(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、前記発電機を駆動して発電を行うようにしたジャイロ式波力発電装置を１つ以上有している波力発電システムであって、
海底に一端が固定され、他端が海上にまで延設された支持構造物をさらに備え、
前記ジャイロ式波力発電装置の一端が自在継手を介して前記支持構造物に固定され、前記ジャイロ式波力発電装置が揺動自在になっているとともに、
前記ジャイロ式波力発電装置の揺動と前記ジンバル軸の揺動とが一致するように、前記ジンバル軸が配設されていることを特徴とする波力発電システム。
【請求項２】
前記支持構造物の自在継手の上部又は下部に固設された棒部材と、前記棒部材の中央以外の部分と前記ジャイロ式波力発電装置の途中部分との間に架橋される制動部材とを備えていることを特徴とする請求項１記載の波力発電システム。
【請求項３】
前記ジャイロ式発電装置に連結された連結部材を前記支持構造物方向に引張って、前記支持構造物に沿って折り畳み固定する折り畳み機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電システム。
【請求項４】
浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、発電機を駆動して発電を行うようにしたジャイロ式波力発電装置を１つ以上有している波力発電システムであって、
大型浮体をさらに備え、
前記ジャイロ式波力発電装置の一端が自在継手を介して前記大型浮体に接続され、前記ジャイロ式波力発電装置が揺動自在になっているとともに、
前記ジャイロ式波力発電装置の揺動と前記ジンバル軸の揺動とが一致するように、前記ジンバル軸が配設されていることを特徴とする波力発電システム。
【請求項５】
前記大型浮体における前記自在継手から波浪の進行方向の前方側部分又は後方側部分と、前記ジャイロ式波力発電装置の途中部分とに架橋される制動部材を備えていることを特徴とする請求項４記載の波力発電システム。
【請求項６】
前記大型浮体が、波浪の進行方向に対して前後に長い棒状浮体であることを特徴とする請求項４又は５に記載の波力発電システム。
【請求項７】
前記大型浮体が、
浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、発電機を駆動して発電を行うものであり、かつ、
前記浮体をドーナツ状に形成するとともに、その内筒部内に少なくとも１個の鉛直なジンバル軸を有するジャイロを配設した大型ジャイロ式波力発電装置であることを特徴とする請求項４又は５に記載の波力発電システム。
【請求項８】
前記ジャイロ式波力発電装置が揺動する際の上下運動の方向が、波浪の進行方向に対して略垂直となっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の記載の波力発電システム。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の波力発電システムのうち少なくとも１種以上を複数組み合わせてなることを特徴とする波力発電プラント。
【請求項１０】
隣り合う前記波力発電システムのそれぞれのジャイロ式波力発電装置が、波浪の進行方向に対して重複しないように且つ密に配設されていることを特徴とする請求項９記載の波力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波浪のエネルギーを利用して電力を得ることができる波力発電システム及び波力発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、すでに下記特許文献１、２において、ジャイロ式波力発電装置を開示している。
【０００３】
具体的には、特許文献１、２のものは、浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、発電機を駆動して発電を行うようにしたジャイロ式波力発電装置であり、特に特許文献１においては、前記浮体をドーナツ状に形成するとともに、その内筒部内に少なくとも１個の鉛直なジンバル軸を有するジャイロを配設したことを特徴とするジャイロ式波力発電装置である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０７３３２号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ０２／０７７３６９号Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１、２のジャイロ式波力発電装置の設置場所は、例えば、水深の深い沿海部のみならず、比較的浅い深さ（１０ｍ程度以内）の海や湖などにも適用される。しかし、浅い深さの場所での波浪の動きは、上下方向のみならず波浪の進行方向に対して前後方向にも大きいが、これまでの波力発電方式では、上下方向の波浪の動きのみを利用していたので、エネルギー吸収能力が低いので発電出力が低いという問題があった。なお、図１３（ａ）が、深い場所での波浪の軌跡が円となっている様子を示す模式図、図１３（ｂ）が、浅い場所での波浪の軌跡が楕円となっている様子を示す模式図である。また、図１３（ｂ）の斜線部は水底である。
【０００６】
これらの問題を解決する手段として、フライホイールを大きくしたり、その回転数を上げたりすることで、発電出力の向上を図ることが考えられるが、さほど費用対効果が望めない。
【０００７】
