CN104040170A - 浮体式流体力利用系统及使用该系统的风力推进船 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够应对流体力导致的翻倒力矩且能够抑制浮体的倾斜及大型化的浮体式流体力利用系统及使用该系统的风力推进船。本发明是具备从风或水取出能量的组件(12)和支撑组件(12)的浮体(13)的浮体式流体力利用系统(1)，组件(12)具有受到流体力的受风部(10)和支撑受风部(10)的支柱(11)，组件(12)，其重心(15)配置于水面下，并且，相对于浮体(13)而可沿任意的方向摇动地被支撑。

Description

浮体式流体力利用系统及使用该系统的风力推进船

技术领域

本发明涉及能够由摇动的船舶或海上构造物使用的浮体式流体力利用系统及使用该系统的风力推进船。

背景技术

作为风力发电系统，在陆地，水平轴风车正在普及。在风车先进的国家，已经在陆地存在稳定的风力能量且适合于风车的设置的土地正在变得不足，得到稳定的风力且具有广大的面积的海上的设置正在变得不可缺少，但目前，在至水深10m左右为止的极浅的海岸线附近的海域，只通过与陆地同样地固定设置于海底的方法来实施。

由于今后可期待海上设置的进一步的扩大，因而要求开发设置于浮体的实用的方法。由于一般在陆地需要电力，因而有必要通过电线而将电力供给至陆地，但为了抑制该传递过程中的损失，必须设置于陆地附近，必须必然地设置在浅海域。可作为下一代的海上风车设置方法而期待的浮体式风力发电系统，首先，要求能够经济地设置在水深20~30m左右的浅海域的方法。

风车在将风力能量转换为旋转力时，受到强的风力，这产生使风车翻倒的力矩，但在陆地发展的水平轴风车，在支撑于空中的高位置的水平轴一点受到风力，因而在铅垂的支柱的根部产生巨大的翻倒力矩。在水平轴风车中，安装有以风车支柱的上端附近为中心而旋转的风车，而且，该风车必须持续改变方向，从而始终使风车正对于风，因而为了支承前述的巨大的力矩，不能将支承支柱的拉线伸展。因此，必须尽可能地将水平轴风车的支柱牢固地固定于地面，难以为了改变风车的方向而连同支柱一起转动，即使将转台设在地上水平面，只要不极端地增大转台的直径，也就不能支承支柱的翻倒力矩。因此，通常，水平轴风车的转台设在支柱上端的舱体的正下方。另一方面，作为水平轴风力发电所需要的功能，存在着水平轴的轴承支撑系统、增速齿轮、发电机、制动器、叶片间距控制装置等必须设在风车轴旋转的周围的设备，但是，为了避免该旋转转矩的变动和转台旋转的干涉，优选那些设备比转台更设在风车侧，不仅这些全部的主要设备，而且甚至连润滑油系统、控制盘等的周边设备，也设在空中的舱体。结果，水平轴风车的重心成为非常高的位置。另外，在将水平轴风车牢固地安装于浮体的情况下，由于在支柱上端以浮体为中心的摇晃幅度增大，因而产生过大的横G，所以，设置于舱体的设备具有必须能够耐受该横G的强度和润滑系统等的缺点。

图17是作为比较例1而示意性地示出将水平轴风车载置于浮体的情况的倾斜和复原力的关系的图。

由于一般地浮体拥有复原力，因而必须在比位于浮体附近的定倾中心(浮力线和浮体中心线的交点)更低的位置拥有重心，但在如前所述的构成的水平轴风车200中，由于重量设备全部位于空中的高位置，因而重心G非常高，不拥有复原力。即，如果欲将陆地型的水平轴风车200固定并设置于浮体201，则如图17所示，由于重心G高，因而如果浮体201稍微倾斜，则其重力F1比作用于浮体201的浮力F2更作用于外侧，因而欲使浮体201更倾斜的力作用。此外，如图17所示，受到在高的位置受到的风力F3所导致的巨大且变动的翻倒力矩。

即，由于浮体201不仅不拥有必要的复原力，而且还受到风力F3导致的巨大且变动的翻倒力矩，因而具有作为浮体构造物而不成立的问题。

为了解决这样的问题，有必要将主要设备全部设在浮体上的低位置，将维护的作业场所与重心G一起极力降低。

在水平轴风车200的情况下，如先前在陆地风车的示例中所观察到的，只要不能排除将风车支柱202牢固地固定于浮体201的必要性，就必须将转台设置于风车支柱202的上端，必然地，将全部的的上游设备载置于其上的舱体203，难以降低重心G。

图18是作为比较例2而示意性地示出将垂直轴风车载置于浮体的情况的倾斜和复原力的关系的图，(a)示出倾斜轻微的状态，(b)示出倾斜变大的状态，(c)示出倾斜进一步变大的状态。

相对于比较例1的水平轴风车200，如果是如图18所示的垂直轴风车300，则能够将全部的重量设备不设在空中高处，而是设在与在陆地通常设在根基上的情况同样地设在浮体301上，应该能够使重心G相当低。然而，如在陆地所观察到的，在支柱302本身与转子一起旋转的垂直轴风车300的情况下，难以固定支柱302以能够耐受风力F3导致的翻倒力矩，必须将拉线(省略图示)伸展至四方而支承支柱302的上端。这样的话，作为浮力体，需要拥有必要的大小以上的宽广的甲板面的浮体构造物。另外，即使除了拉线的问题以外，依据该程度的低重心化，如图18(a)所示，在风力F3等导致的浮体301的倾斜小的期间，倾斜导致浮力中心C横向移动的移动量比重心G横向移动更大，因而复原力起作用，但如果倾斜进一步前进，则如图18(b)所示，重心G的横向移动终究追上浮力中心C的横向移动，失去复原力，如果是进一步的倾斜，则如图18(c)所示，欲使浮体进一步倾斜的力起作用。即，如果超过某种程度的倾斜角度，则存在失去复原力而翻倒的问题。这是由于这样的情况而发生的现象：在重心G位于浮体301上的情况下，如果倾斜变大，则重心G横向移动，但浮体中心C为了不从浮体向外超出而赶超重心G的横向移动，这是只要在浮体301的没水部以下不存在重心G，就不可避免的问题。

图19是作为比较例3而示意性地示出将垂直轴风车相对于浮体而不可倾斜运动地支撑并设有水中压载的情况的倾斜和复原力的关系的图。

在一般的游艇的情况下，在水中设置压载，实现无论如何倾斜，都具有复原力的构造。应用这样的游艇的构造，考虑作为这样的垂直轴风车400：如图19所示，将支柱403相对于浮体401而不可倾斜运动地支撑，并且，在水中设置压载402。垂直轴风车400由于重心G比位于浮体401的附近的倾斜运动的旋转中心(浮力中心C)更低而能够实现，但在该方式的情况下，由于对将支柱403向浮体401安装的安装部401a施加过大的应力，因而仅以此支承是不现实的，能够通过将支承支柱403的被称为前拉杆、侧拉杆的线(省略图示)与陆地的垂直轴风车的拉线同样地伸展至三方至四方而初步实现。另外，在将该构造保持原样地应用于系留于海上而运营的风力发电系统的情况下，由于浮体401与支柱403一起大大地倾斜，因而对作业员而言危险，受到浮体401的倾斜的影响的系留系统的负担也尤其在浅滩变得过大。

作为解决这样的浮体的复原力不足的方法，到此为止探讨了各种方法。例如，提出了设置多个水平轴风车并将它们全部设置于一体的巨大的浮体的方法、设置多个水平轴风车并将分别支撑它们的浮体刚性地结合的方法(例如，参照专利文献1)、利用纵长地延伸至水面下深处的圆筒形的被称为帆桅的浮体来得到稳定的方法(例如，参照专利文献2)，由被称为预应力钢筋的金属管等将浮体向着海底拉伸而稳定的被称为TLP的方法(例如，参照专利文献3)等。

