JP2017519152A - 波エネルギー吸収装置、動力取出装置組立体、および波エネルギーシステム - Google Patents

Abstract

波エネルギー吸収装置は、水の動きにより運動するように適応された浮体（２０）と、浮体（２０）に取り付けられた浮体振動装置（２１；２１ｃ）とを備え、浮体振動装置は長尺手段（２１０）と、該長尺手段と相互作用するように適応された回転手段（２１１）とを含む。可変容量型の油圧ポンプ（２４）は回転手段（２１１）に接続され、かつ油圧回路（５１、５２）に接続可能である。浮体（２０）が水の動きにより運動すると、長尺手段（２１０）と回転手段（２１１）との間に相対運動が発生し、それにより油圧ポンプ（２４）は運動エネルギーを油圧エネルギーに変換し、油圧エネルギーは油圧ホース（５１）に送出され、かつそれによりトルクが油圧ポンプ（２４）によって回転手段（２１１）に加えられ、浮体（２０）の運動を減衰または増幅する。複数の浮体が中央ハブ（１０）に接続される場合、浮体振動装置（２１；２１ｃ）は、油圧ポンプ（２４）の行程容積の変化によって、浮体に加えられる力を個別に制御する。中央ハブに複数の浮体を取り付けられた波エネルギーアレイのための高効率で拡張された制御能力を備えた、完全な動力取出装置組立体およびシステムを提供する。【選択図】図１０ａ

Description

本発明は一般的に、各波エネルギー吸収装置に加えられる力をエネルギー貯蔵装置からの有意の干渉無く独立して制御することのできる波エネルギー吸収装置、エネルギー貯蔵装置を含む動力取出装置及び発電機組立体、複数の波エネルギー吸収ユニットを共通動力取出装置及び発電機組立体に接続する油圧収集システムに関する。

浮体に加えられる減衰力を制御するための戦略は、波エネルギー変換器の動力捕獲を増大することを目的として、幅広く研究されている。使用すべき最適な減衰力は波の大きさに大きく依存する。最適な減衰力が加えられなければ、浮体は波を介して過剰減衰または過少減衰され、したがって捕獲される動力は低減する。

最も一般的に使用される制御戦略はいわゆる受動荷重であり、これは最適制御戦略とみなされる反応性制御（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ、リアクティブ制御）としばしば比較される。受動荷重は浮体（ｂｕｏｙ）の速度に比例する減衰力を加え、反応性制御は最適な減衰を加えるだけでなく、波に対して共振するように浮体の位相制御をも行う。速度に対する減衰力の比例的特性のため、受動荷重は波から取り出される平均動力と比べて非常に高いピーク力をもたらし、減衰力プロファイルは、各波から最大限の動力を捕獲するのに最適ではない。反応性制御はずっと優れた動力捕獲をもたらすが、位相を制御するために必要な力は減衰のために必要な力より高く、かつ波の動きによっては浮体を押すためにそれを加えなければならず、したがってシステムで動力を反転させる必要がある。これは、動力取出システム（ｐｏｗｅｒ ｔａｋｅ−ｏｆｆ ｓｙｓｔｅｍ）の構成部品のサイジング（ｓｉｚｉｎｇ、寸法）および効率にとって難しい課題である。一定減衰は、受動荷重より少ない力でより多くの動力を捕獲することができ、かつ反応性制御より効率的な別の制御戦略であるが、位相の制御は行われず、したがって捕獲する動力は反応性制御より少ない。

動力取出装置（ｐｏｗｅｒ ｔａｋｅ−ｏｆｆ、パワーテイクオフ）のエネルギー貯蔵装置はサイジング要件を緩和し、動力取出装置の構成部品の効率を高めるものであり、費用効率の高いシステムのためだけでなく、充分な品質の動力出力を達成するためにも必要である。しかし、エネルギー貯蔵装置を発電機の前に動力取出装置に追加する場合、減衰力を制御することは往々にして困難である。シリンダ、アキュムレータ（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ、蓄圧器）、およびモータを含む油圧動力取出装置は、アキュムレータにおける貯蔵エネルギーのレベルに比例する減衰力を与える。

特許文献１に従って重力貯蔵装置が油圧動力取出装置と接続されている場合、油圧はアキュムレータにおける貯蔵エネルギーのレベルに依存するのではなく、油圧はアキュムレータ内の錘の質量、その加速度、および錘と浮体のギヤ比に比例する。固定ギヤ比の場合、減衰力は略一定となり、それは動力捕獲性能が最適ではないことを意味する。特許文献１は、錘と浮体との間の可変ギヤ比により、例えばシャフトを遊星ギヤボックスのキャリアに接続した可変容量型油圧モータにより、減衰力を調整することが可能であることを示している。これは、システム圧力の迅速な制御を可能にし、よって波エネルギー装置における油圧動力取出装置で一般的に使用される固定容量型の油圧シリンダにより浮体に加えられる減衰力の迅速な制御を可能にする。しかし、これは、複数の浮体が油圧収集システムを介してハブシステム（ｈｕｂ ｓｙｓｔｅｍ）の共通油圧モータに取り付けられ、平滑化および電気への変換が集中方式で行われる場合、減衰力は集合的にしか制御できないという限界を有する。

