JP2014156826A - Gyro system, gyro type power generator, power generation method, and power network - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波浪などの揺動エネルギーを利用して電力を得ることができるジャイロ式発電装置に主に用いられる、ジンバル軸の回転から動力を得ることが可能なジャイロシステム、ジャイロ式発電装置、発電方法、電力網に関するものである。 The present invention is mainly used in a gyro power generator capable of obtaining electric power by using rocking energy such as waves, a gyro system capable of obtaining power from rotation of a gimbal shaft, a gyro power generator, The present invention relates to a power generation method and a power network.
波力発電の一方式として、海上の浮体の揺れをジャイロシステムで受け止め、そのエネルギーを利用して発電するジャイロ式発電装置がある(特許文献1、特許文献2および特許文献3)。
このジャイロ式発電装置は、ジャイロシステムと、発電機と、制御部とを備え、ジャイロシステムに、密閉されたジンバルと、その中にジンバル軸とスピン軸が直交方向をなすように配置され且つスピン軸を中心としてスピン可能に収めたフライホイールと、フライホイールを高速で回転するスピンモータと、を備えて、波浪の運動による浮体の揺れによりジンバルを回転し、ジンバル軸に増速機を介して接続された発電機により発電する構成である。また、装置には、浮体の傾きや角速度を検出する揺れセンサと、ジンバルの回転角や角速度を検出するジンバル軸方向センサ(エンコーダ)が設けられ、これらセンサの検出値を用いて浮体の揺れとジンバルの回転を同期させることにより、発電効率を高めている。
As one type of wave power generation, there are gyro-type power generation devices that receive the shaking of floating bodies on the sea with a gyro system and generate power using the energy (
This gyro-type power generation device includes a gyro system, a generator, and a control unit. The gyro system includes a sealed gimbal, a gimbal axis and a spin axis that are arranged in an orthogonal direction, and a spin gyro system. It has a flywheel that can be spun around the axis and a spin motor that rotates the flywheel at high speed, and the gimbal is rotated by the shaking of the floating body due to the wave motion, and the gimbal axis is connected via the gearbox It is the structure which generates electric power with the connected generator. The device is also provided with a shake sensor that detects the tilt and angular velocity of the floating body and a gimbal axial sensor (encoder) that detects the rotation angle and angular velocity of the gimbal. Power generation efficiency is improved by synchronizing the rotation of the gimbal.
しかしながら、特許文献記載のジャイロ式発電装置は次のような課題がある。
1.ジャイロシステムの固有周期をより少ないバラスト量で、より広い範囲へ変化させることができない。
2.ジャイロシステムを海上において長期間運用すると、ジャイロシステムへ海生生物が付着してしまう。そのような場合に適切にジャイロシステムを運用することができない。
3.揺動からより大きな電力を得るための、ジンバル回転を制御する技術がない。
4.ジャイロシステムを海上において長期間運用すると、台風、嵐などの安定稼動に望ましくない自然現象が発生することがある。そのような場合にジャイロシステムを安全に運用することができない。
However, the gyro power generator described in the patent document has the following problems.
1. The natural period of the gyro system cannot be changed to a wider range with a smaller amount of ballast.
2. When the gyro system is operated at sea for a long time, marine organisms adhere to the gyro system. In such a case, the gyro system cannot be properly operated.
3. There is no technology to control the gimbal rotation to get more power from rocking.
4). When the gyro system is operated at sea for a long period of time, undesired natural phenomena such as typhoons and storms may occur. In such a case, the gyro system cannot be operated safely.
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
本発明に係るジャイロシステムは、ジンバルと、ジンバルに支持されたフライホイールと、ジンバルを支持する浮体と、揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、ジンバルを揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、制御手段と、ジンバル軸の回転による動力が伝達される発電装置と、を備える。
本発明によれば、ジャイロシステムに作用する揺動からジンバル軸の回転動力を得ることができ、回転動力を発電装置へ伝達することにより発電することができる。
A gyro system according to the present invention controls a gimbal, a flywheel supported by the gimbal, a floating body that supports the gimbal, a swing acquisition unit that can acquire a swing amount, and the gimbal based on the swing amount. Gimbal control means, control means, and a power generation device to which power by rotation of the gimbal shaft is transmitted.
According to the present invention, the rotational power of the gimbal shaft can be obtained from the swing acting on the gyro system, and power can be generated by transmitting the rotational power to the power generator.
第1ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、第1室及び第2室へ貯えられる液体量を、第1液量制御手段および第2液量制御手段を用いて独立して制御することにより、ジャイロシステムの慣性モーメントおよび復元力係数を独立して制御することができる。固有周期に対して慣性モーメントと復元力係数は逆に寄与するため、同量の液体量を用いてより広い範囲の固有周期を実現することができる。つまり、より広い範囲の波の揺動周期に対してジャイロシステムを同期させることができる。 According to the gyro system of the present invention having the first unit, the amount of liquid stored in the first chamber and the second chamber is independently controlled using the first liquid amount control means and the second liquid amount control means. Thus, the moment of inertia and the restoring force coefficient of the gyro system can be controlled independently. Since the moment of inertia and the restoring force coefficient contribute to the natural period in reverse, a wider range of natural periods can be realized using the same amount of liquid. In other words, the gyro system can be synchronized with a wider range of wave oscillation periods.
第1ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、第1移動阻害手段および第2移動阻害手段の両方または何れか一方を有することにより、波浪の揺動に対して浮体に貯えられた液体が可動質量として振る舞うことを抑制することができる。これにより、ジンバル軸まわりのジャイロシステムの揺動を抑え、ジンバル軸と直交する方向まわりのジャイロシステムの減揺を低減させることができ、その結果、ジンバルからより大きな動力を得ることができる。 According to the gyro system of the present invention having the first unit, the liquid stored in the floating body with respect to the oscillation of the waves can be obtained by having both or either one of the first movement inhibition means and the second movement inhibition means. It can suppress acting as a movable mass. Thereby, the swing of the gyro system around the gimbal axis can be suppressed, and the vibration of the gyro system around the direction orthogonal to the gimbal axis can be reduced. As a result, a larger power can be obtained from the gimbal.
第1ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、第3移動阻害手段および第4移動阻害手段の両方または何れか一方を有することにより、波浪の揺動に対して浮体に貯えられた液体が可動質量として振る舞うことを抑制することができる。これにより、ジンバル軸まわりのジャイロシステムの揺動を抑え、ジンバル軸と直交する方向まわりのジャイロシステムの減揺を低減させることができ、その結果、ジンバルからより大きな動力を得ることができる。 According to the gyro system of the present invention having the first unit, the liquid stored in the floating body with respect to the oscillation of the waves can be obtained by having either or either one of the third movement inhibiting means and the fourth movement inhibiting means. It can suppress acting as a movable mass. Thereby, the swing of the gyro system around the gimbal axis can be suppressed, and the vibration of the gyro system around the direction orthogonal to the gimbal axis can be reduced. As a result, a larger power can be obtained from the gimbal.
ジャイロシステムを長期間海上で運用したときなどに海生生物が付着する。第2ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムが発電を行うには不適な状態になった場合に、ジンバルの回転速度を減速または停止する。ジャイロシステムが適切に揺動しない状態においてジンバルの回転を行うと、電力消費が発生するため、ジンバルの回転速度はできるだけ遅くすることが望ましい。 Marine organisms adhere when the gyro system is operated at sea for a long time. According to the gyro system of the present invention having the second unit, when the gyro system is in an unsuitable state for generating power, the rotational speed of the gimbal is reduced or stopped. If the gimbal is rotated in a state where the gyro system does not swing properly, power consumption occurs. Therefore, it is desirable to make the rotational speed of the gimbal as slow as possible.
ジャイロシステムを長期間海上で運用したときなどに海生生物が付着する。第3ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムに付着物が付着した状態においても、ジャイロシステムの固有周期を目標固有周期に近づけることができる。目標固有周期を波浪の周期とすることにより、ジンバルからより大きな動力を得ることができる。一方、メンテナンス時には、目標固有周期を波浪の周期から遠ざけることによりジャイロシステムの揺れを抑えることができる。 Marine organisms adhere when the gyro system is operated at sea for a long time. According to the gyro system of the present invention having the third unit, the natural period of the gyro system can be brought close to the target natural period even in the state where the deposit is attached to the gyro system. By setting the target natural period as the wave period, a larger power can be obtained from the gimbal. On the other hand, at the time of maintenance, the fluctuation of the gyro system can be suppressed by keeping the target natural period away from the wave period.
ジャイロシステムを長期間海上で運用したときなどに海生生物が付着する。第4ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムに付着物が付着した状態においても、ジャイロシステムの揺れに対する適切な位相角でジンバルを回転させることができる。これにより、ジンバルからより大きな動力を得ることができる。 Marine organisms adhere when the gyro system is operated at sea for a long time. According to the gyro system of the present invention having the fourth unit, the gimbal can be rotated at an appropriate phase angle with respect to the shaking of the gyro system even when the deposit is attached to the gyro system. Thereby, greater power can be obtained from the gimbal.
第5ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジンバルの1周期回転期間においてフライホイール回転面の水平からの角度が小さい領域の滞在期間の割合を長くすることができる。フライホイール回転面の水平からの角度が小さい状態を長く維持することにより、ジンバルからより大きな動力を得ることができる。 According to the gyro system of the present invention having the fifth unit, the ratio of the stay period in the region where the angle from the horizontal plane of the flywheel rotation surface is small can be increased in the one-cycle rotation period of the gimbal. By maintaining the state where the angle from the horizontal of the flywheel rotation surface is small, it is possible to obtain more power from the gimbal.
第6ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムを水面下へ潜水させることにより、荒天の影響を避けることができる。また、フライホイールおよびジンバル回転の影響によるジャイロシステムの水中での姿勢乱れを抑えることができる。その結果、ジャイロシステムを海上に再度浮上させた場合も、問題なく運用を再開させることができる。 According to the gyro system of the present invention having the sixth unit, the influence of stormy weather can be avoided by diving the gyro system below the surface of the water. Moreover, the posture disorder in the water of the gyro system by the influence of a flywheel and gimbal rotation can be suppressed. As a result, even when the gyro system is resurfaced on the sea, the operation can be resumed without any problem.
第7ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、フライホイールおよびジンバルの回転速度を増速させる前に浮上を開始する。つまり、ジャイロシステムの水中での姿勢乱れを抑えることができ、水面下へ潜水したジャイロシステムを適切に浮上させることができ、問題なく運用を再開させることができる。 According to the gyro system of the present invention having the seventh unit, ascent is started before the rotational speeds of the flywheel and the gimbal are increased. That is, the posture disorder of the gyro system in water can be suppressed, the gyro system submerged below the surface of the water can be appropriately levitated, and the operation can be resumed without any problem.
第8ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムを水面下へ潜水させることにより、荒天の影響を避けることができる。また、フライホイールおよびジンバル回転の影響によるジャイロシステムの水中での姿勢乱れを抑えることができる。その結果、ジャイロシステムを海上に再度浮上させた場合も、問題なく運用を再開させることができる。 According to the gyro system of the present invention having the eighth unit, the influence of stormy weather can be avoided by diving the gyro system below the surface of the water. Moreover, the posture disorder in the water of the gyro system by the influence of a flywheel and gimbal rotation can be suppressed. As a result, even when the gyro system is resurfaced on the sea, the operation can be resumed without any problem.
