(57)【要約】【課題】  簡素な構造で製造が容易でありながら強度も大きく、等方性の確保により波に対する浮体の姿勢・方向に左右されずに、常に安定した発電を可能にしたジャイロ式発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】  浮体２をドーナツ状に形成するとともに、その内筒部２Ａ内に少なくとも１個の鉛直なジンバル軸６を有するコントロールモーメントジャイロ５を配設したことにより、浮体２の内筒２Ａと外筒２Ｂの間のドーナツ形状部によって浮力と波力を受け持って強度と剛性を確保した上で、発電装置を内筒２Ａ内にコンパクトに収容することができる。しかも、発電装置が鉛直なジンバル軸６を有するコントロールモーメントジャイロか５ら構成されたことにより、波の方向に対して浮体２の方向を厳しい精度で固定制御することが不要となり、システムが大幅に簡素化できて、常に安定した発電が可能になる。【選択図】  図１
2005207332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と、該浮体に支持されたコントロールモーメントジャイロと、前記コントロールモーメント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コントロールモーメント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において、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コントロールモーメント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。
【請求項２】
前記内筒部内には、複数のコントロールモーメントジャイロを縦列させて連結して設けたタンデム型構成の小容量のコントロールモーメントジャイロを配設したことを特徴とする請求項１に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項３】
前記内筒部内には、複数のコントロールモーメントジャイロを縦列させて分離して設けた対称型構成とするとともに、これらの各コントロールモーメントジャイロを互いに反対方向に回転させることを特徴とする請求項１に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項４】
前記コントロールモーメントジャイロを、浮体の内筒部に挿入固定される装置収容体に収容するとともに、該装置収容体の下端部にバッテリー等の重りを配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項５】
前記浮体内に海水等のバラストを出入れ自在に構成して浮体の固有周波数を変え、浮体の周波数と波の周波数を同期させるように構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項６】
前記浮体の揺れとジンバル軸の角位置を検出して、ジンバル軸を発電量が最大となる位相に制御するように構成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項７】
前記浮体の揺れの主振動数成分付近でジンバル軸が回転するように発電機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たことを特徴とする請求項１から６に記載のジャイロ式波力発電装置。
【請求項８】
広範囲の波の状態に対応できるように、前記コントロールモーメントジャイロにおけるフライホイールの回転数を、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、次式により求められる付近で運転させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のジャイロ式波力発電装置。
Ｒ（Ｈ2 Ｔ／２）      Ｔ：周期、Ｈ：波高、Ｒ：係数
【請求項９】
前記コントロールモーメントジャイロにおけるフライホイールを、出力電力の平準化のためにも兼用できるように、出力電力系統とフライホイール駆動用モータとを直接あるいは適宜の回転数制御器を介して結合し、前記出力電力変動を前記フライホイールで吸収できるように構成したことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のジャイロ式波力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海上、湖上や沿岸で使用され、コントロールモーメントジャイロを構成要素とする波浪エネルギーを利用したジャイロ式波力発電装置の改良に関する。本発明の発電装置は消波装置として利用可能であり、また、船舶等に搭載して、揺れ止めを兼ねる補助電源装置としても利用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
最近，地球温暖化現象等の地球環境問題が世界的に注目されている中、クリーンな自然エネルギーの利用を強力に推進して行く必要がある。自然エネルギー利用の代表的なものとして、太陽光発電、風力発電や波力発電があり、太陽光発電と風力発電はすでに実用化されつつある。しかし、太陽光発電は太陽電池パネルを作成する上での経済的な課題あり、また、風力発電は地震や台風の多い日本では頑丈な構造にする必要があり、又広い敷地面積を要するなどの問題ある。
