(57)【要約】【課題】波力発電装置の固有振動数を調整する際の消費電力を可及的に抑えることができる波力発電装置を提供する。【解決手段】バネを介して浮体の内部に取り付けられて、水面の変動に応じて往復直線運動するウェイト３と、ウェイト３の往復直線運動から取り出された回転力により回転するボールネジ軸５と、ボールネジ軸５に駆動されて発電する発電機８と、ボールネジ軸５によって回転させられることによる回転慣性力によって、ウェイト３の質量に対して回転慣性付加質量を付加する付加質量体６とを備えている。付加質量体６の回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構と、回転慣性付加質量変更機構を、往復動作によって駆動するアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０の往復動作を制御することにより、回転慣性付加質量を調整する制御部とを備えている。【選択図】図２
2013155609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネを介して浮体の内部に取り付けられて、水面の変動に応じて往復直線運動する振動体と、
該振動体の往復直線運動を回転運動に変換する変換機構と、
該変換機構を介して取り出された回転力により回転する回転軸体と、
該回転軸体に駆動されて発電する発電機と、
前記回転軸体によって回転させられることによる回転慣性力によって、前記振動体の質量に対して回転慣性付加質量を付加する付加質量体と、
を備えた波力発電装置において、
前記付加質量体の回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構と、
該回転慣性付加質量変更機構を、往復動作によって駆動するアクチュエータと、
該アクチュエータの往復動作を制御することにより、前記回転慣性付加質量を調整する制御部と、
を備えていることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記付加質量体は、回転体を備え、
前記回転慣性付加質量変更機構は、
前記回転体に対して固定され、該回転体の中心側から半径方向に延在して設けられた送りネジ軸と、
該送りネジ軸に対して螺合するとともに、該送りネジ軸の延在方向に移動可能とされた移動錘と、
該送りネジ軸に固定された送りネジ軸側歯車と、
該送りネジ軸側歯車に対して接近離間して噛合または非噛合を行うとともに、前記回転体とともに回転しないように設置された噛合部と、
を備え、
前記アクチュエータの往復動作によって、前記噛合部を前記送りネジ軸側歯車に対して接近離間させて噛合または非噛合を行うことを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記付加質量体は、前記回転軸体に対して一端が支持された連結棒の他端に固定された錘を備え、
前記回転慣性付加質量変更機構は、
前記連結棒と、
該連結棒の前記他端が前記回転軸体に対して半径方向に変位可能となるように、該連結棒の前記一端を前記回転軸体に対して揺動可能に支持する揺動支持部と、
前記連結棒の中途位置をスライド可能に支持するとともに、前記回転軸体に沿って往復動することによって前記連結棒の揺動を行う連結棒支持体と、
を備え、
前記アクチュエータの往復動作によって、前記連結棒支持体を往復動させることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記付加質量体は、前記回転軸体に対して並列に設けられた第２回転軸体に固定された回転体とされ、
前記回転慣性付加質量変更機構は、
前記回転軸体に設けられた第１プーリと、
前記第２回転軸体に設けられた第２プーリと、
前記第１プーリと前記第２プーリとの間に巻回されたベルト５２と、
を備え、
前記第１プーリおよび前記第２プーリは、それぞれ、軸方向に相対的に接近離間することによって前記ベルトが巻回される半径が変更可能とされた円錐形状側面を有して対向配置された一対のプーリから構成され、
前記アクチュエータの往復動作によって、それぞれの前記一対のプーリを軸方向に相対移動させることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項５】
前記付加質量体は、前記回転軸体に対して並列に設けられた第２回転軸体に固定された回転体とされ、
前記回転慣性付加質量変更機構は、
前記回転軸体に設けられ、一方向から他方向に向けて半径が増大する円錐形状側面を有する第１ディスクと、
前記第２回転軸体に設けられ、前記一方向から前記他方向に向けて半径が減少する円錐形状側面を有する第２ディスクと、
前記第１ディスクと前記第２ディスクとの間に設けられ、これらディスク間の動力を伝達するローラと、
を備え、
前記アクチュエータの往復動債によって、前記ローラを各前記ディスク間の側面に沿って往復動させることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波力発電装置としては、二つの物体を上下方向に互いに相対運動させて発電機を駆動するものが知られている。例えば、特許文献１には、海上に浮かぶ密閉されたブイ内に、バネを介して振動子を上下方向に変位自在に支持した波力発電装置が開示されている。この波力発電装置は、波によって振動するブイとブイ内で振動する振動子との相対運動エネルギーから電気エネルギーを取り出すようになっている。そして、同特許文献１には、実海域における種々の波周期帯に対応させるために、振動子に可変容量タンクを固定し、ブイの底部に固定したタンクとの間でアクチュエータを用いて水を給排水することによって振動子の固有振動数を調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９７９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された波力発電装置は、可変容量タンクに加えて水を保有するための底部タンクを備える必要があり、また、水を給排水するためにアクチュエータによってピストンを動作させる必要がある。