JP2019138172A - 波力発電システムの液圧ポンプ装置、及びそれを備える波力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトに作用する荷重を低減することができる波力発電システムの液圧ポンプ装置を提供する。【解決手段】 波力発電システムの液圧ポンプ装置は、少なくとも１つの波受部材の揺動に連動して回動するシャフトと、直線往復運動可能なロッドを有し、該ロッドが直線往復運動することによって作動液を吸引して吐出する一対のシリンダ機構と、シャフトの回動運動を直線往復運動に変換してロッドを動かす連結部材と、を備え、一対のシリンダ機構は、各々の間にシャフトが位置するようにシャフトの半径方向両側に夫々離し且つ並べて配置され、連結部材は、シャフトを中心に回動し、シャフトを間に挟んで反対側に位置する各々の部分において一対のシリンダ機構の各々のロッドと連結されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、波の力を利用して発電する波力発電システムの液圧ポンプ装置、及びそれを備える波力発電システムに関する。

風力エネルギーや太陽光エネルギー等の様々な自然エネルギーを利用する自然エネルギー発電システムが実用に供されており、この自然エネルギー発電システムの１つとして波力発電システムが知られている。波力発電システムは、波の力、即ち波のエネルギーを一度機械エネルギーに変換し、更に機械エネルギーから電気エネルギーへと変換するようになっている。このような機能を有する波力発電システムとしては、例えば特許文献１に記載される波力発電システムがある。

特許文献１の波力発電システムでは、一対の軸受部材によって回動可能に支持されているシャフトに波受部材が相対回動不能に取り付けられており、波受部材が揺動するとシャフトが回動するようになっている。また、シャフトには、カム部材を介してポンプ装置に連結されている。ポンプ装置は、ラムシリンダ式のポンプであり、ロッドが往復運動することによって作動液を吸引しまた吐出する。また、ロッドにはピンが一体的に形成されており、そのピンにカム部材を係合させることによってロッドとシャフトと連結されている。カム部材は、シャフトの回転運動を直線往復運動に変換してロッドに伝達するようになっている。従って、波部材が波力を受けて揺動すると、その揺動運動がシャフト及びカム部材を介して直線往復運動に変換されてロッドに伝達され、それもってポンプ装置から作動液が吐出される。

特開２０１５−１０８３４４号公報

特許文献１の波力発電システムでは、前述の通りシャフトとロッドとがカム部材によって連結されている。更に詳細に説明すると、カム部材は、大略直方体形状になっており、その下端部にシャフトが回動不能に挿通し且つその上端部にロッドが取り付けられている。そのため、ロッドを動かす際、カム部材はロッドからの反力が作用しており、その反力がカム部材を介してシャフトに伝わる。即ち、ロッドを動かす際、シャフトにはロッドの運動方向に平行な荷重、水平荷重が作用する。この水平荷重Ｆ_Ｈは、波受部材が受ける波力をＦ_１、シャフト中心から波受部材の荷重中心までの距離をＲ_１、及びピンからシャフト中心までの距離をＲ_２とすると大よそ以下のようになる。即ち、水平荷重Ｆ_Ｈは、Ｆ_Ｈ＝（（Ｒ_１＋Ｒ_２）／Ｒ_２）×Ｆ_１である。つまり、波受部材が受ける荷重は、そこからシャフトに伝わるまでの間にＲ_１＋Ｒ_２とＲ_２とのレバー比で増幅される。

波力発電システムでは、ロッドへの作用力を高めて吐出される液圧の高圧化を行うことによってポンプの容積を減らし、またポンプ装置の小型化を図ることが望まれており、それらを実現すべく距離Ｒ_１及びＲ_２をＲ_１＞＞Ｒ_２とする。これにより、波受部材で受けた波力がそこからロッドに伝わるまでの間に大きく増幅される。他方、増幅されることによりシャフトへの水平荷重Ｆ_Ｈもまた増加し、それに対処すべくシャフトの剛性を高める必要がある。剛性を高める一例として、シャフトの外径寸法を大きくすることが考えられるが、外径寸法を大きくすればするほど重量が大きくなり、運搬や設置等が困難となり、またコストの増大を招く。それ故、１つの波力発電システムにて発電できる発電力が制限され、それ以上の発電量を望むことが難しい。

そこで本発明は、シャフトに作用する荷重を低減することができる波力発電システムの液圧ポンプ装置、及びそれを備える波力発電システムを提供することを目的としている。

本発明の波力発電システムの液圧ポンプ装置は、少なくとも１つの波受部材が波の力を受けて揺動することによって発電する波力発電システムの液圧ポンプ装置であって、前記少なくとも１つの波受部材の揺動に連動して回動するシャフトと、直線往復運動可能なロッドを有し、該ロッドが直線往復運動することによって作動液を吸引して吐出する一対のシリンダ機構と、前記シャフトの回動運動を直線往復運動に変換して前記ロッドを動かす連結部材と、を備え、前記一対のシリンダ機構は、各々の間に前記シャフトが位置するように前記シャフトの半径方向両側に夫々離し且つ並べて配置され、前記連結部材は、前記シャフトを中心に回動し、前記シャフトを間に挟んで反対側に位置する各々の部分において前記一対のシリンダ機構の各々の前記ロッドと連結されているものである。

