用いるときに容器の長さを選択する際の要因は、到来波に対して最適な縦揺れを与える容器の長さである。
【００３５】
図６は、ハル１００を波に対するハルの縦揺れ応答を改善するように成形及び拡張することができるように、モジュール１００ａ、１００ｂを容器／ハルに追加できることを示す。追加構造を用いて、ブイシェル（ハル）の形状を変更し、ブイの縦揺れ性能を高めることができると考えられる。他の形状を用いて、容器／ハルの「縦揺れ」応答を改善することもできる。
【００３６】
図７は、本発明を具現する別のピッチ駆動ＷＥＣ装置を示す。図７は、中央に位置するピボット上に載置されるレバーアームを用いる、本発明の実施態様を示す非常に簡略化された図である。レバーアームの一端に反動質量Ｍ１が接続され、レバーアームの他端に反動質量Ｍ２が接続される。この実施形態では、反動質量（Ｍ１、Ｍ２）は、一方の反動質量が上に動くとき、他方の反動質量が下に動くように、旋回点７０２（ＷＥＣブイ容器１００の概ね中心に位置する）に接続される硬質の梁（レバー）７００によって接続される。ＰＴＯ装置（ＰＴＯ１及びＰＴＯ２）は、接続用梁に接続することができるか、又は１つ若しくは複数の反動質量に直接接続することができる。したがって、容器１００の縦揺れ動作に応答して、反動質量はシーソー効果を生じさせ、それにより、ＰＴＯを有効的かつ効率的に駆動する。この構成の場合、反動質量を相互接続するのに、ベルト及び（重力）ばねは不要であることに留意されたい。また、レバーアームのそれぞれの端部は、自らのＰＴＯを駆動するように設計することができ、ＰＴＯは他のＰＴＯから独立して動作することができる。
【００３７】
容器／ハル１００は、図１及び図２Ａにおいて提案されるように、「ツナ缶」又は女性用帽子箱のように成形することができる。代替的には、容器／ハルは、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに示されるような任意の適切な形状を有することができる。図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、本発明を実施するようにピッチ駆動ＷＥＣ装置を取り付けることができる非対称な形状の容器／ハルの等角図である。これらの構造は、それらの前（最も狭い）側が到来波に向くようにして動作することが好ましい。図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、非円筒形の、非対称なシェルを有するピッチ駆動ＷＥＣブイを示す。これらの実施形態では、「前後」に位置する反動質量のみが用いられる。１組のＷＥＣ装置しかない場合、ＷＥＣブイは、波の方向に対して平行に回転する傾向がある。ブイを波に向けておくのに、操舵装置（例えば、帆、舵及びプロペラ等）が必要とされる場合がある。
【００３８】
図９Ａ及び図９Ｂはそれぞれ、図８Ａから図８Ｃに示される非対称なタイプの容器内に取り付けることができるＰＤＷＥＣ装置の側面図及び平面図を示す。図９Ａ及び図９Ｂは、非対称な形状のハルの「船首」及び「船尾」内に配置される反動質量が非対称な形状のハルの縦揺れ運動に応答して上下に動く構成を示す。
【００３９】
図１０Ａ及び図１０Ｂはそれぞれ、本発明を具現する別のＰＤＷＥＣ装置を示す、代表的な断面図及び平面図である。一対の反動質量（Ｍ１、Ｍ２）が容器１００の両端（容器の「船首」及び「船尾」）に位置する。反動質量が水平軸の回りを上下に回転することができるように、反動質量がピボットアームによってそれぞれのドラム（Ｄ１、Ｄ２）に取り付けられる。ドラムは、容器１００の両側に取り付けられる回転可能シャフト（７６ａ、７６ｂ）上に取り付けられる。ドラムが連動するように、ドラム（Ｄ１、Ｄ２）の周囲に接続されるベルト（Ｂ１、Ｂ２）が示される。反動質量は、容器の縦揺れ運動に応答して主に上下運動するように動き、容器は波の縦揺れ運動に応答して縦揺れ運動する。２つの反動質量のうちの１つ（例えば、Ｍ１）による一方向（例えば、上方）への動きは、他方の反動質量（例えば、Ｍ２）の他方向（例えば、下方）への動きによって釣り合う。図１０Ａ及び図１０ＢのＰＤＷＥＣ装置は、対称な形状のハル又は非対称な形状のハルにおいて用いることができる。この実施形態は、リニアベアリング（又はガイド）又はリニアＰＴＯが不要であるという点で好都合である。反動質量及び／又はドラム及び／又はベルトに任意の数及び任意のタイプのＰＴＯ装置を接続することができる。
【００４０】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、マルチシェルピッチ駆動ＷＥＣシステムの構造を示す。シェル／容器（例えば、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）は、互いに対するシェルの位置が動かないように保持するべく、硬質の上側管８００ａ及び下側管８００ｂによって構造的に相互接続される。相互接続構造は円管とすることができる。これらの管は、反動質量対を連結する機構（例えば、ベルト、ケーブル）を導く役割も果たすことができる（図１１Ｂを参照）。マルチシェル手法は、最適な縦揺れ運動を与えるように構成することができる。例えば、シェル間の距離は、巨大な単体のハルを必要とすることなく、長い波長に合わせて「調整する」ことができる。複数のシェルを使用することは、ＷＥＣブイの製造も簡単にし、コストを節減する。図１１Ｂは、一対の反動質量（Ｍ１、Ｍ２）が別々のシェルに収容されるＰＤＷＥＣ装置の実施形態を示す。