JPS628634B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は水面の波、特に海上の波から、波によ
つては動かさないように拘束された拘束部分と、
該拘束部分に対して可動に設けられ且つ作動中、
波によつて前記拘束部分に対して往復運動させら
れるように水面に或いは水面近くに位置決めされ
た可動部分との相対運動により動力を抽出するの
に用いられる装置に関する。 本発明の装置は、上記可動部分が英国特許明細
書第1482085号に示す所謂、「ダツク」であるよう
な装置に特に適用できる。 この英国特許明細書第1482085号で説明されて
いるように、ダツクと波の運動とを最適に結合さ
せようとするならば、ダツクのあるパラメータが
特定の要件を満たさなければならない。一つのパ
ラメータとして、ダツクが水中にある場合、その
回転軸線のまわりのダツクの固有振動の周期が、
ダツクと結合されるべき波の周期にほぼ一致しな
ければならないということである。 しかしながら海事に携わる者であれば誰でもが
知つているように、特定の位置には波の一部がか
なり一定の周波数で到達するが、常に偏差があ
る。例えば、１つの波の後に続く波が予期せず速
い場合である。 波の性質、即ち識別可能な周波数及び振幅は場
所および天候によつて広く変化する。ある日にあ
る位置で、或る特定の波浪周波数が支配的である
ことが観察者に明らかであつても、別の日には、
これがそれほど明確ではない。というのは波が混
ざりあつて特定の波浪周波数を明瞭に特定するこ
とはできなくなるからである。連続する各波の波
長を測定するならば、多数の異なる波長を見出す
ことができて、これが波周期のスペクトルと称さ
れるものである。 異なる波長の波の振幅は広く変わるが、大振幅
の波はある程度限られた範囲の波長をもつてい
る。これを第４図に図示する。第４図において、
横軸は波周期（秒）、縦軸は波高（フイート×
30.48cm）を示しており、横軸および縦軸の座標
値によつて指定されるデータは、1000回当たりの
出現回数を示している。このデータは北大西洋の
緯度59゜Ｎ、経度19゜Ｗの天候船舶署（Weather
Ship Station）で数年にわたるデータを平均した
ものである。 波浪エネルギーを抽出又は変換するための装置
に格好な場所は、明らかに波が適度に大きな振幅
のものであり、そして普通、波長分布が比較的狭
く、かつ波長分布範囲があまり変動しないところ
である。格好の場所を設定した後、波浪エネルギ
抽出装置をこの範囲の波長の中央のところで最も
効率良く作動するように調節する。即ち、共振系
の用語を借りて言うと、同一のかつ狭い波長範囲
の中央のところで、波とピーク（即ち最大）結合
するように波浪エネルギ抽出装置を調節する。前
記同一かつ狭い波長範囲の中央のところは、ピー
ク結合を望むスペクトルの選択領域で示されるも
のである。適度に大きな振幅の波が、全て単一の
波長に近いものでありかつ一年中毎日毎日続くよ
うな理想的な波の条件を備えるような場所はない
ので、波浪エネルギ抽出装置は、該装置に最も効
率良く結合する波長とは異なる波長をもつ波につ
いて長期間作動しなければならない。波浪エネル
ギ抽出装置は共振装置であるので、或る一つの波
浪周波数（共振周波数）で最も効率良く作動する
ことが必要である。 波浪周波数が共振周波数からいずれかの側には
ずれると、その分だけ作動効率が低下する。この
ことを第５図に示す。波浪周波数がどのように変
動したばあいにも、全ての波からできるだけ多く
のエネルギーを抽出するのが望ましいので、曲線
１の方が曲線２よりも良い。もちろん、結合効率
は曲線３の形をもつのが良いが、これは物理的に
不可能なので、最も生じ易い波浪周波数Ｆで良好
な効率を得ることができ、しかも該周波数Ｆから
いずれかの側にはずれても効率の低下はさほど著
しくないようにすることで満足しなければならな
い。換言すれば、できるだけ広い作動帯域が必要
になる。ここで“作動帯域”について説明する。
“作動帯域”は共振系に関する技術用語として一
般的に用いられているものであり、適当な大きさ
の効率を与える波浪周波数範囲をいう。第５図を
