JP2002142498A

JP2002142498A - 振り子式波力発電装置の制御装置

Info

Publication number: JP2002142498A
Application number: JP2000373548A
Authority: JP
Inventors: Tomiji Watabe; 富治渡部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】エネルギー取得効率の高い振り子式波力発電
装置において、波力エネルギーと発電負荷との整合制御
を行うにあたり、高価でデリケートな波高計、コンピュ
ータ、サーボ弁等の電子機器を一切使用せず、経済性と
信頼性が高く、厳しい海域環境での無人運転が可能な制
御装置を得ることである。【解決手段】水室内で揺動可能に配置される振り子板
４と、振り子板の揺動軸に固定される揺動ポンプ５と、
揺動ポンプからの圧油を受けて一定方向回転運動を生み
出す可変容量型油圧モータ８，８′を有する振り子式波
力発電装置において、管路流体圧力により駆動されるコ
ントローラ１０，１０′により油圧モータ流量がポンプ
圧力平均値に比例する量に維持される制御が行われ、圧
力検出器は十分なダンパ機能を有する制御装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】海洋の波力エネルギーは、３０億
ｋｗといわれながらも実用されていない未利用自然エネ
ルギーであり、本発明はその実用化を目指すものであ
る。実現困難の原因は市場に参入できるだけの実力を備
えた、真に実用的な波力発電装置が開発できていないか
らである。振り子式波力発電装置はこの壁を打破するた
めに、特にエネルギー取得効率を飛躍的に高めることを
狙って発明され、室蘭工大を中心として二十年近く研究
されてきた。本発明はこれまでの着実な研究成果を基
に、本格的な実用装置に最も近いと位置付けられる振り
子式波力発電装置に関するもので、本発明により、簡単
な装置であっても波浪の海象変動に関係なく高効率発電
を維持できるようにして、電力コストの大幅低減を図
り、初めての実用的な波力発電の普及に貢献しようとす
るものである。又、沖縄県で実用化された海水揚水発電
が利用可能な地域では、台風接近時等や夜間におけるダ
ムへの直接的な海水揚水動力源としても利用できる。

【０００２】発電以外では、海水淡水化、深層水汲み上
げ、沿岸部での養殖用動力等の動力源として、電力を介
さず、従って異種の動力間でのエネルギー変換ロスのな
い、直接的な機械動力源としての波浪エネルギー利用分
野にも応用できる。

【０００３】

【従来の技術】従来技術の振り子式波力発電装置では、
海象現象変動に追随して、最大エネルギー吸収を図る最
適化制御にあたり、ポンプ圧力データを一定時間連続し
てコンピュータに取り込み、演算処理をしてその平均値
を求め、ポンプ圧力平均値に対する流量コントロールを
行っていた。その制御の基本はサンプリング制御なの
で、計測データと瞬時実データとの間に時間的ずれが生
じていた。サンプリングが行われた時のデータは、具体
的には数分前等のデータを使用する訳だから、変動に対
する時間的対応遅れが避けられなかった。このために発
電効率の改善にも、ある種の限界が生じていた。他方で
は、高価な波高計を波面に設置して、コンピュータにそ
のデータを取り込む方法も考えられるが、一般にコンピ
ュータで機器を操作して流量制御等を行うには、センサ
ーとしての波高計に加え、制御手段としての電子・油圧
サーボ弁等のデリケートで高価な機器が必要となる。こ
のため設備費および維持管理費が大きくなりやすい難点
があった。