これでは、構造が複雑になるだけでなく、水を給排水するための動力が大きくなりアクチュエータの消費電力が大きくなるという問題がある。アクチュエータの消費電力が大きくなると、波力発電にて発電した電力の多くをアクチュエータにて消費してしまうことになり、波力発電装置の高効率化への妨げとなる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、波力発電装置の固有振動数を調整する際の消費電力を可及的に抑えることができる波力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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の波力発電装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる波力発電装置は、バネを介して浮体の内部に取り付けられて、水面の変動に応じて往復直線運動する振動体と、該振動体の往復直線運動を回転運動に変換する変換機構と、該変換機構を介して取り出された回転力により回転する回転軸体と、該回転軸体に駆動されて発電する発電機と、前記回転軸体によって回転させられることによる回転慣性力によって、前記振動体の質量に対して回転慣性付加質量を付加する付加質量体とを備えた波力発電装置において、前記付加質量体の回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構と、該回転慣性付加質量変更機構を、往復動作によって駆動するアクチュエータと、該アクチュエータの往復動作を制御することにより、前記回転慣性付加質量を調整する制御部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
浮体の内部にバネを介して取り付けられた振動体は、水面の変動に応じて往復直線運動を行う。この往復直線運動に基づいて発電機を駆動し、発電を行う。本発明に係る波力発電装置によれば、振動体の質量をｍ、付加質量体の回転慣性付加質量をΔｍとした場合、周波数ｆｎは下式（１）から求められることになる。
【数１】
2013155609.tif 000003
すなわち、付加質量体の回転慣性付加質量Δｍを変化させることにより、周波数ｆｎを変化させることができる。
【０００８】
回転慣性付加質量Δｍは、回転慣性付加質量変更機構によって変化させられる。また、回転慣性付加質量を変化させるには、回転する付加質量体の慣性モーメントすなわち偏心量を変化させるだけで済むので、特許文献１で示されているような水を汲み上げる場合ほど大きな動力を必要としない。
そこで、本発明では、制御部の指令によってアクチュエータを往復動作させ、この往復動作に基づいて回転慣性付加質量変更機構を駆動させることとした。このように、アクチュエータの往復動作のみによって回転慣性付加質量変更機構を駆動させるだけで回転慣性付加質量を調整することができるので、アクチュエータを往復動作させるだけの可及的に少ない消費電力によって回転慣性付加質量を調整することができる。
【０００９】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記付加質量体は、回転体を備え、前記回転慣性付加質量変更機構は、前記回転体に対して固定され、該回転体の中心側から半径方向に延在して設けられた送りネジ軸と、該送りネジ軸に対して螺合するとともに、該送りネジ軸の延在方向に移動可能とされた移動錘と、該送りネジ軸に固定された送りネジ軸側歯車と、該送りネジ軸側歯車に対して接近離間して噛合または非噛合を行うとともに、前記回転体とともに回転しないように設置された噛合部とを備え、前記アクチュエータの往復動作によって、前記噛合部を前記送りネジ軸側歯車に対して接近離間させて噛合または非噛合を行うことを特徴とする。
【００１０】
アクチュエータを往復動作させると、噛合部が送りネジ軸側歯車に対して噛合または非噛合を行う。このとき、回転体とともに送りネジ軸は回転体中心回りを回転する一方で、噛合部は回転体とともに回転しないので、噛合部と送りネジ軸側歯車とが噛合すると、噛合部によって送りネジ軸側歯車が相対的に回転し、送りネジ軸がネジ軸線回りに回転させられることになる。送りネジ軸が回転すると、送りネジ軸に螺合された移動錘が移動する。移動錘の移動方向は送りネジの延在方向すなわち回転体の半径方向なので、移動錘の回転慣性モーメントが変化し、結果として回転慣性付加質量が変化させられることになる。
このように、アクチュエータの往復動作のみによって回転慣性付加質量を調整することができるので、消費電力を可及的に少なくすることができる。特に、回転体の回転を利用して送りネジ軸を回転させることができるので、消費電力を更に抑えることができる。
【００１１】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記付加質量体は、前記回転軸体に対して一端が支持された連結棒の他端に固定された錘を備え、前記回転慣性付加質量変更機構は、前記連結棒と、該連結棒の前記他端が前記回転軸体に対して半径方向に変位可能となるように、該連結棒の前記一端を前記回転軸体に対して揺動可能に支持する揺動支持部と、前記連結棒の中途位置をスライド可能に支持するとともに、前記回転軸体に沿って往復動することによって前記連結棒の揺動を行う連結棒支持体とを備え、前記アクチュエータの往復動作によって、前記連結棒支持体を往復動させることを特徴とする。
【００１２】
アクチュエータを往復動作させると、連結棒支持体が往復動し、連結棒を揺動させる。連結棒は、一端が揺動支持部によって揺動可能に回転軸体に固定されているので、連結棒支持体の往復動によって連結棒の他端が半径方向に変位する。連結棒の他端には錘が固定されているので、錘の回転半径が変化することにより錘の回転慣性モーメントが変化し、結果として回転慣性付加質量が変化させられることになる。
