(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設状態で水中に係留される支柱と、この支柱に沿って波により上下動するフロートと、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する発電機構とを有する波力発電装置において、
前記支柱から水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、
前記伝達機構が棒状の連結バーで構成され、この連結バーの一端が前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結され他端が前記フロートに連結されていて、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記傾動板が、前記支持軸から延びて端部に前記おもりを固定される第一直線部と、前記支持軸から延びて端部に前記連結バーを連結される第二直線部とからなる略Ｌ字型である請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
立設状態で水中に係留される支柱と、この支柱に沿って波により上下動するフロートと、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する発電機構とを有する波力発電装置において、
前記支柱から水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支
持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、
前記傾動板がピニオンギアであり、前記伝達機構が前記フロートの上面から上方に向かって立設され前記ピニオンギアに対応するラックで構成されていて、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする波力発電装置。
【請求項４】
立設状態で水中に係留される支柱と、この支柱に沿って波により上下動するフロートと、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する発電機構とを有する波力発電装置において、
前記フロートから水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする波力発電装置。
【請求項５】
前記傾動板がピニオンギアであり、前記伝達機構が前記支柱の上下方向に沿って延設され前記ピニオンギアに対応するラックである請求項４に記載の波力発電装置。
【請求項６】
前記支持軸に直交する垂直面内で前記支持軸を中心として形成される円周上であって、前記支持軸をとおる水平線を含む上側の円弧に沿って前記おもりが移動する請求項１〜５のいずれかに記載の波力発電装置。
【請求項７】
前記支持軸に設置されて前記傾動板の傾動に抵抗を与える抵抗部材を備える請求項１〜６のいずれかに記載の波力発電装置。
【請求項８】
立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置して、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する波力発電方法において、
前記支柱から水平方向に延びる支持軸を設置して、面方向が前記支持軸に直交する平板
状の傾動板を前記支持軸に軸支される状態で設置して、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に重心を有するおもりを前記傾動板に設置して、前記支持軸を中心とする前記おもりの移動に前記フロートの上下動を連動させる伝達機構を設置して、
前記伝達機構を棒状の連結バーで構成して、この連結バーの一端を前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結して他端を前記フロートに連結して、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置する状態に構成し、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりを前記支持軸の真上から一方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺させ、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりを前記支持軸の真上から他方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償させることを特徴とする波力発電方法。
【請求項９】
前記支持軸に直交する垂直面内で前記支持軸を中心として形成される円周上であって、前記支持軸をとおる水平線を含む上側の円弧に沿って前記おもりを移動させる請求項８に記載の波力発電方法。
