JP6569115B2 - Wave power generation apparatus and wave power generation method - Google Patents
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Description
本発明は立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置した波力発電装置および波力発電方法に関するものであり、詳しくはフロートに発生する浮力の影響を抑制できる波力発電装置および波力発電方法に関するものである。 The present invention relates to a wave power generation apparatus and a wave power generation method in which a float that is vertically moved by a wave along the column is installed on a column moored underwater in a standing state, and more specifically, a buoyancy generated in the float The present invention relates to a wave power generation device and a wave power generation method that can suppress the influence of the wave.
立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置して、このフロートと支柱との相対運動を利用して発電する波力発電装置が種々提案されている(例えば特許文献1参照)。 Various wave power generators have been proposed in which a float that moves up and down by a wave along the column is installed on a column that is moored underwater in a standing state, and power is generated using the relative motion between the float and the column. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1は、駆動機構によりフロートに所定の速度を付加して、フロートを波に同調させる波力発電装置を提案する。この波力発電装置は、波からエネルギを効率よく取り出すことができる。
駆動機構によりフロートに所定速度を付加するときに、駆動機構はフロートの浮力に抗してフロートを移動させなければならない。出力の大きな駆動機構が必要となるので、波力発電装置の製造コストが増大しまうとう不具合がある。 When a predetermined speed is applied to the float by the drive mechanism, the drive mechanism must move the float against the buoyancy of the float. Since a drive mechanism with a large output is required, there is a problem that the manufacturing cost of the wave power generator increases.
またフロートに発生する浮力はフロートの上下動にともない変動するので、駆動機構の出力変動が大きくなり、駆動機構の劣化が進みやすくなる不具合がある。 Further, since the buoyancy generated in the float fluctuates with the vertical movement of the float, there is a problem that the output fluctuation of the drive mechanism becomes large and the deterioration of the drive mechanism easily proceeds.
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的はフロートに発生する浮力の影響を抑制できる波力発電装置および波力発電方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a wave power generation device and a wave power generation method capable of suppressing the influence of buoyancy generated in a float.
上記の目的を達成するための本発明の波力発電装置は、立設状態で水中に係留される支柱と、この支柱に沿って波により上下動するフロートと、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する発電機構とを有する波力発電装置において、前記支柱から水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、前記伝達機構が棒状の連結バーで構成され、この連結バーの一端が前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結され他端が前記フロートに連結されていて、前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wave power generator according to the present invention includes a column that is moored underwater in a standing state, a float that moves up and down by waves along the column, and a relative relationship between the float and the column. A wave power generation apparatus having a power generation mechanism that generates electric power using motion, a support shaft extending in a horizontal direction from the support column , and a flat plate that is supported by the support shaft and whose surface direction is orthogonal to the support shaft A tilting plate, a weight fixed at a position spaced upward from the support shaft on the tilting plate, and a transmission mechanism for associating the position of the weight with the position of the float, the transmission mechanism being a rod- like shape The connection bar has one end connected to the tilting plate at a position spaced laterally from the support shaft, and the other end connected to the float. Gravity and buoyancy generated in the float While balancing with When the float is in position, the weight is positioned directly above the support shaft, and when the float is below the neutral position and the buoyancy generated in the float increases, the float In conjunction with the movement, the weight moves from right above the support shaft to one side, and the force by which the weight descends due to gravity generates a downward force on the float via the transmission mechanism. When the float is above the neutral position and the buoyancy generated in the float decreases, the weight is offset from directly above the support shaft to the other side. The force by which the weight moves downward due to gravity generates an upward force on the float via the transmission mechanism, so that at least a reduction in buoyancy generated on the float is reduced. Characterized in that it comprises an arrangement for compensating a part.
上記の目的を達成するための本発明の波力発電方法は、立設状態で水中に係留される支柱に、この支柱に沿って波により上下動するフロートを設置して、このフロートと前記支柱との相対運動を利用して発電する波力発電方法において、前記支柱から水平方向に延びる支持軸を設置して、面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板を前記支持軸に軸支される状態で設置して、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に重心を有するおもりを前記傾動板に設置して、前記支持軸を中心とする前記おもりの移動に前記フロートの上下動を連動させる伝達機構を設置して、前記伝達機構を棒状の連結バーで構成して、この連結バーの一端を前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結して他端を前記フロートに連結して、前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置する状態に構成し、前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりを前記支持軸の真上から一方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺させ、前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりを前記支持軸の真上から他方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償させることを特徴とする。 In the wave power generation method of the present invention for achieving the above object, a float that moves up and down by a wave along the column is installed on a column that is moored underwater in a standing state, and the float and the column In the wave power generation method for generating electric power using relative motion, a support shaft extending in the horizontal direction from the support column is installed, and a flat tilt plate whose surface direction is perpendicular to the support shaft is pivoted on the support shaft. Installed in a supported state, a weight having a center of gravity at a position spaced upward from the support shaft on the tilt plate is installed on the tilt plate , and the float is moved to move the weight about the support shaft. A transmission mechanism that interlocks the vertical movement of the two, and the transmission mechanism is configured by a bar-shaped connection bar, and one end of the connection bar is connected to the tilting plate at a position spaced laterally from the support shaft. by connecting the other end to the float Te, before When the float is in a neutral position where gravity and buoyancy generated in the float are balanced, the weight is configured to be positioned directly above the support shaft, and the float is below the neutral position and the float When the buoyancy generated in the cylinder increases, the weight is moved from right above the support shaft to one side in conjunction with the movement of the float, and the weight is lowered by gravity, via the transmission mechanism. When a downward force is generated in the float to offset at least a part of the increase in buoyancy generated in the float, and when the float is above the neutral position and the buoyancy generated in the float decreases The weight is moved from right above the support shaft to the other side, and the weight moves up to the float via the transmission mechanism by the force of lowering due to gravity. By generating Kino force, characterized in that to compensate for at least a portion of the decrease in buoyancy generated in the float.
