(57)【要約】【課題】一つのロータの回転力で発電を行う水流発電装置について、装置の簡易化を図りつつ、装置本体の姿勢を水中において安定に維持する。【解決手段】水中に配置されて水流の力で発電する水流発電装置は、複数のブレードが水流から受ける力によって回転するロータと、ロータの回転軸に接続されてロータの回転力により発電する発電機と、発電機を収容するポッドとを含む装置本体１０と、装置本体１０を水底に係留する係留索５０と、係留索５０をポッドに連結する連結機構とを備える。装置本体１０は、浮心１０Ｂが重心１０Ｇよりも鉛直方向上側に配置され、ロータの回転方向と反対方向の反動トルクＴ１が装置本体１０に作用して装置本体１０が垂直面に沿って傾斜した際に、浮心１０Ｂでの浮力Ｂと重心１０Ｇでの重力Ｇとにより装置本体１０にロータの回転方向の回転トルクＴ２が作用する。【選択図】図５
2018119490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に配置されて水流の力で発電する水流発電装置であって、
複数のブレードが水流から受ける力によって回転する一つのロータと、前記ロータの回転軸に接続されて前記ロータの回転力により発電する発電機と、前記発電機を収容するポッドとを含む装置本体と、
前記装置本体を水底に係留する係留索と、
前記係留索を前記ポッドに連結する連結機構と、を備え、
前記連結機構は、前記係留索と前記ポッドとを前記ロータの前記回転軸の軸心と直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結し、
前記装置本体は、浮心が重心よりも鉛直方向上側に配置され、
前記ロータの回転方向と反対方向の反動トルクが前記装置本体に作用して前記装置本体が前記垂直面に沿って傾斜した際に、浮心での浮力と重心での重力とにより前記装置本体に前記ロータの回転方向の回転トルクが作用することを特徴とする水流発電装置。
【請求項２】
前記装置本体は、前記浮心が前記ロータの前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向上側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の水流発電装置。
【請求項３】
前記装置本体は、前記重心が前記ロータの前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向下側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の水流発電装置。
【請求項４】
前記ポッドは、前記ロータの前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向上側の内部空間が前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向下側の内部空間よりも広いことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水流発電装置。
【請求項５】
前記係留索は、水平方向のうち水流方向と直交する方向において互いに離れた位置で前記水底に固定される複数の第一係留索を含み、
前記連結機構は、前記複数の第一係留索を前記ポッドの同一位置に連結する第一連結機構を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水流発電装置。
【請求項６】
前記係留索は、第二係留索をさらに含み、
前記連結機構は、前記第一連結機構よりも前記複数のブレード側で前記第二係留索を前記ポッドに連結する第二連結機構を含み、
前記第一連結機構と前記第二連結機構とは、前記回転軸の軸方向からみて重なる位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の水流発電装置。
【請求項７】
前記第二連結機構よりも前記複数のブレードとは反対側で前記ポッドに連結されると共に、前記第二係留索に固定される補助索をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の水流発電装置。
【請求項８】
前記補助索と前記ポッドとの連結部と、前記補助索と前記第二係留索との固定部との相対位置を調節可能であることを特徴とする請求項７に記載の水流発電装置。
【請求項９】
前記装置本体は、前記ポッドに取り付けられ、水流から受ける力によって前記ロータの回転方向の回転トルクを前記装置本体に作用させる複数の翼部を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の水流発電装置。
【請求項１０】
前記複数の翼部は、前記装置本体に鉛直方向下向きの力を作用させることを特徴とする請求項９に記載の水流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海または河川の水流（海流、潮流、河川流）のエネルギーを利用して発電する水流発電装置に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、２組以上の二重反転ロータアセンブリを含む海流エネルギー抽出装置が開示されている。この装置では、１組ごとのロータアセンブリを反対方向に回転させることにより、ブレードの回転による反力により装置自体が水中で回転してしまうことを防いでいる。
【０００３】
特許文献２には、上部のフロート部、下部のバラスト部を結合するシャフトの中間部に、プロペラが取り付けられた発電機を設置し、係留索により水底に係留される水流発電装置が開示されている。この装置では、プロペラの回転に伴う反力により装置が回転軸と直交する垂直面に沿って傾斜すると、フロート部に作用する浮力とバラスト部に作用する重力とにより、傾斜方向とは反対側に向かう力が装置本体に作用する。それにより、２組以上のロータアセンブリを用いることなく、プロペラの回転に伴う反力によって装置本体が水中で回転してしまうことを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１４−５３４３７５号公報
【特許文献２】特開２０１４−５８９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載の水流発電装置は、複数のロータアセンブリを用いることなく装置本体の姿勢を水中において維持することができるものの、シャフトを介して装置本体の上部にフロート部、下部にバラスト部を設けるため、部品点数が多くなり、また、装置構成が複雑になってしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一つのロータの回転力で発電を行う水流発電装置について、装置の簡易化を図りつつ、装置本体の姿勢を水中において安定に維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、水中に配置されて水流の力で発電する水流発電装置であって、複数のブレードが水流から受ける力によって回転する一つのロータと、前記ロータの回転軸に接続されて前記ロータの回転力により発電する発電機と、前記発電機を収容するポッドとを含む装置本体と、前記装置本体を水底に係留する係留索と、前記係留索を前記ポッドに連結する連結機構と、を備え、前記連結機構は、前記係留索と前記ポッドとを前記ロータの前記回転軸の軸心と直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結し、前記装置本体は、浮心が重心よりも鉛直方向上側に配置され、前記ロータの回転方向と反対方向の反動トルクが前記装置本体に作用して前記装置本体が前記垂直面に沿って傾斜した際に、浮心での浮力と重心での重力とにより前記装置本体に前記ロータの回転方向の回転トルクが作用することを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる水流発電装置は、連結機構により、装置本体を水底に係留する係留索とポッドとをロータの回転軸の軸心と直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結するため、この垂直面に沿った装置本体の傾斜が許容される。また、本発明にかかる水流発電装置は、装置本体の浮心が重心よりも鉛直方向上側に配置され、装置本体が傾斜したときに、浮心での浮力と重心での重力とによりロータの回転方向すなわち反動トルクとは反対方向に向けて装置本体に作用する回転トルクによって、装置本体が反動トルクで回転してしまうことを防ぐことができる。その結果、シャフトを介して装置本体の上部にフロート部、下部にバラスト部を設ける構成に比べて、装置を簡易化することができる。従って、本発明にかかる水流発電装置によれば、一つのロータの回転力で発電を行う水流発電装置について、装置の簡易化を図りつつ、装置本体の姿勢を水中において安定に維持することができる。
