特許 6435318 海洋モニタリングのための自律式セイルボート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6435318

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】海洋モニタリングのための自律式セイルボート

(51)【国際特許分類】

   B63H 9/04 20060101AFI20181126BHJP

   B63H 9/06 20060101ALI20181126BHJP

   B63B 43/04 20060101ALI20181126BHJP

   B63B 35/00 20060101ALI20181126BHJP

   B63B 49/00 20060101ALI20181126BHJP

   B63B 11/00 20060101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   B63H9/04 Z

   B63H9/06 A

   B63B43/04

   B63B35/00 T

   B63B49/00 Z

   B63B11/00 A

【請求項の数】30

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-504324(P2016-504324)

(86)(22)【出願日】2014年3月17日

(65)【公表番号】特表2016-512802(P2016-512802A)

(43)【公表日】2016年5月9日

(86)【国際出願番号】US2014030829

(87)【国際公開番号】WO2014153299

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2017年3月13日

(31)【優先権主張番号】13/845,488

(32)【優先日】2013年3月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515263901

【氏名又は名称】オートノーマス マリーン システムズ インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＵＴＯＮＯＭＯＵＳ ＭＡＲＩＮＥ ＳＹＳＴＥＭＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100102842

【弁理士】

【氏名又は名称】葛和 清司

(72)【発明者】

【氏名】ホールマンズ，ワルター

【審査官】 稲垣 彰彦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第４６１０２１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第５０７２６８２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平９−１４２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−８２６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第３８８５５１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開平１−１４１１９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００７−５００６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４７３０２３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｂ １１／００

１５／００

３５／００

４３／０４

４９／００

Ｂ６３Ｈ ９／０４−９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セイルボートであって、
互いに平行に配置され、トラス配置によって共に連結される、複数のハル、
ハルの平面に垂直な第１の回転軸の周り、およびハルの平面に平行な第２の回転軸の周りで回転可能な、ウィングセイル構造、および、
セイルボートの転覆が検知されたときに、ウィングセイル構造を第２の回転軸の周りで回転させるように構成される、自動復原システムを含む、
前記セイルボート。

【請求項2】

ウィングセイル構造が、自動復原システムがウィングセイル構造を回転させる場合にセイルボート復原の促進に供する浮力要素を含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項3】

浮力要素が、ウィングセイルを含む、請求項２に記載のセイルボート。

【請求項4】

浮力要素が、ウィングセイル上方に浮揚性球体を含む、請求項３に記載のセイルボート。

【請求項5】

ハルに平行なキール回転軸の周りで回転可能なキールを含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項6】

キールがウィングセイル構造に固定して取り付けられ、キール回転軸が第２の回転軸に一致する、請求項５に記載のセイルボート。

【請求項7】

転覆が起こったかどうかを検知し、転覆が検知された場合に自動復原システムを作動させる、制御システムを含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項8】

制御システムが、転覆が検知される前に傾船角度を検知し、検知された傾船角度に基づいて、自動復原システムを作動させる、請求項７に記載のセイルボート。

【請求項9】

自動復原システムを動作可能にするために必要なエネルギーを提供する、１または２以上のソーラーパネルを含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項10】

ラダー、およびターゲット領域へ向けてセイルボートの進行方向を生み出すためにラダーの向きを制御するナビゲーション制御システムを含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項11】

ウィングセイル構造が、セイルボートを前方に推進させるための揚力を提供するウィングセイルを含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項12】

ウィングセイル構造が、現在の風向きと一貫して向きを揃えるようにウィングセイル構造上で旋回する風見を含む、請求項１１に記載のセイルボート。

【請求項13】

ウィングセイル構造が、ウィングセイル構造の第１の回転軸周りの回転を促進するバランス要素を含む、請求項１２に記載のセイルボート。

【請求項14】

ウィングセイル構造の向きと風見の向きとの間の差を制御する連結ロッドを含む、請求項１２に記載のセイルボート。

【請求項15】

トラス構造が、ウィングセイル構造の向きと風見の向きとの間の差を、トラス構造の向きに基づいて制御するための、連結ロッドに連結されるカムを含む、請求項１４に記載のセイルボート。

【請求項16】

カムが、トラス構造の向きに基づいてウィングセイルの所望の迎え角度を提供するように成形されたカムスロットを含む、請求項１５に記載のセイルボート。

【請求項17】

モニタリング装置を設置するための１または２以上の水密の区画を含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項18】

モニタリングシステムから遠隔のモニタリング局へ情報を通信するための１または２以上の通信システムを含む、請求項１７に記載のセイルボート。

【請求項19】

１または２以上の通信システムが、衛星トランシーバーを含む、請求項１８に記載のセイルボート。

【請求項20】

１または２以上の通信システムが、ＳＥＮＳトランスミッターを含む、請求項１９に記載のセイルボート。

【請求項21】

ウィングセイル構造の第１の回転軸周りの回転を制御するモーターを含む、請求項１に記載のセイルボート。

【請求項22】

モーターが、ウィングセイル構造が第１の回転軸周りで変動するとエネルギーを発生する発電機として構成され得る、請求項２１に記載のセイルボート。

【請求項23】

セイルボートであって、
互いに平行に配置され、トラス配置によって共に連結される、複数のハル、
ハルの平面に垂直な第１の回転軸の周りで回転可能な、ウィングセイル構造、および、
ウィングセイル構造の第１の回転軸周りの回転を制御する、自動復原システムを含み、
ウィングセイル構造が、
セイルボートを前方に推進させるための揚力を提供するウィングセイル、
現在の風向きと一貫して一致するようにウィングセイル構造上で旋回する風見、および、
ウィングセイル構造の向きと風見の向きとの間の差を制御する連結ロッドを含み、および、
自動復原システムが、トラス配置に取付けられ、ウィングセイル構造の向きと風見の向きとの間の差をトラス構造の向きに基づいて制御するための連結ロッドに連結される、カムを含む、
前記セイルボート。

【請求項24】

ウィングセイル構造が、ウィングセイル構造の第１回転軸周りの回転を促進するバランス要素を含む、請求項２３に記載のセイルボート。

【請求項25】

カムが、トラス構造の向きに基づいてウィングセイルの所望の迎え角度を提供するように成形されたカムスロットを含む、請求項２３に記載のセイルボート。

【請求項26】

ウィングセイル構造の第１の回転軸周りの回転を制御するモーターを含む、請求項２３に記載のセイルボート。

【請求項27】

モーターが、ウィングセイル構造が第１の回転軸周りで変動するとエネルギーを発生する発電機として構成され得る、請求項２６に記載のセイルボート。

【請求項28】

水中に転覆したセイルボートを復原する方法であって、転覆したセイルボートの浮心を、転覆したセイルボートの重心から離すために、水の表面に平行な軸の周りで浮力マスト構造を回転させ、それにより復原トルクを導くことを含む、前記方法。

【請求項29】

セイルボートを自己調整させる方法であって、
特定の迎え角でセイルボートを前方に推進させるための揚力を提供するウィングセイル構造を提供すること、
セイルボートに対する風向きを示す風見構造を提供すること、
風見構造によって示された風向きに基づいてウィングセイルの迎え角を制御するカムを介して、ウィングセイル構造と風見構造とを連結すること、
を含む、前記方法。

【請求項30】

カムが、その相対的な向きがセイルボートの向きと一致するように、セイルボートに強固に固着され、風見構造の回転がセイルボートの向きに対するウィングセイル構造の回転を引き起こすように、風見構造に連結される、請求項２９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自律式セイルボートの分野、特に、周囲および他の状況をモニタリングおよび報告するためのモニタリングおよび通信装置を含む、低コスト、高効率、および、耐久性の高い、セイルボートに関する。

