DE112015004161T5 - Verfahren zum betätigen eines elektrischen meeresströmungsleistungsgenerators und betätigungssteuervorrichtung - Google Patents

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Kensuke Futahashi
Tetsuhei Kobayashi
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Abstract

Ein elektrischer Meeresströmungsleistungsgenerator enthält eine mechanische Bremse, die eine Rotation einer Rotorwelle eines drehbaren Flügels beschränkt, und einen Leistungsübertragungsmechanismus, der zwischen der Rotorwelle und einem elektrischen Leistungsgenerator angeordnet ist. Der Leistungsübertragungsmechanismus enthält einen Umschaltabschnitt, der zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand umschaltet, einen Lastanwendungsabschnitt, der eine Rotationslast auf die Rotorwelle während des Lastunterbrechungszustandes ausübt, und einen Geschwindigkeitsänderungsabschnitt, der eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle ändert und die Umdrehung zu dem elektrischen Leistungsgenerator während des Leistungsübertragungszustandes überträgt. Der Leistungsübertragungsmechanismus wird in den leistungsunterbrechungszustand durch Lösen der mechanischem Bremse (S10) eingestellt, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle erhöht wird, während eine Rotationslast auf die Rotorwelle ausgeübt wird (S20); wobei ein Umschalten in den Leistungsübertragungszustand durchgeführt wird, um eine Rotation des elektrischen Leistungsgenerators zu initiieren (S30); wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit des elektrischen Leistungsgenerators erhöht wird (S40); und wobei der elektrische Leistungsgenerators zu einer Systemleistungszufuhr kombiniert wird, um eine Leistungserzeugung zu initiieren (S50).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators, der elektrische Leistung unter Verwendung der Meeresströmungsenergie erzeugt, und auf eine Betätigungssteuervorrichtung für den elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator.
  • Stand der Technik
  • Kürzlich wurden Leistungserzeugungstechniken unter Verwendung einer Vielzahl von natürlichen Energien entwickelt. Als ein Beispiel sind auch leistungsstarke Meeresströmungen, wie etwa die Japanische Strömung, Energieressourcen, und elektrische Meeresströmungsleistungsgeneratoren, die elektrische Leistung unter Verwendung der Meeresströmungsenergie erzeugen, wurden entwickelt. Ein solcher elektrischer Meeresströmungsleistungsgenerator erzeugt elektrische Leistung durch Rotation eines drehbaren Flügels mit der Meeresströmungsenergie, wodurch ein elektrischer Leistungsgenerator rotiert, der mit der Welle des drehbaren Flügels gekoppelt ist.
  • Eine Art eines solchen elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators ist ein elektrischer unter Wasser schwebender Meeresströmungsleistungsgenerator (water floating type ocean current electric power generator), und ist beispielsweise in der Patentveröffentlichung 1 offenbart. Dieser elektrische unter Wasser schwebende Meeresströmungsleistungsgenerator enthält einen elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator, der ausgestaltet ist, um mit einem bestimmten Auftrieb (buoyancy) zu schweben, und der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator ist mit einem Verankerungskabel verbunden, das sich vom Meeresboden erstreckt, so dass der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator elektrische Leistung erzeugt, während er unter dem Meer in einem durch das Ankerkabel beschränkten Bereich bleibt. Der unter Wasser schwebende elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator hat eine vereinfachte Struktur, ohne dass eine massive Struktur benötigt würde, wie etwa eine Säule oder ein Mast eines elektrischen Windleistungsgenerators, die/der auf dem Boden aufgebaut ist.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator zeigt, der in Patentdokument 1 offenbart ist. Wie es in 12 gezeigt ist, ist dieser elektrische unter Wasser schwebende Meeresströmungsleistungsgenerator als ein Floß 1 ausgestaltet, und das Floß ist vom Katamaran Typ, wobei ein Floß 1 mit zwei elektrischen Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörper 2, 2 und einer Struktur 3, die diese verbindet, um das Verhalten des Floßes 1 zu stabilisieren, ausgestaltet ist. Jeder elektrische Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörper 2 enthält einen elektrischen Leistungsgenerator (nicht gezeigt) innerhalb einer Gondel (auch als „Pot” oder „Schale” bezeichnet) 4, und eine Rotorwelle (Rotationsachse) eines drehbaren Flügels 5, die mit dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators verbunden ist.
  • Die Gondeln 4 sind mit den linken und rechten Enden der Struktur 3 verbunden. Die entfernten Enden von Ankerkabeln sind in links/rechts Richtung mit der Mitte der Struktur 3 verbunden, und die nahen Enden der Ankerkabel 6 sind am Meeresboden verankert. Das Floß 1 verbleibt unter dem Meer in der Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung in dem Bereich, der durch die Ankerkabel 6 beschränkt ist. Der Auftrieb des Floßes 1 balanciert das Floß 1 nach links und rechts, und die Struktur 3 des Floßes 1 hat eine Flügelform, die in Richtung der Meeresströmung zeigt. Im Ergebnis erzeugt das Floß 1 elektrische Leistung, während seine Orientierung in Bezug auf eine Änderung der Richtung der Meeresströmung sich ändert, so dass die Vorderseite (die Vorderseite des drehbaren Flügels 5) der Meeresströmungsrichtung gegenüberliegt.
  • Es wird auch ein Stromab-Schema verwendet, bei dem der drehbare Flügel 5 auf der Rückseite der Gondel 4 angeordnet ist (stromab zu der Meeresströmung). Durch Anordnen des drehbaren Flügels 5 auf diese Art stromab von der Gondel 4 ist es leichter möglich, die Vorderseite des Floßes 1 (die Vorderseite des drehbaren Flügels 5) auszurichten, um in Richtung der Meeresströmung zu liegen. Es ist schwierig, den elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator mit einer Antriebsvorrichtung auszustatten, die aktiv die Gierungsrichtung (yaw direction) des Floßes 1 steuert (Steuerung zum Ausrichten der Rotorwelle des drehbaren Flügels 5 zu der Meeresströmungsrichtung). Das Stromab-Schema wird aus diesem Grund angewendet, und die Gondeln 4 und die Struktur 3 des Floßes sind ausgestaltet, um sich in Bezug auf die Meeresströmungsrichtung so zu orientieren, dass die Vorderseite des Floßes 1 passiv der Meeresströmungsrichtung gegenüberliegt.
  • Des Weiteren, während das Floß (elektrischer unter Wasser schwebender Meeresströmungsleistungsgenerator) 1, der durch die Ankerkabel 6 verankert ist, unter dem Meer verbleibt, verbleibt das Floß 1 in der Position, in der die Meeresströmungskraft, die auf das Floß 1 angewendet wird, in der der Auftrieb, der auf das Floß 1 angewendet wird, und in der die Spannung der Ankerkabel 6 ausgeglichen sind. Insbesondere wirkt auf das Floß 1 der Auftrien vertikal nach oben, die Meeresströmungskraft wirkt in Richtung der Meeresströmung (Horizontalrichtung) und die Spannkraft der Ankerkabel 6 wirkt entgegen dem Auftrieb und der Meeresströmungskraft. Daher, wenn die Meeresströmungskraft kleiner ist (das heißt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung niedriger ist), steigt das Floß 1 in eine relativ niedrige Tiefe des Meeres auf. Wenn die Meeresströmungskraft größer ist (das heißt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung hoch ist) sinkt das Floß 1 zu einer relativ großen Tiefe ab.
  • Währenddessen ist das Tiefenrichtungsprofil der Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung so, dass in der Nähe des Meeresboden die Strömungsgeschwindigkeit sich verringert, wenn der Abstand zum Meeresboden kleiner ist, und die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, wenn ihr Abstand von dem Meeresboden ansteigt. Daher, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung ansteigt, sinkt das Floß 1 nach unten im Meer und wird auf einer Tiefe ausgeglichen, bei der in den Strömungsgeschwindigkeitsprofil in der Tiefenrichtung die Strömungsgeschwindigkeit hinreichend niedrig ist. Oder, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung klein wird, steigt das Floß 1 in dem Meer auf, und wird auf einer Tiefe ausgeglichen, in der in dem Strömungsgeschwindigkeitsprofil in Tiefenrichtung die Strömungsgeschwindigkeit geeignet hoch ist.
  • Patentdokument 1 verwendet diese Eigenschaft des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators, bei der der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerators in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit aufsteigt oder absinkt. Es offenbart, dass die Verwendung einer solchen Steuerung zum passiven und autonomen Einstellen des Pegels in der Tiefenrichtung (Tiefe des Wassers) des elektrischen Meeresströmungsgenerators (auch als passive Tiefensteuerung; PDC passive depth control, bezeichnet) die Notwendigkeit für jede aktive Steuerung (aktive Tiefensteuerung) vermeidet.
  • Währenddessen enthält der drehbare Flügel 5 Schaufeln 5a (meistens zwei oder drei). Die Mehrzahl der elektrischen Meeresströmungsleistungsgeneratoren wurden mit im Neigungswinkel veränderbaren Flügeln vorgeschlagen, wodurch die Flügel-Neigungswinkel der Schaufeln 5a einstellbar sind (siehe beispielsweise nicht Patentliteratur 1). Einer der Gründe, warum Flügel mit veränderbaren Neigungswinkeln verwendet werden, ist, dass eine gleichmäßige Betätigung mit kleineren Flügelprojektionsflächen durch Erhöhen des Flügelneigungswinkels zur Verringerung des Eingabedrehmoments auf die Rotorwelle während einer Betätigung erreicht werden kann, und wobei anschließend die Winkelprojektionsflächen allmählich zum allmählichem Erhöhen der Umdrehungszahl (Umdrehungsgeschwindigkeit) der Rotorwelle und der Antriebsleistung (siehe 13a) erhöht werden.
