(57)【要約】波力発電設備によって水波のエネルギーを電気に変換するための方法、ならびに以下を備える波力発電設備が提供される：浮遊式本体(1)；当該本体上に支持され、かつ概して垂直な回転子シャフト(2)の周りを回転する、回転子(3) ；概して水平なジャイロシャフト(4)の周りを回転するジャイロ(5)であって、当該ジャイロおよび当該ジャイロシャフトが回転子と共に回転子シャフト(2)の周りを回転する、ジャイロ(5) ；ジャイロもしくは回転子と一緒に回転するように接続された少なくとも1つの発電機(6)。回転子の塊(M)により、一方で本体の傾斜および重力により発生する傾斜モーメントにより、ならびに他方で回転子シャフト(2)の水平加速度によって発生する加速度モーメントにより、回転子を回転させるモーメントが生じる。当該傾斜および加速度は、本体(1)の没水部分に波の内部流を向けることによって生じる。旋回の間の当該傾斜モーメントおよび加速度モーメントを均等化するために、ジャイロ力によって発生されるモーメントが利用され、かつ波力発電設備の有効出力を均等化するためのエネルギー貯蔵として、当該ジャイロの運動エネルギーが用いられる。2015514905.tif 000003
2015514905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊式本体(1)と；該本体上に支持され、かつ概して垂直または側方にわずかに傾けられた回転子シャフト(2)の周りを回転する、回転子(3)と；概して水平なジャイロシャフト(4)の周りを回転するジャイロ(5)であって、該ジャイロおよび該ジャイロシャフトが該回転子と共に該回転子シャフト(2)の周りを回転する、ジャイロ(5)と；該ジャイロまたは該回転子と一緒に回転するように接続された少なくとも1つの発電機(6)と
を備える波力発電設備によって水波のエネルギーを電気に変換するための方法であって、
該浮遊式本体が、波と調和して該波によって揺動される段階；
該ジャイロ(5)が、該ジャイロシャフト(4)の周りを回転する段階；
水平面に対する該ジャイロシャフト(4)の傾斜が、揺動運動の結果として生じる段階；ならびに
該ジャイロシャフトの傾斜に続いて、該回転子(3)の回転が該ジャイロ(5)のトルクによって影響を受ける段階
を含み、
該回転子の塊(M)により、一方で該本体の傾斜および重力により発生される傾斜モーメントにより、ならびに他方で該回転子シャフト(2)の水平加速度によって発生する加速度モーメントにより、該回転子を回転させるモーメントが同じ段階で同じ方向に生じること；該傾斜および加速度が、波面の方向に従って揺動方向から逸脱する方向に該本体を揺動させることにより生じ、これが、波の内部流を、主に垂直な壁であるかまたは稼働中の場合には波の移動方向に対して横向きの概して波の入波方向に傾斜した壁である該本体(1)の没水部分に向けることによって達成されること；該本体の下側部分が、該本体を傾斜させることおよび加速度を生じることに寄与する係留力によって影響を受けること；ならびに、旋回の間に該傾斜モーメントおよび加速度モーメントを均等化するために、ジャイロ力によって発生されるモーメントが利用され、かつ該波力発電設備の有効出力を均等化するためのエネルギー貯蔵として、該ジャイロの運動エネルギーが利用されること
を特徴とする、方法。
【請求項２】
塊の軌道トラックのレベルを、本体のロール軸から該軌道トラックの少なくとも半径に等しいある距離まで上方に移動させることによって、水平加速度が強められることを特徴とする、請求項1記載の方法。
【請求項３】
ジャイロが、回転子の回転速度の20倍を超える、好ましくは40倍を超える回転速度で回転することを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
【請求項４】
回転子の回転の位相遅れ、すなわち該回転子の方向(α)と本体の傾斜の方向との間の角度が、ジャイロのトルクのピークが該傾斜および加速度モーメントの最小点に一致するように調節されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
