JP2010525206A - 波動エネルギー変換器用のダンパー及び減衰構造 - Google Patents

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Abstract

本発明は、波動エネルギー変換器（１）の波運動に対する反動運動を減衰するためのダンパー、特に、波動エネルギー変換器の反動運動を減衰するために設けられた、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰エネルギー吸収装置（７）を備えるダンパーに関する。第1の側面によれば、波動エネルギー変換器（１）用の減衰構造を提供する。該減衰構造は、固定部材（S）と、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材（７）とを備える。該減衰部材（７）は、前記固定部材（６）と、可動部材又は波動エネルギー変換器（１）の浮き（３）との間に接続可能である。本発明は、波動エネルギー変換器（１）にも関する。

Description

本発明は、波動エネルギー変換用の装置に関し、特に、波動エネルギー変換器用のダンパー及び減衰構造に関するものである。
従来のエネルギー源に関する関心の増大は、代替の再生可能エネルギー源の調査を促進している。波動エネルギーは、再生可能エネルギー源であり、長く延びる海岸線をもつ国や強い卓越風は、波力から、かなりの量の電気を発生できる可能性がある。
波動エネルギーにより、大洋の表面波のエネルギー及び電気発生のためのエネルギーの取得に言及する。一般的に、波が大きくなればなるほど、波はますます多くのエネルギーを含み、従って、波からますます多くのエネルギーを得ることができる。具体的に言うと、波から得ることができるエネルギーの量は、波の高さ、波の速度、波長、水の密度により決定される。
波動エネルギーの取得のために、いくつかの装置を使用できる。これらの装置の全ては類似の原理で動作する。波力は、固定点に反動する可動の吸収部材に作用する。固定点は、陸地又は海の底のある構造又は他の可動であるが力に抵抗する構造であり得る。波力は、振動運動に帰着し、波力とその振動運動の産物は変換エネルギーを表わす。
既知のエネルギー吸収装置に関連するいくつかの不利益がある。暴風波浪（即ち、動いている波の状態に関して例外的に大きい波、又は、急激に変化する波）は、普段は温和な波の状態の間に、起こり得る。そのような大きい波は、過度の力が可動の部材と固定点の間の連結部又は結合部に作用することを引き起こすことができる。これは、特に、直線エネルギー変換器のような自然減衰のない装置における結合の破壊に帰着できる。従って、通常の波の状態においてでさえ、これらの装置の存続可能性は低い。
既知のエネルギー変換器に関連する更なる不利益は、エネルギー取得効率が低いことである。典型的な装置は、比較的狭い範囲の波の周波数とエネルギー状態にわたってのみ、波動エネルギーを取得できる。より進んだ装置は、その応答を調整でき、いかなる波の状態からもエネルギーの取得を最適化できる一方で、そのような低速の調整は、通常、波の状態の平均パワースペクトルに良好な応答を供給するのみである。わずかな装置が、単一の海の状態内の個々の周波数に十分に迅速に応答できる。
本発明の目的は、いかなる暴風波浪力を自動的に弱める又は減衰する波動エネルギー変換器（ＷＥＣ）用の減衰構造を提供することにある。本発明の他の目的は、エネルギー取得効率を改善した波動エネルギー変換器用の減衰構造を提供することにある。本発明の更に他の目的は、広い範囲の波の周波数にわたって追加のエネルギー取得ができる波動エネルギー変換器用の減衰構造を提供することにある。本発明の更に他の目的は、波動エネルギー変換器が波に対して最適な配置を維持できる波動エネルギー変換器用の減衰構造を提供することにある。
本発明は、波動エネルギー変換器の波運動に対する反動運動を減衰するためのダンパーであって、波動エネルギー変換器の反動運動を減衰するために設けられた、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰エネルギー吸収装置を備えた、ダンパーに関する。
第1の側面によれば、本発明は、波動エネルギー変換器用の減衰構造であって、該減衰構造は、第1の部材と、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材とを備え、該減衰部材は、前記第1の部材と、第２の部材又は波動エネルギー変換器の浮きとに接続可能である、減衰構造に関する。
一実施の形態において、本発明は、波動エネルギー変換器用の減衰構造であって、該減衰構造は、固定部材と、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材とを備え、該減衰部材は、前記固定部材と、可動部材又は波動エネルギー変換器の浮きとに接続可能である、減衰構造に関する。
ここで用いる用語「固定部材」は、固定部材を、海底又は他の固定点に、つなぐ又は固定することは、必ずしも必要ではなく、むしろ、波動エネルギー変換器の可動部材に対して固定することが必要である。固定部材は、波の動きによる固定部材の実質的な動きを防止するのに十分な固有慣性を有することができる。対照的に、波動エネルギー変換器の可動部材又は浮きは、大洋の波の動きに応じて、振動様態で動く。固定部材は、波の動きが波動エネルギー変換器の固定部材と可動部材との間の相対的運動を引き起こすように、波の動きに十分な抵抗力があるべきである。固定部材は、十分な慣性を与えることができる、いかなる構造も備えることができる。例えば、そのような慣性は、相互に接続した波動エネルギー変換器のラフト様構造により備えることができる。代替的に、慣性を、波の場所における複数の波動エネルギー変換器に対する固定部材として作動する単一の堅い浮動上部構造により与えることができ、その上部構造は十分な慣性を得るために波の波長よりもはるかに長い長さを有している。
いくつかの実施の形態において、第1の部材と第２の部材は、波の運動に対し、異なる周波数の応答を示し、波が入射された時に、第1の部材と第２の部材との間に相対運動を引き起こす。これらの実施の形態において、第1の部材と第２の部材の両方共、波動エネルギー変換器の可動部材であってもよい。
