(57)【要約】  波力発電機は、水域内で浮くことを目的とする浮揚性ケーシング（５００）を備える。該ケーシング内に配置される電気機械（１０３）はアーマチャ及び磁界源を有し、該電気機械はケーシングに結合された固定部分、及び可動部分を有する。釣合重りアセンブリ（１０４）は、ケーシング内で可動であり、電気機械の可動部分を含み、該釣合重りアセンブリと電気機械の固定部分との相対運動が電力を発生する。電力貯蔵部（ｓｔｏｒａｇｅ）（４００）が電気機械によって発生された電力を貯蔵し、制御システム（２００）が該電力貯蔵部（ｓｔｏｒａｇｅ）とアーマチャとの間の双方向エネルギー流を決定し、釣合重りアセンブリの運動をケーシングの運動に対して反対称的に駆動するように、エネルギーが電気機械に戻される。【選択図】図１
2015524034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域内で浮くことを目的とする浮揚性ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配置され、アーマチャ及び磁界源を備え、前記ケーシングに結合された固定部分、及び可動部分を有する、電気機械と、
前記ケーシング内で可動であり、前記電気機械の前記可動部分を含む釣合重りアセンブリであって、該釣合重りアセンブリと該電気機械の前記固定部分との相対運動が電力を発生する、釣合重りアセンブリと、
前記電気機械によって発生された電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、
前記電力貯蔵装置と前記アーマチャとの間の双方向のエネルギー流を決定する制御システムであって、エネルギーが、前記釣合重りアセンブリの運動を前記ケーシングの運動に対して反対称的に駆動するように前記電気機械に戻される、制御システムと、
を備える波力発電機。
【請求項２】
前記ケーシングと前記釣合重りアセンブリとの間に配置され、該釣合重りアセンブリが該ケーシングの中で動く場合に該アセンブリに復元力を及ぼす、復元力装置を備える、請求項１に記載の波力発電機。
【請求項３】
前記復元力装置は、空気バネ、ローリングローブ型空気バネ、エラストマブッシング、バネ及び空気圧ピストンのうちの少なくとも１つを備える、請求項２に記載の波力発電機。
【請求項４】
前記制御システムとデータ通信し、
・前記ケーシングの位置と、
・前記釣合重りアセンブリの位置と、
・前記ケーシングの速度と、
・前記釣合重りアセンブリの速度と、
・前記ケーシングの加速度と、
・前記釣合重りアセンブリの加速度と、
・前記電気機械の相又は複数相内の電流と、
・前記電気機械の前記相又は複数相を通る電圧と、
・前記電気機械の電力分配構成要素を流れる電流と、
・前記電力制御電子回路の前記電気的構成要素を流れる電流と、
・前記電気機械の前記電力分配構成要素を通る電圧と、
・前記電力制御電子回路の前記電気的構成要素を通る電圧と、
・前記電気機械の前記相又は複数相内の電流の位相と、
のうちの少なくとも１つを表すデータ信号を提供する複数のセンサを備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項５】
前記制御システムは、第１の信号の位相を第２の信号の位相にロックするように働く位相ロックループ（ＰＬＬ）を備える、請求項４に記載の波力発電機。
【請求項６】
前記ＰＬＬへの信号入力は、
・前記ケーシングの位置と前記海洋の表面との間の差異と、
・前記ケーシングの速度と前記釣合重りアセンブリの速度との間の差異と、
・前記ケーシングの加速度と前記釣合重りアセンブリの加速度との間の差異と、
から成る群から選択される、請求項５に記載の波力発電機。
【請求項７】
前記制御システムは、前記釣合重りアセンブリと前記ケーシングとが反対称的共振様式で動くように、前記電気機械に電力を戻し前記電気機械から電力を取出すように動作する最適制御アルゴリズムを備える、請求項４に記載の波力発電機。
【請求項８】
前記アーマチャは前記電気機械の３つの相を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項９】
各々の相が、該相と前記電力貯蔵装置との間の双方向流を可能にするフルブリッジコントローラに関連付けられる、請求項８に記載の波力発電機。
【請求項１０】
前記波力発電機から生成された電力を出力する電力取出し回路を備える、請求項１に記載の波力発電機。
【請求項１１】
前記電力取出し回路は、前記波力発電機の係留ロープとして働くケーブルを備える、請求項１０に記載の波力発電機。
【請求項１２】
前記波力発電機は、前記ケーシングの垂直軸に整列されるリニア軸受けを備え、前記釣合重りアセンブリが該ケーシング内で該リニア軸受けに沿って動く、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項１３】
前記ケーシングは細長い円筒を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項１４】
前記細長い円筒は、前記釣合重りアセンブリを概ね適合する下部分と、前記電気機械の前記固定部分を適合する上部分とを備え、該上部分の直径は該下部分の直径より大きい、請求項１３に記載の波力発電機。
【請求項１５】
前記ケーシングは円錐形である、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項１６】
前記ケーシングは、中間頸部に向かって細くなる上部円錐形部分と、該中間頸部から離れるにつれて広くなる下部円錐形部分とを備える、請求項１５に記載の波力発電機。
【請求項１７】
前記制御システムは、前記水域内の波の周期の整数倍に依存する双方向エネルギー流を決定する、請求項１に記載の波力発電機。
【請求項１８】
前記浮揚性ケーシング内に位置する第２のケーシングであって、該第２のケーシングの垂直配向を実質的に維持するように、該浮揚性ケーシングに対して回転可能である該第２のケーシングの中に、少なくとも前記電気機械の前記固定部分及び釣合重りアセンブリが配置される、請求項１に記載の波力発電機。
【請求項１９】
前記ケーシングに対する前記釣合重りアセンブリの動きを抑制する制動手段を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項２０】
前記発電機の動きが指定された閾値を越える場合、又は外部ソースからの信号に基づいて、前記制動手段を作動させるための手段を備える、請求項１９に記載の波力発電機。
【請求項２１】
前記電気機械の前記固定部分が前記アーマチャを含み、前記可動部分が前記磁界源を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項２２】
前記電気機械の前記固定部分が前記磁界源を含み、前記可動部分が前記アーマチャを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の波力発電機。
【請求項２３】
水域内で浮くことを目的とする浮揚性ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配置され、アーマチャ及び磁界源を備え、前記ケーシングに結合された固定部分及び可動部分を有する、電気機械と、
