WO2016067971A1 - 海中浮遊式海流発電装置 - Google Patents

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祥 小野寺
浅野　伸
哲平 小林
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Definitions

  • the present invention relates to an ocean current power generation device that generates electricity using ocean current energy, and more particularly to an underwater floating ocean current power generation device that uses a power generation device suspended in the sea.
  • an underwater floating ocean current power generation device (underwater floating ocean current power generation device), which is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • This submerged floating current generator is connected to a mooring line extending from the seabed by connecting the current generator configured as a floating body with a certain buoyancy, so that the ocean current generator floats in the sea within the range allowed by the mooring line. In this way, power is generated.
  • a submerged floating ocean current power generation apparatus does not require a huge support like a wind power generation apparatus installed on the ground, and can have a simple configuration.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the underwater floating ocean current power generation apparatus disclosed in Patent Document 1.
  • this submerged floating current generator is configured as a floating body 1, and in order to stabilize the posture of the floating body 1, two ocean current generator main bodies 2 and 2 are connected to each other.
  • the twin-bore type that forms one floating body 1 from 3 is adopted.
  • the ocean current power generator main body 2 is equipped with a generator (not shown) in a nacelle (also referred to as a pod) 4, and the rotating shaft of the rotor blade 5 is connected to the rotor of this generator.
  • the nacelle 4 is coupled to the left and right ends of the structure 3.
  • the tip of the mooring line 6 is coupled to the center of the structure 3 in the left-right direction, and the base end of the mooring line 6 is locked to the seabed.
  • the floating body 1 floats in the sea in the horizontal direction and the vertical direction within a range restrained by the mooring line 6.
  • the buoyancy of the floating body 1 is balanced on the left and right, and the structure 3 of the floating body 1 is formed in a wing shape that opposes the ocean current direction.
  • the floating body 1 implements power generation by changing the direction according to the ocean current so that the front surface (the front surface of the rotary blade 5) faces the ocean current direction.
  • this ocean current power generation apparatus employs a downwind system in which the rotor blades 5 are arranged behind the nacelle 4 (downstream of the ocean current).
  • the rotary blade 5 By arranging the rotary blade 5 on the downstream side of the nacelle 4 in this way, the front surface of the floating body 1 (the front surface of the rotary blade 5) can be easily directed in the ocean current direction.
  • the nacelle 4 and the structure 3 are formed so as to be directed in the direction of the ocean current, and the front direction of the floating body 1 is set so as to passively face the ocean current direction.
  • the floating body (sea current power generation device) 1 locked to the mooring line 6 floats in the sea.
  • the floating body 1 has the acting force of the ocean current applied to the floating body 1, the buoyancy generated in the floating body 1, and the mooring line. 6 takes a balanced position with the tension. That is, the buoyancy acts vertically upward on the floating body 1, the acting force of the ocean current acts in the direction of the ocean current (horizontal direction), and the tension of the mooring line acts so as to oppose the buoyancy and the acting force of the ocean current. .
  • the floating body 1 rises to a relatively shallow depth in the sea, and if the acting force of the ocean current is strong (that is, if the velocity of the ocean current is high). The floating body 1 descends to a relatively deep depth in the sea.
  • the flow velocity distribution in the depth direction of the ocean current becomes lower as it gets closer to the sea floor near the sea floor and becomes higher as it gets farther from the sea floor. For this reason, if the flow velocity of the ocean current increases, the floating body 1 descends in the sea and balances at a depth at which the flow velocity is appropriately weakened by the flow velocity distribution in the depth direction. Moreover, if the flow velocity of an ocean current becomes weak, the floating body 1 rises in the sea and balances at a depth at which the flow velocity is appropriately strengthened by a flow velocity distribution in the depth direction.
  • two ocean current generator bodies 2 and 2 are connected by a structure 3 as shown in FIG. It is preferable to adopt a twin-bottle type in which two floating bodies 1 are configured.
  • the rotary blade 5 is arranged behind the nacelle 4 (downstream of the ocean current) so that the front surface of the floating body 1 (the front surface of the rotor blade 5) faces the ocean current direction without requiring a special device. It is preferable to adopt a window system.
  • the twin body type is adopted for the floating body 1, it is of course configured to be bilaterally symmetric, and the acting force (thrust force) of the ocean current applied to the left and right rotor blades 5 is always equal as shown by the white arrows in FIG. 16A. It is preferable to do so.
  • the structure 3 exists in a part of the inflow region of the ocean current in front of the rotor blade 5 as shown in FIG. A shadow area of the structure in which the flow velocity decreases occurs behind the structure 3.
  • the thrust force of the ocean current applied to the blade 5a decreases.
  • a moment M is generated in the floating body 1. This moment can be generated in any of the roll, pitch, and yaw directions depending on the timing of the thrust force change.
  • the moment generated in the floating body 1 due to the unbalance of the thrust force when the blade 5a passes through the shadow area of the structure is referred to as a shadow moment, and the shadow area of the structure that causes the blade 5a is referred to as the shadow area. This is called a shadow moment area.
  • the present invention was devised in view of the above problems, and provides an underwater floating type ocean current power generation device capable of suppressing periodic directional vibrations of a floating body of an ocean current power generation device caused by a shadow moment. With the goal.
  • the submerged floating ocean current power generation device of the present invention is a ocean current power generation device body in which a rotor of a generator housed in a nacelle is driven by a rotor blade protruding outside the nacelle. Is connected to the left and right of the structure, and is configured as a twin-bottle type floating body that can float in the sea, and the left and right intermediate part of the structure is used by being anchored to the sea floor by a mooring line.
  • a downwind system is used in which the rotor blade is disposed downstream of the nacelle in the ocean current direction, and the blade of the rotor blade is the upstream structure in the ocean current direction.
  • the moment includes moments in any of roll, pitch, and yaw directions.
  • the moment suppression means is a thrust force reduction suppression means for suppressing a decrease in the thrust force of the ocean current when the blade enters the shadow area of the structure.
  • the thrust force reduction suppression means suppresses a decrease in thrust force by increasing the rotational speed of the rotor blade rotor as the current velocity decreases when the blade enters the shadow area of the structure. It is preferable to do.
  • the moment suppressing means controls the rotation phase of the blades so that the blades of the rotor blades of each of the left and right ocean current power generation device main bodies are synchronized with the shadow area of the structure.
  • a phase control means is preferred.
  • the rotational phase control means uses the rotational phase of the blade of one of the rotor blades of the left and right ocean current power generation device main body as a reference phase, and the rotational phase of the other rotor blade follows and synchronizes with the reference phase. It is preferable to control the rotational phase of the blade.
  • the rotational phase control means controls the rotational phase of the blades of the rotor blades of each of the left and right ocean current power generation device bodies based on a preset reference phase.
  • the reference phase is set based on a target rotational speed of the rotor of the generator.
  • the thrust force reduction suppression means includes a blade rotation area determination unit that determines whether or not the blade is in the shadow area of the structure, and the blade is in the shadow area of the structure.
  • the target rotation control unit that controls the rotation speed of the blade to the target rotation speed, and when the blade is in the shadow area of the structure, the reduction of thrust force due to the decrease in the current flow velocity is suppressed.
  • the rotation phase control means includes an angular phase difference calculation unit that calculates a phase difference between the reference phase and the rotation phase of the blade to be controlled, and rotation of the blade to be controlled from the calculated phase difference.
  • An angular phase difference determination unit that determines whether or not a phase is in synchronization with the reference phase, a synchronization holding control unit that holds the synchronization state when it is determined to be in the synchronization state, and is not in the synchronization state It is preferable to include a phase difference reduction control unit that performs control so as to reduce the phase difference and achieve the synchronization state.
  • the main body of the ocean current generator that drives the rotor of the generator housed in the nacelle by the rotor blades protruding outside the nacelle is arranged on the left and right of the structure. Combined, it is configured as a twin-bottle type floating body that can float in the sea, and the left and right intermediate parts of the structure are used by being anchored to the sea floor by mooring lines.
  • the moment suppression process is performed by suppressing a decrease in the thrust force of the ocean current in the shadow area when the blade enters the shadow area of the structure.
  • the reduction of the thrust force is suppressed by increasing the rotational speed of the rotor blades as the flow velocity of the ocean current in the shadow area decreases when the blade enters the shadow area of the structure. It is preferable to implement.
  • the moment suppression process controls the rotation phase of the blades so that the blades of the rotor blades of each of the left and right ocean current power generation device bodies enter in synchronization with shadow areas of the structure. It is preferable to implement by.
  • the rotational phase is controlled by using the rotational phase of the blade of one of the rotor blades of the left and right ocean current power generation device main body as a reference phase and the rotational phase of the blade of the other rotor blade following the reference phase. Therefore, it is preferable to carry out the synchronization.
  • the rotational phase is controlled by controlling the rotational phase of the blades of the rotor blades of each of the left and right ocean current power generation device main bodies based on a preset reference phase.
  • the reference phase is set based on a target rotational speed of the rotor of the generator.
  • the reduction of the thrust force is determined by determining whether or not the blade is in the shadow area of the structure, and if it is determined that the blade is not in the shadow area of the structure, A target rotation control unit that controls the rotation speed of the blade to a target rotation speed, and when the blade is in the shaded area of the structure, rotates so as to suppress a decrease in thrust force due to a decrease in the current flow velocity. It is preferable to set the increased thrust force reduction suppression rotation speed of the blade and control the rotation speed of the blade to the thrust force reduction suppression rotation speed.
  • the rotation phase control is performed by calculating a phase difference between the reference phase and the rotation phase of the blade to be controlled, and the rotation phase of the blade to be controlled is calculated from the calculated phase difference as the reference phase. It is determined whether or not the synchronization state is synchronized. If the synchronization state is determined, the synchronization state is maintained, and if it is determined that the synchronization state is not determined, the phase difference is reduced so that the synchronization state is achieved. It is preferable to control.
  • the moment suppressing means is configured to reduce the moment generated in the floating body due to the reduction of the thrust force caused by the decrease in the current velocity when the blade of the rotor blade enters the shadow area of the upstream structure in the ocean current direction. Since it suppresses, generation
  • the left and right rotor blades are controlled independently.
  • the occurrence of periodic vibration of the floating body can be suppressed.
  • the thrust force is reduced according to the decrease in the current velocity. This can be offset by an increase in the thrust force according to the increase in the rotational speed of the rotor rotor blade, and the decrease in the thrust force itself can be reliably suppressed.
  • the rotational phase of the blades is controlled so that the blades of the rotor blades of the left and right ocean current power generator bodies enter the shadow region of the structure in synchronization with each other. If the method of simultaneously generating a decrease in the thrust force is applied, the generation of moment can be suppressed even when the reduction of the thrust force is caused, and the generation of periodic vibration of the floating body can be suppressed.
  • the rotation phase of the blade of one rotor blade of the left and right ocean current power generation device main body is set as a reference phase, and the blade phase is adjusted so that the rotation phase of the blade of the other rotor blade follows and synchronizes with this reference phase.
  • the rotational phases of the blades of the rotor blades of the left and right ocean current power generation device main bodies may be controlled based on a preset reference phase. Moreover, if the reference phase is set based on the target rotational speed of the rotor of the generator, it is possible to efficiently obtain the power generation amount.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a control system of the submerged floating ocean current power generation apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the undersea floating current generator according to each embodiment in use in the sea.
  • FIG. 3 is a side view in the sea explaining passive control (PDC) of the position in the depth direction of the submerged ocean current power generator according to each embodiment.
  • PDC passive control
  • 4A and 4B are diagrams for explaining the principle of moment suppression control of the submerged ocean current generator according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram showing the relationship between thrust force and flow velocity
  • FIG. 4B is thrust force. It is a figure which shows the relationship between the rotation speed of a rotary blade.
  • FIG. 4A is a diagram showing the relationship between thrust force and flow velocity
  • FIG. 4B is thrust force. It is a figure which shows the relationship between the rotation speed of a rotary blade.
  • FIG. 5 is a perspective view of the main part of the floating body for explaining the parameters related to the moment suppression control of the submerged floating current generator according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of a floating body for explaining parameters related to moment suppression control of the submerged floating current generator according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining moment suppression control of the submerged floating ocean current power generator according to the first embodiment.
  • 8A and 8B are time charts showing the effect of the moment suppression control of the submerged ocean current generator according to the first embodiment.
  • FIG. 8A relates to the rotational speed (rotational speed) of the rotor blades
  • FIG. 8B shows the thrust force. It is related.
  • FIG. 9B are diagrams showing a control system of the submerged floating current generator according to the second embodiment
  • FIG. 9A is a configuration diagram showing the relationship between the two ocean current generator units
  • FIG. 9B shows the control system It is a block diagram.
  • FIG. 10 is a diagram showing a hydraulic circuit equipped in each ocean current power generation device main body of the undersea floating ocean current power generation device according to the second embodiment and its peripheral configuration.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating the moment suppression control of the submerged floating ocean current power generator according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a time chart showing the effect of moment suppression control of the submerged ocean current generator according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a control system of the underwater floating current generator according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a hydraulic circuit equipped in each ocean current power generation device main body of the undersea floating ocean current power generation device according to the second embodiment and its peripheral configuration.
  • FIG. 11 is a flowchart
  • FIG. 14 is a perspective view showing an underwater floating ocean current power generation apparatus according to the background art.
  • FIG. 15 is a perspective view of a main part of a submerged floating ocean current power generation device for explaining a problem associated with a submarine floating ocean current power generation device.
  • 16A to 16C are plan views of the submerged floating ocean current power generation device for explaining the problems associated with the submerged floating ocean current power generation device.
  • FIG. 16A shows a normal state
  • FIG. 16B shows a moment generated state
  • 16C shows the behavior of the floating body due to the generation of moment.