【背景技術】

【0002】

世界の海は、海によって取り囲まれる領域のサイズ、および、遠方領域まで到達するために必要な時間および資源のせいもあって、モニタリングするには最も困難で費用が掛る領域である。南太平洋などの遠方領域における船舶の有人モニタリングを提供するための一日当たりのコストは、約１０，０００−１，０００，０００ドルであることが見積もられている。したがって、実際には非常に小さな海洋モニタリングが実行されている。同様に、航空偵察は、多額の費用が掛り、各フライトの間にモニタリングされる範囲および領域の観点から非常に限定的なものである。また、有人のモニタリング船舶または航空機は、不利な気象条件に影響されて、モニタリングが実施される時間が制限されたり、配置されたモニタリング要員を危険にさらす可能性がある。衛星画像は、海の表面および上方における条件に関するいくつかの情報を提供するが、海面下の状況に関しては大幅に制限されている。

【0003】

より詳細な海洋モニタリングの提供へのニーズが高まっている。例えば、海洋生物に有害な炭化水素および他の物質の増加するレベルに関する懸念である。沿岸領域における、施肥地から流れる窒素は、特に懸念されている。特定の生息地における魚のモニタリングは、増加する死亡率または減少する出生率の早期警戒を提供し得る。同様に、湾での原油流出などの環境災害において、災害の影響が及ぶ範囲を正確にモニタリングすることは、救助や復旧作業を助けることになる。

【0004】

環境への懸念以上に、世界の特定領域における海賊行為の増加や、海を介した麻薬取引の増加が懸念されている。有人監視は、範囲と領域が限られ、いくつかのケースでは、監視要員を危険にさらす。

【0005】

特定の懸念への取り組みに加えて、海洋条件のモニタリングは、嵐および津波を予報する能力を高め、特定の危険な条件の船舶に警告することによる海洋の安全を高め得る。いくつかのケースでは、ある領域における海の遠隔モニタリング能力は、その領域における捜索および救助作業を高め得る。

【0006】

海洋モニタリングを増強するための入手可能な手段を提供することは有利である。また、モニタリングの現場で人員を必要とすることなく、この増強された海洋モニタリングを提供することは有利である。また、危険な条件における残存性の高い公算を伴う、信頼性の高い、強固なモニタリング能力を提供することは有利である。

【0007】

これらおよび他の利点は、周囲および他の状況を報告するためのモニタリングおよび通信装置を装備した自律式セイルボートの船団によって実現可能である。最適な安定性およびスピードのために、自律式セイルボートは、自己復原能力を具備するマルチハルセイルボート（カタマラン）である。各セイルボートは、通信装置およびモニタリング装置に動力を供給するソーラーパワーを使用して、１または２以上の衛星リンクを介して情報を送受信する。各セイルボートは、風に対する所望の迎え角（“迎え角”）を維持するための自動帆走システム、および、十分な電力が利用可能である場合に要求に応じて使用する電気推進を含む。任務特有のペイロードを支持するために、モジュラー式設計が使用される。

【0008】

例示的な実施態様において、セイルボートは、互いに平行に配置され、トラス配置によって共に連結される、複数のハル、ハルの平面に垂直な第１の回転軸の周り、およびハルの平面に平行な第２の回転軸の周りで回転可能な、ウィングセイル構造、および、セイルボートの転覆が検知されたときに、ウィングセイル構造を第２の回転軸の周りで回転させるように構成される、自動復原システムを含む。

【0009】

転覆したセイルボートの復原は、転覆したセイルボートの浮心を、転覆したセイルボートの重心から離すために、水の表面に平行な軸の周りで浮力マスト構造を回転させることによって、実行されてもよい。

【0010】

他の例示的な実施態様において、セイルボートは、互いに平行に配置され、トラス配置によって共に連結される、複数のハル、ハルの平面に垂直な第１の回転軸の周りで回転可能な、ウィングセイル構造、および、ウィングセイル構造の第１の回転軸周りの回転を制御する、自動復原システムを含む。ウィングセイル構造は、セイルボートを前方に推進させるための揚力を提供するウィングセイル、現在の風向きと一貫して一致するようにウィングセイル構造上で旋回する風見、および、ウィングセイル構造の向きと風見の向きとの間の差を制御する連結ロッドを含む。自動復原システムは、トラス配置に取付けられ、ウィングセイル構造の向きと風見の向きとの間の差をトラス構造の向きに基づいて制御するための連結ロッドに連結される、カムを含む。

【0011】

自己調整は、風見構造によって示された風向きに基づいてウィングセイルの迎え角を制御するカムを介して、ウィングセイル構造と風見構造とを連結することによって行われる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、衛星およびインターネット接続を介して利用者と通信する自律式セイルボートの船団の例示的な概念図を示す。

【図2】図２Ａ−２Ｂは、本発明の側面に従った、例示的な自律式セイルボートを示す。

【図3】図３Ａ−３Ｉは、自己復原能力を備えた、例示的な自律式セイルボートを示す。

【図4A-B】図４Ａ−４Ｂは、自己調整能力を備えた、例示的な自律式セイルボートを示す。

【図4C-E】図４Ｃ−４Ｅは、自己調整能力を備えた、例示的な自律式セイルボートを示す。

【図5】図５は、例示的な自律式セイルボートの通信および制御システムの例示的なブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面を通して、同じ参照番号は、同様または対応する特徴または機能を指示するものである。包含される図面は、例示目的のためであり、本発明の範囲を限定するものではない。

【0014】

詳細な説明
以下の詳細な説明においては、本発明の概念を十分に理解できるように、特定の構造、インターフェイス、技術などの具体的な詳細が、限定のためではなく、説明のために記載されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの詳細な説明から逸脱した他の実施態様において実行され得る。同様に、詳細な説明の本文は、図に示されるような例示的な実施態様を対象にしたものであり、説明された発明を特許請求の範囲に限定するものでも、特許請求の範囲に明確に含まれている限定を越えるものでもない。単純化および明確化の目的のために、不必要な詳細で本発明の説明を阻害することがないように、既知のデバイス、回路および方法の詳細な説明は省略される。

【0015】

図１は、衛星とインターネット接続とを介して利用者と通信する自律式セイルボートの船団の例示的なコンセプトスケッチを示す。典型的な実施形態において、船団のプロバイダーは、任務特有のモニタリングタスクのために、顧客の特定の要求に基づいて船舶を構成する。船団の移動は、船団のプロバイダーによって顧客からの指令に基づいて制御され、任務特有の情報の収集は、顧客によって少なくとも一部が制御されてもよい。

【0016】

船舶１１０の船団は、モニタリングされる海域に配備され、制御情報を受信、およびモニタリングならびに他の情報を送信するための、モニタリングおよび制御局１５０と通信する。他の形態の通信も使用できるが、各船舶との通信は、典型的には衛星通信システム１２０−１３０を介す。例えば、海岸に近接する任務においては、通信は、陸上のセルタワー１７０を使用したセルラーネットワークを介して提供され得る。

【0017】

任意に、異なる通信システムが、異なる応用のために使用され得る。例えば、ナビゲーション情報は、１つのシステムを介して通信され、モニタリング情報は、もう一つのシステムを介して通信されてもよい。

【0018】

モニタリングおよび制御システム１５０は、例えば、インターネットネットワーク１４０を介して、制御情報を船舶の船団へ通信し、船舶からのフィードバック情報を受信する。他のモニタリングシステム１６０は、船舶からのモニタリング情報を受信してもよく、また、任意に特定のモニタリング機器を制御するように構成されてもよい。

【0019】

使用される通信システムに応じて、メッセージは、目的地情報を提供する。例えば、インターネットネットワーク１４０が使用される場合、メッセージは、衛星通信システム１２０−１３０とインターネット１４０との間のインターネットインターフェイス１３５にメッセージを運ぶための目的地ＵＲＬアドレス、またはアドレスのセットを通信する。セルラーネットワークが使用される場合、メッセージは、１または２以上の目的地にアドレスされたテキストメッセージであってもよい。