国際公開第２０１４／００５５０３３号

本発明の目的は、共通油圧収集システムおよび中央動力取出装置及び発電機組立体に取り付けられた複数の浮体に加えられる力の独立した制御を可能にする装置であって、発電機およびシステム圧力の制御から略独立しており、よって動力取出装置におけるエネルギー貯蔵装置の使用からも略独立している装置を提供することである。また、動力取出装置に貯蔵されたエネルギーを使用して反応性制御の実現を可能にし、システムに多大な損失を追加することなく動力捕獲を最適化する、より効率的な多重容量型ポンプ装置（ｍｕｌｔｉ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｐｕｍｐ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を提供することも、本発明の目的である。追加の目的は、より大きい貯蔵容量およびより高い出力定格を含み、より多数の浮体を接続することができるように、規模を拡大することのできる動力取出装置と発電機組立体を提供することである。

本発明の第１の態様では、水の動きにより運動するように適応された浮体と、浮体に取り付けられた浮体振動装置（ｂｕｏｙ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）とを備え、浮体振動装置が長尺手段と、長尺手段と相互作用するように適応された回転手段とを含んで成る波エネルギー吸収装置であって、油圧ポンプが回転手段（２１ｂ）に接続され、かつ油圧回路に接続可能であり、水の動きにより浮体が運動すると、長尺手段と油圧ポンプとの間に相対運動が発生し、それによって油圧ポンプが運動エネルギーを油圧エネルギーに変換することを特徴とする、波エネルギー吸収装置を提供する。

好適な実施形態では、浮体振動装置はラックアンドピニオン駆動装置である。振動装置はウィンチシステムとすることもでき、その場合、長尺手段はベルト、ワイヤ、またはチェーンであり、回転手段はウィンチドラム（ｗｉｎｃｈ ｄｒｕｍ）またはチェーンスプロケット（ｃｈａｉｎ ｓｐｒｏｃｋｅｔ）である。

好適な実施形態では、長尺手段は、海底、浮体に対して比較的大きい質量を持つ移動体（ｍｏｖｉｎｇ ｂｏｄｙ）、および浮体の質量に対して水の質量が大幅に追加された水中のピストンまたはヒーブプレート（ｈｅａｖｅ ｐｌａｔｅ）のいずれかに取り付けられる。

好適な実施形態では、油圧ポンプは油圧グレーツブリッジ（Ｇｒａｅｔｚ ｂｒｉｄｇｅ）と組み合わされた双方向ポンプである。

好適な実施形態では、油圧ポンプは多重容量型油圧ポンプであり、好ましくはラジアルピストンポンプ（ｒａｄｉａｌ ｐｉｓｔｏｎ ｐｕｍｐ）、より好ましくは、タンデム配置（直列配置）のサイズの異なる２つのユニットを持つラジアルピストンポンプである。

好適な実施形態では、油圧ポンプは無限可変容量（ｉｎｆｉｎｉｔｅｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を有し、好ましくは斜板（ｓｗａｓｈ ｐｌａｔｅ）を持つアキシャルピストンポンプである。

好適な実施形態では、同一の長尺手段（２１ａ）に取り付けられた１つの回転手段を各々が有する、複数の固定容量型ポンプ、好ましくは４台から８台のポンプが設けられる。

好適な実施形態では、浮体振動装置は、長尺手段と回転手段との間で水平力を均衡させるように、複数の回転手段が両側から長尺手段に取り付けられた背中合わせの配置構成のギヤラック（ｇｅａｒ ｒａｃｋ）を含む。

好適な実施形態では、各回転手段は、回転運動およびトルク、ならびに流れおよび圧力との間の関係が一定になるように油圧ポンプに接続され、油圧ポンプの全ての第１ポートは第１共通ホースに接続され、かつ全ての第２ポートは第２共通ホースに接続される。

好適な実施形態では、波エネルギー吸収装置は、各油圧ポンプを独立して油圧回路と接続および切断するように適応された油圧制御弁を含む。

好適な実施形態では、制御弁は、油圧回路の高圧ホースおよび低圧ホースに接続する油圧ポンプのポートを切り替えるように適応される。

好適な実施形態では、制御弁は、流れが油圧ポンプ内を循環するのを停止させるように適応される。

好適な実施形態では、波エネルギー吸収装置は、油圧回路に接続可能な高圧油圧アキュムレータおよび低圧アキュムレータを含む。

好適な実施形態では、油圧アキュムレータは、システムに高く狭い圧力範囲をもたらすプリチャージ圧を有する。

本発明の第２の態様では、アキュムレータに接続されかつ長尺手段および長尺手段と相互作用するように適応された回転手段を含む動力取出振動装置と、長尺手段に接続されたエネルギー貯蔵装置とを備えた動力取出装置組立体であって、複数の発電機モジュールが回転手段に接続され、動力取出振動装置は同一の長尺手段に接続された複数の回転手段を含み、それによって複数の発電機モジュールは動力取出振動装置を介して同一のエネルギー貯蔵装置と接続されることを特徴とする、動力取出装置組立体を提供する。

好適な実施形態では、各発電機モジュールは、エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵しかつ回収するための動力取出振動装置を取り付けられた浮動リングギヤ（ｆｌｏａｔｉｎｇｒｉｎｇ ｇｅａｒ）と、発電機を駆動するように適応された太陽歯車（ｓｕｎ ｇｅａｒ）とを持つ遊星ギヤボックスのキャリアに取り付けられた油圧モータを含む。