回転子の回転の位相遅れ、すなわち回転子の方向(α)と本体の傾斜の方向との間の角度が、発電機(6、7)の負荷を調節することによって調節されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
位相遅れ、すなわち回転子の方向の設定値が、0〜90度の範囲内で調節可能であること、およびその目的が、回転子(3)の方向(α)を、本体(1)の回転の方向の後方0〜90度、好ましくは60〜90度に維持することであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
位相遅れ、すなわち回転子の方向(α)と本体の傾斜の方向との間の角度を0〜90度以内で変えることによって、およびさらにジャイロの回転速度を調整することによって、波力発電設備の出力が調節されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
浮遊式本体(1)と；
該本体上に支持され、かつ概して垂直または側方にわずかに傾けられた回転子シャフト(2)の周りを回転する、回転子(3)と；
概して水平なジャイロシャフト(4)の周りを回転するジャイロ(5)であって、該ジャイロおよび該ジャイロシャフトが該回転子と共に該回転子シャフト(2)の周りを回転する、ジャイロ(5)と；
該ジャイロまたは該回転子と一緒に回転するように接続された少なくとも1つの発電機(6、7)と
を備える波力発電設備であって、
該本体(1)の没水部分が、主に垂直な壁であるか、または稼働中の場合概して波の入波方向に傾斜した壁であり、該壁が、波の移動方向に対して横向きであり、かつ該壁が非常に深く下方に延びているため、該本体の異なる高さにおいて生じる波の内部流が該本体を波面の方向に従って揺動方向から逸脱する方向に傾斜させること；該回転子が該本体の上側部分に位置し、かつ該本体の動作を生じるために係留力を利用するように係留点が該本体の下側部分に位置すること；該回転子(3)が塊(M)を含み、その重心が、該回転子シャフト(2)からある距離にあり、かつ該重心の軌道トラックの軌道面が、該本体の係留点(33)から少なくとも該距離にあり、それにより、該本体が傾斜している場合、該塊が、該回転子を回転させるために重力および該回転子シャフトの水平加速度の両方の効果により、同相トルクを発生させること；ならびに、該ジャイロが、旋回の間のトルクの均等化装置として、および該波力発電設備の有効出力を均等化するエネルギー貯蔵として使用されるように配置されること
を特徴とする、波力発電設備。
【請求項９】
ジャイロ(5)が、回転子の回転速度の20倍を超える、好ましくは40倍を超える回転速度で回転するように配置されること、および該ジャイロの回転速度が、該回転子の各旋回内において能動的に調節可能であるように配置されることを特徴とする、請求項8記載の波力発電設備。
【請求項１０】
塊(M)が、ジャイロの回転軸(4)に対して実質的に平行に、アーム(10)によって回転子シャフト(2)に接続されていることを特徴とする、請求項8または9記載の波力発電設備。
【請求項１１】
発電機(6)が、ジャイロシャフト(4)上に位置しているか、または該ジャイロシャフトによって駆動されるように接続されており、かつ回転子シャフト(2)からある距離にある回転子(3)の外側端部が、該回転子の外側端部を上に載せかつ同軸的に該回転子シャフト(2)を囲む円形トラック(9)に沿って回転する小さいホイール(8)を備えることを特徴とする、請求項8〜10のいずれか一項記載の波力発電設備。
【請求項１２】
ホイール(8)、ジャイロ(5)、および発電機(6)が、一緒に回転するように接続されていることを特徴とする、請求項11記載の波力発電設備。
【請求項１３】
回転子の方向の位相遅れ、すなわち回転子の方向(α)と本体の傾斜の方向との間の角度を特定する制御装置によって、発電機の負荷が調節されるように配置されること、および該位相遅れの設定値が調節可能であることを特徴とする、請求項8〜12のいずれか一項記載の波力発電設備。