参照すると、効率E₁では曲線１の装置はf₁乃至f₂
の作動帯域をもつのに対して、曲線２の装置はは
るかに狭い作動帯域f₃乃至f₄しかもたない。波浪
エネルギ抽出装置としては上述のように広い作動
帯域をもつのが望ましく、このことは波浪のエネ
ルギーを抽出する装置に携わる当業者には良く知
られており自明のことである。 質量Ｍが該質量Ｍの速度に比例する減衰値Ｄを
もつバネ剛性（バネ定数）Ｋのバネに作用するよ
うな系を単純な共振系とみなせばこの共振系の選
択度Ｑは

【式】で与えられる。 波により回転軸線の周りに揺動するダツクは、
単一の質量がバネに作用するような系よりも複雑
な系であるが、回転慣性を質量と等しいものとみ
なし、回転剛性をバネ剛性と等しいとみなせば上
の関係はダツクにあてはまる。一般に剛性は、良
く知られているように、位置や角度の変化に抵抗
する系の性質である。ここで選択度Ｑとは共振系
に関する技術用語であり、第５図に示すような共
振曲線の尖鋭度である。かくして、曲線１は曲線
２よりも選択度Ｑの低い装置を表わしている。慣
性は加速に抵抗する物体の性質である。 上の関係から、広い作動帯域を達成するため
に、共振系の選択度Ｑはできるだけ低くしなけれ
ばならないことが明らかであろう。換言すれば、
剛性値および慣性値は減衰値に対してできるだけ
低くなければならない。即ち、上述のように低い
Ｑ値が望まれるならば、Ｑ＝√／Ｄの関係か
らＫおよびＭがＤに対しできるだけ小さくならな
ければならないことが分かる。 以下に、十分に説明するように、この要求をダ
ツクを例示とする可動部分の設計によてある程度
満たすことができる。しかしながら、実用上は、
例えば波から価値のある動力を抽出するために
は、可動部分にある程度の強度を与える必要があ
り、そのために可動部分はある程度の質量を持つ
ことになるので、この面から、上述の作動帯域幅
は制限を受け、構造上の設計により作動帯域幅を
増加させることには限界がある。 本発明は水面の波によつては動かされないよう
に拘束された拘束部分と、該拘束部分に対して可
動に設けられ且つ波によつて前記拘束部分に対し
往復運動させられるように水面に或いは水面近く
に位置決めされたダツク又はそれと均等な可動部
分との間の油圧装置の油圧に比例する力、換言す
れば海水がノツデイング（拘束部分に対する可動
部分の回転）を生じさせるように可動部分に作用
するときに可動部分の運動が受ける抵抗を、可動
部分と拘束部分との相対運動の検知パラメータに
応じて制御する機構を提供する。 本発明によれば、後述の実施例から明らかなよ
うに、可動部分と拘束部分との間の力を制御する
ために、拘束部分に対する可動部分の運動から動
力を抽出するための油圧装置の油圧を制御する。
この油圧制御は移動する油に作用するスロツトル
を調節するための既知の技術で達成される。動力
抽出が油圧装置によつて行なわれる形式のもので
ないばあいには、力の制御は別な方法で行なわれ
ることになる。例えば、拘束部分に対する可動部
分の運動が発電機又はある種の電気機械変換器に
よつて電気に直接変換される形式の装置では、帰
還装置による逆起電力の制御で可動部分と拘束部
分との間を制御することができる。しかしなが
ら、可動部分例えばダツクのノツデイング速度は
大変遅いので実際の装置では電気に効率良く直接
変換することはできない。 これに対して本発明では、油圧装置の油圧が油
の移動速度と油の流れに対する絞りに依存するか
ら、絞りを油圧モータ内の角度可変な斜板により
良く知られている仕方で制御して瞬間的な油圧を
制御すること、即ち可動部分と拘束部分との間の
対応する瞬間的な力の値を制御することが可能で
あり、かくして可動部分の拘束部分に対する相対
速度に比例する力（油圧に比例）を維持するため
の比較的簡単な絞りの制御によつて固有共振周波
数からはずれた周波数での動力抽出効率を向上さ
せる利点を有している。 可動部分の構造設計によつて低い選択度Ｑを達
成することが望ましいが、これのできる範囲には
制限がある。そこで、本発明では、可動部分の簡
単な工業上の構造設計によつて実現できる程度以
上に広い周波数帯にわたり作動効率を改善し、作
動帯域幅を広くすることができる。即ち、角度変
