JP2024033634A - Vibration control power generation device - Google Patents
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Abstract
【課題】振動を抑制することができるとともに発電を行うことができる制振発電装置を提供する。【解決手段】実施の形態による制振発電装置は、内部空間を含む浮体と、内部空間内に配置された可動体であって、浮体に弾性結合され、浮体に対して第1方向に相対並進運動可能な可動体と、浮体と可動体との相対並進運動を回転運動に変換する変換機構と、発電を行う装置発電機と、を備えている。装置発電機は、変換機構により変換された回転運動で回転する回転子を含んでいる。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a vibration damping power generation device that can suppress vibration and generate power. A vibration damping power generation device according to an embodiment includes a floating body including an internal space and a movable body disposed within the internal space, the movable body being elastically coupled to the floating body and capable of relative translation in a first direction with respect to the floating body. It includes a movable body that can move, a conversion mechanism that converts relative translational motion between the floating body and the movable body into rotational motion, and a device generator that generates electricity. The device generator includes a rotor that rotates with a rotational motion converted by a conversion mechanism. [Selection diagram] Figure 1
Description
本実施の形態は、制振発電装置に関する。 This embodiment relates to a vibration damping power generation device.
風力発電を洋上で実施する洋上風力発電は、洋上の安定した風を用いて発電できる利点がある。水深が深い海域では、海底に基礎を設けて風力発電用の風車施設を固定することが難しいため、浮体式の洋上風力発電が有効な実施方法の1つと考えられている。 Offshore wind power generation, in which wind power is generated offshore, has the advantage of being able to generate electricity using stable offshore wind. In deep waters, it is difficult to establish foundations on the seabed and secure wind turbine facilities for wind power generation, so floating offshore wind power generation is considered to be an effective implementation method.
浮体式洋上風力発電施設においては、洋上に浮かぶ浮体の上に、水上構造物が設けられ、この水上構造物の上に塔屋を起立させている。塔屋の上端に風力発電機が搭載されている。水上構造物は海底に錨鎖で係留して、水上構造物の位置が保持される。水上構造物は、波浪によって主として上下振動(ヒーブ振動)を行う。このことにより、振動による発電機器の損傷を抑制するために、波浪の固有周期から水上構造物の固有振動数を離調するなどの対策が講じられている。台風接近時などの高波浪時に振動の更なる抑制が設備維持に重要である。 In a floating offshore wind power generation facility, a floating structure is provided on a floating body floating on the ocean, and a tower is erected on top of this floating structure. A wind generator is mounted on the top of the tower. The floating structure is moored to the seabed with an anchor chain to maintain its position. Floating structures mainly perform vertical vibration (heave vibration) due to waves. As a result, in order to suppress damage to power generation equipment due to vibrations, countermeasures have been taken, such as detuning the natural frequency of floating structures from the natural period of waves. Further suppression of vibration is important for equipment maintenance during times of high waves such as when a typhoon approaches.
一方、風力発電装置は、風力で発電を行う装置であるが、風車の角度および方向若しくは浮体の姿勢などの制御電源、および補機の運用を行うための制御電源は、外部に依存している。外部電源の供給網は、台風などの災害時には遮断される恐れがある。外部電源が喪失されると、風力発電装置の制御を行うことができなくなる。例えば、浮体の姿勢制御が困難になると、場合によっては、浮体が倒壊するなどの危険性が考えられる。制御電源としては、蓄電可能な電池を用いることが考えられる。しかしながら、蓄電方式は、電池容量に制限があり、外部電源の喪失が長期に及ぶ場合には、時間的な制約が問題になり得る。 On the other hand, a wind power generation device is a device that generates electricity using wind power, but the power source for controlling the angle and direction of the wind turbine, the attitude of the floating body, etc., and the control power source for operating the auxiliary equipment are dependent on external sources. . External power supply networks may be cut off in the event of a disaster such as a typhoon. If the external power source is lost, the wind power generator cannot be controlled. For example, if it becomes difficult to control the attitude of a floating body, there may be a risk that the floating body may collapse. As the control power source, it is possible to use a battery that can store electricity. However, the power storage method has a limited battery capacity, and if the external power supply is lost for a long period of time, time constraints may become a problem.
実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、振動を抑制することができるとともに発電を行うことができる制振発電装置を提供することを目的とする。 The embodiments have been made with these points in mind, and an object thereof is to provide a vibration-damping power generation device that can suppress vibration and generate power.
実施の形態による制振発電装置は、内部空間を含む浮体と、内部空間内に配置された可動体であって、浮体に弾性結合され、浮体に対して第1方向に相対並進運動可能な可動体と、浮体と可動体との相対並進運動を回転運動に変換する変換機構と、発電を行う装置発電機と、を備えている。装置発電機は、変換機構により変換された回転運動で回転する回転子を含んでいる。 A vibration damping power generation device according to an embodiment includes a floating body including an internal space, and a movable body disposed within the internal space, the movable body being elastically coupled to the floating body and capable of translational movement relative to the floating body in a first direction. It includes a body, a conversion mechanism that converts relative translational motion between the floating body and the movable body into rotational motion, and a device generator that generates electricity. The device generator includes a rotor that rotates with a rotational motion converted by a conversion mechanism.
実施の形態による水上プラットフォーム装置は、水上に位置している。水上プラットフォーム装置は、プラットフォームと、プラットフォームを支持する、上述の複数の制振発電装置と、を備えている。第1方向に直交する方向のうちの少なくとも1つの方向で見たときに、プラットフォームの重心に対する横方向両側に、制振発電装置が配置されている。 A floating platform apparatus according to an embodiment is located on water. The floating platform device includes a platform and the plurality of vibration damping power generation devices described above that support the platform. When viewed in at least one direction perpendicular to the first direction, vibration damping power generation devices are arranged on both sides of the platform in a lateral direction with respect to the center of gravity.
実施の形態によれば、振動を抑制することができるとともに発電を行うことができる。 According to the embodiment, vibration can be suppressed and power generation can be performed.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による制振発電装置および水上プラットフォーム装置について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A vibration damping power generation device and a floating platform device according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1~図3を用いて、本実施の形態による制振発電装置について説明する。ここでは、スパー型洋上風力発電施設に適用される制振発電装置の例について説明する。しかしながら、制振発電装置の適用例はこれに限られることはない。
(First embodiment)
A vibration damping power generation device according to this embodiment will be explained using FIGS. 1 to 3. Here, an example of a vibration damping power generation device applied to a spar type offshore wind power generation facility will be described. However, the application example of the damped power generation device is not limited to this.
まず、本実施の形態による制振発電装置10が適用される洋上風力発電施設1について図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態における制振発電装置10の概略断面構造を示しているが、ここに示す制振発電装置10が洋上風力発電施設1に適用されている一例を示している。
First, an offshore wind
図1に示す洋上風力発電施設1は、風力発電装置2と、風力発電装置2を支持する塔屋3と、塔屋3の下方に位置し、塔屋3を支持する制振発電装置10と、を備えている。制振発電装置10は、水上に位置している。
The offshore wind
塔屋3は、制振発電装置10から上方に向かって垂直方向に延びており、柱状に形成されている。風力発電装置2は、塔屋3の上端に取り付けられている。風力発電装置2は、塔屋3を介在させて制振発電装置10に支持されている。
The
風力発電装置2は、ナセル2aと、発電用回転翼2bと、を含んでいる。ナセル2aは、風向等に応じて塔屋3に対して垂直方向に延びる軸を中心に回転可能に支持されている。発電用回転翼2bは、ナセル2aに回転可能に設けられている。ナセル2a内に、発電用回転翼2bの回転によって発電を行う風力発電機2cが内蔵されている。発電用回転翼2bは、複数のブレード2dを含んでいる。
The
図示しないが、洋上風力発電施設1は、風力発電機2cの発電電力を外部に供給する電気設備、風力発電装置2を制御する制御装置と、後述する浮体20を係留するための係留装置を更に備えている。
Although not shown, the offshore wind
このような洋上風力発電施設1は、波の加振力を受けて、垂直方向に振動する。この振動は、ヒーブ振動とも呼ばれる。このヒーブ振動を抑制するとともに、このヒーブ振動を利用して発電を行うための装置が、本実施の形態による制振発電装置10である。
Such an offshore wind
次に、図1を用いて、本実施の形態による制振発電装置10について説明する。
Next, the vibration damping
以下の説明では、図1に示すように、XYZ三次元直交座標系を定義して説明する。X軸は、垂直方向に延びており、X方向は、第1方向の一例である。Y軸は、水平に延びており、第2方向の一例である。Y方向は、図1の紙面に直交する方向に相当している。Z軸は、水平に延びており、第3方向の一例である。Z軸は、X軸に直交するとともにY軸に直交している。Z方向は、図1の紙面の横方向に相当している。 In the following explanation, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system will be defined and explained as shown in FIG. The X axis extends in the vertical direction, and the X direction is an example of a first direction. The Y axis extends horizontally and is an example of the second direction. The Y direction corresponds to a direction perpendicular to the paper plane of FIG. The Z axis extends horizontally and is an example of a third direction. The Z-axis is perpendicular to the X-axis and perpendicular to the Y-axis. The Z direction corresponds to the lateral direction of the paper in FIG.