【請求項１４】
波力発電設備が稼働状態にある場合に、長細い本体(1)が1つのロール軸(B)に対して前後に揺動すること；波力発電設備が制御装置を備え、発電機の負荷および/またはジャイロの回転速度が該制御装置によって調節されるように配置されること；ならびにその目的が、該本体が極端に傾斜した状態において、回転子(3)およびジャイロシャフト(4)の方向を該ロール軸(B)に対して0〜40度の角度にすること、すなわち該回転子の方向と該本体の傾斜の方向との間の角度、すなわち位相遅れの設定値が90〜60度となることであること
を特徴とする、請求項8〜13のいずれか一項記載の波力発電設備。
【請求項１５】
本体の断面の基本的形状が三角形であり、該三角形の最も短い辺(16)が水位より上にあり、かつ長い一辺が緩やかに傾斜するS字の形状であること、該本体が下方に向かって徐々に先細りしており、かつ該本体が穏やかな水においてすぐに使用できる状態で係留されている場合に該本体の高さの80％以上が水位(W)より下にあることを特徴とする、請求項8〜14のいずれか一項記載の波力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力発電設備によって水波のエネルギーを電気に変換するための請求項1のプレアンブルに記載の方法に関する。本発明はまた、請求項5のプレアンブルに記載の波力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
刊行物の欧州特許第1384824(B1)号および国際公開公報第2005/071257(A1)号（特許文献1および2）により、波によりジャイロシャフトが回転するときにジャイロの回転の運動量モーメントを使用して回転子のトルクを発生させる類似の方法が公知である。これらの公知の波力発電設備の問題は、回転子シャフトの回転を強めるトルクは、回転子が一回転する間に二回、短時間しか受けられないのに対し、中間段階において、ジャイロシャフトが旋回するときに、ジャイロの回転の運動量モーメントが、本体を傾けるトルクを発生する点である。本体がトルクの方向に傾くことが可能である場合、本体は、不必要な仕事を行い、回転子の回転を抑制するであろう。したがって、波と調和して回転子を回転させることは困難であり、ならびに波力発電設備の本体を波と調和して揺動させることは困難であり、波力発電設備の稼働は比較的効率が悪く、ならびに不規則な波において当該発電設備を機能させることは困難である。
【０００３】
刊行物の米国特許第第7,375,436(B1)号（特許文献3）により、波力発電設備についてより詳細に知られており、当該特許では、発電設備が傾斜(揺動)する時に生じるジャイロ力によって生じるモーメントが、回転子を回転させるために利用される。当該刊行物では、波の周波数に対して、異なる回転速度での発電設備の出力について検討している。回転子を回転させるモーメントは、旋回の間に2回、脈動的に得られ、すなわち、それは不規則であり、変化する波状態において、回転子の回転を波の周波数に同期させることは困難である。有効出力もそれほどではない。とりわけ、浮遊式本体は波面の方向に従って傾斜し、そのため、水平加速度によって生じるモーメントは、当該モーメントが傾斜および重力によって生じるモーメントをほとんど打ち消すような段階において生じる、という事実により、当該出力は低下する。したがって、ジャイロ力しか利用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第1384824(B1)号
【特許文献２】国際公開公報第2005/071257(A1)号
【特許文献３】米国特許第第7,375,436(B1)号
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、上記において言及した公知の波力発電設備の問題を解決することができる、改良された方法および波力発電設備を提供することである。本発明の目的は、とりわけ、変化する波状態において、波力発電設備の有効出力および稼働の予備調整を向上させることである。このために、本発明の着想は、本体の傾斜および水平加速度が、傾斜/重力および加速度のモーメントがお互いを高めるような段階において一致し、さらに、プッシュ-プルフェーズにおいてジャイロ力のモーメントと一致し、その結果、大きくて比較的一様なモーメントおよび良好な有効出力を提供するような状態を作り出すことである。