【0020】

コマンド通信システムの例示的な実施形態では、各船舶は、個々の通信アドレスを有していてもよく、船団全体としての制御、ならびに船団内の各船舶の制御を可能にする、船団通信アドレスを有していてもよい。制御は、一般的にナビゲーションコマンドおよびモニタリングコマンドの形態である。コマンドの構造は、船舶１１０に提供されている能力に依存する。例えば、船舶１１０が、ナビゲーションソフトウェアを含む場合、制御局１５０は、目標位置（例えば緯度、経度）だけを通信してもよいし、船舶１１０は、進行方向およびその方向に進むための船舶コマンド（例えば、ラダー制御）を決定してもよい。

【0021】

他の実施形態では、制御局１５０が、進行方向を通信して、船舶１１０が、船舶コマンドを決定してもよく、または、制御局１５０が、船舶コマンドを各船舶１１０に通信してもよい。コマンド構造は、制御局１５０の操作者が船団および船団内の各船舶の状況依存の制御を行うことができるように、基本的な船舶コマンドから最高支援ナビゲーションコマンドの範囲であってもよい。

【0022】

各船舶は、船舶の現在位置およびスピードおよび進行方向を提供するＧＰＳシステムなどの、位置およびトラッキング情報を提供するためのナビゲーションモニターを、好ましくは含む。この情報は、一般的に制御局１５０に通信されると共に、船舶の制御を促進するために船舶内の制御システムによって使用される。例えば、トラッキング情報は、目標の方向（目標への“タッキング（tacking）”）における全体最適のスピードを達成するための異なる“針路”（風に対する方向）上の進行を含む、現在の風況に基づいた目標領域へ向けての最適な有効速度（ＶＭＧ）を達成するための船舶の経路を制御するために使用されてもよい。

【0023】

各船舶はまた、様々なモニタリング装置を含んでもよく、いくつかの応用において、異なる船舶は、異なるモニタリング装置を備えていてもよい。船舶モニタリング装置は、一般的に、例えば、前述のＧＰＳ（全地球測位システム）、慣性計測装置（ＩＭＵｓ）、温度センサー、および風向きおよびスピードセンサー、およびカメラおよびハルスピードセンサーを含んでもよい。

【0024】

任務特有のモニタリング装置は、ビデオおよび赤外線カメラ、スキャナー、音響センサーおよびハイドロフォン、伝導度センサー、酸素および他のガスセンサー、気圧計、光−流体水質センサー、炭化水素検出器、ガイガーカウンター、塩分およびｐＨセンサー、圧力センサーなどを含んでもよい。モニターされた情報は、モニタリングシステム１５０、１６０に、継続的に、定期的に、要求に応じて、または誘発時に、通信されてもよい。誘発は、モニターされる値の変化、位置の変化などに基づいてもよい。上述のように、任務特有のモニターされた情報は、１または２以上のモニタリングシステム１６０に提供されてもよく、これらのシステムは、いくつかまたはすべてのモニタリング装置を制御してもよい。

【0025】

船舶が船団として配備される場合、領域内の測定は、領域内の異なる位置での船舶から取得することができることに注目することが重要である。そのような多重の測定は、決定された範囲、方向、または、異なる船舶から検知された対象の向きに基づく三角測量のような、共通の位置決定技術を介して、検知された対象の位置を決定することを可能にするであろう。

【0026】

与えられたターゲット領域内の比較的ランダムな船舶の位置が、共通して使用され得るにも関わらず、ターゲット領域内の各ポイントが、少なくとも１つの船舶のモニタリング範囲内にあることを保証するための各船舶の制御されたポジショニング、または、ピケライン（picket line）に近づくまたは横切る全ての対象が検知されることを保証するためのピケラインなどの、与えられたパターンにおける全ての船舶のポジショニングなど、他の配備スキームが使用されてもよいことに注目することも重要である。当業者は、船舶の位置は、領域内を行ったり（タッキング）来たりさせることよって、例えば、特定の水路への入口を横切るピケラインを設置して、各船舶がピケラインに沿って割り当てられた領域を有するように、規定された領域内に制御され得ることを認識するであろう。

【0027】

図２Ａ−２Ｂは、本発明の態様に従った自律式セイルボート２００の一例を示す。好ましくは、セイルボート２００は、他の船舶との衝突が起きた時に脅威とならないように、比較的小さくて軽い。例示のセイルボート２００は、約８フィートの長さ、約６フィートの船幅、および約２００ポンドの重量を有し、特に大量交通量領域において、夜間の任意使用のための赤、緑、および白の走行用ライト（図示せず）が備えられる。

【0028】

セイルボート２００は、回転可能なセイル−ウィング構造２２０を具備するマスト（図示せず）がその上に搭載される、トラス構造２４０を介して共に連結される２つの波浪貫通型（wave-piercing）ハル２１０を含む、カタマラン型である。トラス構造２４０はまた、補助推進力デバイス２３５を具備するキール２３０を支持する。少なくとも１つのハル２１０は、ラダー２１５を含む。

【0029】

セイルウィング構造２２０は、セイルウィング２２２、風見２２５、およびセイルウィング構造２２０を最小労力でマストの周りで回転させるカウンターバランス２２８を含む。例示的な実施態様において、カウンターバランス２２８は、回転する部分の質量中心が、回転ベアリングの中心線およびセイルウィングの揚力中心と一致することをもたらす。

【0030】

セイルボート２００は、マストの上部に通信および他のモニタリング装置２５０、およびその中に追加の装置が構成され得る水密の区画２６０を含む。ソーラーパネル２２３、２４５は、ウィングセイル２２０およびトラス２４０構造上に搭載され、推進力デバイス２３５およびオンボード通信、制御およびモニタリングシステムに動力を供給するために必要なエネルギーを提供する。任意に、推進力デバイス２３５は、セイルボート２００が帆を張って進行する間に電気を生成するように構成されてもよい。

【0031】

例示的なセイルボート２００は、４つの区画２６０を含み、通常の構成において、１つの区画は、ナビゲーションおよび通信制御システムおよびバッテリーストレージを含み、残りの３つの区画は、任務特有のペイロード（payload）システムのために利用可能である。キール２３０はまた、水面および水中モニタリングのためのモニタリングデバイス（図示せず）を包含するように構成されてもよい。ハル２１０およびトラス構造２４０はまた、特定の任務に依存して他のモニタリングデバイスを包含するように構成されてもよい。

【0032】

図２Ｂに示されるように、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０は、ハル２１０に平行に走るトラス構造２４０上の回転軸２４２の周りを回転可能である。トラス構造の上に延伸するマストの周りのウィングセイル構造の回転と対照的に、回転軸２４２上のウィングセイル構造２２０の回転は、結果的にハル２１０に平行な回転軸周りの回転となり、一方で、マスト周りのウィングセイル構造２２０の回転は、ハル２１０の平面に垂直な軸周りの回転となる。

【0033】

この例示的な実施態様において、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０は、共に強固に連結されるため、シングルアクチュエータ（図示せず）が、回転軸２４２周りの連結体の回転のために使用され得る。任意に、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０の回転を個別に制御するために、デュアルアクチュエータを使用してもよい。

【0034】

例示的な実施態様において、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０配置の質量中心は、回転中心、回転軸２４２よりもはるかに上である。したがって、回転可能なキール２３０は、風に向けてウィングセイル構造２２０を回転させることで高い風況においてセイルボートを安定させるように位置づけられ、セイルボートの重心を風上の（windward）ハルへ向けて動かし、風上のハルが水の中から揚がる（フライングハル）可能性を低減する。

【0035】

回転構造２２０−２３０の質量中心が低い実施態様においては、ウィングセイル構造２２０は、風から離れるように回転され、風に与えられる有効なセイル領域を低減し、同様に、風上のハルが水の中から揚がる可能性を低減する。

【0036】

回転可能なキールはまた、セイルボート２００のドラフト（draft）の低減を可能にし、セイルボート２００の浅瀬における進行を可能にする。回転可能なウィングセイル構造２２０は、セイルボート２００が、そのソーラーパネル２２３が太陽に向かうポイントにウィングセイルを任意に傾けること、またはトラス構造２４０上のソーラーパネル２４５を遮ることを防ぐことを可能にする。ウィングセイル構造２２０を傾けることはまた、セイルボート２００を観測する能力を低減し、極秘任務において有利であり得る。回転可能なウィングセイル構造２２０はまた、以下にさらに詳述されるように、転覆後のセイルボート２００を復原できるようにする。