本発明に従えば、連結部材において一対のシリンダ機構のロッドが互いにシャフトを挟んで反対側の部分に設けられているので、連結部材を回動させると一対のロッドは各々が互いに反対方向に動くことになる。それ故、各ロッドから連結部材が受ける反力が互いに打ち消し合うようにシャフトに作用するので、シャフトに伝わる荷重を従来のものより低減することができる。

上記発明において、前記一対のシリンダ機構の各々は、互いに平行且つ前記シャフトの軸方向に直交する直交方向に並べて配置され、前記連結部材は、前記シャフトから直交方向一方側及び他方側に延在し、その延在する両側部分にて前記ロッドの各々と連結されていてもよい。

上記構成に従えば、各ロッドから連結部材が受ける反力が互いに打ち消し合う偶力として連結部材に作用するので、連結部材を介してシャフトに伝わる荷重を更に低減することができる。

上記発明において、前記連結部材は、前記シャフトから半径方向に等距離離れた位置にて前記ロッドの各々と連結されていてもよい。

上記構成に従えば、各ロッドがシャフトから等距離離して配置されているので、連結部材の回動角に対する各ロッドのストローク量を同じにすることができる。これにより、一回の往復運動における吐出量を同じにすべく一対のシリンダ機構において同サイズのシリンダ機構を採用することができ、波力発電システムの製造コストを抑えることができる。

上記発明において、前記シャフトは、その軸線が水平方向に延在するように配置され、前記一対のシリンダ機構は、互いに鉛直方向に離して配置されていてもよい。

上記構成に従えば、シリンダ機構を上下方向に離して配置しているので、液圧ポンプ装置の設置面積を低減することができる。

上記発明において、前記シャフトは、前記一対のシリンダ機構から水平方向両側に延在し且つ複数の前記波受部材が設けられており、前記波受部材は、前記一対のシリンダ機構の水平方向両側に夫々位置するように前記シャフトに取り付けられていてもよい。

上記構成に従えば、シャフトの両端部を波に合わせて回動させることができるので、シャフトが捩れることを抑制することができる。

本発明の波力発電システムは、前述する何れかの液圧ポンプ装置と、前記液圧ポンプ装置から吐出される作動液を蓄圧して排出して、脈動する作動液の流れを平均化するアキュムレータ装置と、前記液圧ポンプ装置から吐出される作動液が供給され、供給された作動液を吸入して吸入流量に応じた回転速度で出力軸を駆動する液圧モータと、前記液圧モータの出力に応じた電力を発生する発電機と、を備えるものである。

上記構成に従えば、前述するような機能を有する波力発電システムを実現することができる。

本発明によれば、シャフトに作用する荷重を低減することができる。

第１実施形態の波力発電システムを示す斜視図である。 図１の波力発電システムに備わる液圧ポンプ装置の概略を示す正面図である。 図２の液圧ポンプ装置を側方から見た側面図である。 図３の液圧ポンプ装置において、波受部材が前後に揺動した状態を夫々示す図であり、（ａ）は波受部材が後側に揺動した状態を示し、（ｂ）は波受部材が前側に揺動した状態を示している。 図１の波力発電システムの構成を示す液圧回路図である。 第２実施形態の波力発電システムに備わる液圧ポンプ装置を示す正面図ある。

以下、本発明に係る第１及び第２実施形態の波力発電システム１，１Ａについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する波力発電システム１，１Ａは、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［第１実施形態］
＜波力発電システム＞
図１に示す波力発電システム１は、海岸に打ち寄せる波の力、即ち波のエネルギーを電気エネルギーに変換することによって発電する発電システムであり、海岸に設けられている防波堤２の前方（即ち、沖側）に設置されている。具体的に説明すると、防波堤２付近の海底には、コンクリートシンカーが設置されており、このコンクリートシンカーには、複数（例えば、６本）の支柱杭３が立設されている。複数の支柱杭３の上には、平面視で大略矩形状の床板４が載せられて固定されており、床板４には、防水キャビン５が設けられている。防水キャビン５には、波力発電システム１の構成の一部分（例えば、後述する液圧ポンプ装置２０等）が収容されている。このように配置される波力発電システム１は、鋼製海洋ジャケット構造物として構成されており、波のエネルギーを電気エネルギーに変換すべく図２及び図３に示すような振子式の一対の波受機構１０Ｌ，１０Ｒを備えている。

＜波受機構＞
一対の波受機構１０Ｌ，１０Ｒは、海岸に打ち寄せる波に対して、例えば大略直交する方向（紙面において左右方向）に離すようにして床板４に設けられている。このように配置される一対の波受機構１０Ｌ、１０Ｒの各々は、同じ構成を有しており、以下では一方の波受機構１０Ｒの構成について説明し、他方の波受機構１０Ｌの構成については同一の符号を付してその説明を省略する。一方の波受機構１０Ｒは、海岸に打ち寄せる波の力を受けて揺動すべく、一対の支持台１１，１１と、ラダーシャフト１２と、波受部材１３とを有している。一対の支持台１１，１１は、左右方向に離して床板４に設けられており、それらにはラダーシャフト１２が挿通されている。ラダーシャフト１２は、長尺の大略円柱部材であり、左右方向に延在している。また、ラダーシャフト１２の一端部分及び他端側部分の各々は、一対の支持台１１，１１の各々によって回動可能に支持され、その中間部分には波受部材１３が取り付けられている。