好ましくは、減衰エネルギー吸収装置又は減衰部材は、受動的である。ここで用いる用語「受動的」は、減衰部材の応力歪み応答が、空気圧又は水圧のような追加の入力を必要とする機械的構成の関数であるというよりも、減衰部材に含まれる材料、又は減衰部材の設計、形状又は構成の関数であることを示している。
本発明の一実施の形態において、減衰エネルギー吸収装置又は減衰部材は、可逆性の非線形応力歪み複合（すなわち、組み合わせ、又は、累積、又は、ハイブリッド）応答を有する。複合応答は、減衰部材内の複数の要素により与えることができるので、減衰部材は、その正常動作範囲内で複雑な非線形応力歪み応答を有する。従って、減衰部材は、複数の材料を有することができ、各々の材料は特定の応力歪み応答を有する。（望ましくは、各々は異なる応答を有する。）従って、結果として得られる減衰部材の応力歪み応答は、個々の材料の応答の複合、又は、組み合わせた要素の累積的応力歪み応答である。これにより、単一の要素又は材料により与えることができるよりも、より複雑な応力歪みプロファイルを実現できる。一実施の形態において、減衰部材は長手方向に沿って、厚さを変化できる。従って、減衰部材の応力歪み応答も、減衰部材の長手方向に沿って、変化する。従って、結果として得られる減衰部材の応力歪み応答は、異なる厚さの部分の応答の複合である。同様に、減衰部材は、異なる長さ、材料又は厚さの複数の構成部品を含むことができる。全てのそのような場合、減衰部材の全部の応力歪み応答は、構成部品の個々の応答の複合である。
減衰部材は、固定部材と、波動エネルギー変換器の可動部材とに接続可能である。接続は、直接的又は間接的であってもよい。
非線形応力歪み応答を有する材料又は部材は、その材料又は部材において、その材料又は部材により及ぼされる反対力が、それらに加えられる力及びそれらの加えられる力の変化率に非線形に関連しているものである。本発明において、波の動きに応じての可動部材の動きは、減衰部材に力を及ぼす。減衰部材により可動部材に及ぼされる反対力が、減衰部材に加えられる力及びそれらの加えられる力の変化率に非線形に関連している。本発明の減衰部材は、可逆性の非線形応力歪み応答を示す。例えば、減衰部材は、加えられる力に応じて、形状の可逆性の変化を受けることができ得る。望ましくは、減衰部材は、その動作範囲内で、複数の非線形応力歪み応答を示す。
好ましくは、減衰部材は、加えられる力又は加えられる力の変化率が閾値を超えるまで、低い（又は０の）反対力を及ぼし、閾値を超えると、加えられる力が増加するにつれて、及ぼされる反対力は急に増加する。このような応答の例を図1に示す。波動エネルギー変換器に対する損害が、そうでなければ、発生しやすいレベルに、加えられる力が達する時に、反対力が急に増加するように、閾値を選択する。図２２は、複数の要素を有する減衰部材に対する複合の又は累積の可逆性の非線形応力歪み応答を示す。図に示すように、単一の材料又は要素で可能であるよりも、もっと複雑な応力歪みプロファイルを実現できる。図に示すように、応力歪み複合プロファイルは、減衰部材がいくつかの閾値、又は、加えられる力のレベルで反対力の急な増加を与えるような、多くの非線形点を有するが、それらの非線形点の間では、実質的に線形の応答を有する。
本発明の一側面によれば、減衰部材の応力歪み応答を、使用される単一の一般的設計よりもむしろ、各々の個々の波動エネルギー変換器及び波動エネルギー変換器を使用できる予測された状態に合わせて調整できる。減衰部材の設計と組成の注意深い選択により、応答を調整する。例えば、減衰部材に含まれる材料の組み合わせ、又は、減衰部材の形状と構成の選択により、望ましい応答特性を達成する。
ここで使用される用語「調整する」は、応力歪み応答が特定の望ましい性能プロファイルを満たすことができる形状又は構成の中に、用いられる材料があることを示す。従って、材料は、望ましい又は必要な曲線を満たすように、設計及び修正をしなければならない。そのような調整は、各々の波動エネルギー変換器が、それらが従う予期される波の状態に対する性能を最適化するために必要である。
本発明の一側面によれば、減衰部材の設計及び／又は組成により、波動エネルギー変換器の応答が、波動エネルギー変換器に加えられる力の大きさ及び／又は加えられる力の変化率に合わせて調整できる。減衰部材は、複数の構成部品を有することができ、各々の構成部品は、加えられる力及び／又は加えられる力の変化率の異なる範囲に反応する。
本発明の一側面によれば、複数の減衰部材を提供でき、各々の減衰部材は実質的に１つの軸に沿ってのみ、波動エネルギー変換器の動きを減衰するために配設されている。各々の減衰部材は、個々の応力歪み応答を有することができる。上記で論じたように、各々の減衰部材は、（２つ以上の区別できる応力歪み応答を含む）応力歪み複合プロファイルを有することができる。各々の減衰部材のアラインメント及び／又は設計により、ダンパー又は減衰構造は、異なる軸に沿って、異なる応力歪み応答を提供できる。従って、各々の方向の減衰構造の応力歪み応答を、予期される状態に合わせて調整できる。従って、減衰構造を、少なくとも１つの、望ましくは全ての、持ち上げ（垂直）力、ピッチ（回転）力及び打ち寄せ（側面）力に異なる応答を持つことに合わせて調整できる。実際に、圧縮性減衰部材と伸張性減衰部材の組み合わせができるように、圧縮性減衰部材と伸張性減衰部材の両方とも提供できる。
一実施の形態において、打ち寄せ（側面）力を減衰するために配設された減衰部材を、波動エネルギー変換器の最大の側面応答を制限するために用いる。減衰効果ができるだけ打ち寄せ力のみに適用するように、減衰部材を、適切に位置づけ又は整列する。（波動エネルギー変換器の構成部品間の）持ち上げ（垂直）力を減衰するために配設された追加の減衰部材を、波動エネルギー変換器の最大の垂直伸張を制限するために用いることができる。同様に、減衰効果が持ち上げ力のみに適用するように、減衰部材を、位置づけ又は整列する。波動エネルギー変換器に作用する別々の力に対する独立の制御により、減衰構造の全部の応答が、波動エネルギー変換器を保護するために、状態に合わせてもっと正確に調整できる。