【0037】

図３Ａ−３Ｉは、回転可能なウィングセイル構造２２０を使用した、例示的なセイルボート２００の自己復原性能を示す。この例においては、ウィングセイル構造２２０は、シングルアクチュエータがこれらの要素２２０、２３０の両方を回転させるように、キール２３０に強固に取り付けられる。上記のように、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０が個別に回転されるように提供してもよい。

【0038】

図３Ａは、セイルボート２００の安定した向きを示し、この向きにおいて、セイルボート２００の重心および浮心は、セイルボート２００の略中心に位置付けられる。図３Ｂにおいて、ウィングセイル上の風力３０１は、セイルボートを風から離れるように傾ける（傾斜させる）トルク３０５を導き、左側のハルを水中から揚げ、重心３５０を少しだけ右側に移動する一方で、浮心３６０は、右側のハル２２０に移動し、反時計回り方向において結果的なトルク３６５をもたらし、風力３０１に対抗するように働き、セイルボートを図３Ａの安定位置にリストアするのに資する。

【0039】

風力３０１が過度である場合、セイルボートはさらに傾き、重心３５０をさらに右側に移動させ、トルク３６５を低減する。風によって起こるトルク３０５が、トルク３６５を上回る場合、結果的なトルクは、時計回り方向になり、図３Ｃに示されるようにセイルボートの転覆を引き起こす。ウィングセイル２２２は、浮揚性であり、典型的に密閉された中空または発泡（foam）構造であるため、転覆したセイルボート２００は、完全にはひっくり返らない。任意に、浮遊球体（図示せず）は、ウィングセイル２２２の上部に固定されて、ウィングセイル２２２の浮力をさらに増加させる。この浮遊球体はまた、マスト上部の図２Ａの装置２５０のための水密環境を提供する働きをしてもよい。

【0040】

不運にも、セイルボートは完全にひっくり返らなくても、重心３５０が浮心３６０と再び一致するため（右側のハルとウィングセイル２２２の上部との間）、図３Ｃの転覆したセイルボートは、安定した位置にある。セイルボートは、セイルボートを図３Ｃの安定位置から図３Ａの安定位置に脱出させるために、十分な反時計回りの復原力／トルクが適用されるまでは、いつまでもこの位置に留まる。

【0041】

上述したように、セイルボート２００は、回転可能なウィングセイル２２２およびキール２３０を含む。転覆を検知すると、ウィングセイルを回転させるためにモーターが動作可能になり、この場合、所期の回転３１０は、図３Ｄに示されるような時計回り方向である。ウィングセイル２２２が回転軸２４２の周りを時計回り方向に回転すると、回転は、ウィングセイル２２２をさらに水の中へ沈めるようとする。ウィングセイル２２２の浮力のため、このウィングセイル２２２をさらに水の中へ沈めるようとすることは、浮心３６０の右側への移動を開始させ、図３Ｅに示されるように、復原トルク３７０を導く。このウィングセイル２２２の回転はまた、重心３５０の左側への移動を開始させ、復原トルクをさらに増加させる。

【0042】

ウィングセイル２２２およびセイルボートの他の要素の構造的配置に従って、ウィングセイル２２２はまた、ウィングセイル２２２が回転軸２４２周りで回転することによるダメージを防止するために、セイルボートのマストと一致する回転軸周りに“ニュートラルな”位置へと回転する。

【0043】

ウィングセイル２２２およびキール２３０が、回転軸２４２の周りを時計回りにさらに回転３１０すると、図３F−３Gに示されるように、セイルボートは、さらに反時計回りに回転し、浮心３６０はさらに右側に、重心３５０は左側に移動する。

【0044】

図３Ｇに示されるように、ある時点において、継続的な反時計回りの回転３１０は、セイルボートの重心３５０を、浮心３６０の左側にさらに移動させ、反時計回りのトルク３７０をさらに増加させる。このトルク３７０が、セイルボートの下面上の風力３０１を乗り越えるのに十分である場合、セイルボートは、図３Ｈに示されるように、左側のハルが表面に到達するまで反時計回りに回転し続ける。この位置において、セイルボートの重心および浮心は、略整列され、ウィングセイル２２２の傾きは、風３０１に対する低減された有効な表面領域を与え、他の転覆の可能性を低減する。

【0045】

風が弱まる場合、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０は、反時計回り方向３１５に回転し、セイルボートを図３Ｉの安定した向きであって、図３Ａの本来の安定した向きの向きに戻し得る。したがって、転覆後にウィングセイル構造２２０を回転軸周りに回転させることによって、セイルボート２００は自己復原する。

【0046】

上述のセイルボート２００の制御システムは、セイルボート２００の垂直向き（横傾斜角度（heeling angle））をモニターするように構成され、転覆が検知された場合に、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０の回転を開始させる。任意に、横傾斜角度が所定の閾角度を上回る場合に、風に与えられる有効なウィングセイルの表面領域を低減し、重心を風上のハルへ向けて移動させるように（回転可能な構成要素のＣＧが、回転中心２４２の上であると仮定して）、ウィングセイル構造２２０およびキール２３０の回転が開始されてもよく、したがって、風の横傾斜効果（heeling effect）を低減し、転覆の可能性を低減する。

【0047】

例示的な自律式セイルボート２００はまた、セイルボートの進行方向に対する風向きに基づくセイル調整（sail-trim）を自律的に調節する能力を含む。帆走技術において知られているように、最適なスピードを達成するために、揚力（風によってセイル上に及ぼされる前進力）を最大にするための風に対する好ましい迎え角を与えるように、セイルは調整／調節される。セイルボートの進行方向に関して風向きが変わると、セイルは、風向きにおけるこの変化を受け入れるように調整されなければならない。同様に、セイルボートがそのコースを変える場合、新しい進行方向に関する風向きが変化し、セイルは、コースにおけるこの変化を受け入れるように調整されなければならない。

【0048】

セイルボートは、手動／遠隔セイル調整が可能なように構成されてもよいのだが、自己調整能力は、制御の複雑さを大幅に低減し、自己調整能力が、純粋に機械的である場合、適切なセイル調整を提供するのに必要なエネルギー量を大幅に低減する。自律式セイルボート２００の好ましい実施態様において、進行方向は、セイルボートを所望の方向へ向けるようにラダーを制御することで制御され、セイルボートを所望の方向へ推進させるのに必要なセイル調整は自動的に制御される。セイルが、現在の進行コースおよび現在の風況で、十分な揚力を達成できない場合、補助推進力システム２３５が起動されてもよく、または、より効果的な相対的な風向きを提供するように、進行コースが変更されてもよい（所望の進行方向を達成するための交互に替わる進路方向に沿った“タッキング”と呼ばれている）。

【0049】

図４Ａ−４Ｅは、上から見たセイルボート２００を使用した、例示的なセイルボート２００のための例示的な自動セイル調整構成を示す。ウィングセイル構造２２０は、ウィングセイル２２２、風見２２５、およびバランスアーム２２８を含む。ウィングセイル構造２２０は、ハル２１０の間のトラス４４０に強固に連結されるマスト４１０の周りを自由に回転する。この例において、トラス４４０は、図示し易いように、ハル２１０の間の単純な梁として示されている。図２Ａに示されるように、実際のトラス構造２４０は、ソーラーパネル２４５などのアイテムを支持する多重トラスを含んでもよい。

【0050】

潜在的な横流れを除いては、セイルボートの進行方向は、セイルボートが前方に進行している場合は一般的にセイルボートの向きによって決まるため、本開示においては、参照し易いように、セイルボートの用語“進行方向”およびセイルボートの用語“向き”（すなわち、セイルボートが向けられる方向）は、区別なく使用される。

