CN106687685A - 海流发电装置的起动方法以及起动控制装置 - Google Patents

海流发电装置的起动方法以及起动控制装置 Download PDF

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Abstract

在使用俯仰角固定翼的海流发电装置中，能够使装置顺畅地起动。海流发电装置具备：限制旋翼的转子轴旋转的机械制动器；以及夹设在转子轴与发电机之间的动力传递机构，动力传递机构具备：切换动力传递状态与动力切断状态的切换单元；在动力切断状态时向转子轴赋予旋转负载的负载赋予单元；以及在动力传递状态时对转子轴的旋转速度进行变速并传递至发电机的变速单元，将动力传递机构设为动力切断状态而解除机械制动器(S10)，在向转子轴赋予旋转负载的状态下使转子轴的旋转速度上升(S20)，切换为动力传递状态而开始发电机的旋转(S30)，使发电机的旋转速度上升(S40)，将发电机并入系统电源而开始发电(S50)。

Description

海流发电装置的起动方法以及起动控制装置
技术领域
本发明涉及利用海流能量进行发电的海流发电装置的起动方法以及海流发电装置的起动控制装置。
背景技术
近年来，开发出利用各种各样的自然能量的发电技术。例如黑潮等巨大的海流也是能量资源，还开发出利用该海流能量进行发电的海流发电装置。在该海流发电装置中，利用海流能量使旋翼旋转而使与旋翼的轴连接的发电机旋转，由此进行发电。
作为这样的海流发电装置的一个方式，具有海中浮游式海流发电装置(水中浮游式海流发电装置)，例如，专利文献1公开了该海中浮游式海流发电装置。就该海中浮游式海流发电装置而言，通过将构成为具有某种恒定的浮力的浮体的海流发电装置与从海底延伸的系留缆索相连，从而海流发电装置以在被系留缆索允许的范围内在海中浮游的方式进行发电。海中浮游式海流发电装置无需使用如设置在地面上的风力发电装置那样的巨大支柱，能够简化结构。
图12是表示专利文献1所公开的海中浮游式海流发电装置的立体图。如图12所示，该海中浮游式海流发电装置构成为浮体1，为了实现该浮体1的姿势稳定化，采用了由两个海流发电装置主体2、2和将两个海流发电装置主体2、2连接的构造物3构成一个浮体1的双躯干型。海流发电装置主体2在吊舱(也称为短舱)4内装备未图示的发电机，在该发电机的转子上连接有旋翼5的转子轴(旋转轴)。
吊舱4与构造物3的左右两端结合。在构造物3的左右方向中央处结合有系留缆索6的前端，系留缆索6的基端卡定于海底。浮体1在被系留缆索6束缚的范围内沿水平方向以及铅垂方向在海中浮游。浮体1的浮力左右平衡，浮体1的构造物3形成为在海流方向上对置的那样的翼形状。由此，浮体1以其正面(旋翼5的正面)与海流方向正对的方式根据海流改变方向来实施发电。
另外，采用了将旋翼5配置于吊舱4的后方(海流的下游侧)的顺流方式。这样，通过将旋翼5配置在比吊舱4靠下游侧的位置，容易使浮体1的正面(旋翼5的正面)朝向海流方向。在采用海中浮游式海流发电装置的情况下，能动地实施浮体1的偏摆方向控制(使旋翼5的转子轴与海流的方向一致的控制)的驱动装置的安装较难，因此，采用顺流方式，并且将浮体1的吊舱4、构造物3的形状形成为朝向海流的方向，将浮体1的正面方向设定为被动地朝向海流方向。
另外，卡定于系留缆索6的浮体(海流发电装置)1虽然在海中浮游，但是，此时，浮体1处于向浮体1施加的海流的作用力、浮体1所产生的浮力以及系留缆索6的张力平衡了的位置。换句话说，相对于浮体1，向铅垂上方作用有浮力，沿海流方向(水平方向)作用有海流的作用力，以与浮力以及海流的作用力对置的方式作用有系留缆索的张力。因此，若海流的作用力较弱(换句话说，若海流的流速较低)，则浮体1在海中上升至比较浅的深度，若海流的作用力较强(换句话说，若海流的流速较高)，则浮体1在海中下降至比较深的深度。
另一方面，海流的深度方向的流速分布在海底附近为，越接近海底越为低速，越离开海底越为高速。因此，若海流的流速增强，则浮体1在海中下降，在深度方向的流速分布中流速适当地减弱的深度获得平衡。另外，若海流的流速减弱，则浮体1在海中上升，在深度方向的流速分布中流速适当地增强的深度获得平衡。
在专利文献1中还记载有如下的技术思想：这样着眼于海流发电装置根据流速而升降的特性，通过应用被动地自动调整海流发电装置的水深方向的位置(深度)的控制[也称为被动的深度控制，PDC(＝Passive Depth Control)]，从而不需要能动的控制(ActiveDepth Control)。
然而，旋翼5具有多个(多数情况下为两片或者三片)叶片5a。海流发电装置多数以叶片5a的叶片俯仰角可变的俯仰角可变叶片提出(例如，非专利文献1)。采用俯仰角可变叶片的理由之一在于：在起动时，立起叶片俯仰角而减小翼投影面积，使向转子轴输入的转矩变小，然后逐渐增大翼投影面积而使转子轴的转数(旋转速度)、动力逐渐上升，由此能够顺畅地起动[参照图13A]。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2013/0106105号说明书
非专利文献
非专利文献1：日本船舶海洋工学论文集第17号P1072013年6月
