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JP7484607B2 - Water current power generation device - Google Patents
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JP7484607B2 - Water current power generation device - Google Patents

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Description

本開示は、水流発電装置に関する。 This disclosure relates to a water current power generation device.

水中で浮遊可能な耐圧容器(基体)内に発電機を備えた発電装置がある。例えば特許文献1には、水流を受けて回転する一対のタービンブレード(タービン)を備え、タービンブレードの回転駆動力を受けて、耐圧容器内の発電機によって発電する双発式の発電装置が記載されている。 There is a power generation device that has a generator inside a pressure-resistant vessel (base) that can float underwater. For example, Patent Document 1 describes a twin-engine power generation device that has a pair of turbine blades (turbines) that rotate when exposed to a water flow, and receives the rotational driving force of the turbine blades to generate electricity using a generator inside the pressure-resistant vessel.

特開2014-534375号公報JP 2014-534375 A

双発式の発電装置においては、一対のタービンが互いに逆方向に回転することで、一方のタービンの回転に伴う反トルクと他方のタービンの回転に伴う反トルクとが互いに打ち消し合う。これにより、基体に偏った回転力が作用することが抑制され、基体の姿勢が一定の状態に維持される。このため、例えば、一方のタービンの動作不良等によって、一対のタービンの反トルクのバランスが崩れた場合、基体に偏った回転力が作用し、基体の姿勢が乱れることが考えられる。基体の姿勢の乱れは、発電装置の運用上問題となることがあり得る。 In a twin-engine power generating system, a pair of turbines rotate in opposite directions, so that the counter torque caused by the rotation of one turbine and the counter torque caused by the rotation of the other turbine cancel each other out. This prevents biased rotational force from acting on the base, and maintains a constant attitude of the base. For this reason, if the balance of the counter torques of the pair of turbines is lost due to, for example, a malfunction of one of the turbines, a biased rotational force may act on the base, disrupting the attitude of the base. Disturbance in the attitude of the base may cause problems in the operation of the power generating system.

本開示は、基体の姿勢を安定化し得る水流発電装置を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a water current power generation device that can stabilize the posture of the base body.

本開示の一態様である水流発電装置は、水中を浮遊する基体と、基体に搭載された第1発電機に連結され、水流を受けて回転する第1タービンと、基体に搭載された第2発電機に連結され、水流を受けて回転する第2タービンと、第1タービン及び第2タービンの回転を制御する制御部と、を備え、制御部は、第1タービンの回転に伴う第1反トルクと第2タービンの回転に伴う第2反トルクとのバランスが崩れたアンバランス状態において、基体に作用する回転力を調整する調整処理を実行し、調整処理では、第1反トルクと、第2反トルクと、第1反トルクと第2反トルクとのアンバランスに起因する基体の姿勢の変化に応じた復原力と、が釣り合うように、第1タービン及び第2タービンのいずれか一方の回転数を調整する。 A water current power generation device according to one aspect of the present disclosure includes a base floating in water, a first turbine connected to a first generator mounted on the base and rotated by the water current, a second turbine connected to a second generator mounted on the base and rotated by the water current, and a control unit that controls the rotation of the first turbine and the second turbine. The control unit executes an adjustment process to adjust the rotational force acting on the base in an unbalanced state in which the balance between the first counter torque associated with the rotation of the first turbine and the second counter torque associated with the rotation of the second turbine is lost, and in the adjustment process, the rotation speed of either the first turbine or the second turbine is adjusted so as to balance the first counter torque, the second counter torque, and the restoring force corresponding to the change in the attitude of the base caused by the unbalance between the first counter torque and the second counter torque.

この水流発電装置では、アンバランス状態において、制御部が調整処理を実行することで基体に作用する回転力が調整される。この調整処理では、第1反トルクと第2反トルクと復原力とが釣り合うように、第1タービン及び第2タービンのいずれか一方の回転数が調整される。これにより、基体に作用する回転力が互いに打ち消し合うように、第1反トルク又は第2反トルクが調整されるので、基体に偏った回転力が作用し続けることが回避される。したがって、基体の姿勢の乱れが大きくなることを抑制できるので、基体の姿勢を安定化することができる。 In this water current power generation device, in an unbalanced state, the control unit executes an adjustment process to adjust the rotational force acting on the base body. In this adjustment process, the rotation speed of either the first turbine or the second turbine is adjusted so that the first counter torque, the second counter torque, and the restoring force are balanced. This adjusts the first counter torque or the second counter torque so that the rotational forces acting on the base body cancel each other out, preventing a biased rotational force from continuing to act on the base body. This makes it possible to prevent the base body's posture from becoming too disturbed, thereby stabilizing the posture of the base body.

制御部は、基体のロール方向まわりの傾斜角度が経時的に変化している状態をアンバランス状態として、調整処理を実行してもよい。第1反トルクと第2反トルクとのバランスが崩れた場合には、ロール方向まわりの傾斜角度の経時的な変化が特に大きくなりやすい。したがって、この状態をアンバランス状態として調整処理を行うことで、基体の姿勢の乱れが大きくなることを効果的に抑制できる。 The control unit may perform an adjustment process by treating a state in which the tilt angle of the base about the roll direction changes over time as an unbalanced state. When the balance between the first counter torque and the second counter torque is lost, the change over time in the tilt angle about the roll direction is likely to be particularly large. Therefore, by performing an adjustment process by treating this state as an unbalanced state, it is possible to effectively prevent the posture of the base from becoming more unstable.

調整処理は、第1タービン及び第2タービンのうち回転数を調整する対象を特定する特定処理を含み、特定処理では、基体の回転方向と逆向きの回転方向にて回転している第1タービン又は第2タービンを対象と特定してもよい。アンバランス状態においては、第1反トルクと第2反トルクとの差分トルク(回転力)が、基体に作用する。その結果、基体は、回転軸線に対して平行な軸線まわりの傾斜角度が経時的に変化する。例えば、第1タービンの回転に伴って生じる第1反トルクは、第1タービンの回転方向と逆向きの回転力である。第1反トルクは、第1タービンの回転方向と逆向きに基体を回転させる。一方、第2タービンの回転に伴って生じる第2反トルクは、第2タービンの回転方向と逆向きの回転力である。第2反トルクは、第2タービンの回転方向と逆向きに基体を回転させる。つまり、基体の回転方向によれば、第1反トルクと第2反トルクのいずれがアンバランスの要因となっているかを知ることができる。したがって、基体の回転方向と逆向きの回転方向にて回転している第1タービン又は第2タービンの回転数の調整により、第1反トルク及び第2反トルクのうちの大きい方が調整されるので、第1反トルクと第2反トルクと復原力とを釣り合わせやすい。 The adjustment process includes a process of identifying the first turbine or the second turbine to be adjusted in rotation speed, and the process of identifying the first turbine or the second turbine rotating in a direction opposite to the rotation direction of the base may be identified as the target. In an unbalanced state, a differential torque (rotational force) between the first counter torque and the second counter torque acts on the base. As a result, the tilt angle of the base around an axis parallel to the axis of rotation changes over time. For example, the first counter torque generated by the rotation of the first turbine is a rotational force opposite to the rotation direction of the first turbine. The first counter torque rotates the base in a direction opposite to the rotation direction of the first turbine. On the other hand, the second counter torque generated by the rotation of the second turbine is a rotational force opposite to the rotation direction of the second turbine. The second counter torque rotates the base in a direction opposite to the rotation direction of the second turbine. In other words, it is possible to know which of the first counter torque and the second counter torque is the cause of the unbalance, according to the rotation direction of the base. Therefore, by adjusting the rotation speed of the first turbine or the second turbine, which rotates in the opposite direction to the rotation direction of the base body, the larger of the first and second counter torques is adjusted, making it easier to balance the first and second counter torques and the restoring force.

基体の姿勢に関する情報を取得するセンサをさらに備え、制御部は、センサによって取得された情報に基づいて、基体のロール方向まわりの傾斜角度が閾値以上であると判断したときに、調整処理を開始してもよい。この構成では、アンバランス状態であっても基体のロール方向まわりの傾斜角度が閾値より小さい場合に、調整処理を省略できる。したがって、基体の姿勢の乱れが大きくなることを効率よく抑制できる。 The control unit may further include a sensor that acquires information regarding the posture of the base, and may start the adjustment process when it determines, based on the information acquired by the sensor, that the tilt angle of the base about the roll direction is equal to or greater than a threshold value. In this configuration, even in an unbalanced state, the adjustment process can be omitted if the tilt angle of the base about the roll direction is smaller than the threshold value. Therefore, it is possible to efficiently prevent the posture of the base from becoming disturbed.

