JP2010537099A

JP2010537099A - 波力発電システム

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Inventors: ドラジック・マイル
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Abstract

【課題】
【解決手段】本開示は、電気エネルギーを生成するための経済的で環境的なプロセスに関する。本開示によれば、波浪エネルギーを変換することによって電気エネルギーが生成される。例示的な実施形態において、伝達システムの使用によって、誘導コイルの中の磁石を直線的に移動させる、または浮動体の上下運動を電気を発生する発電機の円運動に変換する浮動体を水波が持ち上げる。エネルギー発生システムは、運動をロータリまたはリニア発電機に伝達する可撓性または不撓性伝達シャフトを含む。本開示は、海底への固定支持部を備える電気を生成するためのシステムおよび、電気を生成するためのシステムの上方に配置された伝達シャフトに結合されたロータリまたはリニア発電機とともに側部および中心浮動体を備えるシステムを含む。
【選択図】図１３

Description

本開示は一般に、波からのエネルギーの利用および、波の直線運動を電気を生成する発電機の作動運動に変換することに関する。本開示によれば、このシステムは、水波の直線運動を発電機の円運動または直線運動のいずれかに変換するために浮動作業体を使用する。

本開示は以下の質問に答える。すなわち、波浪エネルギーを電気エネルギーに変換するためのシステムの構築のための最も実用的な解決策は何か。

電気エネルギー生成のための近代システムは極めて高額であり、それらの多くは再生不能な化石燃料を使用し環境をかなり汚染する。地球は地球温暖化および温室効果によって危険にさらされている。これは自然の再生可能な波浪エネルギーの利用による電気エネルギー生成の問題につながる。

今日、波浪エネルギーは、実験的以外に電気エネルギーの生成に使用されていない。発電所はタービンのための運転力として使用される利用可能な鉱石の量によって制限されていると同時に、それらは大きな環境汚染源である。原子力発電所は大きなエネルギー源であるが、それらが損害を受けた場合（例えばチェルノブイリや米国のいくつかのプラント）、それらは極めて危険になり得る。大気中に大量の水蒸気を放出することによって、それらは地球規模の汚染を増大させ、また核廃棄物処分に関する極めて深刻な問題も存在する。

一方、電気は川や湖のダムに建設された発電所において生成されている。しかし、それらの発電所の建設は複雑で高額である。沿岸国はこの供給源を発電に使用することができない。これらの国の唯一の解決策は波浪エネルギーの利用である。

波浪エネルギーを発電に利用するこれまでの試みは、いくつかの特定の短所のために成功せず、実施に移されてこなかった。

１９２１年の特許文献１は、大きなエネルギー損失を生じる多数のギヤにより、極めて複雑な方式でプラットフォームを上下に移動させるために波浪エネルギーを使用する試みであった。これは結果として極めて低い電力の出力に終わった。プラットフォームの限られた自由運動、起こり得る引っかかり、衝撃および事故のために、この特許はまったく実施に移されなかった。この特許の機関は多数の部品から構成され、プラットフォームは相当な慣性を伴う極めて重いものである。

また、１９９８年の特許文献２というような他のいくつかの試みは、波からのエネルギーを発電機の動力源となるポンプを動作させるために利用する興味深い例である。この発明においてポンプは、電気を発生する発電機にパイプを介して海水を送っている。

同様に、特許文献３および特許文献４の両方は、電磁石の直線運動を利用することによって電気エネルギーを生成する試みであった。しかし、予備部品を製造するための費用が高く、誘導発電機が水面下にあるため、そのことが製造および利用コストを増大させたため、保守管理が高額で複雑であった。

前の特許と比べて、これらは確かにかなり良好であったが、やはり未完成であった。

前の発明と比較すると、これらの発明は、水力を最大限利用して、伝達システムにおける損失を最小限として電気エネルギーに変換するため、優れた発明である。相互に配置構成された浮動体の組によって、水波エネルギーが最大限利用され、海は「アイロンがけされる」。

誘導コイル磁石は浮動体に直接接続される。ロータリ発電機を用いた構成により、一方向クラッチを使用することにより伝達システムにおける損失を最小限とすることができる。

米国特許第１３９３４７２号明細書米国特許第５７１０４６４号明細書米国特許第４２３２２３０号明細書米国特許第４６７２２２２号明細書

本発明は、水の波動を高い効率で発電機の運動に変換することを可能とする電気エネルギーを生成するためのシステムである。このシステムを組み立てるために必要な装置および構成要素は周知で安価であり、経済的な生産により製作または集成することができる。

誘導発電機が水面下に配置される前述の特許文献３および特許文献４とは対照的に、本願発明者らの発明では、誘導発電機は水面上に、例えば浮動作業体の上方に配置され、上述の米国特許のように浮動作業体の下側に配置されるものではない。

本件のエネルギー発生システムは、浮動体、伝達シャフト、システムを海底に固定するためのユニット、電気エネルギーを生成するための装置を備えた梁(beam)を含む。特許文献１とは逆に、電気エネルギー生成のためのシステムは浮動体に配置されるのではなく、固定支柱に配置される。このようにして、浮動体の直線運動を回転運動に変換するためのシステムは、より少ない機械部品により、また回転モーメントを両方向ではなく一方向だけ伝達する一方向クラッチにより、よりいっそう単純となる。本願発明者らの発明と他の言及した特許との間にはいかなる類似性もない。

