(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）を有する非対称な形状のフロートであって、前記長さＬは前記幅Ｗよりも長い、非対称な形状のフロートと、スパーであって、該スパー及び前記フロートは波の関数として互いに対して動く、スパーと、
前記非対称なフロートと前記スパーとの間に結合され、該フロート及び該スパーの相対運動を有用な動力に変換する動力取出装置（ＰＴＯ）と、
前記フロートに結合され、波の方向及び振幅のうちの少なくとも一方の関数として前記フロートの向きを制御し、変更する装置と、
を備える、波エネルギー変換器。
【請求項２】
前記フロートは水塊の水面に対して概ね平行な面に沿って延在する上面及び底面を有し、前記フロートは前記水塊内に存在する前記波の位相に概ね合わせて上下に動き、
前記スパーは、前記水塊の前記水面に対して概ね垂直な方向に延在し、前記スパーはフロートに対して動かないか、又は異なるように動き、
前記装置は、１つの波条件の場合に前記フロートの長い方の辺を到来波に面するように向け、別の波条件の場合に前記フロートの前記長い方の辺の向きを変更する手段を含む、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項３】
前記装置は、前記波の振幅が所定の振幅未満であるとき、前記非対称なフロートの前記長い方の辺を到来波に面するように向け、前記波の前記振幅が所定のレベルよりも高いときに、その狭い方の辺が前記到来波に面するように前記フロートの向きを変更する、請求項２に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項４】
前記装置は前記波の振幅を検知する手段を含み、前記波の振幅が所定の値未満である場合、前記フロートの前記長辺が前記到来波に面するように向けられ、前記波の振幅が所定の値よりも大きい場合、前記フロートの狭い方の辺が前記到来波に面するように向けられ、前記長い方の辺は前記到来波に対して概ね平行な位置に向けられる、請求項２に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項５】
前記装置は前記波の方向を検知する手段を含み、前記フロートの前記向きを制御する前記手段は、前記到来波の方向が変化するのに応じて、前記フロートの前記長辺を前記到来波に面するように向けられたままにする手段を含む、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項６】
前記フロートの向きを合わせる前記装置は、前記フロートを回転させる能動的手段及び受動的手段のうちの一方を含む、請求項３に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項７】
前記フロートの向きを合わせる前記装置は、前記スパー及び前記フロートを回転させる能動的手段を含む、請求項４に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項８】
前記フロートの向きを合わせる前記装置は、前記フロート及び前記スパーを回転させる受動的手段を含む、請求項４に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項９】
前記非対称な形状のフロートは、概ね楕円形の形状及び概ね長方形の形状のうちの一方を有する、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１０】
前記Ｌの値はｋＷに等しく、ただし、ｋは１より大きな任意の数であり、前記フロートの前記長さＬは、前記ＷＥＣが位置する場所の前記波の通常の波長の分数であるように選択される、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１１】
前記フロートを回転させる前記能動的手段を含む、前記フロートの向きを合わせる前記装置は、対応する信号をシグナルプロセッサに供給する波振幅検知機構と、前記フロートに結合される電気機械システムを動作させて、前記フロートの向きを制御するコントローラーとを含む、請求項４に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１２】
前記フロートの向きを合わせる前記装置は、前記フロートの長さを実効的に延長するように、前記フロートの前記長辺に取り付けられるフィンを含む、請求項３に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１３】
前記フロートの向きを合わせる前記装置は、前記フロートの中心が前記スパーに対して偏って位置するように、前記スパーに対して前記フロートを取り付けることを含む、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１４】
前記非対称なフロートは、該フロートの前記幅がその長さに沿って変化するように次第に細くなり、一端において広く、他端において狭いように形成される、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１５】
