(57)【要約】【課題】ヨー方向の姿勢を安定化させることができる海流発電装置を提供する。【解決手段】実施の形態による海流発電装置１は、一対の筐体２、対応する筐体２に対してタービン回転軸線１０Ａを中心に回転可能に設けられた一対のタービン１０と、筐体２に内蔵された発電機３と、を備えている。一対の筐体２は、連結部材４によって連結され、係留索７によって海底に係留されている。一方のタービン回転軸線１０Ｘは、他方のタービン回転軸線１０Ｘに対して下流側に向って近づくように傾斜している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海流エネルギを利用して発電を行う水中浮遊式の海流発電装置であって、
一対の筐体と、
対応する前記筐体に対してタービン回転軸線を中心に回転可能に設けられた一対のタービンと、
前記筐体に内蔵され、対応する前記タービンの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、
一対の前記筐体を連結する連結部材と、
一対の前記筐体を海底に係留する係留索と、を備え、
一方の前記タービン回転軸線は、他方の前記タービン回転軸線に対して下流側に向って近づくように傾斜していることを特徴とする海流発電装置。
【請求項２】
前記筐体は、筐体中心軸線を中心として円筒状に形成されており、
前記筐体中心軸線は、対応する前記タービン回転軸線の延長上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の海流発電装置。
【請求項３】
前記筐体は、筐体中心軸線を中心として円筒状に形成されており、
前記筐体中心軸線は、互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の海流発電装置。
【請求項４】
一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを調整する角度調整機構を更に備え、
前記連結部材は、一方の前記筐体に連結された第１部分と、他方の前記筐体に連結されるとともに前記第１部分に回動可能に連結された第２部分と、を有し、
前記角度調整機構は、前記第１部分および前記第２部分のうちの一方を他方に対して回動させることにより、一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを調整することを特徴とする請求項１または２に記載の海流発電装置。
【請求項５】
一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを調整する角度調整機構を更に備え、
少なくとも一方の前記タービンは、対応する前記筐体に対して、ヨー方向に回動可能であり、
前記角度調整機構は、前記タービンを対応する前記筐体に対して回動させることにより、一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを調整することを特徴とする請求項３に記載の海流発電装置。
【請求項６】
対応する前記タービンに作用するスラスト力を計測する一対のスラスト力計測器と、
前記スラスト力計測器により計測された前記タービンの各々のスラスト力に基づいて、一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを決定する制御装置と、を更に備え、
前記制御装置は、決定された前記タービン回転軸線のなす角度の各々に基づいて前記角度調整機構を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の海流発電装置。
【請求項７】
対応する前記タービンの回転トルクを計測する一対のトルク計測器と、
前記トルク計測器により計測された前記タービンの各々の回転トルクに基づいて、一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを決定する制御装置と、を更に備え、
前記制御装置は、決定された前記タービン回転軸線のなす角度の各々に基づいて前記角度調整機構を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の海流発電装置。
【請求項８】
前記発電機の各々の発電出力を計測し、計測された発電出力に基づいて、一方の前記タービン回転軸線のなす角度と、他方の前記タービン回転軸線のなす角度とを決定する制御装置を更に備え、
前記制御装置は、決定された前記タービン回転軸線のなす角度の各々に基づいて前記角度調整機構を制御することを特徴とする請求項４または５に記載の海流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、海流発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、黒潮などの海流エネルギを利用して発電を行う海流発電装置の開発が進められている。海流発電装置では、海水の流れを受けて回転するタービンが海中に配置され、タービンの回転トルクが発電機に伝達されて発電が行われる。
【０００３】
このような海流発電装置の一例として、対応するタービンを支持する２つのポッドを連結して海底に係留し、左右（水平）に並べて海中に凧のように浮遊させて発電を行う、双発タービン式で水中浮遊式の海流発電装置が提案されている。このような海流発電装置は、水面から５０ｍ程度の深さで浮遊させることで、大水深域にも比較的容易に設置させることができる。また、海流発電装置の全体が海中に設置されるため、波浪の影響を受けることを防止でき、海流発電装置を安定して運用することが可能となる。さらに、船舶の航行に支障を及ぼすことも防止できる。
【０００４】
上述した海流発電装置では、左右のタービンを、互いに逆方向に回転させることで、タービンの回転に伴い生じるトルク反力を相殺させて、海中での海流発電装置の位置や姿勢の安定化を図っている。また、左右のポッドを１点で係留させることで、各タービンの向きを流れの方向に追随させて、効率的な発電を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５７６５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】加幡、他２名、「海流エネルギーを利用した水中浮遊式発電システム」  東芝レビュー、Vol.68 No.6 (2013)、p36-39