浮動体は水面で浮動し、固定部品（２または３本の支柱）の間に配置され、波の作用を受けて上下に動く。可撓性または不撓性とすることが可能な伝達シャフトは、浮動体に固定される。伝達シャフトは運動を電気エネルギー生成のための発電機に伝達する。誘導コイルまたは発電機のいずれかを使用することにより、電気エネルギーを生成することができる。

誘導コイルにおける磁石の運動は可撓性伝達シャフトまたは不撓性伝達シャフトのどちらかによって浮動体の運動と直接関連づけられる。誘導コイルは水面上かつ作業体の上方に配置される。この構成は、電気エネルギー生成の最も単純な方式である。

エネルギー発生システムは、浮動体が波の作用を受けて上下に移動できるようにすることによって電気エネルギーを生成する。浮動体は、伝達シャフトによって発電機と直接接続されているので、誘導コイルにおける磁石に直線運動発生させ電気エネルギーを生成させる。または、伝達シャフトの直線運動をロータリ発電機による円運動に変換してもよい。

この発電機システムにより、浮動体の運動は、伝達システムにおける損失を最小限とし電気エネルギーを生成するための発電機の機械部品の数を最小限として、極めて単純な方式で円運動に変換される。

１つの例示的な実施形態では、いかなる部品を水域の底に固定することなく、波動から電気エネルギーの生成を実現することができる。この構成において、中心浮動体は、中心浮動体が波の底にある時に外部浮動体が波の頂上にあり、その逆も同様となるような距離で外部浮動体によって包囲される。中心浮動体は、前述の通り（支持機構を備えた発電機または誘導コイル）、電気エネルギーの生成のための装置に接続されている。外部浮動体は、波の波長に応じて中心浮動体から突出または後退することができる。外側フロート間の距離は波の波長に対応し、それによりシステムの最大利用率が得られる。

本発明およびその利益は、添付図面と関連づけて解釈した時に以下の詳細な説明の検討においてより明白となるであろう。

この発明に基づく軽量浮動体による電気エネルギー生成のためのシステムを示す。波の影響を受けて動く図１のエネルギー発生システムの概略図である。その正面側を断面で示す図１のシステムの実施形態である。図３のエネルギー発生システムの斜視図である。エネルギー発生システムの場の不等角投影断面図および波の方向での浮動体の配置の１変更例を示す。水面に配置された浮動体の可能な構成の１つの平面図である。電気エネルギー生成のための発電機を備えた図１のエネルギー発生システムの別の実施形態の部分断面による不等角投影図である。図４のエネルギー発生システム、すなわち円運動への直線運動の変換および発電機へのその伝達の基本装置の拡大不等角投影図である。図１のエネルギー発生システムの別の実施形態の部分断面による不等角投影図である。図６のエネルギー発生システムの別の実施形態の部分断面による不等角投影図である。大型浮動体を備えた図４のエネルギー発生システムの不等角投影図である。図７のエネルギー発生システムの側面図である。可撓性伝達シャフトとともに滑車が水面上に配置された図７のエネルギー発生システムの不等角投影図を示す。図７、７ａおよび７ｂのエネルギー発生システムに固定された電気エネルギー発生システムの拡大不等角投影図である。波動の方向での前のエネルギー発生システムの配置の不等角投影方式を示す。図８ａのエネルギー発生システムの平面図である。大型浮動体および、エネルギー変換器として使用される誘導コイルの不等角投影組合せを示す。より短い波のために適合された装置を備えた浮動体の形状を示す正面断面図である。図１０ａの電気エネルギー発生システムの平面図である。オーバハングがラックに結合されている大型浮動体による電気エネルギー生成を示す不等角投影図である。図１１の部分Ａを示す不等角投影図である。電気エネルギー発生システムを備えた浮動体の側面立面図である。ブラケットを備えた浮動体および電気エネルギー発生システムを備えた不撓性伝達シャフトの側面図である。浮動体の平面図である。図１１ｄの細部Ａを示す。図１１ｇの装置の斜視図である。二方向動作運動を外部伝動装置によって同方向のスピンドルの回転に変換する装置の平面図である。固定伝達シャフトが浮動体および電気エネルギー発生システムに配置された浮動体の一部の不等角投影図である。図１２の部分の断面図である。浮動体および可撓性伝達シャフト接続の断面図である。図１２ａの部分Ａの拡大断面図である。図ｌ２ｂの部分Ｂの拡大断面図である。海底に不撓性支持部のない電気エネルギー発生システムの一部の斜視図である。波の作用を受けている浮動体の上部部分の正面断面図である。波の作用を受けている浮動体の下部部分の正面断面図を示す。スペースにおけるエネルギー発生システムの可能な配置を示す。電気エネルギー発生システムを備えた支持梁８の斜視図である。