位に比例する帰還力を“負の剛性”として作用さ
せて剛性を見かけ上減少させ、さらに角加速度に
比例する帰還力を“負の慣性”として作用させて
見かけの慣性を減少させ、これらによつて選択度
Ｑを減少させる。かくして、本装置は固有共振周
波数からはずれた周波数の波からエネルギーを抽
出する際の効率を高めることができる。 本発明は一つの観点では、水面の波から動力を
抽出するための装置において、波によつては動か
されないように拘束された拘束部分と、該拘束部
分に対して可動に設けられ且つ作動中、波によつ
て前記拘束部分に対し往復運動させられるように
水面に或いは水面近くに位置決めされた可動部分
と、前記可動部分と前記拘束部分との間の相対運
動から動力を抽出するための装置と、平静な水中
に静止している時の平衡位置に対して測定された
前記相対運動の変位、前記相対運動の速度および
加速度のパラメータのうちの少なくとも１つに感
応し、前記パラメータを表わす出力信号を発生す
る検知装置と、前記波から動力を抽出するための
装置の通常の使用の際に予想される前記パラメー
タの値の範囲の少なくとも一部について、前記出
力信号に比例した力を発生するための帰還装置
と、前記パラメータを増加させようとするように
前記力を前記可動部分に作用させるための装置
と、を有することを特徴とする波から動力を抽出
するための装置を提供する。 この方法で変位位置に応じて加えられる帰還
力、即ち油の背圧は、共振装置の構造設計に基づ
く剛性を変えることはできないが、可動部分の有
効剛性即ち見掛け剛性を変えることができる。 また相対速度に応じて加えられる帰還力、即ち
油の背圧は、減衰力として作用し、有効制動を変
えることになる。この制御によつて、減衰を動力
取出しについて最適化することを可能にする。こ
れは第５図に示した曲線の形に本来影響しない
が、装置が波浪からエネルギーを取出す全体の効
率に寄与する。 さらに、相対加速度に応じて加えられる帰還
力、即ち油の背圧は、共振装置の構造設計に基づ
く慣性を変えることはできないが、可動部分の有
効慣性、即ち見掛けの慣性を変えることになる。 このように本発明は、帰還装置の使用によつて
可動部分の有効剛性即ち見掛け剛性を減少し、可
動部分の有効慣性即ち見掛け慣性を減少して第５
図に関して説明したように装置の作動帯域を広げ
る効果を有している。 モータとしてもポンプとしても可逆的に作動で
きる油圧ポンプ・モーターを使用して、前記可動
部分と前記拘束部分の相対運動から動力を取出す
のが都合良い。その場合、可動部分への力の帰還
はポンプ／モータへ油圧流体の圧力を帰還させる
ことによつて、極めて都合良く行われる。 本発明による一実施例では、電力出力への転換
は、発電機に機械的に連結されている斜板モータ
をポンプ出力で駆動することで行われる。可動部
分の往復運動で駆動されるポンプが広範囲の速度
変動を起しても斜板の角度を連続的に調節し、斜
板モータと発電機を一定速度で効率的に運転させ
る制御装置が設けられている。この実施例では、
可動部分の有効剛性や有効慣性、即ち見掛け剛性
や見掛け慣性を変えるため可動部分へ力を帰還さ
せることは、斜板モータの斜板角度を補足的に調
節することによつて極めて都合よく行われる。 前述した検知装置は電気出力信号を発生し、こ
の電気出力信号を演算増幅器で処理して電気的帰
還制御信号を発生させる。かかる電気的帰還制御
信号を適当な電気機械変換器で処理し、それによ
つて斜板モータの斜板角度を調節するのが好まし
い。 相対加速度を表わす出力電気信号は、可動部分
と前記拘束部分との間の相対速度を示す回転速度
計から出力された電気信号を電子工学的に微分す
れば得られる。 有効剛性又は有効慣性を軽減させる問題の簡単
な解決策を求める際、負の剛性もしくは負の慣性
に相当するものの導入が考えられる。これらの場
合、可動部分に帰還された剛性力は可動部分の変
位に比例し（然し、力の方向が変位を更に増大さ
せようとする意味で負である）可動部分に帰還さ
れた慣性力は可動部分の加速度に比例する（然
し、この力の方向が加速度を更に増大させようと
する意味でこれ又、負である）。 然し本発明の装置は、更に巧妙な制御を提供す
ることが可能である。すなわち、出力信号と帰還
