JP5627528B2 - 波力発電装置 - Google Patents
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Description
本発明にかかる波力発電装置は、バネを介して浮体の内部に取り付けられて、水面の変動に応じて往復直線運動する振動体と、該振動体の往復直線運動に基づいて駆動されて発電する発電機とを備えた波力発電装置において、前記振動体の質量に対して、質量を付加する付加質量体を備えている。
また、付加質量体の質量を適宜調整することにより振動体の質量を小さくすることができ、さらに波力発電装置を小型化することができる。
また、回転体に対して付加質量体を取り付け、付加質量体の回転時の慣性モーメントを付加質量として利用することとしたので、振動体に取り付けられたバネに対して付加質量の重量を直接作用させずに構成することができる。これにより、バネの自由長および撓みを小さくすることができ、より波力発電装置を小型化することができる。
なお、電力取出機構は、複数とされ、略等間隔にて配置されていることが好ましい。
なお、電力取出機構は、複数とされ、略等間隔にて配置されていることが好ましい。
なお、電力取出機構は、複数とされていることが好ましい。
[第1実施形態]
図1には、第1実施形態にかかる波力発電装置の概略構成が示されている。
波力発電装置1は、水面7上に上部が露出して浮かぶ浮体2と、バネ4を介して浮体2内に取り付けられた振動体3と、振動体3に対して直接取り付けられた付加質量体6とを備えている。波力発電装置は、図示しないが、振動体3の往復直線運動に基づいて駆動されて発電する発電機を備えている。
付加質量体6は、質量Δmとされ、振動体3に対して直接取り付けられ、例えば取付け取り外しが可能となっている。また、波力の状況に応じて、異なる質量を有する付加質量体6に交換できるようになっていると好ましい。
同図において各記号は以下の通りである。
zm : 振動体の変位
zb : 浮体の変位
mm : 振動体の質量
mb : 浮体の質量
k : 浮体−振動体間バネ定数
kb : 浮力バネ定数
c : 浮体−振動体間の減衰定数
cb : 造波減衰定数
Δm : 付加質量
mba : 付加水質量
Ff : 波外力
また、付加質量体の質量Δmを適宜調整することにより振動体の質量mmを小さくすることができ、さらに波力発電装置を小型化することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、付加質量Δmを用いる点は第1実施形態と同様であるが、第1実施形態のように振動体3に対して付加質量体6を直接取り付けるのではなく、振動体によって回転する回転体に対して付加質量体を取り付ける点で相違する。
浮体11は、例えば、縦(図3において紙面に垂直な方向に沿う長さ)5m、横(図3において左右方向に沿う長さ)5m、高さ(図3において上下方向に沿う長さ)20mで、外観がおおよそ長方形状を呈する中空または中実の部材である。浮体11の縦方向および横方向における中央部には、浮体11の上面21と下面22とを連通して、その内部(内側)にケーシング12の上端部(上半部)を収容する貫通穴23が設けられている。貫通穴23は、貫通穴23の内部に収容されるケーシング12の上端部と合致するようにして形成されている。
発電機41は、回転軸51が一方向またはその反対方向に回転させられることにより電力(電気エネルギー)を発生するものであり、(第1の)支持プレート(フレーム)52を介してケーシング12内に取り付けられている。
支持プレート52は、外周面がケーシング12の内周面と合致するようにして形成された板状の部材であり、その中央部には、板厚方向に貫通して発電機41の回転軸51が回転自在に挿通される貫通穴53が形成されている。また、支持プレート52は、ブラケット54を介してケーシング12の内周面に固定され、これにより、発電機41はケーシング12の上端部に位置する密閉空間S内に取り付けられている。
また、ボールネジ軸42の下端には、イナーシャディスク45が取り付けられている(固定されている)。
下方の支持プレート63は、外周面がケーシング12の内周面と合致するようにして形成された板状の部材であり、その中央部には、ベアリング66を収容する貫通穴69が設けられている。また、支持プレート63は、ブラケット70を介してケーシング12の下端部に固定されている。
イナーシャディスク45は、ボールネジ軸42の下端に取り付けられて、ボールネジ軸42とともに回転する、質量Δmを有する板状の部材であり、上面視(下面視)形状は、円形状または多角形状とされている。
同図において各記号は以下の通りである。
zm : 振動体の変位
zb : 浮体の変位
mm : 振動体の質量
mb : 浮体の質量
k : 浮体−振動体間バネ定数
kb : 浮力バネ定数
c : 浮体−振動体間の減衰定数
cb : 造波減衰定数
cf : 回転体部減衰定数
I : 回転体の慣性モーメント
mba : 付加水質量
Ff : 波外力
本実施形態の波力発電装置10によれば、式(19)及び式(20)からわかるように、付加質量(Δm)は振動体に付加される質量となる。これより、先に示した式(1)から分かるように、同じ固有振動数を得るとき、付加質量(Δm)を付加すれば、バネ定数を増加できる。すなわち、硬く短いバネ44を使うことができる。これにより、波力発電装置10を小型化することができる。
また、付加質量体の質量を適宜調整することにより振動体の質量を小さくすることができ、さらに波力発電装置を小型化することができる。
例えば、ウェイト43が上方向に移動したときにボールネジ軸42が時計回りに回転し、ウェイト43が下方向に移動したときにボールネジ軸42が反時計回りに回転する場合を想定する。この場合、上方の発電機41aはワンウェイクラッチを介して時計回りにのみ回転駆動され発電する構成とし、下方の発電機41bはワンウェイクラッチを介して反時計回りにのみ回転駆動され発電する構成とする。この様な構成を採用することにより、ウェイト43が上方向に移動する際は上方の発電機41aが発電し、ウェイト43が下方向に移動する際は下方の発電機41bが発電することになり、往復直線運動を行うウェイト43が移動しているときは常にいずれかの発電機41a,41bで発電することができる。