このように、アクチュエータの往復動作のみによって回転慣性付加質量を調整することができるので、消費電力を可及的に少なくすることができる。
【００１３】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記付加質量体は、前記回転軸体に対して並列に設けられた第２回転軸体に固定された回転体とされ、前記回転慣性付加質量変更機構は、前記回転軸体に設けられた第１プーリと、前記第２回転軸体に設けられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの間に巻回されたベルト５２とを備え、前記第１プーリおよび前記第２プーリは、それぞれ、軸方向に相対的に接近離間することによって前記ベルトが巻回される半径が変更可能とされた円錐形状側面を有して対向配置された一対のプーリから構成され、前記アクチュエータの往復動作によって、それぞれの前記一対のプーリを軸方向に相対移動させることを特徴とする。
【００１４】
アクチュエータを往復動作させると、一対の対向する第１プーリが軸方向に相対移動し、また、一対の対向する第２プーリが軸方向に相対移動する。一対のプーリが軸方向に相対移動すると、各プーリは円錐形状側面を有しているので、一対のプーリが接近離間することにより、ベルトが巻回される半径が変更されることになる。これにより、第１プーリに対する第２プーリの回転比を変化させて、付加質量体である回転体の回転慣性モーメントを変化させることができるので、結果として回転慣性付加質量が変化させられることになる。
このように、アクチュエータの往復動作のみによって回転慣性付加質量を調整することができるので、消費電力を可及的に少なくすることができる。
なお、付加質量体である回転体を第２プーリと別に設ける必要は無く、例えば、第２プーリそのものを回転体として兼用させても良い。
【００１５】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記付加質量体は、前記回転軸体に対して並列に設けられた第２回転軸体に固定された回転体とされ、前記回転慣性付加質量変更機構は、前記回転軸体に設けられ、一方向から他方向に向けて半径が増大する円錐形状側面を有する第１ディスクと、前記第２回転軸体に設けられ、前記一方向から前記他方向に向けて半径が減少する円錐形状側面を有する第２ディスクと、前記第１ディスクと前記第２ディスクとの間に設けられ、これらディスク間の動力を伝達するローラとを備え、前記アクチュエータの往復動債によって、前記ローラを各前記ディスク間の側面に沿って往復動させることを特徴とする。
【００１６】
アクチュエータを往復動作させると、ローラが各ディスク間の側面に沿って往復動する。各ディスクは、それぞれが円錐形状側面とされており、一方のディスクが他方のディスクに対して半径の増大方向が逆になっている。したがって、ローラを移動させることにより、第１ディスクにローラが接触する位置の回転半径に対して、第２ディスクにローラが接触する位置の回転半径の比すなわち回転比を変化させることができる。これにより、付加質量体である回転体の回転慣性モーメントを変化させることができるので、結果として回転慣性付加質量が変化させられることになる。
このように、アクチュエータの往復動作のみによって回転慣性付加質量を調整することができるので、消費電力を可及的に少なくすることができる。
なお、付加質量体である回転体を第２ディスクと別に設ける必要は無く、例えば、第２ディスクそのものを回転体として兼用させても良い。
【発明の効果】
【００１７】
アクチュエータを往復動作させ、この往復動作に基づいて回転慣性付加質量変更機構を駆動させることとしたので、アクチュエータの往復動作のみによって回転慣性付加質量変更機構を駆動させるだけで回転慣性付加質量を調整することができる。したがって、アクチュエータを往復動作させるだけの可及的に少ない消費電力によって回転慣性付加質量を調整することができ、波力発電装置の高効率化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる波力発電装置の概略構成を示した斜視図である。
【図２】図１の付加質量体の回転慣性モーメントを変化させる回転慣性付加質量変更機構を示し、（ａ）は低面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図２の移動錘を半径方向外側に位置させて回転慣性モーメントを最大化させた状態を示し、（ａ）は低面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】図２の移動錘を半径方向内側に位置させて回転慣性モーメントを最小化させた状態を示し、（ａ）は低面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】図１の波力発電装置の振動モデルを示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる波力発電装置の回転慣性付加質量変更機構を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はスライダ周りを示した側断面図である。
【図７】図６の錘を半径方向外側に位置させて回転慣性モーメントを増加させた状態を示した側面図である。
【図８】図６の錘を半径方向内側に位置させて回転慣性モーメントを減少させた状態を示した側面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる波力発電装置の回転慣性付加質量変更機構を示した側面図である。
【図１０】図９のプーリを変位させて回転円板の回転慣性モーメントを減少させた状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はプーリの回転半径を示した模式図である。