【０００４】この問題を解決する方法については、本発
明者は平成６年１１月に川崎市で開催された学術講演会
の発表で触れてきた。その基本概念の骨子は、高価な波
高計１．２乗とが比例する関係を保てば、常に波力と負荷の
インピーダンスマッチングが成立する、とした点であ
る。しかし、この関係式は、内湾である室蘭港内での波
浪データ（波周期は５秒程度が最も多い）を基に整理し
た式であって、波力に恵まれたスリランカ南岸のよう
に、波周期が殆ど１２秒近い海象が多い外洋では、当て
嵌まらないのではないかといわれてきた。また、その発
表内容は基本概念に止まり、具体的な制御装置の構造の
詳細については触れていない。尚、その際の文献は明細
書末尾に附記する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する第一の課題は、振り子式波力発電装置において、時
々刻々に変化する海象現象に対応するための、リアルタ
イム連続制御方式による制御装置を実現すると共に、連
続制御方式を採用した時の、不安定による制御系の発振
が生じやすい問題に対処することである。第二の課題
は、この振り子式波力発電装置のインピーダンス整合の
ための制御装置の構成を、徹底的に簡素化した構造と
し、デリケートで高価な波高計のようなセンサー、コン
ピュータ、サーボ弁等を一切含まない簡略化した制御装
置を得ることである。

【０００６】ここで制御系の安定化の課題が生じた背景
は、”流量”と”ポンプ圧力”とはベルヌーイの「連続
の法則」が成り立つ関係にあり、流量変化が圧力変化を
生む点にある。この結果、ポンプ圧力信号による流量コ
ントロールを行うと、圧力上昇信号により流量を増加さ
せた場合は、増加した流量のオーバーシュートにより、
過剰な圧力低下現象を招き、発振現象という不安定状態
に陥りやすい。そもそもポンプ圧力は振り子の揺動運動
により変動しており、その周期的変化を遮断できなけれ
ば制御系の安定化は望めない。この周期波を濾波するた
めのダンパー特性として、その時定数を波浪の有義波の
周期の１０倍程度に設定したとすると、ダンパー時定数
は６０秒〜１５０秒となり、このような長時間時定数の
ダンパーを通常の工業的手段で実現することは容易では
なかった。

【０００７】制御システムの徹底的な簡素化の要請は、
厳しい海洋環境での無人運転の必要性から生まれた課題
である。コンピュータや電子機器等、デリケートな機器
の使用はできる限り避けなければならない。電子機器を
用いた高度な制御により、発電効率が向上しても、それ
を棒引きする初期投資増加、人件費増加、保守費増加等
の経費増加があっては、発電効率向上による経済効果を
根本的に損なってしまうからである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の学術講演発表で触
れた、振り子式波力発電装置の新しい制御方法は、波力
と発電負荷とのインピーダンスマッチングを常時成立さ
せるに当たり、油圧モータ流量の１．２乗とポンプ圧力
との比例関係を示唆したが、振り子式波力発電装置の実
用化の気運が高まっているスリランカ南岸のような沿岸
では、波浪周期が殆ど１２秒前後であり、このような沿
岸では、油圧モータ流量とポンプ圧力との関係を最も単
純な比例関係に置き換えても、実際の応用において最適
制御方法の説明を何ら支障なくできることが判明した。
このような油圧モータ流量とポンプ圧力との単純な比例
関係を制御系の基本とする制御装置は、市場において普
及している管路流体圧力により押しのけ容積を制御する
可変容量型油圧モータを、本発明の波力発電装置の制御
装置の制御対象たる基本構成要素とする上で相性が良
く、これらの組み合わせによって最も簡素な連続制御装
置を構成する。但し、市販の可変容量型ポンプ・モータ
では、最も一般的な三相誘導型電動機等との接続を前提
としているために、圧力がある値を超えたときは、流量
を零とし、過大な入力を防ぐような制御を行っている。
本発明で使用する油圧モータでは、ポンプの圧力が高く
なると、油圧モータの容量を圧力に比例するように増加
させるという、汎用品とは逆向きに斜板の角度を設定し
た構造でなければならない。これに加えて、前記の制御
系の安定を確保する手段として、小径の受圧ピストンと
小さなチョーク穴を備えた大径のダンパ付きピストンと
を結合し、作動油を満たしたチャンバ内部で微速度で動
くダンパ付きピストンにより油圧を検出する構成とし、
ダンパ付きピストンの時定数を波浪有義波の周期の１０
倍程度とした。

