(57)【要約】【課題】浮体の動揺量をより大きくするために洋上の風力を利用する。【解決手段】浮体２の上方に設置される帆３と、この帆３を起立又は倒伏させる駆動機構４とを備える。駆動機構４は、浮体２の傾斜状態に応じて、浮体２が風向と同方向に動揺するときにのみ帆３を起立させ、浮体２が風向と逆方向に動揺するときは帆３を倒伏させるようにする。【効果】浮体が風向と同じ方向に運動するときにのみ帆を起立させるので、風力を有効に利用し浮体の動揺量が大きくなる。浮体が風向に逆らって運動するときは帆を倒伏させるので、帆が受ける空気抵抗を最小にして浮体の復原運動を妨げない。よって、ジャイロ式波力発電装置の発電量が増加し、発電効率が高くなる。【選択図】図１
2013204578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体の上方に設置される帆と、この帆を起立又は倒伏させる駆動機構とを備え、前記駆動機構は、前記浮体の傾斜状態に応じて、前記浮体が風向と同方向に動揺するときにのみ前記帆を起立させ、前記浮体が風向と逆方向に動揺するときは前記帆を倒伏させることを特徴とするジャイロ式波力発電装置用浮体。
【請求項２】
前記帆は、従動軸の回転によって起立又は倒伏されるものであって、
前記駆動機構は、駆動体と、この駆動体内を移動可能な質量体と、前記駆動体の側面に取り付けられた駆動軸と、この駆動軸の回転により前記従動軸を回転させる伝動機構と、を備え、
前記浮体が揺動したとき、前記質量体の移動により前記駆動体が前記駆動軸を中心に回転し、前記駆動体の回転による前記駆動軸の回転により前記伝動機構を介して前記従動軸が回転し、前記従動軸の回転により前記帆を起立又は倒伏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用浮体。
【請求項３】
前記伝動機構は、
前記駆動軸に取り付けた駆動歯車と、
前記従動軸に取り付けられ、前記駆動歯車と噛み合わされる従動歯車とで構成され、
前記駆動軸の回転量よりも前記従動軸の回転量を増幅することを特徴とする請求項２に記載のジャイロ式波力発電装置用浮体。
【請求項４】
前記伝動機構は、
前記駆動軸に取り付けた駆動プーリーと、
前記従動軸に取り付けられ、前記駆動プーリーの回転量を増幅する従動プーリーと、
前記駆動プーリーと従動プーリーとに巻き掛けられる伝動ベルトとで構成されることを特徴とする請求項２に記載のジャイロ式波力発電装置用浮体。
【請求項５】
前記駆動軸の回転方向と前記従動軸の回転方向を同一にすると共に、前記帆に所定の風速以上の風が作用したときは前記帆が倒伏するように、前記駆動体の回転により発生するモーメント量を調整したことを特徴とする請求項２に記載のジャイロ式波力発電装置用浮体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力エネルギーを有効に利用して浮体の動揺量を高めることができるジャイロ式波力発電装置用の浮体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波力発電は、周囲を海に囲まれた日本では有望な発電方式の一つである。波力発電の方式には、波浪によるエネルギーを一旦空気等の流れに変換してタービンを回転させるものもあるが、このような流体を用いるタービン式の装置は、効率の良い発電ができる波浪の大きさ等の条件が限られているため、効率を上げるためには装置が大型化して経済的でない。
【０００３】
そこで、近年、流体を用いない方式の装置として、例えば、浮体と、浮体に支持されたジャイロと、このジャイロのジンバル軸に増速手段を介して接続された発電機とを備え、波浪による浮体の揺動によりジャイロのジンバルを回転させて発電機を駆動するジャイロ式の波力発電装置が提案されている。
【０００４】