  • the ocean current power generator main body 2 is equipped with a generator 9 in a nacelle (also referred to as a pod) 4, and a rotating shaft 5A of a rotor blade 5 is connected to a rotor of the generator 9 (see FIGS. 1 and 9B). .
  • the nacelle 4 is coupled to the left and right ends of the structure 3.
  • the tip of the mooring line 6 is coupled to the center of the structure 3 in the left-right direction, and the base end of the mooring line 6 is locked to the seabed 7a (in this example, the anchor weight 6A of the seabed 7a).
  • the floating body 1 floats in the sea in the horizontal direction and the vertical direction within a range restrained by the mooring line 6.
  • the buoyancy of the floating body 1 is balanced on the left and right, and the structure 3 of the floating body 1 is formed in a wing shape so as to face the ocean current direction indicated by the white arrow in FIG. Thereby, the floating body 1 changes the direction according to the ocean current so that the front surface (the front surface of the rotary blade 5) faces the ocean current direction, and performs power generation while receiving the ocean current in front.
  • each ocean current power generator main body 2 employs a downwind system in which the rotor blades 5 are arranged behind the nacelle 4 (downstream of the ocean current).
  • the rotary blade 5 By arranging the rotary blade 5 on the downstream side of the nacelle 4 in this way, the front surface of the floating body 1 (the front surface of the rotary blade 5) can be easily directed in the ocean current direction.
  • the nacelle 4 and the structure 3 are formed so as to be directed in the direction of the ocean current, and the front direction of the floating body 1 is set so as to passively face the ocean current direction.
  • the floating body (sea floating type ocean current power generation device) 1 locked to the mooring line 6 floats in the sea.
  • the floating body 1 has the acting force F wf of the ocean current applied to the floating body 1 and the buoyancy F generated in the floating body 1. and b, and position where the tensile force F t and the balance of the mooring lines 6 for locking the floating body 1 taken. That is, for the floating body 1, the buoyancy F b acts vertically upward, acting force F wf ocean current acts on ocean currents direction (horizontal direction), the tension F t mooring lines 6 of the buoyancy F b and ocean currents It acts so as to face the acting force F wf .
  • the floating body 1 rises to a relatively shallow depth in the ocean, and the ocean current acting force F wf. Is strong (that is, if the ocean current velocity V wf ′ is high), the floating body 1 descends to a relatively deep depth in the sea 7 as indicated by reference numeral 1 ′. Further, the depth direction distribution of the current velocities V wf and V wf ′ becomes lower as the seabed 7a is approached near the seabed 7a, and becomes faster as it is separated from the seabed 7a.
  • the floating body 1 descends in the sea 7 from the state indicated by the solid line in FIG. Balance at a moderately weakened depth.
  • the current flow velocity is weaker than the state indicated by the solid line in FIG. 3
  • the floating body 1 rises in the sea from the state indicated by the solid line, and the flow velocity is appropriately strengthened by the flow velocity distribution in the depth direction. Balance with depth.
  • PDC Passive Depth Control
  • each ocean current power generator main body 2 has a rotor blade 5 disposed behind the nacelle 4 (downstream of the ocean current), and the rotor blade 5 is disposed inside the nacelle 4.
  • the main shaft 5 ⁇ / b> A, the speed increasers 8 and 108, and the generator 9 constitute drive trains 10 and 110 of each ocean current power generation device main body 2.
  • the outer shape of the nacelle 4 has a smooth curved surface at the front end and the rear end, the intermediate portion is formed in a cylindrical shape, and the axis of the main shaft 5A is disposed on the axis CL1 of the outer shape of the nacelle 4.
  • the outer shape of the nacelle 4 other shapes such as a spindle shape can be adopted.
  • the rotary blade 5 is a two-blade equipped with two blades 5a with a phase difference of 180 degrees.
  • the number of blades 5a of the rotary blade 5 is not limited to this, and other numbers such as three blades can be applied. Further, the blade 5a is simple and has a fixed pitch that does not require maintenance.
  • Each of the submerged floating ocean current power generation devices of each embodiment has a function (moment suppression) that suppresses the generation of a moment in the floating body 1 due to the reduction of the thrust force when the blade 5a of the rotor blade 5 enters the shadow moment region.
  • the control devices 20 and 120 having the means) are provided.
  • the specific structure regarding moment suppression control differs, and the structure regarding moment suppression control of each embodiment is demonstrated below. This moment includes moments in any of roll, pitch, and yaw directions.
  • the control device 20 of the present embodiment suppresses the decrease itself in the thrust current F th of the ocean current when the blade 5a enters the shadow area (shadow moment area) of the structure 3, and causes the floating body 1 to roll or pitch or Since the generation of the yaw moment M is suppressed, it has a function of a thrust force reduction suppressing means as a moment suppressing means.
  • the control device 20 increases the rotational speed of the rotor blades 5 with a decrease in the ocean current flow velocity U C so as to suppress a decrease in thrust force.
  • FIG. 4A is a characteristic diagram showing the relationship between the thrust force F th received from the ocean current and the current velocity U C when the blade 5a rotates at a constant rotation speed (rotation speed) ⁇ , and the blade 5a is constant.
  • the thrust force F th received from the ocean current increases as the ocean current velocity U C increases.
  • Figure 4B is a characteristic diagram showing the relationship between the blades 5a rotational speed of the thrust force F th and the blade 5a received from ocean currents when undergoing currents of constant flow rate U C (rotational speed) omega, the blade 5a is when undergoing currents of constant flow rate U C is thrust force F th received from ocean currents as the rotation number ⁇ of the blade 5a is increased becomes larger.
  • the thrust force F th is reduced by decreasing the current flow velocity U C received by the blade 5a, the thrust force F th is increased by increasing the rotational speed ⁇ of the blade 5a.
  • a decrease in force Fth can be suppressed.
  • the blade 5a is because while the flow velocity U C ocean current the blade 5a is subjected to reduction contained in the shadow moment area, only during this time, if increasing the rotational speed ⁇ of the blade 5a, the currents in the shadow moment region
  • the decrease in the thrust force F th due to the decrease in the flow velocity can be offset by the increase in the thrust force F th due to the increase in the rotational speed of the blade 5a.
  • the control device 20 of the present embodiment includes a blade rotation area determination unit 21, a target rotation control unit 22, and a rotation increase control.
  • the unit 23 and the drive train control unit 24 are respectively provided as functional elements.
  • the control device 20 is individually provided in each ocean current power generator main body 2 and controls each ocean current power generator main body 2 independently. However, each ocean current power generator main body 2 controls the controller 20. You may make it control each ocean current power generator main body 2 independently, sharing.
  • the blade rotation area determination unit 21 determines whether or not the blade 5a is in the shadow moment area. Specifically, the blade rotation region determination unit 21 reads the rotation angle (phase angle) ⁇ B of the blade 5a detected at a predetermined minute cycle by the blade rotation angle sensor 33 provided in the ocean current power generation device main body 2. Then, it is determined whether or not the blade 5a is in the rotation angle region ⁇ 0 to ⁇ 1 corresponding to the shadow moment region.
  • the rotation angle ⁇ B of the blade 5a is an angle amount displaced in the rotation direction from a reference angle (not shown), and the angles ⁇ 0 and ⁇ 1 that define the rotation angle area corresponding to the shadow moment area (however, , ⁇ 0 ⁇ 1 ) is also an angle amount from the reference angle. It is determined whether or not the rotation angle ⁇ B of the blade 5a is between the approach angle ⁇ 0 to the shadow moment region and the escape angle ⁇ 1 from the shadow moment region ( ⁇ 0 ⁇ ⁇ B ⁇ ⁇ 1 ). judge.
  • the rotation angle ⁇ B of the blade 5a is within the range of the angle ⁇ 0 to ⁇ 1 of the shadow moment region ( ⁇ 0 ⁇ ⁇ B ⁇ ⁇ 1 ), it is determined that the blade 5a is in the shadow moment region. If the rotation angle ⁇ B is outside the range of the angles ⁇ 0 to ⁇ 1 of the shadow moment region ( ⁇ B ⁇ 0 or ⁇ B > ⁇ 1 ), it is determined that the blade 5a is not in the shadow moment region.
  • the target rotation control unit 22 determines the rotation speed of the blade 5a (that is, the blade 5) (hereinafter also referred to as blade rotation speed).
  • the rotation increase control unit 23 controls the blade rotation speed ⁇ .
  • the target rotation control unit 22 includes a load torque control unit 22a and a thrust force calculation unit 22b.
  • the blade torque ⁇ detected by the rotation speed sensor 31 provided in the ocean current power generation device body 2 by the load torque control unit 22a becomes the target rotation number (target rotation speed) ⁇ 0. to calculate the load torque target value T DT of the drive train 10 output.
  • the thrust force calculation unit 22b always calculates the thrust force Fth acting on the blade 5a (that is, the rotary blade 5).
  • the target rotational speed ⁇ 0 is set in advance as the rotational speed at which the generator 9 can generate power most efficiently.
  • If the blade rotational speed ⁇ is lower than the target rotational speed ⁇ 0 , the load torque target value T DT is increased by a predetermined amount (or the amount corresponding to the difference between ⁇ and ⁇ 0
  • Thrust force calculating unit 22b flow velocity U C around the floating body 1 detected by the flow rate sensor 32 that is provided on ocean current power generation apparatus main body 2, and the blade rotation speed ⁇ detected by the rotational speed sensor 31, the blade rotation angle Based on the blade rotation angle ⁇ B detected by the sensor 33 and the rotation angle ⁇ F of the floating body 1 detected by the floating body rotation angle sensor 34 installed in the ocean current power generator main body 2, a table and map stored in advance are stored.
  • the thrust force F th is calculated using an arithmetic expression (see the following expression (1)).
  • F th f (U C, ⁇ , ⁇ B, ⁇ F) ⁇ (1)
  • the flow velocity sensor 32 detects the flow velocity U C of the ocean current around the floating body 1 (particularly around the rotor blade 5).
  • the floating body rotation angle sensor 34 detects the direction angle of the floating body 1 with respect to the direction of the ocean current (the direction angle of the center line CL0 of the floating body 1).
  • the floating body rotation angle sensor 34 detects the direction angle of the floating body 1 by detecting the direction of the ocean current with respect to the floating body 1.
  • the flow velocity sensor 32 and the floating body rotation angle sensor 34 may be applied with a sea current sensor that simultaneously detects the direction of the ocean current with respect to the floating body 1 and the flow velocity of the ocean current. Further, as shown in FIG. 6, when the left and right thrust forces F th are distinguished, the left thrust force is distinguished as F thL and the right thrust force is distinguished as F thR .
  • the rotation increase control unit 23 includes a decrease flow rate calculation unit 23a, a rotation speed calculation unit 23b, and a load torque control unit 23c.
  • the rotation increase control unit 23 calculates the current velocity U C ′ of the ocean current that decreases when the blade 5 a is in the shadow moment region, and the thrust force F th ′ at this velocity U C ′ is the target rotation control unit 22 most recently.
  • the blade rotation speed ⁇ ′ is calculated so as to be equal to the thrust force F th calculated by the thrust force calculation unit 22b, and the blade rotation speed ⁇ ′ detected by the rotation speed sensor 31 is calculated as the blade rotation speed ⁇ ′. controlling the load torque T D of the drive train 10 such that.
  • the reduced flow velocity calculation unit 23a calculates the flow velocity U C ′ of the ocean current when the blade 5a is in the shadow moment region by multiplying the flow velocity U C detected by the flow velocity sensor 32 by the shadow moment coefficient ⁇ . [Refer to the following formula (2)].
  • the shadow moment coefficient ⁇ is determined by the shape of the structure 3 and the shape of the blade 5a.
  • a uniform shadow moment coefficient ⁇ is applied in the shadow moment region, but in the shadow moment region, the flow velocity U C of the ocean current decreases at the boundary of the region (near the approach angle ⁇ 0 and the exit angle ⁇ 1 ).
  • the thrust force F th is the current velocity U C ′ of the ocean current, the blade rotation speed ⁇ , the blade rotation angle ⁇ B, and the rotation angle of the floating body 1. focusing on the point that correlates with the theta F, the thrust force F th when a given velocity U C 'decreases the flow rate calculation unit 23a velocity U C of the computed currents in a' ocean current 'is the target rotation proximate
  • the blade rotation speed (thrust force decrease suppression rotation speed or thrust force decrease suppression rotation speed) ⁇ ′ to be equal to the thrust force F th calculated by the thrust force calculation section 22b of the control section 22 is used using table data or the like. [Refer to the following formula (3)].
  • the blade rotation speed ⁇ ′ in the shadow moment region is In order to recover the thrust force F th , the blade speed is set higher than the blade speed ⁇ controlled to the target speed ⁇ 0 outside the shadow moment region (see FIGS. 4A and 4B).
  • the load torque target value T of the drive train 10 is set so that the blade rotational speed ⁇ detected by the rotational speed sensor 31 provided in the ocean current power generator main body 2 becomes the thrust force decrease suppression rotational speed ⁇ ′.
  • the blade rotational speed ⁇ is controlled so as to become the thrust force reduction suppressing rotational speed ⁇ ′.
  • the current velocity U C ′ of the ocean current when the blade 5a is in the shadow moment region is a value at the center portion of the shadow moment region, and when entering or exiting the shadow moment region (the rotation angle of the blade 5a) the theta when B is close to the entry angle theta 0 or escape angle theta 1), the flow rate of ocean currents that does not decrease until the calculated value U C ', and point to avoid abrupt change in the load torque T D during control switching,
  • the load torque control unit 23c performs the processing with the control gain K to obtain the load torque target value TDT .
  • Drive train control unit 24 controls the load torque (generation load torque) T D of the drive train 10 based load torque control section 22a, the load torque target value T DT calculated in either 23c.