図１は、本発明に基づいた軽量浮動体１ａによるエネルギー発生システムの斜視図である。例示的な実施形態において、エネルギー発生システムは、その端の一方で海底に固定され、他方の自由端に梁９を移動させるための機構を備えた２本の支柱７を含む。基部支柱１３のガイドの使用によって、支柱は水面に平行な垂直梁９に結合されている。潮汐の変化を補償するために、梁９に機構が使用されている。その機構は、電気モータ１０、減速機１１、ねじジャッキ１２、および支柱７に結合されたギヤードラス（geared lath）８を含む。コンピュータによって測定および制御されるこの機構は、梁９を昇降させる。これは潮高の差が著しい地域にとって重要である。このようにして伝達シャフト２は極端に長い必要はない。このシステムによって、誘導コイル１４の中心位置のまわりの磁石４の振動は概ね保たれ得る。潮高の差が最小限である地域では、梁９は支柱７に対して固定することができる。磁石の微細アラインメントは、リードスクリュー駆動装置１５の使用によって逸らされるリードスクリュー(lead screw)５によって得られる。磁石４は、それがリードスクリュー５から駆動力を得た時にロッド２と連携して動き始める。磁石４の運動はコンピュータによって監視および支援されなければならない。

伝達シャフト２の恒久的な位置を実現するために、軸受(bearing)１６が追加されている。この伝達シャフトは、横力を受け入れ誘導コイル内において磁石を適切に導くことを可能にする軸受を貫通している。

この発明には伝達シャフト２に最小限の横力を与える革新が導入されている。伝達シャフト２は、ヒンジの使用によって変位の中心点の下側で浮動体に結合されている。この実施形態において横断面が円形である浮動体１ａは、伝達シャフト２と連携して自由位置を取っており、伝達シャフトの左右側の浮力は等しいので、伝達シャフトにはいかなる横荷重も存在しない。浮動体の上部は自由であり、浮動体と伝達シャフト２との接触は回避されるはずである。水が浮動体に進入するのを防ぐとともに、伝達シャフト２に対する浮動体の自由な移動を可能にするために、防水柔軟膜６が使用されている。一方側で浮動体に、そして他方側で伝達シャフト２に膜６を固定する方法は周知である。浮動体は可能な限り軽量でなければならないので、それはガラス繊維とプラスチックとの組合せといった軽量材料で製造されるか、または気球で製作される。

運転モード：浮動体は波が接近した時に上昇し、浮動体の上下運動は伝達シャフト２によって誘導コイル１４の磁石４に伝達される。電気エネルギーが磁石の運動によって誘導コイル内で発生する。浮動体の大きさに応じて、リニア発電機（磁石および誘導コイル）および消費側はサイズアップされる。動作行程は浮動体が垂直に上方へ移動する時および浮動体が垂直に下方に移動する時であることを考慮に入れなければならず、リニア発電機は浮動体が下方に移動し波の運動に追従するのを可能にするために無負荷とされなければならない。

図２は、波の作用を受けた浮動体の上下運動を示す概略図である。

図３は、図１と異なり、格子状、管状または類似のタイプとし得るより強力な伝達シャフト２ａを有する。この伝達シャフトは、強い風および波に起因するより強い横力を受け入れるために使用される。伝達シャフト２ａは、特別に制御される機構の使用によって動かされ得る梁９に固定された軸受１６ａの中を動く。梁９は干潮および満潮の間だけ動く。従って伝達シャフト２ａはあまり長い必要はない。誘導コイルは誘導コイル支持部１５ａによって梁に固定されている。梁９は、それ自身または支柱７ａに取り付けられた機構によって移動することができる。支柱７ａはその端の一方で海底に固定されている。

図３ａは、一部が不等角投影図において示されていること以外、図３と同様である。

図３ｂは、波の作用の方向における浮動体の別の構成を示す。波の作用の方向に配置された浮動体の数は必要に応じて自由選択とすることができ、浮動体のラインの数は波の大きさに依存する。後方ラインにおける浮動体は、前方ラインにおける浮動体がエネルギーの大部分を受け入れるので、より低い波の振幅にさらされると考えられる。このようにして電気エネルギー生成の他に、例えば海岸または港のいずれかの部分を保護することもできる。

図３ｃは、図３ｂのＡ−ａの断面図である。

図４は、以下の細部において図１と異なる。すなわち、浮動体１ａはジョイントリンク機構の使用によって伝達シャフト２ｂに結合されている。伝達シャフトは浮動体の上下運動を機構２０に伝達するギヤラックであり、機構は直線運動を円運動に変換し回転モーメントを電気エネルギーを生成するための発電機に伝達する。この実施形態は、伝達シャフト２ｂを適切に導き、それを対となる機構２０に結合させておくために使用される軸受１６ｂの概略図を示す。軸受１６ｂは、例えば、球の再循環と数対のころ軸受による、摺動軸受とすることができる。それは梁９の下方または上方のどちらかに配置することができる。最善の位置はギヤ１８の前後である。ギヤラック２ｂは浮動体１ａの直線運動を機構２０に伝達する。この実施形態において、垂直歯によるギヤラックが図示されているが、発明者らはシステムを安定させておくために矢印状または斜線状の歯を提案する。

運転モード：浮動体１ａは波の作用を受けて垂直に動き、機構２０と恒久的に接触している伝達シャフト２ｂを動かし、機構は浮動体１ａの上下運動を電気エネルギーを生成する発電機の円運動に変換する。機構２０の詳細な説明は以下の図において示される。