可是，与能够通过该系统而从风力回收的能量的量比较，浮体构造物均为大规模，因而具有过度花费建造成本、设置成本的缺点，在经济上难以成立。另外，如果任一个方法均考虑巨大的构造物的摇晃导致的吃水变化、纵长的构造物的吃水、纵向拉伸的预应力钢筋的几何学的可动范围等，则是需要某种程度的水深的概念，具有不倾向于如前所述地接近需要电力的陆地的浅滩的设置的缺点。

专利文献1：日本特开2010-216273号公报；

专利文献2：日本特开2009-248792号公报；

专利文献3：日本特开2010-030379号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述的状况而作出的，其目的在于，提供能够应对流体力导致的翻倒力矩且能够抑制浮体的倾斜及大型化的浮体式流体力利用系统及使用该系统的风力推进船。

用于解决课题的方案

本发明是具备从风或水取出能量的组件和支撑所述组件的浮体的浮体式流体力利用系统，所述组件具有受到流体力的受力部和支撑所述受力部的支柱，所述组件，其重心配置于水面下，并且，相对于所述浮体而可沿任意的方向摇动地被支撑。

依据本发明，由于组件，其重心配置于水面下，并且，相对于所述浮体而可沿任意的方向摇动地被支撑，因而组件如果受到流体力，则沿任意的方向倾斜，但施加于位于水面下的重心的重力产生欲使倾斜以摇动轴的支撑部为中心而返回的复原力。该复原力随着倾斜变大而变大，不消失，因而组件自身能够对抗组件的翻倒力矩。因此，浮体不必负担翻倒力矩，从而不必设置拉线，因而能够使浮体小型化。另外，由于组件相对于浮体而可摇动地被支撑，因而组件的倾斜不传递至浮体。

此外，作为受力部，考虑利用受到风的帆、固定翼、水平型或垂直型风车、受到潮流力的潮流力帆、龙骨、水平型或垂直型水车等。

另外，也可以作为这样的构成：所述组件经由销接头、万向接头、滑枕式滚珠型球面轴承以及弹性体支撑机构中的任一个而相对于所述浮体而可摇动地被支撑。

依据这样的构成，能够将容许摇动且同时大重量的组件简便、可靠地支撑于浮体。

另外，也可以作为这样的构成：所述组件相对于所述浮体而可围绕所述支柱的中心轴旋转地被支撑。

依据这样的构成，在受力部为需要旋转的类型的情况下，能够依然一体地组成整个组件而容许旋转。

另外，也可以作为这样的构成：是利用风力作为所述流体能量的至少一个的浮体式流体力利用系统，所述受力部包括在空中受到风力的受风部而构成，所述支柱具备支撑所述受风部的上支柱和支撑配置于水面下的压载的下支柱。

依据这样的构成，由于受力部包括在空中受到风力的受风部而构成，所述支柱具备支撑所述受风部的上支柱和支撑配置于水面下的压载的下支柱而构成，因而能够由配置成贯通浮体的支柱支撑受风部和压载，同时，将整个组件相对于浮体而可摇动地且可旋转地支撑。

此外，在例如受风部为固定翼的情况下，必须对照风向而改变受力部的方向，但如果预先以在水中取得平衡的压载作为圆柱状或球状(相对于支柱的旋转轴而旋转对称的形状)，则能够一体地构成在空中保持受力部的上支柱和在水中保持压载的下支柱。

另外，也可以作为这样的构成：所述上支柱和所述下支柱关于所述支柱的中心轴而以刚性的状态经由轴承而可相对地同轴旋转地联接。

依据所涉及的构成，由于所述上支柱和所述下支柱关于所述支柱的中心轴而以刚性的状态经由轴承而可相对地同轴旋转地联接，因而能够构成为，即使上支柱和受力部旋转，下支柱和压载也不旋转。因此，例如，能够防止下支柱和压载将浮游物卷入。另外，例如，即使在将固定翼设在水面上并将龙骨和压载设在水面下的情况下，也能够将各个部件保持为最佳的角度。

另外，优选，所述受力部包括水平轴风车或垂直轴风车而构成。

依据所涉及的构成，由于即使在由水平轴风车或垂直轴风车构成受力部的情况下，也将组件的重心配置于水面下，并且，将包括这些风车的整个组件相对于浮体而可摇动地支撑，因而能够对抗翻倒力矩，并且，能够抑制浮体的倾斜或大型化。

另外，也可以构成为，所述受力部包括水平轴水车或垂直轴水车而构成，所述水平轴水车或所述垂直轴水车配置于水面下并作为压载或压载的一部分而起作用。

依据所涉及的构成，由于即使在由水平轴水车或垂直轴水车构成受力部的情况下，也将组件的重心配置于水面下，并且，将包括这些水车的整个组件相对于浮体而可摇动地支撑，因而能够对抗翻倒力矩，并且，能够抑制浮体的倾斜或大型化。

另外，由于水平轴水车或垂直轴水车作为压载或压载的一部分而起作用，因而不必另外设置压载，能够谋求构造的简化。而且，能够作为在支柱的上下设置风车和水车的构成。

另外，也可以作为这样的构成：所述上支柱和所述下支柱经由齿轮系统而互相联接，从而保持指定的相对的旋转关系而同轴旋转，并且，相对于所述浮体而可相对旋转地且可摇动地被支撑。

依据这样的构成，由于通过将上支柱和下支柱经由齿轮系统而互相联接，使得两者保持指定的相对的旋转关系而同轴旋转，因而能够作为这样的构成：在设计潮流流速和设计风速不同的情况下，使风车和水车以各自的效率良好的转速旋转，同时，取出两方的能量。例如，如果构成为，受风部作为垂直轴风车而构成，压载部作为垂直轴水车而构成，轴线依然刚性地将上支柱和下支柱经由轴承和行星齿轮系统或差动齿轮系统而联接，在下支柱和垂直轴水车旋转1次的期间，上支柱和受风部旋转多次，那么，能够效率良好地取出两方的能量。

另外，也可以作为这样的构成：所述上支柱和所述下支柱具有这样的机构：在指定条件下，将所述上支柱和所述下支柱中的一方的旋转传递至另一方，在其他条件下，不将所述上支柱和所述下支柱中的一方的旋转传递至另一方。

依据这样的构成，通过将例如棘轮齿轮、离合器、粘液耦合器、转矩限制器等装入上支柱与下支柱之间，从而能够将相互旋转断开、使旋转的传递单向通行、防止过度旋转、锁定相互旋转。

另外，也可以作为这样的构成：所述组件具备从所述受力部的旋转取出旋转能量的旋转能量取出部，所述上支柱和下支柱构成为互相同轴反向旋转，所述旋转能量取出部配置成在从所述上支柱和下支柱取出旋转能量时产生的转矩互相消除。

依据这样的构成，由于上支柱和下支柱构成为互相同轴反向旋转，旋转能量取出部以在取出能量时产生的转矩互相消除的方式安装，因而能够抑制浮体的旋转或浮体的系留系统的负担。

如果进一步详细地说明，则例如，在水车从上方观看时例如顺时针地旋转时，如果将其能量取出至浮体，则产生欲使浮体也顺时针地转动的转矩。同样地，风车的垂直轴旋转也在自此取出能量时产生欲使浮体一起旋转的转矩。在这些情况下，浮体旋转，其系留系统被扭转，取决于情况而卷绕于浮体侧面，张力提高，产生对抗所述转矩的反向转矩，至平衡为止，浮体的旋转不停止，系留系统的构成要素产生过大的弯曲或疲劳、磨损。于是，如果像本发明那样，设定例如风车和水车的翼的行进方向或将反向旋转齿轮系统介入设置于上支柱和下支柱之间，使得例如设有垂直轴水车的下支柱和设有垂直轴风车的上支柱一定反向旋转，则转矩互相抵销，能够消除或减少问题。