前記ケーシング内で可動であり、前記電気機械の前記可動部分を含む釣合重りアセンブリであって、該釣合重りアセンブリと該電気機械の前記固定部分との相対運動が電力を発生する、釣合重りアセンブリと、
前記電気機械によって発生された電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、
前記電力貯蔵装置と前記アーマチャとの間の双方向のエネルギー流を決定する制御システムであって、エネルギーが、前記ケーシングの運動を前記水域内の波の周期の倍数に駆動するように前記電気機械に戻される、制御システムと、
を備える波力発電機。
【請求項２４】
ａ）波力発電機を水域内に配備するステップであって、前記発電機が、
ｉ）浮揚性ケーシングと、
ｉｉ）前記ケーシングの内部に配置され、アーマチャ及び磁界源を備え、前記ケーシングに結合された固定部分、及び可動部分を有する、電気機械と、
ｉｉｉ）前記ケーシング内で可動であり、前記電気機械の前記可動部分を含む釣合重りアセンブリであって、該釣合重りアセンブリと該電気機械の前記固定部分との相対運動が電力を発生する、釣合重りアセンブリと、
ｉｖ）前記電気機械によって発生された電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、
を備える、波力発電機を配備するステップと、
ｂ）前記電力貯蔵装置と前記アーマチャとの間の双方向エネルギー流を決定するステップと、
ｃ）前記釣合重りアセンブリの運動を前記ケーシングの運動に対して反対称的に駆動するように、前記決定されたネルギー流に基づいてエネルギーを前記電気機械に戻すステップと、
を含む電力を発生させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、海洋波力発電装置に関し、具体的には海洋波から引き出される電力を増加するように自身の動きを能動的に最適化する密閉されたブイとして配備することができる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋波の運動から電気を発生する装置に関しては、１世紀以上にわたって多くの提案がなされている。そのような装置は一般に、海洋波を、電気を生成するためのタービン又はリニアモータを駆動するのに使用することができる運動に変換しようとするものであり、大部分の装置は前者のカテゴリに入る。幾つかの装置は電気を直接に発生するのではなく、海洋波の力学的エネルギーを、仕事をするのに使うことができる別の形の力学的エネルギーに変換する。
【０００３】
海洋波からの電力の商業的開発を成功させるには、多くの問題が立ちはだかる。
【０００４】
海洋は難しい環境である。海洋は、船体のような外面的に単純なものから動いているプロペラに至るまで、あらゆる露出物体を損傷する傾向がある。動いている露出部分が最も損傷を受け易い。このことが初期における商業的な失敗の原因となった。例えば、ペラミス（Ｐｅｌａｍｉｓ）波変換装置は費用のかかる絶え間ない保守整備を必要とした。堅牢さがないと実用的な発電は不可能である。
【０００５】
海洋波は規則的でなく、定常的な運動をもたらさない。運動に基づく発電機は、一定の時間の間一方向に持続する運動に依拠する。海洋波は、波頭に達し波底に達するので、単一の波毎に「方向」を変える。これは、通常、波の力学的位置エネルギーを別の型のエネルギー（例えば、揚水又は回転タービンの回転）に変換することによって克服される。エネルギーの変換は非効率性につながる。
【０００６】
係留具が問題になることが多い。多くの装置は、「力学的基盤」として固定係留具又は重い重りを使用する。そのように使用されるのに耐えることができる係留具は高価であり、設置するのが難しく、深い水中では実際的ではない。別個になった「力学的基盤」は、輸送するのに費用がかかり、装置の移動性及びアクセシビリティを制限するため、装置の修理がより高費用になる。
【０００７】
海洋波の周期及び振幅は確率論的であり、このことが発電の効率を低下させる可能性がある。この問題は、前述の問題と同様に対処されて、同様の非効率性につながるか、又は、海洋波パラメータの特定のセットを最適化することによって対処されて、準最適な効率性につながることになる。
【０００８】
本明細書におけるいかなる従来技術に対する言及も、この従来技術がオーストラリア又はあらゆる他の裁判管轄区域における共通の一般的知識の一部分を形成することを承認するものでも、なんらかの形で示唆するものでもなく、この従来技術が当業者によって関連性があると合理的に確認され、理解され、見なされることを承認するものでも、なんらかの形で示唆するものでもなく、そのように理解されるべきでもない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様により、
水域内で浮くことを目的とする浮揚性ケーシングと、
ケーシングの内部に配置され、アーマチャ及び磁界源を備え、ケーシングに結合された固定部分、及び可動部分を有する、電気機械と、
ケーシング内で可動であり、電気機械の可動部分を含む釣合重りアセンブリであって、釣合重りアセンブリと電気機械の固定部分との相対運動が電力を発生する、釣合重りアセンブリと、
電気機械によって発生された電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置とアーマチャとの間の双方向のエネルギー流を決定する制御システムであって、エネルギーが、釣合重りアセンブリの運動をケーシングの運動に対して反対称的に駆動するように電気機械に戻される、制御システムと、
を備える波力発電機が提供される。
【００１０】
本発明の第２の態様により、
水域内で浮くことを目的とする浮揚性ケーシングと、
ケーシングの内部に配置され、アーマチャ及び磁界源を備え、ケーシングに結合された固定部分、及び可動部分を有する、電気機械と、
ケーシング内で可動であり、電気機械の可動部分を含む釣合重りアセンブリであって、該釣合重りアセンブリと電気機械の固定部分との相対運動が電力を発生する、釣合重りアセンブリと、
電気機械によって発生された電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置とアーマチャとの間の双方向のエネルギー流を決定する制御システムであって、エネルギーが、ケーシングの運動を水域内の波の周期の倍数に駆動するように電気機械に戻される、制御システムと、
を備える波力発電機が提供される。
【００１１】
本発明の第３の態様により、
ａ）波力発電機を水域内に配備するステップであって、前記発電機が、
ｉ）浮揚性ケーシングと、
ｉｉ）ケーシングの内部に配置され、アーマチャ及び磁界源を備え、ケーシングに結合された固定部分、及び可動部分を有する、電気機械と、
ｉｉｉ）ケーシング内で可動であり、電気機械の可動部分を含む釣合重りアセンブリであって、釣合重りアセンブリと電気機械の固定部分との相対運動が電力を発生する、釣合重りアセンブリと、
ｉｖ）電気機械によって発生された電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、
を備える、波力発電装置を配備するステップと、
ｂ）電力貯蔵装置とアーマチャとの間の双方向のエネルギー流を決定するステップと、
