JP7040830B1 - 波力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置場所の自由度を高くできる波力発電装置を提供すること。
【解決手段】本発明の波力発電装置１は、浮体２と、浮体２と接続されて浮体２と一体に第１方向Ｖ１および第２方向Ｖ２に揺動する軸部材３と、軸部材３に接続され、軸部材３の回転により発電する発電装置４とを備える。そして、軸部材３は、第１軸部３１と、第２軸部３２と、基部３３と、第１羽根車３４と、第２羽根車３５と、第１回転伝達部３６と、第２回転伝達部３７とを有する。第１回転伝達部３６は、第１回転方向Ｒ１の第１軸部３１の回転を基部３３に伝達するとともに、第２回転方向Ｒ２への第１軸部３１の回転を基部３３に対して遮断する。第２回転伝達部３７は、第１回転方向Ｒ１の第２軸部３２の回転を基部３３に伝達するとともに、第２回転方向Ｒ２への第２軸部３２の回転を基部３３に対して遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波力発電装置に関する。

従来、波のエネルギーを利用して発電する波力発電装置が知られている（例えば、特許文献１など）。
特許文献１では、海面に配置された浮き体が受けた波のエネルギーを空気ポンプに伝達させ、伝達された波のエネルギーにより空気ポンプを作動させて圧縮空気を発生させている。そして、当該圧縮空気により発電装置を作動させて発電している。

特開２００５－１２７２９６号公報

特許文献１では、波のエネルギーを受ける浮き体に接続されるラインを、海底に設けられる案内車に連絡させる必要がある。すなわち、浮き体が受けたエネルギーを伝達するために、海底に構造物を設ける必要がある。そうすると、水深が深い場所では、このような海底構造物を設けることが困難であるので、波力発電装置を設置できる場所が制限されてしまうといった問題があった。

本発明の目的は、設置場所の自由度を高くできる波力発電装置を提供することにある。

本発明の波力発電装置は、水面に配置され、波の影響により鉛直方向に沿った第１方向および前記第１方向とは反対側の第２方向に揺動する浮体と、前記浮体と接続されて前記浮体と一体に前記第１方向および前記第２方向に揺動する軸部材と、前記軸部材に接続され、前記軸部材の回転により発電する発電装置とを備え、前記軸部材は、円筒状とされた第１軸部と、前記第１軸部の内周側に配置される第２軸部と、前記第１軸部および前記第２軸部に接続されて前記第１軸部および前記第２軸部と連動して回転可能に構成され、かつ、前記発電装置に接続される基部と、前記第１軸部の先端部に配置され、前記第１方向に沿った前記第１軸部の揺動に伴って、前記第１軸部とともに第１回転方向に回転する第１羽根車と、前記第２軸部の先端部に配置され、前記第２方向に沿った前記第２軸部の揺動に伴って、前記第２軸部とともに前記第１回転方向に回転する第２羽根車と、前記第１回転方向の前記第１軸部の回転を前記基部に伝達するとともに、前記第１回転方向とは反対向きの第２回転方向への前記第１軸部の回転を前記基部に対して遮断する第１回転伝達部と、前記第１回転方向の前記第２軸部の回転を前記基部に伝達するとともに、前記第２回転方向への前記第２軸部の回転を前記基部に対して遮断する第２回転伝達部と、を有することを特徴とする波力発電装置。

本発明では、波の影響によって鉛直方向に沿った第１方向および第２方向に浮体が揺動し、これに伴って第１羽根車および第２羽根車が回転することで軸部材が回転する。そして、当該軸部材の回転のエネルギーにより発電装置が発電する。すなわち、本発明では、波のエネルギーを第１羽根車および第２羽根車により回転エネルギーに変換し、当該回転エネルギーを電力に変換する。この際、水の底に構造物を設けなくても浮体や軸部材を配置することができるので、波力発電装置の設置場所の自由度を高くすることができる。