好適な実施形態では、各発電機モジュールは、エネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵しかつ回収するための動力取出振動装置に取り付けられた油圧ポンプ／モータを含み、かつ第２油圧モータは発電機を駆動するように適応される。

好適な実施形態では、動力取出振動装置はラックアンドピニオン駆動装置である。

好適な実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、位置エネルギーを貯蔵しかつ回収することのできる錘である。

好適な実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、弾性エネルギーを貯蔵しかつ回収することのできる弾性エネルギー貯蔵装置である。

好適な実施形態では、動力取出装置組立体は、遊星ギヤボックスと油圧モータとの間に設けられた複数のギヤステップ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇｅａｒ ｓｔｅｐｓ）を持つ機械的ギヤボックスを含む。

好適な実施形態では、長尺手段はチェーン、ローラねじ、ベルト、およびワイヤのいずれかであり、回転手段は長尺手段の直線運動を回転運動に変換するように適応される。

好適な実施形態では、油圧モータは固定容量型油圧モータである。

好適な実施形態では、動力取出装置組立体は、発電機のシャフトに接続されたフライホイールを含む。

好適な実施形態では、動力取出装置組立体は、油圧回路に接続可能な油圧アキュムレータを含む。

本発明の第３の態様では、本発明に係る動力取出装置組立体と、油圧回路によって動力取出装置及び発電機組立体に接続された本発明に係る複数の波エネルギー吸収装置、好ましくは少なくとも３台の波エネルギー吸収装置、より好ましくは少なくとも２５台の波エネルギー吸収装置とを含む、波エネルギーシステムを提供する。

好適な実施形態では、各浮体は、全ての波エネルギー吸収装置からハブへ油圧流を収集する海底の配管システムに接続される。代替的に作動油は、波エネルギー吸収装置から波エネルギー吸収装置へハブに到達するまで延びる油圧ホースを介して収集することができる。

好適な実施形態では、波エネルギーシステムは、油圧回路に設定された最大圧力時に開弁して作動油を高圧ホースから低圧回路に直接通過させるように構成された、圧力逃し弁（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｖｅ ｖａｌｖｅ、圧力リライブバルブ）を含む。

好適な実施形態では、動力取出装置及び発電機組立体に接続された各浮体の長尺手段に加えられる力は、エネルギー貯蔵装置またはそれらの組合せとの有意の干渉を生じることなく、独立して制御することができる。
以下で、実施例として添付の図面に関連して、本発明を説明する。

２つの浮体を備え、浮体をハブに接続する可撓性ホースを備えた、波エネルギーシステムの略図である。 ２つの浮体を備え、浮体をハブに接続する海底上に固定された配管を備えた、波エネルギーシステムの略図である。 ハブに取り付けられた１つの浮体のための動力取出装置の略図である。 ３つの浮体が同一ハブに取り付けられているが、図２と同じ動力取出システムを示す。 浮体に油圧アキュムレータが存在する、図３と同様の動力取出システムを示す。 １つの油圧アキュムレータが浮体にではなくハブに存在する、図３と同様の動力取出システムを示す。 油圧アキュムレータがハブだけでなく浮体にも追加された、図４と図５の組合せを示す。 ハブに重力貯蔵装置が存在せず、全てのエネルギー平滑化が代わりに浮体の油圧アキュムレータにより行われる、代替的構成を示す。 全ての平滑化がハブの油圧アキュムレータにより行われる、図７と同様の構成を示す。 油圧アキュムレータが浮体およびハブの両方に存在する、代替的実施形態を示す。 浮体内の同一ラックに取り付けられた１つのピニオンを各々が備えた複数の固定容量型ポンプと、各々が遊星ギヤボックスのリングギヤおよびピニオンを介して同一ギヤラックに取り付けられたハブ内の複数の固定容量型モータとを含む、本発明に係る構成を示す。 図１０ａと比較して、浮体のカスケードギヤボックスにより拡張された構成を示す。 図１０ｂと比較して、ハブにも存在するカスケードギヤボックスにより拡張された構成を示す。 ポンプ／モータ装置は重力貯蔵装置のギヤラックに遊星ギヤボックスが接続されず、全ての発電機用に１つの別個の油圧モータが存在するが、図１０ａと同様の動力取出装置の構成を示す。 図１０ａと同様の構成の上面図を示す。 エネルギー貯蔵装置用の油圧アキュムレータおよび発電用の発電機が浮体に内蔵された、図１２と同様の構成を示す。 エネルギー貯蔵装置用の油圧アキュムレータおよび発電用の発電機が浮体に内蔵された、図１２と同様の構成を示す。 本発明の一実施形態の斜視図を示す。 本発明の別の実施形態の斜視図を示す。 本発明のさらに別の実施形態の斜視図を示す。 本発明のさらに別の実施形態の斜視図を示す。

以下、動力取出装置におけるエネルギー貯蔵装置と組み合わせて、改善された動力捕獲および効率のための振動装置と、本発明に係る共通ハブに接続された複数の波エネルギー吸収装置とを含む、本発明に係る波エネルギーシステムについて詳細に説明する。