  • Genannte Dokumente
    • Patentdokument 1: US 2013/0106105 A
  • Nicht-Patentdokument
    • Nicht-Patentdokument 1: Journal of Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers, No. 17, S. 107, Juni 2013
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wie es oben ausgeführt wurde, erfordert der Einsatz von Flügeln mit änderbarem Neigungswinkel bei einem elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator einen Mechanismus zum Ändern des Neigungswinkels und eine Antriebsquelle, was die Struktur komplex macht. Wenn einmal ein elektrischer Meeresströmungsleistungsgenerator unter dem Meer installiert ist, kann die Wartung nicht leicht durchgeführt werden und somit ist das Vereinfachen der Konfiguration soweit wie möglich vorzuziehen, um die Notwendigkeit von Wartungen zu verringern.
  • Im Gegensatz dazu ermöglicht ein Flügeltyp mit festem Neigungswinkel, also mit einem festen Flügelneigungswinkel, eine vereinfachte Maschinenkonfiguration im Vergleich mit einem Flügeltyp mit veränderbarem Neigungswinkel, und erfordert keine Wartungen eines Mechanismus zum Ändern des Neigungswinkels und einer Antriebswelle, die für einen Flügel mit veränderbarem Neigungswinkel erforderlich ist. Ein Flügeltyp mit festem Neigungswinkel hat jedoch den Nachteil einer Schwierigkeit bei der Steuerung bei einer Betätigung bzw. bei Anfahren im Vergleich mit einem Flügeltyp mit veränderbarem Neigungswinkel.
  • Genauer gesagt, ist bei einem Flügeltyp mit festem Neigungswinkel eine Flügelprojektionsfläche auch während einer Betätigung größer, und somit ist das Drehmoment auf einer Rotorwelle eines drehbaren Flügels erhöht. Im Ergebnis, würde, wenn ein Flügel mit festem Neigungswinkel eine Meeresströmung empfängt, die Umdrehungszahl der Rotorwelle ziemlich schnell ansteigen. Als ein Beispiel zeigt 13B eine Kurve der Umdrehungszahl gegenüber dem Drehmoment, wenn ein elektrischer Meeresströmungsleistungsgenerator mit einem Flügel mit festem Neigungswinkel betätigt/angefahren wird. Wie es in 13B gezeigt ist, gibt es in dem Bereich, in dem die Umdrehungszahl der Rotorwelle ansteigt, einen instabilen Bereich, in dem das durch die Meeresströmung wirkende Drehmoment mit einem Anstieg der Umdrehungszahl des Flügels ansteigt. Daher kann ein Flügeltyp mit feststehendem Neigungswinkel ein Risiko einer abrupten Beschleunigung durch diesen instabilen Bereich beim Anwenden einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit haben, was zu Schäden an dem Flügel führen kann.
  • Auch wenn ein Flügel mit hinreichender Stabilität verwendet wird, besteht ein weiterer Aspekt darin, dass eine große Kühlvorrichtung benötigt wird, um Wärme abzuführen, die durch den elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator erzeugt wird, wenn eine Latenzzeitspanne besteht, bevor der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator einen stabilen Bereich erreicht und zu einem elektrischen Leistungssystem zusammengefügt oder kombiniert ist. Genauer gesagt, während der Latenzzeitspanne vor dem Kombinieren zu einem elektrischen Leistungssystem muss die Eingabeantriebsleistung von einer Rotorwelle (Umdrehungszahl mal Drehmoment) als Wärmeenergie nach außen abgeführt werden, da sie nicht als elektrische Energie verbraucht werden kann. Die abzuführende Wärme ist enorm, und somit wird eine große Kühlvorrichtung benötigt. Das Bereitstellen einer großen Kühlvorrichtung für einen elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator mit begrenztem Footprint führt dazu, dass elektrische Meeresströmungsleistungsgeneratoren aufgrund ihrer Größe unbrauchbar werden.
  • Die Erfindung wurde angesichts der oben beschrieben Aspekte entwickelt, und eine ihrer Aufgaben ist es, ein Verfahren zum Betätigen/Anfahren eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators und eine Steuervorrichtung zum Betätigen/Anfahren für einen elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator bereitzustellen, die ein gleichmäßiges Betätigen (smooth actuation) des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators erreichen, der als drehbaren Flügel einen Flügel mit festem Neigungswinkel verwendet.
  • Lösung des Problems
    • (1) Um die oben genannte Aufgabe zu lösen wird ein Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators unter einem Ozean beziehungsweise einem Meer vorgeschlagen, bei dem ein Rotor eines elektrischen Leistungsgenerators, der in einer Gondel enthalten ist, durch einen drehbaren Flügel angetrieben, der von der Gondel herausragt und einen festen Neigungswinkel hat, wobei der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator enthält: eine mechanische Bremse, die eine Rotation einer Rotorwelle des drehbaren Flügels beschränkt; und einen Leistungsübertragungsmechanismus, der zwischen der Rotorwelle des drehbaren Flügels und dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators vorgesehen ist, wobei der Leistungsübertragungsmechanismus enthält: ein Umschaltabschnitt, der zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand umschaltet, einen Lastanwendungsabschnitt, der eine Rotationslast an die Rotorwelle des drehbaren Flügels während des Leistungsunterbrechungszustandes anwendet; und einen Geschwindigkeitsänderungsabschnitt, der eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels ändert und die Umdrehung des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators während des Leistungsübertragungszustandes überträgt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst, die nacheinander ausgeführt werden: einen Bremslöseschritt zum Einstellen des Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsunterbrechungszustand durch den Umschaltabschnitt zum Schalten der mechanischen Bremse von einem angewandten Zustand auf einen gelösten Zustand; einen Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels zum Erhöhen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels, während die Rotationslast an die Rotorwelle des drehbaren Flügels durch den Lastanwendungsabschnitt angewendet wird; einen Startup-Schritt eines elektrischen Leistungsgenerators zum Umschalten des Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsübertragungszustand durch den Umschaltabschnitt und zum Initiieren der Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators; einen Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators zum Erhöhen einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators durch die Geschwindigkeitsänderungsabschnitt; und einen Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung zum Kombinieren des elektrischen Leistungsgenerators zu einer Systemleistungszufuhr zum Initiieren einer Leistungserzeugung.
    • (2) Vorzugsweise werden der Bremslöseschritt, der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, der Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators, der Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators und der Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung ausgeführt, während der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator in der Nähe der Oberfläche des Ozeans angeordnet ist, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst: einem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels zum Absenken des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators auf einen vorgegebene Tiefenbereich unter der Oberfläche des Meeres, in dem eine Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, und Erhöhen der Geschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels nach dem Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung; und einen Erzeugungsschritt einer normalen elektrischen Leistung zur Erzeugung der elektrischen Leistung in einem normalen Zustand, während die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Generators so gesteuert wird, dass die Leistungserzeugungseffizienz maximiert ist, wenn einmal der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator zu dem vorgegebenen Tiefenbereich abgesunken ist.
    • (3) Vorzugsweise ist der Leistungsübertragungsmechanismus ein hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus, der eine Antriebsleistung unter Verwendung Hydraulik-Öls überträgt, wobei der hydraulische Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: eine Hydraulikpumpe, die durch die Rotorwelle des drehbaren Flügels getrieben wird, einen Hydraulikmotor, der mit einem Rotationssteuermechanismus versehen ist, der durch das Hydraulik-Öl getrieben wird, welches von der Hydraulikpumpe zugeführt wird, um den Rotor des elektrischen Leistungsgenerators zu treiben, wodurch er als Geschwindigkeitsänderungsabschnitt fungiert; eine Öl-Zufuhrroute zum Zuführen des Hydraulik-Öls von der Hydraulikpumpe zu dem Hydraulikmotor; eine Öl-Rückführroute zum Wiedergewinn des Hydraulik-Öls von dem Hydraulikmotor zu der Hydraulikpumpe; ein Umschaltventil, das die Öl-Zuführroute öffnet und schließt, wodurch es als Umschaltabschnitt fungiert; eine Öl-Bypassroute zum by-passen des Hydraulik-Öls von einem Zwischenpunkt der Öl-Zuführroute zwischen der Hydraulikpumpe und dem Umschaltventil zu der Öl-Rückführroute, wodurch die Hydraulikpumpe als Lastanwendungsabschnitt fungiert; und einem Bypassventil, das die Öl-Bypassroute öffnet und schließt; wobei der Bremslöseschritt das Schließen des Umschaltventils und des Bypassventils umfasst, um die mechanische Bremse zu lösen; wobei der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels ein Umschalten des Bypassventils in den offenen Zustand umfasst, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels zu erhöhen, während eine Rotationslast an die Rotationswelle des drehbaren Flügels durch ein Betrieb der Hydraulikpumpe angewendet wird; wobei der Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators ein Umschalten des Umschaltventils in den offenen Zustand zum Initiieren der Rotation des elektrischen Leistungsgenerators umfasst; und wobei der Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators ein Erhöhen einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Hydraulikmotors durch den Rotationsmechanismus zum Erhöhen der Umdrehungsgeschwindigkeit des elektrischen Leistungsgenerators umfasst.
    • (4) Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen Bypass-Flussroutenschließungsschritt zum Beibehalten des Bypassventils in einem offenen Zustand, bis zu dem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, und zum Umschalten des Bypassventils in den geschlossenen Zustand, nach dem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels und vor dem normalen elektrischen Leistungserzeugungsschritt.
    • (5) Vorzugsweise ist der gewählte elektrische Meerwasserleistungsgenerator als ein Floß ausgestaltet, das ein unter Wasser schwebender elektrischer Meeresströmungsleistungsgenerator ist, der die elektrische Leistung erzeugt, während er unter dem Ozean bleibt, wobei er an einem Boden des Meeres mit einem Ankerkabel verankert ist; wobei das Floß einer passiven Tiefensteuerung unterliegt, um spontan eine Tiefe in einem Bereich einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit mittels eines Gleichgewichts zwischen eines Auftriebs, der auf das Floß wirkt, einer Wirkkraft der Meeresströmung, die auf das Floß wirkt, und einer Spannung des Ankerkabels, wenn eine Halteeinrichtung des Floßes unter dem Meer gelöst ist; wobei der Bremslöseschritt, der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, der Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators, der Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators und dem Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung ausgeführt werden, während der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator unter dem Meer zur Positionierung in der Nähe der Oberfläche des Meeres gehalten wird, und wobei der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels ein Lösen der Halteeinrichtung des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators umfasst, so dass die passive Tiefensteuerung aktiviert wird.