【0051】

また、参照および理解し易いように、ここでは“実際の風”と“見掛けの風”との間は明確に区別しない。当技術分野で周知のように、移動するセイルボート上の観察者に対して、または、ウィングセイルなどのセイルボート上の対象物に対して、見掛けの風は、実際の風とセイルボートの速度との組み合わせである。例えば、セイルボートが、５ノットの風に真っ直ぐに４ノットで進行する場合、見掛けの風は、セイルボートの前方から９ノットである。

【0052】

セイルボートが、ボート後方からの５ノットの風で、４ノットで進行する場合、見掛けの風は、ボート後方から１ノットである。セイルボートが、風に対して非ゼロ角度で進行する場合、見掛けの風は、風の速度とボート速度との差のベクトルである。ウィングセイルの表面に渡って進行する風によって生み出される力は、見掛けの風に依存し、本開示においては、用語相対的風向き、または向きに関する風向き、またはセイルボートの進行方向は、見掛けの風向きと見なされてもよい。

【0053】

図４Ａの例示において、セイルボート２００の進行方向４５０は、セイルボート２００が補助推進力手段（図２Ａにおける２３５）によって前方に推進する場合に起こり得るように、風向き４６０に真っ直ぐ（反対方向）である。風に対する迎え角がゼロであるこの状態において、風はウィングセイル２２２および風見２２５の両側の周囲を均一に流れ、セイルボート２００に揚力を提供しない、ウィングセイル２２２の“ニュートラル”または“ゼロ揚力”状態となる。

【0054】

ウィングセイル構造２２０が、風から少しだけ外れる場合、ウィングセイル２２２上に圧力勾配を生み出し、以下に詳述されるように、“追い風”または風下、側のウィングセイルの側面に向かう力を生み出す。セイルボート２００の進行方向４５０が、図４Ａに示されるように風向き４６０になる場合、ウィングセイル２２２を風向き４６０から外すことで誘発される力が及ぼされ、セイルボート２００を後方へ押し、結果的に、意図した進行方向４５０におけるボートの移動に対抗する抗力となる。

【0055】

セイルボート２００を前方に推進させる揚力を生み出すために、セイルボート２００は、風に対して角度のない方向に操縦されなければならず、セイルは、その表面を横切る風の移動からこの揚力を生み出すように調整されなければならない。典型的に、セイルボートは、相対的な風向きが最小のタッキング角度より大きい場合に前方へ進行することができ、タッキング角度は、セイルボートのデザインによって異なり、一般的に約４０−５０°である。

【0056】

最少のタッキング角度より小さい角度で、風の中で生み出される圧力勾配は、ボートの進行方向と逆であり、上記のように、セイルボートの後方への分力を生み出す。最少のタッキング角度より大きい角度で、ウィングセイル２２２の左側および右側への風の流れの差は、以下にさらに詳述されるように、セイルボートの前方方向における分力を有する力を生み出す。

【0057】

図４Ｂは、風向き４６０に対してある角度をなす方向４５５で進行するセイルボート２００を示す。点線４６２、４６４で示されるように、風がウィングセイル２２２の前縁に近づく場合、それはウィングセイル２２２の左側および右側に迂回する。この例においては、ウィングセイル２２２の右側（風下）上の風４６４は、ウィングセイル２２２の前縁の周囲を曲り、ウィングセイル２２２の後部に向かって、ウィングセイル２２２の風下表面に沿って進む。ウィングセイル２２２の左側（風上）上の風４６２は、ウィングセイルの後部に向かって、ウィングセイル２２２の風上表面に沿って進む。風上表面上で生み出される圧力が、風下表面上で生み出される圧力より大きければ、風上表面から風下表面に向かう方向における力となる。

【0058】

図４Ｂの例において、ウィングセイル２２２の風上表面から風下表面に向かう方向における力は、矢印４８０で近似される。セイルボート２００に対して、この力４８０は、セイルボート２００を舷側に押す分力４８０ａを有し、分力４８０ｂは、セイルボート２００を前方に押す。キール２３０は、水中ではセイルボート２００の舷側への移動に抵抗し、この力４８０ａの少なくとも幾らかを前方推進力に変換するように成形される。

【0059】

ウィングセイル２２２に渡る全体的な風の通過は、進行方向４５５におけるセイルボート２００の前方推進力であり、風力４８０の前方分力４８０ｂから、ハル２１０による横向き分力４８０ａによる横向き推進力の転換、および風下方向（“風圧差（leeway）”）におけるセイルボートの横向き推進力の残りである。この風圧差は、一般的にセイルボート２００を少しだけ風の中へ向けるようにラダー角度を若干変更することによって補正される。

【0060】

上記のように、ウィングセイル２２２が風向き４６０に対して向けられる角度（迎え角）は、与えられた風速および方向から生み出される揚力の量を決定する。例えば、図４Ｂにおいて、ウィングセイル２２２がマスト４１０の周りを反時計回りに回転される場合は、迎え角を低減して、ウィングセイル２２２を風向き４６０により一致するように向け、ウィングセイル２２２の両側への風の転向がより均一になり、ウィングセイル２２２の風下および風上表面の間の圧力勾配を低減する。

【0061】

反対に、図４Ｂのウィングセイル２２２が、マスト２１０の周りを時計回り方向にさらに回転する場合、迎え角を増加させ、風下風４６４は、風下表面の周りをウィングセイル２２２の前縁の曲線に沿って流れることができず、失速を引き起こし、そして風下表面に渡るスムースな流れは達成されず、風下および風上表面の間の圧力勾配は低減する。

【0062】

また、理想的な迎え角も、風向き４６０に対するセイルボート２００の進行方向４５５に応じて異なる。最小のタッキング角度（“詰め開き（close to the wind）”）に近い進行方向４５５の“クローズリーチ（close reach）”では、狭い迎え角は、より望ましい揚力を提供し、風向きに垂直（“真横（abeam）”）に近い進行方向４５５の“真横の風をうけた帆走（beam reach）”では、より広い迎え角が支持される一方で、風下表面に渡るスムースな流れを維持し、風向き４６０に対して約１３５°の進行方向４５５の“真横よりやや後方から風を受けての帆走（broad reach）”では、より広い迎え角であっても支持される。より広い迎え角は、一般的にウィングセイル２２２の風下表面に渡る風の流れによって生み出される力の前方分力４８０ａを増加させる効果を有し、典型的に、セイルボートは、セイルボートの特定のデザインに依存して、真横の風をうけた帆走または真横よりやや後方から風を受けての帆走において進行する場合に、最大スピードを達成する。

【0063】

進行方向に対して与えられた風向きのための理想的な迎え角、または風向きに対するボートの向き（“相対風向き（relative wind direction）”）は、主にウィングセイル２２２の前縁の形状および風下表面の形状で決まる。したがって、ウィングセイル２２２の特定の形状が与えられ、相対風向きが決められる場合、ウィングセイル２２２は、対応する相対風向きのための理想的な迎え角にセットすることができる。

【0064】

例示的なセイルボート２００の風見２２５は、セイルボートの進行方向４５５に対する風向き４６０の決定を促進する。風見２２５は、ウィングセイル構造２２０上を最小の回転摩擦で旋回する。したがって、風見２２５は、ウィングセイル構造２２０の向きに関わらず、風向き４６０にそれ自身を一貫して整列させる。風見２２５とウィングセイル構造２２０との角度が増加および減少すると、連結ロッド４３５は、この回転をトラス４４０に対する大幅な水平方向移動に変換し、対応して、風向き４６０に対するウィングセイル構造２２０の角度４３０に基づいてセイルボート２００の向きに対する水平方向移動を提供する。

【0065】

制御の視点から、別の言い方で述べると、トラス４４０に対する連結ロッド４３５の水平方向移動は、ウィングセイル構造２２０に対する風見２２５の回転を制御する。風見２２５は、風向き４６０と絶えず整列されるため、風見２２５のウィングセイル構造２２０に対する回転を制御することは、ウィングセイル構造２２０を風向き４６０に対して効果的に制御することになる。すなわち、連結ロッド４３５の水平方向制御は、風向き４６０に対するウィングセイル２２２の迎え角を制御する効果がある。