図１ａは、２つの浮体２０が可撓性油圧ホース５０を介してハブ１０の形の動力取出装置及び発電機組立体に取り付けられた波エネルギーシステムの略図である。各浮体は係留ロープ３０で海底３１に係留される。ハブは、油圧モータ１１と、重力貯蔵装置１２の形のエネルギー貯蔵装置と、ケーブル６０を介して電力を送出する油圧発電機１４とを含む。

図１ｂは図１ａと同様の略図であるが、浮体は海底３１上の固定配管システム５０ｂに接続され、高圧作動油をハブ１０に移送する。海底の固定配管システムは可撓性ホースと比較して、直径を大きくし、かつ費用を下げることができ、油圧収集システムの総費用および損害を軽減するために使用することができる。

図２は、ハブ１０に取り付けられた１つの浮体２０用の動力取出装置の略図であり、浮体における動力取出装置は、ギヤラックアンドピニオン駆動装置２１の形の振動装置を含む。ラックアンドピニオン駆動装置は、ギヤラック２１ａの形の長尺手段と、ピニオン２１ｂの形の回転手段とを含む。ギヤラック２１ａは海底３１の形の物体に取り付けられる。代替的に、この物体は浮体２０に比べて比較的大きい質量を持つ移動体とすることができる。この物体は、浮体の質量に対して水の質量が大幅に追加された、水中のピストンまたはいわゆるヒーブプレートとすることもできる。

動力取出装置はまた、ピニオンの双方向回転を可変容量型油圧ポンプ２３のシャフトの一方向回転に変換する、機械的整流器２２をも含む。代替的に、高圧ホース５１への一方向の高圧送出流および低圧ホース５２からの一方向の低圧戻り流を達成するために、双方向ポンプを油圧グレーツブリッジまたは類似物と組み合わせて使用することができる。可変容量型ポンプの特別な事例として、多重容量型（ｍｕｌｔｉ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）のポンプ、すなわち容量に関する個別の工程（ｄｉｓｃｒｅｔｅｓｔｅｐｓ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ、離散的な行程容積のステップ）を持つポンプを使用することができる。したがって、用語「可変容量」は、油圧ポンプまたはモータの容積（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ、行程容積）を変化させる全ての方法を包含する。

図示するこの配置構成によって、高圧および低圧ホース５１および５１の圧力を略一定に維持しながら、可変容量型ポンプの行程容積の調節によって、浮体に加えられる減衰力をきめ細かく制御することができる。代替的に、浮体は単一のホースを介して海水をハブに圧送することができる。可変回転油圧ポンプに接続されたラックアンドピニオン駆動装置はそれによって、油圧アキュムレータおよび固定容量型油圧シリンダを組み込んだ油圧動力取出装置により、浮体にきめ細かい制御を適用することにより、主要な問題を解決する。

浮体は、ハブ内の油圧モータ１１に接続された高圧および低圧油圧ホース５１および５２を介して、別個のユニットであるハブ１０に接続される。モータは油圧動力を機械的動力に変換する。機械的動力は、エネルギー貯蔵装置によって、図示する実施形態ではラックアンドピニオン駆動装置１２２を取り付けられた浮動リングギヤを持つ遊星ギヤボックス１２１と、アキュムレータの錘１２３とを備えた重力貯蔵装置１２によって、平滑化される。重力貯蔵装置の錘を昇降させるための長尺手段は、チェーン、ローラねじ、ベルト、またはワイヤのような他の種類の長尺手段を使用することもできる。

錘は、ラックが確実に、常にギヤボックスと整列しているように、リニアガイド１２４上を走行する。重力貯蔵装置におけるアキュムレータの錘は、アキュムレータに貯蔵されたエネルギーのレベルすなわち錘の位置に関係なく、発電機および油圧モータに略一定のトルクを提供し、それによって、油圧収集システムを介してハブに取り付けられた浮体に利用可能な一定範囲の減衰力、および浮体内の油圧ポンプの行程容積の範囲をも提供する。トルクは、錘の加速度および伝動装置の摩擦のため、著しく変動する。油圧アキュムレータへの所与のトルクは、高いギヤ比のためゆっくり動く大きい錘、または錘とモータとの間の低いギヤ比のため、より迅速に動く小さい錘のいずれかにより提供することができる。このようにして、アキュムレータシステムをトルクおよび圧力をどれだけ変動させることができるかに関する特定の要件に従って設計することができる。

ピークの圧力およびトルクは、システムに対して設定された最大圧力時に開弁して作動油を高圧回路から低圧回路へ直接通過させる、図示しない圧力逃し弁によって制限することもできる。油圧モータ１１の固定行程容積により、動力取出装置を介して浮体に加えられるトルクは略一定に維持される。油圧モータ１１の行程容積およびしたがってシステム圧力を変化させることによって、浮体で加えることのできる減衰力の範囲を拡張することが可能である。代替的に、複数のギヤステップを持つ機械的ギヤボックスをハブの遊星ギヤボックスと油圧モータとの間で動力取出装置に組み込むことができる。