【図１１】図９のプーリを変位させて回転円板の回転慣性モーメントを増加させた状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はプーリの回転半径を示した模式図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかる波力発電装置の回転慣性付加質量変更機構を示した側面図である。
【図１３】図１２のローラを変位させて回転円板の回転慣性モーメントを減少させた状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は第１ディスク及び第２ディスクの回転半径を示した模式図である。
【図１４】図１２のローラを変位させて回転円板の回転慣性モーメントを増加させた状態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は第１ディスク及び第２ディスクの回転半径を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態にかかる波力発電装置の概略構成が示されている。
波力発電装置１は、海洋の水面７上に上部が露出して浮かぶ箱形の浮体２を備えている。浮体２内には、バネ４を介して浮体２内に取り付けられたウェイト（振動体）３と、ウェイト３に対して回転するボールネジ軸（回転軸体）５と、ボールネジ軸５に固定された付加質量体６と、ボールネジ軸５によって駆動されて発電する発電機８とを備えている。
【００２０】
ウェイト３は、波力による水面７の上下動によって生じる浮体２の上下振動を得て、所定の固有周波数にて上下方向に往復直線運動するようになっている。往復直線運動する際に、ウェイト３は、ガイド（図示せず）によって、回転せずに上下動するようになっている。ウェイト３は、バネ４によって、浮体２に対して相対運動可能なように支持されている。
【００２１】
ボールネジ軸５は、ウェイト３の往復直線運動によって、その軸線回りに回転するようになっている。ボールネジ軸５の下端には、付加質量体６がボールネジ軸５とともに回転するように固定されている。
【００２２】
発電機８は、ボールネジ軸５の上端に設けられ、ボールネジ軸５の回転によって一方向またはその反対方向に回転させられることにより電力を発生するものである。
【００２３】
付加質量体６は、ベースプレート９の下方の空気室内に設けられている。付加質量体６は、実海域における種々の波周期に対応できるように、回転慣性力を変化させることができるようになっている。
図２に示すように、付加質量体６は、ボールネジ軸５と同一回転中心を有する円板（回転体）１０と、図２（ａ）のように底面視した場合に半径方向に延在する４本の移動錘用ボールネジ軸（送りネジ軸）１２と、各移動錘用ボールネジ軸１２に設けられた移動錘１４とを備えている。
【００２４】
移動錘用ボールネジ軸１２は、外周側端部１２ａが回転円板１０に対して、その軸線回りに回転自在とされた状態で固定されている。移動錘用ボールネジ軸１２の内周側端部には、移動錘用ボールネジ軸側歯車１６が固定されている。この移動錘用ボールネジ軸側歯車が回転することによって、移動錘用ボールネジ軸１２がその軸線回りに回転するようになっている。移動錘用ボールネジ軸側歯車１６は、後述する固定ギア（噛合部）１８に噛み合った場合（噛合時）にのみ回転し、固定ギア１８と噛み合ってない場合（非噛合時）には回転しない。すなわち、移動錘用ボールネジ軸１２は、移動錘用ボールネジ軸側歯車１６と固定ギア１８とが噛み合った場合にのみ軸線回りに回転し、移動錘１４が半径方向に移動するようになっている。
【００２５】
移動錘１４は、移動錘用ボールネジ軸１２に噛合するナットを備えた質量体とされている。移動錘用ボールネジ軸１２が回転することによって、移動錘用ボールネジ軸１２の延在方向すなわち半径方向に移動錘１４が移動するようになっている。
【００２６】
付加質量体６の下方には、軸線回りに回転せずに固定された固定ギア１８と、固定ギア１８を変位させるアクチュエータ２０とを備えている。固定ギア１８及びアクチュエータ２０は、浮体２（図１参照）の底部２ａに設置されており、回転円板１０とともに回転しないようになっている。固定ギア１８は、駆動棒２２の先端に固定されている。駆動棒２２は、アクチュエータ２０によって、その軸線方向に往復動作する。駆動棒２２を動作させるアクチュエータ２０としては種々のものが使用できるが、例えば電力の供給を受けて駆動するソレノイドが用いられる。
このように、移動錘用ボールネジ軸１２、移動錘１４、移動錘用ボールネジ軸側歯車１６、固定ギア１８およびアクチュエータ２０によって、付加質量体６の回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構が構成される。
アクチュエータ２０は、図示しない制御部からの指令に基づいて駆動されるようになっている。制御部は、実海域の波周期を計測するセンサからの信号を受けて、この波周期に固有振動数が一致するようにアクチュエータ２０に対して動作指令を発する。
【００２７】
上記構成の回転慣性付加質量変更機構は、以下のように動作する。