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，在海流发电装置中应用俯仰角可变叶片的情况下，必须具备俯仰角可变机构、驱动源，导致机构复杂化。海流发电装置一旦设置于海中时，无法容易地实施维护，因此，优选尽量采用简单的结构，尽可能不需要进行维护。
对于这一点，在固定了叶片俯仰角的俯仰角固定翼的情况下，与俯仰角可变叶片相比，能够简化设备结构，因此，不需要进行俯仰角可变叶片所需的俯仰角可变机构、驱动源的维护。但是，另一方面，在俯仰角固定翼的情况下，与俯仰角可变叶片相比，起动时的被控制性差这一点作为缺点而举出。
换句话说，在俯仰角固定翼中，即使在起动时，翼投影面积也较大，向旋翼的转子轴输入的转矩也较大，因此，当俯仰角固定翼受到海流时，转子轴的转数会瞬时上升。例如，图13B以转数和转矩的图表示出使用了俯仰角固定翼的情况下的海流发电装置的起动时的现象。如图13B所示，在转子轴的转数的上升区域中，存在海流的作用转矩也与叶片转数的上升一同增大的不稳定区域。因此，在俯仰角固定翼中，在一定流速下起动时，通过该不稳定区域会立即加速，因此存在叶片损坏的风险。
另外，即便充分确保了叶片的强度，还存在如下的课题：当待机至进入稳定区域且并入电力系统时，需要用于将海流发电装置的发热部分冷却的大型的冷却装置。换句话说，在直到并入电力系统为止的待机时，无法将从转子轴输入的动力(转数×转矩)作为电能而消耗，必须作为热能向外部释放，此时的放热量为大量，因此，需要大型的冷却装置。当在设置空间受到限制的海流发电装置中设置大型的冷却装置时，从规模方面出发，难以成立海流发电装置的系统。
本发明是鉴于上述的课题而完成的，其涉及在旋翼使用俯仰角固定翼的海流发电装置中能够使装置顺畅地起动的海流发电装置的起动方法以及海流发电装置的起动控制装置。
用于解决课题的方案
(1)为了实现上述目的，本发明的海流发电装置的起动方法是使海流发电装置在海中起动的方法，该海流发电装置利用向吊舱的外部突出的俯仰角固定的旋翼来驱动收纳在所述吊舱内的发电机的转子，所述海流发电装置的起动方法的特征在于，所述海流发电装置具备：机械制动器，其限制所述旋翼的转子轴的旋转；以及动力传递机构，其夹设在所述旋翼的转子轴与所述发电机的转子之间，所述动力传递机构具有：切换单元，其切换动力传递状态与动力切断状态；负载赋予单元，其在所述动力切断状态时，向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载；以及变速单元，其在所述动力传递状态时，对所述旋翼的转子轴的旋转速度进行变速并传递至所述发电机的转子，所述海流发电装置的起动方法依次实施如下工序：制动解除工序，在该制动解除工序中，利用所述切换单元将所述动力传递机构设为所述动力切断状态，将所述机械制动器从工作状态切换为解除状态；旋翼升速工序，在该旋翼升速工序中，利用所述负载赋予单元向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升；发电机起动工序，在该发电机起动工序中，利用所述切换单元将所述动力传递机构切换为所述动力传递状态，从而开始所述发电机的转子的旋转；以及发电机升速工序，在该发电机升速工序中，利用所述变速单元使所述发电机的转子的旋转速度上升；以及发电开始工序，在该发电开始工序中，将所述发电机并入系统电源而开始发电。
(2)优选的是，所述制动解除工序、所述旋翼升速工序、所述发电机起动工序、所述发电机升速工序以及所述发电开始工序在使所述海流发电装置位于海面附近的状态下实施，在所述发电开始工序之后，实施旋翼升速工序，在该旋翼升速工序中，使所述海流发电装置下沉到海面下的流速高的规定的深度区域并使所述旋翼的转子轴升速，在所述海流发电装置下沉到所述规定的深度区域之后实施通常发电工序，在该通常发电工序中，一边控制所述发电机的转子的旋转速度一边进行通常的发电，使得发电效率成为最大。
(3)优选的是，所述动力传递机构是使用工作油传递动力的液压式动力传递机构，所述液压式动力传递机构具有：液压泵，其由所述旋翼的转子轴进行驱动；附带旋转控制机构的液压马达，其利用从所述液压泵供给的工作油进行旋转来驱动所述发电机的转子，并作为所述变速单元发挥功能；供给油路，其将工作油从所述液压泵向所述液压马达输送；返送油路，其使工作油从所述液压马达向所述液压泵返回；切换阀，其对所述供给油路进行开闭而作为所述切换单元发挥功能；旁通油路，其使工作油从所述供给油路中的所述液压泵与所述切换阀的中间部向所述返送油路分流，使所述液压泵作为所述负载赋予单元发挥功能；以及旁通阀，其对所述旁通油路进行开闭，在所述制动解除工序中，将所述切换阀以及所述旁通阀设为关闭，从而解除所述机械制动器，在所述旋翼升速工序中，将所述旁通阀切换为打开，从而利用所述液压泵的工作负载向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升，在所述发电机起动工序中，将所述切换阀切换为打开而开始所述发电机的旋转，在所述发电机升速工序中，利用所述旋转控制机构使所述液压马达的旋转速度上升，从而使所述发电机的转子的旋转速度上升。
(4)优选的是，直到所述旋翼升速工序为止，将所述旁通阀保持为打开，在所述旋翼升速工序之后且所述通常发电工序之前，具有将所述旁通阀切换为关闭的旁通流路闭锁工序。