  • the blade to the target rotation number omega 0 of the generator 9 can generate electricity most efficiently
  • the rotational speed ⁇ is controlled.
  • the thrust force F th does not fluctuate even enters the blade 5a is the shadow moment region
  • the blade rotational speed ⁇ is controlled to the thrust force decrease suppressing rotational speed ⁇ ′.
  • the control device 20 suppresses the generation of moment in the floating body 1 as shown in the flowchart of FIG. Moment suppression control can be performed.
  • the flowchart of FIG. 7 is implemented with a predetermined control cycle.
  • the thrust force F th the current velocity U C of the ocean current, the blade rotation speed ⁇ , the rotation angle ⁇ B of the blade 5a, and the rotation angle ⁇ F of the floating body 1 are read (step A10).
  • the thrust force F th the thrust force calculated and stored in the thrust force calculator 22b of the target rotation controller 22 in the most recent control cycle is read.
  • the flow velocity sensor 32, rotation speed sensor 31, blade rotation angle sensor 33, and floating body rotation angle sensor 34 Read the latest detected value.
  • step A20 Whether or not the blade 5a is in the shadow moment region by the blade rotation region determination unit 21, that is, the rotation angle ⁇ B of the blade 5a is within the angle range ⁇ 0 to ⁇ 1 of the shadow moment region ( ⁇ 0 ⁇ ⁇ B It is determined whether or not ⁇ ⁇ 1 (step A20). If it is determined that the blade 5a is not in the shadow moment area, the process proceeds to step A30. If it is determined that the blade 5a is in the shadow moment area, the process proceeds to step A50.
  • Blade 5a shadow moment outside the region ( ⁇ B ⁇ 0 or ⁇ B> ⁇ 1) if the target rotation control unit 22 controls the load torque T D of drive train 10, calculates the thrust force F th. That is, the load torque control section 22a, the load blade rotation number omega is computed load torque target value T DT of the drive train 10 so that the target speed omega 0 is output, the drive train control unit 24, which is calculated Based on the torque target value TDT , the load torque of the drive train 10 is controlled (step A30).
  • a thrust force Fth acting on the blade 5a is calculated (step A40).
  • the calculated thrust force F th is stored in the memory of the control device 20 and is used as appropriate in the subsequent control cycles.
  • the rotation increase control unit 23 controls the load torque T D of the drive train 10. That is, the reduced flow velocity calculation unit 23a multiplies the flow velocity U C by the shadow moment coefficient ⁇ to calculate the ocean current flow velocity U C ′ when the blade 5a is in the shadow moment region (the above equation (2)). (Step A50).
  • the load torque control unit 23c is a blade rotational speed ⁇ is computed load torque target value T DT of the drive train 10 such that the thrust force decreases suppressing rotational speed Omega'.
  • the flow velocity of the ocean current is reduced to the calculated value U C ′. no point, and the point of avoiding abrupt change in the load torque T D when the control switch, considering, was treated by the control gain K obtains the load torque target value T DT.
  • the load torque target value TDT is reduced from the value calculated and set in step A30.
  • the load torque target value TDT is obtained by processing with the control gain K so that this reduction is performed in a ramp shape.
  • the blade rotational speed ⁇ decreases from the thrust force decrease suppression rotational speed ⁇ ′ to the target rotational speed ⁇ 0 , so that the load torque target value T DT increases.
  • the load torque target value TDT is obtained by processing with the control gain K so that this increase is also performed in a ramp shape.
  • the drive train control unit 24 thus controlling the load torque of the drive train 10 based on the calculated load torque target value T DT (step A70).
  • the thrust force F th ′ acting on the blade 5a (rotary blade 5) is reduced, and the blade 5a is out of the shadow moment region ( ⁇ B ⁇ theta 0 or ⁇ B> ⁇ 1) is equal to the thrust force F th when it is in, it is possible to suppress the reduction itself thrust force F th as shown by the solid line in FIG. 8B.
  • this control is not performed, the thrust force F th decreases as shown by a broken line in FIG. 8B.
  • the thrust force F th is increased by the increase in the rotational speed of the blade 5a so as to offset the decrease in the thrust force F th due to the decrease in the ocean current flow velocity in the shadow moment region, thereby suppressing the decrease in the thrust force F th itself. Therefore, it is possible to suppress the moment M from being generated in the floating body 1 due to the decrease in the thrust force F th , and to suppress the occurrence of periodic vibration in the direction of the floating body due to this moment. it can. If this vibration occurs, there is a risk of damaging the structure 13, the blade 5a, the mooring line 6 and the like of the floating body 1, but this is avoided.
  • the rotational phase of the blade 5a is controlled so that the blades 5a of the rotor blades 5 of the left and right ocean current power generation device main bodies 2 enter in synchronization with the shadow moment region of the shadow of the structure 3, and the left and right Since the generation of moments is suppressed by simultaneously reducing the thrust forces F thL and F thR (see FIG. 6), the rotational phase control unit functions as a moment suppression unit.
  • the rotational phase control unit functions as a moment suppression unit.
  • one of the left and right ocean current power generation device main bodies 2 is a master machine and the other is a slave machine, and the rotation phase of the blade 5a of the rotor blade 5 of the master machine is used as a reference phase.
  • the blade 5a of the slave machine is controlled so that the rotational phase of the blade 5a of the rotor blade 5 of the slave machine follows and synchronizes with the reference phase.
  • the control device 120 of the present embodiment includes an angular phase difference calculation unit 121, an angular phase difference determination unit 122, a synchronization hold control unit 123, a phase difference reduction control unit 124, A drive train control unit 125 is included as a functional element.
  • the control device 120 is provided on the master machine side, a master signal (control amount) is output from the master machine side, and the phase response is made on the slave machine side, but the rotation of the blade 5a on the master machine side is performed. It is only necessary to follow the rotational phase of the blade 5a on the slave machine side with the phase as a main component, and the control device 120 itself may be provided on the slave machine side.
  • Angular phase difference calculation unit 121 the blade rotation angle of the master machine and slave machine ocean current power generation apparatus blade rotation angle sensor 33a that is provided respectively on the body 2, the detected master machine blade rotation angle theta m and slave machines at 33b
  • the difference (phase difference) ⁇ of ⁇ s is calculated as in the following equation (4).
  • ⁇ ⁇ m ⁇ s (4)
  • Angular phase difference determination unit 122 determines whether the blade 5a of the blade 5a and slave machine master unit from the phase difference ⁇ between the blade rotation angle ⁇ s of the blade rotation angle theta m and slave machine master unit is synchronous state Determine. That is, it is determined whether or not the phase difference ⁇ is within the allowable value ⁇ 0 that is 0 or a minute value close to 0 ( ⁇ ⁇ ⁇ 0 ). If the phase difference ⁇ is within the allowable value ⁇ 0, the synchronization state (position It is determined that there is no phase difference. Otherwise, it is determined that the state is asynchronous (with phase difference).
  • the angular phase difference determination unit 122 when the blade rotation angle theta s of blade rotation angle theta m and slave machine master unit is determined is a synchronous state, the master machine blades 5a of the slave machine by synchronizing hold control section 123 blade Synchronous holding control is performed to keep the state synchronized with 5a.
  • the phase difference determination unit 122 determines that the blade rotation angle ⁇ m of the master machine and the blade rotation angle ⁇ s of the slave machine are asynchronous
  • the phase difference reduction control unit 124 sets the blade rotation angle ⁇ s of the slave machine as the master.
  • the phase difference reduction control is performed so as to be synchronized with the blade 5a of the machine.
  • the synchronization holding control unit 123 includes a load torque control unit 123a.
  • machine based on the blade rotational speed omega s of, for calculating the load torque target value T DT1 of the drivetrain 110 of slave machine as blade rotational speed omega s of slave machine is equal to the blade rotation speed omega of the master unit output .
  • the phase difference ⁇ is within the permissible value ⁇ 0 but only a small amount occurs, the phase difference ⁇ is brought close to 0 (the blade rotation speed ⁇ s of the slave machine becomes equal to the blade rotation speed ⁇ m of the master machine).
  • the increase or decrease the load torque target value T DT1 as the load torque target value T DT1 is slowly changed in a ramp shape, the load torque control section 123a, the load torque target is treated by the control gain K 1 A value TDT1 is obtained.
  • the phase difference reduction control unit 124 includes a slave rotation speed calculation unit 124a and a load torque control unit 124b.
  • the slave rotation speed calculation unit 124a calculates a target value ⁇ s ′ of the blade rotation speed of the slave machine for setting the phase difference ⁇ to zero. Again, as the blade rotation speed omega of the slave machine is slowly changed in a ramp shape, the slave revolution calculating unit 124a, obtains the blade target value of the rotation speed omega s' is treated by the control gain K 2 I am doing so.
  • the load torque target value TDT2 of the drive train 110 of the slave machine is calculated and output so that the blade rotational speed ⁇ s of the slave machine becomes equal to the target value ⁇ s ′ of the blade speed of the slave machine.
  • the load torque control section 123a so that determining the load torque target value T DT2 is treated by the control gain K 1.
  • the drive train control unit 125 is a load torque calculated by either the load torque target value TDT1 calculated by the load torque control unit 123a of the synchronization holding control unit 123 or the load torque control unit 124b of the phase difference reduction control unit 124. controlling the load torque (generation load torque) T D of the drive train 110 on the basis of the target value T DT2.
  • the drive train 110 receives the rotating shaft (main shaft) 5A of the rotor blade 5, the speed increasing device 108 for increasing the rotational speed of the main shaft 5A, and the rotational force increased by the speed increasing device 108.
  • the hydraulic power transmission mechanism is applied to the speed increaser 108. By operating the elements of the hydraulic power transmission mechanism, the gear ratio by the speed increaser 108 is increased. It can be changed.
  • FIG. 10 is a hydraulic circuit diagram showing a hydraulic power transmission mechanism 108 that also functions as a speed increaser.
  • the hydraulic circuit 111 includes a hydraulic pump 113 driven by the rotary shaft 5A of the rotor blade 5 in an oil passage 112, and A hydraulic motor 114 that rotates in response to hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 113, an on-off valve 115 interposed in a portion of the oil passage 112 from the hydraulic pump 113 toward the hydraulic motor 114, and a hydraulic pump 113 in the oil passage 112. Is provided with a pressure sensor 116 provided at a portion from the head toward the hydraulic motor 114.
  • the hydraulic motor 114 is a swash plate type hydraulic motor that can change the rotational speed even if the input hydraulic pressure does not change by adjusting the swash plate angle, and the rotational shaft 5B of the hydraulic motor 114 detected by the rotational speed sensor 36 is applied.
  • the hydraulic motor 114 can be adjusted to a desired rotation speed state by feeding back the rotation speed (the number of rotations) and adjusting the swash plate angle by the swash plate angle adjustment unit 42.
  • the rotating shaft 5B of the hydraulic motor 114 is connected to the generator 9.
  • the load torque of the hydraulic motor 114 can be adjusted by adjusting the swash plate angle of the hydraulic motor 114, and the load torque of the hydraulic motor 114 can be grasped by the hydraulic oil pressure detected by the pressure sensor 116. Can do.
  • the load torque of the drive train 110 can be adjusted by adjusting the swash plate angle of the hydraulic motor 114, and the swash plate angle of the hydraulic motor 14 is adjusted according to the load torque target values TDT1 and TDT2. load torque (generation load torque) T D of train 110 is controlled.
  • the rotating shaft 5 ⁇ / b> A of the rotor blade 5 is equipped with a speed governor 35 and a mechanical brake 41, and the rotational speed of the rotor blade 5 is stabilized by the speed governor 35.
  • the rotation of the rotary blade 5 can be regulated.
  • the control device 120 suppresses the generation of moment in the floating body 1 as shown in the flowchart of FIG. 11, for example. Moment suppression control can be performed.
  • the flowchart of FIG. 11 is implemented with a predetermined control cycle.
  • step B10 it reads a blade rotation angle sensor 33a, of the detected master unit at 33b blade rotation angle theta m and slave machine blade rotation angle theta s (step B10). Then, the difference (phase difference) ⁇ between the blade rotation angle ⁇ m of the master machine and the blade rotation angle ⁇ s of the slave machine is calculated by the angular phase difference calculation unit 121 [see the above formula (4)] (step B20). .
  • step B20 the phase difference ⁇ calculated in step B20 is compared with the preset allowable value ⁇ 0 by the angular phase difference determination unit 122, and the blade 5a of the master machine and the blade 5a of the slave machine are in a synchronized state. It is determined whether (
  • the load torque target value TDT1 of the drive train 110 of the slave machine is calculated and output so that the blade rotational speed ⁇ s of the slave machine becomes equal to the blade rotational speed ⁇ m of the master machine.
  • processing is performed with the control gain K 1 to obtain the load torque target value T DT1 so that the load torque target value T DT2 is gradually changed into a ramp shape.
  • the drive train control unit 125 controls the load torque (generation load torque) T D of the drive train 110 on the basis of the load torque target value T DT2.
  • the slave rotational speed calculation unit 124a calculates a target value ⁇ s ′ of the blade rotational speed of the slave machine for setting the phase difference ⁇ to zero. Again, as the blade rotation speed omega s slave machine is slowly changed in a ramp shape, the slave revolution calculating unit 124a, the control of the blade rotation speed is treated with a gain K 2 target values omega s' Obtain (step B50).
  • the blade rotational speed ⁇ s of the slave machine is determined by the load torque control unit 124b.
  • the load torque target value TDT2 of the drive train 110 of the slave machine is calculated and output so as to be equal to the target value ⁇ s ′ of the blade speed of the slave machine.
  • the load torque control section 123a controls the load torque (generation load torque) T D of the drive train 110 on the basis of the load torque target value T DT2 (step B60).