【０００３】
一方、波力発電については、四囲を海に囲まれた日本では、非常に有望なエネルギー源であることから、その研究は進んでいるものの、まだ本格的な実用化レベルに至っておらずその活用が重要な課題となっている。波力発電には種々の方式が提案され、実験がなされている。方式の多くは、波の上下運動を利用して、空気又は水の流れをつくり、その流れをダクトに導き、タービンを回転させるもの（特開平６−２８０２４０号、特開平５−１６４０３６号等を参照）であり、小型の浮体式発電装置としては、航路標識用として実用化されている。また、大型の浮体式波力発電方式としては、海洋科学技術センターの「海明」「全長８０ｍ、幅１２メートル、８００トン）が、また固定式としては「三瀬型」（新技術事業団等）が試験されている。
【０００４】
しかし、前述のような流体を用いる波力発電装置では、波の大きさ等において、効率の良い発電ができる条件が非常に限られるため、全体としては効率の低いものになってしまう。このため、効率をあげるためにはある程度大規模なシステムが必要となるが、設備が大型化し経済的でない。
【０００５】
そこで本件発明者は、小型で効率の良い波力発電装置を実現するために、海上の浮体の揺れをコントロールモーメントジャイロで受け止め、そのエネルギを利用して発電するジャイロ式波力発電装置およびそれを使用した消波装置を提案した（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ  ０２／０７７３６９  Ａ１
【０００６】
詳述すると、前記特許文献１にて提案の発電装置は、密閉されたジンバルと、その中にジンバル軸とスピン軸が直交方向をなすように配置されかつスピン軸を中心としてスピン可能に収めたフライホイールと、フライホイールを高速で回転するスピンモータと、ジンバル軸に増速ギアを介して接続された発電機とを備え、波の運動による浮体の揺れによりジンバルを回転し発電する構成となっている。また、装置には浮体の傾きや角速度を検出するセンサとジンバルの回転角や姿勢を検出するエンコーダを設け、これらの信号を用いて、浮体の揺れとコントロールモーメントジャイロ本体の回転を同期させることにより発電効率を高める。さらに、波の運動は基本的には円運動であることから、波の運動にあわせてジンバル回転を合わせることにより発電効率を高めるものである。
【０００７】
図８（Ａ）において、１０１は浮体であり、この浮体１０１は、図８（Ｂ）に示すように左右の浮体１０１Ａ、１０１Ａを連結部材１０１Ｂ、１０１Ｂで結合した略四角形をしており、後述するコントロームモーメントジャイ式発電装置は前記四角形の浮体の底面１０２の中心部に配置され、また、浮体１０１は適宜アンカー１０３により海底に固定されている。なお浮体１０１は四角形である必要はなく、転覆するおそれのない形状、例えば、船体形、円形、多角形とすることができる。
【０００８】
浮体１０１の中央部底面１０２にはコントロールモーメントジャイロ１０５のジンバル軸受台１０４、１０４が対向して立設されており、このジンバル軸受台１０４、１０４にコントロールモーメントジャイロ１０５のジンバル軸１０６ａ、１０６ｂが回転自在に軸支されている。ジンバル１０６は円筒型をした密閉容器として形成されており、この密閉容器を形成するジンバル１０６内には、ジンバル軸１０６ａ、１０６ｂとスピン軸１０７ａが直交方向をなすように配置されたフライホイール１０７が回転自在に設けられ、フライホイール１０７のスピン軸１０７ａにはスピンモータ１０８が取付けられている。スピンモータ１０８はジンバル容器内（あるいは容器の外側側面）に配置され、この部分から容器内に空気等が入らぬようにシールされている。
【０００９】
ジンバル１０６を形成している密閉型容器内は図示せぬ真空ポンプに接続され、この負圧ポンプによってたとえば、ジンバル１０６内を０．１気圧以下としフライホイール１０７の抵抗を少なくし、風損を減らすようにしている。前記ジンバル１０６の一側の軸１０６ｂにはギヤ機構等からなる増速手段１０９を介して発電機１１０が接続されており、ジンバル１０６が回転することにより発電機１１０によって発電することができるようになっている。なお発電機１１０はジンバル１０６の回転方向に係わらず適宜整流器を介して電力変換器（図示省略）あるいは蓄電器（図示省略）に接続されている。また、ジンバル１０６の他側の軸１０６ａには、前記スピンモータ１０８、真空ポンプ駆動用モータへの給電用のブラシ１１１が取付けられ、適宜電源に接続されている。
【００１０】
また、事故時など非常事態にフライホイールを適切に止めるブレーキを適宜設置することもある。前記発電機１１０は浮体の底面上に設けた台１１２上に載置固定されている。なお、コントロールモーメントジャイロの基本構成、作動は従来のものと同様であり、それらの作動原理の説明は省略する。浮体１０１には、電力、発電機を制御するための制御機器１１３が設けられているとともに、浮体１０１内にバラスト水を注入できるように、その水量を調整するポンプ（図示省略）とバルブ（図示省略）が設けられており、バラスト量によって浮体の揺れの固有周波数を波の周波数に合わせることができる。さらに、浮体１０１には浮体１０１の傾きや角速度を検出する揺れセンサ１１４とジンバル１０６の回転角や姿勢を検出するエンコーダ（ジンバル軸方向センサ）１１５が設けられ、これらは浮体１０１に設けた制御機器１１３に電気的に接続されている。