另外，也可以作为这样的构成：所述旋转能量取出部是具备转子和定子的发电机，所述发电机将所述转子连接至所述上支柱和所述下支柱中的任一方，将所述定子连接至另一方，利用所述转子和所述定子的差动而发电。

依据这样的构成，在欲将旋转能量变换成电力而取出的情况下，如果构成为，将转子连接至上支柱和下支柱中的任一方，并且，将定子连接至另一方，通过差动而发电，则使转矩抵消，并且，成为相对高的转速，例如减少发电机的极数，能够使用更小型的发电机。

另外，也可以作为这样的构成：所述受力部包括升力型的垂直轴风车和阻力型的垂直轴水车而构成，所述垂直轴风车通过所述垂直轴水车的旋转而起动。

依据这样的构成，一般能够由起动性良好的阻力型的垂直轴水车使缺乏自起动性的升力型的垂直轴风车起动。另外，由于垂直轴水车设在水面下，因而与垂直轴风车碰撞的风流不紊乱，能够抑制风车的旋转效率的下降。

如果进一步详细地说明，则一般而言，垂直轴风车的以大流士型为代表的升力型的风车的效率良好，另外，具有无论是来自哪个风向的风，都不必进行任何调整的优点，但是，具有如果在初动时不施加旋转，则不能自起动的缺点。作为解决该问题的风车，还存在着添加根据上风和下风等的位置而改变迎角的连杆机构而使自起动成为可能的回转(gyromill)型风车，但由于需要根据风向、旋转速度和风速的关系的调整，而且，机构搭载于手够不着的位置，因而具有在海上难以维护的缺点。不仅以大流士型作为主转子，而且将效率低但起动特性良好的萨沃纽斯型等的风车组合而设置在大流士型风车的内侧，对自起动力不足进行补充的方式也实用化，但萨沃纽斯型风车具有使与大流士型风车碰撞的风流紊乱而降低效率的缺点。在本发明中，能够例如将大流士型用于风车，将萨沃纽斯型用于水面下的潮流力而将萨沃纽斯型风车起动。如果这样地构成，则萨沃纽斯型水车不使与大流士型风车碰撞的流体流紊乱。

另外，也可以作为这样的构成：所述受力部包括升力型的垂直轴风车和阻力型的垂直轴水车而构成，所述垂直轴水车经由增速装置而联接至所述垂直轴风车，所述增速装置，在垂直轴风车的增速后的旋转速度为所述垂直轴水车的旋转速度以下的情况下，将所述垂直轴风车的旋转传递至所述垂直轴风车，在所述垂直轴风车的增速后的旋转速度比所述垂直轴水车的旋转速度更大的情况下，不将所述垂直轴风车的旋转传递至所述垂直轴水车。

依据这样的构成，由于在垂直轴风车的增速后的旋转速度为垂直轴水车的旋转速度以下的情况下，垂直轴水车的旋转传递至垂直轴风车，因而能够提高升力型的垂直轴风车的起动性。另外，在垂直轴风车的增速后的旋转速度比垂直轴水车的旋转速度更大的情况下，垂直轴风车的旋转不传递至垂直轴水车，因而垂直轴水车不成为阻力。

如果进一步详细地说明，则一般而言，潮流的设计速度比风的设计风速慢得多，而且，在萨沃纽斯型转子中，转子的最大径部的周速为与流体速度相同的程度，效率良好，与此相对的是，大流士型转子的周速为风速的4~6倍左右，效率良好，因而萨沃纽斯型水车的轴旋转可以增速而传递至大流士型风车的轴旋转，另外，在风速提高的情况下，风车轴的旋转可以使旋转的传递断开或成为单向通行，使得水车不成为制动器。此外，潮流流速一般相当慢，但由于水拥有接近空气的800倍的比重，因而如果将与设置在空中的起动用萨沃纽斯风车相同程度的大小的起动用萨沃纽斯水车设置在水中，那么，能够将空中的萨沃纽斯型风车起动。这样的构成在拥有以下等特征的包括日本近海的海域特别有用：虽然潮流的流速慢，但是在比较多的时间内流动，如果刮风，则风速快，但大多停止，风向不为一定。

另外，也可以作为这样的构成：所述组件具有与所述组件的自重平衡的程度的浮力，并且，相对于所述浮体而可相对地上下运动地被支撑，具备从所述组件和所述浮体的相对的上下运动取出能量的上下运动能量取出部。

依据这样的构成，由于组件具有与组件的自重平衡的程度的浮力，并且，相对于浮体而可相对地上下运动地被动支撑，因而如果作用于两者的浮力由于波浪而变动，则由于对波浪的各自的浮体的追随性的差而相对地上下运动。而且，由上下运动能量取出部从浮体和组件的相对的上下运动取出能量(波浪能量)。

此外，由于组件的比较重量大，另外，水面贯通部比较细，因而吃水变动导致的浮力变化比较少，在长的周期内上下摇晃，另一方面，由于浮体的比较重量轻，而且，水面贯通部大，因而良好地追随波浪，因此，在波浪中产生相对的上下运动。

另外，也可以作为这样的构成：所述上下运动能量取出部是具备平移器和定子的线性发电机，所述线性发电机将所述平移器连接至所述组件和所述浮体中的任一方，将所述定子连接至另一方，利用所述平移器和所述定子的差动而发电。

依据这样的构成，由于上下运动能量取出部是具备平移器和定子的线性发电机，线性发电机将平移器连接至组件和浮体中的任一方，将定子连接至另一方，因而能够从组件和浮体的相对的上下运动直接发电。

另外，也可以作为这样的构成：上下运动能量取出部具备由滚珠丝杠、齿条和小齿轮、连杆和曲柄机构以及陀螺仪中的任一个构成的旋转力变换机构。

依据这样的构成，由于由滚珠丝杠、齿条和小齿轮、连杆和曲柄机构或陀螺仪等旋转力变换机构将上下运动变换为旋转，因而能够将上下运动能量用于效率更佳的旋转型的发电机的发电。

另外，也可以作为这样的构成：所述受力部具备升力型的垂直轴型风车和升力型的垂直轴水车中的至少任一个，利用由所述旋转力变换机构得到的旋转力而起动。

依据这样的构成，能够将由旋转力变换机构得到的旋转力传递至大流士型风车和大流士型水车并用于这些机构的起动，而且，能够将风力能量和潮流力能量收集而由旋转型发电机发电。

另外，本发明是使用前述的浮体式流体力利用系统的风力推进船，所述浮体是船体，所述受力部包括在空中受到风力的受风部而构成，所述支柱具备支撑所述受风部的上支柱和支撑配置于水面下的压载的下支柱，具备配置于水面下并大致围绕水平轴被所述受风部所受到的风力旋转的螺旋桨。

依据这样的构成，能够由大致围绕水平轴被受风部所受到的风力旋转的螺旋桨推进船体。此时，由受风部和支柱构成的组件相对于船体而可摇动地构成，而且，组件的重心配置于水面下，因而能够作为即使设置拥有越是得到充分的推力就越大的受力部的风车，也拥有充分的复原力的安全的风力推进船，并且，能够抑制船体的倾斜和大型化。

