JP2015530522A - 波エネルギ変換器 - Google Patents

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Abstract

波エネルギ変換器（１０）は：水の運動によって生成されたエネルギを吸収するために配設されたエネルギ吸収ユニット（１００）；動力平滑化ユニット（２００）；発電ユニット（３００）；及びエネルギ貯蔵デバイス（５； ５ｂ）を備え、これらユニットは、発電ユニットからの平滑な電力出力を達成するために協働する。動力平滑化ユニットは、エネルギ吸収ユニットが発電ユニットが生成する電力より多くの動力を吸収した場合に、エネルギ吸収ユニットからのエネルギをエネルギ貯蔵デバイスに蓄積するために、及びエネルギ吸収ユニットが発電ユニットが生成する電力より少ないエネルギを吸収した場合に、エネルギをエネルギ貯蔵デバイスから発電ユニットに放出するために配設される。第１の伝達デバイス（２）は、エネルギ吸収ユニット（１００）と動力平滑化ユニット（２００）又は発電ユニット（３００）との間に設けられ、エネルギ吸収ユニットが吸収したエネルギを動力平滑化ユニット及び／又は発電ユニットに移動させるよう適合される。第２の伝達デバイス（４）は、動力平滑化ユニット（１００）とエネルギ貯蔵デバイス（５；５ｂ）との間に設けられ、これらユニット間でエネルギを移動させるよう適合され、動力平滑化ユニット（２００）及び発電ユニット（３００）はエネルギ吸収ユニット（１００）とは別に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、水波の運動から電気エネルギを生成するための波エネルギ変換器、及び物体の概ね周期的な運動等の概ね断続的な機械的エネルギから、電気エネルギを生成するための方法に関する。
波エネルギは、水面と風との間の摩擦から生じる再生可能エネルギの集中形態である。このエネルギは、公海上の風によって生成されて海岸に近い場所に輸送され、ここで波エネルギ変換器を用いてこのエネルギを抽出できる。海洋波浪のエネルギ密度は高いため、波力は極めて面積効率が良く、平均エネルギ容量は、例えば風と比較してよりゆっくりと、かつ予想がより容易な様式で変化する。資源は莫大であり、人口集中領域の近くで採取できる。
波エネルギの採取に伴う困難のうちの１つは、所定の海況の範囲内においてでさえ、波の高さ及び頻度がよく変動することである。大きな波は総エネルギの大部分を含むが、小さな波より生じる頻度が低い。大きな波からのエネルギピークは、高いピーク対平均電力比をもたらす。システムは、ピークに関して寸法決めしなければならず、これは高い投資コストにつながる。これを回避するために、波エネルギ変換器は、動力平滑化を用いて、動力取出装置及び電気的システムのサイズを大きくする必要なしに、エネルギのこのような高いピークを利用できるようにする。主要な波力デバイスの開発者は、様々な動力平滑化デバイスを使用している。
エネルギ貯蔵デバイスを選択及び比較する際、貯蔵デバイスのエネルギ及び動力定格、並びにそれが動力捕捉能力、システム効率、構成部品のサイズ決め及びシステムの信頼性にどのように影響するかを考慮することが重要である。波力はパルスで捕捉され、従って貯蔵デバイスの高い動力定格は極めて重要である。捕捉される動力は断続的であり、任意の海況において１０の範囲のピーク対平均電力比を有する。エネルギ定格は、所定の海況から平滑な出力電力を供給するために、少数の連続した波にわたって動力を平滑化するのに十分なものでありさえすればよい。貯蔵デバイスの位置及びその特性は、ＷＥＣシステムの動力捕捉能力に影響する。貯蔵デバイスは、発電機が効率的に動作できるようにするため、及び電気的システム全体にわたって構成部品のサイズを縮小するために、発電機の前の動力取出装置内に配置される必要がある。この配置はまた、ＷＥＣシステム内のエネルギ吸収ユニットから発電機を分離し、従ってエネルギ吸収ユニットに印加される減衰力を制御するためのその特性及び能力は、動力捕捉に影響する。
重力アキュムレータは、ガス又はばねアキュムレータと比較して有利な特性を有している。重力アキュムレータがエネルギ吸収ユニットに供給する減衰力は、ばね又はガスアキュムレータの場合と同様に、貯蔵したエネルギのレベルではなく、アキュムレータ内の重量の慣性によってのみ影響される。従って重力アキュムレータは、ガス又はばねアキュムレータと比較してより平滑なレベルに減衰力を維持するための能力を有し、これは、より良好な動力捕捉能力及び動力取出装置内の構成部品の定格の利用を提供する。重力アキュムレータはまた、ガスアキュムレータの場合に使用される液圧構成部品と比較してより大幅に変動し得る動力容量により、より効率的に動作する機械構成部品を用いて実装される。動力取出装置において使用できる第３のタイプの貯蔵デバイスはフライホイールであるが、このタイプのアキュムレータは、動力取出装置に対する機械的入力速度の高い変動性が原因で、波力に対して使用するのが極めて困難である。低い速度変動性を発電機に提供しながら同時にフライホイールを波の運動に連結された状態に維持するのは困難である。これを達成するために、無限ギヤレンジを有する可変ギヤボックスが、エネルギ吸収ユニットとフライホイールとの間に必要となる。しかしながら可変ギヤボックスに関する既存の解決策は、ギヤレンジが制限されており、特にギヤ比を広範囲にわたって連続的に繰り返した場合、効率が低くなる。