ｃ）釣合重りアセンブリの運動をケーシングの運動に対して反対称的に駆動するように、決定されたエネルギー流に基づいてエネルギーを電気機械に戻すステップと、
を含む、電力を発生させる方法が提供される。
【００１２】
本明細書で使用される場合、文脈上他の意味に解すべき場合を除いて、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及びこの用語の変化形、例えば、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」は、さらに別の付加物、構成要素、完全体又はステップを排除することを意図したものではない。
【００１３】
本発明のさらに別の態様、及び前節で説明した態様のさらに別の実施形態は、例として示される、添付の図面に関連する以下の説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】波力発電機のブロック図を示す。
【図２Ａ】図１の波力発電機の理想的性能を代替的構成の性能と比較して示す。
【図２Ｂ】図１の波力発電機の理想的性能を代替的構成の性能と比較して示す。
【図２Ｃ】図１の波力発電機の理想的性能を代替的構成の性能と比較して示す。
【図３Ａ】図１の発電機に使用される力復元構成要素の略図を示す。
【図３Ｂ】図１の発電機に使用される力復元構成要素の略図を示す。
【図３Ｃ】図１の発電機に使用される力復元構成要素の略図を示す。
【図３Ｄ】図１の発電機に使用される力復元構成要素の略図を示す。
【図３Ｅ】図１の発電機に使用される力復元構成要素の略図を示す。
【図３Ｆ】図１の発電機に使用される力復元構成要素の略図を示す。
【図４Ａ】図１の発電機の理想的バージョンのシミュレーションされた運動のグラフを示す。
【図４Ｂ】図４Ａの運動の制御信号の一例を示す。
【図４Ｃ】波力発電機内で発生される電力の一例を示す。
【図５】波力発電機の種々異なるケーシング、及びケーシング内に組み込まれる構成要素の概略を示す。
【図６】波力発電機内で使用するための位相ロックループコントローラのブロック図を示す。
【図７】波力発電機の一実施形態の概略を示す。
【図８】電気システムを組み込み、模擬海洋状態において動作する波力発電機のシミュレーションされた運動のグラフを示す。
【図９Ａ】波力発電機の電気システムの実施形態を示す。
【図９Ｂ】波力発電機の電気システムの実施形態を示す。
【図１０】装置の一実施形態に対する異なる制御信号の有効性を図示するボードプロットを示す。
【図１１】波力発電機の構成要素の間で力及び信号がどのようにやり取りされるかを示す略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、海洋のような水域内で浮くブイの密閉ケーシング５００の内部に取付けられたリニアモータ又は発電機として動作する電気機械１０３を有する電力発生装置１００を示す。リニアモータ／発電機１０３の磁界源は、使用中にブイの垂直軸に沿って動く釣合重り１０４に結合される。以下でより詳しく説明するように、釣合重り１０４は、釣合重りの動きに応じた復元力をもたらす装置３００の上に取り付けられる。この構造は、力学的基盤の必要性をなくし、釣合重り１０４及び外部ケーシング５００の両方が動作中に自由に動くことを可能にする。
【００１６】
装置１００の構成要素は、密閉された外部ケーシング５００の中に収容されるが、電力取出し部１０５は、封止を破らずにこのケーシングを貫通する必要がある。そのような構造は環境による損傷に対する装置１００の耐性を増し、保守整備の必要条件を減らし、運転耐用年数を長くする。これは、貫通水圧シールのような気密シール５０９を用いて達成することができる。電力取出し部１０５のために使用されるケーブルは、水中で伝送するために最適に被覆加工された、シーメンス（Ｓｉｅｍｅｎｓ）のＨＤＶＣ  Ｐｌｕｓのような伝送線とすることができる。ケーブルは、装置１００の係留ロープとして機能することができるように選択することができる。代替的に、ケーブルは、外部ケーシング５００に取り付けられる係留ケーブル内に組み込むことができる。外部ケーシング５００は、防汚コーティングされていてもよい。
【００１７】
装置１００は、荒海においてリニアモータの磁界源及び釣合重り１０４が受ける強い衝撃を抑制し、場合によりケーシング５００の上部の損傷を防ぐためのショックアブソーバ１０１を含む。ショックアブソーバ１０１は、エラストマブッシング、空気バネ、又は類似のクッション装置とすることができる。
【００１８】
リニアモータ１０３は、同期モータ又は誘導モータとすることができる。例えば、リニアモータ１０３は、磁界源と、コイルの３つの相がアーマチャの長さに沿って繰返されるコイルアーマチャと、を有することができる。このモータ１０３は、連続的、効率的な低速動作に対して最適化される。これは、例えば、使用される巻線数を最大にすること、及び、（高い誘起磁場がリニアモータの部分を引き付けてモータの機械的部分を歪ませる可能性があるので）固定子が鉄を含まない誘導モータを使用することを含むことができる。
【００１９】
釣合重り１０４の質量は、所与の装置構造が受けると予測される波動周期の予測範囲に対して最適に発電するよう選択される。一つの構成において、釣合重り１０４は重い金属円柱である。別の構成は、密度が構成のサイズ及び装置の寸法に影響を及ぼす種々異なる材料を特徴とする。例えば、強化コンクリートは装置において計画される垂直寸法に対して適切な密度をもたらすことができ、又は高密度金属を用いて必要なときに垂直寸法を減らすことができる。釣合重りは、その上のリニアモータと干渉しないように非磁性であることが好ましい。
【００２０】
制御システム２００は、リニアモータ１０３と通信し、さらにケーシング５００の内部に収容された一群のコンデンサなどの電力貯蔵装置４００と通信する。制御システム２００は、電力貯蔵装置４００及び電気機械１０３に対する電力の受け渡しを仲介する。電力取出し部１０５は、電力貯蔵装置４００からの電力を、気密シール５０９を介して出力する。電力貯蔵装置４００は釣合重り１０４と一体化することができ、その場合、電力貯蔵装置は可撓性ケーブルによってインバータに接続される。
【００２１】
センサ１０２は、外部ケーシング５００に対するリニアモータ／発電機１０３の磁界源の位置、及び他のパラメータ（海洋波の上の装置の高さなど）を測定する。この情報は、エネルギーをシステムに戻し、磁界源及び釣合重りの運動をケーシングと反対称共振にするように、エネルギー管理・制御複合システム１０２によって用いられる。これは装置１００によって発生されるエネルギーを最大にすると考えられる。
【００２２】
装置１００はまた通信装置１０６を有することができ、これは無線通信ユニット、短距離無線送信機、又は類似の装置とすることができ、装置１００に関する情報を受信機（図示せず）に送信するために使用される。通信装置１０６によって、装置１００は信号、例えば装置１００に釣合重り１０４を輸送のし易い位置に固定させるために使用できる信号、又は制御システムのプログラム可能要素を更新するために使用できる信号を受信することができる。通信装置はまた、係留ケーブル／電力取出し構成１０５の一部である光ファイバのような回線上で動作することができる。