    • (6) Des Weiteren wird eine Betätigungssteuervorrichtung zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators unter dem Meer bereitgestellt, bei dem ein Rotor eines elektrischen Leistungsgenerators, der in einer Gondel enthalten ist, durch einen drehbaren Flügel betrieben wird, der aus der Gondel herausragt und der einen festen Neigungswinkel hat, wobei der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator umfasst: eine mechanische Bremse, die eine Rotation der Rotorwelle des drehbaren Flügels beschränkt; und einen Leistungsübertragungsmechanismus, der zwischen der Rotorwelle des drehbaren Flügels und dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators angeordnet ist, wobei der Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: einen Umschaltabschnitt, der zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand schaltet; einem Lastanwendungsabschnitt, der eine Rotationslast auf die Rotorwelle des drehbaren Flügels während des Leistungsunterbrechungszustandes anwendet; und einem Geschwindigkeitsänderungsabschnitt, der eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels ändert und die Umdrehung des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators während des Leistungsübertragungszustands überträgt, und wobei die Betätigungssteuervorrichtung umfasst: einen Bremssteuerabschnitt, der in Abhängigkeit eines Betätigungsbefehls den Umschaltabschnitt betätigt, um den Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsunterbrechungszustand zu versetzen, und die mechanische Bremse von einem angewendeten Zustand in einen gelösten Zustand durch Lösen der Bremse umschaltet; einen Beschleunigungssteuerabschnitt des drehbaren Flügels, der die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels erhöht, während die Rotationslast an die Rotorwelle des drehbaren Flügels durch den Lastanwendungsabschnitt angewendet wird, wenn einmal das Lösen der Bremse vollständig wird; einem Startup-Steuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators, der den Umschaltabschnitt zum Umschalten des Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsübertragungszustand betätigt und die Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators initiiert, wenn einmal die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels ansteigt und stabilisiert wird; einen Beschleunigungssteuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators, der den Geschwindigkeitsänderungsabschnitt zum Erhöhen einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators betätigt, wenn einmal die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators initiiert wird; und einem Initiationssteuerabschnitt der Leistungserzeugung, der den elektrischen Leistungsgenerator zu einer Systemleistungszufuhr kombiniert, um eine Leistungserzeugung zu initiieren, wenn einmal die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators zu einem vorgegebenem Umdrehungsgeschwindigkeitsbereich erhöht wird.
    • (7) Vorzugsweise ist der Leistungsübertragungsmechanismus ein hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus, der eine Antriebsleistung mittels Hydraulik-Öl überträgt; wobei der hydraulische Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: eine Hydraulikpumpe, die durch die Rotorwelle des drehbaren Flügels getrieben wird; einen Hydraulikmotor, der mit einem Rotationssteuermechanismus versehen ist und durch das Hydraulik-Öl getrieben wird, welches von der Hydraulikpumpe zugeführt wird, um den Rotor des elektrischen Leistungsgenerators zu treiben, wodurch er als Geschwindigkeitsänderungsabschnitt fungiert; eine Öl-Zuführroute zum Zuführen des Hydraulik-Öls von der Hydraulikpumpe zu dem Hydraulikmotor; einer Öl-Rückführroute zum Wiedergewinnen des Hydrauliköls von dem Hydraulikmotor zur Hydraulikpumpe; ein Umschaltventil, das die Öl-Zuführroute öffnet und schließt, wodurch es als Umschaltabschnitt fungiert; eine Öl-Bypassroute zum Bypassen des Hydraulik-Öls von einem Zwischenpunkt der Öl-Zuführroute zwischen der Hydraulikpumpe und dem Umschaltventil zu der Öl-Rückführroute, was dazu führt, dass die Hydraulikpumpe als Lastanwendungsabschnitt fungiert; und einem Bypassventil, das die Öl-Bypassroute öffnet und schließt; wobei der Bremslösesteuerabschnitt das Umschaltventil und das Bypassventil zum Schließen betreibt, um die mechanische Bremse zu lösen; wobei der Beschleunigungssteuerabschnitt des drehbaren Flügels das Bypassventil zum Öffnen betreibt, um die Umdrehungs-geschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels zu erhöhen, während eine Rotationslast an die Rotationswelle des drehbaren Flügels mittels einer Betriebslast der Hydraulikpumpe angewendet wird; wobei der Startup-Steuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators das Umschaltventil zum Öffnen betreibt, um die Rotation des elektrischen Leistungsgenerators zu initiieren; und wobei der Beschleunigungssteuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Hydraulikmotors durch die Rotationssteuermechanismus erhöht, um die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators zu erhöhen.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Entsprechend der Erfindung wird, da die Umdrehungsgeschwindigkeit erhöht wird, nach dem eine mechanische Bremse gelöst wurde, während eine Rotationslast an die Rotorwelle angewendet wird, wenn eine Rotation der Rotorwelle des drehbaren Flügels initiiert wird, ein abrupter Anstieg der Umdrehungsgeschwindigkeit verhindert und die Rotorwelle sanft beschleunigt. Daher können, auch mit einem drehbaren Flügel vom Typ mit festem Neigungswinkel, der größere Flügelprojektionsflächen bei der Betätigung hat, in dem Bereich positiver Rückkopplung, in der der drehbare Flügel dazu neigt zu rotieren, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels und das wirkende Drehmoment bei der Meeresströmung auf den drehbaren Flügel sanft in einer stabilen Art erhöht werden. Somit wird der Nachteil der abrupten Beschleunigung der Rotorwelle des drehbaren Flügels vermieden. Anschließend, wenn der Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsübertragungszustand geschaltet wird, und eine Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators gestartet wird, kann die Rotation sanft gestartet werden. Dies erreicht eine sanfte Betätigung des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators mit einem drehbaren Flügel mit einem Flügel mit festem Neigungswinkel.
  • Im Folgenden kann, da die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators durch den Geschwindigkeitsänderungsabschnitt in einer gesteuerten Art erhöht und der elektrische Leistungsgenerator mit der Systemleistungszufuhr kombiniert wird, eine Wärmeerzeugung während einer Latenzzeitspanne des elektrischen Leistungsgenerators vermieden werden, bis der elektrische Leistungsgenerator zu der Systemleistungszufuhr kombiniert ist. Somit gibt es auch einen weiteren Vorteil der Verringerung der Größe einer Kühlvorrichtung für den elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator und eine Betätigungssteuervorrichtung für diesen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt;
  • 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen hydraulischen Leistungsübertragungsmechanismus in Übereinstimmung mit der einer Ausführungsform zeigt;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt, wenn dieser unter dem Meer verwendet wird;
  • 4 ist eine Seitenansicht des elektrischen unter Wasser schwebenden Meerwasserströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform unter dem Meer zur Verdeutlichung einer passiven Tiefensteuerung (PDC, Passiv Depth Control);
  • 5 ist ein Diagramm, das die Betätigungseigenschaft des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt;
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betätigen des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt;
  • 7A–7D sind Diagramme, die den Status des hydraulischen Leistungsübertragungsmechanismus in jedem Schritt des Verfahrens zum Betätigen des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform in einer Folge zeigt, wobei 7A einen Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels nach einem Bremslöseschritt zeigt, 7B einen Beschleunigungsschritt eines elektrischen Leistungsgenerators nach dem Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators, 7C einen Beschleunigungsschritt eines drehbaren Flügels nach einem Initiationsschritt des elektrischen Leistungsgenerators, und 7D einen normalen elektrischen Leistungserzeugungsschritt nach dem Bypass-Flussroutenschließungsschritt zeigt. Angemerkt sei, dass die Ölroute in dem geschlossenen Zustand in jedem Schritt weggelassen ist;
  • 8 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das das Verfahren zum Betätigen des elektrischen unter Wasser schwebenden Meerwasserströmungsleistungsgenerator in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt, welches die Änderungen der Tiefe zeigt, wenn der elektrische unter Wasser schwebende Meerwasserströmungsleistungsgenerator betätigt wird;
  • 9 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das das Verfahren zum Betätigen des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt, das Änderungen in der Umdrehungszahl (Umdrehungsgeschwindigkeiten) der Rotorwelle des drehbaren Flügels und des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators zeigt;
  • 10 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das das Verfahren zum Betätigen des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt, das Änderungen in einer Eingabeantriebsleistung der Rotorwelle des drehbaren Flügels und der Ausgabe von dem elektrischen Leistungsgenerator zeigt;
  • 11A–11G sind Zeitverlaufsdiagramme, die das Verfahren zum Betätigen des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt, wobei 11A den Zustand mit einer mechanischen Bremse zeigt, 11B die Zustände des Bypassventils und die Umdrehungszahl der Rotorwelle (Umdrehungszahl (Umdrehungsgeschwindigkeit) der Rotorwelle des drehbaren Flügels) zeigt, 11C den Zustand des Umschaltventils zeigt, 11D den Zustand des Hydraulikmotors und den Zustand der Umdrehungszahl des elektrischen Leistungsgenerators zeigt, 11E den Zustand des Hydraulikmotors und den Zustand des Drehmoments des elektrischen Leistungsgenerators zeigt, 11F den Zustand des Kombinierens und des parallelen Ausschaltens des elektrischen Leistungsgenerators zu und von der Systemleistungszufuhr zeigt, und wobei 11G den Zustand der PDC zeigt;
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik zeigt;
  • 13A und 13B sind Diagramme, die die wesentlichen Aspekte der Erfindung zeigen, wobei 13A ein Diagramm ist, das eine Betätigungscharakteristik des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators zeigt, der einen Flügel mit veränderbaren Neigungswinkeln in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik zeigt, und 13B ein Diagramm ist, das eine Betätigungscharakteristik eines Meeresströmungsleistungsgenerators mit einem Flügel mit feststehendem Neigungswinkel zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung und der Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Angemerkt sei, dass die im Folgenden beschriebenen Ausführungsform nur beispielhaft ist und nicht dazu dient, andre Modifikationen und Anwendungen von Techniken auszuschließen, die nicht ausdrücklich in den folgenden Ausführungsformen beschrieben sind. Jedes Element der folgenden Ausführungsformen kann in einer großen Vielfalt von Modifikationen verwirklicht werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen, und kann entsprechend ausgewählt oder weggelassen werden, wo dies nötig ist, oder sie können in geeigneter Weise kombiniert werden.