ここで、本発明では、波の影響により鉛直方向に沿った第１方向に浮体が揺動した際に、その波力により第１羽根車が第１回転方向に回転する。これにより、第１羽根車とともに第１軸部が第１回転方向に回転し、その回転が第１回転伝達部を介して基部に伝達される。この際、仮に、第２羽根車および第２軸部が第２回転方向に回転したとしても、第２軸部の第２回転方向の回転は第２回転伝達部が遮断するので、基部に伝達されることはない。そのため、基部が第１回転方向に回転し、その回転を発電装置に伝達して、発電装置によって発電することができる。

また、波の影響により鉛直方向に沿った第２方向に浮体が揺動した際に、その波力により第２羽根車が第１回転方向に回転する。これにより、第２羽根車とともに第２軸部が回転し、その回転が基部を介して発電装置に伝達される。この際、仮に、第１羽根車および第１軸部が第２回転方向に回転したとしても、第１軸部の第２回転方向の回転は第１回転伝達部が遮断するので、基部に伝達されることはない。そのため、基部が第１回転方向に回転し、その回転を発電装置に伝達して、発電装置によって発電することができる。
したがって、第１羽根車の回転と、第２羽根車の回転とが干渉することがなく、基部は第１回転方向にのみ回転するので、波のエネルギーを効率的に電力に変換することができる。

本発明の波力発電装置において、前記第１回転伝達部および前記第２回転伝達部は、クラッチ機構により構成されることが好ましい。
この構成では、第１回転伝達部および第２回転伝達部は、クラッチ機構により構成されるので、簡素な構成で第１軸部および第２軸部の第２回転方向の回転を、基部に対して遮断することができる。

本発明の波力発電装置において、前記浮体は、前記浮体の前記第１回転方向の回転を抑制する回転防止板を備えることが好ましい。
この構成では、浮体の第１回転方向の回転を回転防止板により抑制できるので、軸部材の回転を効率的に発電装置に伝達することができる。

本発明の波力発電装置において、前記浮体は、前記軸部材を回転可能に支持する軸受部を備えることが好ましい。
この構成では、浮体が軸受部を備えるので、軸部材の回転が浮体に伝達されることを抑制できる。そのため、軸部材の回転を効率的に発電装置に伝達することができる。さらに、軸部材の軸方向に作用する力を軸受部にて受けることができるので、発電装置に軸方向の力が作用することを抑制することができる。そのため、軸方向の力が発電装置に作用することで、発電装置に不具合を生じることを抑制することができる。

本発明の波力発電装置において、前記浮体は、前記発電装置を支持する支持部を有することが好ましい。
この構成では、浮体が支持部を有するので、浮体によって発電装置を確実に支持することができる。

一実施形態に係る波力発電装置の概略構成を示す図。 前記実施形態の軸部材の概略を示す断面図。 波力発電装置による発電方法を示す図。 波力発電装置による発電方法を示す図。 変形例の波力発電装置の概略構成を示す図。

［実施形態］
本発明の一実施形態に係る波力発電装置１を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態の波力発電装置１は、例えば、海上等に設置され、波のエネルギーを回転エネルギーに変換させて発電を行う装置である。

図１は、本実施形態の波力発電装置１の概略構成を示す図であり、図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩに沿った断面図である。
図１、２に示すように、波力発電装置１は、浮体２と、軸部材３と、発電装置４とを備える。

［浮体２］
浮体２は、軸部材３に連結され、海面（水面）に浮上可能に構成される部材である。本実施形態では、浮体２は、浮体部２１と、浮体板２２と、支持部２３と、軸受部２４と、回転防止板２５とを有する。
浮体部２１は、内部が中空とされたドーナツ状に形成され、海面に浮上可能に構成される。これにより、浮体部２１は、波の影響を受けて揺動可能とされている。具体的には、浮体部２１は、波の影響により鉛直方向に沿った第１方向Ｖ１（図１中の上向き方向）および第１方向Ｖ１とは反対側の第２方向Ｖ２（図１中の下向き方向）に揺動可能に構成されている。なお、このような浮体部２１は、例えば、ゴム部材や樹脂部材により形成されていてもよく、あるいは、金属により形成されていてもよく、海面に浮上して波の影響を受けて揺動可能に構成されていればよい。

