特許 6907715 水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムおよび姿勢制御方法

(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】6907715

(24)【登録日】2021年7月5日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムおよび姿勢制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 35/00 20200101AFI20210708BHJP

   F03B 13/10 20060101ALI20210708BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20210708BHJP

   F03B 3/04 20060101ALI20210708BHJP

【ＦＩ】

   B63B35/00 T

   F03B13/10

   F03B13/26

   F03B3/04

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-106822(P2017-106822)

(22)【出願日】2017年5月30日

(65)【公開番号】特開2018-202892(P2018-202892A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年1月8日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度から平成２９年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「海洋エネルギー技術研究開発／海洋エネルギー発電システム実証研究／水中浮遊式海流発電」共同研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176245

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】小西 信克

【審査官】 田中 成彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０２０４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１４６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８４７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０００７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１４６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３２２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１７５２２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１７６５６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２３０９７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｂ ３５／００

Ｆ０３Ｂ ３／０４

Ｆ０３Ｂ １３／１０

Ｆ０３Ｂ １３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を含む発電用タービンと、前記回転軸の回転軸線に沿って配置され、前記発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムであって、
前記水中浮遊式発電装置の重心は前記回転軸線より下に位置しており、
前記水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープであって、前記係留ロープの一端は前記水中浮遊式発電装置における前記回転軸線よりも下でかつ前記水中浮遊式発電装置の前記重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されている、係留ロープと、
前記水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出部と、
前記発電用タービンに対して設けられ、前記発電用タービンの回転数を調整可能な回転数調整手段と、
前記検出部によって検出された前記傾斜角度に応じて前記回転数調整手段を制御し、前記発電用タービンの回転数を変更することにより、タービン推力を変化させ、前記水中浮遊式発電装置の垂直方向における前記回転軸線および前記重心の間の距離と前記タービン推力の変化量との積に応じた前記係留点周りのモーメントを発生させ、前記水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する制御部と、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御システム。

【請求項2】

前記水中浮遊式発電装置は、前記回転軸線方向に交差する方向において前記発電用タービンから離間して配置され、第２回転軸を含む第２発電用タービンと、前記第２回転軸の第２回転軸線に沿って配置され、前記第２発電用タービンが設けられた第２ポッドと、前記ポッドおよび前記第２ポッドを連結する連結部と、を更に備え、前記水中浮遊式発電装置の前記重心は前記第２回転軸線より下に位置しており、
前記水中浮遊式発電装置の前記係留点は、前記第２回転軸線よりも下の部分に設けられており、
前記第２発電用タービンに対して設けられ、前記第２発電用タービンの回転数を調整可能な第２回転数調整手段を更に備え、
前記制御部は、前記検出部によって検出された前記傾斜角度に応じて前記第２回転数調整手段を制御し、前記第２発電用タービンの回転数を変更することにより、第２タービン推力を変化させ、前記水中浮遊式発電装置の垂直方向における前記第２回転軸線および前記重心の間の距離と前記第２タービン推力の変化量との積に応じた前記係留点周りのモーメントを発生させ、前記水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する、請求項１に記載の水中浮遊式発電装置の姿勢制御システム。

【請求項3】

回転軸を含む発電用タービンと、前記回転軸の回転軸線に沿って配置され、前記発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムであって、
前記発電用タービンは、ピッチ角度が可変な２枚のブレードを含み、
前記水中浮遊式発電装置の重心は前記回転軸線より下に位置しており、
前記水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープであって、前記係留ロープの一端は前記水中浮遊式発電装置における前記回転軸線よりも下でかつ前記水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されている、係留ロープと、
前記水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出部と、
前記発電用タービンに設けられ、前記２枚のブレードのピッチ角度を調整可能なピッチ角度調整装置と、
前記検出部によって検出された前記傾斜角度に応じて前記ピッチ角度調整装置を制御し、前記発電用タービンにおける前記２枚のブレードのピッチ角度を変更することにより、タービン推力を変化させ、前記水中浮遊式発電装置の垂直方向における前記回転軸線および前記重心の間の距離と前記タービン推力の変化量との積に応じた前記係留点周りのモーメントを発生させ、前記水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する制御部と、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御システム。

【請求項4】

前記水中浮遊式発電装置は、前記回転軸線方向に交差する方向において前記発電用タービンから離間して配置され、第２回転軸を含む第２発電用タービンと、前記第２回転軸の第２回転軸線に沿って配置され、前記第２発電用タービンが設けられた第２ポッドと、前記ポッドおよび前記第２ポッドを連結する連結部と、を更に備え、前記水中浮遊式発電装置の前記重心は前記第２回転軸線より下に位置しており、
前記第２発電用タービンは、ピッチ角度が可変な２枚の第２ブレードを含み、
前記水中浮遊式発電装置の前記係留点は、前記第２回転軸線よりも下の部分に設けられており、
前記第２発電用タービンに設けられ、前記２枚の第２ブレードのピッチ角度を調整可能な第２ピッチ角度調整装置を更に備え、
前記制御部は、前記検出部によって検出された前記傾斜角度に応じて前記第２ピッチ角度調整装置を制御し、前記第２発電用タービンにおける前記２枚の第２ブレードのピッチ角度を変更することにより、第２タービン推力を変化させ、前記水中浮遊式発電装置の垂直方向における前記第２回転軸線および前記重心の間の距離と前記第２タービン推力の変化量との積に応じた前記係留点周りのモーメントを発生させ、前記水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する、請求項３に記載の水中浮遊式発電装置の姿勢制御システム。

【請求項5】

前記発電用タービンは前記ポッドの前記回転軸方向における第１端に設けられており、
前記係留点は、前記回転軸線方向における前記第１端とは反対側である第２端側の部分に設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水中浮遊式発電装置の姿勢制御システム。