  • (Übersicht Konfiguration des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators)
  • Zu Beginn wird eine Übersichtskonfiguration eines elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator der Ausführungsform beschrieben. Die Übersicht des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators ist ähnlich zu jener, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik (siehe 12) beschrieben wurde. Wiederum ist dieser elektrische unter Wasser schwebende Meeresströmungsleistungsgenerator als ein Floß 1 konfiguriert, und das Floß 1 ist von einem Katamaran Typ mit einem Floß 1, das aus zwei elektrischen Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörpern 2, 2 und einer Struktur 3, die diese verbindet, aufgebaut ist, wie es in 3 gezeigt ist. Jeder der elektrischen Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörpern 2 enthält einen elektrischen Leistungsgenerator 9 innerhalb einer Gondel (auch als „Pod” bezeichnet) 4 und eine Rotorwelle (Rotationsachse, Hauptachse) 5A eines drehbaren Flügels 5, die mit dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators 9 verbunden ist (siehe 1).
  • Die Gondeln 4 sind an den linken und rechten Enden der Struktur 3 angebracht. Das entfernte Ende eines Ankerkabels 6 ist in links/rechts-Richtung mit der Mitte der Struktur 3 verbunden, und das nahe Ende des Ankerkabels 6 ist am Meeresboden 7a verankert (in diesem Beispiel ist ein Ankergewicht 6A an dem Meeresboden 7a). Das Floß 1 verbleibt unter dem Meer in Horizontalrichtung und Vertikalrichtung in einem Bereich, der durch das Ankerkabel 6 beschränkt ist. Der Auftrieb des Floßes 1 gleicht das Floß 1 nach links und rechts aus, und die Struktur 3 des Floßes 1 hat eine Flügelform, die der Meeresströmungsrichtung gegenüberliegt. Im Ergebnis erzeugt das Floß 1 elektrische Leistung, wenn es die Meeresströmung von der Vorderseite empfängt (die Vorderseite des drehbaren Flügels 5), während es seine Ausrichtung in Abhängigkeit von einer Änderung der Richtung der Meeresströmung ändert, so dass die Vorderseite der Meeresströmungsrichtung gegenüberliegt.
  • Jeder der elektrischen Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörper 2 verwendet eine Stromab-Schema (downstream scheme), bei dem der drehbare Flügel 5 auf der Rückseite der Gondel 4 (der stromabwärtigen Seite bezüglich der Meeresströmung) angeordnet ist. Durch Anordnen des drehbaren Flügels 5 in dieser Art stromab von der Gondel ist es leichter, die Vorderseite des Floßes 1 (die Vorderseite des drehbaren Flügels 5) so auszurichten, dass sie der Meeresströmungsrichtung gegenüberliegt. Es ist schwierig, einen elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerator mit einer Antriebsvorrichtung zur aktiven Steuerung des Gierungswinkels des Floßes 1 (Steuerung zur Ausrichtung der Rotorwelle 5a des drehbaren Flügels 5 bezüglich der Meeresströmungsrichtung) bereit zu stellen. Das Stromab-Schema wird aus diesem Grund verwendet, und die Gondeln 4 des Floßes 1 und die Strukturen 3 sind ausgestaltet, um sich zur Meeresströmungsrichtung so auszurichten, dass die Vorderseite des Floßes 1 passiv der Meeresströmungsrichtung gegenüberliegt.
  • Während das Floß (elektrischer unter Wasser schwebender Meeresströmungsleistungsgenerator) 1, der durch das Ankerkabel 6 verankert ist, unter dem Meer bleibt, verbleibt das Floß 1 in der Position, in der die Meeresströmungskraft Fwf, die auf das Floß 1 wirkt, der Auftrieb Fb, der auf das Floß 1 wirkt, und die Spannung Ft des Ankerkabels 6, das das Floß 1 verankert, ausgeglichen sind. Insbesondere wirkt bei dem Floß 1 der Auftrieb Fb vertikal nach oben, die Meeresströmungskraft Fwf wirkt in Meeresströmungsrichtung (Horizontalrichtung) und die Spannung Ft des Ankerkabels 6 wirkt entgegen dem Auftrieb Fb und der Meeresströmungskraft Fwf.
  • Daher, wie es in 4 gezeigt ist, steigt, wenn in die Meeresströmungskraft Fwf kleiner ist (das heißt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit Vwf der Meeresströmung niedriger ist), das Floß 1 auf eine relativ niedrigere oder flachere Tiefe im Meer. Wenn die Meeresströmungskraft Fwf größer ist (das heißt, wenn die Meeresströmung Vwf' höher ist), so sinkt das Floß 1 auf eine relativ große Tiefe, wie es durch das Bezugssymbol 1' gezeigt ist, im Meer 7 herunter. Das Tiefenrichtungsprofil der Strömungsgeschwindigkeit Vwf, Vwf' der Meeresströmung ist so, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Meeresbodens 7a verringert, wenn der Abstand vom Meeresboden 7a kleiner ist, und dass sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, wenn der Abstand vom Meeresboden 7a größer wird.
  • Daher, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung ansteigt, sinkt das Floß 1 in dem Meer 7 von dem Zustand nach unten herunter, der durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, in einen Zustand, der durch die zweifach gepunktete Kettenlinie und das Symbol 1' in 4 gezeigt ist, und wird auf einer Tiefe ausgeglichen, bei der die Strömungsgeschwindigkeit in dem Strömungsgeschwindigkeitsprofil in der Tiefenrichtung hinreichend niedrig ist. Obwohl dies nicht gezeigt ist, steigt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströme in dem Meer kleiner als der Zustand wird, der in 4 mit der durchgezogenen Linie gezeigt ist, das Floß 1 von dem Zustand auf, der durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, und wird auf eine Tiefe ausgeglichen, bei der die Strömungsgeschwindigkeit in dem Strömungsgeschwindigkeitsprofil in Tiefenrichtung geeignet hoch ist. Die Steuerung, bei der der Tiefenrichtungspegel (Tiefe des Wassers) des elektrischen unter Wasser schwebenden Meeresströmungsleistungsgenerators, der als Floß 1 ausgestaltet ist, passiv und autonom auf diese Art eingestellt wird, wird als PDC (passive Tiefensteuerung, Passive Depth Control) bezeichnet. Die PDC stellt sicher, dass der drehbare Flügel 5 eine hinreichende Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung empfängt, und eine elektrische Leistungserzeugung wird mit einer stabilen Strömungsgeschwindigkeit der Meeresströmung erreicht.
  • Wie es in 1 und 3 gezeigt ist, enthält jeder elektrische Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörper 2 den drehbaren Flügel 5, der an der Rückseite (stromab bezogen auf die Meeresströmung) der Gondel 4 vorgesehen ist, und die Rotorwelle 5a des drehbaren Flügels 5, ein elektrischer Leistungsgenerator 9 und ein Leistungsübertragungsmechanismus 8, der zwischen der Rotorwelle 5A und dem Rotor (nicht gezeigt) des elektrischen Leistungsgenerators 9 angeordnet ist, sind innerhalb der Gondel 4 aufgenommen. Ein Antriebszug 10 des elektrischen Meeresströmungsleitungsgeneratorhauptkörpers 2 ist aus der Rotorwelle 5A, dem Leistungsübertragungsmechanismus 8 und dem elektrischen Leistungsgenerator 9 aufgebaut. Eine mechanische Bremse (mechanische Bremse) 41 zur Beschränkung der Rotationen der Rotorwelle 5A ist an der Rotorwelle 5A vorgesehen. Der Leistungsübertragungsmechanismus 8 hat wesentliche Funktionen, die einzigartig für das Betätigungsverfahren/Anfahrverfahren und die Betätigungssteuervorrichtung der Erfindung sind, wie sie hier später beschrieben werden.
  • Die äußere Form der Gondel 4 hat sanft gekrümmte Oberflächen an dem vorderen Ende und dem rückwärtigen Ende und hat einen Zwischenabschnitt in einer zylindrischen Form, und die Achse CL1 der äußeren Form der Gondel 4 ist mit der Achse der Rotorwelle 5A ausgerichtet. Die äußere Form der Gondel 4 kann andere Formen haben, wie etwa eine Spindelform. Der drehbare Flügel 5 ist ein zweifacher Flügel, bei dem zwei Schaufeln 5a so angeordnet sind, dass sie um 180 in Bezug zu einander versetzt sind. Die Anzahl der Schaufeln 5a des drehbaren Flügels 5 ist nicht auf zwei beschränkt, und mehr oder weniger Schaufeln können verwendet werden, wie etwa bei einem dreifachen Flügel.
  • Der drehbare Flügel 5 ist ein Flügel mit festem Neigungswinkel, bei dem die Neigungswinkel der Schaufeln 5a fest sind. Der Flügel mit festem Neigungswinkel ist einfach und wartungsfrei. Im Unterschied zu einem Flügel mit veränderbarem Neigungswinkel, der einen Mechanismus zum Ändern des Neigungswinkels und eine Antriebsquelle benötigt, und der Wartung dieser Einheiten erfordert, erfordert ein Flügel mit festen Neigungswinkel keine Wartungsarbeiten.