移動錘１４を半径方向に動作させる場合には、制御部からアクチュエータ２０に動作指令が発せられ、図示しない電力供給部から電力が供給されてアクチュエータ２０が動作させられる。アクチュエータ２０の動作によって、駆動棒２２が退避位置（図２において右方）から進出位置（図２において左方）まで移動させられる。これにより、駆動棒２２の先端に固定された固定ギア１８は、移動錘用ボールネジ軸側歯車１６の下方まで変位させられる。この位置で固定ギア１８と移動錘用ボールネジ軸側歯車１６とが噛合する。移動錘用ボールネジ軸側歯車１６は、回転円板１０とともにボールネジ軸５回りに回転するので、固定ギア１８と出会うタイミングで歯合する。一の移動錘用ボールネジ軸側歯車１６が固定ギア１８と歯合した後に、次の移動錘用ボールネジ軸側歯車１６が固定ギア１８に出会い噛合する。これを順次繰り返すことにより、１つの固定ギア１８に対して４つの移動錘用ボールネジ軸１２に取り付けられた各移動錘用ボールネジ軸側歯車１６がそれぞれ回転させられる。このように移動錘用ボールネジ軸側歯車１６が回転することによって移動錘用ボールネジ軸１２がその軸線回りに回転し、移動錘１４が半径方向に移動させられる。ボールネジ軸５は、ウェイト３の上下動に応じて回転方向が変化するので、移動錘１４を一方向に移動させる場合には、ボールネジ軸５の回転方向に同期させて固定ギア１８を進退させる。すなわち、ボールネジ軸５が図２（ａ）に示した矢印Ａ方向に回転する場合に移動錘１４が半径方向外側に移動する関係にある場合には、ボールネジ軸５が矢印Ａ方向に回転している期間のみ固定ギア１８を進出位置（図２において左方）まで進出させて移動錘用ボールネジ軸側歯車１６に歯合させ、ボールネジ軸５の回転方向が矢印Ａと反対方向になった場合には、固定ギア１８を退避位置（図２において右方）まで退避させて移動錘用ボールネジ軸側歯車１６との噛合を解除する。
【００２８】
このように、付加質量体６の回転時の慣性モーメントによる付加質量は、移動錘１４の半径方向位置に応じて変化させることができるようになっており、具体的には、移動錘１４を半径方向外側（図３参照）に位置させれば重心が半径方向外側に移ることによって回転慣性モーメントが大きくなり付加質量を増大させることができ、反対に、移動錘１４を半径方向内側（図４参照）に位置させれば重心が半径方向内側に移ることによって回転慣性モーメントが小さくなり付加質量を減少させることができる。
【００２９】
上述の構成とされた波力発電装置１は、波の振動が浮体２に入力されると、波周期に対応するように移動錘１４の半径位置が調整された付加質量体６の付加質量によって、ウェイト３が所定の固有振動数で上下方向に振動する。そして、この振動による往復直線運動に基づいて発電機８を駆動し発電させることによって電力を取り出すようになっている。
【００３０】
次に、図５を用いて、本実施形態の波力発電装置１の動作原理について説明する。
同図には、図１に示した波力発電装置１の振動系モデルが示されている。
同図において各記号は以下の通りである。
zm : ウェイト３の変位
zb : 浮体２の変位
mm : ウェイト３の質量
mb : 浮体２の質量
k : 浮体２−ウェイト３間バネ定数
kb : 浮力バネ定数
c : 浮体２−ウェイト３間の減衰定数（例えば発電機８）
cb : 造波減衰定数
cf : 付加質量体６の減衰定数
I : 付加質量体６の慣性モーメント
mba : 付加水質量
Ff : 波外力
【００３１】
運動方程式は、下式のように表される。
【数２】
2013155609.tif 000004
【００３２】
ここで付加質量体６の回転角θは下式（５）のように表されるので、式（８）は下式（６）のように変形できる。
【数３】
2013155609.tif 000005
【００３３】
そして、式（６）を式（３）に代入すると、下式となる。
【数４】
2013155609.tif 000006
ここで、
【数５】
2013155609.tif 000007
と置くと、下式となる。
【数６】
2013155609.tif 000008
式（７）を式（２）に代入すると、下式となる。
【数７】
2013155609.tif 000009
式（８）を整理すると、下式となる。
【数８】
2013155609.tif 000010
式（７）の左辺および中辺を用いて整理すると、下式となる。
【数９】
2013155609.tif 000011
式（９）及び式（１０）を用いてマトリクス表示すると、下式のようになる。
【数１０】
2013155609.tif 000012
ここで、
【数１１】
2013155609.tif 000013
と置くと、下式となる。
【数１２】
2013155609.tif 000014
【００３４】
以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
付加質量体６の移動錘１４の半径方向位置を変化させることによって、付加質量体６の慣性モーメントＩを変化させ、付加質量Δｍを調整できるようにした。これにより、式（１）及び式（１２）から分かるように、ウェイト３の固有振動数を調整することができるので、変化する実海域の波周期に対応させてウェイト３を共振させることができ、結果として波力発電装置１の設備利用率を向上させることができる。
【００３５】
回転慣性付加質量を変化させる際に、移動錘１４の半径位置を変化させるだけで済むので、特許文献１で示されているような水を汲み上げる場合ほど大きな動力を必要としない。すなわち、制御部の指令によってアクチュエータ２０によって固定ギア１８を往復動作させ、この往復動作に基づいて回転慣性付加質量変更機構を駆動させることとした。このように、アクチュエータ２０の往復動作のみによって回転慣性付加質量変更機構を駆動させるだけで回転慣性付加質量を調整することができるので、アクチュエータ２０を往復動作させるだけの可及的に少ない消費電力によって回転慣性付加質量を調整することができる。
特に、本実施形態では、回転円板１０とともにボールネジ軸５の回転軸線回りに回転する移動錘用ボールネジ軸１２の回転を利用して移動錘用ボールネジ軸１２を回転させることができるので、消費電力を更に抑えることができる。
【００３６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６乃至図８を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、付加質量体および回転慣性付加質量変更機構の構成が異なる。ただし、その他の構成、具体的には、浮体内にバネを介してボールネジ軸に取り付けられたウェイトが固有振動して発電する構成については第１実施形態と共通する。したがって、以下では、付加質量体および回転慣性付加質量変更機構について説明する。
【００３７】