【００２３】
代替の構造において、電気機械１０３のアーマチャを釣合重り１０４に結合し、ケーシング内部で自由に動くようにし、他方、磁界源をケーシングに対して固定することができる。この場合、可撓性ケーブルが、動くアーマチャを、電気システムに連結することができる。
【００２４】
装置１００は、釣合重りアセンブリの位置を固定するための、エレベータ制動機に類似したシステムを有することができる。これは、装置が保守整備を必要とする場合、又は海洋の状態が正常動作のためには荒れ過ぎている場合に装置の動きの振幅を減らすために使用される。通信装置（単数及び複数）１０６に接続してもよいし、又はセンサ１０２からの信号を入力として（例えば、海が荒れ過ぎる場合を判断するために）用いる別個のアルゴリズムによって制御してもよい付加的なマイクロコントローラを使用することができる。従って、例えば、装置の保守整備の前に、釣合重り１０４を固定又は拘束するための信号を通信装置１０６に送ることができる。
【００２５】
図２Ａ〜図２Ｃは、装置１００の性能を他の手法の動作と比較したシミュレーション結果を示す。
【００２６】
図２Ａは、周期的な海洋波２１０（説明のために正規化正弦曲線としてモデル化された）と共振して浮揚性ケーシングが動く運動２１１を示す。このケーシングと静止した力学的基盤２１２との間の相対速度を、リニアモータを用いて電力を発生する従来の装置に利用することができる。ケーシングの平均速度はケーシングの運動２１１の大きさに比例し、これは海洋波２１０の大きさ（その大きさはその共振運動によって拡大される）より僅かに大きくなる。
【００２７】
図２Ｂは、バネによってケーシングに結合された自由質量部を有する自由に浮遊する浮揚性ケーシングの運動２２１を示す。自由質量部の運動は曲線２２２で示され、海洋波は前と同じく正規化正弦曲線２２０でモデル化される。ケーシングの運動２２１の位相は海洋２２０に対して９０度シフトし、次に、自由質量部の運動２２２の位相はケーシングの運動２２１に対して９０度シフトする。ケーシングと質量部との間の相対速度はケーシングの運動の大きさに比例し、これは、理想的状態における海洋波の大きさのそれに凡そ等しい。これは、図２Ｃの駆動型共振システムより少ない電力を発生する。
【００２８】
図２Ｃは、正規化正弦関数型海洋波２３０の入力を仮定した装置１００の動作を示す。図２Ｃは、自由に浮遊する浮揚性ケーシング（例えば、ケーシング５００）の運動２３１、及びケーシングの運動と反対称的共振で動かされる自由質量部の運動２３２を示す。この構成において、ケーシングと質量部との間の相対速度は、ケーシングの運動の大きさの２倍に比例し、これは理想的状態における海洋波の大きさのそれに凡そ等しい。この構成は、図２Ａ及び図２Ｂに示すいずれのシステムよりも大きい電力を発生する。この例における自由質量部は、釣合重り１０４及びリニアモータ１０３の磁界源を含むシステムに相当する。
【００２９】
実際に、ケーシング５００の運動の大きさは本明細書で説明する制御システムによって拡大されて、装置１００の電力出力をさらに増やす。
【００３０】
復元力装置
リニアモータ１０３の磁界源が釣合重り１０４に取付けられ、このアセンブリが復元力装置３００によって作用される。図３Ａは、復元力装置が、例えばＧｏｏｄｙｅａｒ（登録商標）ローリングローブ空気バネのような、ローリングローブ型空気バネ３０１である構成を示す。この空気バネ３０１は外部ケーシングの底の取付け具５１０及び釣合重り１０４の底に連結される。釣合重りは、ケーシング内で、可動要素５１３及び固定要素５１２を有するリニア軸受けを用いて移動する。
【００３１】
図３Ｂは、釣合重り１０４が空気バネ３０３の上に置かれ、これがエラストマブッシング３０２の上に置かれる構成を示す。ブッシングは取付け具５１０の上に配置される。
【００３２】
図３Ｃは、釣合重り１０４がケーシングにバネ３０４によって結合され、このバネが復元力を釣合重り１０４に加える構成を示す。図３Ｄは、釣合重りが、取付け具５１０上に配置されたエラストマブッシング３０５の上に置かれる構成を示す。代替的に、図３Ｆに示すように、釣合重りを、取付け具５１０によってケーシングに結合された空気ピストン３０７によって支持することができる。
【００３３】
復元力装置３００は、上記の要素の組合せを含むことができる。図３Ｅは、バネ３０４と、連結具３０６によって結合されたエラストマブッシング３０５とを有する復元力装置を示す。
【００３４】
ローリングローブ空気バネは、
１．長いストローク、
２．長いストロークにわたる一定の応答、及び
３．小さい減衰率、
を含む多くの有用な特徴を有する。
【００３５】
これらの特徴は、数秒の程度であって大部分の空気バネ用途の周期より長い海洋周期に対するシステムによる適切な応答を維持するのに役立つ。復元力装置にはまた、釣合重りアセンブリの上向きの運動を抑制するものを備えることができる。
【００３６】
シミュレーションされた装置の動作
制御システム１０２は、電力貯蔵装置４００からの電力を、磁界源及び釣合重り１０４をケーシングと反対称共振にするためにリニアモータ１０３に戻す。これは図４Ａから図４Ｃまでのシミュレーション結果に示される。図４Ａは、正規化正弦波４１０でモデル化された海洋内において装置が動作する場合の、時間をｘ軸にとったグラフを示す。制御システムが電力の取出し及び戻しを変更するので、ケーシングと質量部とが反対称共振となる。曲線４１２は質量部（即ち釣合重り及びリニアモータ１０３の磁界源）の運動を示し、曲線４１１はケーシング５００の運動を示す。
【００３７】
図４Ｂは、図４Ａのプロット上に重ねられた制御信号４２０の例示的なグラフを示す。制御信号４２０は、自由質量部の運動を駆動するために、リニアモータからいつ電力を引き出すか又は戻すかを決定する一連の２値パルスである。これらのパルスは、センサ１０２によって測定される、自由質量部に働く復元力の倍数によって正規化される。これは戻されるか又は引き出されるエネルギーがシステムの現在の運動に比例することを保証する。復元力は直接測定することができ、又は、他の測定値、例えば、既知の質量部の加速度に基づいて推定することもできる。
【００３８】
図４Ｃは、８０秒のシミュレーション実行にわたり正弦波によって駆動されたシステム１００によって発生される電力４０２を示す。電力の落ち込みは、システムを反対称的共振にして、この反対称的共振を維持するために、システムに戻される電力に対応する。
【００３９】
ケーシングの設計及び構成要素
装置１００の殆どの構成要素は密閉された外部ケーシング５００の内部に封入される。ケーシングは、海洋用途に適した耐久性材料で作製される。図５に示すように、装置には耐久性のための、汚染に対抗するコーティング５０８を有するスチールケーシング５０７が使用される。材料の選択に関わらず耐久性及び防汚性を十分に考慮すれば、多くの他の材料の組合せが可能である。防汚コーティングについての設計考慮事項はその寿命であり、水から出して行う整備の必要性を減らすことである。
【００４０】
ケーシング５０７の内側には、可動要素５１３及びケーシングに対して静止する要素５１２を有する、ＳＫＦのプロファイルレールガイドのような円筒型リニア軸受けが設けられる。軸受けは、自由質量部が水平方向に動くのを阻止しながら磁界源／釣合重りシステムの運動に対して低い抵抗をもたらすように選択される。リニア軸受け５１２、５１３は、釣合重りの低摩擦及び質量に関して最適化される。