【請求項6】

前記ポッドは円筒状をなしており、前記係留点は、前記ポッドの円筒面上に設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水中浮遊式発電装置の姿勢制御システム。

【請求項7】

回転軸を含む発電用タービンと、前記回転軸の回転軸線に沿って配置され、前記発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御方法であって、
前記水中浮遊式発電装置の重心は前記回転軸線より下に位置しており、
前記水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープの一端は、前記水中浮遊式発電装置における前記回転軸線よりも下でかつ前記水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されており、
前記水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出ステップと、
前記傾斜角度に応じて、前記発電用タービンの回転数を変更することにより、タービン推力を変化させ、前記水中浮遊式発電装置の垂直方向における前記回転軸線および前記重心の間の距離と前記タービン推力の変化量との積に応じた前記係留点周りのモーメントを発生させ、前記水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する回転数変更ステップと、を含む、水中浮遊式発電装置の姿勢制御方法。

【請求項8】

回転軸を含む発電用タービンと、前記回転軸の回転軸線に沿って配置され、前記発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御方法であって、
前記水中浮遊式発電装置の重心は前記回転軸線より下に位置しており、
前記発電用タービンは、ピッチ角度が可変な２枚のブレードを含み、
前記水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープの一端は、前記水中浮遊式発電装置における前記回転軸線よりも下でかつ前記水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されており、
前記水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出ステップと、
前記傾斜角度に応じて、前記発電用タービンにおける前記２枚のブレードのピッチ角度を変更することにより、タービン推力を変化させ、前記水中浮遊式発電装置の垂直方向における前記回転軸線および前記重心の間の距離と前記タービン推力の変化量との積に応じた前記係留点周りのモーメントを発生させ、前記水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正するピッチ角度変更ステップと、を含む、水中浮遊式発電装置の姿勢制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムおよび姿勢制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水中浮遊式発電装置として、特許文献１，２に記載された装置が知られている。特許文献１に記載された装置では、２つのナセルが水中翼構造体によって接続されている。この装置は、海底に対して垂直な係留ロープと、海底に対してある角度で配置された２本の係留ロープとによって保持されている。発電装置の持つ復元力と、アンカーに対する垂直係留とによって、装置の姿勢が修正され得る。特許文献２に記載された装置では、タービンを有するビークルがピッチ方向に回転させられる。これにより、ピッチ方向の姿勢が制御され得る。

【0003】

一方、特許文献３に記載された装置は、空中を飛行するヘリコプタに設けられる、吊下荷物の姿勢安定装置である。荷物に取り付けられたプロペラを回転させることにより、荷物の挙動が抑えられ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９２０８２３号公報

【特許文献2】特表２００９−５２５４２７号公報

【特許文献3】特開平５−１９３５８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

水中浮遊式発電装置は、たとえば、ピッチ方向に傾斜し得る。従来、水中浮遊式発電装置がピッチ方向に傾斜した場合に、その姿勢を修正することに関しては、十分に検討されていない。従来の手法を用いてピッチ方向の姿勢を制御しようとしても、効率的な姿勢制御を実現することは難しい。

【0006】

たとえば、引用文献１に記載の装置では、深度の調整は可能であるが、ピッチ方向の姿勢の制御は不可能である。ピッチ方向の姿勢を制御するためには、たとえば水平尾翼を用いて揚力を発生させる機構が必要である。また、引用文献２に記載の装置では、プロペラの推力方向を変更する機構が必要である。そのために大きな動力が必要になると、その装置は、エネルギープラントとして適さないことになる。また、スイベル結合部を有する構造は、疲労破壊や漏水を招き得る。引用文献３に記載の装置では、荷物のヨー方向の姿勢が制御される。そのため、荷物の重心からずれた位置にプロペラや動力装置を設置する必要がある。その結果、定常状態において荷物のバランスを取ることは難しい。また、単発プロペラでは、反トルク成分を打ち消すことは難しい。その結果、プロペラが取り付けられた荷物は、ロール方向に傾き得る。

【0007】

本発明は、水中浮遊式発電装置がピッチ方向に傾斜した場合に、その姿勢を修正することができる水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムおよび姿勢制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、回転軸を含む発電用タービンと、回転軸の回転軸線に沿って配置され、発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムであって、水中浮遊式発電装置の重心は回転軸線より下に位置しており、水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープであって、係留ロープの一端は水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下でかつ水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されている、係留ロープと、水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出部と、発電用タービンに対して設けられ、発電用タービンの回転数を調整可能な回転数調整手段と、検出部によって検出された傾斜角度に応じて回転数調整手段を制御し、発電用タービンの回転数を変更することにより、タービン推力を変化させ、水中浮遊式発電装置の垂直方向における回転軸線および重心の間の距離とタービン推力の変化量との積に応じた係留点周りのモーメントを発生させ、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する制御部と、を備える。

【0009】

この姿勢制御システムでは、係留ロープによって係留された水中浮遊式発電装置が水中を浮遊し、発電用タービンが回転することで、発電が行われる。制御部は、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の傾斜角度に応じて、発電用タービンの回転数を変更する。発電用タービンの回転数が変更されると、発電用タービンの推力は変化する。ここで、係留ロープの一端は、水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下の部分に設けられた係留点に接続されている。このように係留点が下部に設けられた結果、回転軸線方向の推力は、係留点を中心にモーメントを発生させる。発生したモーメントは、ピッチ方向に関して、水中浮遊式発電装置の姿勢を安定させるように作用する。これにより、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢が修正され得る。