このジャイロ式の装置では、波浪による浮体の動揺をジャイロのジンバルの回転エネルギーに変換して発電するので、発電機の発電量は浮体の動揺量に依存する。そのため、発電効率を高めるために、より揺れやすい浮体の構造が種々提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、円筒状の装置収容体に少なくとも１個の鉛直なジンバル軸を有するジャイロを配設し、この装置収容体を内筒部に挿入・固定したドーナツ状の浮体を海面に浮遊させる構成が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、縦横の長さが異なる矩形環状の浮体の短辺の中央部からアンカーを吊り下げる構成が開示されている。また、特許文献３には、一端が海底に固定され、他端が海上に延設された支持構造物に、自在継手を介して揺動自在に浮体を固定する構成が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３で提案された何れの浮体も、浮体の動揺量を大きくするために洋上の風力を利用することは考慮されていない。
【０００８】
仮に、従来の浮体の上方に風を受けるための帆を立てたとしても、単に帆を立設するのみでは、浮体が風向と逆方向に復原運動するときに、帆が受ける空気抵抗によって浮体の復原運動が妨げられるため、浮体の動揺量は大きくならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許４４６９６２０号
【特許文献２】特許４８２１００８号
【特許文献３】特許４８１０６６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする問題点は、従来のジャイロ式波力発電装置用浮体は、浮体の動揺量をより大きくするために風力を利用することはできなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のジャイロ式波力発電装置用浮体は、風力を利用して浮体の動揺量をより大きくし、発電効率を高めるという目的を達成するために、
浮体の上方に設置される帆と、この帆を起立又は倒伏させる駆動機構とを備え、前記駆動機構は、前記浮体の傾斜状態に応じて、前記浮体が風向と同方向に動揺するときにのみ前記帆を起立させ、前記浮体が風向と逆方向に動揺するときは前記帆を倒伏させることを最も主要な特徴としている。
【００１２】
上記本発明によれば、波浪によって揺動する浮体の傾斜状態に応じて、浮体が風向と同じ方向に運動するときにのみ帆を起立させるので、帆が受ける風の力による風圧モーメントを利用して浮体の回転方向の動揺量が増加する。
【００１３】
他方、上記本発明では、浮体が風向に逆らって運動するときは帆を倒伏させるので、帆が受ける空気抵抗を最小にして浮体の復原運動を阻害しない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のジャイロ式波力発電装置用浮体は、浮体が風向と同方向に動揺するときにのみ帆を起立させ、浮体が風向と逆方向に動揺するときは帆を倒伏させる駆動機構を備えているので、風力による風圧モーメントを有効に利用して浮体の回転方向の動揺量が大きくなる。
【００１５】
よって、上記本発明の構成によれば、浮体の回転方向の動揺量が大きくなるので、浮体に支持又は搭載されたジャイロ式波力発電装置の発電量が増加し、発電効率が高くなる。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例のジャイロ式波力発電装置用浮体の構成を説明する一部切り欠き図で、（ａ）は正面の方向から見た図、（ｂ）は側面の方向から見た図、（ｃ）は平面の方向から見た図である。
【図２】浮体の揺動と帆の起立又は倒伏のタイミングを説明する図であり、（ａ）は帆起立時（水平時）、（ｂ）は帆起立時（終末期）、（ｃ）は帆倒伏時（初期）の説明図である。
【図３】浮体の揺動と帆の起立又は倒伏のタイミングを説明する図であり、（ａ）は帆倒伏時（水平時）、（ｂ）は帆倒伏時（終末期）、（ｃ）は帆起立時（初期）の説明図である。