前記スパー及び前記フロートは噛み合うように差し込まれ、それにより、前記スパー及び前記フロートは一致して回転する、請求項１に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１６】
前記スパーにアンカー固定及び係留システムが結合され、それにより、過剰に横方向に変位するのを防ぎながら、前記スパーが回転し、上下に動くことができるようにする、請求項１５に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１７】
前記アンカー固定及び係留システムは、前記スパーの沈められた部分の周囲に取り付けられるスリーブと、前記スリーブに取り付けられ、該スリーブを海底に固定する手段とを含む、請求項１５に記載の波エネルギー変換器（ＷＥＣ）。
【請求項１８】
波エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）を有する非対称な形状のフロートであって、前記長さＬは前記幅Ｗよりも長く、前記フロートは水塊の水面に対して平行に存在し、かつ前記水塊内に存在する波の位相に概ね合わせて動くように配置されることを意図される、非対称な形状のフロートと、
前記水塊の前記水面に対して概ね垂直な方向に延在するスパーであって、該スパーは前記フロートに対して動かないか、又は異なるように動く、スパーと、を備え、
前記フロートの向きは、前記フロートに突き当たる表面波の振幅及び方向のうちの一方の関数であり、前記波の振幅が所定のレベル未満であるときに、前記フロートの長い方の辺が到来波を受けるように向け、前記波の振幅が前記所定のレベルよりも大きいときに、前記フロートの狭い方の辺が前記到来波を受けるように前記フロートの前記向きを変更するように、前記振幅及び前記方向のうちの前記一方に応答する、波エネルギー変換器。
【請求項１９】
互いに対して動くフロート及びスパーと、該フロートと該スパーとの間に接続され、その動力生成能力及びその存続性を高めるように、該フロート及び該スパーの相対運動を有用な動力に変換する動力取出装置（ＰＴＯ）とを有する波エネルギー変換器（ＷＥＣ）を動作させる方法であって、
前記フロートを、一方の辺が他方の辺よりも長い非対称なフロートであるように選択するステップと、
前記波の振幅が所定の値未満であるときに、その動力生成能力を高めるために、その長い方の辺が前記到来波に面するように前記フロートの向きを合わせるステップと、
前記波の振幅が所定の値よりも大きいときに、前記フロートが受ける力を低減するべく、その長い方の辺が前記到来波に対して概ね平行であり、その短い方の辺が前記到来波に面するように前記フロートの向きを合わせるステップと、
を含む、波エネルギー変換器を動作させる方法。
【請求項２０】
前記ＷＥＣは、前記波の振幅を検知することを含む、信号処理手段を含み、前記フロートの向きを合わせる前記ステップは、前記フロートの前記向きを決定するように、前記検知された振幅に対応する信号を処理するステップを含む、請求項１９に記載のＷＥＣを動作させる方法。
【請求項２１】
互いに対して動くフロート及びスパーと、該フロートと該スパーとの間に接続され、その動力生成能力及びその存続性を高めるように、該フロート及び該スパーの相対運動を有用な動力に変換する動力取出装置（ＰＴＯ）とを有する波エネルギー変換器（ＷＥＣ）を動作させる方法であって、
前記フロートを、一方の辺が他方の辺よりも長い非対称なフロートであるように選択するステップと、
前記到来波の方向を検知し、それに対応する信号を生成するステップと、
前記方向が変化するのに応じて、その長い方の辺が前記到来波に面するように、前記検知された信号に応答して前記フロートの向きを合わせるステップと、
を含む、波エネルギー変換器を動作させる方法。
【請求項２２】
波エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）を有する非対称な形状の浮体であって、前記長さＬは前記幅Ｗよりも長く、該フロートは前記波の関数として動く、非対称な形状の浮体と、
前記フロートに結合され、その動きを有用な動力に変換するように、その動きに応答する動力取出装置（ＰＴＯ）と、
前記浮体に結合され、前記波の方向及び振幅のうちの少なくとも一方の関数として前記浮体の向きを制御し、変更する装置と、
を備える、波エネルギー変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常の動作条件下で改善された効率を提供し、かつ大振幅波に対する改善された存続性を有するように設計された波エネルギー変換器（ＷＥＣ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるようなＷＥＣは、フロート１００と、シャフト／スパー２０とを含むことができ、フロートとシャフトとの間に動力取出装置（ＰＴＯ）３０が接続されている。フロートは一般的に波と同期して動くように設計される。シャフト２０は、動かないように設計することができるか（例えば、図１Ａに示されるように海底にアンカーで固定される）、又は図１Ｂに示されるように、「デュアルアブソーバー」と呼ばれる場合がある構成において、フロートと位相を合わせるが、フロートに対して或る時間だけ遅延して、及び／又は一般的に波及びフロートに対して位相を合わせることなく、上下に動くことができるように設計することができる。いずれの場合でも、相対運動を有用なエネルギー（例えば、電力又は異なる形態の機械エネルギー）に変換するように、シャフトとフロートとの間にＰＴＯが接続される。