【０００６】
この目的は、添付の請求項1において開示される特徴により、本発明による方法によって達成される。この目的は、添付の請求項8において開示される特徴に基づいて、本発明による波力発電設備によっても達成される。従属する請求項は、本発明の好ましい態様について開示する。
【０００７】
最も頻繁に生じる典型的な自然の波の長さ/高さ寸法はおおよそ一定であるため、本発明による波力発電設備は、波のサイズに関係なく、良好な効率において、比較的一様な出力を生じる。
【０００８】
本発明において、浮遊式本体の傾斜は、本体の没水部分に向けられている波の内部流によって、波面の方向から逸脱するように生じる。本体のこの没水部分は、非常に深くまで延びているので、本体の異なる側における本体の異なる高さにおいて、対向する波の内部流が生じる。この場合、傾斜モーメントおよび加速度モーメントはお互いに強め合い、プッシュ-プルフェーズにおいてジャイロモーメントと一致する。
【０００９】
本発明による波力発電設備では、当該回転子のトルクの一部がジャイロの運動量モーメント(スピン角運動量)によって発生されるために、重力のパワーテイクオフのための好適な回転子は、例えば、刊行物の国際公開公報第2010/034888号において開示されている波力発電設備の回転子よりも実質的に軽くなり得る。傾斜および加速度によって生じるモーメントが固定塊のトルクへと統合され、ならびにジャイロによって発生されるトルクと固定塊によって発生されるトルクとが、回転子の旋回の間に交互に生じ、ならびに各トルクが、旋回の間に2回作用し、それにより、典型的にはおよそ90度の間隔で繰り返されるトルクが得られ、これが、同じ回転方向において回転子を回転させようとする、という事実により、特に公知の波力発電設備に比べてかなりの利点が本発明によって達成される。ジャイロの回転の方向は、回転子の回転の方向を決定し、したがって選択可能である。
【００１０】
十分に深く没水した垂直壁または傾斜壁として本体が設計される場合、波の内部流を利用することによって、本体の傾斜段階を、水平加速度によって生じるモーメントも利用することができるようにすることができ、これは、波面の方向に従って浮遊する本体では不可能である。本発明により、旋回全体の期間において、可能な限り一様で効率的なトルクも得られる。
【００１１】
本発明は、添付の図面を参照することにより、以下においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様による波力発電設備の本体の側面からの線図を示す。
【図２】図1に記載の本体の正面図を示す。
【図３】図1に記載の本体の上からの図を示す。
【図４】図1に記載の本体の斜め上後方からの図を示す。
【図５】本発明の一態様による波力発電設備の発電設備ユニットの図式上面図を示す。
【図６】本発明の別の態様による波力発電設備の発電設備ユニットに備わる回転子(浮遊式本体なし)の斜視図を示す。
【図７】図6の波力発電設備に関連する制御装置を示す。
【図８】旋回における回転子の位置の関数としての、本発明による波力発電設備によって発生されるトルクの異なる成分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図1〜4は、波力発電設備の本体1の好ましい態様の原理の線図を示している。本体1は、主として垂直であるかまたは稼働時に波の到来方向において概して傾斜している壁であり、ほとんどの部分が水位Wより下にあるが、上側部分は水位の上にある。本体の壁型形状および概して垂直または傾斜した位置は、波の流動エネルギーを本体の運動エネルギーへと効率的にかつ広い表面積にわたって変換する。本体1の喫水は、好ましくは、最も小さい所望の機能的な波の長さ×0.5に一致する寸法であり、したがって、垂直方向における波の動きに等しくなる。