波受部材１３は、海岸に打ち寄せる波を受けてラダーシャフト１２を回動させるための部材であり、一対のアーム１３ａ，１３ａと、波受板１３ｂとを有している。一対のアーム１３ａ，１３ａは、上下方向に延在する長尺の部材であり、その上端部が相対回転不能にラダーシャフト１２に取り付けられている。また、一対のアーム１３ａ，１３ａは、互いに左右方向に離してラダーシャフト１２に取り付けられており、ラダーシャフト１２から下方に垂下されている。また、床板４には、ラダーシャフト１２の下方であって一対の支持第１１，１１の間に開口４ａが形成されており、一対のアーム１３ａ，１３ａは、開口４ａを通って海面６に向かって垂下している。このよう配置されている一対のアーム１３ａ，１３ａの下端部分は、海面６付近まで達しており、そこには波受板１３ｂが設けられている。

波受板１３ｂは、後方（即ち、防波堤２側）から見て大略矩形状の板であり、その上側部分を除く大半の部分が海面６より下に位置している、即ち海中に沈んでいる。また、波受板１３ｂは、その前面及び背面が防波堤２に略平行になるように配置され、沖側から伝わる波（入射波）の力を前面で受け、背面で防波堤２及びその付近で反射された波（反射波）の力を受けるようになっている。このようにして波受板１３ｂにて波の力を受けた波受部材１３は、ラダーシャフト１２を中心に揺動し（即ち、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように前後方向に揺動し）、それに伴ってラダーシャフト１２がその軸線回りに回動する。なお、波受板１３ｂの下端からラダーシャフト１２の軸線までの距離はｒ_１となっている。

このように一対の波受機構１０Ｌ，１０Ｒは、波の力を受けてラダーシャフト１２を回動させることができる。また一対の波受機構１０Ｌ，１０Ｒは、各々のラダーシャフト１２の軸線が略一致し且つ左右方向に離して床板４に配置されている。更に床板４には、一対の波受機構１０Ｌ，１０Ｒの間にマウントベース７が形成されており、マウントベース７には、液圧ポンプ装置２０が設けられている。

［液圧ポンプ装置］
液圧ポンプ装置２０は、ラムシリンダ式のポンプであり、前述する一対のラダーシャフト１２の各々に接続されている。液圧ポンプ装置２０は、一対のラダーシャフト１２が回動すると、それに応じて作動液（油又は水等）を吸引して吐出する。このような機能を有する液圧ポンプ装置２０は、ポンプシャフト２１と、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄと、チラー２３とを有している。ポンプシャフト２１は、大略円柱状の部材であり、その軸線が一対のラダーシャフト１２の軸線と略一致するように左右方向に延在している。また、ポンプシャフト２１の両端部には、フレキシブルジョイント１４が夫々設けられており、ポンプシャフト２１の各端部は、フレキシブルジョイント１４を介して別々のラダーシャフト１２に連結されている。フレキシブルジョイント１４は、ポンプシャフト２１に対するラダーシャフト１２の前後左右方向の軸ずれ及びラダーシャフト１２の撓みを許容しつつ、ラダーシャフト１２の回動力をポンプシャフト２１に伝達する。これにより、ラダーシャフト１２の回動力をポンプシャフト２１に確実に伝え、ポンプシャフト２１を回動させることができる。

このように回動するポンプシャフト２１は、マウントベース７を貫通しており、その両端側部分がマウントベース７に回動可能に支持されている。また、マウントベース７は、平面視で大略Ｏ字状に形成されており、その中央部分に収容空間７ａが形成されている。ポンプシャフト２１は、収容空間７ａを貫通するように左右方向に延在している。また、マウントベース７の上面及び下面には、収容空間７ａに前後方向に架け渡すように一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄの各々が設けられている。なお、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄは、同様の構成を有しており、一方のシリンダ機構である上側シリンダ機構２２Ｕの構成を主に説明し、下側シリンダ機構２２Ｄの構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

上側シリンダ機構２２Ｕは、いわゆるラムシリンダ機構であり、ロッド２５と、一対のシリンダ２６ａ，２６ｂを有している。なお、上側シリンダ機構２２Ｕは、必ずしもラムシリンダ機構である必要はなく、その他のシリンダ機構であってもよい。ロッド２５は、大略円柱状に形成されており、その両端部にシリンダ２６ａ，２６ｂが設けられている。一対のシリンダ２６ａ，２６ｂは、大略有底筒状に形成されており、その中に液室が形成されている。ロッド２５の両端部の各々は、各シリンダ２６ａ，２６ｂの開口からシールを達成した状態で、且つその中で軸線に沿って往復運動（即ち、直線往復運動）可能に挿入されている。また、一対のシリンダ２６ａ，２６ｂの各々には、その底部に給排ポート２７ａ，２７ｂが形成されており（後述する図５参照）、給排ポート２７ａ，２７ｂを介して液室に作動液が吸入され、また給排ポート２７ａ，２７ｂを介して液室の作動液が排出される。

このように構成されている上側シリンダ機構２２Ｕでは、ロッド２５が軸線方向一方、例えば前方に移動すると、シリンダ２６ａから作動液が排出（吐出）され、またシリンダ２６ｂの中に作動液が吸引される。他方、ロッド２５が軸線方向他方、例えば後方に移動すると、シリンダ２６ａの中に作動液が吸引され、またシリンダ２６ｂから作動液が排出（吐出）される。それ故、ロッド２５を往復運動させることで、上側シリンダ機構２２Ｕにおいて作動液の給排出が繰り返して行われる即ち、上側シリンダ機構２２Ｕから作動液を吐出することができる。