【請求項１０】
前記支持軸に抵抗部材を設置して、この抵抗部材により前記おもりの移動に抵抗を与える請求項８または９に記載の波力発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置した波力発電装置および波力発電方法に関するものであり、詳しくはフロートに発生する浮力の影響を抑制できる波力発電装置および波力発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置して、このフロートと支柱との相対運動を利用して発電する波力発電装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１は、駆動機構によりフロートに所定の速度を付加して、フロートを波に同調させる波力発電装置を提案する。この波力発電装置は、波からエネルギを効率よく取り出すことができる。
【０００４】
駆動機構によりフロートに所定速度を付加するときに、駆動機構はフロートの浮力に抗してフロートを移動させなければならない。出力の大きな駆動機構が必要となるので、波力発電装置の製造コストが増大しまうとう不具合がある。
【０００５】
またフロートに発生する浮力はフロートの上下動にともない変動するので、駆動機構の出力変動が大きくなり、駆動機構の劣化が進みやすくなる不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１８１４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的はフロートに発生する浮力の影響を抑制できる波力発電装置および波力発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の波力発電装置は、立設状態で水中に係留される支柱と、この支柱に沿って波により上下動するフロートと、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する発電機構とを有する波力発電装置において、前記支柱から水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、前記伝達機構が棒状の連結バーで構成され、この連結バーの一端が前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結され他端が前記フロートに連結されていて、前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の波力発電方法は、立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置して、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する波力発電方法において、前記支柱から水平方向に延びる支持軸を設置して、面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板を前記支持軸に軸支される状態で設置して、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に重心を有するおもりを前記傾動板に設置して、前記支持軸を中心とする前記おもりの移動に前記フロートの上下動を連動させる伝達機構を設置して、前記伝達機構を棒状の連結バーで構成して、この連結バーの一端を前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結して他端を前記フロートに連結して、前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置する状態に構成し、前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりを前記支持軸の真上から一方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺させ、前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりを前記支持軸の真上から他方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フロートが中立位置よりも下方に位置してフロートを上昇させる浮力が増加するとき、この増加した浮力の少なくとも一部を相殺する下向きの力がフロートに働く。そのためフロートに働く浮力を見かけ上小さくすることができる。またフロートが中立位置よりも上方に位置してフロートを上昇させる浮力が減少するとき、この減少した浮力の少なくとも一部を補償する上向きの力がフロートに働く。そのためフロートに働く浮力を見かけ上大きくすることができる。
【００１１】