(5)优选的是，所述海流发电装置是构成为浮体、且以被系留缆索卡定于海底而在海中浮游的状态进行发电的海中浮游式海流发电装置，所述浮体在海中解除束缚后，利用作用于所述浮体的浮力、向所述浮体施加的海流的作用力以及所述系留缆索的张力之间的平衡，实施始终被自动调整为恒定流速区域的深度的被动的深度控制，所述制动解除工序、所述旋翼升速工序、所述发电机起动工序、所述发电机升速工序以及所述发电开始工序在将所述海流发电装置在海中束缚且位于海面附近的状态下实施，在所述旋翼升速工序中，能够解除所述海流发电装置的束缚而实施被动的深度控制。
(6)另外，本发明的海流发电装置的起动控制装置是使海流发电装置在海中起动的起动控制装置，该海流发电装置利用向吊舱的外部突出的俯仰角固定的旋翼来驱动收纳在所述吊舱内的发电机的转子，所述海流发电装置的起动控制装置的特征在于，所述海流发电装置具备：机械制动器，其限制所述旋翼的转子轴的旋转；以及动力传递机构，其夹设在所述旋翼的转子轴与所述发电机的转子之间，所述动力传递机构具有：切换单元，其切换动力传递状态与动力切断状态；负载赋予单元，其在所述动力切断状态时，向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载；以及变速单元，其在所述动力传递状态时，对所述旋翼的转子轴的旋转进行变速并传递至所述发电机的转子，所述起动控制装置具有：制动控制单元，其在收到起动指令时，对所述切换单元进行操作而将所述动力传递机构设为所述动力切断状态，从而将所述机械制动器从工作状态切换为解除状态而进行制动解除；旋翼升速控制单元，其在所述制动解除完成之后，利用所述负载赋予单元向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升；发电机起动控制单元，其在所述旋翼的转子轴的旋转速度上升并稳定之后，对所述切换单元进行操作而将所述动力传递机构切换为所述动力传递状态，从而开始所述发电机的转子的旋转；发电机升速控制单元，其在所述发电机的转子的旋转开始之后，对所述变速单元进行操作，而使所述发电机的转子的旋转速度上升；以及发电开始控制单元，其在所述发电机的转子的旋转速度上升到规定旋转速度区域之后，将所述发电机并入系统电源而开始发电。
(7)优选的是，所述动力传递机构是使用工作油传递动力的液压式动力传递机构，所述液压式动力传递机构具有：液压泵，其由所述旋翼的转子轴进行驱动；附带旋转控制机构的液压马达，其利用从所述液压泵供给的工作油进行旋转来驱动所述发电机的转子，并作为所述变速单元发挥功能；供给油路，其将工作油从所述液压泵向所述液压马达输送；返送油路，其使工作油从所述液压马达向所述液压泵返回；切换阀，其对所述供给油路进行开闭而作为所述切换单元发挥功能；旁通油路，其使工作油从所述供给油路的所述液压泵与所述切换阀的中间部向所述返送油路分流，使所述液压泵作为所述负载赋予单元发挥功能；以及旁通阀，其对所述旁通油路进行开闭，所述制动解除控制单元将所述切换阀以及所述旁通阀操作为关闭，从而解除所述机械制动器，所述旋翼升速控制单元将所述旁通阀操作为打开，从而利用所述液压泵的工作负载向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升，所述发电机起动控制单元将所述切换阀操作为打开而开始所述发电机的旋转，所述发电机升速控制单元利用所述旋转控制机构使所述液压马达的旋转速度上升，从而使所述发电机的转子的旋转速度上升。
发明效果
根据本发明，当解除机械制动器时，旋翼的转子轴开始旋转，但是，此时，旋翼的转子轴在被赋予旋转负载的状态下使旋转速度上升，因此，能抑制旋转速度的急速上升，使旋翼的转子轴缓缓地升速。因此，虽然在旋翼起动时翼投影面积也大且俯仰角固定，但也能够在旋翼自由旋转的正反馈区域使旋翼的转子轴旋转速度的上升与海流对旋翼的作用转矩的增大缓缓地稳定，能够避免旋翼的转子轴立即加速的不良情况。而且，在将动力传递机构切换为动力传递状态而开始发电机的转子的旋转时也能够顺利地开始。由此，在旋翼使用俯仰角固定翼的海流发电装置中，能够顺畅地使装置起动。
另外，然后，利用变速单元在控制发电机的转子的旋转速度的状态下使该旋转速度上升，并将发电机并入系统电源，由此能够抑制直到并入系统电源为止的发电机的待机时的发热量，还具有能够使海流发电装置的冷却装置小型化的优点。
附图说明
图1是表示一实施方式的海中浮游式海流发电装置及其起动控制装置的结构图。
图2是表示一实施方式的液压式动力传递机构的结构图。
图3是将一实施方式的海中浮游式海流发电装置以在海中的使用状态示出的立体图。
图4是对一实施方式的海中浮游式海流发电装置的被动的深度控制(PDC)进行说明的海中的侧视图。
图5是表示一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动特性的图。
图6是表示一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动方法的流程图。
图7A～图7D是依次表示与一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动方法的各工序对应的液压式动力传递机构的状态的图，图7A表示制动解除工序后的旋翼升速工序，图7B表示发电机起动工序后的发电机升速工序，图7C表示发电开始工序后的旋翼升速工序，图7D表示旁通流路闭锁工序后的通常发电工序。需要说明的是，各图中省略了闭锁状态的油路。