浮体板２２は、浮体部２１と支持部２３との間に配置される板状の部材であり、浮体部２１と支持部２３とを接続させる部材である。また、浮体板２２には、中央部に孔部２２Ａが形成されている。

支持部２３は、発電装置４を支持する部材である。具体的には、支持部２３は、棒状の部材であり、一方の端部が後述する発電装置４のベース部材４２に連結されて、発電装置４を支持している。また、支持部２３は、他方の端部に回転防止板２５が配置されている。なお、このような支持部２３は、樹脂部材により形成されていてもよく、あるいは、金属により形成されていてもよく、発電装置４を支持可能に構成されていればよい。
なお、上記構成に限られるものではなく、例えば、浮体部２１の端部に海面に向かって延出されるアーム部を設け、当該アーム部の先端に回転防止板２５を配置してもよい。

軸受部２４は、軸部材３を回転可能に支持する部材である。具体的には、軸受部２４は、浮体板２２の孔部２２Ａの開口に沿って、浮体板２２に配置されている。本実施形態では、軸受部２４は、所謂ボールベアリングにより構成される。これにより、軸受部２４は、軸部材３を回転可能に支持することができるように構成されている。
回転防止板２５は、板状に形成され、前述したように支持部２３の他方の端部に配置されている。これにより、波の影響や軸部材３の回転によって浮体２および発電装置４が回転することを抑制できる。

［軸部材３］
軸部材３は、浮体２と接続されて当該浮体２と一体に第１方向Ｖ１および第２方向Ｖ２に揺動可能に構成されている。本実施形態では、軸部材３は、第１軸部３１と、第２軸部３２と、基部３３と、第１羽根車３４と、第２羽根車３５と、第１回転伝達部３６と、第２回転伝達部３７とを有する。

第１軸部３１は、金属製で円筒状に形成されている。本実施形態では、第１軸部３１は、基部３３の内周側に配置され、第１回転伝達部３６を介して基部３３と接続されている。なお、第１軸部３１は、上記構成に限られるものではなく、例えば、樹脂部材等により形成されていてもよい。

第２軸部３２は、金属製で棒状に形成されている。本実施形態では、第２軸部３２は、第１軸部３１の内周側に配置され、第２回転伝達部３７を介して基部３３と接続されている。なお、第２軸部３２は、上記構成に限られるものではなく、例えば、樹脂部材等により形成されていてもよい。

基部３３は、金属製で円筒状に形成されており、浮体２の軸受部２４に回転可能に支持されている。本実施形態では、基部３３は、前述したように、第１回転伝達部３６を介して第１軸部３１に接続されるとともに、第２回転伝達部３７を介して第２軸部３２に接続されている。これにより、基部３３は、第１軸部３１および第２軸部３２と連動して回転可能に構成されている。また、基部３３は、後述する発電装置４の発電部４１に接続されている。なお、基部３３は、上記構成に限られるものではなく、例えば、樹脂部材等により形成されていてもよい。

第１羽根車３４は、金属製で第１軸部３１の先端部に配置されている。本実施形態では、第１羽根車３４は、第１方向Ｖ１に沿った第１軸部３１の揺動に伴って、第１軸部３１とともに第１回転方向Ｒ１に回転するように構成されている。なお、第１羽根車３４は、上記構成に限られるものではなく、例えば、樹脂部材等により形成されていてもよい。

第２羽根車３５は、金属製で第２軸部３２の先端部に配置されている。本実施形態では、第２羽根車３５は、第２方向Ｖ２に沿った第２軸部３２の揺動に伴って、第２軸部３２とともに第１回転方向Ｒ１に回転するように構成されている。なお、第２羽根車３５は、上記構成に限られるものではなく、例えば、樹脂部材等により形成されていてもよい。