第9ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムを水面下へ潜水させることにより、荒天の影響を避けることができる。また、フライホイールおよびジンバル回転の影響によるジャイロシステムの水中での姿勢乱れを抑えることができる。その結果、ジャイロシステムを海上に再度浮上させた場合も、問題なく運用を再開させることができる。 According to the gyro system of the present invention having the ninth unit, the influence of stormy weather can be avoided by diving the gyro system below the surface of the water. Moreover, the posture disorder in the water of the gyro system by the influence of a flywheel and gimbal rotation can be suppressed. As a result, even when the gyro system is resurfaced on the sea, the operation can be resumed without any problem.
第10ユニットを有する本発明のジャイロシステムによれば、ジャイロシステムはより大きな揺動へ向けてジンバル軸の方向を変化させることにより、ジンバルからより大きな動力を得ることができる。 According to the gyro system of the present invention having the tenth unit, the gyro system can obtain more power from the gimbal by changing the direction of the gimbal shaft toward a larger swing.
また、本発明のジャイロシステムは、第1ジンバル及び第1フライホイールから構成される第1ジャイロユニットと、第2ジンバル及び第2フライホイールから構成される第2ジャイロユニットと、を備え、第1ジャイロユニットの重心から第2ジャイロユニットの重心までの距離が第1距離の場合に、固有周期が第1固有周期であり、第1ジャイロユニットの重心から第2ジャイロユニットの重心までの距離が第2距離の場合に、固有周期が第2固有周期であり、第1距離は、第2距離と異なり、第1固有周期は、第2固有周期と異なる。
本発明によれば、バラスト水などを利用せずにジャイロシステムにとって必要な機構を制御することにより固有周期を変化させることができる。
The gyro system according to the present invention includes a first gyro unit composed of a first gimbal and a first flywheel, and a second gyro unit composed of a second gimbal and a second flywheel. When the distance from the center of gravity of the gyro unit to the center of gravity of the second gyro unit is the first distance, the natural period is the first natural period, and the distance from the center of gravity of the first gyro unit to the center of gravity of the second gyro unit is the first. In the case of two distances, the natural period is the second natural period, the first distance is different from the second distance, and the first natural period is different from the second natural period.
According to the present invention, the natural period can be changed by controlling a mechanism necessary for the gyro system without using ballast water or the like.
より高性能なジャイロシステムを実現することができる。 A higher performance gyro system can be realized.
以下、本発明のジャイロシステム1およびその制御方法の実施形態について図3を参照して詳細に説明する。まず、各実施形態が適用されるジャイロシステム1の基本的構成について説明しておく。ジャイロシステム1はジャイロユニット3、浮体2および制御部13を備える。制御部13はMPUやDSP等のプロセッサで実現され、これら各構成要素は該プロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。また、制御部13は、各種制御処理において必要となる各種テーブルや各種パラメータ等を格納する記憶装置(不図示)も備えている。
本実施例では、ジャイロシステム1に発電機10を内蔵することによりジャイロ式発電装置を構成している。なお、発電機10は必ずしもジャイロシステム1に内蔵する必要はない。ジャイロシステム1は、ジャイロユニット3により生成された回転運動を外部の発電機10に力学的に伝達する機構(例えば、自在継手、磁気継手等)を備えるように構成することができる。この場合、ジャイロシステム1およびジャイロシステム1の外部に設けられた発電機10がジャイロ式発電装置となる。
Hereinafter, an embodiment of the
In this embodiment, a gyro power generator is configured by incorporating a
<ジャイロシステム1の基本構成>
図2では制御部13に関わる構成要素と電気的接続関係のみを示すこととして、ジャイロユニット3の構成を簡略化してジンバル6、フライホイール7およびスピンモータ8のみを示している。
<Basic configuration of
In FIG. 2, only the
ジャイロシステム1を海上に浮かべ、フライホイール7をスピンモータ8によって高速で回転させた状態としておく。この時、制御部13は、スピンモータ8を駆動制御するインバータ(図示せず)に対して周波数(回転数)指令を出力し、インバータによる速度制御が行われる。なお、インバータ出力はスリップリング12を介してスピンモータ8に供給され、スピンモータ8の駆動に用いる電力は電力系統または蓄電器(不図示)から供給される。
The
波浪の運動によりジャイロシステム1が揺動する(傾く)と、この動きがフライホイール7で受け止められ、ジンバル6が回転し、その回転により増速機9を介して発電機10を駆動し、発電が行われる。発電された電力は電力系統または蓄電器に送られる。この発電の際に、制御部13は、ジャイロシステム1の傾き(ジャイロシステム角度)およびジャイロシステム1の角速度の両方または何れか一方(揺動量)を検出する角検出センサ14と、ジンバル角度およびジンバル角速度の両方または何れか一方を検出するジンバル角センサ15の検出値を用いて、ジンバル回転の速度を制御するジンバル速度指令を生成する。ジンバル速度指令は、駆動制御部11に対して出力される。駆動制御部11は、ジャイロシステム1の揺れとジンバル6の回転を同期させるジンバル同期制御を行う。
When the
<浮体の基本構成>
図3に図示される、浮体2の構造を説明する。
浮体2は、ジャイロシステム1が中心に配置された略四角形をしており、ジャイロシステム1を海上に浮かべるためのものである。また、浮体2は、アンカー20により海底に固定されている。なお、浮体2は四角形である必要はなく、転覆するおそれのない形状、例えば、船体体、円形、多角形とすることができる。
<Basic structure of floating body>
The structure of the floating
The floating
また、ジャイロシステム1には浮体2のバラスト水の水量を調整するためのポンプ及びバルブ(図示せず)が設けられている。制御部13がポンプ及びバルブを制御して、浮体2のバラスト水の水量を調整することで、ジャイロシステム1の揺れの固有周期と波浪の周期とを近づける(同期、共振させる)ことができ、その結果、発電効率を上げることができる。またさらに、浮体2には、ジャイロユニット3や発電機10等を含む各種機器全体を覆う密閉容器16が設けられており、これら各種機器に海水等がかからないようにされている。なお、波浪の周期は、角検出センサ14の計測値の変化周期に基づき算出することができる。
The
浮体2の底面の中央部には、上部にジンバル軸受35を有するジンバル軸受台36が対向して立設されている。ジンバル6のジンバル軸30a、30bは、ジンバル軸受35に回転自在に軸支されている。また、ジンバル軸受台36は、台座51を介して浮体2から支持されている。
A
制御装置13は、下記の方法により固有周期を目標固有周期に向けて変化させることができる。
なお、目標固有周期を波浪の周期にすることにより、ジャイロシステム1の発電効率を上げることができる。一方、メンテナンス時には、目標固有周期を波浪の周期から遠ざけることによりジャイロシステム1の揺れを抑えることができる。
制御部13は、ジャイロシステム1の目標固有周期を含む周期指令を生成し、周期制御部42へ出力する。
(U1)周期制御部42は、目標固有周期に対応する量のバラスト水を浮体2に注入することにより、ジャイロシステム1の慣性モーメント及び復元力を変化させる。
(U2)周期制御部42は、目標固有周期に対応する位置にジャイロシステム1に設けられた静止質量体(不図示)の配置を変更することにより、慣性モーメント及び復元力を変化させる。
(U3)周期制御部42は、目標固有周期に対応する速度・加速度でジャイロシステム1に設けられた可動質量体(不図示)を運動させることにより、慣性モーメント及び復元力を変化させる。
The
The power generation efficiency of the
The
(U1) The
(U2) The
(U3) The
具体的には、それぞれ(U1)ジャイロシステム1の固有周期に対応するバラスト水の量、(U2)ジャイロシステム1の固有周期に対応する静止質量体の位置、(U3)ジャイロシステム1の固有周期に対応する可動質量体速度・加速度値を格納した「固有周期テーブル」を予め記憶装置に記憶しておく。周期制御部42は、記憶装置に記憶された固有周期テーブルを参照して、目標固有周期から(U1)注入するバラスト水の量、(U2)静止質量体の移動位置、(U3)可動質量体の目標速度・目標加速度をそれぞれ取得し、制御を行うことによりジャイロシステム1の固有周期を目標固有周期に近づけることができる。
Specifically, (U1) the amount of ballast water corresponding to the natural period of the
なお、固有周期の制御方法は固有周期テーブルを用いる方法に限定されず、代わりにジャイロシステム1の固有周期モデルを構築してもよい。
また、固有周期テーブルは、それぞれ(U1)注入するバラスト水の量、(U2)静止質量体の移動位置、(U3)可動質量体の運動態様に対する、ジャイロシステム1の固有周期を測定機器を用いて測定した測定値または、計算機シミュレーションによる計算値に基づき構築する。
Note that the natural period control method is not limited to the method using the natural period table, and a natural period model of the
The natural period table uses (U1) the amount of ballast water to be injected, (U2) the moving position of the stationary mass body, and (U3) the measurement period of the natural period of the
<ジンバルの制御の基本構成>
図1に図示される、ジャイロシステム1の基本的構成におけるジンバル6の制御を詳細に説明する。
図1において、制御部13は、波浪によるジャイロシステム角速度演算手段21、主指令生成手段22を備えている。
<Basic configuration of gimbal control>
The control of the
In FIG. 1, the
次に、波浪によるジャイロシステム角速度演算手段21は、ジャイロシステム角度またはジャイロシステム角速度、並びにジンバル角度およびまたはジンバル角速度に基づき、ジャイロシステム角速度からジンバル回転によるジャイロシステム角速度成分を除去した波浪によるジャイロシステム角速度成分を求める。 Next, the gyro system angular velocity calculation means 21 based on the wave removes the gyro system angular velocity component caused by the gimbal rotation from the gyro system angular velocity based on the gyro system angle or the gyro system angular velocity and the gimbal angle or the gimbal angular velocity. Find the ingredients.
ここで、ジャイロシステム1をモデル化し、運動方程式をたてると以下のようになる。すなわち、ジャイロシステム角度をq1[rad]、ジャイロシステム角速度を(d/dt)q1[rad/sec]、ジンバル角度をq2[rad]、ジンバル角速度を(d/dt)q2[rad/sec]、波浪によるジャイロシステム1へのトルクをτ[Nm]、発電機(誘導機)10のトルクをτ2[Nm]と、それぞれするとき、ジャイロシステム角加速度(d/dt)2q1は次式で与えられる。
[数1]
(d/dt)2q1=(−C’・(d/dt)q1・cosq1−K’・sinq1+τ
−2・(d/dt)q2・Ω・Ip・cosq2)/M’ (1)
また、ジンバル角加速度(d/dt)2q2は次式で与えられる。
[数2]
(d/dt)2q2=(τ2+2・(d/dt)q1・Ω・Ip・cosq2)/Id (2)
ここに、各パラメータを次の通りとしている。すなわち、フライホイール7の回転角速度:Ω[rad/sec]、フライホイール7の極慣性モーメント:Ip[kg・m2]、フライホイール7の極直角慣性モーメント:Id[kg・m2]、ジャイロシステム1の慣性モーメントおよび付加慣性モーメント:M’[kg・m2]、ジャイロシステム1の復元力係数;K’、ジャイロシステム1の粘性減衰係数:C’である。
Here, when the
[Equation 1]
(d / dt) 2 q 1 = (− C ′ · (d / dt) q 1 · cosq 1 −K ′ · sinq 1 + τ
-2 · (d / dt) q 2 · Ω · I p · cosq 2 ) / M ′ (1)
The gimbal angular acceleration (d / dt) 2 q 2 is given by the following equation.