  • (Ausgestaltung des Leistungsübertragungsmechanismus)
  • Der Leistungsübertragungsmechanismus 8 hat eine Funktion zum Schalten der Rotorwelle 5A und des elektrischen Leistungsgenerators 9 zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand (Umschaltabschnitt), eine Funktion zum Anwenden einer Rotationslast an die Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 während des Leistungsunterbrechungszustand (Lastanwendungsabschnitt), und eine Funktion zum Ändern der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 und zum Übertragen dieser an den Rotor des elektrischen Leistungsgenerators 9 während des Leistungsübertragungszustands (Geschwindigkeitsänderungsabschnitt). Als Leistungsübertragungsmechanismus 8 wird ein hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus unter Verwendung von Öldruck eingesetzt.
  • 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das den hydraulischen Leistungsübertragungsmechanismus in Übereinstimmung mit der Ausführungsform zeigt. Wie es in 2 gezeigt ist, enthält der hydraulische Leistungsübertragungsmechanismus 8 eine Hydraulikpumpe 113, einen Hydraulikmotor 114, ein Umschaltventil 115, eine Öl-Bypassroute 116, ein Bypassventil 117, eine Ül-Zirkulationsroute 112, die aus einer Öl-Zuführroute 112a und einer Öl-Rückführroute 112b aufgebaut ist. Eine mechanische Bremse 41 ist an der Rotorwelle 5A vorgesehen.
  • Die hydraulische Pumpe 113 wird durch die Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 getrieben.
  • Der Hydraulikmotor 114 wird durch Hydraulik-Öl gedreht, das von der Hydraulikpumpe 113 entladen und dem Hydraulikmotor 114 über die Öl-Zuführroute 112a zugeführt wird. Die Rotationsachse 53 des Hydraulikmotors 114 ist mit dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators 9 zum Antrieb des elektrischen Leistungsgenerators 9 gekoppelt.
  • Der Hydraulikmotor 114 ist ein Hydraulikmotor vom Taumelscheibentyp, bei dem die Umdrehungsgeschwindigkeit durch Einstellen eines Taumelscheibenwinkels unabhängig vom eingegebenen Öldruck veränderbar ist. Die Umdrehungszahl (Umdrehungsgeschwindigkeit) der Rotationsachse 5B des Hydraulikmotors 114 wird durch einen Umdrehungszahlsensor (Umdrehungsgeschwindigkeitssensor) 36 erfasst, der später beschrieben wird, und rückgeführt. Im Ergebnis wird ein Taumelscheibenwinkeleinstellmechanismus (nicht gezeigt) durch eine Taumelscheibenwinkeleinstellvorrichtung 42 betrieben, und der Winkel der Taumelscheibe (nicht gezeigt) wird eingestellt, wodurch der Hydraulikmotor 114 auf einen gewünschten Umdrehungsgeschwindigkeitszustand eingestellt wird. Auf diese Art arbeitet der Taumelscheibenwinkeleinstellmechanismus als ein Rotationssteuermechanismus. Des Weiteren hat der Rotationssteuermechanismus auch eine Funktion eines Geschwindigkeitsanstiegsgetriebes zum stufenweise Erhöhen der Geschwindigkeit des Hydraulikmotors 114 relativ zu jener der Hydraulikpumpe 113.
  • Das Umschaltventil 115 ist ein Spulenventil (Solenoidventil), das stromab von der Abzweigung von der Öl-Bypassroute 116 in der Öl-Zuführroute 112a angeordnet ist, und die Öl-Zuführroute 112a in Abhängigkeit eines elektrischen Signals öffnet oder schließt, um zwischen dem Leistungsübertragungszustand und dem Leistungsunterbrechungszustand umzuschalten.
  • Die Öl-Bypassroute 116 ist zwischen der Öl-Zuführroute 112a und der Öl-Rückführroute 112b angeordnet, um das Hydraulik-Öl von einer stromaufwärtigen Seite des Umschaltventils 115 an der Öl-Zurführroute 112a (zwischen Position zwischen der Hydraulikpumpe 113 und dem Umschaltventil 115) zu der Öl-Rückführroute 112b vorbeizuleiten.
  • Das Bypassventil 117 ist ein Spulenventil, das in der Öl-Bypassroute 116 angeordnet ist, und die Öl-Bypassroute 116 in Abhängigkeit eines elektrischen Signals öffnet oder schließt.
  • Angemerkt sei, dass das Umschaltventil 115 als der oben genannte Umschaltabschnitt fungiert.
  • Die Hydraulikpumpe 113 fungiert als der oben beschriebene Lastanwendungsabschnitt, wenn die hydraulische Pumpe 113 aktiviert wird, wobei das Umschaltventil 115 in einen geschlossenen Zustand gesetzt ist (Leistungsunterbrechungszustand), und wobei das Bypassventil 117 in einen offenen Zustand gesetzt ist, und während das Hydraulik-Öl durch einen stromaufwärtigen Teil der Öl-Zuführroute 112a, der Öl-Bypassroute 116 und einem stromabwärtigen Teil der Öl-Rückführroute 112b zirkuliert.
  • Der Rotationssteuermechanismus des Hydraulikmotors 114 fungiert als der oben beschriebene Geschwindigkeitsänderungsabschnitt.
  • Der Umdrehungszahlsensor (Umdrehungsgeschwindigkeitssensor) 35, der die Umdrehungszahl (Umdrehungsgeschwindigkeit) ωA der Rotorwelle 5A erfasst, ist an der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 vorgesehen, und ein Umdrehungssensor (Umdrehungsgeschwindigkeitssensor) 36, der eine Anzahl von Umdrehungen (Umdrehungsgeschwindigkeit) ωB der Rotationsachse 5B erfasst, ist an der Rotationsachse 5B des Hydraulikmotors 114 vorgesehen. Des Weiteren ist auch ein Öldrucksensor 37, der den Öldruck des Hydraulik-Öls in der Öl-Zuführroute 112a innerhalb der Öl-Zirkulationsroute 112 erfasst, vorgesehen. Signale, die von diesen Sensoren 35 bis 37 erfasst werden, werden einer Steuervorrichtung 20 eingegeben.
  • (Ausgestaltung einer Betätigungssteuervorrichtung)
  • Bei der Ausführungsform werden beim Betätigen des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators unter dem Meer Vorverarbeitungsschritte zu der Betätigungsverarbeitung über Funktionselemente als eine Betätigungssteuerung (Betätigungssteuervorrichtung) ausgeführt, die der Steuervorrichtung 20 zugewiesen ist.
  • Genauer gesagt, wie es in 1 gezeigt ist, enthält die Betätigungssteuerung der Betätigungssteuervorrichtung 20 eine Bremssteuerung (Bremssteuerabschnitt 21), eine Beschleunigungssteuerung des drehbaren Flügels (Beschleunigungssteuerabschnitt des drehbaren Flügels) 22, eine Startup-Steuerung des elektrischen Leistungsgenerators (Startup-Steuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators) 23, eine Beschleunigungssteuerung des elektrischen Leistungsgenerators (Beschleunigungssteuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators) 24, eine Initiationssteuerung der elektrischen Leistungserzeugung (einen Initiationssteuerabschnitt der elektrischen Leistungserzeugung) 25 und eine elektrische Leistungserzeugungssteuerung (elektrischer Leistungserzeugungssteuerabschnitt) 26 als Funktionselemente.
  • Die Bremssteuerung 21 arbeitet zum Schließen des Umschaltventils 115 (stellt den Leistungsunterbrechungszustand ein) in Abhängigkeit eines Betätigungsbefehls und schaltet die mechanische Bremse 41 von einem angewendeten Zustand in einen gelösten Zustand, um die Bremse zu lösen. Zu dieser Zeit betätigt die Bremssteuerung 21 auch das Schließen des Bypassventils 117.
  • Wenn einmal das Lösen der Bremse vollständig ist, arbeitet der Beschleunigungsabschnitt des drehbaren Flügels 22 zum Öffnen des Bypassventils 117, um einen Bypasskreislauf zu bilden, in dem das Hydraulik-Öl über den stromaufwärtigen Teil der Öl-Zuführroute 112a, der Öl-Bypassroute 116 und dem stromabwärtigen Teil der Öl-Rückführroute 112b zirkuliert,, und aktiviert die Hydraulikpumpe 113. Die Hydraulikpumpe 113 wird in Abhängigkeit dessen aktiviert, dass die Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 rotiert wird, um zu verursachen, dass das Hydraulik-Öl 10 durch den Bypasskreislauf zirkuliert. Angemerkt sei, ob das Lösen der Bremse vollständig ist oder nicht, kann dadurch bestimmt werden, ob eine bestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem beispielweise der Bremslösebefehl veranlasst wurde.
  • Da das Zirkulieren des Hydraulik-Öls eine Rotationslast auf die Rotationswelle 5A ausübt, wie es in 5 gezeigt ist, steigt in dem Bereich positiven Feedbacks, bei dem der Rotationsflügel 5 dazu neigt, zu rotieren, die Umdrehungszahl der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 allmählich an. Somit können die Umdrehungszahl ωA der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 und das wirkende Drehmoment durch die Meeresströmung auf den drehbaren Flügel 5 sanft in einer stabilen Art erhöht werden.
  • Wenn einmal die Umdrehungszahl ωA des Rotors 5A des drehbaren Flügels 5 ansteigt und stabilisiert ist, betätigt die Startup-Steuerung des elektrischen Leistungsgenerators das Öffnen des Umschaltventils 115 (stellt den Leistungsübertragungszustand ein), um eine Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 zu initiieren. Angemerkt sei, dass die Umdrehungszahl ωA des Rotors 5A beispielsweise von dem Umdrehungsanzahlsensor 35 angegeben wird, und das eine Bestimmung, ob die Umdrehungszahl ωA ansteigt und stabilisiert ist, durchgeführt werden kann, wenn die Umdrehungszahl ωA gleich oder größer als ein Einstellwert wird, und die Änderungsrate der Umdrehungszahl ωA gleich oder kleiner als ein Einstellwert wird.