【0066】

迎え角の手動／遠隔制御において、電磁ピストンなどの電気式アクチュエータは、連結ロッド２３５を横方向移動させることによって迎え角を制御するように調節される。典型的に、迎え角は、セイルボート２００の速度をモニタリングする間に調節され、好ましい迎え角は、最高速度を提供する迎え角にセットされる。

【0067】

本発明の側面に従って、セイルボート２００は、与えられた風向きに対する迎え角を自動的に制御するように構成される。例えば、上記の電気式アクチュエータは、手動／遠隔制御と同様に、最高速度を達成するようにコンピュータ制御されるか、または、例えば、様々な風向きに対するアクチュエータ設定のテーブルを使用して、決められた風向きに基づいて上記のような“理想的な”迎え角にセットされてもよい。

【0068】

しかしながら、上記のように、所望の迎え角を達成する、セイル調整の電気的制御は電気式エネルギーを消費するが、一方で、セイル調整の機械的制御は消費しない。さらに、機械的制御は、フィードバックループ自体が制御ロッド４３５であるため、風における即時の変化に最も反応し得る。本発明のさらなる側面に従って、連結ロッド４３５のトラス４４０への連結は、風向き４６０に対する進行方向４５５（対応して、セイルボート２００の相対向き）が変化するため、トラス４４０に対する連結ロッド４３５の水平方向位置を機械的に異ならせる。

【0069】

図４Ｃは、トラス４４０に固定可能に取り付けられることで、セイルボート２００に固定可能に取り付けられるカム４７０を示す。連結ロッド４３５は、カムスロット４７１内を移動する柱を含み、カムスロット４７１は、トラス４４０および取り付けられたカム４７０がウィングセイル構造２２０に対して回転すると、連結ロッド４３５の水平方向移動を引き起こすように、または別の言い方で述べると、ウィングセイル構造２２０が、セイルボート２００向きに対して回転すると、連結ロッド４３５の水平方向移動を引き起こすように成形される。

【0070】

すなわち、コース変更によりセイルボート２００の向きが変更される場合、または、風向き４６０における変更が、ウィングセイル構造２２０のセイルボート２２０の向きに対するウィングセイル構造２２０の向きの変更を引き起こす場合、カム４７０は、対応する連結ロッド４３５への水平方向変更を引き起こし、したがって、セイルボート２００の進行方向に対する風向き４６０のこの変更に基づいて、ウィングセイル２２２の迎え角（説明を明確にするために、図４Ｃ−４Ｅには示されない）を変更する。

【0071】

上記のように、理想的な迎え角は、与えられた相対風向き、および、与えられたウィングセイル２２２の形状のために決めることが出来る。したがって、カムスロット４７１は、全ての相対風向きのための理想的な迎え角を達成するための水平方向の変更を引き起こすために作られ得る。すなわち、カムの形状は、制御アルゴリズムの機械的な実施態様である。

【0072】

図４Ｃは、セイルボート２００およびウィングセイル構造２２０が風向きに対して“ニュートラル”位置にある場合のカムスロット４７１を具備する例示的なカム４７０を示し、ここで、ウィングセイル２２２および風見２２５は、風向き４６０と整列する。見て分かるように、カムスロット４７１は、カムスロット４７１が強固に取り付けられたトラス４４０の回転を介して時計回りまたは反時計回りに回転すると（すなわち、セイルボートのニュートラル位置に対する向きの風４６０の中への変更）、連結ロッド４３５の大幅な線形の水平方向移動をもたらす。

【0073】

図４Ｄに示されるように、カム４７０の時計回りの回転は、矢印４７８で指示されるように、連結ロッド４３５をカム４７０の中心へ向けて進行するように押し込み、風見２２５のウィングセイル構造２２０上のピボット４２５の周りの反時計回り方向への回転を引き起こす。回転抵抗が最小であるため、風見２２５は、自身を風向きに継続的に整列させ、このウィングセイル構造２２０に対する風見２２５の反時計回りの回転は、風向き４６２に対してウィングセイル２２２を時計回りに外し、図４Ｂに示されるセイルボート２００に対するウィングセイル構造２２０の向きと同じように、ウィングセイル２２２の右側表面を風４６２の風下側上に置く迎え角を導く。この風４６２の風下側上のウィングセイル２２２の右側表面の向きは、セイルボート２００に対する前方分力および右側への風圧差分力と共に揚力をもたらす。

【0074】

図４Ｅに示されるように、カム４７０の反時計回りの回転は、矢印４７９で指示されるように、連結ロッド４３５がカム４７０の中心から離れるように進行するように押し込み、風見２２５のウィングセイル構造２２０上のピボット４２５の周りの反時計回り方向への回転を導く。この時計回りの回転は、ウィングセイル２２２の風向き４６４に対する反時計回りの回転を導き、ウィングセイル２２２の左側表面を風の風下側上に置くウィングセイル２２２の迎え角をもたらす。この風の風下側上のウィングセイル２２２の左側表面の向きは、セイルボート２００に対する前方分力および左側への風圧差分力と共に揚力をもたらす。

【0075】

カムスロット４７１によって提供される水平方向への傾斜は、カム４７０（またはセイルボート２００）として提供され、風向きに対して回転される迎え角を決定する。図４Ｄおよび４Ｅに示されるように、図４Ｅにおけるカム４７０の反時計回りの回転は、図４Ｄにおけるカム４７０の時計回りの回転より大きいため、図４Ｅにおける迎え角は、図４Ｄにおける迎え角より大きい。すなわち、カム４７０の回転に基づく迎え角は、回転の程度に依存して異なり、迎え角は、カムスロット４７１によって制御されるため、全ての風向きに対する理想的な迎え角を達成する。

【0076】

図４Ｅにおけるカムスロット４７１の形状によって示されるように、図示された向きを超えたカム４７０のさらなる反時計回りの回転は、相対風向きの広い範囲を横切って延伸する理想的な迎え角に一致する、連結ロッド４３５の水平方向位置における極めて小さな変更を生み出す。いくつかの点において、カム４７０の反時計回りのさらなる回転は、連結ロッド４３５がカム４７０の中心へ向けて引かれることを引き起こし、迎え角を低減する。

【0077】

進行方向が風向きと一緒になると共に（“追い風”セイリング）、相対風向きが増加すると、ウィングセイル構造２２０は継続的に回転し、ウィングセイル２２２をトラス４４０の前方に置く。最終的に、ウィングセイル構造２２０は、セイルボート２００の後部から来る風向きと整列してもよい。そのような整列は、圧力差を生み出すことがなく、対応して揚力を生み出すこともない。帆走技術では知られているように、追い風に真っ直ぐにセイリングすることは、セイル表面が風に垂直な向きであってあったとしても、セイルの効果的なポイントではなく、追い風に真っ直ぐではない方向における代替のコース（タック）上をセイリングすることは、一般的に追い風ターゲットへのより早いルートを提供する。したがって、本発明の一つの実施態様において、ナビゲーション制御システムは、極端な追い風セイリングを避けるように構成されてもよく、よって、ウィングセイル２２２の向きが、セイルボート２００の後部からの風向きに整列することを避ける。

【0078】

代替的に、カムスロット４７１は、追い風セイリングの場合にウィングセイル構造２２０が最小の迎え角（正または負）に拘束されるように、“不連続性”を提供するように形成されてもよい。通常は正および負の最小角度の間の迎え角を提供する風向きにおいて、カムの状態は“不安定”であり、連結ロッド２３５が正または負の最小迎え角（１つまたは他のタックへの“ジャイビング（gybing）”）を生み出す位置に来るようにする。このように、ウィングセイルは、セイルボート２００後方からの風に対して幾らかの抵抗を常に与え、前方推進力を引き起こす。