[Equation 2]
(d / dt) 2 q 2 = (τ 2 + 2 · (d / dt) q 1 · Ω · I p · cosq 2 ) / I d (2)
Here, each parameter is as follows. That is, the rotational angular velocity of the flywheel 7: Ω [rad / sec], the polar moment of inertia of the flywheel 7: I p [kg · m 2 ], the polar right moment of inertia of the flywheel 7: I d [kg · m 2 ] The inertia moment and the additional inertia moment of the
式(1)における「2・(d/dt)q2・Ω・Ip・cosq2」項および式(2)における「2・(d/dt)q1・Ω・Ip・cosq2」項は、それぞれジンバル回転の影響項である。ここで係数「2」はフライホイール7の個数を表しており、ジャイロユニット3を複数個備えるジャイロシステム1を前提とした。なお、複数のジャイロユニット3を対称型構成とし、各ジャイロシステム1を互いに反対方向に回転させる構成により、各フライホイール7の回転に伴う反力を全てバランスさせることができ、これによる影響を相殺することができる。
The term “2 · (d / dt) q 2 · Ω · I p · cosq 2 ” in Formula (1) and “2 · (d / dt) q 1 · Ω · I p · cosq 2 ” in Formula (2) Each term is an influence term of gimbal rotation. Here, the coefficient “2” represents the number of
式(1)に示されるように、ジャイロシステム角加速度(d/dt)2q1には波動の影響項とジンバル回転の影響項を持つことから、角検出センサ14によって検出されるジャイロシステム角速度(d/dt)q1には、波浪によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1”とジンバル回転によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1’とが含まれていると考えられる。そこで本発明では、ジャイロシステム角速度(d/dt)q1からジンバル回転によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1’を除去した波浪によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1”を求め、波浪によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1”に対してジンバル軸回りの回転を同期させるジンバル同期制御を行う。
As shown in the equation (1), the gyro system angular acceleration (d / dt) 2 q 1 has a wave influence term and a gimbal rotation influence term, and therefore the gyro system angular velocity detected by the
また、主指令生成手段22は、波浪によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1”の周期に基づき発電機10の回転数を制御する主指令を生成する。すなわち、波浪によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1”の周期Tを求めて2π(1/T)を演算し、これに基づき発電機10の回転数(周波数)、即ちジンバル6の回転速度を制御する主指令を出力する。具体的には、波浪によるジャイロシステム角速度成分(d/dt)q1”のゼロクロス点からその直後のゼロクロス点までの半周期を求め、該半周期のn倍(nは1以上の正整数)期間毎に主指令が更新される。
The main command generating means 22 generates a main command for controlling the rotational speed of the
また、重畳手段24は、主指令生成手段22による主指令に副指令生成手段23による副指令を重畳して、これをジンバル6の回転数(周波数)、即ちジンバル6の回転速度を制御するジンバル速度指令として駆動制御部11に対して出力する。重畳手段24は加算器または乗算器で実現される。副指令生成手段23により生成される副指令については後述する。重畳手段24は、副指令がない場合には、主指令に基づいてジンバル速度指令を駆動制御部11に対して出力する。このようにして、駆動制御部11は、ジャイロシステム1の揺れとジンバル6の回転を同期させるジンバル同期制御を行うことができる。
The superimposing
以下、それぞれの実施形態の説明を行う。全ての実施形態はそれぞれ独立に既に説明したジャイロシステム1に適用可能である。また、複数または全ての実施形態を既に説明した1つのジャイロシステム1へ適用することも可能である。
Hereinafter, each embodiment will be described. All the embodiments can be applied independently to the
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。図4は本形態のジャイロシステム1の鉛直方向上側から見た上面図である。
本形態の浮体2は、ジンバル軸30a、30bの伸びる方向に設けられた第1室2a、及びジンバル軸と交差する方向に設けられた第2室2bを備える。なお、本実施の形態では、第1室2aおよび第2室2bはそれぞれジャイロユニット3を間に挟んで、第3室2cおよび第4室2dとそれぞれ対称に配置されている。なお、ジャイロシステム1が稼働する限りにおいて第3室2cおよび第4室2dは必ずしも備える必要はない。
制御部13は、ポンプ及びバルブを制御することにより、第1室2a、第2室2b、第3室2c及び第4室2dのバラスト水の水量をそれぞれ独立に調整することができる。第1室2aおよび第3室2cは、ジンバル軸の伸びる方向に位置しているため、ジャイロシステム1のジャイロユニット3まわりの慣性モーメントの増減に主に貢献する。第2室2bおよび第4室2dは、ジンバル軸と交差する方向に位置しているため、ジャイロシステム1のジャイロユニット3まわりの復元力係数の増減に主に貢献する。このように、第1室2aおよび第2室2bに貯えられる液体量を制御することにより、ジャイロシステム1の慣性モーメント及び復元力係数を独立して制御することができる。ジャイロシステム1の固有周期は、一般にT(M,K)=2π(M/2K)(1/2)(Mは慣性モーメント、Kは復元力係数)として与えられるため、2つの役割の異なる室を組み合わせることにより、所定量の液体を注入した場合において、ジャイロシステム1はより広い範囲の固有周期を実現することができる。つまり、本形態のジャイロシステム1は、より広い範囲の波浪の周期に同期させることができる。
例えば、第1室2aおよび第3室2cの水量を増大させ、第2室2bおよび第4室2dの水量を減少させることにより、ジャイロシステム1の重心位置を大きく変化させずに慣性モーメントを変化させることができる。一方、第1室2aおよび第3室2cしかない場合に慣性モーメントを増大させようとすると、第1室2aおよび第3室2cへの注水によりジャイロシステム1が海に沈み込んでしまい重心位置も大きく変化してしまう。
また、本形態においては1つの浮体に複数の室を設けるように構成したが、室数に応じた数の独立した浮体を用いても同様の効果を奏する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a schematic configuration of the
The floating
The
For example, by increasing the amount of water in the
In this embodiment, a single floating body is provided with a plurality of chambers. However, the same effect can be obtained even when the number of independent floating bodies according to the number of chambers is used.
<第1−1実施形態(a)>
第1室2aへ注入された液体は、ジャイロシステム1が揺動した場合に可動質量として振る舞う場合がある。特にジンバル軸と交差する方向からジャイロシステム1へ揺動が作用する場合に、第1室2aに貯えられた液体が移動することにより、ジャイロシステム1のジンバル軸まわりの揺動運動が大きくなる場合がある。ジャイロシステム1はジンバル軸と直交する方向まわりの回転運動をジンバル6の回転運動に変換するものであるから、ジンバル軸まわりの揺動運動は好ましくない。
本形態に係る第1室2aは、例えば下記に記載される液体移動阻害手段を備える。
(1−1ーa1)第1室2aの内部には、ジンバル軸の伸びる方向に隔壁202が設けられている。貯えられた液体は、隔壁202によりジンバル軸と交差する方向に移動できないように構成されている。
(1−1ーa2)第1室2aの内部には、水平方向の隔壁または貯えられた液体を覆う蓋が設けられている。貯えられた液体は、鉛直方向の揺動が規制される。液体は圧縮率が小さいため、鉛直方向の揺動が規制されることによりジンバル軸と交差する方向に移動できないように構成されている。
(1−1ーa3)第1室2aの内部には、ジンバル軸の伸びる方向に段差が設けられている。貯えられた液体は、段差による抵抗を受けるためジンバル軸と交差する方向への移動が抑制される。
<1-1st embodiment (a)>
The liquid injected into the
The
(1-1-a1) A
(1-1-a2) Inside the
(1-1-a3) A step is provided in the
<第1−1実施形態(b)>
一方、ジンバル軸の伸びる方向からの揺動に対して、第1室2aに貯えられた液体がジンバル軸の伸びる方向へ移動し可動質量として振る舞うことにより、ジャイロシステム1の揺動運動が抑えられる場合がある(アンチローリング)。ジャイロシステム1はジンバル軸と直交する方向まわりの揺動運動をジンバル6の回転運動に変換するものであるから、揺動運動が抑えられることは好ましくない。
本形態に係る第1室2aは、例えば下記に記載される液体移動阻害手段を備える。
(1−1ーb1)第1室2aの内部には、ジンバル軸と交差する方向の隔壁201が設けられている。貯えられた液体は、隔壁201によりジンバル軸の伸びる方向に移動できないように構成されている。
(1−1ーb2)第1室2aの内部には、水平方向の隔壁または貯えられた液体を覆う蓋が設けられている。貯えられた液体は、鉛直方向の揺動が規制される。液体は圧縮率が小さいため、鉛直方向の揺動が規制されることによりジンバル軸と伸びる方向に移動できないように構成されている。
(1−1ーb3)第1室2aの内部には、ジンバル軸と交差する方向に段差が設けられている。貯えられた液体は、段差による抵抗を受けるためジンバル軸の伸びる方向への移動が抑制される。
<1-1st Embodiment (b)>
On the other hand, with respect to the swing from the direction in which the gimbal shaft extends, the liquid stored in the
The
(1-1-b1) A
(1-1-b2) Inside the
(1-1-b3) A step is provided in the
<第1−2実施形態(a)>
第2室2bへ注入された液体は、ジャイロシステム1が揺動した場合に可動質量として振る舞う場合がある。特にジンバル軸と交差する方向からジャイロシステム1へ揺動が作用する場合に、第2室2bに貯えられた液体が移動することにより、ジャイロシステム1のジンバル軸まわりの揺動運動が大きくなる場合がある。ジャイロシステム1はジンバル軸と直交する方向まわりの回転運動をジンバル6の回転運動に変換するものであるから、ジンバル軸まわりの揺動運動は好ましくない。
本形態に係る第2室2bは、例えば下記に記載される液体移動阻害手段を備える。
(1−2−a1)第2室2bの内部には、ジンバル軸の伸びる方向に隔壁204が設けられている。貯えられた液体は、隔壁204によりジンバル軸と交差する方向に移動できないように構成されている。
(1−2−a2)第2室2bの内部には、水平方向の隔壁または貯えられた液体を覆う蓋が設けられている。貯えられた液体は、鉛直方向の揺動が規制される。液体は圧縮率が小さいため、鉛直方向の揺動が規制されることによりジンバル軸と交差する方向に移動できないように構成されている。
(1−2−a3)第2室2bの内部には、ジンバル軸の伸びる方向に段差が設けられている。貯えられた液体は、段差による抵抗を受けるためジンバル軸と交差する方向への移動が抑制される。
<1-2 embodiment (a)>
The liquid injected into the
The
(1-2-a1) A
(1-2-a2) Inside the
(1-2-a3) A step is provided in the
<第1−2実施形態(b)>
一方、ジンバル軸の伸びる方向からの揺動に対して、第2室2bに貯えられた液体がジンバル軸の伸びる方向へ移動し可動質量として振る舞うことにより、ジャイロシステム1の揺動運動が抑えられる場合がある(アンチローリング)。ジャイロシステム1はジンバル軸と直交する方向まわりの揺動運動をジンバル6の回転運動に変換するものであるから、揺動運動が抑えられることは好ましくない。
本形態に係る第2室2bは、例えば下記に記載される液体移動阻害手段を備える。
(1−2−b1)第2室2bの内部には、ジンバル軸と交差する方向の隔壁203が設けられている。貯えられた液体は、隔壁203によりジンバル軸の伸びる方向に移動できないように構成されている。
(1−2−b2)第2室2bの内部には、水平方向の隔壁または貯えられた液体を覆う蓋が設けられている。貯えられた液体は、鉛直方向の揺動が規制される。液体は圧縮率が小さいため、鉛直方向の揺動が規制されることによりジンバル軸と伸びる方向に移動できないように構成されている。