【０００３】
従来技術のＷＥＣのフロート１００は、図１Ｃに示されるように、ｘ−ｙ軸について概ね対称（例えば、円形又は正方形）であるように形成される傾向がある。用いられるＷＥＣは「ポイントアブソーバー」タイプからなることができる。ただし、用語「ポイントアブソーバー」は一般的に、ＷＥＣのフロートの特性寸法がＷＥＣを駆動する波の（長い方の）波長に比べて短いことを意味するように定義される。
【０００４】
多くの状況において、ＷＥＣによって生成することができる動力量は、波による作用を受ける（上げられるか、又は下げられる）フロートの表面積の関数である。フロートにかかる浮力は、波がフロートを通り過ぎるときに変位したフロートの体積の変化として推定することができる。非常に長い波長（例えば、その波長はフロートの幅又は長さ寸法よりもはるかに長い）を有する波がフロートに突き当たる場合、フロートの変位した高さの変化は、基本的にフロートの表面全体にわたって全て同じである。この場合、動力生成能力を考える際に、フロートの形状は重要ではない。しかしながら、フロートの寸法に相当する波長を有する波が対称な（例えば、円形の）フロートに突き当たる場合、フロートの一方の辺が波の頂点の下にあるとき、フロートの他方の辺又は端部は頂点の下にはない。そのとき、相殺効果がある。波の浮力はフロートの全表面積にわたって作用しない（例えば、全表面積を持ち上げない）。この場合、生成することができる動力量は著しく低下する。
【０００５】
これは図１Ｄを参照しながら更にわかりやすく説明することができ、図１Ｄは、対称なフロート（１Ｄの部分Ｂ）及び非対称なフロート（１Ｄの部分Ｃ）に及ぼす波の影響を示す。図１Ｄの部分Ａは、７秒の周期、２メートルの波高及び約７５メートルの波長を有する波９０１を示す。例示のために、点Ｋにおいてピーク値（頂点）を有し、頂点から５．５メートル離れた点Ｌにおいて低い値を有し、頂点から１１メートル離れた点Ｍにおいて更に低い値を有する波形９０１が示される。ここで、波形６０１を受ける１１メートルの外径を有する従来技術の円形のフロート１００（１Ｄの部分Ｂに示される）について考える。図に示されるように、フロートの左側（Ｋ）が波頂点のピークと一致する。この波条件の場合、フロートの表面積の一部のみが波振幅に対応する最大力を受けることになるのは明らかである。フロートの残りの部分はそれより低い力を受けることになり、更には押し下げられて、上方に持ち上げる力を相殺する場合もある。したがって、フロート１００の動力発生／生成能力は著しく低下する。その波長が波９０１の場合に示される波長よりもさらに短い波の場合、更に低い動力が発生し、生成される可能性があることは明らかである。
【０００６】
この問題を克服するために、図１Ｄの部分Ｃに示される平面図のように、フロートを非対称にすることが提案されている。例えば、２２メートルの長さ（長辺）及び５．５メートルの幅（短辺）を有する楕円形のフロート１０が示される。図１ＤのＢにおける対称なフロートの面積は、図１ＤのＣにおける非対称なフロートの面積と基本的に同じである。図から明らかであるように、基本的に、非対称なフロートの全表面積が波９０１の最大力を受けることになる。したがって、動力生成の観点から、その長辺が、波が入射する方向に面する非対称なフロートを有することが望ましい。明らかに、非対称なフロートは、フロートのサイズに比べて短い波長を有する波に対する波エネルギー変換の場合に、好ましい特性を有する。すなわち、フロートのサイズに比べて短い波長を有する波の場合、対称なフロートと同様の面積からなる適切に向きを合わせられた非対称なフロートは、波エネルギーを有用な形態の電気に、より効率的に変換することになり、すなわち、従来技術の対称なフロートの場合よりも、より多くの波の力が、有用な形態の動力に変換されることになる。
【０００７】
それゆえ、その波長が「通常の」範囲内（５秒周期未満から１４秒周期より長い範囲）内にある波の場合、非対称なフロートを有し、より多くの波エネルギーを取り込み、波動力変換を最適化することが望ましい。しかしながら、本出願人らは、（１）到来波の方向が変化し、得ようとした利益を取り消す場合があるので、かつ（２）大しけ状態下で損傷をより受けやすくなるので、非対称なフロートを使用することに関して著しい欠点があることを認識した。すなわち、通常の波振幅が４メートル未満である場合、ＷＥＣは通常の波条件に対して動作及び存続するように設計される。しかしながら、大しけ状態下では、波振幅が通常予想される振幅よりも大きく（例えば、波は４メートルより大きな振幅を有する）、非対称なフロートにより大きな浮力が加えられ、フロートとスパーとの間に著しく大きな力が発生し、ＷＥＣ及びそのＰＴＯに損傷を与える傾向がある。これらの問題を考慮に入れると、波によって上下に動かされる非対称なフロートを備える既知のＷＥＣシステムは存在しない。