制御部は、第1タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、第1タービンの回転数を調整し、又は、第2タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、第2タービンの回転数を調整してもよい。この場合、第1タービンの回転数又は第2タービンの回転数を調整しやすい。 The control unit may adjust the rotation speed of the first turbine by adjusting the pitch angle of the blades of the first turbine, or adjust the rotation speed of the second turbine by adjusting the pitch angle of the blades of the second turbine. In this case, it is easy to adjust the rotation speed of the first turbine or the rotation speed of the second turbine.

本開示によれば、基体の姿勢を安定化することができる。 According to this disclosure, the posture of the base body can be stabilized.

図1は、実施形態に係る水流発電装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a water current power generation device according to an embodiment. 図2(a)及び図2(b)は、図1に示す発電用ポッドに設けられた機器類の概略構成を示す図である。2(a) and 2(b) are diagrams showing a schematic configuration of the devices provided in the power generation pod shown in FIG. 図3(a)及び図3(b)は、基体の姿勢を説明するための図である。3A and 3B are diagrams for explaining the attitude of the base body. 図4は、コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing the functional configuration of the controller. 図5は、制御中の基体の姿勢を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the attitude of the base body during control. 図6は、姿勢制御処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the attitude control process. 図7は、回転力調整処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the rotational force adjustment process. 図8は、制御後の基体の姿勢を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the attitude of the base body after control.

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。以下では、水の流れを基準として「上流」及び「下流」を用いる。また、「前」というときは水の流れの上流側を意味し、「後」というときは水の流れの下流側を意味する。 An embodiment will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, identical or corresponding elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions may be omitted. In the following, "upstream" and "downstream" are used based on the flow of water. Furthermore, "front" refers to the upstream side of the water flow, and "rear" refers to the downstream side of the water flow.

[水流発電装置]
図1を参照し、本実施形態に係る水流発電装置について説明する。図1に示される水流発電装置1は、水流FWを利用して発電を行う水中浮遊式の発電装置である。以下、「水流発電装置1」を「発電装置1」と記す。発電装置1は、例えば、海洋に設置され、海流によって発電する場合に用いられる。発電装置1は、基体2と、タービン3A,3Bと、発電機4A,4Bと、タービン3A,3Bの回転を制御するコントローラ10(制御部)と、を備える。
[Water current power generation device]
The water current power generation device according to this embodiment will be described with reference to Fig. 1. The water current power generation device 1 shown in Fig. 1 is a submersible floating power generation device that generates power by utilizing a water current FW. Hereinafter, the "water current power generation device 1" will be referred to as the "power generation device 1". The power generation device 1 is used, for example, when installed in the ocean and generates power using ocean currents. The power generation device 1 includes a base 2, turbines 3A, 3B, generators 4A, 4B, and a controller 10 (control unit) that controls the rotation of the turbines 3A, 3B.

基体2は、一対のポッドとしての発電用ポッド21A,21Bと、ビーム22と、を有する。発電用ポッド21A,21Bは、水中を浮遊可能な浮体である。発電用ポッド21A,21Bの形状は、例えば、円筒形状である。発電用ポッド21Aの内部には、発電機4A(第1発電機)が搭載されている。発電用ポッド21Bの内部には、発電機4B(第2発電機)が搭載されている。発電用ポッド21A,21Bは、例えば左右に離間して配置されている。発電用ポッド21A,21Bは、ビーム22によって連結されている。ビーム22は、例えば水平に配置された矩形の板状体である。 The base 2 has a pair of power generation pods 21A, 21B as pods, and a beam 22. The power generation pods 21A, 21B are floats that can float in water. The power generation pods 21A, 21B are, for example, cylindrical in shape. A generator 4A (first generator) is mounted inside the power generation pod 21A. A generator 4B (second generator) is mounted inside the power generation pod 21B. The power generation pods 21A, 21B are, for example, arranged at a distance to the left and right. The power generation pods 21A, 21B are connected by a beam 22. The beam 22 is, for example, a rectangular plate-like body arranged horizontally.

発電用ポッド21A,21Bは、水底に配置されたシンカ5に係留索6を介して接続されている。シンカ5は、例えば摩擦式のシンカでもよく、その他のシンカでもよい。なお、シンカ5に代えて水底に固定されたアンカに係留索6が接続されてもよい。アンカは、パイル式のアンカでもよく、サクション式のアンカでもよく、その他のアンカでもよい。係留索6の下端はシンカ5に接続され、係留索6の上端は発電用ポッド21A,21Bに接続されている。係留索6の上端は、例えば発電用ポッド21A,21Bにそれぞれ接続されている。係留索6の上端は、発電用ポッド21A,21Bに代えて、ビーム22に接続されていてもよい。 The power generation pods 21A and 21B are connected to a sinker 5 placed on the bottom of the water via a mooring line 6. The sinker 5 may be, for example, a friction-type sinker or other sinker. The mooring line 6 may be connected to an anchor fixed to the bottom of the water instead of the sinker 5. The anchor may be a pile-type anchor, a suction-type anchor, or other anchor. The lower end of the mooring line 6 is connected to the sinker 5, and the upper end of the mooring line 6 is connected to the power generation pods 21A and 21B. The upper ends of the mooring lines 6 are connected to the power generation pods 21A and 21B, for example. The upper ends of the mooring lines 6 may be connected to the beam 22 instead of the power generation pods 21A and 21B.

発電用ポッド21A,21Bには、それぞれケーブル7が接続されている。ケーブル7は、発電機4A,4Bによって生成された電力を伝送するための送電ケーブルと、陸上設備(不図示)と通信するための通信ケーブルと、を含む。ケーブル7は、係留索6に沿って発電機4A,4Bからシンカ5に向けて延びるとともに、水底に沿って係留索6から陸上設備に向けて延びている。 Cables 7 are connected to the power generation pods 21A and 21B. The cables 7 include a power transmission cable for transmitting the power generated by the generators 4A and 4B, and a communication cable for communicating with onshore facilities (not shown). The cables 7 extend from the generators 4A and 4B along the mooring lines 6 toward the sinker 5, and also extend from the mooring lines 6 along the bottom of the water toward the onshore facilities.

タービン3A,3Bは、発電用のタービンである。タービン3A,3Bは、水流を受けて回転するように構成されている。タービン3A(第1タービン)は、発電用ポッド21Aの後部に設けられている。タービン3B(第2タービン)は、発電用ポッド21Bの後部に設けられている。本実施形態において、タービン3A,3Bは、いわゆるダウンウィンド型のタービンである。なお、タービン3A,3Bは、アップウィンド型のタービンであってもよい。以下、図2を併せて参照する。図2(a)及び図2(b)は、図1に示す発電用ポッドに設けられた機器類の概略構成を示す図である。 The turbines 3A and 3B are turbines for generating electricity. The turbines 3A and 3B are configured to rotate when they receive a water flow. The turbine 3A (first turbine) is provided at the rear of the power generation pod 21A. The turbine 3B (second turbine) is provided at the rear of the power generation pod 21B. In this embodiment, the turbines 3A and 3B are so-called downwind type turbines. The turbines 3A and 3B may be upwind type turbines. Please also refer to FIG. 2 below. FIGS. 2(a) and 2(b) are diagrams showing the schematic configuration of the equipment provided in the power generation pod shown in FIG. 1.

タービン3Aは、発電機4Aに連結されている。タービン3Aは、ハブ31Aと複数のブレード32Aとを有する。ハブ31Aは、発電用ポッド21Aの前後方向に沿う軸線まわりに回転可能に設けられている。具体的には、発電機4Aの回転軸41にハブ31Aが取り付けられている。ハブ31Aは、回転軸41と一体に回転する。ブレード32Aは、水流FWを受けて回転力を発生させる翼部材である。ブレード32Aは、ハブ31Aの外周に径方向へ向けて設けられている。図2(a)では、2つのブレード32Aがハブ31Aに設けられているが、3つ以上のブレード32Aがハブ31Aに設けられていてもよい。 The turbine 3A is connected to the generator 4A. The turbine 3A has a hub 31A and a plurality of blades 32A. The hub 31A is rotatably arranged around an axis along the front-rear direction of the power generation pod 21A. Specifically, the hub 31A is attached to the rotating shaft 41 of the generator 4A. The hub 31A rotates integrally with the rotating shaft 41. The blades 32A are wing members that receive the water flow FW and generate a rotational force. The blades 32A are arranged radially on the outer periphery of the hub 31A. In FIG. 2(a), two blades 32A are arranged on the hub 31A, but three or more blades 32A may be arranged on the hub 31A.