【0010】

いくつかの態様において、水中浮遊式発電装置は、回転軸線方向に交差する方向において発電用タービンから離間して配置され、第２回転軸を含む第２発電用タービンと、第２回転軸の第２回転軸線に沿って配置され、第２発電用タービンが設けられた第２ポッドと、ポッドおよび第２ポッドを連結する連結部と、を更に備え、水中浮遊式発電装置の重心は第２回転軸線より下に位置している。水中浮遊式発電装置の係留点は、第２回転軸線よりも下の部分に設けられている。姿勢制御システムは、第２発電用タービンに対して設けられ、第２発電用タービンの回転数を調整可能な第２回転数調整手段を更に備え、制御部は、検出部によって検出された傾斜角度に応じて第２回転数調整手段を制御し、第２発電用タービンの回転数を変更することにより、第２タービン推力を変化させ、水中浮遊式発電装置の垂直方向における第２回転軸線および重心の間の距離と第２タービン推力の変化量との積に応じた係留点周りのモーメントを発生させ、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する。この場合、発電用タービンの回転数と第２発電用タービンの回転数とが変更されるので、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢のみならず、ロール方向の姿勢を制御することができる。

【0011】

本発明の別の態様は、回転軸を含む発電用タービンと、回転軸の回転軸線に沿って配置され、発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御システムであって、発電用タービンは、ピッチ角度が可変な２枚のブレードを含み、水中浮遊式発電装置の重心は回転軸線より下に位置しており、水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープであって、係留ロープの一端は水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下でかつ水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されている、係留ロープと、水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出部と、発電用タービンに設けられ、２枚のブレードのピッチ角度を調整可能なピッチ角度調整装置と、検出部によって検出された傾斜角度に応じてピッチ角度調整装置を制御し、発電用タービンにおける２枚のブレードのピッチ角度を変更することにより、タービン推力を変化させ、水中浮遊式発電装置の垂直方向における回転軸線および重心の間の距離とタービン推力の変化量との積に応じた係留点周りのモーメントを発生させ、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する制御部と、を備える。

【0012】

この姿勢制御システムでは、係留ロープによって係留された水中浮遊式発電装置が水中を浮遊し、発電用タービンが回転することで、発電が行われる。制御部は、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の傾斜角度に応じて、２枚のブレードのピッチ角度を変更する。２枚のブレードのピッチ角度が変更されると、発電用タービンの推力は変化する。ここで、係留ロープの一端は、水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下の部分に設けられた係留点に接続されている。このように係留点が下部に設けられた結果、回転軸線方向の推力は、係留点を中心にモーメントを発生させる。発生したモーメントは、ピッチ方向に関して、水中浮遊式発電装置の姿勢を安定させるように作用する。これにより、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢が修正され得る。

【0013】

いくつかの態様において、水中浮遊式発電装置は、回転軸線方向に交差する方向において発電用タービンから離間して配置され、第２回転軸を含む第２発電用タービンと、第２回転軸の第２回転軸線に沿って配置され、第２発電用タービンが設けられた第２ポッドと、ポッドおよび第２ポッドを連結する連結部と、を更に備え、水中浮遊式発電装置の重心は第２回転軸線より下に位置している。第２発電用タービンは、ピッチ角度が可変な２枚の第２ブレードを含む。水中浮遊式発電装置の係留点は、第２回転軸線よりも下の部分に設けられている。姿勢制御システムは、第２発電用タービンに設けられ、２枚の第２ブレードのピッチ角度を調整可能な第２ピッチ角度調整装置を更に備え、制御部は、検出部によって検出された傾斜角度に応じて第２ピッチ角度調整装置を制御し、第２発電用タービンにおける２枚の第２ブレードのピッチ角度を変更することにより、第２タービン推力を変化させ、水中浮遊式発電装置の垂直方向における第２回転軸線および重心の間の距離と第２タービン推力の変化量との積に応じた係留点周りのモーメントを発生させ、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する。この場合、発電用タービンのブレードのピッチ角度と第２発電用タービンの第２ブレードのピッチ角度とが変更されるので、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢のみならず、ロール方向の姿勢を制御することができる。

【0014】

いくつかの態様において、発電用タービンはポッドの回転軸方向における第１端に設けられており、係留点は、回転軸線方向における第１端とは反対側である第２端側の部分に設けられる。発電用タービンが、水流の向きを基準としてポッドの下流側に配置されるダウンウィンド型のタービンである場合、発電用タービンとは反対側である上流側に係留点が設けられることになる。この場合、推力は、より大きな復元モーメントを発生させる。これにより、姿勢の修正効果（たとえば応答性など）が高められる。

【0015】

いくつかの態様において、ポッドは円筒状をなしており、係留点は、ポッドの円筒面上に設けられる。係留点がポッドの円筒面上に設けられる場合、係留点が回転軸線方向におけるポッドの端面に設けられる場合に比して、推力は、より大きな復元モーメントを発生させる。これにより、姿勢の修正効果（たとえば応答性など）が高められる。

【0016】

本発明の更に別の態様は、回転軸を含む発電用タービンと、回転軸の回転軸線に沿って配置され、発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御方法であって、水中浮遊式発電装置の重心は回転軸線より下に位置しており、水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープの一端は、水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下でかつ水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されており、水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出ステップと、傾斜角度に応じて、発電用タービンの回転数を変更することにより、タービン推力を変化させ、水中浮遊式発電装置の垂直方向における回転軸線および重心の間の距離とタービン推力の変化量との積に応じた係留点周りのモーメントを発生させ、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正する回転数変更ステップと、を含む。

【0017】

この姿勢制御方法によれば、発電用タービンの回転数の変更に基づいて発生する上述の推力と、水中浮遊式発電装置の下部に設けられた係留点との相互作用により、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正することができる。