  • Wenn einmal die Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 initiiert ist, arbeitet die Beschleunigungssteuerung 24 des elektrischen Leistungsgenerators zur Betätigung des Rotationssteuermechanismus des Hydraulikmotors 114 zum Erhöhen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9. Genauer gesagt, die Neigung der Taumelplatte des Hydraulikmotors 114 wird gesteuert, und der Rotor des elektrischen Leistungsgenerators wird beschleunigt. Da die Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 äquivalent zu der Rotation der Rotationsachse 5B des Hydraulikmotors 114 ist, kann eine Bestimmung, ob die Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 initiiert ist, aus der Umdrehungszahl ωA der Rotationsachse 5B des Hydraulikmotors 114 erfolgen, die von dem Umdrehungszahlsensor 36 eingegeben wird.
  • Wenn einmal die Umdrehungszahl (Umdrehungsgeschwindigkeit) des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 ansteigt und einen vorgegebene Umdrehungszahlbereich (vorgegebene Umdrehungsgeschwindigkeitsbereich) erreicht kombiniert die Initiationssteuerung 25 des elektrischen Leistungsgenerators den elektrischen Leistungsgenerator 9 zu der Systemleistungszufuhr zum Initiieren der Leistungserzeugung. Angemerkt sei, dass das Kombinieren zu der Systemleistungszufuhr durch den Schalter 43 erreicht wird, und der Schalter 43 den elektrischen Leistungsgenerator 9 zu der Systemleistungszufuhr in Abhängigkeit eines Verbindungsbefehls kombiniert. Zu dieser Zeit ist eine Sanftstartfunktion vorgesehen, und wird auf den Schalter 43 angewendet, um einen abrupten Inrush-Strom zu verhindern, der von der Systemleistungszufuhr gesendet werden könnte. Angemerkt sei, dass eine Bestimmung, ob die Umdrehungszahl des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 erhöht ist, durch Vergleichen der Umdrehungszahl ωB der Rotationsachse 5B des Hydraulikmotors 114, die von dem Umdrehungszahlsensor 36 eingegeben wird, mit einem Einstellwert, bestimmt werden kann.
  • Die elektrische Leistungserzeugungssteuerung 26 führt Steuerungen während einer normalen elektrischen Leistungserzeugung durch den elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator durch. Wenn einmal die PDC aktiviert ist, nachdem die Leistungserzeugung initiiert ist, arbeitet die elektrische Leistungserzeugungssteuerung 26 zum Schließen des Bypassventils 117. Im Ergebnis endet die Steuerung der Umdrehungszahl der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5, und es wird in eine Drehmomentsteuerung nur des elektrischen Leistungsgenerators 9 übergegangen. Die elektrische Leistungserzeugungssteuerung 26 steuert die Leistungserzeugung mittels der Drehmomentsteuerung des elektrischen Leistungsgenerators 9.
  • (Verfahren zum Betätigen des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators)
  • Der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator und die Betätigungssteuervorrichtung für diesen in Übereinstimmung mit der Ausführungsform sind ausgestaltet, wie es vorangehend beschrieben wurde, und ein Verfahren zum Betätigen des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators in Übereinstimmung mit der Ausführungsform kann unter Verwendung der Vorrichtung, wie sie in den 6 und 7 (7A–7D) gezeigt ist, ausgeführt werden. Angemerkt sei, dass die Vorbearbeitung für eine Betätigung des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators ausgeführt wird, während die Tiefe des Floßes 1 so beschränkt ist, dass der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator in der Nähe der Oberfläche des Meeres verbleibt.
  • (Flussdiagramm)
  • Wie es in 6 gezeigt ist, wird zum Betätigen des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators anfänglich das Umschaltventil 115 geschlossen (in den Leistungsunterbrechungszustand gesetzt), und die mechanische Bremse 41 wird von dem angewendeten Zustand in den gelösten Zustand durch das Lösen der Bremse geschaltet (Schritt S10, Bremslöseschritt).
  • Nachdem das Lösen der Bremse vollständig ist, wird anschließend, wie es in 7A gezeigt ist, das Bypassventil 117 zur Ausbildung des Bypasskreislaufs geöffnet, die Hydraulikpumpe 113 wird aktiviert und die Umdrehungszahl der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels wird gesteuert (Schritt S20, Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels). Da die Zirkulation des Hydraulik-Öls, die durch die Hydraulikpumpe 113 eingerichtet ist, eine Rotationslast auf die Rotorwelle 5A ausübt, steigt in dem Bereich positiver Rückkopplung, in dem der drehbare Flügel 5 dazu neigt, zu rotieren, die Anzahl der Umdrehung ωA der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 und das wirkende Drehmoment der Meeresströmung auf den drehbaren Flügel 5 sanft in einer stabilen Art an. Somit wird der Nachteil einer abrupten Beschleunigung der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 vermieden.
  • Wenn einmal die Umdrehungszahl ωA der Rotorwelle 5K des drehbaren Flügels 5 angestiegen und stabilisiert ist, wird anschließend, wie es in 7B gezeigt ist, das Umschaltventil 115 geöffnet (in den Leistungsübertragungszustand eingestellt), um das von der Hydraulikpumpe 113 entladende Hydraulik-Öl in den Hydraulikmotor 114 einzuführen, und eine Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 durch den Hydraulikmotor 114 wird initiiert (Schritt S30, Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators).
  • Nachdem die Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 initiiert ist, wird anschließend der Rotationssteuermechanismus für den Hydraulikmotor 114 arbeiten, um die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 zu erhöhen (Schritt S40, Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators).
  • Wenn einmal die Umdrehungszahl des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 auf eine vorgegebenen Umdrehungszahlbereich erhöht ist, wird nachfolgend, wie es in 7C gezeigt ist, der Schalter 43 von dem Zustand AUS auf AN geschaltet, um den elektrischen Leistungsgenerator 9 zu der Systemleistungszufuhr zu kombinieren, wodurch eine elektrische Leistungserzeugung initiiert wird (Schritt S50, Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung). Zu dieser Zeit wird eine Soft-Startfunktion angewendet.
  • Wenn einmal die elektrische Leistungserzeugung initiiert ist, wird die Beschränkung der Tiefe des Floßes des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators gelöst, so dass das Floß 1 zu einer vorgegebenen Tiefe unter der Oberfläche des Meeres sinkt, wo eine Strömungsgeschwindigkeit hoch ist. Auch wird die PDC aktiviert und gleichzeitig die Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 beschleunigt (Schritt S60, Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels).
  • Wenn einmal das Floß 1 zu dem vorgegebenen Tiefenbereich sinkt und die PDC aktiviert ist, wird das Bypassventil 117 auf „geschlossen” umgeschaltet, um die weitere Zirkulation des Hydraulik-Öls zu stoppen (Schritt S70, Schließschritt der Bypassflussroute).
  • Nachdem das Bypassventil 117 geschlossen ist, wie es in 7D gezeigt ist, wird eine normale elektrische Leistungserzeugung ausgeführt (Schritt S80, normaler elektrischer Leistungserzeugungsschritt). Bei der normalen elektrischen Leistungserzeugung wird die Umdrehungszahl des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 so gesteuert, dass die Effizienz einer Leistungserzeugung maximiert wird.
  • (Zeitverlaufstafeln)
  • Die 8 bis 11 (11A–11G) sind Zeitverlaufsdiagramme, die Zustände der jeweiligen Elemente zeigen, wenn der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator betätigt wird. In den 8 bis 11 (11A–11G) zeigt die horizontale Achse die gleiche Zeitlinie, wobei die Punkte T1 bis T11 Ereignisse über der Zeit darstellen. Unter Bezugnahme auf diese Zeitverlaufsdiagramme werden spezifische Beispiele von Übergängen der jeweiligen Elemente, wenn das Betätigungsverfahren ausgeführt wird, beschrieben.
  • Wie es in 11A gezeigt ist, wird zu dem Zeitpunkt T1 die mechanische Bremse von AN auf AUS gelöst (Bremslöseschritt). Anschließend, wie es in 11B gezeigt ist, beginnt während der Zeitpunkte T2 bis T3, wenn das Bypassventil 117 auf „offen” geschaltet ist, die Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 zu rotieren (Bremslöseschritt), wie es in 9 gezeigt ist. Da dies eine Aktivierung der Hydraulikpumpe 113 triggert, wird die Zahl der Umdrehung der Hydraulikwelle 5A des drehbaren Flügels 5 gesteuert, um allmählich anzusteigen (Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels).
  • Anschließend, wie es in 11C gezeigt ist, wird während der Zeitpunkte T4 bis T5, wenn das Umschaltventil 115 von „geschlossen” auf „offen” geschaltet wird, wie es in 9 gezeigt ist, der elektrische Leistungsgenerator 9 ebenfalls gestartet (Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators).
  • Anschließend wie es in 11D gezeigt ist, wird der Hydraulikmotor beruhend auf der Steuerung der Umdrehungszahl des elektrischen Leistungsgenerators 9 gesteuert, um die Umdrehungszahl des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 zu erhöhen (Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators).
  • Wenn einmal die Umdrehungszahl des elektrischen Leistungsgenerators 9 erhöht ist, wird zum Zeitpunkt T6 die Steuerung des elektrischen Leistungsgenerators 9 mittels des Hydraulikmotors 114 von der Steuerung der Anzahl der Umdrehung auf die Drehmomentsteuerung übergehen, wie dies in den 11D und 11E gezeigt ist. Anschließend, wie es in 11F gezeigt ist, wird zu dem Zeitpunkt T7 der elektrische Leistungsgenerator 9 mit der Systemleistungszufuhr kombiniert, um die Leistungserzeugung zu initiieren (Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung).