重力貯蔵装置は発電機に定速出力をも提供し、それは、重力貯蔵装置の錘と発電機による速度依存トルクとの間のトルクバランスによって達成される。速度は発電機の減衰を調整することによって制御され、こうして発電機の制動トルクが錘からの駆動トルクと等しくなる速度を変化させる。出力シャフトである太陽歯車は発電機１４に接続され、任意選択的にフライホイール１３を使用して、錘の加速度によるトルクの変動を平滑化することができる。このようにして、重力貯蔵装置の前の速度およびフライホイールの前のトルクの変動に関係なく、発電機に一定の速度、トルクおよびそれによって動力入力をも提供することができる。これは、発電機が一定のパワー出力および最大効率で作動できることを確実にし、かつ発電機の大きさも低減する。

ポンプおよびモータは、ピストンのストローク長を調整する斜板付きのアキシャルピストンモータに通常見られる、零容量から全容量までの無限可変容量型として実現することができる。このタイプのポンプ／モータは減衰力を非常にきめ細かくかつ迅速に制御するが、部分容量運転時には低効率になり得る。

ポンプおよびモータの代替的選択肢は、通常、ラジアルピストンポンプ／モータに見られる多重容量型を使用することである。無限可変容量による動力捕獲性能に近づけるために要求されるステップ数を提供するために、複数のユニットを組み合わせることができる。複数のユニットは、タンデム配置で同一シャフトに取り付けるか、あるいは同一ギヤラックに取り付けられた１つのピニオンを各々備えた別々のシャフトに取り付けるかのいずれかとすることができる。どちらの構成でもユニットの係合／離脱のために制御弁が使用される。タイプによっては、各ユニット内の個々のシリンダを離脱／係合する能力を有するものもある。多重質量型ポンプおよびコンボポンプは、部分容量運転時も高い効率を維持するという利点を有する。このタイプのポンプは可変容量型ポンプと比較して、１桁高いトルク対重量比、出力密度をも有する。

図３は図２と同じ動力取出システムを示すが、単一のハブに３つの浮体が取り付けられ、油圧ホースは油圧モータ１１の前にポイント５３および５４で合流する。これは、単一のハブに対し複数の浮体を持つ波エネルギー変換器システムを表す。同じ略図を任意の数の浮体に使用することができる。この構成では、ここでは閉鎖系として示される油圧回路内に油圧アキュムレータは存在しない。それは、各浮体のポンプの前にリザーバを持つ開放系とすることもできる。油圧回路の高圧側と低圧側との間に、低圧側の圧力を制御するためにポンプを使用することができる（図示せず）。これは、浮体にリザーバを備えた開放系を使用することを必要とせずに、ポンプにおける高圧側から低圧側への漏れにより低圧側の圧力が徐々に増大することを防止する。このようにして、各浮体への戻り流は常に送出流と均衡する。各浮体からの送出流が異なる一方、戻り流が全ての浮体で同一であるリザーバの場合は、そうではない。リザーバを備えた開放系は、全てのリザーバに常に作動油が存在することを確実にするために、追加の容積と、各リザーバの充填レベルを制限する機能とを必要とする。

図４は、高圧油圧アキュムレータ２７、低圧アキュムレータ２８、および油圧ポンプ２３を備えた、図３と同様の動力取出システムを示す。浮体内の小型の油圧アキュムレータはホースを介してハブへ流れるピーク流量を低減するが、波間の平滑化は依然として主にハブ内の重力貯蔵装置１２によって行われ、圧力を一定レベルに維持する。油圧アキュムレータは重力貯蔵装置と組み合わせて重力貯蔵装置内の錘の加速度を低減し、それによってシステムのトルクおよび圧力の変動を低減する。低圧アキュムレータ２８の代わりに、開放型リザーバを使用することができる。この場合、各リザーバの最大充填レベルは、戻り作動油が確実に全ての浮体に均等に分配されるように、油圧オリフィス弁または類似物（図示せず）によって制限される。

図５は図３と同様の動力取出システムを示すが、高圧および低圧油圧アキュムレータ１６および１７は浮体ではなくハブに位置する。これは、錘の最大加速度を低減して油圧収集システムにおける圧力変動を平滑化する、より高い費用効率の解決策であるが、浮体からの送出ホース内のピーク流量を低減するという利点を持たない。

図６は、浮体のみならずハブにも油圧アキュムレータが加えられた、図４および５の組合せを示す。図４から図６に示された構成は、図７から図９に示すようにシステムに油圧アキュムレータだけを使用するのと比較して、油圧アキュムレータの挙動を変化させることに注目されたい。油圧アキュムレータは重力貯蔵装置と共に、錘における加速力によって生じる圧力変動を平滑化するバンパとして機能する。

図７は、ハブに重力貯蔵装置が無く、代わりに全てのエネルギー平滑化が浮体内の油圧アキュムレータにより行われる、代替的構成を示す。可変容量型ポンプ２３を備えたラックアンドピニオン駆動装置２１は依然として、油圧アキュムレータにおける貯蔵エネルギー（圧力）の現在のレベルによって設定される減衰力の範囲内で、浮体に加えられる減衰力の完全な制御を可能にすることに注目されたい。それは、固定容量型の油圧シリンダが油圧アキュムレータと組み合わせて使用される、先行技術で提案された他の油圧動力取出装置では、達成することが非常に困難である。

図８は図７と同様の構成を示すが、油圧アキュムレータ１６および１７は浮体内ではなく、ハブ内に存在する。

図９は、ホースを介してハブへ流れるピーク流量を低減するために、油圧アキュムレータ、典型的には小型のアキュムレータ２７、２８が両方とも浮体内に存在し、かつ連続する波にわたってエネルギーを貯蔵するために大型油圧アキュムレータ１６および１７がハブに存在する、代替的実施形態を示す。

