(57)【要約】【課題】従来の可動物体型に比べて大きな発電出力を得ることができ、設計の自由度が大きく、発電コストを低減することが可能な波力発電装置を提供する。【解決手段】波によって動揺する浮体２と、浮体２よりも波による動揺が小さく又は動揺がない大型構造物５との間の相対変位を回転運動に変換する変換機構とされたボールネジ軸用ナット１６およびボールネジ軸２４と、変換機構を介して取り出された回転力により回転するボールネジ軸２４と、ボールネジ軸２４に駆動されて発電する発電機ユニッ８とを備えている。【選択図】図３
2013181433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波によって動揺する浮体構造物と、該浮体構造物よりも波による動揺が小さく又は動揺がない大型構造物との間の相対変位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ユニットと、
を備えていることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記発電機ユニットは、前記回転軸体によって駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプによって昇圧された油を蓄積するアキュムレータと、該アキュムレータから導かれる油によって駆動される油圧モータと、該油圧モータによって駆動されて発電する発電機とを備えてい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３】
前記回転軸体によって付加質量体が回転させられることによる回転慣性力によって、該回転軸体に対する回転慣性付加質量を調整する付加質量調整手段、
および／または、
前記浮体構造物内の保有水量を調整する保有水量調整手段、
を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記大型構造物に設置され、前記浮体構造物に到来する波を事前に計測する波浪計と、
該波浪計の計測結果に基づいて、前記付加質量調整手段、および／または、前記保有水量調整手段を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の波力発電装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記波浪計の計測結果から、有義波を算出し
前記有義波の周期の変動に基づいて、前記付加質量調整手段、および／または、前記保有水量調整手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の波力発電装置。
【請求項６】
請求項２に記載された発電機ユニットを備え、
前記制御部は、前記有義波の波高の変動に基づいて、前記アキュムレータの設定圧を制御することを特徴とする請求項５に記載の波力発電装置。
【請求項７】
波によって動揺する浮体構造物と、該浮体構造物よりも波による動揺が小さく又は動揺がない大型構造物との間の相対変位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ユニットと、
を備えた波力発電装置の制御方法であって、
前記回転軸体によって付加質量体が回転させられることによる回転慣性力によって、該回転軸体に対する回転慣性付加質量を調整し、
かつ／または、
前記浮体構造物内の保有水量を調整することを特徴とする波力発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波力発電装置およびその制御方法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。
【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、波によって振動するブイと固有振動する振動子との相対変位を用いており、波の入力エネルギーを直接発電に用いるものではない。したがって、大きな発電出力を得ようとする場合に不利である。
また、振動子の固有振動を得るためには荷重に対してバネ定数を非常に小さくすることが要求され、設計の上で自由度が小さいという問題がある。
また、ブイ等の浮体を海上に設置するには、係留設備が必要となり、また、発電した電力を送電するための送電設備も必要となる。これらの係留設備や送電設備の費用は発電コストに占める割合が多く、発電コストの低減を阻む要因となっていた。