图8是用于说明一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动方法的时序图，表示海中浮游式海流发电装置的起动时的深度变化。
图9是用于说明一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动方法的时序图，表示旋翼的转子轴以及发电机的转子的转数(旋转速度)的变化。
图10是用于说明一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动方法的时序图，表示旋翼向转子轴输入的输入动力以及发电机输出的变化。
图11A～图11G是用于说明一实施方式的海中浮游式海流发电装置的起动方法的时序图，图11A表示机械制动器的状态，图11B表示旁通阀的状态以及转子轴转数[旋翼的转子轴的转数(旋转速度)]的状态，图11C表示切换阀的状态，图11D表示液压马达的状态以及发电机转数的状态，图11E表示液压马达的状态以及发电机转矩的状态，图11F表示发电机向系统电源并入以及解列的状态，图11G表示PDC的状态。
图12是表示背景技术的海中浮游式海流发电装置的立体图。
图13A、图13B是用于说明本发明的课题的图，图13A是表示背景技术的使用俯仰角可变叶片的海流发电装置的起动特性的图，图13B是表示使用俯仰角固定翼的海流发电装置的起动特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下所示的实施方式只不过是例示，并非意在将以下的实施方式中未明示的各种变形、技术的应用排除。以下的实施方式的各结构在不脱离其主旨的范围内能够实施各种变形，并且，能够根据需要选择取舍，或者能够适当进行组合。
〔海中浮游式海流发电装置的概要结构〕
首先，对本实施方式的海中浮游式海流发电装置的概要结构进行说明，海中浮游式海流发电装置的概要结构与背景技术中说明的结构(参照图12)相同。重复进行说明，该海中浮游式海流发电装置构成为浮体1，如图3所示，浮体1采用由两个海流发电装置主体2、2和将两个海流发电装置主体2、2连接的构造物3构成一个浮体1的双躯干型。海流发电装置主体2在吊舱(也称为短舱)4内装备发电机9，在该发电机9的转子上连接有旋翼5的转子轴(旋转轴、主轴)5A(参照图1)。
吊舱4与构造物3的左右两端结合。在构造物3的左右方向中央处结合有系留缆索6的前端，系留缆索6的基端卡定于海底7a(在该例中为海底7a的重型锚6A)。浮体1在被系留缆索6束缚的范围内沿水平方向以及铅垂方向在海中浮游。浮体1的浮力左右平衡，浮体1的构造物3形成为在海流方向上对置那样的翼形状。由此，浮体1以其正面(旋翼5的正面)与海流方向正对的方式根据海流改变方向，在正面受到海流的状态下实施发电。
另外，各海流发电装置主体2采用将旋翼5配置于吊舱4的后方(海流的下游侧)的顺流方式。这样，通过将旋翼5配置于比吊舱4靠下游侧的位置，容易使浮体1的正面(旋翼5的正面)朝向海流方向。在采用海中浮游式海流发电装置的情况下，能动地实施浮体1的偏摆方向控制(使旋翼5的转子轴5A与海流的方向一致的控制)的驱动装置的安装较难，因此，采用顺流方式，并且将浮体1的吊舱4、构造物3的形状形成为朝向海流的方向，将浮体1的正面方向设定为被动地朝向海流方向。
卡定于系留缆索6的浮体(海中浮游式海流发电装置)1虽然在海中浮游，但是，此时，浮体1处于向浮体1施加的海流的作用力Fwf、浮体1所产生的浮力Fb以及卡定浮体1的系留缆索6的张力Ft平衡了的位置。换句话说，相对于浮体1，向铅垂上方作用有浮力Fb，沿海流方向(水平方向)作用有海流的作用力Fwf，以与浮Fb力以及海流的作用力Fwf对抗的方式作用有系留缆索6的张力Ft。
因此，如图4所示，若海流的作用力Fwf较弱(换句话说，海流的流速Vwf较低)，则浮体1在海中上升至比较浅的深度，若海流的作用力Fwf较强(换句话说，若海流的流速Vwf′较高)，则浮体1如符号1′所示那样在海中7下降至比较深的深度。另外，海流的流速Vwf、Vwf′的深度方向分布在海底7a附近为，越接近海底7a越为低速，越离开海底7a越为高速。
因此，在海流的流速增强的情况下，浮体1在海中7从图4中实线所示的状态下降到双点划线以及符号1′所示的状态，在深度方向的流速分布中流速适当减弱的深度获得平衡。另外，尽管未图示，但若海流的流速比图4中实线所示的状态弱，则浮体1在海中从实线所示的状态上升，在深度方向的流速分布中流速适当增强的深度获得平衡。这样，也将被动地对构成为浮体1的海中浮游式海流的水深方向的位置(深度)自动进行调整的控制称为PDC(＝Passive Depth Control，被动的深度控制)。通过该PDC，能够保持旋翼5受到的海流的流速不会过度不足的状态，能够受到稳定的海流的流速而进行发电。
如图1、图3所示，在海流发电装置主体2中，在吊舱4的后方(海流的下游侧)配置有旋翼5，在吊舱4的内部装备有旋翼5的转子轴5A、发电机9、以及夹设于转子轴5A与发电机9的转子(省略图示)之间的动力传递机构8。由转子轴5A、动力传递机构8以及发电机9构成海流发电装置主体2的传动系统10。在转子轴5A上装备有限制转子轴5A的旋转的机械制动器(Mechanical brake)41。动力传递机构8具有本发明的起动方法以及起动控制装置所需的特有功能，对此见后述。