図６（ａ）に示された回転慣性付加質量変更機構は、リンク機構によって、付加質量体である錘２４の半径位置を変化させて回転慣性付加質量を調整するものである。
付加質量体である錘２４は、ボールネジ軸５に対して一端が支持された連結棒２６の先端（他端）に固定されている。図６（ａ）では、錘２４及び連結棒２６の組が２組とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３組以上であってもよい。
連結棒２６の一端には、ボールネジ軸５に対して揺動可能に支持する揺動支持部２８が設けられている。揺動支持部２８はボールネジ軸５に対して固定されており、ボールネジ軸５とともに回転するようになっている。揺動支持部２８を中心として連結棒が揺動することにより、連結棒２６の先端に取り付けられた錘２４がボールネジ軸５の回転軸線に対して半径方向に変位するようになっている。
【００３８】
ボールネジ軸５には、ボールネジ軸５の回転軸線方向に往復動可能とされたスライダ３０が設けられている。スライダ３０は、下方に設置された電動ジャッキ（アクチュエータ）３２によって上下方向に移動させられるようになっている。スライダ３０は、その外周部にて連結棒２６の中途位置を下方から支える。
図６（ｂ）に示されているように、スライダ３０は、中央に位置する中央円板３４と、この中央円板３４の周囲を囲むように設けられた外周リング３６とを備えている。中央円板３４は、アキシャル軸受３８を介してボールネジ軸５に対して取り付けられており、これにより、スライダ３０がボールネジ軸５の回転軸線方向（図において上下方向）に往復動できるようになっている。外周リング３６は、ラジアル軸受４０を介して中央円板３４に対して取り付けられており、これにより、ボールネジ軸５の回転力が中央円板３４を介して伝達されることが無いようになっている。すなわち、外周リング３６は、連結棒２６から伝達される回転力によって回転させられ、中央円板３４から伝達される回転力によって回転しない。
外周リング３６の外周縁には、切欠３６ａが形成されている。この切欠３６ａは、連結棒２６が収容できる程度の形状および大きさとされており、この切欠３６ａ内に連結棒２６を挿入して支持するようになっている。
【００３９】
このように、本実施形態では、連結棒２６、揺動支持部２８、スライダ３０、電動ジャッキ３２によって、付加質量体である錘２４による回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構が構成される。
アクチュエータである電動ジャッキ３２は、図示しない制御部からの指令に基づいて駆動されるようになっている。制御部は、実海域の波周期を計測するセンサからの信号を受けて、この波周期に固有振動数が一致するように電動ジャッキ３２に対して動作指令を発する。
【００４０】
上記構成の回転慣性付加質量変更機構は、以下のように動作する。
錘２４を半径方向に動作させる場合には、制御部から電動ジャッキ３２に動作指令が発せられ、図示しない電力供給部から電力が供給されて電動ジャッキ３２が動作させられる。電動ジャッキ３２の動作によって、スライダ３０が上下方向に往復動し、連結棒２６が揺動支持部２８を中心として揺動する。連結棒２６が揺動することによって、連結棒２６の先端に固定された錘２４の半径位置が変化し、錘２４の回転慣性モーメントが変化する。具体的には、スライダ３０を上方向に移動させることにより、錘２４の半径位置が大きくなり回転慣性モーメントが大きくなる（図７参照）。一方、スライダ３０を下方向に移動させることにより、錘２４の半径位置が小さくなり回転慣性モーメントが小さくなる（図８参照）。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、電動ジャッキ３２を往復動作させるだけで、錘２４の回転半径を変化させて回転慣性付加質量が変化させることができる。したがって、回転慣性付加質量の調整の際に消費する消費電力を可及的に少なくすることができる。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図９乃至図１１を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、付加質量体および回転慣性付加質量変更機構の構成が異なる。ただし、その他の構成、具体的には、浮体内にバネを介してボールネジ軸に取り付けられたウェイトが固有振動して発電する構成については第１実施形態と共通する。したがって、以下では、付加質量体および回転慣性付加質量変更機構について説明する。
【００４３】
図９に示された回転慣性付加質量変更機構は、いわゆるＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）機構によって、付加質量体の回転慣性モーメントを調整するものである。
ウェイト３および発電機８に接続されたボールネジ軸（第１回転軸）５には、ボールネジ軸５とともに回転する一対の第１プーリ４８ａ，４８ｂが設けられている。一対の第１プーリ４８ａ，４８ｂは、それぞれ円錐形状側面を有しており、先細とされた先端同士が向かい合うように配置されている。下方のプーリ４８ｂは、ボールネジ軸５とともに回転するだけで上下方向には変位しない固定プーリとされており、上方のプーリ４８ａは、ボールネジ軸５とともに回転するだけでなく、図示しない第１アクチュエータによって上下方向に移動する可動プーリとされている。
【００４４】
ボールネジ軸５の側方には、ボールネジ軸５に対して並列に第２ボールネジ軸（第２回転軸体）４２が設けられている。第２ボールネジ軸４２の下端は、浮体２（図１参照）の底部２ａに対して回転自在に固定され、第２ボールネジ軸４２の上端側は、浮体２の側壁に固定されたブラケット４４に対して回転自在に固定されている。第２ボールネジ軸４２の上端には、第２アクチュエータ４６が設けられており、この第２アクチュエータ４６によって、第２プーリ５０ａ，５０ｂを第２ボールネジ軸４２に沿って上下方向に変位させる。