【００４１】
取付け具５１０がケーシング５０７の底に配置されて復元力装置３００を支持する。別の取付け具５１０がケーシングの内側の頂部に配置されてショックアブソーバ１０１を支持する。ケーシングの他の構造部には、電力取出し部１０５を装置の内部コンパートメントに接続する貫通水圧シール５０９、リニアモータ１０３のアーマチャ及びエネルギー貯蔵装置４００のための取付け具５１１が含まれる。
【００４２】
図５は、ケーシングの様々な異なる形状を示す。ケーシング５０１は、概ね円筒形であり、丸みを帯びた頂部及び底部を有する。ケーシング５０２は、円筒形で、リニアモータのアーマチャ及びエネルギー貯蔵装置を収容するためのより広い上部分を有する。代替的実施形態は異なる形状を特徴とすることができ、例えば、
−ケーシング５０３は円筒形であり、より広い下部分を有し、それに応じてより短い釣合重り（釣合重り−磁界源システムの一部分として）を有する。
−ケーシング５０４は円錐形であり、ケーシングの下端に円錐の狭い端部を有する。ケーシング５０５は円錐形であり、ケーシングの上端に円錐の狭い端部を有する。非円筒形状は、波に対するブイの共振応答に影響を及ぼす可能性がある。二重円錐型ブイ５０６は海洋によって駆動されるときブイの自然共振周波数を２倍にするために使用することができる。ブイ５０６は大きい上部分を有し、胴部で狭くなり、次いで幅広の下部分で広くなる。
【００４３】
ケーシングの形状の選択は、効率及び耐久性に関連して決められる。
【００４４】
制御システム２００
図６は位相ロックループ（ＰＬＬ：ｐｈａｓｅ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）構造に基づく制御システムのブロック図６００を示す。制御システム６００は位相検出器６０１を含み、これは、この実施形態においては第１の入力信号６０８及び第２の入力信号６０９のような種々の制御信号のゼロクロスコンパレータとして実行される。一つの構成において、第１の入力信号６０８は装置ケーシングと海洋との間の相対的位置の差異であり、第２の入力信号６０９はケーシング及び内部自由質量部の相対速度である。これらの信号の使用法を以下でさらに説明する。位相検出器６０１の出力信号は、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ６０２（アンチワインドアップ機構を有する）に供給される。ＰＩＤコントローラの出力は、海洋波に近い位相を有する信号だけが確実に検出されるようにローパスフィルタ６０３に通される。フィルタに通された信号は、自由質量部に取付けられた復元力装置によって供給される測定された（又は推定された）復元力により、ノーマライザ６０４によって正規化される。ノーマライザの出力９０３は、本実施においてはリニアモータ１０３である局部発振器６０５のコントローラ６１１に供給される。このコントローラ６１１は、一つの構成において、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、本装置の電気システムからリニアモータに戻る電力を加えるか、又は、モータから電気システムに電力を移動させるようにモータに対する減衰を増加させる。他箇所で論じるように、双方向の電力の流れは、フルブリッジコントローラによって管理される。
【００４５】
第１及び第２の入力信号６０８、６０９は、波力発電機の動きを表す測定された又は計算された信号である。以下で論じるように、位相ロックコントローラ内で使用できる種々の入力信号が存在する。
【００４６】
他の構成において、コントローラ６１０が、入力信号を修正するために使われる位相シフタ６０６を内蔵する。図６の例において、位相シフタ６０６は、第１の入力信号６０８が位相検出器６０１によって受取られる前に、該信号の位相をシフトさせる。位相シフタ６０６は、信号を、特定のパラメータによりシフトされる所与の位相にロックするときに使用される。そのような位相シフトは従来のＰＬＬ回路から公知である。制御システム６１０はまた、ロッキング率に影響を及ぼすように位相シフトすることができる１つ又はそれ以上の入力信号に対する分周器６０７を内蔵する。図６の例６１０において、第２の入力信号は、位相検出器６０１によって受取られる前に、分周器６０７によって処理される。
【００４７】
制御システムの出力信号９０３は、図９に示す電気システムの要素をパルス幅変調又は類似の方法によって制御するために使用される。
【００４８】
制御システムは、集積回路（ＩＣ）又はマイクロコントローラを用いて実行される。制御システムは、制御信号を提供するために、センサ１０２とデータ通信する。本明細書において記載したように、エネルギー貯蔵部（ｓｔｏｒｅ）４００がリニアモータ１０３のフルブリッジコントローラと電力取出しシステム１０５との間に接続される。
【００４９】
コントローラ内で使用することができる位相ロックループ（ＰＬＬ）の一例は、オン・セミコンダクタ（ＯＮ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）のＭＣ１４０４６Ｂである。ＰＬＬ集積回路（ＩＣ）は一般に、位相コンパレータ、ソースフォロワ、及び電圧制御発振器を提供する。外部ローパスフィルタ（例えば、リニアテクノロジ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のＬＴＣ１０６２ＣＪ８?ＮＤなど）が供給されてもよく、アナログデバイス社のＡＤ６３２ＡＨＺ?ＮＤのようなアナログ又はデジタル分周器／逓倍器ＩＣを、コントローラ６１０の動作中に使用してもよい。
【００５０】
装置１００は、アルデュイノ（Ａｒｄｕｉｎｏ）又はマイクロチップ（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ）のコントローラのようなマイクロコントローラ上に常駐する、ソフトウェア実装の位相ロックループを使用することができるが、代替の実施形態は、マイクロコンピュータ、デジタル信号プロセッサ（例えば、テキサスインスツルメント（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）のＣ６７１３）、又は他の同様に可能な装置を使用することができる。ソフトウェアでＰＬＬを実装するとき、コントローラ６００、６１０の全ての構成要素は、互いの間でデータ入力及び出力を渡すソフトウェアモジュールを表す。
【００５１】
代替の実施形態は、異なる制御システムを用いて同じ機能効果を達成することができる。例えば、センサ１０２からの信号を用いて最適制御を実行するマイクロプロセッサを使用して、ケーシングと質量部との間の反対称的共振を維持するために、コントローラが使用する期間を戻しながら、リニアモータに力を戻すか又はリニアモータに対する減衰を増加させることができる。これは、電気システム（リニアモータ及びパワー電子回路を含む、図９参照）の種々の段階における電圧などの特性を変えることによって達成することができる。そのような制御システムにおいて、コントローラは、例えば、反対称的共振を定量化する費用関数を最大化するように作用することができる。費用関数はシステムの全運動エネルギーに依存させることができ、それゆえに費用関数を最大化する作用は、全運動エネルギーを最大化することができる。費用関数はシステムが得ることができる全電力に依存させることができ、それゆえに、費用関数を最大化する作用は、システム内で得られる全電力を最大化することができる。
