JP6622023B2 - 波動発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、海洋の波動により発電する装置に関する。

特許文献１において、簡単な構造で、効率よく発電できる波力発電装置が提案されている。
この波力発電装置は、棒状の永久磁石を有するシャフト部と、このシャフト部が長手方向に移動自在に挿通する導電性のコイルとを備え、シャフト部とコイルのいずれか一方にフロートを接続して、フロートの波動による上下動によってシャフト部とコイルとを相対的にシャフト部の長手方向に繰り返し往復移動させて発電する構造である。
これにより、波動の上下動を直接的に電力に変換し、エネルギー損失を生じさせる介在体を少なくすることができ、発電効率を向上させることができる。また、構造も簡単なのでコストを抑えることができる。

また、特許文献２において、浮動体を波の波動に共振又はそれに近い状態で振動させうるようにして発電を最大限大きくする波力発電装置が提案されている。
この波力発電装置は、波面中に半没水状に浮遊する所定の形状及び重量を有する浮動体のケーシング内の一方の端に弾性部材を取り付け、重量物と発電部の磁石側部材とを上記弾性部材の片側にケーシング内で昇降自在に接続して支持又は吊り下げ、発電部のコイル側部材を浮動体のケーシング内の固定座に固定した構成である。
これにより、重量物と発電部の磁石側部材を、浮動体の波による上下運動が波の振動に共振又はこれに近い周波数の状態で振動させ、浮動体の波による共振振動で発電部のコイルに誘導起電力を発生させて発電する。

また、特許文献３において、波力発電システムが提案されている。
この波力発電システムは、誘導コイルの中の磁石を直線的に移動させる方式や、水波が持ち上げる浮動体の上下運動を、電気を発生する発電機の円運動に変換する方式のものである。

また、特許文献４において、比較的簡単な方式で、小型、安価、メンテナンスフリーな波動を利用した振り子式発電装置が提案されている。
この振子式発電装置は、起き上がり小法師の形状をした筐体内に、波動により作動する振り子を設け、その動きで数多く配列されたマグネット板を左右に回転させ、固定された一対のコイルを介して発電する構成である。
これにより、小電力を得る。

特許第４９０２１４３（特開２００７−２７７８）号公報 特開２００７−１３２３３６号公報 特表２０１０−５３７０９９号公報 特開２００６−３０４５８３号公報

しかしながら、特許文献１・２の波力発電装置や、特許文献３の波力発電システムは、いずれも波動の上下動を直接的に電力に変換するものに過ぎず、発電効率のさらなる向上が望まれる。

そして、波高の上下運動は風がない時にはせいぜい０．５〜１．０ｍ位のもので、このように上下の運動が小さいために、バネ等を利用して同調制御技術等をもって上下運動を大きくするような工夫が必要になるが、例えば浮体の固定等にコストが掛り過ぎる。

また、特許文献４の振り子式発電装置は、起き上がり小法師形状の筐体内に設けられ、波動により作動する振り子の動きによってマグネット板を左右に回転させて発電する方式で、小電力を得るものに過ぎない。

本発明の課題は、波動を利用した発電装置において、波動の上下運動を大きな水平移動に変換して、発電効率を大幅にアップすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
水上に浮く浮体と、
前記浮体上に吊り下げ支持されて、前記浮体の波による上下運動に伴い、前記浮体上に対する支持部を中心に円弧運動する、前記浮体の全長よりも長い全長を有する振子体と、
前記振子体の全長方向に沿って下部に固定され、前記支持部を中心とする略円弧形状部が下部に沿って形成された永久磁石と、
前記浮体に固定されて、前記永久磁石の前記略円弧形状部の略全長に渡り接近して沿う全長を有する略円弧形状部が上部に沿って形成されたコイル体と、
を備える波動発電装置を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の波動発電装置であって、
前記浮体上に建てられた支柱を備え、
前記支柱の上部に前記振子体が吊り下げ支持されて、
前記支柱の下部に前記コイル体が固定されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１または２に記載の波動発電装置であって、
前記浮体は略中央部で係留されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
水底に固定されて、水上に起立する架台と、
前記架台上に吊り下げ支持されて、水上に浮き、その波による上下運動に伴い、前記架台上に対する支持部を中心に円弧運動する船体形状の振子状浮体と、
前記船体形状の振子状浮体の全長方向に沿って下部に固定され、前記支持部を中心とする略円弧形状部が下部に沿って形成された永久磁石と、
前記架台に固定されて、前記永久磁石の前記略円弧形状部の略全長に渡り接近して沿う全長を有する略円弧形状部が上部に沿って形成されたコイル体と、
を備える波動発電装置を特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の波動発電装置であって、
前記振子状浮体の前記架台上に対する支持部は高さ調整可能であることを特徴とする。

