JP5308317B2 - 波力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、波力発電装置に関し、特に波力発電装置の周期の制御に関するものである。

波力発電装置には、特許文献１に開示されているように海水の上下動を機械結合を介して回転運動に変えて、浮体に設けられている発電機を駆動させて発電させる方法がある。
また、特許文献２には、ブイ内の海水の注入・注出によって質量が変わる振動子と、ばねとを組み合わせて、振動子の固有周期を波浪の揺動周期に近づけて発電することが開示されている。

特開平５−１６４０３６号公報 特開２００７−２９７９２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、浮体を大型化する必要があるため建造費が高価になるという問題があった。
また、特許文献２に記載の発明は、海水の注入・注出を利用するため波浪の揺動周期が小さい場合には、発電量が小さくなるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、様々な周期の波に対して効率的に発電可能な波力発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の波力発電装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる波力発電装置によれば、波面に浮かべられる浮体内に設けられ、負荷される振動によって発電する振動受部と、該振動受部の上方から質量を負荷する質量体と、該質量体を直列に支持する複数の弾性部材と、複数の該弾性部材の運動をそれぞれ拘束・解除する複数のロック機構と、を備えることを特徴とする。

振動受部に負荷される振動の周期は、質量体の質量と弾性部材の弾性係数とによって決まる。波力発電装置は、振動受部に負荷される振動の周期と、浮体に作用する波の周期とを共振させて振動受部によって発電するものである。本発明では、複数の弾性部材を直列に接続して質量体を支持し、ロック機構を制御することによって弾性部材の運動を変化させることとした。例えば、１つの弾性部材によって支持される質量体において、その弾性部材の運動をロック機構によって拘束する。ロック機構によって弾性部材の運動が拘束されるため、質量体の運動が拘束される。そのため、弾性部材のロック機構を制御することによって、振動受部に負荷される振動の周期を制御することができる。したがって、浮体に作用する多様な周期の波に対して振動受部に負荷される振動の周期を合わせることによって、効率的に発電することができる。

本発明にかかる波力発電装置によれば、複数の前記弾性部材のそれぞれが、支持部材を介して接続されることを特徴とする。

複数の弾性部材のそれぞれが支持部材を介して接続される。すなわち、各々の支持部材は、各々弾性部材を直列に接続する。そのため、振動受部に負荷される振動の周期は、質量体に加えて支持部材の質量によっても変化する。したがって、支持部材の質量や数量を変えることによって、浮体に作用する多様な周期の波に対して振動受部に負荷される振動の周期を合わせて効率的に発電することができる。

本発明にかかる波力発電装置によれば、前記ロック機構は、前記弾性部材に対して平行に設けられる油圧シリンダと、該油圧シリンダ内に設けられる回路内の油の循環をオンオフするオンオフ弁とを備えることを特徴とする。

ロック機構には、油圧シリンダを用いることとした。また、油圧シリンダには、オンオフ弁を設けることとした。これにより、オンオフ弁をオフ状態にした場合には、油圧シリンダ内に設けられる回路に油が循環しない。油圧シリンダ内に設けられる回路に油が循環しないため、油圧シリンダの動きが拘束される。油圧シリンダの動きが拘束された場合には、油圧シリンダに対して平行に設けられている弾性部材の動きが拘束される。そのため、油圧シリンダ内に設けられる回路に供給される油の循環をオンオフ制御することによって、直列に接続されている複数の弾性部材の弾性係数を変えることができる。したがって、浮体に作用する多様な周期の波に対して振動受部に伝達される周期を合わせて効率的に発電することができる。
また、油圧シリンダに設けるオンオフ弁を制御して、直列に接続されている複数の弾性部材の弾性係数を変えることとした。そのため、直列に接続される複数の弾性部材の弾性係数を制御する装置を別途設置する必要がない。したがって、波力発電装置の小型化、簡素化を図ることができる。

本発明にかかる波力発電装置によれば、前記浮体内の側壁に接続される水平用弾性部材と、該水平用弾性部材により負荷される振動によって発電する水平用振動受部とを備えることを特徴とする。

波力発電装置は、浮体内の側壁に接続される水平用弾性部材によって水平方向に振動可能とされる。また、波力発電装置の水平方向の振動は、水平用振動受部に負荷される。そのため、波の作用によって浮体が水平方向に動揺した場合であっても、波力発電装置は、水平方向の振動から発電を行うことができる。したがって、より効率的に発電することができる。