力との間の関係は線形である必要はない。 例えば、負の有効剛性を平均波浪振幅で作動す
るのに適当なものとすると、可動部分例えばダツ
クが高い波で転覆しその転覆から回復できない、
という傾向が問題となる。出力信号と帰還力との
間の関係に簡単な非線形性を取り込む一つの解決
法は、遮断、すなわち例えば所定変位を越す場合
には負の剛性力を一切、帰還しない構成とするこ
とである。更に巧妙な解決法は所定の変位以上の
領域では、変位を増大させる効果を徐々に軽減す
ることであろう。これが望ましいとわかれば、負
の慣性力についても同様なことが容易に行われよ
う。 この発明を実施する装置の特定の構成を今、添
付図面を参照して例示として説明する。 なお、実施例を説明するうえで、波によつては
動かされないように拘束された拘束部分の例示と
して所謂、「バツクボーン」を採用し、前記拘束
部分に対して可動に設けられ且つ作動中、波によ
つて前記拘束部分に対し往復運動させられるよう
に水面に或いは水面近くに位置決めされた可動部
分の例示として「ダツク」を採用する。しかしな
がら、拘束部分、可動部分が上述したような性質
をそれぞれ備えている限り、以下の説明は「バツ
クボーン」、「ダツク」以外のものについても当て
はまる。 第１図は、海上におけるこの装置の概略斜視図
である。この装置は約500ｍの長さの管状バツク
ボーンを有し、このまわりに“ダツク”として知
られている多数の特定の形状のセグメント１１が
回転できるようになつている。ダツク１１とバツ
クボーンの組合わせを“ストリング”と称する。
このストリングは、一般にちようど船が急に方向
を変えて風波を舷側に受けたときのように、波の
方向に垂直となる。バツクボーンの運動は従来の
船舶用語を用いて説明するが、ダツクは、バツク
ボーンのまわりに回転自由度を有し、バツクボー
ンのまわりに回転振動、即ち“ノツデイング”
（“nodding”）を行なうことができる。ストリン
グの長さは船の梁と対応するようとられている。
（ダツクが到来波を待ち受けなければならないか
らである。）従つて平行軸線のまわりにピツチ即
ち縦揺れとノツド即ち横揺れが起こる。 ダツクのストリングは30乃至50尋（ひろ）（尋
は水深の単位であつて、１尋＝６フイート＝
1.829ｍ）すなわち54.87乃至91.45ｍの水深で、で
きるだけ海岸に近く、常に良好な波が押し寄せる
所にゆるく係留されるようになつている。ダツク
の軸線のまわりのノツデイングは海で電気に変換
させる有用な仕事を行うことになる。ノツデイン
グの振幅は通常1/2ラジアン以下であり、ダツク
とバツクボーンとの間の周速度は、在来の直接電
気変換を用いるにはけた違いに遅すぎる。従つ
て、ラジアルピストン型の油圧ポンプ・モーター
装置をバツクボーンとダツクとの間に配置し、ダ
ツクのノツデイングにより油圧を発生させるよう
にすることが望ましい。ラジアルピストン型油圧
ポンプ・モーター装置は、低速重車輌用の車輪ハ
ブに組み込んで、車輪駆動用のモータとして従来
使用されており、大きな車軸荷重の定格をもつて
いる。本発明では、このポンプ・モーター装置
は、海上および海中で使用されることになるの
で、シールを備える必要がある。１個のダツク１
１に対し、適当な数のポンプ・モーター装置を配
置でき、このポンプ・モーター装置は、たとえば
143または214Kg／cm²（2000または3000psi）の油
圧を発生させる。この油圧は、発電に適する速度
で斜板式油圧モータを駆動するのに使用される。
斜板角度の制御により発電機をダツクのノツデイ
ングの周期性に拘らずほぼ一定の速度で運転させ
ることができる。 本発明を理解するためには、ダツクの性能を最
適にするための形状と設計上の考慮を説明するこ
とが必要である。これを第２図と関連して説明す
る。 第２図は平静な水中でバツクボーンに取付けら
れ、波が右から到達するのを待つているダツク１
１を示す。ダツクは点Ｏのまわりに揺動する。水
から出たダツクの平らな部分１２を背部と称す。
最高点１３をビーク（beak）と呼ぶ。ビーク１
３から下る曲線部１４を腹部と称し、残りの半円
部１５を尻部と呼ぶ。 この実施例は最も簡単な設計のものであり、ダ