【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、従来の可動物体型に比べて大きな発電出力を得ることができ、設計の自由度が大きく、発電コストを低減することが可能な波力発電装置およびその制御方法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およびその制御方法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、波によって動揺する浮体構造物と、該浮体構造物よりも波による動揺が小さく又は動揺がない大型構造物との間の相対変位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ユニットとを備えていることを特徴とする。
【０００７】
浮体構造物と大型構造物との間の相対変位を回転運動に変換し、その回転運動を用いて発電することとした。このように、浮体構造物と大型構造物との間の相対変位を発電のために直接用いることができるので、従来のようにブイ内で相対的に振動する振動子の固有振動を用いる場合に比べて、大きな出力を得ることができる。また、振動子の固有振動を得るためのバネを用いる必要が無いので、設計の自由度が大きくなり、構造を大型化することができ、さらに出力の増加を図ることができる。
また、大型構造物に対して波力発電装置を設けることができるので、大型構造物と係留設備や送電設備を共有することができ、発電コストの低減が可能となる。
なお、本発明の大型構造物としては、波による動揺が小さいものとして、洋上風車等の海上構造物や、船舶などが挙げられ、波による動揺がないものとして、防波堤などの沿岸設備が挙げられる。
また、本発明の変換機構としては、例えば、ボールネジ方式や、ラックアンドピニオン方式が採用される。
【０００８】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記発電機ユニットは、前記回転軸体によって駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプによって昇圧された油を蓄積するアキュムレータと、該アキュムレータから導かれる油によって駆動される油圧モータと、該油圧モータによって駆動されて発電する発電機とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
実海域では種々の周期が合成された波が浮体構造物に到来する。種々の周期が合成された波であっても、油圧ポンプによって昇圧された油圧がアキュムレータに蓄圧されることになるので、油圧としてエネルギーを効率的に回収することができる。
また、油圧としてアキュムレータにエネルギーが保存されているので、浮体構造物と大型構造物との変位が大きくとれない場合であっても、所望の蓄圧量さえ得られていれば油圧モータを所望値まで変速することができ、所望の発電量を得ることができる。
【００１０】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記回転軸体によって付加質量体が回転させられることによる回転慣性力によって、該回転軸体に対する回転慣性付加質量を調整する付加質量調整手段、および／または、前記浮体構造物内の保有水量を調整する保有水量調整手段、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
付加質量体による回転慣性付加質量を調整することにより、浮体構造物の固有周期を実海域の波周期に合わせることができる。これにより、浮体構造物と大型構造物との間の相対変位が大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
または、浮体構造物内の保有水量を調整することにより、浮体の固有周期を実海域の波周期に合わせることができる。これにより、浮体構造物と大型構造物との間の相対変位が大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記大型構造物に設置され、前記浮体構造物に到来する波を事前に計測する波浪計と、該波浪計の計測結果に基づいて、前記付加質量調整手段、および／または、前記保有水量調整手段を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
大型構造物は、浮体構造物に対して動揺が小さく、または動揺が無いので、波浪計を設置することによって正確な計測ができる。
そして、この波浪計によって浮体構造物に到来する波を事前に計測し、この計測結果に基づいて付加質量調整手段、および／または、保有水量調整手段を制御することとしたので、高い応答性で波力発電装置を動作させることができる。
【００１４】
さらに、本発明の波力発電装置では、前記制御部は、前記波浪計の計測結果から、有義波高を算出し、有義波の周期の変動に基づいて、前記付加質量調整手段、および／または、前記保有水量調整手段を制御することを特徴とする。
【００１５】