就吊舱4的外形而言，前端以及后端由平滑的曲面构成，中间部形成为圆筒状，在吊舱4的外形的轴心CL1上配置有转子轴5A的轴心。吊舱4的外形也可以采用纺锤形状等其他的形状。另外，旋翼5采用以180度的相位差装备了两片叶片5a的两片翼。旋翼5的叶片5a的数量不局限于此，也能够应用三片叶片等其他的片数。
而且，旋翼5使用叶片5a的俯仰角固定的俯仰角固定翼。俯仰角固定翼简单且不需要维护。换句话说，在采用俯仰角可变叶片的情况下，必须使用成为需要的俯仰角可变机构、驱动源，必须进行它们的维护，但在采用俯仰角固定翼的情况下，不需要进行这样的维护。
〔动力传递机构的结构〕
动力传递机构8具有：将转子轴5A和发电机9切换为动力传递状态以及动力切断状态中的任一状态的功能(切换单元)；在动力切断状态时向旋翼5的转子轴5A赋予旋转负载的功能(负载赋予单元)；以及在动力传递状态时对旋翼5的转子轴5A的旋转速度进行变速并传递至发电机9的转子的功能(变速单元)。动力传递机构8使用利用了液压的液压式动力传递机构。
图2是表示本实施方式的液压式动力传递机构8的结构图。如图2所示，该液压式动力传递机构8在由供给油路112a和返送油路112b构成的循环油路112内具备液压泵113、液压马达114、切换阀115、旁通油路116以及旁通阀117。另外，在转子轴5A中装备有机械制动器41。
液压泵113由旋翼5的转子轴5A进行驱动。
液压马达114受到从液压泵113排出并通过供给油路112a供给的工作油而进行旋转。液压马达114的旋转轴5B与发电机9的转子结合，对发电机9进行驱动。
对于该液压马达114，应用通过调整斜盘角而能够与输入液压无关地变更旋转速度的斜盘式液压马达，通过反馈由后述的转数传感器(旋转速度传感器)36检测到的液压马达114的旋转轴5B的转数(旋转速度)并利用斜盘角调整部42对斜盘角调整机构(省略图示)进行操作来调整斜盘角(省略图示)的角度，从而能够将液压马达114调整为所希望的旋转速度状态。由此，斜盘角调整机构作为旋转控制机构发挥功能。另外，该旋转控制机构还具有作为相对于液压泵113将液压马达114大幅增速的增速机的功能。
切换阀115为电磁阀，被夹设在比供给油路112a与旁通油路116的分支部靠下游的位置，且利用电信号使供给油路112a开闭，切换为动力传递状态以及动力切断状态中的任一状态。
旁通油路116夹设在供给油路112a与返送油路112b之间，使工作油从供给油路112a中的比切换阀115靠上游的位置(液压泵113与切换阀115的中间部)向返送油路112b分流。
旁通阀117为电磁阀，被夹设在旁通油路116中，且利用电信号使旁通油路116开闭。
需要说明的是，切换阀115作为上述的切换单元发挥功能。
液压泵113在以将切换阀115设为关闭(动力切断状态)、旁通阀117设为打开、且工作油在供给油路112a的上游部、旁通油路116以及返送油路112b的下游部中循环的状态工作时，作为上述的负载赋予单元发挥功能。
液压马达114的旋转控制机构作为上述的变速单元发挥功能。
另外，在旋翼5的转子轴5A上装备有用于检测转子轴5A的转数(旋转速度)ωA的转数传感器(旋转速度传感器)35，在液压马达114的旋转轴5B上装备有用于检测旋转轴5B的转数(旋转速度)ωB的转数传感器(旋转速度传感器)36。此外，装配有用于检测循环油路112的供给油路112a内的工作油的液压的液压传感器37。这些传感器35～37的检测信号向控制装置20输入。
〔起动控制装置的结构〕
在本实施方式中，在使海流发电装置在海中起动时，通过作为分配给控制装置20的起动控制部(起动控制装置)的功能结构，来实施起动处理的前段工序。
换句话说，如图1所示，在控制装置20的起动控制部，作为功能要素而具备：制动控制部(制动控制单元)21、旋翼升速控制部(旋翼升速控制单元)22、发电机起动控制部(发电机起动控制单元)23、发电机升速控制部(发电机升速控制单元)24、发电开始控制部(发电开始控制单元)25、以及发电控制部(发电控制单元)26。
制动控制部21在收到起动指令时，将切换阀115操作为关闭(动力切断状态)，将机械制动器41从工作状态切换为解除状态而解除制动。此时，制动控制部21也将旁通阀117操作为关闭。
旋翼升速控制部22在制动解除完成之后，将旁通阀117操作为打开，形成使工作油在供给油路112a的上游部、旁通油路116以及返送油路112b的下游部循环的旁通回路，而使液压泵113工作。液压泵113受到旋翼5的转子轴5A的旋转而工作，使工作油在旁通回路内循环。需要说明的是，制动解除的完成例如能够在制动解除指令后经过了规定时间等来判断。
由于该工作油的循环驱动成为转子轴5A的旋转负载，因此，如图5所示，在旋翼5自由旋转的正反馈区域，旋翼5的转子轴5A的转数逐渐地上升，能够使旋翼5的转子轴5A的转数ωA的上升与海流对旋翼5的作用转矩的增大缓缓地稳定。
发电机起动控制部23在旋翼5的转子5A的转数ωA上升并稳定之后，将切换阀115操作为打开(动力传递状态)，开始发电机9的转子的旋转。需要说明的是，转子5A的转数ωA从转数传感器35输入，例如，若该转数ωA成为设定值以上且转数ωA的变化率成为设定值以下，则能够判断为转数ωA上升并稳定。