本体の没水部分の垂直寸法は、典型的には、断面の水平寸法より大きい。提示される好ましい態様において、本体の断面の基本的形状は三角形であり、当該三角形の最も短い辺16は水面より上方にあり、1つの長い辺は、緩やかに傾斜するS字形状である。本体は下向きに先細りになっており、本体が穏やかな水にある場合、本体の高さの80％以上が没水する。図による例示的実践形態において、波の主な到来方向Aに向かう本体1の前側の上側部分21は前方に湾曲するように、ならびに下部22は後方に湾曲するように設計されており、したがって、断面において緩やかに傾斜するS字を形成している。この場合、伝搬波が波の異なる段階において本体の上側部分および下側部分に当たり、それにより、波が伝搬する際に、装置の上端および下端が大部分、波の異なる段階にある。次いで、これらのエリアでは、波の浮力および動的な動き(流動)に起因して反対方向に力および動きが生じる。小さい波では、装置の下側部分において波の動作はほとんど無く、そのため、動かない水が、この部分の動きに抵抗する。上側部分の設計の目的は、動的な動きによって生じる圧力変動と共に波の垂直運動によって生じる浮力の変動が、本体の上側部分を段階的に異なる方向：後上方、前下方、に移動させることである。下側部分の少なくとも大部分が、異なる段階にある波の一部と接触するときに、この運動圧力変化(流動)によって発生する力が、下側部分を主に上側部分とは反対の方向に移動させる。回転子3が本体1の上側部分に位置し、かつ係留点33が本体の下側部分にある場合、波の内部流の影響により、本体が傾くにつれて、実質的に水平の加速が回転子に向けられる。本体1の上面16は閉じて作製される。
【００１４】
示される本態様は、図5および6により綿密に記載されるユニットのうち2つを含む。係留は、好ましくは、当該装置の下側部分における低運動位置33に固定されており、それにより、係留力および動きが、容易に制御される。係留力は、本体の動きを引き起こすこと/力を発生させることに関与し、そのエネルギーは回収される。実施例の場合、係留は、装置の下に吊り下げられた重り30によって実施されている。波力発電設備の設置場所の底に接続された、横方向に延びる細長い係留手段31が、重りに接続されて配置されている。当該重りは、係留に融通性を持たせ、大きな波において、システムのための下側ピボット32を形成する。小さい波では、当該ピボットは、本体の係留取り付け位置33である。この配置により、当該システムは、様々なサイズの波によって発生するエネルギーに適応する。当該システムの動きは非常に小さく、力における変動も中程度に維持される。係留の重りは、図に示された球形に加えて、例えば、平坦または円板形状であってもよく、これは、動きの創出およびエネルギーの発生における係留力の利用を増強する。
【００１５】
係留重り30は、好ましくは、中空であり、例えば、部分的にコンクリートが充填され、かつ部分的に空気が充填されており、それにより、移送の際に浮遊する。当該空洞が水で満たされると、当該重りは沈み、同時に、浮遊する発電設備を正しい位置へと引き込む。当該装置を除去するとき、重りの空洞は空気で満たされ、それにより、当該重りは、再び浮遊して移送を容易にする。発電設備それ自体も、水平位置へと水面近くまで上昇し、その場合、喫水は小さく、したがって、例えばドッキングなどを容易にする。エネルギー生産において、係留力が利用される。係留力は、主に、本体の上側前部の動き(力)の方向と反対であり、それにより、その部分に対するエネルギー生産を高める。
【００１６】
電力ケーブル(図示されず)と本体との接合部分も、好ましくは、係留点の近くの低運動位置に位置付けられており、動きを最小限に抑えるために係留線に従って海底へと導かれており、その場合、その摩擦はわずかである。当該装置の幅は選択可能であるため、当該装置を大きくすることもできる。出力は、数メガワットと高く、波の不規則性が本体の幅に対してある特定の制限を課す。本体の高さは、例えば、10〜40m、好ましくは、約15〜25 mの範囲内であり得、長さは、例えば、30〜100m、好ましくは、約50〜75mの範囲内であり得る。これらは、高い電力出力を可能にするためのオーダーを説明するための、装置の寸法の一例に過ぎない。閉じた本体の内側において力が電力へと変換されるため、大きなサイズがより適当である。