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、双発タービン式の海流発電装置では、左右に並べた２つのポッドを１点で係留する構成となっている。このことにより、海流の向きが変化した場合であっても、自動的にタービンを流れの向きに追随させることが可能となる。
【０００８】
しかしながら、海流の流速が不均一で流速分布が存在し、左右のタービンに流入する海流の流速が互いに異なる場合には、左右のタービンに作用するスラスト力（軸力）に差異が生じ、バランスが崩れ得る。この場合、各タービンのヨー方向の姿勢が不安定となる恐れがある。また、左右のタービンが受ける流れの流速が等しい場合であっても、製造上の誤差等により左右のタービンの流体力学的な特性が異なる場合には、左右のタービンに作用するスラスト力に差異が生じ、同様の問題が生じ得る。
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ヨー方向の姿勢を安定化させることができる海流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】
【００１０】
実施の形態による海流発電装置は、海流エネルギを利用して発電を行う水中浮遊式の海流発電装置である。この海流発電装置は、一対の筐体と、対応する筐体に対してタービン回転軸線を中心に回転可能に設けられた一対のタービンと、筐体に内蔵され、対応するタービンの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、を備えている。一対の筐体は、連結部材によって連結され、係留索によって海底に係留されている。一方のタービン回転軸線は、他方のタービン回転軸線に対して下流側に向って近づくように傾斜している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヨー方向の姿勢を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施の形態における海流発電装置の構成を示す側面図である。
【図２】図２は、図１の平面図である。
【図３】図３は、図１の海流発電装置の各タービンに作用するスラスト力の特性を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態における海流発電装置を示す平面図である。
【図５】図５は、第３の実施の形態における海流発電装置を示す平面図である。
【図６】図６は、タービン回転軸線のなす角度が小さい場合における、各タービンに作用するスラスト力の特性を示す図である。
【図７】図７は、タービン回転軸線のなす角度が大きい場合における、各タービンに作用するスラスト力の特性を示す図である。
【図８】図８は、バランス点における海流の向きと、各タービン回転軸線のなす角度とのずれの合計の特性を示す図である。
【図９】図９は、第３の実施の形態におけるフローチャートを示す図である。
【図１０】図１０は、第４の実施の形態における海流発電装置を示す平面図である。
【図１１】図１１は、第５の実施の形態における海流発電装置を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第５の実施の形態におけるフローチャートを示す図である。
【図１３】図１３は、第６の実施の形態における海流発電装置を示す平面図である。
【図１４】図１４は、第６の実施の形態におけるフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１乃至図３を用いて、第１の実施の形態における海流発電装置について説明する。ここで、海流発電装置は、海流エネルギを利用して発電を行うためのものである。本実施の形態における海流発電装置は、いわゆる双発タービン式で水中浮遊式の海流発電装置となっている。なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「水平」、「対称」等の用語等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めるものとしている。
【００１５】
図１および図２に示すように、海流発電装置１は、筐体としての一対のポッド２（圧力殻ともいう）と、対応するポッド２に対して回転可能に設けられた一対のタービン１０と、ポッド２に内蔵された発電機３と、を備えている。このうちポッド２は、ポッド中心軸線２Ｘを中心として円筒状に形成されており、各ポッド２には、発電機３だけではなく、変圧器（図示せず）等が内蔵されている。２つのポッド２は、水平方向（左右方向）に延びるクロスビーム４（連結部材）によって連結されて互いに固定されており、２つのポッド２およびタービン１０は、水平方向に並べて配置されている。一対のポッド２、一対のタービン１０、一対の発電機３およびクロスビーム４が、水中に浮遊する発電ユニット２０を主に構成している。なお、図２においては、ポッド２内の構造は、便宜上、図２の右側のポッド２内のみについて示す。
【００１６】
タービン１０は、タービン回転軸線１０Ｘを中心に回転可能になっており、海水の流れを受けて回転し、海流エネルギを回転エネルギに変換する。より具体的には、タービン１０は、対応するポッド２の下流側（図１の左側、図２の上側）に設けられたハブ１１と、ハブ１１から半径方向外側に延びるタービン翼１２と、ハブ１１から対応するポッド２内に延びるタービン軸１３と、を有している。ここでは、２つのタービン翼１２が、対応するポッド１１から互いに反対方向に延びている例が示されているが、タービン翼１２の個数はこれに限られることはない。タービン軸１３は、タービン回転軸線１０Ｘに沿って延びており、ポッド２内に設けられた軸受５によって回転可能に支持されている。このような構成により、タービン回転軸線１０Ｘを中心にして、ハブ１１、タービン翼１２およびタービン軸１３が共に回転するようになっている。なお、左右のタービン１０は、互いに逆方向に回転するようになっており、タービン１０の回転に伴い生じるトルク反力を相殺させて、海中での海流発電装置１の位置や姿勢の安定化を図っている。
【００１７】
発電機３は、対応するタービン１０の回転エネルギを電気エネルギに変換する。すなわち、発電機３は、ポッド中心軸線２Ｘに沿って延びる発電機軸６を有しており、この発電機軸６に、対応するタービン軸１３が連結されている。このような構成により、タービン軸１３の回転が発電機軸６に伝達され、タービン１０の回転エネルギによって発電機３が発電を行うようになっている。
【００１８】
