(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力発電所における質量およびスピニングホイールを有する回転子のトルクを調整する方法であって、前記方法は、
垂直軸を中心に回転する回転子のトルクを電気機械により生成される補正モーメントにより部分的にまたは完全に補償する工程と、
前記波力発電所の浮子体（１）の与点の、前記回転子の回転面上へ投影された互いに垂直な方向の加速度成分（ＡＣＣｘおよびＡＣＣｙ）を測定する工程と、
前記測定された加速度成分の大きさと方向（αＡＣＣ）とによりベクトル（Ｖｘｙ）を確立する工程と、
回転子（２）の方向または角度位置（α）を監視し、前記加速度成分のベクトルの前記方向（αＡＣＣ）からその遅れ（αＬＡＧ）を判断する工程と、
その副係数が前記浮子体の前記加速度成分の前記ベクトル（Ｖｘｙ）の大きさと遅れ角の正弦（ｓｉｎαＬＡＧ）である補償係数（Ｂ）に依存して前記補正モーメントを調整する工程と、を含み、前記方法は、
前記補償係数（Ｂ）に依存するだけでなくスピニングホイール力に基づく補償係数（ＢＡＶ）にも依存する補正モーメントを調整する工程、したがって、
−傾斜の回転速度（ＡＶｘ−ｙ）を測定するために慣性センサ（２１）を使用する工程と、
−前記回転速度のｘおよびｙ方向角速度（ＡＶｘおよびＡＶｙ）の結果を確立する工程と、
−前記結果の角速度と前記回転子の方向（α）との角度偏差（ＬＡＧｇｙｒｏ）を計算する工程と、
−スピニングホイール（２４）の回転速度を測定する工程と、
−その係数がスピニングホイール回転速度（ωｓ）、前記浮子体の傾斜の前記ｘとｙ方向角速度の前記結果と前記角度偏差（ＬＡＧｇｙｒｏ）の正弦である積として前記スピニングホイールの補償係数（ＢＡＶ）をスピニングホイール力に基づき確立する工程と、
前記スピニングホイールの補償係数（ＢＡＶ）に前記スピニングホイールの慣性（Ｉ）を乗算することにより前記スピニングホイールの補正モーメントを判断する工程と、
を含むことと特徴とする方法。
【請求項２】
前記回転子の回転速度は前記補償係数（Ｂ）に等しい補正モーメントを維持することにより一定に保持されようとする、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補償係数（Ｂ）には乗率が乗算され、これにより、
係数０は全く補償無しを表し、
係数１は１００％補償（すなわち請求項２に記載の状況）を表し、
１を越える係数値は前記回転子の遅れ角（αＬＡＧ）が増加する過剰補償を表わす、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記補償係数（Ｂ）を判断する際に使用される前記遅れ角（αＬＡＧ）には、前記遅れ角の値０から値πへ進む際にその値が低下するランプ型補正係数（ｋ）が乗算され、
前記補正係数（ｋ）は、補正補償係数（ｋ＊Ｂ）が前記回転子を１／３π〜１／２πの範囲内にある遅れ角（αＬＡＧ）へ駆動しようとするやり方で選択される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記回転子の角速度と平均波周期とが監視され、
前記回転子の速度を標的速度（すなわち前記平均波の周期に一致する速度）近傍に維持するために、前記補償係数（Ｂ）には速度依存型追加増倍係数（Ｓ）が乗算される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記追加増倍係数は前記回転子の角速度が増加するとその値が増加する二次関数である、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
負方向の前記回転子の回転は補正モーメントにより打ち消される、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
質量およびスピニングホイールを有する回転子のトルクを調整するシステムであって、前記システムは、