【０００９】

【実施例】本発明の詳細な説明は、実施例の説明も交え
て行わなければ、より具体的な説明ができない。そこで
本発明の実施例の制御装置を含む振り子式波力発電装置
の油圧回路図を中心とした、制御システム図である図１
と、制御特性に関与する各パラメータの関係を示す図
２、図３、図４、図５により、本発明の制御装置の特徴
を説明する。図１は、本発明に係る波力発電装置の主要
構造についても略図で示している。沖合いに向かって開
口したケーソン１の内部に、ケーソン１内部で形成され
る定常波の波長の１／４に相当する距離だけ壁３から離
れた位置で、振り子板４は揺動可能に設置されており、
振り子板４の揺動軸にはポンプ５が頑強に備えられてい
る。壁３から定常波の１／４波長離れた位置は、定常波
の節になる位置であり、ここでは波面は常に静水位であ
りながら運動エネルギーは倍加している。従って、この
位置に揺動する振り子板４を設置すれば、極めて合理的
に高効率の波力発電が実現する可能性がある。この振り
子板４に加えられた波力エネルギーＥは、ポンプ５によ
り圧油に変換され、一対の管路６、６’を介して相互に
補完し合う一対の油圧モータ８、８’に伝達される。ポ
ンプ５は揺動ポンプ形式なので、脈動的な圧油を管路６
と６’とに交互に吐出する。管路６、６’の途中にある
蓄圧器７、および７’は、この脈動的な圧油を平準化
し、油圧モータ８、８’にほぼ一定の流量の圧油を供給
し、油圧モータ８と８’との双方に結合した三相誘導形
の発電機９は、ほぼ一定の同期速度で回転し、電力網を
通じて出力を送電する。このような基本構成の振り子式
波力発電システムにおいて、本発明の制御装置は波高Ｈ
_１／３の時々刻々の変化に対応して、発電負荷と波力と
のインピーダンスマッチングを常に成立させる最適制御
を行うことを目的とした制御装置である。この制御を行
うために、可変容量型とした油圧モータ近辺の管路６、
６’よりポンプ吐出圧力を検知し、圧力の上昇に応じて
油圧モータ８、８’の容量を増加させる。特に本発明
は、管路圧力と油圧モータ押しのけ容積を、最も単純な
比例関係に保てば、常に波力と発電負荷とのインピーダ
ンスマッチングが成立することを新たに提案するもので
ある。図１の油圧回路図において、本発明の制御装置は
極めて簡素な構成と経済性を特に追求したものであるた
めに、具体的にはコントローラ１０および１０’として
示すに止まっている。ここでポンプ５の吐出流量が油圧
モータ８、８’の流量を超えると、その流量差は蓄圧器
７または７’に蓄えられる一方で管路圧力ｐ_１またはｐ
_２が上昇する。振り子板４の揺動角が増大すると、ポン
プ５の吐出量も大きくなるので、油圧モータ８、８’の
押しのけ容積も大きくして作動油の流量バランスを図
る。コントローラ１０、１０’の基本的な役割はこの点
にあるのだが、管路圧力を検知し油圧モータ８、８’の
押しのけ容積を変化させるシステムは、サンプリング制
御ではなく、リアルタイム連続制御方式であることは明
白であろう。だが、この制御方式は前記した通り、発振
を招きやすい不安定性を克服しなければならず、そのた
めの解決手段の詳細は後述するが、ポンプ５による圧力
と油圧モータ８、８’の押しのけ容積とが比例すると、
なぜインピーダンスマッチングが常時成立するようにな
るかという、本発明の制御システムの最重要点を、各パ
ラメータの関連を線図とした図２から図５の４枚の図に
従って説明する。