重力アキュムレータを有する機械的動力取出装置を用いた波エネルギ変換器は、特許文献１に示されており、これは、上述のような高性能な動力平滑化のために必要な能力を提供する。
国際公開第２００９／１０５０１１号
本発明の目的は、重力アキュムレータを有する改善された機械的動力取出装置を有する波エネルギ変換器を提供することである。
本発明の第１の態様によると：波エネルギ変換器を水のプール内に配設した場合に、水の運動によって生成されたエネルギを吸収するためのエネルギ吸収ユニット；動力平滑化ユニット；電力を生成するために配設された発電ユニット；及び機械的エネルギを貯蔵するために配設されたエネルギ貯蔵デバイスを備える、波エネルギ変換器が提供される。ここで動力平滑化ユニットは、エネルギ貯蔵デバイスからのエネルギを貯蔵及び回収するために配設され；エネルギ吸収ユニット、動力平滑化ユニット、発電ユニット及びエネルギ貯蔵デバイスは、協働するよう適合され；動力平滑化ユニットは、エネルギ吸収ユニットが発電ユニットが生成する電力より多くの動力を吸収した場合に、エネルギ吸収ユニットからのエネルギをエネルギ貯蔵デバイスに蓄積するために、及びエネルギ吸収ユニットが発電ユニットが生成する電力より少ない動力を吸収した場合に、エネルギを発電ユニットに放散するために配設される。この波エネルギ変換器は、エネルギ吸収ユニットが吸収したエネルギを動力平滑化ユニット及び／又は発電ユニットに移動させるよう適合された第１の伝達デバイス、並びに動力平滑化ユニットからエネルギ貯蔵デバイスにエネルギを移動させるよう適合された第２の伝達デバイスを特徴とする。
好ましい実施形態では、第１の伝達デバイスは、動力平滑化ユニット及び／又は発電ユニットに接続された機械的整流器を備える。
好ましい実施形態では、第１の伝達デバイスは、液圧タービン／モータシステムに対する少なくとも１つの液圧ポンプを備え、この少なくとも１つの液圧ポンプから生成される流れは、液圧タービン／モータの一方向回転を生成する弁によって整流される。
好ましい実施形態では、第１の伝達デバイスは、ラック・ピニオン、チェーン・チェーンピニオン、ボール／ローラねじ、レバーシャフト、ウインチシステムのいずれかを備える。
好ましい実施形態では、エネルギ吸収ユニットは、水又は空気等の流体を有する管又はチャンバ、及び好ましくはウェルズタービンであるタービンを備える。
好ましい実施形態では、第２の伝達デバイスは、ラック・ピニオン、チェーン・チェーンピニオン、ボール／ローラねじ、レバーシャフト、ウインチシステムのいずれかを備える。
好ましい実施形態では、エネルギ貯蔵デバイスは、釣合錘、機械ばね、液圧ばね、液圧ばね、空気ばねのいずれかを備える。
好ましい実施形態では、動力平滑化ユニット及び発電ユニットは、好ましくは浮体構造物である別個の沖合プラットフォーム上に配置される。
好ましい実施形態では、動力平滑化ユニット及び発電ユニットは、沖合の、海底に堅く固定された構造物内に配置される。
好ましい実施形態では、動力平滑化ユニット及び発電ユニットは、沿岸に配置される。
好ましい実施形態では、波エネルギ変換器は、動力平滑化ユニット及び発電ユニットを取り囲む第１のハウジングを備える。
好ましい実施形態では、エネルギ貯蔵デバイスは、第２のハウジング内の直線ガイド上で案内される錘である。
好ましい実施形態では、第１及び第２のハウジングは、互いに堅固で、ただし好ましくは着脱可能に取り付けられる。
好ましい実施形態では、波エネルギ変換器は、共通の流体収集システムに接続された複数のエネルギ吸収ユニットを備え、共通の流体収集システムの各エネルギ吸収ユニットは、動力平滑化ユニット及び／又は発電ユニットに接続された共通の液圧モータに流体を送り込むのに役立ち、ここでエネルギ吸収ユニットは、動力平滑化ユニット及び／又は発電ユニットに対して別個の位置に配置される。
好ましい実施形態では、エネルギ貯蔵デバイス及び第２の伝達デバイスは、動力平滑化ユニット及び／又は発電ユニットのハウジングから延長された、エネルギ貯蔵デバイス及び第２の伝達デバイスを周辺環境から隔てるハウジング内に配置される。
これより本発明を添付の図面を参照しながら例として説明する。