波力発電所の浮子体（１）と、
垂直軸を中心に回転する質量回転子（２）と、
前記回転子のトルクを部分的にまたは完全に補償するための補正モーメントを生成する電気機械（７）と、
前記回転子の回転面上へ投影された互いに垂直な方向の前記波力発電所の浮子体（１）の与点の加速度成分（ＡＣＣｘおよびＡＣＣｙ）を測定するために使用される加速度センサ（１１）と、
前記測定された加速度成分の大きさと方向（αＡＣＣ）とによりベクトル（Ｖｘｙ）を確立するために使用される信号処理手段（１９）と、
前記回転子（２）の方向または角度位置（α）を監視するために使用される手段（１４）と、を含み、
前記信号処理手段（１９）は前記加速度成分のベクトルの方向（αＡＣＣ）から前記角度位置（α）の遅れ（αＬＡＧ）を判断するようにされ、
前記信号処理手段（１９）は、前記補正モーメントを調整するために使用されるとともにその副係数が前記浮子体の加速度成分（Ｖｘｙ）の大きさと前記遅れ角（ｓｉｎαＬＡＧ）の正弦である補償係数（Ｂ）を生成するようにされる、システムにおいて、
前記補正モーメントは、前記補償係数（Ｂ）に依存するだけでなくスピニングホイール力に基づく補償係数（ＢＡＶ）にも依存して調整されるようにされ、前記システムは、
−前記浮子体の傾斜の回転速度（ＡＶｘ−ｙ）を測定するための慣性センサ（２１）と、
−前記回転速度のｘおよびｙ方向角速度（ＡＶｘおよびＡＶｙ）の結果を確立するとともに前記結果の角速度と前記回転子の方向（α）との角度偏差（ＬＡＧｇｙｒｏ）を計算するための信号処理および演算部（２５）と、
−スピニングホイール（２４）の回転速度を測定するための手段と、を含み、
前記信号処理および演算部（２５）は、その係数がスピニングホイール回転速度（ωｓ）、浮子体の傾斜の前記ｘとｙ方向角速度の前記結果と前記角度偏差（ＬＡＧｇｙｒｏ）の正弦である積として補償係数（ＢＡＶ）をスピニングホイール力に基づき確立するようにされることを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記信号処理手段（１９）は、前記遅れ角（αＬＡＧ）の大きさに影響及ぼす調整係数（ｋ）を前記補償係数（Ｂ）に乗算するための要素（１６）を含む、ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは前記回転子の角速度を監視するための手段（６ａ、１４、１５）および平均波周期を監視するための手段（１８、１７）を含むことと、
前記信号処理手段（１９）は、補償係数（Ｂ）に、前記回転子の速度を標的速度（すなわち前記平均波の周期に一致する速度）近傍に維持するための角速度依存追加増倍係数（Ｓ）を乗算するための要素（１７）を含むことと、を特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記浮子体の高さの８０％を越える部分は水没状態であり、前記浮子体は、波動が事実上存在するような深さまで垂直方向に延伸するように寸法決めされることと、
前記加速度センサ（１１）は前記回転子（２）の軌道（６）の面とほぼ同一面になるように配置されることとを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波力発電所の回転子をトルクという観点で調整する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸を中心として回転する回転子のトルクは電気機械により生成されるモーメントにより部分的または十分に補償される。
【０００３】