つまりフロートに発生する浮力の増減に応じて、おもりからフロートに発生させる力の方向および大きさが変化するので、フロートに発生する浮力の変動を見かけ上小さくすることができる。フロートが上下動するときに変動する浮力の影響を抑制できるので、フロートの固有周期を調整して長周期化することができる。
【００１２】
またフロートは浮力の影響を受けにくくなるので、駆動機構等によりフロートに速度を付加して波に同調させるときに、比較的小さな力でフロートの上下動の速度を制御できる。駆動機構等の小型化や低コスト化を実現するには有利である。
【００１３】
支持軸を支柱に設置し、伝達機構を棒状の連結バーで構成し、この連結バーの一端が支持軸から側方に離間した位置の傾動板上に連結され他端がフロートに連結される構成にすることができる。このとき傾動板を、支持軸から延びて端部におもりを固定される第一直線部と、支持軸から延びて端部に連結バーを連結される第二直線部とからなる略Ｌ字型に構成することができる。
【００１４】
支持軸を支柱に設置し、傾動板をピニオンギアで構成し、伝達機構をフロートの上面から上方に向かって立設されピニオンギアに対応するラックで構成することができる。また支持軸をフロートに設置し、傾動板をピニオンギアで構成し、伝達機構が支柱の上下方向に沿って設置されピニオンギアに対応するラックで構成することができる。
【００１５】
支持軸に直交する垂直面内で支持軸を中心として形成される円周上であって、支持軸をとおる水平線を含む上側の円弧に沿っておもりが移動する構成にすることができる。この構成によれば浮力変動によりフロートの上下方向に発生する力の変化に、おもりによりフ
ロートの上下方向に発生させる力の変化を追従させ易くなるので、フロートに発生する浮力の影響を抑制するには有利である。
【００１６】
支持軸に設置されて傾動板の傾動に抵抗を与える抵抗部材を備える構成にすることができる。おもりによりフロートの上下方向に発生させる力に抵抗部材による抵抗がかかるので、この力の変化を、浮力変動によりフロートの上下方向に発生する力の変化に追従させるには有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の波力発電装置を例示する説明図である。
【図２】図１に示す波力発電装置の側面を例示する説明図である。
【図３】図１の波力発電装置をＡ−Ａ矢視で例示する説明図である。
【図４】図１に示す波力発電装置のフロートが降下した状態を例示する説明図である。
【図５】図４に示す波力発電装置のフロートがさらに降下した状態を例示する説明図である。
【図６】図１に示す波力発電装置のフロートが上昇した状態を例示する説明図である。
【図７】図６に示す波力発電装置のフロートがさらに上昇した状態を例示する説明図である。
【図８】フロートに発生する力の変化のグラフを例示する説明図である。
【図９】図１に示す波力発電装置の変形例を例示する説明図である。
【図１０】図１に示す伝達機構の変形例を例示する説明図である。
【図１１】図１に示す伝達機構の変形例を例示する説明図である。
【図１２】本発明の波力発電装置の別の実施形態を例示する説明図である。
【図１３】図１に示す波力発電装置の変形例を例示する説明図である。
【図１４】図１３に示す波力発電装置の側面を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の波力発電装置および波力発電方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜３に例示するように本発明の波力発電装置１は、立設状態で水中に係留される支柱２と、この支柱２に沿って波により上下動するフロート３と、フロート３と支柱２との相対運動を利用して発電する発電機構４とを備えている。
【００２０】
支柱２は、例えば円柱形状や角柱形状に形成されていて、水底に直接固定されたり、または支柱２に連結される係留索の他端を水底に沈めたアンカーに連結して水底に間接的に固定されたりする。フロート３は例えば略円柱形状に形成され、上下方向に延びる貫通孔を形成されている。支柱２はこの貫通孔に貫通した状態で配置される。フロート３の形状は上記に限らず、例えば略立方体形状など適宜決定することができる。
【００２１】
発電機構４は、フロート３内の空洞に配置されるモータと、モータに減速機等を介して間接的に設置されるピニオンギアと、このピニオンギアに対応して支柱２の側面に上下方向に沿って延設されるラックとを備えている。フロート３が波により支柱２に沿って上下動すると、ピニオンギアとともにモータが回転して発電する。
【００２２】
支柱２は、上端近傍から水平方向に延設される支持軸５と、この支持軸５に軸支される平板状の傾動板６とを備えている。傾動板６は、その面方向が支持軸５に直交して、支持軸５を中心に回転可能な状態で設置されている。この実施形態では傾動板６は略Ｌ字型に形成されている。
【００２３】
傾動板６は、支持軸５から上方に向かって延設される第一直線部７と、支持軸５から側方に向かって延設される第二直線部８とを有している。この実施形態では支持軸５を中心として第一直線部７と第二直線部８とがなす角を９０°とする略Ｌ字型の傾動板６が形成されている。