浮体構造物の動揺に大きく寄与する有義波の周期の変動に対して回転慣性付加質量および／または浮体構造物の保有水量を調整することとした。これにより、到来する波の有効成分に対して効率良く浮体の固有周期を調整することができる。
ここで、「有義波」とは、所定時間内に入射する波を波高に応じて分析した場合に、最大波高の値をｎ等分し、波高の大きい方からｎ分の１の範囲に入る波高の平均値となる波を意味する。前記ｎは、一般的に３又は１０が用いられるが、装置を設置する海域や季節によって波成分が異なるため、３や１０以外も適用する場合がある。
【００１６】
さらに、本発明の波力発電装置では、上述した発電機ユニットを備え、前記制御部は、前記有義波の変動に基づいて、前記アキュムレータの設定圧を制御することを特徴とする。
【００１７】
有義波の波高の変動に基づいてアキュムレータの設定圧を制御することにより、浮体の動揺振幅を装置の可動範囲内に抑えることができる。これにより、有義波の波高が高くなった場合も、浮体の動揺振幅を可動範囲内に抑えると共に有効にエネルギーを回収することができる。
【００１８】
また、本発明の波力発電装置の制御方法は、波によって動揺する浮体構造物と、該浮体構造物よりも大型とされて該浮体構造物よりも波による動揺が小さく又は動揺がない大型構造物との間の相対変位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ユニットと、を備えた波力発電装置の制御方法であって、前記回転軸体によって付加質量体が回転させられることによる回転慣性力によって、該回転軸体に対する回転慣性付加質量を調整し、かつ／または、前記浮体構造物内の保有水量を調整することを特徴とする。
【００１９】
付加質量体による回転慣性付加質量を調整することにより、浮体構造物の固有周期を実海域の波周期に合わせることができる。これにより、浮体構造物と大型構造物との間の相対変位が大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
または、浮体構造物内の保有水量を調整することにより、浮体の固有周期を実海域の波周期に合わせることができる。これにより、浮体構造物と大型構造物との間の相対変位が大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
浮体構造物と大型構造物との間の相対変位を回転運動に変換し、その回転運動を用いて発電することとしたので、浮体構造物と大型構造物との間の相対変位を発電のために直接用いることができ、従来のようにブイ内で相対的に振動する振動子の固有振動を用いる場合に比べて、大きな出力を得ることができる。また、振動子の固有振動を得るためのバネを用いる必要が無いので、設計の自由度が大きくなり、構造を大型化することができ、さらに出力の増加を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の波力発電装置にかかる一実施形態を概念的に示した図である。
【図２】図１に示した波力発電装置の力学モデルを示した概略図である。
【図３】図１に示した波力発電装置の具体的構成を示した縦断面図である。
【図４】図３の回転体の回転慣性付加質量を調整する構成を示した平面図である。
【図５】図４の回転体を２つ設けた構成を示した側面図である。
【図６】移動錘の半径位置を調整する変形例を示した正面図である。
【図７】図３に示した発電ユニットを示した概略構成図である。
【図８】図３に示した浮体内の保有水量を調整する構成を示した概略縦断面図である。
【図９】図３の変形例とされた波力発電装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は発電機ユニット周辺の拡大図である。
【図１０】図３のさらに他の変形例とされた波力発電装置を示した縦断面図である。
【図１１】図１０の波力発電装置を実海域に設置した状態を示した概略側面図である。
【図１２】波力発電装置の制御部によって実海域の波浪を分解する過程を示し、（ａ）は実海域の波浪を示し、（ｂ）は有義波の成分を抽出した波を示す。
【図１３】波力発電装置の制御を示したフローチャートである。
【図１４】図１１の変形例を示した概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１には、本発明の波力発電装置の一実施形態が概念的に示されている。同図に示されているように、波力発電装置１Ａは、海洋の水面７上に上部が露出して浮かぶ箱形の浮体（浮体構造物）２を備えている。浮体２の近傍には、大型構造物５が設置されている。なお、大型構造物５としては、波による動揺が小さいものとして、洋上風車等の海上構造物や、船舶などが挙げられ、波による動揺がないものとして、防波堤などの沿岸設備が挙げられる。