本発明によれば、波動を利用した発電装置において、波動の上下運動を大きな水平移動に変換して、発電効率を大幅にアップすることができる。

本発明を適用した波動発電装置の一実施形態の構成を示すもので、波高タイプの概略説明図である。 第２実施形態の構成を示すもので、浅瀬ウェーブタイプの概略説明図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明を適用した波動発電装置の一実施形態の概略構成として波高タイプを示すもので、１は浮体、２は振子体、３は永久磁石、４はコイル体、５はアンカー部材である。

波動発電装置は、図示のように、海上に浮く台船上の浮体１と、その浮体１上に吊り下げ支持される略円弧形状の振子体２と、その振子体２に設けられる永久磁石３と、浮体１に固定されるコイル体４とから構成される。

浮体１は、細長い略円弧形状で、その中央部上に建てられた支柱１１を備え、その支柱１１の上部に回転軸１２を介して振子体２が揺動自在に吊り下げ支持される。
浮体１の前後両側と支柱１１の上部側との間に対をなす支え部材１３がそれぞれ架設されている。

振子体２は、浮体１の波による上下運動に伴い、浮体１上に対する支持部である回転軸１２を中心に円弧運動する。
振子体２の前後両側と回転軸１２との間に対をなす連結部材２１がそれぞれ架設されている。
この振子体２の下部に沿って細長い略円弧形状の永久磁石３が固定されている。

永久磁石３は、その下部が回転軸１２を中心とする略円弧形状部３１に形成されている。
図示例では、永久磁石３の上部も略円弧形状に形成されているが、永久磁石３の上部形状は任意である。

また、浮体１の上には、永久磁石３の略円弧形状部３１に接近して沿う細長い略円弧形状のコイル体４が固定されている。

コイル体４は、その上部が、永久磁石３の略円弧形状部３１に接近して沿う略円弧形状部４１に形成されている。
このコイル体４が、浮体１の支柱１１の下部と両支え部材１３の下部に沿って固定されている。
図示例では、コイル体４の下部も略円弧形状に形成されていて、浮体１上に設けた支持台１４上に支持されているが、コイル体４の下部形状は任意である。

そして、浮体１は、その中央部の回転軸１５において、海底地盤に打ち込むアンカー部材５（図示では複数）を介して係留されている。
浮体１の係留の仕方は、海底に限らず、岸壁、係船杭、桟橋、浮き桟橋など任意でよい。

以上の浮体１、振子体２、永久磁石３及びコイル体４からなる波動発電装置の作用を次に説明する。

図示のように、波高の上下は円弧で上下し、その波の円弧運動により浮体１は、海底地盤に打ち込んだアンカー部材５が係留された中央部の回転軸１５を中心にローリングする。これによって、振子体２の浮体１の支柱１１に対する回転軸（支持部）１２も常に水平方向に移動し、振子体２は回転軸１２を中心として常に往復円弧運動する。
その振子体２の振幅は波の振幅より細かくスイングし、その回転軸（支持部）１２の少量の水平方向の移動で振子体２は大きく水平方向に移動するため、振子体２の下部に沿って固定された細長い略円弧形状の永久磁石３と、浮体１上の支柱１１及び両支え部材１３の下部に沿って固定された細長い略円弧形状のコイル体４とが、相対的に往復円弧運動を繰り返して発電する。

すなわち、振子体２下部に沿った永久磁石３下部の略円弧形状部３１と、浮体１上のコイル体４上部の略円弧形状部４１とが、接近状態で相対的に往復円弧運動を繰り返して、その間で発電し、効率のよい発電を行って、その電力はコイル体４から浮体１上に取り出される。
しかも、発電量はスピードの微分なので、振子体２が長いほど発電が大きく、すなわち、永久磁石３及びコイル体４が長いほど発電が大きくなる。
従って、その発電効率は従来よりも大幅にアップする。