  • FIG. 12 is a time chart showing the transition of the blade rotation angle (blade angle) ⁇ B for explaining the phase difference reduction control and the synchronization maintaining control.
  • the solid line shows the blade rotation angle ⁇ B of the master machine, and the broken line shows The blade rotation angle ⁇ B of the slave machine is shown.
  • FIG. 11 when it is judged that an asynchronous state by the angular phase difference determination unit 122, position and blade rotation angle theta B slave device by the phase difference reduction control approaches gradually to the blade rotation angle theta B of the master unit After the phase difference is eliminated, the state without synchronization (synchronized state) is maintained in the synchronization maintaining control.
  • the blades 5a enters the shadow moment area of the shadow of the structure.
  • the thrust forces F thL and F thR decrease at the same time in the left and right ocean current power generation device bodies 2, so the generation of moment is suppressed even if the thrust force decreases. It is possible to suppress the occurrence of periodic vibration in the direction of the floating body 1. If this vibration occurs, there is a risk of damaging the structure 13, the blade 5a, the mooring line 6 and the like of the floating body 1, but this is avoided.
  • the blades 5a of the rotor blades 5 of the left and right ocean current power generation device main bodies 2 are moved in synchronization with the shadow moment area of the shadow of the structure 3 so as to enter. Since the generation of moment is suppressed by controlling the rotation phase and simultaneously generating a decrease in the left and right thrust forces, it has the function of a rotation phase control means as a moment suppression means.
  • the ocean current power generation device main body 2 is a slave device, and a master signal (control amount) is output from a separately provided master device 200, and the blades of the left and right ocean current power generation device main bodies 2 are output. 5a is controlled. In the slave machine (left and right ocean current power generation device main body 2), this is responded by adjusting the phase of the rotation angle of the blade 5a.
  • the master machine 200 is equipped with a control device 120 similar to that of the second embodiment [see FIG. 9B] in order to control the left and right ocean current power generation device main bodies 2 respectively.
  • the control device 120 includes an angular phase difference calculation unit 121, an angular phase difference determination unit 122, a synchronization hold control unit 123, a phase difference reduction control unit 124, and a drive train control unit 125. Each has a functional element. In addition, you may provide the control apparatus 120 itself in the hydroelectric generator main body 2 of not only the master machine 200 but a slave machine.
  • the master machine 200 stores a reference phase serving as a reference for manipulating the rotation phase and the rotation speed (rotation speed) of the blade 5a (rotary blade 5) of each flow power generator main body 2 of the slave machine.
  • This reference phase defines a target value of the rotation angle (phase) of the blade 5 a according to the time axis, and in particular, the reference phase is set based on the target rotation speed of the rotor of the generator 9.
  • the target rotational speed of the rotor of the generator 9 is obtained from an ideal power generation state in which a power generation amount can be obtained efficiently.
  • the reference phase for controlling the rotation of the blades 5a of each flow power generator main body 2 is based on the target rotational speed of the rotor of the generator 9. Since it is set, there is also an effect that the power generation amount can be efficiently obtained with the generator 9 in an ideal power generation state.
  • the rotation phase of the blades 5a of the rotor blades 5 of the master machine is used as the reference phase.
  • This reference phase is also the target rotation speed (efficiency of the rotor of the generator 9) as in the third embodiment. It may be set on the basis of an ideal power generation state in which a power generation amount is often obtained.
  • the suppressing decrease of thrust force by controlling the rotational speed of the blades 5a by controlling the load torque T D of the drive train if there is no need to consider maintenance, etc.
  • the blade 5a may be configured as a variable pitch type, and the rotational speed of the blade 5a may be controlled by changing the pitch to suppress the reduction of the thrust force.
  • the hydraulic motor, load adjustment other than the swash plate control it may be applied capable, also, irrespective of the hydraulic power transmission mechanism, like the first embodiment, may control the load torque T D of the drive train through the power generation load torque of the generator.

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Abstract

　シャドウモーメントに起因した海流発電装置の浮体の周期的な方向振動を抑制することができる海中浮遊式海流発電装置を提供する。　ナセル（４）内に収納された発電機（９）のロータを外部に突出した回転翼（５）により駆動する海流発電装置本体（２）が構造物の左右に結合されて、海中を浮遊可能な双胴型の浮体（１）として構成され、係留索によって海底に係止され、海流発電装置本体（２）には、回転翼（５）をナセル（４）よりも海流方向の下流側に配置したダウンウィンド方式が用いられ、回転翼（５）のブレード（５ａ）が海流方向の上流側の構造物の影の領域（シャドウモーメント領域）に進入した際の海流の流速低下に伴うスラスト力の減少によって浮体（１）に発生するモーメントを抑制するモーメント抑制手段（２０）を備える。

Description

海中浮遊式海流発電装置
　本発明は、海流エネルギーを利用して発電を行なう海流発電装置に関し、特に、発電装置を海中に浮遊させて使用する海中浮遊式海流発電装置に関するものである。
　近年、様々な自然エネルギーを利用した発電技術が開発されている。例えば黒潮等の巨大な海流もエネルギー資源であり、この海流エネルギーを利用して発電を行なう海流発電装置も開発されている。この海流発電装置では、海流エネルギーによって回転翼を回転し、回転翼の軸に接続された発電機を回転させることにより発電を行なう。
　このような海流発電装置の一つの方式として、海中浮遊式海流発電装置（水中浮遊式海流発電装置）があり、例えば、特許文献１に開示されている。この海中浮遊式海流発電装置は、ある一定の浮力を持った浮体として構成した海流発電装置を海底から延びる係留索と繋ぐことによって、海流発電装置が係留索によって許容される範囲で海中を浮遊するようにしながら発電を行なうものである。海中浮遊式海流発電装置は、地上に設置する風力発電装置のような巨大な支柱が不要であり簡素な構成とすることができる。
　図１４は特許文献１に開示された海中浮遊式海流発電装置を示す斜視図である。図１４に示すように、この海中浮遊式海流発電装置は、浮体１として構成され、この浮体１の姿勢安定化を図るために、２つの海流発電装置本体２，２とこれらを接続する構造物３とから一つの浮体１を構成した双胴型を採用している。海流発電装置本体２は、ナセル（ポッドとも呼ぶ）４内に図示しない発電機を装備し、この発電機のロータに回転翼５の回転軸が接続されている。
　ナセル４は構造物３の左右両端に結合されている。構造物３の左右方向中央には係留索６の先端が結合され、係留索６の基端は海底に係止されている。浮体１は、係留索６に拘束された範囲で水平方向及び鉛直方向に海中を浮遊する。浮体１の浮力は左右でバランスしており、浮体１の構造物３は海流方向に対向するような翼形状に形成されている。これにより、浮体１は、その正面（回転翼５の正面）が海流方向に正対するように海流に応じて方向を変えて発電を実施する。
　また、この海流発電装置は、回転翼５をナセル４の後方（海流の下流側）に配置したダウンウィンド方式が採用されている。このように回転翼５をナセル４よりも下流側に配置することにより、浮体１の正面（回転翼５の正面）を海流方向に向けやすくなる。海中浮遊式海流発電装置の場合、浮体１の方向制御（海流の方向にロータ回転軸を合わせる制御）を能動的に実施する駆動装置の実装は難しいので、ダウンウィンド方式を採用すると共に、浮体１のナセル４や構造物３の形状を海流の方向に向かうように形成し、浮体１の正面方向が海流方向に受動的に向くように設定されている。
　また、係留索６に係止された浮体（海流発電装置）１は海中において浮遊するが、このとき、浮体１は、浮体１に加わる海流の作用力と、浮体１に生じる浮力と、係留索６の張力とがバランスした位置をとる。つまり、浮体１に対して、浮力は鉛直上方に作用し、海流の作用力は、海流方向（水平方向）に作用し、係留索の張力は浮力及び海流の作用力と対向するように作用する。したがって、海流の作用力が弱ければ（つまり、海流の流速が低ければ）、浮体１は海中で比較的浅い深度まで上昇し、海流の作用力が強ければ（つまり、海流の流速が高ければ）、浮体１は海中で比較的深い深度まで下降する。
　一方、海流の深さ方向の流速分布は、海底付近では海底に接近するほど低速となり海底から離隔するほど高速となる。このため、海流の流速が強まれば、浮体１は海中で下降して、深さ方向の流速分布で流速が適当に弱まった深度でバランスする。また、海流の流速が弱まれば、浮体１は海中で上昇して、深さ方向の流速分布で流速が適当に強まった深度でバランスする。