このような機能を有する一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄは、マウントベース７の上面において、以下のように配置される。即ち、上側シリンダ機構２２Ｕでは、一対のシリンダ２６ａ，２６ｂがマウントベース７の上面において収容空間７ａを挟んで前後に離して配置されており、それらに挿通されているロッド２５が収容空間７ａに架け渡されている。同様に、下側シリンダ機構２２Ｄもまた、一対のシリンダ２６ｂ，２６ａがマウントベース７の下面において収容空間７ａを挟んで前後に離して配置されており、それらに挿通されているロッド２５が収容空間７ａに架け渡されている。このように配置されている下側シリンダ機構２２Ｄは、上側シリンダ機構２２Ｕに対して一対のシリンダ２６ａ，２６ｂが前後逆に配置されている、即ち下側シリンダ機構２２Ｄが上側シリンダ機構２２Ｕに対して左右対象に配置されている。また、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄは、各々のロッド２５が互いに平行になり、且つ一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄとポンプシャフト２１との上下方向の距離ｒ_２が互いに等しくなるようにマウントベース７の上下の各面に配置されている。このように配置されているシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄには、チラー２３が設けられており、チラー２３を介してロッド２５，２５とポンプシャフト２１とが連結されている。

連結部材であるチラー２３は、ポンプシャフト２１の回動運動をロッド２５の直線往復運動に変換して一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄを動かす。更に詳細に説明すると、チラー２３は、上下方向に延在する部材であり、その上下方向中央部分にポンプシャフト２１が相対回動不能に挿通されている。また、チラー２３の上端部及び下端部は、左右方向に二股に分かれており、二股に分かれた各部分２３ａ，２３ａの間に一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄのロッド２５が通されている。また、各ロッド２５の外表面には、一対のピン部材２８，２８が設けられている。一対のピン部材２８，２８は、各ロッド２５の外表面から半径方向外側、より詳しくは左方向及び右方向に夫々突出している。また、チラー２３の二股に分かれた部分２３ａ，２３ａの各々には、上方（又は下方）に夫々開口する溝２３ｂ，２３ｂが形成されている。各溝２３ｂ，２３ｂは、一対のピン部材２８，２８に対応させて形成されており、一対のピン部材２８，２８は、対応する溝２３ｂ、２３ｂに挿通されて係合されている。また、一対のピン部材２８，２８は、溝２３ｂ、２３ｂに沿って移動できるようになっている。なお、各ロッド２５に設けられている一対のピン部材２８，２８とチラー２３の回動軸（即ち、ポンプシャフト２１の回動軸）との距離は、ｒ_２となっている。

このように構成されているチラー２３は、ポンプシャフト２１が回動すると、その回動に合わせてポンプシャフト２１の軸線回りに回動する。これにより、チラー２３の上端部において溝２３ｂ，２３ｂに係合する一対のピン部材２８，２８がチラー２３の回動方向に応じて前後方向一方に押され、またチラー２３の上端部において溝２３ｂ，２３ｂに係合する一対のピン部材２８，２８が前後方向他方に押される。これにより、液圧ポンプ装置２０では、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄのロッド２５の各々が一対のピン部材２８，２８を介して互いに反対方向に押される。一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄでは、各々の給排ポート２７ａ，２７ａがロッド２５を介して反対側に配置されている。それ故、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄの各々は、ロッド２５の各々が一対のピン部材２８，２８を介して互いに反対方向に押されると他方の給排ポート２７ｂ，２７ｂから作動液を吸引して一方の給排ポート２７ａ，２７ａから吐出し、又は一方の給排ポート２７ａ，２７ａから作動液を吸引して一方の給排ポート２７ｂ，２７ｂから吐出する。このように作動液を給排する給排ポート２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂは、図５に示すようにポンプ通路３１，３２に繋がっている。

ポンプ通路３１，３２のうちの一方である第１ポンプ通路３１には、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄの一方の給排ポート２７ａ，２７ａが繋がり、他方である第２ポンプ通路３２には、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄの他方の給排ポート２７ｂ，２７ｂが繋がっている。また、２つのポンプ通路３１，３２は、互いに下流側及び上流側で夫々合流しており、上流側では合流した先で主止弁３５を介してタンク３３に繋がり、下流側では合流した先で後述する液圧駆動回路４０の主通路４１に繋がっている。また、２つのポンプ通路３１，３２には、２つの逆止弁３６，３７が夫々設けられ、以下のように配置されている。即ち、第１ポンプ通路３１において、２つの逆止弁３６，３７は、第１ポンプ通路３１と２つの給排ポート２７ａ，２７ａとの接続点に対して、２つの接続点を挟むようにそれらの上流側及び下流側に夫々設けられており、第２ポンプ通路３２においても２つの給排ポート２７ｂ，２７ｂに対して同様に配置されている。第１逆止弁３６は、タンク３３から２つの給排ポート２７ａ、２７ａ（又は２つの給排ポート２７ｂ，２７ｂ）への作動液の流れを許容してその逆方向の流れを阻止する。また、第２逆止弁３７は、２つの給排ポート２７ａ、２７ａ（又は２つの給排ポート２７ｂ，２７ｂ）から主通路４１への流れを許容してその逆方向の流れを阻止するようになっている。