第１回転伝達部３６は、所謂クラッチ機構により構成され、第１軸部３１と基部３３との間に介挿されている。そして、第１回転伝達部３６は、第１回転方向Ｒ１の第１軸部３１の回転を基部３３に伝達するとともに、第１回転方向Ｒ１とは反対向きの第２回転方向Ｒ２の第１軸部３１の回転を基部３３に対して遮断するように構成されている。すなわち、第１回転伝達部３６は、第１軸部３１の一方向の回転のみを基部３３に伝達するように構成されている。

第２回転伝達部３７は、所謂クラッチ機構により構成され、第２軸部３２と基部３３との間に介挿されている。そして、第２回転伝達部３７は、第１回転方向Ｒ１の第２軸部３２の回転を基部３３に伝達するとともに、第２回転方向Ｒ２の第２軸部３２の回転を基部３３に対して遮断するように構成されている。すなわち、第２回転伝達部３７は、第２軸部３２の一方向の回転のみを基部３３に伝達するように構成されている。

［発電装置４］
発電装置４は、前述したように軸部材３の基部３３に接続され、基部３３の回転によって発電するように構成されている。本実施形態では、発電装置４は、発電部４１と、ベース部材４２とを有している。

発電部４１は、軸部材３の基部３３の回転を電力に変換する装置である。本実施形態では、発電部４１は、一般的な発電機と同様に、ロータ、ステータ、永久磁石、発電コイル等を備え、基部３３の回転によりロータの永久磁石を回転させて、発電コイルにより発電を行う。

ベース部材４２は、金属製で板状に形成され、前述したように浮体２の支持部２３に支持されるとともに、発電部４１を支持する。本実施形態では、ベース部材４２には、軸部材３の基部３３が挿通される挿通孔４２Ａが形成されている。なお、ベース部材４２は、上記構成に限られるものではなく、例えば、樹脂部材等により形成されていてもよい。

［発電方法について］
次に、波力発電装置１による発電方法について説明する。
図３および図４は、波力発電装置１による発電方法を示す図である。なお、図３は、波の山部分に波力発電装置１の浮体部２１が位置する場合を示しており、図４は、波の谷部分に波力発電装置１の浮体部２１が位置する場合を示している。

図３に示すように、浮体部２１が波の山部分に位置する場合、浮体部２１が波によって第１方向Ｖ１に揺動されている。そうすると、軸受部２４を介して浮体部２１と接続されている軸部材３が第１方向Ｖ１に揺動される。これにより、第１軸部３１が第１方向Ｖ１に揺動されるので、第１羽根車３４が第１回転方向Ｒ１に回転する。そのため、当該第１羽根車３４とともに第１軸部３１が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転が第１回転伝達部３６を介して基部３３に伝達される。

ここで、第２羽根車３５および第２軸部３２が第２回転方向Ｒ２に回転したとしても、第２軸部３２の第２回転方向Ｒ２の回転は第２回転伝達部３７が遮断するので、基部３３に伝達されることはない。そのため、基部３３が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転を発電装置４の発電部４１に伝達して、当該発電部４１により発電することができる。
この際、本実施形態では、浮体２は回転防止板２５を備えるので、軸部材３とともに浮体２が第１回転方向Ｒ１に回転することを抑制することができる。さらに、本実施形態では、浮体２は軸受部２４により軸部材３を支持するので、軸部材３の回転が浮体２に伝達されることを抑制できる。そのため、基部３３の第１回転方向Ｒ１の回転を発電装置４に効率的に伝達することができる。

次に、図３に示す状態から、図４に示すように、浮体部２１が波の谷部分に位置した場合、浮体部２１が波によって第２方向Ｖ２に揺動される。そうすると、軸受部２４を介して浮体部２１と接続されている軸部材３が第２方向Ｖ２に揺動される。これにより、第２軸部３２が第２方向Ｖ２に揺動されるので、第２羽根車３５が第１回転方向Ｒ１に回転する。そのため、当該第２羽根車３５とともに第２軸部３２が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転が第２回転伝達部３７を介して基部３３に伝達される。