図１に示すように、発電ユニット２０は、係留索７によって、例えば２００ｍ〜１０００ｍの海底に係留されている。係留索７は、海底に設置されたシンカー８（またはアンカー）に接続されていてもよい。すなわち、係留索７の一端はポッド２に接続され、他端はシンカー８に接続されている。また、係留索７は、図２に示すように、途中で分岐して左右のポッド２にそれぞれ接続されており、上方（または下方）から見たときにはＹ字状に形成されている。
【００１９】
図２に示すように、一方のタービン１０のタービン回転軸線１０Ｘは、他方のタービン１０のタービン回転軸線１０Ｘに対して下流側に向って近づくように傾斜している。本実施の形態においては、一方（図２の左側）のタービン回転軸線１０Ｘは、発電ユニット２０の基準線２０Ｘ（またはヨー角）に対して傾斜しており、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度（より詳細には、基準線２０Ｘに対するタービン回転軸線１０Ｘのなす角度）がαで示されている。他方（図２の右側）のタービン回転軸線１０Ｘは、左側のタービン回転軸線１０Ｘとは反対側に基準線２０Ｘに対して傾斜しており、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度がαとなっている。このようにして、左右のタービン回転軸線１０Ｘが、基準線２０Ｘに対して対称に配置されている。ここで、発電ユニット２０の基準線２０Ｘは、発電ユニット２０の中心線であって、クロスビーム４の中心点を通ってクロスビーム４に直交する線となっている。なお、本実施の形態においては、左右のービン回転軸線が基準線２０Ｘに対して対称に配置されているため、基準線２０Ｘは左右のタービン回転軸線１０Ｘの中心点を結ぶ線となっている。なお、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αは、海流発電装置１が設置される領域の海流の流速を測定することにより得られた流速分布や、想定される左右タービン１０のスラスト力の差異に基づいて、決定されることが好適である。
【００２０】
また、ポッド２のポッド中心軸線２Ｘは、対応するタービン回転軸線１０Ｘの延長上に配置されている。すなわち、一方（図２の左側）のポッド中心軸線２Ｘは、発電ユニット２０の基準線２０Ｘに対して傾斜しており、基準線２０Ｘに対するポッド中心軸線２Ｘのなす角度がαとなっている。他方（図２の右側）のポッド中心軸線２Ｘは、左側のポッド中心軸線２Ｘとは反対側に基準線２０Ｘに対して傾斜しており、基準線２０Ｘに対するポッド中心軸線２Ｘのなす角度がαとなっている。このようにして、左右のポッド２は、左右のタービン１０と同様にして対称に配置されている。
【００２１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２２】
まず、各タービン１０が精度良く製造されて各タービン１０の流体力学的な特性が等しく、そして均一な（流速分布が無い）海水の流れが各タービン１０に流入する場合について説明する。
【００２３】
例えば、このような海流の向き（海水の流れの向き）に、発電ユニット２０の基準線２０Ｘが沿う場合には、各タービン１０に流入する流速が等しくなって、各タービン１０に作用するスラスト力は等しくなる。このため、発電ユニット２０の姿勢は、その状態で維持される。
【００２４】
すなわち、この場合、基準線２０Ｘに沿うように海流が各タービン１０に流入する。図２には、海流の向き（図中に示す太矢印参照）が、基準線２０Ｘに対して角度βをなしている例が示されているが、ここでは、この角度βがゼロ（０）となるように海流が各タービン１０に流入するとする。この場合、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度は、図２に示すようにそれぞれαとなり、各タービン回転軸線１０Ｘは、海流の向きに対して対称になる。このことにより、各タービン１０に作用するスラスト力が等しくなる。このため、発電ユニット２０のヨー方向への（水平面内で）回動が防止され、発電ユニット２０の姿勢が安定的に維持される。
【００２５】
このような均一な海流の向きに対して、発電ユニット２０の基準線２０Ｘが傾斜すると、発電ユニット２０はヨー方向に回動する。
【００２６】
すなわち、この場合、基準線２０Ｘに対して傾斜するように海流が各タービン１０に流入する。例えば、図２に示すように、下流側に向って右側から左側に流れるように海流が傾斜している場合には、右側のタービン回転軸線１０Ｘが海流と同方向に傾斜し、左側のタービン回転軸線１０Ｘが海流と反対方向に傾斜するようになる。このことにより、右側のタービン１０に作用するスラスト力が、左側のタービン１０に作用するスラスト力より大きくなり、左右のタービン１０に作用するスラスト力に差異が生じる。
【００２７】
このため、発電ユニット２０には、その姿勢が安定する位置に向けて発電ユニット２０を回動させるための回動力（復元力）が作用し、発電ユニット２０は、上方から見たときに（図２に示す状態で）、係留索７の海底側端を支点として反時計回りに回動する。そして、基準線２０Ｘが海流の向きに沿うようになると、左右のタービン１０に作用するスラスト力の差異が無くなる。このため、発電ユニット２０に作用していたヨー方向の回動力が無くなり、発電ユニット２０の姿勢が安定化される。従って、海流の向きに対して基準線２０Ｘが傾斜した場合には、発電ユニット２０はヨー方向に回動し、基準線２０Ｘが海流の向きに沿う位置で発電ユニット２０の姿勢が安定的に維持される。
【００２８】
次に、製造上の誤差等により各タービン１０の流体力学的な特性が異なる場合や、不均一な（流速分布がある）海水の流れが各タービン１０に流入する場合について図３を用いて説明する。ここでは、一例として、基準線２０Ｘが海流の向きに沿う状態において図２に示す右側のタービン１０のスラスト力が左側のタービン１０のスラスト力に比べて小さいとする。
【００２９】
図３の横軸は、海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとのなす角度βを示し、縦軸は、各タービン１０に作用するスラスト力を示している。ここでβは、海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとが一致している状態を０（ゼロ）とし、そこから図２に示す状態で反時計回りの方向を正とする。
【００３０】