【００１１】
また浮体１０１に取り付けた発電機を含む各種機器は、全体がカバー１１６等によって覆われ、海水等がかからぬように設計されている。上記構成からなるジャイロ式波力発電装置の作用を説明する。ジャイロ式波力発電装置を海上に浮かべ、フライホイール１０７をスピンモータ１０８によって高速で回転させた状態としておく。波の運動によって浮体１０１が揺動（傾き）すると、この動きがコントロールモーメントジャイロ１０５で受け止められ、ジンバル１０６が回転し、その回転により増速手段１０９を介して発電機１１０を駆動し発電が行われる。発電された電力は適宜蓄電器に蓄電され、あるいは直接インバータ、コンバータ等を介して電力系統に結合される。
【００１２】
この発電状態の時に、制御装置は、浮体の傾きや角速度を検出する揺れセンサ１１４とジンバルの回転角や姿勢を検出するエンコーダ（ジンバル軸方向センサ）１１５の信号を用いて、図９（Ａ）に示す制御ブロックにより浮体の揺れとコントロールモーメントジャイロ本体の回転を同期させ、また、ジャイロ１０５の回転数を発電機側で制御することにより最も効率のよい発電をおこなう。また、浮体１０１内にポンプによってバラスト水を注排水し、その水量によって浮体の揺れの固有周波数を波の周波数に合わせるて発電効率を上げるようにしている。特に夏と冬では波の大きさ、周波数が異なるため、この方式は有効である。上記発電機の制御あるいはバラスト水の制御はパソコン等にインストールしたソフトウエア等によって行う。
【００１３】
また、一台の浮体１０１に対してコントロールモーメントジャイロ１０５を複数セット配置することができる。例えば図９（Ｂ）に示すように２台でペアにし、浮体１０１上でのそれぞれの設置角を異ならせることにより、波の方向に係わらず安定した発電を行うことが可能となる。波の運動は基本的には円運動であり、それにジンバル回転を合わせるとともに、ジャイロ本体の設置方向は波の進行方向に対して斜めにすることが望ましい。また、上記波力発電装置１０１を、図９（Ｃ）に示すように複数台連ねて防波堤のように並べることで静穏海域を創成する消波装置を構成することもできる。  
【００１４】
このような構成の発電装置によって、海上の浮体の揺れをコントロールモーメントジャイロで受け止め、そのエネルギを利用して効率よく発電することができることとなった。また、本装置を構成する密閉されたジンバル内を真空ポンプによって負圧とすることにより、ジンバル内のフライホイールの抵抗を少なくすることができ、スピンモータの駆動エネルギを小さくすることができ、さらに、一台の浮体にコントロールモーメントジャイロを複数セット配置することにより、浮体の不都合な揺れを防止し効率的な発電を行うことができることとなった。さらにまた、浮体内に水をバラストとして入れ、その水量を調整することにより浮体の揺れの固有周波数を波の周波数に合わせ発電効率を上げることができ、また、上記発電装置を備えた浮体を防波堤のように並べてを消波装置とし、静穏海域を創成することができることとなった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前記特許文献１に提案したものでは、矩形状の箱型浮体を想定し、ジンバル軸も水平状としていたため、この方式は既存の船等の浮体に付加する場合に有利で、ある程度の効果は期待できるものの、波に対して発電装置を所定角度に維持しなければならず、潮流、風等の外乱に対する浮体の適正な方向制御が必要であること等から実用化が困難であった。また、様々の装置制御方法においてもさらに工夫が必要であることが分かった。
【００１６】
そこで本発明は、前記提案になるジャイロ式波力発電装置をさらに改良して、簡素な構造で製造が容易でありながら強度も大きく、等方性の確保により波に対する浮体の姿勢・方向に左右されずに、常に安定した発電を可能にしたジャイロ式発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そのため本発明は、浮体と、該浮体に支持されたコントロールモーメントジャイロと、前記コントロールモーメント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コントロールモーメント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において、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コントロールモーメントジャイロを配設したことを特徴とする。また本発明は、前記内筒部内には、複数のコントロールモーメントジャイロを縦列させて連結して設けたタンデム型構成の小容量のコントロールモーメントジャイロを配設したことを特徴とする。また本発明は、前記内筒部内には、複数のコントロールモーメントジャイロを縦列させて分離して設けた対称型構成とするとともに、これらの各コントロールモーメントジャイロを互いに反対方向に回転させることを特徴とする。また本発明は、前記コントロールモーメントジャイロを、浮体の内筒部に挿入固定される装置収容体に収容するとともに、該装置収容体の下端部にバッテリー等の重りを配置したことを特徴とする。