【図４】強風対策を考慮した実施例の構成を説明する図であり、（ａ）は帆起立時に強風が作用し始めた状態の図、（ｂ）は強風の作用によって風向と同方向に帆が倒伏した状態の図である。
【図５】質量体の例を説明する図であり、（ａ）は複数の金属球、（ｂ）は水などの流体、（ｃ）は車輪及びレールを用いる場合の図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図５を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１において、１は、波浪によって動揺し復原運動を行う浮体２と、この浮体２の上に支持されたジャイロ式波力発電装置１９と、浮体２の上方に設置され風力を受ける帆３とを備えると共に、帆３を所要のタイミングで起立又は倒伏させる駆動機構４を備えた本実施例のジャイロ式波力発電装置用浮体を示している。
【００１９】
浮体２は、本実施例においては鋼製の浮体を用いており、中空構造とすることで必要な浮力を得ている。この浮体２は、漂流防止のために、係留索（不図示）で海底に係留されている。また、帆３は、本実施例においてはトラス状の骨部材にシート状部材を張り付けた構造のものを使用している。
【００２０】
帆３のシート状部材は、例えば塩化ビニル、アクリル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリオレフィンなどの耐候性に優れた樹脂製のフィルムあるいはそれらの繊維で編まれた布を用いることができる。
【００２１】
帆３の骨部材には、図１（ａ）に示すように、帆３を回動するための従動軸５が取り付けられている。よって、帆３は、従動軸５を回転させることによって、起立状態から倒伏状態へ、あるいは、倒伏状態から起立状態へ、起立又は倒伏の状態を切り換えることができる。
【００２２】
駆動機構４は、円筒状の筒体からなり内部は空洞の状態である駆動体６と、この駆動体６の内部を図１（ｂ）の紙面左右方向に自由に転がって移動可能な金属球からなる質量体７と、駆動体６の側面に取り付けられた駆動軸８と、この駆動軸８の回転により従動軸５を回転させる伝動機構９を有している。
【００２３】
伝動機構９は、本実施例においては、駆動軸８に取り付けた駆動歯車１０と、従動軸５に取り付けられ、駆動歯車１０と噛み合わされる従動歯車１１とで構成される歯車装置を用いている。
【００２４】
そのため、駆動体６が駆動軸８を中心に回転したときの回転力は、駆動歯車１０及び従動歯車１１を介して従動軸５に伝達されるので、駆動軸８が回転することによって従動軸５が回転し、帆３を起立又は倒伏させることができる。
【００２５】
すなわち、本実施例のジャイロ式波力発電装置用浮体１は、
前記帆３は、従動軸５の回転によって起立又は倒伏されるものであって、
前記駆動機構４は、駆動体６と、この駆動体６内を移動可能な質量体７と、前記駆動体６の側面に取り付けられた駆動軸８と、この駆動軸８の回転により前記従動軸５を回転させる伝動機構９と、を備え、
前記浮体２が揺動したとき、前記質量体７の移動により前記駆動体６が前記駆動軸８を中心に回転し、前記駆動体６の回転による前記駆動軸８の回転により前記伝動機構９を介して前記従動軸５が回転し、前記従動軸５の回転により前記帆３を起立又は倒伏させるものである。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、駆動体６は、浮体２が水平の状態のときに水平面に対し所定の角度で傾斜するように設置されている。この駆動体６の傾斜角は、帆３の起立と倒伏を切り替える浮体２の傾斜角となる。
【００２７】
本発明者らが種々検討したところによると、図１（ｂ）の状態における駆動体６の傾斜角は、水平面を基準として±１０〜３０°の範囲が好ましいことが判明している。３０°よりも大きい場合は、ジャイロ式波力発電装置用浮体１が転覆する危険性が高まるからである。また、１０°よりも小さい場合は、風力を利用して、その風圧モーメントが作用することによって、浮体の回転方向の揺動を大きくするという本発明の効果が得られにくくなるからである。