一対の第２プーリ５０ａ，５０ｂは、それぞれ円錐形状側面を有しており、先細とされた先端同士が向かい合うように配置されている。両方のプーリ４８ａ，４８ｂは、ボールネジ軸５とともに回転するだけでなく、第２アクチュエータ４６によって上下方向に移動する可動プーリとされている。
下方の第２プーリ５０ｂの下端には、付加質量体となる回転円板（回転体）５４が取り付けられている。なお、下方の第２プーリ５０ｂと別にして付加質量体として回転円板４３を設けずに、例えば、第２プーリ５０ａ，５０ｂそのものの質量を付加質量体として兼用させても良い。
【００４５】
第１プーリ４８ａ，４８ｂと第２プーリ５０ａ，５０ｂとの間には、ベルト５２が巻回されている。このベルト５２を介して、第１プーリ４８ａ，４８ｂの回転力が第２プーリ５０ａ，５０ｂへと伝達される。ベルト５２が巻回されるプーリの円錐形状断面の半径によって、第１プーリ４８ａ，４８ｂと第２プーリ５０ａ，５０ｂの回転比が決定される。すなわち、第１アクチュエータ（図示せず）によって対向する一対の第１プーリ４８ａ，４８ｂの軸方向における間隔を調整し、ベルト５２が巻回される半径を変化させ、また、第２アクチュエータ４６によって対向する一対の第２プーリ５０ａ，５０ｂの軸方向における間隔を調整し、ベルト５２が巻回される半径を変化させる。
【００４６】
このように、本実施形態では、第１プーリ４８ａ，４８ｂ、第１アクチュエータ、第２ボールネジ軸４２、第２プーリ５０ａ，５０ｂ、第２アクチュエータ４６、ベルト５２によって、付加質量体である回転円板５４による回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構が構成される。
第１アクチュエータおよび第２アクチュエータ４６は、図示しない制御部からの指令に基づいて駆動されるようになっている。制御部は、実海域の波周期を計測するセンサからの信号を受けて、この波周期に固有振動数が一致するように第１アクチュエータおよび第２アクチュエータ４６に対して動作指令を発する。
【００４７】
上記構成の回転慣性付加質量変更機構は、以下のように動作する。
回転円板５４による回転慣性モーメントを変化させる場合には、制御部から第１アクチュエータおよび第２アクチュエータ４６に動作指令が発せられ、図示しない電力供給部から電力が供給されて第１アクチュエータおよび第２アクチュエータ４６が動作させられる。第１アクチュエータの動作によって、上方の第１プーリ４８ａが上下方向に往復動し、対向する一対の第１プーリ４８ａ，４８ｂの軸方向間隔が調整される。第２アクチュエータ４６の動作によって、両第２プーリ５０ａ，５０ｂが上下方向に往復動し、対向する一対の第２プーリ５０ａ，５０ｂの軸方向間隔が調整される。これらプーリ４８ａ，４８ｂ，５０ａ，５０ｂの動作によって、ベルト５２の巻回半径が変化し、結果として第１プーリ４８ａ，４８ｂと第２プーリ５０ａ，５０ｂとの回転比が変化する。これにより、回転円板５４の回転数が変化して、回転円板５４の回転慣性モーメントが変化する。
【００４８】
具体的には、図１０（ａ）に示すように、第１プーリ４８ａ，４８ｂ同士を離間させて回転半径を小さくし、第２プーリ５０ａ，５０ｂ同士を接近させて回転半径を大きくする。これにより、図１０（ｂ）に示すように、第１プーリ４８ａ，４８ｂに対する第２プーリ５０ａ，５０ｂの回転数を相対的に小さくすることで、回転円板５４の回転慣性モーメントを小さくする。
一方、図１１（ａ）に示すように、第１プーリ４８ａ，４８ｂ同士を接近させて回転半径を大きくし、第２プーリ５０ａ，５０ｂ同士を離間させて回転半径を小さくする。これにより、図１１（ｂ）に示すように、第１プーリ４８ａ，４８ｂに対する第２プーリ５０ａ，５０ｂの回転数を相対的に大きくすることで、回転円板５４の回転慣性モーメントを大きくする。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータ４６によってプーリ４８ａ，５０ａ，５０ｂを往復動作させるだけで、回転円板４３の回転数を変化させて回転慣性付加質量が変化させることができる。したがって、回転慣性付加質量の調整の際に消費する消費電力を可及的に少なくすることができる。
【００５０】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１２乃至図１４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、付加質量体および回転慣性付加質量変更機構の構成が異なる。ただし、その他の構成、具体的には、浮体内にバネを介してボールネジ軸に取り付けられたウェイトが固有振動して発電する構成については第１実施形態と共通する。したがって、以下では、付加質量体および回転慣性付加質量変更機構について説明する。
【００５１】
図１２に示された回転慣性付加質量変更機構は、第３実施形態と同様にいわゆるＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）機構によって、付加質量体の回転慣性モーメントを調整するものである。
ウェイト３および発電機８に接続されたボールネジ軸５には、ボールネジ軸５とともに回転する第１ディスク６０が設けられている。第１ディスク６０は、図において下方（一方向）から上方（他方向）に向けて半径が増大する円錐形状側面を有している。
【００５２】
ボールネジ軸５の側方には、ボールネジ軸５に対して並列に第２回転軸（第２回転軸体）６２が設けられている。第２回転軸６２の下端は、浮体２（図１参照）の底部２ａに対して回転自在に固定され、第２回転軸６２の上端側は、浮体２の側壁２ｂに固定されたブラケット６４に対して回転自在に固定されている。第２回転軸６２には、第２回転軸６２とともに回転する第２ディスク６６が設けられている。第２ディスク６６は、図において下方（一方向）から上方（他方向）に向けて半径が減少する円錐形状側面を有している。
