(57)【要約】【課題】大型の浮体構造物の姿勢を長期的に安定して制御する。【解決手段】中心浮力体６を挟んで両側に配置された調整浮力容器７を、中心浮力体６の周囲に複数組設け、調整浮力容器７にそれぞれバラスト液を供給排出可能な注入出装置１１を設け、浮体２に設けられた姿勢検出手段２０の検出信号に基づいて注入出装置１１を作動し各調整浮力容器７のバラスト液量を調整する姿勢制御部１２を設けた。浮体の中心を挟んで組となる調整浮力体同士の間で浮力調整を行うため、各組の浮力体の水平面上の軸線における重心移動量とその重心移動方向とにより、浮力調整のためのバラスト液の給排出量を演算できる。【選択図】        図３
2004291702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体構造物の中心を挟んで両側に浮力体を前記中心の周囲に複数組設け、
前記一部の組または全部の組の浮力体の、一方の浮力体を浮力調整不可能な基準浮力体とするとともに他方の浮力体を浮力調整可能な調整浮力体とし、
前記各調整浮力体にそれぞれバラスト液を供給排出可能な注入出装置を設け、
浮体構造物に設けられた姿勢検出手段の検出信号に基づいて前記注入出装置を作動し各調整浮力体のバラスト液量を調整する姿勢制御部を設けた
ことを特徴とする浮体構造物の姿勢制御装置。
【請求項２】
浮体構造物の中心を挟んで両側に配置されて浮力調整可能な調整浮力体を、前記中心の周囲に複数組設け、
前記調整浮力体にそれぞれバラスト液を供給排出可能な注入出装置を設け、
浮体構造物に設けられた姿勢検出手段の検出信号に基づいて前記注入出装置を作動し各調整浮力体のバラスト液量を調整する姿勢制御部を設けた
ことを特徴とする浮体構造物の姿勢制御装置。
【請求項３】
注入出装置は、同じ組の調整浮力体間でバラスト液を供給排出するように構成された
ことを特徴とする請求項１または２記載の浮体構造物の姿勢制御装置。
【請求項４】
浮体構造物の中心位置にバラスト液が貯留される貯留浮力体を設け、
注入出装置は、前記貯留浮力体と調整浮力体との間でバラスト液を供給排出するように構成された
ことを特徴とする請求項１または２記載の浮体構造物の姿勢制御装置。
【請求項５】
姿勢制御部は、
姿勢検出手段から出力された浮体構造物の姿勢検出信号に基づいて、各調整浮力体へのバラスト液の供給量および排出量を演算する配分演算部と、
該配分演算部の演算値に基づいて注入出装置に操作信号を出力する操作指令部とを具備した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の浮体構造物の姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洋上に配置されて風力発電装置などを搭載した大型の浮体構造物の姿勢制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浮体構造物の短周期の揺動を制御するものとして特許文献１および特許文献２がある。特許文献１は、浮体の周囲に配置した減揺タンクにエア抜きバルブをそれぞれ設け、波の大小に応じて前記バルブを開閉して浮体の傾斜を防止するものである。また特許文献２は、浮体の周囲に配置した対称位置の減揺空気タンクをダクトにより連通させるとともに、波浪情報に応じて、前記ダクトに介在させたバルブを開閉するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７７９８３号公報（図１〜図４）
【０００４】
【特許文献２】
実開平７−４２９１号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、たとえば陸から離れた洋上に浮体を浮かべ、浮体に風力発電装置を設置する場合、陸上や近海に比べて風向きも比較的長い時間変わらないなど、風向きの周期や風力も比較的長い時間安定している。また水深の大きい海域であれば、安定した潮流に晒されることで、安定した姿勢が維持されて比較的安定した風力発電が可能となる。しかしながら、浮体構造物全体を考えれば、浮体が僅かに傾斜することでタワーが傾斜し、風に対して風車の受圧面が適正にならないと、全体に発電効率が低下する恐れがある。
【０００６】
ところで、前記特許文献１，２は、短周期の揺動の抑制を目的としたもので、上記のように風力発電装置などを搭載するため大型浮体構造物には不向きであり、かつ減揺タンクの底部は開放されて海水の出入が自由に行われるため、波浪に影響を受けやすく、減揺タンク内の空気の一部が流出するおそれがある。このため長期間の姿勢の制御には適さない。また前記タンクは、波浪などに対する揺動を抑制するためのものであり、大型構造物がさらに巨大化するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、大型の浮体構造物の姿勢を長期的に安定して制御可能な浮体構造物の姿勢制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、浮体構造物の中心を挟んで両側に浮力体を前記中心の周囲に複数組設け、前記一部の組または全部の組の浮力体の、一方の浮力体を浮力調整不可能な基準浮力体とするとともに他方の浮力体を浮力調整可能な調整浮力体とし、前記各調整浮力体にそれぞれバラスト液を供給排出可能な注入出装置を設け、浮体構造物に設けられた姿勢検出手段の検出信号に基づいて前記注入出装置を作動し各調整浮力体のバラスト液量を調整する姿勢制御部を設けたものである。
【０００９】
上記構成によれば、特許文献１，２のように減揺タンクを設けるのに比較して、基準浮力体および調整浮力体から浮力を得ることができるので、全体をコンパクトに構成できてコストを削減することができる。また基準浮力体の浮力を、調整浮力体の浮力の上限と下限の中心位置とするとともに、調整浮力体をその浮力の上限と下限の中心として、浮力構造体を水平な適正姿勢を保持すると、風や波浪、潮流などの外乱により浮力構造体に傾きが生じた時に、調整浮力体の浮力調整可能な最大範囲で傾きを解消することができる。さらに浮体構造物の中心を挟んで組となる基準浮力体と調整浮力体、または調整浮力体同士の間で浮力調整を行うため、各組の浮力体の水平面上の軸線におけるバラスト水移動量とその重心移動方向とにより、浮力調整のためのバラスト液の給排出量を演算でき、特に各組の浮力体の軸線が等角度ごとに配置された場合には、姿勢制御をより容易に行うことができる。さらにまた、たとえば浮力構造体を陸から離れた洋上に設置する場合、陸上や近海に比べて風向きも比較的長い時間変わらないなど、風向きの周期や風力も比較的長い時間安定している。また水深の大きい海域であれば、安定した潮流に晒されることで安定した姿勢となるため、長周期的な外力により姿勢が変化した場合、無人の浮体構造物であっても、安定した姿勢制御を行うことができる。また大型の浮体構造物であっても、時間をかけて姿勢を調整すればよく、注入出装置に高出力の液送ポンプは不要でコスト削減に寄与することができる。したがって、このように浮力構造体の周辺部に基準浮力体と調整浮力体からなる組、または両側の調整浮力体からなる組で、姿勢制御部に基づいて調整浮力体にバラスト液を供給排出することにより、大型の浮体構造物を長期的に安定した姿勢に制御することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、浮体構造物の中心を挟んで両側に配置されて浮力調整可能な調整浮力体を、前記中心の周囲に複数組設け、前記調整浮力体にそれぞれバラスト液を供給排出可能な注入出装置を設け、浮体構造物に設けられた姿勢検出手段の検出信号に基づいて前記注入出装置を作動し各調整浮力体のバラスト液量を調整する姿勢制御部を設けたものである。