【００２４】
第一直線部７の上端部には例えば鉄で構成される円柱形状のおもり９が設置されている。おもり９を構成する材料はこれに限らず、その他の金属や合金など比較的比重の大きい金属で構成することができる。また金属に限らず比重が大きい材料であればおもり９として利用することができる。おもり９の形状は上記に限らず、例えば球形状や直方体形状など任意の形状に形成することができる。
【００２５】
おもり９とフロート３とは伝達機構１０により連結されている。この実施形態では伝達機構１０が、一端を第二直線部８の端部に連結され他端をフロート３に連結される連結バーで構成されている。この連結バー１０により、おもり９の位置とフロート３の上下方向における位置とは関連付けられている。つまりおもり９とフロート３の移動が連動する。図３に例示するようにフロート３の上面の一部には開口部１１が形成されていて、連結バー１０の他端はこの開口部１１に挿入され、フロート３に連結される。連結バー１０の両端はそれぞれの部材に対して回転可能な状態で軸支されている。
【００２６】
図１〜３に例示されるフロート３は、上下方向において重力により発生する下向きの力Ｆｇと、浮力により発生する上向きの力Ｆｂとが釣り合っている位置（以下、中立位置Ｐ０ということがある）にある。つまり波力発電装置１を静水中に設置したときに、支柱２に対するフロート３の上下方向の位置を中立位置Ｐ０と定義する。図１においては、フロート３の上端面の位置を中立位置Ｐ０として破線で示し、静水時の水位を平均水位ＷＬで示している。
【００２７】
海に設置される波力発電装置１のフロート３の上端面が中立位置Ｐ０にあるときに、傾動板６に固定されるおもり９は支持軸５の真上に位置する状態に調整される。この調整は、連結バー１０の長さを調整することにより実現できる。例えば連結バー１０に複数のボルト穴を形成して、フロート３または傾動板６と連結するときのボルト穴の位置を変更することで、連結バー１０の長さを調整することができる。連結バー１０を伸縮可能に構成して、連結バー１０の伸縮によりおもり９の位置を調整してもよい。
【００２８】
図４に例示するように波によりフロート３の上端面が中立位置Ｐ０よりも下方に移動した場合、フロート３の上下動にともない連結バー１０を介して連結されている傾動板６が支持軸５を中心に傾動する。この実施形態では傾動板６は時計回りに傾動するので、おもり９は第二直線部８が配置されている方向（図４右方）に向かって移動する。つまり伝達機構１０を構成する連結バーにより、フロート３の上下動におもり９が連動していて、ここではフロート３が下方へ移動するとおもり９が右方へ移動する。
【００２９】
フロート３の上端面が中立位置Ｐ０よりも下方に移動するほど、フロート３の水中となる部分が増加して浮力が増大するので、フロート３に発生する上向きの力Ｆｂが増加していく。なお図中において平均水位ＷＬは一点鎖線で示している。
【００３０】
フロート３の下方移動にともないおもり９は、支持軸５を中心として第一直線部７を半径とする円弧に沿って移動していく。支持軸５の真上から右側に移動したおもり９には自重により落下しようとする下向きの力が発生するので、支持軸５を中心とする回転力が傾動板６に発生する。この回転力が連結バー１０を介してフロート３に伝達される。おもり９が落下しようとする力は、フロート３を下方に押込む力Ｆとして働く。つまりおもり９の移動にフロート３の移動が連動していて、ここではおもりが右方へ移動するとフロート
３が下方へ移動する。
【００３１】
おもり９が支持軸５の真上の位置から右方に離れるほど、水平方向における支持軸５とおもり９との位置が離れるので、おもり９が傾動板６を回転させる力が増加する。これにともないおもり９によりフロート３を下方に押込む力Ｆが増加していく。
【００３２】
図５に例示するようにおもり９が支持軸５の真横に位置するとき、力Ｆは最大となる。このときフロート３の上下方向の位置が最下端となる状態に波力発電装置１を設計することが望ましい。フロート３の下降にともない増加する上向きの力Ｆｂは、力Ｆにより少なくとも一部が相殺されるので、フロート３に発生する浮力は見かけ上小さくなる。
【００３３】
図６に例示するように波によりフロート３の上端面が中立位置Ｐ０よりも上方に移動した場合、フロート３の移動にともない傾動板６が傾動する。この実施形態では傾動板６は反時計回りに傾動するので、おもり９は第二直線部８が配置されている方向とは逆方向（図６左方）に移動する。つまりフロート３が上方へ移動するとおもり９が左方へ移動する。フロート３の上端面が中立位置Ｐ０よりも上方に移動するほど、フロート３の水中となる部分が減少するので、フロート３に発生する上向きの力Ｆｂが減少していく。
【００３４】