【００２８】
また、本実施例においては、上記歯車装置における駆動歯車１０の歯の数は、従動歯車１１の歯の数よりも多くして、駆動軸８の回転量よりも従動軸５の回転量を増幅するようにしている。この場合、回転量を増幅させる量は、帆３を起立又は倒伏させるのに必要な回転量から決定する。
【００２９】
すなわち、本実施例のジャイロ式波力発電装置用浮体１は、
伝動機構９が、前記駆動軸８に取り付けた駆動歯車１０と、前記従動軸５に取り付けられ、前記駆動歯車１０と噛み合わされる従動歯車１１とで構成され、前記駆動軸８の回転量よりも前記従動軸５の回転量を増幅するものである。
【００３０】
１２は、駆動歯車１０及び従動歯車１１を内蔵すると共に、駆動軸８の一端と従動軸５の一端を夫々軸支する軸受１３，１４を備えた中央支持体を示している。本実施例では、中央支持体１２は、駆動体６を挟む位置に２つ設置されている。なお、図１（ａ）及び（ｃ）では、内部の歯車装置が見えるように、中央支持体１２は筐体を一部切り欠いて図示している。
【００３１】
１６は、従動軸５の他端を軸支する軸受１５を備え、中央支持体１２と共に帆３を支える端部支持体を示している。端部支持体１６は、浮体２の両端に２つ設置されている。
【００３２】
１７は、駆動体６の内部を移動する質量体７が、駆動体６の両端の内壁面に衝突するときの衝撃を緩和する緩衝材を示している。緩衝材１７の材質は、例えばゴム、発泡プラスチック、衝撃吸収ゲル、コイルばね等を用いることができる。また、これらの緩衝材１７の材質は単体で用いても良いし、組み合わせても良い。
【００３３】
１８は、駆動体６が回転したときに、駆動体６の両端部が駆動体６の設置面と衝突するときの衝撃を緩和する駆動体保持部材を示している。駆動体保持部材１８の材質は、例えばゴム等を用いることができる。
【００３４】
１９は、ジャイロ式波力発電装置を示している。ジャイロ式波力発電装置１９の筐体内には、波浪による揺動によって回転するシンバルや、シンバルの回転中心となるジンバル軸、シンバル軸を軸支するためのジンバル軸受台、ホイール支持軸を中心に回転するフライホイールなどの主要な駆動部と、ジンバル軸に増速手段を介して接続された発電機などが実装されている。
【００３５】
以上の構成によれば、駆動機構４は、浮体２の傾斜状態に応じて、浮体２が風向と同方向に動揺するときにのみ帆３を起立させ、前記浮体２が風向と逆方向に動揺するときは前記帆３を倒伏させることができる。
【００３６】
次に、図２及び図３を参照しながら、浮体の揺動と帆の起立又は倒伏のタイミングについて、より詳細に説明する。図２及び図３では、風は紙面左側から右側の方向に吹いている。
【００３７】
１）  浮体２が水平で帆３が起立している図２（ａ）の状態のときは、帆３が風力を受けることで抗力が発生し、浮体２は風下方向へ傾斜し始める。このとき、駆動体６内の質量体７は、紙面に向かって左側の端部に位置している。
【００３８】
２）  浮体２が風下方向（時計周りの方向）に傾斜し、図２（ｂ）に示すように、水平面と駆動体６のなす角度θが負の角度（０°よりも小さい角度）の状態になると、駆動体６内の質量体７が重力により転がり、逆側（紙面に向かって右側）の端部へ移動する。
【００３９】
３）  質量体７が逆側の端部に移動することで駆動軸８にモーメントが発生し、駆動体６が駆動体支持部材１８に接触するまで駆動軸８を中心に時計周りの方向に回転する。この駆動軸８の回転力は、中央支持体１２内の駆動歯車１０及び従動歯車１１を介して従動軸５に伝達され、図２（ｃ）に示すように、帆３は風向と逆方向（反時計周りの方向）に回転して倒伏する。
【００４０】
４）  浮体２は、図２（ｃ）の状態から、浮体２自身が持つ復原力により逆方向（反時計周りの方向）にモーメントが発生し、風上側に運動し始める。図３（ａ）に示すように、浮体２が水平になった後も、慣性力が働くので、浮体２は風上側にさらに傾斜する。