(1−2−b3)第2室2bの内部には、ジンバル軸と交差する方向に段差が設けられている。貯えられた液体は、段差による抵抗を受けるためジンバル軸の伸びる方向への移動が抑制される。
なお、第1−1実施形態(a)、(b)、第1−2実施形態(a)、(b)における隔壁または蓋は、液体の移動を完全に規制するものでなくても構わない。例えば、小さな穴を隔壁に設けると、第1室2aに注入された液体は穴を通じて緩やかに第1室2a内部に均等に拡散する。一方、ジャイロシステム1に作用する波浪の揺動のような急激な変動に対しては液体の移動を規制する壁として機能する。隔壁をこのように構成することにより、第1室2aの内部に均等に液体を充填することができ、波浪の揺動に対して貯えられた液体が可動質量として振る舞うことを抑制することができる。
また、第1−1実施形態(a)、(b)は第1室2aに替えて第3室2cへ適用することができる。
また、第1−2実施形態(a)、(b)は第2室2bに替えて第4室2dへ適用することができる。
第1−1実施形態(a)、(b)及び第1−2実施形態(a)、(b)はそれぞれ個別に1つのジャイロシステム1へ適用しても良いし、全ての実施形態を1つのジャイロシステム1へ適用しても構わない。
<1-2 embodiment (b)>
On the other hand, with respect to the swing from the direction in which the gimbal shaft extends, the liquid stored in the
The
(1-2-b1) A
(1-2-b2) Inside the
(1-2b3) A step is provided in the
In addition, the partition or the lid in the first to first embodiments (a) and (b) and the first to second embodiments (a) and (b) may not completely restrict the movement of the liquid. . For example, when a small hole is provided in the partition wall, the liquid injected into the
Further, the first to first embodiments (a) and (b) can be applied to the
The first to second embodiments (a) and (b) can be applied to the
The first to first embodiments (a) and (b) and the first to second embodiments (a) and (b) may be individually applied to one
<第2実施形態>
ジャイロシステム1を海などに長期間浮上させた状態で運用させていると、フジツボなどの海生生物がジャイロシステム1へ付着することによりジャイロシステム1の重量が重くなる場合がある。通常、海生生物はジャイロシステム1のうち特に水中に沈んでいる箇所(重力方向下側)に重点的に付着する。そのため、運用に伴う海生生物付着によりジャイロシステム1の慣性モーメント及び復元力係数が変化してしまう場合がある。
そして、『浮体の基本構成』において述べた、ジャイロシステム1の記憶装置に格納された固有周期テーブルは、付着物のない状態(製造時点のジャイロシステム1の状態)を前提として作成されているため、付着物の付着によりジャイロシステム1自体の重量、慣性モーメントおよび復元力が製造時から変化してしまうと、目標固有周期に向けてジャイロシステム1の固有周期を変化させた場合に、実際のジャイロシステム1の固有周期が目標固有周期と乖離してしまう場合がある。
そして、『ジンバルの制御の基本構成』において述べた、ジンバル同期制御では、式1および式2に含まれるジャイロシステム1の慣性モーメントおよび付加慣性モーメント、復元力係数および粘性減衰係数などのパラメータが付着物の付加による影響を受ける。つまり、付着物の付着によりジンバル6の回転周期が、波浪によるジャイロシステム角速度成分の周期と一致しなくなる。これは、ジンバル6の回転位相が、浮体角速度成分の位相に対して進んだ場合、または遅くなってしまった場合に相当し、実効発電量が減少してしまう。なお、図7は位相ずれと平均電力の関係を例示するシミュレーション結果である。
これらの問題は、特に海での運用期間が長い程海生生成物の付着量が増加するため、顕著となる。
Second Embodiment
When the
The natural period table stored in the storage device of the
In the gimbal synchronous control described in “Basic configuration of gimbal control”, parameters such as the inertia moment and the additional inertia moment, the restoring force coefficient, and the viscous damping coefficient of the
These problems are particularly noticeable because the amount of marine products attached increases as the operating period in the sea increases.
<第2−1実施形態>
以下、図2に図示される、本発明の第2−1実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
本形態のジャイロシステム1の制御部13は、付着量検出センサ41から取得した付着量が所定閾値よりも大きい場合には、ジャイロシステム1が発電を行うには不適な状態であると判断し、ジンバル6の回転速度をジャイロシステム1の揺動周期よりも長い周期で回転制御を行う。なお、このとき、ジンバル6の回転を停止させても良い。ジャイロシステム1が適切に揺動しない状態においてジンバル6の回転制御を行うと、電力消費が発生するため、ジンバル6の回転速度をできるだけ遅くすることにより電力消費を抑えるためである。
制御部13は、ジャイロシステム1に付着した付着物の量(付着量)を付着量検出センサ41を用いて下記のように検出する。
(2−1−a1)付着物によるジャイロシステム1の重量変化として付着量を検出する。
(2−1−a2)付着物によるジャイロシステム1の慣性モーメント(及び、付加慣性モーメント)の変化として付着量を検出する。
(2−1−a3)付着物によるジャイロシステム1の復元力係数変化として付着量を検出する。
(2−1−a4)付着物によるジャイロシステム1の粘性抵抗変化として付着量を検出する。
(2−1−a5)付着物によるジャイロシステム表面の電気抵抗の変化として付着量を検出する。
(2−1−a6)付着物によるジャイロシステム表面の静電容量の変化として付着量を検出する。
(2−1−a7)付着物が付着していない状態(無付着状態、例えば製造時の状態)からの海上運用期間T[時間]として付着量を算出する。
付着量検出センサ41の具体的な構成は下記の通りである。
(2−1−b1)制御手段13は、ジャイロシステム1の喫水を喫水センサ(不図示)により検出する。検出した喫水からジャイロシステム1の総重量値を算出することができる。総重量値から無付着状態のジャイロシステム1の重量値を引くことにより、付着物の重量値を求めることができる。制御手段13は、付着物の重量値を付着量とすることができる。なお、ジャイロシステム1の総重量値自体を付着量として扱っても良い。
(2−1−b2)制御手段13は、角検出センサ14によりジャイロシステム1の揺れの変化を検出する。次に、ジャイロシステム1の重量値、慣性モーメント、復元力係数及び粘性抵抗などに対しモデル値や実験値などを適用し、式1の運動方程式を解くことにより、付着物が付着した状態(付着状態)のジャイロシステム1の総重量値、慣性モーメント、復元力係数または粘性抵抗を算出することができる。次に、無付着状態のジャイロシステム1の実測値をそれらから差し引くことにより、重量値、慣性モーメント、復元力係数及び粘性抵抗に対する付着物の寄与を算出することができる。制御手段13は、それらの寄与を付着量とすることができる。
(2−1−b3)計測船(不図示)等を用いて、付着状態のジャイロシステム1の総重量値、慣性モーメント、復元力係数、粘性抵抗、表面電気抵抗及び表面の静電容量を直接検出する。無付着状態のジャイロシステム1の実測値を引くことにより、重量値、慣性モーメント、復元力係数、粘性抵抗、表面電気抵抗及び表面の静電容量に対する付着物の寄与を算出することができる。制御手段13は、それらの寄与を付着量とすることができる。
(2−1−b4)無付着状態からの海上運用期間T[時間]をジャイロシステム1のタイマー(不図示)で計測する。なお、タイマーはジャイロシステム1に設けても良いし、外部のシステムによりジャイロシステム1の海上運用期間を計測、管理しても構わない。海生生物の付着量は通常、海上運用期間に比例する。制御手段13は、海上運用期間Tを付着量とすることができる。
なお、これらの検出方法は実施形態の一例にすぎず、付着物の付着量に関連した量を直接または間接的に検出可能な手段は、すべて付着量検出センサ41として本形態に適用可能である。
なお、発電を行うには不適である付着量(所定閾値)としては、下記のような付着量が該当する。
(2−1−c1)周期制御部42を用いてジャイロシステム1の固有周期を、波浪の主要な揺動周期(4〜20sec)に一致させることができなくなる付着量の下限値。
(2−1−c2)角検出センサ14により検出された波浪の揺動運動の大きさに対し、それに対する実効発電量が無付着状態に比べて所定割合以下となる付着量。
また、付着量が所定閾値よりも大きい場合に、制御部13はメンテナンスが必要であることを示す信号を外部のメンテナンスセンターへ報知する。また、制御部13は、ジャイロシステム1の外部に設けられた照明手段(不図示)の色を非稼働であることを示す色(例えば、赤)にする。そのように構成することにより、ジャイロシステム1の付着物を取り除くためのメンテナンス作業を、ジャイロシステム1の運用者に迅速に報知することができる。
<2-1st Embodiment>
Hereinafter, a schematic configuration of the
When the adhesion amount acquired from the adhesion
The
(2-1-a1) The amount of adhesion is detected as a change in weight of the
(2-1-a2) The amount of adhesion is detected as a change in the inertia moment (and additional inertia moment) of the
(2-1-a3) The amount of adhesion is detected as a change in the restoring force coefficient of the
(2-1-a4) The amount of adhesion is detected as a change in the viscous resistance of the
(2-1-a5) The amount of adhesion is detected as a change in the electrical resistance of the gyro system surface due to the deposit.
(2-1-a6) The amount of adhesion is detected as a change in the capacitance of the gyro system surface due to the deposit.
(2-1-a7) The amount of adhesion is calculated as the sea operation period T [time] from a state in which no deposit is adhered (non-adhered state, for example, a state at the time of manufacture).
The specific configuration of the adhesion
(2-1-b1) The control means 13 detects the draft of the
(2-1-b2) The control means 13 detects a change in shaking of the
(2-1-b3) Using a measurement ship (not shown) or the like, the total weight value, moment of inertia, restoring force coefficient, viscosity resistance, surface electrical resistance, and surface capacitance of the
(2-1-b4) The sea operation period T [time] from the non-attached state is measured by a timer (not shown) of the
Note that these detection methods are merely examples of the embodiment, and any means that can directly or indirectly detect the amount related to the attached amount of the attached matter can be applied to the present embodiment as the attached
In addition, the following adhesion amounts correspond to the adhesion amount (predetermined threshold) that is inappropriate for power generation.