  • Das Floß 1 des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators ist in der Nähe der Oberfläche des Meeres verblieben. Wenn einmal die elektrische Leistungserzeugung initiiert ist, empfängt jedoch zum Zeitpunkt T8 der drehbare Flügel 5 die Fluidkraft der Meeresströmung zur Beschleunigung des drehbaren Flügels 5 und dessen Rotorwelle 5A, wie es in 8 gezeigt ist, und das Ankerkabel zum Beschränken der Tiefe des Floßes 1 in der senkrechten Richtung wird gelöst und die PDC aktiviert, wie es in 11G gezeigt ist. Im Ergebnis sinkt während der Zeitpunkte T8 bis T9 das Floß 1 zu einem bestimmten Tiefenbereich ab (Beschleunigungsschritt der Umdrehungszahl).
  • Wenn einmal das Floß 1 zu dem vorgegebenen Tiefenbereich absinkt, wird anschließend, wie es in 10B gezeigt ist, während der Zeitpunkte T10 bis T11 das Bypassventil 117 auf geschlossen geschaltet, um die Steuerung der Anzahl der Umdrehung der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 zu beenden. Im Ergebnis, wie es in 11E gezeigt ist, wird das Drehmoment des elektrischen Leistungsgenerators 9 ansteigen, und einen Übergang zu einer normalen elektrischen Leistungserzeugung wird ermöglicht.
  • 10 zeigt die Änderung der Eingabeantriebsleistung auf die Rotorwelle 5A (Eingabeantriebsleistung der Rotorwelle) und die Ausgabeantriebsleistung von dem elektrischen Leistungsgenerator 9 (Ausgabe des elektrischen Leistungsgenerators). Die Differenz zwischen der Eingabeantriebsleistung der Rotorwelle und der Ausgabe von dem elektrischen Leistungsgenerator (gestrichelter Bereich) stellt die erzeugte Wärmeenergie (Wärmeenergie, die abzuführen ist) dar, die als Wärme abzuführen ist. Die Wärme wird nur während der Zeitpunkte T8 bis T11 erzeugt, bis das Floß 1 zu der vorgegebenen Tiefe absinkt, um in die normale elektrische Leistungserzeugung überzugehen, und es ist offensichtlich, dass die Wärmeerzeugung unterdrückt ist.
  • (Vorteilhafte Effekte)
  • Wie es vorangehend beschrieben wurde, wird in Übereinstimmung mit dem Betätigungsverfahren und der Betätigungssteuervorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform die Umdrehungsgeschwindigkeit erhöht, während eine Rotationslast auf die Rotorwelle 5A ausgeübt wird, wenn eine Rotation der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 initiiert wird, wobei ein abrupter Anstieg der Umdrehungsgeschwindigkeit verhindert und die Rotorwelle 5A sanft beschleunigt wird (siehe 5). Daher lönnen auch bei einem Rotationsflügel 5 vom Typ mit feststehendem Neigungswinkel mit größeren Flügelprojektionsflächen bei einer Betätigung in den Bereich positiver Rückkopplung, wo der Flügel 5 dazu neigt zu rotieren, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels 5 und das wirkende Drehmoment durch die Meeresströmung auf den drehbaren Flügel 5 sanft in einer stabilen Art erhöht werden. Somit wird der Nachteil einer abrupten Beschleunigung der Rotorwelle 5A des drehbaren Flügels 5 vermieden.
  • Anschließend, wenn eine Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 gestartet wird, kann die Rotation sanft gestartet werden. Dies erreicht eine sanfte Betätigung des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators mit dem drehbaren Flügel 5 mit einem Flügel mit feststehendem Neigungswinkel.
  • Anschließend, da die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators 9 in einer gesteuerten Art erhöht wird, und da der elektrische Leistungsgenerator 9 zu der Systemleistungszufuhr kombiniert wird, kann eine Wärmeerzeugung während einer Latenzzeitspanne des elektrischen Leistungsgenerators 9 vermieden werden, bis der elektrische Leistungsgenerator 9 in die Systemleistungszufuhr kombiniert ist (siehe 10). Es besteht darüber hinaus ein Vorteil der Verringerung der Größe der Kühlvorrichtung für den elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator.
  • (Sonstiges)
  • Während eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, kann die Erfindung durch Abwandeln oder Kombinieren der Ausführungsform in geeigneter Art ohne Abweichung von deren Geist praktiziert werden.
  • Beispielsweise ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Floß 1 ausgestaltet, um den Bremslöseschritt, den Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, den Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators und den Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung durch die Steuervorrichtung 20 auszuführen, die durch ein Betätigungsbefehlssignal getriggert wird, während die Tiefe auf die Nähe zur Oberfläche des Meeres beschränkt ist. Das Betätigungsverfahren der Erfindung ist nicht auf das Beschriebene beschränkt, und jeder Schritt kann händisch durch einen Menschen ausgeführt werden.
  • Des Weiteren wurde bei der beschriebenen Ausführungsform ein elektrischer unter Wasser schwebender Meeresströmungsleistungsgenerator als ein Beispiel verwendet. Während die Erfindung für elektrische unter Wasser schwebende Meeresströmungsleistungsgeneratoren geeignet ist, ist sie nicht auf elektrische Meeresströmungsleistungsgeneratoren dieser Art beschränkt.
  • Darüber hinaus kann, da ein hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus als Leistungsübertragungsmechanismus bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wurde, eine sanftere Betätigung durch Verwendung der Absorptionsfähigkeit des Hydraulik-Öls erreicht wird. Der Leistungsübertragungsmechanismus ist jedoch nicht auf einen hydraulischen Leistungsübertragungsmechanismus beschränkt.
  • Genauer gesagt, jeder Leistungsübertragungsmechanismus kann verwendet werden, solang der Leistungsübertragungsmechanismus einen Abschnitt zum Umschalten zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand (Umschaltabschnitt), einen Abschnitt zum Ausüben einer Rotationslast auf einen Rotor des drehbaren Flügels während des Leitungsunterbrechungszustand (Lastanwendungsabschnitt) und einen Abschnitt zum Ändern der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des drehbaren Flügels und zum Übertragen an den Rotor des elektrischen Leistungsgenerators während des Leistungsübertragungszustands (Geschwindigkeitsänderungsabschnitt) umfasst.
  • Darüber hinaus können bestimmte Vorteile erreicht werden, indem irgendeiner des Bremslöseschritt, des Beschleunigungsschritts des drehbaren Flügels, des Startup-Schritts des elektrischen Leistungsgenerators, des Beschleunigungsschritts des elektrischen Leistungsgenerators und des Initiationsschritts der elektrischen Leistungserzeugung unter den Schritten des Verfahrens ausgeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Floß (elektrischer unter Wasser schwebender Meeresströmungsleistungsgenerator)
    2
    Elektrischer Meeresströmungsleistungsgeneratorhauptkörper
    3
    Struktur
    4
    Gondel (Pot)
    5
    Drehbarer Flügel
    5A
    Rotorwelle (Rotationsachse, Hauptachse des drehbaren Flügels 5)
    5B
    Rotationsachse des Hydraulikmotors 114
    5a
    Schaufel
    6
    Ankerkabel
    6A
    Ankergewicht
    7
    unter dem Meer
    7a
    Meeresboden
    8
    Hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus
    9
    Elektrischer Leistungsgenerator
    10
    Antriebszug
    20
    Steuervorrichtung (Beätigungssteuervorrichtung)
    21
    Bremssteuerung (Bremssteuerabschnitt)
    22
    Beschleunigungs ? des drehbaren Flügels (Beschleunigungssteuerabschnitt des drehbaren Flügels)
    23
    Startup-Steuerung des elektrischen Leistungsgenerators (Startup-Steuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators)
    24
    Beschleunigungssteuerung des elektrischen Leistungsgenerators (beschleunigungssteuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators)
    25
    Initiationssteuerung der elektrischen Leistungserzeugung (Initiationssteuerabschnitt der elektrischen Leistungserzeugung)
    26
    Elektrische Leistungserzeugungssteuerung (Elektrischer Leistungserzeugungssteuerabschnitt)
    35, 36
    Umdrehungszahlsensor (Umdrehungsgeschwindigkeitssensor)
    37
    Drucksensor
    111
    Hydraulikölkreis
    112
    Ölroute
    112a
    Öl-Zufuhrroute
    112b
    Öl-Rückführroute
    113
    Hydraulikpumpe
    114
    Hydraulikmotor
    115
    Offen/Zu-Ventil
    116
    Öl-Bypassroute
    117
    Bypassventil

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betätigen oder Anfahren eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators unter einem Meer, bei dem ein Rotor eines elektrischen Leistungsgenerators, der in einer Gondel enthalten ist, durch einen drehbaren Flügel getrieben wird, der aus der Gondel herausragt und einen festen Neigungswinkel hat, wobei der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator umfasst: eine mechanische Bremse, die eine Rotation einer Rotorwelle des drehbaren Flügels beschränkt; und einen Leistungsübertragungsmechanismus, der zwischen der Rotorwelle des drehbaren Flügels und dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators angeordnet ist, wobei der Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: einen Umschaltabschnitt, der zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand schaltet; einen Lastanwendungsabschnitt, der eine Rotationslast auf die Rotorwelle des drehbaren Flügels während des Leistungsunterbrechungszustandes ausübt; und einen Geschwindigkeitsänderungsabschnitt, der eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels ändert, und die Umdrehung des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators während des Leistungsübertragungszustands überträgt; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst, die nacheinander ausgeführt werden: einem Bremslöseschritt zum Einstellen des Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsunterbrechungszustand durch den Umschaltabschnitt zum Schalten der mechanischen Bremse von einem Anwendungszustand zu einem gelösten Zustand; einem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels zum Erhöhen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels während des Anwendens der Rotationslast an die Rotorwelle des drehbaren Flügels durch den Lastanwendungsabschnitt; einen Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators zum Umschalten des Leistungsübertragungsmechanismus zu dem Leistungsübertragungszustand durch den Umschaltabschnitt und z Initiieren der Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators; einem Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators zum Erhöhen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators durch den Geschwindigkeitsänderungsabschnitt; und einen Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung zum Verbinden des elektrischen Leistungsgenerators mit einer Systemleistungszufuhr zum Initiieren einer Leistungserzeugung.