本出願人の先の国際公開第２０１３／１５６６７４号Ａ２パンフレットはボディ傾斜角およびモーメントの調整を最適化するための１つの解決策を開示する。そこでは、ボディは十分な深さまで水没する垂直または傾斜壁として製作された。波の内部流れを利用することにより、水平方向加速度により誘起されるモーメントも利用され得るような段階がボディの傾斜に確立される。これは、波面の方向に適合することにより浮いているボディでは可能ではない。次に、傾斜により生成されるモーメントと加速度により生成されるモーメントがデッド質量トルクに集約される。スピニングホイールを使用する場合、スピニングホイールにより生成されるトルクとデッド質量により生成されるトルクとが回転子の回転中に交互に切り替わり、各トルクは回転中に２回働き、これにより、約９０°の間隔で通常繰り返されるトルクを生成し、回転子を同じ回転方向に回転させようとする。この構成は水平方向に長いボディでは有益である。本出願人の先の国際出願国際公開第２０１４／００１６２７Ａ１号パンフレットと国際公開第２０１５／０４０２７７Ａ１号パンフレットはボディが高さと同じ大きさの範囲の水平方向長を有するタイプの波力発電所を開示する。この場合、その動作はさらに、ボディが旋回運動状態に設定される構成により強化される、すなわち、回転子軸の傾斜は、前後に傾斜する回転子軸とは対照的に、理論的垂直軸を中心に円回転することが可能にされる。したがって、傾斜による回転子回転モーメントが常に利用可能である。同様に、スピニングホイール生成モーメントは全回転にわたって連続的である。発電機などの電気機械の負荷を調整することにより補正モーメントを規制することは以前から知られている。しかし、補償されるべきトルクは非線型にかつ予想困難なやり方で変動する。これは補償調整を困難にし、調整機器を複雑かつ高価にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、モーメントが以前より単純、容易、かつ効果的なやり方で調整され得、これにより調整システムを単純にする一方で波力発電所の動作信頼性および性能出力を改善する方法とシステムを提供することである。本発明の特定の目的はまた、質量力に基づき判断された補償係数へスピニングホイール力に基づく補償係数を加算することを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は添付請求項１に提示された特徴に基づく本発明の方法により達成される。この目的はまた、請求項８に提示されたシステム特徴により達成される。本発明の好ましい実施形態は従属請求項に提示される。
【０００６】
本発明の方法およびシステムは、回転子軸のために可能な限りクリーンな旋回運動を生成することができる波力発電所に対し特に適用可能である。定義された旋回運動と本発明のモーメント調整との組み合わせは、不規則波においてですら連続的円運動と連続的エネルギー生成とを可能にするために使用され得る。換言すれば、本発明は、多くの変動波状況において波力発電所の出力性能および作業能力を改善するために使用され得る。
【０００７】
したがって、補正モーメントの調整のための条件を生成し（例えば回転子の回転速度が比較的一定に維持され得るようなやり方で）回転速度と既存波状態との同期を容易にすることが本発明において実現された。本発明は、ボディ面の傾斜がボディ面に垂直な方向とボディ面に平行な方向とに同時に発生しこれにより合成運動が旋回運動を生成する波力発電所に特に好適である。この文脈では、旋回運動は、円形（例えば楕円形）以外の断面を有する円錐を有する回転子軸の円錐運動経路を指す。その結果、ボディと回転子軸は、波の流れに応じて主に回転方向に垂直軸を中心に円回転または回転する傾斜方向を有する。波の周期がボディの傾斜方向の回転速度を決定する。
【０００８】
加えて、本発明はまた、本出願人の先の国際公開第２０１３／１５６６７４Ａ２号パンフレットに開示された恩恵（すなわち、傾斜および水平方向加速度は、傾斜／重力のモーメントと運動加速度とが互いに増強し合うような位相状態で互いに一致する）の利用を可能にする。加えて、スピニングホイール力のモーメントは、要望により、回転子の回転イコライザとして利用され得る。この結果は、高くかつ相対的に一貫したモーメントと高い出力性能である。本発明の補正モーメント調整を備える波力発電所は、典型的な自然波の長さ／高さ寸法が多かれ少なかれ一定であるので、波サイズに関係なく高効率でかつかなり一貫したやり方で電力を生成する。