【００１０】図２は波高Ｈ_１／３を横軸に取り、エネル
ギー量を縦軸に取って、波高が零から増加していく際の
エネルギー量の変化を示している。ここで波力そのもの
が有するエネルギーＥは、実線で示す二次曲線として表
現できるが、これに揺動する振り子板機構が取得できる
エネルギー効率としての、波力の一次変換効率η_１を乗
じた時のポンプ駆動エネルギーＷは破線として示してい
る。更に、このＷにポンプ効率η_ｐを乗じた油圧モータ
の入力エネルギー（波力発電装置の最大利用可能エネル
ギー）は、一点鎖線で示した最も下方に描かれる曲線と
なる。図２は波力発電システムの入出力特性を示した線
図となるが、改めて波力エネルギー：Ｅ，有義波の波
高：Ｈ_１／３，有義波の周期：Ｔ_１／３，振り子に入射
する波幅：Ｂとした時の関係式を

【数１】に示す。

【００１１】油圧モータの１回転当たりの押しのけ容積
をＤ_ｍとし、その流量をＱとすれば、ＱはＤ_ｍと回転数
との積として表現できる。油圧モータへの入力エネルギ
ーはポンプの吐出圧力ｐと流量Ｑとの積となり、２台の
油圧モータ８、８’の管路圧力をｐ_１，ｐ_２とし、ポン
プ５の吐出流量もそれぞれＱ_１，Ｑ_２とすれば、その平
均値の積の和も、前記のポンプ効率η_ｐとポンプ駆動エ
ネルギーＷの積と等しくなる。これを改めて数式に表現
すれば、

【数２】となる。

【００１２】本発明者の研究によって明らかにされた、
波力の１次変換効率η_１が最大となるして振り子板の振幅に相当する揺動角θも波高Ｈ_１／３
に比例することである。一般に揺動型のポンプ流量は揺
動角に比例するから、流量と圧力の積で表現されるポン
プ出力エネルギーは、波高のパラメータを二重に含んで
いることになる。即ち、ポンプ出力エネルギーは波高Ｈ
_１／３の２乗に比例することになる。平均吐出圧力と波
高との比例関係が適切に維持される時、数式

【数３】で示す利用可能エネルギーの効率も最大となり、最適制
御が達成されることになる。

【００１３】図３では横軸に取った波高に対し、振り子
板の揺動角θと、ポンプ平均吐出容合を示している。図２と図３に示した状態は、とりもな
おさず波力発電装置の発電効率が最大となる状態を示し
ていることになる。従って、ポンプの平均吐出圧目的とする発電効率の最大化も実現する。この場合波高
のパラメータは、間接的に圧力や流量のデータに含まれ
ているが、直接的には含まれていないので必要不可欠の
条件ではなく、波高のデータを用いずに最適制御ができ
る。

【００１４】この波高データを用いずに最適制御を具体
化するための制御パターンを、図４および図５に示して
いる。図４では横軸に波高Ｈ_１／３を取り、縦軸には油
圧モータの押しのけ容積Ｄ_ｍおよびトルクＴ_ｍを取って
いる。押しのけ容積には最小値Ａと最大値Ｂとがあるの
で、最小と最大の中間域、ＡとＢの間が波高Ｈ_１／３に
比例するように調整されている。一方で油圧モータのト
ルクＴ_ｍは、いずれもが波高Ｈ_１／３に比例する管路圧
力ｐと押しのけ容積Ｄ_ｍの積に比例する訳だから、結局
は波高Ｈ_１／３の２乗に比例することになる。図４では
油圧モータトルクＴ_ｍは破線の２次曲線で示している。
この図４の横軸に波高に代えてポンプ平均圧力ｐを取っ
たのが次の図５である。図５は油圧モータの押しのけ容
積の制御パターンを示す線図である。油圧モータ押しの
け容積Ｄ_ｍがＡからＢの範囲内で変動しているーダンスマッチングによる波力発電の発電効率最大運転
ができる。従って、波高のデータはこの制御パターンの
直接の支配因子ではなく、圧力を検知する簡素な制御シ
ステムの実現ができることを図５は明確に示している。