【０００９】
また、前記装置本体は、前記浮心が前記ロータの前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向上側に配置されることが好ましい。これにより、浮心から回転軸の軸心までの距離を十分に大きくすることができる。その結果、装置本体が反動トルクの作用方向に傾斜した際に、回転軸の軸心を中心として浮力により装置本体に作用する回転トルクをより大きくすることができる。従って、装置本体の傾斜角度をより小さくすることが可能となる。
【００１０】
また、前記装置本体は、前記重心が前記ロータの前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向下側に配置されることが好ましい。これにより、重心から回転軸の軸心までの距離を十分に大きくすることができる。その結果、装置本体が反動トルクの作用方向に傾斜した際に、回転軸の軸心を中心として重力により装置本体に作用する回転トルクをより大きくすることができる。従って、装置本体の傾斜角度をより小さくすることが可能となる。
【００１１】
また、前記ポッドは、前記ロータの前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向上側の内部空間が前記回転軸の前記軸心よりも鉛直方向下側の内部空間よりも広いことが好ましい。これにより、ポッドの回転軸の軸心よりも鉛直方向上側の内部空間をできる限り広い空洞とすることができるため、装置本体の浮心をロータの回転軸の軸心よりも鉛直方向上側に容易に配置することが可能となる。
【００１２】
また、前記係留索は、水平方向のうち水流方向と直交する方向において互いに離れた位置で前記水底に固定される複数の第一係留索を含み、前記連結機構は、前記複数の第一係留索を前記ポッドの同一位置に連結する第一連結機構を含むことが好ましい。これにより、複数の第一係留索によって、装置本体が水平方向のうち水流方向と直交する方向に移動することを抑制することができるため、装置本体を水中により安定に留めることが可能となる。また、第一連結機構により複数の第一係留索をポッドの同一位置に連結することで、装置本体がロータの回転軸と直交する垂直面に沿って傾斜した際に、第一連結機構を基点として装置本体を複数の第一係留索に対して回動させることができる。その結果、複数の第一係留索の一部だけが撓んだり捻じれたりすることを抑制することができるため、装置本体の姿勢を水中において安定に維持することが可能となる。
【００１３】
また、前記係留索は、第二係留索をさらに含み、前記連結機構は、前記第一連結機構よりも前記複数のブレード側で前記第二係留索を前記ポッドに連結する第二連結機構を含み、前記第一連結機構と前記第二連結機構とは、前記回転軸の軸方向からみて重なる位置に配置されることが好ましい。これにより、第二係留索によって装置本体の複数のブレード側が浮き上がることを抑制し、水中における装置本体の姿勢のさらなる安定化を図ることができる。また、第一連結機構と第二連結機構とを回転軸の軸方向からみて重なる位置に配置することで、装置本体がロータの回転軸の軸心と直交する垂直面に沿って傾斜した際に、第一連結機構及び第二連結機構を基点にして装置本体を複数の第一係留索及び第二係留索に対して回動させることができる。その結果、複数の第一係留索及び第二係留索の一部だけが撓んだり捻じれたりすることを抑制することができるため、装置本体の姿勢を水中において安定に維持することが可能となる。
【００１４】
また、前記第二連結機構よりも前記複数のブレードとは反対側で前記ポッドに連結されると共に、前記第二係留索に固定される補助索をさらに備えることが好ましい。これにより、補助索によって、第二係留索の複数のブレード側へと撓んで複数のブレードと干渉することを抑制することができる。
【００１５】
また、前記補助索と前記ポッドとの連結部と、前記補助索と前記第二係留索との固定部との相対位置を調節可能であることが好ましい。これにより、水中に装置本体を初期配置した際に、補助索とポッドとの連結部と、補助索と第二係留索との固定部との相対位置を調節すれば、装置本体の初期姿勢を水平に調節することができる。
【００１６】
また、前記装置本体は、前記ポッドに取り付けられ、水流から受ける力によって前記ロータの回転方向の回転トルクを前記装置本体に作用させる複数の翼部を備えることが好ましい。これにより、ロータの回転方向すなわち反動トルクとは反対方向に向けて装置本体に作用する回転トルクによって、装置本体が反動トルクで回転してしまうことを防ぐことができる。従って、単一のロータの回転により発電を行う水流発電装置についても、装置本体の姿勢を水中において安定に維持することができる。
【００１７】
また、前記複数の翼部は、前記装置本体に鉛直方向下向きの力を作用させることが好ましい。これにより、複数の翼部からの力によって装置本体を鉛直方向下側へと移動させ、水中において装置本体が最も安定的に留まる位置に速やかに位置づけることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる水流発電装置は、一つのロータの回転力で発電を行う水流発電装置について、装置の簡易化を図りつつ、装置本体の姿勢を水中において安定に維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、第一実施形態にかかる水流発電装置を示す概略図である。
【図２】図２は、ポッドを示す側面図である。
【図３】図３は、ポッドを示す背面図である。
【図４】図４は、連結機構を示す拡大図である。
【図５】図５は、水流発電装置の装置本体が水中において姿勢を維持するため原理を説明するための模式図である。
【図６】図６は、ポッド内に収容される内部部品の支持機構の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、ポッド内に収容される内部部品の支持機構の他の例を示す説明図である。
【図８】図８は、第二実施形態にかかる水流発電装置を示す概略図である。
【図９】図９は、第二実施形態にかかる水流発電装置の装置本体を示す左側面図である。
【図１０】図１０は、第二実施形態にかかる水流発電装置の装置本体を示す正面図である。
【図１１】図１１は、第二実施形態にかかる水流発電装置において装置本体が傾斜した状態を示す正面図である。
【図１２】図１２は、第一連結機構及び第二連結機構の構成を示す説明図である。
【図１３】図１３は、補助索の長さを調節することで装置本体の初期姿勢を調節する例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、補助索の長さを調節することで装置本体の初期姿勢を調節する例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、第二実施形態の変形例にかかる水流発電装置を示す概略図である。