図1に示すように、本実施の形態による制振発電装置10は、浮体20と、可動体30と、変換機構40と、装置発電機50と、を備えている。本実施の形態においては、塔屋3が1つの制振発電装置10に支持されている例について説明する。
As shown in FIG. 1, the vibration damping
浮体20は、水(または海水)に浮かぶように構成されている。浮体20は、X方向に延びるように円筒状に形成されていてもよい。浮体20の一部は水面下に位置しており、周囲の水に浸漬している。水面は、図1等において符号Wで示す。浮体20は、水圧に耐えるように構成されている。
The floating
浮体20の下部には、コンクリート等の重量物またはバラスト水等が充填された重錘部(図示せず)が設けられている。このことにより、浮体20の重心を低くするとともに、浮体20の浮力と、洋上風力発電施設1の重力が平衡する。このようにして、水に浮かぶ浮体20の安定性を高めている。
A weight section (not shown) filled with a heavy object such as concrete or ballast water is provided at the lower part of the floating
浮体20は、上述したように水に浮かんでいる。このため、浮体20は、波の加振力を受けて振動し、浮体20には、浮力による復元力が作用している。このことにより、浮体20は、水によって静止系に弾性結合されているとみなすことができる。このことを模式化するために、図1では、ばね定数k1を有する仮想弾性体60によって、浮体20が静止系に弾性結合されている。浮体20に作用する復元力は、k1と浮体20の変位x1の積k1×x1で表される。仮想弾性体60は、浮力ばねで構成されている。仮想弾性体60は、ばね部材が存在していることを示しているのではなく、周囲の水から受ける浮力によって浮体20がX方向に支持されること模式的に示すために用いられている。浮体20の固有振動数は、波の振動数に対して十分に離調するように設計されていてもよい。
The floating
浮体20は、内部空間20Sを含んでいる。内部空間20Sは、浮体20の内壁面21で囲まれた空間であり、内部空間20Sに、上述した可動体30が収容されている。内部空間20Sの直径は、可動体30の外径よりも大きくなっている。内部空間20Sは、上述した重錘部の上方に配置されていてもよい。
The floating
浮体20は、内部空間20Sの上方に配置された上部板22を含んでいる。上部板22は、内部空間20Sを上方から覆うように形成されている。内部空間20Sは密封されており、内部空間20Sに、外部から水などが浸入することを防止している。上部板22は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。上部板22に、上述した塔屋3が支持されていてもよい。
Floating
可動体30は、内部空間20S内に配置されている。可動体30は、浮体20に対してX方向に相対並進運動可能に構成されている。可動体30は、可動筒体31と、上部フランジ32と、を含んでいてもよい。
The
可動筒体31は、X方向に延びるように円筒状に形成されている。可動筒体31の外周面に、複数のローラ33が取り付けられていてもよい。複数のローラ33は、X方向に離間して配置されていてもよく、周方向に離間して配置されていてもよい。ローラ33は、浮体20の内部空間20Sを画定する内壁面21に対して転動可能になっている。このことにより、浮体20と可動体30との相対並進運動を円滑に行うことができる。浮体20の内壁面21には、X方向に延びるガイドレール(図示せず)が取り付けられていてもよい。このことにより、可動体30が、浮体20に対してX方向に沿う軸を中心とする回転運動を行うことを抑制できる。また、浮体20と可動体30との相対並進運動をX方向に案内することができる。ローラ33は、ガイドレールに対して転動するようにしてもよい。
The
可動体30は、浮体20に弾性結合されている。より具体的には、可動体30は、弾性体70を介在させて浮体20に連結されていてもよい。弾性体70は、内部空間20S内に配置されており、可動筒体31の下端と、内部空間20Sの底面23とに接続されている。弾性体70は、ばね定数k2を有している。弾性体70は、例えば、コイルばねなどのばね部材によって構成されていてもよい。弾性体70の個数は任意である。図1に示す例では、浮体20と可動筒体31が、2つの弾性体70で接続されている。
The
上部フランジ32は、可動筒体31の上部に設けられている。上部フランジ32は、可動筒体31を上方から覆うように形成されている。可動筒体31は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。
The
上部フランジ32の上面に、調節錘34が設けられていてもよい。調節錘34は、質量を調節可能に構成されていてもよい。例えば、調節錘34は、板状に形成された複数の錘板が積層された構造を有し、錘板の枚数を変えることにより、質量を調節可能になっていてもよい。調節錘34の平面形状は任意であるが、後述するブロック35を囲むように、リング形状であってもよい。
An
変換機構40は、浮体20と可動体30との相対並進運動を回転運動に変換するように構成されている。本実施の形態による変換機構40は、雌ねじ孔41と、雄ねじ部42を含む変換回転シャフト43と、を含んでいる。変換機構40は、浮体20の内部空間20Sに配置されている。
The
雌ねじ孔41は、X方向に延びる中心軸を有している。雌ねじ孔41は、上述した上部フランジ32に形成されている。雌ねじ孔41は、上部フランジ32に設けられたブロック35に形成されていてもよい。ブロック35は、上部フランジ32よりも厚く形成されていてもよい。雌ねじ孔41は、ブロック35を貫通している。雄ねじ部42は、雌ねじ孔41に螺合するように構成されている。雄ねじ部42は、変換回転シャフト43に設けられている。変換回転シャフト43は、X方向に延びるとともに、後述する回転子56に連結されている。このような構成により、浮体20と可動体30との相対並進運動が、雄ねじ部42の回転運動に変換され、この回転運動が変換回転シャフト43によって装置発電機50に伝達される。
The
変換回転シャフト43は、雌ねじ孔41を貫通していてもよい。この場合、変換回転シャフト43の上端は、雌ねじ孔41よりも上方に位置している。変換回転シャフト43の上端に、フライホイール44が設けられていてもよい。フライホイール44は、回転子56の慣性モーメントを調節可能に構成されていてもよい。例えば、フライホイール44は、板状に形成された複数の錘板が積層された構造を有し、錘板の枚数を変えることにより、装置発電機50の後述する回転子56の慣性モーメントを調節可能になっていてもよい。
The
装置発電機50は、浮体20に支持されている。このことにより、装置発電機50は、上述した雄ねじ部42および変換回転シャフト43等とともに、浮体20と同期して並進運動を行う。装置発電機50は、内部空間20Sの底面23に固定されていてもよい。装置発電機50は、浮体20の内部空間20Sに配置されている。装置発電機50は、可動筒体31の内側であって、上部フランジ32の下方に配置されている。装置発電機50は、固定子51と、回転子56と、を含んでいる。
The
固定子51は、固定子筒体52と、固定子上部フランジ53と、固定子下部フランジ54と、固定子コイル55と、を含んでいる。固定子筒体52は、X方向に延びるように円筒状に形成されている。固定子筒体52は、内部空間20Sの底面23に固定されていてもよい。固定子上部フランジ53は、固定子筒体52の上部に設けられている。固定子上部フランジ53は、固定子筒体52を上方から覆うように形成されている。固定子上部フランジ53は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。固定子下部フランジ54は、固定子筒体52の下部に設けられている。固定子下部フランジ54は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。固定子コイル55は、固定子筒体52の内面に取り付けられている。
回転子56は、上述した変換機構40により変換された回転運動で回転するように構成されている。回転子56は、上述した変換回転シャフト43に連結されており、回転子56には、変換回転シャフト43の回転運動が伝達されて回転する。
The
より具体的には、回転子56は、固定子コイル55の内側に配置されている。回転子56は、発電機回転シャフト57を含んでいる。発電機回転シャフト57は、X方向に延びており、固定子下部フランジ54に設けられた軸受58aと、固定子上部フランジ53に設けられた軸受58bに、回転可能に支持されている。軸受58aは、スラスト軸受として構成されており、発電機回転シャフト57のスラスト荷重を受けている。回転子56は、固定子コイル55に対向する複数の磁石(図示せず)を含んでいる。N極とS極とが交互に配置されており、回転子56の外周に磁界を形成している。
More specifically,
装置発電機50により発電された電力は、上述した制御装置に供給されてもよい。この場合、風力発電装置2の制御電力を、装置発電機50の発電電力で賄うことができる。このため、風力発電装置2の制御電力を外部電源からの供給に依存することを抑制できる。
The power generated by the
図1に示すように、変換機構40は、変換回転シャフト43と回転子56との間に介在された変速装置45を含んでいてもよい。変速装置45は、変換回転シャフト43と発電機回転シャフト57との間に介在されており、変換回転シャフト43の回転速度を変換して発電機回転シャフト57に伝達するように構成されている。変速装置45は、例えば、遊星歯車変速装置であってもよい。変速装置45は、固定子上部フランジ53に支持されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
このように構成された本実施の形態による制振発電装置10は、図2に示す力学モデルに模式化される。図2は、図1の制振発電装置の力学モデルを示す図である。
The vibration damping
図2に示す変位Xは、水面Wのx方向変位を表し、変位x1は、浮体20のx方向変位を表し、変位x2は、可動体30のx方向変位を表す。浮体20の総質量はm1で表されている。m1には、風力発電装置2、塔屋3および装置発電機50等の浮体20に支持される機器の質量を含んでいる。調節錘34を含めた可動体30の質量は、m2で表されている。
The displacement X shown in FIG. 2 represents the displacement of the water surface W in the x direction, the displacement x 1 represents the displacement of the floating
雌ねじ孔41と雄ねじ部42の組み合わせにより、浮体20と可動体30の相対並進変位が雄ねじ部42の回転変位に変換される。この過程で、浮体20と可動体30の相対並進加速度は、以下のように表される。
この相対並進加速度に比例した慣性力が、浮体20と可動体30に作用する。この慣性力の比例係数が慣性質量ms2で、雌ねじ孔41と雄ねじ部42のピッチp、遊星歯車変速装置14の増速率ε、装置発電機50の回転子56の慣性モーメントIを用いると、以下のように表される。
図2のモデルの運動方程式は、以下のように誘導される。
ここで、水面Wの変位Xは、角振動数Ω[rad/s]の関数として以下のように表される。
式(4)に対するx1、x2の応答をそれぞれ、以下のように仮定する。
式(4)~(6)を式(3)に代入して整理すれば、以下の式(7)が得られる。
式(7)を解いて浮体20と可動体30の伝達関数χ1、χ2を求めると、以下の式(8)が得られる。
ただし、Dは、以下のように表される。
c1=c2=0として減衰を無視し、式(8)よりχ1=0となるΩs1を求めると、以下の式(10)が得られる。
式(10)をΩs1について解けば、以下の式(11)が導かれる。
式(11)は、水面Wの変位の角振動数、すなわち浮体20に対する加振角振動数が式(11)の値を取るとき、浮体20の応答伝達関数χ1は0となることを意味している。式(11)を振動数に書き改めた以下の式(12)を、浮体20の遮断振動数と呼ぶ。
図3は図1の制振発電装置10のヒーブ振動の振動伝達率を示す応答線図であり、浮体20と可動体30の伝達関数χ1、χ2の計算例である。実線が浮体20の伝達関数χ1を示し、一点鎖線が可動体30の伝達関数χ2を示している。0.47Hzが浮体20の遮断振動数fs1で、その近傍で浮体20の伝達関数χ1が小さくなっていることがわかる。図3には、比較例として、可動体30、変換機構40および装置発電機50により構成される制振発電構造を有していない一般的なスパー型洋上風力発電施設の浮体20の伝達関数χ1が、二点鎖線で示されている。自然界の波浪の振動数範囲である0.05Hz~0.5Hzの範囲においては、本実施の形態による制振発電装置10による浮体20の伝達関数χ1は、一般的なスパー型洋上風力発電施設の浮体20の伝達関数χ1よりも小さく抑制されている。また、この振動数領域で浮体20と可動体30の伝達関数χ1、χ2の差が確保されていることから、装置発電に50による発電が可能であることがわかる。とりわけ、遮断振動数fs1で大きな発電量を得ることができる。
FIG. 3 is a response diagram showing the vibration transmissibility of the heave vibration of the damped
また、破線は、本実施の形態による制振発電装置10が慣性質量を有していない場合における伝達関数χ1、χ2を示している。この場合、遮断振動数fs1は、式(12)において、慣性質量ms2が0となるため、以下の式(13)のように表される。
式(13)は、2自由度系の逆共振点を意味しており、可動体30が動吸振器として作用していることを示している。このことから慣性質量ms2は、逆共振点の振動数を調節する機能を有していると解釈することができる。式(2)で表されるように、慣性質量ms2は遊星歯車変速装置14の増速率ε、雌ねじ孔41と雄ねじ部42のピッチをp、装置発電機50の回転子56の慣性モーメントIの関数として表される。このため、遮断振動数fs1を、慣性質量ms2、増速率εおよび慣性モーメントIを調節することによって、波浪の振動数に合わせて浮体20の振動抑制および発電量を調節することができる。このような調節を行うために、本実施の形態による変換機構40は、上述したフライホイール44および変速装置45を含んでいる。変速装置45をCVTのような増速率が可変な変速装置とすれば、波浪の振動数に対応して遮断振動数fs1を柔軟に調節することも可能である。
Equation (13) means an inverse resonance point of a two-degree-of-freedom system, and indicates that the