フロート３の上方移動にともないおもり９は、支持軸５を中心として第一直線部７を半径とする円弧に沿って移動していく。支持軸５の真上から左側に移動したおもり９には自重により落下しようとする下向きの力が発生するので、支持軸５を中心とする回転力が傾動板６に発生する。この回転力が連結バー１０を介して、フロート３を上方に引き上げる力Ｆとして働く。つまりおもり９が左方へ移動するとフロート３が上方へ移動する。
【００３５】
おもり９が支持軸の真上の位置から左方に離れるほど、おもり９が傾動板６を回転させる力が増加する。これにともないおもり９によりフロート３が上方に引き上げられる力Ｆが増加していく。
【００３６】
図７に例示するようにおもり９が支持軸５の真横に位置するとき、力Ｆは最大となる。このときフロート３の上下方向の位置が最上端となる状態に波力発電装置１を設計することが望ましい。フロート３の上昇にともない減少する上向きの力Ｆｂは、力Ｆにより少なくとも一部が補償される。つまり減少した上向きの力Ｆｂが力Ｆにより補われるので、フロート３に発生する浮力は見かけ上大きくなる。
【００３７】
フロート３が図５および図７に示す最上端と最下端との間を往復動する際に、おもり６は回転軸５を中心とする円弧の上半分上を往復動する。
【００３８】
図８では横軸にフロート３の上端面が中立位置Ｐ０から上下方向に離れている距離を示している。右側にいくほどフロート３は中立位置Ｐ０よりも上方に位置し、左側にいくほど下方に位置することになる。縦軸にフロート３に発生する上下方向の力を示している。フロート３に上向きに働く力を正として、下向きに働く力を負としている。
【００３９】
Ｆｂ−Ｆｇは、浮力によりフロート３に発生する上向きの力Ｆｂと自重によりフロート３に発生する下向きの力Ｆｇとの差を示している。中立位置Ｐ０では力Ｆｂと力Ｆｇは等しく釣り合った状態となるので、Ｆｂ−Ｆｇはゼロとなる。
【００４０】
自重によりフロート３に発生する下向きの力Ｆｇは一定となるのに対して、浮力によりフロート３に発生する上向きの力Ｆｂはフロート３の位置に応じて変動する。フロート３が中立位置Ｐ０よりも下方にあるとき（位置が負のとき）は浮力が増加するのでＦｂ−Ｆｇは正となり、位置が正のときは浮力が減少するのでＦｂ−Ｆｇは負となる。
【００４１】
つまりＦｂ−Ｆｇは、フロート３が中立位置Ｐ０から離れるほど、フロート３を中立位置Ｐ０に戻す方向に大きな力を発生させる。そのためＦｂ−Ｆｇは、フロート３を中立位置Ｐ０に維持しようとする求心力となる。この求心力を示すグラフの傾きは、フロート３に発生する浮力の増減割合に比例するので、フロート３の断面積を変更することで変化させることができる。
【００４２】
一方でＦは、おもり９から伝達機構である連結バー１０を介してフロート３に発生させる上下方向の力を示している。力Ｆは、おもり９が支持軸５を中心に傾動板６を回転させようとする力に比例する。おもり９が傾動板６を回転させようとする力は、おもり９の質量をＭ（ｋｇ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）、第一直線部７の長さをＬ（ｍ）、おもり９が支持軸５の真上から回転した角度をθ（ｄｅｇ）とすると、ＭｇＬｓｉｎθで表すことができる。力ＦはこのＭｇＬｓｉｎθに比例するので、力Ｆを示すグラフは正弦曲線の一部を示すことになる。
【００４３】
フロート３が中立位置Ｐ０から上方または下方に移動すると、力Ｆはその移動を強化する方向に発生する。つまり力Ｆは、フロート３を中立位置Ｐ０から離す方向に力を発生させる遠心力となる。この遠心力を示すグラフの傾き等は、おもり９の質量Ｍ、第一直線部７の長さＬ、およびおもり９が支持軸５を中心に回転できる角度θの範囲等を変更することで変化させることができる。
【００４４】
図８に例示する破線は、求心力Ｆｂ−Ｆｇの力の向きを反転させて示したものである。おもり９の質量Ｍや第一直線部７の長さＬなどを適切に選択することにより、遠心力は求心力に沿った状態で変化するので、求心力のほとんどを遠心力により相殺できる。求心力と遠心力の和がほぼゼロとなるので、見かけ上フロート３にはほとんど求心力が発生しない状態となる。
【００４５】
つまりフロート３は浮力の影響をほとんど受けない状態となるので、例えばフロート３全体を水中に沈めた位置に停止させたり、フロート３全体が水から出た位置に停止させたりしても、フロート３に発生する上下方向の力がつり合い、フロート３をその位置に停止させることができる。フロート３の固有周期Ｔは、フロート３の質量をｍ、ばね定数をｋとするとＴ＝√（ｍ／ｋ）で表すことができ、バネ定数ｋはフロート３に発生する復元力から求めることができる。復元力はＦｂ−Ｆｇで表されるので、フロート３の固有周期Ｔはフロート３に発生する求心力に反比例する。この実施形態ではフロート３に発生する見かけ上の求心力をほぼゼロにでき、その結果ばね定数ｋをほぼゼロにできるので、フロート３の固有周期Ｔを極めて大きくすることができる。
【００４６】