【０００８】
波エネルギー変換を改善するように、非対称なフロートの長辺が到来波に面していることが望ましいが、大しけ状態及び波変動条件下でのＷＥＣの存続性及び運用性という問題がある。
【発明の概要】
【０００９】
本出願人の発明は、１つには上記の問題の認識にあり、もう１つには動力変換効率に関しては、非対称なフロートを使用すべきであるという認識にある。また、本出願人の発明は、（１）エネルギーの取込みを増加させるために、その長辺が到来波に面するようにフロートは回転すべきであり、（２）過剰な、潜在的に破壊性のある力が加わるのを低減するために、かつＷＥＣの存続性を高めるために、接近してくる大しけ状態の波に対してその外形が小さくなるように、フロートは向きを変更すべき（回転すべき）であるという認識にある。したがって、本発明を具現するＷＥＣシステムは、波条件の関数としてＷＥＣを回転させる手段を含む。
【００１０】
用語「通常の」波条件は、ＷＥＣが動作するように設計される（そして、ＷＥＣが位置することが意図される場所において通常直面する振幅の範囲内にある）波振幅の範囲を指すこと、及び用語「大しけ状態」は、波振幅が通常の範囲を超えるときに存在する条件を指すことに留意されたい。
【００１１】
本発明を具現するＷＥＣは、波の位相に合わせて、一般的に上下に動くように意図された非対称なフロートと、動かないか、又はフロートの位相に合わせるが、フロートに対して或る時間だけ遅れて上下に、及び／又は一般的には、フロートに対して位相を合わせることなく上下に動くことができるように設計されるスパーとを含む。フロートとスパーとの間にＰＴＯが接続され、その相対運動を有用なエネルギー（例えば、電力）に変換する。非対称な形状のフロートは、長い方の辺と、狭い方の辺とを有する。ＷＥＣは、ＷＥＣの波エネルギー変換効率を高めるべく、フロートの長い方の辺が到来波に面するようにその向きを合わせ、かつＷＥＣの存続性を改善するべく、大しけ状態下でその短い方の辺が到来波に面するようにフロートの向きを合わせる装置を含む。
【００１２】
フロートは、水面に対して概ね平行に延在する上面及び底面を有し、フロートは波の位相に概ね合わせて上下に動く。スパーは水面に対して概ね垂直な方向に延在する。フロートは「非対称」（例えば、長方形又は長円形）である。すなわち、フロートは「長い方の」（又は「横方向の」）辺と、「狭い方の」（「短い方の」又は「前方向の」）辺とを有する。その長さ（Ｌ）は幅（Ｗ）よりも長い。長い方の辺は通常、到来波に面し、その周波数及び波長が所定の範囲内にある到来波に対するＷＥＣの動力変換効率を改善するように設計される。
【００１３】
一実施形態によれば、フロートは、到来波の通常予想される波長の範囲に比べて小さな幅を有するように設計することができる。
【００１４】
ＷＥＣが大しけ状態の間に受ける場合がある過剰な応力を低減するために、本発明を具現するＷＥＣは、「通常の」動作条件中に、フロートの長辺が到来波に面し、「大しけ」状態の間に、短い方、狭い方の辺が到来波に面するように、非対称なフロートの向きを選択的に又は自動的に（例えば、能動的に又は受動的に）変更する手段を含む。このため、フロートの長辺は、動力を生成することが望ましい条件下で波に向けられることになり、フロートの短辺は、大しけ状態下で波に向けられ、ＷＥＣが受ける場合がある応力を低減する。
【００１５】
本発明の一態様によれば、非対称なフロートをスパーに対して機械的に固定する（噛み合うように差し込むか、又は嵌め込む）ことができ、それにより、その間の相対的な回転運動を阻止しながら、フロート及びスパーが互いに上下に動くことができるようにする。フロート及びスパーの結合を解除できない場合、フロート及びスパーを一緒に回転させる手段が設けられる。所望の位置からあまりにも遠くに漂遊することなく、スパー／フロートが回転できるようにするアンカー固定機構又は係留機構を更に含めることができる。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、相対的な回転運動を阻止しながら、フロート及びスパーが互いに上下に動くことができるように、非対称なフロートをスパーに結合することができる。フロートを回転させるために、スパー及びフロートを切り離して、フロートがスパーに対して回転できるようにする。
【００１７】
縮尺通りに描かれていない添付の図面において、類似の参照符号は類似の構成要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】従来技術のＷＥＣの非常に簡略化された断面図である。
【図１Ｂ】従来技術のＷＥＣの非常に簡略化された断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａ又は図１ＢのＷＥＣにおいて用いることができる「対称な」フロートの平面図である。
【図１Ｄ】到来波が（従来技術のような）対称な形状のフロート及び（本発明を実施する際に用いるように意図された）非対称な形状のフロートに及ぼす影響を示す理想的な簡略化された図である。
【図２】本発明を具現するＷＥＣの非常に簡略化された断面図である。