図５は、直線運動を円運動に変換するとともに発電機に回転モーメントを伝達するための機構を示す。前述の解決策と比較してこの解決策の長所は極めて少ない数の機械部品であり、それにより損失は最小限である。最初に、伝達シャフト戻り行程２ｂにおいて伝達システムを解放するために一方向クラッチが使用される。ギヤ１８が１個または２個の支持部１７の使用によって梁９ａに固定されている。

前述の実施形態とは対照的に、電気エネルギーはこの場合、ロータリ発電機２４において生成される。到来波は浮動体１ａを上昇させ、ジョイント３の使用によってラック２ｂを上方へ垂直に移動させる。ラック２ｂの垂直移動はギヤ１８によって円運動に変換される。ギヤ１８の回転運動はシャフト１９によって一方向クラッチ２１に伝達される。一方向クラッチ２１は回転力を一方向に伝達する。一方向クラッチ２１からの回転運動はシャフト１９の使用によって回転増倍器(multiplicator)２２に伝達され、そこでシャフト１９の入力回転数は突出している発電機２４に必要な回転数に増加される。回転増倍器２２は極めて単純であるとしてよく、１個または２個以上の対のギヤを含み得る。回転増倍器２２を使用して最小限の損失で設定数の回転を実現することができる。回転運動は、回転増倍器２２からシャフト１９Ｂの使用によって一方向クラッチ２１ａに、そしてさらにシャフト１９ｃによってはずみ車(flywheel)２３に伝達される。はずみ車２３は発電機２４を回転させ続ける慣性を維持するのに役立つ。はずみ車２３は発電機２４の左側または右側のどちらでも配置することができる。はずみ車２３の後で回転モーメントはシャフトによって発電機２４に伝達され、電気エネルギーが生成される。この方法は、少数の機械部品および発電機への回転モーメントの伝達プロセスにおける最小限の損失により、これまでで電気エネルギーを生成する最も単純かつ最も効率的な方法である。浮動体が上死点に到達し下方に動き始めると、ラック２ｂおよびギヤ１８はそれぞれの方向を変える。その瞬間に、クラッチ２１は切断しシャフト１９は反対方向に回転し、そしてシャフト１９は慣性のために短時間の間、以前の方向に動き続ける。はずみ車２３の影響により、発電機２４の回転が回転増倍器２２の抵抗による負の衝撃を受けることを回避するために、第２の一方向クラッチ２１ａが使用されている。第２の一方向クラッチ２１ａは、発電機シャフト１９ｃがはずみ車の慣性の影響を受けて動き続けることを可能にする。浮動体１ａが下死点に到達し垂直に上方へ動き始めると、前述のプロセスが繰り返され、電気エネルギーが生成される。回転増倍器における損失を低減するために、最小限の回転で動作する発電機が製作されなければならない。少ない回転により、はずみ車はその機能を失うか、またはそれは極端に重くなければならないかのどちらかであり、その場合、機構２０はシャフト１９ｂが発電機シャフト２４に直接結合されるようにして配置され得る。それは機構２０がはずみ車２３を含まないことを意味する。この場合、機構２０は、ギヤ１８、シャフト１９、一方向クラッチ２１、シャフト１９ａおよび、１個または２個の対のギヤおよび発電機２４に結合されたシャフト１９ｂにより構成され得る回転増倍器２２を含む。ラックが極端に長くなるのを回避するとともに潮汐の補償をするために、３つの可能な解決策が存在する。すなわち、１）伸縮自在ラック、すなわち可変長のラックを使用する。長さは例えば、液圧式、空気圧式、電気機械式に変えることができる。２）支柱７ａに沿った梁９ａの垂直移動。それは２、３の周知の採用済みの方式（例えば、液圧式、空気圧式、電気機械式またはいずれかの他の組合せ）で実現することができる。３）支柱７ａの可変高さ。それは２、３の周知の採用済みの方式（例えば、液圧式、空気圧式、電気機械式またはいずれかの他の組合せ）で実現することができる。

図６は、伝達シャフト２５がその下部に取り付けられておりその上側で密封されなければならない浮動体１ｄを含む電気エネルギーの変換のためのシステムを示す。伝達シャフトは滑車２７を巻回し、引き続き誘導コイル１４ａを備えた梁９ａに向けて上方へ進行する。誘導コイルは磁石４とともに可撓性伝達シャフトに取り付けられており、それは例えばケーブル、チェーンまたは強力ロープの形態とすることができる。磁石４は、伝達シャフト２５に直接、または伝達シャフト２５と結合されたロッドのどちらかに取り付けられる。誘導コイルを出た後、伝達シャフト２５はより小型の滑車２８ａを進行する。この構成において、伝達シャフト２５は伝達シャフトの張力を維持するために使用されるおもり２６を有し、滑車２７は支柱７ｂに枢転式に結合されている。最大限のエネルギーは、磁石（永久磁石）が誘導コイル１４ａの中心付近で振動した時に発生する。干潮および満潮の間に誘導コイルの中心付近での振動を実現するために、磁石４は伝達シャフト２５に沿って垂直に動く。誘導コイル１４ａは梁９ｂと一緒に同様に動くことができる。この場合、磁石が満潮の間、伝達シャフト２５に固定されていれば、梁９は干潮の間、下方に動き、その逆も同様である。