タービン3Bは、発電機4Bに連結されている。タービン3Bは、ハブ31Bと複数のブレード32Bとを有する。ハブ31Bは、発電用ポッド21Bの前後方向に沿う軸線まわりに回転可能に設けられている。具体的には、発電機4Bの回転軸41にハブ31Bが取り付けられている。ハブ31Bは、回転軸41と一体に回転する。ブレード32Bは、水流FWを受けて回転力を発生させる翼部材である。ブレード32Bは、ハブ31Bの外周に径方向へ向けて設けられている。図2(b)では、2つのブレード32Bがハブ31Bに設けられているが、3つ以上のブレード32Bがハブ31Bに設けられていてもよい。 The turbine 3B is connected to the generator 4B. The turbine 3B has a hub 31B and a plurality of blades 32B. The hub 31B is rotatably arranged around an axis along the front-rear direction of the power generation pod 21B. Specifically, the hub 31B is attached to the rotating shaft 41 of the generator 4B. The hub 31B rotates integrally with the rotating shaft 41. The blades 32B are wing members that receive the water flow FW and generate a rotational force. The blades 32B are arranged radially on the outer periphery of the hub 31B. In FIG. 2(b), two blades 32B are arranged on the hub 31B, but three or more blades 32B may be arranged on the hub 31B.

発電機4Aは、タービン3Aの回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する機器であり、タービン3Aの回転力を受けて発電する。発電機4Bは、タービン3Bの回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する機器であり、タービン3Bの回転力を受けて発電する。発電機4A,4Bにはパワーコンディショナが接続されていてもよい。発電機4A,4Bは、パワーコンディショナに対し発電電力を出力する。パワーコンディショナは、発電機4A,4Bの発電電力の調整及び発電運転制御を行うことができる。発電電力の調整は、交流電力である発電電力を直流電力に変換し、所望の周波数となるように直流電力を交流電力に変換して行われる。パワーコンディショナには、高圧受電部が接続されていてもよい。高圧受電部は、パワーコンディショナから出力される交流電力を変圧する。 The generator 4A is a device that converts the kinetic energy of the rotation of the turbine 3A into electrical energy, and generates electricity by receiving the rotational force of the turbine 3A. The generator 4B is a device that converts the kinetic energy of the rotation of the turbine 3B into electrical energy, and generates electricity by receiving the rotational force of the turbine 3B. A power conditioner may be connected to the generators 4A and 4B. The generators 4A and 4B output generated power to the power conditioner. The power conditioner can adjust the generated power of the generators 4A and 4B and control the power generation operation. The generated power is adjusted by converting the generated power, which is AC power, into DC power, and then converting the DC power into AC power so that it has the desired frequency. A high-voltage power receiving unit may be connected to the power conditioner. The high-voltage power receiving unit transforms the AC power output from the power conditioner.

図2(a)及び図2(b)に示されるように、発電装置1は、センサ23と、回転調整部24と、をさらに備えている。センサ23は、基体2の姿勢に関する情報を取得する。基体の姿勢に関する情報は、例えば、基体2の姿勢の傾斜角度の単位時間あたりの変化量、すなわち角速度である。センサ23は、例えば、ジャイロセンサである。センサ23は、基体2のロール方向、ピッチ方向、及びヨー方向の角速度を検出する。センサ23は、検出した各方向の角速度をコントローラ10に随時出力する。発電用ポッド21A,21Bのうちのいずれか一方の内部にセンサ23が設けられていてもよいし、発電用ポッド21A,21Bの両方の内部にセンサ23がそれぞれ設けられていてもよい。 2(a) and 2(b), the power generation device 1 further includes a sensor 23 and a rotation adjustment unit 24. The sensor 23 acquires information about the attitude of the base 2. The information about the attitude of the base is, for example, the amount of change per unit time in the tilt angle of the attitude of the base 2, i.e., the angular velocity. The sensor 23 is, for example, a gyro sensor. The sensor 23 detects the angular velocities of the base 2 in the roll direction, pitch direction, and yaw direction. The sensor 23 outputs the detected angular velocities in each direction to the controller 10 as needed. The sensor 23 may be provided inside either one of the power generation pods 21A and 21B, or the sensor 23 may be provided inside both of the power generation pods 21A and 21B.

回転調整部24は、タービン3A,3Bの回転数を調整する。回転調整部24は、ピッチ調整機構25A,25Bを有する。ピッチ調整機構25Aは、ブレード32Aのピッチ角度を調整することにより、タービン3Aの回転数を調整する。ピッチ調整機構25Bは、ブレード32Bのピッチ角度を調整することにより、タービン3Bの回転数を調整する。つまり、発電装置1において、ブレード32A,32Bのピッチ角度は可変になっている。 The rotation adjustment unit 24 adjusts the rotation speed of the turbines 3A and 3B. The rotation adjustment unit 24 has pitch adjustment mechanisms 25A and 25B. The pitch adjustment mechanism 25A adjusts the pitch angle of the blades 32A to adjust the rotation speed of the turbine 3A. The pitch adjustment mechanism 25B adjusts the pitch angle of the blades 32B to adjust the rotation speed of the turbine 3B. In other words, in the power generation device 1, the pitch angles of the blades 32A and 32B are variable.

ピッチ調整機構25Aは、発電用ポッド21Aの内部に設けられている。ピッチ調整機構25Bは、発電用ポッド21Bの内部に設けられている。ピッチ調整機構25A,25Bは、例えば油圧式の駆動装置26とブレード軸27とをそれぞれ備える。より詳細には、ブレード32A,32Bのそれぞれの基端部には、ブレード軸27が設けられている。このブレード軸27に、駆動装置26が連結されている。駆動装置26は、例えばハブ31A,31B内に搭載される。駆動装置26は、例えば、歯車機構を含んでいる。駆動装置26としては、公知の機構を用いることができる。駆動装置26は、コントローラ10によって制御されて、ブレード軸27を回転させて、ブレード32A,32Bのピッチ角度を任意の角度に調整可能である。ブレード軸27の駆動法は、油圧でなくともよく、電動モータ等を用いる電動式の駆動方法でもよい。 The pitch adjustment mechanism 25A is provided inside the power generation pod 21A. The pitch adjustment mechanism 25B is provided inside the power generation pod 21B. Each of the pitch adjustment mechanisms 25A and 25B includes, for example, a hydraulic drive device 26 and a blade shaft 27. More specifically, a blade shaft 27 is provided at the base end of each of the blades 32A and 32B. The drive device 26 is connected to the blade shaft 27. The drive device 26 is mounted, for example, in the hubs 31A and 31B. The drive device 26 includes, for example, a gear mechanism. A known mechanism can be used as the drive device 26. The drive device 26 is controlled by the controller 10 to rotate the blade shaft 27 and adjust the pitch angle of the blades 32A and 32B to any angle. The drive method of the blade shaft 27 does not have to be hydraulic, and may be an electric drive method using an electric motor or the like.

次に、基体2の姿勢について説明する。図3は、基体の姿勢を説明するための図である。図3(a)は、上述したタービン3A,3Bの両方が正常に動作している状態における基体2の姿勢を示す図である。なお、理解の容易化のため、図3においては、基体2の浮心BC及び重心GCを基体2の外に図示しているが、浮心BCは基体2に作用する浮力Bの中心であり、重心GCは基体2の重心である。タービン3A,3Bの両方が正常に動作している状態において、ブレード32Aのピッチとブレード32Bのピッチとは互いに逆向きである。これにより、タービン3Aとタービン3Bとは、水流FWを受けて互いに逆向きに回転する。図3(a)に示されるように、タービン3Aは、上流から見て反時計回りの回転方向RAに回転し、タービン3Bは、上流から見て反時計回りの回転方向RBに回転する。 Next, the attitude of the base body 2 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the attitude of the base body. FIG. 3(a) is a diagram showing the attitude of the base body 2 when both the turbines 3A and 3B described above are operating normally. For ease of understanding, in FIG. 3, the center of buoyancy BC and center of gravity GC of the base body 2 are illustrated outside the base body 2, but the center of buoyancy BC is the center of buoyancy B acting on the base body 2, and the center of gravity GC is the center of gravity of the base body 2. When both the turbines 3A and 3B are operating normally, the pitch of the blade 32A and the pitch of the blade 32B are opposite to each other. As a result, the turbines 3A and 3B rotate in opposite directions by receiving the water flow FW. As shown in FIG. 3(a), the turbine 3A rotates in a counterclockwise rotation direction RA when viewed from upstream, and the turbine 3B rotates in a counterclockwise rotation direction RB when viewed from upstream.