このように本実施の形態によれば、浮体20の内部空間20Sに配置された可動体30が、浮体20に対してX方向に相対並進運動を行う。このことにより、変換機構40は、この相対並進運動を回転運動に変換することができる。このため、装置発電機50の回転子56が回転することができ、装置発電機50が発電を行うことができる。この結果、浮体20の振動を抑制できるとともに、装置発電機50により発電を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、装置発電機50は回転子56を含んでいる。このことにより、制振発電装置10は、浮体20の振動を低減する慣性質量要素を有することができる。このため、浮体20に付与されるヒーブ振動を抑制することができ、浮体20に搭載される風力発電装置2に損傷を与えることを抑制できる。また、浮体20と可動体30との間の相対変位を大きくすることができ、装置発電機50による発電量を増大させることができる。
Also, according to this embodiment,
また、本実施の形態によれば、可動体30、変換機構40および装置発電機50を、浮体20の内部空間20Sに配置することができる。このことにより、制振発電構造を有していない既設の洋上風力発電設備の浮体20に設置することが可能になり、制振発電構造を有する設備に容易に改修することができる。また、浮体20の外部に存在する海水から、可動体30、変換機構40および装置発電機50を保護することができ、信頼性を向上させることができる。
Moreover, according to this embodiment, the
また、本実施の形態によれば、変換機構40は、X方向に延びる中心軸を有する雌ねじ孔41と、雌ねじ孔41に螺合する雄ねじ部42を含む変換回転シャフト43と、を含んでいる。このことにより、浮体20と可動体30との相対並進運動を、雄ねじ部42および変換回転シャフト43の回転運動に変換することができる。このため、相対並進運動を回転運動に変換する変換機構40を容易に構成することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、変換機構40は、変換回転シャフト43と装置発電機50の回転子56との間に介在された変速装置45を含んでいる。このことにより、変速装置45によって、回転子56の回転速度を調節することができ、装置発電機50の発電量を調節することができる。また、変速装置45が歯車を含んでいる場合、歯車の歯数を調節することにより、変換回転シャフト43と回転子56の回転数比である増速率を調節することができる。このため、浮体20の振動を効果的に抑制することができるとともに、装置発電機50の発電量を効果的に増大させることができる。
Further, according to this embodiment, the
また、本実施の形態によれば、装置発電機50は、浮体20に支持されている。このことにより、装置発電機50は、浮体20と同期して並進運動を行うことができる。装置発電機50および浮体20と、可動体30との相対並進運動は、変換機構40により回転運動に変換されて、装置発電機50が発電を行うことができる。
Further, according to this embodiment, the
(第2の実施の形態)
次に、図4を用いて、第2の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Second embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a second embodiment will be described using FIG. 4.
図4に示す第2の実施の形態においては、装置発電機が可動体に支持されている点が主に異なり、他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図4において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図4は、第2の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図である。 The second embodiment shown in FIG. 4 differs mainly from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 in that the device generator is supported by a movable body. are the same. Note that in FIG. 4, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a vibration damping power generation device according to a second embodiment.
図4に示すように、本実施の形態においては、装置発電機50は、可動体30に支持されている。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the
図4に示すように、浮体20は、内部フランジ24を含んでいる。内部フランジ24は、内部空間20S内に配置されている。内部フランジ24は、上部板22と可動体30との間に配置されている。内部フランジ24は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 4, floating
可動体30は、内部空間20S内に配置されている。可動体30は、支持フランジ36を含んでいる。本実施の形態による支持フランジ36は、可動筒体31の下部に設けられている。支持フランジ36は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。弾性体70は、内部空間20Sの底面23と、支持フランジ36とに接続されていてもよい。
The
本実施の形態による変換機構40の雌ねじ孔41は、内部フランジ24に形成されている。雌ねじ孔41は、内部フランジ24に設けられたブロック25に形成されていてもよい。ブロック25は、内部フランジ24よりも厚く形成されていてもよい。雌ねじ孔41は、ブロック25を貫通している。
The
上述したように、装置発電機50は、可動体30に支持されている。このことにより、装置発電機50は、上述した雄ねじ部42および変換回転シャフト43等とともに、可動体30と同期して並進運動を行う。
As mentioned above, the
固定子51の固定子筒体52は、可動体30の支持フランジ36に固定されている。図4に示す例では、固定子筒体52に、図1に示す固定子下部フランジ54は設けられていない。可動体30の支持フランジ36は、図1に示す固定子下部フランジ54の用途を兼ねている。このため、発電機回転シャフト57の下部を支持する軸受58aは、支持フランジ36に設けられている。発電機回転シャフト57の上部を支持する軸受58bは、浮体20の内部フランジ24に設けられている。変速装置45は、可動体30の上部フランジ32に支持されていてもよい。発電機回転シャフト57は、上部フランジ32を貫通して、変速装置45に連結されている。
The
このように本実施の形態によれば、装置発電機50は、可動体30に支持されている。このことにより、装置発電機50は、可動体30と同期して並進運動を行うことができる。浮体20と、装置発電機50および可動体30との相対並進運動は、変換機構40により回転運動に変換されて、装置発電機50が発電を行うことができる。本実施の形態による力学モデルは、図2に示す第1の実施の形態による力学モデルと同等となる。このため、水面Wの振動による浮体20の振動を抑制できるとともに、装置発電機50を駆動して発電を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the
(第3の実施の形態)
次に、図5を用いて、第3の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Third embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a third embodiment will be described using FIG. 5.
図5に示す第3の実施の形態においては、可動体が、内部空間に貯留された液体に浮かび、液体によって浮体に弾性結合されている点が主に異なり、他の構成は、図4に示す第2の実施の形態と略同一である。なお、図5において、図4に示す第2の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図5は、第3の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図である。 The third embodiment shown in FIG. 5 differs mainly in that the movable body floats on liquid stored in the internal space and is elastically coupled to the floating body by the liquid. This is substantially the same as the second embodiment shown. Note that in FIG. 5, the same parts as those in the second embodiment shown in FIG. 4 are given the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a vibration damping power generation device according to a third embodiment.
図5に示すように、本実施の形態においては、浮体20の内部空間20Sに、液体の一例としての水(または海水)が貯留されている。貯留されている水を、以下、封水26と称して説明する。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, water (or seawater) as an example of liquid is stored in the
可動体30は、底部フランジ37を含んでいる。底部フランジ37は、可動筒体31の下部に設けられている。可動体30の内部空間30Sは密封されており、内部空間30Sに、外部から水等が浸入することを防止している。内部空間30Sは、可動筒体31に囲まれている。底部フランジ37は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。
本実施の形態による装置発電機50は、可動体30の支持フランジ36に支持されている。本実施の形態による支持フランジ36は、底部フランジ37よりも上方に配置されている。
The
可動体30は、内部空間20Sに貯留された封水26に浮かんでいる。内部空間20Sに貯留された封水26は、上述したように、可動体30の内部空間30Sに浸入することが防止されている。可動体30は、内部空間20Sの封水26から浮力を受けている。
The
可動体30は、封水26によって浮体20に弾性結合されている。このことを模式化するために、図5では、ばね定数k2を有する弾性体70によって、可動体30が浮体20に弾性結合されているとみなすことができる。弾性体70は、仮想弾性体60と同様に、浮力ばねで構成されている。本実施の形態による弾性体70は、ばね部材が存在していることを示しているのではなく、浮体20の内部空間20Sに貯留された封水26から受ける浮力によって可動体30がX方向に支持されている。
The
上述した仮想弾性体60は、浮体20が受ける浮力によって構成されている。このことにより、仮想弾性体60のばね定数k1は、一般的なコイルばねと比較すると小さく、仮想弾性体60は、大きな変位を許容可能になっている。弾性体70のばね定数k2が大きい場合、可動体30は、浮体20に対して相対並進運動を行うことが困難になり、可動体30の並進運動は、浮体20の並進運動と一体化されやすい。可動体30を浮体20に対して相対並進運動を行わせるためには、弾性体70のばね定数k2を、仮想弾性体60のばね定数k1と同程度に小さくすることが好ましい。この場合、弾性体70は、大きな変位を許容可能であることが好ましい。
The virtual
本実施の形態では、上述したように、可動体30が、浮体20の内部空間20Sに貯留された封水26に浮かんでおり、可動体30は、封水26によって、浮体20に弾性結合されている。このことにより、弾性体70を、可動体30が封水26から受ける浮力によって構成することができ、弾性体70のばね定数k2を小さくすることができる。また、弾性体70は、大きな変位を許容することができる。
In this embodiment, as described above, the
一般に、断面積S[m2]の棒状構造物が、密度ρ[kg・m2/s2]の流体に浮かんでいる場合、流体によって棒状構造物に作用するばね定数k[N/m]は、重力加速度をg[m/s2]とすれば、以下の式(14)のように表される。
浮体20は、水(または海水)に浮かんでいるため、封水26の密度は、浮体20の周囲の水の密度とほぼ等しい。浮体20と可動体30の断面積が近似しているため、ばね定数k1およびk2は、ほぼ同等の値に設定される。一方、可動体30(封水26に浸水している部分)の断面積を調節したり、封水26の密度を調節したりすることにより、ばね定数k2を所望の値に調節することもできる。
Since the floating
このように本実施の形態によれば、可動体30は、内部空間20Sに貯留された封水26に浮かび、封水26によって浮体20に弾性結合されている。このことにより、浮体20と可動体30を弾性結合する弾性体70のばね定数k2を、容易に小さくすることができる。このため、可動体30を、浮体20に対して、容易に相対並進運動を行わせることができる。この結果、変換機構40により、相対並進運動を回転運動に変換させながら、浮体20の振動を抑制できるとともに、装置発電機50により発電を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、上述した本実施の形態においては、装置発電機50が、可動体30に指示されている例について説明した。しかしながら、本実施の形態はこのことに限られることはなく、装置発電機50は、浮体20に支持されていてもよい。この場合、雌ねじ孔41は、可動体30に設けられる。
In addition, in this embodiment mentioned above, the example in which the
(第4の実施の形態)
次に、図6を用いて、第4の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a fourth embodiment will be described using FIG. 6.