フロート３は上下方向におけるいずれの位置にあっても、上下方向に発生する力がほとんど釣り合った状態となる。そのため波力発電装置１が、フロート３の上下動を波に同調させるために駆動機構によりフロート３に所定速度を付加する構成を備えている場合、有利な効果を得られる。
【００４７】
本発明において駆動機構はフロート３の浮力に起因して発生し上下方向に変動する力に抗してフロート３を移動させる必要がないので、フロート３を所定の速度に制御するときに必要となるエネルギを抑制できる。フロート３の速度制御のために消費するエネルギを抑制できるので、発電効率を向上するには有利である。
【００４８】
比較的小さな出力でフロート３の速度を制御できるので、出力の比較的低い駆動機構を採用することが可能となり、波力発電装置１の製造コストを抑制するには有利である。駆動機構はフロート３の浮力変化の影響をほとんど受けずにフロート３の速度を制御できる
ので、駆動機構の出力変動の幅を小さくして駆動機構の長寿命化を実現するには有利である。
【００４９】
駆動機構は、発電機構４に設置されるモータで構成してもよい。つまり発電機構４のモータは、駆動機構としてフロート３を所定速度に制御するとともに、発電機構として支柱２に対するフロート３の相対運動を電気に変換する構成にしてもよい。
【００５０】
またおもり９の質量Ｍや第一直線部７の長さＬなどの調整により、おもり９に起因して発生する遠心力を適宜調整できる。そのため遠心力を調整してフロート３に発生する見かけ上の求心力を調整することにより、フロート３の固有周期を任意に設定することができる。波力発電装置１に設置される海域の波の周期に合わせて、フロート３の固有周期を設定できるので、駆動機構を設置しない構成であってもフロート３の上下動を波の周期に同調させて発電効率を向上するには有利である。
【００５１】
波力発電装置１において、フロート３に働く遠心力と求心力との和が小さくなれば、上記した種々の効果は得られるが、遠心力と求心力との和はゼロとする方がより大きな効果が得られるので望ましい。図８に例示されるＦｂ−Ｆｇは、フロート３の形状および質量等に依存してその傾きが変化する。一般的にフロート３の形状等は、波力発電装置１に要求される発電量や、波の振幅および周期等に基づき決定され、求心力はフロート３の形状に依存する。そのため予め設計されたフロート３に対して、その求心力を相殺する遠心力を発生させることが望ましい。
【００５２】
図８に例示される力Ｆは、おもり９の質量Ｍ、おもり９の回転半径（第一直線部７の長さＬ）、おもり９の回転する角度θの範囲等を調整することにより設定することができる。おもり９の質量Ｍおよび回転半径を大きくするほど、力Ｆを示すグラフの傾きは急になる。
【００５３】
傾動板６を略Ｌ字型の板で構成する実施形態では、第一直線部７の長さの変更によりおもり９の回転半径を調整できる。おもり９を例えば鉄で構成した場合、フロート３を浮かべる水に対して約８倍の比重をおもり９は有しているので、比較的小さなおもり９でフロート３に働く求心力を相殺することができる。
【００５４】
おもり９が支持軸５の真上から回転する角度θの範囲は、±９０°以内とすることが望ましい。即ち支持軸５を通過する水平線から上方となる半円の円弧上をおもり９が移動する構成とする。例えば±３０°〜８０°など角度θが±９０°以内であれば、図８に例示する力ＦがＦｂ−Ｆｇの変化に良好に追従して、遠心力と求心力との和を小さくできるからである。また角度θが±９０°を超えると伝達機構１０の構造や連結位置によっては、おもり９がフロート３に及ぼす力の向きが逆方向となり、遠心力と求心力との和が増大する可能性がある。
【００５５】
角度θの範囲は、例えば第二直線部８と連結バー１０の長さを調整することで決定できる。また傾動板６の回転角度を制限するストッパを支柱に設置したり、フロート３に対する連結バー１０の回転角度を制限するストッパをフロート３または連結バー１０に設置したりすることができる。
【００５６】
おもり９が回転する角度θを調整するために、フロート３の上下移動の範囲を制限するストッパを、支柱２またはフロート３に設置する構成にしてもよい。また傾動板６および連結バー１０の傾動を制限するストッパと、フロート３の上下動を制限するストッパとから選択した二つ以上のストッパを設置する構成にしてもよい。このとき角度θの範囲に対応した正弦曲線が、力Ｆを表すグラフとなる。
【００５７】
波力発電装置１は、伝達機構１０によりフロート３の上下動に連動しておもり９が移動して、浮力により増減する力の影響の少なくとも一部をおもり９により相殺する構成であれば、傾動板６の形状や連結バー１０の連結位置などは上記に限定されない。
【００５８】
支持軸５に抵抗部材を配置する構成にしてもよい。支持軸５が傾動板６に固定され傾動板６とともに回転する場合は支持軸５と支柱２との間に抵抗部材を配置し、支持軸５が支柱２に固定され支持軸５に対して傾動板６が回転する場合は支持軸５と傾動板６との間に抵抗部材を配置する。この抵抗部材は、おもり９の自重により傾動板６が傾動するときにこの動作の抵抗になる構成を有していればよく、例えば金属材料の表面を粗く加工して、摩擦抵抗の大きい接触面を備える摩擦部材などで構成することができる。この摩擦部材は、例えば接触面が傾動板６と接触可能な状態に支柱２の側面に固定したり、リング状に形成して支持軸５と傾動板６との間に配置することができる。