(2-1-c1) The lower limit value of the amount of adhesion that makes it impossible to match the natural period of the
(2-1-c2) The amount of adhesion with which the amount of effective power generation with respect to the magnitude of the rocking motion of the waves detected by the
Further, when the adhesion amount is larger than the predetermined threshold, the
<第2−2実施形態>
以下、図2に図示される、本発明の第2−2実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
制御部13は、下記のステップを順番に実行することにより付着状態のジャイロシステム1の固有周期を目標固有周期に向けて変化させる。
(2−2−1)ステップ1.制御部13は、付着量検出センサ41からジャイロシステム1に付着した付着量を取得する。
(2−2−2)ステップ2.制御部13は、角検出センサ14の検出値を用いて、ジャイロシステム1の目標固有周期Ttargetを生成する。
(2−2−3)ステップ3.制御部13は、記憶装置に記憶された付着量テーブルを参照し、検出した付着量からジャイロシステム1の慣性モーメントの変化量ΔM、復元力係数の変化量ΔKを取得する。なお、付着量テーブルには、付着量と、それに対応するジャイロシステム1の慣性モーメントの変化量ΔM、復元力係数の変化量ΔKとの関係が予め規定されている。付着量テーブルは、測定機器を用いた測定値または、計算機シミュレーションによる計算値に基づき構築することができる。
(2−2−4)ステップ4.制御部13は、ジャイロシステム1の固有周期T(M,K)=2π((M+ΔM)/2・(K+ΔK))(1/2)に対し、評価関数φ(M,K)=|Ttarget−T(M,K)|を最小とする無付着状態のジャイロシステム1の慣性モーメントMおよび復元力係数Mの組合せを算出する。なお、記憶装置に記憶された固有周期制御テーブルに格納されている無付着状態のジャイロシステム1の慣性モーメントMおよび復元力係数Kの組合せの中から、評価関数を最小とする組合せを算出してもよい。なお、固有周期制御テーブルには、無付着状態のジャイロシステム1の固有周期と、それに対応するジャイロシステム1の慣性モーメントMおよび復元力係数Kとの関係が予め規定されている。固有周期制御テーブルは、測定機器を用いた測定値または、計算機シミュレーションによる計算値に基づき構築することができる。
(2−2−5)ステップ5.制御部13は、固有周期制御テーブルを参照し、評価関数に基づき算出したMおよびKの組合せの少なくとも1つから目標固有周期Trevを取得する。なお、評価関数に基づき算出したMおよびKの組合せが複数ある場合は、Mを最も小さくする組合せが望ましい。。
(2−2−6)ステップ6.制御部13は、ジャイロシステム1の固有周期をTrevとする周期指令を生成し、周期制御部42へ出力する。周期制御部42は、ジャイロシステム1の固有周期を周期指令に基づき変化させる。具体的には、既に説明した固有周期テーブルを参照して、(U1)の場合であればTrevを与える量のバラスト水を浮体2へ注入させる、(U2)の場合であればTrevを与える位置へ静止質量体を移動させる、(U3)の場合であればTrevを与える速度・加速度で可動質量体を運動させる。
このような制御を行うことにより、付着物が付着した状態においてもジャイロシステム1の固有周期を目標固有周期Ttargetに近づけることができる。
なお、これら一連の処理を、目標固有周期Ttargetおよび付着量を入力とし、周期指令を出力としたルックアップテーブル(LUT)を構築することにより一連のステップを簡略化することができる。
<Second Embodiment>
The schematic configuration of the
The
(2-2-1)
(2-2-2)
(2-2-3)
(2-2-4) Step 4. The
(2-2-5)
(2-2-6)
By performing such control, the natural period of the
The series of steps can be simplified by constructing a look-up table (LUT) in which the target natural period T target and the adhesion amount are input and the period command is output.
<第2−3実施形態>
以下、図2に図示される、本発明の第2−3実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
制御部13は、下記のステップを順番に実行することにより付着状態のジャイロシステム1のジンバル同期制御を行う。
(2−3−1)ステップ1.制御部13は、角検出センサ14から検出値を取得する。
(2−3−2)ステップ2.制御部13は、角検出センサ14の検出値を用いて、無付着状態のジャイロシステム1におけるジンバル6の理想回転位相角(最大のトルク平均値(発電機10と接続した場合の実効発電量)を与える位相角)を算出する(『ジンバルの制御の基本構成』参照)。
(2−3−3)ステップ3.制御部13は、理想回転位相角に対して所定位相角進んだ、先行位相を算出する。
(2−3−4)ステップ4.制御部13は、理想回転位相角に対して所定位相角遅れた、遅行位相を算出する。
(2−3−5)ステップ5.制御部13は、ジンバル6を先行位相で回転制御する指令を生成し、駆動制御部11へ出力する。駆動制御部は先行位相でジンバル6の回転制御を行う。トルク検出センサ(不図示)は、第1の回転トルク平均を検出する。
(2−3−6)ステップ6.制御部13は、ジンバル6を遅行位相で回転制御する指令を生成し、駆動制御部11へ出力する。駆動制御部は遅行位相でジンバル6の回転制御を行う。トルク検出センサ(不図示)は、第2の回転トルク平均を検出する。
(2−3−7)ステップ7.制御部13は、ジンバル6の回転位相と、無付着状態のジャイロシステム1の回転トルク平均との関係が予め規定された位相−二次関数モデルを記憶装置に読み込む。二次関数モデルはF=−β(ΔT−a)2+b (Fは回転トルク平均[Nm]又は平均電力[kW]、βは既知の係数、ΔTは理想回転位相角からの位相差、a、bは未定定数)のように定義される。なお、βは無付着状態のジャイロシステム1における、ジンバル6の回転位相の位相ずれに対する、回転トルク平均(平均電力[kW])のシミュレーションから求めた値(図7)、二次関数モデルを近似的にフィッティングすることにより算出する。なお、図7から明らかなようにβは負の値である。近似方法は最小二乗法をはじめ、任意の方法を利用して構わない。なお、二次関数モデルは、シミュレーションに代えて、ジンバル6の回転位相の変位に対する回転トルク平均(平均電力[kW])の値を測定機器により測定したデータに基づき作成しても良い。
なお、シミュレーションにおいては式1および式2の運動方程式を用いた。各パラメータは次のものを利用した。フライホイールの回転角速度:Ω=188.5[rad/sec]、フライホイールの極慣性モーメント:Ip=230[kg・m2]、フライホイールの極直角慣性モーメント:Id=150[kg・m2]、浮体の慣性モーメントおよび付加慣性モーメント:M’=1.58×105[kg・m2]、浮体の復元力係数;K’=4.75×104、浮体の粘性減衰係数:C’=9×105である。
(2−3−8)ステップ8.制御部13は、二次関数モデルにF=第1の回転トルク平均、ΔT=先行位相の位相角、およびF=第2の回転トルク平均、ΔT=遅行位相の位相角を代入した2つの式を作成し、それらを連立させることにより解く。a及びbが求まり、二次関数モデルが特定される。
(2−3−9)ステップ9.制御部13は、理想回転位相角から位相角bだけずれた主指令を生成し、駆動制御部11へ出力する。駆動制御部11は、主指令に基づきジンバル同期制御を行う。
ジンバル回転制御を上記のように行うことにより、より大きな発電量[kW]を得ることができる。
なお、回転トルク平均に替えて、発電機10の平均電力[kW]などジンバル軸の出力(回転出力)であればどれを用いても構わない。また、トルク平均値に替えて、トルク中央値またはトルク最頻値などを用いても構わない。
なお、本形態では二次関数モデルを用いたが、より高次のモデルを用いても構わない。高次モデルを用いる場合には、次数に応じた数の回転位相と回転トルク平均とを検出する必要がある。
また、本形態では、無付着状態のジャイロシステム1における理想回転位相角を中心とした先行位相および遅行位相において回転トルク平均を検出した。なぜなら付着状態において最大トルク平均値を与える位相角は、理想回転位相角の近傍に存在する可能性が高いためである。
ただし、本形態は二次関数モデルを解くことにより最大回転トルク平均を与えるジンバル回転位相を求めるものであるから、理想回転位相角近傍にある先行位相、遅行位相に限られず、少なくとも2つの異なる位相における回転トルク平均を計測すれば足りる。
<2-3 embodiment>
Hereinafter, a schematic configuration of the
The
(2-3-1)
(2-3-2)
(2-3-3)
(2-3-4) Step 4. The
(2-3-5)
(2-3-6)
(2-3-7)
In the simulation, the equations of motion of
(2-3-8)
(2-3-9)
By performing the gimbal rotation control as described above, a larger power generation amount [kW] can be obtained.
In place of the average rotational torque, any output (rotational output) of the gimbal shaft such as the average power [kW] of the
Note that although a quadratic function model is used in this embodiment, a higher-order model may be used. When a higher-order model is used, it is necessary to detect the number of rotation phases and the rotation torque average corresponding to the order.
Further, in this embodiment, the rotational torque average is detected in the preceding phase and the lagging phase centered on the ideal rotational phase angle in the
However, since this embodiment obtains the gimbal rotation phase that gives the maximum rotation torque average by solving the quadratic function model, it is not limited to the preceding phase and the lagging phase in the vicinity of the ideal rotation phase angle, but at least two different phases. It is sufficient to measure the average rotational torque at.