上述したように、各タービン１０のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度は、それぞれαだけ傾いているため、図２示す左側のタービン１０に作用するスラスト力は、β＝０の点から左側に−αだけずれた点、すなわちβ＝−αの点で最大となる。一方、図２に示す右側のタービン１０に作用するスラスト力は、β＝０の点から右側にαだけずれた点、すなわちβ＝αの点で最大となる。
【００３１】
β＝０の点においては、スラスト力は左側のタービン１０の方が大きいため、発電ユニット２０には、その姿勢が安定する位置に向けて回動させるための回動力が作用する。より具体的には、発電ユニット２０は図２に示す状態で時計回りの方向に、βが大きくなるように回動する。すると、左側のタービン１０に作用するスラスト力は徐々に小さくなり、右側のタービン１０に作用するスラスト力は徐々に大きくなり、左右のタービン１０に作用するスラスト力の差異が小さくなっていく。そして、図３に示すバランス点Ｐにおいて、左側のタービン１０に作用するスラスト力と、右側のタービン１０に作用するスラスト力とが等しくなり、左右のタービン１０に作用するスラスト力の差異が無くなる。このため、バランス点Ｐにおいては、発電ユニット２０にはヨー方向の回動力が作用せず、発電ユニット２０の姿勢は、このバランス点Ｐにおいて安定化される。
【００３２】
このようにして、各タービン１０に作用するスラスト力が互いに異なる場合であっても、発電ユニット２０の姿勢を、バランス点Ｐにおいて安定的に維持することができる。
【００３３】
このように本実施の形態によれば、一方のタービン回転軸線１０Ｘが、他方のタービン回転軸線１０Ｘに対して下流側に向って近くづくように傾斜している。このことにより、各タービン１０の流体力学的な特性の相違や、不均一な海水の流れが各タービン１０に流入することにより、各タービン１０に作用するスラスト力に差異が生じる場合であっても、海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとのなす角度βに応じて、このスラスト力の差異を低減させて無くすことができる。すなわち、各タービン回転軸線１０Ｘを互いに対して傾斜させることにより、スラスト力の差異が無い角度βを有することができる。このため、このスラスト力の差異が無い角度βの状態で、発電ユニット２０の姿勢を安定的に維持することができ、ヨー方向の姿勢を安定化させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、ポッド２のポッド中心軸線２Ｘが、対応するタービン１０のタービン回転軸線１０Ｘの延長上に配置されている。このことにより、発電ユニット２０が海流から受ける力の大きさや方向が複雑化することを抑制でき、海流の流速分布等から、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを精度良く決定することができる。また、ポッド２の内部構造を簡素化することができる。
【００３５】
なお、上述した本実施の形態においては、左右のタービン回転軸線１０Ｘが、発電ユニット２０の基準線２０Ｘに対して対称に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、左右のタービン回転軸線１０Ｘは、基準線２０Ｘに対して非対称に配置されていてもよい。とりわけ、一方のタービン回転軸線１０Ｘが、基準線２０Ｘに対して平行になっていてもよい。このように非対称となる場合においても、発電ユニット２０の姿勢を安定的に維持することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施の形態における海流発電装置について説明する。
【００３７】
図４に示す第２の実施の形態においては、ポッド中心軸線が、互いに平行になっている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図４において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３８】
本実施の形態においては、図４に示すように、左右のポッド２のポッド中心軸線２Ｘが、互いに平行になっている。すなわち、左右のタービン回転軸線１０Ｘが、発電ユニット２０の基準線２０Ｘに対して傾斜して対称に配置されているが、左右のポッド中心軸線２Ｘは、いずれも基準線２０Ｘに対して平行になっている。
【００３９】
本実施の形態におけるタービン軸１３は、タービン回転軸線１０Ｘに沿って延びているため、タービン回転軸線１０Ｘと同様に、基準線２０Ｘに対して傾斜している。一方、発電機３から延びる発電機軸６は、ポッド中心軸線２Ｘに沿って延びているため、ポッド中心軸線２Ｘと同様に、基準線２０Ｘに平行になっている。
【００４０】
これらのタービン軸１３と発電機軸６とは、自在継手３０を介して連結されている。このことにより、互いに傾斜しているタービン軸１３と発電機軸６とが、回転エネルギを伝達可能に連結されている。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、左右のポッド２のポッド中心軸線２Ｘが、互いに平行になっている。このことにより、海流の向きに発電ユニット２０の基準線２０Ｘが沿う場合には、ポッド２が海流から受ける力を低減することができ、発電ユニット２０や係留索７に作用する力を低減することができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
次に、図５乃至図９を用いて、本発明の第３の実施の形態における海流発電装置について説明する。
【００４３】
図５乃至図９に示す第３の実施の形態においては、一方のタービン回転軸線のなす角度と、他方のタービン回転軸線のなす角度とが調整可能になっている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図５乃至図９において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４４】
図５に示すように、クロスビーム４は、一方（図５の左側）のポッド２に連結された第１ビーム部分４ａ（第１部分）と、他方（図５の右側）のポッド２に連結された第２ビーム部分４ｂ（第２部分）と、を有している。これら第１ビーム部分４ａと第２ビーム部分４ｂとは、ヨー方向に回動可能に連結されている。
【００４５】