また本発明は、前記浮体内に海水等のバラストを出入れ自在に構成して浮体の固有周波数を変え、浮体の周波数と波の周波数を同期させるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記浮体の揺れとジンバル軸の角位置を検出して、ジンバル軸を発電量が最大となる位相に制御するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記浮体の揺れの主振動数成分付近でジンバル軸が回転するように発電機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たことを特徴とする。また本発明は、広範囲の波の状態に対応できるように、前記コントロールモーメントジャイロにおけるフライホイールの回転数を、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（Ｈ2 Ｔ／２）（Ｔ：周期、Ｈ：波高、Ｒ：係数）により求められる付近で運転させることを特徴とする。また本発明は、前記コントロールモーメントジャイロにおけるフライホイールを、出力電力の平準化のためにも兼用できるように、出力電力系統とフライホイール駆動用モータとを直接あるいは適宜の回転数制御器を介して結合し、前記出力電力変動を前記フライホイールで吸収できるように構成したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、浮体と、該浮体に支持されたコントロールモーメントジャイロと、前記コントロールモーメント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コントロールモーメント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において、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コントロールモーメントジャイロを配設したことにより、浮体の内筒と外筒の間のドーナツ形状部によって浮力と波力を受け持って強度と剛性を確保した上で、発電装置を内筒内にコンパクトに収容することができる。しかも、発電装置が鉛直なジンバル軸を有するコントロールモーメントジャイロから構成されたことにより、波の方向に対して浮体の方向を厳しい精度で固定制御することが不要となり、システムが大幅に簡素化できて、常に安定した発電が可能になる。
【００１９】
また、前記内筒部内に、複数のコントロールモーメントジャイロを縦列させて連結して設けたタンデム型構成の小容量のコントロールモーメントジャイロを配設した場合は、発電装置を構成するジャイロ単体の直径等を大きくせずに小さな容量で出力も過大となることなく信頼性を確保して、ジャイロ装置の標準化や量産を可能とした上で、全体として大出力が得られる。さらに、前記内筒部内に、複数のコントロールモーメントジャイロを縦列させて分離して設けた対称型構成とするとともに、これらの各コントロールモーメントジャイロを互いに反対方向に回転させる場合は、前記タンデム型の利点をそのまま保有するとともに、各ジャイロを構成する各フライホイールの回転に伴う反力が全てバランスすることになるので、浮体に余分な運動をさせることがなく、浮体を効率良く波力に追従させて、効率の高い安定した発電が可能となる。
【００２０】
さらにまた、前記コントロールモーメントジャイロを、浮体の内筒部に挿入固定される装置収容体に収容するとともに、該装置収容体の下端部にバッテリー等の重りを配置した場合は、浮力を専ら担う浮体構成部とは独立してコントロールモーメントジャイロ等の発電部を別構造として別途に製造することができ、組付けが容易で設計の自由度が格段に向上する。そして、バッテリーや制御装置等の重量構成物を重りとして下部に配置したので、浮体を含む発電装置全体が安定して転覆等のおそれがない。また、前記浮体内に海水等のバラストを出入れ自在に構成して浮体の固有周波数を変え、浮体の周波数と波の周波数を同期させるように構成した場合は、バラスト水の注排水の水量によって浮体の揺れの固有周波数を波の周波数に合わせるて発電効率を上げることが可能となる。特に夏と冬では波の大きさ、周波数が異なるため、この方式は有効である。
【００２１】
さらに、前記浮体の揺れとジンバル軸の角位置を検出して、ジンバル軸を発電量が最大となる位相に制御するように構成した場合は、浮体の揺れとコントロールモーメントジャイロ本体の回転を同期させて、コントロールモーメントジャイロ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。さらにまた、前記浮体の揺れの主振動数成分付近でジンバル軸が回転するように発電機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た場合は、発電機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、ジャイロの回転数を発電機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。
【００２２】