図６ａは、伝達シャフト２５によって誘導コイル１４ａの磁石４に運動を伝達する２個の浮動体１ｄを示す。この図は、システムの一部をスペースに収める合理化された解決策を示す。前の解決策とは対照的に、この実施形態において可撓性作業体は２個の滑車２７、２７ｂによって動く。

エネルギー発生システムの別の実施形態が例えば図７に示されている。この実施形態において、電気エネルギーは前述のものよりも相当に大きい浮動体１ｂによって生成される。浮動体１ｂはその垂直移動を伝達シャフト２５によって滑車２７ｄおよび機構２００に伝達し、機構は電気エネルギーを生成するロータリ発電機とのシャフトおよび一方向クラッチの前述のシステムの使用によって直線運動を円運動に変換する。

表示された浮動体１ｂは水中に向けられるように設計されており、それにより接近した波が、より長い長手方向に沿った側面に当たる。浮動体１ｂの向きはこのようにしてその自然な安定化およびバランスを付与する。波は、浮動体を回転させ、そのより長い側面に当たり、それゆえ最大限の揺れを付与する。この理由で、浮動体はその幅よりも３〜４倍長くなければならず、好ましくはその幅よりも１０倍以上長くする。遭遇する波よりも浮動体１ｂが幅広い場合、システムの効率は減少する。そのようにして配置された浮動体１ｂはその位置を維持するために最小限の力を必要とし、浮動体１ｂを回転させるいかなる自然力も存在せず、最大振幅は最も大きなエネルギーを付与する。浮動体１ｂの振幅を増大させるとともに損失を低減するために、例えば図７に示されたように、ブラケット３０、３０ａを使用することができる。これは、運動振幅を増大させるとともに固定支柱からの浮動体１ｂの距離を維持する必要性のために望ましい。しかし、浮動体１ａはブラケットを備えずに製作することもでき、その場合ケーブルは浮動体１ｂに直接固定される。この構成において、伝達シャフト２５（ケーブル）においてより大きな力およびより低い振幅が得られる。浮動体が垂直に上方へ動くと、機構２００はブラケット３０ａに固定された伝達シャフト２５によって駆動される。浮動体が垂直に下方に動くと、機構２００はブラケット３０に取り付けられた伝達シャフト２５によって駆動される。伝達シャフト２５内部の力は浮動体が上方へ移動する時にはるかにより強く、それは浮動体の質量のために減じられた変位した水の質量に比例することに言及しなければならない。浮動体が下方に動きブラケット３０に固定された伝達シャフト２５によって駆動される時、力は変位した水の質量のために減じられた浮動体の質量に比例する。おもり２６は引張り力の作用の後に伝達シャフトにおいて張力を保つために使用される。

図７に示されたシステムの滑車２７ｄは水面の下側または上側のどちらにでも配置することができる。滑車２７ｄが水面の上側で使用される場合、ブラケット３０ｄは図７Ｂのブラケットと同様である。ブラケット３０ｄと滑車（２７ｄ）との直接の衝突は回避しなければならない。

浮動体１ｂは可能な限り長くなければならないが、幅は浮動体が配置される場所での最も頻繁な波の波長に依存する。浮動体１ｂは、その上昇の間に浮動体を水没させる波を防ぎ最大限の利用率を得るために十分に高くなければならない。それは降雨のために頂部を覆わなければならない。支柱は、海洋（海）底に確保（固定）される。

フレーム型支柱は、浮動体の上方での全部の必要な装置と一緒の電気エネルギー生成システムの配置を可能にする。支柱はまた、例えば図７に示されたように、滑車２７ｄの配置も可能にし、それは浮動体を稼働モードに保つとともに支柱から安全な距離に保つために使用することができる。注意：滑車２７ｄの支持部における力は極めて強い。これは浮動体が上方へ動き始めた時に生じ、その際、例えば図７に示されたように、滑車２７ｄの支持部において、電気エネルギーを生成するためのシステムの作用の点でプラットフォームの浮力によって生成される力よりも２倍強い力が生成され、そのためピボット２８およびブラケット３０ｂ、３０ｃは十分に必要な寸法にしなければならない。このために、そして建設費および電気エネルギー生成のための装置の費用のために、浮動体の最適な長さおよび、可撓性作業体によるこのシステムによってプラットフォームに設置される電気エネルギー生成のためのユニットの数を検討して見出さなければならない。

上記のシステムを波の方向に設置する一方式が図８ａに示されている。

図８ｂは図８のシステムの平面図である。

図９は図７のエネルギー発生システムの別の実施形態である。違いは、発電機の代わりに誘導コイルを有する電気エネルギー生成のための装置にある。

図４のエネルギー発生システムの別の実施形態が図１０に示されている。浮動体１ｃの形状は、それがより短い波に使用され得るように少し異なっている。側方揺動振幅（side rocking amplitude）と同時に有効労働力を増大させるために、付加的な質量３５が浮動体１ｃに設置されている。質量６５は、波の大きさに応じて、浮動体１ｃの垂直軸に沿って移動するように形成されている。このようにして、質量中心および、それと一緒に発電機からより大きな電気エネルギーの出力を可能にする側方移動振幅を移動させることが可能である。付加的な質量の垂直移動は例えば、液圧式、空気圧式、電気機械式に組合わされたシステムによって実行することができる。浮動体１ｃの転覆を防ぐために、釣合いおもり質量３４からなる運動を制御および制限するためのシステムが浮動体２ｃおよび油圧シリンダ３３ａに結合されている。浮動体１ｃにおける支持梁３１ｈが、変換機構２０のピニオンギヤ１８に結合された伝達シャフト２ｃを抑制する。