【００１１】
上記構成によれば、特許文献１，２のように減揺タンクを設けるのに比較して、調整浮力体から浮力を得ることができるので、全体をコンパクトに構成できてコストを削減することができる。また調整浮力体の基準浮力を、調整浮力体の浮力の上限と下限の中心位置として、浮力構造体を水平な適正姿勢を保持すると、風や波浪、潮流などの外乱により浮力構造体に傾きが生じた時に、調整浮力体の浮力調整可能な最大範囲で傾きを解消することができる。さらに浮体構造物の中心を挟んで組となる調整浮力体の間で浮力調整を行うため、各組の浮力体の水平面上の軸線におけるバラスト水移動量とその重心移動方向とにより、浮力調整のためのバラスト液の給排出量を演算でき、特に各組の浮力体の軸線が等角度ごとに配置された場合には、姿勢制御をより容易に行うことができる。さらにまた、たとえば浮力構造体を陸から離れた洋上に設置する場合、陸上や近海に比べて風向きも比較的長い時間変わらないなど、風向きの周期や風力も比較的長い時間安定している。また水深の大きい海域であれば、安定した潮流に晒されることで安定した姿勢となるため、長周期的な外力により姿勢が変化した場合、無人の浮体構造物であっても、安定した姿勢制御を行うことができる。また大型の浮体構造物であっても、時間をかけて姿勢を調整すればよく、注入出装置に高出力の液送ポンプは不要でコスト削減に寄与することができる。したがって、このように浮力構造体の周辺部に両側の調整浮力体からなる組で、姿勢制御部に基づいて調整浮力体にバラスト液を供給排出することにより、大型の浮体構造物を長期的に安定した姿勢に制御することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、注入出装置は、同じ組の調整浮力体間でバラスト液を供給排出するように構成されたものである。
上記構成によれば、浮体構造物の中心を挟んで組となる調整浮力体の間でバラスト液を供給排出して浮力調整を行うため、各組の調整浮力体のバラスト液の総量が一定となり、一定の総量から調整浮力体への配分量を求めればよく、計算を容易に行うことができる。この場合、バラスト液を外部に給排出する構成に比べて、浮力構造体の全体の浮力調整を考慮する必要がない。さらにバラスト水にたとえば真水を使用することで、注入出装置などのメンテナンスが容易となり、作業員の利用に供することもできる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、浮体構造物の中心位置にバラスト液が貯留される貯留浮力体を設け、注入出装置は、前記貯留浮力体と調整浮力体との間でバラスト液を供給排出するように構成されたものである。
【００１４】
上記構成によれば、注入出装置を貯留浮力体近傍に配置して調整浮体にそれぞれバラスト液を給排出することで、メンテナンス性を改善することができる。またバラスト水の外部への給排出がないため、真水などのようにメンテナンス性のよいバラスト液を使用できる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、姿勢制御部は、姿勢検出手段から出力された浮体構造物の姿勢検出信号に基づいて、各調整浮力体へのバラスト液の供給量および排出量を演算する配分演算部と、該配分演算部の演算値に基づいて注入出装置に操作信号を出力する操作指令部とを具備したものである。
【００１６】
上記構成によれば、浮体構造物の姿勢に基づいて、配分演算部で傾斜を回復させるために必要なバラスト液の給排出量を求めることで、浮体構造物の的確な姿勢制御を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に係る姿勢制御装置を具備した洋上発電設備の第１の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図３に示すように、この浮体構造物は、所定海域の海面上に浮遊されるとともに複数の係留索１により係留された浮体２と、この浮体２に設置された風力発電装置３で構成され、前記浮体２に姿勢制御装置４が装備されている。前記係留索１はそれぞれ先端がアンカー５を介して海底に固定されている。
【００１９】
前記浮体２は、その中心部に浮力室と機械室を有する中心浮力体６が配置され、この中心浮力体６を挟んだ直線上両側に、その両側１つずつを１組とする閉鎖されたタンク構造（たとえばバラストタンク）の調整浮力容器（分散浮力体）７が、中心浮力体６を中心（中心軸Ｚ）とする同一円周上に一定角度隔てて複数組（図では３組）が配置されている。各調整浮力容器７はたとえばバラストタンクにより構成され、中心浮体６と調整浮力容器７、隣り合う調整浮力容器７同士はそれぞれ連結材８により互いに連結されている。ここで調整浮力容器７の浮力容量をＡとすると、調整浮力容器７の浮力調整可能範囲は、０．１Ａ以上で０．５Ａ以下の範囲に設定されている。
【００２０】
風力発電装置３は、中心浮体６に立設されたタワー（支柱構造体）９ｂの上端部に、風向きに対応して垂直軸心回りに旋回される風車支持体９ａを介して風車９が水平軸心周り回転自在に配置されている。また各調整浮力容器７の外周部には、短い周期での波浪による揺動を減衰させるための揺動抑制板（フィン）１０がそれぞれ放射方向に突設されている。
【００２１】
前記姿勢制御装置４は、組（対）となる３組の調整浮力容器７間でそれぞれバラスト水（バラスト液）を給水・排出する注入出装置１１と、浮体２の姿勢を検出する姿勢検出手段２０に基づいて注入出装置１１を操作する姿勢制御部１２とで構成されている。なお、図示しないが、各調整浮力容器７の上部に、空気孔または一定圧で空気を吸入・排気する定圧開閉弁がそれぞれ設けられて大気側に接続されている。
【００２２】
前記注入出装置１１は、組となる調整浮力容器７間を連結連通する複数の配管装置１３Ａ〜１３Ｃと、複数の配管装置１３Ａ〜１３Ｃにそれぞれ介在されたポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃにより構成され、注入出装置１１は、調整浮力容器７間でバラスト液を循環使用し、気化や漏水などによるバラスト水の減少時以外は、外部に対して閉鎖された循環系を構成している。また各調整浮力容器７には、バラスト水の水位を検出するレベルセンサ１５がそれぞれ設けられている。
【００２３】
各ポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃは、たとえば図４（ａ）に示すように、両調整浮力容器７にそれぞれ接続された配管装置１３Ａ〜１３Ｃを構成する給排水管１３ａ，１３ｂの端部管に並列管１４ａ，１４ｂを接続するとともに、これら並列管１４ａ，１４ｂに第１液送ポンプ１４ｃと第２液送ポンプ１４ｄとをそれぞれ介在させ、さらに第１液送ポンプ１４ｃと第２液送ポンプ１４ｄの吐出側の第１，第２並列管１４ａ，１４ｂに電磁式第１，第２開閉弁１４ｅ，１４ｆを介在させて構成されている。したがって、一方の調整浮力容器７から他方の調整浮力容器７にバラスト水を給水する場合には、第１液送ポンプ１４ｃを起動し第１開閉弁１４ｅを開けるとともに第２開閉弁１４ｆを閉じ、給排水管１３ａから第１並列管１４ａを介して給排水管１３ｂに給水する。また他方の調整浮力容器７から一方の調整浮力容器７にバラスト水を給水する場合には、第２液送ポンプ１４ｄを起動し第２開閉弁１４ｆを開けるとともに第１開閉弁１４ｅを閉じ、給排水管１３ｂから第２並列管１４ｂを介して給排水管１３ａに給水する。