図6に示す第4の実施の形態においては、可動体の下部に、気体を貯留する気体室が設けられ、可動体が、内部空間に貯留された液体と気体室に貯留された気体によって、浮体に弾性結合されている点が主に異なり、他の構成は、図5に示す第3の実施の形態と略同一である。なお、図6において、図5に示す第3の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図6は、第4の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図である。 In the fourth embodiment shown in FIG. 6, a gas chamber for storing gas is provided at the lower part of the movable body, and the movable body uses the liquid stored in the internal space and the gas stored in the gas chamber. The main difference is that the third embodiment is elastically connected to the floating body, and the other configurations are substantially the same as the third embodiment shown in FIG. Note that in FIG. 6, the same parts as those in the third embodiment shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed explanations will be omitted. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a vibration damping power generation device according to a fourth embodiment.
図5に示すように、本実施の形態においては、可動体30の下部に、気体が封入された気体室38が設けられている。気体室38に封入された気体は、内部空間20Sに貯留された封水26に接している。より具体的には、可動体30の底部フランジ37が、可動筒体31の下端よりも上方に位置している。可動筒体31は、底部フランジ37よりも下方に突出している。この突出した部分と底部フランジ37とにより、下方に向かって開口する可動体凹部39が画定されている。可動体凹部39の下部には、封水26が浸入していてもよい。可動体凹部39のうちの封水26の上方部分に、気体が封入されており、封水26と気体が接している。気体は空気であってもよい。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, a
可動体30は、浮体20の内部空間20Sに貯留された封水26および気体室38に封入された気体によって、浮体20に弾性結合されている。この場合、弾性体70は、可動体30が封水26から受ける浮力ばねと、気体室38に封入された気体による空気ばねとを直列接続したばねとして構成することができる。弾性体70のばね定数に、空気ばねのばね定数が含まれることにより、弾性体70のばね定数をより一層小さくすることができる。
The
このように本実施の形態によれば、可動体30の下部に、気体が封入された気体室38が設けられている。可動体30は、浮体20の内部空間20Sに貯留された封水26および気体室38に封入された気体によって、浮体20に弾性結合されている。このことにより、浮体20と可動体30を弾性結合する弾性体70のばね定数k2を、より一層小さくすることができる。このため、可動体30を、浮体20に対して、容易に相対並進運動を行わせることができる。この結果、変換機構40により、相対並進運動を回転運動に変換させることができ、浮体20の振動を抑制できるとともに、装置発電機50により発電を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the
(第5の実施の形態)
次に、図7を用いて、第5の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a fifth embodiment will be described using FIG. 7.
図7に示す第5の実施の形態においては、変換機構が、ラックと、ラックと連動すると共に回転子に連結された発電機歯車と、を含む点が主に異なり、他の構成は、図4に示す第2の実施の形態と略同一である。なお、図7において、図4に示す第2の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図7は、第5の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図である。 The fifth embodiment shown in FIG. 7 differs mainly in that the conversion mechanism includes a rack and a generator gear that interlocks with the rack and is connected to the rotor. This embodiment is substantially the same as the second embodiment shown in FIG. Note that in FIG. 7, the same parts as those in the second embodiment shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a vibration damping power generation device according to a fifth embodiment.
図5に示すように、本実施の形態においては、変換機構40は、ラックレール80と、発電機歯車81と、を含んでいる。変換機構40は、浮体20の内部空間20Sに配置されている。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the
ラックレール80は、ラックの一例である。ラックレール80は、浮体20の内壁面21に設けられている。ラックレール80は、上述したローラ33と干渉しない位置に配置されている。ラックレール80は、X方向に延びている。上述したガイドレールによって、可動体30は、X方向に沿う軸を中心とする回転運動が抑制されるため、ラックレール80は、発電機歯車81と噛み合うことができる。
発電機歯車81は、可動体30の上部フランジ32に支持されていてもよい。発電機歯車81は、図示しない軸受を介在させて上部フランジ32に回転可能に取り付けられている。発電機歯車81は、後述する変速歯車83を介在させてラックレール80に噛み合っており、ラックレール80と連動する。ラックレール80と発電機歯車81とのX方向の相対並進運動が、発電機歯車81の回転運動に変換される。発電機歯車81は、装置発電機50の回転子56に同軸で連結されていてもよい。
The
装置発電機50は、可動体30に支持されている。このことにより、装置発電機50は、上述した発電機歯車81等とともに、可動体30と同期して並進運動を行う。装置発電機50は、可動体30の上部フランジ32に支持されていてもよい。装置発電機50は、浮体20の内部空間20Sに配置されているとともに、可動体30の上方に配置されている。図7に示す例においては、装置発電機50の発電機回転シャフトは、Y方向に延びている。このように装置発電機50の回転軸が、X方向に直交する方向に延びている点で、図4等に示す装置発電機50とは相違しているが、その他の点では、同様に構成されていてもよい。
The
図7に示すように、本実施の形態による変換機構40は、ラックレール80と発電機歯車81との間に介在された変速装置82を含んでいてもよい。本実施の形態による変速装置82は、変速歯車83を含んでいてもよい。発電機歯車81は、変速歯車83を介在させてラックレール80と連動してもよい。変速歯車83の歯は、ラックレール80の歯に噛み合うとともに発電機歯車81の歯に噛み合っている。変速装置82は、可動体30の上部フランジ32に支持されていてもよい。変速歯車83は、図示しない軸受を介在させて上部フランジ32に回転可能に取り付けられていてもよい。
As shown in FIG. 7,
変速歯車83の歯数は、発電機歯車81の歯数と異なっている。このことにより、変速歯車83の回転速度と発電機歯車81の回転速度が異なっている。図7に示す例では、変速歯車83のピッチ円半径が、発電機歯車81のピッチ円半径よりも大きくなっている。このことにより、変速歯車83の歯数が、発電機歯車81の歯数よりも多くなっており、変速歯車83は、発電機歯車81の回転を増速することができる。
The number of teeth of the
本実施の形態による制振発電装置10は、複数の変換機構40と、複数の装置発電機50と、を含んでいてもよい。互いに対応する変換機構40および装置発電機50は、組になって可動体30の上部フランジ32に配置されていてもよい。一組の変換機構40および装置発電機50と、他の組の変換機構40および装置発電機50は、内部空間20Sの周方向に離れて配置されていてもよく、内部空間20Sの中心軸に対して回転対称に配置されていてもよい。内部空間20Sの中心軸は、X方向に延びる軸であり、可動体30の中心軸に一致していてもよい。例えば、2組の変換機構40および装置発電機50を上部フランジ32に配置する場合には、各組は、X方向で見たときに180°異なる位置に配置されていてもよい。
The damped
可動体30の調節錘34は、底部フランジ37の上面に設けられていてもよい。調節錘34の平面形状は任意であるが、円形状であってもよい。
The
ここで、上述した変速歯車83のモジュール半径r、変速装置82の増速率ε、装置発電機50の回転子56の慣性モーメントIを用いると、慣性質量ms2は、以下の式(15)のように表される。
式(15)の右辺における係数の「2」という数字は、変換機構40および装置発電機50の組数に相当している。上述した式(2)を、式(15)に置き換えることにより、第1実施の形態と力学的な取り扱いは同一である。
The number “2” in the coefficient on the right side of equation (15) corresponds to the number of sets of
このように本実施の形態によれば、変換機構40は、X方向に延びるラックレール80と、ラックレール80と連動するとともに装置発電機50の回転子56に連結された発電機歯車81と、を含んでいる。このことにより、浮体20と可動体30との相対並進運動を、発電機歯車81の回転運動に変換することができる。このため、相対並進運動を回転運動に変換する変換機構40を容易に構成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、変換機構40は、ラックレール80と発電機歯車81との間に介在された変速装置82を含んでいる。このことにより、変速装置82によって、発電機歯車81および回転子56の回転速度を調節することができ、装置発電機50の発電量を調節することができる。また、変速装置82が変速歯車83を含んでいる場合、変速歯車83の歯数を調節することにより、変速歯車83と発電機歯車81の回転数比である増速率を調節することができる。このため、浮体20の振動を効果的に抑制することができるとともに、装置発電機50の発電量を効果的に増大させることができる。
Further, according to this embodiment, the
(第6の実施の形態)
次に、図8Aおよび図8Bを用いて、第6の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a sixth embodiment will be described using FIGS. 8A and 8B.