また、上記のように特許文献１、２のジャイロ式波力発電装置は、波浪を受けた際、主に波浪の上下方向のエネルギーを吸収するものであり、波浪の前後方向のエネルギーを有効に利用できていなかった。特に、海岸などの岸辺近くにおいては、波浪は上下方向の運動よりもむしろ前後方向の運動の方が支配的となる場合があるが、これを有効に利用できていなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述のジャイロ式波力発電装置の用い方を工夫して、浅い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システム及び波力発電プラントを提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
（１）  本発明は、浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機（例えば、低速発電機など）とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、前記発電機を駆動して発電を行うようにしたジャイロ式波力発電装置を１つ以上有している波力発電システムであって、海底に一端が固定され、他端が海上にまで延設された支持構造物をさらに備え、前記ジャイロ式波力発電装置の一端が自在継手を介して前記支持構造物に固定され、前記ジャイロ式波力発電装置が揺動自在になっているとともに、前記ジャイロ式波力発電装置の揺動と前記ジンバル軸の揺動とが一致するように、前記ジンバル軸が配設されているものである。
【００１０】
上記（１）の構成により、自在継手との接続部分を中心として、ジャイロ式波力発電装置が、波浪の動きに追従して、上下のみならず波浪の進行に対して前後にも運動するので、浅い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、波浪のエネルギーをよりよく吸収するので、波浪の消波にも利用できる。
【００１１】
（２）  上記（１）の波力発電システムにおいては、前記支持構造物の自在継手の上部又は下部に固設された棒部材と、前記棒部材の中央以外の部分と前記ジャイロ式波力発電装置の途中部分との間に架橋される制動部材とを備えていることが好ましい。この制動部材としては、バネやゴムなどの弾性体や縄などのストッパー機能を有するものであって、ジャイロ式波力発電装置の余分な動き（例えば、波浪の進行方向に平行な方向の動き）を制動できるものであれば、どのようなものでもよい。
【００１２】
上記（２）の構成により、ジャイロ式波力発電装置の余分な動きを制動（例えば、波浪の進行方向に平行な方向の動きを所定範囲に抑制し、ジャイロ式波力発電装置の位置が片寄ってしまうのを防止）できるので、さらに浅い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、さらに波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。
【００１３】
（３）  上記（１）又は（２）の波力発電システムにおいては、前記ジャイロ式発電装置に連結された連結部材を前記支持構造物方向に引張って、前記支持構造物に沿って折り畳み固定する折り畳み機構を備えていてもよい。
【００１４】
上記（３）の構成により、悪天候の際や、メンテナンスの際など発電の必要がないときには折り畳んでおくことができるので、故障の防止や安全性の確保が可能となる。
【００１５】
（４）  別の観点として、本発明の波力発電システムは、浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、発電機を駆動して発電を行うようにしたジャイロ式波力発電装置を１つ以上有している波力発電システムであって、大型浮体をさらに備え、前記ジャイロ式波力発電装置の一端が自在継手を介して前記大型浮体に接続され、前記ジャイロ式波力発電装置が揺動自在になっているとともに、前記ジャイロ式波力発電装置の揺動と前記ジンバル軸の揺動とが一致するように、前記ジンバル軸が配設されているものである。
【００１６】
上記（４）の構成により、大型浮体とジャイロ式波力発電装置との波浪による動きが、一体の動きとなりづらくなり、それぞれ単独で動きやすくなる。つまり、大型浮体とジャイロ式波力発電装置との間において、揺動タイミングのずれを発生させることができる。その結果として、ジャイロの振動角が大きくなり、浅い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システムを提供できる。また、波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波にも利用できる。
【００１７】
（５）  上記（４）の波力発電システムにおいては、前記大型浮体における前記自在継手から波浪の進行方向の前方側部分又は後方側部分と、前記ジャイロ式波力発電装置の途中部分とに架橋される制動部材を備えていることが好ましい。
【００１８】
上記（５）の構成により、ジャイロ式波力発電装置の余分な動き（例えば、波浪の進行方向に平行な方向の動き）を制動できるので、浅い場所でも従来よりもさらに効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、さらに波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。
【００１９】
（６）  上記（４）又は（５）の波力発電システムにおいては、前記大型浮体が、波浪の進行方向に対して前後に長い棒状浮体であることが好ましい。特に、その両端部に本体より膨らんだ浮体をそれぞれ持つものであることが好ましい。これにより、容易に作製できると共に、浅い場所でも深い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システムを提供できる。また、さらに波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。
【００２０】