図１は、エネルギ吸収ユニット、動力平滑化ユニットを有する動力取出装置及び発電ユニットを備える、本発明による波エネルギ変換器システムの全体的なレイアウトを示すブロック図である。 図２は、スリーウエイギヤボックスを備える動力平滑化ユニットを有する、本発明による波エネルギ変換器の一般的な動作を説明する図である。 図３は、２つの独立して回転する部品を有する発電機を備える動力平滑化ユニットを有する、本発明による波エネルギ変換器の一般的な動作を説明する図である。 図４は、第１の伝達デバイスのある液圧式実施形態を有する、本発明による波エネルギ変換器システムを示し、エネルギ吸収ユニットの一方向及び二方向の動力の捕捉を示す。 図５は、第１の伝達デバイスの別の液圧式実施形態を有する、本発明による波エネルギ変換器システムを示し、エネルギ吸収ユニットの一方向及び二方向の動力の捕捉を示す。 図６は、沿岸に配置された動力平滑化ユニット及び発電ユニットに流体を送り込むことにより、捕捉した動力を移動させる、沖合に配置された異なるタイプのエネルギ吸収ユニットを示す。 図７は、エネルギ吸収ユニットと動力平滑化ユニットへの伝達デバイスとのある組み合わせを有する波エネルギ変換器、及び動力平滑化ユニットとエネルギ貯蔵デバイスとの間のラック・ピニオン伝達の詳細を示す。 図８は、エネルギ吸収ユニットと動力平滑化ユニットへの伝達デバイスとの別の組み合わせを有する波エネルギ変換器、及び動力平滑化ユニットとエネルギ貯蔵デバイスとの間のラック・ピニオン伝達の詳細を示す。 図９は、エネルギ吸収ユニットと動力平滑化ユニットへの伝達デバイスとの別の組み合わせを有する波エネルギ変換器、及び動力平滑化ユニットとエネルギ貯蔵デバイスとの間のラック・ピニオン伝達の詳細を示す。 図１０ａは、エネルギ貯蔵デバイスとエネルギ貯蔵デバイスとの間のレバーシャフト伝達を示す図である。 図１０ｂは、エネルギ貯蔵デバイスとエネルギ貯蔵デバイスとの間のレバーシャフト伝達を示す図である。 図１１は、ばねアキュムレータを有する、本発明による代替実施形態を示す図である。 図１２は、複数のエネルギ吸収ユニットが動力平滑化ユニットに接続される、本発明による実施形態を示す図である。 図１３は、エネルギ貯蔵デバイス、及び動力平滑化ユニットへの伝達デバイスがハウジング内に配置される実施形態を示す図である。
波エネルギ変換器の様々な実施形態の詳細な説明を以下に記載する。この説明において、用語「水のプール（ｐｏｏｌ ｏｆ ｗａｔｅｒ）」はいずれの水体又は水塊を含むものとして理解されるものとする。また、用語「伝達デバイス（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）」は、回転運動を並進運動に変換する若しくは並進運動を回転運動に変換する、又はシステムの１つの部分から別の部分へと回転運動を移動させるデバイスを意味する。更に、いくつかの例では、「動力吸収（ｐｏｗｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）」、「動力吸収（ｐｏｗｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）」等、用語「動力（ｐｏｗｅｒ）」及び「エネルギ（ｅｎｅｒｇｙ）」は同様の意味で使用される。
図１を参照すると、本発明による波エネルギ変換器は、一般に「原動機（ｐｒｉｍｅ ｍｏｖｅｒ）」と呼ばれる動力又はエネルギ吸収ユニット１００、動力平滑化ユニット２００の形態のエネルギ蓄積ユニット、発電ユニット３００及びアキュムレータ又はエネルギ貯蔵デバイス５を備え、ここで動力平滑化ユニット２００は、エネルギ吸収ユニット１００、発電ユニット３００及びエネルギ貯蔵デバイス５の間に接続される。これらのユニットのうちのいくつか又は全ては、沖合の浮体構造物若しくはブイ、又は沖合若しくは沿岸の固定された構造物に、又は別のタイプの波エネルギ変換器システム（図示せず）に配設してよい。これら４つのユニットは互いに協働するよう適合され、エネルギ吸収ユニットが捕捉した大きく変動する動力を動力平滑化ユニットが平滑化することによって、発電ユニットが略一定のレベルで発電できる。
エネルギ吸収ユニット１００は、波エネルギ変換器を水のプール内に配設した場合に、水の運動によって生成されたエネルギを吸収するために配設される。これは例えば、エネルギ吸収ユニットを固定された基準点（例えば海底）若しくは相対的な基準点（例えば波エネルギ変換器の第２の本体）に接続する配置、又はその他の配置によって達成できる。水面の上昇及び下降運動において、ブイ２０は、交互に浮き沈みする、及び／又は交互に左右に揺れる若しくは前後に傾く。これによって、水のプールの底部又は波エネルギ変換器の第２の本体に対して、起動力を生成できる。エネルギ吸収ユニット１００は、例えば海又は川における水流からのエネルギを吸収するデバイスを含んでよいことも理解されるべきである。