【0018】

本発明の更に別の態様は、回転軸を含む発電用タービンと、回転軸の回転軸線に沿って配置され、発電用タービンが設けられたポッドと、を備える水中浮遊式発電装置の姿勢制御方法であって、水中浮遊式発電装置の重心は回転軸線より下に位置しており、発電用タービンは、ピッチ角度が可変な２枚のブレードを含み、水中浮遊式発電装置を係留するための係留ロープの一端は、水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下でかつ水中浮遊式発電装置の重心よりも下の部分に設けられた１つ又は複数の係留点に接続されており、水中浮遊式発電装置の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出する検出ステップと、傾斜角度に応じて、発電用タービンにおける２枚のブレードのピッチ角度を変更することにより、タービン推力を変化させ、水中浮遊式発電装置の垂直方向における回転軸線および重心の間の距離とタービン推力の変化量との積に応じた係留点周りのモーメントを発生させ、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正するピッチ角度変更ステップと、を含む。

【0019】

この姿勢制御方法によれば、発電用タービンのブレードのピッチ角度の変更に基づいて発生する上述の推力と、水中浮遊式発電装置の下部に設けられた係留点との相互作用により、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を修正することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明のいくつかの態様によれば、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢を効率的に修正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る姿勢制御システムが適用された水中浮遊式発電装置の概略構成を示す図である。

【図2】ポッドに設けられた機器類の概略構成を示す図である。

【図3】水中浮遊式発電装置の定常状態を示す図である。

【図4】水中浮遊式発電装置の姿勢がピッチ方向に傾斜した場合の姿勢制御方法を示す図である。

【図5】制御部によって実施される姿勢制御の処理手順を示すフロー図である。

【図6】水中浮遊式発電装置における力のつり合いを示す図である。

【図7】水中浮遊式発電装置におけるモーメントのつり合いを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0023】

以下の説明において、「上流」または「下流」との語は、水の流れを基準として用いられる。「前」との語は、水の流れの上流側を意味し、「後」との語は、水の流れの下流側を意味する。たとえば、ダウンウィンド型のタービンが用いられる場合には、ポッドの後部側にブレード（翼）が配置される。「左」または「右」との語は、水の流れに対して垂直で且つ水平な方向を意味し、後方すなわち下流側から見た場合を基準として用いられる。「上」または「下」との語は、水中浮遊式発電装置１の姿勢が安定した状態における鉛直方向線を基準として用いられる。水中浮遊式発電装置１の姿勢に関する「ピッチ」や「ピッチング」との語は、ポッドの中心軸線に垂直で且つ水平な軸線、すなわち左右方向の軸線を中心とする回転を意味する。「ロール」との語は、ポッドの中心軸線に平行な軸線、すなわち前後方向の軸線を中心とする回転を意味する。

【0024】

図１および図２を参照して、本実施形態の姿勢制御システムＳが適用された水中浮遊式発電装置１について説明する。図１に示されるように、水中浮遊式発電装置１は、たとえば海水中に設置されて浮遊し、海流を利用して発電を行う。水中浮遊式発電装置１は、左右に離間して配置された一対のポッドである第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂと、第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂを連結するクロスビーム（連結部）３とを備える。第１ポッド２Ａは右側に配置されたポッドであり、第２ポッド２Ｂは左側に配置されたポッドである。第１ポッド２Ａの後部には、第１発電用タービン４Ａが設けられている。第２ポッド２Ｂの後部には、第２発電用タービン４Ｂが設けられている。以下の説明では、水中浮遊式発電装置１を海流発電装置１という。また、第１発電用タービン４Ａおよび第２発電用タービン４Ｂを、それぞれ、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂという。

【0025】

第１ポッド２Ａは、第１タービン４Ａを回転可能に支持しつつ、第１タービン４Ａに適正な浮力を付与する。第２ポッド２Ｂは、第２タービン４Ｂを回転可能に支持しつつ、第２タービン４Ｂに適正な浮力を付与する。第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂは、円筒状をなしており、たとえば、同じ大きさおよび構造を有している。

【0026】

第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂの間には、これらを連結する構造体であるクロスビーム３が延在している（すなわち左右に横断するように延びている）。クロスビーム３は、前後方向に所定の長さを有し、所定の厚みを有する。クロスビーム３は、浮遊する海流発電装置１の姿勢を安定させるべく、たとえば翼形状をなしている。クロスビーム３の左右の両端は、たとえば、第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂの胴部の略中央にそれぞれ固定されている。なお、クロスビーム３が固定される位置は、上記の位置に限られない。クロスビーム３は、ポッドの上部または下部に固定されてもよいし、ポッドの前部または後部に固定されてもよい。クロスビーム３は、その延在方向（すなわち左右方向）において等しい断面形状を有してもよく、延在方向において変化する断面形状を有してもよい。クロスビーム３の中央付近に、１又は複数の物体が設けられてもよい。また、この物体から係留索が接続されていてもよい。

【0027】

海流発電装置１は、海底に固定されたシンカー１４に対して、第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂを介して接続されている。第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂは、これらの分岐点がシンカー１４に設けられた、いわゆるＶ字状の係留索である。第１係留ロープ１１Ａの下端（他端）および第２係留ロープ１１Ｂの下端（他端）は、たとえば、シンカー１４に対して３６０度回転可能であるように接続されている。シンカー１４に対する第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂの接続部は、たとえばシャックル等を用いた締結構造であってもよい。なお、分岐点がシンカー１４と海流発電装置１との間の途中部分に設けられることで、第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１ＢがＹ字状をなしてもよい。なお、係留ロープの他端を海底に固定する固定部として、シンカー１４に代えて、アンカーが用いられてもよい。