本発明にかかる波力発電装置によれば、前記浮体内に複数設けられることを特徴とする。

複数の波力発電装置を浮体内に設けることとした。これにより、浮体が波の作用によって鉛直方向に対して上下動する場合だけではなくローリングやピッチングによって横揺れする場合であっても、振動受部に負荷される振動の周期を波の周期に合わせることができる。そのため、複数の波力発電装置によって、波によって浮体が上下動および横揺れする場合における発電を行うことができる。したがって、より効率的に発電することができる。

上述した発明によれば、複数の弾性部材を直列に接続して質量体を支持し、ロック機構を制御することによって弾性部材の運動を変化させることとした。例えば、１つの弾性部材によって支持される質量体において、その弾性部材の運動をロック機構によって拘束する。ロック機構によって弾性部材の運動が拘束されるため、質量体の運動が拘束される。そのため、弾性部材のロック機構を制御することによって、振動受部に負荷される振動の周期を制御することができる。したがって、浮体に作用する多様な周期の波に対して振動受部に負荷される振動の周期を合わせることによって、効率的に発電することができる。

本発明の第１実施形態に係る波力発電装置の概略図である。 図１に示した波力発電装置の床面から上部の拡大図である。 図２に示した波力発電装置のＡ−Ａ部の縦断面概略構成図である。 図３に示した波力発電装置の制御方法のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る波力発電装置の概略図である。 本発明の第３実施形態に係る波力発電装置の縦断面概略構成図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図４を用いて説明する。
図１には、波力発電装置１の概略図が示されている。
波力発電装置１は、浮体２の内部に設けられている。
浮体２は、鉛直方向の下方に向かってテーパー状に先細りとなる縦断面が台形状とされた筒である。浮体２は、海水（波面）５０に浮くことができる浮力を有する。なお、同図の符号５０ａは水位を示す。浮体２は、その内部が床面２ａによって鉛直上下方向に２分割されている。床面２ａよりも下部側の浮体２内には、発電機構（図示せず）が設けられている。床面２ａよりも上部側の浮体２内には、発電用シリンダ（振動受部）３１と、錘体４と、錘体４を支持している複数のばね（弾性部材）５および複数の油圧シリンダ（ロック機構）６と、複数のばね５および複数の油圧シリンダ６を支持しているフレーム（支持部材）７とが設けられている。本実施形態では、これら発電用シリンダ３１等は、床面２ａを平面視した場合の中央部に１組設けられている。

図２には、図１に示した床面２ａの上部の拡大図が示されている。また、図３には、図２に示したＡ−Ａ部の縦断面構成図が示されている。
床面２ａには、フレーム７の一部を構成する鉛直方向に延在する４本のフレーム７の脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが接続されている。脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、フレーム７の一部である複数の大きさの直方体を形成する枠１０，１１，１２を下方から支持している。複数の枠１０，１１，１２は、錘体４、錘体４を支持しているばね５及びばね５に平行に設けられている油圧シリンダ６を支持している。
また、床面２ａには、鉛直方向の下方から錘体４を支持している発電用シリンダ３１が設けられている。

錘体４は、その形状は限定されるものではないが、本実施形態では直方体とされている。錘体４は、発電用シリンダ３１によって鉛直下方から支持されている。また、錘体４は、複数のばね５と複数の油圧シリンダ６とフレーム７とによって鉛直上方から支持されている。
ばね５は、複数（例えば１２箇所）設けられている。各ばね５は、同一のばね定数とされている。

油圧シリンダ６は、ばね５と同数（例えば１２箇所）設けられている。各油圧シリンダ６は、その内部に油が流れる回路（図示せず）を有している。各油圧シリンダ６は、その回路を循環する油の流入・流出をオンオフ制御するオンオフ弁（ロック機構）を各々有している。油圧シリンダ６は、油圧シリンダ６の内周側を摺動する油圧ピストン部８（図３参照）を備えている。

オンオフ弁（図示せず）をオン状態とした場合には、油圧シリンダ６内に設けられている回路に油が循環する。そのため、油圧シリンダ６の内周を摺動する油圧ピストン部８の行程を変えることが可能となる。オンオフ弁をオフ状態とした場合には、油圧シリンダ６内に設けられている回路に油が循環しない。そのため、油圧シリンダ６の内周側を摺動する油圧ピストン部８の動きが拘束される。