【０００９】
次に本発明について添付図面を参照してさらに正確に示し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の方法を実行するためのシステム図を示す。
【図２】図１のシステムにおける回転子への本発明の調整の適用を示す。
【図３Ａ】図２の加速度ベクトルからの回転子遅れは−π〜πの角度範囲内にあるので回転子遅れの関数としてモーメントを十分に補正するための調整グラフまたは補償係数Ｂを示す。
【図３Ｂ】波力発電所が発電している（すなわち回転子が正の遅れ角を有する）ということが望まれる場合に遅れを増倍するために使用され得る１つのランプｋを示す。
【図３Ｃ】図３Ｂの係数が乗算された遅れに従って判断された補償グラフを示す。
【図３Ｄ】回転子の角速度に依存するとともに、回転子速度を標的速度（すなわち平均波の周期に対応する速度）近傍に維持するための補償係数Ｂが乗算され得る追加増倍係数（Ｓ）を示す。
【図３Ｅ】回転子の負方向の回転を禁止するために使用される１つのランプを示す。
【図４】ウライホイール（ｗｌｙｗｈｅｅｌ）部の補償に関係する、図１と同様なシステム図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１では、本発明の調整システムの１つの好ましい実施形態が概略原理図で示される。回転子２とボディ１は構造的に任意の既知タイプ（例えば上記出願明細書で説明したタイプ）のものであり得る。これらは本発明の目的を構成しないので、これ以上論述されない。
【００１２】
ボディ１の水没部分の垂直方向寸法は断面の水平方向寸法より通常大きい。好適には、ボディの高さの８０％を越える部分は水中にあり、ボディ１は、波動が事実上存在するような深さまで垂直方向に延伸するように寸法決めされる。ボディ１は水に浮き、ボディは波面Ｗにより接触されると前後に揺れるまたは旋回運動を行うように係留される。
【００１３】
回転子２は垂直軸５を中心に回転するようにボディ上に支持される。回転子は、その一端が垂直軸上に軸受で取り付けられ他端は文字ｍにより表された質量を有する重量質量４を担持するアーム３を含む。質量４は経路６に沿って（例えば時計回り方向に）円運動をする。回転子２は、電力を変換器８経由で出力線９へ供給する発電機７を駆動する。回転子は、回転子の角度位置および角速度をボディの運動に関し好ましくするために調整されるべきである被補償モーメントを生成する。ボディの加速度ベクトルの方向と回転子の方向との差異が回転子軸５のトルクを生成する。
【００１４】
この構成では、回転子２は、ボディの傾斜（旋回）によりおよび重力により生成される回転モーメントだけでなく水平方向加速度により（すなわち回転子の回転面上へ投影される加速度ベクトルにより）生成されるモーメントも使用することができる。ピッチ方向の加速度は波の伝播方向と平行である。最大加速度時、回転子の方向と加速度ベクトルとの間の位相角はあるべき角度（好適には３０〜９０度）であるので、このモーメントは正しい方向にタイムリーなやり方で働く。
【００１５】
加速度センサ１１が回転子２の軌道６とほぼ同一平面上となるように（例えば軌道に隣接して、または垂直軸５の近傍に）配置される。加速度センサ１１は好適には、ｘ、ｙおよびｚ方向の加速度を測定するために使用される３Ｄ加速度センサであり、スピニングホイール回転子（図４）に関しては、加速度および傾斜速度センサ２１（慣性センサ）である。回転子の角度位置に関する加速度データおよび情報は、信号処理ユニット１９内に含まれるブロック１５内に信号経路１２、１３、１４経由で転送され、基本的調整のための補正モーメントがその中で計算される。
【００１６】
基本的調整のために、ボディ１の与点の加速度ＡＣＣｘ、ＡＣＣｙが互いに垂直な方向（回転子のトラック面と同方向）で測定され、測定された加速度のベクトルＶｘｙ（大きさ
【数１】
0006694436.tif 000002