【００４１】
５）  浮体２が風上側に傾斜し、水平面と駆動体６のなす角度θが正の角度（０°よりも大きい角度）の状態になると、駆動体６内の質量体７が重力により転がり、図３（ｂ）に示すように、逆側（紙面に向かって左側）の端部へ移動する。
【００４２】
６）  質量体７が逆側の端部に移動することで駆動軸８にモーメントが発生し、駆動体６が駆動体支持部材１８に接触するまで駆動軸８を中心に反時計回りの方向に回転する。この駆動軸８の回転力は、中央支持体１２内の駆動歯車１０及び従動歯車１１を介して従動軸５に伝達され、図３（ｃ）に示すように、帆３は風向と同方向（時計周りの方向）に回転して起立する。
【００４３】
以上のようにして、浮体２及び帆３は上記１）の状態に戻り、以後も上記１）〜６）の動作を繰り返すことになる。
【００４４】
このように、本実施例のジャイロ式波力発電装置用浮体１は、浮体２が風向と同方向に動揺するときにのみ帆３を起立させることができるので、帆が受ける風の力による風圧モーメントを利用して浮体の回転方向の動揺量が増加する。また、浮体２が風向と逆方向に動揺するときは、帆３を風向と逆方向に倒伏させることができるので、帆３が受ける空気抵抗を最小にして浮体の復原運動を妨げない。よって、浮体の回転方向の動揺量が大きくなるので、ジャイロ式波力発電装置１９の発電効率を高めることができる。
【００４５】
図４は、強風対策を考慮した第２実施例の構成を説明する図である。前述の実施例との構成上の違いは、中央支持体１２内の伝動機構９において、駆動歯車１０と従動歯車１１の間に中間歯車２０が介在している点である。
【００４６】
また、第２実施例では、帆３が受ける風力が所定の強さ以上となったときに、従動軸５まわりのモーメントが、質量体７による駆動軸８まわりのモーメントよりも大きくなるように、伝道機構９の従動歯車１１、中間歯車２０、駆動歯車１０の歯の数を調整する。
【００４７】
よって、第２実施例では、駆動体６の回転方向と帆３の回転方向は同一となり、図４（ａ）に示すように、帆３に所定の風速以上の強い風が作用し始めたときは、図４（ｂ）に示すように、帆３を風向と同方向に倒伏させることができる。なお、２１は、中間歯車２０の回転軸を示している。
【００４８】
このように、第２実施例のジャイロ式波力発電装置用浮体１は、前記駆動軸８の回転方向と前記従動軸５の回転方向を同一にすると共に、前記帆３に所定の風速以上の風が作用したときは前記帆３が倒伏するように、前記駆動体６の回転により発生するモーメント量を調整したものである。
【００４９】
第２実施例では、強風等によって帆３に過度の抗力が作用した場合は、浮体２の傾斜角度に関係なく風力により駆動体６が回転して帆３が風向と同一方向に倒伏するので、浮体２の過剰な動揺や帆３及び駆動機構４の破損を防止することができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明のジャイロ式波力発電装置用浮体は、風向と同じ方向に運動するときにのみ帆を起立し、帆が受ける風の力による風圧モーメントを利用して浮体の回転方向の動揺量が増加し、風向に逆らって運動するときには帆を倒伏し、帆が受ける空気抵抗を最小にすることで浮体の復原力による運動を阻害しない機構を設けたので、洋上の風力による風圧モーメントを有効に利用して浮体の動揺量が大きくなる。よって、ジャイロ式波力発電装置の発電量も大きくなり、発電効率が高くなる。
【００５１】
また、本発明では、帆の起立又は倒伏を行う駆動機構の制御に、油空圧機器やモーターなどの動力源を必要としない。よって、電力を消費しないので、ジャイロ式波力発電装置で発電した電力を減少させることはない。
【００５２】
また、第２実施例の構成によれば、暴風時には帆が倒伏状態を維持し、浮体の転覆や帆の破損を防ぐことができる。
【００５３】