図１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆおよび１１ｇは、図４のエネルギー発生システムの別の実施形態を示す。

図１１は、浮動体の両方の長手側に１組の横方向エネルギー発生システムを有する大型浮動体１ｅを示す。図１１ｄは大型浮動体２ｅの平面図であり、図１１ｂは大型浮動体１ｅの側面図である。

図１１ａおよび１１ｃは、伝達シャフト２ｃの使用による浮動体２ｅとエネルギー発生システムとの結合を示す。浮動体２ｅの移動の振幅を増大させるために、ブラケット３０ｇが取り付けられている。ブラケット３０ｇは、図１１ａの図１１ｃに示すようにプロファイルドシリンダ３２ａ、３２ｂに載っているように形成されている。プロファイルドシリンダ３２ａ、３２ｂの母線は、図１１ａに示すように円弧状である。このようにして、浮動体１ｅの自動アラインメントが得られる。プロファイルドシリンダ３２ａ、３２ｂは可変直径を有することができるが、ブラケット３０ｇの曲げ線を横切らないことが重要である。プロファイルドシリンダ３２ａ、３２ｂはブラケット３０ｇに恒久的に載っており、それにより衝撃荷重が回避され得る。これは例えば、伝達シャフト２ｃにおけるばねのシステムによって果たされ得る。ブラケット３０ｇはプロファイルドシリンダ３２ａ、３２ｂによって直線運動を伝達シャフト２ｃに伝達し、支柱７１ａに固定された軸受がピニオンギヤ１８への伝達シャフト２ｃの適正な載置をもたらし、ピニオンギヤは伝達シャフト２ｃの直線運動を変換のための機構の円運動に変換する。浮動体１ｅは、ブラケット３０ｇがプロファイルドシリンダ３２ａ、３２ｂの外側で伝達シャフト２ｃに接触するのを防ぐとともにブラケットが曲げ線を横切るのを防ぐために使用される、少なくとも４個の側方支持アーム３６ａ、３６ｂを含む。支持アーム３６ａ、３６ｂは、荒海状態の間に浮動体１ｅを動作位置に保つようにして製作されなければならない。図１１ｃはブラケット３０ｇに対するシリンダ３２ａ、３２ｂの相互位置を示す。

図１１ｅは、伝達シャフト２ｃの案内が一方側で海洋（海）の底に固定された支持支柱７０の部分７１ａと７１ｂとの間で実行されることを示している。

図１１ｆは、両方向（上方および下方）での浮動体１ｅの上下運動を発電機２４の運転に有用な回転モーメントに変換することを可能にする電気エネルギー生成のための発電機２４を運転するためのシステムの斜視図である。

図１１ｇは装置の詳細レイアウトである。波が接近し浮動体１ｅが上昇すると、伝達シャフト２ｃは上方に移動し、ギヤ１８を一方向に回転させる。得られた回転モーメントは、第１の一方向クラッチ２１ｂに、さらに回転増倍器２２に、さらにシャフト１９ｂおよび第２の一方向クラッチ２１ａに、そして発電機２４に伝達される。一方向クラッチ２１ｂは実現され、それは伝達シャフト２ｃのこの運動による回転モーメントを伝達しない。伝達シャフト２ｃが下方に動き始めると、ギヤ１８は反対方向に回転し始める。この瞬間に、一方向クラッチ２１ｂは解放され、回転モーメントを受け入れそれを回転増倍器２２に、さらに発電機２４に伝達する。回転増倍器２２の入口で同方向での永久回転を付与するために、ギヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃの付加的な組が使用されている。中空シャフト１８ｅはこの場合、外部伝動装置および一方向クラッチ２１ｂを含む。中空シャフト１８ｅはシャフトに固定されている。

図１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、図４のエネルギー発生システムの別の実施形態である。

図１２は、伝達シャフト２ｄがそれに取り付けられている浮動体１ｆの一部を示す。前のものとは反対に、浮動作業体１ｆの運動は、円弧状の角柱(arc prism)およびシリンダ６０の上の伝達シャフト２ｄに伝達される。電気エネルギーはラック２ｄの運動によって生成される。このシステムはすでに説明されている。

ラック２ｄと浮動体１ｆとの直接接続が図１２ａに示されている。シリンダと一緒に支持部５１はシャックルの形状であり、ギヤ１８への伝達シャフト２ｄの載置をもたらす。この場合、ギヤ１８と同じ軸で回転する支持部５１は、伝達シャフト２ｄに結合された２本のシリンダ５２を含む。伝達シャフト２ｄの横移動を防ぐために、伝達シャフト２ｄは支柱７００に固定された軸受１６ｃに入れられなければならない。軸受１６ｃは、横力を受け入れ、支柱７００に向かう伝達シャフト２ｄの運動、および支柱７００からの伝達シャフト２ｄの運動を可能にする。自動アラインメントが図１２ｃおよび１２ｄの詳細図ＡおよびＢに示すように円弧状の角柱６１、６１ａの使用によって達成される。