フレーム７は、複数のばね５および複数の油圧シリンダ６を直列に接続するように支持している。フレーム７は、複数のばね５および複数の油圧シリンダ６を介して錘体４に接続されている。
フレーム７は、床面２ａに接続されている４本の脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、複数（例えば３種類）の大きさの直方体を形成する枠１０，１１，１２とを有している。

３種類の直方体のうち最大の大きさの直方体を形成する枠（以下「第１段フレーム」という。）１０は、床面２ａに平行な面（以下「第１段上面側」という。）と、第１段上面側から下方に延在し床面２ａに接続されている４本の脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとを備えている。第１段上面側は、４本のフレーム１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈによって形成されている。

第１段上面側の四隅には、第１段支持板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが各々設けられている。第１段支持板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、第１段上面側を形成している４本のフレーム１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈの各々隅部の内角側に設けられている。第１段支持板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、ばね５および油圧シリンダ６を支持することができる大きさとされている。

３種類の直方体のうち中間の大きさの直方体を形成する枠（以下「第２段フレーム」という。）１１は、床面２ａに平行な２つの面（以下「第２段上面側」、「第２段下面側」という。）と、第２段上面側と第２段下面側との間を接続している４本の脚部とを備えている。図３には、４本備えられている脚部のうちの２本１１ａ，１１ｂが示されている。
第２段フレーム１１は、第１段フレーム１０よりも大きさが小さいものとされている。

第２段上面側は、４本のフレーム１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈによって形成されている。第２段下面側は、４本のフレーム（図示せず）によって形成されている。第２段上面側の四隅には、第２段上面側支持板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが各々設けられている。第２段上面側支持板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、第２段上面側を形成している４本のフレーム１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈの各々隅部の内角側に設けられている。

第２段下面側の四隅には、第２段下面側の外周に突出している第２段下面側支持板１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈが各々設けられている。第２段上面側支持板１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄおよび第２段下面側支持板１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈは、ばね５および油圧シリンダ６を支持することができる大きさとされている。

３種類の直方体のうち最小の大きさの直方体を形成する枠（以下「第３段フレーム」という。）１２は、床面２ａに平行な２つの面（以下「第３段上面側」、「第３段下面側」という。）と、第３段上面側と第３段下面側との間を接続している４本の脚部とを備えている。図３には、４本備えられている脚部のうちの２本の脚部１２ａ，１２ｂが示されている。
第３段フレーム１２は、第２段フレーム１１よりも大きさが小さいものとされている。

第３段上面側は、４本のフレーム１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈによって形成されている。第３段下面側は、４本のフレーム（図示せず）によって形成されている。第３段上面側の四隅には、第３段上面側支持板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが各々設けられている。第３段上面側支持板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、第３段上面側を形成している４本のフレーム１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈの各々隅部の内角側に設けられている。

第３段下面側の四隅には、第３段下面側の外周に突出している第３段下面側支持板が各々設けられている。図３には、４つ設けられている第３段下面側支持板のうち２つの第３段下面側支持板１６ｅ，１６ｆのみが示されている。
第３段上面側支持板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄおよび第３段下面側支持板は、ばね５および油圧シリンダ６を支持することができる大きさとされている。

次に、複数のばね５および複数の油圧シリンダ６と、フレーム７とによって、錘体４を支持する方法について図３を用いて説明する。

錘体４の上面の４隅には、ばね５（以下「第３段用ばね」という。）と、油圧シリンダ６（以下「第３段用油圧シリンダ」という。）とが各々接続されている。図３では、各々２つの第３段用ばね１７ａ，１７ｂと、第３段用油圧シリンダ１８ａ，１８ｂとが示されている。

ここで、第３段用ばね１７ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａと、第３段用ばね１７ｂおよび第３段用油圧シリンダ１８ｂとは、左右対称に錘体４を支持している。したがって、以下には、第３段用ばね１７ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａ側（本図において右側）についてのみ説明し、第３段用ばね１７ｂおよび第３段用油圧シリンダ１８ｂ側（本図において左側）については、第３段用ばね１７ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａ側と同様であるため説明を省略する。

第３段用ばね１７ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａは、それらの他端が第３段上面側支持板１６ａに接続されている。第３段上面側支持板１６ａに接続されている第３段用ばね油圧シリンダ１８ａは、第３段用油圧シリンダ１８ａの内周を摺動するピストン部１９ａの端面が錘体４の上面に接するように設けられている。