　特許文献１には、このように海流発電装置が流速に応じて昇降する特性に着目して、海流発電装置の水深方向の位置を受動的に自動で調整する制御［ＰＤＣ（＝Passive Depth Control）とも言う］を適用することで、能動的な制御（Active Depth Control）を不要とする旨も記載されている。
米国特許出願公開第２０１３／０１０６１０５号明細書
　上述のように、海中浮遊式海流発電装置の場合、浮体１の姿勢安定化を図るために、図１４に示すように、２つの海流発電装置本体２，２を構造物３により接続して一つの浮体１を構成した双胴型を採用することが好ましい。また、特別な装置を要さずに浮体１の正面（回転翼５の正面）が海流方向に向くようにするために、回転翼５をナセル４の後方（海流の下流側）に配置したダウンウィンド方式を採用することが好ましい。
　浮体１に双胴型を採用する場合、当然ながら左右対称に構成すると共に、図１６Ａに白抜き矢印で示すように、左右の回転翼５に加わる海流の作用力（スラスト力）が常に等しくなるようにすることが好ましい。しかし、浮体１に双胴型を採用したものにダウンウィンド方式を採用すると、図１５に示すように、回転翼５の前方正面の海流の流入領域の一部に構造物３が存在するため、構造物３後方に流速が低下する構造物の影の領域が発生する。回転翼５のブレード５ａがこの構造物３の影の領域を通過する際には、ブレード５ａに加わる海流のスラスト力が減少する。
　左右のうち片方の回転翼５のブレード５ａへのスラスト力のみが減少すると、図１６Ｂに黒矢印で示すように、浮体１の左右に加わるスラスト力のバランスが崩れて、図１６Ｃに白抜き矢印で示すように、浮体１にモーメントＭが生じる。このモーメントは、スラスト力変化のタイミングにより、ロール・ピッチ・ヨーのいずれの方向にも発生しうるものである。なお、このようにブレード５ａが構造物の影の領域を通過する際のスラスト力のアンバランスに起因して浮体１に生じるモーメントをシャドウモーメントと称し、この原因となる構造物の影の領域をシャドウモーメント領域と称する。
　このシャドウモーメントが、左右の回転翼５でずれて交互に発生すると、浮体１がアンバランスになり、浮体１に周期的な振動が生じる。このような浮体１の振動の発生は、浮体の構造体やブレードや係留索等に損傷を及ぼす原因となるため、このような振動発生を低減する必要がある。風力発電装置の主流となっている、単胴型且つアップウィンド方式［回転翼５をナセル４の前方（流体の流れの上流側）に配置した方式］を海流発電装置に採用できればシャドウモーメントは発生しないためこうした課題は生じない。したがって、かかる課題は，海流発電装置、特に海中浮遊式海流発電装置に特有のものと言える。
　本発明は上記の課題に鑑み創案されたもので、シャドウモーメントに起因した海流発電装置の浮体の周期的な方向振動を抑制することができるようにした、海中浮遊式海流発電装置を提供することを目的とする。
　（１）上記の目的を達成するために、本発明の海中浮遊式海流発電装置は、ナセル内に収納された発電機のロータを前記ナセルの外部に突出した回転翼により駆動する海流発電装置本体が構造物の左右に結合されて、海中を浮遊可能な双胴型の浮体として構成され、前記構造物の左右中間部を係留索によって海底に係止されて使用される海中浮遊式海流発電装置であって、前記海流発電装置本体には、前記回転翼を前記ナセルよりも海流方向の下流側に配置したダウンウィンド方式が用いられ、前記回転翼のブレードが海流方向の上流側の前記構造物の影の領域（シャドウモーメント領域）に進入した際の海流の流速低下に伴うスラスト力の減少によって前記浮体に発生するモーメントを抑制するモーメント抑制手段を備えていることを特徴としている。なお、このモーメントとは、ロール，ピッチ，ヨーのいずれの方向のモーメントも含むものとする。
　（２）前記モーメント抑制手段は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際の海流の前記スラスト力の減少を抑制するスラスト力減少抑制手段であることが好ましい。
　（３）前記スラスト力減少抑制手段は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際の海流の流速低下に伴って前記回転翼ロータの回転速度を上昇させてスラスト力の減少を抑制することが好ましい。
　（４）前記モーメント抑制手段は、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードが前記構造物の影の領域に同期して進入するように前記ブレードの回転位相を制御する回転位相制御手段であることが好ましい。
　（５）前記回転位相制御手段は、左右の前記海流発電装置本体の一方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を基準位相とし前記基準位相に他方の前記回転翼の回転位相が追従して同期するように前記ブレードの回転位相を制御することが好ましい。
　（６）あるいは、前記回転位相制御手段は、予め設定された基準位相に基づいて、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を制御することが好ましい。
　（７）前記基準位相は、前記発電機のロータの目標回転速度に基づいて設定されていることが好ましい。
　（８）前記スラスト力減少抑制手段は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っているか否かを判定するブレード回転領域判定部と、前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っていない場合に、前記ブレードの回転速度を目標回転速度に制御する目標回転制御部と、前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っている場合に、海流の流速低下によるスラスト力の減少を抑制するように回転増加させたブレードのスラスト力減少抑制回転速度を設定し、前記ブレードの回転速度を前記スラスト力減少抑制回転速度に制御する回転増加制御部と、を有していることが好ましい。
　（９）前記回転位相制御手段は、前記基準位相と制御対象の前記ブレードの回転位相との位相差を演算する角位相差演算部と、演算された前記位相差から制御対象の前記ブレードの回転位相が前記基準位相と同期した同期状態であるか否かを判定する角位相差判定部と、前記同期状態であると判定されたら前記同期状態を保持する同期保持制御部と、前記同期状態でないと判定されたら前記位相差を低減して前記同期状態になるように制御する位相差低減制御部と、を有していることが好ましい。
　（１０）本発明の海中浮遊式海流発電装置の制御方法は、ナセル内に収納された発電機のロータを前記ナセルの外部に突出した回転翼により駆動する海流発電装置本体が構造物の左右に結合されて、海中を浮遊可能な双胴型の浮体として構成され、前記構造物の左右中間部を係留索によって海底に係止されて使用され、前記海流発電装置本体には、前記回転翼を前記ナセルよりも海流方向の下流側に配置したダウンウィンド方式が用いられた海中浮遊式海流発電装置の制御方法であって、前記回転翼のブレードが海流方向の上流側の前記構造物の影の領域に進入した際に、前記影の領域の海流の流速低下に伴うスラスト力の減少によって前記浮体に発生するモーメントを抑制するモーメント抑制処理を実施することを特徴としている。
　（１１）前記モーメント抑制処理は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際に、前記影の領域の海流の前記スラスト力の減少を抑制することにより実施することが好ましい。
　（１２）前記スラスト力の減少抑制は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際に、前記影の領域の海流の流速低下に伴って前記回転翼の回転速度を上昇させることにより実施することが好ましい。
　（１３）前記モーメント抑制処理は、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードが前記構造物の影の領域に同期して進入するように前記ブレードの回転位相を制御することにより実施することが好ましい。
　（１４）前記回転位相の制御は、左右の前記海流発電装置本体の一方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を基準位相とし前記基準位相に他方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相が追従して同期するようにして実施することが好ましい。
　（１５）あるいは、前記回転位相の制御は、予め設定された基準位相に基づいて、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を制御することにより実施することが好ましい。
　（１６）前記基準位相は、前記発電機のロータの目標回転速度に基づいて設定されていることが好ましい。
　（１７）前記スラスト力の減少抑制は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っているか否かを判定し、前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っていないと判定されたら、前記ブレードの回転速度を目標回転速度に制御する目標回転制御部と、前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っている場合に、海流の流速低下によるスラスト力の減少を抑制するように回転増加させたブレードのスラスト力減少抑制回転速度を設定し、前記ブレードの回転速度を前記スラスト力減少抑制回転速度に制御することが好ましい。
　（１８）前記回転位相の制御は、前記基準位相と制御対象の前記ブレードの回転位相との位相差を演算し、演算された前記位相差から制御対象の前記ブレードの回転位相が前記基準位相と同期した同期状態であるか否かを判定し、前記同期状態であると判定されたら前記同期状態を保持し、前記同期状態でないと判定されたら前記位相差を低減して前記同期状態になるように制御することが好ましい。
　本発明によれば、モーメント抑制手段が、回転翼のブレードが海流方向の上流側の構造物の影の領域に進入した際の海流の流速低下に伴うスラスト力の減少によって浮体に発生するモーメントを抑制するので、このモーメントに起因した浮体の周期的な振動の発生を抑制することができる。この振動が発生すると浮体の構造体やブレードや係留索等に損傷を及ぼすおそれがあるが、これが回避される。
　かかるモーメントの抑制の具体的な手法として、ブレードが構造物の影の領域に進入した際の海流のスラスト力の減少自体を抑制する手法を適用すれば、左右の回転翼を独立して制御しながら、浮体の周期的な振動の発生を抑制することができる。この場合、例えば、ブレードが構造物の影の領域に進入した際の海流の流速低下に伴ってロータ回転翼の回転速度を上昇させるように操作すれば、流速低下に応じたスラスト力の減少を、ロータ回転翼の回転速度の上昇に応じたスラスト力の増大により相殺することができ、スラスト力の減少自体を確実に抑制することができる。
　また、モーメントの抑制の具体的な手法として、左右の海流発電装置本体の各々の回転翼のブレードが構造物の影の領域に同期して進入するようにブレードの回転位相を制御して、左右のスラスト力の低下を同時に発生させる手法を適用すれば、スラスト力の減少を生じさせたままでもモーメントの発生を抑制でき、浮体の周期的な振動の発生を抑制することができる。この場合、例えば、左右の海流発電装置本体の一方の回転翼のブレードの回転位相を基準位相としこの基準位相に他方の回転翼のブレードの回転位相が追従して同期するようにブレードの位相を制御してもよく、左右の海流発電装置本体の各々の回転翼のブレードの回転位相を予め設定された基準位相に基づいて制御してもよい。また、基準位相を発電機のロータの目標回転速度に基づいて設定すれば、効率よく発電量を得ることが可能になる。
図１は第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置の制御系を示す構成図である。 図２は各実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置を海中での使用状態で示す斜視図である。 図３は各実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置の水深方向位置の受動的制御（ＰＤＣ）を説明する海中における側面図である。 図４Ａ，図４Ｂは第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御の原理を説明する図であり、図４Ａはスラスト力と流速との関係を示す図、図４Ｂはスラスト力と回転翼の回転速度との関係を示す図である。 図５は第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御にかかるパラメータを説明する浮体の要部斜視図である。 図６は第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御にかかるパラメータを説明する浮体の模式的な平面図である。 図７は第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御を説明するフローチャートである。 図８Ａ，図８Ｂは第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御の効果を示すタイムチャートであり、図８Ａは回転翼の回転数（回転速度）に関し、図８Ｂはスラスト力に関している。 図９Ａ，図９Ｂは第２実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置の制御系を示す図であり、図９Ａは２つの海流発電装置本体の関係を示す構成図、図９Ｂは制御系を示すブロック図である。 図１０は第２実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置の各海流発電装置本体に装備された油圧回路及びその周辺構成を示す図である。 図１１は第２実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御を説明するフローチャートである。 図１２は第２実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置のモーメント抑制制御の効果を示すタイムチャートである。 図１３は第３実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置の制御系を示す図である。 図１４は背景技術にかかる海中浮遊式海流発電装置を示す斜視図である。 図１５は海中浮遊式海流発電装置にかかる課題を説明する海中浮遊式海流発電装置の要部斜視図である。 図１６Ａ～図１６Ｃは海中浮遊式海流発電装置にかかる課題を説明する海中浮遊式海流発電装置の平面図であり、図１６Ａは正常状態を示し、図１６Ｂはモーメントが発生した状態を示し、図１６Ｃはモーメントの発生による浮体の挙動を示している。
　以下、図面を参照して本発明にかかる実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
　［各実施形態の海中浮遊式海流発電装置の概略構成］
　まず、各実施形態の海中浮遊式海流発電装置の概略構成を説明すると、海中浮遊式海流発電装置の概略は、背景技術において説明したもの（図１４参照）と同様である。説明が重複するが、この海中浮遊式海流発電装置は浮体１として構成され、浮体１は、図２に示すように、２つの海流発電装置本体２，２とこれらを接続する構造物３とから一つの浮体１を構成した双胴型を採用している。海流発電装置本体２は、ナセル（ポッドとも呼ぶ）４内に発電機９を装備し、この発電機９のロータに回転翼５の回転軸５Ａが接続されている（図１，図９Ｂ参照）。
　ナセル４は構造物３の左右両端に結合されている。構造物３の左右方向中央には係留索６の先端が結合され、係留索６の基端は海底７ａ（この例では、海底７ａのアンカーウェイト６Ａ）に係止されている。浮体１は、係留索６に拘束された範囲で水平方向及び鉛直方向に海中を浮遊する。浮体１の浮力は左右でバランスしており、浮体１の構造物３は、図２中に白抜き矢印で示す海流方向に対向するような翼形状に形成されている。これにより、浮体１は、その正面（回転翼５の正面）が海流方向に正対するように海流に応じて方向を変えて海流を正面に受けながら発電を実施する。