<第3実施形態>
以下、図1に図示される、本発明の第3実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
制御部13は、下記のステップを順番に実行することによりジンバル同期制御を行う。
(3−1)ステップ1.制御部13は、ジンバル角検出センサ15を用いてフライホイール回転面の水平からの角度を取得する。なお、角検出センサ14またはジャイロシステム1の水平からの角度を検出する水平角検出センサ(不図示)をさらに用いてもよい。
(3−2)ステップ2.副司令生成手段23は、フライホイール回転面の水平からの角度が所定角度よりも小さい場合には、ジンバル6の目標回転速度を第3回転速度とするための副司令を生成する。一方、フライホイール回転面の水平からの角度が所定角度よりも大きい場合には、ジンバル6の目標回転速度を第4回転速度とするための副司令を生成する。なお、第4回転速度は第3回転速度よりも速い。
(3−3)ステップ3.副司令生成手段23は、生成した副司令を重畳手段へ出力する。
(3−4)ステップ4.制御部13は、主指令および副司令を駆動制御部11へ出力する。
(3−5)ステップ5.駆動制御部11は、主指令および副司令にもとづきジンバル同期制御を行う。具体的には、フライホイール回転面の水平からの角度が所定角度よりも小さい場合には第3回転速度へ向けて減速され、フライホイール回転面の水平からの角度が所定角度よりも大きい場合には第4回転速度へ向けて増速される。なお、その場合もジンバル回転の周期はジャイロシステム1の揺れの周期と同期するように制御される。
つまり、ジャイロシステム1の角速度が正方向に最大の時に、フライホイール回転面は上方向を向いており、ジャイロシステム1の角速度が負方向に最大の時にフライホイール回転面は下方向を向くようにジンバル同期制御は行われており、ジャイロシステム1の揺れに伴いジンバル6は連続的に回転するように構成されている。
本形態のジンバル同期制御においては、フライホイール回転面の水平からの角度が小さい場合に、ジンバル6の回転速度が減速される。このように制御することにより、ジンバル6の1回転期間においてフライホイール回転面の水平からの角度が小さい領域の滞在期間の割合を長くすることができる。
ジンバル軸の回転トルクは、式2により与えられるが、その第2項はcosq2に比例しており、q2が2πN(Nは整数)の場合に正方向に最大のトルクをとり、π+2πN(Nは整数)の場合に負方向に最大のトルクをとる。つまり、フライホイール回転面の水平からの角度が小さい状態を長く維持することにより、大きな発電量を得ることができる。一方、フライホイール回転面の水平からの角度が大きい場合は、回転トルクを取り出すことができないため、ジンバル回転速度を増速させる。このとき増速のための電力が必要となるが、その電力は減速時に回収することができる。減速時は、ジャイロシステム1の揺れに伴う電力が付加されて出力されるため、最終的な出力電力の実効値は主指令のみの定速回転に比べて大きくすることができる。
<Third Embodiment>
The schematic configuration of the
The
(3-1)
(3-2)
(3-3)
(3-4) Step 4. The
(3-5)
That is, when the angular velocity of the
In the gimbal synchronous control of this embodiment, the rotational speed of the
The rotational torque of the gimbal shaft is given by
<第4実施形態>
以下、図5に図示される、本発明の第4実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
ジャイロシステム1を海上発電装置として海上で運用する場合に、台風や嵐などの強風の影響により装置自体が破損してしまう場合がある。
本形態のジャイロシステム1は水面下へ潜水することができる。水面下へ潜水することにより、海面における荒天の影響を避けることができる。
また、ジャイロシステム1を潜水させることにより、波力発電システムが敷設された海上領域を船舶が航行することもできるようになる。
潜水制御部44は、下記の指令を出力することにより、ジャイロシステム1を水面下へ潜水させることができる。
(4−a)潜水制御44は、バラスト水を浮体2内部に注入させ、ジャイロシステム1の重量を浮力よりも大きくする指令を出力する。
(4−b)潜水制御部44は、浮体2内部の気体を排気させ、ジャイロシステム1の浮力を重量よりも小さくする指令を出力する。例えば、浮体2が伸縮可能な部材である場合には、しぼませることによりジャイロシステム1の浮力を重量よりも小さくすることができる。
(4−c)潜水制御部44は、ジャイロシステム1の浮力よりも大きな外力を海底方向へ作用させる指令を出力する。例えば、海底に配置されたアンカ−20から伸びるワイヤーを、ジャイロシステム1またはアンカー20の巻取機構(不図示)に巻き取らせることにより、ジャイロシステム1を潜水させることができる。
なお、ジャイロシステム1を用いた波力発電システムは可動構造であるフライホイール7、ジンバル6及び発電装置10を密閉容器16に密閉することができるため、軸と軸受といった可動部と固定部の隙間から浸水する危険性が低いため本形態を適用する上で特に好適である。なお、密閉容器16から外部電力網への電力供給は有線、無線にて行うことが可能である。また、同様にして密閉容器16内部の装置は通信I/F43を介して、外部装置(不図示)と有線または無線方式にて通信を行うことができる。
また、上記いずれの場合において、浮力、重量、外力を調整することにより任意の深さにジャイロシステム1を潜水させることができる。なお、荒天時に潜水させることを目的とすると、水深5メートル〜20メートル程度潜水させれば海面の影響を大幅に低減させることができる。
なお、浮上制御部45は、下記の指令を出力することにより、潜水したジャイロシステム1を水面上へ浮上させることができる。
(4−d)浮上制御部45は、浮体2に充填されたバラスト水を圧縮気体により排出させ、ジャイロシステム1の浮力を重量よりも大きくする指令を出力する。
(4−e)浮上制御部45は、浮体2に圧縮気体を充填することにより、ジャイロシステム1の浮力を重量よりも大きくする指令を出力する。例えば、浮体2が伸縮可能な部材で潜水中にしぼんでいる場合には、圧縮空気により膨らませる。
(4−f)浮上制御部45は、ジャイロシステム1に作用する海底方向の外力を浮力よりも小さくする指令を出力する。例えば、海底に配置されたアンカー20から伸びるワイヤーを、ジャイロシステムまたはアンカー20の巻取機構に伸ばさせることにより、ジャイロシステム1を浮上させることができる。
なお、本実施の形態は海水を対象として説明しているが、海水以外の任意の液体に対しても適用可能である。
<Fourth embodiment>
The schematic configuration of the
When the
The
Further, by diving the
The
(4-a) The
(4-b) The
(4-c) The
The wave power generation system using the
In any of the above cases, the
The
(4-d) The
(4-e) The
(4-f) The
In addition, although this Embodiment has demonstrated seawater as object, it is applicable also to arbitrary liquids other than seawater.
<第4−1実施形態>
一方、ジャイロシステム1が潜水すると、ジャイロシステム1に作用する復元力が小さくなってしまう。そのため、下記のような問題が生じる。
(4−1−a1)ジャイロシステム内部で回転するフライホイール7が有する角運動量の影響により、水中におけるジャイロシステム1の姿勢が乱れる。
(4−1−a2)ジャイロシステム内部で回転するジンバル6が有する角運動量の影響により、水中におけるジャイロシステム1の姿勢が乱れる。
フライホイール7及びジンバル6はジャイロシステム内部で回転しており角運動量を有する。一方、水中においてもジャイロシステム1に影響する外力は存在しているものの、ジャイロシステム1の復元力は小さいため、フライホイール7及びジンバル6の回転に伴う角運動量の影響によりジャイロシステム1の水中での姿勢が乱れてしまう場合がある。水中での姿勢が乱れている状態において、ジャイロシステム1を海面へ浮上させるとジャイロシステム1が海面に対してひっくり返ったり、横倒しになった状態で浮上してしまうおそれがある。
本形態の潜水制御部44は、下記のステップを順番に実行することによりジャイロシステム1を水面下へ潜水させる。
(4−1−b1)ステップ1.制御部13は、通信I/F43から潜水開始指令を受ける。潜水開始指令は、ジャイロシステム1に直接設けられたスイッチを押すことにより制御部13へ出力することができる。また、潜水開始指令は、遠隔地に設けられたコンピュータから任意の通信方式を経由して制御部13へ出力してもよい。
(4−1−b2)ステップ2.制御部13は、潜水開始指令を潜水制御部44へ出力する。
(4−1−b3)ステップ3.潜水制御部44は、フライホイール7及びジンバル6の回転速度の減速を開始させる。また、フライホイール7及びジンバル6の回転を停止させてもよい。
(4−1−b4)ステップ4.潜水制御部44は、(4−a)〜(4−c)の指令を出力し、ジャイロシステム1は潜水を開始する。
(4−1−b5)ステップ5.潜水制御部44は、目標水深にジャイロシステム1が到達したら、潜水を停止する指令を出力する。
本形態では、フライホイール7及びジンバル6の回転速度を減速または停止させた後に、潜水を開始するため、ジャイロシステム1の姿勢が水中で不安定になることを抑制することができる。
<4-1 embodiment>
On the other hand, when the
(4-1-a1) The attitude of the
(4-1-a2) The attitude of the
The
The
(4-1-b1)
(4-1-b2)
(4-1-b3)
(4-1-b4) Step 4. The
(4-1-b5)
In this embodiment, since the diving is started after the rotational speeds of the
<第4−2実施形態>
本形態の潜水制御部44は、下記のステップを順番に実行することによりジャイロシステム1を水面上へ浮上させる。
(4−2−a1)ステップ1.制御部13は、通信I/F43から浮上開始指令を受ける。また、浮上開始指令は、遠隔地に設けられたコンピュータから任意の通信方式を経由して制御部13へ出力してもよい。
(4−2−a2)ステップ2.制御部13は、浮上開始指令を浮上制御部44へ出力する。
(4−2−a3)ステップ3.浮上制御部44は、(4−d)〜(4−f)の指令を出力し、ジャイロシステム1は浮上を開始する。
(4−2−a4)ステップ4.浮上制御部44は、フライホイール7及びジンバル6の回転速度の増速を開始させる。
(4−2−a5)ステップ5.制御部13は、駆動制御部11に指令し、ジンバル同期制御を開始させる。
(4−2−a6)ステップ6.制御部13は、周期制御部42に指令し、ジャイロシステム1の固有周期を波浪の揺れの周期へ同期させる。
本形態では、フライホイール7及びジンバル6の回転速度を増速させる前に浮上を開始する。このように構成することにより、ジャイロシステム1の姿勢が水中で不安定になることを抑制することができる。なお、本形態においてはフライホイール7またはジンバル6の回転速度を増速させたが、フライホイール7およびジンバル6の一方の回転速度を増速させるだけでもよい。
<4-2th Embodiment>
The
(4-2-2-a1)
(4-2-2-a2)
(4-2-2-a3)
(4-2-2-a4) Step 4. The
(4-2-2-a5)
(4-2-2-a6)
In this embodiment, ascent is started before the rotational speeds of the
<第5実施形態>
以下、図3に図示される、本発明の第5実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
本形態のジャイロシステム1はジャイロシステム1の第1軸まわりのジャイロシステム1の傾き(ジャイロシステム角度)およびジャイロシステム1の角速度の両方または何れか一方を検出する第1角検出センサ14、および第2軸まわりのジャイロシステム1の傾き(ジャイロシステム角度)およびジャイロシステム1の角速度の両方または何れか一方を検出する第2角検出センサ52を備える。
第2角検出センサ52はジンバル軸と直交する方向まわりの揺れを検出することができるように構成されている。一方、第1角検出センサ14はジンバル軸と直交する方向と異なる方向(第1軸)まわりの揺れを検出することができれば十分であるが、本形態においては簡単のため、第1角検出センサ14はジンバル軸の伸びる方向まわりの揺れを検出するように構成されている。
制御部13は、下記のステップを順番に実行する。
(5−a)ステップ1.制御部13は、第1角検出センサ14の検出値を用いて、第1角速度を算出する。なお、第1角速度としては、1つまたは複数の揺動周期期間における検出値の平均値、中央値もしくは最頻値等、または所定期間内の検出値の平均値、中央値もしくは最頻値などを利用することができる。
(5−b)ステップ2.制御部13は、第2角検出センサ52の検出値を用いて、第2角速度を算出する。なお、第2角速度としては、1つまたは複数の揺動周期期間における検出値の平均値、中央値もしくは最頻値等、または所定期間内の計測値の平均値、中央値もしくは最頻値などを利用することができる。
(5−c)ステップ3.制御部13は、第1角速度が第2角速度より大きい場合に、ジンバル軸30a、30bが第1軸と直交する方向となるようにジンバル6の方向を変化させる。
(5−d)ステップ4.所定期間経過後、(5−a)ステップ1に戻る。
このような制御を行うことにより、ジャイロシステム1はより大きな揺動をジンバル回転へ変換させることができる。つまり、より大きな動力をジンバルから得ることができる。
なお、(5−c)ステップ3においてジンバル6の方向を変化させる具体的な手段としては、下記の方法を適用することができる。
(5−e)ジンバル6を支持する台座51は、水平回転可能である。ジャイロシステム1に対してジンバル6を水平回転させることによりジンバル6の方向を変化させる。
(5−f)ジャイロシステム1は姿勢制御用のコントロールモーメントジャイロ(不図示)をさらに備えており、コントロールモーメントジャイロを制御することによりジャイロシステム1を水平回転させ、ジンバル6の方向を変化させる。
(5−g)ジャイロシステム1は発電用のジャイロユニット3を、姿勢制御を目的としたコントロールモーメントジャイロとして制御することによりジャイロシステム1を水平回転させ、ジンバル6の方向を変化させる。
(5−h)ジャイロシステム1はスクリュー(不図示)を備えており、スクリューの動力を利用してジャイロシステム1を水平回転させることによりジンバル6の方向を変化させる。
(5−i)ジャイロシステム1はフィン・スタビライザ(不図示)のような可動式のフィンを備えており。フィンに作用する波浪の揚力を利用してジャイロシステム1を水平回転させることによりジンバル6の方向を変化させる。
(5−j)ジャイロシステム1は浮体に作用する揺動の力を利用してジャイロシステム1を水平回転させることによりジンバル6の方向を変化させる。
<Fifth Embodiment>
The schematic configuration of the
The
The second angle detection sensor 52 is configured to detect a swing around a direction perpendicular to the gimbal axis. On the other hand, it is sufficient for the first
The
(5-a)
(5-b)
(5-c)
(5-d) Step 4. After the predetermined period has elapsed, (5-a) return to step 1.