【0079】

上記の機械的自己調整システムの使用は、エネルギー消費を低減するために好ましいが、必要に応じて、ウィングセイル構造２２０の回転のダイレクト制御を可能にするモーターが提供されてもよい。上述のように、例えば、自己復原プロセスを開始する前に、ウィングセイル構造２２０は、ウィングセイル構造２２０が回転軸２４２の周りで回転することによるセイルボートの他の要素への干渉を避けるために、マスト４１０周りの回転に関して“ニュートラル”位置に置かれる必要があり、このマスト４１０周りの制御された回転を提供するためにモーターが使用されてもよい。

【0080】

任意に、マスト４１０周りのウィングセイル構造２２０の回転のためにモーターが提供される場合、モーターは、他の機能を提供するために使用されてもよい。例えば、モーターは、発電機として働くように構成されてもよい。機械的自己調整モードである場合、風の変動、またはセイルボートが波上を進行するにつれた迎え角の変動は、マスト４１０周りのウィングセイル構造２２０のランダムな揺らぎを引き起こす。

【0081】

モーターが発電機として構成される場合、これらマスト４１０周りの揺らぎは、使用または蓄えることができる電気エネルギーを生み出す。さらに、発電機は、その負荷に比例した慣性抵抗をもたらすため、より安定した進行を提供するため、過度の揺らぎによって引き起こされる損傷を低減するため、および揺らぎに対する所望の制動量をもたらすために、負荷が制御されてもよい。

【0082】

いずれにしても、相対風向きおよび提供された迎え角に関わらず、セイルボート２００がターゲット領域へ向けて十分に前進していないこと、またはその指定された監視領域を越えて進行していることが判定されると、セイルボート２００のナビゲーション制御システム、好ましくは、補助推進システム２３５を作動させるように構成される。これらの期間の間、マスト４１０周りでウィングセイル構造２２０が揺らぐにつれて電気を生み出す上記発電機の使用は、補助推進システム２３５によって消費される幾らかのエネルギーを補充するため、特に風が不安定または海が荒れている場合に揺らぎを緩衝させるために使用されてもよい

【0083】

図５は、例示的な自律式セイルボートの通信、制御およびモニタリングシステムの例示的なブロック図を示す。

【0084】

幾つかの装置は自律式または半自律式で動作し得るが、制御コンピュータ５１０は、主にセイルボート上の装置の操作を統合する。例えば、いくつかの実施態様において、全ての外部通信は、コンピュータ５１０によって制御される一方で、他の実施態様においては、デバイスが、個々の通信デバイス間で直接メッセージを送受信する。同様に、制御コンピュータ５１０によってもたらされるペイロード任務特有のモニタリングの協働および制御の程度は、特定の任務および／または特定の種類のモニタリングに依存して様々である。

【0085】

単一のブロックとして図示されているが、制御コンピュータ５１０は、例えば、フェイルセーフ操作のための代理機能システムおよび／またはナビゲーションなどの特定のタスクのためにカスタマイズされた埋め込みシステムを含む、多重処理システムを含んでもよい。制御コンピュータ５１０の操作は、以下のようにコンピュータ５１０が協働するボード上の装置に照らしてよく理解されるであろう。

【0086】

自律式セイルボートのための基本的な装置の一部は、複数の衛星からメッセージを受信するＧＰＳ受信機５１５であり、それによって受信機５１５の緯度および経度（よって、セイルボートの位置）が決定される。ＧＰＳ受信機５１５の能力にしたがって、進行のスピードおよび方向などの他の情報も提供されてもよく、または、制御コンピュータ５１０などの他の要素が、経時的な位置報告から進行のスピードおよび方向などを決定してもよい。

【0087】

この情報は、通信バス５０１に提供され、この通信バス５０１上のデバイスのいずれかによって使用される。上記のように、制御コンピュータ５１０は、ターゲット領域へのルートを決定するためにセイルボートの現在の位置を使用し、横流れを補償するためのラダー調整のために進行のスピードおよび方向を使用するなどしてもよい。位置情報は、セイルボートから送信される各モニタリングメッセージに含まれてもよい。

【0088】

自律式セイルボートのための他の基本的な装置の一部は、モニターされた情報を報告するための通信デバイスである。図５の例において、複数の衛星通信デバイス５２０、５２５が提供されるが、より少ないまたはより多くの通信デバイスが提供されてもよい。例示的な衛星通信（Ｓａｔｃｏｍ）受信機５２０は、イリジウム受信機などの従来の衛星メッセージシステムである。受信機５２０は、セイルボートにアドレスされたメッセージを受信し、これらのメッセージをバス５０１上に提供する。

【0089】

特定のセイルボートは、セイルボートに関連するメッセージ（例えば、ナビゲーションメッセージ）を受信するためのアドレス、および、ペイロードに関連するメッセージ（例えば、モニター制御メッセージ）を受信するためのアドレスなどの多重アドレスを有してもよく、代替的に、全てのメッセージが単一のアドレスにアドレスされてもよく、受信されたメッセージを区別するためのメッセージプロトコルが設定されてもよい。幾つかの構成において、セイルボートの群は、“船団”または“準船団”関連の通信を受信するための共通のアドレスがアサインされてもよい。制御コンピュータ５１０は、特定のデバイスへの特有通信情報のためのメッセージを受信して処理するように構成されてもよく、および／または、幾つかのデバイスは、特定のメッセージを直接受信および処理するように構成されてもよい。

【0090】

同様に、メッセージは、セイルボートから受信機５２０を介して送信されてもよい。これらのメッセージは、セイルボート上のデバイスから受信する情報に基づいて制御コンピュータ５１０によってフォーマットされてもよく、または、いくつかのデバイスは、受信機５２０に直接メッセージを提供するように構成されてもよい。メッセージは、適切な受信者へメッセージを送達するための受信機アドレスを頼りに、共通のアドレスにアドレスされてもよく、および／または、特定のメッセージを特定の受信者に直接通信するために、異なるアドレスが使用されてもよい。

【0091】

メッセージを送信および受信するための商用衛星通信システムを使用する能力は、メッセージの形態および内容の十分な適応性を提供する。例えば、ＨＴＭＬスキームを使用してこれらの通信をカスタム形式で定義してもよい。いくつかの実施態様において、カスタム形式およびスタンダード形式の混合が使用されてもよい。例えば、米国海洋電子機器協会（ＮＭＥＡ）は、標準プロトコルＮＭＥＡ２０００を提供し、それは、海洋デバイス間におけるナビゲーション、制御、モニタリングおよび他の情報を通信するために使用されている。制御コンピュータ５１０は、例えば、受信機５２０を介した陸上のモニターおよび制御局（図１の１５０）間のＮＭＥＡフォーマットメッセージを送受信するために構成されてもよい。

【0092】

従来の衛星メッセージシステムを使用することにより提供される適応性は、しかしながら、セイルボート上の相当な資源の使用を必要とし、これらのサービスにアクセスするための相当な金銭的コストを招き得る。特に注目すべきなのは、各メッセージが送信または受信される前に、衛星との同期リンクが設定される必要があることである。さらに、船団における各セイルボートは、同期リンクを設定するために、他の各セイルボートとの間で衛星チャネルを“奪い合う”。これらのメッセージの生成、送信、受信および復号は、電気エネルギーを消費し、電気推進システムの次に、セイルボート上で最も電気エネルギーを消費し得る。

【0093】

任意に、低電力で制限された機能の衛星通信システムが、日常的な情報を通信するために使用されてもよい。例えば、センサー埋め込み式通知システム（ＳＥＮＳ）は、モニターされた情報を効果的に通信するように特別に設計されている。図５の例においては、ＳＥＮＳ受信機（またはＳＥＮＳ送信機）５２５が、モニターされたいくつかの情報を通信するために使用され、よって電力消費が大きな受信機５２０を介してこの情報を通信するタスクから開放される。

【0094】

ＳＥＮＳ送信機５２５は、比較的短いメッセージ（約８０バイト）を、定期的に、および／または、事象報告が起動される場合に送信する。これらのメッセージは、典型的に、送信機５２５の識別子、ＧＰＳ現在地、および、１または２以上のセンサー／モニターから報告されるパラメータ値を含む。ＳＥＮＳ送信機５２５は、衛星システムとの同期リンクの設定を要求することなく、各メッセージを自律式に同報通信により送ることによって、衛星通信において典型的に要求される時間およびエネルギーの大幅な量を節約する。ＳＥＮＳメッセージは、固定フォーマットを使用するため、これらメッセージの生成は最適化され、各メッセージのために消費される時間および資源をさらに低減する。