このとき、タービン3A,3Bの回転に伴って、基体2には、反トルクMA,MBが作用する。タービン3Aの回転に伴う反トルクMA(第1反トルク)は、回転方向RAと逆向きの回転力であり、タービン3Bの回転に伴う反トルクMB(第2反トルク)は、回転方向RBと逆向きの回転力である。ブレード32A,32Bのピッチ角度は、反トルクMA,MBが互いに同じ大きさになるように制御される。これにより、反トルクMA,MBが相殺され、基体2の姿勢が安定する。具体的には、タービン3Aの回転軸線とタービン3Bの回転軸線とを通る直線L1が水平方向に沿うとともに基体2の浮心BCと重心GCとを通る直線L2が鉛直方向に沿った姿勢で安定する。基体2は、このように略水平な姿勢にて水中を浮遊する。なお、タービン3Aが、上流側から見て時計回りに回転し、タービン3Bが、上流側から見て反時計回りに回転してもよい。 At this time, counter torques MA and MB act on the base body 2 as the turbines 3A and 3B rotate. The counter torque MA (first counter torque) associated with the rotation of the turbine 3A is a rotational force in the opposite direction to the rotation direction RA, and the counter torque MB (second counter torque) associated with the rotation of the turbine 3B is a rotational force in the opposite direction to the rotation direction RB. The pitch angles of the blades 32A and 32B are controlled so that the counter torques MA and MB are equal to each other. This cancels out the counter torques MA and MB, stabilizing the posture of the base body 2. Specifically, the straight line L1 passing through the rotation axis of the turbine 3A and the rotation axis of the turbine 3B is aligned horizontally, and the straight line L2 passing through the center of buoyancy BC and center of gravity GC of the base body 2 is aligned vertically, stabilizing the posture. The base body 2 floats in the water in this substantially horizontal posture. Alternatively, turbine 3A may rotate clockwise when viewed from the upstream side, and turbine 3B may rotate counterclockwise when viewed from the upstream side.

ここで、機器類の故障、又は何らかの外力等により、タービン3A,3Bの一方が正常に動作しなくなり、反トルクMA,MBのバランスが崩れる場合がある。反トルクMA,MBのバランスが崩れると、基体2の姿勢が変化する。反トルクMA,MBのバランスが崩れる状態としては、タービン3A,3Bの一方の回転にロックが掛かった場合、ブレード32A,32Bの一方のピッチ角度を制御できなくなった場合等が挙げられる。ブレード32A,32Bのピッチ角度を制御できなくなった場合の例には、ブレード32A,32Bのピッチ角度を変更できなくなった場合、及びブレード32A,32Bがフリーラン状態となった場合等が挙げられる。図3(b)は、反トルクMA,MBのバランスが崩れた状態の基体2の姿勢を示す図である。図3(b)の例では、ブレード32Aがフリーラン状態となり、ブレード32Bが正常な状態である。 Here, due to equipment failure or some external force, one of the turbines 3A and 3B may not operate normally, causing the balance of the counter torques MA and MB to be lost. When the balance of the counter torques MA and MB is lost, the posture of the base 2 changes. Examples of a state in which the balance of the counter torques MA and MB is lost include a case in which the rotation of one of the turbines 3A and 3B is locked, or a case in which the pitch angle of one of the blades 32A and 32B cannot be controlled. Examples of a case in which the pitch angle of the blades 32A and 32B cannot be controlled include a case in which the pitch angle of the blades 32A and 32B cannot be changed, or a case in which the blades 32A and 32B are in a free-running state. FIG. 3B is a diagram showing the posture of the base 2 in a state in which the balance of the counter torques MA and MB is lost. In the example of FIG. 3B, the blade 32A is in a free-running state, and the blade 32B is in a normal state.

ブレード32Aがフリーラン状態となると、ブレード32Aが水流FWを受けても回転力を発生させにくくなり、タービン3Aの回転が弱まったり停止したりする。これにより、反トルクMAが0もしくは極端に小さい値となり、反トルクMA,MBの大きさにずれが生じる。この反トルクMA,MBの大きさのずれに相当する回転力が基体2に作用し、基体2がロール方向まわりに傾斜する。すなわち、基体2の姿勢が乱れる。基体2がロール方向まわりに傾斜すると、基体2のヨー方向まわりの傾斜も生じ得る。 When blade 32A enters a free-running state, it becomes difficult for blade 32A to generate rotational force even when it receives water flow FW, and the rotation of turbine 3A weakens or stops. As a result, counter torque MA becomes 0 or an extremely small value, and a discrepancy occurs in the magnitude of counter torques MA and MB. A rotational force equivalent to this discrepancy in the magnitude of counter torques MA and MB acts on base 2, causing base 2 to tilt around the roll direction. In other words, the posture of base 2 becomes disturbed. When base 2 tilts around the roll direction, tilt around the yaw direction of base 2 may also occur.

[コントローラ]
コントローラ10は、図3(b)に示されるように基体2の姿勢が乱れた際に、基体2の姿勢を安定させるための制御を実行するように構成されている。図4は、コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。以下、機能的な構成を「機能モジュール」という。図4に示されるように、コントローラ10は、機能モジュールとして、傾斜角度取得部11と、判断部12と、調整部13と、を有する。調整部13は、特定部14と、ピッチ制御部15と、角速度取得部16とを含む。これらの機能モジュールは、コントローラ10の機能を便宜上複数のモジュールに区切ったものに過ぎず、コントローラ10を構成するハードウェアがこのようなモジュールに分かれていることを必ずしも意味するものではない。各機能モジュールは、プログラムの実行により実現されるものであってもよく、専用の電気回路(例えば論理回路)、又は、これを集積した集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)により実現されるものであってもよい。
[controller]
The controller 10 is configured to execute control for stabilizing the attitude of the base body 2 when the attitude of the base body 2 is disturbed as shown in FIG. 3B. FIG. 4 is a block diagram showing the functional configuration of the controller. Hereinafter, the functional configuration will be referred to as a "functional module". As shown in FIG. 4, the controller 10 has a tilt angle acquisition unit 11, a determination unit 12, and an adjustment unit 13 as functional modules. The adjustment unit 13 includes a specification unit 14, a pitch control unit 15, and an angular velocity acquisition unit 16. These functional modules are merely a division of the functions of the controller 10 into a plurality of modules for convenience, and do not necessarily mean that the hardware constituting the controller 10 is divided into such modules. Each functional module may be realized by executing a program, or may be realized by a dedicated electric circuit (e.g., a logic circuit) or an integrated circuit (ASIC: Application Specific Integrated Circuit) that integrates the same.

傾斜角度取得部11は、基体2の姿勢に関する情報を取得する。図5は、コントローラによる制御中の基体2の姿勢を説明するための図である。なお、理解の容易化のため、図5においても、図3の場合と同様に、基体2の浮心BC及び重心GCを基体2の外に図示している。傾斜角度取得部11は、センサ23に接続され、センサ23から出力される情報を随時取得する。傾斜角度取得部11は、センサ23から取得した情報に基づいて、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θを取得する。本実施形態において、傾斜角度取得部11は、センサ23から出力された角速度ωの時間についての積分値を傾斜角度θとして取得する。傾斜角度取得部11は、取得した傾斜角度θを判断部12に送信する。 The tilt angle acquisition unit 11 acquires information regarding the attitude of the base body 2. FIG. 5 is a diagram for explaining the attitude of the base body 2 during control by the controller. For ease of understanding, in FIG. 5 as well, the center of buoyancy BC and center of gravity GC of the base body 2 are illustrated outside the base body 2, as in FIG. 3. The tilt angle acquisition unit 11 is connected to the sensor 23 and acquires information output from the sensor 23 at any time. The tilt angle acquisition unit 11 acquires the tilt angle θ of the base body 2 around the roll direction based on the information acquired from the sensor 23. In this embodiment, the tilt angle acquisition unit 11 acquires the integral value of the angular velocity ω output from the sensor 23 over time as the tilt angle θ. The tilt angle acquisition unit 11 transmits the acquired tilt angle θ to the determination unit 12.

判断部12は、傾斜角度取得部11から受信した傾斜角度θに基づいて、調整部13による制御を開始するか否かを判断する。具体的には、判断部12は、傾斜角度θが閾値以上であると判断したときに、調整部13による制御を開始すると判断する。閾値は、例えば予め設定された許容値である。一例として、基体2が一回転しない状態を維持できる臨界値が閾値として設定される。判断部12は、傾斜角度θに基づいて調整部13による制御を開始すると判断したときに、制御を開始する旨の信号と、当該傾斜角度θとを調整部13に送信する。 The determination unit 12 determines whether or not to start control by the adjustment unit 13 based on the tilt angle θ received from the tilt angle acquisition unit 11. Specifically, when the determination unit 12 determines that the tilt angle θ is equal to or greater than a threshold value, it determines to start control by the adjustment unit 13. The threshold value is, for example, a preset tolerance value. As an example, a critical value at which the base body 2 can be maintained in a state where it does not rotate once is set as the threshold value. When the determination unit 12 determines to start control by the adjustment unit 13 based on the tilt angle θ, it transmits a signal to the adjustment unit 13 to start control and the tilt angle θ.