【００２４】
また図４（ｂ）に示すように、１台の液送ポンプ１４ｈでポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃを構成することもできる。この場合には液送ポンプ１４ｈの吸引管１４ｉと吐出管１４ｊをそれぞれ電磁式の第１，第２三方切換弁１４ｋ，１４ｌに接続し、他方の給排水管１３ｂを電磁式の第２三方切換弁１４ｌに接続し、第２三方切換弁１４ｌと第１三方切換弁１４ｌとを中間配管１４ｍで接続し、この中間配管１４ｍに一方の配管１３ａを接続する。さらに第１三方切換弁１４ｋと他方の給排水管１３ｂとをバイパス管１４ｎにより接続して構成されている。したがって、一方の調整浮力容器７から他方の調整浮力容器７にバラスト水を給水する場合には、第１三方切換弁１４ｋにより中間配管１４ｍと吸引管１４ｉとを接続し、第２三方切換弁１４ｌにより吐出管１４ｊと他方の給排水管１３ｂとを接続する。これにより、液送ポンプ１４ｈを起動すると、一方の調整浮力容器７のバラスト水が、給排水管１３ａ、中間配管１４ｍ、第１三方切換弁１４ｋから吸引管１４ｉを介して液給ポンプ１４ｈに吸引され、液給ポンプ１４ｈから吐出管１４ｊ、第２三方切換弁１４ｌ、他方の給排水管１３ｂを介して他方の調整浮力容器７に給水される。また他方の調整浮力容器７から一方の調整浮力容器７にバラスト水を給水する場合には、第１三方切換弁１４ｋによりバイパス管１４ｎと吸引管１４ｉとを接続し、第２三方切換弁１４ｌにより吐出管１４ｊと中間配管１４ｍとを接続する。これにより、液送ポンプ１４ｈを起動すると、他方の調整浮力容器７のバラスト水が、給排水管１３ｂ、バイパス管１４ｎ、第１三方切換弁１４ｋから吸引管１４ｉを介して液送ポンプ１４ｈに吸引され、液送ポンプ１４ｈから吐出管１４ｊ、第２三方切換弁１４ｌ、中間配管１４ｍ、一方の給排水管１３ａを介して一方の調整浮力容器７に給水される。
【００２５】
また、図４（ｃ）に示すように、注入出装置１１において、対となる調整浮力容器７とポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃとの間の給排水管１３ａ，１３ｂを、ポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃが下位となるように所定角度αで傾斜させてもよい。この場合、給排水管１３ａ，１３ｂの傾斜角度αを浮体２の最大傾斜角（たとえば１０°程度）以上に設定することで、吸引側の給排水管１３ｃまたは１３ｄの水頭圧を利用して液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）を加圧することができ、液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）の負担を軽減できて運転コストを低減できる。
【００２６】
ここで、姿勢制御を説明するための座標系を図５を参照して説明する。
便宜上、浮体２に、静止水平状態において、調整浮力容器７のなす水平面上にあって原点Ｏ（浮体２の中心）を通るＸ軸とＹ軸が互いに直交して設定され、原点Ｏを通る鉛直方向にＺ軸（中心軸）が設定される。またＸ軸回りの回転角度をピッチ角φといい、またＹ軸回りの回転角度をロール角θという。ここでＸ軸を回転軸として原点ＯからＸ軸の正側を見て左回り（反時計回り）をピッチ角φの正方向とし、Ｙ軸を回転軸として原点ＯからＹ軸正側を見て左回り（反時計回り）をロール角θの正方向とする。またＺ軸に対するタワー９ｂの傾きを中心軸傾き角：α、さらにタワー９ｂを真下でＸＹ平面上に投影した時のＺ軸を中心とした正のＸ軸との成す角を中心軸方位角：βとし、正側のＸ軸から正側のＹ軸に向かう回転方向が中心軸方位角βの正方向とする。
【００２７】
なお、上記座標系において、Ｚ軸は原点Ｏ（浮体２の中心）を通る鉛直方向の軸として固定され、一方Ｘ軸は、浮体２における調整浮力容器７のなす面内における浮体２の中心を通る基準方向にあわせて回転移動する。つまりＸ軸は、Ｘ−Ｚ平面に常に前記基準方向を含むものとして設定される。
【００２８】
前記姿勢検出手段２０は、図３に示すように、中央浮力体６またはタワー９ｂの基部で９０度位相が異なる位置に配設されてＹ軸上でＸ軸を回転中心とする浮体２の傾き［ピッチ角φ（姿勢信号）］を検出するピッチ角傾斜センサ２１、およびＸ軸上でＹ軸を回転中心とする中央浮力体６の傾き［ロール角θ（姿勢信号）］を検出するロール角傾斜センサ２２とを具備し、また必要に応じて係留索１の許容範囲でＹ軸を回転中心とする中央浮力体６の傾き［ヨー角（姿勢信号）］を検出するヨー角方位センサ（コンパスやジャイロなど）が設けられる。また外乱検出手段として、タワー９ｂに設けられた風向計２３や風力計２４、中心浮力体６の底部に設けられて潮流の潮向と潮速とを検出する潮流計２５が設けられている。
【００２９】
前記姿勢制御部１２は、図６に示すように、ピッチ角傾斜センサ２１から出力されたピッチ角φおよびロール角傾斜センサ２２から出力されたロール角θに基づいて、中心軸傾き角αと中心軸方位角βを求める傾き状態演算部３１と、目標とする傾きを設定する目標傾き設定部３２と、目標傾き設定部３２の設定値と傾き演算部３１の中心軸傾き角αとの偏差を求める偏差演算部３３と、バラスト水移動総量を求めるバラスト水移動量演算部３４と、バラスト水移動量演算部３４で演算されたバラスト水移動量に基づいて、各調整浮力容器７へのバラスト水の割当量を演算する配分演算部３５と、前記配分演算部３５の演算値に基づいて注入出装置１１、詳細にはポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの各ポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの液送ポンプおよび弁に操作信号を出力する操作指令部３６と、配分演算部３５の演算値とレベルセンサ１５を検出値に基づいて各調整浮力容器７内のバラスト水のレベルが監視レベルに達したかどうか判断する給排水判断部３７とで構成されている。
【００３０】
前記傾き状態演算部３１は、図５に示す座標系において成り立つ下記の（１）式および（２）式にロール角θとピッチ角φを代入し、演算された数値を角度に変換するデータテーブルを参照して、中心軸傾き角αと中心軸方位角βを求めるように構成されている。
【００３１】
ｃｏｓα＝ｃｏｓφ×ｃｏｓθ…（１）
ｔａｎβ＝−ｔａｎφ／ｓｉｎθ…（２）
またバラスト水移動量演算部３４は、偏差演算部３３による偏差信号をＰＩＤ制御手段に入力し、その出力としてフィードバック系出力ｍｂ（ｔ）を求め、さらに外乱検出手段により得られた風速、風向、潮向および潮速をフィードワード手段に入力してフィードワード系出力ｍｆ（ｔ）を求め、それらを加算して、バラスト水移動量（供給バラスト水総量）：Ｍ（ｔ）＝［ｍｂ（ｔ）＋ｍｆ（ｔ）］を求めるように構成されている。
【００３２】
さらに配分演算部３５は、供給バラスト水総量を調整浮力容器７の配置と中心軸方位角βに基づいて、各調整浮力容器７への割当量（給水量、排水量）を演算するように構成されている。
【００３３】