本発明によれば、フロートが中立位置よりも下方に位置してフロートを上昇させる浮力が増加するとき、この増加した浮力の少なくとも一部を相殺する下向きの力がフロートに働く。そのためフロートに働く浮力を見かけ上小さくすることができる。またフロートが中立位置よりも上方に位置してフロートを上昇させる浮力が減少するとき、この減少した浮力の少なくとも一部を補償する上向きの力がフロートに働く。そのためフロートに働く浮力を見かけ上大きくすることができる。 According to the present invention, when the float is positioned below the neutral position and the buoyancy that raises the float increases, a downward force that offsets at least part of the increased buoyancy acts on the float. Therefore, the buoyancy acting on the float can be apparently reduced. When the float is positioned above the neutral position and the buoyancy that raises the float decreases, an upward force that compensates for at least a part of the decreased buoyancy acts on the float. Therefore, the buoyancy acting on the float can be apparently increased.
つまりフロートに発生する浮力の増減に応じて、おもりからフロートに発生させる力の方向および大きさが変化するので、フロートに発生する浮力の変動を見かけ上小さくすることができる。フロートが上下動するときに変動する浮力の影響を抑制できるので、フロートの固有周期を調整して長周期化することができる。 That is, since the direction and magnitude of the force generated from the weight to the float changes according to the increase or decrease of the buoyancy generated in the float, the fluctuation of the buoyancy generated in the float can be apparently reduced. Since the influence of buoyancy that fluctuates when the float moves up and down can be suppressed, the natural period of the float can be adjusted to increase the period.
またフロートは浮力の影響を受けにくくなるので、駆動機構等によりフロートに速度を付加して波に同調させるときに、比較的小さな力でフロートの上下動の速度を制御できる。駆動機構等の小型化や低コスト化を実現するには有利である。 Since the float is less susceptible to buoyancy, the speed of the vertical movement of the float can be controlled with a relatively small force when the drive mechanism or the like adds speed to the float and synchronizes with the wave. This is advantageous in realizing downsizing and cost reduction of the drive mechanism and the like.
支持軸を支柱に設置し、伝達機構を棒状の連結バーで構成し、この連結バーの一端が支持軸から側方に離間した位置の傾動板上に連結され他端がフロートに連結される構成にすることができる。このとき傾動板を、支持軸から延びて端部におもりを固定される第一直線部と、支持軸から延びて端部に連結バーを連結される第二直線部とからなる略L字型に構成することができる。 The support shaft is installed on the support column, the transmission mechanism is composed of a rod-shaped connection bar, one end of this connection bar is connected to the tilting plate at a position spaced laterally from the support shaft, and the other end is connected to the float Can be. At this time, the tilting plate is formed in a substantially L-shape comprising a first straight portion extending from the support shaft and having a weight fixed to the end portion, and a second straight portion extending from the support shaft and having a connecting bar connected to the end portion. Can be configured.
支持軸を支柱に設置し、傾動板をピニオンギアで構成し、伝達機構をフロートの上面から上方に向かって立設されピニオンギアに対応するラックで構成することができる。また支持軸をフロートに設置し、傾動板をピニオンギアで構成し、伝達機構が支柱の上下方向に沿って設置されピニオンギアに対応するラックで構成することができる。 The support shaft can be installed on the support column, the tilting plate can be configured by a pinion gear, and the transmission mechanism can be configured by a rack that is erected upward from the upper surface of the float and that corresponds to the pinion gear. Further, the support shaft can be installed on the float, the tilting plate can be configured with a pinion gear, and the transmission mechanism can be configured with a rack corresponding to the pinion gear installed along the vertical direction of the column.
支持軸に直交する垂直面内で支持軸を中心として形成される円周上であって、支持軸をとおる水平線を含む上側の円弧に沿っておもりが移動する構成にすることができる。この構成によれば浮力変動によりフロートの上下方向に発生する力の変化に、おもりによりフ
ロートの上下方向に発生させる力の変化を追従させ易くなるので、フロートに発生する浮力の影響を抑制するには有利である。
The weight can be configured to move along an upper circular arc including a horizontal line passing through the support shaft on a circumference formed around the support shaft in a vertical plane orthogonal to the support shaft. According to this configuration, it becomes easy to follow the change in the force generated in the vertical direction of the float by the weight due to the change in the force generated in the vertical direction of the float due to the buoyancy fluctuation. Is advantageous.
支持軸に設置されて傾動板の傾動に抵抗を与える抵抗部材を備える構成にすることができる。おもりによりフロートの上下方向に発生させる力に抵抗部材による抵抗がかかるので、この力の変化を、浮力変動によりフロートの上下方向に発生する力の変化に追従させるには有利である。 It can be set as the structure provided with the resistance member which is installed in a support shaft and gives resistance to tilting of a tilting board. Since resistance by the resistance member is applied to the force generated by the weight in the vertical direction of the float, it is advantageous to make this change in force follow the change in the force generated in the vertical direction of the float due to buoyancy fluctuations.