ツクの尻部１５はノツデイングの軸線Ｏと同軸の
円弧状であるので、ノツデイングによりこの尻部
が水を排除することはない。この円弧状部分の直
径はダツクの大きさを表わすために使用される寸
法となつている。北大西洋の場合、それは10ｍと
15ｍの間となろうが、北海または西日本海のより
短い波の場合には６ｍ程の小さなものとなろう。 腹部１４の曲線は、ノツデイングによつて引き
起されるダツク１１の前方の水の変位を、最良の
性能が要求される周期の接近波の水粒子の軌道の
大きさにできるだけ一致させるように設計されて
いる。この一致は近似的なものに過ぎず、極めて
大きく逸脱しても小さな差異を引き起すに過ぎな
い。 第２図で見て右側から到着した波はダツク１１
を点Ｏのまわりにノツデイングさせる。管状バツ
クボーンに対するダツクのこのノツデイングによ
り生じる回転往復運動は、前述したポンプ・モー
ター装置により油圧に変換され、この油圧が斜板
モータ２４を駆動する（これについては第３図を
参照してもつと詳細に説明する）。斜板モータ２
４の出力軸は発電機２５を回転させる。 静水中ではダツクは第２図に示すように横たわ
つている。それは排水の質量中心１７で上向きの
浮力▽ρｇ（但し、▽は排水量、ρは水の密度、
ｇは重力加速度）を受け、ダツク自体の質量中心
Ｗで下向きの力（Mg）を受ける。▽ρｇとMgが
等しくなる必要はない。例えば、もし万が一ダツ
クが分離した場合にそれが浮遊して他のダツクを
損傷するよりは、むしろ沈んだ方が望ましい。そ
のばあいには、バツクボーンにより必要な浮力を
与えることができる。唯一の要件は▽ρｇとMg
とが等しく反対のモーメントをＯのまわりに作用
させることである。▽ρｇの作用点はダツクの形
状で定められるが、質量中心Ｗの位置はダツク内
の材料配分により制御することができる。以下の
説明で明白となるように、ダツクと船舶との相違
はダツクの重心ができるだけ高く置かれることに
ある。 ダツクは制動のない固有の周波数で最良の性能
を発揮する。この周波数は、バネ振動系において
減衰がないときの振動体の振動周波数が

【式】で与えられていることとの対 応から次式で与えられる。 ノツデイング剛性即ち、水中のダツクがその軸
線を中心として平衡位置の両側に揺動するのに抗
するダツクの性質に影響する二つの因子がある。
第１因子は第２図の水線長Ｌによつて決定され
る。微小な時計方向ノツデイング角ｄθはダツク
の単位長につき1/2L²dθの三角柱容積の水を排
水することになる。 これは質量1/2ρL²dθをもち且つＯを通る垂
線から2/3Ｌの所に質量中心をもつことになる。 Ｏのまわりのモーメント変化は反時計方向で 1/3ρgL³dθ となるのでモーメントの角度についての変化率は 1/3ρgL³となる。 ノツデイング角が大きい場合、この問題はＬ値
の変化により複雑となるが、最適の効率は小さな
ノツデイング角の場合にのみ必要となる。ノツデ
イング剛性はまた質量中心Ｗの位置の影響を受け
る。ＯからＷまでの距離をＣとし、線OWが垂線
となす角をφとするならば、Ｏのまわりのモーメ
ントはMgCsinφとなる。これを微分すると
MgCcosφが得られる。φが鋭角の場合、質量中
心の運動は引き起こされるノツデイングを助長す
るようになり、従つて剛性の項の総和は、単位長
当り 1/3ρgL³−MgCcosφとなる。 ノツデイング慣性即ち、ダツクのその軸線の周
りの加速度が増大するのに抗するダツクの性質、
に影響する幾つかの要因がある。ダツクの材質
（鋼やコンクリート）から明らかな機械的な慣性
モーメントがある。これは各小部分の質量と各小
部分のＯからの距離の平方との積の和である。ダ
ツクよりは20倍も速く回転可能な油圧ポンプの慣
性がある。これらのものが一緒になつて全機械的
慣性（Imech）となる。またダツクに影響される
水の流体力学的慣性がある。この場合の値はある
断面形状の場合に計算されており、他の形状の場
合では測定されている。半長軸ａ、半短軸ｂの楕
円の場合、それは1/8πρ（b²−a²）²となる（な
お、ａ＝ｂであるような楕円の特殊な場合に相当
する円ではこの式は０となり、ａ＝０であるよう
な板を考えると上式は1/8πρb⁴となる）。第２図