給排水判断部３７では、レベルセンサ１５の検出値と配分演算部による供給量（増量）、排出量（減量）に基づいて、調整浮力容器７への割当量に接近する監視レベルとなると、操作指令部３６に該当する注入出装置１１への動作停止信号を出力するように構成されている。これにより操作指令部３６から該当する注入出装置１１へのポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）および弁１４ｅ，１４ｆ（１４ｋ．１４ｌ）に停止信号が出力される。
【００３４】
上記構成において、ピッチ角傾斜センサ２１からピッチ角φの検出信号と、ロール角傾斜センサ２２からロール角θの検出信号がそれぞれ傾き状態演算部３１に出力されると、傾き状態演算部３１では、（１）式および（２）式にロール角θとピッチ角φが代入され、演算された数値がデータテーブルを介して角度に変換されて、中心軸傾き角αと中心軸方位角βが演算される。そして傾き状態演算部３１からの中心軸傾き角αと、目標傾き設定部３２の設定値とが偏差演算部３３に入力されて目標との偏差角が求められる。さらに外乱検出手段からの風向、風力、潮向、潮流と偏差演算部３３からの偏差角がバラスト水移動量演算部３４に入力され、バラスト水移動量演算部３４では、偏差角をＰＩＤ制御演算の入力とするとともに、その出力値について、風向、風力、潮向、潮流に基づくフィードホワード制御演算を行い、バラスト水移動量が演算される。そしてバラスト水移動量演算部３４で演算されたバラスト水移動量と傾き状態演算部３１からの中心軸方位角βが配分演算部３５に入力されて、各調整浮力容器７へのバラスト水の割当量（供給量、排出量）が演算され、そして、操作指令部３６では、配分演算部３５の演算値に基づいてポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）および弁１４ｅ，１４ｆ（１４ｋ．１４ｌ）に操作信号が出力される。さらに各調整浮力容器７内のレベルセンサ１５の検出値に基づくバラスト水のレベルが、配分演算部３５で割当てられた供給量，排出量に基づく累計の監視レベルに達すると、給排水判断部３７では、操作指令部３６にバラスト水の供給排出の停止を行う調整浮力容器７を指令し、操作指令部３６は該当する注入出装置１１、具体的にはポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）および弁１４ｅ，１４ｆ（１４ｋ．１４ｌ）に出力される。
【００３５】
ところで、傾き状態演算部３１から出力される制御周期に対して、レベルセンサ１５→給排水判断部３７→操作指令部３６における制御周期を短くすることで、指令した組の調整浮力容器７のバラスト水の割当量の差が大きい場合であっても、停止指令を行える。
【００３６】
ここで調整浮力容器７へのバラスト水の割当量の具体的な計算方法を説明する。
まず最初に基本的な形態として、９０°ごとに２組４個の調整浮力容器７が配置された場合を図７を参照して説明する。図７に示す太い矢印がタワー９ｂに一致する。
【００３７】
調整浮力容器７が２組４個配置された場合、一方の組がＸ軸上で正側に調整浮力容器７１Ｐ、負側に調整浮力容器７１Ｎに配置され、またＹ軸上で正側に調整浮力容器７２Ｐ、負側に調整浮力容器７２Ｎが配置されている。この場合、バラスト水移動量Ｍ（ｔ）を、傾きの反対方向である中心軸方位角β＋π（ｒａｄ）方向に移動させるための割当量を、Ｘ軸方向成分とＹ方向成分と分けて求める。なお、バラスト水移動量Ｍの添え字は調整浮力容器７と同じものを使用してどの位置の調整浮力容器７かを示している。またＭ（ｔ）はある時間ｔにおいて求めたものであることを示している。
すなわち、割当演算式は（３）式のとおりで、Ｍ１Ｐ（ｔ）とＭ１Ｎ（ｔ）の絶対量の合計がＸ軸上に割当られたバラスト水移動量であり、Ｍ１Ｐ（ｔ）とＭ１Ｎ（ｔ）がそれぞれの調整浮力容器７１Ｐ，７１Ｎへの割当量である。さらにＭ２Ｐ（ｔ）とＭ２Ｎ（ｔ）の絶対量の合計がＹ軸上に割当られたバラスト水移動量であり、Ｍ２Ｐ（ｔ）とＭ２Ｎ（ｔ）がそれぞれの調整浮力容器７２Ｐ，７２Ｎへの割当量である。
【００３８】
【数１】
2004291702.tif 000003
上記各式において、係数Ｍ（ｔ）／２は、各組の調整浮力容器７の間でバラスト水を給排出して循環使用するため、たとえば他方の調整浮力容器７１Ｎから排出したバラスト水を、Ｍ（ｔ）／２を一方の調整浮力容器７１Ｐに供給すれば、一方の調整浮力容器７１ＰにＭ（ｔ）だけ供給したのと同じ回転モーメントが生じるためである。ここでバラスト水移動量Ｍ（ｔ）の上式による割当の結果が正の値の場合には供給指令値であり、負の値の場合には排出指令値となる。
【００３９】
したがって、浮体２の傾きに対応して、組となる調整浮力容器７間で一定量のバラスト水を給排水した場合のＸ軸上およびＹ軸上でのバラスト水移動量を求めることができ、これに基づいて送水ポンプを駆動制御すればよい。この姿勢制御時には、浮体２全体の浮力が変化することがない。
【００４０】
次に調整浮力容器７が６０°ごとに３組６個配置された場合を図８を参照して説明する。図８（ａ）の太い矢印がタワー９ｂに一致する。
図８（ａ）に示すように、１つの組の調整浮力容器７１Ｐ，７１ＮはＸ軸上に位置しているため、各組の調整浮力容器７に対するバラスト水の割当量を等量とした場合、Ｘ軸上の調整浮力容器７１Ｐ，７１Ｎは、バラスト水移動量の係数がＭ（ｔ）／２で（３）式と同様である。
【００４１】
しかし、他の２つの組の調整浮力容器７２Ｐ，７２Ｎ，７３Ｐ，７３Ｎはそれぞれ同心円周上でＹ軸から３０°隔てた位置に配置されているため、７２Ｐと７３Ｐおよび７２Ｎと７３Ｎへのバラスト水の割当量を同一とした場合、調整浮力容器７２Ｐ，７２Ｎ，７３Ｐ，７３Ｎのバラスト水移動量Ｍｘ（ｔ）を、Ｙ軸方向とＸ軸方向の移動量に分けて考えると、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸上では、Ｍｘ（ｔ）ｃｏｓ３０°＋Ｍｘ（ｔ）ｃｏｓ３０°となる。なお、Ｘ軸上ではＭｘ（ｔ）ｓｉｎ３０°−Ｍｘ（ｔ）ｓｉｎ３０°となり相殺される。
【００４２】
したがって、（３）式と同様に、同心円周とＹ軸との交点Ｐにおけるバラスト水移動量がＭ（ｔ）／２であることから、
２×Ｍｘ（ｔ）ｃｏｓ３０°＝Ｍ（ｔ）／２
Ｍｘ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）／｛２×２×ｃｏｓ３０°｝
＝Ｍ（ｔ）／｛２×√３｝となる。
【００４３】
したがって、Ｘ軸上のバラスト水移動量の割当量であるＭ１Ｐ（ｔ）およびＭ１Ｎ（ｔ）と、Ｙ軸上のバラスト水移動量の割当量であるＭ２Ｐ（ｔ），Ｍ２Ｎ（ｔ），Ｍ３Ｐ（ｔ）およびＭ３Ｎ（ｔ）の割当演算式は下記のとおりである。
【００４４】
【数２】
2004291702.tif 000004
さらに、原点Ｏを共通としたｎ個のＸＫ−ＹＫ座標（Ｋ＝１〜ｎ：Ｘ１−Ｙ１……Ｘｎ−Ｙｎ）の角軸上に２個ずつ、すなわち、２ｎ組４ｎ個の調整浮力容器７が同心円周上に等角度で配置された場合、各ＸＫ−ＹＫ座標系はそれぞれＸ’−Ｙ’座標系を基準としてＺ軸回りにπ（ｒａｄ）／２ｎ回転されて配置され、ＸＫ軸上にそれぞれ調整浮力容器７ＫＸＰ，７ＫＸＮとが配置されるとともに、ＹＫ軸上にそれぞれ調整浮力容器７ＫＹＰ，７ＫＹＮが配置される。このように調整浮力容器７が２ｎ組４ｎ個でｎ個のＸ−Ｙ座標系が存在する場合、バラスト水移動量Ｍ（ｔ）を各ＸＫ−ＹＫ座標系に分担させるとＭ（ｔ）／ｎであり、（３）式と同様にＸ，Ｙ軸上の調整浮力容器７間でバラスト水を循環給排水するため、Ｍ（ｔ）／２ｎとなる。また各座標系では（１）式が適用され、ＸＫ−ＹＫ座標系において基準となるＸ１−Ｙ１座標系に対する各ＸＫ−ＹＫ座標系の回転角：γＫはＫ＝１でγＫ＝０、Ｋ＝２〜ｎでγＫ＝２π／ｎとすると、角度部分は（β−γＫ＋π）となる。したがって、各調整浮力容器７ＫＸＰ，７ＫＸＮ，７ＫＹＰ，７ＫＹＮのバラスト水移動量ＭＫＸＰ，ＭＫＸＮ，ＭＫＹＰ，ＭＫＹＮを一般化した割当演算式は下記の通りとなる。なお、ＭＫＸＰ（ｔ）およびＭＫＸＮ（ｔ）はＸＫ軸上のバラスト水移動量の割当量、ＭＫＹＰ（ｔ）およびＭＫＹＮ（ｔ）はＹＫ軸上のバラスト水移動量の割当量である。