（７）  別の観点として、上記（４）又は（５）の波力発電システムにおいては、前記大型浮体が、浮体と、該浮体に支持されたジャイロと、前記ジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続した発電機とを備え、波浪による浮体の揺動により前記ジャイロのジンバルを回転させ、発電機を駆動して発電を行うものであり、かつ、前記浮体をドーナツ状に形成するとともに、その内筒部内に少なくとも１個の鉛直なジンバル軸を有するジャイロを配設した大型ジャイロ式波力発電装置としてもよい。
【００２１】
上記（７）の構成により、大型浮体を発電装置としても利用できるので、浅い場所でも深い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システムを提供できる。また、さらに波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。
【００２２】
（８）  上記（１）〜（７）の波力発電システムにおいては、前記ジャイロ式波力発電装置が揺動する際の上下運動の方向が、波浪の進行方向に対して略垂直となっていることが好ましい。
【００２３】
上記（８）の構成により、受ける波浪のエネルギーを最大限に利用できるので、浅い場所でも従来よりも確実に効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システムを提供できる。また、効率よく波浪のエネルギーを吸収するので、より波浪を消波できる。
【００２４】
（９）  本発明の波力発電プラントは、上記（１）〜（８）の波力発電システムのうち少なくとも１種以上を複数組み合わせてなる。
【００２５】
（１０）  上記（９）の波力発電プラントにおいては、隣り合う前記波力発電システムのそれぞれのジャイロ式波力発電装置が、波浪の進行方向に対して重複しないように且つ密に配設されていることが好ましい。
【００２６】
上記（９）又は（１０）の構成により、所定範囲における波浪のエネルギーを最大限利用できるので、従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電プラントを提供できる。また、効率よく、所定範囲における波浪のエネルギーを吸収するので、より広い範囲において波浪を消波できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係る波力発電システムについて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る波力発電システムの概略構成図である。図２（ａ）は、図１の波力発電システムに用いられているジャイロ式波力発電装置の全体断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるジャイロが回転した際のフライホイールを断面で示したジャイロ式波力発電装置の全体断面図である。
【００２８】
図１に示すように、波力発電システム１００は、２つのジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂと、ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂの一端がそれぞれ、自在継手１８ａ、１８ｂを介して取りつけられる棒部材２０（支持構造物）と、棒部材２０の下端部を水底で固定するための基礎２１とを有している。
【００２９】
ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂは、上下及び波浪の進行方向に対して前後方向に揺動可能となるように自在継手１８ａ、１８ｂと一端が接続されている。また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ジャイロ式波力発電装置１ａは、浮体２と、浮体２に支持されたジャイロ５と、ジャイロ５のジンバル軸６に増速手段９を介して接続した発電機１０とを備え、波浪による浮体２の揺動によりジャイロ５のジンバルを回転させ、発電機１０を駆動して発電を行うようにしたものである。また、浮体２をドーナツ状に形成するとともに、その内筒部２Ａ内にジンバル軸６を有するジャイロ５を配設している。
【００３０】
ジャイロ式波力発電装置１ｂは、ジャイロ式波力発電装置１ａと同構成のものであるので、ここでは説明を省略する。
【００３１】
発電装置を海上に浮かべるための浮体２は、ドーナツ状の円形体から構成される。ここで、一変形例として、浮体２は略球体のもの（図示せず）であっても構わない。上下にやや長い内筒部２Ａと、上下にやや短い外筒部２Ｂと、これらを結ぶテーパ状円板部２Ｃとから構成される。したがって、所定の浮力を確保した上で、円形のドーナツ状の浮体２は高い強度と剛性と等方性を有しており、製造が容易で、浮体２へのどのような方向からの波に対しても等しく揺動して発電を行うことができる。浮体２の製造方法については、板金、溶接、プラスチック成形等が採用され、素材についても、低炭素鋼、ステンレス、ＦＲＰ、鋳物等適宜のものが採用され得る。
【００３２】
浮体２の内筒部２Ａの内部には、円筒状の装置収容体３が挿入・固定される。装置収容体３の上部には、自在継手１８ａに取り付け可能なアーム部材１６が固設されている。アーム部材１６の軸方向長さは、波浪の運動に対して浮体２の角速度を大きくするため、波浪の波長の１／２よりも十分短いものが選択される。例えば、波浪の波長が５０ｍ、自在継手１８ａから装置収容体３の中心までの距離が３ｍである場合、従来の上下運動の角速度に比べて、５０ｍ×（１／２）／３ｍ＝約８倍、の角速度となる。したがって、この場合、アーム部材１６は、３ｍより十分に短いものが選択されることは言うまでもない。なお、上記角速度の例の場合、本実施形態におけるジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂはそれぞれ、上下だけでなく左右方向にも発電するため、円軌跡運動を行っていると想定すると、上下運動だけの２倍の発電量を得ることができることになる。