第３段上面側支持板１６ａは、第３段上面側支持板１６ａの下方に延在するフレーム１２ａによって第３段下面側支持板１６ｅに接続されている。第３段上面側支持板１６ａ、フレーム１２ａおよび第３段下面側支持板１６ｅは、Ｓ字形状になるように接続されていることになる。

第３段下面側支持板１６ｅの上面には、ばね５（以下「第２段用ばね」という。）と、油圧シリンダ６（以下「第２段用油圧シリンダ」という。）とが各々接続されている。第２段用ばね２１ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａは、それらの他端が第２段上面側支持板１５ａに接続されている。

Ｓ字形状に接続されている第３段上面側支持板１６ａ、フレーム１２ａおよび第３段下面側支持板１６ｅによって、錘体４を支持している第３段用ばね１７ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａと、第２段用ばね２１ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａとは、直列に接続されていることになる。
ここで、第２段用油圧シリンダ２２ａは、第２段用油圧シリンダ２２ａの内周を摺動するピストン部（図示せず）の端面が第３段下面側支持板１６eの上面に接するように設けられている。

第２段上面側支持板１５ａは、第２段上面側支持板１５ａの下方に延在するフレーム１１ａによって第２段下面側支持板１５ｅに接続されている。第２段上面側支持板１５ａ、フレーム１１ａおよび第２段下面側支持板１５ｅは、Ｓ字形状になるように接続されていることになる。

第２段下面側支持板１５ｅの上面には、ばね５（以下「第３段用ばね」という。）と、油圧シリンダ６（以下「第３段用油圧シリンダ」という。）とが各々接続されている。第３段用ばね２３ａおよび第３段用油圧シリンダ２４ａは、それらの他端が第１段支持板１４ａに接続されている。

Ｓ字形状に接続されている第２段上面側支持板１５ａ、フレーム１１ａおよび第２段下面側支持板１５ｅによって、錘体４を支持している第３段用ばね１７ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａ、第２段用ばね２１ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａ、第１段用ばね２３ａおよび第１段用油圧シリンダ２４ａとは、直列に接続されていることになる。
ここで、第２段下面側支持板１５ｅに接続されている第１段用ばね油圧シリンダ２３ａは、第１段用ばね油圧シリンダ２３ａの内周を摺動するピストン部（図示せず）の端面が第２段下面側支持板１５ｅの上面に接するように設けられている。

第１段支持板１４ａは、第１段支持板１４ａの下方に延在する脚部１０ａによって床面２ａに接続されている。
これらにより、錘体４は、複数のばね１７ａ，２１ａ，２３ａおよび複数の油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａを直列に接続しているフレーム１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ，１５ｅ，１６ａ，１６ｅを介して支持されていることになる。

次に、複数のばね１７ａ，２１ａ，２３ａおよび複数の油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａを直列に接続している１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ，１５ｅ，１６ａ，１６ｅを介して支持されている錘体４の振動により波力発電装置１が発電する方法について説明する。

錘体４は、下方から発電用シリンダ３１によって支持されている。錘体４が鉛直方向に対して上下動することによって、錘体４を支持している発電用シリンダ３１の内周を摺動する発電用ピストン部３２が鉛直方向に上下動する。
また、浮体２（図１参照）には、波５０が作用している。そのため、浮体２には、波５０によって鉛直上下方向に揺動が生じている。

発電用シリンダ３１には、錘体４を複数のばね１７ａ，２１ａ，２３ａおよび複数の油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａを用いて直列に接続することによって生じる鉛直上下方向の振動（以下「固有周期」という。）とともに、浮体２に作用による波５０の鉛直上下方向の揺動（以下「波浪周期」という。）の相対運動が作用する。これら固有周期と波浪周期との間の相対運動は、発電用シリンダ３１に負荷される。

発電用シリンダ３１に負荷される固有周期と波浪周期との相対運動によって、発電用ピストン部３２の行程が変化する。発電用ピストン部３２の行程が変化することによって、以下の発電機構が電気を発生する。

すなわち、発電用ピストン部３２の行程が変化することによって、配管４０から発電用シリンダ３１へと導かれた油が昇圧される。発電用ピストン部３２によって昇圧された油は、発電用シリンダ３１に接続されている配管４１へと導出される。配管４１に導出された昇圧された油は、蓄圧器３３へと導かれる。畜圧器３３内に導かれた油は、畜圧器３３内に畜圧される。畜圧器３３に畜圧された油は、畜圧器３３から配管４２へと導出される。配管４２に導出された昇圧された油は、油圧モータ３４へと導かれる。油圧モータ３４は、配管４２によって導かれた昇圧された油によって駆動される。