【0028】

海流発電装置１は、たとえば、第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂによって、異なる２点で係留されている。より詳細には、第１係留ロープ１１Ａの上端（一端）は、右側に位置する第１ポッド２Ａに接続されている。第２係留ロープ１１Ｂの上端（一端）は、左側に位置する第２ポッド２Ｂに接続されている。第１係留ロープ１１Ａの係留点１２Ａと、第２係留ロープ１１Ｂの係留点１２Ｂとは、左右方向に所定の長さ離間している。

【0029】

図１に示されるように、第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂに沿うようにして、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂにおいて発電された電力を送電するための送電ケーブル１０が設けられている。より詳細には、第１タービン４Ａで発電された電力を送電する第１ケーブル１０Ａが、第１係留ロープ１１Ａに沿って設けられており、第２タービン４Ｂで発電された電力を送電する第２ケーブル１０Ｂが、第２係留ロープ１１Ｂに沿って設けられている。第１ケーブル１０Ａの一端は、第１ポッド２Ａ内の発電機１７（図２参照）に接続されている。第２ケーブル１０Ｂの一端は、第２ポッド２Ｂ内の発電機に接続されている。送電ケーブル１０の他端は、たとえばシンカー１４内に設けられた中継器（または変圧器等）に接続されている。中継器には、海底に敷設されて地上まで延びる送電ケーブルが接続されており、これらの送電ケーブルを介して、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂにおいて発電された電力が地上に送電されるようになっている。

【0030】

なお、各ケーブルが設けられる形態は上記形態に限られない。たとえば、送電ケーブル１０、第１ケーブル１０Ａおよび第２ケーブル１０Ｂが、始動時のための給電ケーブルと一体になっていてもよい。第１タービン４Ａに接続された第１ケーブル１０Ａが給電ケーブルであり、第２タービン４Ｂに接続された第２ケーブル１０Ｂが送電ケーブルであってもよい。中継器は、シンカー１４外の海底に設定されてもよい。

【0031】

海流発電装置１に適用される第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂは、いわゆるダウンウィンド型のタービンである。第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂは、海流の向きに対向した姿勢で浮遊する。この浮遊状態において、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂの回転軸線Ｌ１，Ｌ２（図２に示される回転軸１６の軸線）は、互いに平行をなしており、略水平に維持される。

【0032】

第１タービン４Ａは、第１ハブ５Ａと、第１ハブ５Ａに設けられた２枚の第１ブレード６Ａとを含んでいる。第２タービン４Ｂは、第２ハブ５Ｂと、第２ハブ５Ｂに設けられた２枚の第２ブレード６Ｂとを含んでいる。第１ハブ５Ａは、第１ポッド２Ａの後端部に配置されている。第２ハブ５Ｂは、第２ポッド２Ｂの後端部に配置されている。ダウンウィンド型のタービンを採用した海流発電装置１においては、海流の向きを基準として、第１ポッド２Ａの下流側に第１ブレード６Ａが配置され、第２ポッド２Ｂの下流側に第２ブレード６Ｂが配置される（図１参照）。

【0033】

第１タービン４Ａと第２タービン４Ｂとにおいて、ブレードのピッチは逆向きとされている。すなわち、第２ブレード６Ｂのピッチは、第１ブレード６Ａのピッチとは逆向きである。これにより、第１タービン４Ａと第２タービン４Ｂとは、海流を受けて互いに逆向きに回転する。たとえば、第１タービン４Ａは、上流側から見て時計回りの回転方向に回転し、第２タービン４Ｂは、上流側から見て反時計回りの回転方向に回転する。

【0034】

続いて、海流発電装置１の姿勢（特に、ピッチ方向の姿勢）を制御する姿勢制御システムＳについて説明する。姿勢制御システムＳは、係留点１２Ａおよび係留点１２Ｂにそれぞれ接続された第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂと、海流発電装置１の少なくともピッチ方向の傾斜角度を検出するジャイロセンサ（検出部）２３と、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂの回転数を調整可能な回転数調整手段と、を備えている。

【0035】

姿勢制御システムＳは、回転数調整手段に代えて、または回転数調整手段に加えて、第１ブレード６Ａおよび第２ブレード６Ｂのピッチ角度を調整可能なピッチ角度調整装置２０を備えてもよい。以下の説明では、姿勢制御システムＳが回転数調整手段およびピッチ角度調整装置２０を備える場合について説明する。また、以下の説明では、第１ポッド２Ａが備える構成を主に説明する。第２ポッド２Ｂも第１ポッド２Ａと同様の構成を備えるため、第２ポッド２Ｂに関する説明を省略する。

【0036】

図２に示されるように、第１ポッド２Ａの後端部の第１ハブ５Ａには、第１ブレード６Ａが取り付けられており、第１ブレード６Ａは、第１ハブ５Ａと一体的に回転可能になっている。第１タービン４Ａの回転は、回転軸１６を介して発電機１７に伝達される。回転軸１６は、たとえば第１ポッド２Ａの中心軸線に沿って設けられている。

【0037】

海流発電装置１において、第１ブレード６Ａのピッチ角度は可変になっている。上記したピッチ角度調整装置２０は、油圧式駆動装置２１と、ブレード軸２２とを備える。より詳細には、各第１ブレード６Ａの基端部のブレード軸には、油圧式駆動装置２１が連結されている。油圧式駆動装置２１は、たとえば第１ハブ５Ａ内に搭載される。油圧式駆動装置２１は、たとえば、歯車機構を含んでいる。油圧式駆動装置２１としては、公知の機構を用いることができる。油圧式駆動装置２１は、制御部２５によって制御されて、第１ブレード６Ａのピッチ角度を任意の角度に調整可能である。油圧式駆動装置２１によって一方の第１ブレード６Ａがブレード軸２２を中心に回転させられると同時に、他方の第１ブレード６Ａが、ブレード軸２２を中心に同じ角度だけ回転させられる。これと同様にして、第２ブレード６Ｂのピッチ角も、可変になっている。すなわち、第２タービン４Ｂにも、ピッチ角度調整装置２０が設けられている。なお、第１ブレード６Ａおよび第２ブレード６Ｂのピッチ角度を変化させる機構として、油圧式駆動装置２１に限られず、サーボモータ等が用いられてもよい。回転数調整手段のみによって海流発電装置１の姿勢が調整される場合、第１ブレード６Ａおよび第２ブレード６Ｂのピッチ角度は可変でなく、固定されていてもよい。