調整部13は、アンバランス状態において、基体2に作用する回転力を調整する調整処理を実行する。アンバランス状態とは、反トルクMA,MBのバランスが崩れた状態である。具体的には、調整処理において、調整部13は、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態をアンバランス状態とする。例えば、後述するように、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態であるか否かに基づいて、アンバランス状態が解消されたか否かの判断を行う。本実施形態において、調整部13は、判断部12によって制御を開始する旨の信号を受信したときに、調整処理を開始する。 The adjustment unit 13 executes an adjustment process to adjust the rotational force acting on the base body 2 in an unbalanced state. An unbalanced state is a state in which the balance between the anti-torques MA and MB is lost. Specifically, in the adjustment process, the adjustment unit 13 determines that the unbalanced state is a state in which the tilt angle θ of the base body 2 about the roll direction is changing over time. For example, as described below, the adjustment unit 13 determines whether the unbalanced state has been resolved based on whether the tilt angle θ of the base body 2 about the roll direction is changing over time. In this embodiment, the adjustment unit 13 starts the adjustment process when it receives a signal from the determination unit 12 to start control.

調整処理では、反トルクMAと、反トルクMBと、復原力MCとが釣り合うように、タービン3A,3Bのいずれか一方の回転数を調整する制御を実行する。復原力MCとは、浮力Bと重力Gとの関係が非平衡状態であるときに、浮力Bと重力Gとの関係が平衡状態に戻るように作用する力である。図5に示されるように、反トルクMA,MBとのアンバランスに起因して基体2がロール方向まわりに傾斜することにより、基体2の浮心BCと重心GCとを通る直線L2が鉛直方向に対して傾斜する。これにより、浮力Bと重力Gとが偶力となり、直線L2が鉛直方向に近づく向きの復原力MCが発生する。したがって、基体2には、ロール方向の回転力として、反トルクMAと、反トルクMBと、復原力MCと、が作用する。このため、調整部13は、反トルクMAと、反トルクMBと、復原力MCと、が釣り合うように、タービン3A,3Bのいずれか一方の回転数を調整する。調整処理は、特定部14、ピッチ制御部15、及び角速度取得部16によって実行される。 In the adjustment process, control is performed to adjust the rotation speed of one of the turbines 3A and 3B so that the counter torque MA, counter torque MB, and restoring force MC are balanced. The restoring force MC is a force that acts to return the relationship between the buoyancy B and gravity G to an equilibrium state when the relationship between the buoyancy B and gravity G is in an unbalanced state. As shown in FIG. 5, the base body 2 tilts around the roll direction due to the imbalance between the counter torques MA and MB, and the straight line L2 passing through the center of buoyancy BC and center of gravity GC of the base body 2 tilts with respect to the vertical direction. As a result, the buoyancy B and gravity G become a couple, and a restoring force MC is generated in a direction in which the straight line L2 approaches the vertical direction. Therefore, the counter torque MA, counter torque MB, and restoring force MC act on the base body 2 as a rotational force in the roll direction. For this reason, the adjustment unit 13 adjusts the rotation speed of one of the turbines 3A and 3B so that the counter torque MA, counter torque MB, and restoring force MC are balanced. The adjustment process is performed by the determination unit 14, the pitch control unit 15, and the angular velocity acquisition unit 16.

特定部14は、タービン3A,3Bのうちの一方を調整する対象として特定する。本実施形態において、特定部14は、ピッチ制御部15による制御の対象を特定する。より具体的には、特定部14は、ピッチ制御部15による制御によってタービン3A,3Bのうちのいずれのピッチ角度を調整するかを特定する。特定部14は、基体2について、判断部12から受信した傾斜角度θと対応する回転方向を取得し、タービン3A,3Bのうち、基体2の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービンを対象と特定する。図5の例では、基体2の回転方向が反時計回りであるので、逆方向である回転方向RBによって回転しているタービン3Bが対象として特定される。特定部14は、タービン3A,3Bのうちの特定した方の制御を開始する旨の信号をピッチ制御部15に送信する。図5の例では、タービン3Bの制御を開始する旨の信号をピッチ制御部15に送信する。 The identification unit 14 identifies one of the turbines 3A and 3B as the target for adjustment. In this embodiment, the identification unit 14 identifies the target of control by the pitch control unit 15. More specifically, the identification unit 14 identifies which of the turbines 3A and 3B to adjust the pitch angle by the control by the pitch control unit 15. The identification unit 14 acquires the rotation direction corresponding to the tilt angle θ received from the determination unit 12 for the base 2, and identifies the turbine rotating in the opposite rotation direction to the rotation direction of the base 2 as the target among the turbines 3A and 3B. In the example of FIG. 5, since the rotation direction of the base 2 is counterclockwise, the turbine 3B rotating in the opposite rotation direction RB is identified as the target. The identification unit 14 transmits a signal to the pitch control unit 15 to start control of the identified one of the turbines 3A and 3B. In the example of FIG. 5, a signal to start control of the turbine 3B is transmitted to the pitch control unit 15.

ピッチ制御部15は、タービン3A,3Bのうち、特定部14によって特定されたタービンの回転数を調整する。具体的には、ピッチ制御部15は、特定されたタービンの回転数を減少させる。図5の例では、ピッチ制御部15は、タービン3Bの回転数を減少させる。本実施形態において、ピッチ制御部15は、ピッチ調整機構25Bを制御して、タービン3Bのブレード32Bのピッチ角度を調整することにより、タービン3Bの回転数を調整する。具体的には、ピッチ制御部15は、ブレード32Bのピッチ角度を経時的に変化させるようにピッチ調整機構25Bを制御する。例えば、ピッチ制御部15は、ブレード32Bのピッチ角度を連続的に変化させる旨の制御信号を、アンバランス状態が解消されるまでピッチ調整機構25Bに送信する。 The pitch control unit 15 adjusts the rotation speed of the turbine identified by the identification unit 14 among the turbines 3A and 3B. Specifically, the pitch control unit 15 reduces the rotation speed of the identified turbine. In the example of FIG. 5, the pitch control unit 15 reduces the rotation speed of the turbine 3B. In this embodiment, the pitch control unit 15 controls the pitch adjustment mechanism 25B to adjust the pitch angle of the blades 32B of the turbine 3B, thereby adjusting the rotation speed of the turbine 3B. Specifically, the pitch control unit 15 controls the pitch adjustment mechanism 25B to change the pitch angle of the blades 32B over time. For example, the pitch control unit 15 transmits a control signal to the pitch adjustment mechanism 25B to continuously change the pitch angle of the blades 32B until the unbalance state is resolved.

なお、ピッチ制御部15は、特定部14によってタービン3Aが対象として特定された場合には、ピッチ調整機構25Aを制御して、タービン3Aのブレード32Aのピッチ角度を調整することにより、タービン3Aの回転数を調整する。 When the identification unit 14 identifies the turbine 3A as the target, the pitch control unit 15 controls the pitch adjustment mechanism 25A to adjust the pitch angle of the blades 32A of the turbine 3A, thereby adjusting the rotation speed of the turbine 3A.

角速度取得部16は、センサ23に接続され、センサ23から出力された基体2のロール方向まわりの角速度ωを随時取得する。また、角速度取得部16は、取得した角速度ωに基づいて、アンバランス状態が解消されたか否かを判断する。具体的には、角速度取得部16は、角速度ωが無視してよい程度に小さい値であると判断したときに、アンバランス状態が解消されたと判断する。このとき、角速度取得部16は、制御を停止する旨の信号をピッチ制御部15に送信する。 The angular velocity acquisition unit 16 is connected to the sensor 23 and acquires the angular velocity ω of the base body 2 about the roll direction output from the sensor 23 at any time. The angular velocity acquisition unit 16 also determines whether the unbalance state has been resolved based on the acquired angular velocity ω. Specifically, the angular velocity acquisition unit 16 determines that the unbalance state has been resolved when it determines that the angular velocity ω is a negligibly small value. At this time, the angular velocity acquisition unit 16 sends a signal to the pitch control unit 15 to stop control.

コントローラ10のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。本実施形態では、発電装置1は、一つのコントローラ10を備えている。コントローラ10が複数のコンピュータで構成されている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのコンピュータによって実現されていてもよいし、2つ以上のコンピュータの組み合わせによって実現されていてもよい。 The hardware of the controller 10 is composed of, for example, one or more control computers. In this embodiment, the power generation device 1 is equipped with one controller 10. If the controller 10 is composed of multiple computers, each of the above-mentioned functional modules may be realized by a single computer, or may be realized by a combination of two or more computers.