図１０ａは、浮体内での同一のラック２１ｃに取り付けられた各々１つのピニオンを持つ複数の固定容量型ポンプ２４の形の可変容量型油圧ポンプの構成を示す。したがって、用語「可変容量型油圧ポンプ」は、同一の長尺手段（図示する実施形態ではギヤラック）に選択的に接続可能な幾つかの固定容量型油圧ポンプを含む可変容量型油圧システムをも包含する。ここには２台のポンプが示されているが、ピニオンを介してラックに加わる荷重を分配するため、および各ポンプを個別に回路と接続／切断するのに油圧制御弁２６を使用することによってギヤラックに加えられる力のきめ細かい制御を可能にするために、より多数のポンプ、典型的には４台から８台までのポンプが好適である。制御弁はさらに、高圧および低圧ホース５１および５２に接続するポンプのポートを切り替える機能を有する。これは、浮体を減衰して動力を捕獲するか、またはその運動を増幅して浮体の位相を制御するかのいずれかのために、すなわち反応性力制御を適用するために、ギヤラックに加えられる力の方向を能動的に制御するために使用することができる。好適な実施形態では、制御弁２６はまた、流れがポンプ内を循環するのを停止し、それによってギヤラックの動きを阻止する位置をも有する。最後の機能を使用する場合、圧力の限界を超えたときに（図示せず）、システムの損傷を防止するために作動油がクロスオーバすることを可能にするクロスオーバ弁を、ポンプと制御弁との間に使用する必要がある。

ハブ１０は、ここではピニオンとして具現化される複数の回転手段１２２ｂが、ここではラックとして具現化された単一の長尺手段１２２ａに接続された、同様の配置構成１２２ｃを示し、各ピニオン１２２ｂは、制御弁１６付き固定容量型油圧モータ１１と、遊星ギヤボックス１２１と、任意選択的にフライホイール１３と、発電機１４とを含む駆動トレインモジュールにおける遊星ギヤボックスの浮動リングギヤに接続される。モータをラックから離脱／係合することによって油圧収集システム内のシステム圧力を制御することができる。

市販されている油圧ポンプおよびモータは大きさが限られている。提案する配置構成は、複数の駆動トレインを同一ギヤラックに加えることによってこの限界を克服する。このようにしてハブにおける重力貯蔵装置の貯蔵容量を増大することができ、かつ浮体の完全な配列におけるすべての浮体から油圧動力を収集するために、単一のハブを使用することができる。複数の駆動トレイン組立体は、重力貯蔵装置における任意の錘を支えるように規模を決定することができる。より大きい油圧モータを利用できるようになると、特定の容量を達成するための駆動トレインの数を低減することができ、スケールによる利点からさらに利益が得られる。

図１０ｂは図１０と同様の構成を示すが、各ポンプからギヤラックに加えられる荷重を分散するために国際特許公開第２０１２００８８９６号Ａ１に係るカスケード配列の複数のピニオンを含む。別の相違点は、符号５１ｂおよび５２ｂによって示されるように、高圧および低圧ホースが海底３１まで下降し、海底に沿って延びることである。

図１０ｃは、図１０ｂと同様の動力取出装置の構成を示すが、ラックに接続されるピニオンの数を増大し、それによって各ピニオンからラックに伝達される力を低減するために、ハブ１０内の遊星ギヤボックス１２１の浮動リングギヤにはカスケードギヤボックス１２２ｄ（ｃａｓｃａｄｅ ｇｅａｒ ｂｏｘ、縦続接続ギアボックス）が取り付けられる。

図１１は図１０ａと同様の動力取出装置の構成を示すが、重力貯蔵装置の遊星ギヤボックスは存在しない。代わりに、アキュムレータの錘１２３にエネルギーを貯蔵しかつ回収するためにポンプ／モータ１１ｂが使用され、第２油圧モータ１５が発電機を駆動する。この構成は、従来のガス圧油圧アキュムレータを備えた、図８に示す油圧システムに類似しているが、アキュムレータに貯蔵されたエネルギーのレベルに関係なく一定の圧力を達成し、かつガスの圧縮を使用することなくエネルギーを貯蔵する。それは不可逆的なガス圧縮サイクルによる熱力学的損失を回避する。

図１２は、図１０ａと同様の構成を略上面図で示す。ラックに掛かる水平方向の荷重を均衡させるために、ギヤラック２１ａはここでは背中合わせに配置された２つのユニットから構成される。ラックをこのように使用し、システム内の荷重を最適に均衡させるために、ポンプを２つ１組で追加することが好ましい。各ポンプ２４はここでは制御弁２６により制御されるが、ポンプに２つ１組で同一制御弁を使用することもできる。同様の背中合わせのラックとマルチピニオンの駆動ユニット１２２ｃは、ハブで重力貯蔵装置の錘を持ち上げるために使用される。