本発明は、既知の波動エネルギー変換器に対して、いくつかの有利な点を提供する。減衰構造の性質は、強化した構造的安定性及び弾力性を提供し、暴風波浪による波動エネルギー変換器の破壊を防止する。
その構造も、もっと効率的なエネルギーの獲得を提供する。大洋の波は、決して単一の周波数ではなく、主周波数成分に加えて、常に、より高周波数成分を含む。主周波数成分は、海の状態と共に変化し、いくつかの波動エネルギー変換器は、この周波数に合わせるように、それらの応答を調整できるが、わずかの波動エネルギー変換器しか、単一の海の状態内で、より高周波の波の成分からエネルギーを獲得するために、十分に速く反応できない。減衰部材は、波のより高周波成分に反応でき、それにより、波動エネルギー変換器が波のより高周波成分からエネルギーを獲得できる。従って、減衰部材は、エネルギー保存装置として作用でき、波から取得したエネルギーを一時的に保存し、これによって、波動エネルギー変換器と関連するパワーを取り出す装置へエネルギーをフィードバックできる。強化した構造的安定性と弾力性とにより利用可能になる追加の海の状態から、更なるエネルギーの獲得を強化できる。
本発明は、現在の波動エネルギー変換器に対して、追加の有利な点も提供する。減衰部材（又は複数の減衰部材）は、望ましくは、側面成分と垂直成分の両方とも有する反対力を加え、従って、可動部材を真っすぐにするように自動的に作用し、従って、使用時に、波に対し最適なアラインメントを維持し、すなわち、波の進行方向に一般的に垂直にする。このことは、波動エネルギー変換器の可動部材と固定部材との間の角度差からの応力により引き起こされる波動エネルギー変換器の結合システムに対する損害のリスクを減少する。
好ましい実施の形態において、固定部材は、前記波動エネルギー変換器の可動部材の周りに実質的に同心円状に配置するのに適合した実質的に堅い輪である。輪は、円、正方形、長方形又は他のいかなる多角形を含む、いかなる適当な形状であってもよい。
固定部材は、複数の連結したセグメントを有していてもよい。代替的に、固定部材は、少なくとも１つの他の波動エネルギー変換器を有していてもよい。いくつかの波動エネルギー変換器は、相互に接続してラフト様構造を形成してもよい。波動エネルギー変換器を堅くできる固定部材により連結できる。代替的に、波動エネルギー変換器を減衰部材により連結できる。
固定部材のサイズとプロファイルを輪により与えられる下への押し込みを最大にするように選択する。波動エネルギー変換器の可動部材が波の最も高い位置にある時、固定部材と可動部材との間でなす角度は、約４５°以下であることが望ましい。これは、可動部材に加えられる力の垂直成分を最大化するが、一方、側面の打ち寄せ力に反作用する十分な水平方向の反対力を与える。
単一の接続していない波動エネルギー変換器に対して、波動エネルギー変換器の可動部材と輪の間の著しい相対運動を保証するため、固定部材は比較的大きい直径をもつ輪が好ましい。例えば、波の高さの変化が５ｍと８ｍの間である波の状態の波動エネルギー変換器に対して、適切な輪の直径は、１０ｍと２０ｍの間である。一般的に、輪のサイズは波の高さに基づく。持ち上げを制限するための反対力の大きな垂直成分（より小さい輪）と打ち寄せを是正するための十分な側面力（より大きい輪）との間のバランスを保証するように、輪のサイズを選択できる。
複数の相互に接続している波動エネルギー変換器に対して、必要な角度を達成するために、小さい輪の直径にとっての要件と、輪と浮きとの間の相互作用を避けることと持ち上げを是正することとのために、より大きい輪の直径にとっての要件とのバランスを取ることが必要である。
好ましくは、固定部材が大洋の水面のちょうど下を浮動するように、固定部材のサイズと形状を選択する。一実施の形態において、固定部材は、波動エネルギー変換器の可動部材が水中にある位置の約３ｍ下で浮動するように配置された輪である。
減衰部材は、加えられる力に応じて、可逆性の変形ができる可とう性材料を有することができる。その材料は、非線形の弾性材料であってもよい。減衰部材は、可逆性の非線形応力歪み応答を示す弾性的に変形できる材料を有することができる。本発明の様々な実施の形態によれば、減衰部材は、非フックのバネ、ゴム材料、粘弾性材料又は生体高分子を有することができる。そのような材料の例は、ポリウレタン、エイヴリィ（Avery）FT1125及びビメンチンである。減衰部材は、膨張性の材料を有してもよい。
減衰部材は、選択的に織り合わされた複数の束ねたより線を有する材料を備えることができる。より線は筋繊維に類似であってもよい。結果として得られる複合材料が望ましい非線形の応力歪み特性を有するように、前記より線を、複数の異なる材料から形成してもよい。
減衰部材は、シート又は膜の材料を備えていてもよい。シート又は膜の材料は穿孔されていてもよい。シート又は膜の材料は複数の層を備えていてもよい。層は、マットレス型の構造を形成してもよい。バルブ又は電子装置をシート内に設け、エネルギーの獲得又は波の状態の検知ができる。
減衰部材は、複合材料を備えていてもよい。シートの材料は、例えば、エポキシ樹脂の複合粘弾性の構造のような多数の層を備えることができる。
減衰部材は、可逆性の非線形応力歪み応答を与えるように動作する能動的応答システムを備えることができる。システムは、波の状態を検知して、波の状態の情報を前記能動的応答システムに与えるためのセンサを備えることができ、それにより、検知した波の状態に応じて、前記能動的応答システムの動作を修正する。一実施の形態において、能動的応答システムは、マイクロプロセッサ制御張力システムを備える。センサを固定部材上に備え、検知した状態に応じて、張力システムの動作を修正する。システムは、ローラー上に配設された、例えば、鋼製ケーブルのようなケーブルを備えることができる。可逆性の非線形応力歪み応答を検知した状態に与えるために、前記ローラーを用いて前記ケーブルの張力を変更する。この配設の有利な点は、システムのメンテナンスが必要な際に、ケーブル上の張力を増加でき、その結果、波動エネルギー変換器の要素の最小限の動きが許されることである。