【００１７】
トルクの発生における波力に対する抗力は、重力とジャイロ力、さらに主に水平の加速に抵抗する慣性力である。重力およびジャイロ力の最大点は、交互に入れ替わり、およびその力は同時に生じる。電気を生産するために使用される力(重力、ジャイロ力、波の動作によって発生した様々な方向での可変の加速度)は、閉じた本体に対して内在的である。これは、海洋の大気および海水から保護される簡単なメカニズムを可能にする。閉じた本体の外側には動きのメカニズムは存在しない。
【００１８】
上昇方向および側面方向における装置の寸法は、波のサイズに比べて大きく、それにより、両方の段階の波を利用することができる。当該装置は、すべての方向において、変化する浮力および波の運動エネルギーを同時に利用する。浮力の変化、すなわち垂直の加速を利用するために、垂直の回転子シャフト2をわずかに側面に位置づけ、傾いた配置にすることが好ましい。
【００１９】
当該装置は、好ましくは、サービスボートを安全に受け入れるためのビーチング用の傾斜を有する。ビーチングを容易にするために巻き上げ機によって使用される浮遊ロープが、当該傾斜の上側部分から後方に延びている。波の到来方向側には、当該傾斜の前に、通用口を提供する遮蔽板34が存在する。
【００２０】
図5に示された態様において、細長い浮遊式本体1は、本体の細長いロール軸Bの周りにおいて前後に揺動する。ロール軸Bは、発電設備ユニットの回転子の軌道面の下方のかなりの距離にある。水平加速度を効率的に利用できるように、この距離は、回転子のアームと少なくとも同じ長さ、または好ましくはその倍数である。これは、実際のロール軸ではなく、それは、異なる波状態および異なる係留方法において、ロール軸Bの位置は変わり得、揺動の間に移動し得るためである。必須なのは、本体の傾斜の結果として回転子3の軌道面が水平面に対して傾斜し、同時に、往復の加速度が回転子3に向けられていることである。深くに没水した垂直壁として浮遊式本体を設計することにより、傾斜および重力によって生じるモーメントおよび水平加速度によって生じるモーメントは、実質的に同時にならびに同じ方向において生じる。それらの合計モーメントは、図8に示されているように、ジャイロによって生じるモーメントと交互に生じる。当該モーメントをお互いに好適な寸法決めすることにより、3つ全てのモーメントから得られる合計は、比較的一様に機能する合計モーメントである。当該寸法決めは、例えば、回転子の質量および回転子のアームの長さによって、ならびに当該ジャイロの質量および回転速度によって影響され得る。波力発電設備の稼働の際、モーメントの相互のタイミングおよび大きさは、ジャイロの回転速度の調整および傾斜の方向に対する回転子の角度位置の調節によって影響され得る。後者は、発電機の負荷によって、ならびにジャイロの回転速度を調整することによっても、調節することができる。
【００２１】
図5において、波の到来方向Aは、本体1のロール軸Bに対して垂直である。本体には、波エネルギーを電気へと変換する2つ以上の発電設備ユニットが設置されている。両方の発電設備ユニットは、概して、主に垂直な回転子シャフト2の周りで回転する回転子3を含む。回転子3は、概して、主に水平なジャイロシャフト4の周りで回転するジャイロ5を含む。ジャイロ5およびジャイロシャフト4は、回転子3と共に回転子シャフト2の周りで回転する。発電器6は、ジャイロと共に回転するように接続されている。回転子3は、重心が回転子シャフト2から離れている塊Mを含み、本体が傾くとき、下記においてより詳細に説明されるように、塊Mおよびジャイロ5は、交互に、回転子3に平行トルクを発生させる。塊Mは、ジャイロの回転軸4に対して実質的に平行な回転子アーム10によって回転子シャフト2に接続されている。ジャイロ5および発電器6は、部分的にまたは完全に、固定塊Mを形成する。