【００５２】
最適制御（又は別の制御システム）は、本装置の本体上に物理的には存在しないハードウェア上で実行することができ、それゆえに、信号は、物理的に分離した処理ステーションから、この制御を実行する本装置に送られる。それでもなお、このコントローラは本装置のシステムの一部を形成すると見なされる。
【００５３】
センサ
センサ１０２は加速度計（例えば、アナログデバイセズ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）のＡＤＸＬ３３０など）及び位置センサを含むことができる。後者に関して、装置１００は直交位置エンコーダ（例えば、ＢＥＩセンサの産業用エンコーダなど）を使用することができ、これは位置を測定するために多数のリニアモータと共に使用される。電位差計、誘導位置センサ、ホール効果センサ、又は類似の装置を使用することもできる。
【００５４】
速度及び相対位置は、制御ループ６００、６１０内で使用される主要な測定値である。装置１００には、その動作を促進するために、例えば、圧力センサ、湿度センサ、温度センサ、電圧計及び電流計などの他のセンサを含めることができる。これらの付加的なセンサは、装置１００が保守整備を必要とするかを判断するために使用することができ、一般に低電力センサが使用されることになる。そのような付加的センサは操作に弾力性を与える。
【００５５】
センサはまた、ケーシングの加速度又は釣合重りアセンブリの加速度を測定するために設けることができる。さらに別の測定値としては、電気機械の相又は複数相内の電流、電気機械の相又は複数相を通る電圧、電気機械の電力分配構成要素を流れる電流、電力制御電子回路の電気的構成要素を流れる電流、電気機械の電力分配構成要素を通る電圧、電力制御電子回路の電気的構成要素を通る電圧、及び電気機械の相又は複数相内の電流の位相を挙げることができる。
【００５６】
電気システム
図９Ａ及び図９Ｂは、本装置の電気システムの要素の一例を示す。図９Ａは、リニアモータ１０３の単一の相に関連付けられるフルブリッジコントローラ９０１及びレベルシフタ９０２を示す。同様のブリッジコントローラ及びレベルシフタが、他の２つの相の各々に対して設けられる。２値信号９０３が制御システム２００から入力される（即ち、信号Ｑ１及び「非Ｑ１」）。第１の相に関して、信号９０３がフルブリッジコントローラ９０１に適合するようにレベルシフタ９０２を経由して処理される。この信号は、電力が主電力バス９０５への相に取出されるのか、又は電力が主電力バスからリニアモータの相に戻されるのかを決定する。ローパスＬＣフィルタ９０４が主電力バス９０５上に取付けられる。主電力バスは銅棒とすることができる。
【００５７】
図９Ｂは、エネルギー貯蔵システム及び電力取出しシステムの一例を示す。エネルギー貯蔵システム４００は、主電力バス９０５に接続された一群のコンデンサ（例えば、Ｃ１、Ｃ２及びＣ３）とすることができる。このシステムは、インバータ９０６、及び気密シール５０９を介してケースの外部に接続される電力取出しケーブル１０５に接続される。これは係留ロープ１０５と組み合せることができる。また、制御システムのエネルギー貯蔵部（ｓｔｏｒｅ）とケースの外部との間に、中間インバータのない直接接続があってもよい。インバータは制御システムからの制御信号９０３を用いて、主電力バスから引き出される電力の媒介をする。
【００５８】
位相ロックループのための制御信号
図６に示すように、波力発電機の制御システムは、指定された入力信号の位相を一致させるようにリニアモータに電力を戻す。１つの構成において、制御システムは、海洋波に見られるような低周波数で動作するようにＰＬＬコントローラを適応させることに基づいている。システムの分析によって決定される２つの信号（本装置のケーシングの中又は上のセンサ１０２から得られる）の位相検出器６０１における比較から、いつシステムにエネルギーを戻すかを判断するためにＰＬＬによって使用される信号が得られる。この信号は、ケーシングと自由質量部とをつなぐバネ３００により及ぼされる力によって正規化され、適切な量のエネルギーがシステムに戻されるのを保証する。
【００５９】
ケーシングと自由質量部との間の相対速度の大きさが最大となる変曲点を周波数／位相伝達関数が有する任意の信号が、ロッキングのためには適切である。これは、変曲点が、ゼロの「位相加速度」（周波数に対する位相の第２導関数）、即ちロックされた信号に対応するからである。ロッキングシステム６００、６１０は、位相加速度をゼロ位相加速度のロック状態に至らせようとする。これはケーシングと質量部との間の最大相対速度に対応するように選択され、その理由はその最大値がケーシングと質量部との間の反対称的共振に対応するからである。
【００６０】
ＰＬＬ６００、６１０内で使用することができる信号の例としては、
ａ）ケーシングと海洋との位置の間の差異（ケーシングの上に配置された容量性センサ又は類似のセンサによって測定することができる）、
ｂ）ケーシングの速度と自由質量部の速度との間の差異（ケーシング内の容量性センサ、ホール効果センサ、又は電位差計センサによって与えられる）、及び、
ｃ）ケーシングの加速度と釣合重りアセンブリの加速度との間の差異
が挙げられる。
【００６１】
ゼロクロス検出器を用いてシステムをロックするのに用いられるのは、これらの信号の差異である。
【００６２】
本装置の動作中のエラー又は設備故障の可能性を最小にするために、信号は、簡単なセンサで容易に検出可能であるように選択される。センサによって生成される幾つかの信号は直接使用するのに適切である可能性があり、他の信号は、有用にするために中間プロセッサに通す必要があり得る（例えば、位相シフタ）。
【００６３】
簡単な減衰される駆動型の２バネ・２質量系の線形解析を用いて、制御システムによる使用のための信号を決定した。この解析において、バネは、ケーシングの浮揚、及びケーシングと自由質量部との間の復元力装置に相当し、質量はケーシング及び自由質量部を表す。特定の信号の周波数応答を比較する線形解析から、ケーシングと質量部との相対速度の大きさの重ね合わせたプロットを有する位相／周波数のボードプロットが作成された。そのようなボードプロットの２つの例を図１０に示す。プロット１０００は、評価中の信号が適切でないことが分かった例であり、プロット１００１は、制御システム内で使用するのに適切なロッキング信号を示す解析の一例である。プロット１０００、１００１の各々において、曲線１０１２は、ケーシングと質量部との相対速度の大きさを表す。ケーシングと質量部との相対速度の大きさの最大値１０１４は、前述のようにケーシングと質量部との間の反対称的運動に対応する。この最大値が、適切な点へロッキングする信号を特定するのに使用された。
【００６４】
図１０のボードプロット１０００は不適切なロッキング信号、即ち、ケーシング及び質量部の間の相対速度の位相と、これらの本体の相対位置との間の差異を曲線１０１１として示す。この信号１０１１には位相応答がなにも見られない。