此外，优选，组件在航行中由约束组件的摇动方向的约束装置约束，从而仅能够沿船体的摇晃方向摇动。

另外，也可以作为这样的构成：所述风力推进船的螺旋桨设置于所述压载。

依据这样的构成，例如，能够构成为，将垂直轴风车的旋转增速并传递至在压载内贯通至下方的轴，由设在压载内的伞齿轮变换为水平轴旋转，将设置于此的螺旋桨旋转并推进。

另外，可以构成为，所述压载或所述下支柱作为升力型的龙骨而起作用。

依据这样的构成，由于所述压载或所述下支柱作为升力型的龙骨而起作用，因而能够通过下支柱的旋转而调整龙骨的迎角。

如果进一步详细地说明，则受到大的风力能量而推进的船，在受到侧风而前进时，被风按压而滑动至下风侧并同时前进。在游艇中也是如此，在高性能游艇的情况下，如果存在侧滑速度，则由于与前进速度合成的合成速度在水中的龙骨形成迎角，因而通过在龙骨产生将游艇向上风侧按压的升力，从而保持平衡，但由于成为存在某种程度的侧滑而初始平衡的构成，因而不可避免船体阻力与侧滑相应地增加。在本发明中，由于能够由可旋转地被支撑的压载龙骨系统对龙骨赋予迎角，从而即使不产生侧滑，也在龙骨产生向上风按压的升力，因而船体能够依然向着前进方向直线前进，能够减少船体阻力。

另外，也可以作为这样的构成：具备配置在所述船体的前后的2个所述组件，所述2个龙骨，在受到侧风的直线前进时，以沿相同方向拥有迎角的方式旋转，在回旋时，以前端的所述龙骨和后端的所述龙骨拥有互相反向的迎角的方式旋转。

依据这样的构成，由于2个龙骨在受到侧风的直线前进时，以沿相同方向拥有迎角的方式旋转，在回旋时，以前端的所述龙骨和后端的所述龙骨拥有互相反向的迎角的方式旋转，因而能够作为废除舵且阻力少的高性能的风力推进船。

发明的效果

如以上所说明的，依据本发明的浮体式流体力利用系统，由于将在水中拥有重心的组件可摇动地支撑于浮体，因而具有这样的效果：能够应对巨大的且变动的流体力导致的翻倒力矩，即使空中的受力部受到大的力而倾斜，浮体也不倾斜，始终保持浮体的复原力，而且，安全地实现用于检查等的作业员的进入。

另外，具有这样的效果：在空中或水中的受力部暴露于过大的流体速度的情况下，能够使受力部自然地倾斜而释放流体力，但即使在该情况下，浮体也不倾斜，保持复原力。

另外，依据本发明，由于不必设置拉线，因而能够抑制浮体的大型化。另外，无论是水平轴风车还是垂直轴风车，都能够在浮体上设置齿轮箱、转台、发电机等主要设备的大部分，使检查、维护变得容易，而且，能够极力减少在设置时或运转期间所需要的高处起重机作业。

另外，由于实现即使在未被系留的状态下，也具有独立稳定性的系统，因而能够在靠岸处完成组装之后拖航，能够大幅地削减设置成本。而且，具有能够利用该特性来实现这样的高效率且大型的风力推进船的效果：设有受到足够的程度的浮力以作为推进力的主力的受力设备，即使受到侧风，也不摇晃，也不侧滑，能够直线前进。

附图说明

图1是对第1实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统示意性地示出将垂直轴风车可摇动地支撑于浮体的情况下的倾斜和复原力的关系的图。

图2是放大示出第1实施方式的组件和浮体的联接部的截面图。(a)示出正立时的状态，(b)示出倾斜时的状态。

图3是示出可摇动地支撑第1实施方式的组件的支撑构造的图，(a)是截面图，(b)是立体图，(c)是分解立体图。

图4是对第2实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统示意性地示出将水平轴风车可摇动地支撑于浮体的情况的图，(a)示出正立时的状态，(b)示出倾斜时的状态。

图5是第2实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统的平面图，(a)示出旋转前的状态，(b)示出旋转后的状态。

图6是放大示出第2实施方式的组件和浮体的联接部的截面图，(a)示出正立时的状态，(b)示出倾斜时的状态。

图7是对第3实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统示意性地示出将垂直轴风车和垂直轴水车可摇动地支撑于浮体的情况的图，(a)是正立时的侧面图，(b)是正立时的平面图，(c)是水车的截面图。

图8是放大示出第3实施方式的组件和浮体的联接部的截面图，(a)示出正立时的状态，(b)示出倾斜时的状态。

图9是对第3实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统示意性地示出强风对策时的状态的侧面图。

图10是对第4实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统示意性地示出将通过上下运动而起动的垂直型水车可摇动地支撑于浮体的情况的侧面图，(a)示出正立时，(b)示出倾斜时。

图11是放大示出第4实施方式的组件和浮体的联接部的截面图，(a)示出正立时的状态，(b)示出倾斜时的状态。

图12是示意性地示出第5实施方式所涉及的风力推进船的图，(a)示出侧面图，(b)示出正立时的截面图，(c)示出倾斜时的截面图。

图13是对第6实施方式所涉及的风力推进船示意性地示出搭载有2个垂直轴风车的情况的图，(a)示出侧面图，(b)示出平面图。

图14是第6实施方式所涉及的风力推进船的截面图，(a)示出正立时的状态，(b)示出倾斜时的状态。

图15是放大示出第6实施方式的组件和船体的联接部的截面图。

图16是第6实施方式所涉及的风力推进船的底面图，(a)示出受到侧风的直线前进时的龙骨的状态，(b)示出回旋时的龙骨的状态。

图17是作为比较例1而示意性地示出将水平轴风车载置于浮体的情况下的倾斜和复原力的关系的图。

图18是作为比较例2而示意性地示出将垂直轴风车载置于浮体的情况下的倾斜和复原力的关系的图，(a)示出倾斜轻微的状态，(b)示出倾斜变大的状态，(c)示出倾斜进一步变大的状态。

图19是作为比较例3而示意性地示出将垂直轴风车相对于浮体而不可倾斜运动地支撑且设有水中压载的情况下的倾斜和复原力的关系的图。

具体实施方式

<第1实施方式>

第1实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1，如图1所示，具有组件12和浮体13，组件12由配置于空中而受到风的受风部10和支承该受风部10的支柱11构成，浮体13可摇动地支撑组件。组件12在支柱11的下端部具备用于将组件12的重心15配置于水面下的压载14。此外，浮体13由系绳13a联接至图中未显示的锚。

作为在浮体13可摇动地支撑组件12的支撑构造，考虑销接头、万向接头、球面支撑、弹性体支撑等。以下，以采用弹性体支撑构造的情况为例，参照图2、图3并同时进行说明。

如图2所示，支柱11具有支撑受风部10的上支柱11a、支撑压载14的下支柱11b以及设在其中间的球形部17。支柱11在设于浮体13的大致中央的开口部13b以贯通浮体13的方式设置。开口部13b形成为越是向着下方，内径越是变大的锥形状。在开口部13b的上部，架设有用于支撑支柱11的支撑架台20。

如图2、图3所示，球形部17载置于环状的弹性橡胶支承18上并硫化粘接，并且，在球形部17上，也同样地载置有环形状的弹性橡胶支承19并硫化粘接。而且，两个弹性橡胶支承18、19的外侧端部硫化粘接于支撑架台20的球形内面20a。球形内面20a形成为与球形部17拥有共同的中心的同心球状。