以下、本発明の波力発電装置および波力発電方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, a wave power generation apparatus and a wave power generation method of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
図1〜3に例示するように本発明の波力発電装置1は、立設状態で水中に係留される支柱2と、この支柱2に沿って波により上下動するフロート3と、フロート3と支柱2との相対運動を利用して発電する発電機構4とを備えている。
As illustrated in FIGS. 1 to 3, the wave
支柱2は、例えば円柱形状や角柱形状に形成されていて、水底に直接固定されたり、または支柱2に連結される係留索の他端を水底に沈めたアンカーに連結して水底に間接的に固定されたりする。フロート3は例えば略円柱形状に形成され、上下方向に延びる貫通孔を形成されている。支柱2はこの貫通孔に貫通した状態で配置される。フロート3の形状は上記に限らず、例えば略立方体形状など適宜決定することができる。
The
発電機構4は、フロート3内の空洞に配置されるモータと、モータに減速機等を介して間接的に設置されるピニオンギアと、このピニオンギアに対応して支柱2の側面に上下方向に沿って延設されるラックとを備えている。フロート3が波により支柱2に沿って上下動すると、ピニオンギアとともにモータが回転して発電する。
The
支柱2は、上端近傍から水平方向に延設される支持軸5と、この支持軸5に軸支される平板状の傾動板6とを備えている。傾動板6は、その面方向が支持軸5に直交して、支持軸5を中心に回転可能な状態で設置されている。この実施形態では傾動板6は略L字型に形成されている。
The
傾動板6は、支持軸5から上方に向かって延設される第一直線部7と、支持軸5から側方に向かって延設される第二直線部8とを有している。この実施形態では支持軸5を中心として第一直線部7と第二直線部8とがなす角を90°とする略L字型の傾動板6が形成されている。
The tilting
第一直線部7の上端部には例えば鉄で構成される円柱形状のおもり9が設置されている。おもり9を構成する材料はこれに限らず、その他の金属や合金など比較的比重の大きい金属で構成することができる。また金属に限らず比重が大きい材料であればおもり9として利用することができる。おもり9の形状は上記に限らず、例えば球形状や直方体形状など任意の形状に形成することができる。
A
おもり9とフロート3とは伝達機構10により連結されている。この実施形態では伝達機構10が、一端を第二直線部8の端部に連結され他端をフロート3に連結される連結バーで構成されている。この連結バー10により、おもり9の位置とフロート3の上下方向における位置とは関連付けられている。つまりおもり9とフロート3の移動が連動する。図3に例示するようにフロート3の上面の一部には開口部11が形成されていて、連結バー10の他端はこの開口部11に挿入され、フロート3に連結される。連結バー10の両端はそれぞれの部材に対して回転可能な状態で軸支されている。
The
図1〜3に例示されるフロート3は、上下方向において重力により発生する下向きの力Fgと、浮力により発生する上向きの力Fbとが釣り合っている位置(以下、中立位置P0ということがある)にある。つまり波力発電装置1を静水中に設置したときに、支柱2に対するフロート3の上下方向の位置を中立位置P0と定義する。図1においては、フロート3の上端面の位置を中立位置P0として破線で示し、静水時の水位を平均水位WLで示している。
The
海に設置される波力発電装置1のフロート3の上端面が中立位置P0にあるときに、傾動板6に固定されるおもり9は支持軸5の真上に位置する状態に調整される。この調整は、連結バー10の長さを調整することにより実現できる。例えば連結バー10に複数のボルト穴を形成して、フロート3または傾動板6と連結するときのボルト穴の位置を変更することで、連結バー10の長さを調整することができる。連結バー10を伸縮可能に構成して、連結バー10の伸縮によりおもり9の位置を調整してもよい。
When the upper end surface of the
図4に例示するように波によりフロート3の上端面が中立位置P0よりも下方に移動した場合、フロート3の上下動にともない連結バー10を介して連結されている傾動板6が支持軸5を中心に傾動する。この実施形態では傾動板6は時計回りに傾動するので、おもり9は第二直線部8が配置されている方向(図4右方)に向かって移動する。つまり伝達機構10を構成する連結バーにより、フロート3の上下動におもり9が連動していて、ここではフロート3が下方へ移動するとおもり9が右方へ移動する。
As illustrated in FIG. 4, when the upper end surface of the
フロート3の上端面が中立位置P0よりも下方に移動するほど、フロート3の水中となる部分が増加して浮力が増大するので、フロート3に発生する上向きの力Fbが増加していく。なお図中において平均水位WLは一点鎖線で示している。
As the upper end surface of the
フロート3の下方移動にともないおもり9は、支持軸5を中心として第一直線部7を半径とする円弧に沿って移動していく。支持軸5の真上から右側に移動したおもり9には自重により落下しようとする下向きの力が発生するので、支持軸5を中心とする回転力が傾動板6に発生する。この回転力が連結バー10を介してフロート3に伝達される。おもり9が落下しようとする力は、フロート3を下方に押込む力Fとして働く。つまりおもり9の移動にフロート3の移動が連動していて、ここではおもりが右方へ移動するとフロート
3が下方へ移動する。
As the
おもり9が支持軸5の真上の位置から右方に離れるほど、水平方向における支持軸5とおもり9との位置が離れるので、おもり9が傾動板6を回転させる力が増加する。これにともないおもり9によりフロート3を下方に押込む力Fが増加していく。
The further the
図5に例示するようにおもり9が支持軸5の真横に位置するとき、力Fは最大となる。このときフロート3の上下方向の位置が最下端となる状態に波力発電装置1を設計することが望ましい。フロート3の下降にともない増加する上向きの力Fbは、力Fにより少なくとも一部が相殺されるので、フロート3に発生する浮力は見かけ上小さくなる。
As illustrated in FIG. 5, the force F is maximized when the
図6に例示するように波によりフロート3の上端面が中立位置P0よりも上方に移動した場合、フロート3の移動にともない傾動板6が傾動する。この実施形態では傾動板6は反時計回りに傾動するので、おもり9は第二直線部8が配置されている方向とは逆方向(図6左方)に移動する。つまりフロート3が上方へ移動するとおもり9が左方へ移動する。フロート3の上端面が中立位置P0よりも上方に移動するほど、フロート3の水中となる部分が減少するので、フロート3に発生する上向きの力Fbが減少していく。