油圧モータ３４が駆動されることによって、油圧モータ３４に接続されている発電機３５が発電する。これにより、波力発電装置１が発電することになる。
また、油圧モータ３４を駆動した油は、油圧モータ３４に接続されている配管４３へと導出される。配管４３に導出された油は、貯油タンク３６へと導かれる。貯油タンク３６内に貯蔵されている油は、上述した配管４０によって発電用シリンダ３１へと導かれる。

次に、錘体４を支持しているばね５のばね定数（弾性係数）の制御方法について、図４を用いて説明する。
図４には、錘体のばね定数を制御して、錘体の振動によって発電用シリンダに負荷される固有周期を浮体に作用する波浪周期に近づけるフローチャートが示されている。

まず、浮体２に設けられている加速度計（図示せず）の信号を用いて浮体２の揺動振動を測定する。この浮体２の揺動振動によって、浮体２に作用する波浪周期が求められる（ステップＳ１）。
ステップＳ１によって求められた波浪周期と、錘体４の固有周期とが近似するように、第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａに設けられている各オンオフ弁のオンオフ状態を決定する（ステップＳ２）。
また、錘体４を下方から支持している発電用シリンダ３１の減衰量である最適負荷を決定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２によって第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａに設けられている各オンオフ弁のオンオフ状態および発電用シリンダ３１の減衰量が決定された後、第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａに設けられている各オンオフ弁の制御を行う（ステップＳ３）。
また、発電用シリンダ３１は、所望の減衰量になるように制御される（ステップＳ３）。
以上のように、ステップＳ１からステップＳ３を１０分間に１回繰り返して、錘体４の固有周期を波浪周期に近似させる。

次に、油圧シリンダ５に設けられているオンオフ弁をオンオフ制御した場合におけるばね係数と、錘体４の固有周期の変化について説明する。
各ばね１７ａ，２１ａ，２３ａが直列に接続されており、各ばね１７ａ，２１ａ，２３ａには、各油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａが平行に設けられている。そのため、錘体４を振動させるばね定数Ｋは、各油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａに設けられている各オンオフ弁をオンオフ制御することによって変えることができる。

まず初めに、各油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａに設けられている各オンオフ弁をオン状態にした場合について説明する。
各油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａ内に設けられている回路には、油が各々循環する。そのため、各油圧シリンダ１８ａ，２２ａ，２４ａは、各ばね１７ａ，２１ａ，２３ａの鉛直上下方向の動きを拘束しない。

この場合には、錘体４を振動させるばね定数Ｋは、式（１）のようになる。ここで、Ｋは、複数のばね５を直列に接続したときの合計ばね定数であり、ｋは、第１段用から第３段用ばね１７ａ，２１ａ，２３ａの各々のばね定数である。
Ｋ＝ｋ／３ （１）

合計ばね定数Ｋが式（１）の場合、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期は、式（２）のようになる。ここで、質量については、錘体４のみとして各枠１０，１１，１２のフレーム７の質量について考慮していない。また、Ｔは、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期であり、ｍは、錘体４の質量であり、ｋは、上述した第１段用ばねから第３段用ばね１７ａ，２１ａ，２３ａの各々のばね定数である。
Ｔ＝２π（３ｍ／ｋ）^１／２≒１．７３×２π（ｍ／ｋ）^１／２ （２）

次に、第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられているオンオフ弁をオフ状態にして、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａに設けられている各オンオフ弁をオン状態にした場合について説明する。
第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられているオンオフ弁がオフ状態のため、第１段用油圧シリンダ２４ａ内に設けられている回路には、油が循環しない。第１段用油圧シリンダ２４ａ内に油が循環しないため、第１段用油圧シリンダ２４ａは、第１段用ばね２３ａの鉛直上下方向の動きを拘束する。第１段用ばね２３ａの動きが拘束されるため、第１段用油圧シリンダ２４ａおよび第１段用ばね２３ａに接続されている第１段支持板１４ａと第２段下面側支持板１５ｅとの間の動きが拘束される。