動力平滑化ユニット２００は、エネルギ吸収ユニットが発電ユニット３００が生成する電力より多くの動力を吸収した場合に、エネルギ吸収ユニット１００からのエネルギをエネルギ貯蔵デバイス５に貯蔵又は蓄積するために、及びエネルギ吸収ユニットが発電ユニット３００が生成する電力より少ない動力を吸収した場合に、エネルギをエネルギ貯蔵デバイスから発電ユニット３００へと回収するために配設される。エネルギ貯蔵デバイスは例えば釣合錘内に位置エネルギとしてエネルギを貯蔵し、この釣合錘は、システムの可動及び回転部分における慣性効果により僅かに変化するだけである略一定のトルクを供給する。このようにして、波エネルギ変換器の電力出力を、変動する動力吸収及びエネルギ貯蔵デバイス内に貯蔵されたエネルギのレベルにかかわらず、本質的に一定に維持できる。
この一般原理について、図２に示す実施形態と併せて説明する。振動する波の運動は、波起動本体１の形態のエネルギ吸収ユニットによって捕捉されて、動力平滑化ユニット及び発電ユニットを備えるギヤボックス・発電機組立体３の入力シャフト３０１に接続された第１の伝達デバイス２において、一方向回転運動に変換される。入力シャフト３０１は遊星ギヤボックス３０２の遊星キャリヤシャフト３０２ａに接続される。遊星ギヤボックス内のリングギヤシャフト３０２ｂは第２の伝達デバイス４に接続され、この第２の伝達デバイス４は、リングギヤシャフトの回転を、釣合錘５の形態のエネルギ貯蔵デバイスのヒービング運動に変換する。遊星ギヤボックスの太陽ギヤシャフト３０２ｃは、発電機３０３に接続される。
波起動本体１は、単動式又は複動式であってよい。単動式波起動本体の場合、第１の伝達デバイス２は、２０１による特性を有する一方向回転を生成する。即ち入力シャフト３０１は一方向に回転し、第１の伝達デバイス２によって他の方向に回転するのを阻止される。複動式波起動本体の場合、第１の伝達デバイス２は、２０２による特性を有する一方向回転を生成する。即ち、波起動本体１からの運動方向のうちの１つは、入力シャフト３０１の回転方向が波起動本体の運動方向とは関係なく同一となるよう、反転される。
第１の伝達デバイス２は典型的には、プーリ、ウインチ、チェーン、ボール／ローラねじ、レバーシャフト又はラック・ピニオン及び機械的整流器又は液圧ポンプ及びタービンシステムを備え、上記液圧ポンプ及びタービンシステムにおいて、液圧ポンプから生成された流れが弁によって整流され、好ましくは液圧式であるタービン／モータの一方向回転を生成する。
第２の伝達デバイス４は典型的には、プーリ、ウインチ、チェーン、ボール／ローラねじ又はラック・ピニオン、又はリングギヤシャフト３０２ｂの回転をヒービング運動に変換するいずれの他のタイプのデバイスであってよい。
ギヤボックス・発電機組立体３ｂの代替構成を図３に示す。この構成は入力シャフト３０１を備え、入力シャフト３０１は、発電機３０４の回転子３０４ａに接続される。固定子３０４ｂは、第２の伝達デバイス４に接続される発電機の第２のシャフト３０５に接続される。
この構成の機能及び動力平滑化能力は、遊星ギヤボックスを単一のシャフトを備える発電機と組み合わせて使用する他の構成と同等である。
図４に示す実施形態では、第１の伝達デバイス２は、複動式液圧ポンプ及び液圧タービン／モータデバイス２ａを含み、ここで波起動本体１は、液圧複動式シリンダ２０３に接続される。液圧シリンダ２０３のピストンが波起動本体によって引っ張られると、高圧の流れは液圧シリンダの第１のチャンバを出て、回路２０５内の２つの逆転防止弁２０４によって高圧管２０７に配向され、一方で低圧流体は液圧シリンダの第２のチャンバに入り、回路２０６内の２つの逆転防止弁２０４によって低圧管２０８から配向される。液圧シリンダ２０３のピストンが波起動本体によって押圧されると、高圧の流れは液圧シリンダの第２のチャンバを出て、回路２０６内の２つの逆転防止弁２０４によって高圧管２０７に配向され、一方で低圧流体は液圧シリンダの第１のチャンバに入り、回路２０５内の２つの逆転防止弁２０４によって低圧管２０８から配向される。回路２０５、２０６は共に、高圧管２０７を通ってタービン／モータ２０９への一方向の流れと、低圧管２０８を通って回路２０５、２０６へと戻る一方向の流れとを生成する。従ってタービン／モータ２０９は、動力取出装置組立体３に対する入力シャフト３０１に、２０２に記載した特性を有する一方向回転を与える。２１０は、低圧管２０８に接続された流体リザーバである。２１１は、波起動本体１の運動に反作用する点であり、典型的には海底の土台又は波エネルギ変換器の第２の本体である。
図５に示す別の実施形態では、第１の伝達デバイス２は、単動式液圧ポンプ及びタービン／モータデバイス２ｂを含み、ここでは波起動本体１は、液圧単動式シリンダ２０３に接続される。液圧シリンダ２０３のピストンが波起動本体によって引っ張られると、高圧の流れは液圧シリンダの第１のチャンバを出て、回路２０５内の２つの逆転防止弁２０４によって高圧管２０７に配向され、一方で低圧管２０８からの低圧流体が液圧シリンダの第２のチャンバに入る。波起動本体の逆方向において、液圧シリンダ２０３のピストンは、ばね機構等によって押し戻され、これによって低圧流体が、回路２０５内の逆転防止弁２０４によって低圧管２０８から配向されて第１のチャンバに入り、一方で同時に、液圧流体が第２のチャンバを低圧管２０８に向かって出る。回路２０５内の逆転防止弁２０４は、高圧管内での逆流を防止し、従ってタービン／モータ２０９は、動力取出装置組立体３に対する入力シャフト３０１が反対方向に回転するのを防止し、これによって２０１に記載した特性を有する断続的な一方向回転が得られる。２１０は、低圧管２０８に接続された流体リザーバである。２１１は、波起動本体１の運動に反作用する点であり、典型的には海底の土台又は波エネルギ変換器の第２の本体である。