ここで、第１羽根車３４および第１軸部３１が第２回転方向Ｒ２に回転したとしても、第１軸部３１の第２回転方向Ｒ２の回転は第１回転伝達部３６が遮断するので、基部３３に伝達されることはない。そのため、基部３３が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転を発電装置４の発電部４１に伝達して、当該発電部４１により発電することができる。
この際、前述したように、浮体２は回転防止板２５を備えるので、軸部材３とともに浮体２が第１回転方向Ｒ１に回転することを抑制することができる。さらに、本実施形態では、浮体２は軸受部２４により軸部材３を支持するので、軸部材３の回転が浮体２に伝達されることを抑制できる。そのため、基部３３の第１回転方向Ｒ１の回転を発電装置４に効率的に伝達することができる。

このように、本実施形態では、波のエネルギーを第１羽根車３４および第２羽根車３５により回転エネルギーに変換し、当該回転エネルギーを発電装置４により電力に変換する。この際、水の底に構造物を設けなくても浮体２や軸部材３を配置することができるので、波力発電装置１の設置場所の自由度を高くすることができる。

以上のような本実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、波の影響によって鉛直方向に沿った第１方向Ｖ１および第２方向Ｖ２に浮体２が揺動し、これに伴って第１羽根車３４および第２羽根車３５が回転することで軸部材３が回転する。そして、当該軸部材３の回転のエネルギーにより発電装置４が発電する。この際、水の底に構造物を設けなくても浮体２や軸部材３を配置することができるので、波力発電装置１の設置場所の自由度を高くすることができる。
ここで、本実施形態では、波の影響により鉛直方向に沿った第１方向Ｖ１に浮体２が揺動した際に、その波力により第１羽根車３４が第１回転方向Ｒ１に回転する。これにより、第１羽根車３４とともに第１軸部３１が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転が第１回転伝達部３６を介して基部３３に伝達される。この際、第２羽根車３５および第２軸部３２が第２回転方向Ｒ２に回転したとしても、第２軸部３２の第２回転方向Ｒ２の回転は第２回転伝達部３７が遮断するので、基部３３に伝達されることはない。そのため、基部３３が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転を発電装置４に伝達して、発電装置４により発電することができる。
また、波の影響により鉛直方向に沿った第２方向Ｖ２に浮体２が揺動した際に、その波力により第２羽根車３５が第１回転方向Ｒ１に回転する。これにより、第２羽根車３５とともに第２軸部３２が回転し、その回転が基部３３を介して発電装置４に伝達される。この際、第１羽根車３４および第１軸部３１が第２回転方向Ｒ２に回転したとしても、第１軸部３１の第２回転方向Ｒ２の回転は第１回転伝達部３６が遮断するので、基部３３に伝達されることはない。そのため、基部３３が第１回転方向Ｒ１に回転し、その回転を発電装置４に伝達して、発電装置４により発電することができる。
したがって、第１羽根車３４の回転と、第２羽根車３５の回転とが干渉することがなく、基部３３は第１回転方向Ｒ１のみに回転するので、波のエネルギーを効率的に電力に変換することができる。

（２）本実施形態では、第１回転伝達部３６および第２回転伝達部３７は、クラッチ機構により構成されるので、簡素な構成で第１軸部３１および第２軸部３２の第２回転方向Ｒ２の回転を、基部３３に対して遮断することができる。

（３）本実施形態では、浮体２の第１回転方向Ｒ１の回転を回転防止板２５により抑制できるので、軸部材３の回転を効率的に発電装置４に伝達することができる。

（４）本実施形態では、浮体２が軸受部２４を備えるので、軸部材３の回転が浮体２に伝達されることを抑制できる。そのため、軸部材３の回転を効率的に発電装置４に伝達することができる。さらに、軸部材３の軸方向に作用する力を軸受部２４にて受けることができるので、発電装置４に軸方向の力が作用することを抑制することができる。そのため、軸方向の力が発電装置４に作用することで、発電装置４に不具合を生じることを抑制することができる。