減衰部材は、必要な非線形応力歪み特徴を示す他の材料だけでなく、上述の材料の組み合わせを含むことができる。
第２の側面によれば、本発明は、可動部材と、第1の固定部材と、波の運動に応答して、前記可動部材と前記固定部材との間の相対的運動をエネルギーに変換するため、前記可動部材と前記固定部材との間に設けられた結合部とを備えた、波動エネルギー変換器であって、該波動エネルギー変換器は、更に、第2の固定部材と、前記可動部材と前記第2の固定部材との間に配設され、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材とを備える、波動エネルギー変換器に関する。
本発明の第３の側面によれば、可動部材と、固定部材と、波の運動に応答して、前記可動部材と前記固定部材との間の相対的運動をエネルギーに変換するため、前記可動部材と前記固定部材との間に設けられた結合部とを備えた、波動エネルギー変換器であって、前記結合部は、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材を備える、波動エネルギー変換器を提供する。
一実施の形態において、本発明の第３の側面による波動エネルギー変換器の固定部材は、可動部材の周りに実質的に同心円状に配置した輪を備える。可動部材と（波の動きに対して抵抗性がある）輪との間の相対運動の形のエネルギーを減衰部材により保存でき、電気エネルギーに変換できる。
他の実施の形態において、減衰部材を複数の電子歯により供給する。可動部材と固定部材との間の相対運動が他のセットに対する１つの歯のセットの動きを引き起こすように、歯は2つのセットで配置され、従って、誘導により電気エネルギーを発生する。
本発明に従う、波動エネルギー変換器用の減衰構造のいくつかの実施の形態を、添付の図面を参照して以下に記載する。
図１は、可逆性の非線形応力歪み応答を有する材料に対する反対力対加えられる力を示すグラフである。 図２は、本発明の一実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図３は、図１の波動エネルギー変換器の上面図である。 図４は、図１の波動エネルギー変換器の側面図である。 図５は、本発明による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の概略図である。 図６ａは、暴風波浪のピークで波動エネルギー変換器の浮きに及ぼされる力の概略図である。 図６ｂは、通常波のピークで波動エネルギー変換器の浮きに及ぼされる力の概略図である。 図６ｃは、暴風波浪の谷で波動エネルギー変換器の浮きに及ぼされる力の概略図である。 図７は、本発明による減衰構造の代替の実施の形態の概略図である。 図８は、相互に接続した波動エネルギー変換器の配列の概略図である。 図９は、本発明の一実施の形態による代替の減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１０は、本発明の他の実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１１は、本発明の更に他の実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１２は、本発明の他の実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１３は、本発明の更に他の実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１４は、本発明の他の実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１５は、本発明の一実施の形態による減衰構造を備えた二重の水面貫通の波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１６は、図１５の波動エネルギー変換器の断面斜視図である。 図１７は、本発明の一実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の断面斜視図である。 図１８は、本発明の他の実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図１９は、本発明の一実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の断面斜視図である。 図２０は、本発明の一実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図２１は、本発明の一実施の形態による減衰構造を備えた波動エネルギー変換器の斜視図である。 図２２は、可逆性の非線形応力歪み複合応答を有する減衰部材に対する応力対歪みを示すグラフである。
図２〜４を参照して、本発明による減衰構造２を備えたポイント吸収装置タイプの波動エネルギー変換器１を示す。このタイプの波動エネルギー変換器は、波の状態の間の大洋表面の垂直方向の動き、すなわち、波動エネルギー変換器の位置における水柱の変化する高さ、により引き起こされるエネルギーを吸収する。本発明の構造は他のタイプの波動エネルギー変換器に等しく適用できる。
波動エネルギー変換器１は、可動の吸収部材又は浮き３と第１の固定部材４とを備える。第１の固定部材４は、海底に固定する、又はつなぐことができるか、又は、例えば、浮きバラストのような、波の動きに応じての実質的な動きを防止する固有慣性を供給するのに、単に、十分に重くできる。使用時、第１の固定部材４を大洋表面下に沈める。可動部材３の浮力を大洋表面の上又は近くに可動部材が浮くように選ぶ。連結部又は結合部５を可動部材３と第１の固定部材４との間に備える。連結部５は、可動部材３と第１の固定部材４との間の相対的運動を電気エネルギーに変換するパワーを取り出す装置を備える。パワーを取り出す装置は、例えば、線形発電機であってもよい。