【００１５】図６は市販の可変容量タイプのアキシャル
ピストン型ポンプ・モータの構造と殆ど同様な、本発明
の一実施例の油圧モータの断面を示している。一般の市
販品と異なっている点は、斜板の傾き方向が逆向きであ
ることである。波力がもたらすエネルギー量は、

【数１】に示したように、波高の増加に対して加速度的
に増大している。自然エネルギーの吸収を行う波力発電
装置では、装置強度の許す限り増大した自然エネルギー
は無駄なく吸収することを要請され、その結果市販品の
入力一定制御方式とは思想が異なっている。図６のケー
ス２１は、その中心にベアリングで回転自在に軸止され
る軸２５を有し、軸２５は中心附近でロータ２２を固定
しており、ロータ２２は軸２５と一体となった回転が可
能である。ロータ２２の内部には奇数本の油圧モータピ
ストン２３が保持されており、油圧モータピストン２３
はロータ２２の内部で図の左右方向に往復動可能である
が、その動きは斜板２４により規制されている。この斜
板２４の角度αが大きくなれば、ピストン２３のストロ
ークも大きくなり、従って油圧モータの押しのけ容積も
増大する。斜板２４の角度は、ガバナー部分で押しのけ
容積制御ピストン２６と、強力なばね２７の圧力のバラ
ンスによって決められている。押しのけ容積制御ピスト
ン２６は、後述するコントローラの出力である信号圧力
ｐ_ｃをポート２８より受入れ、信号圧に比例した圧力を
斜板２４のガバナー部分に加え、ばね２７の圧力に対向
している。この結果、角度αがある角度の範囲以内であ
れば、信号圧力ｐ_ｃと角度αとはほぼ比例し、その関係
は図７に示す通りである。図７においても、図５で示し
たように油圧モータの押しのけ容積の最小値と最大値に
起因する限界値Ａ，Ｂが存在し、その範囲内でのみ最小
信号圧ａと最大信号圧ｂの中間値の信号圧力ｐ_ｃに角度
αは比例する。

【００１６】図８の断面図で示すのは、本発明の制御装
置の構造面における中核となるコントローラである。こ
のコントローラは図１におけるコントローラ１０もしく
は１０’に相当するが、下方にある平均圧力検出器３０
と上方に配されたリリーフ弁４０とに二分される。平均
圧力検出器３０は下方に向き、最下部のポート３９より
管路圧力ｐに通じている。その理由は、作動油の中に混
入する細かな気泡が、圧力センサーとしての検出器３０
の特性に悪影響を及ぼすことを避けるためである。この
平均圧力検出器３０は、ポート３９に面する小径の受圧
ピストン３２と、大径であり、小さなチョーク穴に相当
するバイパス３４を備えたダンパー付きピストン３３を
固定した構造が可動部分の本体を構成している。この検
出器の本体部分はチャンバ３６の内部に収納されている
が、その上方部は受圧ピストン３２と同径のロッド３８
が形成されており、ロッド３８の上端部はチャンバ３６
の上壁を貫通してリリーフ弁４０の精密ばね４５の下端
を圧している。チャンバ３６の内部にはばね３７が設け
られ、ダンパ付きピストン３３を下方に圧している。ダ
ンパ付きピストン３３は外周にシールを備え、チャンバ
壁との密封性を保っているが、受圧ピストン３２とロッ
ド３８は壁面との間に１０μｍ程度の隙間を有し、下方
のチャンバ３５と上方のチャンバ３６内部に混入した微
小な気泡も、素早く隙間とポート４９を介して外部のタ
ンクに逃がせるようになっている。受圧ピストン３２の
壁面との隙間を通る作動油は、ダンパ付きピストン３３
で隔てられたチャンバ３５の室内にも管路圧力ｐの一部
を及ぼしている。上方のリリーフ弁４０は、その中心附
近に前記精密ばね４５によって下端を圧される針弁状の
ポペット４４が配置され、このポペット４４の圧力を受
け止める弁座４３が弁体４２内部に形成されている。弁
体４２の内部には下方にロッド３８、精密ばね４５、ポ
ペット４４等が収まる円筒状の空間を有し、この空間の
上部に弁座４３が形成されている。弁座４３の孔は弁体
４２の外周溝に通じ、更にオリフィス４８、ポート４６
を介して一定の圧力源に接続されている。精密ばね４５
の圧縮力に比例するリリーフ圧力をリリーフ弁４０は発
生するが、このリリーフ圧力はポート４７を介して図６
の油圧モータ８、８’の制御のための信号圧力ｐ_ｃとな
り、油圧モータ側へ送られる。弁体４２の上部は精密ば
ね４５の圧縮力の初期設定ができる調整ねじ５０と二面
幅を構成し、その先端は外部に突き出ていて外部からの
初期設定調整作業を可能にしている。