図１２ａは断面での油圧シリンダ７０３である。支柱７００の高さは油圧シリンダの使用によって潮汐変化を考慮するために変更することができる。このようにして、伝達シャフト２ｄはあまり長い必要はない。エネルギー発生システムはすでに説明されている。

図１３は、波浪エネルギーの利用の新しい手法を示す。この変形例において、波動からの電気エネルギーの生成は、海底に固定されたいずれの支柱も伴わずに達成され得る。このシステムの１ユニットは２個の側部浮動体１００ａ、１００ｂおよび中心浮動体１００を含む。全部の浮動体は密封されなければならない。浮動体１００もまた密封されなければならないが、浮動体１００の表面に対する伝達シャフト２ｅの自由運動は可能でなければならない。これは柔軟膜によって実現することができる。浮動体１００の底部には伝達シャフト２ａの支持部がある。２つの側方円筒形支持部の軸が、中心浮動体１００をシステムの中央に保つ浮動体支持部１００の軸を通る。伝達シャフト２ｅは、すでに述べたように、運動を、電気エネルギー生成のための上部システムに伝達する。側部浮動体１００ａ、１００ｂはまた、変位の重心点の下側のそれぞれの最低点で、中空オーバハングの上で、システムの下部構造、例えば接続支持部に結合されており、それによりそれらは下部構造に関してねじれることができる。側部浮動体１００ａ、１００ｂは、図１３に示すように個別のユニットまたは１個の連続ユニットのどちらでも構成することができる。浮動体１００ａ、１００ｂは、中空シャフトによって下部構造の上で結合支持部６５に結合されている。波長が変化し得るとともに側部フロート間の望ましい距離は波長に等しくなければならないので、浮動体１００ａ、１００ｂの間隔は側部体を突出および後退させるための装置の使用によって変化させることができ、それがこの実施形態に導入されている。これは例えば、液圧式、空気圧式、電気機械式または組合せシステムによって行うことができる。結合支持部６５の中間に２個のガイド６６が設置されなければならない。ガイド６５の間で、中心浮動体の中空オーバハングが動く。この地点でのクリアランスは引っかかりを不可能にするために若干広くしなければならないが、下部構造の間のアラインメントはギヤラックとギヤとの接触によって自動的に行われる。浮動体１００ａ、１００ｂは可能な限り軽量でなければならず、そして結合支持部６５は水による上下運動に対して可能な限り弱い抵抗を有していなければならない。結合支持部６５は図１３に示すように円弧状支持部６４または、例えば類似の格子状の構成物に拡張していなければならず、それに電気エネルギー生成のための上部システムが固定され、それは前述の通りロータリ発電機または誘導コイルを含み得る。この構成でのシステムは好ましくは、前述した通り、幅が広いよりも長さがあり、それによりシステムは、波に対して最善の位置を取るとともに、システムをねじる波を防ぐことができよう。システムは、錨、塊状体の使用によって海底に固定される。この構成において、電気エネルギーのためのシステムは海底を損傷しない。将来、無線エネルギー伝送が発明された時に、このようなユニットは波が高い海岸の沖合で種々の領域に配置することができよう。このシステムの効率は、中心浮動体の運動および上部システムの有用な運動のために、より高くなるはずである。

図１３は、我々が望む通りの数の個別のユニットから構成され得るシステムの一部を示す。変換のための機構２０の発電機は、伝達シャフト２ｅによって１個以上の浮動体１００に結合され得る。

図１３ａは、その上位位置での中心浮動体１００を示す。

図１３ｂは、その下位位置での中心浮動体１００を示す。

図１３ｃはスペースにおけるエネルギー発生システムの可能な配置を示し、図１３ｄはそのような一構成の平面図を示す。

図１４は、図１の波動から電気エネルギーを生成するためのシステムのこの変種に設置される電気エネルギー生成のためのシステムを示す。

回転モーメントを即座に受け入れる高品質の一方向クラッチ２１、２１ａが市販されていることを言及しなければならない。滑車３１およびギヤ１８の低角速度のために一方向クラッチ２１、２１ａが回転モーメントを即座に受け入れない場合、回転増倍器またはばねシステムが滑車３１またはギヤ１８に後続してこの一方向クラッチの欠点を回避することができる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ浮動体
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ伝達シャフト
３ジョイント
４磁石
５リードスクリュー
６防水柔軟膜
７、７ａ、７ｂ支柱
８ギヤードラス
９、９ａ梁
１０電気モータ
１１減速機
１２ねじジャッキ
１３基部支柱
１４、１４ａ誘導コイル
１５リードスクリュー駆動装置
１５ａ誘導コイル支持部
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ軸受
１７支持部
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃギヤ
１８ｅ中空シャフト
１９、１９ｃ、１９ｂシャフト
２０機構
２１、２１ａ一方向クラッチ
２２回転増倍器
２３はずみ車
２４ロータリ発電機
２５伝達シャフト
２６おもり
２７、２７、２７ｂ、２７ｄ滑車
２８ピボット
２８ａ滑車
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｇブラケット
３１滑車
３１ｈ支持梁
３２ａ、３２ｂプロファイルドシリンダ
３３ａ油圧シリンダ
３４釣合いおもり質量
３５付加的な質量
３６ａ、３６ｂ側方支持アーム
５１支持部
５２シリンダ
６０シリンダ
６１、６１ａ円弧状の角柱
６４円弧状支持部
６５結合支持部
６６ガイド
７０支持支柱
７１ａ、７１ｂ部分
２００機構
７００支柱
７０３油圧シリンダ