【００４５】
【数３】
2004291702.tif 000005
したがって、図９に示すように、上記（３）式から調整浮力容器７１〜４が４５°ごとに４組８個配置された場合には、ｎ＝２であり、Ｘ１−Ｙ１座標系（Ｋ＝１）についてはγＫ＝０、Ｘ２−Ｙ２座標系（Ｋ＝２）についてはγＫ＝π／４となることから、制御式は（５）式に基づいて下記の通りとなる。Ｍ１ＸＰ（ｔ）、Ｍ１ＸＮ（ｔ）、Ｍ１ＹＰ（ｔ）、Ｍ１ＹＮ（ｔ）はＸ１−Ｙ１座標系をなす各組の調整浮力容器７への割当量であり、またＭ２ＸＰ（ｔ）、Ｍ２Ｎ（ｔ）、Ｍ４ＹＰ（ｔ）、Ｍ４ＹＮ（ｔ）はＸ２−Ｙ２座標系をなす各組の調整浮力容器７への割当量である。
【００４６】
【数４】
2004291702.tif 000006
以上のように、最も回転モーメントが大きい組の調整浮力容器７同士のみに割当てて給排水するのではなく、各組の調整浮力容器７の座標系の各方位角に応じてそれぞれ割り当てて給排水するので、一定供給（排出）速度でポンプを動作させる場合には、特に１つの調整浮力容器７内に集中してバラスト水を給排水するのに比較して、１つの調整浮力容器あたりの給排水時間を短縮することができ、短時間で姿勢の制御が可能となる。また傾斜姿勢が変わった時にも迅速かつ容易に対応することができる。したがって、比較的長い変動周期の外乱による浮体２の傾きを容易に修正することができて、浮体２を長期的に安定した姿勢に保持することができ、風力発電装置３を風に対して常に風車９の受圧面が適正な面となるように制御することができて効率のよい発電が可能となる。
【００４７】
なお、給排水判断部３７への入力手段として、調整浮力容器７にレベルセンサ１５を設けたが、図６に仮想線で示すように、給排水管１３ａ，１３ｂに給排水管流量計２８を介在させてもよい。この場合には、給排水管流量計２８により各給排水管１３ａ，１３ｂのバラスト水移動量をそれぞれ監視させて、配分演算部３５の指令値と比較し、検出値が監視量となると、操作指令部３６に動作停止信号を出力するように構成する。
【００４８】
さらに、吐出量が一定の定量液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ，（１４ｈ）を使用する場合には、給排水判断部３７を削除するとともに、レベルセンサ１５や流量計に代えて、操作指令部３６にタイマー３６ａを設け、タイマー３６ａにより目標時間だけ各ポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃをそれぞれ目標時間だけ運転させればよい。
【００４９】
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、中心浮力体６を挟んで直線上にある組となる調整浮力容器７，７の間でバラスト水を給排出するように構成したが、第２の実施の形態は、第１の実施の形態の注入装置を、図１１に示すように、中心浮力体６に設けられた貯留浮力容器（貯留浮力体）５１と各調整浮力容器７との間で、注入出装置５２によりバラスト水を給排水するように構成したものである。なお、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５０】
すなわち、注入出装置５２は、貯留浮力容器５１に接続された集合配管５２ａと、集合管５２ａから各調整浮力容器７にそれぞれ接続された分岐管５２ｂと、集合配管５２ａに介在されたポンプユニット５２ｃと、分岐管５２ｂにそれぞれ介装された開閉弁５２ｄとで構成されている。
【００５１】
したがって、姿勢検出手段２０のピッチ角傾斜センサ２１とロール角傾斜センサ２２の検出信号に基づいて、揺動制御部１２から操作信号を出力しポンプユニット５２ｃを起動するとともに所定の開閉弁５２ｄを操作することで所定の各調整浮力容器７から順次割当量だけ排水させ、次いで所定の調整浮力容器７に順次割当量給水する。この場合、操作指令部３６は第１の実施の形態とは異なり、給排水判断部３７が給水・排水の停止を指示する調整浮力容器７に対しては、その調整浮力容器７に接続された分岐管５２ｂに介装された開閉弁５２ｄに対して停止指令を出すことになる。
【００５２】
上記構成では、ポンプユニット５２ｃと開閉弁５２ｄとを中心浮力体６に設置することで、１箇所でメンテナンスを行うことができるとともに、部品点数を削減することができる。
【００５３】
上記第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、比較的長い変動周期の外乱による浮体２の傾きを修正することができて、浮体２を長期的に安定した姿勢に保持することができ、風力発電装置３を風に対して常に風車９の受圧面が適正な面となるように制御することができて効率のよい発電が可能となる。
【００５４】
なお、注入出装置５２を、図１２に示すように、供給用の液送ポンプ５２ｅおよび供給管５２ｆならびに開閉弁５２ｇと、排出用の液送ポンプ５２ｈおよび排出管５２ｉとならびに開閉弁５２ｊに分離して設置することもでき、これにより姿勢調整のための給排水時間を半減することができる。
【００５５】
なお、上記各実施の形態とも、バラスト水の気化や漏水に備えて、バラスト水の経路内に、外部からバラスト水を供給または排出できる調整用注入出装置を具備していることはいうまでもない。
【００５６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、図１３に示すように、第１の実施の形態における注入出装置に代えて、各調整浮力容器７にそれぞれバラスト水（海水または湖水）を外部から供給排出する注入出装置６１を設けたもので、各調整浮力容器７に連通される給排水管６１ａと、給排水管６１ａに介在された開閉弁６１ｄと、給排水管６１ａに接続された集合管６１ｃと、集合管６１ｃに介在されたポンプユニット６１ｂとを具備している。もちろん、第２の実施の形態の注入出装置５２と同一に構成して、集合管５２ａを海水中に開口させることもできる。
【００５７】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、比較的長い変動周期の外乱による浮体２の傾きを修正することができて、浮体２を長期的に安定した姿勢に保持することができる。
【００５８】
（第４の実施の形態）
図１４に示す第４の実施の形態における注入出装置７１は、第１の実施の形態における注入出装置に代えて、各調整浮力容器７毎に外海から給排水管７２を介して海水を取水、排水可能なポンプユニット７３をそれぞれ設けたものである。これにより各調整浮力容器７の浮力調整を短時間に行うことができる。
【００５９】
（第５の実施の形態）