図１３ａは、固定容量型ポンプ２４および制御弁２６を備えた、図１２と同じ背中合わせのギヤラックと複数のピニオンの駆動装置２１ｃを示すが、この場合、動力平滑化は完全に、油圧アキュムレータの形で搭載された貯蔵装置により行われ、電気エネルギーも浮体で生成される。この構成は、同一ギヤラックに取り付けられた複数の固定容量型ポンプを使用することによって、小型の油圧動力取出装置の利点を油圧蓄積および減衰力のきめ細かい制御と効率的に結合する。図１３ｂは、背中合わせのギヤラックと複数のピニオンの側面図を示す。他の構成部品は省かれている。

波エネルギー変換器システムの好適な実施形態について説明してきた。これは、特許請求の範囲によって定義される保護の範囲内で、本発明の着想から逸脱することなく変化させることができることは理解されるであろう。したがって、直線運動を回転に変換する装置としてラックアンドピニオンを説明したが、チェーン、ローラねじ、ベルト、ワイヤ、または類似物のような代替物を使用することができる。

一実施形態では、ハブ１０内のエネルギー貯蔵装置１２３は、図における実施形態に示した錘ではなく、位置エネルギーの代わりに弾性エネルギーを貯蔵するゴムコードまたは類似物のような弾性部品の形を取る。

１つ以上の油圧アキュムレータを備えた波エネルギーシステムについて説明した。システムで油圧ポンプおよびモータをよりよく利用するために、これらの油圧アキュムレータが、システムに高く狭い圧力範囲をもたらす高いプリチャージ圧を持つことができることは、理解されるであろう。

ハブ１０の形の動力取出装置組立体について記載した。これらの組立体の様々な部品を同一場所に配置する必要はないことは、理解されるであろう。

本発明に係る一形態の波エネルギー変換器システムは、動力取出装置及び発電機組立体と、該動力取出装置及び発電機組立体から離れているがそれに接続された複数の波エネルギー吸収装置とを備え、複数の波エネルギー吸収装置は各々、直線運動を回転に変換する装置と油圧ポンプとを含み、油圧ポンプの行程容積は可変であることについては、理解されるであろう。直線運動を回転に変換する装置はラックアンドピニオン駆動装置であることが好ましい。

Claims (30)