【図２Ａ】本発明を実施する際に用いる非対称な（楕円形の）フロートの平面図である。
【図２Ｂ】本発明を実施する際に用いる非対称な長方形（箱形）のフロートの平面図である。
【図２Ｃ】本発明を実施する際に用いる非対称な楕円形のフロート及びスパーの等角図である。
【図２Ａ（１）】本発明による、動力変換効率（最大エネルギー取込み）を高めるように、その「長」辺が到来波を捕らえるように向けられている非対称なフロートの理想的な簡略化された平面図である。
【図２Ａ（２）】ＷＥＣが受ける力を低減するために大しけ状態下でその「短」辺が到来波に面するように向けられている非対称なフロートの理想的な簡略化された平面図である。
【図３】円形のフロート（図１Ａ又は図１Ｂを参照）、並びに長軸が到来波に面する構成及び「正面」（長軸が到来波に対して平行な）構成における１：４の縦横比を有する楕円形のフロート（図２、図２Ａを参照）の場合の波動力変換の比較を示す図である。
【図４】非対称なフロートの向きを変更し、制御する電気機械システムの簡略化されたブロック図である。
【図５】非対称なフロートの向きを変更し、制御する電気機械システムの使用を示すＷＥＣの簡略図である。
【図６Ａ】本発明による、非対称なフロートの向きを制御する装置の非常に簡略化された図である。
【図６Ｂ】本発明による、非対称なフロートの向きを制御する装置の非常に簡略化された図である。
【図６Ｃ】本発明による、非対称なフロートの向きを制御する装置の非常に簡略化された図である。
【図７Ａ】フロートの向きを受動的に制御するように成形された異なる非対称なフロートの非常に簡略化された図である。
【図７Ｂ】フロートの向きを受動的に制御するように成形された異なる非対称なフロートの非常に簡略化された図である。
【図７Ｃ】フロートの向きを受動的に制御するように成形された異なる非対称なフロートの非常に簡略化された図である。
【図８Ａ】スパーを噛み合うように差し込まれたフロートの平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示されるタイプのフロート及びスパーが一緒に回転できるようにする係留及びアンカー固定機構の非常に簡略化された断面図である。
【図８Ｃ】図８Ａ及び図８Ｂに示されるＷＥＣ用の係留及びアンカー固定構成を更に示す、フロートの下方にある図８Ｂのスパーの沈められた部分の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本発明を具現するＷＥＣが、（ａ）非対称なフロート１０と、（ｂ）スパー２０と、（ｃ）フロートとスパーとの間に結合され、その相対運動を有用なエネルギー（例えば、電力）に変換するＰＴＯ３０と、（ｄ）フロート１０に結合され、或る特定の波条件及び／又は例えば、メンテナンスのような他の選択された条件に応じて、フロート１０の向きを変更し、及び／又はフロート１０を回転させる装置４００とを含むことを示す簡略化された断面図である。
【００２０】
非対称なフロート１０は通常、波振幅が「通常の」範囲内にあるときに、その長い方の辺が到来波に面するように向けられる。到来波の方向が変化する条件の場合、非対称なフロート１０は、その長い方の辺が到来波に面し続けるように回転し、それにより、改善されたエネルギー取込みを維持する。しかしながら、波の振幅が「通常の範囲」を超えるとき、フロートはその狭い方の辺が到来波に面するように向きを変更される。
【００２１】
本発明の一態様によれば、非対称なフロート１０は、改善された動力生成効率を維持するために、その長軸が到来波の方向に対して概ね垂直に保持される（又は概ね垂直のままになる）ように、到来波の方向変化に応じて（徐々に、又は連続的に）回転することができる。
【００２２】
非対称な形状のフロート１０は、図２Ａ及び図２Ｃに示されるような楕円形形状を有することができるか、又は図２Ｂに示されるような「箱形」の長方形形状を有することができるか、又は任意の数の異なる適切な形状を有することができる。本発明を実施する際に使用するように意図される非対称な形状のフロートは、一方の辺（「軸」）よりも他方の辺の方が大きい（長い）。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように、フロートの長い方（「横方向」）の辺（又は長い方の軸）は寸法「Ｌ」を有し、短い方、又は狭い方（「前方向」）の辺（又は短い方の軸）は寸法「Ｗ」を有する。ただし、ＬはＷよりも大きい。長さ「Ｌ」はｋＷの関数として表すことができる。ただし、ｋは１より大きな任意の数であり、「ｋ」の上限はフロートの構造的な残存能力である。動作するとき、フロートは、水塊の水面に沿って存在又は延在し、かつ水面に対して概ね平行である上面及び底面を有し、フロートは、波の位相に概ね合わせて上下に動く。非対称なフロートの実施形態はそれぞれ、本発明に関連付けられる利点を提供する（すなわち、使用可能な波の場合に動力を増加させ、存続条件では大しけ波に対する感度を低下させる）。
【００２３】
本発明を具現するシステムでは、スパー２０は海底に対してしっかり固定することができるか（例えば、図１Ａに示される）、又は水塊の水面に対して概ね垂直な方向に上下に動くことができるようにすることができる（例えば、図１Ｂに示される）。