【００６５】
図１０のボードプロット１００１は適切なロッキング信号１０１３、即ち、ケーシング及び海洋の間の相対的高さの位相と、ケーシング及び自由質量部の間の相対速度との間の差異を示す。ボードプロット１００１は、このロッキング信号が、大きさのピーク１０１４に対応する変曲点１０１５を有するので、プロット１０００のロッキング信号よりも好ましいことを示す。これは、この信号に基づくロッキングシステムが、ケーシングと自由質量部との間の望ましい反対称的共振を生じることを示す。
【００６６】
本システムにより、多数の有用であると思われる信号を直接検出するか又は導出することができ、これらのいずれかが有効であることが分かれば、それらを本明細書で説明する波力発電機内で用いることができる。例えば、適切なロッキングポイントを有する他の信号としては、
ケーシング及び質量部の相対位置、
ケーシング及び海洋の相対位置と、ケーシング及び質量部の相対位置との間の差異、
ケーシング及び海洋の相対位置と、質量部の相対速度との間の差異、
ケーシング及び質量部の相対位置と、ケーシング及び質量部の相対速度との間の差異、
が挙げられる。
【００６７】
ケーシング及び海洋の間の相対位置を定めることは難しいので、本システムの構成要素に固有であって、海洋から決定される座標に直接関係しない変数がより望ましいことが理解されよう。
【００６８】
前述のように、他の形態のコントローラ、例えば、この特定の位相関係を必ずしも必要としない最適制御を使用することもできる。例えば、最適コントローラは、ケーシングと質量部との相対位置、及びそれらに現在加わっている力（加速度計で測定される）を取ることができる。そのような信号は、システムに加える力を制御するために使用されるパラメータの戻しを可能にする費用関数として十分に役立つ。
【実施例】
【００６９】
図７は、波力発電装置７００の一例を示す。図に示すように、ブイの垂直軸は水平軸より遥かに長いが、これは海洋の状態及び装置性能の最適化に応じて可変である。装置７００は、細長い円筒状の下部分を有し、これがケーシング５０７の底にある取付け具５１０ａの上に配置されたローリングローブ型空気バネ３０１を収容する。釣合重り１０４及びリニアモータの磁界源を含む自由質量部が、リニア軸受け５１２、５１３に沿って、装置７００の垂直軸を上下に動く。
【００７０】
装置７００の上部円筒状部分はリニアモータ１０３のアーマチャを収容する。リニアモータ１０３の３つの相２０６がエネルギー管理・制御複合システムに接続される。このシステムはリニアモータの相の中に生じるＡＣを３つのフルブリッジコントローラを介してＤＣに変換する。これらのコントローラはエネルギーを直接モータの相に戻すことを可能にする。
【００７１】
このシステムは、リニアモータの各相に取付けられたフルブリッジコントローラを内蔵する。次に、これらの相はエネルギー貯蔵機構及び電力取出し部１０５に接続される。これらのフルブリッジコントローラ及びエネルギー貯蔵機構は、制御システムによって制御される。
【００７２】
上部円筒状部分の中に、リニアモータ１０３を保持するための取付け具５１１が設けられる。ショックアブソーバ１０１が、装置７００の上部に取付けられて、ケーシング５０７に対する自由質量部の衝突を制限する。装置内に、コントローラ２００とデータ通信する幾つかのセンサ１０２が配置され、コントローラ２００もまたリニアモータ１０３とデータ通信する。
【００７３】
装置７００の中のリニアモータ１０３は、高出力、低精度動作における効率に関して最適化される。この種類のモータは、ＱＤｒｉｖｅのＳＴＡＲモータシリーズのような極低温用途に使用される極低温冷却装置のコンプレッサに使用され、又はインタミン（Ｉｎｔａｍｉｎ）のＬＳＭローラコースタのようなローラコースタに使用される。この装置は、励起磁界源を有するこれらのモータ又は二次給電装置のような永久磁石モータとすることができる。この装置は、三相固定子及び三相回転子を有することができる。このモータは、その出力及び制御機構が制御システムに接続される標準的なフルブリッジコントローラに接続される。
【００７４】
装置７００は、数メートル（例えば、４ｍ）の直径、及び直径の凡そ３乃至５倍の高さ（例えば１２ｍ）を有することができる。異なる用途には異なるサイズが適切であり得る。
【００７５】
図８は、実際の海洋の波動プロファイルに類似した模擬海洋波８１０上で動作する完全な模擬電気システムを内蔵する装置のシミュレーション８００の結果を示す。曲線８１１は外殻のシミュレーションされた運動を示し、曲線８１２は、質量部のシミュレーションされた運動を示す。図８は同じシミュレーションを２回示す。下のプロットはより長い時間をカバーする。下のプロットの中央部分では、大荒れの海洋波が装置のロッキングを乱している。しかし、制御は回復される。
【００７６】
装置７００が海洋によって駆動されて動作する際に、リニアモータ１０３の磁界源とアーマチャは異なる速度で動く。これが、リニアモータの３相内でＡＣ電力を生成し、このＡＣがＤＣに変換され、エネルギー貯蔵装置４００内に貯蔵される。
【００７７】
貯蔵されたエネルギーはリニアモータに戻されて、質量部／磁界源とアーマチャ／ケーシングとに、制御システム２００によって定められた方向及び強度の力を加える。この方式でシステムにエネルギーを加えることにより構成要素の運動が変化し、その結果、磁界源／質量部システムがアーマチャ／ケーシングに対して１８０°シフトした運動を示す（即ち、２つの間の反対称的共振）。
【００７８】
本装置の動作のシミュレーションは、実際的な海洋の状態においてほぼ完全な共振を達成することができることを示す。能動的制御がなければ、あらゆる実際のシステムにおける摩擦などによるエネルギー損失のために、このシステムが共振から外れるという本来の傾向がある。これは、制御システム２００によって決定される時期にエネルギーをシステムに戻すことによって防止される。
【００７９】
制御システムは、センサからの入力を用いて、本装置の電気システム全体にわたる電力の移動を最適化する。電力取出し部はブイの内部又は外部のインバータに接続することができる。本装置は、力学的基盤が不要であり、電力取出し・係留複合ケーブルを使用して、海洋中の物体（例えば、船、桟橋、沖合の掘削装置、又は沖合の風力タービンなど）又は固定係留物（例えば、海底又は単極基盤に取付けられた板など）に接続されるときに海に流れ出ないようにすることもできる。
【００８０】
図４は、制御システムによって生成される「制御信号」４２０の一例を示す。この制御信号は、所与の点でケーシングと質量部とを接続するバネ３０１による力を掛けることによって正規化される。この力は、システム内の別のセンサによって検出される。この構成は、システムに戻されるエネルギーが卓越する波動の振幅に比例することを保証する。これより多いエネルギーを戻すことは、引き出されるエネルギーに対する加えられるエネルギーの相対的比率を増すことになるので非効率となる。エネルギーの戻しが少なくても、エネルギー引出しを最大化するのにほぼ十分なロックを維持するには不十分となる。
【００８１】