図６に示す別の実施形態では、図示した波エネルギ変換器システムは、ある距離だけ離間しているものの単一の動力取出装置及び発電機組立体３に接続されている、２つの異なるタイプの波エネルギ吸収デバイス（即ち動力平滑化ユニット及び発電ユニットは、エネルギ吸収ユニットとは別に配置される）を備える。表現「ある距離だけ離間して（ａｔ ａ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ）」及び「別に（ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ）」は、エネルギ吸収ユニットが、別個のハウジング内に動力平滑化ユニット及び発電ユニットを備える中央ユニットに接続された個別のユニットとして機能するものとして解釈されるべきである。図示したエネルギ吸収ユニットは、波の運動と共に揺れるヒンジフラップ等のサージングタイプのもの１ａ、及び波の運動と共に持ち上がるブイ等のヒービングタイプのもの１ｂであるが、波の運動に追従して第１の伝達デバイス２ａ又は２ｂに並進又は回転入力運動をもたらす、いずれの他のタイプ及び／又は数のものであってよい。典型的には、複数の単一タイプのエネルギ吸収ユニットを、所定の波エネルギ変換器システムにおいて使用する。第１の伝達デバイス２ａ又は２ｂは、振動運動を、ギヤボックス・発電機組立体３に対する一方向回転入力に変換する。この構成における第２の伝達デバイス４はウインチシステム４ａであるが、プーリ、チェーン、ボール／ロータねじ、ラック・ピニオン、又は回転を釣合錘５のヒービング運動に変換するいずれの他のタイプのものであってもよい。
図示した構成では、ギヤボックス・発電機組立体３は沿岸に配置され、この場合、釣合錘はシャフト５０１、ハウジング等において運動する。図１を参照すると、これは、動力平滑化ユニット２００及び発電ユニット３００が沿岸に配置されていることに対応する。ギヤボックス・発電機組立体３、第２の伝達デバイス４及び釣合錘５はまた、浮いていても固定されていてもよい沖合プラットフォーム上に配置してよい。続いて釣合錘は、プラットフォームの下側の水中で、又は第２の伝達デバイス４及び釣合錘５を周辺環境から隔てるハウジング内で自由に運動できる。
タイプ１ａ、１ｂの又はいずれの他のタイプの、単動式又は複動式のいくつかの波起動本体を、ポンプ式液圧システム２ａ又は２ｂ内の同一の管に接続してよい。このようにして、単一のギヤボックス・発電機組立体３を、複数のエネルギ吸収ユニットのために使用できる。
第１の伝達デバイス２は複動式ラック・ピニオンデバイス２ｃ（図７を参照）であってよく、ここで波起動本体１ｃは、ピニオン組立体２２１、２２２を回転させるラック２２０に接続される。ピニオン組立体２２１は、ギヤ２２３のシャフトに接続されたフリーホイールを有するピニオンを備える。ピニオン組立体２２２は、ギヤ２２３と歯当たりするギヤ２２４を介して接続されたフリーホイールを有するピニオンを備える。ピニオン組立体２２１のフリーホイールの方向は、ピニオン組立体２２２のフリーホイールの方向に関して反転しており、これによってピニオン組立体２２１のフリーホイールは、ラック２２０が上向きに移動する際にギヤ２２３に係合してこれを回転させ、ピニオン組立体２２２におけるフリーホイールは、ラック２２０が下向きに移動する際にギヤ２２３と係合してこれを上記回転と同一の方向に回転する。従ってデバイス２ｃは、波起動本体１からの複動式振動運動を、ギヤボックス・発電機組立体３に対する一方向回転入力に変換する。ギヤボックス・発電機組立体３は、波起動本体に反作用するための位置にあり、この反作用する位置は、ヒーブプレート、海底の土台、浮遊式リグ若しくは海底に設置されたリグ又は波起動本体の運動に反作用するいずれの他のタイプの構造物によって達成される。いずれのタイプの整流器を使用して、入力シャフト３０１上での一方向回転を達成でき、図示した整流器はこの機能を例示しているに過ぎない。
図７に示す実施形態における第２の伝達デバイス４は、ラック・ピニオンデバイス４ｃであり、このラック・ピニオンデバイス４ｃにおいて、ギヤボックス・発電機組立体３におけるリングギヤシャフトは、ピニオン４２１のシャフトに接続される。ラック４２０をピニオン４２１及び釣合錘５に接続して、ピニオンの回転運動を釣合錘を持ち上げる垂直運動に変換する。
第１の伝達デバイス２は、単動式ラック・ピニオンデバイスとして実装してもよく、この単動式ラック・ピニオンデバイスは、特許文献１において示されている元のウインチシステムの機能に似ている。