浮体構造物２と大型構造物５との間には、浮体２と大型構造物５との間の相対運動を回転運動に変換する変換機構４と、変換機構４を介して取り出された回転力により回転する回転軸体６と、回転軸体６によって回転させられる回転体（付加質量体）９と、回転軸体６の回転力によって発電する発電機ユニット８とが設けられている。変換機構４および発電機ユニット８は、それぞれ力学モデルとして表示されており、変換機構４を減衰要素、発電機ユニット８を減衰要素として示されている。
図２には、図１の構成をさらに力学モデルとして示したものであり、浮体２と海水との関係がバネ要素１０で示されている。
【００２３】
図３には、図１及び図２に示した力学モデルを実現する具体的な構成が示されている。同図に示されているように、浮体２は、内部に海水を保有水１１として保有できるようになっている。浮体２の上部には、外側ガイド筒１２が固定されている。外側ガイド筒１２内には、大型構造物５の下端に固定された内側ガイド筒１４が略同一軸線を有して挿入されている。このように、外側ガイド筒１２と内側ガイド筒１４とは、浮体２と大型構造物５との相対運動に伴い、上下方向に相対的に移動可能となっている。
外側ガイド筒１２及び内側ガイド筒１４のさらに内側には、ボールネジ軸用ナット１６を固定する固定筒１８が設けられている。固定筒１８の下端は浮体２の上面に固定されている。
内側ガイド筒１４の下端には、底部蓋２０が固定されている。底部蓋２０と固定筒１８とは互いに相対移動可能となっている。
大型構造物５内には、発電機ユニット８が設置されている。この発電機ユニット８と底部蓋２０との間に渡って上下方向に延在するボールネジ軸２４が設けられている。ボールネジ軸２４に対して上述したボールネジ軸用ナット１６が螺合されており、これらボールネジ軸２４とボールネジ軸用ナット１６によって変換機構４が構成される。すなわち、浮体２と大型構造物５との間に相対変位が生じると、ボールネジ軸２４とボールネジ軸用ナット１６との間に上下方向に相対変位が生じ、ボールネジ軸用ナット１６が固定筒１８に対して回転しないように拘束されているので、ボールネジ軸２４が軸線回りに回転する。このボールネジ軸２４の回転によって、発電機ユニット８が駆動されて発電出力が得られる。したがって、ボールネジ軸２４は、図１及び図２で示した回転軸体６の機能も有している。
【００２４】
上記構成とされた波力発電装置１Ａは、浮体２と大型構造物５との相対変位によってボールネジ軸用ナット１６がボールネジ軸に対して相対的に移動する際にボールネジ軸２４を回転させ、このボールネジ軸２４の回転動力によって発電機ユニット８にて発電が行われるようになっている。そして、ボールネジ軸２４に固定された回転体９がボールネジ軸２４とともに回転して発生する回転慣性付加質量によって、浮体２の固有周期が調整される。
【００２５】
図４には、回転体９による回転慣性付加質量を調整する構成が示されている。同図に示されているように、ボールネジ軸２４と同一回転中心を有するリング体２６と、図４のように平面視した場合に上下左右方向に延在する４本の移動錘用ボールネジ軸２８と、各移動錘用ボールネジ軸２８に設けられた移動錘３０と、移動錘用ボールネジ軸２８をその軸線回りに回転駆動する移動用モータ３２とを備えている。
移動錘用ボールネジ軸２８は、その一端がボールネジ軸２４に対して固定されるとともに、半径方向に延在してリング体２６を挿通して他端が移動用モータ３２に接続されている。
移動錘３０は、移動錘用ボールネジ軸２８の回転に応じて半径方向に変位させられるようになっている。
移動用モータ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おり、リング体２６に対して固定されている。
回転体９は、移動用モータ３２によって移動錘３０の半径位置が決定された状態で、リング体２６，移動錘用ボールネジ軸２８、移動錘３０および移動用モータ３２が一体でボールネジ軸２４とともに回転するようになっている。したがって、回転体９の回転時の慣性モーメントによる回転慣性付加質量は、移動錘３０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３０を半径方向外側（リング体２６側）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慣性モーメントが大きくなり回転慣性付加質量を増大させることができ、反対に、移動錘３０を半径方向内側（ボールネジ軸２４側）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慣性モーメントが小さくなり回転慣性付加質量を減少させることができる。
【００２６】
さらに、図５に示すように、大小の回転体９を複数設けることとしても良い。すなわち、半径が小さい回転体９ａと、半径が大きい回転体９ｂとを設ける。そして、図４に示したように回転慣性付加質量を調整できる機構を各回転体９ａ，９ｂに備えておく。これにより、半径が小さい回転体９ａにて回転慣性付加質量を微調整できるとともに、半径が大きい回転体９ｂにて回転慣性付加質量を大きく調整できる。このようにして、浮体２の固有周期を大きな調整幅でかつ微細に調整できる構成としても良い。