【００３３】
円筒状の装置収容体３内には、中央部に配設されたジャイロ５を主要部とし、上部に配設された増速手段９および発電機１０とが設置される。
【００３４】
なお、図示していないが、一変形例として、浮体２の内部の空間に給排ポンプを設け、海水等のバラストを出入れ自在に構成してもよい。これにより、浮体２の固有周波数を変え、浮体２の周波数と波の周波数を同期させるように構成して、バラスト水の注排水の水量によって浮体２の揺れの固有周波数を波の周波数に合わせて発電効率を上げることができる。この給排ポンプは、浮体２の内部空間に設置してもよいし、装置収容体３内に設置してもよい。
【００３５】
中央部に配設された主要部には、ジャイロ５がジンバル軸６Ａ、６Ｂを有して配設される。上部ジンバル軸６Ａは上部ジンバル軸受台４Ａに軸支され、下部ジンバル軸６Ｂは下部ジンバル軸受台４Ｂに軸支される。上部ジンバル軸６Ａは歯車機構から構成される増速手段９を介して発電機１０に接続されている。図２（ｂ）に示すように、ジャイロ５のジンバル軸６Ａ、６Ｂに直交するスピン軸７Ａの周りにフライホイール７が回転自在に配設される。フライホイール７はスピンモータ８により回転駆動される。また、フライホイール７室はジャイロ５（ジンバル）の側壁に設置した真空ポンプ１７によって負圧（０．１気圧以下程度）に保たれ、抵抗が少なく風損を減らして低摩擦で回転するように構成されている。ここで、真空ポンプ１７によって負圧を保つ場合の一変形例として、密封方式（タイヤのように内部を負圧にして密封する方式）を用いると、そのまま長期間、真空ポンプを使用することなく負圧を保つこともできる。スピンモータ８や真空ポンプ１７は、制御箱２０ａ内のバッテリー（図示せず）にケーブル１９ａを介して接続されており、その電源によって回転駆動されるが、電力系統から直接駆動することもできる。
【００３６】
ジャイロ式波力発電装置１ａの揺れを検知する揺れセンサ１４は、装置収容体３の上部等の適宜の部位に設置される。また、ジャイロ５の側壁にはジャイロ５の回転角や姿勢を検出するジンバル軸の角度センサ１５（エンコーダ）を設け、これらセンサからの信号を用いて、浮体２の揺れとジャイロ５本体の回転を同期させることにより発電効率を高めることができる。さらに、波の運動は基本的には円或いは楕円運動であることから、波の運動にあわせてジャイロ５（ジンバル）の回転位相を合わせることで発電効率を高められるのである。なお、符号１１はジンバル軸６Ｂに設置されたスリップリングで、制御箱２０ａ内のバッテリー等からの電力を回転部に設置されるスピンモータ８に供給したり、ジンバル軸の角度センサ１５（エンコーダ）からの信号を静止部の発電機１０等に送信するためのものである。
【００３７】
棒部材２０の自在継手１８ａ、１８ｂが取りつけられる部分の直上部分には、バッテリーやインバータ等を含む制御箱２０ａが設けられている。この制御箱２０ａと、スピンモータ８や真空ポンプ１７などとは、ケーブル１９ａを介して電気的に接続されている。
【００３８】
基礎２１は、コンクリートなどの構造物である。棒部材２０が略鉛直となるように、基礎２１の中央部分に固設されている。
【００３９】
このような構成のジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂが波力により揺動すると、ジャイロ５内にて回転するフライホイール７とのジャイロ効果によってジンバル軸６が回転を始める。図３のジンバル軸位相制御の説明ブロック図を参照して説明すると、浮体２の揺れが浮体揺れセンサ１４で検出され、その検出信号はフィルタによって制御箱２０ａの回転数制御器を粗調整し、ジャイロ５本体のジンバル軸６の角位置をジンバル角（軸方向）センサ１５にて検出して、ジンバル軸６を発電量が最大となる位相に刻々又は所定の平均時間毎に微調整制御することにより、浮体２の揺れとジャイロ５本体の回転を同期させて、ジャイロ５の特性を最大限に発揮させて、発電機の発電量を効果的に制御することが可能となる。
【００４０】
図４は発電機の回転数制御の説明ブロック図であり、浮体２の揺れの主振動数成分付近でジンバル軸６が回転するように、浮体揺れセンサ１４からの平均周波数を得て発電機１０の回転数を粗調整した後に、発電機出力が平均的に最大となるように発電機１０の回転数を微小変化させ、最大となる回転数を自動探索、追従させるように構成して、発電機１０の回転数の粗調整の下で発電機出力を平均的に最大となるように微調整して、ジャイロ５の回転数を発電機１０側で制御することがきわめて容易となり、より最も効率のよい発電が自動的に行える。
【００４１】
図５（ａ）は波高とフライホイール回転数制御による周期ループとの関係図、図５（ｂ）はフライホイールの回転数制御の説明ブロック図である。広範囲の波の状態に対応できるように、ジャイロ５におけるフライホイール７の回転数を制御するものである。浮体２の揺れセンサ１４からの検出信号により、波の高さと周期の計測データまたは浮体の揺れの計測データから、式Ｒ（Ｈ２Ｔ／２）（Ｔ：周期、Ｈ：波高、Ｒ：係数）により入力エネルギーを計算し、最大出力演算を行い、求められる付近で運転させる場合は、ジャイロ側であるフライホイール７の回転数をスピンモータ８により最適化制御して、高い発電効率を確保すべく広い範囲の波に対して最適な作動条件にて発電装置を運転させることが可能となる。
【００４２】
上記構成の波力発電システム１００によれば、自在継手との接続部分を中心として、ジャイロ式波力発電装置が、波浪の動きに追従して、上下のみならず波浪の進行方向に対して前後にも運動するので、従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波にも利用できる。