上記各実施の形態では、図１５（ａ），図１６（ａ）に示すように、組となる浮力体のうち、両方を調整浮力容器７としたものであるが、第５の実施の形態は、浮体構造物の中心を挟んで両側に浮力体を前記中心の周囲に複数組設け、前記一部の組または全部の組の浮力体の、一方の浮力体を浮力調整不可能な基準浮力体とするとともに他方の浮力体を浮力調整可能な調整浮力体とし、一部の組が基準浮力体と調整浮力体とで構成された場合、残部の組は両方が調整浮力体で構成され、前記各調整浮力体にそれぞれバラスト液を供給排出可能な注入出装置を設け、浮体構造物に設けられた姿勢検出手段の検出信号に基づいて前記注入出装置を作動し各調整浮力体のバラスト液量を調整する姿勢制御部を設けたものである。
【００６０】
すなわち、図１５（ｂ）および図１６（ｂ），（ｃ）に示すように、組となる浮力体のうちの一部で、一方をたとえば発泡体などが充填されたり、密閉中空状に形成されて浮力調整が不可能な基準浮力容器（基準浮力体）８０とし、他方を注入出装置（図示せず）により外部との間、または互いにバラスト水を給排水して浮力調整可能な調整浮力容器（調整浮力体）８１としたものである。もちろん、図１５（ｃ），図１６（ｄ）に示すように、各組をすべて基準浮力容器８０と調整浮力容器８１とで構成してもよい。また、図示しないが、上記各構成のうち、両方を浮力が同一の基準浮体容器の組を１組以上設けてもよい。
【００６１】
なお、基準浮力容器８０と調整浮力容器８１からなる組のバラスト水の割当量については、各組への割当量を調整浮力容器８１で受け持つことになる。つまり第１の実施の形態における同組のＭＰ（ｔ）とＭＮ（ｔ）により、調整浮力容器８１一つで｜ＭＰ（ｔ）−ＭＮ（ｔ）｜の量をその配置に従い増減させることになる。
【００６２】
上記構成によれば、基準浮力容器８０および調整浮力容器８１から浮力を得ることができるので、全体をコンパクトに構成できてコストを削減することができる。また基準浮力容器８０の浮力を、調整浮力容器８１の浮力の上限と下限の中心位置とするとともに、調整浮力容器８１をその浮力の上限と下限の中心として、浮体２を水平な適正姿勢を保持すると、風や波浪、潮流などの外乱により浮力構造体に傾きが生じた時に、調整浮力容器８１の浮力調整可能な最大範囲で傾きを解消することができる。さらに浮体２の中心を挟んで組となる基準浮力容器８０と調整浮力容器８１、または調整浮力容器８１同士の間で浮力調整を行うため、各組の浮力容器８０，８１の水平面上の軸線におけるバラスト水移動量とその重心移動方向とにより、浮力調整のためのバラスト液の給排出量を演算でき、特に各組の浮力容器８０，８１の軸線が等角度ごとに配置された場合には、姿勢制御をより容易に行うことができる。さらにまた、たとえば浮体２を陸から離れた洋上に設置する場合、陸上や近海に比べて風向きも比較的長い時間変わらないなど、風向きの周期や風力も比較的長い時間安定している。また水深の大きい海域であれば、安定した潮流に晒されることで安定した姿勢となるため、長周期的な外力により姿勢が変化した場合、無人の浮体構造物であっても、安定した姿勢制御を行うことができる。また大型の浮体構造物であっても、時間をかけて姿勢を調整すればよく、注入出装置に高出力の液送ポンプは不要でコスト削減に寄与することができる。したがって、このように浮体２の周辺部に基準浮力容器８０と調整浮力容器８１からなる組、または両側の調整浮力体からなる組で、姿勢制御部に基づいて調整浮力体にバラスト液を供給排出することにより、大型の浮体構造物を長期的に安定した姿勢に制御することができる。
【００６３】
さらに注入出装置８２を削減することができるとともに、上記実施の形態と同様に、比較的長い変動周期の外乱による浮体２の傾きを修正することができて、浮体２を長期的に安定した姿勢に保持することができる。
【００６４】
なお、上記各実施の形態において、浮力体を容器状に構成したが、浮体構造体内に形成された浮力空間であってもよい。
また上記各実施の形態において、組となる浮力容器をそれぞれ複数個ずつで構成してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、特許文献１，２のように減揺タンクを設けるのに比較して、基準浮力体および調整浮力体から浮力を得ることができるので、全体をコンパクトに構成できてコストを削減することができる。また基準浮力体の浮力を、調整浮力体の浮力の上限と下限の中心位置とするとともに、調整浮力体をその浮力の上限と下限の中心として、浮力構造体を水平な適正姿勢を保持すると、風や波浪、潮流などの外乱により浮力構造体に傾きが生じた時に、調整浮力体の浮力調整可能な最大範囲で傾きを解消することができる。さらに浮体構造物の中心を挟んで組となる基準浮力体と調整浮力体、または調整浮力体同士の間で浮力調整を行うため、各組の浮力体の水平面上の軸線におけるバラスト水移動量とその重心移動方向とにより、浮力調整のためのバラスト液の給排出量を演算でき、特に各組の浮力体の軸線が等角度ごとに配置された場合には、姿勢制御をより容易に行うことができる。さらにまた、たとえば浮力構造体を陸から離れた洋上に設置する場合、陸上や近海に比べて風向きも比較的長い時間変わらないなど、風向きの周期や風力も比較的長い時間安定している。また水深の大きい海域であれば、安定した潮流に晒されることで安定した姿勢となるため、長周期的な外力により姿勢が変化した場合、無人の浮体構造物であっても、安定した姿勢制御を行うことができる。また大型の浮体構造物であっても、時間をかけて姿勢を調整すればよく、注入出装置に高出力の液送ポンプは不要でコスト削減に寄与することができる。したがって、このように浮力構造体の周辺部に基準浮力体と調整浮力体からなる組、または両側の調整浮力体からなる組で、姿勢制御部に基づいて調整浮力体にバラスト液を供給排出することにより、大型の浮体構造物を長期的に安定した姿勢に制御することができる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、特許文献１，２のように減揺タンクを設けるのに比較して、調整浮力体から浮力を得ることができるので、全体をコンパクトに構成できてコストを削減することができる。また調整浮力体の基準浮力を、調整浮力体の浮力の上限と下限の中心位置として、浮力構造体を水平な適正姿勢を保持すると、風や波浪、潮流などの外乱により浮力構造体に傾きが生じた時に、調整浮力体の浮力調整可能な最大範囲で傾きを解消することができる。さらに浮体構造物の中心を挟んで組となる調整浮力体の間で浮力調整を行うため、各組の浮力体の水平面上の軸線におけるバラスト水移動量とその重心移動方向とにより、浮力調整のためのバラスト液の給排出量を演算でき、特に各組の浮力体の軸線が等角度ごとに配置された場合には、姿勢制御をより容易に行うことができる。さらにまた、たとえば浮力構造体を陸から離れた洋上に設置する場合、陸上や近海に比べて風向きも比較的長い時間変わらないなど、風向きの周期や風力も比較的長い時間安定している。また水深の大きい海域であれば、安定した潮流に晒されることで安定した姿勢となるため、長周期的な外力により姿勢が変化した場合、無人の浮体構造物であっても、安定した姿勢制御を行うことができる。また大型の浮体構造物であっても、時間をかけて姿勢を調整すればよく、注入出装置に高出力の液送ポンプは不要でコスト削減に寄与することができる。したがって、このように浮力構造体の周辺部に両側の調整浮力体からなる組で、姿勢制御部に基づいて調整浮力体にバラスト液を供給排出することにより、大型の浮体構造物を長期的に安定した姿勢に制御することができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、浮体構造物の中心を挟んで組となる調整浮力体の間でバラスト液を供給排出して浮力調整を行うため、各組の調整浮力体のバラスト液の総量が一定となり、一定の総量から調整浮力体への配分量を求めればよく、計算を容易に行うことができる。