弹性橡胶支承18、19是用于例如大厦的耐震支承等的部件，将橡胶板和金属板沿在图3(a)的截面图中示意性地示出的方向(球形部17的半径方向)层叠而构成。由于弹性橡胶支承18、19具有对于剪切力而柔软地变形，但对于压缩而为高刚性的特性，因而球形部17的上下运动、左右运动等，被环状橡胶的压缩特性牢固地约束，但是，以球形部17和球形内面20a的中心为旋转中心的旋转被环状橡胶的剪切变形特性柔软地支撑。因此，如图2(b)所示，能够相对于浮体13而可摇动地支撑组件12。

如图2所示，支撑架台20为了在组件12欲超出设计摇动范围而摇动时柔软地阻止，经由螺旋弹簧21而联接至浮体13。此外，螺旋弹簧21在必要时设置即可，也可以省略。

<第2实施方式>

第2实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1A与前述的第1实施方式的主要不同点是采用水平轴风车30以作为受力部，以及将上支柱11a和下支柱11b可相对旋转地联接。

在以下的说明中，主要对与第1实施方式不同的点进行说明，对共同的构成标记同一符号并省略说明。

如图4(a)所示，浮体式流体力利用系统1A的组件12在上支柱11a的上端具备水平轴风车30。另外，上支柱11a以关于支柱11的中心轴而刚性的状态相对于下支柱11b而可旋转地联接。在下支柱11b的下端部，设有用于将组件12的重心配置于水面下的压载14。组件12相对于浮体13而可摇动地被支撑。

浮体式流体力利用系统1A的组件12，如图4(b)所示，在水平轴风车30暴露于过大的风速的情况下，浮体13依然水平地稳定而使包括支承风车的上支柱11a的组件12倾斜，利用通过倾斜来避开风的效果和将受风部降低至风速低的高度的效果，从而能够大幅地减少水平轴风车30受到的风力。由此，能够减小由于强风而导致水平轴风车30损伤的可能性，所以，具有不一定需要间距控制系统和制动系统的效果。

另外，在浮动式流体力利用系统1A的组件12，其本身具有复原力，因而不必在浮体13牢固地支撑上支柱11a，因此，如图5(a)(b)所示，能够将水平轴风车30连同上支柱11a一起以相对于浮体13而旋转的方式支撑。因此，能够将水平轴风车所必需的、用于使风车向着风向的转台31不设在空中的舱体32的正下方，而是如图6(a)(b)所示地设在浮体13的甲板上方附近(下支柱11b的上端部)。

此外，在使风车支柱旋转的情况下，通常难以固定支柱下端，因而如在陆地的垂直轴型大流士(Darius)型风车中所观察到的，必须将拉线伸展至四方而保持支柱，但在第2实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统中，支柱11的翻倒力矩由贯通浮体13而设置的压载14所施加的复原力直接支承，因而能够通过废除从浮体13取得翻倒力矩的反力的需要而实现。

另外，在现有技术中，由于期望比转台31更靠近风车的叶片侧安装而有必要设置于舱体32上的增速齿轮或发电机等(省略图示)也能够设在转台31的正上方，即浮体13的甲板上方附近的机械室33(参照图6(a))。在该情况下，空中的水平轴的旋转能够由设在舱体32的内部的伞齿轮转换为垂直轴的旋转，在上支柱11a的内部使传递轴旋转而传递至机械室33内的增速齿轮、发电机。通过这些构成，从而能够在浮体13的附近的甲板上设置或废除在典型的水平轴风车中设于空中的舱体32的间距控制系统、增速齿轮、其润滑油系统、发电机、附随于该发电机的控制盘、制动系统、转台的全部，因而具有大幅的重心的改善效果、能够维护的海洋现象条件的缓和、与维护相伴的成本和危险的降低、机械种类所涉及的横G等的设计条件的缓和以及与横G等相伴的故障的防止等效果。

如图6(a)(b)所示，在上支柱11a的下端部，设有机械室33和插入轴部34。另外，在下支柱11b的上端部，设有转台31。在转台31的中心，设有轴孔35，在轴孔35的上端和下端，配置有可旋转地支撑插入轴部34的轴承35a、35a。另外，在下支柱11b的上侧，一体地设有球形部17。由此，组件12的整个支柱11相对于浮体13而可摇动地被支撑，并且，上支柱11a和水平轴风车30相对于浮体13而可旋转地被支撑。

<第3实施方式>

第3实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1B与前述的第1和第2实施方式的3个主要不同点是(1)采用大流士型风车40以作为受力部，(2)采用萨沃纽斯(Savonius)型水车50以作为压载14，以及(3)下支柱11b也相对于浮体13而可相对旋转地构成。

在以下的说明中，主要对与第1和第2实施方式不同的点进行说明，对共同的构成标记同一符号并省略说明。

如图7(a)(b)所示，第3实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1B具备作为升力型的垂直轴风车的一种的大流士型风车40，以作为受力部。大流士型风车40具有成为垂直轴的上支柱11a和在上支柱11a的周围以等间隔设置3个的叶片41。叶片41的上端部41a和下端部41b沿上下方向可旋转地分别由设在上支柱11a的上端部的上托架42和设在上支柱11a的下端侧的下托架43支撑。叶片41的中间部41c构成为铰链构造。另外，下托架43构成为相对于上支柱11a而可滑动。叶片41构成为通过使下托架43上下滑动，从而使叶片41的中间部41c弯曲，能够变更其旋转半径r。

萨沃纽斯型水车50兼具作为压载14的功能，由下支柱11b支撑其上端部。萨沃纽斯型水车50，如图7(c)所示，具备将圆筒体沿轴方向对开的形状的叶片51、51。2个叶片51、51以沿着分割面互相偏移的形状结合。潮流通过被叶片51、51包围的空间51a，由此，萨沃纽斯型水车50旋转。第3实施方式所涉及的萨沃纽斯型水车50成为使这样的叶片51、51上下重叠2层且分别使相位互相偏移90度而配置的构造。

萨沃纽斯型水车50设定例如配置、尺寸、质量等，使得从支柱11的摇动中心至萨沃纽斯型水车50的重心的距离与萨沃纽斯型水车50的水中质量的乘积比从支柱11的摇动中心至大流士型风车40的重心的距离与大流士型风车40的空中重量的乘积更大。由此，萨沃纽斯型水车50还作为压载14而起作用，组件12的重心配置于水面下，能够得到复原力。

接着，参照图8(a)(b)，对第3实施方式中的组件12的支撑构造进行说明。

如图8(a)所示，在第3实施方式中，上支柱11a、下支柱11b以及球形部17可相对旋转地联接。

上支柱11a在其下端部通过锥柄而与联接部件11c的上部一体地结合。联接部件11c的下端侧插入下支柱11b的上端部并可旋转地联接。另外，联接部件11c的上端侧形成为越是向上，直径就越小的锥形状，插入于形成在上支柱11a的下端部的倒锥形状的孔部11a1。在联接部件11c的上端部11c1形成有螺纹槽，通过拧紧螺母N，从而经由联接部件11c而将下支柱11b向上支柱11a拉近，并一体地结合。在联接部件11c和下支柱11b之间的适当的部位，设置有轴承B，能够互相相对旋转。另外，在下支柱11b的上端部的更外侧，外嵌有球形部17。在球形部17和下支柱11b之间，设有轴承B，能够互相相对旋转。球形部17经由弹性橡胶支承18、19而可摇动地支撑于支承架台20。由此，上支柱11a、下支柱11b以及球形部17依然沿轴方向以刚性的状态牢固地联接，能够互相相对旋转，并且，如图8(b)所示，能够相对于浮体13而摇动。

在下支柱11b的上端部，形成有上部开口的圆筒形状的圆筒部11d。而且，在该圆筒部11d和联接部件11c之间(即上支柱11a合下支柱11b之间)，设置有齿轮系统60和发电装置70。