【００４３】
＜第１実施形態の変形例＞
次に、本発明の第１実施形態の変形例に係る波力発電システムについて説明する。図６は、本発明の第１実施形態の変形例に係る波力発電システムの上視図である。なお、上記第１実施形態の符合１ａ、１ｂ、２、３、１６、１８ａ、１８ｂ、２０と同様の部位には、順に３１ａ、３１ｂ、３２〜３４、３５ａ、３５ｂ、３６を付け、その説明を省略することがある。
【００４４】
第１実施形態の変形例に係る波力発電システム２００は、自在継手３５ａ、３５ｂの上部に固設された短い棒部材３７と、ジャイロ式波力発電装置３１ａのアーム部材３４の端部のうち２箇所から、棒部材３７の各端部を介して、ジャイロ式波力発電装置３１ｂのアーム部材３９の端部の２箇所にかけて、棒部材３６を中心として対称的に架橋されるバネ３８ａ、３８ｂ（制動部材）とを備えている点で、第１実施形態の波力発電システム１００と異なっている。ジャイロ式波力発電装置３１ａ、３１ｂは、ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂと同構成である。
【００４５】
バネ３８ｂにおいては、沖側に引張り力をかけて、波力発電システム２００の沖側（波浪が来る側）に配設されている。これにより、ジャイロ式波力発電装置３１ａ、３１ｂが、波浪によって余分な動き（波浪による揺動）や移動（中心（平衡点）がずれる動き）を制動できる。なお、ジャイロ式波力発電装置３１ａ、３１ｂが揺動する際の上下運動の方向が、波浪の進行方向に対して略垂直に保持できるように、バネ３８ａ、３８ｂの引張り力は調整されている。
【００４６】
上記構成の波力発電システム２００によれば、ジャイロ式波力発電装置３１ａ、３１ｂの余分な動きを制動（例えば、波浪の進行方向に平行な方向の動きを所定範囲に抑制）できるので、第１実施形態の波力発電システム１００よりもさらに効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、さらに波浪のエネルギーを効率よく吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。これらの効果は、特に、ジャイロ式波力発電装置３１ａ、３１ｂが揺動する際の上下運動の方向が、波浪の進行方向に対して略垂直に保持できるように、バネ３８ａ、３８ｂの引張り力が調整されている場合に発揮される。
【００４７】
本変形例では、棒部材３７を自在継手３５ａ、３５ｂの上部に水平に固設した場合を示したが、自在継手３５ａ、３５ｂの下部に水平に固設してもよい。
【００４８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る波力発電システムについて説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る波力発電システムの上視図である。なお、上記第１実施形態の符合１ａ、１ｂ、２、３、１６、１８ａ、１８ｂと同様の部位には、順に４１ａ、４１ｂ、４２〜４４、４５ａ、４５ｂを付け、その説明を省略することがある。
【００４９】
第２実施形態に係る波力発電システム３００は、（１）第１実施形態における底に固定された棒部材２０の代わりに、水上に浮いている大型浮体４６を用いている点、（２）ジャイロ式波力発電装置４１ａのアーム部材４４の端部のうち２箇所から大型浮体４６の途中部分に架橋したバネ４７ａ、４７ｂを用いている点、（３）ジャイロ式波力発電装置４１ｂのアーム部材４９の端部のうち２箇所から大型浮体４６の途中部分に架橋したバネ４８ａ、４８ｂを用いている点で、第１実施形態の波力発電システム１００と異なっている。ジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂは、ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂと同構成である。
【００５０】
大型浮体４６は、図８に示すように、前方部及び後方部のそれぞれの底面に浮力用の凸部を有したものである。このような形状とすることで、大型浮体４６とジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂとの揺動のずれ（位相のずれ）が発生するので、ジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂを正常に運転できる。特に、大型浮体４６が大きい（長い場合を含む）場合には、大型浮体４６の中央とジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂとの間において、良好な揺動のずれを発生させることができる。なお、大型浮体４６には、自在継手４５ａ、４５ｂが中央部側面に接続できるようになっている。
【００５１】
上記構成によれば、大型浮体４６とジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂとの波浪による動きが、一体の動きとなりづらくなり、それぞれ単独で動きやすくなる。つまり、大型浮体４６とジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂとの間において、揺動タイミングのずれを発生させることができる。その結果として、浅い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システム３００を提供できる。また、波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波にも利用できる。
【００５２】