As illustrated in FIG. 6, when the upper end surface of the
フロート3の上方移動にともないおもり9は、支持軸5を中心として第一直線部7を半径とする円弧に沿って移動していく。支持軸5の真上から左側に移動したおもり9には自重により落下しようとする下向きの力が発生するので、支持軸5を中心とする回転力が傾動板6に発生する。この回転力が連結バー10を介して、フロート3を上方に引き上げる力Fとして働く。つまりおもり9が左方へ移動するとフロート3が上方へ移動する。
As the
おもり9が支持軸の真上の位置から左方に離れるほど、おもり9が傾動板6を回転させる力が増加する。これにともないおもり9によりフロート3が上方に引き上げられる力Fが増加していく。
The force by which the
図7に例示するようにおもり9が支持軸5の真横に位置するとき、力Fは最大となる。このときフロート3の上下方向の位置が最上端となる状態に波力発電装置1を設計することが望ましい。フロート3の上昇にともない減少する上向きの力Fbは、力Fにより少なくとも一部が補償される。つまり減少した上向きの力Fbが力Fにより補われるので、フロート3に発生する浮力は見かけ上大きくなる。
As illustrated in FIG. 7, the force F is maximized when the
フロート3が図5および図7に示す最上端と最下端との間を往復動する際に、おもり6は回転軸5を中心とする円弧の上半分上を往復動する。
When the
図8では横軸にフロート3の上端面が中立位置P0から上下方向に離れている距離を示している。右側にいくほどフロート3は中立位置P0よりも上方に位置し、左側にいくほど下方に位置することになる。縦軸にフロート3に発生する上下方向の力を示している。フロート3に上向きに働く力を正として、下向きに働く力を負としている。
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the distance that the upper end surface of the
Fb−Fgは、浮力によりフロート3に発生する上向きの力Fbと自重によりフロート3に発生する下向きの力Fgとの差を示している。中立位置P0では力Fbと力Fgは等しく釣り合った状態となるので、Fb−Fgはゼロとなる。
Fb−Fg indicates a difference between an upward force Fb generated in the
自重によりフロート3に発生する下向きの力Fgは一定となるのに対して、浮力によりフロート3に発生する上向きの力Fbはフロート3の位置に応じて変動する。フロート3が中立位置P0よりも下方にあるとき(位置が負のとき)は浮力が増加するのでFb−Fgは正となり、位置が正のときは浮力が減少するのでFb−Fgは負となる。
The downward force Fg generated in the
つまりFb−Fgは、フロート3が中立位置P0から離れるほど、フロート3を中立位置P0に戻す方向に大きな力を発生させる。そのためFb−Fgは、フロート3を中立位置P0に維持しようとする求心力となる。この求心力を示すグラフの傾きは、フロート3に発生する浮力の増減割合に比例するので、フロート3の断面積を変更することで変化させることができる。
That is, Fb-Fg generates a larger force in a direction to return the
一方でFは、おもり9から伝達機構である連結バー10を介してフロート3に発生させる上下方向の力を示している。力Fは、おもり9が支持軸5を中心に傾動板6を回転させようとする力に比例する。おもり9が傾動板6を回転させようとする力は、おもり9の質量をM(kg)、重力加速度をg(m/s2)、第一直線部7の長さをL(m)、おもり9が支持軸5の真上から回転した角度をθ(deg)とすると、MgLsinθで表すことができる。力FはこのMgLsinθに比例するので、力Fを示すグラフは正弦曲線の一部を示すことになる。
On the other hand, F indicates a vertical force generated from the
フロート3が中立位置P0から上方または下方に移動すると、力Fはその移動を強化する方向に発生する。つまり力Fは、フロート3を中立位置P0から離す方向に力を発生させる遠心力となる。この遠心力を示すグラフの傾き等は、おもり9の質量M、第一直線部7の長さL、およびおもり9が支持軸5を中心に回転できる角度θの範囲等を変更することで変化させることができる。
When the
図8に例示する破線は、求心力Fb−Fgの力の向きを反転させて示したものである。おもり9の質量Mや第一直線部7の長さLなどを適切に選択することにより、遠心力は求心力に沿った状態で変化するので、求心力のほとんどを遠心力により相殺できる。求心力と遠心力の和がほぼゼロとなるので、見かけ上フロート3にはほとんど求心力が発生しない状態となる。
The broken line illustrated in FIG. 8 shows the direction of the centripetal force Fb-Fg reversed. By appropriately selecting the mass M of the
つまりフロート3は浮力の影響をほとんど受けない状態となるので、例えばフロート3全体を水中に沈めた位置に停止させたり、フロート3全体が水から出た位置に停止させたりしても、フロート3に発生する上下方向の力がつり合い、フロート3をその位置に停止させることができる。フロート3の固有周期Tは、フロート3の質量をm、ばね定数をkとするとT=√(m/k)で表すことができ、バネ定数kはフロート3に発生する復元力から求めることができる。復元力はFb−Fgで表されるので、フロート3の固有周期Tはフロート3に発生する求心力に反比例する。この実施形態ではフロート3に発生する見かけ上の求心力をほぼゼロにでき、その結果ばね定数kをほぼゼロにできるので、フロート3の固有周期Tを極めて大きくすることができる。
That is, since the
フロート3は上下方向におけるいずれの位置にあっても、上下方向に発生する力がほとんど釣り合った状態となる。そのため波力発電装置1が、フロート3の上下動を波に同調させるために駆動機構によりフロート3に所定速度を付加する構成を備えている場合、有利な効果を得られる。
Regardless of the position in the vertical direction, the
本発明において駆動機構はフロート3の浮力に起因して発生し上下方向に変動する力に抗してフロート3を移動させる必要がないので、フロート3を所定の速度に制御するときに必要となるエネルギを抑制できる。フロート3の速度制御のために消費するエネルギを抑制できるので、発電効率を向上するには有利である。