減衰構造２は、第２の固定部材６と減衰部材７とを備える。第２の固定部材６は、波動エネルギー変換器１の浮き３の周りにほぼ同心円状に配置したほぼ堅い外輪である。減衰部材７は、浮き３と外輪６との間に配置され、歪み挙動に対する可逆性の非線形又は非フックの応力を有する複数のバネ８を備える。
使用時、第１の固定部材又は浮きバラスト４を大洋表面下に沈めるように、波動エネルギー変換器を配置する。大洋表面の上又は近くに可動部材が浮くように可動部材３を配置する。大洋の波１０が波動エネルギー変換器１に近づくにつれ、可動部材の浮力は可動部材が大洋表面と共に上へ動くことを引き起こす。第１の固定部材４は、波の動きに抵抗力があり、従って、ほぼ動かないままでいる。可動部材３は、従って、第１の固定部材４に相対的に動く。パワーを取り出す装置は、この相対的運動を電気エネルギーに変換する。
波１０が波動エネルギー変換器１を通過するにつれ、可動部材３は第１の固定部材４に相対的に下へ動く。パワーを取り出す装置は、この相対的運動も電気エネルギーに変換する。
各々の場合における可動部材３の運動は、減衰構造２に力を及ぼす。外輪６は、波の動きに抵抗力があり、従って、ほぼ動かないままでいる。図５に示すように、波１０が波動エネルギー変換器１を通過する時に、浮き３の上への動きは上への持ち上げ力FUを減衰部材７のバネ８に及ぼす。波の前進運動も、側面の打ち寄せ力FHを波動エネルギー変換器１に及ぼす。暴風波浪に応じ、減衰部材７のバネ８は抑制する反対力FCを浮き３に及ぼす。抑制する反対力は、垂直成分FC,Yと水平成分FC,Xとを有する。反対力の垂直成分は、波が加える上への持ち上げ力FUに反作用をし、一方、反対力の水平成分は、波が加える側面の打ち寄せ力に反作用をする。
抑制する反対力は、加えられる力と加えられる力の変化率との両方に関して、非線形に増加する。図６ｂに示すように、通常の波に対して、抑制する反対力は非常に弱く、波に応じての浮き３の動きは、ほぼ、影響されない。しかし、例えば、暴風波浪の場合のように、加えられる力（又は加えられる力の変化率）が閾値を超える時、図６ａと６ｃに示すように、抑制する反対力はもっとより強く、それによって、浮き３の極端な動きを防止している。バネ８の非線形の応力歪み応答を、波の大きさと速度に対し閾値に到達するように選択し、そうでなければ、波動エネルギー変換器１の破壊を引き起こし易くなる。適切な抑制する反対力の適用は、それによって、浮き３と第１の固定部材４との間の連結部５の破壊を防止する。
減衰部材７は、入射波のより高い周波数に反応できるので、減衰構造２も、より効率的なエネルギー取得を提供する。これにより、波動エネルギー変換器が波のより高い周波数からエネルギー取得を可能にする。減衰部材７は、エネルギー保存装置として動作し、波から取得したエネルギーを一時的に保存し、波動エネルギー変換器１のパワーを取り出す装置へエネルギーをフィードバックする。
更に、減衰部材７は、横成分と垂直成分との両方を持つ反対力を適用するため、従って、減衰部材７は、自動的に可動部材３を真っすぐにするように作用する。これにより、波動エネルギー変換器１が大洋中で傾いた位置又は方向付けられるのを防止し、従って、波に対し最適な配列を維持する。これは、波動エネルギー変換器の可動部材３と固定部材４との間の角度差から応力により引き起こされる波動エネルギー変換器１の結合システム５への破損の危険を減少する。
図７を参照して、本発明による減衰構造の代替の実施の形態を説明する。減衰部材７は、可逆の非線形の応力歪み応答を提供するために動作可能な能動応答システムを備える。能動応答システムは、マイクロプロセッサ制御張力システムを備える。システムは、ローラー又はスプール１１に配置した、例えば、スチールケーブルのようなケーブル１２を備える。センサーをスプール１１上に備えることができ、回転速度と位置を検出する。ローラー１１を用いてケーブル１２上の張力を変えて、検知状態に可逆の非線形の応力歪み応答を与える。代替の実施の形態において、ケーブル１２は堅い、可塑性のある、又は非線形の材料を有してもよい。
図８に示すように、本発明による減衰構造を備えるいくつかの波動エネルギー変換器を、相互に接続することができラフト様構造を形成する。波動エネルギー変換器を堅くできる固定部材により相互に接続することができる。代替的に、波動エネルギー変換器を減衰部材により相互に接続することができる。
図９を参照して、本発明による減衰構造９２を備えたポイント吸収装置タイプの波動エネルギー変換器９１を説明する。図２〜４を参照して上記で説明したように、波動エネルギー変換器９１は、可動の吸収部材又は浮き９３と第１の固定部材９４とを備える。上記のように、可動部材９３と固定部材９４との間に連結部又は結合部９５を備える。減衰構造９２は、第２の固定部材９６と減衰部材９７とを備える。上記のように、第２の固定部材９６は、波動エネルギー変換器９１の浮き９３の周りにほぼ同心円状に配置したほぼ堅い外輪である。減衰部材９７は、浮き９３と外輪９６との間に配置され、歪み挙動に対する可逆性の非線形又は非フックの応力を有する複数のバネ９８を備える。
図９の減衰構造９２は、波動エネルギー変換器９１に持ち上げ（垂直）力からの強化した保護を与える。波動エネルギー変換器が停止している時、第２の固定部材９６は、浮き９３の下にあり、それゆえに、減衰部材は浮き９３に対し鋭角で配置されている。従って、減衰部材は横方向よりも垂直方向にもっと強い反対力を及ぼすことができ、それにより、波動エネルギー変換器に過度の持ち上げ力からの強化した保護を与える。同様の方法で、特定の予期される波動エネルギー変換器の相対運動に対処するために、個々のダンパーを置くことができ、又は整列できる。
図１０は、本発明による減衰構造１０２を備えたポイント吸収装置タイプの波動エネルギー変換器１０１を示す。図９のように、波動エネルギー変換器１０１は、可動の吸収部材又は浮き１０３と、第１の固定部材１０４と、可動部材１０３と固定部材１０４との間の連結部又は結合部１０５とを備える。減衰構造１０２は、第２の固定部材１０６と減衰部材１０７とを備える。図９のように、第２の固定部材１０６は、波動エネルギー変換器１０１の浮き１０３の周りにほぼ同心円状に配置したほぼ堅い外輪であり、減衰部材１０７は、図示のように、複数のダンパー１０８を備える。