【0095】

例示的な実施態様において、ＳＥＮＳ送信機５２５は、位置およびセンサーデータの一次資料として使用されてもよく、サットコム送信機５２０は、状況に応じて必要とされる場合にのみ利用される。例えば、サットコム送信機５２０は、ターゲット領域に進行するための命令を受信するために使用されてもよく、ターゲット領域へ向う途中のセイルボートから送られる全てのメッセージは、ＳＥＮＳ送信機５２５を介して送られる。同様に、ターゲット領域にある間は、定期的な位置およびセンサーメッセージは、ＳＥＮＳ送信機５２５を介して送られ、他のモニターからの情報は、特定の事象が起こる場合にサットコム受信機５２０を介して通信されてもよい。

【0096】

サットコム受信機５２０の代わりに、他の通信システムが使用されてもよい。例えば、海岸に沿ってまたは内陸水路上を進行する場合は、携帯電話受信機またはＷｉＦｉ受信機５３０が使用されてもよい。いくつかの実施態様において、ＷｉＦｉ受信機５３０は、配備される前の構成および他の情報を受信するため、および／または、各配備の前のセイルボート上の装置をテストするために、コンピュータ５１０をネットワークに連結するために使用されてもよい。セイルボート上の装置と通信するための他の手段は、当業者がこの開示を考慮することで明らかになるであろう。

【0097】

図５はまた、セイルボートを制御するために使用される共通の装置５３５−５５５を示す。追加のまたは代替的な装置は、当業者には明らかである。

【0098】

補助推進装置５３５は、主に、ウィングセイルがターゲット領域へ向けて十分に進んでいない場合、割り当てられた領域において位置を維持できない場合、または、大量交通量領域などにおいて“天候に依存しない（weather-independent）”制御が要求される場合に、オンデマンドの前進および逆進の推進力を提供する。

【0099】

夜間航海灯５４０は、主に大量交通量領域において使用するために提供され、赤、緑および白の夜間航海灯のセットを含む。

【0100】

船舶関連の様々なモニター５４５が、セイルボートおよびその周囲の状況を決定するために提供される。これらのモニター５４５は、例えば、風向およびスピードモニター、水速力変換器、電圧および電流モニター、慣性モニター、ウィングセイル向きモニター、ラダー向きモニター、横傾斜角度モニター、コンパス向きモニターなどを含んでもよい。

【0101】

ラダー制御システム５５０は、与えられたコースを維持するため、コースを変更するため、横流れを補正するなどのために、ラダーの向きを制御する。

【0102】

復原作動システム５５５は、上記の自己復原能力を実施するために必要なアクチュエータを含む。アクチュエータは、制御コンピュータ５１０からの命令によって制御されてもよいし、システム５５５が、上記の報告または決定された横傾斜角度に基づく復原および横傾斜補正動作を自律的に実行するために必要な電子部品を含んでもよい。

【0103】

任意に、開発時、および各配備の前および後における装置の主に構成およびテストのために、外部インターフェイス５６０が提供されてもよい。

【0104】

上記のように、セイルボートは、任務特有のペイロード装置５７０をターゲット領域へ運ぶように意図されており、このペイロード装置５７０には、他の種類のデバイスが配備され得るが、典型的には、カメラ、変換器および同類のものなどのモニタリングデバイスの集まりが含まれる。例えば、制限領域の付近で船舶が検知された場合などの一定の状況下におけるアナウンスのために、拡声器システムが提供されてもよく、双方向の音声通信のためにマイクロホンシステムが提供されてもよい。

【0105】

ペイロードシステムをセイルボート制御システム内に組み込むために、ペイロードインターフェイス５６５が提供される。このインターフェイスは、受信機５２０から受信したあらゆるモニタリング命令を通信するため、モニターされた情報を制御コンピュータ５１０へ、または、直接受信機５２０、５２５へ通信するために使用されてもよい。

【0106】

セイルボート上の様々な装置へ電力を提供するために、電力調定および制御システム５６０は、様々な源から電力を受け取り、セイルボートの各構成要素に必要な電力を提供する。図示されないが、図２Ａのセイルボート２００の各区画２６０は、システム５６０からの電力へのアクセス、並びに、データバス５０１または他のオンボードネットワークへのアクセスを提供するためにプレ配線される。いくつかの実施態様において、不可欠な装置に必要な電力が提供されることを保証するために、優先方式が使用される。例えば、利用可能な電力が少なくなる場合、ラダー制御および復原作動システムなどの不可欠な装置は使用可能である一方で、いくつかの装置は使用不能になってもよい。

【0107】

電力制御システム５６０は、セイルボート上に取付けられたソーラーパネル５８５からのエネルギーを受信し、ソーラーパネル５８５が電気を生み出さない場合は、このエネルギーのいくらかを蓄える。任意に、電気推進装置（図２Ａの２３５）は、ウィングセイルがセイルボートを推進させる場合に電気を生み出す発電機を含むように構成されてもよい。好ましくは、電気推進システムは、セイルボートが低スピードで帆走している間は最小抵抗を提供し、生み出された揚力が、与えられた最小スピードを維持しながら負荷を十分に支える場合にのみ、発電機負荷を提供する。

【0108】

上記では本発明の原理を例示したに過ぎない。ここで詳細に説明または示されていないことであっても、当業者は、本発明の原理を盛り込んで、その精神と範囲内で、様々に工夫してアレンジできることが理解できるであろう。例えば、セイルボートは、より大きな船舶との衝突に耐えるように設計されるが、セイルボートは、商用船舶およびＡＩＳ受信機を装備する他の船舶によって送信される一情報を受信するＡＩＳ（船舶自動識別装置）受信機を含むように構成されてもよい。衝突を避けるために、制御コンピュータ５１０は、受信したＡＩＳ情報に基づいて進行方向を一時的に調節するように構成されてもよい。これらおよび他のシステム構成および最適化された機能は、本開示を参照した当業者にとっては明らかであり、以下の特許請求の範囲内に含まれる。

【0109】

これら特許請求の範囲の解釈においては、
（ａ）用語“含む”は、与えられた特許請求の範囲に列挙されている以外の他の要素の存在を除外するものではなく、
（ｂ）要素に先行する用語“ａ”または“ａｎ”は、複数のそのような要素の存在を除外するものでなく、
（ｃ）特許請求の範囲におけるどのような引用符号も、これらの範囲を限定するものではなく、
（ｄ）いくつかの“手段”は、同様の製品またはハードウェアまたはソフトウェア実装構造または機能で表現されてもよく、
（ｅ）開示された各要素は、ハードウェア部分（例えば、ディスクリートおよび集積電子回路を含む）およびソフトウェア部分（例えば、コンピュータプロラム）の組み合わせから成っていてもよく、

【0110】

（ｆ）ハードウェア部分は、プロセッサを含んでもよく、ソフトウェア部分は、非一時的なコンピュータ可読メディアに格納されてもよく、説明された要素の１または２以上の機能のいくつかまたはすべてをプロセッサが実行するように構成されてもよく、
（ｇ）ハードウェア部分は、アナログおよびディジタル部分の１つまたは両方から成っていてもよく、
（ｈ）説明されたデバイスのすべてまたはその一部は、明確に記載されない限り、互いに統合されるか、さらなる部分に分離されてもよく、
（ｉ）明確に記載されない限り、特定の一連の動作を必要とすることを意図するものではなく、
（ｊ）用語“複数”の要素は、請求された要素の２つまたはそれ以上を含み、要素のいかなる特定の範囲の数も含意するものではなく、すなわち、複数の要素とは、わずか２つの要素であり得、無限の数の要素を含み得ることは、理解すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A-B】

【図4C-E】

【図5】