　また、各海流発電装置本体２は、回転翼５をナセル４の後方（海流の下流側）に配置したダウンウィンド方式が採用されている。このように回転翼５をナセル４よりも下流側に配置することにより、浮体１の正面（回転翼５の正面）を海流方向に向けやすくなる。海中浮遊式海流発電装置の場合、浮体１の方向制御（海流の方向にロータ回転軸を合わせる制御）を能動的に実施する駆動装置の実装は難しいので、ダウンウィンド方式を採用すると共に、浮体１のナセル４や構造物３の形状を海流の方向に向かうように形成し、浮体１の正面方向が海流方向に受動的に向くように設定されている。
　係留索６に係止された浮体（海中浮遊式海流発電装置）１は海中において浮遊するが、このとき、浮体１は、浮体１に加わる海流の作用力Ｆwfと、浮体１に生じる浮力Ｆｂと、浮体１を係止する係留索６の張力Ｆｔとがバランスした位置をとる。つまり、浮体１に対して、浮力Ｆｂは鉛直上方に作用し、海流の作用力Ｆwfは、海流方向（水平方向）に作用し、係留索６の張力Ｆｔは浮力Ｆｂ及び海流の作用力Ｆwfと対向するように作用する。
　したがって、図３に示すように、海流の作用力Ｆwfが弱ければ（つまり、海流の流速Ｖwfが低ければ）、浮体１は海中で比較的浅い深度まで上昇し、海流の作用力Ｆwfが強ければ（つまり、海流の流速Ｖwf´が高ければ）、浮体１は符号１´で示すように海中７で比較的深い深度まで下降する。また、海流の流速Ｖwf，Ｖwf´の深さ方向分布は、海底７ａ付近では海底７ａに接近するほど低速となり海底７ａから離隔するほど高速となる。
　このため、海流の流速が強まった場合、浮体１は、図３に実線で示す状態から二点鎖線及び符号１´で示す状態へと海中７で下降して、深さ方向の流速分布で流速が適当に弱まった深度でバランスする。また、図示しないが、図３に実線で示す状態よりも海流の流速が弱まれば、浮体１は実線で示す状態から海中を上昇して、深さ方向の流速分布で流速が適当に強まった深度でバランスする。こうして、浮体１として構成された海中浮遊式海流の水深方向の位置が受動的に自動で調整される制御をＰＤＣ（＝Passive Depth Control）とも呼ぶ。このＰＤＣにより、回転翼５が受ける海流の流速は過不足ない状態の保持することができ、安定した海流の流速を受けて発電を行なうことができる。
　また、各海流発電装置本体２は、図１，図２，図９Ｂに示すように、ナセル４の後方（海流の下流側）に回転翼５が配置され、ナセル４の内部に、回転翼５の回転軸（主軸）５Ａと、主軸５Ａの回転速度を増速する増速機８，１０８と、増速機８，１０８により増速された回転力を受けて作動する発電機９とが装備されている。主軸５Ａと増速機８，１０８と発電機９とから、各海流発電装置本体２のドライブトレーン１０，１１０が構成されている。
　ナセル４の外形は、前端及び後端が滑らかな曲面で構成され、中間部が円筒状に形成され、ナセル４の外形の軸心ＣＬ１上に主軸５Ａの軸心が配置されている。ナセル４の外形は、紡錘形状など、他の形状も採用しうる。また、回転翼５は２枚のブレード５ａが１８０度の位相差で装備された２枚翼が採用されている。回転翼５のブレード５ａの数はこの限りでなく、３枚翼など他の枚数のものも適用しうる。さらに、ブレード５ａはシンプルでメンテナンスが不要な固定ピッチのものが適用されている。
　前述のように、海中浮遊式海流発電装置の場合、浮体１に双胴型を採用し、回転翼５をナセル４の後方（海流の下流側）に配置したダウンウィンド方式を採用することが好適であるが、この場合、回転翼５のブレード５ａが構造物３の影の領域（シャドウモーメント領域）を通過する際には、海流の流速低下に伴ってブレードに加わる海流のスラスト力が減少し、この際のスラスト力の左右のアンバランスに起因して浮体１にモーメント（シャドウモーメント）が生じる。
　各実施形態の海中浮遊式海流発電装置は、何れも回転翼５のブレード５ａがシャドウモーメント領域に進入した際のかかるスラスト力の減少によって浮体１にモーメントが発生するのを抑制する機能（モーメント抑制手段）を有する制御装置２０，１２０を備えている。各実施形態では、モーメント抑制制御に関する具合的な構成が異なっており、以下、各実施形態のモーメント抑制制御に関する構成を説明する。なお、このモーメントはロール，ピッチ，ヨーのいずれの方向のモーメントも含む。
　〔第１実施形態〕
　〔モーメント抑制制御系の構成〕
　本実施形態の制御装置２０は、ブレード５ａが構造物３の影の領域（シャドウモーメント領域）に進入した際の海流のスラスト力Ｆthの減少自体を抑制して、浮体１にロールもしくはピッチもしくはヨーモーメントＭが発生することを抑制するので、モーメント抑制手段としてのスラスト力減少抑制手段の機能を有する。制御装置２０は、海流の流速ＵＣの減少に伴って回転翼５の回転速度を上昇させてスラスト力の減少を抑制するようにしている。
　図４Ａはブレード５ａが一定の回転数（回転速度）ωで回転している場合に海流から受けるスラスト力Ｆthと海流の流速ＵＣとの関係を示す特性図であり、ブレード５ａが一定の回転数ωで回転している場合には、海流の流速ＵＣが高くなるほど海流から受けるスラスト力Ｆthは大きくなる。図４Ｂはブレード５ａが一定の流速ＵＣの海流を受けている場合に海流から受けるスラスト力Ｆthとブレード５ａの回転数（回転速度）ωとの関係を示す特性図であり、ブレード５ａが一定の流速ＵＣの海流を受けている場合には、ブレード５ａの回転数ωが高くなるほど海流から受けるスラスト力Ｆthは大きくなる。
　この特性に着目すれば、ブレード５ａが受ける海流の流速ＵＣが低下することでスラスト力Ｆthが減少したら、ブレード５ａの回転数ωを上昇させてスラスト力Ｆthを増大させれば、スラスト力Ｆthの減少を抑制することができる。つまり、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っている間はブレード５ａが受ける海流の流速ＵＣは低下するので、この間だけ、ブレード５ａの回転数ωを上昇させれば、シャドウモーメント領域での海流の流速低下によるスラスト力Ｆthの減少をブレード５ａの回転速度上昇によるスラスト力Ｆthの増大で相殺することができる。
　このようにしてスラスト力Ｆthの減少を抑制するために、本実施形態の制御装置２０は、図１に示すように、ブレード回転領域判定部２１と、目標回転制御部２２と、回転増加制御部２３と、ドライブトレーン制御部２４とを、それぞれ機能要素として有している。なお、ここでは、制御装置２０は、各海流発電装置本体２に個別に設けられ、各海流発電装置本体２を独立して制御するものとするが、各海流発電装置本体２で制御装置２０を共用しながら、各海流発電装置本体２を独立して制御するようにしてもよい。
　ブレード回転領域判定部２１は、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っているか否かを判定する。具体的には、ブレード回転領域判定部２１は、海流発電装置本体２に装備されたブレード回転角度センサ３３で所定の微小周期で検出されたブレード５ａの回転角度（位相角度）θＢを読み込んで、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に対応する回転角度領域θ０～θ１に入っているか否かを判定する。
　図５に示すように、ブレード５ａの回転角度θＢは図示しない基準角度から回転方向へ変位した角度量であり、シャドウモーメント領域に対応する回転角度領域を規定する角度θ０，θ１（ただし、θ０＜θ１）も基準角度からの角度量である。ブレード５ａの回転角度θＢが、シャドウモーメント領域への進入角度θ０とシャドウモーメント領域からの脱出角度θ１との間（θ０≦θＢ≦θ１）の大きさであるか否かを判定する。
　ブレード５ａの回転角度θＢがシャドウモーメント領域の角度θ０～θ１の範囲内（θ０≦θＢ≦θ１）ならばブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っていると判定し、ブレード５ａの回転角度θＢがシャドウモーメント領域の角度θ０～θ１の範囲外（θＢ＜θ０又はθＢ＞θ１）ならばブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っていないと判定する。
　ブレード回転領域判定部２１によりブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っていないと判定されたら、目標回転制御部２２によりブレード５ａ（即ち、回転翼５）の回転速度（以下、ブレード回転数とも言う）を制御し、ブレード回転領域判定部２１によりブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っていると判定されたら回転増加制御部２３によりブレード回転数ωを制御する。
　目標回転制御部２２は、負荷トルク制御部２２ａとスラスト力演算部２２ｂとを有している。目標回転制御部２２では、負荷トルク制御部２２ａによって、海流発電装置本体２に装備された回転速度センサ３１で検出されたブレード回転数ωが目標回転数（目標回転速度）ω０となるようにドライブトレーン１０の負荷トルク目標値ＴＤＴを演算し出力する。スラスト力演算部２２ｂでは常にブレード５ａ（即ち、回転翼５）に作用するスラスト力Ｆthを把握するために演算する。
　ドライブトレーン１０の負荷トルクＴＤとは、発電機９の発電負荷トルクであり、発電機９のインバータを操作することにより負荷トルクＴＤを制御することができる。なお、目標回転数ω０は、発電機９が最も効率よく発電しうる回転数として予め設定されている。負荷トルク制御部２２ａは、ブレード回転数ωが目標回転数ω０よりも高ければ負荷トルク目標値ＴＤＴを所定量（又は、ωとω０との差分＝｜ω－ω０｜に応じた量だけ）増大し、ブレード回転数ωが目標回転数ω０よりも低ければ負荷トルク目標値ＴＤＴを所定量（又は、ωとω０との差分＝｜ω－ω０｜に応じた量だけ）減少することにより、ブレード回転数ωが目標回転数ω０となるように制御する。
　スラスト力演算部２２ｂは、海流発電装置本体２に装備された流速センサ３２で検出された浮体１の周りの流速ＵＣと、回転速度センサ３１で検出されたブレード回転数ωと、ブレード回転角度センサ３３で検出されたブレード回転角度θＢと、海流発電装置本体２に装備された浮体回転角度センサ３４で検出された浮体１の回転角度θＦとに基づいて、予め記憶されたテーブル，マップ或いは演算式（下式（１）参照）を用いて、スラスト力Ｆthを演算する。
　Ｆth＝ｆ（ＵＣ，ω，θＢ，θＦ）・・・（１）
　流速センサ３２は浮体１周り（特に、回転翼５周り）の海流の流速ＵＣを検出する。浮体回転角度センサ３４は、図６に示すように、海流の方向に対する浮体１の方向角度（浮体１の中心線ＣＬ０の方向角度）を検出する。浮体回転角度センサ３４は浮体１に対する海流の方向を検出することで浮体１の方向角度を検出する。なお、これらの流速センサ３２及び浮体回転角度センサ３４は、浮体１に対する海流方向とその海流の流速とを同時に検知する海流センサを適用してもよい。また、図６に示すように、左右のスラスト力Ｆthを区別する場合には、左側のスラスト力をＦthＬ、右側のスラスト力をＦthＲとして区別する。
　回転増加制御部２３は、低下流速演算部２３ａと、回転速度演算部２３ｂと、負荷トルク制御部２３ｃとを有している。回転増加制御部２３は、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っている時に低下する海流の流速ＵＣ´を演算し、この流速ＵＣ´におけるスラスト力Ｆth´が、直近に目標回転制御部２２のスラスト力演算部２２ｂで演算されたスラスト力Ｆthと等しくなるようにするブレード回転数ω´を演算し、回転速度センサ３１で検出されたブレード回転数ωが演算したブレード回転数ω´となるようにドライブトレーン１０の負荷トルクＴＤを制御する。
　つまり、低下流速演算部２３ａは、流速センサ３２により検出された流速ＵＣにシャドウモーメント係数αを乗算することにより、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っている時の海流の流速ＵＣ´を演算する［下式（２）参照］。シャドウモーメント係数αは、構造物３の形状とブレード５ａの形状とによって決まる。ここでは、シャドウモーメント領域内では一様なシャドウモーメント係数αを適用するが、シャドウモーメント領域において、領域の境界部分（進入角度θ０，脱出角度θ１の付近）では海流の流速ＵＣの低下が少なく、領域の中央部分（進入角度θ０と脱出角度θ１との中間付近）では海流の流速ＵＣの低下が大きいので、これを考慮して、ブレード回転角度θＢに応じてシャドウモーメント係数αの値を設定してもよい。
　ＵＣ´＝ＵＣ×α・・・（２）
　回転速度演算部２３ｂでは、上記の式（１）に示すように、スラスト力Ｆthが、海流の流速ＵＣ´と、ブレード回転数ωと、ブレード回転角度θＢと、浮体１の回転角度θＦと、に相関する点に着目し、海流の流速ＵＣ´として低下流速演算部２３ａで演算された海流の流速ＵＣ´を与えた場合のスラスト力Ｆth´が、直近に目標回転制御部２２のスラスト力演算部２２ｂで演算されたスラスト力Ｆthと等しくなるようにするブレード回転数（スラスト力低下抑制回転数或いはスラスト力低下抑制回転速度）ω´を、テーブルデータ等を用いて演算する［下式（３）参照］。
　Ｆth´＝ｆ（ＵＣ´，ω´，θＢ，θＦ）＝Ｆth・・・（３）
　シャドウモーメント領域内での海流の流速ＵＣ´は、シャドウモーメント領域外での海流の流速ＵＣよりも低くスラスト力Ｆthが低下するので、シャドウモーメント領域内でのブレード回転数ω´は、スラスト力Ｆthを回復するためシャドウモーメント領域外で目標回転数ω０に制御されるブレード回転数ωよりも高くする（図４Ａ，図４Ｂ参照）。
　負荷トルク制御部２３ｃでは、海流発電装置本体２に装備された回転速度センサ３１で検出されたブレード回転数ωがスラスト力低下抑制回転数ω´となるようにドライブトレーン１０の負荷トルク目標値ＴＤＴを演算し出力する。例えば、負荷トルク制御部２２ａは、ブレード回転数ωがスラスト力低下抑制回転数ω´よりも高ければ負荷トルク目標値ＴＤＴを所定量（又はωとω０との差分＝｜ω－ω０｜に応じた量だけ）増大し、ブレード回転数ωがスラスト力低下抑制回転数ω´よりも低ければ負荷トルク目標値ＴＤＴを所定量（又はωとω０との差分＝｜ω－ω０｜に応じた量だけ）減少することにより、ブレード回転数ωがスラスト力低下抑制回転数ω´となるように制御する。
　ただし、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っている時の海流の流速ＵＣ´は、シャドウモーメント領域の中央部分の値であり、シャドウモーメント領域に進入する際や脱出する際（ブレード５ａの回転角度θＢが進入角度θ０や脱出角度θ１に近い場合）には、海流の流速は演算値ＵＣ´までは下がらない点、及び、制御切り替え時に負荷トルクＴＤの急変を回避する点、を考慮し、負荷トルク制御部２３ｃでは、制御ゲインＫにより処理して負荷トルク目標値ＴＤＴを求めるようにしている。
　ドライブトレーン制御部２４は、負荷トルク制御部２２ａ，２３ｃの何れかで演算された負荷トルク目標値ＴＤＴに基づいてドライブトレーン１０の負荷トルク（発電負荷トルク）ＴＤを制御する。目標回転制御部２２の負荷トルク制御部２２ａで演算された負荷トルク目標値ＴＤＴに基づいて負荷トルクＴＤを制御すれば、発電機９が最も効率よく発電しうる目標回転数ω０にブレード回転数ωが制御される。回転増加制御部２３の負荷トルク制御部２３ｃで演算された負荷トルク目標値ＴＤＴに基づいて負荷トルクＴＤを制御すれば、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入ってもスラスト力Ｆthが変動しないスラスト力低下抑制回転数ω´にブレード回転数ωが制御される。
　〔作用及び効果〕