図１０の減衰構造１０２は、波動エネルギー変換器１０１にピッチ力からの強化した保護を与える。ダンパー１０８を２つ１組で配置し、各々の対の１つのバネを浮き１０３のトップに取り付け、他方のバネを浮き１０３の下部に取り付ける。ピッチ力は重力の中心（又は水位線）の周りに波動エネルギー変換器の回転を引き起こす。波からのピッチ力は浮き１０３がこの点の上で回転することを引き起こす。この力に反作用をするために、回転の中心からある距離で反対力を及ぼすために、ダンパー１０８を用いる。反対力を及ぼす点と回転の中心との間の距離が大きくなればなるほど、ますますピッチ力に反作用するのに必要な減衰力は小さくなる。
図１１は、図９に示したものと類似の波動エネルギー変換器１１１を示す。図１１の減衰構造１１２は、波動エネルギー変換器１１１に打ち寄せ（側面）力からの強化した保護を与える。上記の実施の形態のように、ダンパー１１８を一端１１９において第２の固定部材１１６に接続する。しかし、他端１１１０において各々のバネ１１８を浮き１１３に接触させるが、固定して取り付けていない。バネの端１１１０にローラー１１１１を備えることにより、浮き１１３を垂直方向（すなわち、バネに垂直）に自由に動かすことができるが、ダンパーは、浮きが（打ち寄せにより）横方向に動けば、減衰力を及ぼす。この配置は、減衰構造を単一方向のみに機能させることができ、浮きを他の方向に自由に動くようにする。従って、他の方向の動きを制御するためには、追加のダンパーを用いることができる。
代替の実施の形態において、ローラーを、バネを単一方向に自由にスライドさせる他の要素に置き換えることができる。
図１２は、図９と１１の特徴を組み合わせた波動エネルギー変換器１２１を示す。減衰構造１２２は、波動エネルギー変換器１２１を過度の持ち上げ力と打ち寄せ力から保護する。この配置により、減衰構造により働く反対力を異なる方向に独立に調整できる。これにより、特定方向の望ましくない又は過度の力に、垂直な力に影響を与えず、かつ、非垂直な力により少ない影響を与える反作用力を及ぼすことができる。本実施の形態において、波動エネルギー変換器１２１は、輪１２６ａ、１２６ｂの形の２つの追加の固定部材を含む。
代替の実施の形態において、両方の固定部材１２６ａ、１２６ｂを単一の要素に結合できる。代替的に固定部材を多数の固定部材に分割できる。図１２に示す配置は、どのアラインメントの使用にも適用できる。
図１３は、減衰構造１３２が、波動エネルギー変換器を過度の打ち寄せ力とピッチ力から保護する波動エネルギー変換器１３１を示す。この配置において、図１０のようにダンパーを２つ一組で配設する。しかし、各々のダンパー１３８は、その一端にローラー１３１１を備えることにより、浮きは垂直方向に自由に動くことができる。従って、ピッチ力と打ち寄せ力を制御するために、ダンパー１３８を用いる。図示の実施の形態において、単一セットのダンパーにより、ピッチ力と打ち寄せ力を共に制御する。しかし、打ち寄せ力から保護するダンパーとピッチ力から保護するダンパーとを分離するために、中間の減衰構造を提供することにより、２つの力を分離して制御できる。外側の減衰構造が、中間構造を打ち寄せ力から保護する一組のダンパーを備え（例えば、図１１に示すように）、一方、中間の減衰構造は浮き（及び従って波動エネルギー変換器）をピッチ力から保護するダンパーを備えている（例えば、図１０に示すように）。
図１４は、減衰構造１４２が、波動エネルギー変換器をピッチ力と打ち寄せ力の組み合わせだけでなく、過度の持ち上げ力から保護する波動エネルギー変換器１４１を示す。図１３のように、ピッチ力と打ち寄せ力を一緒に制御する。垂直に間隔をあけた２つ一組のダンパー１４８ａを備えている。ダンパー１４８ａの一端１４９を固定部材１４６に接続する。ダンパーの他端１４１１にローラー１４１０を備えることにより、浮き１４３に沿ってダンパー１４８ａは垂直方向に自由に動くことができる。浮き１４３及び固定部材１４６に接続されたダンパー１４８ｂにより、持ち上げ力を制御する。
図１５及び１６は、本発明による減衰構造を含む二重の水面貫通の波動エネルギー変換器を示す。その配置は図１４に示すものと類似している。波動エネルギー変換器１５１は、中心の浮き１５３及び外側の部材すなわち「ドーナツ」１５４を備えている。浮き１５３及びドーナツ１５４は、波の運動に対し異なる周波数応答を示すため、波動エネルギー変換器に入射する波に対し異なる応答をする。これにより構成部品間での相対運動を引き起こし、そこからエネルギーを獲得できる。本実施の形態において、減衰部材１５８を浮き１５３とドーナツ１５４との間に配設し、それらの間の相対運動を減衰する。図１４を参照して上述したように、本実施の形態のダンパーは、波動エネルギー変換器への持ち上げ力、打ち寄せ力及びピッチ力を制御する。ダンパーは、浮き１５３とドーナツ１５４との衝突を引き起こすピッチ力と打ち寄せ力から波動エネルギー変換器を保護し、構成部品間で許される最大の持ち上げ力の拡張を制御する。
図１７は、減衰構造が、波動エネルギー変換器を過度の打ち寄せ力から保護する減衰構造を備えた波動エネルギー変換器１７１を示す。減衰構造は複数のダンパー１７８を備えるため、いずれか１つのダンパーに及ぼされる最大の力は減少する。ダンパー１７８は、内側の端１７１０において、ローラー又は低摩擦装置１７１１を備えており、（浮きに固定されていないので、）圧縮状態でダンパーは機能できる。
図１８は、減衰構造１８２を備えた波動エネルギー変換器１８１を示す。この波動エネルギー変換器は、図１５及び1６に示すものと類似している。その構造は、中心の浮き１８３とドーナツ１８４の間の狭い空間に収まっている複数のより長いダンパーを備えている。望ましい応答を達成するために長いダンパーを必要とするが、波動エネルギー変換器の構成部品間の狭い空間によりダンパーを配設できる方法が制限される場合に、この配置は特に有用である。浮き１８３及び１８４間に回転力が働くことを避けるために、この配置は、通常、ダンパーを２つ一組で配設することを必要とする。