（５）本実施形態では、浮体２が支持部２３を有するので、浮体２によって発電装置４を確実に支持することができる。

［変形例］
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

図５は、変形例の波力発電装置１Ａの概略構成を示す図である。
図５に示すように、波力発電装置１Ａは、基部３３に配置されるフライホイール部３８Ａを備えていてもよい。このような波力発電装置１Ａでは、フライホイール部３８Ａにて基部３３の回転を平準化させることができるので、波の影響が不安定な場合でも、発電装置４に軸部材３の回転を安定的に伝達することができる。そのため、発電装置４による発電を安定化させることができる。

前記実施形態では、波力発電装置１は、軸部材３および発電装置４を１つずつ備えていたが、これに限定されない。例えば、波力発電装置は、軸部材および発電装置を複数備えていてもよい。

前記実施形態では、波力発電装置１は、海上に設置されていたが、これに限定されない。例えば、波力発電装置は、波が発生する湖上に設置されていてもよく、波の影響を受けることができる位置であればよい。

前記実施形態では、波力発電装置１は、ドーナツ状の浮体部２１を１つ有していたが、これに限定されない。例えば、波力発電装置は、任意の形状の浮体を複数個有していてもよい。

１，１Ａ…波力発電装置、２…浮体、３…軸部材、４…発電装置、２１…浮体部、２２…浮体板、２２Ａ…孔部、２３…支持部、２４…軸受部、２５…回転防止板、３１…第１軸部、３２…第２軸部、３３…基部、３４…第１羽根車、３５…第２羽根車、３６…第１回転伝達部、３７…第２回転伝達部、３８Ａ…フライホイール部、４１…発電部、４２…ベース部材、４２Ａ…挿通孔。

Claims (5)

1. 水面に配置され、波の影響により鉛直方向に沿った第１方向および前記第１方向とは反対側の第２方向に揺動する浮体と、
   前記浮体と接続されて前記浮体と一体に前記第１方向および前記第２方向に揺動する軸部材と、
   前記軸部材に接続され、前記軸部材の回転により発電する発電装置とを備え、
   前記軸部材は、
   円筒状とされた第１軸部と、
   前記第１軸部の内周側に配置される第２軸部と、
   前記第１軸部および前記第２軸部に接続されて前記第１軸部および前記第２軸部と連動して回転可能に構成され、かつ、前記発電装置に接続される基部と、
   前記第１軸部の先端部に配置され、前記第１方向に沿った前記第１軸部の揺動に伴って、前記第１軸部とともに第１回転方向に回転する第１羽根車と、
   前記第２軸部の先端部に配置され、前記第２方向に沿った前記第２軸部の揺動に伴って、前記第２軸部とともに前記第１回転方向に回転する第２羽根車と、
   前記第１回転方向の前記第１軸部の回転を前記基部に伝達するとともに、前記第１回転方向とは反対向きの第２回転方向への前記第１軸部の回転を前記基部に対して遮断する第１回転伝達部と、
   前記第１回転方向の前記第２軸部の回転を前記基部に伝達するとともに、前記第２回転方向への前記第２軸部の回転を前記基部に対して遮断する第２回転伝達部と、を有する
   ことを特徴とする波力発電装置。
2. 請求項１に記載の波力発電装置において、
   前記第１回転伝達部および前記第２回転伝達部は、クラッチ機構により構成される
   ことを特徴とする波力発電装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の波力発電装置において、
   前記浮体は、前記浮体の前記第１回転方向の回転を抑制する回転防止板を備える
   ことを特徴とする波力発電装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波力発電装置において、
   前記浮体は、前記軸部材を回転可能に支持する軸受部を備える
   ことを特徴とする波力発電装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波力発電装置において、
   前記浮体は、前記発電装置を支持する支持部を有する
   ことを特徴とする波力発電装置。

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