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技術 波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船

出願人 前田輝夫
発明者 前田輝夫
出願日 2015年5月22日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2015-116984
公開日 2016年12月22日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2016-216014
状態 特許登録済
技術分野 船体構造
主要キーワード 前方中央位置 エネルギー収穫 比例部分 ジョイント結合 動揺制御 運動方向変換機構 断面四角 パワートランジスター
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

簡単な装置によって、波による主船体揺動を抑制し、かつ波エネルギー電力変換による電力収穫する性能をさらに向上させるとともに、エネルギー収穫乗り心地との最適化の可変制御可能な範囲を拡大できるようにしたを提供する

解決手段

船は、フロートの上にサスペンションバネを介して支えられた主船体と、フロートと主船体の相対運動で駆動するモータージェネレーターMGを備える。揺動制御部9は主船体の上下加速度に応じてモーター/ジェネレーターMGを制御するモーター/ジェネレーター制御信号を出力する。エネルギー収穫制御部10は、モーター/ジェネレーターMGの回転状況に応じて、主船体の振動数共振するようにモーター/ジェネレーターMGを制御するモーター/ジェネレーター制御信号を出力する。両方の信号に重み付けをすることで、揺動制御とエネルギー収穫に優先順位を与えることも出来る。

概要

背景

このような従来のとしては、本出願人による特許文献1に記載のものが知られている。この公知技術の船は、主船体フロートとの間にバネおよび発電機を備える。主船体とフロートとの相対変位で発電機を駆動し、その発電量を制御することで主船体の揺動を抑え、利用可能な電力を得るようにしている。
そのため、主船体の上下加速度を検出する加速度センサーを有し、加速度センサーで検出する加速度を積分して得られる量に応じて発電機を制御するが、この制御にあっては、演算により加速度センサーにより検出した主船体の上下加速度の比例部分と積分部分を適宜加えて発電機の発電力を制御して、主船体の揺動制御と発電量の最適化を図りながら、発電電力バッテリーに蓄え、再利用可能にする。また、発電機の負荷抵抗を変えることで、ユーザー希望に応じた最適化を変更可能としている。

概要

簡単な装置によって、波による主船体の揺動を抑制し、かつ波エネルギー電力変換による電力収穫する性能をさらに向上させるとともに、エネルギー収穫乗り心地との最適化の可変制御可能な範囲を拡大できるようにした船を提供する船は、フロートの上にサスペンション・バネを介して支えられた主船体と、フロートと主船体の相対運動で駆動するモータージェネレーターMGを備える。揺動制御部9は主船体の上下加速度に応じてモーター/ジェネレーターMGを制御するモーター/ジェネレーター制御信号を出力する。エネルギー収穫制御部10は、モーター/ジェネレーターMGの回転状況に応じて、主船体の振動数共振するようにモーター/ジェネレーターMGを制御するモーター/ジェネレーター制御信号を出力する。両方の信号に重み付けをすることで、揺動制御とエネルギー収穫に優先順位を与えることも出来る。

目的

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

フロートの上にサスペンションバネを介して支えられた主船体と、フロートと主船体の相対運動で駆動するモータージェネレーターを備えたにおいて、前記モーター/ジェネレーターの回転状況に応じて、前記主船体の振動数共振するように前記モーター/ジェネレーターを制御するモーター/ジェネレーター制御信号を出力するエネルギー収穫制御部を備えたことを特徴とする、波エネルギー電力変換および揺動の抑制が可能な船。

請求項2

請求項1に記載の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船において、主船体の上下加速度を検出する上下加速度センサーの信号を用い、モーター/ジェネレーターの回転状況に応じて主船体の揺動を抑制するモーター/ジェネレーター制御信号を出力する揺動制御部を備えた、波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船。

請求項3

請求項2に記載の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船において、前記エネルギー収穫制御部が出力するモーター/ジェネレーター制御信号による乗心地向上と前記揺動制御部が出力するモーター/ジェネレーター制御信号によるエネルギー収穫とに、手動または自動で優先度をつけるようにしたことを特徴とする、波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船。