図８に示す代替実施形態では、第１の伝達デバイス２は、複動式直接入力デバイス２ｄであり、ここで波起動本体１ｄがギヤ２２５に接続されたシャフトを回転させ、このギヤ２２５はデバイス２ｃにおけるラックと同一の機能を有する。ピニオン組立体２２１、２２２は、ギヤ２２３を駆動して、ギヤボックス・発電機組立体３に対する入力シャフトの一方向回転を生成する。ギヤボックス・発電機組立体３及び第２の伝達デバイス４は、図示した他のタイプのいずれのものであってよく、いずれのタイプの整流器を使用して、入力シャフト３０１上での一方向回転を達成でき、図示した整流器はこの機能を例示しているに過ぎない。
図９に示す更なる代替実施形態では、波起動本体１は、波の運動によって振動する水、空気等を有する管又はチャンバである。デバイス２ｅは、ウェルズタービン等の、流れの方向とは関係なく同一の方向に回転するように動作するタービンであり、このタービンは、このタービンがその中で動作する媒体に関して選択される。各流れの方向に関して１つの方向に回転するより簡素なタービンを、図７等に示した整流器２ｄと組み合わせて使用してもよい。
一実施形態では（図１０ａ、１０ｂを参照）、第２の伝達デバイス４は、遊星ギヤボックス３０２のリングギヤ３０２ｂに取り付けられた釣合錘レバーシャフト４ｄを備える。リングギヤに印加されるトルクは、釣合錘５の重さ並びにレバーシャフト４３０の長さ及び現在の角度に依存する。例えば図６に示すデバイス４ａにおいて、釣合錘のヒービング運動が発電機の速度によって制御される様式と同様に、釣合錘レバーシャフトの角度はデバイス４ｄにおいて発電機の速度によって制御される。
釣合錘の代わりに、エネルギ貯蔵デバイスは機械、液圧若しくは空気ばね５ｂ、又はいずれのタイプのデバイス４を介して遊星ギヤボックス３０２のリングギヤに接続された同様のアキュムレータデバイスであってよく、即ちばねアキュムレータは、並進動作又は回転動作できる。このような実施形態を図１１に示す。
図１２における実施形態は、収集システム１５０を示し、この収集システム１５０は、共通の流体管路２０７に接続された複数のエネルギ吸収ユニット１００を備え、共通の流体管路２０７は更に液圧モータ２０９ｂに接続され、液圧モータ２０９ｂは動力平滑化ユニット２００のシャフト３０１に対する一方向回転入力を提供し、動力平滑化ユニット２００は更に、シャフト３０２と、釣合錘５に接続される伝達デバイス４とを通して、発電ユニットに接続される。
図１３に示す実施形態では、エネルギ吸収ユニット１００は、液圧モータ２０９ｂ及びギヤボックス・発電機組立体３を取り囲む第１のハウジング５０３とは別に配置される。アキュムレータ錘又はエネルギ貯蔵デバイス５は、第２のハウジング５０１内の直線ガイド５０２上で案内される。伝達デバイス４は、遊星ギヤボックス３０２内のリングギヤの回転運動を、エネルギ貯蔵デバイスにおける釣合錘５を持ち上げる直線運動に変換する。第１のハウジング５０１及び第２のハウジング５０３は好ましくは互いに対して堅く、ただし好ましくは着脱可能に取り付けられ、また第１のハウジング５０１及び第２のハウジング５０３は、海面上に浮かんだ状態で配置でき、海底に堅く取り付けられることもでき、沖合又は沿岸のいずれの構造物に堅く取り付けることもできる。
要約すると、本発明による波エネルギ変換器は以下の機能を有する：
・単動式又は複動式エネルギ吸収ユニットは、第１の機械的伝達デバイスを通して動力取出装置に送達される、並進又は回転振動運動を提供する。
・あるいは、１つ又は複数のエネルギ吸収ユニットは、並進又は回転振動運動を提供し、これら並進又は回転振動運動は、動力取出装置の第１のシャフトに取り付けられた液圧モータを駆動する、第１の液圧伝達デバイスを通る流体を用いて、動力取出装置に送達される。
・第１の伝達デバイスはまた、並進又は回転振動運動を動力取出装置に対する一方向回転入力運動に変換する整流器も含む。
・第１の伝達デバイスの出力シャフトは、３つの自由度を有するギヤボックス（例えば遊星ギヤボックス）の第１のシャフトに接続される。ギヤボックスの第２のシャフトは発電機に接続され、第３のシャフトは、ギヤボックスの第３のシャフトの回転運動を釣合錘のヒービング運動に変換する第２の伝達デバイスに接続される。
・あるいは、第１の伝達デバイスの出力シャフトは、発電機の回転子に直線接続され、第２の伝達デバイスは、シャフト等を介して発電機の固定子に接続される。この「２つのシャフトを備える（ｔｗｏ ｓｈａｆｔｅｄ）」発電機の機能は、３つの自由度を有するギヤボックスと「単一のシャフトを備える（ｓｉｎｇｌｅ ｓｈａｆｔｅｄ）」発電機との組立体と同じである。
・エネルギ貯蔵デバイスにおける釣合錘は、システムにおいて、第２の伝達デバイスを通して発電機及び第１の伝達デバイスに略一定のトルクを供給し、上記第１の伝達デバイスは、エネルギ吸収ユニットの運動に反作用するための略一定のトルク、力又は圧力を送達する。単動式エネルギ吸収ユニットの場合、トルクは、エネルギ吸収ユニットが駆動方向に移動する際にのみ、釣合錘からエネルギ吸収ユニットに送達される。