In the present invention, since the drive mechanism does not need to move the
比較的小さな出力でフロート3の速度を制御できるので、出力の比較的低い駆動機構を採用することが可能となり、波力発電装置1の製造コストを抑制するには有利である。駆動機構はフロート3の浮力変化の影響をほとんど受けずにフロート3の速度を制御できる
ので、駆動機構の出力変動の幅を小さくして駆動機構の長寿命化を実現するには有利である。
Since the speed of the
駆動機構は、発電機構4に設置されるモータで構成してもよい。つまり発電機構4のモータは、駆動機構としてフロート3を所定速度に制御するとともに、発電機構として支柱2に対するフロート3の相対運動を電気に変換する構成にしてもよい。
The drive mechanism may be configured by a motor installed in the
またおもり9の質量Mや第一直線部7の長さLなどの調整により、おもり9に起因して発生する遠心力を適宜調整できる。そのため遠心力を調整してフロート3に発生する見かけ上の求心力を調整することにより、フロート3の固有周期を任意に設定することができる。波力発電装置1に設置される海域の波の周期に合わせて、フロート3の固有周期を設定できるので、駆動機構を設置しない構成であってもフロート3の上下動を波の周期に同調させて発電効率を向上するには有利である。
Further, by adjusting the mass M of the
波力発電装置1において、フロート3に働く遠心力と求心力との和が小さくなれば、上記した種々の効果は得られるが、遠心力と求心力との和はゼロとする方がより大きな効果が得られるので望ましい。図8に例示されるFb−Fgは、フロート3の形状および質量等に依存してその傾きが変化する。一般的にフロート3の形状等は、波力発電装置1に要求される発電量や、波の振幅および周期等に基づき決定され、求心力はフロート3の形状に依存する。そのため予め設計されたフロート3に対して、その求心力を相殺する遠心力を発生させることが望ましい。
In the wave
図8に例示される力Fは、おもり9の質量M、おもり9の回転半径(第一直線部7の長さL)、おもり9の回転する角度θの範囲等を調整することにより設定することができる。おもり9の質量Mおよび回転半径を大きくするほど、力Fを示すグラフの傾きは急になる。
The force F illustrated in FIG. 8 is set by adjusting the mass M of the
傾動板6を略L字型の板で構成する実施形態では、第一直線部7の長さの変更によりおもり9の回転半径を調整できる。おもり9を例えば鉄で構成した場合、フロート3を浮かべる水に対して約8倍の比重をおもり9は有しているので、比較的小さなおもり9でフロート3に働く求心力を相殺することができる。
In the embodiment in which the
おもり9が支持軸5の真上から回転する角度θの範囲は、±90°以内とすることが望ましい。即ち支持軸5を通過する水平線から上方となる半円の円弧上をおもり9が移動する構成とする。例えば±30°〜80°など角度θが±90°以内であれば、図8に例示する力FがFb−Fgの変化に良好に追従して、遠心力と求心力との和を小さくできるからである。また角度θが±90°を超えると伝達機構10の構造や連結位置によっては、おもり9がフロート3に及ぼす力の向きが逆方向となり、遠心力と求心力との和が増大する可能性がある。
The range of the angle θ at which the
角度θの範囲は、例えば第二直線部8と連結バー10の長さを調整することで決定できる。また傾動板6の回転角度を制限するストッパを支柱に設置したり、フロート3に対する連結バー10の回転角度を制限するストッパをフロート3または連結バー10に設置したりすることができる。
The range of the angle θ can be determined by adjusting the lengths of the second
おもり9が回転する角度θを調整するために、フロート3の上下移動の範囲を制限するストッパを、支柱2またはフロート3に設置する構成にしてもよい。また傾動板6および連結バー10の傾動を制限するストッパと、フロート3の上下動を制限するストッパとから選択した二つ以上のストッパを設置する構成にしてもよい。このとき角度θの範囲に対応した正弦曲線が、力Fを表すグラフとなる。
In order to adjust the angle θ at which the
波力発電装置1は、伝達機構10によりフロート3の上下動に連動しておもり9が移動して、浮力により増減する力の影響の少なくとも一部をおもり9により相殺する構成であれば、傾動板6の形状や連結バー10の連結位置などは上記に限定されない。
The
支持軸5に抵抗部材を配置する構成にしてもよい。支持軸5が傾動板6に固定され傾動板6とともに回転する場合は支持軸5と支柱2との間に抵抗部材を配置し、支持軸5が支柱2に固定され支持軸5に対して傾動板6が回転する場合は支持軸5と傾動板6との間に抵抗部材を配置する。この抵抗部材は、おもり9の自重により傾動板6が傾動するときにこの動作の抵抗になる構成を有していればよく、例えば金属材料の表面を粗く加工して、摩擦抵抗の大きい接触面を備える摩擦部材などで構成することができる。この摩擦部材は、例えば接触面が傾動板6と接触可能な状態に支柱2の側面に固定したり、リング状に形成して支持軸5と傾動板6との間に配置することができる。
You may make it the structure which arrange | positions a resistance member to the
図8に例示するようにFb−Fgが直線で表される一次関数であるのに対して、力Fは正弦曲線の一部であるため、厳密には求心力と遠心力との変化を完全に一致させてその和をゼロとすることはできない。しかし抵抗部材を配置する構成により、求心力と遠心力との力の差を吸収することができる。 While Fb-Fg is a linear function represented by a straight line as illustrated in FIG. 8, the force F is a part of a sine curve, and strictly speaking, the change between the centripetal force and the centrifugal force is completely eliminated. The sum cannot be made zero. However, the configuration in which the resistance member is arranged can absorb the difference in force between the centripetal force and the centrifugal force.