請求項4

請求項3に記載の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船において、通常はエネルギー収穫が最大となるように設定し、前記主船体の上下加速度が所定値以上になったときは前記揺動制御部が自動的に乗心地向上の制御を開始するようにしたことを特徴とする、波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船。

技術分野

0001

本発明は、フロートに入力する波エネルギー電力変換可能であり、かつ入力した波による主船体揺動を抑制可能であって、エネルギー収穫乗り心地向上との程度を任意に選べることが可能なに関する。

背景技術

0002

このような従来の船としては、本出願人による特許文献1に記載のものが知られている。この公知技術の船は、主船体とフロートとの間にバネおよび発電機を備える。主船体とフロートとの相対変位で発電機を駆動し、その発電量を制御することで主船体の揺動を抑え、利用可能な電力を得るようにしている。
そのため、主船体の上下加速度を検出する加速度センサーを有し、加速度センサーで検出する加速度を積分して得られる量に応じて発電機を制御するが、この制御にあっては、演算により加速度センサーにより検出した主船体の上下加速度の比例部分と積分部分を適宜加えて発電機の発電力を制御して、主船体の揺動制御と発電量の最適化を図りながら、発電電力バッテリーに蓄え、再利用可能にする。また、発電機の負荷抵抗を変えることで、ユーザー希望に応じた最適化を変更可能としている。

先行技術

0003

特開2015−071401号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記従来の船では、発電によって主船体とフロート間の相対運動に、主船体の上下加速度の比例部分と積分部分を適宜加えて発電機を制御して、減衰力を与えることによって主船体の揺れを減少させるものであった。したがて、発電力によって主船体の揺れの減少は自動的に決まり、また、その減少の度合いも限られてしまう。その上、電力収穫と揺動抑制による乗心地との両者間の最適化をユーザーの希望に応じて任意に制御できる範囲が狭かった。

0005

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡単な装置によって、波による主船体の揺動を抑制することを可能とし、かつ波エネルギーの電力変換による電力収穫をも可能とする性能を従来技術のものよりさらに向上させるとともに、これらのエネルギー収穫と乗り心地との最適化の可変制御可能な範囲を拡大できるようにした船を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

この目的のため、本発明の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船は、フロートの上にサスペンション・バネを介して支えられた主船体と、フロートと主船体の相対運動で駆動するモータージェネレーターを備えた船において、
モーター/ジェネレーターの発電力が主船体の振動数共振するようモーター/ジェネレーターに制御信号を出力するエネルギー収穫制御部と、主船体の上下加速度をフィードバックして、モーター/ジェネレーターに制御信号を出力する動揺制御部を備えたことを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船にあっては、簡単な装置によって、波による主船体の揺動を抑制することを可能とし、かつ波エネルギーの電力変換による電力収穫をも可能とする性能を従来技術のものよりさらに向上させることができるとともに、これらのエネルギー収穫と乗り心地との最適化の可変制御可能な範囲を拡大できるようにした船を提供することができる。

図面の簡単な説明

0008

本発明の実施例1の波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船の側面概略図である。主船体の図示を省略した実施例1の船の平面図である。 実施例1の船に設けた運動変換機構とモーター/ジェネレーターの構成を示す図である。 実施例1の船に搭載された制御システムの構成を示した図である。

0009

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

0010

本発明の実施例1に係る、波エネルギーの電力変換および揺動の抑制が可能な船の構成を、図1および図2に示す。同図に示すように、実施例1の船は、客室および/または荷物室を備えた主船体1と、海や河の水面上に浮かぶように平行に配置される2つのフロート2と、主船体1を、この前後および幅方向にそれぞれ離間された位置で、フロート2上に弾性的に支持する4本のサスペンション・バネ3と、を備えている。