By performing such control, the
(5-c) As a specific means for changing the direction of the
(5-e) The
(5-f) The
(5-g) The
(5-h) The
(5-i) The
(5-j) The
<第6実施形態>
以下、図6に図示される、本発明の第6実施形態に係るジャイロシステム1の概略構成を示す。
本形態のジャイロシステム1は、第1のジャイロユニット3aおよび第2のジャイロユニット3bの2つのジャイロユニットを少なくとも含む。それぞれのジャイロユニットは、それぞれ昇降機53および昇降機54を介して浮体2から昇降可能に支持されている。
また、昇降機53および54は浮体2に設けられたレール(不図示)により浮体2上を移動することができるように構成されている。例えば、第1のジャイロユニット3aを、第2のジャイロユニット3bに対して水平方向に遠ざけるように移動させることができる。このようにすることにより、ジャイロシステム1の重心まわりの慣性モーメントを大きくすることができる。
制御部13は、ジャイロシステム1の目標固有周期を含む周期指令を生成し、周期制御部42へ出力する。
周期制御部42は、目標固有周期に対応する高さ、位置にジャイロユニット3aおよびジャイロユニット3bを昇降または移動させる制御を行う。なお、ジャイロシステム1の固有周期と、それに対応するジャイロユニット3aおよびジャイロユニット3bの位置の関係は固有周期テーブルに格納されている。固有周期テーブルテーブルは、測定機器を用いた測定値または、計算機シミュレーションによる計算値に基づき構築することができる。
本形態によれば、第1ジャイロユニット3aと第2ジャイロユニット3bとの間の距離を変化させることにより、バラスと水等を利用せずジャイロシステム1の構成要素にのみ基づいてジャイロシステム1の固有周期を変化させられる利点がある。
<Sixth Embodiment>
The schematic configuration of the
The
The
The
The
According to the present embodiment, by changing the distance between the
なお、本発明のジャイロシステム1は、波浪の揺動をジンバル6の運動として取り出す波力発電システムに用いることを前提に説明したが、波の揺動以外にも、人間や動物の歩行運動による揺動、自動車や鉄道などの揺動、そのほか各種機械の揺動運動により生じる揺動及びその他ジャイロシステム1へ作用するあらゆる種類の揺動からエネルギーを取り出すことが可能である。
また、本発明のジャイロシステム1は、ジンバル6の運動を発電機10に伝達させることにより、発電用途に用いることを前提に説明したが、発電機10以外にも、直接物を動かすための動力として用いたり、遠心分離のための動力として用いたり、摩擦熱を発生させるための発熱源として用いる等、任意の動力源として本発明のジャイロシステム1活用することができる。
The
Further, the
1 ジャイロシステム
2 浮体
3 ジャイロユニット
6 ジンバル
7 フライホイール
8 スピンモータ
9 増速装置
10 発電機
11 駆動制御部
12 スリップリング
13 制御部
14 角検出センサ
15 ジンバル角センサ
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
制御手段と、
前記ジンバルの運動により発電することが可能な発電装置と、
第1ユニットと、
第2ユニットと、
第3ユニットと、
第4ユニットと、
第5ユニットと、
第6ユニットと、
第7ユニットと、
第8ユニットと、
第9ユニットと、
第10ユニットと、
を備え、
第1ユニットは、
前記浮体に設けられた第1室と、
前記浮体に設けられた第2室と、
第1室に貯えられる液体の量を制御可能な第1液量制御手段と、
第2室に貯えられる液体の量を制御可能な第2液量制御手段と、
を含み、
第1室は、前記ジンバル軸の伸びる方向にあり、
第2室は、前記ジンバル軸と交差する方向にあり、
第1室は、第1室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸と交差する方向へ移動することを妨げる第1液体移動阻害手段が設けられ、
第1室は、第1室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸の伸びる方向へ移動することを妨げる第2液体移動阻害手段が設けられ、
第2室は、第2室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸と交差する方向へ移動することを妨げる第3液体移動阻害手段が設けられ、
第2室は、第2室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸の伸びる方向へ移動することを妨げる第4液体移動阻害手段が設けられ、
第2ユニットは、
付着した付着物の付着量を取得することが可能な付着量取得手段、
を含み、
前記ジンバル制御手段は、
前記付着量が所定量よりも小さい場合には、第1速度で前記ジンバルを回転させ、
前記付着量が前記所定量よりも大きい場合には、前記ジンバルの回転を停止、または第1速度よりも遅い第2速度で前記ジンバルを回転させ、
第1速度は、第2速度よりも速く、
第3ユニットは、
固有周期を変化させることが可能な周期制御手段、
を含み、
前記周期制御手段は、前記付着量及び前記揺動量の変化周期に基づき、慣性モーメントおよび復元力係数の両方または何れか一方を変更することにより、固有周期を変化させることが可能であり、
第4ユニットは、
前記ジンバルの回転の位相を第1位相とした場合の、前記ジンバル軸の第1回転出力を取得する手段と、
前記ジンバルの回転の位相を第2位相とした場合の、前記ジンバル軸の第2回転出力を取得する手段と、
を有し、
前記制御手段は、第1位相、第2位相、第1回転出力、第2回転出力に基づき第3位相を算出し、
前記ジンバル制御手段は、前記ジンバルを第3位相で回転させ、
第1位相は、第2位相とは異なり、
第5ユニットは、
前記ジンバル制御手段に、
前記フライホイール回転面の水平からの角度が第1角度の場合には、第3速度、
前記フライホイール回転面の水平からの角度が第2角度の場合には、第4速度、
で前記ジンバルを回転させることが可能であり、
第1角度は、第2角度よりも小さく、
第3速度は、第4速度よりも遅く、
第6ユニットは、
前記フライホイールの回転速度および前記ジンバルの回転速度の両方または何れか一方を、減速または停止させる第1潜水ステップ、
液面下に潜水する第2潜水ステップ、
の潜水ステップを前記制御手段に順番に実行させることが可能であり、
第7ユニットは、
液面上に浮上する第1浮上ステップ、
前記フライホイールの回転速度を増速させる第2浮上ステップ、
前記ジンバルの回転速度を増速させる第3浮上ステップ、
の浮上ステップを前記制御手段に順番に実行させることが可能であり、
第8ユニットは、
浮上中は、第5速度、
潜水中は、第6速度、
で前記フライホイールを回転させ、
第5速度は、第6速度よりも速く、
第9ユニットは、
前記ジンバル制御手段に、
浮上中は、第7速度、
潜水中は、第8速度、
で前記ジンバルを回転させることが可能であり、
第7速度は、第8速度よりも速く、
第10ユニットは、
第1軸まわりの第1角速度を取得可能な第1角速度取得手段と、
第2軸まわりの第2角速度を取得可能な第2角速度取得手段と、
を含み、
第1軸の伸びる方向は、前記ジンバル軸と直交する方向とは異なる方向であり、
第2軸の伸びる方向は、前記ジンバル軸と直交する方向であり、
前記制御手段は、第1角速度が第2角速度よりも大きい場合に、前記ジンバル軸を第1軸と直交する方向へ変化させることが可能であり、
ジャイロ式発電装置。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
Control means;
A power generation device capable of generating power by the movement of the gimbal;
A first unit;
A second unit;
A third unit;
A fourth unit;
A fifth unit;
A sixth unit;
A seventh unit;
An eighth unit;
A ninth unit;
A tenth unit;
With
The first unit is
A first chamber provided in the floating body;
A second chamber provided in the floating body;
First liquid amount control means capable of controlling the amount of liquid stored in the first chamber;
A second liquid amount control means capable of controlling the amount of liquid stored in the second chamber;
Including
The first chamber is in the direction in which the gimbal shaft extends,
The second chamber is in a direction intersecting the gimbal axis;
The first chamber is provided with first liquid movement inhibiting means for preventing the liquid stored in the first chamber from moving in a direction intersecting the gimbal axis,
The first chamber is provided with second liquid movement inhibiting means for preventing the liquid stored in the first chamber from moving in the direction in which the gimbal shaft extends,
The second chamber is provided with third liquid movement inhibiting means for preventing the liquid stored in the second chamber from moving in a direction intersecting the gimbal axis,
The second chamber is provided with a fourth liquid movement inhibiting means for preventing the liquid stored in the second chamber from moving in the direction in which the gimbal shaft extends,
The second unit is
Amount-of-attachment acquisition means capable of acquiring the amount of attached matter attached,
Including
The gimbal control means includes
When the adhesion amount is smaller than a predetermined amount, the gimbal is rotated at a first speed,
When the adhesion amount is larger than the predetermined amount, stop the rotation of the gimbal, or rotate the gimbal at a second speed slower than the first speed,
The first speed is faster than the second speed,
The third unit is
Period control means capable of changing the natural period,
Including
The cycle control means can change the natural cycle by changing either or both of the moment of inertia and the restoring force coefficient based on the change period of the adhesion amount and the swing amount,
The fourth unit is
Means for obtaining a first rotational output of the gimbal shaft when the rotational phase of the gimbal is a first phase;
Means for obtaining a second rotational output of the gimbal shaft when the rotational phase of the gimbal is a second phase;
Have
The control means calculates a third phase based on the first phase, the second phase, the first rotation output, and the second rotation output,
The gimbal control means rotates the gimbal in a third phase,
The first phase is different from the second phase,
The fifth unit is
In the gimbal control means,
If the angle of the flywheel rotation surface from the horizontal is the first angle, the third speed,
When the angle from the horizontal of the flywheel rotation surface is the second angle, the fourth speed,
It is possible to rotate the gimbal with
The first angle is smaller than the second angle,
The third speed is slower than the fourth speed,
The sixth unit is
A first diving step of decelerating or stopping the rotational speed of the flywheel and / or the rotational speed of the gimbal;
A second diving step for diving below the surface of the liquid,
It is possible to cause the control means to execute the diving steps in order,
The seventh unit is
A first ascending step that rises above the liquid surface;
A second levitation step for increasing the rotational speed of the flywheel;
A third levitation step for increasing the rotational speed of the gimbal;
It is possible to cause the control means to execute the ascending steps in order,
The eighth unit is
During the ascent, the fifth speed,
During the dive, the sixth speed,
Rotate the flywheel with
The fifth speed is faster than the sixth speed,
The ninth unit is
In the gimbal control means,
During ascent, the seventh speed,
During the dive, the eighth speed,
It is possible to rotate the gimbal with
The seventh speed is faster than the eighth speed,
The tenth unit is
First angular velocity acquisition means capable of acquiring a first angular velocity around the first axis;
Second angular velocity acquisition means capable of acquiring a second angular velocity around the second axis;
Including
The direction in which the first axis extends is a direction different from the direction perpendicular to the gimbal axis,
The direction in which the second axis extends is a direction perpendicular to the gimbal axis,
The control means can change the gimbal axis in a direction orthogonal to the first axis when the first angular velocity is greater than the second angular velocity.