・エネルギ吸収ユニットから送達される並進又は回転振動運動、即ち動力取出装置に対する入力速度は、波の運動によって変動するが、動力平滑化ユニットは、エネルギ貯蔵デバイスからのエネルギを貯蔵及び放出して、このような変動を補償し、略一定の速度の入力を発電ユニットに提供する。発電機の速度は、略一定のレベルに制御され、上記略一定のレベルは吸収された動力の平均レベルに適合するようゆっくりと調整される。超過の入力速度は、釣合錘を持ち上げこれによって位置エネルギを貯蔵する第２の伝達デバイスを回転させるよう、配向される。動力取出装置に対する入力速度の不足は、第２の伝達デバイスの逆回転方向につながり、これによって釣合錘が降下し、その結果位置エネルギが放出される。
・発電機の速度は、釣合錘から送達される機械的入力トルク及び発電機の減衰に比例する。所定の減衰係数において、発電機における電磁トルクは、発電機の特定の速度において釣合錘から送達される機械的入力トルクに等しい。よって、所定の減衰係数は、略一定の平衡速度及びこれに伴って略一定の電力出力をもたらす。減衰係数が変化した場合、平衡速度は別の値へと変化し、その結果電力出力を入射エネルギの平均レベルに適合するよう制御できる。
・海が荒れた条件下において、波エネルギの吸収は、動力取出装置に対する入力運動の係合解除によって制限される。係合解除は、典型的には第１の伝達デバイスに配置されるクラッチ、弁等によって行われる。入力運動の係合解除は間隔を置いて実施され、これによって平均入力速度が制限され、発電機がその最大速度を超えるのが防止され、これに伴って電力出力が防止される。
・海が荒れた条件下において、波エネルギの吸収はまた、エネルギ吸収ユニットとエネルギ貯蔵デバイスとの間のギヤ比を変更することにより、即ち第１の伝達デバイスが液圧式の場合は液圧モータにおける変位を変更することにより、又は可変ギヤ比を有する機械的ギヤボックスを第１の伝達デバイスに加えることにより制限できる。これは次に、発電ユニットに提供されるトルクを変更することなく、エネルギ貯蔵デバイスによってエネルギ吸収ユニットに供給される減衰力、及びこれに伴ってエネルギ貯蔵デバイスにおける錘を持ち上げる速度を変更する。エネルギ貯蔵デバイスからエネルギ吸収ユニットへのギヤ比の増大は、エネルギ吸収ユニットに対する減衰力の低下、及び錘を波の運動に対して持ち上げる速度の低下をもたらし、即ち、比較的荒れた海況においては、動力捕捉を低下させて及び／又は制限して、平均捕捉動力がデバイスの定格動力を超えるのを防止する。
・エネルギ吸収ユニットに対する減衰力を変更することは、海況同調（ｓｅａ ｓｔａｔｅ ｔｕｎｉｎｇ）としても公知であり、これは動力捕捉を増大させるために、即ち各個別の海況において最大動力捕捉のための減衰力を最適化するために使用できる。典型的には、最大動力捕捉のための最適な減衰力は、海況の荒れが強くなると共に増大する。より穏やかな海況において、より頻繁でありかつエネルギの少ない波の発生における動力捕捉を改善するために、減衰力を公称値から低下させることは特に有利である。これは、電気的収集システム及び波力発電ファーム設備からの電力伝達装置を含む完全なシステムの負荷率を向上させる。
波エネルギ変換器の好ましい実施形態を説明した。これらの実施形態を、本発明の概念を逸脱することなく、添付の請求項の範囲内で変更できることを理解されたい。従って、エネルギ吸収ユニット１００、第１の伝達デバイス２、ギヤボックス・発電機組立体３、第２の伝達デバイス４、エネルギ貯蔵デバイス５に関して図示したタイプのいずれの組み合わせを使用できることを理解されたい。
水の運動によって生成されるエネルギを吸収するよう適合されたエネルギ吸収ユニットを説明した。このようなエネルギ吸収ユニットはその最も広い意味において、潮力及び風力タービン又は潮流、流れ若しくは風によって生成されるエネルギを吸収するよう適合された他のデバイスも含んでよい。

Claims (15)

  1. 波エネルギ変換器を水のプール内に配設した場合に、水の運動によって生成されたエネルギを吸収するために配設されたエネルギ吸収ユニット（１００）；
    動力平滑化ユニット（２００）；
    電力を生成するために配設された発電ユニット（３００）；及び
    機械的エネルギを貯蔵するために配設されたエネルギ貯蔵デバイス（５；５ｂ）
    を備える、波エネルギ変換器（１０）であって、
    前記動力平滑化ユニット（２００）は、前記エネルギ貯蔵デバイスからのエネルギを貯蔵及び回収するために配設され；
    前記エネルギ吸収ユニット（１００）、前記動力平滑化ユニット（２００）、前記発電ユニット（３００）及び前記エネルギ貯蔵デバイス（５；５ｂ）は、協働するよう適合され；