【００１７】コントローラ１０、１０’はこのような構
造であるが、平均圧力検出器３０は有義波の１０倍程度
の時定数を持たせるために、特に小径の受圧ピストン３
２と大径のダンパ付きピストン３３の組み合わせ構造と
なっている。受圧ピストン３２に加えられた圧力は、ば
ね３７の圧力で受け止めるのが基本となっているが、こ
こに大径のダンパ付きピストン３３が組み合わされるこ
とにより、圧力が変化する際は多量の作動油のバイパス
３４を通過する抵抗力が、時定数を大きくさせる十分な
ダンパ作用をもたらしている。この結果、ピストン速度
は毎秒０．１ｍｍ以下の微速であっても、１，０００Ｎ
程度の安定した抵抗力を得ている。常にこのような特性
が維持されるように、本発明のコントローラ１０、１
０’は細かな点にも十分な配慮がなされている。例え
ば、チャンバ３６内部は常時完全に作動油で充満されて
いて、僅かの気泡も存在しない。受圧ピストン３２に働
く高圧油の一部は、その摺動部の１０μｍ程度の隙間か
らチャンバ３５内部に漏れており、これによってチャン
バ内部は加圧されると共に、上部のロッド３８の摺動部
における約１０μｍの隙間からも油は流出し、チャンバ
内部に流入した微細気泡は遅滞なく浮力によって外部の
タンクに排出される。その結果、加圧によって受圧ピス
トン３２に作用する油圧振幅が激しくなっても、チャン
バ内部でキャビテーションが発生する怖れは殆ど無い。
気泡が存在する心配もないので、本発明の平均圧力検出
器３０は安定したダンパー作用が期待できる。一方で、
前記説明で触れた受圧ピストン３２とロッド３８の摺動
部での隙間からの油の漏れは、ダンパ特性を害する作用
がある。しかし、ダンパ付きピストン３３の受圧面積Ａ
_ｄと、受圧ピストン３２の受圧面積Ａ_ｐとの比であるＡ
_ｄ／Ａ_ｐが、およそ１０以上の領域では実用上問題にな
らない。因に図示実施例ではこの比は２５としている。
このような構造のコントローラ１０、１０’は、有義波
の１０倍程度の時定数を有することになり、制御の安定
に対して撹乱要因となる発振現象に対し十分な抵抗力を
有している。