  2. Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators nach Anspruch 1, bei dem: der Bremslöseschritt, der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, der Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators, der Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators und der Initiationsschritt des elektrischen Leistungsgenerators ausgeführt werden, während der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator in der Nähe der Oberfläche des Ozeans angeordnet ist, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst: einem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels zum Absenken des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators auf eine vorgegebene Tiefenbereich unter der Oberfläche des Meeres, in dem eine Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, und Erhöhen der Geschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels nach dem Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung; und einen Erzeugungsschritt einer normalen elektrischen Leistung zur Erzeugung der elektrischen Leistung in einem normalen Zustand, während die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Generators so gesteuert wird, dass die Effizienz der Leistungserzeugung maximiert ist, wenn einmal der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator zu dem vorgegebenen Tiefenbereich abgesunken ist.
  3. Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Leistungsübertragungsmechanismus ein hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus ist, der eine Antriebsleistung unter Verwendung von Hydraulik-Öl überträgt; wobei der hydraulische Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: eine Hydraulikpumpe, die durch die Rotorwelle des drehbaren Flügels getrieben wird; einen Hydraulikmotor, der mit einem Rotationssteuermechanismus versehen ist, der durch das Hydraulik-Öl getrieben wird, welches von der Hydraulikpumpe zugeführt wird, um den Rotor des elektrischen Leistungsgenerators zu treiben, wodurch er als Geschwindigkeitsänderungsabschnitt fungiert; einer Öl-Zufuhrroute zum Zuführen des Hydraulik-Öls von der Hydraulikpumpe zu dem Hydraulikmotor; einer Öl-Rückführroute zum Wiedergewinn des Hydraulik-Öls von dem Hydraulikmotor zu der Hydraulikpumpe; einem Umschaltventil das die Öl-Zuführroute öffnet und schließt, wodurch es als Umschaltabschnitt fungiert; einer Öl-Bypassroute zum Bypassen des Hydraulik-Öls von einem Zwischenpunkt an der Öl-Zuführroute zwischen der Hydraulikpumpe und dem Umschaltventil zu der Öl-Rückführroute, wodurch die Hydraulikpumpe als Lastanwendungsabschnitt fungiert; und einem Bypassventil, das die Öl-Bypassroute öffnet und schließt; wobei der Bremslöseschritt das Schließen des Umschaltventils und des Bypassventils umfasst, um die mechanische Bremse zu lösen; wobei der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels ein Umschalten des Bypassventils in den offenen Zustand umfasst, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels zu erhöhen, während eine Rotationslast auf die Rotationswelle des drehbaren Flügels durch den Betrieb der Hydraulikpumpe ausgeübt wird; wobei der Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators ein Umschalten des Umschaltventils in den offenen Zustand zum Initiieren der Rotation des elektrischen Leistungsgenerators umfasst; und wobei der Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators ein Erhöhen einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Hydraulikmotors durch den Rotationsmechanismus zum Erhöhen der Umdrehungsgeschwindigkeit des elektrischen Leistungsgenerators umfasst.
  4. Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators nach Anspruch 3 unter Bezugnahme auf Anspruch 2, des Weiteren mit: einen Bypassflussrouten-Schließungsschritt zum Beibehalten des Bypassventils in einem offenen Zustand, bis zu dem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, und zum Umschalten des Bypassventils in den geschlossenen Zustand, nach dem Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels und vor dem normalen elektrischen Leistungserzeugungsschritt.
  5. Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators nach Anspruch 3 oder 4 unter Bezugnahme auf Anspruch 2, bei dem: der elektrische Meerwasserleistungsgenerator als ein Floß ausgestaltet ist, das ein unter Wasser schwebender elektrischer Meeresströmungsgenerator ist, der elektrische Leistung erzeugt, während er unter dem Meer bleibt, während er an einem Boden des Meeres mit einem Ankerkabel verankert ist; wobei das Floß einer passiven Tiefensteuerung unterliegt, um spontan eine Tiefe in einem Bereich einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit mittels eines Gleichgewichts zwischen eines Auftriebs, der auf das Floß wirkt, einer Wirkkraft der Meeresströmung, die auf das Floß wirkt, und einer Spannung des Ankerkabels, wenn eine Halteeinrichtung des Floßes unter dem Meer gelöst ist; wobei der Bremslöseschritt, der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels, der Startup-Schritt des elektrischen Leistungsgenerators, der Beschleunigungsschritt des elektrischen Leistungsgenerators und dem Initiationsschritt der elektrischen Leistungserzeugung ausgeführt werden, während der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator unter dem Meer zur Positionierung in der Nähe der Oberfläche des Meeres gehalten wird, und wobei der Beschleunigungsschritt des drehbaren Flügels ein Lösen der Halteeinrichtung des elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators umfasst, so dass die passive Tiefensteuerung aktiviert wird.
  6. Betätigungssteuervorrichtung zum Betätigen eines elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerators unter einem Meer, bei dem ein Rotor eines elektrischen Leistungsgenerators der in einer Gondel enthalten ist, durch einen drehbaren Flügel betrieben wird, der aus der Gondel herausragt und einen festen Neigungswinkel hat, wobei der elektrische Meeresströmungsleistungsgenerator umfasst: eine mechanische Bremse, die eine Rotation der Rotorwelle des drehbaren Flügels beschränkt; und einen Leistungsübertragungsmechanismus, der zwischen der Rotorwelle des drehbaren Flügels und dem Rotor des elektrischen Leistungsgenerators angeordnet ist, wobei der Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: einen Umschaltabschnitt, der zwischen einem Leistungsübertragungszustand und einem Leistungsunterbrechungszustand schaltet; einem Lastanwendungsabschnitt, der eine Rotationslast auf die Rotorwelle des drehbaren Flügels während des Leistungsunterbrechungszustandes ausübt oder anwendet; und einem Geschwindigkeitsänderungsabschnitt, der eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels ändert und die Umdrehung des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators während des Leistungsübertragungszustands überträgt, und wobei der Betätigungssteuervorrichtung umfasst: einen Bremssteuerabschnitt, der in Abhängigkeit eines Betätigungsbefehls den Umschaltabschnitt betätigt, um den Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsunterbrechungszustand zu versetzen, und die mechanische Bremse von einem angewendeten Zustand in einen gelösten Zustand durch Lösen der Bremse umschaltet; einen Beschleunigungssteuerabschnitt des drehbaren Flügels, der die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels erhöht, während die Rotationslast auf die Rotorwelle des drehbaren Flügels durch den Lastanwendungsabschnitt ausgeübt wird, wenn einmal das Lösen der Bremse vollständig ist; einem Startup-Steuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators, der den Umschaltabschnitt zum Umschalten des Leistungsübertragungsmechanismus in den Leistungsübertragungszustand betätigt und die Rotation des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators initiiert, wenn einmal die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels ansteigt und stabilisiert ist; einen Beschleunigungssteuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators, der den Geschwindigkeitsänderungsabschnitt zum Erhöhen einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators betätigt, wenn einmal die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators initiiert ist; und einem Initiationssteuerabschnitt der Leistungserzeugung, der den elektrischen Leistungsgenerator zu einer Systemleistungszufuhr kombiniert, um eine Leistungserzeugung zu initiieren, wenn einmal die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators zu einem vorgegebenem Umdrehungsgeschwindigkeitsbereich erhöht ist.
  7. Betätigungssteuervorrichtung für einen elektrischen Meeresströmungsleistungsgenerator nach Anspruch 6, bei dem der Leistungsübertragungsmechanismus ein hydraulischer Leistungsübertragungsmechanismus ist, der eine Antriebsleistung mittels Hydraulik-Öl überträgt; wobei der hydraulische Leistungsübertragungsmechanismus umfasst: eine Hydraulikpumpe, die durch die Rotorwelle des drehbaren Flügels getrieben wird; einen Hydraulikmotor, der mit einem Rotationssteuermechanismus versehen ist, der durch das Hydraulik-Öl getrieben wird, welches von der Hydraulikpumpe zugeführt wird, um den Rotor des elektrischen Leistungsgenerators zu treiben, wodurch er als Geschwindigkeitsänderungsabschnitt fungiert; eine Öl-Zuführroute zum zuführen des Hydraulik-Öls von der Hydraulikpumpe zu dem Hydraulikmotor; eine Öl-Rückführroute zum Wiedergewinnen des Hydraulik-Öls von dem Hydraulikmotor zur Hydraulikpumpe; ein Umschaltventil, das die Öl-Zuführroute öffnet und schließt, wodurch diese als Umschaltabschnitt fungiert; eine Öl-Bypassroute zum Bypassen des Hydraulik-Öls von einem Zwischenpunkt an der Öl-Zuführroute zwischen der Hydraulikpumpe und dem Umschaltventil zu der Öl-Rückführroute, wodurch es dazu führt, dass die Hydraulikpumpe als Lastanwendungsabschnitt fungiert; und ein Bypassventil, das die Öl-Bypassroute öffnet und schließt; wobei der Bremslösesteuerabschnitt das Umschaltventil und das Bypassventil zum Schließen betreibt, um die mechanische Bremse zu lösen; wobei der Beschleunigungssteuerabschnitt des drehbaren Flügels das Bypassventil zum Öffnen betreibt, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorwelle des drehbaren Flügels zu erhöhen, während eine Rotationslast auf die Rotationswelle des drehbaren Flügels mittels einer Betriebslast der Hydraulikpumpe ausgeübt wird; wobei der Startup-Steuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators das Umschaltventil zum Öffnen betreibt, um die Rotation des elektrischen Leistungsgenerators zu initiieren; und wobei der Beschleunigungssteuerabschnitt des elektrischen Leistungsgenerators eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Hydraulikmotors durch die Rotationssteuermechanismus erhöht, um die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des elektrischen Leistungsgenerators zu erhöhen.
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