また、広範囲の波の状態に対応できるように、前記コントロールモーメントジャイロにおけるフライホイールの回転数を、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（Ｈ2 Ｔ／２）（Ｔ：周期、Ｈ：波高、Ｒ：係数）により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の回転数を制御して、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。さらに、前記コントロールモーメントジャイロにおけるフライホイールを、出力電力の平準化のためにも兼用できるように、出力電力系統とフライホイール駆動用モータとを直接あるいは適宜の回転数制御器を介して結合し、前記出力電力変動を前記フライホイールで吸収できるように構成した場合は、慣性を有するフライホイールの特性を利用して、フライホイール駆動用モータと結合された発電機の出力電力の変動を効果的に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１および図２は本発明のジャイロ式波力発電装置の第１実施例を示すもので、図１（Ａ）は浮体への発電装置収容体の組付け前の分解斜視図、図１（Ｂ）は全体断面図、図２はジャイロが回転しフライホイールを断面で示した状態の全体断面図である。図３は本発明のジャイロ式波力発電装置の第２実施例を示す全体断面図である。図４は本発明のジャイロ式波力発電装置の第３実施例を示す全体断面図である。図５はジンバル軸位相制御の説明ブロック図である。図６は発電機の回転数制御の説明ブロック図である。図７（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７（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。
【００２４】
本発明のジャイロ式波力発電装置１の基本的な構成は、図１に示すように、浮体２と、該浮体２に支持されたコントロールモーメントジャイロ５と、前記コントロールモーメントジャイロ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の揺動により前記コントロールモーメントジャイロ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ジャイロ式波力発電装置１において、前記浮体２をドーナツ状に形成するとともに、その内筒部２Ａ内に少なくとも１個の鉛直なジンバル軸６を有するコントロールモーメントジャイロ５を配設したことを特徴とするものである。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明のジャイロ式波力発電装置の第１実施例について詳細に説明する。図１（Ａ）に示すように、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。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傾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。
【００２６】
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の上部には取付フランジ３Ａが形成され、詳細は省略する浮体２の内筒部２Ａの上面にボルト等により固定される。図１（Ｂ）に示すように、円筒状の装置収容体３内には、中央部に配設されたコントロールモーメントジャイロ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、下部に配設され重りを構成する重量物であるバッテリー１２やインバータ等を含む制御装置１３が設置される。そして、浮体２の内部の空間には給排ポンプ１６により、海水等のバラストを出入れ自在に構成される。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るて発電効率を上げるようにしている。給排ポンプ１６は、図示のように浮体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。
【００２７】
中央部に配設された主要部には、コントロールモーメントジャイロ５が鉛直方向のジンバル軸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に示すように、コントロールモーメントジャイロ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室はコントロールモーメントジャイロ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。前記スピンモータ８や真空ポンプ１７はバッテリー１２に接続されており、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。
【００２８】