また、ジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂの余分な動きを制動（例えば、波浪の進行方向に平行な方向の動きを所定範囲に抑制）できるので、第１実施形態の波力発電システム１００よりもさらに効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、さらに波浪のエネルギーを効率よく吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。これらの効果は、特に、ジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂが揺動する際の上下運動の方向が、波浪の進行方向に対して略垂直に保持できるように、バネ４８ａ、４８ｂの引張り力が調整されている場合に発揮される。
【００５３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る波力発電システムについて説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る波力発電システムを示す上視図である。なお、上記第１実施形態の符合１ａ、１ｂ、２、３、１６、１８ａ、１８ｂと同様の部位には、順に４１ａ、４１ｂ、４２〜４４、４５ａ、４５ｂを付け、その説明を省略することがある。
【００５４】
第３実施形態に係る波力発電システム４００は、（１）第１実施形態における底に固定された棒部材２０の代わりに、水上に浮いている大型ジャイロ式波力発電装置５６（大型浮体）を用いている点、（２）ジャイロ式波力発電装置５１ａのアーム部材５４の端部のうち２箇所から大型ジャイロ式波力発電装置５６の途中部分に架橋したバネ５７ａ、５７ｂを用いている点、（３）ジャイロ式波力発電装置５１ｂのアーム部材５９の端部のうち２箇所から大型ジャイロ式波力発電装置５６の途中部分に架橋したバネ５８ａ、５８ｂを用いている点で、第１実施形態の波力発電システム１００と異なっている。ジャイロ式波力発電装置５１ａ、５１ｂは、ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂと同構成である。
【００５５】
大型ジャイロ式波力発電装置５６は、ジンバル軸が鉛直に設けられているとともに、ジャイロ式波力発電装置１ａと同様の形状で、且つ同様の部品を用いているが、大きさがジャイロ式波力発電装置１ａよりも大きく構成されている。なお、大型ジャイロ式波力発電装置５６には、ジャイロ式波力発電装置１ａに取りつけられているようなアーム部材は設けられていないが、自在継手５５ａ、５５ｂが側面に接続できるようになっている。
【００５６】
上記構成によれば、ジャイロ式波力発電装置５１ａ、５１ｂの発電だけでなく、大型浮体を大型ジャイロ式波力発電装置５６として利用して発電を行っているので、浅い場所でも深い場所でも従来よりもさらに効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電システム４００を提供できる。また、さらに波浪のエネルギーを吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。
【００５７】
また、ジャイロ式波力発電装置５１ａ、５１ｂの余分な動きを制動（例えば、波浪の進行方向に平行な方向の動きを所定範囲に抑制）できるので、第１実施形態の波力発電システム１００よりもさらに効率よく且つ経済的に発電を行うことができる。また、さらに波浪のエネルギーを効率よく吸収するので、波浪の消波効率がよくなる。これらの効果は、特に、ジャイロ式波力発電装置４１ａ、４１ｂが揺動する際の上下運動の方向が、波浪の進行方向に対して略垂直に保持できるように、バネ４８ａ、４８ｂの引張り力が調整されている場合に発揮される。
【００５８】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る波力発電プラントについて説明する。図１０は、本発明の第４実施形態に係る波力発電プラントの模式図である。
【００５９】
波力発電プラント５００は、水底に固定された棒部材６３にアーム部材６２ａ、６２ｂを介して取りつけられたジャイロ式波力発電装置６１ａ、６１ｂを有する波力発電システム６００（詳細は図示していないが、第１実施形態の波力発電システム１００と同構成）を複数組み合わせてなるものである。このとき、それぞれのジャイロ式波力発電装置（図１０における○印のもの）は、波浪の進行方向に対して近隣のジャイロ式波力発電装置が重複しないように且つ密に配設されている。
【００６０】
上記構成により、波力発電プラント５００の設置範囲における波浪のエネルギーを最大限利用できるので、浅い場所でも従来よりも効率よく且つ経済的に発電を行うことができる波力発電プラントを提供できる。また、効率よく、波力発電プラント５００の設置範囲における波浪のエネルギーを吸収するので、より広い範囲において波浪を消波できる。
【００６１】
本実施形態においては、第１実施形態の波力発電システム１００と同構成の波力発電システム６００を用いたが、この代わりに、上記第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態に係る波力発電システムのいずれか１種、又はこれらを適宜組み合わせたものを同様に配設することとしてもよい。当然、第１実施形態の波力発電システム１００と、上記第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態に係る波力発電システムのいずれか１種以上とを適宜組み合わせたものとしてもよい。これらのときも、波浪の進行方向に対して近隣のジャイロ式波力発電装置が重複しないように且つ密に配設することで、第４実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。なお、第２、第３実施形態の波力発電システムを用いる際は、流されないように、架台などにつなぎとめてもよい。