【図１６】図１６は、変形例にかかるポッドを示す説明図である。
【図１７】図１７は、変形例にかかるポッドを示す説明図である。
【図１８】図１８は、変形例にかかるポッドを示す説明図である。
【図１９】図１９は、第三実施形態にかかる水流発電装置を示す概略図である。
【図２０】図２０は、第三実施形態にかかる水流発電装置の装置本体を正面側からみた模式図である。
【図２１】図２１は、第一翼部を示す断面図である。
【図２２】図２２は、第二翼部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる水流発電装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
[第一実施形態]
図１は、第一実施形態にかかる水流発電装置を示す概略図である。水流発電装置１００は、水中に配置され、海流エネルギー又は潮流エネルギーで発電する水中浮遊方式の発電装置である。なお、水流発電装置１００は、河川中に配置され、河川流エネルギーで発電するものであってもよい。水流発電装置１００は、図１に示すように、複数（本実施形態では、２つ）のブレード２１が水流（海流または潮流）から受ける力によって回転するロータ２０と、内部部品３０と、内部部品３０を収容するポッド４０とを含む装置本体１０と、装置本体１０を水底（海底）に係留する係留索５０と、係留索５０をポッド４０に連結する連結機構６０とを備える。
【００２２】
装置本体１０のロータ２０は、複数のブレード２１が周面に等間隔に取り付けられたロータヘッド２２と、ロータヘッド２２から延出されて発電機３１に接続される回転軸２３とを有する。複数のブレード２１に図１において白色矢印で示す方向に流れる水流が当たると、ブレード２１に作用する水流エネルギーでロータヘッド２２が回転軸２３の軸心２３ａ回りに回転する。以下の説明において、回転軸２３の軸心２３ａと平行な方向を「軸方向」と称し、回転軸２３の軸心２３ａと直交する方向を「径方向」と称する。また、以下の説明において、水流方向の上流側（図１に示す左側）が装置本体１０の正面側であり、水流方向の下流側（図１に示す右側）が装置本体１０の背面側である。
【００２３】
内部部品３０は、ロータ２０の回転力により発電する発電機３１を有する。内部部品３０は、発電機３１を回転軸２３に連結する図示しないドライブトレイン等を含んでもよい。ロータ２０の回転エネルギー（回転トルク）が回転軸２３から発電機３１へと伝達され、発電機３１で発電が行われる。発電機３１で発電された電力は、図示しない送電ケーブルを介して地上に送られる。本実施形態において、発電機３１を含む内部部品３０は、ポッド４０の内部空間の下部に収容され、複数の支持部材３２を介してポッド４０の内面に固定される（図６参照）。
【００２４】
ポッド４０は、軸方向に沿って延びる筒状部材である。ポッド４０は、内部空間に気体が満たされている。それにより、ポッド４０の内部空間の圧力（内圧）が保持される。また、内部空間に満たされた気体により、装置本体１０に作用する浮力Ｂ（図５参照）が調整される。水流発電装置１００は、装置本体１０に作用する重力Ｇ（図５参照）よりも浮力Ｂが大きく設定される。ポッド４０の内部空間に満たされる気体は、空気でもよいし、空気以外の気体でもよい。気体の種類を選択して、ポッド４０の内部空間の圧力を調整したり、装置本体１０に作用する浮力Ｂを調整したりしてもよい。例えば、比重が軽く、耐火性がある気体が使用されてもよい。
【００２５】
図２は、ポッドを示す側面図であり、図３は、ポッドを示す背面図である。図示するように、ポッド４０は、頭部４１と、頭部４１から軸方向に沿って延びる大径部４２と、大径部４２から縮径しながら延びる小径部４３とを有する。ポッド４０は、小径部４３の頭部４１とは反対側の端部に開口部４０ａを有する。ロータ２０の回転軸２３は、この開口部４０ａを介してポッド４０の内部に挿入される。開口部４０ａは、その中心が回転軸２３の軸心２３ａと一致する。小径部４３は、下端が大径部４２の下端と水平に延びる。また、小径部４３は、下端以外の部分において、大径部４２から開口部４０ａ側へと向かうにつれて外径が漸減するテーパ形状を呈している。なお、大径部４２は、複数のブレード２１への水流の流れを乱さない程度の大きさに形成される。また、小径部４３をブレード２１側に向かって外径が漸減するテーパ形状とすることによっても、複数のブレード２１への水流の流れを乱さないようにすることができる。
【００２６】
上記構成により、ポッド４０は、小径部４３の開口部４０ａ側の端面を除き、その軸心が回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に位置する。従って、ポッド４０は、回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側の内部空間が回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側の内部空間よりも広くなる。
【００２７】
係留索５０は、図１に示すように、一端がポッド４０に連結機構６０を介して連結されている。また、係留索５０は、他端が水底に固定されている。係留索５０は、装置本体１０が浮力Ｂにより水面方向に浮かび上がったり、装置本体１０が水流により流されたりすることを防止する。装置本体１０は、係留索５０の長さの範囲内において、図１に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に自由に水中を浮遊することができる。その結果、装置本体１０を水底に完全に固定する場合に比べて、水流から受ける力によって装置本体１０に生じる応力を低減することができる。
【００２８】
ここで、水流は、一般的に水面からの距離が長い位置ほど流速が小さくなる。装置本体１０は、水中に初期配置されて水流を受けると、水中において安定的に留まることができる位置に到達するまで、鉛直方向に移動する。装置本体１０は、水中において安定的に留まることができる位置に到達すると、水流に大きな変化がない限りは、その位置に留まる。
【００２９】
連結機構６０は、本実施形態において、ポッド４０の大径部４２の頭部４１側の下端に設けられる。図４は、連結機構を示す拡大図である。連結機構６０は、図４に実線矢印及び破線で示すように、係留索５０とポッド４０とをロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結する。これにより、装置本体１０がロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って傾斜することが許容される。その結果、装置本体１０の傾斜に際して、係留索５０とポッド４０との連結部には引張応力のみが生じ、曲げモーメントによる応力が生じないため、連結部の応力低減を図ることができる。なお、「軸心２３ａと直交する垂直面」とは、回転軸２３の軸心２３ａが図１に示すＸ軸方向と一致している場合には、図１に示すＹＺ平面を指す。
【００３０】
図５は、水流発電装置の装置本体が水中において姿勢を維持するため原理を説明するための模式図である。図中左図は、水中に初期配置された水流発電装置１００を正面側からみた模式図であり、図中右図は、水流によりロータ２０が回転しているときの水流発電装置１００を正面側からみた模式図である。なお、図５においては、説明の簡略化のため、装置本体１０の各構成要素の記載を省略し、装置本体１０を円形状で模式的に示している。
【００３１】