【００１８】リリーフ弁４０では、一定の圧力ｐ_ｓの圧
油がオリフィス４８を介して供給され、弁座４３を塞ぐ
ポペットＨを押しのけて圧油が大気圧のタンクに流出す
る時の抵抗により、圧力ｐ_ｃが発生し、ポート４７より
油圧モータ８、８’の押しのけ容積を制御する信号圧力
となり、図６の油圧モータのポート２８に供給される。
圧力ｐ_ｃの大きさは、精密ばね４５から受ける圧縮力に
比例している。オリフィス４８の前後ではリリーフ圧力
に反比例した圧力差が生じている。図９は平均管路圧力
ｐと信号圧力ｐ_ｃとの関係を示した線図であるが、図７
で示した関係と同様に、油圧モータの最小押しのけ容積
と最大押しのけ容積に対応する範囲内で比例している。
精密ばね４５の仕様は、この図９の特性を実現するよう
に選定しておくが、初期セッティングにあたっては調整
ねじ５０の操作により、信号圧力ｐ_ｃを微調整する。こ
のようにして図９の関係が成り立つ制御が実現すれば、
同時に図５で示した関係も実現することになり、波力発
電装置の負荷と波力エネルギーとの整合制御が波浪海象
変化に拘わらず常に成立する。

【００１９】スリランカ南部沿岸はインド洋の豊富な波
浪エネルギーに恵まれている。モンスーン時季の波力を
基準とすれば、波高Ｈ_１／３は確実に２．０ｍと期待で
き，有義波の周期Ｔ_１／３は１２秒、平均波力エネルギ
ーは２１ｋＷ／ｍであると見込める。この海面に振り
子式波力発電装置を建設する場合における具体的な仕様
は、本発明の実施例として説明した装置と同一であり、
これを以下に示しておく。（振り子式波力発電装置１台につき波浪の入力幅は１０ｍとする）最大入力（装置設計値）＝３２０ｋＷ；年間平均入力＝１６０ｋＷ装置１台当たり発電能力＝１２５ｋＷ；発電機回転数＝１，５００ｒｐｍ装置１台当たり発電機数＝１台；年間総発電量＝４８０，０００ｋＷｈポンプ仕様（ポンプ５に相当）押しのけ容積Ｄ_ｐ＝０．２２４ｍ^３／ｒｅｖ．；最大圧力＝２５ＭＰａポンプの質量＝３，６００ｋｇ油圧モータ仕様（油圧モータ８、および８’に相当）押しのけ容積Ｄ_ｍ＝（３３〜１７２）ｃｍ^３／ｒｅｖ．；最大圧力＝２５ＭＰａ油圧モータの質量＝７０ｋｇコントローラ仕様（図８参照）信号伝達配管内径＝（２〜４）ｍｍ；ピストン３２／ロッド３８の直径＝１６ｍｍダンパ付きピストン３３の直径＝８０ｍｍ；リリーフ弁の弁座径＝２．５ｍｍ圧力検出器の時定数Ｔ_ｃ＝（６０〜１５０）秒；精密ばねのばね常数＝１５×１０^４Ｎ／ｍバイパス３４の抵抗係数＝（２．５〜１．０）×１０^−１２ｍ^３／Ｐａ・ｓｅｃ

【００２０】

【発明の効果】振り子式波力発電装置は、波浪との共振
およびインピーダンスマッチングが成立する時、極めて
優れたエネルギー取得効率を発揮する。その高効率運転
を維持するには、波浪海象変化を正確に把握するための
高価な波高計を必要としたが、この振り子式波力発電装
置に本発明の制御装置を適用すると、高価な波高計に代
えて廉価なコントローラで済むので、波浪海象変動に関
係なく経済的に高効率運転が可能となる。また、波高計
使用ではデータ処理にコンピュータが必要となり、これ
に伴いサンプリング制御方式となり、制御の時間遅れが
大きくなりやすく、応答遅れによる効率低下も懸念され
るばかりか、デリケートな電子・油圧制御機器が含ま
れ、保守面の難点が伴った。本発明の制御装置では、こ
れらの問題を解決し、リアルタイムの連続制御を基本と
して応答遅れを短くすると共に、連続制御方式の発振が
生じ難い構造として信頼性を高めることができた。その
ために本発明の制御装置によれば、保守点検が困難な海
域環境に波力発電装置を設置する場合でも好適であり、
比較的長い一定期間の無人運転が可能となっている。こ
の結果、波力に恵まれたスリランカ南岸のような低開発
国沿岸での具体化計画を嚆矢として、最適制御の面から
各地での真に実用的な振り子式波力発電の実現を世界で
初めて可能とするため、その経済的効果は誠に大きい。
参考文献日本機械学会第５回動力・エネルギー技術シ
ンポジウム’９６講演論文集（１９９６−１１−１３，
１４・川崎市）”波力発電用システムの条件”渡部富治