发电机升速控制部24在发电机9的转子的旋转开始之后，对液压马达114的旋转控制机构进行操作，使发电机9的转子的旋转速度上升。换句话说，对液压马达114的斜盘的倾斜进行控制，使发电机9的转子升速。需要说明的是，发电机9的转子的旋转相当于液压马达114的旋转轴5B的旋转，因此，能够根据从转数传感器36输入的液压马达114的旋转轴5B的转数ωB，来判断发电机9的转子的旋转开始。
发电开始控制部25在发电机9的转子的转数(旋转速度)上升至规定转数区域(规定旋转速度区域)之后将发电机9并入系统电源，开始发电。需要说明的是，向系统电源的并入通过开关43来进行，当开关43收到并入指令时，将发电机9与系统电源连接。此时，为了避免向系统电源输送急剧的冲击电流而在开关43中装备有软启动功能，并使用该功能。需要说明的是，能够通过将从转数传感器36输入的液压马达114的旋转轴5B的转数ωB与设定值进行比较，来实施发电机9的转子的转数的上升判断。
发电控制部26实施海流发电装置的通常发电时的控制。在发电开始后PDC工作之后，将旁通阀117操作为关闭，由此，结束旋翼5的转子轴5A的转数控制，移至仅实施发电机9的转矩控制。发电控制部26通过发电机9的转矩控制来控制发电。
〔海流发电装置的起动方法〕
本实施方式的海流发电装置及其起动控制装置如上述那样构成，使用上述装置，如图6、图7(图7A～图7D)所示，能够实施本实施方式的海流发电装置的起动方法。需要说明的是，在海流发电装置的起动的前阶段，在使海流发电装置位于海面附近而束缚浮体1的深度的状态下进行实施。
〔流程图〕
如图6所示，当海流发电装置的起动时，首先，将切换阀115操作为关闭(动力切断状态)，将机械制动器41从工作状态切换为解除状态而解除制动(步骤S10，制动解除工序)。
在制动的解除完成之后，接下来，将旁通阀117操作为打开，如图7A所示，形成旁通回路并使液压泵113工作，控制旋翼5的转子轴5A的转数(步骤S20，旋翼升速工序)。由于液压泵113对工作油的循环驱动成为转子轴5A的旋转负载，因此，在旋翼5自由旋转的正反馈区域，能够使旋翼5的转子轴5A的转数ωA的上升与海流对旋翼5的作用转矩的增大缓缓地稳定进行，能够避免旋翼5的转子轴5A立即加速的不良情况。
在旋翼5的转子轴5A的转数ωA上升并稳定之后，接下来，将切换阀115操作为打开(动力传递状态)，如图7B所示，将从液压泵113排出的工作油导向液压马达114，利用液压马达114开始发电机9的转子的旋转(步骤S30，发电机起动工序)。
在发电机9的转子的旋转开始之后，接下来，对液压马达114的旋转控制机构进行操作，使发电机9的转子的旋转速度上升(步骤S40，发电机升速工序)。
在发电机9的转子的转数上升到规定转数区域之后，接下来，如图7C所示，将开关43从断开切换为接通，使发电机9并入系统电源而开始发电(步骤S50，发电开始工序)。此时，应用软启动功能。
在开始发电之后，解除海流发电装置的浮体1的深度的束缚，使浮体1下沉到海面下的流速高的规定的深度区域，使旋翼5的转子轴5A升速，与此同时，使PDC发挥功能(步骤S60，旋翼升速工序)。
在浮体1下沉到规定的深度区域且PDC发挥功能之后，将旁通阀117切换为关闭，停止工作油的不必要的循环(步骤S70，旁通流路闭锁工序)。
在旁通阀117被关闭之后，如图7D所示，实施通常发电(步骤S80，通常发电工序)。在通常发电中，控制发电机9的转子的转数使得发电效率成为最大。
〔时序图〕
图8～图11(图11A～图11G)是表示海流发电装置的起动时的各部分的状态的时序图。在图8～图11(图11A～图11G)中，横轴是共用的时间轴，时点t1～时点t11表示时序上的各事件。参照这些时序图，对实施本起动方法时的各部分的状态的变化的具体例进行说明。
如图11A所示，在时点t1，将机械制动器从接通解除到断开(制动解除工序)，然后，如图11B所示，在时点t2～t3将旁通阀117切换为打开时，如图9所示，旋翼5的转子轴5A开始旋转(制动解除工序)。由此，液压泵113工作，因此，旋翼5的转子轴5A的转数被控制为缓缓地上升(旋翼升速工序)。
接下来，如图11C所示，在时点t4～t5将切换阀115从关闭切换为打开时，如图9所示，发电机9也起动(发电机起动工序)。
然后，如图11D所示，基于发电机9的转数控制来控制液压马达，使发电机9的转子的转数上升(发电机升速工序)。
在发电机9的转数上升之后，在时点t6，如图11D、图11E所示，将通过液压马达114的发电机9的控制从转数控制移至转矩控制，然后，如图11F所示，在时点t7，将发电机9并入系统电源而开始发电(发电开始工序)。
在开始发电之后，在位于海面附近的海流发电装置的浮体1中，旋翼5受到来自海流的流体力而旋翼5及其转子轴5A升速，如图8所示，在时点t8，束缚了浮体1的深度的铅垂方向的系留缆索被解除，由此，如图11G所示，PDC发挥功能，在时点t8～t9，浮体1下沉到规定的深度区域(转数升速工序)。
然后，在浮体1下沉到规定的深度区域之后，如图11B所示，在时点t10～t11，旁通阀117被切换为关闭，旋翼5的转子轴5A的转数控制结束。由此，如图11E所示，发电机9的转矩上升，能够移至通常发电。
图10示出向转子轴5A输入的动力(转子轴输入动力)和从发电机9输出的动力(发电机输出)的变化，转子轴输入动力与发电机输出的差分(斜线部分)是必须作为热量而释放的发热能量(放热能量)部分，但可知，发热被限制为在时点t8～t11，浮体1下沉到规定的深度并转移至通常发电，从而能抑制发热。