【００２２】
発電器6は、ジャイロシャフト4上に位置付けられているか、またはジャイロシャフトによって駆動されるように接続されている。回転子シャフト2からある距離をおいた回転子3の外側末端には、当該回転子の外側末端に連結されている小さいホイール8が備わっており、これは、摺動することなく、回転子シャフト2を同軸的に囲む円形トラック9に沿って回転する。ホイール8、ジャイロ5、および発電器6は、一緒に回転するように接続されている。それらは、同じシャフト上に存在し得るか、またはお互いに適切な伝達率において接続されている。伝達率は、回転子の回転速度の少なくとも20倍、典型的には40〜100倍の回転速度をジャイロに与えるのに十分である必要がある。この態様において、以下に記載する図5および6の態様とは反対に、ジャイロの回転速度は、回転子シャフト2の周りの回転子3の回転速度に関して一定であり、それに応じて波の周期に関して一定である。この態様では、各発電設備ユニットにおいて発電器6が一つのみ必要とされる。ジャイロ5および発電器6は、回転子の外側末端の付近に位置付けられてよく、それらは、塊Mにおける不可欠な一部を形成し、これは、本体が傾いた方向に塊Mが移動しようとするとき、重力に基づいて回転子を回転させる。
【００２３】
回転するジャイロ5の運動量モーメントも、本体1の揺れによりジャイロシャフト4が旋回するとき、回転子3の回転を高めるトルクを発生させ、すなわち、歳差運動力が回転子にトルクを発生させ、その方向は、旋回の方向に対して90度の角度である。ジャイロの回転の方向は、いわば、ジャイロが回転子の回転の方向に、回転/進行するような方向でなければならない。
【００２４】
本体1の傾きの角度が最も大きく、揺れの方向が変わるとき、回転子は、好ましくは、図1に示された方向を有し、これは、ロール軸Bの方向と同じである。この場合、回転子の方向と本体の傾きの方向との間の角度、すなわち、いわゆる位相遅れは、90度である。換言すれば、回転子は、本体の傾きに対して90度の遅れ(後方)にある。次いで、塊Mは、重力の効果により、最大のトルクを提供する。その一方で、ロール軸Bおよびジャイロシャフト4は平行であるため、ジャイロ5は、この段階ではトラック9の平面での回転子3のトルクには影響を及ぼさない。したがって、水平加速度を生じるモーメントは、当該モーメントの最大であり、なぜなら、傾斜の方向が変化するためであり、すなわち、減速が加速に変わるためである。本体および没水部分の垂直高さにより、本体は、波面の方向に傾斜している場合とは異なる段階での波の内部流によって強制的に傾斜する。この結果として、傾斜によって生じるモーメントと実質的に同じ段階において水平加速度のモーメントが生じ、その結果、それらは強まり、公知の解決策のようにはお互いを打ち消さない。
【００２５】
回転子3は、ジャイロシャフト4がロール軸Bに対して垂直な方向を向くまで回転し続け、揺れ動作は、ジャイロシャフトを徐々に速める。ジャイロシャフト4の方向の変化は、シャフト4がロール軸Bに対して垂直となるときに最速であり、ジャイロ力のモーメントは、その最大力によってトラック9の方向に回転子を押す。次いで、本体の揺れ動作は最速となり、トラックの平面は本質的に水平である。その場合、塊Mは、トルクを増加させない。したがって、ジャイロ力および塊のトルクは、90度の角度間隔で交替し、それぞれ、180度の角度間隔で、すなわち、両方とも回転子の1回転の間に2回、最大となる。
【００２６】
したがって、最も強力な稼働は、当該位相遅れが90度に調節されるときに達成される。中間形態では、塊によって生じるモーメントおよび回転子のジャイロによって生じるモーメントは、位相遅れの正弦に比例する。当該位相遅れは、発電器6の荷重を調節することによって調節することができる。波力発電設備の稼働において、その出力は、0〜90度の間で位相遅れを変えることによって、さらにはジャイロの回転速度を調節することによって、このように適合させることができる。稼働状態において、位相遅れの設定値を90〜60度の範囲内に維持することが好ましい。言い換えれば、その目的は、本体が極端に傾斜した状態において、回転子3およびジャイロシャフト4の方向をロール軸Bに対して0〜40℃の角度にすることである。