Claims

浮動体（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ）を含み、海底または海洋底に固定された支柱（７、７００）と、前記浮動体（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ）は一方側で固定された伝達シャフト（２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）または不撓性の伝達シャフト（２５）のどちらかに不動に結合されており、前記伝達シャフト（２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）の第２の端は、誘導コイル（１４、１４ａ）の磁石（４）または、不撓性の梁（９）に固定された変換のための機構（２０）のどちらかに結合されており；プロファイルドシリンダ（３２ａ３２ｂ）がブラケット（３０ｇ）を包囲しており、プロファイルドプリズム（６１、６１ａ）がシリンダ（６２）を包囲しており；伝達シャフト（２ｅ）の使用によって誘導（１４ａ）の内部で浮動体（１００）に結合された磁石（４）に対する変換（２０、２００）のための機構；浮動体（１００ａ、１００ｂ）は支持部（６５）および、浮動体（１００ａ、１００ｂ）の間の距離のアラインメントのための機構（３３ｂ）に結合されていることを含む、波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂは、ジョイントリンク機構の使用によって地点Ａおよび水の変位の重心点に接続されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ）は、密閉、中空かつ／または、いずれかの軽量材料が充填されている請求項１から２のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体１ｃは付加的な可撓性質量（３５）を含む、請求項１から３のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ）は気球によりリムに配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記誘導コイル（１４、１４ａ）は前記磁石（４）と共に水面の上方で前記浮動体（１ａ、１ｂ、１ｄ）に直接結合されている請求項１から５のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記梁（９）はその端で摺動リンク機構の使用によって前記支柱（７）に結合されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
不撓性部分（７０２）を有する前記支柱（７００）は一方側で海底に固定されており、他方側で摺動リンク機構によって運転機構（７０３）を有する可撓性部分（７０１）に結合されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記機構（２０）は前記梁（９、９ａ、９ｂ、９ｃ）に固定されており、前記シャフト（１９）の一端に結合された動作ユニット（１８）を含んでおり、前記シャフト（１９）の他端はシャフト（１９ａ）と結合された一方向クラッチ（２１）に連結されており、前記シャフト（１９ａ）は前記シャフト（１９ｂ）の一端と結合された回転増倍器（２２）に結合されており、前記シャフト（１９ｂ）の他端は前記シャフト（１９ｃ）の一端と結合された一方向クラッチ（２１）に結合されており、前記シャフト（１９ｃ）の他端は発電機（２４）と結合されたはずみ車（２３）に結合されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記機構（２０）は前記梁（９、９ａ、９ｂ、９ｃ）に固定されており、前記シャフト（１９）の一方側に固定された動作ユニット（１８）を含んでおり、前記シャフト（１９）の他方側は前記シャフト（１９ａ）と結合された一方向クラッチ（２１）に結合されており、前記シャフト（１９ａ）ははずみ車の有無にかかわらず発電機（２４）が結合された回転増倍器（２２）に結合されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記伝達シャフト（２５）の一端は前記浮動体（１ｂ、１ｄ）に固定されており、そこで前記伝達シャフト（２５）は水面下にある滑車（２７）を回転させている請求項１から１０のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体（１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ）は側方で固定ブラケットの使用（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ）によって前記伝達シャフト（２ｃ、２５）に結合されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記シリンダ（３２ａ、３２ｂ）の母線は円弧の形状である請求項１記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
前記浮動体（１ｂ、１ｃ、１ｅ、１ｆ、１００、１００ａ、１００ｂ）の長手側は波の作用の方向に対して垂直に配置される請求項１から２のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体（１００）は摺動リンク機構の使用によって前記ガイド（６６）に結合されており、前記ガイド（６６）は接続支持部（６５）に固定されている請求項１記載の波動を電気エネルギーに変換するためのシステム。
前記浮動体（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ）の構造が水面に配置され水波の作用によって移動し、前記浮動体（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１００、１００ａ、１００ｂ）の運動が前記誘導コイル（１４、１４ａ）の内部に配置された伝達シャフト（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅ）によって前記磁石（４）にまたは、円運動への直線運動の変換および、シャフト（１９）、一方向クラッチ（２１）、シャフト（１９ａ）の使用によって前記回転増倍器（２２）への、さらにシャフト（１９ｂ）、一方向クラッチ（２１ａ）、発電機（１９ｃ）のシャフト、はずみ車（２３）および発電機の使用によるその伝達のための機構（２０、２００）のどちらかに伝達される請求項１〜１５のいずれかに記載の波動を電気エネルギーに変換する方法。