図8に例示するようにフロート3が中立位置P0よりも上方にある場合は、Fb−Fgに比べて力Fの方が大きくなるので、求心力と遠心力との和は正となり、フロート3には上向きの力が発生し続けることになる。しかし抵抗部材を配置することによりフロート3が上昇することを防止して、その位置に停止させることができる。つまり求心力と遠心力とが完全に相殺され、その和がゼロになるときと同じように、フロート3を任意の位置で停止させることができる。
As illustrated in FIG. 8, when the
フロート3が上下方向において断面積が一定とならない形状である場合は、求心力を示すFb−Fgのグラフは一直線とはならない。このような場合であっても、求心力の一部を遠心力で相殺できるので上述した効果を得ることができる。つまりフロート3の形状は円筒形状に限定されず、他の断面積が鉛直方向に変化する任意の形状であっても上述した効果を得られる。またこのような場合であっても、抵抗部材の配置により求心力と遠心力と力の差を吸収することができる。
When the
図9に例示するように支柱2の下端側であって、フロート3の下方となる位置に傾動板6を設置する構成にしてもよい。傾動板6およびおもり9等が水中に配置されていて、支柱2は係留索により水底に固定されている。この実施形態でもフロート3が中立位置P0にあるとき、おもり9は支持軸5の真上に位置するように調整される。
As illustrated in FIG. 9, the
傾動板6は円盤形状に形成されていて、支持軸5を中心として連結バー10が連結される位置とおもり9が設置される位置とが90°となる状態に構成されている。この角度は90°に限定されず、90°より小さくても90°より大きくてもよい。
The tilting
傾動板6等を支柱2の下端側に配置することにより波力発電装置1の重心を比較的低い位置にすることができるので、水中で波力発電装置1の姿勢を安定させるには有利である。支柱2を係留索で固定する場合に特に有利である。
Since the center of gravity of the wave
円盤形状の傾動板6を採用することにより、例えば波力発電装置1を所定の海域に設置する際に、傾動板6に連結バー10を連結する位置を現地で適宜調整し易くなる。フロート3が中立位置P0にあるときに、おもり9が支持軸5の真上に位置するように調整する際に有利である。円盤形状の傾動板6上でおもり9の設置位置を変更できる構成としても
よい。
By adopting the disc-shaped
図10に例示するように傾動板6をピニオンギアで構成し、伝達機構10をフロート3の上面から上方に向かって立設されピニオンギア6に対応するラック10で構成してもよい。ピニオンギア6にはおもり9が設置されていて、このおもり9はフロート3が中立位置P0にあるときに回転軸5の真上に位置する。
As illustrated in FIG. 10, the tilting
フロート3が中立位置P0よりも上方に位置しているときには、おもり9が図10の右方側に移動する。おもり9が落下しようとする力によりピニオンギア6は時計回りに回転する。このピニオンギア6の回転によりラック10が上方に引き上げられるので、フロート3には上向きの力が発生する。
When the
フロート3が中立位置P0よりも下方に位置しているときは、おもり9が図10の左方側に移動する。おもり9が落下しようとする力によりピニオンギア6は反時計回りに回転する。このピニオンギア6の回転により、フロート3には下向きの力が発生する。
When the
フロート3等に軸支され傾動する連結バーを利用しないので、波力発電装置1の構成を単純化するには有利である。この実施形態ではラック10により、おもり9の移動とフロート3の上下動が連動する。
Since the connecting bar that is pivotally supported by the
フロート3が上下動する際に抵抗となる部分が、ピニオンギア6と支持軸5との接触部分だけであり、他の部分の影響を考慮しなくてもよいため、抵抗部材の配置による抵抗の調整が容易になる。つまり抵抗部材の配置により、フロート3に発生する求心力と遠心力との和をゼロに調整するには有利となる。
Since the portion that becomes resistance when the
図11に例示するように傾動板6を円盤形状に形成して、この傾動板6の面上に水平方向に突設される突起部12とおもり9とを配置する構成にしてもよい。この実施形態では支持軸5を中心としておもり9が設置される位置と突起部12が設置される位置とが90°となる状態に構成されている。
As illustrated in FIG. 11, the tilting
フロート3の上面には、上方に向かって突設される一対の柱部13と、この一対の柱部13の上端を連結する水平部材14とが設置されている。水平部材14には水平方向に延びる案内溝15が形成されている。突起部12はこの案内溝15に挿入され、この案内溝15に沿って移動可能に構成されている。
On the upper surface of the
フロート3の上下動にともない突起部12が案内溝15に沿って水平方向に移動して、突起部12の移動にともない傾動板6が回転する。またおもり9の自重により傾動板6が回転してときは、傾動板6の回転により突起部12が上下方向に移動し、これにともないフロート3が上下動する。
As the
突起部12が案内溝15の端部に達したとき、フロート3の移動および傾動板6の回転が停止するので、フロート3の移動範囲または傾動板6の傾動する角度θの範囲を制限するには有利である。つまり案内溝15が前述したストッパの機能を果たす。
When the
図12に例示するようにフロート3から上方に向かって一対の柱部13を突設して、この柱部13の上部にそれぞれ支持軸5を配置する構成にしてもよい。つまりフロート3側に支持軸5を配置する構成にしてもよい。支持軸5にはそれぞれピニオンギア6を設置して、このピニオンギア6に対応するラック10を支柱2に沿ってその側面に配置している。この実施形態ではおもり9が支柱2側ではなく、フロート3側に配置される。
As illustrated in FIG. 12, a pair of
ピニオンギア6がおもり9の自重により回転すると、この回転にともない支柱2に対してフロート3が下方に押込まれたり、上方に引き上げられたりする。つまり伝達機構10であるラック10が、おもり9の移動とフロート3の上下動とを連動させる。
When the
ピニオンギア6にそれぞれおもり9を配置できるので、おもり9の重量を増加させるには有利である。フロート3の体積が比較的大きくフロート3に発生する浮力が比較的大きくなる場合に、重量の増加したおもり9によりこの大きな浮力を相殺または補償できるので有利である。
Since the
それぞれのおもり9が支柱2に対して対称的に移動するので、おもり9の移動にともない波力発電装置1に水平方向の力が発生しない。つまり波力発電装置1が水平方向に揺動することを抑制して、波力発電装置1の姿勢を維持し易くなる。そのためフロート3を支柱2に対してスムーズに上下動させ易くなり、発電効率を向上するには有利である。傾いた支柱2に対してフロート3が上下動する場合には、フロート3が支柱2への衝突を繰り返すので、発電効率が低下する。