【００２７】
図6による発電設備ユニットは、主に、実際のパワーテイクオフ発電機7が回転子シャフト2に取り付けられている点において、図1の発電設備ユニットと異なっている。ジャイロシャフト4に取り付けられた電気機械6'は、主にモーターとして機能し、これにより、ジャイロ5は所望の回転速度を与えられ、当該回転速度は、例えば、図3に示された調整装置などによって調整される(これについては、下記においてより詳細に説明する)。主な原則として、波が強いほど、ジャイロ5に与えられる回転速度は速い。したがって、ジャイロは、固定重量もしくは塊Mの調整装置としての役割を果たし、波の力に従って発電設備の稼働を制御する。図2の解決策は、ジャイロ5および電気機械6'の回転が、図1のようにトラック9上を回転するロール8の回転に接続されていない点においても図1と異なっているが、それらの回転は、上記の目的のために調整される。
【００２８】
ジャイロ5の速度および本体の傾斜に対する回転子の位相角αを調整することによって、本体の揺れの周波数を波の周波数に適合させることができる。これらは、有利で広範囲の適応性を提供する。
【００２９】
図7に示された制御装置に、入力データとして、波力発電設備の本体のX、Y、およびZ加速度、波の入波方向A、すなわち、本体の最大傾斜でのロール軸Bの垂線、に対する回転子3の方向または方向角α、およびジャイロの角速度ωが入力される。Z軸が、回転子シャフトと平行となるように固定される場合、XおよびY加速度は、回転子の塊の重心と同一平面に決定される。ユニット12は、X、Y、およびZ加速度ならびに回転子の方向角αに基づいて、塊Mが当該回転子をシャフト2の周りに回転させようとする動トルクを計算する。最適稼働のために、回転子の方向角αの位相遅れ、すなわち、XおよびY加速度の合成と方向角αとの間の角度、を知ることも重要である。これは、動き検出ユニット14によって得られるX-Yの合成の方向に基づいて、制御ユニット13において計算される。図5のように、揺動が単軸性である場合、傾斜の角度の大きさならびに1つのロール軸Bに対する加速度の方向および大きさのみを検出することで十分である。トルクおよび位相遅れに基づいて、ユニット15は、回転子が波と調和して回転しかつ位相遅れが所望の通り、例えば90度、であるように発電機7の負荷を変換器が調整するための制御信号を、変換器11に与える。さらに、制御ユニット13から受け取った位相遅れは、電気機械6'を介してジャイロ5の回転速度を調整する変換器11の一部のための入力データである。変換器11の作動は、周波数変換器に基づき得る。発電機7は、幹線に電力を供給し、必要であれば、モーター6'にも供給する。少なくとも始動時において、モーター6'は、幹線によって電力供給される。ジャイロが減速すると、モーター6'が、発電機として機能し得、幹線に電力を供給する。
【００３０】
示された態様において、ジャイロ5は、シャフト2に対して偏心して位置されており、それにより、回転子の偏心塊Mの一部を形成する。ジャイロ5は、回転子シャフト2上に同心的に位置してもよいが、ただし、その場合、シャフト2からある距離において、対応する固定塊の増加が必要となるため、発電設備ユニットの重量全体を増加させることになる。シャフト2の方向は、本体の傾斜の度合いに応じて、垂直方向での異なる側へと変わる。したがって、シャフト2は、概して、主に垂直であると言うことができる。同様に、ジャイロシャフト4は、概して、主に水平である。発電設備が穏やかな水にある場合、シャフト2は実質的に垂直であり、シャフト4は実質的に水平である。しかしながら、シャフト2は、垂直加速度をより良く利用することを可能にするために、左右または前後にわずかに傾けてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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