このように構成されている液圧ポンプ装置２０では、図４（ａ）に示すようにポンプシャフト２１が時計回りに回動すると、それに合わせてチラー２３も時計回りに回動する。そうすると、上側シリンダ機構２２Ｕのロッド２５が前方に移動し、また下側シリンダ機構２２Ｄでのロッド２５が後方に移動する。これにより、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄから給排ポート２７ａ，２７ａを介して第１ポンプ通路３１に作動液が排出（吐出）される。そうすると、第１ポンプ通路３１の第２逆止弁３７が開いて２つのポート２７ａ，２７ａと主通路４１とが繋がり、吐出された作動液が主通路４１に導かれる。また、同時に、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄは給排ポート２７ｂ，２７ｂを介して第２ポンプ通路３２から作動液を吸引する。そうすると、第２ポンプ通路３２では、第１逆止弁３６が開かれて２つのポート２７ｂ，２７ｂとタンク３３とが繋がる。これにより、タンク３３から給排ポート２７ｂ，２７ｂを介して一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄに作動液が吸入される。

他方、図４（ｂ）に示すようにポンプシャフト２１が反時計回りに回動すると、それに合わせてチラー２３も反時計回りに回動する。そうすると、上側シリンダ機構２２Ｕのロッド２５が後方に移動し、また下側シリンダ機構２２Ｄでのロッド２５が前方に移動する。これにより、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄから給排ポート２７ｂ，２７ｂを介して第２ポンプ通路３２に作動液が排出（吐出）される。そうすると、第２ポンプ通路３２の第２逆止弁３７が開いて給排ポート２７ｂ，２７ｂから主通路４１に作動液が導かれる。また、同時に、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄは給排ポート２７ａ，２７ａを介して第１ポンプ通路３１から作動液を吸引する。そうすると、第１ポンプ通路３１では、第１逆止弁３６が開かれて２つのポート２７ａ，２７ａとタンク３３とが繋がる。これにより、タンク３３から２つのポート２７ａ，２７ａを介して一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄに作動液が吸入される。このように液圧ポンプ装置２０は、ロッド２５を往復運動させることでタンク３３から作動液を吸入し、液圧駆動回路４０の主通路４１に作動液を吐出する。液圧駆動回路４０では、液圧ポンプ装置２０から吐出される作動液を後述する液圧モータ６０に供給するようになっており、以下のように構成されている。

［液圧駆動回路］
液圧駆動回路４０は、前述する主通路４１を備えており、主通路４１には、アキュムレータ４３が接続されている。アキュムレータ４３は、蓄圧可能に構成されている。また、主通路４１には、アキュムレータ４３の下流側においてリリーフ通路４７と繋がっており、リリーフ通路４７は、タンク通路４８を介してタンク３３に繋がっている。また、リリーフ通路４７にはリリーフ弁４９が介在しており、リリーフ弁４９は、主通路４１を流れる作動液が所定圧力以上になるとリリーフ通路４７を開くようになっている。即ち、主通路４１の圧力が過剰に高くなって所定圧力になると、リリーフ弁４９がリリーフ通路４７を開き、主通路４１に流れる作動液をタンク３３に逃がす。また、タンク通路４８には、オイルクーラー５０が介在しており、タンク通路４８を流れる作動液を冷却するようになっている。

更に、主通路４１には、フィルタ５１、逆止弁５２及び流量調整弁５３が介在している。フィルタ５１、逆止弁５２、及び流量調整弁５３は、リリーフ通路４７より下流側に配置され、上流側（即ち、液圧ポンプ装置２０側）からこの順序で並んでいる。逆止弁５２は、上流側から下流側への作動液の流れを許容し、その逆方向の流れを阻止するようになっている。また、流量調整弁５３は、いわゆる可変流量の絞りであり、主通路４１を流れる作動液の流量を調整するようになっている。そして、主通路４１において流量調整弁５３の下流側には、液圧モータ６０が設けられている。

液圧モータ６０は、例えば斜板モータであり、主通路４１を介して供給される作動液によってその出力軸６１を回転させる。更に詳細に説明すると、液圧モータ６０は、供給される作動液の流量及びその吸入容量に応じた回転速度で出力軸６１を回転させる。また、液圧モータ６０は、いわゆる可変容量型の斜板モータであり、そこに備わる斜板６０ａの傾転角を変えることによって吸入容量を切替えることができる。それ故、液圧モータ６０は、斜板６０ａの傾転角を変えることによって出力軸６１の回転速度を調整することができる。このように構成される液圧モータ６０には、その斜板６０ａの傾転角を変えるべくサーボ機構６２が設けられている。サーボ機構６２は、入力されるサーボ指令に応じて直動機構（例えば、ロッド及びボールねじ）を動かして斜板６１ａの傾転角を調整するようになっている。即ち、サーボ機構６２は、入力されるサーボ指令に応じて液圧モータ６０の吸入容量を変更することができる。このように直動機構を動かすことによって斜板６０ａの傾転角を変えて液圧モータ６０の吸入容量を変更することができ、そうすることで更に出力軸６１の回転速度を調整することができる。なお、サーボ機構６２は、上述する構成に限定されず、種々の構成を用いることができる。また、出力軸６１には、発電機６５が取り付けられている。