に示す形状のダツクの活動部分は楕円の1/4に相
当し、これから1/32πρ（b²−a²）²の流体力学的
慣性の値が求められる。然し、造船技術に関する
文献はこの付加された慣性を単独で表現している
が、波動理論ではそれは周波数に依存するものと
考えられている。実験の測定のための満足すべき
簡単な技法はまだ考案されておらず、従つてしば
らくは次式を使用することにする。 ダツクがその固有周波数で駆動される場合、剛
性と慣性の効果は打消され、その応答は専ら制動
によつて決められる。これは主として動力取り出
しになる。それが最適の場合、その効率を極めて
高くすることができる。制動が増大する場合、波
はビークで波腹をつくるような位相で反射され
る。制動が最適値以下の場合、再び反射があるが
ビークに節ができる。伝達された波は制動値によ
りたいして影響を受けない。 ダツクが固有周波数とは異なる周波数で波によ
り駆動される場合、その作動は低周波数では剛性
に高周波数では慣性に支配される。作動帯域を広
くするためには剛性値と慣性値を制動値に対して
低くする必要がある。電子工学的用語で我々は、
低選択度Ｑを必要とする。この設計手順は次の通
りである。剛性の第１分力は水線幾何学によりき
められる。これの多くは、質量中心を高くし角φ
を減少すれば打消されるがダツクを転覆位置から
回復させなければならないという要件によつて制
限される。これはポンプの逆作動によらずに自然
に回復させるのが望ましい。その場合、残りの剛
性を所要周波数で共振させるように慣性値を設定
する。 第３図は本発明を実施する装置の概略図である
が、この装置によれば制動力を制御し、有効剛性
即ち見掛け剛性と有効慣性即ち見掛け慣性とを変
えることができ、それにより簡単な機械的構造設
計で可能なものよりもこの方式のＱ値を低減する
ことができる。 第３図を参照すると、ダツクとその関連装置は
符号２１で表わされている。ダツクに設けられた
油圧ポンプは加圧油圧流体の脈動流を出力管２２
に通しこれを戻り管２３を経て戻す。この油圧流
体の供給は斜板モータ２４を駆動し、そのモータ
の出力は発電機２５を駆動する。作動全体に決定
的な影響を与えるものは斜板角度の調節により行
われる斜板モータ２４の制御である。この制御は
演算増幅器２６から出力された電気信号に基づい
ており、増幅器２６は２７，２８，２９で示され
たダツクの変位、速度および加速度パラメータの
検知器と油圧流体圧力の検知器３１からの各種入
力信号に応答する。 第３図からわかるように、検知器３１は油圧ポ
ンプの出力管２２と戻り管２３との間の油圧流体
圧力差を検知するように位置決めされている。 かかる斜板モータ２４の制御は、演算増幅器が
圧力検知器３１からの電気信号（この電気信号は
実際の油圧流体圧力を指示する）と、変位検知器
２７、速度検知器２８及び加速度検知器２９から
出力され且つ所望の瞬時油圧を表す電気信号とを
比較するような帰還ループである。演算増幅器か
らの出力電気信号は斜板モータ２４の斜板の角度
を調節して所望の瞬時油圧と、実際の（測定され
た）瞬時油圧との差を減ずるようにする。 理解を容易にするために、変位、速度及び加速
度に基くこの帰還ループの各構成要素を別々に説
明する。基本的な制御は、角速度〓θに基く制御で
あり、まず最初にこれについて説明する。次に、
角変位θ及び角加速度θ¨に基く帰還ループのその
他の構成要素が帰還制御全体をどのように修正す
るかを説明する。 先づ、脈動油圧流体源における利用可能のエネ
ルギーを最も効率的に使用するための斜板モータ
２４の簡単な制御を考えて、発電機２５を一定速
度で運転することである。斜板角度に応じた背圧
はダツク１１とそのバツクボーンとの間に作用す
る主要な力をきめる。この背圧は検知器３１によ
り検知される。最も簡単な制御装置はこの力を、
ダツク、バツクボーン間の相対速度に比例する制
動力にするものである。かかる制御装置は、回転
速度計２８、演算増幅器２６、斜板モータ２４及
び圧力検知器３１についての第３図の帰還構成に
よつて構成される。回転速度計２８は、大きさが
バツクボーンに対するダツクの角速度〓θと比例す
るような電気信号を出力する。圧力検知器３１
は、大きさが出力管２２内の流体の圧力（この圧