一方、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａに設けられている各オンオフ弁がオン状態のため、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａ内に設けられている回路には、油が各々循環する。第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａ内に油が各々循環するため、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａは、第２段用ばね２１ａおよび第３段用ばね１７ａの鉛直上下方向の動き拘束しない。

この場合には、錘体４を振動させる合計ばね定数Ｋは、式（３）のようになる。ここで、Ｋおよびｋについては、前述と同様である。
Ｋ＝ｋ／２ （３）

合計ばね定数Ｋが式（３）の場合、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期は、式（４）のようになる。ここで、Ｔ，ｍおよびｋは、前述と同様である。
Ｔ＝２π（２ｍ／ｋ）^１／２≒１．４１×２π（ｍ／ｋ）^１／２ （４）

なお、ここでは、第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられているオンオフ弁をオフ状態にし、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａに設けられている各オンオフ弁をオン状態にした場合として説明したが、第２段用油圧シリンダ２２ａに設けられているオンオフ弁をオフ状態にし、第１段用油圧シリンダ２４ａおよび第３段用油圧シリンダ１８ａに設けられている各オンオフ弁をオン状態にした場合であっても同様である。
また、第３段用油圧シリンダ１８ａに設けられているオンオフ弁をオフ状態にし、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられている各オンオフ弁をオン状態にした場合であっても同様である。

次に、第３段用油圧シリンダ１８ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａに設けられている各オンオフ弁をオフ状態にして、第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられているオンオフ弁をオン状態にした場合について説明する。
第３段用油圧シリンダ１８ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａに設けられている各オンオフ弁がオフ状態のため、第３段用油圧シリンダ１８ａ内および第２段用油圧シリンダ２２ａ内に設けられている回路には、油が各々循環しない。第３段用油圧シリンダ１８ａ内および第２段用油圧シリンダ２２ａ内に油が循環しないため、第２段用油圧シリンダ２２ａは、第２段用ばね２１ａの鉛直上下方向の動きを拘束する。また、第３段用油圧シリンダ１８ａは、第３段用ばね１７ａの鉛直上下方向の動きを拘束する。

第２段用ばね２１ａの動きが拘束されるため、第２段上面側支持板１５ａと第３段下面側支持板１６ｅとの間の動きが拘束される。また、第３段用ばね１７ａの動きが拘束されるため、第３段上面側支持板１６ａと錘体４との間の動きが拘束される。

一方、第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられているオンオフ弁がオン状態のため、第１段用油圧シリンダ２４ａ内に設けられている回路には、油が循環される。そのため、第１段用油圧シリンダ２４ａは、第１段用ばね２３ａの鉛直上下方向の動きを拘束しない。

この場合には、錘体４を振動させる合計ばね定数Ｋは、式（５）のようになる。ここで、Ｋおよびｋについては、前述と同様である。
Ｋ＝ｋ （５）

合計ばね定数Ｋが式（５）の場合、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期は、式（６）のようになる。ここで、Ｔ，ｍおよびｋは、前述と同様である。
Ｔ＝２π（ｍ／ｋ）^１／２ （６）

次に、第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ２４ａ，２２ａ，１８ａに設けられている各オンオフ弁をオフ状態にした場合について説明する。
第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ２４ａ，２２ａ，１８ａに設けられている各オンオフ弁がオフ状態のため、第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ２４ａ，２２ａ，１８ａ内に設けられている回路には、油が各々循環しない。第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ２４ａ，２２ａ，１８ａ内に油が各々循環しないため、第１段用油圧シリンダから第３段用油圧シリンダ２４ａ，２２ａ，１８ａは、第１段用ばねから第３段用ばね２３ａ，２１ａ，１７ａの鉛直上下方向の動きを拘束する。

第１段用ばねから第３段用ばね２３ａ，２１ａ，１７ａの動きが拘束されるため、第１段支持板１４ａと第２段下面側支持板１５ｅとの間の動き、第２段上面側支持板１５ａと第３段下面側支持板１６ｅとの間の動き、第３段上面側支持板１６ａと錘体４との間の動きが拘束される。そのため、錘体４の動きが拘束されて錘体４を振動させる固有周期は、ゼロとなる。