【００５９】
図８に例示するようにＦｂ−Ｆｇが直線で表される一次関数であるのに対して、力Ｆは正弦曲線の一部であるため、厳密には求心力と遠心力との変化を完全に一致させてその和をゼロとすることはできない。しかし抵抗部材を配置する構成により、求心力と遠心力との力の差を吸収することができる。
【００６０】
図８に例示するようにフロート３が中立位置Ｐ０よりも上方にある場合は、Ｆｂ−Ｆｇに比べて力Ｆの方が大きくなるので、求心力と遠心力との和は正となり、フロート３には上向きの力が発生し続けることになる。しかし抵抗部材を配置することによりフロート３が上昇することを防止して、その位置に停止させることができる。つまり求心力と遠心力とが完全に相殺され、その和がゼロになるときと同じように、フロート３を任意の位置で停止させることができる。
【００６１】
フロート３が上下方向において断面積が一定とならない形状である場合は、求心力を示すＦｂ−Ｆｇのグラフは一直線とはならない。このような場合であっても、求心力の一部を遠心力で相殺できるので上述した効果を得ることができる。つまりフロート３の形状は円筒形状に限定されず、他の断面積が鉛直方向に変化する任意の形状であっても上述した効果を得られる。またこのような場合であっても、抵抗部材の配置により求心力と遠心力と力の差を吸収することができる。
【００６２】
図９に例示するように支柱２の下端側であって、フロート３の下方となる位置に傾動板６を設置する構成にしてもよい。傾動板６およびおもり９等が水中に配置されていて、支柱２は係留索により水底に固定されている。この実施形態でもフロート３が中立位置Ｐ０にあるとき、おもり９は支持軸５の真上に位置するように調整される。
【００６３】
傾動板６は円盤形状に形成されていて、支持軸５を中心として連結バー１０が連結される位置とおもり９が設置される位置とが９０°となる状態に構成されている。この角度は９０°に限定されず、９０°より小さくても９０°より大きくてもよい。
【００６４】
傾動板６等を支柱２の下端側に配置することにより波力発電装置１の重心を比較的低い位置にすることができるので、水中で波力発電装置１の姿勢を安定させるには有利である。支柱２を係留索で固定する場合に特に有利である。
【００６５】
円盤形状の傾動板６を採用することにより、例えば波力発電装置１を所定の海域に設置する際に、傾動板６に連結バー１０を連結する位置を現地で適宜調整し易くなる。フロート３が中立位置Ｐ０にあるときに、おもり９が支持軸５の真上に位置するように調整する際に有利である。円盤形状の傾動板６上でおもり９の設置位置を変更できる構成としても
よい。
【００６６】
図１０に例示するように傾動板６をピニオンギアで構成し、伝達機構１０をフロート３の上面から上方に向かって立設されピニオンギア６に対応するラック１０で構成してもよい。ピニオンギア６にはおもり９が設置されていて、このおもり９はフロート３が中立位置Ｐ０にあるときに回転軸５の真上に位置する。
【００６７】
フロート３が中立位置Ｐ０よりも上方に位置しているときには、おもり９が図１０の右方側に移動する。おもり９が落下しようとする力によりピニオンギア６は時計回りに回転する。このピニオンギア６の回転によりラック１０が上方に引き上げられるので、フロート３には上向きの力が発生する。
【００６８】
フロート３が中立位置Ｐ０よりも下方に位置しているときは、おもり９が図１０の左方側に移動する。おもり９が落下しようとする力によりピニオンギア６は反時計回りに回転する。このピニオンギア６の回転により、フロート３には下向きの力が発生する。
【００６９】
フロート３等に軸支され傾動する連結バーを利用しないので、波力発電装置１の構成を単純化するには有利である。この実施形態ではラック１０により、おもり９の移動とフロート３の上下動が連動する。
【００７０】
フロート３が上下動する際に抵抗となる部分が、ピニオンギア６と支持軸５との接触部分だけであり、他の部分の影響を考慮しなくてもよいため、抵抗部材の配置による抵抗の調整が容易になる。つまり抵抗部材の配置により、フロート３に発生する求心力と遠心力との和をゼロに調整するには有利となる。
【００７１】
図１１に例示するように傾動板６を円盤形状に形成して、この傾動板６の面上に水平方向に突設される突起部１２とおもり９とを配置する構成にしてもよい。この実施形態では支持軸５を中心としておもり９が設置される位置と突起部１２が設置される位置とが９０°となる状態に構成されている。
【００７２】
フロート３の上面には、上方に向かって突設される一対の柱部１３と、この一対の柱部１３の上端を連結する水平部材１４とが設置されている。水平部材１４には水平方向に延びる案内溝１５が形成されている。突起部１２はこの案内溝１５に挿入され、この案内溝１５に沿って移動可能に構成されている。