クロスビーム４には、一方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αと、他方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αとを調整する角度調整機構４０が設けられている。より具体的には、角度調整機構４０は、第１ビーム部分４ａおよび第２ビーム部分４ｂのうちの一方を他方に対して回動させ、角度αを変更する。このような角度調整機構４０は、任意の構成とすることができるが、一例として、駆動モータと変速機とにより構成することができる。
【００４６】
図５に示すように、各ポッド２に内蔵された軸受５に、ロードセル４１（スラスト力計測器）が設けられている。各ロードセル４１は、対応するタービン１０のタービン軸１３に作用するスラスト力を計測するようになっている。すなわち、一方のポッド２内の軸受５に設けられたロードセル４１は、当該ポッド２内のタービン軸１３に作用するスラスト力を計測し、他方のポッド２内の軸受５に設けられたロードセル４１は、当該ポッド２内のタービン軸１３に作用するスラスト力を計測する。なお、スラスト力計測器は、上述したロードセル４１に限られることはなく、例えば、図示しない軸受固定部の歪みや、タービン軸１３の歪みを計測可能なセンサであってもよい。
【００４７】
また、いずれか一方（ここでは右側）のポッド２に、制御装置４２が内蔵されている。この制御装置４２には、上述した各ロードセル４１が電気的に接続されている。また、発電ユニット２０のいずれかの部分に流向センサ４３や流速センサ（図示せず）が設けられている。このうち流向センサ４３は、海水の流向として、海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとのなす角度βを計測するようになっている。この流向センサ４３も、制御装置４２に電気的に接続されている。なお、流向センサ４３は、クロスビーム４の上面もしくは下面、またはポッド２の外表面に設けることが好適であるが、図５においては、クロスビーム４の第２ビーム部分４ｂの上面に設けられている例を示している。
【００４８】
制御装置４２は、各ロードセル４１により計測された各タービン１０のタービン軸１３に作用するスラスト力に基づいて、一方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度と、他方のタービン１０のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とを決定する。そして、制御装置４２は、決定された各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度に基づいて角度調整機構４０を制御し、角度調整機構４０は、第１ビーム部分４ａおよび第２ビーム部分４ｂのうちの一方を他方に対して回動させる。これにより、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、計測されたスラスト力に基づいて決定された角度になる。
【００４９】
次に、スラスト力に基づいて決定されるタービン回転軸線１０Ｘのなす角度について図６乃至図８を用いて説明する。
【００５０】
図６には、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが小さい場合における、各タービン軸１３に作用するスラスト力の特性が示され、図７には、角度αが大きい場合におけるスラスト力の特性が示されている。
【００５１】
図６に示すように、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが小さい場合には、バランス点Ｐにおけるβ（海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとのなす角度）が大きくなる。図６の左側のαで示す位置におけるβとバランス点Ｐにおけるβとの差をδ１とし、右側のαで示す位置におけるβとバランス点Ｐにおけるβとの差をδ２とすると、δ１とδ２の合計（δｔ）が大きくなる。すなわち、バランス点Ｐにおける海流の向きと左側のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とのずれと、バランス点Ｐにおける海流の向きと右側のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とのずれとの合計が大きくなる。このことにより、発電ユニット２０として、海流エネルギを回転エネルギに変換する効率が低下し得る。
【００５２】
一方、図７に示すように、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが大きい場合には、バランス点Ｐにおけるβが小さくなる。この場合においても、δｔが大きくなる。すなわち、バランス点Ｐにおける海流の向きと左側のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とのずれと、バランス点Ｐにおける海流の向きと右側のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とのずれとの合計が大きくなる。このため、図７に示す場合においても、発電ユニット２０として、海流エネルギを回転エネルギに変換する効率が低下し得る。
【００５３】
従って、δ１とδ２の合計が小さくなる場合のαを選定することで、海流エネルギを回転エネルギに変換する効率の低下を抑制することが可能となる。このことが、図８に示されている。図８の横軸には、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが示され、縦軸には、バランス点Ｐにおける海流の向きと各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度とのずれの合計δｔが示されている。図８に示すように、αが小さくなるにつれて（図６）、δｔが大きくなり、αが大きくなるにつれて（図７）、δｔが大きくなるが、このδｔが小さくなるαの領域が存在する。このため、この領域のαを適切に選定すること、好適にはδｔが最小となるαを適切に選定することにより、δｔを小さくすることができ、発電ユニット２０して、海流エネルギを回転エネルギに変換する効率の低下を抑制することができる。この結果、発電ユニット２０としての発電量（両方の発電機３による発電量の合計）の低下が抑制可能になる。
【００５４】
そこで、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、上述したような適切な角度に変更する方法について、図９を用いて説明する。