図１９は、浮き１９３及び海底に付着したシャフト１９４を備えた波動エネルギー変換器１９１を示す。シャフト１９４を堅く海底に付着することもできるし、又は、フレキシブルジョイント又はケーブルにより付着することもできる。浮き１９３は、水面を貫通できるし（すなわち、部分的に、水面下に沈める）又は水面下にすることもできるし、波が波動エネルギー変換器に（又は波動エネルギー変換器の上に）入射する時に、シャフトに対して動く。減衰構造１９２は、浮きとシャフトとの間に取り付けられた複数のダンパーを備え、浮きとシャフトとの間の相対運動を制御する。図面に示されているように、二対のダンパーを配設して、波動エネルギー変換器のピッチと打ち寄せを修正する。これらのダンパーは、一端において浮き１９３の内側に接続し、他端においてローラーを備え、シャフト１９４に対して垂直方向に自由に動くことができる。更に、二対のダンパーを配設して、持ち上げを修正する。第1のダンパーの対を浮き１９３の下端とシャフト１９４の下端との間で接続する。波の運動により浮き１９３が上へ動く時、第1のダンパーの対は浮きに下向きの減衰力を及ぼす。この第1のダンパーの対は、シャフト１９４の上端と浮き１９３の最上端との間で接続することで代替できる。第２のダンパーの対をシャフトの上端と浮きの下端との間で接続する。波の運動により浮きが下へ動く時、第２のダンパーの対は浮きに上向きの減衰力を及ぼす。
図２０は、上部部材２０３及び下部部材２０４を備えた波動エネルギー変換器２０１を示す。上部部材２０３と下部部材２０４とをフレキシブル管２０５により接続する。波が波動エネルギー変換器２０１に入射すると、上部部材と下部部材とは、互いに対して動く。これは、水をフレキシブル管に送り出して、フレキシブル管を絞り、緩める。送り出される水を用いて波動エネルギー変換器からエネルギーを獲得する。減衰構造２０２は、上部部材２０３と下部部材２０４との間で接続された複数のダンパー２０８を備える。ダンパー２０８は最大の拡張（及び／又は波動エネルギー変換器の拡張変化率）を制限し、それにより、波動エネルギー変換器のフレキシブル管を過度の力から保護する。
図２１は、水面上に浮かぶように設計された２つの浮き部材２１３及び２１４を備えた水面に浮かぶ波動エネルギー変換器２１１を示す。浮きは、互いに対して全ての方向に旋回できる。波動エネルギー変換器に入射する波は、各々の浮きにピッチ、持ち上げ及び打ち寄せを引き起こして、浮きの間に相対運動を引き起こす。２つの浮きの間の回転軸に、ダンパー２１８を備えて、制御される浮きの間の最大の延長及び延長率を制御する。ダンパーは、伸張性があるか、又は、圧縮性があるか、又は、両方の混合であるか、のいずれかにできる。
単語「備える／備えている」、及び、単語「有する／含む」は、本発明を、ここで、言及するのに用いる際に、記載の特徴、整数、ステップ又は構成部品の存在を特定するために用いるが、本発明の１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成部品又はグループの存在又は追加を除外するものではない。
明確にするために、別々の実施の形態の文脈で記載された発明の一定の特徴は、組み合わせて単一の実施の形態にすることができる。反対に、簡潔のために、単一の実施の形態の文脈で記載された発明の様々な特徴は、分離して又は適切なサブコンビネーションにすることができる。

Claims (35)

  1. 波動エネルギー変換器の波運動に対する反動運動を減衰するためのダンパーであって、
    波動エネルギー変換器の反動運動を減衰するために設けられた、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰エネルギー吸収装置を備えたダンパー。
  2. 波動エネルギー変換器用の減衰構造であって、
    該減衰構造は、
    第1の部材と、
    可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材とを備え、
    該減衰部材は、前記第1の部材と、第２の部材又は波動エネルギー変換器の浮きとに接続可能である減衰構造。
  3. 波動エネルギー変換器用の減衰構造であって、
    該減衰構造は、
    固定部材と、
    可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材とを備え、
    該減衰部材は、前記固定部材と、波動エネルギー変換器の可動部材又は浮きとに接続可能である減衰構造。
  4. 請求項２または請求項３に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、可逆性の非線形応力歪み複合応答を有する減衰構造。
  5. 請求項４に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、複数の要素を備え、
    前記複合応答は、複数の要素の各々の応答の組み合わせである減衰構造。
  6. 請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、受動的である減衰構造。
  7. 請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    固定部材は、前記波動エネルギー変換器の可動部材の周りに実質的に同心円状に配置するのに適合した実質的に堅い輪である減衰構造。
  8. 請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    固定部材は、複数の連結した部分を備える減衰構造。
  9. 請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    固定部材は、少なくとも１つの他の波動エネルギー変換器を備える減衰構造。
  10. 請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    固定部材は、前記波動エネルギー変換器の固定部材に接続可能である減衰構造。
  11. 請求項２から請求項１０のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、加えられた力に応答して、可逆的に変形できる柔軟な材料を備える減衰構造。