【００７３】
フロート３の上下動にともない突起部１２が案内溝１５に沿って水平方向に移動して、突起部１２の移動にともない傾動板６が回転する。またおもり９の自重により傾動板６が回転してときは、傾動板６の回転により突起部１２が上下方向に移動し、これにともないフロート３が上下動する。
【００７４】
突起部１２が案内溝１５の端部に達したとき、フロート３の移動および傾動板６の回転が停止するので、フロート３の移動範囲または傾動板６の傾動する角度θの範囲を制限するには有利である。つまり案内溝１５が前述したストッパの機能を果たす。
【００７５】
図１２に例示するようにフロート３から上方に向かって一対の柱部１３を突設して、この柱部１３の上部にそれぞれ支持軸５を配置する構成にしてもよい。つまりフロート３側に支持軸５を配置する構成にしてもよい。支持軸５にはそれぞれピニオンギア６を設置して、このピニオンギア６に対応するラック１０を支柱２に沿ってその側面に配置している。この実施形態ではおもり９が支柱２側ではなく、フロート３側に配置される。
【００７６】
ピニオンギア６がおもり９の自重により回転すると、この回転にともない支柱２に対してフロート３が下方に押込まれたり、上方に引き上げられたりする。つまり伝達機構１０であるラック１０が、おもり９の移動とフロート３の上下動とを連動させる。
【００７７】
ピニオンギア６にそれぞれおもり９を配置できるので、おもり９の重量を増加させるには有利である。フロート３の体積が比較的大きくフロート３に発生する浮力が比較的大きくなる場合に、重量の増加したおもり９によりこの大きな浮力を相殺または補償できるので有利である。
【００７８】
それぞれのおもり９が支柱２に対して対称的に移動するので、おもり９の移動にともない波力発電装置１に水平方向の力が発生しない。つまり波力発電装置１が水平方向に揺動することを抑制して、波力発電装置１の姿勢を維持し易くなる。そのためフロート３を支柱２に対してスムーズに上下動させ易くなり、発電効率を向上するには有利である。傾いた支柱２に対してフロート３が上下動する場合には、フロート３が支柱２への衝突を繰り返すので、発電効率が低下する。
【００７９】
フロート３に設置するピニオンギア６および柱部１３の数は上記に限らず、一つでもよく三つ以上としてもよい。ピニオンギア６を三つ以上配置する場合には、波力発電装置１の姿勢を維持し易くするために、平面視において支柱２を中心として隣り合うピニオンギア６どうしの距離が等間隔となるように配置することが望ましい。
【００８０】
ピニオンギア６および柱部１３を図９に例示する実施形態と同様に、フロート３の下面側に配置する構成にしてもよい。
【００８１】
図１３および図１４に例示するように、支柱２を中心に両側方から挟み込む状態で二つの略Ｌ字型の傾動板６を配置する構成にしてもよい。傾動板６にはそれぞれおもり９が設置され連結バー１０が連結されている。連結バー１０の他端はフロート３の側面に連結されている。
【００８２】
二つの傾動板６が設置されているので、図１２に例示する実施形態と同様におもり９の重量を増加させるには有利である。また傾動板６に設置されるそれぞれのおもり９が、支柱２を中心に対称的に移動するので、波力発電装置１の姿勢を安定させ易くなり、発電効率を向上するには有利である。
【００８３】
連結バー１０をフロート３の側面に連結しているので、フロート３に開口部１１を形成する必要がなくなる。フロート３の形状が単純化され製造し易くなるので、波力発電装置１の製造コストを抑制するには有利である。
【符号の説明】
【００８４】
１     波力発電装置
２     支柱
３     フロート
４     発電機構
５     支持軸
６     傾動板（ピニオンギア）
７     第一直線部
８     第二直線部
９     おもり
１０   伝達機構（連結バー、ラック）
１１   開口部
１２   突起部
１３   柱部
１４   水平部材
１５   案内溝
【図１】
0006569115.tif 000002
【図２】
0006569115.tif 000003
【図３】
0006569115.tif 000004
【図４】
0006569115.tif 000005
【図５】
0006569115.tif 000006
【図６】
0006569115.tif 000007
【図７】
0006569115.tif 000008
【図８】
0006569115.tif 000009
【図９】
0006569115.tif 000010
【図１０】
0006569115.tif 000011
【図１１】
0006569115.tif 000012
【図１２】
0006569115.tif 000013
【図１３】
0006569115.tif 000014
【図１４】
0006569115.tif 000015