次に、本発明の第3実施形態について、図7〜図9を用いて説明する。
上述した第2実施形態では、ウェイト43が上下方向に往復直線運動し、ボールネジ軸42が回転する変換機構を一具体例として挙げて説明したが、本実施形態は、他の変換機構を採用したものであり、ラックとピニオンを用いたものである。なお、浮体の振動に応じてウェイト(振動体)が往復直線運動を行い発電するという構成は上述した実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
ラック72の両側には、振動体となる振動体ユニット74を上下方向にガイドするガイドレール76が設けられている。各ガイドレール76は、ケーシング12に対して固定されている。ガイドレール76と振動体ユニット74との間にはボール(図示せず)が設けられており、振動体ユニット74が往復直線運動する際の抵抗(機械的損失)を低減するようになっている。
ウェイト43は、筐体75の底部に固定されている。ウェイト43の質量は、実海域の波周期に応じて適宜調整されている。なお、ウェイト43の設置位置は筐体75に対して取り付けられていれば良く、その設置位置は問わない。また、筐体75の質量を調整することによってウェイト43を省略しても良い。
なお、図10に示すように、本実施形態を変更することができる。同図に示すように、ラック72a,72bを左右に2本設け、それぞれのラック72a,72bに対してピニオン78a,78bを噛合させる。ピニオン78a,78bは、1本の回転軸77に取り付けられており、回転軸77によって中央の発電機41が発電するようになっている。
次に、本発明の第4実施形態について、図11〜図14を用いて説明する。
本実施形態は、上述した各実施形態のように鉛直方向のヒーブ運動だけでなく、他の方向(ロール、ピッチ、サージ、スウェイ)の運動をも利用することができるものである。なお、浮体の振動に応じてウェイト(振動体)が往復直線運動を行い発電するという構成は上述した実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
電力取出機構13は、第2実施形態と同様に、発電機41、ボールネジ軸42、ウェイト43及びイナーシャディスク45といった主たる構成を備えている。
浮体11’は、図13に示されているように、円筒形の横断面を有する容器となっている。浮体11’内の外周に沿って略等間隔にて電力取出機構13が設置されている。電力取出機構13は鉛直方向に向けて設置されており、ウェイト43の上下方向の往復直線運動によって電力が取り出される。
2,11,11’ 浮体
3 振動体
4、44 バネ
6 付加質量体
7 水面
12 ケーシング(浮体)
13,13’,13” 電力取出機構
41 発電機
42 ボールネジ軸(回転体:変換機構)
43 ウェイト(振動体:変換機構)
45 イナーシャディスク(付加質量体)
72 ラック
74 振動体ユニット(振動体)
76,81 ガイドレール(変換機構)
77 回転軸(回転体)
78 ピニオン
Claims (8)
- バネを介して浮体の内部に取り付けられて、水面の変動に応じて往復直線運動する振動体と、
該振動体の往復直線運動に基づいて駆動されて発電する発電機と、
を備えた波力発電装置において、
前記振動体の質量に対して、質量を付加する付加質量体を備えていることを特徴とする波力発電装置。 - 前記振動体の往復直線運動を回転運動に変換する変換機構と、
前記変換機構を介して取り出された回転力により回転するとともに、前記発電機を駆動する回転体と、
を備え、
前記付加質量体は、前記回転体に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の波力発電装置。 - 前記変換機構は、ボールネジ、又は、ラック・ピニオンとされていることを特徴とする請求項2に記載の波力発電装置。
- 前記浮体の内部に、往復直線運動方向に沿ってガイドレールが設けられるとともに、このガイドレールと前記振動体との間にボールが設けられ、これらガイドレール、振動体およびボールにより直動ガイドが構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の波力発電装置。
- 前記振動体と、前記発電機とを備え、該振動体の往復直線運動方向に軸線を有する電力取出機構を備え、
該電力取出機構は、その軸線が前記浮体の重心を通る鉛直軸線上に一致するように配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の波力発電装置。 - 前記振動体と、前記発電機とを備え、該振動体の往復直線運動方向に軸線を有する電力取出機構を備え、
該電力取出機構は、その軸線が前記浮体の重心を通る鉛直軸線から変位させた位置に平行に配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の波力発電装置。 - 前記振動体と、前記発電機とを備え、該振動体の往復直線運動方向に軸線を有する電力取出機構を備え、
該電力取出機構は、その軸線が水平となるように配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の波力発電装置。 - 前記振動体と、前記発電機とを備え、該振動体の往復直線運動方向に軸線を有する電力取出機構を備え、
該電力取出機構は、その軸線が鉛直方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の波力発電装置。
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