この場合、バラスト液を外部に給排出する構成に比べて、浮力構造体の全体の浮力調整を考慮する必要がない。さらにバラスト水にたとえば真水を使用することで、注入出装置などのメンテナンスが容易となり、作業員の利用に供することもできる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、注入出装置を貯留浮力体近傍に配置して調整浮体にそれぞれバラスト液を給排出することで、メンテナンス性を改善することができる。またバラスト水の外部への給排出がないため、真水などのようにメンテナンス性のよいバラスト液を使用できる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、浮体構造物の姿勢に基づいて、配分演算部で傾斜を回復させるために必要なバラスト液の給排出量を求めることで、浮体構造物の的確な姿勢制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る姿勢制御装置を具備した洋上発電設備の第１の実施の形態を示す全体側面図である。
【図２】同洋上発電設備の斜視図である。
【図３】同洋上発電設備の姿勢制御装置を示す構成図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、同姿勢制御装置の注入出装置の具体的な構成を示し、（ａ）は同姿勢制御装置の注入出装置を示す第１のポンプユニットの構成図、（ｂ）は同第２のポンプユニットの構成図、（ｃ）は配管の実施例を示す概略側面図である。
【図５】同姿勢制御装置における姿勢制御のための座標系を示す説明図である。
【図６】同姿勢制御装置の姿勢制御部を示す構成図である。
【図７】同２組４個の調整浮力容器を設けた場合の座標系を示す説明図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ３組６個の調整浮力容器の座標系を示し、（ａ）は座標系を説明する斜視図、（ｂ）は同部分平面図である。
【図９】同４組８個の調整浮力容器を設けた場合の座標系を示す説明図である。
【図１０】同姿勢制御装置の姿勢制御部の変形例を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る姿勢制御装置の第２の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図１２】同第２の実施の形態の変形例を示す全体側面図である。
【図１３】本発明に係る姿勢制御装置の第３の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図１４】本発明に係る姿勢制御装置の第４の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係る姿勢制御装置の第５の実施の形態を示す２組４個の浮力体の配置を示し、（ａ）は調整浮力容器の基本配置図、（ｂ），（ｃ）は基準浮力容器と調整浮力容器の配置例を示す配置図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ姿勢制御装置において、３組６個の浮力体の配置図であり、（ａ）は調整浮力容器の基本配置図、（ｂ）〜（ｄ）は基準浮力容器と調整浮力容器の配置例を示す配置図である。
【符号の説明】
φ    ピッチ角
θ    ロール角
α    中心軸傾き角
β    中心軸方位角
Ｏ    原点（中心）
１    係留索
２    浮体
３    風力発電装置
４    姿勢制御装置
６    中心浮力体
７    調整浮力容器
８    連結材
９    風車
９ｂ  タワー
１０    揺動抑制板
１１    注入出装置
１２    姿勢制御部
１３Ａ〜１３Ｃ  配管装置
１４Ａ〜１４Ｃ  ポンプユニット
１５    レベルセンサ
２０    姿勢検出手段
２１    ピッチ角傾斜センサ
２２    ロール角傾斜センサ
３１    傾き上体演算部
３２    目標傾き設定部
３３    偏差演算部
３４    バラスト水移動量演算部
３５    配分演算部
３６    操作指令部
３７    給排水判断部
５１    貯留浮力容器
５２    注入出装置
６１    注入出装置
７１    注入出装置
７２    給排水管
７３    ポンプユニット
８０    基準浮力容器
８１    調整浮力容器
【図１】
2004291702.tif 000007
【図２】
2004291702.tif 000008
【図３】
2004291702.tif 000009
【図４】
2004291702.tif 000010
【図５】
2004291702.tif 000011
【図６】
2004291702.tif 000012
【図７】
2004291702.tif 000013
【図８】
2004291702.tif 000014
【図９】
2004291702.tif 000015
【図１０】
2004291702.tif 000016
【図１１】
2004291702.tif 000017
【図１２】
2004291702.tif 000018
【図１３】
2004291702.tif 000019
【図１４】
2004291702.tif 000020
【図１５】
2004291702.tif 000021
【図１６】
2004291702.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月29日(2004.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
前記傾き状態演算部３１は、図５に示す座標系においてロール角θとピッチ角φを代入し、演算された数値を角度に変換するデータテーブルを参照して、中心軸傾き角αと中心軸方位角βを求めるように構成されている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
またバラスト水移動量演算部３４は、偏差演算部３３による偏差信号をPID制御手段に入力し、その出力としてフィードバック系出力ｍｂ（ｔ）を求め、さらに外乱検出手段により得られた風速、風向、潮向および潮速をフィードワード手段に入力してフィードワード系出力ｍｆ（ｔ）を求め、それらを加算して、バラスト水移動量（供給バラスト水総量）：Ｍ（ｔ）＝［ｍｂ（ｔ）＋ｍｆ（ｔ）］を求めるように構成されている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