［発電機］
発電機６５は、いわゆる同期発電機であり、例えば永久磁石発電機によって構成されている。発電機６５は、出力軸６１の回転速度及びトルク、即ち液圧モータ６０の出力に応じた周波数の交流電力（以下、単に「電力」ともいう）を発生するようになっている。それ故、出力軸６１が定格回転数（例えば、１５００ｒｐｍ又は１８００ｒｐｍ）以下で回転したり、また出力軸６１の回転速度が安定していなかったりしても発電機６５は発電することができ、発電量を向上させることができる。なお、本実施形態では、発電機６５に同期発電機を採用しているが発電機６５として誘導発電機を用いてもよい。このように構成されている発電機６５は、パワーコンディショナ６６に接続されており、発電機６５で発生した電力は、パワーコンディショナ６６に伝送されるようになっている。

［パワーコンディショナ］
周波数変換機であるパワーコンディショナ６６は、電力系統（図示せず）に接続されており、電力の電圧及び周波数を商用電源から供給される電力と略同じ電圧、周波数、及び位相に調整して電力系統に伝送するようになっている。即ち、パワーコンディショナ６６は、発電機６５で発生した電力の電圧、周波数、及び位相を電力系統に接続する際に要求される値に調整し、電力系統に伝送するようになっている。また、発電機６５には、回転数センサ６８が設けられており、回転数センサ６８は、出力軸６１の回転速度、即ち回転数を検出するように構成されている。回転数センサ６８は、制御装置７０に接続されており、検出結果を制御装置７０に出力するようになっている。

［制御装置］
制御装置７０は、回転数センサ６８の他に、サーボ機構６２及びパワーコンディショナ６６に電気的に接続されている。即ち、制御装置７０は、回転数センサ６８の検出結果に基づいてサーボ機構６２にサーボ指令を出力し、サーボ機構６２の動作を制御するようになっている。また、制御装置７０は、パワーコンディショナ６６に駆動指令を出力し、パワーコンディショナ６６の動作を制御するようになっている。以下では、制御装置７０の制御動作を含め、波力発電システム１の動作について詳細に説明する。

［波力発電システムの動作］
波力発電システム１では、波受部材１３が波の力を受けて揺動すると、ポンプシャフト２１が回動し、前述の通り液圧ポンプ装置２０から主通路４１に作動液が吐出される。液圧ポンプ装置２０から吐出される作動液は、液圧ポンプ装置２０がラムシリンダ式のポンプである故にその流れ（流量及び液圧）が脈動している。それ故、アキュムレータ４３は、主通路４１を流れる作動液の圧力に応じて作動液を蓄えたり（即ち、蓄圧したり）、また蓄えた作動液を排出したりし、主通路４１にて脈動する作動液の流れを平均化する。即ち、主通路４１を流れる作動液の流量及び圧力を略一定にすることができる。このようにして流量及び圧力が略一定化された作動液は、フィルタ５１及び逆止弁５２を通り、更に流量調整弁５３で流量が絞られて液圧モータ６０に導かれる。これにより、液圧モータ６０の出力軸６１が回転する。その際、回転数センサ６８によって出力軸６１の回転速度が検出され、その検出結果が回転数センサ６８から制御装置７０に出力される。

制御装置７０は、回転数センサ６８の検出結果に基づいて、サーボ機構６２の動作を制御する。即ち、制御装置７０は、回転数センサ６８の検出結果に基づいて斜板６１ａの傾転角を調整し、出力軸６１の回転数を所定の範囲内（例えば、定格回転数及びその付近の値）に維持する。これにより、発電機６５を一定速度で回転させることができ、発電機６５で発生する電力の周波数を一定の値に調整することができる。即ち、安定した周波数の電力を発電機６５から出力することができる。このようにして出力された電力は、発電機６５からパワーコンディショナ６６に伝送される。そして、制御装置７０は、パワーコンディショナ６６の動作を制御し、主に電力系統に送電する電力の電圧、周波数、及び位相を電力系統に接続される際に要求される値（又は範囲）に調整する。これにより、パワーコンディショナ６６から電力系統に電力を伝送することができる。

このように構成されている波力発電システム１では、前述の通り液圧ポンプ装置２０が以下のように構成されている。即ち、液圧ポンプ装置２０では、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄが水平方向に延びるポンプシャフト２１を挟むようにして上下（直交方向）に離れ、またロッド２５が互いに平行になるように配置されている。更に、チラー２３がポンプシャフト２１を中心に回動し、その両端部に一対のピン部材２８，２８を介して各シリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄのロッド２５が係合されている。このように構成されている液圧ポンプ装置２０では、チラー２３の両端部に一対のピン部材２８，２８を介して各シリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄから受ける反力が作用し、それに応じた水平荷重Ｆ_Ｈ１がチラー２３を介してポンプシャフト２１に作用する。他方、液圧ポンプ装置２０では、チラー２３が各シリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄのロッド２５を互いに反対方向に動かすので、それらから受ける反力は互いに打ち消し合う力としてポンプシャフト２１に作用する。特に、本実施形態の液圧ポンプ装置２０では、２つのロッド２５が互いに平行且つ上下方向に離して配置されているので、偶力としてチラー２３に作用する。上下のロッド２５，２５の反力がチラー２３を介してポンプシャフト２１に伝達される場合、各々の反力はポンプシャフト２１上で逆方向となり、それらが互いに打ち消し合うので、ポンプシャフト２１に作用する水平荷重Ｆ_Ｈ１が特許文献１のそれより小さくなる。

