(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロートの上にサスペンション・バネを介して支えられた主船体と、フロートとを主船体の相対運動で駆動するモーター／ジェネレーターを備えた船において、
前記主船体の前記フロートに対する揺動に前記モーター／ジェネレーターの出力が共振するように制御するモーター／ジェネレーター制御信号を出力するエネルギー収穫制御部と、
主船体の上下加速度運動を検出する上下加速度センサーの信号を用い、主船体の前記揺動を抑制制御するモーター／ジェネレーター制御信号を出力する揺動制御部と、
前記エネルギー収穫制御部と前記揺動制御部とがそれぞれ出力する、前記モーター／ジェネレーターの制御信号をそれぞれ可変とするゲイン調整部とを、
備え、
前記ゲイン調整部は、前記揺動制御部から入力されたモーター／ジェネレーター制御信号に第１ゲインを掛けた値を加算部に入力する第１ゲイン調整部と、前記エネルギー収穫制御部から入力されたモーター／ジェネレーター制御信号に第２ゲインを掛けた値を前記加算部に入力する第２ゲイン調整部と、を有し、
前記加算部の出力は、前記モーター／ジェネレーターの制御を行うモーター／ジェネレーター入出力制御部に入力するようにしたことを特徴とする船。
【請求項２】
前記ゲイン調整部は、上下加速度の絶対値が所定値より大きくなったとき、第１ゲインを第２ゲインよりも大きくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、フロートに入力する波エネルギーを電力変換可能であり、かつ入力した波による主船体の揺動を抑制可能であって、エネルギー収穫と乗り心地向上との程度を任意に選べることが可能な船に関する。
【背景技術】
【０００２】  このような従来の船としては、本出願人による特許文献１に記載のものが知られている。この公知技術の船は、主船体とフロートとの間にバネおよび発電機を備える。主船体とフロートとの相対変位で発電機を駆動し、その発電量を制御することで主船体の揺動を抑え、利用可能な電力を得るようにしている。
そのため、主船体の上下加速度を検出する加速度センサーを有し、加速度センサーで検出する加速度を積分して得られる量に応じて発電機を制御するが、この制御にあっては、演算により加速度センサーにより検出した主船体の上下加速度の比例部分と積分部分を適宜加えて発電機の発電力を制御して、主船体の揺動制御と発電量の最適化を図りながら、発電電力をバッテリーに蓄え、再利用可能にする。また、発電機の負荷抵抗を変えることで、ユーザーの希望に応じた最適化を変更可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】  特開２０１５−０７１４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上記従来の船では、発電によって主船体とフロート間の相対運動に、主船体の上下加速度の比例部分と積分部分を適宜加えて発電機を制御して、減衰力を与えることによって主船体の揺れを減少させるものであった。したがて、発電力によって主船体の揺れの減少は自動的に決まり、また、その減少の度合いも限られてしまう。その上、電力収穫と揺動抑制による乗心地との両者間の最適化をユーザーの希望に応じて任意に制御できる範囲が狭かった。【０００５】  本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡単な装置によって、波による主船体の揺動を抑制することを可能とし、かつ波エネルギーの電力変換による電力収穫をも可能とする性能を従来技術のものよりさらに向上させるとともに、これらのエネルギー収穫と乗り心地との最適化の可変制御可能な範囲を拡大できるようにした船を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】    この目的のため、本発明の波エネルギーの電力変換および搖動の制御が可能な船は、フロートの上にサスペンション・バネを介して支えられた主船体と、フロートとを主船体の相対運動で駆動するモーター／ジェネレーターを備えた船において、
前記主船体の前記フロートに対する揺動に前記モーター／ジェネレーターの出力が共振するように制御するモーター／ジェネレーター制御信号を出力するエネルギー収穫制御部と、主船体の上下加速度運動を検出する上下加速度センサーの信号を用い、主船体の前記揺動を減らす方向に制御するモーター／ジェネレーター制御信号を出力する揺動制御部と、前記エネルギー収穫部と前記揺動制御部とがそれぞれ出力する、前記モーター／ジェネレーターの制御信号のそれぞれ大きさの割合を可変とするゲイン調整部とを備え、前記ゲイン調整部は、前記揺動制御部から入力されたモーター／ジェネレーター制御信号に第１ゲインを掛けた値を加算部に入力する第１ゲイン調整部と、前記エネルギー収穫制御部から入力されたモーター／ジェネレーター制御信号に第２ゲインを掛けた値を前記加算部に入力する第２ゲイン調整部と、を有し、前記加算部の出力は、前記モーター／ジェネレーターの制御を行うモーター／ジェネレーター入出力制御部に入力するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  