【００２４】
ＰＴＯ３０は、スパーとフロートとの間に結合され、相対運動を有用な動力（例えば電力）に変換する任意の動力取出装置とすることができる。一例として、ＰＴＯは、ラックアンドピニオンタイプ、又は線形発電機、又は任意の他の適切なＰＴＯとすることができる。通常、ＰＴＯの一部はフロートに接続され、別の部分がスパーに接続されること、及びＰＴＯのこれら２つの部分が相互作用して（又は係合して）有用な動力を生成しなければならないことに留意されたい。フロートが回転を受けるとき、ＰＴＯの構造的な全体性が維持されるのを確実にすることが不可避である。スパー及びフロートが機械的に互いに連結される（更には、スパー及びフロートが電磁的にのみ結合される）或る特定のタイプのＰＴＯデバイスの場合、（ａ）スパーをフロートから切り離して、フロートがスパーから独立して、かつスパーに対して回転運動できるようにする手段、又は（ｂ）スパー及びフロートが互いに回転できるようにする係留装置を設けながら、スパーとフロートとの間の機械的結合を維持する手段が必要とされる。
【００２５】
図に示されるように、本発明を具現するＷＥＣは、フロート１０の向き（「回転」）を制御し、変更する装置４００を含む。装置４００は、以下に論じられるように、受動的又は能動的にすることができる。ここで、フロートの向きを変更する必要性が更に概説される。図２Ａ（１）は、その長辺（「軸」）が到来波の方向に対して概ね垂直であるように向けられる非対称なフロート１０を示す。この構成は、従来技術の対称なフロート（図３を参照）と比べて、種々の波長からなる広い範囲の波の場合に、より多くの動力が得られ、より高い動力変換効率が達成されるのを確実にする。波の振幅が所定の範囲内にある限り、この向き（すなわち、図２Ａ１に示されるような向き）が維持されるように意図される。所定の範囲は、「通常の」波振幅範囲と定義することができ、その範囲にわたって、ＷＥＣが図２Ａ１の向きにおいて動作することになる。一例として、予想される「通常の」波振幅範囲が最大５メートルである海では、ＷＥＣは、振幅が最大で５メートルの波から生じる力に応答し、動作し、その力に耐えるように設計される。したがって、予想される「通常の」波振幅範囲の場合に、ＷＥＣ及びそのＰＴＯ３０は、図２Ａ１に示される非対称なフロート向きの場合に完全に機能し、動作するように設計される。
【００２６】
上記で既に言及されたように、かつ図３に示されているように、到来波に面する（垂直をなす）長軸を有する非対称なフロートを有するＷＥＣによって生成される動力（波形Ａを参照）は、（ａ）同様の表面積を有する対称なフロートを有するＷＥＣによって生成される動力（波形Ｂを参照）及び／又は（ｂ）その短軸が到来波に面しているときに非対称なフロートを用いるＷＥＣによって生成される動力（波形Ｃを参照）よりも大きい。
【００２７】
しかしながら、波の振幅が、ＷＥＣが耐えるように設計された通常予想される範囲を超えるとき（例えば、大しけ状態の場合）、フロート及びスパーを押す力（一般的に逆方向）は、ＷＥＣ（及びＰＴＯ）が回復不可能なほど損傷を受けるおそれがある応力を引き起こす。非対称な形状のフロートは、波の力のより多くを取り込み、それゆえ、大しけ状態下でフロート及びＷＥＣが受ける潜在的に破壊性のある力を増加させるように働くことに留意されたい。この問題は、非対称なフロートを用いるＷＥＣの開発、又は信頼性のあるＷＥＣ動力生成システムにおけるその使用を制限してきた。非対称なフロートを用いることに関して２つの基本的な問題がある。それは、（１）大しけ状態に対して増加する応力、及び（２）フロートの長辺を到来波に対して垂直に保持し、ＰＴＯの構造及び運用性を維持すること、である。
【００２８】
本出願人らは、それらの問題を認識し、非対称なフロートが、（１）エネルギー取込みを高めるべく、到来波を追跡して、到来波に面するフロート外形を最大化するように回転することができ、（２）大しけ状態下で過剰な力が存在するという問題を克服するべく、到来波に面するフロートの外形を小さくするように回転することができる、システムを設計した。したがって大しけ状態と同様の条件の場合に、フロートは、図２Ａ（２）に示されるように、その狭い方の部分が到来波に面するように回転する。この構成では、到来波に向けられる前面面積が減少し、結果として、ＷＥＣにかかる力が減少する。これは、ＷＥＣの存続性に関して、かつ存続するのに重要である。
【００２９】
しかし、「波に対して正面を向く」構成に回転した後に、ＷＥＣを依然として動作させることが望ましい場合がある条件が存在することに留意されたい。例えば、非常に長い波の場合、フロートが回転しても、波力作用の減少は小さい（波が非常に長いので小さい）。しかしながら、ベアリングにかかる力が小さくなるので、その結果、動力に関して正味の改善を有することができる。
【００３０】
制御装置４００は、フロート１０の向きを変更し、制御する手段を含む。装置４００は能動システム、受動システム、又はハイブリッドシステムとすることができる。また、装置４００は、フロート１０が広い角度範囲にわたって徐々に、又は連続的に回転するように設計することができる。