　第１実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置は、上述のように構成されているので、制御装置２０により、例えば図７のフローチャートに示すように、浮体１にモーメントが発生するのを抑制するモーメント抑制制御を実施することができる。なお、図７のフローチャートは所定の制御周期で実施される。
　図７に示すように、まず、スラスト力Ｆth，海流の流速ＵＣ，ブレード回転数ω，ブレード５ａの回転角度θＢ，浮体１の回転角度θＦを読み込む（ステップＡ１０）。スラスト力Ｆthについては、直近の制御周期で目標回転制御部２２のスラスト力演算部２２ｂで演算され記憶されたものを読み込む。海流の流速ＵＣ，ブレード回転数ω，ブレード５ａの回転角度θＢ，浮体１の回転角度θＦについては、流速センサ３２，回転速度センサ３１，ブレード回転角度センサ３３，浮体回転角度センサ３４で検出された直近の検出値を読み込む。
　そして、ブレード回転領域判定部２１によりブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っているか否か、即ち、ブレード５ａの回転角度θＢがシャドウモーメント領域の角度範囲θ０～θ１内（θ０≦θＢ≦θ１）であるか否かを判定する（ステップＡ２０）。ここで、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っていないと判定されたらステップＡ３０へ進み、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っていると判定されたらステップＡ５０へ進む。
　ブレード５ａがシャドウモーメント領域外（θＢ＜θ０又はθＢ＞θ１）ならば、目標回転制御部２２がドライブトレーン１０の負荷トルクＴＤを制御し、スラスト力Ｆthを演算する。すなわち、負荷トルク制御部２２ａで、ブレード回転数ωが目標回転数ω０となるようにドライブトレーン１０の負荷トルク目標値ＴＤＴを演算し出力し、ドライブトレーン制御部２４で、演算された負荷トルク目標値ＴＤＴに基づいてドライブトレーン１０の負荷トルクを制御する（ステップＡ３０）。
　そして、スラスト力演算部２２ｂで、前記式（１）により、海流の流速ＵＣと、ブレード回転数ωと、ブレード５ａの回転角度θＢと、浮体１の回転角度θＦとに基づいて、ブレード５ａに作用するスラスト力Ｆthを演算する（ステップＡ４０）。この演算したスラスト力Ｆthは制御装置２０のメモリに記憶され、次回以降の制御周期で適宜利用される。
　一方、ブレード５ａがシャドウモーメント領域内（θ０≦θＢ≦θ１）ならば、回転増加制御部２３がドライブトレーン１０の負荷トルクＴＤを制御する。つまり、低下流速演算部２３ａが、流速ＵＣにシャドウモーメント係数αを乗算することにより、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入っている時の海流の流速ＵＣ´を演算する（上記式（２））（ステップＡ５０）。回転速度演算部２３ｂでは、上記の式（１）に、海流の流速ＵＣとして演算した流速ＵＣ´を与えた場合のスラスト力Ｆth´が、直近に目標回転制御部２２のスラスト力演算部２２ｂで演算されたスラスト力Ｆthと等しくなるようにするブレード回転数ω´を演算する（上記の式（３）参照）（ステップＡ６０）。
　そして、負荷トルク制御部２３ｃが、ブレード回転数ωがスラスト力低下抑制回転数ω´となるようにドライブトレーン１０の負荷トルク目標値ＴＤＴを演算する。ただし、シャドウモーメント領域に進入する際や脱出する際（ブレード５ａの回転角度θＢが進入角度θ０や脱出角度θ１に近い場合）には、海流の流速は演算値ＵＣ´までは下がらない点、及び、制御切り替え時に負荷トルクＴＤの急変を回避する点、を考慮し、制御ゲインＫにより処理して負荷トルク目標値ＴＤＴを求める。
　つまり、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入ると、ブレード回転数ωは目標回転数ω０からスラスト力低下抑制回転数ω´へと上昇させる。このため、負荷トルク目標値ＴＤＴはステップＡ３０で演算し設定した値から低減させることになる。この低減をランプ状に行なうように制御ゲインＫにより処理して負荷トルク目標値ＴＤＴを求めている。なお、ブレード５ａがシャドウモーメント領域から脱出する際には、ブレード回転数ωはスラスト力低下抑制回転数ω´から目標回転数ω０へと減少させるため、負荷トルク目標値ＴＤＴは増大させるが、この増大もランプ状に行なうように制御ゲインＫにより処理して負荷トルク目標値ＴＤＴを求めている。
　これにより、図８Ａに実線で示すように、ブレード５ａがシャドウモーメント領域に入るとブレード５ａの回転数ωが徐々に上昇してスラスト力低下抑制回転数ω´に達して、ブレード５ａがシャドウモーメント領域から脱出する際にはブレード５ａの回転数ωが徐々に下降して目標回転数ω０に戻る。本制御を実施しない場合には、図８Ａに破線で示すように、ブレード５ａがシャドウモーメント領域内にあるかないかに限らず、ブレード５ａの回転数ωは目標回転数ω０に保持される。
　ドライブトレーン制御部２４では、こうして演算された負荷トルク目標値ＴＤＴに基づいてドライブトレーン１０の負荷トルクを制御する（ステップＡ７０）。
　これにより、ブレード５ａがシャドウモーメント領域内（θ０≦θＢ≦θ１）にある場合にブレード５ａ（回転翼５）に作用するスラスト力Ｆth´が、ブレード５ａがシャドウモーメント領域外（θＢ＜θ０又はθＢ＞θ１）にある場合のスラスト力Ｆthと等しくなり、図８Ｂに実線で示すようにスラスト力Ｆthの減少自体を抑制することができる。本制御を実施しない場合には、図８Ｂに破線で示すようにスラスト力Ｆthは減少する。
　このようにして、シャドウモーメント領域での海流の流速低下によるスラスト力Ｆthの減少を相殺するようにブレード５ａの回転速度上昇によるスラスト力Ｆthの増大を行ないスラスト力Ｆthの減少自体を抑制するので、スラスト力Ｆthの減少に起因して浮体１にモーメントＭが発生することを抑制することができ、このモーメントに起因した浮体の方向への周期的な振動の発生を抑制することができる。この振動が発生すると浮体１の構造体１３やブレード５ａや係留索６等に損傷を及ぼすおそれがあるが、これが回避される。
　〔第２実施形態〕
　〔モーメント抑制制御系の構成〕
　本実施形態では、左右の海流発電装置本体２の各々の回転翼５のブレード５ａが構造物３の影のシャドウモーメント領域に同期して進入するようにブレード５ａの回転位相を制御して、左右のスラスト力ＦthＬ，ＦthＲ（図６参照）の低下を同時に発生させることにより、モーメントの発生を抑制するので、モーメント抑制手段としての回転位相制御手段の機能を有する。特に、本実施形態では、図９Ａに示すように、左右の海流発電装置本体２の一方をマスタ機とし他方をスレイブ機として、マスタ機の回転翼５のブレード５ａの回転位相を基準位相としてこの基準位相にスレイブ機の回転翼５のブレード５ａの回転位相が追従して同期するようにスレイブ機のブレード５ａを制御する。
　このため、本実施形態の制御装置１２０は、図９Ｂに示すように、角位相差演算部１２１と、角位相差判定部１２２と、同期保持制御部１２３と、位相差低減制御部１２４と、ドライブトレーン制御部１２５とを機能要素として有している。なお、ここでは、制御装置１２０をマスタ機の側に設け、マスタ機側からマスタ信号（制御量）を出力し、スレイブ機側で位相応答するものとしているが、マスタ機側のブレード５ａの回転位相を主体としスレイブ機側のブレード５ａの回転位相をこれに追従させればよく、制御装置１２０自体はスレイブ機の側に設けてもよい。
　角位相差演算部１２１は、マスタ機及びスレイブ機の海流発電装置本体２にそれぞれ装備されたブレード回転角度センサ３３ａ，３３ｂで検出されたマスタ機のブレード回転角度θｍ及びスレイブ機のブレード回転角度θｓの差（位相差）δθを下式（４）のように演算する。
　δθ＝θｍ－θｓ・・・（４）
　角位相差判定部１２２は、マスタ機のブレード回転角度θｍとスレイブ機のブレード回転角度θｓとの位相差δθからマスタ機のブレード５ａとスレイブ機のブレード５ａとが同期状態であるか否かを判定する。つまり、位相差δθが０又は０に近い微小値である許容値δθ０以内である（δθ≦δθ０）か否かを判定し、位相差δθが許容値δθ０以内ならば同期状態（位相差なし）であると判定し、そうでなければ非同期状態（位相差あり）であると判定する。
　角位相差判定部１２２により、マスタ機のブレード回転角度θｍとスレイブ機のブレード回転角度θｓが同期状態である判定されたら、同期保持制御部１２３によりスレイブ機のブレード５ａをマスタ機のブレード５ａと同期状態に保持する同期保持制御を行なう。位相差判定部１２２により、マスタ機のブレード回転角度θｍとスレイブ機のブレード回転角度θｓが非同期状態である判定されたら、位相差低減制御部１２４によりスレイブ機のブレード回転角度θｓをマスタ機のブレード５ａに近づけて同期させる位相差低減制御を行なう。
　同期保持制御部１２３は、負荷トルク制御部１２３ａを有している。同期保持制御部１２３では、負荷トルク制御部１２３ａによって、マスタ機及びスレイブ機の海流発電装置本体２にそれぞれ装備された回転速度センサ３１ａ，３１ｂで検出されたマスタ機のブレード回転数ωｍ及びスレイブ機のブレード回転数ωｓに基づいて、スレイブ機のブレード回転数ωｓがマスタ機のブレード回転数ωと等しくなるようにスレイブ機のドライブトレーン１１０の負荷トルク目標値ＴＤＴ１を演算し出力する。
　この場合、位相差δθが許容値δθ０以内ではあるが微小量だけ生じたら、位相差δθを０に近づける（スレイブ機のブレード回転数ωｓがマスタ機のブレード回転数ωｍと等しくなる）ように、負荷トルク目標値ＴＤＴ１を増減するが、負荷トルク目標値ＴＤＴ１が緩やかにランプ状に変更されるように、負荷トルク制御部１２３ａでは、制御ゲインＫ１により処理して負荷トルク目標値ＴＤＴ１を求めるようにしている。
　位相差低減制御部１２４は、スレイブ回転数演算部１２４ａと、負荷トルク制御部１２４ｂとを有している。
　スレイブ回転数演算部１２４ａは、位相差δθを０にするためのスレイブ機のブレード回転数の目標値ωｓ´を演算する。この場合も、スレイブ機のブレード回転数ωが緩やかにランプ状に変更されるように、スレイブ回転数演算部１２４ａでは、制御ゲインＫ２により処理してブレード回転数の目標値ωｓ´を求めるようにしている。
　負荷トルク制御部１２４ｂでは、回転速度センサ３１ａで検出されたマスタ機のブレード回転数ωｍ及びスレイブ回転数演算部１２４ａで演算されたスレイブ機のブレード回転数の目標値ωｓ´に基づいて、スレイブ機のブレード回転数ωｓがスレイブ機のブレード回転数の目標値ωｓ´と等しくなるようにスレイブ機のドライブトレーン１１０の負荷トルク目標値ＴＤＴ２を演算し出力する。この場合も、負荷トルク目標値ＴＤＴ２が緩やかにランプ状に変更されるように、負荷トルク制御部１２３ａでは、制御ゲインＫ１により処理して負荷トルク目標値ＴＤＴ２を求めるようにしている。
　ドライブトレーン制御部１２５は、同期保持制御部１２３の負荷トルク制御部１２３ａで演算された負荷トルク目標値ＴＤＴ１又は位相差低減制御部１２４の負荷トルク制御部１２４ｂの何れかで演算された負荷トルク目標値ＴＤＴ２に基づいてドライブトレーン１１０の負荷トルク（発電負荷トルク）ＴＤを制御する。
　本実施形態では、ドライブトレーン１１０が、回転翼５の回転軸（主軸）５Ａと、主軸５Ａの回転速度を増速する増速機１０８と、増速機１０８により増速された回転力を受けて作動する発電機９とを備えているが、増速機１０８に油圧式動力伝達機構が適用されており、油圧式動力伝達機構の要素を操作することにより、増速機１０８による変速比を変更できるようになっている。
　図１０は増速機としても機能する油圧式動力伝達機構１０８を示す油圧回路図であり、油圧回路１１１は、油路１１２内に回転翼５の回転軸５Ａにより駆動される油圧ポンプ１１３と、油圧ポンプ１１３から吐出された作動油を受けて回転する油圧モータ１１４と、油路１１２における油圧ポンプ１１３から油圧モータ１１４に向かう部分に介装された開閉弁１１５と、油路１１２の油圧ポンプ１１３から油圧モータ１１４に向かう部分に装備された圧力センサ１１６とをそなえている。
　油圧モータ１１４は、斜板角を調整することにより入力油圧が変わらなくても回転速度を変更可能な斜板式油圧モータが適用され、回転速度センサ３６により検出された油圧モータ１１４の回転軸５Ｂの回転速度（回転数）をフィードバックして斜板角調整部４２により斜板角を調整することにより油圧モータ１１４を所望の回転速度状態に調整することができる。この油圧モータ１１４の回転軸５Ｂは発電機９に接続されている。
　また、油圧モータ１１４の斜板角を調整することにより、油圧モータ１１４の負荷トルクを調整することができ、油圧モータ１１４の負荷トルクは圧力センサ１１６で検出される作動油の圧力によって把握することができる。つまり、油圧モータ１１４の斜板角の調整によって、ドライブトレーン１１０の負荷トルクを調整することができ、負荷トルク目標値ＴＤＴ１，ＴＤＴ２に応じて油圧モータ１４の斜板角が調整され、ドライブトレーン１１０の負荷トルク（発電負荷トルク）ＴＤが制御される。
　なお、図１０に示す構成では、回転翼５の回転軸５Ａに、調速機３５とメカブレーキ４１とが装備され、調速機３５によって回転翼５の回転速度が安定化され、メカブレーキ４１によって回転翼５の回転を規制できるようになっている。
　〔作用及び効果〕
　第２実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置は、上述のように構成されているので、制御装置１２０により、例えば図１１のフローチャートに示すように、浮体１にモーメントが発生するのを抑制するモーメント抑制制御を実施することができる。なお、図１１のフローチャートは所定の制御周期で実施される。
　図１１に示すように、まず、ブレード回転角度センサ３３ａ，３３ｂで検出されたマスタ機のブレード回転角度θｍ及びスレイブ機のブレード回転角度θｓを読み込む（ステップＢ１０）。そして、角位相差演算部１２１により、マスタ機のブレード回転角度θｍ及びスレイブ機のブレード回転角度θｓの差（位相差）δθを演算する［前記の式（４）参照］（ステップＢ２０）。
　次に、角位相差判定部１２２により、ステップＢ２０の演算された位相差δθを予め設定された許容値δθ０と比較してマスタ機のブレード５ａとスレイブ機のブレード５ａとが同期状態である（｜δθ｜≦δθ０）か否（非同期状態である）かを判定する（ステップＢ３０）。ステップＢ３０で、同期状態であると判定されたら同期保持制御部１２３により同期保持制御を行ない（ステップＢ４０）、非同期状態である判定されたら位相差低減制御部１２４により位相差低減制御を行なう（ステップＢ５０，Ｂ６０）。
　ステップＢ４０の同期保持制御では、スレイブ機のブレード回転数ωｓがマスタ機のブレード回転数ωｍと等しくなるようにスレイブ機のドライブトレーン１１０の負荷トルク目標値ＴＤＴ１を演算し出力する。この場合、制御ゲインＫ１により処理して負荷トルク目標値ＴＤＴ１を求めて、負荷トルク目標値ＴＤＴ2が緩やかにランプ状に変更されるようにする。そして、ドライブトレーン制御部１２５が、この負荷トルク目標値ＴＤＴ2に基づいてドライブトレーン１１０の負荷トルク（発電負荷トルク）ＴＤを制御する。
　ステップＢ５０，Ｂ６０の位相差低減制御では、まず、スレイブ回転数演算部１２４ａにより、位相差δθを０にするためのスレイブ機のブレード回転数の目標値ωｓ´を演算する。この場合も、スレイブ機のブレード回転数ωｓが緩やかにランプ状に変更されるように、スレイブ回転数演算部１２４ａでは、制御ゲインＫ２により処理してブレード回転数の目標値ωｓ´を求める（ステップＢ５０）。
　次に、負荷トルク制御部１２４ｂにより、検出されたマスタ機のブレード回転数ωｍ及び演算されたスレイブ機のブレード回転数の目標値ωｓ´に基づいて、スレイブ機のブレード回転数ωｓがスレイブ機のブレード回転数の目標値ωｓ´と等しくなるようにスレイブ機のドライブトレーン１１０の負荷トルク目標値ＴＤＴ２を演算し出力する。この場合も、負荷トルク目標値ＴＤＴ２が緩やかにランプ状に変更されるように、負荷トルク制御部１２３ａでは、制御ゲインＫ１により処理して負荷トルク目標値ＴＤＴ２を求める。そして、ドライブトレーン制御部１２５が、この負荷トルク目標値ＴＤＴ２に基づいてドライブトレーン１１０の負荷トルク（発電負荷トルク）ＴＤを制御する（ステップＢ６０）。