上述したように、本実施形態において、内部部品３０は、ポッド４０の下部に配置される。その結果、装置本体１０は、図５の左図に示すように、重心１０Ｇがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側に配置される。また、上述したように、ポッド４０は、回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側の内部空間が回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側の内部空間よりも広い。その結果、装置本体１０は、図５の左図に示すように、浮心１０Ｂがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置される。これにより、ポッド４０にシャフトを介してフロート部やバラスト部を取り付けることなく、浮心１０Ｂを重心１０Ｇよりも鉛直方向上側に配置することができる。本実施形態において、装置本体１０の浮心１０Ｂ、重心１０Ｇ及び回転軸２３の軸心２３ａは、一直線上に配置されている。装置本体１０は、浮心１０Ｂで鉛直方向上向きの浮力Ｂを受け、重心１０Ｇで鉛直方向下向きの重力Ｇを受ける。また、装置本体１０は、係留索５０の張力に基づいて鉛直方向下向きの力Ｆを受ける。ここでの「力Ｆ」は、係留索５０から装置本体１０に作用する張力全体のうち、図１におけるＺ軸方向（鉛直方向）成分の力を指す。
【００３２】
図５の左図に示す状態から、複数のブレード２１が水流から力を受けてロータ２０が回転すると、装置本体１０は、図５の右図中に破線矢印で示すロータ２０の回転方向とは反対方向の反動トルクＴ１を受ける。その結果、図５の右図に示すように、装置本体１０は、軸心２３ａと直交する垂直面に沿って、鉛直方向に対して傾斜する。それにより、浮心１０Ｂと重心１０Ｇとは、浮心１０Ｂが軸心２３ａよりも鉛直方向上側、重心１０Ｇが軸心２３ａよりも鉛直方向下側で、反動トルクＴ１の作用方向側へと移動する。
【００３３】
その結果、浮心１０Ｂでの浮力Ｂと重心１０Ｇでの重力Ｇとにより装置本体１０にロータ２０の回転方向、すなわち反動トルクＴ１とは反対方向の回転トルクＴ２が作用する。また、装置本体１０は、係留索５０の張力に基づく鉛直方向下向きの力Ｆによっても、反動トルクＴ１とは反対方向の回転トルクＴＦを受ける。回転トルクＴ２と回転トルクＴＦとの合力と、反動トルクＴ１とが釣り合えば、装置本体１０の姿勢が水中において維持される。それにより、反動トルクＴ１により装置本体１０が水中で回転し、鉛直方向に対して所定角度（例えば９０°）以上の傾斜角度θで傾斜してしまい、装置本体１０が水流に安定に留まることができなくなることを抑制することができる。
【００３４】
装置本体１０の姿勢が水中において維持された状態における傾斜角度θの例について説明する。図５の左図に示すように、回転軸２３の軸心２３ａから浮心１０Ｂまでの距離を“Ｌｂ”とし、回転軸２３の軸心２３ａから重心１０Ｇまでの距離を“Ｌｇ”とする。また、回転軸２３の軸心２３ａから係留索５０が装置本体１０に連結される位置までの距離を“Ｌｍ”とし、装置本体１０から係留索５０が水底に固定される位置までの距離を“Ｌａ”とする。また、図５の右図に示すように、係留索５０の鉛直方向に対する傾斜角度を“φ”とする。いま、図５の右図に示すように、浮心１０Ｂと係留索５０の水底への係留点とが鉛直方向において並んだ位置で装置本体１０の姿勢が水中において維持されると仮定すると、式（１）が成立する。また、装置本体１０に作用する鉛直方向の力の釣り合いから、式（２）が成立する。また、浮力Ｂ及び重力Ｇによる回転トルクＴ２及び係留索５０からの張力に基づく力Ｆによる回転トルクＴＦと、反動トルクＴ１との力の釣り合いから、式（３）が成立する。式（１）から式（３）に基づき、“Ｌｂ”、“Ｌｍ”、“Ｌａ”、“Ｂ”、“Ｇ”、“Ｔ１”の値を適宜設定することで、装置本体１０の鉛直方向に対する傾斜角度θを所定範囲内とすることができる。
【００３５】
(Lb+Lm)*sinθ=La*Sinφ  …（１）
B=G+Fcosφ  …（２）
T1=T2+TF=B*Lb*sinθ+G*Lg*sinθ+F*Lm*cos（π/2-φ-θ）  …（３）
【００３６】
装置本体１０が所定範囲内の傾斜角度θで傾斜したとしても、ポッド４０内に収容される発電機３１及び図示しないドライブトレイン等の内部部品３０の機能維持に影響がないように、各部品を設計すると共にポッド４０で支持しておけば、水流発電装置１００による発電機能が損なわれることはない。図６は、ポッド内に収容される内部部品の支持機構の一例を示す説明図である。図中左図は、水中に初期配置された水流発電装置１００を正面側からみた模式図であり、図中右図は、水流によりロータ２０が回転しているときの水流発電装置１００を正面側からみた模式図である。なお、図６においては、説明の簡略化のため、水流発電装置１００の内部部品３０、支持部材３２、ポッド４０、及び係留索５０以外の構成要素の記載を省略している。
【００３７】
図示するように、本実施形態において、内部部品３０は、下面に取り付けられた複数の第一支持部材３２ａを介して、ポッド４０の下面に固定される。また、内部部品３０は、側面に取り付けられた第二支持部材３２ｂを介して、ポッド４０の側面に固定される。第二支持部材３２ｂは、内部部品３０の装置本体１０が反動トルクＴ１によって傾斜した際に鉛直方向下側へと移動する側面に取り付けられている。それにより、図６の右図に示すように、反動トルクＴ１により装置本体１０が鉛直方向に対して傾斜したとしても、第二支持部材３２ｂによって内部部品３０を安定的に支持することができる。
【００３８】
ただし、第二支持部材３２ｂの取り付け位置は、図６に示す例に限られない。図７は、ポッド内に収容される内部部品の支持機構の他の例を示す説明図である。図示するように、第二支持部材３２ｂを、内部部品３０の装置本体１０が反動トルクＴ１によって傾斜した際に鉛直方向上側に移動する側面に取り付けられてもよい。この場合でも、第二支持部材３２ｂを内部部品３０の側面とポッド４０の内周面とに強固に固定することさえできれば、反動トルクＴ１により装置本体１０が鉛直方向に対して傾斜したとしても、内部部品３０を安定的に支持することができる。
【００３９】
以上説明したように、第一実施形態にかかる水流発電装置１００は、連結機構６０により、装置本体１０を水底に係留する係留索５０とポッド４０とをロータの回転軸の軸心と直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結するため、この垂直面に沿った装置本体１０の傾斜が許容される。また、第一実施形態にかかる水流発電装置１００は、装置本体１０の浮心１０Ｂが重心１０Ｇよりも鉛直方向上側に配置され、装置本体１０が傾斜したときに、浮心１０Ｂでの浮力Ｂと重心１０Ｇでの重力Ｇとによりロータ２０の回転方向すなわち反動トルクＴ１とは反対方向に向けて装置本体１０に作用する回転トルクＴ２によって、装置本体１０が反動トルクＴ１で回転してしまうことを防ぐことができる。その結果、シャフトを介して装置本体１０の上部にフロート部、下部にバラスト部を設ける構成に比べて、装置を簡易化することができる。従って、第一実施形態にかかる水流発電装置１００によれば、一つのロータ２０の回転力で発電を行う水流発電装置１００について、装置の簡易化を図りつつ、装置本体１０の姿勢を水中において安定に維持することができる。
【００４０】