[姿勢制御方法]
次に、姿勢制御方法の一例として、コントローラ10による姿勢制御処理について説明する。図6は、姿勢制御処理の手順を示すフローチャートである。図6に示されるように、コントローラ10は、まず、ステップS01を実行する。ステップS01では、傾斜角度取得部11が基体2の姿勢に関する情報を取得する。傾斜角度取得部11は、センサ23から出力される情報を随時取得し、取得した情報に基づいて、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θを取得する。具体的には、傾斜角度取得部11は、センサ23から出力された角速度ωを時間について積分することによって傾斜角度θを取得する。
[Attitude control method]
Next, as an example of a posture control method, a posture control process by the controller 10 will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the posture control process. As shown in FIG. 6, the controller 10 first executes step S01. In step S01, the tilt angle acquisition unit 11 acquires information related to the posture of the base body 2. The tilt angle acquisition unit 11 acquires information output from the sensor 23 at any time, and acquires the tilt angle θ of the base body 2 about the roll direction based on the acquired information. Specifically, the tilt angle acquisition unit 11 acquires the tilt angle θ by integrating the angular velocity ω output from the sensor 23 with respect to time.

次に、コントローラ10は、ステップS02を実行する。ステップS02では、傾斜角度θが閾値以上であるか否かを判断部12が判断する。傾斜角度θが閾値以上ではないと判断した場合(ステップS02:NO)、コントローラ10は、処理をステップS01に戻す。以後、コントローラ10は、ステップS01,S02を繰り返し実行する。 Next, the controller 10 executes step S02. In step S02, the determination unit 12 determines whether the tilt angle θ is equal to or greater than the threshold value. If it is determined that the tilt angle θ is not equal to or greater than the threshold value (step S02: NO), the controller 10 returns the process to step S01. Thereafter, the controller 10 repeatedly executes steps S01 and S02.

傾斜角度θが閾値以上であると判断した場合(ステップS02:YES)、コントローラ10は、ステップS03を実行する。ステップS03では、調整部13が調整処理を実行する。調整処理は、上述したように、アンバランス状態において、基体2に作用する回転力を調整する処理である。ここでは、アンバランス状態は、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態である。ステップS03において、調整部13は、反トルクMAと、反トルクMBと、復原力MCと、が釣り合うように、タービン3A,3Bのいずれか一方の回転数を調整する。ステップS03についてのより具体的な処理内容については後述する。ステップS03の終了により、姿勢制御処理が終了する。 If it is determined that the tilt angle θ is equal to or greater than the threshold value (step S02: YES), the controller 10 executes step S03. In step S03, the adjustment unit 13 executes an adjustment process. As described above, the adjustment process is a process for adjusting the rotational force acting on the base body 2 in an unbalanced state. Here, the unbalanced state is a state in which the tilt angle θ of the base body 2 about the roll direction changes over time. In step S03, the adjustment unit 13 adjusts the rotation speed of one of the turbines 3A, 3B so that the counter torque MA, counter torque MB, and restoring force MC are balanced. More specific processing details of step S03 will be described later. The end of step S03 marks the end of the attitude control process.

[回転力調整処理]
次に、上記ステップS03について詳細に説明する。図7は、調整処理の手順を示すフローチャートである。図7に示されるように、コントローラ10は、まず、ステップS31を実行する。ステップS31では、特定部14が、タービン3A,3Bのうちの一方を調整する対象として特定する。具体的には、特定部14は、タービン3A,3Bのうちのいずれのピッチ角度を調整するかを特定する。特定部14は、タービン3A,3Bのうち、基体2の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービンを対象と特定する。図5の例では、タービン3Bが対象として特定される。
[Rotational Force Adjustment Processing]
Next, step S03 will be described in detail. FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the adjustment process. As shown in FIG. 7, the controller 10 first executes step S31. In step S31, the identifying unit 14 identifies one of the turbines 3A and 3B as the target for adjustment. Specifically, the identifying unit 14 identifies which of the turbines 3A and 3B has its pitch angle adjusted. The identifying unit 14 identifies, of the turbines 3A and 3B, the turbine rotating in the opposite direction to the rotation direction of the base 2 as the target. In the example of FIG. 5, the turbine 3B is identified as the target.

次に、コントローラ10は、ステップS32,S33を実行する。ステップS32では、ピッチ制御部15が、タービン3A,3Bのうち、特定部14によって特定されたタービンの回転数を調整する。図5の例では、ピッチ制御部15は、タービン3Bの回転数を調整する。具体的には、ピッチ制御部15は、タービン3Bのブレード32Bのピッチ角度を調整するようにピッチ調整機構25Bを制御することにより、タービン3Bの回転数を調整する。例えば、ピッチ制御部15は、ブレード32Bのピッチ角度を変更する制御信号をピッチ調整機構25Bに送信する。ステップS33では、角速度取得部16が、基体2のロール方向まわりの角速度ωをセンサ23から取得する。 Next, the controller 10 executes steps S32 and S33. In step S32, the pitch control unit 15 adjusts the rotation speed of the turbine identified by the identification unit 14, out of the turbines 3A and 3B. In the example of FIG. 5, the pitch control unit 15 adjusts the rotation speed of the turbine 3B. Specifically, the pitch control unit 15 adjusts the rotation speed of the turbine 3B by controlling the pitch adjustment mechanism 25B to adjust the pitch angle of the blades 32B of the turbine 3B. For example, the pitch control unit 15 transmits a control signal to the pitch adjustment mechanism 25B to change the pitch angle of the blades 32B. In step S33, the angular velocity acquisition unit 16 acquires the angular velocity ω of the base 2 around the roll direction from the sensor 23.

次に、コントローラ10は、ステップS34を実行する。ステップS34では、角速度取得部16が、角速度ωに基づいて、アンバランス状態が解消されたか否かを判断する。角速度取得部16は、角速度ωが無視してよい程度に小さい値であると判断したときに、アンバランス状態が解消されたと判断する。アンバランス状態が解消されていないと判断したとき(ステップS34:NO)、コントローラ10は、処理をステップS32に戻す。以後、アンバランス状態が解消されるまで、コントローラ10は、ステップS32,S33を繰り返し実行する。 Next, the controller 10 executes step S34. In step S34, the angular velocity acquisition unit 16 determines whether or not the unbalanced state has been resolved based on the angular velocity ω. The angular velocity acquisition unit 16 determines that the unbalanced state has been resolved when it determines that the angular velocity ω is a negligibly small value. When it determines that the unbalanced state has not been resolved (step S34: NO), the controller 10 returns the process to step S32. Thereafter, the controller 10 repeatedly executes steps S32 and S33 until the unbalanced state is resolved.

アンバランス状態が解消されたと判断した場合(ステップS34:YES)、コントローラ10は、調整処理についての制御を終了する。図8は、制御後の基体2の姿勢を説明するための図である。図8に示されるように、調整処理によって反トルクMBの大きさが復原力MCの大きさに近づくように調整されるので、反トルクMBと復原力MCとが互いに打ち消し合うことにより基体2の姿勢が安定する。 When it is determined that the unbalanced state has been resolved (step S34: YES), the controller 10 ends control of the adjustment process. Figure 8 is a diagram for explaining the posture of the base body 2 after control. As shown in Figure 8, the adjustment process adjusts the magnitude of the counter torque MB to approach the magnitude of the restoring force MC, so that the counter torque MB and the restoring force MC cancel each other out, stabilizing the posture of the base body 2.

[作用効果]
以上説明した発電装置1の作用効果について説明する。上述したように、発電装置1では、正常時において、一対のタービン3A,3Bが互いに逆方向に回転することで、タービン3Aの回転に伴う反トルクMAとタービン3Bの回転に伴う反トルクMBとが互いに打ち消し合う。これにより、基体2に偏った回転力が作用することが抑制され、基体2の姿勢が一定の状態に維持される。このため、反トルクMA,MBのバランスが崩れた場合、基体に偏った回転力が作用し、基体2の姿勢が乱れることが考えられる。基体2の姿勢の乱れは、発電装置1の運用上問題となることがあり得る。なお、本明細書でいう基体2の姿勢の乱れとは、タービン3Aの回転軸線とタービン3Bの回転軸線とを通る直線L1の水平方向からのずれを意味する。また、本明細書でいう基体2の姿勢の安定化とは、基体2の姿勢を一定の状態とすることを意味し、乱れた姿勢において基体2の姿勢を一定の状態とすることを含む。
[Action and Effect]
The effects of the power generating device 1 described above will be described. As described above, in the power generating device 1, in normal operation, the pair of turbines 3A and 3B rotate in opposite directions, so that the counter torque MA associated with the rotation of the turbine 3A and the counter torque MB associated with the rotation of the turbine 3B cancel each other out. This suppresses the application of biased rotational force to the base 2, and the attitude of the base 2 is maintained in a constant state. For this reason, if the balance between the counter torques MA and MB is lost, it is considered that a biased rotational force will act on the base, disturbing the attitude of the base 2. Disturbance in the attitude of the base 2 may cause problems in the operation of the power generating device 1. Note that the disturbance in the attitude of the base 2 in this specification means the deviation from the horizontal direction of the straight line L1 passing through the rotation axis of the turbine 3A and the rotation axis of the turbine 3B. Also, stabilizing the attitude of the base 2 in this specification means keeping the attitude of the base 2 constant, and includes keeping the attitude of the base 2 constant in a disturbed attitude.