第２ディスク６６は、第１ディスク６０に対して高さ方向が略一致するように側面同士が対向するように配置されている。
第２回転軸６２の下方には、付加質量体となる回転円板（回転体）６７が取り付けられている。なお、第２ディスク６６と別にして付加質量体として回転円板６７を設けずに、例えば、第２ディスク６６そのものの質量を付加質量体として兼用させても良い。
【００５３】
第１ディスク６０と第２ディスク６６との間には、第３ボールネジ軸６８が配置されている。第３ボールネジ軸６８は、各ディスク６０，６６の斜面の傾斜方向に沿って設けられている。第３ボールネジ軸６８の下端は、浮体２（図１参照）の底部２ａに対して回転自在に固定され、第３ボールネジ軸６２の上端側は、浮体２の側壁２ｂに固定されたブラケット７２に対して回転自在に固定されている。
第３ボールネジ軸６８には、この第３ボールネジ軸６８に螺合するナット（図示せず）を備えたローラ７０が設けられている。ローラ７０は、第３ボールネジ軸６８の上端に設けたアクチュエータ７４によって、第３ボールネジ軸６８の延在方向に沿って往復動させられるようになっている。ローラ７０は、第１ディスク６０および第２ディスク６６の側面に対して接触し、第１ディスク６０と第２ディスク６６との間の回転力を伝達するようになっている。ローラ７０を往復動させることによって、第１ディスク６０および第２ディスク６６の回転半径を変化させ、回転円板６７の回転慣性モーメントを調整する。
【００５４】
このように、本実施形態では、第１ディスク６０、第２ディスク６６、アクチュエータ７４、ローラ７０、第３ボールネジ軸６８によって、付加質量体である回転円板６７による回転慣性付加質量を変化させる回転慣性付加質量変更機構が構成される。
アクチュエータ７４は、図示しない制御部からの指令に基づいて駆動されるようになっている。制御部は、実海域の波周期を計測するセンサからの信号を受けて、この波周期に固有振動数が一致するようにアクチュエータ７４に対して動作指令を発する。
【００５５】
上記構成の回転慣性付加質量変更機構は、以下のように動作する。
回転円板６７による回転慣性モーメントを変化させる場合には、制御部からアクチュエータ７４に動作指令が発せられ、図示しない電力供給部から電力が供給されてアクチュエータ７４が動作させられる。アクチュエータ７４の動作によって、ローラ７０が第３ボールネジ軸６８に沿って往復動する。ローラ７０が往復動することによって、第１ディスク６０および第２ディスク６６に接する高さ位置が変化する。第１ディスク６０および第２ディスク６６はそれぞれ円錐形状側面を有し、かつ円錐形状の先細り方向が上下逆とされているので、ローラ７０が下方に移動して第１ディスク６０の回転半径が減少すると、第２ディスク６６の回転半径が増大する。これにより、第１ディスク６０と第２ディスク６６との回転半径比を変更することによって、回転円板６７の回転数を変化させて回転慣性モーメントを変化させる。
【００５６】
具体的には、図１３（ａ）に示すように、ローラ７０を下方に移動させて、第１ディスク６０の回転半径を小さくして第２ディスクの回転半径を大きくすると、図１３（ｂ）に示すような回転半径の関係になる。これにより、第１ディスク６０に対する第２ディスクの回転数を相対的に小さくすることで、回転円板６７の回転慣性モーメントを小さくする。
一方、図１４（ａ）に示すように、ローラ７０を上方に移動させて、第１ディスク６０の回転半径を大きくして第２ディスクの回転半径を小さくすると、図１４（ｂ）に示すような回転半径の関係になる。これにより、第１ディスク６０に対する第２ディスクの回転数を相対的に大きくすることで、回転円板６７の回転慣性モーメントを大きくする。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、アクチュエータ４６によってローラ７０を往復動作させるだけで、回転円板６７の回転数を変化させて回転慣性付加質量が変化させることができる。したがって、回転慣性付加質量の調整の際に消費する消費電力を可及的に少なくすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  波力発電装置
２  浮体
３  ウェイト（振動体）
４  バネ
５  ボールネジ軸（回転軸体）
６  付加質量体
８  発電機
１０  回転円板
１２  移動錘用ボールネジ軸（送りネジ軸）
１４  移動錘
１６  移動錘用ボールネジ軸側歯車（送りネジ軸側歯車）
１８  固定ギア（噛合部）
２０  アクチュエータ
２２  駆動棒
２４  錘（付加質量体）
２６  連結棒
２８  揺動支持部
３０  スライダ（連結棒支持体）
３２  電動ジャッキ（アクチュエータ）
３４  中央円板
３６  外周リング
３８  アキシャル軸受
４０  ラジアル軸受
４２  第２ボールネジ軸（第２回転軸体）
４４  ブラケット
４６  第２アクチュエータ
４８ａ，４８ｂ  第１プーリ
５０ａ，５０ｂ  第２プーリ
５２  ベルト
５４  回転円板（回転体）
６０  第１ディスク
６２  第２回転軸（第２回転軸体）
６６  第２ディスク
６７  回転円板（回転体）
７０  ローラ
７４  アクチュエータ
【図１】
2013155609.tif 000015
【図２】
2013155609.tif 000016
【図３】
2013155609.tif 000017
【図４】
2013155609.tif 000018
【図５】
2013155609.tif 000019
【図６】
2013155609.tif 000020
【図７】
2013155609.tif 000021
【図８】
2013155609.tif 000022
【図９】
2013155609.tif 000023
【図１０】
2013155609.tif 000024
【図１１】
2013155609.tif 000025
【図１２】
2013155609.tif 000026
【図１３】
2013155609.tif 000027
【図１４】
2013155609.tif 000028