【００３１】
その装置の一実施形態が、図４において、非常に簡略化されたブロックの形で示される。種々の条件を検知及び処理することができ、処理された情報及び所定のデータに基づいて、フロート及び／又はスパーを回転させて、到来波の方向に対してフロートの向きを変更することができる。
【００３２】
図４は、数多くの異なるセンサーを用いて、波の条件を検知し、コントローラー４３０に信号を与えることができることを示す。一例として、
（ａ）スパーとフロートとの間の差動運動を検知する海状態センサー４０２を用いて、コントローラーに信号を与えることができる。
（ｂ）スパーとフロートとの差動運動に応答する加速度計４０４を用いて、コントローラーに信号を与えることができる。
（ｃ）衛星又は他の外部情報源に応答するレセプター４０６を用いて、コントローラーに波（又は任意の他のシステム条件）に関連する信号を与えることができる。
（ｄ）音響ドップラープロファイラー４０８又は波監視ブイを用いて、コントローラー４３０に波（又は任意の他のシステム条件）に関連する信号を供給することができる。
（ｅ）補助波監視ブイ４１０を用いて、信号を検知し、コントローラーに信号を供給することができる。
【００３３】
図４において、種々の波センサーとコントローラー４３０との間に接続される波センサープロセッサ４２０が示される。これは一例にすぎないこと、及び実質的には任意の適切なタイプの波センサー及びプロセッサを用いて、本発明を実施できることに留意されたい。種々のセンサーからの信号は、直接、又は無線接続を介してコントローラー４３０に供給することができる。明示されないが、センサー及びその信号は無線接続を介して、有線接続を介して、又は陸上ネットワークとの通信を用いて、プロセッサ／コントローラー４３０に結合又は供給される場合があることは理解されたい。また、波条件、又はコマンドのような幾つかの信号は、外部（遠隔又は衛星）気象／波予報によってプロセッサ４２０又はコントローラー４３０に供給される場合もある。
【００３４】
受信された波条件信号に応答して、コントローラー４３０はモータードライバー４４０にコマンド信号を供給し、モータードライバーは、フロート及び／又はスパーに結合されており、ＷＥＣに更に多くの動力を生成させるように、又は存続性を高めるのにＷＥＣが受ける力を低減するように、フロート及び／又はスパーを新たな位置に回転させる。図４のシステムは、（ａ）スパーから独立して非対称なフロートを回転させる（例えば、フロートをスパーとの結合から解除することができるとき）、及び／又は（ｂ）フロート及びスパーを一緒に回転させる（例えば、互いに相対的に上下運動できるようにしながら、スパーとフロートの間の相対的な回転を防ぐように互いに機械的に固定される場合）、能動的な機構を与える。
【００３５】
上記で言及されたように、到来波の方向が変化する場合に、より多くの（又はより少ない）到来波を捕らえるように、向き制御部４００を用いてフロートを連続的に回転させることができる。メンテナンスのために必要に応じて、制御部４００を介してフロートを回転させることもできることにも留意されたい。
【００３６】
図４に示される制御システムを用いて、図５に示されるＷＥＣの非対称なフロートを制御することができる。図５は、シャフト２０に沿って上下に動くリニアベアリングを含む要素１０５を設けることができることを示す。要素１０５は、本発明に従って楕円形フロート１０がその回りを回転できるようにする回転ベアリングも含む。要素１０５は、その中にＰＴＯ３０のうちの幾つか又は全てを含む。これは、ＰＴＯが回転するフロート／スパー構成要素を支持するのを不要にする。フロートの回転は要素１０５の回りで行われる。フロート内に回転コントローラー４００が位置する場合もある。
【００３７】
フロート１０を機械的に位置決めする別の方法が、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示される。この方法はＷＥＣの向きを変更するために、係留脚の構成を変更することに頼る。図６Ａ及び図６Ｂは動作構成にあるＷＥＣを示しており、その結果、フロート１０の長軸が波の入射方向に対して垂直である。図６Ｂは平面図である。２つの「上流にある」係留脚６３０はそれぞれ、アンカー６０４と、係留索６０３と、補助表面ブイ（ＡＳＢ）６０２とを含む。係留索６０３のうちの１つ又は複数の上に機構６００が存在する。機構６００によって、その機構が取り付けられた係留脚が長さを増減することができ、長さの増減はフロート１０を回転させる効果を有することになる。係留索６０３の長さを変化させることによってＷＥＣを回転させる方法は、図６Ｃ及び図６Ｂにおいて示される異なる構成によって示される。
【００３８】
図６に示されるように、フロートが係留索を介して係留される場合には、受動的な方法によってフロートの向きを変更する手段が、張力が所定のレベルを超えた場合に、係留機構６００に係留索６０３を移動させることになる。係留索６０３が移動する結果、フロートが波に対して所望の向きに位置決めされるようにフロートが回転することになる。本発明に従って行われる回転の場合、１つの係留機構６００のみが、受動レイアウト能力を有する必要がある。