　図１２は、位相差低減制御及び同期保持制御を説明するためのブレード回転角度（ブレード角度）θＢの変遷を示すタイムチャートであり、実線はマスタ機のブレード回転角度θＢを示し、破線はスレイブ機のブレード回転角度θＢを示す。図１１に示すように、角位相差判定部１２２により非同期状態である判定されたら、位相差低減制御によってスレイブ機のブレード回転角度θＢがマスタ機のブレード回転角度θＢに次第に接近して位相差が解消され、その後は、同期保持制御を位相差のない状態（同期状態）が保持される。
　このようにして、スレイブ機のブレード回転角度θＢがマスタ機のブレード回転角度θＢに同期するように制御されるので、ブレード５ａが構造物の影のシャドウモーメント領域に進入し。海流の流速低下からスラスト力の減少が生じても、左右の海流発電装置本体２でスラスト力ＦthＬ，ＦthＲの低下が同時に発生するため、スラスト力の減少が生じてもモーメントの発生を抑制でき、浮体１の方向への周期的な振動の発生を抑制することができる。この振動が発生すると浮体１の構造体１３やブレード５ａや係留索６等に損傷を及ぼすおそれがあるが、これが回避される。
　〔第３実施形態〕
　〔モーメント抑制制御系の構成〕
　本実施形態では、第２実施形態と同様に、左右の海流発電装置本体２の各々の回転翼５のブレード５ａが構造物３の影のシャドウモーメント領域に同期して進入するようにブレード５ａの回転位相を制御して、左右のスラスト力の低下を同時に発生させることにより、モーメントの発生を抑制するので、モーメント抑制手段としての回転位相制御手段の機能を有する。本実施形態では、図１３に示すように、海流発電装置本体２を何れもスレイブ機として、マスタ信号（制御量）は別途設けたマスタ機２００から出力され、左右の海流発電装置本体２のブレード５ａを制御する。スレイブ機（左右の海流発電装置本体２）ではブレード５ａの回転角度の位相調整でこれ応答するようになっている。
　マスタ機２００には、左右の海流発電装置本体２をそれぞれ制御するために、第２実施形態のもの［図９Ｂ参照］と同様の制御装置１２０が装備されている。制御装置１２０は、角位相差演算部１２１と、角位相差判定部１２２と、同期保持制御部１２３と、位相差低減制御部１２４と、ドライブトレーン制御部１２５とを、各海流発電装置本体２毎に、機能要素として有している。なお、制御装置１２０自体は、マスタ機２００に限らずスレイブ機の流発電装置本体２に設けてもよい。
　マスタ機２００には、スレイブ機の各流発電装置本体２のブレード５ａ（回転翼５）の回転位相や回転速度（回転数）を操作する基準となる基準位相が記憶されている。この基準位相は、ブレード５ａの回転角度（位相）の目標値を時間軸に応じて規定したもので、特に、基準位相は、発電機９のロータの目標回転速度に基づいて設定されている。発電機９のロータの目標回転速度は、効率よく発電量が得られる理想的な発電状態から求められる。
　〔作用及び効果〕
　第３実施形態にかかる海中浮遊式海流発電装置は、上述のように構成されているので、スレイブ機である各流発電装置本体２のブレード５ａの回転が、第２実施形態のスレイブ機と同様に制御されて、第２実施形態のものと同様の作用及び効果を得ることができる。なお、各流発電装置本体２のブレード５ａの制御は、図１１のフローチャートに示すように実施することができる。
　本実施形態の場合、スラスト力の減少が生じてもモーメントの発生を抑制でき、浮体１の方向への周期的な振動の発生を抑制することができ、振動発生による浮体１の構造体１３やブレード５ａや係留索６等に損傷を及ぼすおそれ回避されるうえに、各流発電装置本体２のブレード５ａの回転を制御するための基準位相が、発電機９のロータの目標回転速度に基づいて設定されるので、発電機９を理想的な発電状態として効率よく発電量が得られるようにすることができる効果もある。
　〔その他〕
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施形態を適宜変更したり、組み合わせたりして実施することができる。
　例えば、第２実施形態ではマスタ機の回転翼５のブレード５ａの回転位相を基準位相としているが、この基準位相についても第３実施形態と同様に、発電機９のロータの目標回転速度（効率よく発電量が得られる理想的な発電状態から求められる）に基づいて設定してもよい。
　また、第１実施形態においては、ドライブトレーンの負荷トルクＴＤを制御してブレード５ａの回転速度を制御してスラスト力の減少抑制をしているが、メンテナンス性等を考慮する必要がなければ、ブレード５ａを可変ピッチ型に構成し、ピッチの変更でブレード５ａの回転速度を制御してスラスト力の減少抑制をしてもよい。
　さらに、第１実施形態においては、油圧式動力伝達機構１０８の油圧モータ１１４の斜版制御によりドライブトレーンの負荷トルクＴＤを制御しているが、油圧モータには、斜版制御以外の負荷調整可能なものを適用してもよく、また、油圧式動力伝達機構によらず、第１実施形態と同様に、発電機の発電負荷トルクを通じてドライブトレーンの負荷トルクＴＤを制御してもよい。
　１　浮体（海中浮遊式海流発電装置）
　２　海流発電装置本体
　３　構造物
　４　ナセル（ポッド）
　５　回転翼
　５Ａ　主軸（回転翼５の回転軸）
　５ａ　ブレード
　６　係留索
　６Ａ　アンカーウェイト
　７　海中
　７ａ　海底
　８　増速機
　９　発電機
　１０，１１０　ドライブトレーン
　２０　制御装置（モーメント抑制手段としてのスラスト力減少抑制手段）
　２１　ブレード回転領域判定部
　２２　目標回転制御部
　２２ａ　負荷トルク制御部
　２２ｂ　スラスト力演算部
　２３　回転増加制御部
　２３ａ　低下流速演算部
　２３ｂ　回転速度演算部
　２３ｃ　負荷トルク制御部
　２４　ドライブトレーン制御部
　３１，３１ａ，３１ｂ　回転速度センサ
　３２　流速センサ
　３３，３３ａ，３３ｂ　ブレード回転角度センサ
　３４　浮体回転角度センサ
　１０８　増速機としての油圧式動力伝達機構
　１１１　油圧回路
　１１２　油路
　１１３　油圧ポンプ
　１１４　油圧モータ
　１１５　開閉弁
　１１６　圧力センサ
　１２０　制御装置（モーメント抑制手段としての回転位相制御手段）
　１２１　角位相差演算部
　１２２　角位相差判定部
　１２３　同期保持制御部
　１２３ａ　負荷トルク制御部
　１２４　位相差低減制御部
　１２４ａ　スレイブ回転数演算部
　１２４ｂ　負荷トルク制御部
　１２５　ドライブトレーン制御部
　Ｆth　スラスト力
　Ｆwf　海流の作用力
　Ｆｂ　浮体１の浮力
　Ｆｔ　係留索６の張力
　Ｍ　モーメント
　ＴＤ　負荷トルク
　ＴＤＴ，ＴＤＴ1、ＴＤＴ２　負荷トルク目標値
　ＵＣ　海流の流速
　ω　ブレード５ａの回転数（回転速度）
　ω０　目標回転数（目標回転速度）
　ω´　スラスト力低減抑制回転数（スラスト力低減抑制回転速度）
　θＢ　ブレード５ａの回転角度（位相角度）
　θ０～θ１　シャドウモーメント領域に対応する回転角度領域
　θＦ　浮体１の回転角度
 

Claims (18)

  1. 　ナセル内に収納された発電機のロータを前記ナセルの外部に突出した回転翼により駆動する海流発電装置本体が構造物の左右に結合されて、海中を浮遊可能な双胴型の浮体として構成され、前記構造物の左右中間部を係留索によって海底に係止されて使用される海中浮遊式海流発電装置であって、
    　前記海流発電装置本体には、前記回転翼を前記ナセルよりも海流方向の下流側に配置したダウンウィンド方式が用いられ、
    　前記回転翼のブレードが海流方向の上流側の前記構造物の影の領域に進入した際の海流の流速低下に伴うスラスト力の減少によって前記浮体に発生するモーメントを抑制するモーメント抑制手段を備えている
    ことを特徴とする海中浮遊式海流発電装置。
  2. 　前記モーメント抑制手段は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際の海流の前記スラスト力の減少を抑制するスラスト力減少抑制手段である
    ことを特徴とする請求項１記載の海中浮遊式海流発電装置。
  3. 　前記スラスト力減少抑制手段は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際の海流の流速低下に伴って前記回転翼の回転速度を上昇させてスラスト力の減少を抑制する
    ことを特徴とする請求項２記載の海中浮遊式海流発電装置。
  4. 　前記モーメント抑制手段は、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードが前記構造物の影の領域に同期して進入するように前記ブレードの回転位相を制御する回転位相制御手段である
    ことを特徴とする請求項１記載の海中浮遊式海流発電装置。
  5. 　前記回転位相制御手段は、左右の前記海流発電装置本体の一方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を基準位相とし前記基準位相に他方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相が追従して同期するように前記ブレードの回転位相を制御する
    ことを特徴とする請求項４記載の海中浮遊式海流発電装置。
  6. 　前記回転位相制御手段は、予め設定された基準位相に基づいて、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を制御する
    ことを特徴とする請求項４記載の海中浮遊式海流発電装置。
  7. 　前記基準位相は、前記発電機のロータの目標回転速度に基づいて設定されている
    ことを特徴とする請求項５又は６記載の海中浮遊式海流発電装置。
  8. 　前記スラスト力減少抑制手段は、
    　前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っているか否かを判定するブレード回転領域判定部と、
    　前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っていない場合に、前記ブレードの回転速度を目標回転速度に制御する目標回転制御部と、
    　前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っている場合に、海流の流速低下によるスラスト力の減少を抑制するように回転増加させたブレードのスラスト力減少抑制回転速度を設定し、前記ブレードの回転速度を前記スラスト力減少抑制回転速度に制御する回転増加制御部と、を有している
    ことを特徴とする請求項３記載の海中浮遊式海流発電装置。
  9. 　前記回転位相制御手段は、
    　前記基準位相と制御対象の前記ブレードの回転位相との位相差を演算する角位相差演算部と、
    　演算された前記位相差から制御対象の前記ブレードの回転位相が前記基準位相と同期した同期状態であるか否かを判定する角位相差判定部と、
    　前記同期状態であると判定されたら前記同期状態を保持する同期保持制御部と、
    　前記同期状態でないと判定されたら前記位相差を低減して前記同期状態になるように制御する位相差低減制御部と、を有している
    ことを特徴とする請求項７記載の海中浮遊式海流発電装置。
  10. 　ナセル内に収納された発電機のロータを前記ナセルの外部に突出した回転翼により駆動する海流発電装置本体が構造物の左右に結合されて、海中を浮遊可能な双胴型の浮体として構成され、前記構造物の左右中間部を係留索によって海底に係止されて使用され、前記海流発電装置本体には、前記回転翼を前記ナセルよりも海流方向の下流側に配置したダウンウィンド方式が用いられた海中浮遊式海流発電装置の制御方法であって、
    　前記回転翼のブレードが海流方向の上流側の前記構造物の影の領域に進入した際に、前記影の領域の海流の流速低下に伴うスラスト力の減少によって前記浮体に発生するモーメントを抑制するモーメント抑制処理を実施する
    ことを特徴とする海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  11. 　前記モーメント抑制処理は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際に、前記影の領域の海流の前記スラスト力の減少を抑制することにより実施する
    ことを特徴とする請求項１０記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  12. 　前記スラスト力の減少抑制は、前記ブレードが前記構造物の影の領域に進入した際に、前記影の領域の海流の流速低下に伴って前記回転翼の回転速度を上昇させることにより実施する
    ことを特徴とする請求項１１記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  13. 　前記モーメント抑制処理は、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードが前記構造物の影の領域に同期して進入するように前記ブレードの回転位相を制御することにより実施する
    ことを特徴とする請求項１０記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  14. 　前記回転位相の制御は、左右の前記海流発電装置本体の一方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を基準位相とし前記基準位相に他方の前記回転翼の前記ブレードの回転位相が追従して同期するようにして実施する
    ことを特徴とする請求項１３記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  15. 　前記回転位相の制御は、予め設定された基準位相に基づいて、左右の前記海流発電装置本体の各々の前記回転翼の前記ブレードの回転位相を制御することにより実施する
    ことを特徴とする請求項１３記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  16. 　前記基準位相は、前記発電機のロータの目標回転速度に基づいて設定されている
    ことを特徴とする請求項１４又は１５記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  17. 　前記スラスト力の減少抑制は、
    　前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っているか否かを判定し、
    　前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っていないと判定されたら、前記ブレードの回転速度を目標回転速度に制御する目標回転制御部と、
    　前記ブレードが前記構造物の影の領域に入っている場合に、海流の流速低下によるスラスト力の減少を抑制するように回転増加させたブレードのスラスト力減少抑制回転速度を設定し、前記ブレードの回転速度を前記スラスト力減少抑制回転速度に制御する
    ことを特徴とする請求項１２記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
  18. 　前記回転位相の制御は、
    　前記基準位相と制御対象の前記ブレードの回転位相との位相差を演算し、
    　演算された前記位相差から制御対象の前記ブレードの回転位相が前記基準位相と同期した同期状態であるか否かを判定し、
    　前記同期状態であると判定されたら前記同期状態を保持し、
    　前記同期状態でないと判定されたら前記位相差を低減して前記同期状態になるように制御する
    ことを特徴とする請求項１６記載の海中浮遊式海流発電装置の制御方法。
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