図8Aおよび図8Bに示す第6の実施の形態においては、装置発電機が浮体に支持され、変換機構が、ロープと、回転子に連結されたプーリと、を含み、ロープがプーリに巻き掛けられている点が主に異なり、他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図8Aおよび図8Bにおいて、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図8Aは、第6の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図であり、図8Bは、図8Aの矢印P1に沿って見たときの主ロープを示す概略図である。 In a sixth embodiment shown in FIGS. 8A and 8B, the device generator is supported on a floating body, the conversion mechanism includes a rope and a pulley connected to a rotor, and the rope is wound around the pulley. The main difference is that the second embodiment is configured differently, and the other configurations are substantially the same as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3. Note that in FIGS. 8A and 8B, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing the vibration damping power generation device according to the sixth embodiment, and FIG. 8B is a schematic view showing the main rope when viewed along arrow P1 in FIG. 8A.
図8Aに示すように、本実施の形態による装置発電機50は、浮体20に支持されている。より具体的には、装置発電機50は、可動体30の上方であって、浮体20の内部空間20Sの上部に配置されている。装置発電機50は、内部空間20Sに配置された内部フランジ24に支持されている。可動体30は、内部フランジ24の下方に配置されている。
As shown in FIG. 8A, the
図8Aおよび図8Bに示すように、変換機構40は、ロープ90と、プーリ91と、を含んでいる。ロープ90は、X方向にUターンするようにプーリ91に巻き掛けられている。プーリ91は、装置発電機50の回転子56に連結されている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
プーリ91に対して一方の側において、ロープ90は可動体30に支持され、プーリ91に対して他方の側において、ロープ90は弾性体70を介在させて浮体20に支持されている。より具体的には、ロープ90は、第1端部90aと、第2端部90bと、を含んでいる。第1端部90aは、可動体30の上部フランジ32の上面に固定されている。第2端部90bは、弾性体70を介在させて内部空間20Sの底面23に固定されている。すなわち、弾性体70は、ロープ90の第2端部90bに連結されており、ロープ90を介在させて可動体30を支持している。ロープ90に、可動体30の重力と、弾性体70の弾性力とに基づく張力が負荷されている。
On one side of the
図8Bに示すように、ロープ90は、第1端部90aから上方に延び、内部フランジ24に設けられた貫通孔24aを通ってプーリ91に達している。ロープ90は、プーリ91の上半部に巻き掛けられて、180°方向転換する(Uターンする)。そして、ロープ90は、プーリ91から下方に延びて、内部フランジ24に設けられた貫通孔24bを通って、第2端部90bに達している。
As shown in FIG. 8B, the
変換機構40は、プーリ91と装置発電機50の回転子56との間に介在された変速装置45を含んでいてもよい。本実施の形態による変速装置45は、プーリ91が連結された変換回転シャフト43と回転子56との間に介在されており、プーリ91の回転速度を変換して回転子56に伝達するように構成されている。変速装置45は、例えば、遊星歯車変速装置であってもよい。変速装置45は、装置発電機50に支持されていてもよい。
可動体30の調節錘34は、底部フランジ37の上面に設けられていてもよい。調節錘34の平面形状は任意であるが、円形状であってもよい。
The
上述したように、ロープ90は張力を有しているため、プーリ91に摩擦接触することができ、プーリ91を回転させることができる。このため、浮体20と可動体30との相対並進運動は、プーリ91の回転運動に変換される。プーリ91の回転運動が、変換回転シャフト43および変速装置45を介在させて回転子56に伝達されて、回転子56が回転運動を行う。このようにして、装置発電機50が発電を行う。プーリ91に対するロープ90の摩擦力を増大させる場合には、ロープ90は、プーリ91に複数回巻き掛けられてもよい。
As described above, since the
ここで、プーリ91の半径r、変速装置45の増速率ε、装置発電機50の回転子56の慣性モーメントIを用いると、慣性質量ms2は、以下の式(16)のように表される。
上述した式(2)を、式(16)に置き換えることにより、第1実施の形態と力学的な取り扱いは同一である。 By replacing equation (2) above with equation (16), the dynamic handling is the same as in the first embodiment.
このように本実施の形態によれば、装置発電機50が浮体20に支持され、変換機構40は、ロープ90と、装置発電機50の回転子56に連結されたプーリ91と、を含んでいる。ロープ90は、X方向にUターンするようにプーリ91に巻き掛けられている。プーリ91に対して一方の側において、ロープ90が可動体30に支持され、プーリ91に対して他方の側において、ロープ90が弾性体70を介在させて浮体20に支持されている。このことにより、浮体20と可動体30との相対並進運動を、プーリ91の回転運動に変換することができる。このため、相対並進運動を回転運動に変換する変換機構40を容易に構成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、弾性体70は、ロープ90の第2端部90bに連結されている。このことにより、ロープ90に、弾性力を負荷させることができ、浮体20と可動体30を弾性結合することができる。
Further, according to this embodiment, the
また、本実施の形態によれば、変換機構40は、プーリ91と装置発電機50の回転子56との間に介在された変速装置45を含んでいる。このことにより、変速装置45によって、回転子56の回転速度を調節することができ、装置発電機50の発電量を調節することができる。また、変速装置45が歯車を含んでいる場合、歯車の歯数を調節することにより、プーリ91と回転子56の回転数比である増速率を調節することができる。このため、浮体20の振動を効果的に抑制することができるとともに、装置発電機50の発電量を効果的に増大させることができる。
Further, according to this embodiment, the
(第7の実施の形態)
次に、図9Aおよび図9Bを用いて、第7の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Seventh embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a seventh embodiment will be described using FIGS. 9A and 9B.
図9Aおよび図9Bに示す第7の実施の形態においては、変換機構が、ロープが巻き掛けられた動滑車を含み、動滑車が、弾性体を介在させて浮体に連結されている点が主に異なり、他の構成は、図8Aおよび図8Bに示す第6の実施の形態と略同一である。なお、図9Aおよび図9Bにおいて、図8Aおよび図8Bに示す第6の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図9Aは、第7の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図であり、図9Bは、図9Aの矢印P2に沿って見たときの主ロープを示す概略図である。 In the seventh embodiment shown in FIGS. 9A and 9B, the main point is that the conversion mechanism includes a movable pulley around which a rope is wound, and the movable pulley is connected to the floating body through an elastic body. However, the other configurations are substantially the same as the sixth embodiment shown in FIGS. 8A and 8B. Note that in FIGS. 9A and 9B, the same parts as those in the sixth embodiment shown in FIGS. 8A and 8B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing the vibration damping power generation device according to the seventh embodiment, and FIG. 9B is a schematic view showing the main rope when viewed along arrow P2 in FIG. 9A.
図9Aに示すように、本実施の形態による変換機構40は、動滑車92を含んでいる。ロープ90は、X方向にUターンするように動滑車92に巻き掛けられている。
As shown in FIG. 9A,
動滑車92は、内部空間20Sの底面23に、弾性体70を介在させて固定されている。すなわち、弾性体70は、動滑車92と浮体20との間に介在されている。動滑車92は、X方向に移動可能になっており、浮体20および可動体30に対して相対並進変位可能になっている。このようにして、ロープ90に、可動体30の重力と、弾性体70の弾性力とに基づく張力が負荷されている。動滑車92に対するロープ90の摩擦力を増大させる場合には、ロープ90は、動滑車92に複数回巻き掛けられてもよい。動滑車92は、支持部材93を介在させて弾性体70に連結されていてもよい。動滑車92は、支持部材93に回転可能に取り付けられていてもよい。
The
本実施の形態によるロープ90の第2端部90bは、内部フランジ24の下面に固定されている。
The
図9Aおよび図9Bに示すように、ロープ90は、可動体30の上面に位置する第1端部90aから上方に延び、内部フランジ24に設けられた貫通孔24aを通ってプーリ91に達している。ロープ90は、プーリ91の上半部に巻き掛けられてUターンする。そして、ロープ90は、プーリ91から下方に延びて、内部フランジ24に設けられた貫通孔24bを通って、動滑車92に達している。ロープ90は、動滑車92の下半部に巻き掛けられてUターンする。そして、ロープ90は、動滑車92から上方に延びて、内部フランジ24の下面に位置する第2端部90bに達している。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the
図9Aには、弾性体70のばね定数を、4k2(=4×k2)で示している。k2は、図1等に示す弾性体70のばね定数と等価である。すなわち、ロープ90に負荷されている張力をTとすると、弾性体70にロープ90から負荷される張力は2Tとなる。動滑車92の変位は、浮体20と可動体30との相対変位(=x1-x2)の半分であることから、動滑車92に働く力のつり合いを考えると、図9Aに示す弾性体70のばね定数は、4k2と表すことができる。第3の実施の形態において述べたように、弾性体70のばね定数は、小さい値であることが好ましく、弾性体70は、大きな変位を許容可能であることが好ましい。本実施の形態による弾性体70は、図1に示す弾性体70よりも大きなばね定数を有していてもよく、かつ、変位許容量が小さくてもよい。
In FIG. 9A, the spring constant of the
このように本実施の形態によれば、変換機構40は、動滑車92を含み、ロープ90は、X方向にUターンするように動滑車92に巻き掛けられている。動滑車92は、弾性体70を介在させて浮体20に連結されている。このことにより、比較的大きなばね定数を有する弾性体70であっても、浮体20と可動体30とを相対並進運動させて、浮体20の振動を抑制できるとともに、装置発電機50により発電を行うことができる。このため、弾性体70のばね定数の制約を削減することができ、弾性体70を設計しやすくすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
(第8の実施の形態)
次に、図10Aおよび図10Bを用いて、第8の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Eighth embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to an eighth embodiment will be described using FIGS. 10A and 10B.
図10Aおよび図10Bに示す第8の実施の形態においては、変換機構が、ロープが巻き掛けられた定滑車を含み、動滑車が、ロープが巻き掛けられる複数の溝を含み、ロープが、動滑車、定滑車および動滑車にこの順番で巻き掛けられている点が主に異なり、他の構成は、図9Aおよび図9Bに示す第7の実施の形態と略同一である。なお、図10Aおよび図10Bにおいて、図9Aおよび図9Bに示す第7の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図10Aは、第8の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図であり、図10Bは、図10Aの矢印P3に沿って見たときの主ロープを示す概略図である。 In the eighth embodiment shown in FIGS. 10A and 10B, the conversion mechanism includes a fixed pulley around which a rope is wound, the movable pulley includes a plurality of grooves around which the rope is wound, and the rope is movable. The main difference is that the seventh embodiment is wound around a pulley, a fixed pulley, and a movable pulley in this order, and the other configurations are substantially the same as the seventh embodiment shown in FIGS. 9A and 9B. Note that in FIGS. 10A and 10B, the same parts as those in the seventh embodiment shown in FIGS. 9A and 9B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing the vibration damping power generation device according to the eighth embodiment, and FIG. 10B is a schematic view showing the main rope when viewed along arrow P3 in FIG. 10A.