【００５５】
まず、軸受５に設けられたロードセル４１により、各タービン軸１３に作用しているスラスト力が計測されると共に、流向センサ４３により、海水の流向として、海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとのなす角度βが計測される（ステップＳ１）。
【００５６】
続いて、計測されたスラスト力とβとを用いて、図３に示すようなスラスト力特性カーブが推定される（ステップＳ２）。このスラスト力特性カーブは、例えば、種々のβにおけるスラスト力のデータを用いることにより、容易に推定することが可能となる。
【００５７】
次に、推定されたスラスト力特性カーブから、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度として適切な角度が決定される（ステップＳ３）。この場合、スラスト力特性カーブから、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度を種々の値に変更した場合におけるバランス点Ｐが求められ、各バランス点Ｐにおけるδｔが求められる。そして、図８に示すようなδｔの特性カーブが推定されて、δｔが最小となる適切な角度が決定される。
【００５８】
ステップＳ３の後、角度調整機構４０により、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、ステップＳ３において決定された適切な角度に変更される（ステップＳ４）。このようにして、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、発電ユニット２０としての発電量の低下が抑制可能な角度に変更される。
【００５９】
このように本実施の形態によれば、角度調整機構４０により、第１ビーム部分４ａおよび第２ビーム部分４ｂのうちの一方を他方に対して回動させることにより、左右のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αがそれぞれ調整される。このことにより、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、所望の角度に調整することができる。すなわち、海流の流速分布や、流向等の諸条件に応じて、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを調整することができ、発電ユニット２０としての発電量の低下を抑制することができる。このため、発電ユニット２０の姿勢を安定的に維持しながら発電量の低下を抑制することが可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態によれば、左右のタービン軸１３に作用しているスラスト力に基づいて、タービン回転軸線１０Ｘのなす適切な角度が決定され、その決定された角度にタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを変更できる。このことにより、海流発電装置１が海中に設置された状態で計測されるスラスト力に基づいて、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを適切に変更することができる。このため、発電ユニット２０しての発電量の低下をより一層抑制することができる。
【００６１】
なお、上述した本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、左右のポッド２のポッド中心軸線２Ｘが、対応するタービン回転軸線１０Ｘの延長上に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、例えば、第２の実施の形態のように、左右のポッド２のポッド中心軸線２Ｘが、互いに平行になっていてもよい。
【００６２】
（第４の実施の形態）
次に、図１０を用いて、本発明の第４の実施の形態における海流発電装置について説明する。
【００６３】
図１０に示す第４の実施の形態においては、タービンが、対応するポッドに対して、ヨー方向に回動可能になっている点が主に異なり、他の構成は、図４に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図１０において、図４に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態においては、図１０に示すように、各タービン１０が、対応するポッド２に対して、ヨー方向に（水平面内で）回動可能になっている。より具体的には、ポッド２は、対応するタービン１０の側（下流側、図１０に示す上側）に設けられた第１ポッド部分２ａと、当該タービン１０の側とは反対側（上流側、図１０に示す下側）に設けられた第２ポッド部分２ｂと、を有している。このうち第１ポッド部分２ａは、第２ポッド部分２ｂに対して、ヨー方向に回動可能に連結されている。
【００６５】
各ポッド２には、一方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αと、他方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αとを調整する角度調整機構４０が設けられている。より具体的には、角度調整機構４０は、第１ポッド部分２ａを第２ポッド部分２ｂに対して回動させる。このことにより、第１ポッド部分２ａに連結されたタービン１０が、ポッド２の第２ポッド部分２ｂに対して回動し、角度αが変更される。このような角度調整機構４０は、任意の構成とすることができるが、一例として、駆動モータと変速機とにより構成することができる。
【００６６】
図４と同様に、左右のポッド２のポッド中心軸線２Ｘは、互いに平行になっている。ここでのポッド中心軸線２Ｘは、第２ポッド部分２ｂに沿っている。そして、タービン軸１３と、これに対応する発電機軸６とは、図４と同様な自在継手３０によって連結されている。
【００６７】
また、各ポッド２には、図５と同様なロードセル４１（スラスト力計測器）が設けられている。そして、いずれか一方のポッド２に、図５と同様な制御装置４２が内蔵され、各ポッド２に、図５と同様な流向センサ４３が設けられている。
【００６８】