【0038】

第１ポッド２Ａには、第１タービン４Ａの回転数を検出するレゾルバが搭載されている。第１タービン４Ａの回転数を検出するための検出機構として、レゾルバに限られず、エンコーダ等のセンサが用いられてもよい。レゾルバや回転数センサ等は、検出した第１タービン４Ａの回転数（第１ブレード６Ａの回転数）を制御部２５に逐次出力する。また、油圧式駆動装置２１には、駆動量を計測するセンサが搭載されている。

【0039】

第１ポッド２Ａ内には、海流発電装置１の姿勢の傾斜を検出するジャイロセンサ２３が設けられている。ジャイロセンサ２３は、海流発電装置１のロール方向、ピッチ方向、およびヨー方向の傾斜角度を検出する。ジャイロセンサ２３は、検出した各傾斜角度を、制御部２５に逐次出力する。なお、第１ポッド２Ａ内に、海流発電装置１の深度を計測する深度センサ（圧力センサ）が設けられてもよい。

【0040】

第１ポッド２Ａ内には、上記した回転数調整手段としての発電機１７およびブレーキ装置３０が設けられている。発電機１７は、たとえばインバータ１７ａを備えている。発電機１７は、インバータ１７ａが電気的に制御されることにより、回転軸１６に対する負荷トルクを調整可能である。発電機１７は、負荷トルクの調整により、第１タービン４Ａの回転数（第１ブレード６Ａの回転数）を調整する。発電機１７は、油圧ドライブトレイン等であってもよい。ブレーキ装置３０は、たとえば回転軸１６に接続されている。ブレーキ装置３０は、たとえば摩擦力を用いて第１タービン４Ａの回転数を低減させるパッド等を備えており、第１タービン４Ａにブレーキ力を作用させ得る。ブレーキ装置３０は、たとえば油圧ブレーキ装置等であってもよい。ブレーキ装置３０は、ブレーキ力の調整により、第１タービン４Ａの回転数（第１ブレード６Ａの回転数）を調整する。なお、回転数調整手段として、発電機１７およびブレーキ装置３０のいずれか一方が用いられてもよい。なお、回転数調整手段として、たとえば減速比を変更するギヤ機構等が用いられてもよい。

【0041】

姿勢制御システムＳは、第１ポッド２Ａの外部との間で海水を注排水して海流発電装置１全体の重量を変化させる浮力調整装置（図示せず）を備えてもよい。浮力調整装置は、第１ポッド２Ａ内に設けられたタンクと、タンクと第１ポッド２Ａの外部とを接続する注排水管と、注排水管に設けられたポンプとを含んでもよい（いずれも図示せず）。

【0042】

海流発電装置１には、各センサからの情報を得て各アクチュエータ等を制御し、海流発電装置１全体を制御する制御部２５が設けられている。この制御部２５は、姿勢制御システムＳの一部を構成している。制御部２５は、ジャイロセンサ２３によって検出された海流発電装置１のピッチ方向の傾斜角度に応じて、発電機１７のインバータ１７ａおよび／またはブレーキ装置３０を制御する。また、制御部２５は、浮力調整装置を制御して、海流発電装置１全体の浮力を調整する。制御部２５は、たとえば、第１ポッド２Ａ内に設けられている。制御部２５は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。

【0043】

制御部２５には、海流発電装置１の姿勢制御に用いられる、ピッチ方向の傾斜角度に関する２つの閾値が予め記憶されている。制御部２５は、ロール方向の閾値を記憶していてもよい。制御部２５は、ピッチ方向の閾値として、第１閾値および第２閾値を記憶している。第２閾値は、第１閾値よりも大きい。第１閾値および第２閾値は、たとえば、海流発電装置１が有している、重心および浮心に基づく復原力の許容モーメントに基づいて決められ得る。

【0044】

本実施形態の海流発電装置１では、第１係留ロープ１１Ａおよび第２係留ロープ１１Ｂは、海流発電装置１の前方下部に接続されている。すなわち、係留点１２Ａおよび係留点１２Ｂは、海流発電装置１における第１回転軸線Ｌ１および第２回転軸線Ｌ２よりも下の部分に設けられている。より詳細には、係留点１２Ａは第１ポッド２Ａの前方下部に設けられ、係留点１２Ｂは第２ポッド２Ｂの前方下部に設けられる。係留点１２Ａと係留点１２Ｂとは、回転軸線Ｌ１および回転軸線Ｌ２の両方に平行であって回転軸線Ｌ１および回転軸線Ｌ２から等距離にある仮想平面に関して、面対称の位置にある。

【0045】

第１ポッド２Ａに対する第１係留ロープ１１Ａの接続構造について説明する。なお、第２ポッド２Ｂに対する第２係留ロープ１１Ｂの接続構造は、第１ポッド２Ａに対する第１係留ロープ１１Ａの接続構造と同様である。係留点１２Ａは、円筒状の第１ポッド２Ａの円筒面上に設けられている。たとえば、第１ポッド２Ａの円筒面に対して、外側に突出する平板状のリブが固定される。リブには貫通孔が形成されている。たとえば、その貫通孔に挿通されたボルトと、ボルトに取り付けられたＵ字状の接続金具と、ナットとによって第１係留ロープ１１Ａの接続構造が構成される。Ｕ字状の接続金具に、第１係留ロープ１１Ａの上端が接続される。第１係留ロープ１１Ａは、第１ポッド２Ａに対して回転可能に接続されている。したがって、第１ポッド２Ａに対する第１係留ロープ１１Ａの角度は、自由に変わり得る。係留ロープの接続構造は上記に限られず、他の公知の接続構造が採用されてもよい。