〔效果〕
如以上那样，根据本实施方式的起动方法以及起动控制装置，在旋翼5的转子轴5A的旋转开始时，在向转子轴5A赋予旋转负载的同时时旋转速度上升，因此，能抑制旋转速度的急速上升，使转子轴5A缓缓地升速(参照图5)。因此，即便为在旋翼5起动时翼投影面积也较大的俯仰角固定翼，也能够在旋翼5自由旋转的正反馈区域使旋翼5的转子轴旋转速度的上升与海流对旋翼5的作用转矩的增大缓缓地稳定，能够避免旋翼5的转子轴5A立即加速的不良情况。
而且，之后在开始发电机9的转子的旋转时也能够顺利地开始。由此，在旋翼5使用俯仰角固定翼的海流发电装置中，能够顺畅地使装置起动。
另外，之后在控制发电机9的转子的旋转速度的同时使旋转速度上升，将发电机9并入系统电源，因此，能够抑制直到并入系统电源为止的发电机9的待机时的发热量(参照图10)，还具有能够使海流发电装置的冷却装置小型化的优点。
〔其他〕
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明在不脱离其宗旨的范围内，能够适当变更上述实施方式或者加以组合上述实施方式来实施。
例如，在上述实施方式中构成为，通过控制装置20将起动指令信号作为触发信号而自动地实施将浮体1以一定深度束缚在海面附近的制动解除工序、旋翼升速工序、发电机起动工序以及发电开始工序，但关于本发明的起动方法，并不局限于此，也可以人为地操作各工序。
另外，在上述实施方式中，例示出海中浮游式海流发电装置，但本发明虽然适合于海中浮游式海流发电装置，但能够应用本发明的海流发电装置不局限于此。
另外，在上述实施方式中，在动力传递机构中应用了液压式动力传递机构，因此，能够利用工作油的能量吸收功能，实施更加顺畅的起动，但动力传递机构不局限于此。
换句话说，动力传递机构只要具有切换动力传递状态与动力切断状态的单元(切换单元)、在动力切断状态时向旋翼的转子赋予旋转负载的单元(负载赋予单元)、以及在动力传递状态时对旋翼的转子的旋转速度进行变速并传递至发电机的转子的单元(变速单元)即可，并不局限于此。
另外，即便仅实施本方法的工序中的制动解除工序、旋翼升速工序、发电机起动工序、发电机升速工序、发电开始工序的各工序，也能够获得一定的效果。
附图标记说明
1 浮体(海中浮游式海流发电装置)
2 海流发电装置主体
3 构造物
4 吊舱(短舱)
5 旋翼
5A 转子轴(旋翼5的旋转轴、主轴)
5B 液压马达114的旋转轴
5a 叶片
6 系留缆索
6A 重型锚
7 海中
7a 海底
8 液压式动力传递机构
9 发电机
10 传动系统
20 控制装置(起动控制装置)
21 制动控制部(制动控制单元)
22 旋翼升速控制部(旋翼升速控制单元)
23 发电机起动控制部(发电机起动控制单元)
24 发电机升速控制部(发电机升速控制单元)
25 发电开始控制部(发电开始控制单元)
26 发电控制部(发电控制单元)
35、36 转数传感器(旋转速度传感器)
37 压力传感器
111 液压回路
112 油路
112a 供给油路
112b 返送油路
113 液压泵
114 液压马达
115 开闭阀
116 旁通油路
117 旁通阀

Claims (7)

1.一种海流发电装置的起动方法，其是使海流发电装置在海中起动的方法，该海流发电装置利用向吊舱的外部突出的俯仰角固定的旋翼来驱动收纳在所述吊舱内的发电机的转子，
所述海流发电装置的起动方法的特征在于，
所述海流发电装置具备：
机械制动器，其限制所述旋翼的转子轴的旋转；以及
动力传递机构，其夹设在所述旋翼的转子轴与所述发电机的转子之间，
所述动力传递机构具有：
切换单元，其切换动力传递状态与动力切断状态；
负载赋予单元，其在所述动力切断状态时，向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载；以及
变速单元，其在所述动力传递状态时，对所述旋翼的转子轴的旋转速度进行变速并传递至所述发电机的转子，
所述海流发电装置的起动方法依次实施如下工序：
制动解除工序，在该制动解除工序中，利用所述切换单元将所述动力传递机构设为所述动力切断状态，从而将所述机械制动器从工作状态切换为解除状态；
旋翼升速工序，在该旋翼升速工序中，利用所述负载赋予单元向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升；
发电机起动工序，在该发电机起动工序中，利用所述切换单元将所述动力传递机构切换为所述动力传递状态，从而开始所述发电机的转子的旋转；以及
发电机升速工序，在该发电机升速工序中，利用所述变速单元使所述发电机的转子的旋转速度上升；以及
发电开始工序，在该发电开始工序中，将所述发电机并入系统电源而开始发电。
2.根据权利要求1所述的海流发电装置的起动方法，其特征在于，
所述制动解除工序、所述旋翼升速工序、所述发电机起动工序、所述发电机升速工序以及所述发电开始工序在使所述海流发电装置位于海面附近的状态下实施，
在所述发电开始工序之后，实施旋翼升速工序，在该旋翼升速工序中，使所述海流发电装置下沉到海面下的流速高的规定的深度区域并使所述旋翼的转子轴升速，
在所述海流发电装置下沉到所述规定的深度区域之后实施通常发电工序，在该通常发电工序中，一边控制所述发电机的转子的旋转速度一边进行通常的发电，使得发电效率成为最大。