と方向αＡＣＣを有する）が確立される。回転子２の方向（すなわち角度位置α）がさらに監視され、その遅れαＬＡＧが加速度ベクトルＶｘｙの方向αＡＣＣから判断される。この情報により、補正モーメントを調整するために使用され得る補償係数Ｂが判断される。補償係数Ｂの副係数は加速度ベクトルＶｘｙの大きさと遅れ角（ｓｉｎαＬＡＧ）の正弦とを含む。
【００１７】
したがって、補償係数Ｂは次式から得られる。
【数２】
0006694436.tif 000003
【００１８】
図３Ａには、これにより確立された補償係数Ｂ（基本的調整グラフ／ベースライン）と遅れαＬＡＧとの関係が示される。したがって、回転子遅れは−π〜πの範囲内の角度として常に表され得る。補償係数Ｂは符号が＋／−πにおいて変化するとき零である。
【００１９】
回転子の質量ｍとアーム３の長さｅとを考慮すると、結果は次の有用補正モーメントである。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｂ・ｍ・ｅ                                    （２）
【００２０】
発電機７などの電気機械におけるこの補正モーメントＴｃｏｍｐの使用は回転子トルクの部分的または十分な補償を可能にする。図１のシステムでは、補償係数Ｂと補正モーメント（式（２））はセンサデータに基づきユニット１５において計算される。
【００２１】
補償係数Ｂがこのように（すなわち１００％効果で）使用されれば、補正モーメントはボディの加速度が変動したとしても回転子の回転速度を不変に保とうとする。
【００２２】
補償係数Ｂには係数（図３Ｂ）が乗算され得、ここで、０は補償無しを表し、１は１００％補償を表し、１を越える値は過剰補償を表し、これにより、回転子はボディの傾斜方向後方にさらに離される、すなわち遅れは増加する傾向がある。
【００２３】
波力発電所が常時発電することが望ましければ、回転子は時計回り方向（正の速度）に回転しているので負の角度の遅延を有する補償係数は零のままにされ得、正の角度の遅延には図３Ｂに示すランプが乗算され得る。したがって、補償係数Ｂを判断する際に使用される遅れ角（αＬＡＧ）にはランプ形補正係数ｋ（その値は遅れ角が値０から値πへ移る際に減少する）が乗算される。補正係数ｋは好適には、補正補償係数Ｂ＊ｋが回転子を遅れ角（αＬＡＧ）（１／３π〜１／２πの範囲内にある）へ駆動しようとするようなやり方で選択される。これは、図３Ｃに、より正確に示され、補償グラフＢ＊ｋは回転子を図３Ｃ内に存在するグラフ同士の交点に対応する遅れへ理想条件において駆動しようとする。
【００２４】
増倍係数ｋは、波高に関する波状態センサ１８から得られる情報を使用することにより判断され得る。波高または他の波状態情報に関する増倍係数ｋの最適値は実験的に探索され得る。
【００２５】
加えて、補償調整は回転子速度を標的速度（すなわち平均波の周期に対応する速度）近傍に保つことにより改善され得る。したがって、補償係数Ｂには速度依存追加増倍係数Ｓ（回転子の角速度と平均波周期とを監視することにより得られる）が乗算され得る。後者はボディの加速度を測定する加速度センサからまたは別個の波状態センサ１８からのいずれかから直接得られる。図３Ｄは、例えば二次関数である速度依存追加増倍係数Ｓの例を描写する。
【００２６】
したがって、電気機械により補償されることができる回転子のトルク（同時に発電機７を回転させるモーメントである）は、
Ｔ（αＬＡＧ，ω）＝Ｂ（αＬＡＧ）・ｍ・ｅ・ｋ（αＬＡＧ）・Ｓ（ω）、ω＞０の時。    （３）
【００２７】
このモーメントの大きさ（波状態に従って非線型に変化する）は、線１０に沿う可変調整として変換器８へ供給され、変換器８はモーメントを調整変数に一致する値に維持しようとする。
【００２８】
回転子の負方向の回転は拒絶され得、これにより再開は図３Ｅに提示されたランプにより促進され得る。この場合、電気機械に供給されるモーメントは：