【0046】

係留点１２Ａの位置は、海流発電装置１の重心ＧＣおよび浮心ＢＣの位置に対しても重要な意味をもつ。図３に示されるように、海流発電装置１の重心ＧＣは、たとえば第１回転軸線Ｌ１より下部に位置する。海流発電装置１の浮心ＢＣは、たとえば第１回転軸線Ｌ１より上部に位置する。

【0047】

なお、図３においては、重心ＧＣおよび浮心ＢＣの位置が左右方向に投影されて示されている。重心ＧＣおよび浮心ＢＣの図示は、図４、図６および図７においても同様である。重心ＧＣおよび浮心ＢＣは、たとえば、上記した装置中央の仮想平面上に位置する。重心ＧＣは、第１回転軸線Ｌ１および第２回転軸線Ｌ２を含む平面より下に位置し、浮心ＢＣは、第１回転軸線Ｌ１および第２回転軸線Ｌ２を含む平面より上に位置する。

【0048】

重心ＧＣが浮心ＢＣよりも下に位置することは必要である。

【0049】

係留点１２Ａは、重心ＧＣおよび浮心ＢＣより前方に設けられている。すなわち、第１タービン４Ａは第１ポッド２Ａの第１回転軸線Ｌ１における後端に設けられているが、係留点１２Ａは、第１タービン４Ａとは反対側である前端側の部分に設けられている。より詳細には、係留点１２Ａは、第１ポッド２Ａの前端面（すなわち円筒面を塞ぐ端面）ではなく、その前端面よりも幾らか後部に設けられている。係留点１２Ａは、重心ＧＣよりも下の部分に設けられている。

【0050】

このように、係留点１２Ａは、第１ポッド２Ａの円筒面の前方下部に設けられている。この係留点１２Ａの配置は、大きな復元モーメントを発生させ得るため、海流発電装置１の姿勢の安定に寄与する。係留点１２Ａおよび係留点１２Ｂの位置は、海流発電装置１を一つの剛体とみなした上で決定され得る。なお、タービン推力によるピッチ方向の姿勢制御の観点では、係留点１２Ａは第１回転軸線Ｌ１よりも下の部分に設けられればよい。この条件さえ満たせば、どこに係留点１２Ａがあったとしても復元モーメントが発生し得るため、姿勢制御が可能である。

【0051】

なお、本実施形態とは異なり、係留点がポッドの上部に設けられた場合、海流発電装置が水面に浮上した際に、係留ロープの重さや張力によって海流発電装置の姿勢が傾く可能性がある。海流発電装置１では、係留点１２Ａが第１ポッド２Ａの下部に設けられているので、海流発電装置１が水面に浮上した際にも、姿勢の安定が図られる。

【0052】

続いて、姿勢制御システムＳによる、海流発電装置１の姿勢制御方法について説明する。まず、海流発電装置１は、海水中に浮遊しており、海水の流れを受けて、通常運転状態にある。図５に示されるように、制御部２５は、ジャイロセンサ２３によって検出された海流発電装置１のピッチ方向の傾斜角度を取得する（ステップＳ０１；検出ステップ）。そして、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ０２）。

【0053】

海流発電装置１の運転中においては、流れの変化や何らかの外力（浮遊物や水棲生物の衝突等）によって、海流発電装置１のピッチ方向またはロール方向の姿勢が変化することがある。たとえば、図４に示されるように、外乱により、ピッチ方向の姿勢が崩れた状態が生じ得る。この場合、海流発電装置１の前部が後部よりも低くなっており、負の方向にピッチングが生じている。これは、いわゆる「頭下がり」の状態である。

【0054】

制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値以上であると判断すると（ステップＳ０２：ＮＯ）、インバータ１７ａおよび／またはブレーキ装置３０を制御して、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂの回転数を変更する（ステップＳ０３；回転数変更ステップ）。なお、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値未満であると判断すると（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、ステップＳ０１の処理に戻る。ここで、浮力調整装置による姿勢制御を実施してもよい。浮力調整装置による姿勢制御は、公知の方法に従って行うことができる。

【0055】

制御部２５は、たとえば図４に示される「頭下がり」の状態の場合には、ステップＳ０３において、タービン推力が大きくなるように、電磁ブレーキまたは抵抗ブレーキを弱める。それによって、制御部２５は、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂにおける回転数を増大させる。制御部２５は、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂに対して、同一の回転数増大制御を実施してもよいが、異なる回転数増大制御を実施してもよい。以下、タービン推力をスラスト力ともいう。

【0056】

制御部２５は、タービン推力が大きくなるように、第１ブレード６Ａおよび第２ブレード６Ｂのピッチ角度を変更してもよい。たとえば、流れＦＬ（図１参照）に対して第１ブレード６Ａの向きがなす角度が大きいほど、第１ブレード６Ａはその回転方向に回転しやすく、スラスト力Ｆを受けやすい。流れＦＬに対して第１ブレード６Ａの向きがなす角度が小さいほど、第１ブレード６Ａはその回転方向に回転しにくく、スラスト力Ｆを受けにくい。スラスト力Ｆを減少させるには、ブレード６Ａ，６Ｂに作用するスラスト力を減少させる。たとえば、第１ブレード６Ａがスラスト力Ｆを受けにくいようにピッチ角度を変更するということは、第１ブレード６Ａの向きを流れＦＬの方向に近づけることを意味する。これとは逆に、第１ブレード６Ａがスラスト力Ｆを受けやすいようにピッチ角度を変更するということは、第１ブレード６Ａの向きを流れＦＬの方向から遠ざけることを意味する。