このように、単一のロータ２０の回転により発電を行う水流発電装置１００によれば、互いに反回転するブレード及びロータを備えた２つ以上の装置本体１０を構造体により連結して、装置全体に作用する反動トルクＴ１を打ち消す構成に比べて、装置構成を簡易化することできる。また、２つ以上の装置本体１０を構造体に連結すると、連結部に応力が集中的に発生してしまうが、水流発電装置１００によれば、応力集中箇所が発生せず、装置全体の耐久性を高めることができる。さらに、水流発電装置１００によれば、装置本体１０を連結する構造体による水流の乱れを発生させることがない。そのため、発電機３１による発電効率を向上させることができ、また、水流の乱れにより装置本体１０に局所的に大きな応力が生じることを抑制することができる。また、２つ以上の装置本体１０を構造体により連結して、装置全体に作用する反動トルクＴ１を打ち消す構成では、一方の装置本体１０に含まれる発電機等に故障が生じると、他方の装置本体１０の運転も停止しなければ、水中で装置全体の姿勢を維持することができない。本実施形態にかかる水流発電装置１００では、他の装置本体１０（他の水流発電装置１００）の故障状況に関わらず、運転を継続的に行うことができるため、安定的な発電を行うことができる。さらに、複数の水流発電装置１００を製造する場合、ロータ２０の回転方向を一方向に定めることで、部品の種類を半減させることができるため、装置の製造コストやメンテナンスコストを削減することができる。
【００４１】
また、装置本体１０は、浮心１０Ｂがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置される。これにより、浮心１０Ｂから回転軸２３の軸心２３ａまでの距離Ｌｂを十分に大きくすることができる。その結果、装置本体１０が反動トルクＴ１の作用方向に傾斜した際に、回転軸２３の軸心２３ａを中心として浮力Ｂにより装置本体１０に作用する回転トルクＴ２をより大きくすることができる。従って、装置本体１０の傾斜角度θをより小さくすることが可能となる。
【００４２】
また、装置本体１０は、重心１０Ｇがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側に配置される。これにより、重心１０Ｇから回転軸２３の軸心２３ａまでの距離Ｌｇを十分に大きくすることができる。その結果、装置本体１０が反動トルクＴ１の作用方向に傾斜した際に、回転軸２３の軸心２３ａを中心として重力Ｇにより装置本体１０に作用する回転トルクＴ２をより大きくすることができる。従って、装置本体１０の傾斜角度θをより小さくすることが可能となる。
【００４３】
また、ポッド４０は、ロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側の内部空間が回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側の内部空間よりも広い。これにより、ポッド４０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側の内部空間をできる限り広い空洞とすることができるため、装置本体１０の浮心１０Ｂをロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に容易に配置することが可能となる。
【００４４】
なお、連結機構６０は、反動トルクＴ１の作用により装置本体１０が反動トルクＴ１の作用方向に傾斜した際に、回転トルクＴ２と回転トルクＴＦとの合力と、反動トルクＴ１とが釣り合って装置本体１０の姿勢を維持することさえできれば、ポッド４０のいかなる位置に設けられてもよい。
【００４５】
[第二実施形態]
次に、第二実施形態にかかる水流発電装置２００について説明する。図８は、第二実施形態にかかる水流発電装置を示す概略図であり、図９は、第二実施形態にかかる水流発電装置の装置本体を示す左側面図であり、図１０は、第二実施形態にかかる水流発電装置の装置本体を示す正面図であり、図１１は、第二実施形態にかかる水流発電装置において装置本体が傾斜した状態を示す正面図である。
【００４６】
水流発電装置２００は、図８から図１０に示すように、係留索５０が複数の第一係留索５１と、１つの第二係留索５２とを含む。また、水流発電装置２００は、連結機構６０が第一連結機構６１と第二連結機構６２とを含む。また、水流発電装置２００は、補助索５３を備える。水流発電装置２００のその他の構成は、水流発電装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【００４７】
２つの第一係留索５１は、同一の長さとされている。２つの第一係留索５１は、一端がポッド４０の同一位置に第一連結機構６１を介して連結されている。本実施形態において、第一連結機構６１は、図８に示すように、ポッド４０の複数のブレード２１とは反対側の端部近傍に設けられる。また、２つの第一係留索５１は、他端が水底に固定される。２つの第一係留索５１は、図１０に示すように、第一連結機構６１によりポッド４０と連結される位置から水底に向かうにつれて、互いに離れる方向に延びる。その結果、２つの第一係留索５１は、水平方向のうち水流方向と直交する方向（図８に示すＹ軸方向）において互いに離れた位置で水底に固定される。２つの第一係留索５１は、装置本体１０の水平方向のうち水流方向と直交する方向（図８に示すＹ軸方向）の移動を抑制する。
【００４８】
第二係留索５２は、図８に示すように、一端がポッド４０に第二連結機構６２を介して連結されている。本実施形態において、第二連結機構６２は、図８に示すように、ポッド４０の第一連結機構６１よりも複数のブレード２１側に設けられる。また、第二係留索５２は、他端が水底に固定されている。第二係留索５２は、水流発電装置２００を水中に初期配置した時点で、鉛直方向に沿って延びる。第二係留索５２は、装置本体１０の複数のブレード２１側が反対側に比して浮き上がろうとすることを抑制する。
【００４９】
これにより、水流発電装置２００において、装置本体１０は、２つの第一係留索５１と第二係留索５２の長さの範囲内で、図８に示すＸ軸方向及びＺ軸方向に自由に浮遊することができる。また、水流発電装置２００においても、装置本体１０は、水中に初期配置されて水流を受けると、水中において安定的に留まることができる位置に到達するまで、鉛直方向に移動する。装置本体１０は、水中において安定的に留まることができる位置に到達すると、水流に大きな変化がない限りは、その位置に留まる。
【００５０】
図１２は、第一連結機構及び第二連結機構の構成を示す説明図である。第一連結機構６１は、ポッド４０の大径部４２の頭部４１側の下端に設けられる。第一連結機構６１は、図１２に示すように、ポッド４０の下端部から径方向に突出する一対の突出部６１１と、一対の突出部６１１にピン接合されると共に、２つの第一係留索５１が取り付けられた平板部６１２とを有する。一対の突出部６１１は、軸方向に沿って互いに離れた位置に形成される。また、一対の突出部６１１は、軸方向に沿って延びる貫通孔６１１ａを有する。平板部６１２は、一対の突出部６１１の間に挟みこまれる。また、平板部６１２は、軸方向に沿って延びる図示しない貫通孔を有している。一対の突出部６１１と平板部６１２とは、一対の突出部６１１の貫通孔６１１ａ及び平板部６１２の図示しない貫通孔に回動自在に挿入されるピン６１３により、ピン接合される。これにより、２つの第一係留索５１がポッド４０の同一位置に連結される。また、２つの第一係留索５１とポッド４０とがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結される。その結果、装置本体１０は、図１１に示すように、第一連結機構６１を基点として２つの第一係留索５１に対して回動可能となる。
【００５１】