これに対し、この発電装置1では、アンバランス状態において、コントローラ10が調整処理を実行することで基体2に作用する回転力が調整される。この調整処理では、反トルクMAと反トルクMBと復原力MCとが釣り合うように、タービン3A,3Bのいずれか一方の回転数が調整される。これにより、基体2に作用する回転力が互いに打ち消し合うように、反トルクMA又は反トルクMBが調整されるので、基体2に偏った回転力が作用し続けることが回避される。したがって、基体2の姿勢の乱れが大きくなることを抑制できるので、基体2の姿勢を安定化することができる。以上により、反トルクMA,MBのバランスが崩れ、基体2の姿勢が乱れた場合であっても、発電装置1の運用を継続できる。 In contrast, in this power generation device 1, in an unbalanced state, the controller 10 executes an adjustment process to adjust the rotational force acting on the base 2. In this adjustment process, the rotation speed of one of the turbines 3A, 3B is adjusted so that the counter torque MA, counter torque MB, and restoring force MC are balanced. As a result, the counter torque MA or counter torque MB is adjusted so that the rotational forces acting on the base 2 cancel each other out, preventing a biased rotational force from continuing to act on the base 2. This makes it possible to prevent the attitude of the base 2 from becoming too disturbed, and thus stabilizes the attitude of the base 2. As a result, the operation of the power generation device 1 can be continued even if the balance of the counter torques MA and MB is lost and the attitude of the base 2 is disturbed.

コントローラ10は、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態をアンバランス状態として、調整処理を実行する。反トルクMA,MBのバランスが崩れた場合には、ロール方向まわりの傾斜角度θの経時的な変化が特に大きくなりやすい。したがって、この状態をアンバランス状態として調整処理を行うことで、基体2の姿勢の乱れが大きくなることを効果的に抑制できる。 The controller 10 performs an adjustment process by treating a state in which the tilt angle θ of the base body 2 about the roll direction changes over time as an unbalanced state. When the balance between the counter torques MA and MB is lost, the change over time in the tilt angle θ about the roll direction is likely to be particularly large. Therefore, by performing an adjustment process by treating this state as an unbalanced state, it is possible to effectively prevent the posture of the base body 2 from becoming more unstable.

調整処理は、タービン3A,3Bのうち回転数を調整する対象を特定する特定処理を含み、特定処理では、基体2の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービン3A又はタービン3Bを対象と特定する。アンバランス状態においては、反トルクMA,MBの差分トルク(回転力)が、基体2に作用する。その結果、基体2は、回転軸線に対して平行な軸線まわりの傾斜角度θが経時的に変化する。例えば、タービン3Aの回転に伴って生じる反トルクMAは、タービン3Aの回転方向RAと逆向きの回転力である。反トルクMAは、タービン3Aの回転方向RAと逆向きに基体2を回転させる。一方、タービン3Bの回転に伴って生じる反トルクMBは、タービン3Bの回転方向RBと逆向きの回転力である。反トルクMBは、タービン3Bの回転方向RBと逆向きに基体2を回転させる。つまり、基体2の回転方向によれば、反トルクMAと反トルクMBのいずれがアンバランスの要因となっているかを知ることができる。したがって、タービン3A,3Bのうち、基体2の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービンの回転数の調整により、反トルクMA,MBのうちの大きい方が調整されるので、反トルクMAと反トルクMBと復原力MCとを釣り合わせやすい。 The adjustment process includes a specific process for identifying the turbine 3A or 3B to be adjusted in rotation speed. In the specific process, the turbine 3A or 3B rotating in the direction opposite to the direction of rotation of the base 2 is identified as the target. In an unbalanced state, the differential torque (rotational force) of the counter torques MA and MB acts on the base 2. As a result, the tilt angle θ of the base 2 around an axis parallel to the axis of rotation changes over time. For example, the counter torque MA generated by the rotation of the turbine 3A is a rotational force opposite to the rotational direction RA of the turbine 3A. The counter torque MA rotates the base 2 in the direction opposite to the rotational direction RA of the turbine 3A. On the other hand, the counter torque MB generated by the rotation of the turbine 3B is a rotational force opposite to the rotational direction RB of the turbine 3B. The counter torque MB rotates the base 2 in the direction opposite to the rotational direction RB of the turbine 3B. In other words, it is possible to know whether the counter torque MA or counter torque MB is the cause of the imbalance, based on the rotation direction of the base body 2. Therefore, by adjusting the rotation speed of the turbine 3A, 3B that rotates in the opposite direction to the rotation direction of the base body 2, the larger of the counter torques MA and MB is adjusted, making it easier to balance the counter torque MA, counter torque MB, and restoring force MC.

ここで、反トルクMA,MBのバランスが崩れる要因、すなわち、タービン3A,3Bの一方が正常に動作しなくなった要因の一例としては、動作不良が生じている方のタービンの回転を制御する系統の故障が考えられる。この場合、動作不良が生じている方のタービンの回転に伴う反トルクを制御することは困難である。ここで、タービン3A,3Bの一方が正常に動作しなくなった場合において、反トルクMA,MBのうちの大きい方は、正常に動作している方のタービンの回転に伴う反トルクである。したがって、上記の特定処理によれば、一方のタービンの回転を制御する系統の故障によってアンバランス状態が生じている場合において、正常に動作している方のタービンの回転に伴う反トルクを調整することとなるので、調整処理を有効に実行することができる。 Here, one example of a factor that causes the balance of the counter torques MA and MB to be lost, that is, a factor that causes one of the turbines 3A and 3B to no longer operate normally, is a failure in the system that controls the rotation of the turbine that is malfunctioning. In this case, it is difficult to control the counter torque associated with the rotation of the turbine that is malfunctioning. Here, when one of the turbines 3A and 3B no longer operates normally, the larger of the counter torques MA and MB is the counter torque associated with the rotation of the turbine that is operating normally. Therefore, according to the above-mentioned identification process, when an imbalance occurs due to a failure in the system that controls the rotation of one of the turbines, the counter torque associated with the rotation of the turbine that is operating normally is adjusted, and the adjustment process can be effectively executed.

基体2の姿勢に関する情報を取得するセンサ23をさらに備え、コントローラ10は、センサ23によって取得された情報に基づいて、傾斜角度θが閾値以上であると判断したときに、調整処理を開始する。この構成では、アンバランス状態であっても基体2のロール方向まわりの傾斜角度θが閾値より小さい場合に、調整処理を省略できる。したがって、基体2の姿勢の乱れが大きくなることを効率よく抑制できる。 The controller 10 further includes a sensor 23 that acquires information about the posture of the base 2, and starts the adjustment process when it determines, based on the information acquired by the sensor 23, that the tilt angle θ is equal to or greater than a threshold value. In this configuration, even in an unbalanced state, the adjustment process can be omitted if the tilt angle θ about the roll direction of the base 2 is smaller than the threshold value. Therefore, it is possible to efficiently prevent the posture of the base 2 from becoming significantly disturbed.

コントローラ10は、タービン3Aのブレード32Aのピッチ角度を調整することにより、タービン3Aの回転数を調整し、又は、タービン3Bのブレード32Bのピッチ角度を調整することにより、タービン3Bの回転数を調整する。この構成により、タービン3Aの回転数又はタービン3Bの回転数を調整しやすい。 The controller 10 adjusts the rotation speed of the turbine 3A by adjusting the pitch angle of the blades 32A of the turbine 3A, or adjusts the rotation speed of the turbine 3B by adjusting the pitch angle of the blades 32B of the turbine 3B. This configuration makes it easy to adjust the rotation speed of the turbine 3A or the rotation speed of the turbine 3B.