制御装置４２は、第３の実施の形態と同様にして、各ロードセル４１により計測された各タービン１０のタービン軸１３に作用するスラスト力に基づいて、一方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度と、他方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とを決定する。そして、制御装置４２は、決定された各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度に基づいて角度調整機構４０を制御し、角度調整機構４０は、第１ポッド部分２ａを第２ポッド部分２ｂに対して回動させる。これにより、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、計測されたスラスト力に基づいて決定された角度になる。
【００６９】
なお、図１０に示す形態においては、両方のタービン１０が、対応するポッド２に対してヨー方向に回動可能になっている例が示されている。この場合、角度調整後の左右のタービン回転軸線１０Ｘを、発電ユニット２０の基準線２０Ｘに対して対称に配置することができる。しかしながら、このことに限られることはなく、いずれか一方のタービン１０が、対応するポッド２に対してヨー方向に回動可能になっており、他方のタービン１０は、対応するポッド２に対してヨー方向に回動不能になっていてもよい。
【００７０】
このように本実施の形態によれば、角度調整機構４０により、タービン１０を、対応するポッド２に対して回動させることにより、左右のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αがそれぞれ調整される。このことにより、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、所望の角度に調整することができる。すなわち、海水の流速や、流向等の諸条件に応じて、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを調整することができ、発電ユニット２０としての発電量の低下を抑制することができる。このため、発電ユニット２０の姿勢を安定的に維持しながら発電量の低下を抑制することが可能となる。
【００７１】
（第５の実施の形態）
次に、図１１および図１２を用いて、本発明の第５の実施の形態における海流発電装置について説明する。
【００７２】
図１１および図１２に示す第５の実施の形態においては、タービンのトルクに基づいてタービン回転軸線のなす角度が決定される点が主に異なり、他の構成は、図５乃至図９に示す第３の実施の形態（または図１０に示す第４の実施の形態）と略同一である。なお、図１１および図１２において、図５乃至図９に示す第３の実施の形態（または図１０に示す第４の実施の形態）と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施の形態においては、図１１に示すように、各ポッド２に内蔵された軸受５に、トルク計測器５０が設けられている。各トルク計測器５０は、対応するタービン１０のタービン軸１３のトルクを計測するようになっている。すなわち、一方のポッド２内の軸受５に設けられたトルク計測器５０は、当該ポッド２内のタービン軸１３のトルクを計測し、他方のポッド２内の軸受５に設けられたトルク計測器５０は、当該ポッド２内のタービン軸１３のトルクを計測する。各トルク計測器５０は、制御装置４２に電気的に接続されている。
【００７４】
制御装置４２は、各トルク計測器５０により計測された各タービン１０の回転トルクに基づいて、一方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度と、他方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とを決定する。そして、制御装置４２は、決定された各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度に基づいて角度調整機構４０を制御し、角度調整機構４０は、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、計測されたトルクに基づいて決定された角度に変更する。
【００７５】
次に、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、適切な角度に変更する方法について、図１２を用いて説明する。
【００７６】
まず、軸受５に設けられたトルク計測器５０により、各タービン軸１３のトルクが計測されると共に、流向センサ４３により、海水の流向として、海流の向きと発電ユニット２０の基準線２０Ｘとのなす角度βが計測される（ステップＳ１１）。
【００７７】
続いて、計測されたトルクに基づいて、各タービン軸１３に作用しているスラスト力が推定される（ステップＳ１２）。制御装置４２は、数値計算や試験等により、トルクとスラスト力との関係を予め得ておいて記憶しておくことが好適である。このことにより、計測されたトルクに基づいてスラスト力を容易に推定することができる。
【００７８】
次に、推定されたスラスト力とβとを用いて、図３に示すようなスラスト力特性カーブが推定される（ステップＳ１３）。
【００７９】
次いで、推定されたスラスト力特性カーブから、タービン回転軸線１０Ｘのなす適切な角度が決定される（ステップＳ１４）。
【００８０】
その後、角度調整機構４０により、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、ステップＳ１４において決定された適切な角度に変更される（ステップＳ１５）。このようにして、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、発電ユニット２０としての発電量の低下が抑制可能な角度に変更される。
【００８１】
このように本実施の形態によれば、左右のタービン軸１３のトルクに基づいて、タービン回転軸線１０Ｘのなす適切な角度が決定され、その決定された角度にタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを変更できる。このことにより、海流発電装置１が海中に設置された状態で計測されるトルクに基づいて、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度を適切に変更することができる。このため、発電ユニット２０しての発電量の低下をより一層抑制することができる。
【００８２】