【００２７】
また、図６に示すように、リンク機構によって移動錘３０の半径位置を調整することもできる。具体的には、ボールネジ軸２４とともに回転する固定部３４と、固定部３４に対してボールネジ軸２４の軸線方向に往復動してアーム３８の中途位置を下方から支持する支持スライダ３６とを設ける。固定部３４には、揺動可能としたアーム３８を左右対称に取り付け、それぞれのアーム３８の先端に移動錘３０を取り付ける。このような構成により、固定部３４に対して支持スライダ３６を図示しないアクチュエータによって進退させれば、移動錘３０の半径位置を調整することができる。
【００２８】
図７には、図３に示した発電機ユニット８の構成が示されている。発電機ユニット８は、変速機４５と、発電機本体４６とを備えている。
変速機４５は、ボールネジ軸２４からの回転力によって駆動される油圧ポンプ４０と、油圧ポンプ４０によって昇圧された油が導かれて蓄積するアキュムレータ４２と、アキュムレータ４２から導かれる油によって駆動される油圧モータ４４とを備えている。アキュムレータ４２内の圧力は、図示しない制御部によって設定可能となっている。
発電機本体４６は、油圧モータ４４から得られる回転力によって発電する。発電機本体４６にて得られた電力は、波力発電装置１Ａの発電電力として外部に取り出される。
なお、本実施形態では変速機としては上述した油圧式を前提として説明するが、これに代えて、複数の歯車や遊星歯車等を用いた機械式の変速機を用いても良い。
【００２９】
図８には、浮体２内の保有水１１の量を調整する構成が示されている。同図に示されているように、浮体２の底部には、底部バルブ４８が設けられている。この底部バルブ４８は、図示しない制御部によって開閉が制御され、通常の運転時（発電時）には全閉とされ、浮体２内の保有水量を一定に保つようになっている。
浮体２の上部には、制御部によって開閉が制御される空気調整バルブ５０が設けられている。この空気圧調整バルブ５０によって、浮体２内の水面１１ａの上部空間を占める空気の圧力を調整する。
浮体２の底部には、制御部によって運転が制御される水中ポンプ５２が設置されている。水中ポンプ５２を制御部の指令により起動することで、保有水１１を吸い込んで外部へと排出する。
【００３０】
浮体２の設置時には、浮体２内を空にしておく。そして、浮体２を海上に設置する際に底部バルブ４８を全開とするとともに空気調整バルブ５０の所定開度に調整する。これにより、底部バルブ４８を介して底部から海水が浮体２内に導入される。浮体２内に導入された海水量が所定値になったら、制御部の指令によって底部バルブ４８および空気調整バルブ５０を全閉とする。浮体２の設置後に保有水１１の水量を調整する場合にも、上記と同様に、底部バルブ４８を全開とするとともに空気調整バルブ５０の開度を調整することによって行う。
浮体２内の保有水量を調整する際に排水する場合には、制御部からに指令に基づいて、底部バルブ４８を全閉としたままで空気調整バルブ５０を所定開度に調整し、水中ポンプ５２を起動する。これにより、水中ポンプ５２にて吸い込まれた保有水１１は浮体２の外部へと排出され、保有水の水位が低下する。
なお、浮体２内の保有水１１を排水する場合には、浮体２全体を海面上へと持ち上げ、底部バルブ４８を全開とするとともに空気調整バルブ５０の開度を調整することによって排水してもよい。この場合、浮体２を上方へ持ち上げる際には、図７に示した発電機ユニット８の発電機本体４６を電動機として使用し、図３に示したボールネジ軸２４を回転することによって行う。
【００３１】
図９には、浮体２の上下運動を回転運動に変換する変換機構としてボールネジ方式を用いた図３の波力発電装置１Ａに対する変形例が示されている。図９の波力発電装置１Ｂは、ラックアンドピニオン方式とされている。ここで、図３と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略する。
【００３２】
図９（ａ）に示されているように、波力発電装置１Ｂは、大型構造物５の下面に固定された内側ガイド筒１４の底部蓋２０に固定されたラック６０を備えている。このラック６０は、下端が底部蓋２０に固定されて上方へと延在し、上部にてピニオン６２に対して噛合するようになっている。これらラック６０及びピニオン６２によって、浮体２と大型構造物５との間の相対運動を回転運動に変換する変換機構４が構成される。