0011

2つのフロート2同士は前後位置で幅方向に伸ばされた連結板2aで互いに連結されている。
主船体1には、この前後および幅方向に延びて主船体1の一部を形成する平板状の板枠部分1aが一体的に形成されている。板枠部分1a上には、この前後中央位置にそれぞれモーター/ジェネレーターMGが設置される。これら2個のモーター/ジェネレーターMGは、主船体1とフロート2との上下方向の相対変位運動を、モーター/ジェネレーターMGの入出力軸に入力される回転運動に変換、あるいは逆にモーター/ジェネレーターMGの入出力軸から出力される回転運動を主船体1とフロート2との上下方向の相対変位運動に変換する運動変換機構4が設けられている。

0012

モーター/ジェネレーターMGは、電力を供給すると、モーターとして機能し、入出力軸が出力軸として電力に応じた回転トルク回転数出力可能となり、入出力軸が入力軸として外部側の駆動源から回転駆動されると発電してジェネレーターとして機能し、このとき発電量に応じた制動トルクを外部側に作用する。

0013

運動変換機構4は、図1に示すように、フロート2の連結板2aの中央位置にその下部が揺動可能にジョイント結合され、その上部が板枠部分1に形成した孔1b(図3参照)を貫通した状態で上下方向に延ばされたラック4aと、このラック4aの歯4bの噛み合うピニオン5とを備えている。ピニオン5は、モーター/ジェネレーターMGの入出力軸に固定されている。
一方、図3に示すように、ラック4aとピニオン5との歯同士が常時噛み合うように、ラックに沿ってスライド可能な断面四角の筒状のスライダー4cにピニオン5を支持させるようにしている。あるいは、ラック4aをピニオン5に弾性的に押しつけゴムやバネなどを用いるようにしてもよい。

0014

ラック4aが貫通する板枠部分1aの孔1bは、フロート2と主船体1とが相対変位するとき、ラック4aと抉らない大きさの孔の大きさおよび形状にしてあり、必要があれば、孔1bの縁とラック4aとがローラーベアリングを介して接触可能となるようにしてもよい。
サスペンション・バネ3は、本実施例では、この下部がフロート2に、またその上部が板枠部分1に取り付けられているが、これに限らず、主船体1に直接取り付けられるようにしてもよい。

0015

板枠部分1aの前方中央位置には前側上下加速度センサー6が、また、その後方中央位置には、後側上下加速度センサー6がそれぞれ、取り付けられて、主船体1の揺動に応じて発生した上下加速度を検出し、この検出信号を後述のコントローラー7へ入力する。

0016

コントローラー7は、主船体1内に設置され、MG(モーター/ジェネレーター)入出力制御部8(パワートランジスター回路に相当)が接続されて、このMG入出力制御部8を制御する。
MG入出力制御部8は、モーター/ジェネレーターMGへバッテリー15からの電力を供給してこれを回転駆動したり、あるいはモーター/ジェネレーターMGが発電した電力をバッテリー14へ充電したりする。
バッテリー14に蓄積された電力は、船の推進照明通信等に有効活用することが可能となる。

0017

コントローラー7は、図4に示すように揺動制御部9と、エネルギー収穫制御部10と、第1ゲイン調整部11と、第2ゲイン調整部12と、加算部13と、を備えている。
揺動制御部9は、前側および後側上下加速度センサー6から主船体1の板枠部分1aの前後での上下加速度信号がそれぞれ入力される。揺動制御部9では、これら入力された信号とその基準値ゼロとを比較して制御信号を計算し、第1ゲイン調整部11に入力する。

0018

第1ゲイン調整部11は、揺動制御部9から入力された制御信号に第1ゲインG1を掛けてその値を加算部13に入力する。第1ゲインは、ユーザーが任意に調整・設定するようにしても、あるいは予め設定した制御ロジックに応じて自動的に設定するようにしても良い。

0019

一方、エネルギー収穫制御部10は、抵抗コンデンサインダクタンスのいずれかを有し、モーター/ジェネレーターMGの回転状態回転子角速度入出力電流など)に関する信号が入力されて、抵抗、コンデンサ、インダクタンスのいずれかの値を変えることにより、モーター/ジェネレーター制御の制御出力を主船体1の振動数に共振するように設定し、第2ゲイン調整部12に入力する。
上記設定により、モーター/ジェネレーターMGの発電力もそれに応じて共振するようになるので、波からのエネルギー収穫を最大とすることが可能となる。