図10Aに示すように、本実施の形態による変換機構40は、定滑車94を含んでいる。ロープ90は、X方向にUターンするように定滑車94に巻き掛けられている。定滑車94は、支持部材95を介在させて、浮体20の内部フランジ24の下面に固定されている。定滑車94は、支持部材95に回転可能に取り付けられていてもよい。支持部材95は、実質的に弾性機能を有していなくてもよい。定滑車94と上部板22との間に弾性体は介在されておらず、定滑車94は、浮体20と同期して並進運動してもよい。
As shown in FIG. 10A,
図10Aおよび図10Bに示すように、ロープ90は、動滑車92、定滑車94および動滑車92に、この順番で巻き掛けられている。動滑車92は、ロープ90が巻き掛けられる複数の溝を含んでいる。本実施の形態においては、動滑車92は、2つの溝、すなわち、第1溝92aおよび第2溝92bを含んでいる。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the
より具体的には、プーリ91から動滑車92に達したロープ90は、動滑車92の下半部に巻き掛けられてUターンする。この際、ロープ90は、動滑車92の第1溝92aに巻き掛けられる。ロープ90は、動滑車92の第1溝92aから上方に延びて定滑車94に達し、定滑車94の上半部に巻き掛けられる。ロープ90は、定滑車94から下方に延びて動滑車92に達し、動滑車92の下半部に再び巻き掛けられる。この際、ロープ90は、動滑車92の第2溝92bに巻き掛けられる。ロープ90は、動滑車92の第2溝92bから上方に延びて、内部フランジ24の下面に位置する第2端部90bに達している。このようにして、ロープ90は、動滑車92に2回巻き掛けられる。動滑車92に対するロープ90の摩擦力を増大させる場合には、ロープ90は、動滑車92に3回以上巻き掛けられてもよい。この場合、動滑車92は、巻き掛け数に対応する個数の溝を含んでいてもよい。このようにして、動滑車92に、ロープ90を複数回巻き掛けることができる。
More specifically, the
図10Aには、弾性体70のばね定数を、16k2(=16×k2)で示している。k2は、図1等に示す弾性体70のばね定数と等価である。すなわち、ロープ90に負荷されている張力をTとすると、弾性体70にロープ90から負荷される張力は4Tとなる。動滑車92の変位は、浮体20と可動体30との相対変位の1/4であることから、動滑車92に働く力のつり合いを考えると、図10Aに示す弾性体70のばね定数は、16k2と表すことができる。このため、本実施の形態による弾性体70は、図1に示す弾性体70よりもより一層大きなばね定数を有していてもよく、かつ、変位許容量がより一層小さくてもよい。ここで、一般化すると、動滑車92へのロープ90の巻き掛け回数をn回とすると、弾性体70のばね定数は、(2n)2×k2となる。
In FIG. 10A, the spring constant of the
このように本実施の形態によれば、変換機構40は、定滑車94を含み、ロープ90は、X方向にUターンするように定滑車94に巻き掛けられている。動滑車92は、複数の溝92a、92bを含んでおり、ロープ90は、動滑車92、定滑車94および動滑車92に、この順番で巻き掛けられている。このことにより、比較的大きなばね定数を有する弾性体70であっても、浮体20と可動体30とを相対並進運動させて、浮体20の振動を抑制できるとともに、装置発電機50により発電を行うことができる。このため、弾性体70のばね定数の制約をより一層削減することができ、弾性体70をより一層設計しやすくすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
(第9の実施の形態)
次に、図11を用いて、第9の実施の形態による制振発電装置について説明する。
(Ninth embodiment)
Next, a vibration damping power generation device according to a ninth embodiment will be described using FIG. 11.
図11に示す第9の実施の形態においては、装置発電機が、可動体に支持され、プーリに対して一方の側において、ロープが浮体に支持され、プーリに対して他方の側において、ロープが弾性体を介在させて浮体に支持されている点が主に異なり、他の構成は、図9Aおよび図9Bに示す第7の実施の形態と略同一である。なお、図11において、図9Aおよび図9Bに示す第7の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図11は、第9の実施の形態による制振発電装置を示す概略断面図である。 In a ninth embodiment shown in FIG. 11, the device generator is supported on a movable body, on one side relative to the pulley the rope is supported on the floating body, and on the other side relative to the pulley the rope The main difference is that the seventh embodiment is supported by a floating body with an elastic body interposed therebetween, and the other configurations are substantially the same as the seventh embodiment shown in FIGS. 9A and 9B. Note that in FIG. 11, the same parts as those in the seventh embodiment shown in FIGS. 9A and 9B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a vibration damping power generation device according to a ninth embodiment.
図11に示すように、本実施の形態による装置発電機50は、可動体30に支持されている。より具体的には、装置発電機50は、可動体30の内部空間30Sに配置されており、底部フランジ37に支持されている。
As shown in FIG. 11, a
プーリ91に対して一方の側において、ロープ90は浮体20に支持され、プーリ91に対して他方の側において、ロープ90は弾性体70を介在させて浮体20に支持されている。より具体的には、ロープ90の第1端部90aは、浮体20の上部板22の下面に固定されている。第2端部90bは、内部空間20Sの底面23に固定されている。
On one side of the
動滑車92は、浮体20の上部板22の下面に、弾性体70を介在させて固定されている。このようにして、ロープ90に、可動体30の重力と、弾性体70の弾性力とに基づく張力が負荷されている。動滑車92に対するロープ90の摩擦力を増大させる場合には、ロープ90は、動滑車92に複数回巻き掛けられてもよい。この場合、図10Aに示す定滑車94を用いてもよい。
The
ロープ90は、第1端部90aから下方に延び、上部フランジ32に設けられた貫通孔(図示せず)を通ってプーリ91に達している。ロープ90は、プーリ91の下半部に巻き掛けられて、Uターンする。そして、ロープ90は、プーリ91から上方に延びて、上部フランジ32に設けられた貫通孔(図示せず)を通って、動滑車92に達する。ロープ90は、動滑車92の上半部に巻き掛けられて、Uターンする。そして、ロープ90は、動滑車92から下方に延びて、内部空間20Sの底面23に位置する第2端部90bに達している。
The
このように本実施の形態によれば、装置発電機50が可動体30に支持され、変換機構40は、ロープ90と、装置発電機50の回転子56に連結されたプーリ91と、を含んでいる。ロープ90は、X方向にUターンするようにプーリ91に巻き掛けられている。プーリ91に対して一方の側において、ロープ90が浮体20に支持され、プーリ91に対して他方の側において、ロープ90が弾性体70を介在させて浮体20に支持されている。このことにより、浮体20と可動体30との相対並進運動を、プーリ91の回転運動に変換することができる。このため、相対並進運動を回転運動に変換する変換機構40を容易に構成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、上述した本実施の形態においては、ロープ90が動滑車92に巻き掛けられている例について説明した。しかしながら、本実施の形態はこのことに限られることはなく、図8Aおよび図8Bと同様にして、ロープ90が動滑車92に巻き掛けられることなく、ロープ90の一方の端部(例えば、第2端部90b)が、弾性体70に連結されていてもよい。
In addition, in this embodiment mentioned above, the example where the
(第10の実施の形態)
次に、図12~図17を用いて、第10の実施の形態による制振発電装置および水上プラットフォーム装置について説明する。
(Tenth embodiment)
Next, a vibration damping power generation device and a floating platform device according to a tenth embodiment will be described using FIGS. 12 to 17.
図12~図17に示す第10の実施の形態においては、プラットフォームが複数の制振発電装置に支持され、プラットフォームの重心に対する横方向両側に制振発電装置が配置されている点が主に異なり、他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図12~図17において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図12は、第10の実施の形態による制振発電装置を備えた水上プラットフォーム装置を示す概略断面図である。 The tenth embodiment shown in FIGS. 12 to 17 is mainly different in that the platform is supported by a plurality of vibration damping power generation devices, and the vibration damping power generation devices are arranged on both sides of the platform in the lateral direction with respect to the center of gravity. , the other configurations are substantially the same as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3. Note that in FIGS. 12 to 17, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a floating platform device equipped with a vibration damping power generation device according to a tenth embodiment.