上述した姿勢制御方法は、発電装置1の姿勢を制御する姿勢制御方法であって、発電装置1は、水中を浮遊する基体2と、基体2に搭載された発電機4Aに連結され、水流を受けて回転するタービン3Aと、基体2に搭載された発電機4Bに連結され、水流を受けて回転するタービン3Bと、を備えており、タービン3Aの回転に伴う反トルクMAとタービン3Bの回転に伴う反トルクMBとのバランスが崩れたアンバランス状態において、基体2に作用する回転力を調整するステップを含み、上記ステップでは、反トルクMAと、反トルクMBと、反トルクMA,MBのアンバランスに起因する基体2の姿勢の変化に応じた復原力MCと、が釣り合うように、タービン3A,3Bのいずれか一方の回転数を調整する。 The above-mentioned attitude control method is an attitude control method for controlling the attitude of a power generating device 1, which includes a base 2 floating in water, a turbine 3A connected to a generator 4A mounted on the base 2 and rotating in response to the water flow, and a turbine 3B connected to a generator 4B mounted on the base 2 and rotating in response to the water flow. The method includes a step of adjusting the rotational force acting on the base 2 in an unbalanced state in which the balance between the counter torque MA associated with the rotation of the turbine 3A and the counter torque MB associated with the rotation of the turbine 3B is lost, and in the above step, the rotation speed of one of the turbines 3A and 3B is adjusted so that the counter torque MA, the counter torque MB, and the restoring force MC corresponding to the change in the attitude of the base 2 caused by the unbalance between the counter torques MA and MB are balanced.

この姿勢制御方法によれば、上述した理由によって発電装置1の基体2の姿勢の乱れが大きくなることを抑制できる。 This attitude control method can prevent the attitude of the base body 2 of the power generation device 1 from becoming distorted significantly for the reasons described above.

[変形例]
以上の実施形態は、本開示に係る水流発電装置の一実施形態について説明したものである。本開示に係る水流発電装置は、上述した水流発電装置を任意に変更したものとすることができる。
[Modification]
The above embodiment has been described as one embodiment of the water current power generation device according to the present disclosure. The water current power generation device according to the present disclosure may be any modified version of the water current power generation device described above.

例えば、上記の実施形態においては、センサ23として角速度ωを検出するジャイロセンサを例示して説明したが、その他のセンサであってもよい。センサ23は、傾斜角度θを検出する角度センサであってもよい。この場合、コントローラ10によって傾斜角度θを取得する処理では、センサ23の検出結果を積分することを省略してもよい。また、角度センサの出力を入力として、コントローラ10によって角速度ωを取得する処理では、センサ23の検出結果と取得時間とを対応付けて随時取得することによって角速度ωを算出してもよい。或いは、センサ23として、角速度ωを検出するセンサと、傾斜角度θを検出するセンサと、の両方が備えられていてもよい。 For example, in the above embodiment, a gyro sensor that detects angular velocity ω is described as an example of sensor 23, but other sensors may be used. Sensor 23 may be an angle sensor that detects tilt angle θ. In this case, in the process of acquiring tilt angle θ by controller 10, integration of the detection result of sensor 23 may be omitted. Also, in the process of acquiring angular velocity ω by controller 10 using the output of the angle sensor as input, the detection result of sensor 23 may be associated with the acquisition time and acquired at any time to calculate angular velocity ω. Alternatively, sensor 23 may be provided with both a sensor that detects angular velocity ω and a sensor that detects tilt angle θ.

また、上記の実施形態においては、基体2のロール方向まわりの傾斜角度θが閾値以上であると判断したときに、コントローラ10が調整処理を開始したが、調整処理は、基体2のヨー方向まわりの傾斜角度に基づいて開始されてもよい。また、タービン3A,3Bの回転数をそれぞれ検出する2つのセンサを備え、当該2つのセンサによって検出された回転数の差に基づいて調整処理が開始されてもよい。 In the above embodiment, the controller 10 starts the adjustment process when it is determined that the tilt angle θ of the base 2 about the roll direction is equal to or greater than a threshold value, but the adjustment process may be started based on the tilt angle of the base 2 about the yaw direction. Also, two sensors may be provided to detect the rotation speeds of the turbines 3A and 3B, respectively, and the adjustment process may be started based on the difference between the rotation speeds detected by the two sensors.

また、例えば、タービン3A,3Bの一方の回転にロックが掛かった場合等、ピッチ角度の制御が可能な状態で反トルクMA,MBのバランスが崩れた場合においては、基体2の回転方向と同じ向きの回転方向にて回転しているタービンのピッチ角度をさらに調整してもよい。これにより、基体2のヨー方向まわりの姿勢の乱れを抑制できる。 In addition, if the balance of the counter torques MA and MB is lost while the pitch angle can be controlled, for example when the rotation of one of the turbines 3A and 3B is locked, the pitch angle of the turbine rotating in the same direction as the rotation direction of the base 2 may be further adjusted. This makes it possible to suppress disturbance of the attitude of the base 2 around the yaw direction.

1 発電装置(水流発電装置)
2 基体
3A タービン(第1タービン)
3B タービン(第2タービン)
4A 発電機(第1発電機)
4B 発電機(第2発電機)
10 コントローラ(制御部)
23 センサ
32A,32B ブレード
FW 水流
MA 反トルク(第1反トルク)
MB 反トルク(第2反トルク)
MC 復原力
RA,RB 回転方向
θ 傾斜角度
1. Power generation device (water current power generation device)
2 Base body 3A Turbine (first turbine)
3B Turbine (second turbine)
4A Generator (First Generator)
4B Generator (Second Generator)
10 Controller (control unit)
23 Sensor 32A, 32B Blade FW Water flow MA Counter torque (first counter torque)
MB Counter torque (second counter torque)
MC Restoring force RA, RB Rotation direction θ Tilt angle

Claims (4)

水中を浮遊する基体と、
前記基体に搭載された第1発電機に連結され、水流を受けて回転する第1タービンと、
前記基体に搭載された第2発電機に連結され、水流を受けて回転する第2タービンと、
前記第1タービン及び前記第2タービンの回転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第1タービンの回転に伴う第1反トルクと前記第2タービンの回転に伴う第2反トルクとのバランスが崩れたアンバランス状態において、前記基体に作用する回転力を調整する調整処理を実行し、
前記調整処理は
前記第1タービン及び前記第2タービンのうち、前記基体の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているものを、回転数を調整する調整対象タービンとして特定することと、
前記第1反トルクと、前記第2反トルクと、前記第1反トルクと前記第2反トルクとのアンバランスに起因する前記基体の姿勢の変化に応じた復原力と、が釣り合うように、前記調整対象タービンの回転数を調整することと
前記基体のロール方向まわりの傾斜角度の単位時間当たりの変化量である角速度に基づいて、前記アンバランス状態が解消されたか否かを判断した結果、前記アンバランス状態が解消されたと判断された場合には前記回転数を調整することを終了することと、を含む、水流発電装置。
A substrate that floats in water;
a first turbine connected to a first generator mounted on the base and rotated by receiving a water flow;
a second turbine connected to a second generator mounted on the base and rotated by receiving the water flow;
a control unit that controls rotation of the first turbine and the second turbine,
the control unit executes an adjustment process to adjust a rotational force acting on the base body in an unbalanced state in which a first counter torque caused by rotation of the first turbine and a second counter torque caused by rotation of the second turbine are out of balance,
The adjustment process includes:
Identifying one of the first turbine and the second turbine that is rotating in a direction opposite to a rotation direction of the base body as a turbine to be adjusted in rotation speed;
adjusting a rotation speed of the turbine to be adjusted so as to balance the first counter torque, the second counter torque, and a restoring force corresponding to a change in the attitude of the base body caused by an imbalance between the first counter torque and the second counter torque ;
determining whether the unbalance state has been eliminated based on an angular velocity, which is the amount of change per unit time of the inclination angle of the base about the roll direction, and terminating adjustment of the rotation speed if it is determined that the unbalance state has been eliminated.
前記制御部は、前記基体のロール方向まわりの傾斜角度が経時的に変化している状態を前記アンバランス状態として、前記調整処理を実行する、
請求項1に記載の水流発電装置。
the control unit determines a state in which the tilt angle of the base body about the roll direction changes over time as the unbalanced state, and executes the adjustment process.
2. The water current power generation device according to claim 1.
前記基体の姿勢に関する情報を取得するセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記センサによって取得された情報に基づいて、前記基体のロール方向まわりの傾斜角度が閾値以上であると判断したときに、前記調整処理を開始する、
請求項1又は請求項2に記載の水流発電装置。
Further comprising a sensor for acquiring information regarding the attitude of the base body,
the control unit starts the adjustment process when it determines, based on the information acquired by the sensor, that the tilt angle around the roll direction of the base body is equal to or greater than a threshold value.
The water current power generation device according to claim 1 or 2 .
前記制御部は、前記第1タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、前記第1タービンの回転数を調整し、又は、前記第2タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、前記第2タービンの回転数を調整する、
請求項1~のいずれか一項に記載の水流発電装置。
the control unit adjusts a rotation speed of the first turbine by adjusting a pitch angle of blades of the first turbine, or adjusts a rotation speed of the second turbine by adjusting a pitch angle of blades of the second turbine.
The water current power generation device according to any one of claims 1 to 3 .
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