【図面の簡単な説明】

図１は、振り子式波力発電装置の主要構造の略図と油圧
回路図とからなる、本発明の制御システム図である。図
２は、波高に対するエネルギー量の変化を示す線図であ
り、波力そのものが有するエネルギーＥを実線で、ポン
プ駆動エネルギーＷは破線で、油圧モータの入力エネル
ギーＷη_ｐは一点鎖線で示す。図３は波力発電装置での
発電効率が最大となる状態での、波高に対する振り子す線図である。図４は、波高に対する油圧モータ押しの
け容積Ｄ_ｍと、油圧モータトルクＴ_ｍの関係を示す線図
である。つ、油圧モータ押しのけ容積の制御パターン線図であ
る。図６は本発明の一実施例の油圧モータの断面図であ
る。図７は信号圧ｐ_ｃに対する油圧モータの斜板角度α
の関係を示す線図である。図８は本発明の一実施例のコ
ントローラの断面図である。図９は管路圧力とコントロ
ーラ出力となる信号圧ｐ_ｃの関係を示す線図である。

【符号の説明】

１ケーソン２水室３垂直な壁４振り子板５ポンプ６、６’管路７、７’アキュームレータ８、８’油圧モータ９発電機１０、１０’コントローラ２１油圧モータのケース２２ロータ２３油圧モータピストン２４斜板２５出力軸２６押しのけ容積制御ピストン２７ばね２８信号圧のポート３０平均圧力検出器３１ケース３２受圧ピストン３３ダンパ付きピストン３４バイパス３５、３６チャンバ３７ばね３８ロッド４０リリーフ弁４１ケース４２弁体４３弁座４４ポペット４５精密ばね４６ポート４７出力用のポート４８オリフィス４９タンクへの流出用のポート５０調整ねじ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沖合いから固定壁に向かう進行波と固定
壁にぶつかり沖合いに退行する後退波との干渉で生ずる
定常波の節の位置に揺動可能に配置される振り子板と、
振り子板の揺動軸に固定される揺動ポンプと、揺動ポン
プからの圧油を受けて一定回転方向の回転運動を生み出
す可変容量型油圧モータと、油圧モータに連結される負
荷としての発電機からなる波力発電装置において、振り
子板が波力から受け取る平均エネルギーの大きさと負荷
量との整合制御を行うにあたり、管路流体圧力により駆
動されるコントローラにより油圧モータ流量がポンプ圧
力平均値に比例する量に維持される制御が行われること
を特徴とする振り子式波力発電装置の制御装置
【請求項２】前記コントローラにおける流体圧力検出
部は上方に精密ばね、下方にダンパ付きピストンを備
え、検出部の最下部に設けたポートによりダンパ付きピ
ストンに揺動ポンプ圧力を導き、ポンプ平均圧力に比例
したばね撓みを前記精密ばね下端からばねに及ぼす一
方、精密ばね上端はリリーフ弁に加圧力を加えて揺動ポ
ンプ平均圧力とリリーフ弁のリリーフ圧力とは比例する
関係に保つと共に、油圧モータでは流体圧力による押し
のけ容積コントローラにこのリリーフ圧力を接続し、揺
動ポンプ平均圧力に比例した油圧モータ流量が連続して
得られる特性とした請求項１に記載の振り子式波力発電
装置の制御装置
【請求項３】揺動ポンプ圧力をダンパ付きピストンで
検知するにあたり、ダンパ付きピストンの時定数の大き
さを対象波浪周期の１０倍前後に設定したことを特徴と
する請求項２に記載の振り子式波力発電装置の制御装置