第二連結機構６２は、ポッド４０の大径部４２の下端に設けられる。第二連結機構６２は、第一連結機構６１と軸方向からみて重なる位置に形成される。第二連結機構６２は、図１２に示すように、ポッド４０の下端部から径方向に突出する一対の突出部６２１と、一対の突出部６２１にピン接合されると共に、第二係留索５２が取り付けられた平板部６２２とを有する。一対の突出部６２１は、軸方向に沿って互いに離れた位置に形成される。また、一対の突出部６２１は、軸方向に沿って延びる貫通孔６２１ａを有する。平板部６２２は、一対の突出部６２１の間に挟みこまれる。また、平板部６２２は、軸方向に沿って延びる図示しない貫通孔を有している。一対の突出部６２１と平板部６２２とは、一対の突出部６２１の貫通孔６２１ａ及び平板部６２２の図示しない貫通孔に回動自在に挿入されるピン６２３により、ピン接合される。これにより、第二係留索５２とポッド４０とがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結される。その結果、装置本体１０は、図１１に示すように、第一連結機構６１及び第二連結機構６２（図１１においては図示省略）を基点として２つの第一係留索５１及び第二係留索５２に対して回動可能となる。
【００５２】
補助索５３は、図１２に示すように、一端が第一連結機構６１の平板部６１２に取り付けられる。つまり、補助索５３は、図８に示すように、一端が第二連結機構６２よりも複数のブレード２１とは反対側でポッド４０に連結されている。また、補助索５３は、図８に示すように、他端が固定部７０において第二係留索５２の中途に固定される。補助索５３は、図８に破線で示すように、第二係留索５２が複数のブレード２１側へと撓むことを抑制する。
【００５３】
また、本実施形態において、補助索５３は、第一連結機構６１と、第二係留索５２との固定部７０との間で、長さを調節可能とされている。図１３及び図１４は、補助索の長さを調節することで装置本体の初期姿勢を調節する例を示す説明図である。例えば、図１３に示すように、装置本体１０を水中に初期配置した際に、装置本体１０の複数のブレード２１とは反対側が想定よりも浮き上がった場合、図１４に示すように、補助索５３の長さを短くする。すなわち、補助索５３とポッド４０との連結部を補助索５３と第二係留索５２との固定部７０に対して近づける。その結果、補助索５３により装置本体１０の複数のブレード２１とは反対側が鉛直方向下側へと移動する。それにより、装置本体１０の初期姿勢を水平に調節することができる。仮に、装置本体１０を水中に初期配置した際に、装置本体１０の複数のブレード２１側が想定よりも浮き上がっている場合は、補助索５３の長さを長くする。すなわち、補助索５３とポッド４０との連結部を補助索５３と第二係留索５２との固定部７０に対して遠ざける。その結果、装置本体１０の複数のブレード２１とは反対側を鉛直方向上側へと移動させて、装置本体１０の初期姿勢を水平に調節することができる。
【００５４】
水流発電装置２００においても、複数のブレード２１が水流から力を受けてロータ２０が回転すると、図１１に示すように、装置本体１０に反動トルクＴ１が作用して鉛直方向に対して傾斜する。その結果、第一実施形態の水流発電装置１００と同様に、浮心１０Ｂでの浮力Ｂと重心１０Ｇでの重力Ｇ（いずれも図示省略）により、ロータ２０の回転方向と同じ方向、すなわち反動トルクＴ１とは反対方向の回転トルクＴ２が装置本体１０に作用する。それにより、回転トルクＴ２と２つの第一係留索５１、第二係留索５２の張力に基づく力による回転トルクＴＦとの合力と、反動トルクＴ１とが釣り合えば、装置本体１０の姿勢が水中において維持される。従って、第二実施形態にかかる水流発電装置２００においても、第一実施形態にかかる水流発電装置１００と同様に、単一のロータ２０の回転により発電を行うことできる。
【００５５】
また、第一連結機構６１により、２つの第一係留索５１とポッド４０とがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結され、第二連結機構６２により、第二係留索５２とポッド４０とがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って相対移動自在に連結される。これにより、装置本体１０がロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って傾斜することが許容される。その結果、装置本体１０の傾斜に際して、２つの第一係留索５１及び第二係留索５２とポッド４０との連結部には引張応力のみが生じ、曲げモーメントによる応力が生じないため、連結部の応力低減を図ることができる。従って、第二実施形態にかかる水流発電装置２００によれば、第一実施形態にかかる水流発電装置１００と同様に、装置本体１０を水底に係留する係留索５０と装置本体１０との連結部の損傷をより良好に抑制することができる。
【００５６】
以上説明したように、第二実施形態にかかる水流発電装置２００において、係留索５０は、水平方向のうち水流方向と直交する方向において互いに離れた位置で水底に固定される複数の第一係留索５１を含み、連結機構６０は、複数の第一係留索５１をポッド４０の同一位置に連結する第一連結機構６１を含む。これにより、複数の第一係留索５１によって、装置本体１０が水平方向のうち水流方向と直交する方向（図８に示すＹ軸方向）に移動することを抑制することができるため、装置本体１０を水中により安定に留めることが可能となる。また、第一連結機構６１により複数の第一係留索５１をポッド４０の同一位置に連結することで、装置本体１０がロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って傾斜した際に、第一連結機構６１を基点として装置本体１０を複数の第一係留索５１に対して回動させることができる。その結果、複数の第一係留索５１の一部だけが撓んだり捻じれたりすることを抑制することができるため、装置本体１０の姿勢を水中において安定に維持することが可能となる。
【００５７】
また、係留索５０は、第二係留索５２をさらに含み、連結機構６０は、第一連結機構６１よりも複数のブレード２１側で第二係留索５２をポッド４０に連結する第二連結機構６２を含み、第一連結機構６１と第二連結機構６２とは、回転軸２３の軸方向からみて重なる位置に配置される。これにより、第二係留索５２によって装置本体１０の複数のブレード２１側が浮き上がることを抑制し、水中における装置本体１０の姿勢のさらなる安定化を図ることができる。また、第一連結機構６１と第二連結機構６２とを回転軸２３の軸方向からみて重なる位置に配置することで、装置本体１０がロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと直交する垂直面に沿って傾斜した際に、第一連結機構６１及び第二連結機構６２を基点にして装置本体１０を複数の第一係留索５１及び第二係留索５２に対して回動させることができる。その結果、複数の第一係留索５１及び第二係留索５２の一部だけが撓んだり捻じれたりすることを抑制することができるため、装置本体１０の姿勢を水中において安定に維持することが可能となる。
【００５８】
また、第二連結機構６２よりも複数のブレード２１とは反対側でポッド４０に連結されると共に、第二係留索５２に固定される補助索５３をさらに備える。これにより、補助索５３によって、第二係留索５２の複数のブレード２１側への撓みを抑制することができる。その結果、水流の流速が想定よりも大きい場合に、図８に破線で示すように、第二係留索５２が複数のブレード２１側に撓んで複数のブレード２１と干渉することを抑制することが可能となる。
【００５９】
また、補助索５３とポッド４０との連結部と、補助索５３と第二係留索５２との固定部７０との距離を調節可能である。これにより、水中に装置本体１０を初期配置した際に、補助索５３とポッド４０との連結部と、補助索５３と第二係留索５２との固定部７０との距離を調節すれば、装置本体１０の初期姿勢を水平に調節することができる。
【００６０】
なお、第二実施形態では、２つの第一係留索５１を用いるものとしたが、第一係留索５１を３つ以上用いてもよい。また、第二実施形態では、１つの第二係留索５２を用いるものとしたが、第二係留索５２を２つ以上用いてもよい。また、第二係留索５２及び第二連結機構６２は、水流発電装置２００から省略してもよい。また、補助索５３は、水流発電装置２００から省略してもよい。