【００３９】
フロートの向きを変更できるようにする他の構造が図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示される。これらの構造によれば、受動的な（そして一般的には自動的な）手段を用いて、フロートの向きを合わせ、及び／又は向きを変更できるようになる。これらの実施形態では、各フロートはベアリング機構１０５を介して係留することができる。その場合に、ベアリング機構が自由に回転できるようにすることによって、図７Ａ、図７Ｂ又は図７Ｃに示されるような非対称なフロートが、受動的に自ら向きを合わせるようにすることができる。
【００４０】
図７Ａは、大しけ状態下でフロートを受動的に回転させる（その向きを変更させる）フィン又は羽根１７０を取り付けられた非対称なフロート１０を有するＷＥＣを示す。スパー／シャフト２０及び１組の回転ベアリング１０５がフロートの中央に位置する。羽根１７０は、大しけ状態下でフロートの向きを受動的に合わせるのを支援することができる。「通常の」波条件下で、羽根１７０は、フロート１０の動作に、及び／又はフロート１０の向きを合わせるのに大きく影響を及ぼさない。羽根１７０はフロートとともに単に上下に動くことになり、著しい流体力学的相互作用を有しない。大しけ状態では、頂点がフロートの長い方の軸と平行である（それは望ましい向きではない）ように波が入射する場合には、羽根１７０に大きな力がかかり、それにより、羽根が到来波の方向から離れる方に向けられるようにフロート１０が回転する傾向がある。これにより、大しけ状態の場合にフロート１０は所望の向きに回転することになる。この機構を用いてフロートを受動的に正確に位置決めすることができるか、又はその機構を用いて機械的な位置決め機構を支援することができるか、又はその機構は、機械的な（能動的な）位置決め機構の故障時にフロートを位置決めするフェールセーフ方法としての役割を果たすことができることは理解されたい。
【００４１】
図７Ｂは、中央シャフト２０及び回転ベアリング１０５がフロートの中心に配置されない実施形態を示す。そのオフセットは、図７Ａに示されるフロートの場合に論じられたように、受動的な位置決め機構として、大しけ状態においてフロートの向きを合わせるのを助けることを意図している。
【００４２】
図７Ｃは、フロート１０が中央シャフト２０について対称でない実施形態を示す。そのフロートは次第に細くなり、一端において広い幅を有し、他端にある一点まで狭くなっていく。この実施形態は、長い軸及び短い軸を有する利点、並びに受動的に向きを合わせる利点を提供することを意図しているが、図７Ｂに示される形状よりも優れた改善を示す。図７Ｂに示される実施形態では、動作条件において中央シャフト２０に相対的な大きなベアリング荷重がかかる場合がある。中央シャフトの一方の側における水線面積（それゆえ、浮力）が他方の側よりもはるかに大きいために、これらの大きなベアリング荷重が生じる。図７Ｃに示される実施形態は、このベアリング問題に対処することを意図している。
【００４３】
図８Ａ及び図８Ｂは、スパーがフロートに対して著しく回転運動するのを防ぎながら、スパー及びフロートが（うねりの中で）互いに上下に動くことができるように、フロート１０と噛み合うように差し込まれるスパー２０を有するＷＥＣを示す。この構成の場合、
フロート及びスパーを切り離すのは、不可能ではないにしても、実行するのが難しい。それゆえ、動力変換効率を最適化するためにフロートが回転するとき、スパーもフロートと一緒に回転する必要がある。図８Ｂ及び図８Ｃは、ＷＥＣがドリフトするのを防ぎながら、スパーがフロートと一緒に回転できるようにする係留及びアンカー固定機構を示す。図８Ｂに示されるように、フロートとスパーとの間に接続されるＰＴＯ３０は、常に、フロート及びスパーの相対的な上／下運動を電気エネルギーに変換することができる。回転制御部４００がフロート及び／又はスパーに結合され、フロート及びスパーが一致して回転できるようにする。スパーは回転できるようにされるが、フロートの下方に、かつスパーの沈められた部分に沿って延在する図示されるスリーブ８０１によって垂直方向において適所に保持される。図８Ｂ及び図８Ｃは、スリーブ８０１を適所に保持するためにスリーブ８０１に取り付けられる３つのアンカー８０３を示す。スパーの下側部分は、プレート８０５において終端されるように示されており、そのプレートは、ヒーブプレートとして、スパーの或る特定の部分の上方にスリーブを保持する役割を果たすことができる。図に示される特定の係留及びアンカー固定機構は例示を目的としており、スパーがフロートと一緒に回転できるようにする任意の他の適切な構成を用いることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ａ（１）】
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【図２Ａ（２）】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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