ピニオン６２は、大型構造物５内に設置されており、図９（ｂ）に示されているように、発電機ユニット８と軸支持ブラケット６４との間に水平方向に延在して回転するピニオン軸（回転軸体６）６６に対して固定されている。発電機ユニット８内には、図７を用いて説明したように、変速機４５及び発電機本体４６が配置されている。ピニオン軸６６には、回転体９が固定されており、ピニオン軸６６とともに回転する際に慣性付加質量を与えるようになっている。回転体９は、図４を用いて説明したような付加質量変更機構を備えている。
【００３３】
上記構成とされた波力発電装置１Ｂは、浮体２と大型構造物５との相対変位によってラック６０がピニオン６２に対して相対的に移動する際にピニオン６２を回転させ、このピニオン６２の回転動力によって発電機ユニット８にて発電が行われるようになっている。そして、ピニオン軸６６に固定された回転体９がピニオン軸６６とともに回転して発生する回転慣性付加質量によって、浮体２の固有周期が調整される。
【００３４】
図１０には、さらに他の変形例とされた波力発電装置１Ｃが示されており、図９と同様にラックアンドピニオン方式とされている。ここで、図３及び図９と同様の構成については同一符号を付しその説明を省略する。
【００３５】
図１０に示されているように、波力発電装置１Ｃは、大型構造物５の下面に固定されたリニアガイド筒６８を備えている。リニアガイド筒６８は、上端が大型構造物５の下面に固定されて下方へと延在している。浮体２の上面には、支柱７０が上方に向けて立設されており、リニアガイド筒６８の下端から挿入されている。支柱７０の上部には、リニアガイド用スライダ７２が固定されているとともに、ラック６０の下端が固定されている。したがって、浮体２の動作とともに、支柱７０、リニアガイド用スライダ７２及びラック６０が動作するようになっている。
リニアガイド用スライダ７２は、リニアガイド筒６８内に収納されており、リニアガイド用ころ７４によって、リニアガイド筒６８に対して円滑に相対運動するようになっている。
【００３６】
上述した波力発電装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、図１１に示すように実海域に設置される。なお、図１１に示した波力発電装置は図１０に示した波力発電装置１Ｃを代表例として示しているが、もちろん、図３に示した波力発電装置１Ａまたは図９に示した波力発電装置１Ｂであってもよい。
図１１に示されているように、波力発電装置１Ｃは、浮体２と大型構造物５との相対変位から回転動力を得て発電するものである。また、波力発電装置１Ｃは、浮体２に到来する波を事前に計測する超音波式波浪計７６を備えている。超音波式波浪計７６は、大型構造物５に対して固定されており、大型構造物５は波に対して動揺することがないので、正確に波を計測することができる。超音波式波浪計７６によって計測されたデータは、図示しない制御部へと送られ、後述するように波力発電装置１Ｃの制御が行われる。
【００３７】
超音波式波浪計７６から得られた波の計測データは、図１２のように解析されて波力発電装置１Ｃの制御に供される。すなわち、超音波式波浪計７６によって計測されたデータは、図１２（ａ）のような波形となる。なお、図１２において、横軸は時間、縦軸は波高を意味する。図１２（ａ）から分かるように、実海域の波浪は、種々の波高および周期の波の合成となる。制御部では、この実海域の波浪を、図１２（ｂ）に示したように、波高が高い支配的波高の波周期を有する支配的な波と、比較的波高が小さい従属的な波とに分解する。
ここで、「有義波」とは、所定時間内に入射する波を波高に応じて分析した場合に、最大波高の値をｎ等分し、波高の大きい方からｎ分の1の範囲に入る波高の平均値となる波を意味する。前記ｎは、一般的に３又は１０が用いられるが、装置を設置する海域や季節によって波成分が異なるため、３や１０以外も適用する場合がある。
【００３８】
図１３には、超音波式波浪計７６を用いた波力発電装置の制御方法が示されている。
先ず、ステップＳ１にて、超音波波浪計７６によって実海域の波浪情報（波高、周期）を計測する。計測された波浪情報は、制御部へ送信され、ステップＳ２にて、波成分の分析が行われる。このステップＳ２で、図１２を用いて説明したように、有義波の算出が行われる。
そして、ステップＳ３にて、浮体の振動に寄与する支配的な波の波高の変動に対し、発電機ユニット８（例えば図１０参照）の負荷を調整し、浮体２の運動振幅を波周期に合わせて制御する。具体的には、図７に示した油圧式変速機の場合には、アキュムレータ４２の設定圧を変更することによって発電機ユニット８の負荷を調整することができる。機械式変速機を用いる場合には発電機本体に与える回転数を調整する等の方法によって発電機ユニット８の負荷を調整する。
そして、ステップＳ４にて、有義波の波周期が大幅に変動しているか否かを判断する。この判断は、例えば、所定時間内（例えば１時間以内）に有義波の波周期が３秒以上変動しているか否かに基づいて判断される。ステップＳ３にて有義波の波周期が変動していると判断されると、ステップＳ５へと進む。