（第６の実施の形態）
次に、図１３および図１４を用いて、本発明の第６の実施の形態における海流発電装置について説明する。
【００８３】
図１３および図１４に示す第６の実施の形態においては、発電機からの発電出力に基づいてタービン回転軸線のなす角度が決定される点が主に異なり、他の構成は、図５乃至図９に示す第３の実施の形態（または図１０に示す第４の実施の形態）と略同一である。なお、図１３および図１４において、図５乃至図９に示す第３の実施の形態（または図１０に示す第４の実施の形態）と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
本実施の形態においては、図１３に示すように、各ポッド２内に、対応する発電機軸６の回転数を計測する回転数計測器６０が設けられている。すなわち、一方のポッド２内に設けられた回転数計測器６０は、当該ポッド２内の発電機軸６の回転数を計測し、他方のポッド２内に設けられた回転数計測器６０は、当該ポッド２内の発電機軸６の回転数を計測する。各回転数計測器６０は、制御装置４２に電気的に接続されている。回転数計測器６０には、例えば、回転軸に貼り付けた反射シールからの反射光を検出する方式、または、回転軸に設けられた歯車の歯を光電センサ、電磁ピックアップセンサ、若しくは変位センサで検出する方式など、種々の方式の計測器を用いることができる。図１３においては、一例として、反射光を検出する方式を示している。
【００８５】
各発電機３は、制御装置４２を介して図示しない海底ケーブルに接続されており、各発電機３において発電された電力は、制御装置４２を通って海底ケーブルに送られる。そして、制御装置４２は、各発電機３から発電された電力を発電出力として計測するように構成されている。
【００８６】
制御装置４２は、各回転数計測器６０により計測された各発電機軸６の回転数と、計測された各発電機３の発電出力とに基づいて、一方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度と、他方のタービン回転軸線１０Ｘのなす角度とを決定する。そして、制御装置４２は、決定された各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度に基づいて角度調整機構４０を制御し、角度調整機構４０は、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、計測された発電出力に基づいて決定された角度に変更する。
【００８７】
次に、各タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを、適切な角度に変更する方法について、図１４を用いて説明する。
【００８８】
まず、ポッド２内に設けられた回転数計測器６０により、海水の流向として、各発電機軸６の回転数が計測されると共に、制御装置４２により、各発電機３からの発電出力が計測される（ステップＳ２１）。
【００８９】
続いて、計測された各発電機軸６の回転数と各発電機３からの発電出力とに基づいて、各タービン軸１３のトルクが推定される（ステップＳ２２）。制御装置４２は、数値計算や試験等により、発電機軸６の回転数および発電出力に対応した発電効率を予め得ておいて記憶しておくことが好適である。このことにより、計測された発電機軸６の回転数と発電出力とに基づいてトルクを容易に推定することができる。
【００９０】
次に、推定されたトルクに基づいて、各タービン軸１３に作用しているスラスト力が推定される（ステップＳ２３）。制御装置４２は、数値計算や試験等により、トルクとスラスト力との関係を予め得ておいて記憶しておくことが好適である。このことにより、計測されたトルクに基づいてスラスト力を容易に推定することができる。
【００９１】
次いで、推定されたスラスト力とβとを用いて、図３に示すようなスラスト力特性カーブが推定される（ステップＳ２４）。
【００９２】
次に、推定されたスラスト力特性カーブから、タービン回転軸線１０Ｘのなす適切な角度が決定される（ステップＳ２５）。
【００９３】
その後、角度調整機構４０により、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、ステップＳ２５において決定された適切な角度に変更される（ステップＳ２６）。このようにして、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度αが、発電ユニット２０としての発電量の低下が抑制可能な角度に変更される。
【００９４】
このように本実施の形態によれば、左右の発電機３の発電出力に基づいて、タービン回転軸線１０Ｘのなす適切な角度が決定され、その決定された角度にタービン回転軸線１０Ｘのなす角度αを変更できる。このことにより、海流発電装置１が海中に設置された状態で計測される発電出力に基づいて、タービン回転軸線１０Ｘのなす角度を適切に変更することができる。このため、発電ユニット２０しての発電量の低下をより一層抑制することができる。
【００９５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１      海流発電装置
２      ポッド
２Ｘ    ポッド中心軸線
２ａ    第１ポッド部分
２ｂ    第２ポッド部分
３      発電機
４      クロスビーム
４ａ    第１ビーム部分
４ｂ    第２ビーム部分
７      係留索
１０    タービン
１０Ｘ  タービン回転軸線
４０    角度調整機構
４１    ロードセル
４２    制御装置
５０    トルク計測器
６０    回転数計測器
【図１】
2016169696.tif 000003
【図２】
2016169696.tif 000004
【図３】
2016169696.tif 000005
【図４】
2016169696.tif 000006
【図５】
2016169696.tif 000007
【図６】
2016169696.tif 000008
【図７】
2016169696.tif 000009
【図８】
2016169696.tif 000010
【図９】
2016169696.tif 000011
【図１０】
2016169696.tif 000012
【図１１】
2016169696.tif 000013
【図１２】
2016169696.tif 000014
【図１３】
2016169696.tif 000015
【図１４】
2016169696.tif 000016