本発明の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船にあっては、簡単な装置によって、波による主船体の揺動を抑制することを可能とし、かつ波エネルギーの電力変換による電力収穫をも可能とすることができるとともに、これらのエネルギー収穫と乗り心地との最適化の可変制御可能な範囲を拡大できるようにした船を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】  本発明の実施例１の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船の側面概略図である。
【図２】  主船体の図示を省略した実施例１の船の平面図である。
【図３】  実施例１の船に設けた運動変換機構とモーター／ジェネレーターの構成を示す図である。
【図４】  実施例１の船に搭載された制御システムの構成を示した図である。
【０００９】  以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】  本発明の実施例１に係る、波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船の構成を、図１および図２に示す。同図に示すように、実施例１の船は、客室および／または荷物室を備えた主船体１と、海や河の水面上に浮かぶように平行に配置される２つのフロート２と、主船体１を、この前後および幅方向にそれぞれ離間された位置で、フロート２上に弾性的に支持する４本のサスペンション・バネ３と、を備えている。【００１１】  ２つのフロート２同士は前後位置で幅方向に伸ばされた連結板２ａで互いに連結されている。
主船体１には、この前後および幅方向に延びて主船体１の一部を形成する平板状の板枠部分１ａが一体的に形成されている。板枠部分１ａ上には、この前後中央位置にそれぞれモーター／ジェネレーターＭＧが設置される。これら２個のモーター／ジェネレーターＭＧは、主船体１とフロート２との上下方向の相対変位運動を、モーター／ジェネレーターＭＧの入出力軸に入力される回転運動に変換、あるいは逆にモーター／ジェネレーターＭＧの入出力軸から出力される回転運動を主船体１とフロート２との上下方向の相対変位運動に変換する運動変換機構４が設けられている。【００１２】  モーター／ジェネレーターＭＧは、電力を供給すると、モーターとして機能し、入出力軸が出力軸として電力に応じた回転トルクと回転数を出力可能となり、入出力軸が入力軸として外部側の駆動源から回転駆動されると発電してジェネレーターとして機能し、このとき発電量に応じた制動トルクを外部側に作用する。【００１３】  運動変換機構４は、図１に示すように、フロート２の連結板２ａの中央位置にその下部が揺動可能にジョイント結合され、その上部が板枠部分１に形成した孔１ｂ（図３参照）を貫通した状態で上下方向に延ばされたラック４ａと、このラック４ａの歯４ｂの噛み合うピニオン５とを備えている。ピニオン５は、モーター／ジェネレーターＭＧの入出力軸に固定されている。
一方、図３に示すように、ラック４ａとピニオン５との歯同士が常時噛み合うように、ラックに沿ってスライド可能な断面四角の筒状のスライダー４ｃにピニオン５を支持させるようにしている。あるいは、ラック４ａをピニオン５に弾性的に押しつけるゴムやバネなどを用いるようにしてもよい。【００１４】  ラック４ａが貫通する板枠部分１ａの孔１ｂは、フロート２と主船体１とが相対変位するとき、ラック４ａと抉らない大きさの孔の大きさおよび形状にしてあり、必要があれば、孔１ｂの縁とラック４ａとがローラーベアリングを介して接触可能となるようにしてもよい。
サスペンション・バネ３は、本実施例では、この下部がフロート２に、またその上部が板枠部分１に取り付けられているが、これに限らず、主船体１に直接取り付けられるようにしてもよい。【００１５】  板枠部分１ａの前方中央位置には前側上下加速度センサー６が、また、その後方中央位置には、後側上下加速度センサー６がそれぞれ、取り付けられて、主船体１の揺動に応じて発生した上下加速度を検出し、この検出信号を後述のコントローラー７へ入力する。【００１６】  コントローラー７は、主船体１内に設置され、ＭＧ（モーター／ジェネレーター）入出力制御部８（パワートランジスター回路に相当）が接続されて、このＭＧ入出力制御部８を制御する。
ＭＧ入出力制御部８は、モーター／ジェネレーターＭＧへバッテリー１４からの電力を供給してこれを回転駆動したり、あるいはモーター／ジェネレーターＭＧが発電した電力をバッテリー１４へ充電したりする。
バッテリー１４に蓄積された電力は、船の推進、照明、通信等に有効活用することが可能となる。【００１７】  コントローラー７は、図４に示すように揺動制御部９と、エネルギー収穫制御部１０と、第１ゲイン調整部１１と、第２ゲイン調整部１２と、加算部１３と、を備えている。