Ｔ＝Ｒ・ω，ω≦０の時。                                    （４）
【００２９】
補償調整はスピニングホイール力の入力をさらに含むものとする。これについては次に図４を参照して論述される。図４において、発電機７はスピニングホイール部と質量回転子部の両方の集合体である。慣性センサ２１により測定されるボディの回転速度は先に説明した旋回運動である。慣性センサ２１は、ボディの回転速度を成分（すなわちｘ、ｙ、ｚ軸を中心とする回転）として測定する（この場合、主として水平方向ｘおよびｙ軸を中心とする回転、但しｚ成分は無視され得る）。信号処理および演算部（２５）において、回転速度のｘおよびｙ方向角速度（ＡＶｘおよびＡＶｙ）結果が確立され、回転子の確立された結果の角速度と方向（α）との角度偏差（ＬＡＧｇｙｒｏ）が計算される。
【００３０】
質量力は上に説明したように処理される。スピニングホイール力はそれぞれのやり方で処理されるが、Ｖｘ−ｙ加速度はボディの傾斜の回転速度ＡＶｘ−ｙ（慣性センサ２１からの）で置換されなければならなく、質量はスピニングホイールの慣性Ｉと回転速度ωｓとに依存するスピニングホイール力で置換されなければならない。したがって、スピニングホイール力に基づく補償係数は次式で表される：
【数３】
0006694436.tif 000004
ここで、ＡＶ＝ボディの円運動または旋回運動の角速度（慣性センサ２１から得られる）。したがって２乗根表現はｘとｙ方向の角速度の結果であり、ＬＡＧｇｙｒｏ＝ＡＶ結果と回転子の方向αとの角度偏差、ωｓ＝スピニングホイールの回転速度。
【００３１】
スピニングホイール力の補正モーメントは補償係数ＢＡＶにスピニングホイールの慣性Ｉを乗算することにより得られる。
【００３２】
上記式に使用される遅れＬＡＧｇｙｒｏはボディの回転ベクトル（慣性センサからの）と回転子方向との角度から計算されるということに注意すべきである。
【００３３】
これまでの式において調査されたものは補償係数の絶対値である。このモーメントは、回転子が選択運転方向に回転しているので回転方向に対向するように制御装置上へ供給される。したがって、問題は発電に関する。これはまた、スピニングホイールの上縁が回転子の所望回転方向に走行するような回転方向をスピニングホイールが有する限り、スピニングホイール部に当てはまる。
【００３４】
補償の使用が上述のもの以外の状況において望まれれば、式（１）と式（５）内に存在する正弦法則は負記号でマーキングされ得る。したがって、問題は、発電ではなくモータ（行為の連続性を改善するために時折使用され得る）としての回転子の運転である。
【００３５】
質量力の補正モーメント（可能な調整重み付けを含む）とスピニングホイール力の補正モーメント（可能な調整重み付けを含む）は最終的に集約され発電機７へ送出される。
【００３６】
スピニングホイール２４から発電機７の軸へ到達するモーメントはスピニングホイールのパラメータから計算される。このモーメントは、ずっとフル状態であっても、逆トルクとして発電機７へ供給され得る。この場合、遅れは質量回転子の補償係数により調整される。必要に応じ、遅れの調整性は、図１と同様なやり方で、場所依存増加または低下増倍係数を計算してスピニングホイール部の補償係数内に入れることにより増加され得る。図４の調整線図では、これらの可能な追加調整増倍係数はブロック２６において計算され得る。スピニングホイールの質量とすべての周辺装置は、当然、質量回転子部の「質量」として回転子機能内に現れる。
【図１】
0006694436.tif 000005
【図２】
0006694436.tif 000006
【図３Ａ】
0006694436.tif 000007
【図３Ｂ】
0006694436.tif 000008
【図３Ｃ】
0006694436.tif 000009
【図３Ｄ】
0006694436.tif 000010
【図３Ｅ】
0006694436.tif 000011
【図４】
0006694436.tif 000012