このように、大型の振子体２で大型発電に有効である。
また、浮体１は海底地盤にアンカー部材５を打ち込んでの係留でよいため、沖ではなく、海岸近くで施工でき、陸地や浅瀬でも施工でき、施工コストが安価に抑えられる。

以上、実施形態の波動発電装置によれば、海上の波による浮体１の上下運動に伴い、浮体１上の支柱１２上部に対する支持部である回転軸１２を中心に振子体２が円弧運動することで、その振子体２に設けられ、回転軸１２を中心とする略円弧形状部３１を下部に有する永久磁石３と、浮体１上の支柱１２下部及び支え部材１３下部に固定されて、永久磁石３の略円弧形状部３１に接近して沿う略円弧形状部４１を上部有するコイル体４との間で電力が生じ、浮体１上において、コイル体４から電力を取り出せる。
このように、波動の上下運動を振子体２の円弧運動による大きな水平移動に変換して、発電効率を従来よりも大幅にアップすることができる。

さらに、台風等の対策として、浮体１上の振子体２、永久磁石３及びコイル体４による設備全体を覆うカバーを設けることで、海水等の流入を防止することができる。

また、浮体１の艫あるいは舳先を延長して帆を備えることで、浮体１の舳先あるいは艫が常にうねりに向かうようにできる。

また、振子体２及びその上の両連結部材２１の全体に跨る永久磁石配置として、浮体１上の支柱１１及び支え部材１３の全体に跨るコイル体配置としてもよい。

なお、浮体１は、アンカー部材５を用いない浮遊方式でよく、そうすれば施工コストがさらに安価になる。

（実施形態２）
図２は第２実施形態の浅瀬ウェーブタイプを示すもので、６は架台、７は振子状浮体、８は永久磁石、９はコイル体である。

この波動発電装置は、図示のように、海底に固定される架台６と、その架台６上に吊り下げ支持されて海上に浮く略円弧形状の振子状浮体７と、その振子状浮体７に設けられる永久磁石８と、架台６に固定されるコイル体９とから構成される。

架台６は、浅瀬において、海底地盤に打ち込んだ対をなす杭状部材６１を櫓状に組んだもので、その両杭状部材６１間の上部に回転軸６２を介して振子状浮体７が揺動自在に吊り下げ支持される。
回転軸６２は、両杭状部材６１間の上部で高さ調整部６３により高さ調整可能に組み付けられる。
この高さ調整部６３による回転軸６２の高さは、パソコンにより潮位に合わせ、油圧又はワイヤー式により上下に制御盤にてコントロールする。

振子状浮体７は、波による上下運動に伴い、架台６上に対する支持部である回転軸６２を中心に円弧運動する。
振子状浮体７の前後両側と回転軸６２との間に対をなす連結部材７１がそれぞれ架設されている。
この振子状浮体７の下部に沿って細長い略円弧形状の永久磁石８が固定されている。

永久磁石８は、その下部が回転軸６２を中心とする略円弧形状部８１に形成されている。
図示例では、永久磁石８の上部も略円弧形状に形成されているが、永久磁石８の上部形状は任意である。

また、架台６の下側には、永久磁石８の略円弧形状部８１に接近して沿う細長い略円弧形状のコイル体９が固定されている。

コイル体９は、その上部が、永久磁石８の略円弧形状部８１に接近して沿う略円弧形状部９１に形成されている。
このコイル体９が、架台６の両杭状部材６１の下側に沿って固定されている。
図示例では、コイル体９の下部も略円弧形状に形成されているが、コイル体９の下部形状は任意である。

以上の架台６、振子状浮体７、永久磁石８及びコイル体９からなる波動発電装置の作用を次に説明する。

図示のように、浅瀬において、ウェーブの水平移動は大きく、そのウェーブに浮く振子状浮体７は、海底地盤に打ち込んだ架台６上の回転軸６２を中心として常に往復円弧運動する。
この振子状浮体７のスイングにより、その振子状浮体７の下部に沿って固定された細長い略円弧形状の永久磁石８と、架台６の両杭状部材６１の下側に沿って固定された細長い略円弧形状のコイル体９とが、相対的に往復円弧運動を繰り返して発電する。

すなわち、振子状浮体７下部に沿った永久磁石８下部の略円弧形状部８１と、架台６の両杭状部材６１の下側のコイル体９上部の略円弧形状部９１とが、接近状態で相対的に往復円弧運動を繰り返して、その間で発電し、効率のよい発電を行って、その電力はコイル体９から架台６上に取り出される。
しかも、発電量はスピードの微分なので、振子状浮体７が長いほど発電が大きく、すなわち、永久磁石８及びコイル体９が長いほど発電が大きくなる。
従って、その発電効率は従来よりも大幅にアップする。