1. ‐水の動きにより運動するように適応された浮体（２０）と、
   ‐前記浮体（２０）に取り付けられた浮体振動装置（２１）であって、長尺手段（２１ａ）と、前記長尺手段と相互作用するように適応された回転手段（２１ｂ）とを含む浮体振動装置と、
   を備えた波エネルギー吸収装置であって、
   可変容量型の油圧ポンプ（２４）が前記回転手段（２１ｂ）に接続され、かつ油圧回路（５１、５２）に接続可能であり、
   前記浮体（２０）が水の動きにより運動すると、前記長尺手段（２１ｂ）と前記油圧ポンプ（２４）との間に相対運動が発生し、それによって前記油圧ポンプ（２４）が運動エネルギーを油圧エネルギーに変換する、
   ことを特徴とする波エネルギー吸収装置。
2. 前記浮体振動装置（２１）はラック（２１ａ）アンドピニオン（２１ｂ）駆動装置である、請求項１に記載の波エネルギー吸収装置。
3. 前記長尺手段（２１ａ）は、海底（３１）、前記浮体に対して相対的に大きい質量を持つ移動体、および前記浮体の質量に対して水の質量が大幅に追加された水中のピストンまたはヒーブプレートのいずれかに取り付けられた、請求項１または２に記載の波エネルギー吸収装置。
4. 前記油圧ポンプ（２４）は、油圧グレーツブリッジと組み合わせた双方向ポンプである、請求項１から３のいずれか一項に記載の波エネルギー吸収装置。
5. 前記油圧ポンプ（２４）は多重容量型油圧ポンプであり、好ましくはラジアルピストンポンプであり、より好ましくはタンデム配置のサイズの異なる２つのユニットを持つラジアルピストンポンプである、請求項１から３のいずれか一項に記載の波エネルギー吸収装置。
6. 前記油圧ポンプ（２４）は無限可変容量型であり、好ましくは斜板付きのアキシャルピストンポンプである、請求項５に記載の波エネルギー吸収装置。
7. 同一の長尺手段（２１ａ）に取り付けられた１つの回転手段（２１ｂ）を各々が備える複数の固定容量型ポンプ（２４）を含み、好ましくは４台から８台のポンプを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の波エネルギー吸収装置。
8. 前記浮体振動装置（２１）は、前記長尺手段と前記回転手段との間で水平力を均衡させるように複数の回転手段（２１１）が両側から前記長尺手段に取り付けられた、背中合わせの配置構成のギヤラック（２１２）を含む、請求項７に記載の波エネルギー吸収装置。
9. 各ポンプ（２４）は、複数の回転手段（２１１）を各々含むカスケードギヤボックス（２１ｄ）を介して、前記ギヤラック（２１２）に接続された、請求項７または８に記載の波エネルギー吸収装置。
10. 各回転手段（２１ｂ）は、回転運動およびトルクの関係、ならびに流れおよび圧力との間の関係が一定になるように、油圧ポンプ（２４）に接続され、前記油圧ポンプの全ての第１ポートは第１共通ホースに接続され、かつ全ての第２ポートは第２共通ホースに接続される、請求項１から９のいずれか一項に記載の波エネルギー吸収装置。
11. 各油圧ポンプ（２４）を個別に前記油圧回路（５１、５２）に接続および切断するように適応された油圧制御弁（２６）を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の波エネルギー吸収装置。
12. 前記制御弁（２６）は、前記油圧回路の高圧ホース（５１）および低圧ホース（５２）に接続する前記油圧ポンプのポートを切り替えるように適応される、請求項１１に記載の波エネルギー吸収装置。
13. 前記制御弁（２６）は、流れが前記油圧ポンプ（２４）内を循環するのを停止するように適応される、請求項１１または１２に記載の波エネルギー吸収装置。
14. 前記油圧回路（５１、５２）に接続可能な油圧高圧アキュムレータ（２７）および油圧低圧アキュムレータ（２８）を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の波エネルギー吸収装置。
15. 前記油圧アキュムレータは、システムに高く狭い圧力範囲をもたらすプリチャージ圧を有する、請求項１４に記載の波エネルギー吸収装置。
16. ‐アキュムレータ（１２３）に接続された動力取出振動装置（１２２；１２２ｃ）であって、長尺手段（１２２ａ）および前記長尺手段と相互作用するように適応された回転手段（１２２ｂ）を含む動力取出振動装置と、
    ‐前記長尺手段（１２２ａ）に接続されたエネルギー貯蔵装置（１２３）と、
    を備えた動力取出装置組立体（１０）であって、
    ‐複数の発電機モジュール（１１、１４、１２１；１１ｂ、１２、１４、１５）が前記回転手段（１２２ｂ）に接続され、
    前記動力取出振動装置は同一の長尺手段（１２２ａ）と接続された複数の回転手段（１２２ｂ）を含み、それによって前記複数の発電機モジュールは前記動力取出振動装置（１２２；１２２ｃ；１２２ｄ）を介して同一のエネルギー貯蔵装置（１２３）と接続される、
    ことを特徴とする、動力取出装置組立体。
17. 各発電機モジュールは、前記エネルギー貯蔵装置（１２３）にエネルギーを貯蔵しかつ回収するための前記動力取出振動装置を取り付けられた浮動リングギヤと、発電機（１４）を駆動するように適応された太陽歯車とを持つ、遊星ギヤボックス（１２１）のキャリアに取り付けられた油圧モータ（１１）を含む、請求項１６に記載の動力取出装置組立体。
18. 前記遊星ギヤボックス（１２１）の浮動リングギヤは、前記長尺手段（１２２ａ）と連結している複数の回転手段（１２２ｂ）を含むカスケードギヤボックス（１２２ｄ）を介して、前記動力取出振動装置に取り付けられる、請求項１７に記載の動力取出装置組立体。
19. 前記遊星ギヤボックスと油圧モータ（１１）との間に設けられた複数のギヤステップを持つ機械的ギヤボックスを含む、請求項１８に記載の動力取出装置組立体。
20. 各発電機モジュールは前記エネルギー貯蔵装置（１２３）にエネルギーを貯蔵しかつ回収するための前記動力取出振動装置（１２２）を取り付けられた油圧ポンプ／モータ（１１ｂ）を含み、第２油圧モータ（１５）は発電機（１４）を駆動するように適応される、請求項１７に記載の動力取出装置組立体。
21. 前記動力取出振動装置（１２２；１２２ｃ）はラック（１２２ａ）アンドピニオン（１２２ｂ）駆動装置である、請求項１７から２０のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体。
22. 前記エネルギー貯蔵装置は、位置エネルギーを貯蔵しかつ回収することのできる錘（１２３）である、請求項１７から２１のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体。
23. 前記エネルギー貯蔵装置（１２３）は、弾性エネルギーを貯蔵しかつ回収することのできる弾性エネルギー貯蔵装置である、請求項１７から２１のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体。
24. 前記長尺手段（１２２ａ）はチェーン、ローラねじ、ベルト、およびワイヤのいずれかであり、前記回転手段（１２２ｂ）は前記長尺手段における直線運動を回転運動に変換するように適応される、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の動力取出装置及び発電機組立体。
25. 前記油圧モータ（１１）が固定容量型油圧モータである、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体。
26. 前記発電機（１４）のシャフトに接続されたフライホイール（１３）を含む、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体。
27. 油圧回路（５１、５２）に接続可能な油圧アキュムレータ（１６）を含む、請求項１７から２６のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体。
28. 請求項１７から２７のいずれか一項に記載の動力取出装置組立体（１０）と、油圧回路（５１、５２；５１ｂ、５２ｂ）によって前記動力取出装置組立体に接続された請求項１から１５のいずれか一項に記載の複数の波エネルギー吸収装置、好ましくは少なくとも３台の波エネルギー吸収装置、より好ましくは少なくとも２５台の波エネルギー吸収装置とを備えた波エネルギーシステム。
29. 前記油圧回路（５１、５２）に設定された最大圧力時に開弁して、作動油を高圧ホース（５１）から低圧回路（５２）へ直接通過させるように適応された圧力逃し弁を含む、請求項２８に記載の波エネルギーシステム。
30. 前記動力取出装置及び発電機組立体に接続された各浮体における前記長尺手段（２１；２１ｃ）に加えられる力を、エネルギー貯蔵装置（２７、１６、１２３）またはそれらの組合せとの有意の干渉を生じることなく、独立して制御することができる、請求項２８または２９に記載の波エネルギーシステム。

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