0020

第2ゲイン調整部12は、エネルギー収穫制御部10から入力された信号に第2ゲインG2を掛けてその値を加算部13に入力する。第2ゲインは、ユーザーが任意に調整・設定するようにしても、あるいは予め設定した制御ロジックに応じて自動的に設定するようにしても良い。

0021

加算部13は、第1ゲイン調整部11および第2ゲイン調整部12からそれぞれ入力された信号を加算して、モーター/ジェネレーター出力制御信号としてMG入出力制御部8に入力する。
MG入出力制御部8は、加算部13から入力されたモーター/ジェネレーター出力制御信号に応じてモーター/ジェネレーターMGをモーターとしてあるいはジェネレーターとして制御し、機能させる。

0022

ここで、第1ゲインG1を第2ゲインG2より大きく設定すれば、乗心地優先の設定となり、第2ゲインG2を第1ゲインG1より大きく設定すれば、エネルギー収穫優先の設定となり、エネルギー収穫と乗心地との程度を決めることが可能になる。
通常は、エネルギー収穫を主とするため、第1ゲインはゼロに設定しておき、海況等が変わって乗心地が阻害されるようになったとき(たとえば上下加速度の絶対値が所定値以上となったとき)には、第1ゲインを大きくして場合によっては第2ゲインよりも大きく設定するようにしてもよい。

0023

上記説明から分かるように、実施例1の船にあっては、主船体1の板枠部分1aの前後の上下加速度がゼロとなるようにモーター/ジェネレーターMGを制御することができるので、波によるフロート2の上下動にも関わらず、主船体1の揺動(本実施例ではヒービングピッチング揺動)を大きく抑制することが可能となる。
また、第1ゲイン調整部11と第2ゲイン調整部12とのゲインをそれぞれ調整することで、エネルギー収穫と乗心地向上の程度を大きく調整することが可能となる。

0024

以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

0025

たとえば、フロート2の数は、2個に限らず3個など異なる数であってもよい。また、ラック4aの下部は、連結板2aではなく、フロート2側に取り付けても良い。

0026

上記実施例1では、揺動制御部9で、上下加速度センサー6で検出した上下加速度と基準加速度ゼロとの差を演算し、この差が減少してゼロとなるようにモーター/ジェネレーターMGを制御するようにしたが、これに限られない。すなわち、揺動制御部9は、上下加速度センサー6で検出した上下加速度を積分して、上下速度を算出してこれと基準速度ゼロとの差を求め、この差が減少してゼロとなるようにモーター/ジェネレーターMGを制御するようにしてもよい。

0027

上記モーター/ジェネレーターMG制御の制御出力の調整は、ユーザーがダイヤルを回すことで、抵抗、コンデンサ、インダクタンスのいずれかの値を変更するようにしても、あるいは、モーター/ジェネレーターMG制御の制御出力を、エネルギー収穫の増加方向に自動的に変えるようにしても良い。

0028

実施例1では、上下加速度センサー6を船の前後中央位置に2個設け、モーター/ジェネレーターMGも前後2個設けたが、本発明は、これらの数に限られない。また、実施例1では、ピッチング揺動を抑制したが、上下加速度センサー6とモーター/ジェネレーターMGを船の左右にそれぞれ設けることで、これに代わり、あるいはこれに加えて、ローリング時にもエネルギー収穫を行い、またローリング揺動など他の揺動運動を抑制するようにしても良い。

0029

MGモーター/ジェネレーター
1主船体
1a板枠部分
1b 孔
2フロート
2a連結板
3サスペンション・バネ
運動方向変換機構
4a ラック
4b 歯
4cスライダー
5ピニオン
6上下加速度センサー
7コントローラー
8 MG入出力制御部
9揺動制御部
10エネルギー収穫制御部
11 第1ゲイン調整部
12 第2ゲイン調整部
13加算部
14 バッテリー

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