具体的に説明すると、水平荷重Ｆ_Ｈ１は、上側シリンダ機構２２Ｕから受ける水平力をＦ_Ｕとし、下側シリンダ機構２２Ｄから受ける水平力をＦ_Ｌとすると、以下のようになる。即ち、
Ｆ_Ｈ＝Ｆ_Ｕ＋Ｆ_Ｌ …（１）
更に各水平力Ｆ_Ｕ，Ｆ_Ｌは、波受部材１３が受ける波力Ｆ_１、波受部材１３の長さｒ_１、及びピン部材２８とチラー２３の回動中心との距離ｒ_２を用いて大よそ以下のようになる。
Ｆ_Ｕ＝（（ｒ_１＋ｒ_２）／ｒ_２）×Ｆ_１ …（２）
Ｆ_Ｌ＝−（（ｒ_１−ｒ_２）／ｒ_２）×Ｆ_１ …（３）
前述する式（１）とこれら式（２）及び（３）から水平荷重Ｆ_Ｈ１は、Ｆ_Ｈ＝２Ｆ_１となる。これに対して、特許文献１のポンプにおける水平荷重Ｆ_Ｈは、式（４）となる。
Ｆ_Ｈ＝（（Ｒ_１＋Ｒ_２）／Ｒ_２）×Ｆ_１ …（４）
それ故、ポンプシャフト２１に作用する水平荷重Ｆ_Ｈ１は、従来の水平荷重Ｆ_Ｈより２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）だけ低く抑えることができる。それ故、ポンプシャフト２１の小径化を果たすことができ、より大きな波力であっても小径のポンプシャフト２１にて受け止めることができる。

また、液圧ポンプ装置２０は、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄの各々のロッド２５がポンプシャフト２１から同じ距離ｒ_２離して配置されている。それ故、チラー２３の回動角に対する一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄのロッド２５のストローク量を同じにすることができる。これにより、一回の往復運動における吐出量を同じにすべく、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄにおいて同サイズのシリンダ機構を採用することができ、波力発電システム１の製造コストを抑えることができる。更に、液圧ポンプ装置２０では、シリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄを上下方向に離して配置しているので、液圧ポンプ装置２０の設置面積を低減することができる。

また、波力発電システム１では、ポンプシャフト２１に両端部に波受機構１０Ｌ，１０Ｒが設けられており、ポンプシャフト２１の両端部を波に合わせて回動させることができるので、ポンプシャフト２１が捩れることを抑制することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態の波力発電システム１Ａは、第１実施形態の波力発電システム１と構成が類似している。従って、第２実施形態の波力発電システム１Ａの構成については、第１実施形態の波力発電システム１と異なる点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の波力発電システム１Ａは、図６に示すように波受機構１０Ａと、液圧ポンプ装置２０Ａと、液圧駆動回路４０と、発電機６５と、パワーコンディショナ６６と、制御装置７０とを備えており、波受機構１０Ａは、ラダーシャフト１２Ａと、波受部材１３とを有している。ラダーシャフト１２Ａは、例えば海底等に設けられた基台１１Ａに回動可能に立設されている。ラダーシャフト１２は、長尺の大略円柱状に形成されており、上下方向に延在している。ラダーシャフト１２Ａの中間部分には波受部材１３が取り付けられている。より詳細に説明すると、波受部材１３は、一対のアーム１３ａ，１３ａを水平方向に延在させるようにしてラダーシャフト１２Ａに相対回転不能に取り付けられている。これにより、波受部材１３がラダーシャフト１２Ａと一体的にラダーシャフト１２Ａの軸線回りに回転する。また、ラダーシャフト１２Ａの上端部には、フレキシブルジョイント１４を介して液圧ポンプ装置２０Ａが連結されている。

液圧ポンプ装置２０Ａは、第１実施形態の液圧ポンプ装置２０と同じく、ポンプシャフト２１と、一対のシリンダ機構２２Ｌ，２２Ｒと、チラー２３とを有しており、その取り付けられる姿勢が異なる。即ち、液圧ポンプ装置２０Ａでは、一対のラムシリンダ機構２２Ｌ，２２Ｒがマウントベース７に平行且つ左右方向に並べて配置され、それらの間にポンプシャフト２１が挿通されている。また、ポンプシャフト２１は、床板４の開口４ａを通って下方に延在し、フレキシブルジョイント１４を介してラダーシャフト１２Ａの上端部に連結されている。また、床板４には、支持台８が配置されており、支持台８によってポンプシャフト２１の中間部分が回動可能に支持されている。また、ポンプシャフト２１には、チラー２３が設けられており、チラー２３によってポンプシャフト２１と一対のロッド２５，２５とが連結されている。

このように構成されている波力発電システム１Ａでは、波受部材１３がその紙面前後方向に波の力を受けて波受部材１３が前後方向に動くと、それに応じてラダーシャフト１２Ａをその軸線回りに回動する。それに応じてポンプシャフト２１及びチラー２３もまた回動し、一対のシリンダ機構２２Ｌ，２２Ｒのロッド２５，２５が互いに反対方向に動かされる。これにより、一対のシリンダ機構２２Ｌ，２２Ｒの一方のポート２７ａ，２７ａ（又は他方のポート２７ｂ，２７ｂ）から第１ポンプ通路３１（又は第２ポンプ通路３２）を介して主通路４１に作動液が吐出される。