力は上述したように力をダツクに及ぼす背圧とし
て使用される）と比例するような電気信号を出力
する。回転速度計２８及び圧力検知器３１から出
力された電気信号を演算増幅器２６で比較し、こ
の増幅器２６の出力が斜板モータ２４の斜板の角
度を制御する。さしあたり検知器２７，２９の影
響を無視すると、制御は角速度〓θと比例した背圧
を保つような制御である。かくして、もし圧力検
知器の信号が回転速度計の信号よりも大きけれ
ば、斜板の角度を、背圧を減ずる方向に変える。
これに対して、もし圧力検知器の信号が回転速度
計の信号よりも小さければ、斜板の角度を逆方向
に変えて背圧を増大させる。 かかる制御装置が背圧をダツク、バツクボーン
間の相対速度に比例する制動力にするものである
ことは既に述べた。この比例定数を実効制動係数
Kdと称する（第６図参照）。実効制動係数Kdの
変化が効率Efにどのように関連するかについて
の情報は十分ではない。しかしながら、最適の値
があることは明らかである。今、第６図を参照し
て効率Efと実効制動係数Kdとの間の関係を簡単
に説明する。第６図にはKdの最適値がAdで示さ
れている。Kdを大きくすると効率は最終的には
著しく落ちる。というのは、ダツクは波によつて
ほとんど動かされないようになるからである。も
し、Kdを最適値以下に小さくすると、ダツクは
動きやすくなるが効率は落ちる。というのは、電
力出力に利用できる力が減少するからである。し
かしながら、重要なことはKdとEfとの関係が明
らかに線形の関係ではないがAdの付近ではグラ
フがかなり平坦なことである。かくして、ちよう
ど最適値AdであるようなKdの値を選択すること
は重要ではない。たとえ、KdがAdから２倍ほど
違つていても、効率は最適値から15％落ちるに過
ぎない。 次に、ダツクの平衡位置からのダツクの瞬時角
変位θと比例した力を出す帰還ループの構成要素
を考える。上述したように、かかる力は負の剛性
に相当し、そしてダツクの角運動の見掛けの剛性
を減ずる効果を有している。この力は出力管２２
内の油圧流体の背圧を変えることによつてつくら
れる。検知器２７は、大きさがダツクの瞬時角変
位θに比例するような電気信号を出力し、帰還ル
ープは演算増幅器２６斜板モータ２４及び圧力検
知器３１によつて構成されている。検知器２７及
び圧力検知器３１から出力された電気信号を演算
増幅器２６で比較し、この演算増幅器２６の出力
が斜板モータ２４の斜板の角度を制御する。帰還
ループのこの構成要素の効果は回転速度計２８を
含む上述の構成要素の効果に加えられる。さしあ
たり検知器２９の影響を無視すれば、制御は急速
度〓θ及び角変位θの組合せに比例した背圧を保つ
ようにするような制御である。かくして、もし圧
力検知器の信号が回転速度計２８及び検知器２７
からの信号を組合せたものよりも大きければ、斜
板の角度を、背圧を減ずる方向に変え、逆に圧力
検知器の信号が組合せ信号（回転速度計２８の信
号と検知器２７の信号との組合せ）よりも小さけ
れば、斜板の角度を逆方向に変えて背圧を増大さ
せる。 次に、瞬時角加速度θ¨と比例した力を出す帰還
ループの第３の構成要素を考える。かかる力は負
の慣性に相当し、そしてダツクの見掛けの慣性を
減ずる効果を有している。この力も又、出力管２
２内の油圧流体の背圧を変えることによつてつく
り、かかる背圧の変化は上述の帰還ループの他の
２つの構成要素のもたらす背圧の変化に加えられ
る。検知器２９は、大きさがダツクの瞬時角加速
度¨θに比例するような電気信号を出力し、帰還ル
ープは演算増幅器２６、斜板モータ２４及び圧力
検知器３１によつて構成されている。検知器２９
及び圧力検知器３１から出力された電気信号を演
算増幅器２６で比較し、この演算増幅器２６の出
力が斜板モータ２４の斜板の角度を制御する。帰
還ループのこの構成要素の効果を、回転速度計２
８及び角変位検知器２７を含む上述の構成要素の
効果に加える。制御は、角速度〓θ、角変位θ及び
角加速度¨θの組合せに比例した背圧を保つように
するような制御である。かくして、もし圧力検知
器の信号が回転速度計２８、検知器２７及び検知
器２９からの信号の組合せよりも大きければ、斜
板の角度を、背圧を減ずる方向に変え、逆にもし