【００６２】
また、上記第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態に係る波力発電システムにおいては、図示してはいないが、第１実施形態における制御箱２０ａやケーブル１９ａ、１９ｂと同様の機能を有する部位を有していてもよい。
【実施例】
【００６３】
上記各実施形態で用いられたジャイロ式波力発電装置は、波浪によって複数の軸回りの回転運動を受ける。本実施例では、上記各実施形態で用いられたジャイロ式波力発電装置が、水平方向及び垂直方向の２軸回りの揺れを受けたときの挙動をシミュレーションによって検証した。
【００６４】
（シミュレーションの方法）
【数１】
0004810662.tif 000002
【００６５】
また、下記表１に本実施例のシミュレーションで用いた各パラメータの値を示す。なお、このパラメータの値は、本実施例のシミュレーションにおいて一例として設定したものである。また、ジンバルのＸ軸、Ｙ軸はジンバルの平面に平行な方向であり、Ｚ軸はジンバルの中心軸方向となっている。また、上記数式におけるＫＧ、ＣＧには、下記表１のＫＭ、ＣＭの値を代入する。ここで、ＫＭ、ＣＭとしているのは、以下の通りである。実際のジンバルにはモーターがつながっており、モーターに復元力を持たせていないことから、ＫＭ＝０でモーターがブレーキとして働く。そのため、本実施例のシミュレーションにおけるＣＭは、これを考慮したパラメータの値となっている。
【００６６】
【表１】
0004810662.tif 000003
【００６７】
（シミュレーション結果）
上記各実施形態で用いられたジャイロ式波力発電装置に、（１）比較例として、一方向の揺れのみを与えたとき（条件：揺れの振動数０．５Ｈｚ、水平方向振幅０．３ｍ、垂直方向振幅０ｍ）、（２）本発明の実施例として、円運動を与えたとき（条件：揺れの振動数０．５Ｈｚ、水平方向振幅０．３ｍ、垂直方向振幅０．３ｍ）、のシミュレーション結果をそれぞれ図１１、図１２に示す。なお、図１１、図１２におけるグラフの縦軸の意味は、下記数式の通りである。
【００６８】
【数２】
0004810662.tif 000004
【００６９】
（検証結果）
上記（１）の一方向の揺れのみを与えたときは、ジャイロモーメントが装置の揺れに対し、半波長ごとに発生していることがわかる。それに伴い、発電動作も装置の揺れ１周期につき２回となっている。上記（２）の円運動を与えたときは、上記（１）の一方向の揺れのみを与えたときに比べ、より安定した回転数、ジャイロモーメント、またそれによって発生するエネルギーが得られることがわかる。したがって、２軸回りの円又は楕円運動を利用した本発明は、従来の一方向の揺れのみを利用したものよりも、発電効率が明らかに向上することがわかる。
【００７０】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、第１実施形態において、ジャイロ式発電装置にワイヤーなどの連結部材を連結し、支持構造物方向に引張って、支持構造物に沿って折り畳み固定する折り畳み機構を備えていてもよい。その例を以下に説明する。
【００７１】
図１４（ａ）に示す波力発電システム７００は、ジャイロ式波力発電装置７１ａ、７１ｂに一端がそれぞれ接続されたワイヤー８２ａ、８２ｂと、ワイヤー８２ａ、８２ｂの他端が巻き取り可能に接続されたウインチ８３とを有している折り畳み機構を備えている点で、第１実施形態の波力発電システム１００と異なっている。ジャイロ式波力発電装置７１ａ、７１ｂは、ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂと同構成である。ここで、上記第１実施形態の符合１ａ、１ｂ、２、３、１６、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０、２１と同様の部位には、順に７１ａ、７１ｂ、７２、７３、７６、７８ａ、７８ｂ、７９ａ、７９ｂ、８０、８１を付け、その説明を省略する。
【００７２】
このような構成の波力発電システム７００は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、ウインチ８３を作動させ、ワイヤー８２ａ、８２ｂを巻き取ることで、図１４（ｂ）に示すように、ジャイロ式波力発電装置７１ａ、７１ｂを棒部材８０上部に引っ張り挙げて、折り畳むことができる。したがって、悪天候の際や、メンテナンスの際など発電の必要がないときには折り畳んでおくことができるので、故障の防止や安全性の確保が可能となる。
【００７３】
図１５（ａ）に示す波力発電システム８００は、ジャイロ式波力発電装置９１ａ、９１ｂに一端がそれぞれ接続されたワイヤー８２ａ、８２ｂと、ワイヤー８２ａ、８２ｂの他端が、棒部材１００の途中（制御箱１００ａより下部であり、水面より上部）に設けられた軸１０４ａ、１０４ｂを介してそれぞれ巻き取り可能に接続されたウインチ８３とを有している折り畳み機構を備えている点で、第１実施形態の波力発電システム１００と異なっている。ジャイロ式波力発電装置９１ａ、９１ｂは、ジャイロ式波力発電装置１ａ、１ｂと同構成である。ここで、上記第１実施形態の符合１ａ、１ｂ、２、３、１６、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０、２１と同様の部位には、順に９１ａ、９１ｂ、９２、９３、９６、９８ａ、９８ｂ、９９ａ、９９ｂ、１００、１０１を付け、その説明を省略する。
【００７４】