Gyro-type power generator.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
前記浮体に設けられた第1室と、
前記浮体に設けられた第2室と、
第1室に貯えられる液体の量を制御可能な第1液量制御手段と、
第2室に貯えられる液体の量を制御可能な第2液量制御手段と、
を備え、
第1室は、前記ジンバル軸の伸びる方向にあり、
第2室は、前記ジンバル軸と交差する方向にあり、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
A first chamber provided in the floating body;
A second chamber provided in the floating body;
First liquid amount control means capable of controlling the amount of liquid stored in the first chamber;
A second liquid amount control means capable of controlling the amount of liquid stored in the second chamber;
With
The first chamber is in the direction in which the gimbal shaft extends,
The second chamber is in a direction intersecting the gimbal axis;
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
前記浮体に設けられた第1室と、
を備え、
第1室は、前記ジンバル軸の伸びる方向にあり、
第1室は、第1液体移動阻害手段および第2液体移動阻害手段の両方または何れか一方が設けられ、
第1液体移動阻害手段は、第1室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸と交差する方向へ移動することを妨げる手段であり、
第2液体移動阻害手段は、第1室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸の伸びる方向へ移動することを妨げる手段であり、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
A first chamber provided in the floating body;
With
The first chamber is in the direction in which the gimbal shaft extends,
The first chamber is provided with both or either one of the first liquid movement inhibiting means and the second liquid movement inhibiting means,
The first liquid movement inhibiting means is a means for preventing the liquid stored in the first chamber from moving in a direction intersecting the gimbal axis,
The second liquid movement inhibiting means is means for preventing the liquid stored in the first chamber from moving in the direction in which the gimbal shaft extends,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
前記浮体に設けられた第2室と、
を備え、
第2室は、前記ジンバル軸と交差する方向にあり、
第2室は、第3液体移動阻害手段および第4液体移動阻害手段の両方または何れか一方が設けられ、
第3液体移動阻害手段は、第2室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸と交差する方向へ移動することを妨げる手段であり、
第4液体移動阻害手段は、第2室内に貯えられた液体が前記ジンバル軸の伸びる方向へ移動することを妨げる手段であり、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
A second chamber provided in the floating body;
With
The second chamber is in a direction intersecting the gimbal axis;
The second chamber is provided with both or any one of the third liquid movement inhibiting means and the fourth liquid movement inhibiting means,
The third liquid movement inhibiting means is a means for preventing the liquid stored in the second chamber from moving in a direction intersecting the gimbal axis,
The fourth liquid movement inhibiting means is a means for preventing the liquid stored in the second chamber from moving in the direction in which the gimbal shaft extends,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
付着した付着物の付着量を取得することが可能な付着量取得手段と、
を備え、
前記ジンバル制御手段は、
前記付着量が所定量よりも小さい場合には、第1速度で前記ジンバルを回転させ、
前記付着量が前記所定量よりも大きい場合には、前記ジンバルの回転を停止、または第1速度よりも遅い第2速度で前記ジンバルを回転させ、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
An adhesion amount acquisition means capable of acquiring the adhesion amount of the adhered deposit;
With
The gimbal control means includes
When the adhesion amount is smaller than a predetermined amount, the gimbal is rotated at a first speed,
When the adhesion amount is larger than the predetermined amount, stop the rotation of the gimbal, or rotate the gimbal at a second speed slower than the first speed,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
付着した付着物の付着量を取得することが可能な付着量取得手段と、
固有周期を変化させることが可能な周期制御手段と、
を備え、
前記周期制御手段は、前記付着量及び前記揺動量の変化周期に基づき固有周期を変化させることが可能な、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
An adhesion amount acquisition means capable of acquiring the adhesion amount of the adhered deposit;
A period control means capable of changing the natural period;
With
The period control means can change the natural period based on the change period of the adhesion amount and the swing amount,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
請求項6記載のジャイロシステム。 The cycle control means changes the natural period of the gyro system by changing either or both of the moment of inertia and the restoring force coefficient of the gyro system based on the change period of the adhesion amount and the swing amount. Is possible,
The gyro system according to claim 6.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
前記ジンバルの回転の位相を第1位相とした場合の、前記ジンバル軸の第1回転出力を取得する手段と、
前記ジンバルの回転の位相を第2位相とした場合の、前記ジンバル軸の第2回転出力を取得する手段と、
制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、第1位相、第2位相、第1回転出力、第2回転出力に基づき第3位相を算出し、
前記ジンバル制御手段は、前記ジンバルを第3位相で回転させ、
第1位相は、第2位相とは異なり、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
Means for obtaining a first rotational output of the gimbal shaft when the rotational phase of the gimbal is a first phase;
Means for obtaining a second rotational output of the gimbal shaft when the rotational phase of the gimbal is a second phase;
Control means;
With
The control means calculates a third phase based on the first phase, the second phase, the first rotation output, and the second rotation output,
The gimbal control means rotates the gimbal in a third phase,
The first phase is different from the second phase,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
を備え、
前記ジンバル制御手段は、
前記フライホイール回転面の水平からの角度が第1角度の場合には、第3速度、
前記フライホイール回転面の水平からの角度が第2角度の場合には、第4速度、
の速度で前記ジンバルを回転させることが可能であり、
第1角度は、第2角度よりも小さく、
第3速度は、第4速度よりも遅く、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
With
The gimbal control means includes
If the angle of the flywheel rotation surface from the horizontal is the first angle, the third speed,
When the angle from the horizontal of the flywheel rotation surface is the second angle, the fourth speed,
The gimbal can be rotated at a speed of
The first angle is smaller than the second angle,
The third speed is slower than the fourth speed,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
制御手段と、
を備え、
制御手段は、
前記フライホイールの回転速度および前記ジンバルの回転速度の両方または何れか一方を、減速または停止させる第1潜水ステップ、
液面下に潜水する第2潜水ステップ、
の潜水ステップを順番に実行することが可能であり、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
Control means;
With
The control means
A first diving step of decelerating or stopping the rotational speed of the flywheel and / or the rotational speed of the gimbal;
A second diving step for diving below the surface of the liquid,
The diving steps can be performed in sequence,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
制御手段と、
を備え、
制御手段は、
液面上に浮上する第1浮上ステップ、
前記フライホイールの回転速度を増速する第2浮上ステップ、
前記ジンバルの回転速度を増速する第3浮上ステップ、
の浮上ステップを順番に実行することが可能な、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
Control means;
With
The control means
A first ascending step that rises above the liquid surface;
A second levitation step for increasing the rotational speed of the flywheel;
A third levitation step for increasing the rotational speed of the gimbal;
The levitation steps can be executed in sequence,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
を備え、
前記フライホイールは、
浮上中は、第5速度、
潜水中は、第6速度、
で回転し、
第5速度は、第6速度よりも速く、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
With
The flywheel is
During the ascent, the fifth speed,
During the dive, the sixth speed,
Rotate with
The fifth speed is faster than the sixth speed,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
を備え、
前記ジンバル制御手段は、
浮上中は、第7速度、
潜水中は、第8速度、
で前記ジンバルを回転させることが可能であり、
第7速度は、第8速度よりも速く、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
With
The gimbal control means includes
During ascent, the seventh speed,
During the dive, the eighth speed,
It is possible to rotate the gimbal with
The seventh speed is faster than the eighth speed,
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
前記ジンバルに支持されたフライホイールと、
前記ジンバルを支持する浮体と、
揺動量を取得することが可能な揺動取得手段と、
前記ジンバルを前記揺動量に基づき制御することが可能なジンバル制御手段と、
第1軸まわりの第1角速度を取得可能な第1角速度取得手段と、
第2軸まわりの第2角速度を取得可能な第2角速度取得手段と、
制御手段と、
を備え、
第1軸の伸びる方向は、前記ジンバル軸と直交する方向とは異なる方向であり、
第2軸の伸びる方向は、前記ジンバル軸と直交する方向であり、
制御手段は、第1角速度が第2角速度よりも大きい場合に、前記ジンバル軸を第1軸と直交する方向へ変化させることが可能であり、
前記ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A gimbal pivotable around the gimbal axis;
A flywheel supported by the gimbal;
A floating body that supports the gimbal;
A swing acquisition means capable of acquiring a swing amount;
Gimbal control means capable of controlling the gimbal based on the swing amount;
First angular velocity acquisition means capable of acquiring a first angular velocity around the first axis;
Second angular velocity acquisition means capable of acquiring a second angular velocity around the second axis;
Control means;
With
The direction in which the first axis extends is a direction different from the direction perpendicular to the gimbal axis,
The direction in which the second axis extends is a direction perpendicular to the gimbal axis,
The control means can change the gimbal axis in a direction orthogonal to the first axis when the first angular velocity is larger than the second angular velocity.
A gyro system capable of obtaining power from the gimbal.
請求項2乃至14のいずれか記載のジンバル及びフライホイールから構成される第2ジャイロユニットと、
を備え、
第1ジャイロユニットは、
第1ジンバルと、
第1ジンバルに支持された第1フライホイールと、
を含み、
第2ジャイロユニットは、
第2ジンバルと、
第2ジンバルに支持された第2フライホイールと、
を含み、
第1ジャイロユニットの重心から第2ジャイロユニットの重心までの距離が第1距離の場合に、固有周期が第1固有周期であり、
第1ジャイロユニットの重心から第2ジャイロユニットの重心までの距離が第2距離の場合に、固有周期が第2固有周期であり、
第1距離は、第2距離と異なり、
第1固有周期は、第2固有周期と異なり、
第1ジンバルおよび第2ジンバルから動力を得ることが可能なジャイロシステム。 A first gyro unit comprising the gimbal and flywheel according to any one of claims 2 to 14,
A second gyro unit comprising the gimbal and flywheel according to any one of claims 2 to 14,
With
The first gyro unit is
The first gimbal,
A first flywheel supported by a first gimbal;
Including
The second gyro unit is
The second gimbal,
A second flywheel supported by a second gimbal;
Including
When the distance from the center of gravity of the first gyro unit to the center of gravity of the second gyro unit is the first distance, the natural period is the first natural period,
When the distance from the center of gravity of the first gyro unit to the center of gravity of the second gyro unit is the second distance, the natural period is the second natural period,
The first distance is different from the second distance,
The first natural period is different from the second natural period,
A gyro system capable of obtaining power from a first gimbal and a second gimbal.
前記ジンバルの運動により発電することが可能な発電装置と、
を備える、
ジャイロ式発電装置。 A gyro system according to any one of claims 2 to 14,
A power generation device capable of generating power by the movement of the gimbal;
Comprising
Gyro-type power generator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013028484A JP2014156826A (en) | 2013-02-16 | 2013-02-16 | Gyro system, gyro type power generator, power generation method, and power network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013028484A JP2014156826A (en) | 2013-02-16 | 2013-02-16 | Gyro system, gyro type power generator, power generation method, and power network |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014156826A true JP2014156826A (en) | 2014-08-28 |
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ID=51577839
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---|---|---|---|
JP2013028484A Pending JP2014156826A (en) | 2013-02-16 | 2013-02-16 | Gyro system, gyro type power generator, power generation method, and power network |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2014156826A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107100783A (en) * | 2017-04-14 | 2017-08-29 | 浙江大学 | The hermetically sealed wave energy generating set of mechanical-electrical-hydraulic integration |
JP2020159315A (en) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 株式会社フジタ | Vertical shaft type wind power generation device |
CN113224906A (en) * | 2021-05-07 | 2021-08-06 | 重庆大学 | Self-powered satellite power generation device based on rotating gyroscope |
-
2013
- 2013-02-16 JP JP2013028484A patent/JP2014156826A/en active Pending
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