  12. 請求項１１に記載の減衰構造であって、
    前記材料は、非線形の弾性材料である減衰構造。
  13. 請求項２から請求項１２のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、非フックのバネを備える減衰構造。
  14. 請求項２から請求項１３のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、ゴム又はポリウレタン材料を備える減衰構造。
  15. 請求項２から請求項１４のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、粘弾性材料を備える減衰構造。
  16. 請求項２から請求項１５のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、生体高分子を備える減衰構造。
  17. 請求項１６に記載の減衰構造であって、
    前記生体高分子は、ビメンチンである減衰構造。
  18. 請求項２から請求項１７のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、筋繊維に類似の複数の束ねたより線を有する材料を備える減衰構造。
  19. 請求項１５に記載の減衰構造であって、
    結果として得られる複合材料が望ましい非線形の応力歪み特性を有するように、前記より線を、複数の異なる材料から形成する減衰構造。
  20. 請求項２から請求項１９のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、シートの材料を備える減衰構造。
  21. 請求項２０に記載の減衰構造であって、
    前記シートの材料は、多数の層を備える減衰構造。
  22. 請求項２０または請求項２１に記載の減衰構造であって、
    前記シートは、穿孔されている減衰構造。
  23. 請求項２から請求項２２のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、複合材料を備える減衰構造。
  24. 請求項２３に記載の減衰構造であって、
    前記複合材料は、エポキシ樹脂の複合粘弾性構造である減衰構造。
  25. 請求項２から請求項２４のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    該減衰構造は、複数の減衰部材を備え、
    前記減衰構造が、異なる軸に沿って異なる応力歪み応答を与えるように、各々の減衰部材を、実質的に単一の軸に沿って、前記波動エネルギー変換器の動きを減衰するために配置する減衰構造。
  26. 請求項２から請求項２５のいずれか一項に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、可逆性の非線形応力歪み応答を与えるように動作する能動的応答システムを備える減衰構造。
  27. 請求項２６に記載の減衰構造であって、
    該構造は、波の状態を検知して、波の状態の情報を前記能動的応答システムに与えるためのセンサを更に備え、
    それにより、検知した波の状態に応じて、前記能動的応答システムの動作を修正する減衰構造。
  28. 請求項２６または請求項２７に記載の減衰構造であって、
    前記減衰部材は、ローラー上に配設されたケーブルを備え、
    可逆性の非線形応力歪み応答を検知した状態に与えるために、前記ローラーを用いて前記ケーブルの張力を変更する減衰構造。
  29. 可動部材と、
    固定部材と、
    波の運動に応答して、前記可動部材と前記固定部材との間の相対的運動をエネルギーに変換するため、前記可動部材と前記固定部材との間に設けられた結合部とを備えた、波動エネルギー変換器であって、
    該波動エネルギー変換器は、更に、
    第2の固定部材と、
    前記可動部材と前記第2の固定部材との間に配設され、繰り返し可能な非線形応力歪み応答を有する減衰部材とを備えることを特徴とする、波動エネルギー変換器。
  30. 可動部材と、
    固定部材と、
    波の運動に応答して、前記可動部材と前記固定部材との間の相対的運動をエネルギーに変換するため、前記可動部材と前記固定部材との間に設けられた結合部とを備えた、波動エネルギー変換器であって、
    前記結合部は、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材を備えることを特徴とする、波動エネルギー変換器。
  31. 第1の可動部材と、
    第２の可動部材と、
    波の運動に応答して、前記第1の可動部材と前記第２の可動部材との間の相対的運動をエネルギーに変換するため、前記第1の可動部材と前記第２の可動部材との間に設けられた結合部とを備えた、波動エネルギー変換器であって、
    前記結合部は、可逆性の非線形応力歪み応答を有する減衰部材を備えることを特徴とする、波動エネルギー変換器。
  32. 相互に接続してラフト様構造を形成する、複数の波動エネルギー変換器を備える、波動エネルギー変換システム。
  33. 添付図面の図2から図4を参照して及び／又は図解して上文に実質的に記載した、波動エネルギー変換器用の減衰構造。
  34. 添付図面の図2から図4、図９から図１4のいずれか1つ、図１５と図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、又は、図２１を参照して及び／又は図解して上文に実質的に記載した、波動エネルギー変換器。
  35. 添付図面の図2から図4、図７、図９から図１4のいずれか1つ、図１５と図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、又は、図２１を参照して及び／又は図解して上文に実質的に記載した、波動エネルギー変換器用の減衰構造。
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