発電装置１の揺れを検知する揺れセンサ１４が、装置収容体３の上部等の適宜の部位に設置される。また、コントロールモーメントジャイロ５の側壁にはコントロールモーメントジャイロ５の回転角や姿勢を検出するジンバル軸方向センサ（エンコーダ）１５を設け、これらセンサからの信号を用いて、浮体２の揺れとコントロールモーメントジャイロ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運動であることから、波の運動にあわせてジンバル５の回転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、静止部に設置されたバッテリー１２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、エンコーダ１５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。
【００２９】
このような構成のジャイロ式波力発電装置１が波力により傾動すると、コントロールモーメントジャイロ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５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ジャイロ５本体の回転数制御器を粗調整し、ジャイロ本体５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微調整制御することにより、浮体２の揺れとコントロールモーメントジャイロ５本体の回転を同期させて、コントロールモーメントジャイロ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。
【００３０】
図６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。
【００３１】
図７（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７（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、コントロールモーメントジャイロ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（Ｈ2 Ｔ／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。
【実施例２】
【００３２】
図３は本発明のジャイロ式波力発電装置の第２実施例を示す全体断面図である。本実施例のものは、浮体２の構造および装置収容体３の構造等は基本的には前記第１実施例のものと同様であるが、本実施例のものは、前記内筒部内の装置収容体３に、複数のコントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂを縦列させて連結して設けたタンデム型構成の小容量のコントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂを配設したものである。上下に２つのやや小型のコントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂを、鉛直のジンバル軸６によって直列に縦列させて連結して一体構成とした。第１コントロールモーメントジャイロ５Ａは、第１ジンバル軸６Ａおよび第２ジンバル軸６Ｂが第１ジンバル軸受台４Ａおよび第２ジンバル軸受台４Ｂにて軸支され、第２コントロールモーメントジャイロ５Ｂは、第２ジンバル軸６Ｂおよび第３ジンバル軸６Ｃが第２ジンバル軸受台４Ｂおよび第３ジンバル軸受台４Ｃにて軸支される。
【００３３】
第１コントロールモーメントジャイロ５Ａ内には第１フライホイール７Ａが第１スピンモータ８Ａにより回転駆動され、第１ジンバル軸方向センサ１５Ａにて角位置が監視される。第２コントロールモーメントジャイロ５Ｂ内には第２フライホイール７Ｂが第２スピンモータ８Ｂにより回転駆動され、第２ジンバル軸方向センサ１５Ｂにて角位置が監視される。このような構成により、発電装置を構成するジャイロ単体の直径等を大きくせずに小さな容量で出力も過大となることなく信頼性を確保して、ジャイロ装置の標準化や量産を可能とした上で、全体として大出力が得られる。本実施例では、第１コントロールモーメントジャイロ５Ａと第２コントロールモーメントジャイロ５Ｂとが一体にてジンバル軸６Ａ、６Ｂを回転駆動するので、静止部との信号の伝達を行うスリップリング１１はジンバル軸６Ｃの最下端部に設置される。
【実施例３】
【００３４】
図４は本発明のジャイロ式波力発電装置の第３実施例を示す全体断面図である。本実施例のものは、内筒部内の装置収容体３に、複数の第１および第２コントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂを縦列させて分離して設けるとともに、これらの各コントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂを互いに反対方向に回転させて対称型構成としたものである。したがって、第１および第２コントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂは、それぞれ第１および第２増速手段９Ａ、９Ｂを介して第１および第２発電機１０Ａ、１０Ｂを保有する。これらのジャイロ５Ａ、５Ｂは、ジンバル軸６Ｂと６Ｃとの間で分離されている。したがって、静止部との信号の伝達を行うスリップリング１１Ａ、１１Ｂはジンバル軸６Ｂ、６Ｃ対向端部に設置されている。また、対向して設置された第１および第２のコントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂの向きを正確に同期させるため、ジンバル軸６Ｂ、６Ｃの対向端部に傘歯車１８Ａ、１８Ｂ等を設け、これらの傘歯車１８Ａ、１８Ｂに噛合するアイドル傘歯車１９を設けたアイドル軸２０で結合する。