図12に示すように、本実施の形態による水上プラットフォーム装置100に適用される制振発電装置10は、図1に示す第1の実施の形態による制振発電装置10と同様に構成されていてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、他の実施の形態による制振発電装置10を、本実施の形態による水上プラットフォーム装置100に適用してもよい。
As shown in FIG. 12, the damped
本実施の形態による水上プラットフォーム装置100は、プラットフォーム110と、プラットフォーム110を支持する複数の制振発電装置10と、を備えている。水上プラットフォーム装置100は、水上に位置しており、プラットフォーム110上には、例えば、図1に示す洋上風力発電設備1の塔屋3が設置されてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、プラットフォーム110上には、水上に位置する設備などであれば、任意の設備を設置することができる。
Floating
プラットフォーム110は、2つの制振発電装置10に支持されていてもよい。プラットフォーム110は、X方向で見たときに、2つの制振発電装置10を覆っていてもよい。以下では、2つの制振発電装置10を、制振発電装置10Aおよび制振発電装置10Bと称して説明する。プラットフォーム110は、Y方向およびZ方向に沿うように板状に形成されていてもよい。
The
各浮体20は、プラットフォーム110に固定されている。各浮体20は、プラットフォーム110と同期して並進運動可能に構成されている。各浮体20は、図1に示す上部板22を含んでいなくてもよい。この場合、各内部空間20Sは、プラットフォーム110で上方から覆われて、密封されていてもよい。
Each floating
図12においては、制振発電装置10Aに対応する仮想弾性体60のばね定数が、k1aで示され、制振発電装置10Bに対応する仮想弾性体60のばね定数が、k1bで示されている。制振発電装置10Aに対応する弾性体70のばね定数が、k2aで示され、制振発電装置10Bに対応する弾性体70のばね定数が、k2bで示されている。
In FIG. 12, the spring constant of the virtual
水上プラットフォーム装置100をY方向で見たときに、プラットフォーム110の重心Gに対する横方向両側に、制振発電装置10A、10Bが配置されていてもよい。言い換えると、図12に示すように、重心Gに対してY方向で見たときのZ方向両側に、制振発電装置10A、10Bが配置されている。図12に示す例では、重心Gの左側に制振発電装置10Aが配置され、重心Gの右側に制振発電装置10Bが配置されている。このように、2つの制振発電装置10A、10Bが、プラットフォーム110の重心Gを挟むように配置されていてもよい。重心Gから各制振発電装置10A、10BまでのZ方向距離が、bで示されている。
When the floating
このように構成された本実施の形態による水上プラットフォーム装置100は、図13に示す力学モデルに模式化される。図13は、図12の水上プラットフォーム装置100の力学モデルを示す図である。
The floating
ここでは、水上プラットフォーム装置100の力学モデルを、XZ平面内の2次元モデルとして取り扱う。すなわち、変位はX方向のみ考慮する。プラットフォーム110は構造的に均一とし、2つの制振発電装置10A、10Bが同一構造であるとする。このことにより、本実施の形態による力学モデルは、XZ平面内の2次元問題として取り扱う。以下の説明では、制振発電装置10Aに関する符号には、添え字「a」を付し、制振発電装置10Bに関する符号には、添え字「b」を付す。
Here, the dynamic model of the
制振発電装置10A、10Bはそれぞれ原点OからZ方向に距離bの位置に配置されている。プラットフォーム110は剛体とし、重心Gは、原点Oから延びるX軸上に位置している。プラットフォーム110の質量をM、重心GにおけるY軸周りの慣性モーメントをJとする。制振発電装置10Aの浮体20の質量をm1aとし、制振発電装置10Bの浮体20の質量をm1bとする。質量m1aには、制振発電装置10Aに対応する変換機構40のうち浮体20に支持される部材(変換回転シャフト43、変速装置45など)の質量と、装置発電機50の質量に加え、水の付加質量など流体的な効果をも含む。同様に、質量m1bには、制振発電装置10Bに対応する変換機構40のうち浮体20に支持される部材の質量と装置発電機50の質量に加え、水の付加質量など流体的な効果をも含む。質量m1a、m1bはそれぞれ、浮力による仮想弾性体60を介在させて水面Wa、Wbに接続されている。仮想弾性体60のばね定数は、k1a、k1bで表される。浮力による減衰は、c1a、c1bで表される。一方、質量m1a、m1bは、弾性体70のばね定数k2a、k2bを介在させてプラットフォーム110の質量Mおよび慣性モーメントJと接続されている。c2a、c2bは、減衰を表す。ms2a、ms2bは、慣性質量を表す。2つの制振発電装置10A、10Bは同一構造であるため、m1a=m1b=m、k1a=k1b=k1、c1a=c1b=c1、ms2a=ms2b=ms2、k2a=k2b=k2、c2a=c2b=c2となる。
The vibration damping
波の波長がプラットフォーム110の長さに比較して十分に長いとして、水面Wa、Wbは平面を保持し、X方向の並進変位をX0、Y軸周りの回転変位をΘ0で表す。Θ0が微小ならば、水面Wa、Wbの並進変位Xa、XbはX0、Θ0を用いて、以下のように表される。
プラットフォーム110の重心GにおけるX方向の並進変位をx0とする。Y軸周りの回転変位をθ0とする。θ0が微小であれば、プラットフォーム110のX方向の並進変位x2a、x2bは、以下のように表される。
可動体30の質量m1a、m1bのX方向の並進変位をそれぞれx1a、x1bとし、プラットフォーム110の質量をM、重心G周りの極慣性モーメントをJとする。極慣性モーメントJと、質量Mとの関係が、等価的な寸法dを用いて式(21)の形式で表されるものとする。
図13に示す力学モデルの運動方程式は次式のように表される。
応答計算を行うために式(22)を、以下のようなマトリックス形式に改める。
式(24)中の質量行列[M]、減衰行列[C]、剛性行列[K]は、それぞれ以下のように表される。
式(24)中の変位ベクトルxは、以下の式(28)のように表され、外力ベクトルFは、以下の式(29)のように表される。
ここで、周波数応答を求めるため、式(29)の外力ベクトルFを、
式(29)に対応して、応答xを
式(33)を解けば、応答xは、式(32)より求めることができる。 By solving equation (33), response x can be obtained from equation (32).
ここで、簡単のため、βを以下のように設定する。
式(22)と式(37)を比較すると、式(22)ではx1a、x2a、x1b、x2bが連成しているが、式(37)ではx1a、x2aおよびx1b、x2bの2組はそれぞれで連成し、x1a、x2aの組とx1b、x2bの組は連成していない。したがって、図13の4自由度系はx1a、x2aとx1b、x2bの2組の2自由度系に分離して考えることができる。これは図13の力学モデルで示す系は、2つの図2に示す力学モデルで示す系に分離できることに等しい。また、式(37)の2つの組は、式(3)と形式が一致していることに注目されたい。式(37)においてM/2を、x1a、x2a組ではm2aに、x1b、x2b組ではm2bにそれぞれ置き換えることと、各組は式(3)と同一形式となることが理解できる。すなわち、制振発電装置10Aと制振発電装置10Bがそれぞれ独立して水面Wa、Wbの変位Xa、Xbからプラットフォーム110の変位x2a、x2bへの振動伝播を遮断することを意味する。式(36)の仮定を行うことは数式を簡単化するだけでなく、ヒーブ振動とピッチング振動を独立して取り扱うことを可能とするため、設計上においても大きな利点がある。
Comparing equation (22) and equation (37), in equation (22) x 1a , x 2a , x 1b , x 2b are coupled, but in equation (37) x 1a , x 2a and x 1b , x 2b are each coupled, and the set of x 1a , x 2a and the set of x 1b , x 2b are not coupled. Therefore, the four-degree-of-freedom system in FIG. 13 can be considered as being separated into two sets of two-degree-of-freedom systems: x 1a , x 2a and x 1b , x 2b . This is equivalent to the fact that the system shown by the dynamical model in FIG. 13 can be separated into two systems shown by the dynamical model in FIG. 2. It should also be noted that the two sets of equations (37) are identical in form to equation (3). In equation (37), M/2 can be replaced with m 2a for the set x 1a , x 2a , and m 2b for the set x 1b , x 2b , and each set can have the same form as equation (3). It can be understood. That is, the damped
減衰を無視した場合、式(12)と同様にして周波数応答から浮体20における遮断振動数は、以下のように表される。
式(38)において、x2aおよびx2bにおける周波数応答を理論的に0とすることができる。このことから制振発電装置10A、10Bが、水面Wa、Wbの並進変位X1、X2からプラットフォーム110の並進変位x2a、x2bへの振動伝播を遮断することを解析的に確認することができる。
In equation (38), the frequency response at x 2a and x 2b can be theoretically zero. From this, it was analytically confirmed that the vibration damping
応答計算結果を図14および図15に示す。図14はヒーブ振動の振動伝達率を示す応答線図であり、図15はピッチング振動の振動伝達率を示す応答線図である。図14および図15において左側が制振発電装置10Aの応答を示し、右側が制振発電装置10Bの応答を示している。振幅はいずれも図3と同一となるよう設計している。実線が浮体20の伝達関数χ1a、χ1b、一点鎖線が可動体30の伝達関数χ2a、χ2bのそれぞれ応答である。0.47Hzが浮体20の遮断振動数fs1で、その近傍で浮体20の伝達関数χ1a、χ1bが小さくなっていることがわかる。比較のため二点鎖線で制振発電構造を有していない場合の浮体20の伝達関数χ1a、χ1bを示す。本実施の形態では自然界の波浪の振動数範囲である0.05Hz~0.5Hzの範囲で、本実施の形態による浮体20の伝達関数χ1a、χ1bが、制振発電構造を有さない場合よりも小さく抑制されるよう設計されている。
The response calculation results are shown in FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a response diagram showing the vibration transmission rate of heave vibration, and FIG. 15 is a response diagram showing the vibration transmission rate of pitching vibration. In FIGS. 14 and 15, the left side shows the response of the damped
一方、位相に注目すると、図14のヒーブ振動では制振発電装置10A、10Bは同位相であるのに対して、図15のピッチング振動では制振発電装置10Aに対して制振発電装置10Bは、位相が180°ずれている。すなわち制振発電装置10A、10Bの位相関係は反転している。これはピッチング振動(X0=0)では水面Wa、Wbの並進変位X1、X2が逆位相であることに起因している。
On the other hand, focusing on the phase, in the heave vibration of FIG. 14, the
このような構成を行うことで、変位x1a、x1bの振動が抑制されてプラットフォーム110のヒーブ振動と同時にY軸(図12の紙面に垂直な軸)周りの回転振動であるピッチング振動も抑制することができる。
With such a configuration, the vibrations of the displacements x 1a and x 1b are suppressed, and at the same time, the heave vibration of the
このように本実施の形態によれば、X方向に直交する方向のうちの少なくとも1つの方向(例えば、Y方向)で見たときに、プラットフォーム110の重心Gに対するZ方向両側に、制振発電装置10A、10Bが配置されている。このことにより、Y軸周りの回転振動であるピッチング振動を抑制することができ、プラットフォーム110に搭載される風力発電装置2に損傷を与えることを抑制できる。ここで、ピッチング振動は、背が高い塔屋3に大きな応力を発生させ、風力発電装置2を大きな振幅で加振し得る。一般的に、波浪が小さい場合においても、ピッチング振動の傾きが5°を超えることがあり、塔屋3および風力発電装置2に対する影響は小さいとは言えなかった。これに対して本実施の形態によれば、上述したように、ピッチング振動を効果的に抑制することができるため、風力発電装置2へのピッチング振動の伝播を効果的に抑制できる。このため、風力発電装置2に損傷を与えることを抑制できる。とりわけ、本実施の形態によれば、プラットフォーム110の上述したヒーブ振動およびピッチング振動の両方の応答を同時に抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, when viewed in at least one direction (for example, the Y direction) perpendicular to the X direction, vibration damping power generation is provided on both sides of the center of gravity G of the
なお、上述した本実施の形態においては、簡単化のため、水上プラットフォーム装置100の力学モデルを、XZ平面内の2次元問題として取り扱った。しかしながら、本実施の形態はこのことに限られることはない。
In addition, in the present embodiment described above, for the sake of simplicity, the dynamic model of the floating
例えば、水上ではピッチング振動に加えてZ軸周りの回転振動であるローリング振動も発生するため、このローリング振動を抑制するようにしてもよい。このため、図16に示すように、X方向で見たときに、制振発電装置10C、10Dをそれぞれ、制振発電装置10A、10Bに対して重心Gを挟むようにして対称に配置すればよい。この場合、プラットフォーム110は、4つの制振発電装置10A~10Dで支持される。
For example, on water, in addition to pitching vibration, rolling vibration, which is rotational vibration around the Z-axis, also occurs, so this rolling vibration may be suppressed. For this reason, as shown in FIG. 16, when viewed in the X direction, the damping