このように波力発電システム１Ａでは、液圧ポンプ装置２０Ａの一対のシリンダ機構２２Ｌ，２２Ｒを水平方向に並べて作動液を吐出させているが、第１実施形態の液圧ポンプ装置２０と同じくポンプシャフト２１に作用する水平荷重の低減することができる。その他、波力発電システム１Ａ及び液圧ポンプ装置２０Ａは、第１実施形態のそれらと同様の作用効果を奏する。

［その他の実施形態について］
本実施形態の波力発電システム１，１Ａは、ポンプシャフト２１の上下又は左右に夫々シリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄ，２２Ｌ，２２Ｒが１つずつ配置されているが、必ずしも１つである必要はない。例えば、２つずつ配置されてもよく、片側に１つで他方側に２つ配置されてもよい。また、３つ以上配置されてもよく、その本数は特に限定されない。また、波受機構１０Ｌ，１０Ｒ，１０Ａの数も２つ以下に限定されず、３つ以上であってもよい。また、一対のシリンダ機構２２Ｕ，２２Ｄ（２２Ｌ，２２Ｒ）は、必ずしも平行に配置されている必要もない。

更に本実施形態の波力発電システム１，１Ａは、パワーコンディショナ６６を備えているが、必ずしも必要ではない。例えば、サーボ機構６２によって出力軸６１の回転速度を高い精度で制御することによって発電機６５で発生する電力の周波数を高い精度で調整することができる。これにより、発電機６５で発生する電力の周波数を電力系統に接続される際に要求される値（又は範囲）に調整することができ、発生した電力をパワーコンディショナ６６を介することなく電力系統に伝送させることができる。また、パワーコンディショナ６６によって発電機６５で発生する電力の周波数を調整できるので、サーボ機構６２も必ずしも必要ではない。

また、本実施形態の波力発電システム１，１Ａでは、アキュムレータ４３及び液圧モータ６０を１つしか備えていないが、アキュムレータ４３及び液圧モータ６０が複数備わっていてよい。即ち、容量の異なるアキュムレータ４３及び液圧モータ６０を備えるようにし、液圧ポンプ装置２０から吐出される作動液の圧力に応じて使用するものを切替えるようにする。これにより、大きさが変化する様々波のエネルギーに対して効率よく発電することができる。

１，１Ａ 波力発電システム
１３ 波受部材
２０ 液圧ポンプ装置
２１ ポンプシャフト（シャフト）
２２Ｕ 上側シリンダ機構
２２Ｄ 下側シリンダ機構
２２Ｌ 左側シリンダ機構
２２Ｒ 右側シリンダ機構
２３ チラー（連結部材）
４３ アキュムレータ
６０ 液圧モータ
６５ 発電機

Claims (6)

1. 少なくとも１つの波受部材が波の力を受けて揺動することによって発電する波力発電システムの液圧ポンプ装置であって、
   前記少なくとも１つの波受部材の揺動に連動して回動するシャフトと、
   直線往復運動可能なロッドを有し、該ロッドが直線往復運動することによって作動液を吸引して吐出する一対のシリンダ機構と、
   前記シャフトの回動運動を直線往復運動に変換して前記ロッドを動かす連結部材と、を備え、
   前記一対のシリンダ機構は、各々の間に前記シャフトが位置するように前記シャフトの半径方向両側に夫々離し且つ並べて配置され、
   前記連結部材は、前記シャフトを中心に回動し、前記シャフトを間に挟んで反対側に位置する各々の部分において前記一対のシリンダ機構の各々の前記ロッドと連結されている、波力発電システムの液圧ポンプ装置。
2. 前記一対のシリンダ機構の各々は、互いに平行且つ前記シャフトの軸方向に直交する直交方向に並べて配置され、
   前記連結部材は、前記シャフトから直交方向一方側及び他方側に延在し、その延在する両側部分にて前記ロッドの各々と連結されている、請求項１に記載の波力発電システムの液圧ポンプ装置。
3. 前記連結部材は、前記シャフトから半径方向に等距離離れた位置にて前記ロッドの各々と連結されている、請求項２に記載の波力発電システムの液圧ポンプ装置。
4. 前記シャフトは、その軸線が水平方向に延在するように配置され、
   前記一対のシリンダ機構は、互いに鉛直方向に離して配置されている、請求項１乃至３の何れか１つに記載の波力発電システムの液圧ポンプ装置。
5. 前記シャフトは、前記一対のシリンダ機構から水平方向両側に延在し且つ複数の前記波受部材が設けられており、
   前記波受部材は、前記一対のシリンダ機構の水平方向両側に夫々位置するように前記シャフトに取り付けられている、請求項１乃至４の何れか１つに記載の波力発電システムの液圧ポンプ装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の前記液圧ポンプ装置と、
   前記液圧ポンプ装置から吐出される作動液を蓄圧して排出して、脈動する作動液の流れを平均化するアキュムレータ装置と、
   前記液圧ポンプ装置から吐出される作動液が供給され、供給された作動液を吸入して吸入流量に応じた回転速度で出力軸を駆動する液圧モータと、
   前記液圧モータの出力に応じた電力を発生する発電機と、を備える、波力発電システム。