齿轮系统60由例如行星齿轮系统构成，具有使上支柱11a和下支柱11b同轴反向旋转的功能。齿轮系统60由刻在联接部件11c的周围的太阳齿轮61、经由后述的棘轮机构64而联接至圆筒部11d的环形齿轮62以及配置于太阳齿轮61和环形齿轮62之间的多个行星齿轮63构成。行星齿轮63通过图中未显示的载体而相对于球形部17以不可移动的方式连接。由此，例如，如果潮流导致萨沃纽斯型水车50和下支柱11b在从上方观看时顺时针地开始旋转，则齿轮系统60导致上支柱11a和大流士型风车40在从上方观看时逆时针地开始旋转(起动)。由此，能够提高大流士型风车40的起动性。

另外，齿轮系统60还具有作为将下支柱11b的旋转增速并传递至上支柱11a的增速装置的功能。例如，通过调节行星齿轮系统的齿轮比，从而能够设定成在萨沃纽斯型水车50(即环形齿轮62)旋转1次时，大流士型风车40(即太阳齿轮61)旋转多次(例如8次)。由此，能够将风车的设计旋转速度和水车的设计旋转速度与风速和流速对照而分别适当地设定。

作为一个示例，以起动时的设计潮流流速作为每秒0.3m并以设计风速作为每秒3m而说明。为了使大流士型风车40自身开始旋转，有必要以使大流士型风车40的周速成为风速的3倍左右以上，即每秒9m左右以上的方式起动。如果大流士型风车40的旋转半径r为20m，则有必要以4.3rpm旋转。另一方面，萨沃纽斯型水车50仅以与潮流相同的程度的周速转动。如果萨沃纽斯型水车50的半径是5m，则为0.6rpm左右，因而由设在作为风车轴的上支柱11a和作为水车轴的下支柱11b之间的行星齿轮系统将萨沃纽斯型水车50的旋转速度增速至8倍并传递至大流士型风车40。在该情况下，萨沃纽斯型水车50，与将其设在空中的情况相比，流体速度成为10分之1，因而，假设流体的比重相同，则产生转矩由于平方而成为100分之1，自此进一步通过增速而成为8分之1，因此，大流士型风车40的起动用的转矩成为800分之1，但由于实际上流体的比重成为800倍，因而能够利用与陆地型同等的大小的萨沃纽斯型水车50而将大流士型风车40起动。

棘轮机构64具有在指定条件下不将上支柱11a的旋转传递至下支柱11b的功能。具体而言，如果萨沃纽斯型水车50从停止状态起开始旋转，则萨沃纽斯型水车50的旋转经由棘轮机构64而传递至环形齿轮62，伴随着环形齿轮62的旋转，联接至太阳齿轮61的大流士型风车40沿与萨沃纽斯型水车50相反的方向以8倍的速度开始旋转。然后，如果大流士型风车40由于风力而以萨沃纽斯型水车50的8倍以上的速度(即萨沃纽斯型水车50的增速后的旋转速度以上)旋转，则环形齿轮62相对于棘轮机构64而空转。由此，大流士型风车40的旋转不传递至萨沃纽斯型水车50。所以，萨沃纽斯型水车50不成为大流士型风车40的负荷(制动)。

在圆筒部11d的内部且在齿轮系统60的下方，设置有具有转子71和定子72的发电装置70。转子71固定于联接部件11c，定子72固定于圆筒部11d。由此，由于转子71和定子72反向旋转，因而发电装置70能够利用两者的差速而效率良好地发电。

此时，反向转矩作用于转子71和定子72之间，但由于转子71和定子72分别固定于反向旋转的上支柱11a和下支柱11b，因而消除反向转矩。因此，能够谋求用于防止浮体13的旋转的系留设备的简略化、小型化。

此外，在第3实施方式中，在圆筒部11d和球形部17之间设置有棘轮75。由此，即使在例如潮流停止的情况下，下支柱11b也不与上支柱11a共转，能够发电。

接着，参照图9，对第3实施方式中的大流士型风车40的收缩机构进行说明。

如图9所示，大流士型风车40使下托架43相对于上支柱11a而滑动至下方，由此，能够使叶片41变形成直线状。由此，能够使大流士型风车40的旋转半径r大致为0，防止强风所导致的叶片41的破损，并且，降低受风面积并降低翻倒力矩。

<第4实施方式>

第4实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1C与前述的第1至第3实施方式的主要不同点是组件80独自地具有浮力，通过组件80和浮体13的基于波浪的上下运动的差而发电。

如图10所示，第4实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1C具备具有浮力的组件80和将组件80可摇动地且可旋转地且可上下运动地支撑的浮体13。

组件80主要具有例如大流士型的垂直轴水车81和成为旋转轴的支柱82。组件80，通过例如由空心部件构成支柱82，由此，具有组件80自身尽可能地漂浮于水面的浮力。组件80形成为上下细长的形状，因而难以受到波浪导致的水面的上下运动的影响。另一方面，与组件80相比，浮体13容易受到波浪导致的水面的上下运动的影响。因此，组件80和浮体13由于对波浪的响应速度的差而相对地上下运动。

由于组件80可摇动地被支撑于浮体13，因而即使在大的潮流力作用的情况下，如图10(b)所示，也能够使组件80倾斜而避开潮流力。另外，由于垂直轴水车81作为压载而起作用，因而能够将组件80恢复至垂直的状态。

而且，由于组件80相对于浮体13而可旋转地被支撑，因而通过组件80的旋转而使后述的发电装置70(参照图11)旋转，由此，能够取出潮流能量。

另外，组件80相对于浮体而可上下运动地被支撑，并且，具备将上下运动变换成旋转力的旋转力变换机构88。由此，能够将组件80的相对的上下运动变换成旋转运动，用作大流士型的垂直轴水车81的起动力。

接着，参照图11，对第4实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1C的支撑构造进行说明。

如图11(a)所示，组件80的球形部17，与前述的其他实施方式同样地，经由弹性橡胶支承18、19而可摇动地被支撑于支撑架台20。在球形部17的中心部，成为垂直轴水车81的旋转轴的支柱82的上端部83上下贯通而配置。

在支柱82的上端部83，嵌合安装有作为线性轴承的滚珠花键衬套86。滚珠花键衬套86以能够相对于支柱82的上端部83而沿上下方向(轴方向)相对地移动的方式设置。另一方面，滚珠花键衬套86以不可上下运动的方式由球形部17保持。而且，滚珠花键衬套86卡合在刻于支柱82的上端部83的花键槽86a，由此，与支柱82一起旋转。在滚珠花键衬套86，固定有发电装置70的转子71，在球形部17的内周面，固定有定子72。由此，如果大流士型的垂直轴水车81旋转，则转子71与滚珠花键衬套86一起旋转。由于定子72固定于球形部17而不旋转，因而通过转子71和定子72的相对旋转而进行发电。此外，产生于定子72的反向转矩由浮体13的系留系统负担。

在支柱82的上端部83中的从球形部17突出的部分，刻有螺纹槽83a，并且，嵌合安装有螺母84，形成所谓的滚珠丝杠机构。另一方面，在球形部17的上部，突出形成有圆筒状的螺母保持部17a，经由棘轮机构85而将螺母84可沿一个方向旋转地且不可上下移动地保持。这些螺纹槽83a、螺母84、棘轮机构85以及螺母保持部17a构成旋转力变换机构88。由该旋转力变换机构88进行垂直轴水车81的起动。

具体而言，例如，从上方观看时，将棘轮机构85设置成螺母84能够逆时针地旋转(相对于棘轮而变得自由)，但不能顺时针地旋转，并且，将大流士型的垂直轴水车81设置成逆时针地旋转。另外，刻有螺纹槽83a，从而在使支柱82相对于螺母84而从上方观看时逆时针地旋转时，支柱82相对于螺母84而向下移动。