ステップＳ５では、浮体２の保有水量を調整する。保有水量の調整は、例えば、図８にて説明した方法によって行われる。
【００３９】
一方、ステップＳ４にて有義波の波周期が大幅に変動していないと判断した場合は、ステップＳ６へと進み、有義波の周期が僅かに変動しているか否かを判断する。具体的には、ステップＳ６にて、１時間以内に１秒以上の波周期の変動があるか否かを判断する。１時間以内に１秒以上の波周期の変動がある場合には、ステップＳ７へと進み、回転体９（例えば図１０参照）の回転慣性付加質量を調整する。回転体９の回転慣性付加質量の調整は、例えば図４に示した機構によって行われる。
【００４０】
なお、図１４に示したように、図１１で用いた超音波式波浪計７６に代えて、レーダ式波浪計７８を用いることとしても良い。レーダ式波浪計７８とすれば、例えば５００ｍ先といった遠方まで波浪を計測できるので、さら予測精度を高めたい場合に有効である。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態にかかる波力発電装置およびその制御方法は、以下の作用効果を奏する。
浮体２と大型構造物５との間の相対変位を回転運動に変換し、その回転運動を用いて発電することとしたので、浮体２と大型構造物５との間の相対変位を発電のために直接用いることができ、従来のようにブイ内で相対的に振動する振動子の固有振動を用いる場合に比べて、大きな出力を得ることができる。また、振動子の固有振動を得るためのバネを用いる必要が無いので、設計の自由度が大きくなり、構造を大型化することができ、さらに出力の増加を図ることができる。
また、大型構造物５に対して波力発電装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃを設けることができるので、大型構造物５と係留設備や送電設備を共有することができ、発電コストの低減が可能となる。
【００４２】
実海域では種々の周期が合成された波が浮体構造物に到来し、種々の周期が合成された波であっても、図７に示したように、油圧ポンプ４０によって昇圧された油圧がアキュムレータ４２に蓄圧されることとしたので、油圧としてエネルギーを効率的に回収することができる。
また、油圧としてアキュムレータ４２にエネルギーが保存されているので、浮体２と大型構造物５との変位が大きくとれない場合であっても、所望の蓄圧量さえ得られていれば油圧モータ４４を所望値まで変速することができ、所望の発電量を得ることができる。
【００４３】
付加質量体である回転体９による回転慣性付加質量を調整することにより、浮体２の固有周期を実海域の波周期に合わせることができる。これにより、浮体２と大型構造物５との間の相対変位が大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
そして、浮体２内の保有水量を調整することにより、浮体２の固有周期を実海域の波周期に合わせることができる。これにより、浮体２と大型構造物５との間の相対変位が大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
また、有義波の周期変動が小さい場合は、応答が早い回転体の回転慣性付加質量の調整を行い（図１３のステップＳ７）、有義波の周期変動が大きい場合は、比較的応答が遅い浮体の保有水量の調整を行う（図１３のステップＳ５）こととしたので、実海域の波の変動に応じて広い制御幅をもって高い応答性で効率的に対応することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  波力発電装置
２  浮体
４  変換機構
５  大型構造物
６  回転軸体
７  海洋の水面
８  発電機ユニット
９  回転体（付加質量体）
１０  ばね要素
１１  保有水
１２  外側ガイド筒
１４  内側ガイド筒
１６  ボールネジ軸用ナット
１８  固定筒
２０  底部蓋
２４  ボールネジ軸
２６  リング体
２８  移動錘用ボールネジ軸
３０  移動錘
３２  移動用モータ
３４  固定部
３６  支持スライダ
３８  アーム
４０  油圧ポンプ
４２  アキュムレータ
４４  油圧モータ
４５  変速機
４６  発電機本体
４８  底部バルブ
５０  空気調整バルブ
５２  水中ポンプ
６０  ラック
６２  ピニオン
６４  軸支持ブラケット
６６  ピニオン軸
６８  リニアガイド筒
７０  支柱
７２  リニアガイド用スライダ
７４  リニアガイド用ころ
７６  超音波式波浪計
７８  レーダ式波浪計
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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