上記構成において、ピッチ角傾斜センサ２１からピッチ角φの検出信号と、ロール角傾斜センサ２２からロール角θの検出信号がそれぞれ傾き状態演算部３１に出力されると、傾き状態演算部３１では、ロール角θとピッチ角φが代入され、演算された数値がデータテーブルを介して角度に変換されて、中心軸傾き角αと中心軸方位角βが演算される。そして傾き状態演算部３１からの中心軸傾き角αと、目標傾き設定部３２の設定値とが偏差演算部３３に入力されて目標との偏差角が求められる。さらに外乱検出手段からの風向、風力、潮向、潮流と偏差演算部３３からの偏差角がバラスト水移動量演算部３４に入力され、バラスト水移動量演算部３４では、偏差角をＰＩＤ制御演算の入力とするとともに、その出力値について、風向、風力、潮向、潮流に基づくフィードフォワード制御演算を行い、バラスト水移動量が演算される。そしてバラスト水移動量演算部３４で演算されたバラスト水移動量と傾き状態演算部３１からの中心軸方位角βが配分演算部３５に入力されて、各調整浮力容器７へのバラスト水の割当量（供給量、排出量）が演算され、そして、操作指令部３６では、配分演算部３５の演算値に基づいてポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）および弁１４ｅ，１４ｆ（１４ｋ．１４ｌ）に操作信号が出力される。さらに各調整浮力容器７内のレベルセンサ１５の検出値に基づくバラスト水のレベルが、配分演算部３５で割当てられた供給量，排出量に基づく累計の監視レベルに達すると、給排水判断部３７では、操作指令部３６にバラスト水の供給排出の停止を行う調整浮力容器７を指令し、操作指令部３６は該当する注入出装置１１、具体的にはポンプユニット１４Ａ〜１４Ｃの液送ポンプ１４ｃ，１４ｄ（１４ｈ）および弁１４ｅ，１４ｆ（１４ｋ．１４ｌ）に出力される。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
ここで調整浮力容器７へのバラスト水の割当量の具体的な計算方法を説明する。
まず最初に基本的な形態として、９０°ごとに２組４個の調整浮力容器７が配置された場合を図７を参照して説明する。図７に示す太い矢印がタワー９ｂに一致する。
調整浮力容器７が２組４個配置された場合、一方の組がＸ軸上で正側に調整浮力容器７１Ｐ、負側に調整浮力容器７１Ｎに配置され、またＹ軸上で正側に調整浮力容器７２Ｐ、負側に調整浮力容器７２Ｎが配置されている。この場合、バラスト水移動量Ｍ（ｔ）を、傾きの反対方向である中心軸方位角β＋π（rad）方向に移動させるための割当量を、Ｘ軸方向成分とＹ方向成分と分けて求める。なお、バラスト水移動量Ｍの添え字は調整浮力容器７と同じものを使用してどの位置の調整浮力容器７かを示している。またＭ（ｔ）はある時間ｔにおいて求めたものであることを示している。
すなわち、割当演算式は（１）式のとおりで、Ｍ１Ｐ（ｔ）とＭ１Ｎ（ｔ）の絶対量の合計がＸ軸上に割当られたバラスト水移動量であり、Ｍ１Ｐ（ｔ）とＭ１Ｎ（ｔ）がそれぞれの調整浮力容器７１Ｐ，７１Ｎへの割当量である。さらにＭ２Ｐ（ｔ）とＭ２Ｎ（ｔ）の絶対量の合計がＹ軸上に割当られたバラスト水移動量であり、Ｍ２Ｐ（ｔ）とＭ２Ｎ（ｔ）がそれぞれの調整浮力容器７２Ｐ，７２Ｎへの割当量である。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【数１】
2004291702.tif 000023
上記各式において、係数Ｍ（ｔ）／２は、各組の調整浮力容器７の間でバラスト水を給排出して循環使用するため、たとえば他方の調整浮力容器７１Ｎから排出したバラスト水を、Ｍ（ｔ）／２を一方の調整浮力容器７１Ｐに供給すれば、一方の調整浮力容器７１ＰにＭ（ｔ）だけ供給したのと同じ回転モーメントが生じるためである。ここでバラスト水移動量Ｍ（ｔ）の上式による割当の結果が正の値の場合には供給指令値であり、負の値の場合には排出指令値となる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
次に調整浮力容器７が６０°ごとに３組６個配置された場合を図８を参照して説明する。図８（ａ）の太い矢印がタワー９ｂに一致する。
図８（ａ）に示すように、１つの組の調整浮力容器７１Ｐ，７１ＮはＸ軸上に位置しているため、各組の調整浮力容器７に対するバラスト水の割当量を等量とした場合、Ｘ軸上の調整浮力容器７１Ｐ，７１Ｎは、バラスト水移動量の係数がＭ（ｔ）／２で（１）式と同様である。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
したがって、（１）式と同様に、同心円周とＹ軸との交点Ｐにおけるバラスト水移動量がＭ（ｔ）／２であることから、
２×Ｍｘ（ｔ）cos３０°＝Ｍ（ｔ）／２
Ｍｘ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）／｛２×２×cos３０°｝
＝Ｍ（ｔ）／｛２×√３｝となる。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【数２】
2004291702.tif 000024
さらに、原点Ｏを共通としたｎ個のＸＫ−ＹＫ座標（Ｋ＝１〜ｎ：Ｘ１−Ｙ１……Ｘｎ−Ｙｎ）の角軸上に２個ずつ、すなわち、２ｎ組４ｎ個の調整浮力容器７が同心円周上に等角度で配置された場合、各ＸＫ−ＹＫ座標系はそれぞれＸ’−Ｙ’座標系を基準としてＺ軸回りにπ（ｒａｄ）／２ｎ回転されて配置され、ＸＫ軸上にそれぞれ調整浮力容器７ＫＸＰ，７ＫＸＮとが配置されるとともに、ＹＫ軸上にそれぞれ調整浮力容器７ＫＹＰ，７ＫＹＮが配置される。このように調整浮力容器７が２ｎ組４ｎ個でｎ個のＸ−Ｙ座標系が存在する場合、バラスト水移動量Ｍ（ｔ）を各ＸＫ−ＹＫ座標系に分担させるとＭ（ｔ）／ｎであり、（１）式と同様にＸ，Ｙ軸上の調整浮力容器７間でバラスト水を循環給排水するため、Ｍ（ｔ）／２ｎとなる。また各座標系では（３）式が適用され、ＸＫ−ＹＫ座標系において基準となるＸ１−Ｙ１座標系に対する各ＸＫ−ＹＫ座標系の回転角：γＫはＫ＝１でγＫ＝０、Ｋ＝２〜ｎでγＫ＝π／２ｎとすると、角度部分は（β−γＫ＋π）となる。したがって、各調整浮力容器７ＫＸＰ，７ＫＸＮ，７ＫＹＰ，７ＫＹＮのバラスト水移動量ＭＫＸＰ，ＭＫＸＮ，ＭＫＹＰ，ＭＫＹＮを一般化した割当演算式は下記の通りとなる。なお、ＭＫＸＰ（ｔ）およびＭＫＸＮ（ｔ）はＸＫ軸上のバラスト水移動量の割当量、ＭＫＹＰ（ｔ）およびＭＫＹＮ（ｔ）はＹＫ軸上のバラスト水移動量の割当量である。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
【数３】
2004291702.tif 000025
したがって、図９に示すように、調整浮力容器７１〜４が４５°ごとに４組８個配置された場合には、ｎ＝２であり、Ｘ１−Ｙ１座標系（Ｋ＝１）についてはγＫ＝０、Ｘ２−Ｙ２座標系（Ｋ＝２）についてはγＫ＝π／４となることから、制御式は（３）式に基づいて下記の通りとなる。Ｍ１ＸＰ（ｔ）、Ｍ１ＸＮ（ｔ）、Ｍ１ＹＰ（ｔ）、Ｍ１ＹＮ（ｔ）はＸ１−Ｙ１座標系をなす各組の調整浮力容器７への割当量であり、またＭ２ＸＰ（ｔ）、Ｍ２Ｎ（ｔ）、Ｍ４ＹＰ（ｔ）、Ｍ４ＹＮ（ｔ）はＸ２−Ｙ２座標系をなす各組の調整浮力容器７への割当量である。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
【数４】
2004291702.tif 000026
以上のように、最も回転モーメントが大きい組の調整浮力容器７同士のみに割当てて給排水するのではなく、各組の調整浮力容器７の座標系の各方位角に応じてそれぞれ割り当てて給排水するので、一定供給（排出）速度でポンプを動作させる場合には、特に１つの調整浮力容器７内に集中してバラスト水を給排水するのに比較して、１つの調整浮力容器あたりの給排水時間を短縮することができ、短時間で姿勢の制御が可能となる。また傾斜姿勢が変わった時にも迅速かつ容易に対応することができる。したがって、比較的長い変動周期の外乱による浮体２の傾きを容易に修正することができて、浮体２を長期的に安定した姿勢に保持することができ、風力発電装置３を風に対して常に風車９の受圧面が適正な面となるように制御することができて効率のよい発電が可能となる。