より具体的には、図16に示すように、X方向で見たときに、4つの制振発電装置10A~10Dは、プラットフォーム110の重心Gを囲むように配置されている。図16に示す例では、4つの制振発電装置10A~10Dの中心を結んで形成される正方形の中心に、プラットフォーム110の重心Gが配置されている。制振発電装置10Aと制振発電装置10Cが、Y方向に沿って並んでいるとともに、制振発電装置10Bと制振発電装置10Dが、Y方向に沿って並んでいる。制振発電装置10Aと制振発電装置10Bが、Z方向に沿って並んでいるとともに、制振発電装置10Cと制振発電装置10Dが、Z方向に沿って並んでいる。
More specifically, as shown in FIG. 16, the four vibration damping
このように構成された水上プラットフォーム装置100をY方向で見たときに、プラットフォーム110の重心Gに対する横方向両側に、制振発電装置10A~10Dが配置されている。言い換えると、図12に示すように、Y方向で見たときのZ方向両側に、制振発電装置10A、10Bが配置されている。図16の矢印P4で見たときに、重心Gの左側に制振発電装置10Aが配置され、重心Gの右側に制振発電装置10Bが配置されている。図12に示されている制振発電装置10Aの背後に、制振発電装置10Cが配置され、制振発電装置10Bの背後に、制振発電装置10Dが配置されている。あるいは、例えば、Z方向で見たときのY方向両側に、2つの制振発電装置10A、10Dが配置されている。図16の矢印P5で見たときに、重心Gの左側に制振発電装置10Dが配置され、重心Gの右側に制振発電装置10Aが配置されている。このように、X方向に直交する方向のうちの少なくとも1つの方向から見たときに、重心Gに対する横方向両側のそれぞれで、1つ以上の制振発電装置10A~10Dが配置されていてもよい。X方向に直交する全ての方向から見たときに、重心Gに対する横方向両側に、制振発電装置が配置されていてもよい。
When the floating
あるいは、例えば、図17に示すように、X方向で見たときに、3つの制振発電装置10A、10B、10Cを正三角形の頂点に配置してもよい。この場合、プラットフォーム110は、3つの制振発電装置10A~10Cで支持される。この正三角形の中心に、プラットフォーム110の重心Gが配置されてもよい。
Alternatively, for example, as shown in FIG. 17, the three vibration damping
図17に示す例では、矢印P6(Y方向に相当)で見たときのZ方向両側に、制振発電装置10A、10Bが配置されている。重心Gの左側に制振発電装置10Aが配置され、重心Gの右側に制振発電装置10Bが配置されている。図17に示す例では、制振発電装置10Cは、制振発電装置10Aと制振発電装置10Bとの間の位置に配置されている。
In the example shown in FIG. 17, vibration damping
プラットフォーム110を3つ以上の制振発電装置で支持する場合には、上述のように平面的に配置することによって、プラットフォーム110のヒーブ振動、ピッチング振動およびローリング振動を同時に抑制することができる。
When the
以上述べた実施の形態によれば、振動を抑制することができるとともに発電を行うことができる。 According to the embodiments described above, vibration can be suppressed and power generation can be performed.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents. Furthermore, it is of course possible to partially combine these embodiments as appropriate within the scope of the gist of the present invention.
10:制振発電装置、20:浮体、20S:内部空間、26:封水、30:可動体、38:気体室、40:変換機構、41:雌ねじ孔、42:雄ねじ部、43:変換回転シャフト、45:変速装置、50:装置発電機、56:回転子、70:弾性体、80:ラックレール、81:発電機歯車、82:変速装置、90:ロープ、90a:第1端部、90b:第2端部、91:プーリ、92:動滑車、92a:第1溝、92b:第2溝、94:定滑車、100:水上プラットフォーム装置、110:プラットフォーム 10: Vibration control power generation device, 20: Floating body, 20S: Internal space, 26: Water seal, 30: Movable body, 38: Gas chamber, 40: Conversion mechanism, 41: Female threaded hole, 42: Male threaded part, 43: Conversion rotation shaft, 45: transmission, 50: device generator, 56: rotor, 70: elastic body, 80: rack rail, 81: generator gear, 82: transmission, 90: rope, 90a: first end, 90b: second end, 91: pulley, 92: movable pulley, 92a: first groove, 92b: second groove, 94: fixed pulley, 100: floating platform device, 110: platform
Claims (16)
前記内部空間内に配置された可動体であって、前記浮体に弾性結合され、前記浮体に対して第1方向に相対並進運動可能な可動体と、
前記浮体と前記可動体との相対並進運動を回転運動に変換する変換機構と、
前記変換機構により変換された回転運動で回転する回転子を含む、発電を行う装置発電機と、
を備えた、制振発電装置。 a floating body including an internal space;
a movable body disposed in the internal space, the movable body being elastically coupled to the floating body and capable of relative translational movement in a first direction with respect to the floating body;
a conversion mechanism that converts relative translational motion between the floating body and the movable body into rotational motion;
A device generator for generating electricity, including a rotor that rotates with the rotational motion converted by the conversion mechanism;
A vibration-damping power generation device equipped with
前記可動体は、前記液体によって前記浮体に弾性結合されている、
請求項1~3のいずれか一項に記載の制振発電装置。 The movable body floats on a liquid stored in the internal space,
the movable body is elastically coupled to the floating body by the liquid;
The vibration damping power generation device according to any one of claims 1 to 3.
前記可動体は、前記液体および前記気体によって前記浮体に弾性結合されている、
請求項6に記載の制振発電装置。 A gas chamber is provided at a lower part of the movable body, and the gas chamber is filled with gas that comes into contact with the liquid stored in the internal space.
the movable body is elastically coupled to the floating body by the liquid and the gas;
The vibration damping power generation device according to claim 6.
請求項8に記載の制振発電装置。 The conversion mechanism includes a transmission interposed between the rack and the generator gear.
The vibration damping power generation device according to claim 8.
前記変換機構は、ロープと、前記回転子に連結されたプーリと、を含み、
前記ロープは、前記第1方向にUターンするように前記プーリに巻き掛けられ、
前記プーリに対して一方の側において、前記ロープが前記可動体に支持され、前記プーリに対して他方の側において、前記ロープが弾性体を介在させて前記浮体に支持されている、
請求項1に記載の制振発電装置。 the device generator is supported on the floating body;
The conversion mechanism includes a rope and a pulley connected to the rotor,
The rope is wound around the pulley so as to make a U-turn in the first direction,
The rope is supported by the movable body on one side with respect to the pulley, and the rope is supported with the floating body with an elastic body interposed on the other side with respect to the pulley.
The vibration damping power generation device according to claim 1.
前記変換機構は、ロープと、前記回転子に連結されたプーリと、を含み、
前記ロープは、前記第1方向にUターンするように前記プーリに巻き掛けられ、
前記プーリに対して一方の側において、前記ロープが前記浮体に支持され、前記プーリに対して他方の側において、前記ロープが弾性体を介在させて浮体に支持されている、
請求項1に記載の制振発電装置。 The device generator is supported by the movable body,
The conversion mechanism includes a rope and a pulley connected to the rotor,
The rope is wound around the pulley so as to make a U-turn in the first direction,
The rope is supported by the floating body on one side with respect to the pulley, and the rope is supported by the floating body with an elastic body interposed on the other side with respect to the pulley.
The vibration damping power generation device according to claim 1.
請求項10または11に記載の制振発電装置。 the elastic body is connected to one end of the rope;
The vibration damping power generation device according to claim 10 or 11.
前記動滑車は、前記弾性体を介在させて前記浮体に連結されている、
請求項10または11に記載の制振発電装置。 The conversion mechanism includes a movable pulley around which the rope is wound so as to make a U-turn in the first direction;
The movable pulley is connected to the floating body with the elastic body interposed therebetween.
The vibration damping power generation device according to claim 10 or 11.
前記動滑車は、前記ロープが巻き掛けられる複数の溝を含み、
前記ロープは、前記動滑車、前記定滑車および前記動滑車に、この順番で巻き掛けられている、
請求項13に記載の制振発電装置。 The conversion mechanism includes a fixed pulley connected to the floating body and around which the rope is wound so as to make a U-turn in the first direction,
The movable pulley includes a plurality of grooves around which the rope is wound,
The rope is wound around the movable pulley, the fixed pulley, and the movable pulley in this order.
The vibration damping power generation device according to claim 13.
プラットフォームと、
前記プラットフォームを支持する、請求項1、8、10および11のいずれか一項に記載の複数の制振発電装置と、を備え、
前記第1方向に直交する方向のうちの少なくとも1つの方向で見たときに、前記プラットフォームの重心に対する横方向両側に、前記制振発電装置が配置されている、水上プラットフォーム装置。 A floating platform device located on water,
platform and
A plurality of vibration damping power generation devices according to any one of claims 1, 8, 10 and 11 supporting the platform,
A floating platform device, wherein the vibration damping power generation device is disposed on both sides of the platform in a lateral direction with respect to the center of gravity when viewed in at least one direction perpendicular to the first direction.
Priority Applications (1)
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JP2022137341A JP2024033634A (en) | 2022-08-30 | 2022-08-30 | Vibration control power generation device |
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