    前記動力平滑化ユニット（２００）は、前記エネルギ吸収ユニットが前記発電ユニット（３００）が生成する電力より多くの動力を吸収した場合に、前記エネルギ吸収ユニット（１００）からのエネルギを前記エネルギ貯蔵デバイス（５；５ｂ）に蓄積するために、及び前記エネルギ吸収ユニットが前記発電ユニットが生成する電力より少ない動力を吸収した場合に、エネルギを前記発電ユニット（３００）に放散するために配設される、波エネルギ変換器（１０）において、
    前記エネルギ吸収ユニットが吸収したエネルギを前記動力平滑化ユニット及び／又は前記発電ユニットに移動させるよう適合された第１の伝達デバイス（２）、並びに前記動力平滑化ユニットから前記エネルギ貯蔵デバイスにエネルギを移動させるよう適合された第２の伝達デバイス（４）を特徴とする、波エネルギ変換器（１０）。
  2. 前記第１の伝達デバイス（２）は、前記動力平滑化ユニット及び／又は前記発電ユニットに接続された機械的整流器を備える、請求項１に記載の波エネルギ変換器。
  3. 前記第１の伝達デバイス（２）は、少なくとも１つの液圧ポンプ及びタービン／モータシステムを備え、
    前記少なくとも１つの液圧ポンプから生成される流れは、前記タービンの回転を生成する弁によって整流される、請求項１又は２に記載の波エネルギ変換器。
  4. 前記第１の伝達デバイス（２）は、ラック・ピニオン、チェーン・チェーンピニオン、ボール／ローラねじ、レバーシャフト、ウインチシステムのいずれかを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  5. 前記エネルギ吸収ユニット（１００）は、水又は空気等の流体を有する管又はチャンバ、及び好ましくはウェルズタービンであるタービンを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  6. 前記第２の伝達デバイス（４）は、ラック・ピニオン、チェーン・チェーンピニオン、ボール／ローラねじ、レバーシャフト、ウインチシステムのいずれかを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  7. 前記エネルギ貯蔵デバイス（５；５ｂ）は、釣合錘（５）、機械ばね、液圧ばね、空気ばね（５ｂ）のいずれかを備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  8. 前記動力平滑化ユニット（２００）及び前記発電ユニット（３００）は、好ましくは浮体構造物である別個の沖合プラットフォーム上に配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  9. 前記動力平滑化ユニット（２００）及び前記発電ユニット（３００）は、沖合の、海底に堅く固定された構造物内に配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  10. 前記動力平滑化ユニット（２００）及び前記発電ユニット（３００）は沿岸に配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  11. 前記動力平滑化ユニット（２００）及び前記発電ユニット（３００）を取り囲む第１のハウジング（５０３）を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  12. 前記エネルギ貯蔵デバイス（５）は、第２のハウジング（５０１）内の直線ガイド（５０２）上で案内される錘である、請求項１１に記載の波エネルギ変換器。
  13. 前記第１ハウジング（５０３）及び前記第２のハウジング（５０１）は、互いに対して堅く、ただし好ましくは着脱可能に取り付けられる、請求項１２に記載の波エネルギ変換器。
  14. 共通の流体収集システムに接続された複数の前記エネルギ吸収ユニット（１００）を備え、
    前記共通の流体収集システムの各前記エネルギ吸収ユニットは、前記動力平滑化ユニット及び／又は前記発電ユニットに接続された共通の液圧モータに流体を送り込むのに役立ち、
    前記エネルギ吸収ユニット（１００）は、前記動力平滑化ユニット及び／又は前記発電ユニットに対して別個の位置に配置される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
  15. 前記エネルギ貯蔵デバイス（５）及び前記第２の伝達デバイスは、前記動力平滑化ユニット（２００）及び／又は前記発電ユニット（３００）の前記ハウジング（５０３）から延長された、前記エネルギ貯蔵デバイス及び前記第２の伝達デバイスを周辺環境から隔てる前記ハウジング（５０１）内に配置される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の波エネルギ変換器。
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