すなわち、Ｍ１はシェル１００ａ内で上下に動くことができ、Ｍ２はシェル１００ｂ内で上下に動くことができる。反動質量は、その上側においてベルト１１０を介して、かつその下側においてベルト１１２介して相互接続される。ベルトは、中央に位置するシェル１００ｃを通るようになされ、それらのベルトを用いて、発電機１２０ａ、１２０ｂを駆動する。中央シェル１００ｃは、縦揺れ応答を高めるように、シェル１００ａと１００ｂとの間の旋回点としての役割を果たすことができる。図１１Ａのシステムが設計された波の波長に対して最適な反動質量間隔を得るように、シェルの間隔を選択することができる。１組の反動質量ごとのＰＴＯは、外側シェル内に収容することができるか、図１１Ｂに示されるように、１つの中央シェル内に収容することができる。シェルを接続する管は、反動質量対間、及び反動質量とそれぞれのＰＴＯとの間の機械的リンク機構の管路としての役割を果たすことができる。代替的には、図１１Ｃに示されるように、相互接続管を用いて、液圧システム（１４２）を使用できるようにし、反動質量を相互接続し、ＰＴＯシステムを駆動することができる。
【００４１】
ＰＤＷＥＣ装置は、縦揺れ運動に応答する非常に効率的な動力変換器である。しかしながら、一般的な課題として、波は容器の「上下揺れ」及び「縦揺れ」を引き起こす場合がある。一例として、図５は、容器の長さに対する波の波長によって、任意の容器がヒーブ（上下揺れ）又はピッチ（縦揺れ）する場合があることを示す。波長が変動し得る場合にエネルギー取込みを最適化するように、図１２に示されるように、波のピッチ力及びヒーブ力に応答して動力出力を生成することができるＷＥＣブイ１０を有することが望ましい。図１２は、主にピッチに応答するＷＥＣ装置（ＷＥＣ＃１、ＷＥＣ＃２）及びヒーブに応答するＷＥＣ装置（ＷＥＣ＃３）を含むマルチモードＷＥＣブイ１０を示すブロック図である。ヒーブ応答ＷＥＣ装置は、主にヒーブ運動からのエネルギーを取り込むように、ブイの中心に、又は中心付近に配置することができる。ピッチ応答ＰＤＷＥＣ装置は、ブイの中心から離れて（ＷＥＣブイの外側周辺部付近に）好適には容器／ハル１００の両端に配置され、波のピッチ運動からのエネルギーを取り込む。その際、ＰＤＷＥＣ装置及びヒーブ応答装置の動力出力は結合することができる。ＰＤＷＥＣ装置は、図２（Ａ〜Ｄ）、図７、図１０（Ａ、Ｂ）、図１１（Ａ〜Ｃ）に示されるタイプからなることができるか、又は縦揺れ若しくは横揺れ運動に応答することができる任意のＷＥＣ装置とすることができる。これは、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示される装置を更に含むことができる。通常、ヒーブ応答装置は、図１２Ａ、図１２Ｂ又は図１２Ｃに示されるタイプからなることができる。図１２Ａは、標準的なばね上質量体タイプのＷＥＣである。図１２Ｂは、ベルト２６を介して発電機／モーターに連結される反動質量Ｍ１を含む。発電機は、コントローラー５０によって制御することができ、モーターのように機能することができる。さらに、ばね機能は、流体ライン５３を介してアキュームレーター５２に連結される液圧ポンプ／モーター４８によって与えられる。図１２Ｃは、ばね１５０が取り付けられたドラム１４６にレバーアーム１４６を介して接続される反動質量Ｍ１を含む。反動質量は、その水平位置の周りで回転することができ、ＰＴＯを駆動して、有用なエネルギー（例えば、電力）を生成することができる。代替的には、任意の適切なヒーブ応答装置を用いることができる。図１２Ａ、図１２Ｂ又は図１２ＣのＷＥＣ装置は主にヒーブに応答する装置であることに留意されたい。しかし、それらの装置は、缶１００の外側周辺部付近に配置して、縦揺れへの応答を高めることができる。その場合には、それらの装置は、ピッチ応答装置として用いることもできる。
【００４２】
図１３は、本発明を具現するＷＥＣブイ１０の配置及び係留構成を示す。ＷＥＣブイを係留する方法は、３点係留システムである。通常の３点係留システムでは、ＷＥＣの周囲に等間隔に配置される３つの重力アンカーが３つの補助水中ブイ（ＡＳＢ）をつなぎ留める。ＡＳＢは、水面下の安全な距離に配置される。ＷＥＣブイは、３つのＡＳＢのそれぞれにつなぎ留められる。ＡＳＢは、ＷＥＣブイにかかる下方に引く力を最小化する役割を果たし、大しけ中にエネルギーを減衰させる役割も果たす。ＰＤ−ＷＥＣブイは全ての海面条件において大抵の場合に水面から出ているので、大しけ中に投錨されているボートと概ね同じように動作する。そのように投錨されるとき、ＷＥＣブイ１０は、ヒーブ及びピッチ（及びロール）に応答することができ、それにより、その中に収容されるＷＥＣ装置もそのように応答できるようになる。これは、他のＷＥＣ技術よりも優れた本技術の大きな潜在的利点であり、ＰＤＷＥＣを経済的に実現可能なシステムにすることができる更なる理由である。
【００４３】
図１４は、出力（又は入力）ケーブルがＷＥＣブイと外部装置との間で行き来できるようにする玉継手を示す。ＷＥＣブイは縦揺れ及び横揺れするので、ＷＥＣのボトム部から突出する動力ケーブルは、振幅及び量に関して著しい回転を受けることになる。玉継手タイプ装置を使用することは、頻繁で、かつ大きな屈曲に関する問題を緩和し、それゆえ、動力ケーブルの寿命を延ばし、信頼性を高める。玉継手ケーブルシステムの内側端は現場で交換可能であるように設計することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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