3.根据权利要求1或2所述的海流发电装置的起动方法，其特征在于，
所述动力传递机构是使用工作油传递动力的液压式动力传递机构，
所述液压式动力传递机构具有：
液压泵，其由所述旋翼的转子轴进行驱动；
附带旋转控制机构的液压马达，其利用从所述液压泵供给的工作油进行旋转来驱动所述发电机的转子，并作为所述变速单元发挥功能；
供给油路，其将工作油从所述液压泵向所述液压马达输送；
返送油路，其使工作油从所述液压马达向所述液压泵返回；
切换阀，其对所述供给油路进行开闭而作为所述切换单元发挥功能；
旁通油路，其使工作油从所述供给油路中的所述液压泵与所述切换阀的中间部向所述返送油路分流，使所述液压泵作为所述负载赋予单元发挥功能；以及
旁通阀，其对所述旁通油路进行开闭，
在所述制动解除工序中，将所述切换阀以及所述旁通阀设为关闭，从而解除所述机械制动器，
在所述旋翼升速工序中，将所述旁通阀切换为打开，从而利用所述液压泵的工作负载向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升，
在所述发电机起动工序中，将所述切换阀切换为打开而开始所述发电机的旋转，
在所述发电机升速工序中，利用所述旋转控制机构使所述液压马达的旋转速度上升，从而使所述发电机的转子的旋转速度上升。
4.根据引用权利要求2的权利要求3所述的海流发电装置的起动方法，其特征在于，
直到所述旋翼升速工序为止，将所述旁通阀保持为打开，
在所述旋翼升速工序之后且所述通常发电工序之前，具有将所述旁通阀切换为关闭的旁通流路闭锁工序。
5.根据引用权利要求2的权利要求3或4所述的海流发电装置的起动方法，其特征在于，
所述海流发电装置是构成为浮体、且以被系留缆索卡定于海底而在海中浮游的状态进行发电的海中浮游式海流发电装置，
所述浮体在海中解除束缚后，利用作用于所述浮体的浮力、向所述浮体施加的海流的作用力以及所述系留缆索的张力之间的平衡，实施始终被自动调整为恒定流速区域的深度的被动的深度控制，
所述制动解除工序、所述旋翼升速工序、所述发电机起动工序、所述发电机升速工序以及所述发电开始工序在将所述海流发电装置在海中束缚且位于海面附近的状态下实施，
在所述旋翼升速工序中，能够解除所述海流发电装置的束缚而实施被动的深度控制。
6.一种海流发电装置的起动控制装置，其是使海流发电装置在海中起动的起动控制装置，该海流发电装置利用向吊舱的外部突出的俯仰角固定的旋翼来驱动收纳在所述吊舱内的发电机的转子，其特征在于，
所述海流发电装置具备：
机械制动器，其限制所述旋翼的转子轴的旋转；以及
动力传递机构，其夹设在所述旋翼的转子轴与所述发电机的转子之间，
所述动力传递机构具有：
切换单元，其切换动力传递状态与动力切断状态；
负载赋予单元，其在所述动力切断状态时，向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载；以及
变速单元，其在所述动力传递状态时，对所述旋翼的转子轴的旋转进行变速并传递至所述发电机的转子，
所述起动控制装置具有：
制动控制单元，其在收到起动指令时，对所述切换单元进行操作而将所述动力传递机构设为所述动力切断状态，从而将所述机械制动器从工作状态切换为解除状态而进行制动解除；
旋翼升速控制单元，其在所述制动解除完成之后，利用所述负载赋予单元向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升；
发电机起动控制单元，其在所述旋翼的转子轴的旋转速度上升并稳定之后，对所述切换单元进行操作而将所述动力传递机构切换为所述动力传递状态，从而开始所述发电机的转子的旋转；
发电机升速控制单元，其在所述发电机的转子的旋转开始之后，对所述变速单元进行操作，而使所述发电机的转子的旋转速度上升；以及
发电开始控制单元，其在所述发电机的转子的旋转速度上升到规定旋转速度区域之后，将所述发电机并入系统电源而开始发电。
7.根据权利要求6所述的海流发电装置的起动控制装置，其特征在于，
所述动力传递机构是使用工作油传递动力的液压式动力传递机构，
所述液压式动力传递机构具有：
液压泵，其由所述旋翼的转子轴进行驱动；
附带旋转控制机构的液压马达，其利用从所述液压泵供给的工作油进行旋转来驱动所述发电机的转子，并作为所述变速单元发挥功能；
供给油路，其将工作油从所述液压泵向所述液压马达输送；
返送油路，其使工作油从所述液压马达向所述液压泵返回；
切换阀，其对所述供给油路进行开闭而作为所述切换单元发挥功能；
旁通油路，其使工作油从所述供给油路的所述液压泵与所述切换阀的中间部向所述返送油路分流，使所述液压泵作为所述负载赋予单元发挥功能；以及
旁通阀，其对所述旁通油路进行开闭，
所述制动解除控制单元将所述切换阀以及所述旁通阀操作为关闭，从而解除所述机械制动器，
所述旋翼升速控制单元将所述旁通阀操作为打开，从而利用所述液压泵的工作负载向所述旋翼的转子轴赋予旋转负载，且使所述旋翼的转子轴的旋转速度上升，
所述发电机起动控制单元将所述切换阀操作为打开而开始所述发电机的旋转，
所述发电机升速控制单元利用所述旋转控制机构使所述液压马达的旋转速度上升，从而使所述发电机的转子的旋转速度上升。
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