このような構成の波力発電システム８００は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、ウインチ１０３を作動させ、ワイヤー１０４ａ、１０４ｂを巻き取ることで、図１５（ｂ）に示すように、ジャイロ式波力発電装置９１ａ、９１ｂを棒部材１００に沿わすように引っ張ることで、水底方向に折り畳むことができる。したがって、図１４（ａ）に示した波力発電システム７００と同様、悪天候の際や、メンテナンスの際など発電の必要がないときには折り畳んでおくことができるので、故障の防止や安全性の確保が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る波力発電システムの概略構成図である。
【図２】（ａ）は、図１の波力発電システムに用いられているジャイロ式波力発電装置の全体断面図、（ｂ）は、（ａ）におけるジャイロが回転した際のフライホイールを断面で示したジャイロ式波力発電装置の全体断面図である。
【図３】図１の波力発電システムにおけるジンバル軸位相制御の説明ブロック図である。
【図４】図１の波力発電システムにおける発電機の回転数制御の説明ブロック図である。
【図５】（ａ）は波高と図１の波力発電システムにおけるフライホイール回転数制御による周期ループとの関係図、（ｂ）は図１の波力発電システムにおけるフライホイールの回転数制御の説明ブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態の変形例に係る波力発電システムの上視図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る波力発電システムの上視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る波力発電システムにおける大型浮体の側断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る波力発電システムを示す上視図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る波力発電プラントの模式図である。
【図１１】比較例に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】（ａ）が、深い場所での波浪の軌跡が円となっている様子を示す模式図、（ｂ）が、浅い場所での波浪の軌跡が楕円となっている様子を示す模式図である。
【図１４（ａ）】第１実施形態の変形例の１つを示す波力発電システムの概略構成図であって、（ａ）がジャイロ式波力発電装置の折り畳み動作前、（ｂ）が上部方向への動作後を示す図である。
【図１４（ｂ）】図１４（ａ）の波力発電システムにおけるジャイロ式波力発電装置の水底方向への折り畳み動作後を示す図である。
【図１５（ａ）】第１実施形態の変形例の１つを示す波力発電システムの概略構成図であって、ジャイロ式波力発電装置の折り畳み動作前を示す図である。
【図１５（ｂ）】図１５（ａ）の波力発電システムにおけるジャイロ式波力発電装置の水底方向への折り畳み動作後を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ、１ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂ、５１ａ、５１ｂ、６１ａ、６１ｂ、７１ａ、７１ｂ、９１ａ、９１ｂ    ジャイロ式波力発電装置
２    浮体
２Ａ    内筒部
２Ｂ    外筒部
２Ｃ    テーパ状円板部
３、３３、４３、５３、７３、９３    装置収容体
４Ａ    上部ジンバル軸受台
４Ｂ    下部ジンバル軸受台
５    ジャイロ
６、６Ａ、６Ｂ    ジンバル軸
７    フライホイール
７Ａ    スピン軸
８    スピンモータ
９    増速手段
１０    発電機
１４    揺れセンサ
１５    ジンバル軸の角度センサ
１６、３４、３９、４４、４９、５４、５９、６２ａ、６２ｂ、７６、９６    アーム部材
１７    真空ポンプ
１８ａ、１８ｂ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ、７８ａ、７８ｂ、９８ａ、９８ｂ    自在継手
１９ａ、１９ｂ、７９ａ、７９ｂ、９９ａ、９９ｂ    ケーブル
２０ａ、８０ａ、１００ａ    制御箱
２０、３６、３７、６３、８０、１００    棒部材
２１、８１、１０１    基礎
３８ａ、３８ｂ、４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂ、５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂ  バネ
４６    大型浮体
５６    大型ジャイロ式波力発電装置
１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００    波力発電システム
５００    波力発電プラント
【図１】
0004810662.tif 000005
【図２】
0004810662.tif 000006
【図３】
0004810662.tif 000007
【図４】
0004810662.tif 000008
【図５】
0004810662.tif 000009
【図６】
0004810662.tif 000010
【図７】
0004810662.tif 000011
【図８】
0004810662.tif 000012
【図９】
0004810662.tif 000013
【図１０】
0004810662.tif 000014
【図１１】
0004810662.tif 000015
【図１２】
0004810662.tif 000016
【図１３】
0004810662.tif 000017
【図１４（ａ）】
0004810662.tif 000018
【図１４（ｂ）】
0004810662.tif 000019
【図１５（ａ）】
0004810662.tif 000020
【図１５（ｂ）】
0004810662.tif 000021