【００６１】
また、第二実施形態では、第一連結機構６１と第二係留索５２との固定部７０との間で補助索５３の長さを調節することで、装置本体１０の水中における初期姿勢を水平に調節するものとしたが、装置本体１０の水中における初期姿勢を水平に調節する手法は、これに限られない。例えば、補助索５３を第一連結機構６１とは異なる連結部でポッド４０に連結しておき、この連結部を軸方向に沿って移動可能としてもよい。この場合、装置本体１０の複数のブレード２１とは反対側が想定よりも浮き上がっていれば、補助索５３とポッド４０との連結部を複数のブレード２１とは反対側へと移動させる。すなわち、補助索５３とポッド４０との連結部を補助索５３と第二係留索５２との固定部７０から軸方向において遠ざける。その結果、装置本体１０の複数のブレード２１とは反対側を鉛直方向下側に移動させて、装置本体１０の初期姿勢を水平に調節することができる。また、装置本体１０の複数のブレード２１側が想定よりも浮き上がっていれば、補助索５３とポッド４０との連結部を複数のブレード２１側へと移動させる。すなわち、補助索５３とポッド４０との連結部を補助索５３と第二係留索５２との固定部７０から軸方向において近づける。その結果、装置本体１０の複数のブレード２１とは反対側を鉛直方向上側に移動させて、装置本体１０の初期姿勢を水平に調節することができる。
【００６２】
図１５は、第二実施形態の変形例にかかる水流発電装置を示す概略図である。図示するように、変形例にかかる水流発電装置２００Ａは、補助索５３と第二係留索５２との固定部７０と、第二連結機構６２との間に接続された棒状部材８０を備える。水流発電装置２００Ａのその他の構成は、水流発電装置２００と同様であるため、説明を省略する。棒状部材８０は、例えば金属等の比較的硬質の材料で形成される。また、棒状部材８０は、第二連結機構６２により、ポッド４０に回転軸２３の軸心２３ａ回りに移動自在に連結される。このように、補助索５３と第二係留索５２との固定部７０と、第二連結機構６２との間に比較的硬質の棒状部材８０を接続することで、第二係留索５２が複数のブレード２１側に撓んで複数のブレード２１と干渉することを、より良好に抑制することができる。
【００６３】
第一実施形態にかかる水流発電装置１００及び第二実施形態にかかる水流発電装置２００は、ポッド４０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側の内部空間が回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側の内部空間よりも広くすることで、装置本体１０の浮心１０Ｂを回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置するものとした。ただし、装置本体１０の浮心１０Ｂを回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置する手法は、これに限られない。以下、図面を参照しながら、装置本体１０の浮心１０Ｂを回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置する他の手法について説明する。図１６から図１８は、変形例にかかるポッドを示す説明図である。
【００６４】
図１６に示す変形例にかかるポッド４０Ａは、第一ポッド４０１と、第二ポッド４０２とを備える。第一ポッド４０１は、図１７に示すように、ロータ２０の回転軸２３の軸方向に沿って延びる筒状部材である。第一ポッド４０１は、ポッド４０とは異なり、大径部４２及び小径部４３を有さず、一定の径で軸方向に沿って延びる。第二ポッド４０２は、第一ポッド４０１の上端部に固定されている。第二ポッド４０２は、ロータ２０の回転軸２３の軸方向に沿って延びる筒状部材である。第二ポッド４０２は、内部空間に気体が満たされている。これにより、第一ポッド４０１の内部空間に満たされた気体により装置本体１０に作用する浮力Ｂに加えて、第二ポッド４０２の内部空間に満たされた気体によっても装置本体１０に浮力が作用する。その結果、装置本体１０の浮心１０Ｂを回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置することができる。また、装置本体１０の上部にシャフトを介して第２ポッド４０２（すなわち、フロート部）を設ける場合に比べて、装置の簡易化を図ることができる。さらに、装置本体１０の下部にシャフトを介してバラスト部を設けることなく、浮心１０Ｂを重心１０Ｇよりも鉛直方向上側に配置することができるため、装置の簡易化を図ることができる。
【００６５】
図１７に示す変形例にかかるポッド４０Ｂは、図１６に示すポッド４０Ａの構成に加えて、第一ポッド４０１と第二ポッド４０２との間に接続された連結部材４０３を備える。連結部材４０３は、図１７に示すように、第一ポッド４０１と第二ポッド４０２との間を鉛直方向に沿って延びる一対の棒状部材４０３ａと、一対の棒状部材４０３ａの間を延びる複数の支持部材４０３ｂとを備える。複数の支持部材４０３ｂは、連結部材４０３の剛性を高めるために設けられる。これにより、第二ポッド４０２をより鉛直方向上側に配置することができるため、装置本体１０の浮心１０Ｂを、さらに鉛直方向上側に配置することができる。この場合でも、装置本体１０の下部にシャフトを介してバラスト部を設けることなく、浮心１０Ｂを重心１０Ｇよりも鉛直方向上側に配置することができるため、装置の簡易化を図ることができる。
【００６６】
図１８に示す変形例にかかる４０Ｃは、図１７に示す装置本体１０の連結部材４０３に代えて、連結部材４０４を備える。連結部材４０４は、図１８に示すように、第一ポッド４０１と第二ポッド４０２との間を鉛直方向に沿って延びる一体の柱状部材である。連結部材４０４を一体の柱状部材とすることにより、連結部材４０３に比べて、連結部材４０４の剛性をさらに高めることができる。
【００６７】
また、第一実施形態にかかる水流発電装置１００及び第二実施形態にかかる水流発電装置２００において、装置本体１０は、浮心１０Ｂがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置され、重心１０Ｇがロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側に配置されるものとした。ただし、浮心１０Ｂと重心１０Ｇの位置関係は、装置本体１０が反動トルクＴ１により傾斜した際に、浮心１０Ｂに作用する浮力Ｂと重心１０Ｇに作用する重力Ｇとにより回転トルクＴ２が装置本体１０に作用しさえすれば、これに限られない。例えば、重心１０Ｇを回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向下側に配置し、浮心１０Ｂを回転軸２３の軸心２３ａと鉛直方向において並ぶ位置に配置してもよい。また、浮心１０Ｂを回転軸２３の軸心２３ａよりも鉛直方向上側に配置し、重心１０Ｇを回転軸２３の軸心２３ａと鉛直方向において並ぶ位置に配置してもよい。また、浮心１０Ｂ、重心１０Ｇ及び回転軸２３の軸心２３ａは、必ずしも一直線上に配置されなくてもよい。
【００６８】
なお、第一連結機構６１及び第二連結機構６２は、反動トルクＴ１の作用により装置本体１０が反動トルクＴ１の作用方向に傾斜した際に、上記回転トルクＴ２と回転トルクＴＦとの合力と、反動トルクＴ１とが釣り合って装置本体１０の姿勢を維持することさえできれば、ポッド４０のいかなる位置に設けられてもよい。
【００６９】
[第三実施形態]
次に、第三実施形態にかかる水流発電装置３００について説明する。図１９は、第三実施形態にかかる水流発電装置を示す概略図である。水流発電装置３００は、ポッド４０に取り付けられた複数の翼部９０を備える。水流発電装置３００のその他の構成は、第一実施形態にかかる水流発電装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【００７０】