然后，在垂直轴水车81停止的状态下，如果组件80相对于螺母84(浮体13)而向上移动，则根据螺纹槽83a的方向，螺母84逆时针地旋转。此时，棘轮机构85空转。

另一方面，在垂直轴水车81停止的状态下，如果组件80相对于螺母84而向下移动，则根据螺纹槽83a的方向，螺母84欲顺时针地旋转，但由于被棘轮机构85约束而不能旋转。因此，垂直轴水车81逆时针地旋转而向下移动。由此，垂直轴水车81起动。

如果垂直轴水车81起动而逆时针地开始旋转，则垂直轴水车81欲相对于螺母84而向下移动。可是，由于垂直轴水车81具有浮力，因而产生在以某种程度向下移动之后，不能进一步向着下方向移动的状态。于是，螺母84与垂直轴水车81同样地沿逆时针方向旋转，使得与垂直轴水车81的相对的位置关系不变，此时，棘轮机构85空转。由此，垂直轴水车81旋转，由发电装置70进行发电。

此外，虽然省略图示，但也可以在滚珠花键衬套86和支柱82之间设置由线性发电机(省略图示)构成的辅助发电装置。线性发电机例如将平移器安装于滚珠花键衬套86，并且，将定子安装于支柱82的上端部83。于是，能够利用滚珠花键衬套86和支柱82的相对的上下运动来进行发电。

另外，在第4实施方式中，作为旋转力变换机构，采用由螺纹槽83a和螺母84构成的滚珠丝杠机构，但也可以采用齿条和小齿轮机构、连杆和曲柄机构或陀螺机构等，以代替滚珠丝杠机构。

接着，参照图12，对利用浮体式流体力利用系统的第5实施方式所涉及的风力推进船100进行说明。

如图12所示，第5实施方式所涉及的风力推进船100是所谓的游艇，具备成为浮体的船体101和成为组件的固定翼102。固定翼102具有贯通船体101而配置的支柱103。支柱103可摇动地且可转动地被支撑于船体101。另外，支柱103具备比船体101的支撑机构101a更靠近上侧的上支柱103a和比该支撑机构更靠近下侧的下支柱103b。下支柱103b是沿前后方向宽度宽广地形成并作为龙骨而起作用的部位。在下支柱103b的下端部，设置有压载104。该压载104导致固定翼102的重心配置于水面下。在船体101的内部，设置有约束支柱103的向前后方向的摇动的阻尼装置105。阻尼装置105的基端联接至船体101，阻尼装置105的前端联接至下支柱103b的龙骨上部。

此外，可摇动地且可转动地将支柱103支撑的支撑机构101a未被特别地限定，例如能够适当采用第2至第4实施方式中所说明的支撑机构。

风力推进船100使下支柱103b的龙骨旋转而赋予仰角，从而在受到侧风而前进时，防止侧风导致的侧滑，船体101能够依然向着行进方向航行。另外，即使风力推进船100的固定翼102由于风力而受到大的力并倾斜，船体101也不摇晃，下支柱103b和压载104倾斜而产生复原力。由此，能够防止船体101倾斜而牺牲居住性、船体阻力增加、阻力中心沿横方向偏移而需要转舵且阻力进一步增加，能够实现效率良好的游艇。

此外，由于在使上支柱103a旋转的情况下，难以进行支柱下端的固定，因而通常需要如在现有的游艇中所观察到的前拉杆和侧拉杆、如在陆地的垂直轴型大流士型风车中所观察到的拉线，但在风力推进船100中，上支柱103a的翻倒力矩由贯通船体101而设置的下支柱103b和压载104导致的复原力直接支承，因而不必从船体101支承力矩，能够省略。

接着，参照图13至图16，对第6实施方式所涉及的风力推进船110进行说明。第6实施方式所涉及的风力推进船110与前述的第5实施方式所涉及的风力推进船100的主要不同点是受风部由大流士型风车40构成，以及具备通过大流士型风车40的旋转而旋转的螺旋桨116。

如图13(a)(b)所示，风力推进船110在船体111的前后具备2个组件112、112。各组件112经由支撑机构111a而相对于船体111而可摇动地且可旋转地被支撑。各组件112主要具备支撑受力部的支柱113和作为受力部的大流士型风车40。大流士型风车40的构造与第3实施方式同样，因而省略详细的说明。

支柱113具备上支柱113a和下支柱113b。上支柱113a是作为大流士型风车40的旋转轴而起作用的部位。下支柱113b是沿前后方向宽度宽广地形成且作为龙骨而起作用的部位。在下支柱113b的下端部，设置有压载115。压载115具有与大流士型风车40的旋转连动而旋转的螺旋桨116。约束装置117使得支柱113仅沿摇晃方向摇动。约束装置117由例如液压阻尼器等构成。

如图14(a)(b)所示，组件112以能够相对于船体111而摇动的方式构成。即使风力推进船110的组件112由于风力而受到大的力并倾斜，船体111也不摇晃，下支柱113b和压载115倾斜而产生复原力。由此，能够防止船体111倾斜而牺牲居住性、船体阻力增加、阻力中心沿横方向偏移而需要转舵且阻力进一步增加，能够实现效率良好的风力推进船110。

如图15所示，支撑机构111a具有形成在下支柱113b的上端部的球形部113c、可摇动地支撑球形部113c的弹性橡胶支承18、19以及支撑弹性橡胶支承18、19的支撑架台20。

在上支柱113a的下端部，形成有向下开口的圆筒部113d。圆筒部113d可旋转地由球形部113c保持。在圆筒部113d的内部，设置有增速装置120。增速装置120具有环形齿轮121、行星齿轮122以及太阳齿轮123。环形齿轮121经由棘轮124而连接至圆筒部113d。行星齿轮122通过图中未显示的载体而相对于球形部113c不可移动地连接。太阳齿轮123刻在后述的旋转轴131的外周面。由此，如果上支柱113a旋转，则旋转轴113以指定的增速比旋转。

在上支柱113a的下端部，旋转轴131可旋转地被悬挂支撑。旋转轴131贯通球形部113c和下支柱113b而到达至压载115。在旋转轴131的下端部，设有伞齿轮132。伞齿轮132卡合在设于螺旋桨116的水平轴116a的前端的2个伞齿轮116b。由此，旋转轴131的旋转变换为水平轴116a的水平轴旋转，通过螺旋桨116的旋转而产生推进力。

在球形部113c的内部且在增速装置120的下方，设置有发电装置70。发电装置70的转子71固定于旋转轴131的外周面，发电装置70的定子72固定于球形部113c。伴随着旋转轴131的旋转，转子71旋转，由此，由发电装置70进行发电，在停泊中通过将约束装置117(参照图13)解放，从而对组件112容许摇晃、间距方向2轴的摇动。利用由大流士型风车40受到的风进行发电。

此外，发电装置70在航行中构成为能够作为电动机而补充风力导致的旋转力。

风力推进船110，在受到侧风而直线前进的情况下，如图16(a)所示，使作为龙骨而起作用的下支柱113b平行地倾斜。由此，能够对由下支柱113b构成的龙骨赋予仰角而产生防止侧滑的升力。

另外，风力推进船110，在回旋的情况下，如图16(b)所示，使作为龙骨而起作用的下支柱113b互相反向地倾斜。由此，能够减小回旋半径。

以上，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行了说明，但本发明不限定于这些实施方式，能够在不脱离发明的宗旨的范围内适当变更。