【００３５】
第１および第２コントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂにおける第１フライホイール７Ａ、第２フライホイール７Ｂは、それぞれ第１および第２スピンモータ８Ａ、８Ｂによって、互いに反対方向に回転駆動される。このような構成により、前記タンデム型の利点をそのまま保有するとともに、各ジャイロ５Ａ、５Ｂを構成する各フライホイール７Ａ、７Ｂの回転に伴う反力が全てバランスすることになるので、浮体２に余分な運動をさせることがなく、浮体２を効率良く波力に追従させて、効率の高い安定した発電が可能となる。また、ジンバル軸６Ｂ、６Ｃの対向端部に設けた傘歯車１８Ａ、１８Ｂと、これらの傘歯車１８Ａ、１８Ｂに噛合するアイドル傘歯車１９を設けたアイドル軸２０により、両方のコントロールモーメントジャイロ５Ａ、５Ｂが正確に同期して回転し、上記のバランスが正確に達成できる。
【００３６】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内にて、浮体の形状（ドーナツ形状を構成する内筒、外筒部およびテーパ状円板部の長さの比率等、これらにより形成される浮体の断面形状、例えば外筒部を円弧状の曲面としてもよい）、形式、コントロールモーメントジャイロ等が収容される装置収容体の形状、形式（浮体への挿入形式に限らず、装置収容体を廃止して浮体の内筒内にジャイロ等を直接設置して、内筒の上下を蓋で閉塞する形式としてもよい）、およびその浮体への固定形態、ジンバル軸の軸支形態、増速手段および発電機の形状、形式およびその配設部位、複数のコントロールモーメントジャイロの配列形態（鉛直軸を複数有する多数ジャイロ形式としてもよい）、タンデム型構成および対称型構成の形状、形式、バッテリーやインバータ等の制御機器の形状、形式およびその配設部位（好適には重りとして下位に配置するのが好適であるが、転覆のおそれがなければ適宜位置でもよい）、給排ポンプ等による海水等のバラストの出入れ形態、給排ポンプの形状、形式およびその配設部位、浮体周波数と波周波数の同期形態、揺れセンサおよびジンバル軸の軸方向センサの形式およびその配設部位、ジンバル軸をの位相の制御形態、発電機の回転数制御形態、フライホイールの回転数制御形態等については適宜選定できる。また、本発明は上記実施形態に限定することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のジャイロ式波力発電装置の第１実施例を示すもので、図１（Ａ）は浮体への発電装置収容体の組付け前の分解斜視図、図１（Ｂ）は全体断面図である。
【図２】同、ジャイロが回転しフライホイールを断面で示した状態の全体断面図である。
【図３】本発明のジャイロ式波力発電装置の第２実施例を示す全体断面図である。
【図４】本発明のジャイロ式波力発電装置の第３実施例を示す全体断面図である。
【図５】本発明のジンバル軸位相制御の説明ブロック図である。
【図６】同、発電機の回転数制御の説明ブロック図である。
【図７】同、図７（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７（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。
【図８】本発明の基礎となったジャイロ式波力発電装置の断面および浮体の斜視図である。
【図９】同、発電装置の制御ブロック図、ジャイロの配置例図および消波装置としての使用例図である。
【符号の説明】
【００３８】
１            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            発電装置収容体
３Ａ            取付フランジ
４            ジンバル軸受台
５            コントロールモーメントジャイロ
６            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
１１            スリップリング
１２            バッテリー（重り）
１３            制御機器（重り）
１４            揺れセンサ
１５            ジンバル軸方向センサ（エンコーダ）
１６            給排ポンプ
１７            真空ポンプ
１８Ａ            第１傘歯車
１８Ｂ            第２傘歯車
１９            アイドル傘歯車
２０            アイドル軸
【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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【図９】
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