このように、浅瀬で発生するウェーブを利用し、大きな振幅を利用した振子状浮体７による発電である。
ここで、岸によるウェーブは、ｔ≒１０秒毎位で、この振幅に合わせ、比較的大型の振子状浮体７に適している。
そのウェーブの特長として、上下運動は小さいエネルギーだが、水平移動は大きく、大型の振子状浮体７の移動に適している。
また、ウェーブは、波高の１／３程の浅瀬になると自波になり、水平移動は早く大きくなる。

以上、実施形態２の波動発電装置によれば、浅瀬において、海上の波による上下運動に伴い、海底地盤に固定された架台６上に対する支持部である回転軸６２を中心に振子状浮体７が円弧運動することで、その振子状浮体７に設けられ、回転軸６２を中心とする略円弧形状部８１を有する永久磁石８と、架台６に固定されて、永久磁石８の略円弧形状部８１に接近して沿う略円弧形状部９１を有するコイル体９との間で電力が生じ、架台６上において、コイル体９から電力を取り出せる。
このように、波動の上下運動を振子状浮体７の円弧運動による大きな水平移動に変換して、発電効率を従来よりも大幅にアップすることができる。

さらに、台風等の対策として、架台６、振子状浮体７、永久磁石８及びコイル体９による設備全体を覆うカバーを設けることで、海水等の流入を防止することができる。

また、振子状浮体７及びその上の両連結部材７１の全体に跨る永久磁石配置として、架台６の両杭状部材６１の全体に跨るコイル体配置としてもよい。

（変形例）
以上の実施形態においては、海用の波動発電装置としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、湖用や川用であってもよい。
また、実施形態では、永久磁石の下側にコイル体を配置したが、永久磁石の横にコイル体を配置してもよい。
さらに、浮体、振子体、永久磁石、コイル体、支柱、架台、振子状浮体の形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 浮体
１１ 支柱
１２ 回転軸（支持部）
１３ 支え部材
１４ 支持台
１５ 回転軸
２ 振子体
２１ 連結部材
３ 永久磁石
３１ 略円弧形状部
４ コイル体
４１ 略円弧形状部
５ アンカー部材
６ 架台
６１ 杭状部材
６２ 回転軸
６３ 高さ調整部
７ 振子状浮体
７１ 連結部材
８ 永久磁石
８１ 略円弧形状部
９ コイル体
９１ 略円弧形状部

Claims (5)

1. 水上に浮く浮体と、
   前記浮体上に吊り下げ支持されて、前記浮体の波による上下運動に伴い、前記浮体上に対する支持部を中心に円弧運動する、前記浮体の全長よりも長い全長を有する振子体と、
   前記振子体の全長方向に沿って下部に固定され、前記支持部を中心とする略円弧形状部が下部に沿って形成された永久磁石と、
   前記浮体に固定されて、前記永久磁石の前記略円弧形状部の略全長に渡り接近して沿う全長を有する略円弧形状部が上部に沿って形成されたコイル体と、
   を備えることを特徴とする波動発電装置。
2. 前記浮体上に建てられた支柱を備え、
   前記支柱の上部に前記振子体が吊り下げ支持されて、
   前記支柱の下部に前記コイル体が固定されることを特徴とする請求項１に記載の波動発電装置。
3. 前記浮体は略中央部で係留されることを特徴とする請求項１または２に記載の波動発電装置。
4. 水底に固定されて、水上に起立する架台と、
   前記架台上に吊り下げ支持されて、水上に浮き、その波による上下運動に伴い、前記架台上に対する支持部を中心に円弧運動する船体形状の振子状浮体と、
   前記船体形状の振子状浮体の全長方向に沿って下部に固定され、前記支持部を中心とする略円弧形状部が下部に沿って形成された永久磁石と、
   前記架台に固定されて、前記永久磁石の前記略円弧形状部の略全長に渡り接近して沿う全長を有する略円弧形状部が上部に沿って形成されたコイル体と、
   を備えることを特徴とする波動発電装置。
5. 前記振子状浮体の前記架台上に対する支持部は高さ調整可能であることを特徴とする請求項４に記載の波動発電装置。

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