揺動制御部９は、前側および後側上下加速度センサー６から主船体１の板枠部分１ａの前後での上下加速度信号がそれぞれ入力される。揺動制御部９では、これら入力された信号とその基準値ゼロとを比較して制御信号を計算し、第１ゲイン調整部１１に入力する。【００１８】  第１ゲイン調整部１１は、揺動制御部９から入力された制御信号に第１ゲインＧ１を掛けてその値を加算部１３に入力する。第１ゲインは、ユーザーが任意に調整・設定するようにしても、あるいは予め設定した制御ロジックに応じて自動的に設定するようにしても良い。【００１９】  一方、エネルギー収穫制御部１０は、抵抗、コンデンサ、インダクタンスのいずれかを有し、モーター／ジェネレーターＭＧの出力が主船体１の揺動に共振して最大になるよう、抵抗、コンデンサ、インダクタンスのいずれかの値を変える。
予め計算によってこれらの値を決めておき、その値を追従させ、その制御信号を第２ゲイン調整部１２に入力する。
上記設定により、モーター／ジェネレーターＭＧの発電力もそれに応じて共振するようになるので、波からのエネルギー収穫を最大とすることが可能となる。【００２０】  第２ゲイン調整部１２は、エネルギー収穫制御部１０から入力された信号に第２ゲインＧ２を掛けてその値を加算部１３に入力する。第２ゲインは、ユーザーが任意に調整・設定するようにしても、あるいは予め設定した制御ロジックに応じて自動的に設定するようにしても良い。【００２１】  加算部１３は、第１ゲイン調整部１１および第２ゲイン調整部１２からそれぞれ入力された信号を加算して、モーター／ジェネレーター出力制御信号としてＭＧ入出力制御部８に入力する。
ＭＧ入出力制御部８は、加算部１３から入力されたモーター／ジェネレーター出力制御信号に応じてモーター／ジェネレーターＭＧをモーターとしてあるいはジェネレーターとして制御し、機能させる。【００２２】  ここで、第１ゲインＧ１を第２ゲインＧ２より大きく設定すれば、乗心地優先の設定となり、第２ゲインＧ２を第１ゲインＧ１より大きく設定すれば、エネルギー収穫優先の設定となり、エネルギー収穫と乗心地との程度を決めることが可能になる。
通常は、エネルギー収穫を主とするため、第１ゲインはゼロに設定しておき、海況等が変わって乗心地が阻害されるようになったとき（たとえば上下加速度の絶対値が所定値以上となったとき）には、第１ゲインを大きくして場合によっては第２ゲインよりも大きく設定するようにしてもよい。【００２３】  上記説明から分かるように、実施例１の船にあっては、主船体１の板枠部分１ａの前後の上下加速度がゼロとなるようにモーター／ジェネレーターＭＧを制御することができるので、波によるフロート２の上下動にも関わらず、主船体１の揺動（本実施例ではヒービングとピッチング揺動）を大きく抑制することが可能となる。
また、第１ゲイン調整部１１と第２ゲイン調整部１２とのゲインをそれぞれ調整することで、エネルギー収穫と乗心地向上の程度を大きく調整することが可能となる。【００２４】  以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。【００２５】  たとえば、フロート２の数は、２個に限らず３個など異なる数であってもよい。また、ラック４ａの下部は、連結板２ａではなく、フロート２側に取り付けても良い。【００２６】  上記実施例１では、揺動制御部９で、上下加速度センサー６で検出した上下加速度と基準加速度ゼロとの差を演算し、この差が減少してゼロとなるようにモーター／ジェネレーターＭＧを制御するようにしたが、これに限られない。すなわち、揺動制御部９は、上下加速度センサー６で検出した上下加速度を積分して、上下速度を算出してこれと基準速度ゼロとの差を求め、この差が減少してゼロとなるようにモーター／ジェネレーターＭＧを制御するようにしてもよい。【００２７】  上記モーター／ジェネレーターＭＧの出力の調整は、ユーザーがダイヤルを回すことで、抵抗、コンデンサ、インダクタンスのいずれかの値を変更するようにしても、あるいは、モーター／ジェネレーターＭＧの出力を、エネルギー収穫の増加方向に自動的に変えるようにしても良い。【００２８】  実施例１では、上下加速度センサー６を船の前後中央位置に２個設け、モーター／ジェネレーターＭＧも前後２個設けたが、本発明は、これらの数に限られない。また、実施例１では、ピッチング揺動を抑制したが、上下加速度センサー６とモーター／ジェネレーターＭＧを船の左右にそれぞれ設けることで、これに代わり、あるいはこれに加えて、ローリング時にもエネルギー収穫を行い、またローリング揺動など他の揺動運動を抑制するようにしても良い。
【符号の説明】
【００２９】    ＭＧ  モーター／ジェネレーター
１    主船体
１ａ  板枠部分
１ｂ  孔
２    フロート
２ａ  連結板
３    サスペンション・バネ
４    運動方向変換機構
４ａ  ラック
４ｂ  歯
４ｃ  スライダー
５    ピニオン
６    上下加速度センサー
７    コントローラー
８    ＭＧ入出力制御部
９    揺動制御部
１０  エネルギー収穫制御部
１１  第１ゲイン調整部
１２  第２ゲイン調整部
１３  加算部
１４  バッテリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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