圧力検知器の信号が組合せ信号（回転速度計２８
の信号、検知器２７の信号及び検知器２９の信号
の組合せ）よりも小さければ、斜板の角度を反対
方向に変えて背圧を増大させる。 検知器２９は角速度〓θを表わす回転速度計の出
力を電子工学的に微分することにより、演算増幅
器２６への入力信号を出力することができる。 更に巧妙な制御を行うために、帰還力と検知さ
れた角変位θまたは角加速度¨θ間に非線形関係を
導入する。 例えば高い波で転覆し回復しないダツクの上述
した特有な問題は、負の剛性により高められる。
これは簡単な遮断非線形特性によつて即ち所定限
界を越える角変位θ信号を相殺させる帰還によつ
て避けることができる。変形例として角変位θが
所定限界を超過して増大するのにつれて徐々に減
少する比例定数を導入しても良い。 本発明は前述の実施例に限られるものではな
い。例えば帰還力は必ずしも油圧流体の圧力変化
によりダツクに帰還される必要はなく、帰還力を
任意の従来の仕方で生じさせダツクに加えても良
い。最も都合のよい仕方はある程度、出力電力が
ダツクから取出される仕方で決まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、海の波からエネルギーを抽出する装
置の概略斜視図。第２図は、その装置の一部の概
略断面図。第３図は、この装置の制御装置を示す
概略図。第４図は、波のある高さおよびある周期
の出現回数を示す図表である。第５図は、波の周
波数に対する結合効率を示す図である。第６図
は、実効制動係数Kdに対する効率Efのグラフ図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水面の波から動力を抽出するための装置にお
   いて、波によつては動かされないように拘束され
   た拘束部分と、該拘束部分に対して可動に設けら
   れ且つ作動中、波によつて前記拘束部分に対し往
   復運動させられるように水面に或いは水面近くに
   位置決めされた可動部分と、前記可動部分と前記
   拘束部分との間の相対運動から動力を抽出するた
   めの装置と、平静な水中に静止している時に平衡
   位置に対して測定された前記相対運動の変位、前
   記相対運動の速度および加速度のパラメータのう
   ちの少なくとも１つに感応し、前記パラメータを
   表わす出力信号を発生する検知装置と、前記波か
   ら動力を抽出するための装置の通常の使用の際に
   予想される前記パラメータの値の範囲の少なくと
   も一部について、前記出力信号に比例した力を発
   生するための帰還装置と、前記パラメータを増加
   させようとするように前記圧力を前記可動部分に
   作用させるための装置とを有することを特徴とす
   る波から動力を抽出するための装置。 ２ 前記可動部分と前記拘束部分との間の相対運
   動の有効剛性即ち見掛けの剛性を変えるように前
   記可動部分に加えられる、変位に応じた少なくと
   も一つの帰還力成分があることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の波から動力を抽出する
   ための装置。 ３ 前記相対運動の際の有効制動を変えるように
   前記可動部分に加えられる、前記可動部分と前記
   拘束部分との間の相対速度に応じた少なくとも一
   つの帰還力成分があることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の波から動力を抽出するための
   装置。 ４ 前記可動部分の有効慣性即ち見掛けの慣性を
   変えるように前記可動部分に加えられる、前記可
   動部分と前記拘束部分との間の相対加速度に応じ
   た少なくとも一つの帰還力成分があることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の波から動力を
   抽出するための装置。 ５ 前記力は前記パラメータに比例することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の波から動力
   を抽出するための装置。