例如，也可以将第4实施方式的上下运动机构添加于第3实施方式所涉及的浮体式流体力利用系统1B的支撑机构。于是，能够通过组件12相对于浮体13的上下运动而将浮体式流体力利用系统1B的大流士型风车40起动。同样地，也可以将第4实施方式的上下运动机构添加于第6实施方式所涉及的风力推进船110的支撑机构111a。

另外，在第3实施方式中，如图8(a)(b)所示，在上支柱11a和下支柱11b之间，设置有齿轮系统60和棘轮机构64，但在不需要下支柱11b的旋转的增速的情况下，也可以省略齿轮系统60，在上支柱11a和下支柱11b之间，可以只配置棘轮机构64。依据这样的构成，能够使旋转的传递成为单向通行或防止过度旋转。

另外，在第3实施方式中，如图8(a)(b)所示，构成为，通过在上支柱11a和下支柱11b之间设置齿轮系统60，从而使上支柱11a和下支柱11b同轴反向旋转，但在不必利用水车而将风车起动的情况下，如果将风车和水车的叶片的方向设定成互相反向旋转，则能够省略齿轮系统60。

另外，在第6实施方式所涉及的风力推进船110中，构成为作为龙骨而起作用的下支柱113b和压载115相对于船体111而一体地旋转，但本发明不限定于此，也可以构成为仅成为龙骨的下支柱113b旋转。

此外，作为本发明的参考例，对组件相对于浮体而不摇动的情况进行说明。

例如，在本发明的第3实施方式中，如图7所示，在上支柱11a设有作为升力型的垂直轴风车的大流士型风车40，并且，在下支柱11b设有作为阻力型的垂直轴水车的萨沃纽斯型水车50，而且，如图8所示，构成为将支柱11相对于浮体13而可摇动地支撑，但在例如萨沃纽斯型水车50足够大的情况下，也可以构成为将支柱11相对于浮体13而不可摇动地支撑。即，在例如水深大的海域等，由于容易充分地增大萨沃纽斯型水车50，因而，即使大流士型风车40受到风力，也能够充分地对抗其翻倒力矩，所以，如果不必为了避开过大的风力和潮流力而设定受到过大的风力和潮流力则倾斜的重量等，那么，不必在浮体13可摇动地支撑支柱11。在该情况下，将支柱11相对于支撑架台20而可旋转地安装即可，因而能够省略球形部17和弹性橡胶支承18、19而使支撑机构简化。

另外，由于第4实施方式是仅具备水车的构成，因而，如果不必为了避开过大的潮流力而设定受到过大的潮流力则倾斜的重量等，则不必在浮体13可摇动地支撑支柱11。在该情况下，也可以构成为将支柱11可旋转地联接至第4实施方式的支撑架台20且省略球形部17和弹性橡胶支承18、19。

符号说明

1 浮体式流体力利用系统

10 受风部

11 支柱

12 组件

13 浮体

14 压载

15 重心

Claims (21)

1. 一种浮体式流体力利用系统，具备从风或水取出能量的组件和支撑所述组件的浮体，其特征在于，

所述组件具有受到流体力的受力部和支撑所述受力部的支柱，

所述组件，其重心配置于水面下，并且，相对于所述浮体而可沿任意的方向摇动地被支撑。

2. 根据权利要求1所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述组件经由销接头、万向接头、滑枕式滚珠型球面轴承以及弹性体支撑机构中的任一个而相对于所述浮体而可摇动地被支撑。

3. 根据权利要求1所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述组件相对于所述浮体而可围绕所述支柱的中心轴旋转地被支撑。

4. 根据权利要求3所述的浮体式流体力利用系统，利用风力作为所述流体能量的至少一个，其特征在于，

所述受力部包括在空中受到风力的受风部而构成，

所述支柱具备支撑所述受风部的上支柱和支撑配置于水面下的压载的下支柱。

5. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述上支柱和所述下支柱关于所述支柱的中心轴而以刚性的状态经由轴承而可相对地同轴旋转地联接。

6. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述受力部包括水平轴风车或垂直轴风车而构成。

7. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述受力部包括水平轴水车或垂直轴水车而构成，

所述水平轴水车或所述垂直轴水车配置于水面下并作为压载或压载的一部分而起作用。

8. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述上支柱和所述下支柱经由齿轮系统而互相联接，从而保持指定的相对的旋转关系而同轴旋转，并且，相对于所述浮体而可相对旋转地且可摇动地被支撑。

9. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述上支柱和所述下支柱具有这样的机构：在指定条件下，将所述上支柱和所述下支柱中的一方的旋转传递至另一方，在其他条件下，不将所述上支柱和所述下支柱中的一方的旋转传递至另一方。

10. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述组件具备从所述受力部的旋转取出旋转能量的旋转能量取出部，

所述上支柱和下支柱构成为互相同轴反向旋转，

所述旋转能量取出部配置成在从所述上支柱和下支柱取出旋转能量时产生的转矩互相消除。

11. 根据权利要求10所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述旋转能量取出部是具备转子和定子的发电机，

所述发电机将所述转子连接至所述上支柱和所述下支柱中的任一方，将所述定子连接至另一方，利用所述转子和所述定子的差动而发电。

12. 根据权利要求4所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述受力部包括升力型的垂直轴风车和阻力型的垂直轴水车而构成，

所述垂直轴风车通过所述垂直轴水车的旋转而起动。

13. 根据权利要求12所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述受力部包括升力型的垂直轴风车和阻力型的垂直轴水车而构成，

所述垂直轴水车经由增速装置而联接至所述垂直轴风车，

所述增速装置，在垂直轴风车的增速后的旋转速度为所述垂直轴水车的旋转速度以下的情况下，将所述垂直轴风车的旋转传递至所述垂直轴风车，在所述垂直轴风车的增速后的旋转速度比所述垂直轴水车的旋转速度更大的情况下，不将所述垂直轴风车的旋转传递至所述垂直轴水车。

14. 根据权利要求1所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述组件具有与所述组件的自重平衡的程度的浮力，并且，相对于所述浮体而可相对地上下运动地被支撑，

具备从所述组件和所述浮体的相对的上下运动取出能量的上下运动能量取出部。

15. 根据权利要求14所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述上下运动能量取出部是具备平移器和定子的线性发电机，

所述线性发电机将所述平移器连接至所述组件和所述浮体中的任一方，将所述定子连接至另一方，利用所述平移器和所述定子的差动而发电。

16. 根据权利要求14所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，上下运动能量取出部具备由滚珠丝杠、齿条和小齿轮、连杆和曲柄机构以及陀螺仪中的任一个构成的旋转力变换机构。

17. 根据权利要求16所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，所述受力部具备升力型的垂直轴风车和升力型的垂直轴水车中的至少任一个，利用由所述旋转力变换机构得到的旋转力而起动。

18. 一种风力推进船，使用根据权利要求1至17中的任一项所述的浮体式流体力利用系统，其特征在于，

所述浮体是船体，所述受力部包括在空中受到风力的受风部而构成，所述支柱具备支撑所述受风部的上支柱和支撑配置于水面下的压载的下支柱，

具备配置于水面下并大致围绕水平轴被所述受风部所受到的风力旋转的螺旋桨，利用风力，以作为用于其旋转的能量的至少一部分。

19. 根据权利要求18所述的风力推进船，其特征在于，所述螺旋桨设置于所述压载。

20. 根据权利要求18所述的风力推进船，其特征在于，所述压载或所述下支柱作为升力型的龙骨而起作用。

21. 根据权利要求20所述的风力推进船，其特征在于，

具备配置在所述船体的前后的2个所述组件，

所述2个龙骨，在受到侧风的直线前进时，以沿相同方向拥有迎角的方式旋转，在回旋时，以前端的所述龙骨和后端的所述龙骨拥有互相反向的迎角的方式旋转。