本発明は、前記の実施例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００５４】
例えば、前記実施例では、駆動体６内の質量体７の構成としては単一の金属球を使用する例を示したが、質量体７は、図５（ａ）に示すように、複数の金属球７１を使用しても良い。また、質量体７は、金属球に限らず、図５（ｂ）に示すように、水、砂などの流体７２を用いても良い。
【００５５】
さらに、質量体７は、図５（ｃ）に示すような、車輪７３を備えた台車７４とすることも可能であり、この場合、駆動体６の内面に取り付けたレール６１上を移動させ、両端は輪止め６２で受け止める構成とすれば良い。なお、駆動体６の形状についても、実施例で示した円筒状のものに限らず、例えば直方体でも良い。
【００５６】
また、前記実施例では、浮体２は矩形状のものを示したが、浮体２の形状はこれに限らない。浮体２は、例えば円形、円筒形、半球形、環状でも良く、２つ以上に分割された浮体でも良い。
【００５７】
また、前記実施例では、鋼製で中空構造の浮体２を示したが、浮体２の材質は、例えば耐候性に優れた樹脂や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などを用いても良い。また、浮体２に係留索を設ける場合、例えば３点係留もしくは４点係留とすることが可能で、係留方法は限定されない。
【００５８】
また、前記実施例では、帆３は１つ設ける例を示したが、帆３は複数設置しても良い。この場合、風向に対し、垂直となる方向に複数の帆３を並設することが望ましい。また、帆３の起立時の角度は、浮体２が水平状態のときに水平面に対して９０°であることが望ましいが、これ以外の角度でも良い。
【００５９】
また、前記実施例では、帆３は、耐候性に優れた樹脂製のフィルムあるいはそれらの繊維で編まれた布を用いる例を開示したが、これに限らない。帆３は、例えば炭素繊維またはガラス繊維で編まれた布でも良いし、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の板や金属製の板を使用しても良い。
【００６０】
また、前記実施例では、駆動軸８の回転量を増幅する伝動機構として駆動歯車１０及び従動歯車１１よりなる歯車装置を用いたが、これに限らない。例えば、駆動プーリーと従動プーリーと伝動ベルトを用いた機構でも良い。
【００６１】
すなわち、本発明の伝動機構９は、前記駆動軸８に取り付けた駆動プーリーと、前記従動軸５に取り付けられ、前記駆動プーリーの回転量を増幅する従動プーリーと、前記駆動プーリーと従動プーリーとに巻き掛けられる伝動ベルトとで構成しても良い。
【００６２】
この場合、駆動プーリーの径を従動プーリーの径よりも大きくすれば、駆動体８の回転量を増幅して帆３を起立又は倒伏させることができる。なお、本発明では、駆動軸８の回転量を増幅する機構は必要に応じて設ければ良く、必須の機構ではない。
【００６３】
また、前記実施例では、浮体２の上にジャイロ式波力発電装置１９を支持させた例を開示したが、ジャイロ式波力発電装置１９は浮体２内に搭載されていても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１  ジャイロ式波力発電装置用浮体
２  浮体
３  帆
４  駆動機構
５  従動軸
６  駆動体
７  質量体
８  駆動軸
９  伝動機構
１０  駆動歯車
１１  従動歯車
１２  中央支持体
１３  軸受（駆動軸用）
１４  軸受（従動軸用）
１５  軸受（従動軸用）
１６  端部支持体
１７  緩衝材
１８  駆動体保持部材
１９  ジャイロ式波力発電装置
２０  中間歯車
２１  回転軸
【図１】
2013204578.tif 000003
【図２】
2013204578.tif 000004
【図３】
2013204578.tif 000005
【図４】
2013204578.tif 000006
【図５】
2013204578.tif 000007