電気的構成要素のモデル化をしない、理想的な装置のシミュレーションは、「制御される場合」対「制御されない場合」の電力出力に著しい増加を示す。両方の場合におけるシステムの構成要素の位置の解析はまた、制御システムが、ケーシングと質量部との運動をほぼ反対称的共振に維持するのに有効であることを示す。ケーシング−質量部システムを反対称的共振に維持することにより、速度の平均差異が時間と共に最大になるので、全体としてより多くのエネルギーが生成される。このようにして電力が生成される（ケーシング及び質量部はリニアモータのアーマチャ及び磁界源にそれぞれ接続されている）。
【００８２】
電気システムを組み込んだシミュレーションは、（リニアモータに固有のインダクタンス及び抵抗としてモデル化された）さらなる減衰があるにもかかわらず同一の効果を示す。このおかげで、ケーシング及び質量部が反対称共振で動く装置において、ケーシングが力学的基盤又はアンカーに対して動く装置よりも多量の電力を制御システムが首尾よく引き出せることが確かめられる。
【００８３】
図１１は、波力発電機の構成要素がどのように互いに力を及ぼし、どのように電流及びデータ信号が発電機内でやり取りされるかを示すブロック図である。
【００８４】
海洋波２０１と浮揚性外部ケーシング５００は互いに機械的力を及ぼす。ケーシングは電気機械１０３のアーマチャ２０７に、さらにローリングローブ型空気バネ３０１に機械的に結合される。釣合重り１０４及び電気機械１０３の磁界源を含む釣合重りアセンブリ２０８は、ケーシングの中で、重力２０２の影響下で動く。アーマチャ２０７及び磁界源は、電気機械が発電機又はモータとして動作するとき、磁気的に結合される。
【００８５】
各相に対して、ＡＣが、アーマチャ２０７とフルブリッジコントローラ２０３との間で送られる。ＤＣが、フルブリッジコントローラ２０３とエネルギー貯蔵部（ｓｔｏｒａｇｅ）４００との間でＤＣ／ＤＣコンバータ２０４を介してやり取りされる。
【００８６】
フルブリッジコントローラ２０３からのＤＣは、位相ロックループコントローラ６００からの制御信号によって決められるように、インバータ２０５に流れることができる。インバータ２０５のＡＣ出力はグリッド７０１に提供されうる。センサ１０２からのデータ信号がコントローラ６００に提供され、それから制御信号がフルブリッジコントローラ２０３及びインバータ２０５に提供される。
【００８７】
本装置は、ＤＣコンバータの必要性をなくしてＡＣ型のみで動作することができ、その場合、リニアモータの磁界源は３つの励起相を有し、これがモータの固定子コイル内にＡＣ電力の３つの相を生成する。コントローラはシステム内を流れる電流を管理するように働く。
【００８８】
高周波動作?海洋波に対するＰＬＬロッキング装置
代替的実施形態において、ＰＬＬが代りに、波力発電機を海洋波に対して、ケーシングが海洋波周期の倍数に対して対称的共振で動くようにロックする。これは、海洋周期の倍数で変化する信号（例えば、海洋波の高さの２乗又は単にその大きさの解析的導関数）にロックすることによって達成することができる。
【００８９】
海洋波周波数の倍数の運動は自然共振ではなく、エネルギー貯蔵装置からのエネルギーの増加入力を必要とする。仮想のｓｃａｌｅｉｔの装置に関しても、動作中のケーシングと質量部との相対速度が減少し、それにより電力出力が減少する。しかし、この構成は、類似の操作パラメータを提供しながら構成要素の質量を減らすことを可能にし、これは、特に沿岸及び沖合環境において役立ち得る。この実施形態は、磁界源が横断する必要のある距離が長くなった、より大規模の実施においてより有用である。これは、磁界源とアーマチャとの平均相対速度が著しく大きくなることを意味するが、シミュレーションすると、電力出力はやはり第１の実施形態の電力出力に匹敵し得ないことが示される。
【００９０】
この代替的な制御システムは、入力として種々異なる信号を取り入れる多数のＰＬＬ又は単一のＰＬＬで置換えることができることに留意されたい。例えば、種々の信号及びそれらの位相シフトされた対応物を用いて、ＰＬＬの周波数検出器内へ入力するための周波数２倍信号を合成することができる。例えば、別の代替的実施形態においては、ケーシング−質量部システムが、海洋とのパラメトリック共振で、即ち「駆動」海洋波の周波数の倍数で動きながら、反対称的に共振し続けるべく、ＰＬＬが２つのＰＬＬで置換えられる。
【００９１】
従って、ＰＬＬ内で使用される制御信号を変更し、選択された制御信号によって要求される場合には付加的な位相検出器を加えることにより、本装置は、駆動海洋波の周期の整数倍で機能するようにすることができる。本装置は、質量部とケーシングとが反対称共振で、動作し続けることができ、又は、単にケーシングの運動を海洋波の周期の倍数にロックすることができる。
【００９２】
これによって、比例的に軽くなった自由質量部を用いて本装置を構築することが可能になる。この制御システムの変更の効果は、外部ケーシングの形状を変えることによって高めることができる。例えば、ある実施では、２つの円錐がそれらの先端近くで結合されたような形状のケーシング（例えば、ケーシング５０６）を特徴とすることになる。これは、入射する波の周期の、ブイの運動に対する効果を２倍にし、その自然共振を所与の入射波の周期の２倍にする。他の倍数に対しては、一般的に外部ケーシング上の隆起の分布を含む他の形状が可能である。
【００９３】
水平共振
装置７００において、波力発電機は波の垂直方向の周期にロックされ、それらの水平方向成分（付加的な電力源となり得る）に対しては補償がなされる。特定の用途（例えば、海岸付近）には、水平方向並びに垂直方向に共振しない装置が必要となる可能性があり、ブイの水平方向の漂流又は垂直軸からの傾きによって影響を受けない磁界源の動きが必要になる。これは幅広の円錐体、例えば、ケーシング５０４、５０５を用いて達成することができ、その場合、装置の機能性構成要素は、第２の内部ケーシングの中で吊り下げられ、内部ケーシング自体は外部ケーシングから、回転軸受けを有する２つの軸上で吊り下げられる。ここで、特に荒れた波の動き又は軸上の摩耗により外部ケーシング内に内部ケーシングが衝突することで、機能性構成要素が不測にも損傷することを防止するために、外部ケーシングの内側には力吸収材料又は装置が設けられる。
【００９４】
本明細書において開示され定められた本発明は、本文又は図面から言及された又は明白な個々の特徴の２つ又はそれ以上の全ての代替的組合せに及ぶことを理解されたい。これらの種々異なる組合せの全ては、本発明の種々の代替的態様を構成する。
【図１】
2015524034.tif 000003
【図２Ａ】
2015524034.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2015524034.tif 000009
【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
2015524034.tif 000011
【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
2015524034.tif 000013
【図４Ｂ】
2015524034.tif 000014
【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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