以上の通り、本実施形態に係る波力発電装置によれば、以下の作用効果を奏する。
複数のばね（弾性部材）５を直列に接続して錘体（質量体）４を支持し、各油圧シリンダ（ロック機構）６を制御することによって各ばね４の運動を変化させることとした。そのため、各油圧シリンダ６に設けられている各オンオフ弁（ロック機構）を制御することによって、発電用シリンダ（振動受部）３１に負荷される錘体４の固有周期（周期）を制御することとした。したがって、浮体２に作用する多様な波浪周期（周期の波）に対して発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期を合わせることによって、効率的に発電することができる。

複数のばね５のそれぞれが第１段フレーム１０，第２段フレーム１１および第３段フレーム１２（支持部材）を介して接続されている。すなわち、第１段フレーム１０，第２段フレーム１１および第３段フレーム１２は各々ばね５を直列に接続している。そのため、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期は、錘体４の質量に加えて第２段フレーム１１および第３段フレーム１２の質量によっても変化する。したがって、第２段フレーム１１および第３段フレーム１２の質量やフレーム７の段数（数量）を変えることによって、浮体２に作用する多様な波浪周期に対して発電用シリンダ３１に負荷される錘体４による固有周期を合わせて効率的に発電することができる。

ロック機構には、油圧シリンダ６を用いることとした。また、油圧シリンダ６には、オンオフ弁を設けることとした。これにより、オンオフ弁をオフ状態にした場合には、油圧シリンダ６内に設けられている回路に油が循環しない。油圧シリンダ６内に設けられている回路に油が循環しないため、油圧シリンダ６の動きが拘束される。油圧シリンダ６の動きが拘束された場合には、油圧シリンダ６に対して平行に設けられているばね５の動きが拘束される。そのため、油圧シリンダ６内に設けられる回路に供給される油の循環をオンオフ弁によって制御し、錘体４を振動させる複数のばね５による合計ばね定数（弾性係数）Ｋを変えることができる。したがって、錘体４を振動させる合計ばね定数Ｋを変えることによって、浮体２に作用する多様な波浪周期に対して発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期を合わせて効率的に発電することができる。

また、各油圧シリンダ６に設けられている各オンオフ弁を制御して、直列に接続されている複数のばね５の合計ばね定数Ｋを変えることとした。そのため、各ばね５のばね定数ｋを制御する装置を別途設置する必要がない。したがって、波力発電装置１の小型化、簡素化を図ることができる。

なお、本実施形態では、錘体４の振動が負荷される振動受部を発電用シリンダ３１として説明したが、圧電素子としてもよい。この場合には、発電機構である油の供給機器や貯蔵機器が不要となる。

また、本実施形態では、第２段フレーム１１および第３段フレーム１２の質量を考慮しないとして説明したが、第２段フレーム１１および第３段フレーム１２の質量を考慮した場合には、より正確に発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期を算出することができる。

すなわち、第２段フレーム１１の質量および第３段フレーム１２の質量を考慮し、第３用油圧シリンダ１８ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａに設けられている各オンオフ弁をオフ状態にし、第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられているオンオフ弁をオン状態にした場合には、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期Tは、式（７）のようになる。なお、ここで、ｍ_ｆ２は、第２段フレーム１１の質量であり、ｍ_ｆ３は、第３段フレーム１２の質量であり、ｍ，Ｋおよびｋについては、前述と同様である。
Ｔ＝２π{（ｍ＋ｍ_ｆ２＋ｍ_ｆ３）／ｋ}^１／２ （７）

また、第２段フレーム１１の質量および第３段フレーム１２の質量を考慮し、第１用油圧シリンダ２４ａおよび第２段用油圧シリンダ２２ａに設けられている各オンオフ弁をオフ状態にし、第３段用油圧シリンダ１８ａに設けられているオンオフ弁をオン状態にした場合には、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期Tは、式（８）のようになる。なお、ここで、ｍ，Ｋおよびｋについては、前述と同様である。
Ｔ＝２π（ｍ／ｋ）^１／２ （８）

また、第２段フレーム１１の質量および第３段フレーム１２の質量を考慮し、第３用油圧シリンダ１８ａに設けられているオンオフ弁をオフ状態にし、第２段用油圧シリンダ２２ａおよび第１段用油圧シリンダ２４ａに設けられている各オンオフ弁をオン状態にした場合は、発電用シリンダ３１に負荷される錘体４の固有周期Tは、式（９）のようになる。なお、ここで、ｍ_ｆ３，ｍ，Ｋおよびｋについては、前述と同様である。
Ｔ＝２π{（ｍ＋ｍ_ｆ３）／ｋ}^１／２ （９）