Since each
フロート3に設置するピニオンギア6および柱部13の数は上記に限らず、一つでもよく三つ以上としてもよい。ピニオンギア6を三つ以上配置する場合には、波力発電装置1の姿勢を維持し易くするために、平面視において支柱2を中心として隣り合うピニオンギア6どうしの距離が等間隔となるように配置することが望ましい。
The number of pinion gears 6 and
ピニオンギア6および柱部13を図9に例示する実施形態と同様に、フロート3の下面側に配置する構成にしてもよい。
Similarly to the embodiment illustrated in FIG. 9, the
図13および図14に例示するように、支柱2を中心に両側方から挟み込む状態で二つの略L字型の傾動板6を配置する構成にしてもよい。傾動板6にはそれぞれおもり9が設置され連結バー10が連結されている。連結バー10の他端はフロート3の側面に連結されている。
As illustrated in FIG. 13 and FIG. 14, two substantially L-shaped
二つの傾動板6が設置されているので、図12に例示する実施形態と同様におもり9の重量を増加させるには有利である。また傾動板6に設置されるそれぞれのおもり9が、支柱2を中心に対称的に移動するので、波力発電装置1の姿勢を安定させ易くなり、発電効率を向上するには有利である。
Since the two
連結バー10をフロート3の側面に連結しているので、フロート3に開口部11を形成する必要がなくなる。フロート3の形状が単純化され製造し易くなるので、波力発電装置1の製造コストを抑制するには有利である。
Since the connecting
1 波力発電装置
2 支柱
3 フロート
4 発電機構
5 支持軸
6 傾動板(ピニオンギア)
7 第一直線部
8 第二直線部
9 おもり
10 伝達機構(連結バー、ラック)
11 開口部
12 突起部
13 柱部
14 水平部材
15 案内溝
DESCRIPTION OF
7 First
11
Claims (10)
前記支柱から水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、
前記伝達機構が棒状の連結バーで構成され、この連結バーの一端が前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結され他端が前記フロートに連結されていて、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする波力発電装置。 In a wave power generation device having a column moored underwater in a standing state, a float that moves up and down by waves along the column, and a power generation mechanism that generates electric power using relative motion between the float and the column ,
A support shaft extending in a horizontal direction from the support column, a flat plate-shaped tilting plate that is supported by the support shaft and whose surface direction is orthogonal to the support shaft, and spaced upward from the support shaft on the tilting plate A weight fixed in position, and a transmission mechanism for associating the position of the weight with the position of the float;
The transmission mechanism is composed of a rod-shaped connection bar, one end of the connection bar is connected to the tilt plate at a position spaced laterally from the support shaft, and the other end is connected to the float.
When the float is in a neutral position where gravity and buoyancy generated in the float are balanced, the weight is located directly above the support shaft,
When the float is below the neutral position and the buoyancy generated in the float increases, the weight moves to the one side from directly above the support shaft in conjunction with the movement of the float, and the weight The force descending due to gravity generates a downward force on the float via the transmission mechanism to offset at least part of the increase in buoyancy generated on the float,
When the float is above the neutral position and the buoyancy generated in the float decreases, the weight moves from directly above the support shaft to the other side, and the force by which the weight is lowered by gravity is A wave power generation apparatus comprising: a structure for generating an upward force on the float through a transmission mechanism to compensate for at least a part of a decrease in buoyancy generated in the float.