図２０は、第三実施形態にかかる水流発電装置の装置本体を正面側からみた模式図である。なお、図２０においては、説明の簡略化のため、装置本体１０の各構成要素の記載を省略し、装置本体１０を円形状で模式的に示している。複数の翼部９０は、図２０に示すように、装置本体１０の一方の側面に取り付けられた第一翼部９１と、装置本体１０の他方の側面に取り付けられた第二翼部９２とを有する。以下、第一翼部９１及び第二翼部９２の具体的な構成について、図面を参照しながら説明する。図２１は、第一翼部を示す断面図であり、図２２は、第二翼部を示す断面図である。
【００７１】
第一翼部９１は、ポッド４０（図２１の破線参照）の一方の側面に取り付けられる。本実施形態において、第一翼部９１は、図２１に示すように、上下対称の翼である。第一翼部９１は、前縁９１ａが後縁９１ｂよりも鉛直方向下側に位置する。すなわち、第一翼部９１は、図中に白色矢印で示す方向に流れる水流を受けると、図中に実線矢印で示すように鉛直方向下向きの力を発生させる迎角α１を有している。
【００７２】
第二翼部９２は、ポッド４０（図２２の破線参照）の他方の側面に取り付けられる。本実施形態において、第二翼部９２は、図２２に示すように、第一翼部９１と同様の上下対称の翼である。第二翼部９２は、前縁９２ａが後縁９２ｂよりも鉛直方向下側に位置する。すなわち、第二翼部９２は、図中に白色矢印で示す方向に流れる水流を受けると、図中に実線矢印で示すように鉛直方向下向きの力を発生させる迎角α２を有している。また、図２１及び図２２に示すように、第二翼部９２の迎角α２は、第一翼部９１の迎角α１よりも大きく設定されている。そのため、第二翼部９２に作用する鉛直方向下向きの力は、第一翼部９１に作用する鉛直方向下向きの力よりも大きくなる。
【００７３】
これにより、装置本体１０は、図２０に示すように、第一翼部９１及び第二翼部９２から鉛直方向下向きの力を受ける。上述したように、第二翼部９２に作用する鉛直方向下向きの力が、第一翼部９１に作用する鉛直方向下向きの力よりも大きいため、ロータ２０の回転方向すなわち反動トルクＴ１とは反対方向の回転トルクＴ３が装置本体１０に作用する。従って、第一実施形態で説明した浮力Ｂ及び重力Ｇによる回転トルクＴ２、係留索５０の張力に基づく力Ｆによる回転トルクＴＦ、及び回転トルクＴ３の合力と、反動トルクＴ１とが釣り合えば、装置本体１０の姿勢が水中において維持される。それにより、反動トルクＴ１により装置本体１０が水中で回転し、所定角度（例えば９０°）以上に傾斜してしまい、装置本体１０が水流に安定に留まることができなくなることを抑制することができる。また、回転トルクＴ２、回転トルクＴＦに加えて、回転トルクＴ３を作用させることにより、装置本体１０の傾斜角度θをさらに小さくすることができる。
【００７４】
また、装置本体１０が第一翼部９１及び第二翼部９２から鉛直方向下向きの力を受けることで、装置本体１０は、水中に初期配置されて水流を受けると、水中において安定的に留まることができる位置に到達するまで、鉛直方向下側に移動する。それにより、第三実施形態の水流発電装置３００は、水中に初期配置された装置本体１０を水中において安定的に留まることができる位置まで、速やかに移動させることができる。
【００７５】
以上説明したように、第三実施形態にかかる水流発電装置３００において、装置本体１０は、ポッド４０に取り付けられ、水流から受ける力によってロータ２０の回転方向の回転トルクＴ３を装置本体１０に作用させる複数の翼部９０を備える。これにより、ロータ２０の回転方向すなわち反動トルクＴ１とは反対方向に向けて装置本体１０に作用する回転トルクＴ３によって、装置本体１０が反動トルクＴ１で回転してしまうことを防ぐことができる。従って、単一のロータ２０の回転により発電を行う水流発電装置３００についても、装置本体１０の姿勢を水中において安定に維持することができる。
【００７６】
また、複数の翼部９０は、装置本体１０に鉛直方向下向きの力を作用させる。これにより、複数の翼部９０からの力によって装置本体１０を鉛直方向下側へと移動させ、水中において装置本体１０が最も安定的に留まる位置に速やかに位置づけることができる。
【００７７】
なお、第一翼部９１及び第二翼部９２の構成は、図２１及び図２２に示したものに限られない。第一翼部９１及び第二翼部９２は、その形状や迎角α１、α２の値を適宜調整することにより、水流を受けることで装置本体１０に回転トルクＴ３を作用させることができ、かつ、装置本体１０に鉛直方向下向きの力を作用させることさえできればよい。例えば、第一翼部９１及び第二翼部９２を鉛直方向下側に凸形状を呈する上下非対称の翼とし、水流を受けた際に鉛直方向下向きの力を発生させるものとしてもよい。この場合、第二翼部９２の凸形状を第一翼部９１の凸形状よりも大きく形成すれば、仮に第一翼部９１の迎角α１、第二翼部９２の迎角α２を同じ値としても、装置本体１０に回転トルクＴ３を作用させることができる。その場合、迎角α１、α２は、値０（ｄｅｇ）に設定されてもよい。
【００７８】
また、第一翼部９１及び第二翼部９２は、水流を受けることで装置本体１０に回転トルクＴ３を作用させることさえできれば、必ずしも装置本体１０に鉛直方向下向きの力を作用させるものでなくてもよい。
【００７９】
また、複数の翼部９０は、３つ以上の翼部を有するものであってもよい。さらに、複数の翼部９０は、装置本体１０に回転トルクＴ３を作用させるための翼部と、装置本体１０に鉛直方向下向きの力を作用させるための翼部とが、別部材としてポッド４０に取り付けられてもよい。
【００８０】
第三実施形態では、第一実施形態にかかる水流発電装置１００の構成に複数の翼部９０を追加するものとしたが、第二実施形態にかかる水流発電装置２００の構成に複数の翼部９０を追加してもよい。また、複数の翼部９０による回転トルクＴ３で反動トルクＴ１を打ち消し、装置本体１０の姿勢を維持することができれば、装置本体１０は、反動トルクＴ１の作用により傾斜した際に、浮心１０Ｂに作用する浮力Ｂと重心１０Ｇに作用する重力Ｇとにより回転トルクＴ２を自らに作用させるものでなくてもよい。具体的には、浮心１０Ｂ及び重心１０Ｇは、ロータ２０の回転軸２３の軸心２３ａと一致する位置に配置されてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０  装置本体
１０Ｂ  浮心
１０Ｇ  重心
２０  ロータ
２１  ブレード
２２  ロータヘッド
２３  回転軸
２３ａ  軸心
３０  内部部品
３１  発電機
３２  支持部材
３２ａ  第一支持部材
３２ｂ  第二支持部材
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  ポッド
４０ａ  開口部
４０１  第一ポッド
４０２  第二ポッド
４０３、４０４  連結部材
４０３ａ  棒状部材
４０３ｂ  支持部材
４１  頭部
４２  大径部
４３  小径部
５０  係留索
５１  第一係留索
５２  第二係留索
５３  補助索
６０  連結機構
６１  第一連結機構
６１１、６２１  一対の突出部
６１１ａ、６２１ａ  貫通孔
６１２、６２２  平板部
６１３、６２３  ピン
６２  第二連結機構
７０  固定部
８０  棒状部材
９０  翼部
９１  第一翼部
９１ａ  前縁
９１ｂ  後縁
９２  第二翼部
９２ａ  前縁
９２ｂ  後縁
１００、２００、２００Ａ、３００  水流発電装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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