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。
本実施形態の波力発電装置は、浮体内に複数設けられている点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、オンオフ制御方法および発電方法については、その説明を省略する。
図５には、図１に示した波力発電装置が複数設けられている浮体内の概略図が示されている。

波力発電装置１は、複数（例えば６つ）設けられている。本図では、波力発電装置１が２つ示されている。波力発電装置１は、浮体２の内周に均等な間隔をもって配置されている。
複数の波力発電装置１が均等な間隔をもって浮体２の内周に沿って配置されているので、浮体２に作用する波によって浮体２にピッチングやローリング等の横揺れが生じた場合には、複数の波力発電装置１によって各錘体４の固有周期を波浪周期に合わせることができる。

以上の通り、本実施形態に係る波力発電装置によれば、以下の作用効果を奏する。
複数の波力発電装置１を浮体２内に設けることとした。これにより、浮体２が波５０の作用によって鉛直方向に対して上下動する場合だけではなくローリングやピッチングによって横揺れする場合であっても、各波力発電装置１の発電用シリンダ（振動受部）３１に負荷される各錘体４の固有周期（周期）を波浪周期（波の周期）に合わせることができる。そのため、複数の波力発電装置１によって、波５０によって浮体２が上下動および横揺れする場合における発電を行うことができる。したがって、より効率的に発電することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図６を用いて説明する。
本実施形態の波力発電装置は、支持部材が水平用弾性部材によって浮体内の側壁に接続されている点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、制御方法および発電方法については、その説明を省略する。
図６には、支持部材が浮体内の側壁に水平用弾性部材によって接続されている波力発電装置の縦断面概略構成図が示されている。

フレーム（支持部材）７の脚部１０ｂは、浮体内の側壁２ｂに水平用ばね２５（水平用弾性部材）によって接続されている。脚部１０ｂと側壁２ｂとの間には、水平用ばね２５と平行に水平用の発電用シリンダ（水平用振動受部）３７が設けられている。

脚部１０ａ，１０ｂおよび発電用シリンダ３１は、移動床２６上に設置されている。移動床２６の反対面には、車輪２７が複数設けられている。

移動床２６に設けられている車輪２７によって、波力発電装置１が浮体２（図示せず）内の床面２ａ上を水平方向に移動することが可能とされている。また、移動床２６に設けられている波力発電装置１が床面２ａ上を移動する動きは、脚部１０ｂに接続されている水平用ばね２５によって水平方向の振動に変換可能とされている。水平用ばね２５による波力発電装置１の水平方向の振動は、水平用の発電用シリンダ３７に負荷される。この負荷された振動により水平用の発電用シリンダ３７は、電気を発生する。

以上の通り、本実施形態に係る波力発電装置によれば、以下の作用効果を奏する。
波力発電装置１は、浮体内の側壁２ｂに接続されている水平用ばね（水平用弾性部材）２５によって水平方向に振動可能とされる。また、波力発電装置１の水平方向の振動は、水平用の発電用シリンダ（水平用振動受部）３７に負荷される。そのため、波の作用によって浮体が水平方向に動揺した場合であっても、波力発電装置１は、水平方向の振動から発電を行うことができる。したがって、より効率的に発電することができる。

１ 波力発電装置
２ 浮体
４ 質量体（錘体）
５ 弾性部材（ばね）
６ ロック機構（油圧シリンダ）
３１ 振動受部（発電用シリンダ）
５０ 波面（海水）

Claims (5)

1. 波面に浮かべられる浮体内に設けられ、負荷される振動によって発電する振動受部と、
   該振動受部の上方から質量を負荷する質量体と、
   該質量体を直列に支持する複数の弾性部材と、
   複数の該弾性部材の運動をそれぞれ拘束・解除する複数のロック機構と、を備える波力発電装置。
2. 複数の前記弾性部材それぞれは、支持部材を介して接続される請求項１に記載の波力発電装置。
3. 前記ロック機構は、前記弾性部材に対して平行に設けられる油圧シリンダと、該油圧シリンダ内に設けられる回路内の油の循環をオンオフするオンオフ弁とを備える請求項１または請求項２に記載の波力発電装置。
4. 前記浮体内の側壁に接続される水平用弾性部材と、該水平用弾性部材により負荷される振動によって発電する水平用振動受部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の波力発電装置。
5. 前記浮体内に複数設けられる請求項１から請求項４のいずれかに記載の波力発電装置。
   

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