前記支柱から水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支
持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、
前記傾動板がピニオンギアであり、前記伝達機構が前記フロートの上面から上方に向かって立設され前記ピニオンギアに対応するラックで構成されていて、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする波力発電装置。 In a wave power generation device having a column moored underwater in a standing state, a float that moves up and down by waves along the column, and a power generation mechanism that generates electric power using relative motion between the float and the column ,
A support shaft extending in a horizontal direction from the support column, a flat plate-shaped tilting plate that is supported by the support shaft and whose surface direction is orthogonal to the support shaft, and spaced upward from the support shaft on the tilting plate A weight fixed in position, and a transmission mechanism for associating the position of the weight with the position of the float;
The tilting plate is a pinion gear, and the transmission mechanism is configured by a rack corresponding to the pinion gear that is erected upward from the upper surface of the float,
When the float is in a neutral position where gravity and buoyancy generated in the float are balanced, the weight is located directly above the support shaft,
When the float is below the neutral position and the buoyancy generated in the float increases, the weight moves to the one side from directly above the support shaft in conjunction with the movement of the float, and the weight The force descending due to gravity generates a downward force on the float via the transmission mechanism to offset at least part of the increase in buoyancy generated on the float,
When the float is above the neutral position and the buoyancy generated in the float decreases, the weight moves from directly above the support shaft to the other side, and the force by which the weight is lowered by gravity is A wave power generation apparatus comprising: a structure for generating an upward force on the float through a transmission mechanism to compensate for at least a part of a decrease in buoyancy generated in the float.
前記フロートから水平方向に延設される支持軸と、この支持軸に軸支されて面方向が前記支持軸に直交する平板状の傾動板と、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に固定されるおもりと、このおもりの位置と前記フロートの位置を関連付ける伝達機構とを備えていて、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置していて、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりが前記支持軸の真上から一方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺し、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりが前記支持軸の真上から他方側に移動し、前記おもりが重力により下降する力が、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償する構成を備えることを特徴とする波力発電装置。 In a wave power generation device having a column moored underwater in a standing state, a float that moves up and down by waves along the column, and a power generation mechanism that generates electric power using relative motion between the float and the column ,
A support shaft extending horizontally from the float, a flat plate-like tilting plate that is supported by the support shaft and whose surface direction is orthogonal to the support shaft, and spaced upward from the support shaft on the tilting plate A weight fixed in position, and a transmission mechanism for associating the position of the weight with the position of the float;
When the float is in a neutral position where gravity and buoyancy generated in the float are balanced, the weight is located directly above the support shaft,
When the float is below the neutral position and the buoyancy generated in the float increases, the weight moves to the one side from directly above the support shaft in conjunction with the movement of the float, and the weight The force descending due to gravity generates a downward force on the float via the transmission mechanism to offset at least part of the increase in buoyancy generated on the float,
When the float is above the neutral position and the buoyancy generated in the float decreases, the weight moves from directly above the support shaft to the other side, and the force by which the weight is lowered by gravity is A wave power generation apparatus comprising: a structure for generating an upward force on the float through a transmission mechanism to compensate for at least a part of a decrease in buoyancy generated in the float.
前記支柱から水平方向に延びる支持軸を設置して、面方向が前記支持軸に直交する平板
状の傾動板を前記支持軸に軸支される状態で設置して、傾動板上の前記支持軸から上方に離間した位置に重心を有するおもりを前記傾動板に設置して、前記支持軸を中心とする前記おもりの移動に前記フロートの上下動を連動させる伝達機構を設置して、
前記伝達機構を棒状の連結バーで構成して、この連結バーの一端を前記支持軸から側方に離間した位置の前記傾動板上に連結して他端を前記フロートに連結して、
前記フロートに発生する重力と浮力とが釣り合う中立位置に前記フロートがあるときに、前記おもりが前記支持軸の真上に位置する状態に構成し、
前記フロートが前記中立位置よりも下方にあり前記フロートに発生する浮力が増加するときに、前記フロートの移動に連動して前記おもりを前記支持軸の真上から一方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに下向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の増加分の少なくとも一部を相殺させ、
前記フロートが前記中立位置よりも上方にあり前記フロートに発生する浮力が減少するときに、前記おもりを前記支持軸の真上から他方側に移動させ、前記おもりが重力により下降する力により、前記伝達機構を介して前記フロートに上向きの力を発生させて、前記フロートに発生する浮力の減少分の少なくとも一部を補償させることを特徴とする波力発電方法。 In the wave power generation method in which a float that moves up and down by a wave along the column is installed on a column that is moored underwater in a standing state, and power is generated using the relative motion between the float and the column,
A flat plate in which a support shaft extending in the horizontal direction from the support column is installed and the surface direction is orthogonal to the support shaft
A tilting plate having a center of gravity at a position spaced upward from the support shaft on the tilting plate is installed on the tilting plate , and the support shaft is mounted on the tilting plate. Install a transmission mechanism that links the vertical movement of the float to the movement of the weight as the center,
The transmission mechanism is composed of a rod-shaped connection bar, one end of the connection bar is connected to the tilt plate at a position spaced laterally from the support shaft, and the other end is connected to the float.
When the float is in a neutral position where gravity and buoyancy generated in the float are balanced, the weight is configured to be positioned directly above the support shaft,
When the float is below the neutral position and the buoyancy generated in the float increases, the weight is moved from just above the support shaft to one side in conjunction with the movement of the float, and the weight By generating a downward force on the float via the transmission mechanism by a force descending due to gravity, at least a part of an increase in buoyancy generated on the float is offset,
When the float is above the neutral position and the buoyancy generated in the float is reduced, the weight is moved from right above the support shaft to the other side, and the weight is lowered by gravity, A wave power generation method, wherein an upward force is generated in the float through a transmission mechanism to compensate for at least a part of a decrease in buoyancy generated in the float.
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