【0057】

図６および図７を参照して、スラスト力Ｆの変化に伴って発生するモーメントについて説明する。図６は、海流発電装置１における力のつり合いを示す図である。図７は、海流発電装置１の重心ＧＣ周りにおけるモーメントのつり合いを示す図である。図６および図７では、海流発電装置１に作用するそれぞれの力が、左右方向に投影して示されている。スラスト力、張力、および流体抗力など、第１ポッド２Ａおよび第２ポッド２Ｂのそれぞれに作用する力は、１つの合力として考えられてもよい。

【0058】

図６に示されるように、海流発電装置１では、浮心ＢＣにかかる浮力、重心ＧＣにかかる重力、タービンの軸方向にかかるスラスト力、係留ロープからの張力、および、流れＦＬから受ける流体抗力の間で、次の関係式が成り立つ。

【0059】

機体（海流発電装置１）の水平方向では、式（１）の関係が成り立つ。

【数1】

機体の垂直方向では、式（２）の関係が成り立つ。

【数2】

ここで、
Ｂ:浮力、
Ｇ:重力、
Ｆ:スラスト力、
Ｔ：張力、
θ:タービンの軸線と係留ロープの角度、
Ｒ:流体抗力、
Ｒｖ:流体抗力の鉛直成分、
Ｒｈ:流体抗力の垂直成分、である。

【0060】

また、図７に示されるように、重心ＧＣ周りにおけるモーメントのつり合いは、式（３）のとおりである。

【数3】

ここで、
ｈ_Ｆ：機体の垂直方向におけるタービンの軸線と重心との間の距離、
ｈ_Ｒ：機体の垂直方向における流体抗力の作用点と重心との間の距離、
ｈ_Ｔ：機体の垂直方向における重心と係留点との間の距離、
Ｌ_Ｂ：機体の水平方向における浮心と重心との間の距離、
Ｌ_Ｒ：機体の水平方向における重心と流体抗力の作用点との間の距離、
Ｌ_Ｔ：機体の水平方向における重心と係留点との間の距離、である。

【0061】

しかし、海流発電装置１に対して外乱が付加される場合がある。そこで、制御量ΔＦ×ｈ_Ｆを付加することで、式（４）に示されるように、外乱成分を打ち消す。

【数4】

制御量ΔＦ×ｈ_Ｆはスラスト力の増減量である。制御量ΔＦ×ｈ_Ｆは、タービンの回転数、および／または、タービンのブレードのピッチ角度によって制御され得る。

【0062】

図５に戻り、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値未満であるか否かを再び判断する（ステップＳ０４）。制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値未満であると判断すると（ステップＳ０４：ＹＥＳ）、ステップＳ０１の処理に戻り、浮力調整装置のみによる姿勢の修正を実施する。一方、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値以上であると判断すると（ステップＳ０４：ＮＯ）、再びステップＳ０３の回転数の変更処理を実施する。

【0063】

図４に示される「頭下がり」の状態の場合に、制御部２５が、ステップＳ０３においてスラスト力を増大させることにより、モーメントのつり合いを示す式（４）の左辺に制御量ΔＦ×ｈ_Ｆが加わり、係留点周りのモーメントＭが発生する（図４参照）。これにより、モーメントＭは頭上げの方向に発生し、海流発電装置１の後部が下がる。そして、海流発電装置１は、図３に示される定常状態に戻る。この場合の制御量ΔＦ×ｈ_Ｆは、スラスト力の増加量（正の値）である。このように、モーメントＭは、海流発電装置１の姿勢を修正（すなわち復元）するための復元モーメントである。

【0064】

また、図４とは逆に、海流発電装置１の後部が前部よりも低くなっており、正の方向にピッチングが生じている場合、すなわち、「頭上がり」の状態では、制御部２５は、スラスト力（タービン推力）が小さくなるように、電磁ブレーキまたは抵抗ブレーキを強める。それによって、制御部２５は、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂにおける回転数を減少させる。なお、制御部２５は、スラスト力が小さくなるように、第１ブレード６Ａおよび第２ブレード６Ｂのピッチ角度を変更してもよい。

【0065】

制御部２５が、ステップＳ０３においてスラスト力を減少させることにより、モーメントのつり合いを示す式（４）の左辺が減少し、係留点周りのモーメントが減少する。これにより、モーメントは頭下げの方向に発生し、海流発電装置１の後部が上がる。そして、海流発電装置１は、図３に示される定常状態に戻る。この場合の制御量ΔＦ×ｈ_Ｆは、スラスト力の減少量（負の値）である。

【0066】

本実施形態の姿勢制御システムおよび姿勢制御方法では、係留ロープによって係留された水中浮遊式発電装置が水中を浮遊し、発電用タービンが回転することで、発電が行われる。制御部は、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の傾斜角度に応じて、発電用タービンの回転数を変更する。発電用タービンの回転数が変更されると、発電用タービンの推力は変化する。ここで、係留ロープの一端は、水中浮遊式発電装置における回転軸線よりも下の部分に設けられた係留点に接続されている。このように係留点が下部に設けられた結果、回転軸線方向の推力は、係留点を中心にモーメントを発生させる。発生したモーメントは、ピッチ方向に関して、水中浮遊式発電装置の姿勢を安定させるように作用する。これにより、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢が修正され得る。水中浮遊式発電装置には、流体をポンプにより移動してその重心を変更させる姿勢調整装置が設けられ得る。姿勢調整装置によっても、ピッチ方向の姿勢を修正することは可能である。しかし、本実施形態の姿勢制御システムは、姿勢調整装置によるピッチ方向の姿勢修正を必要としない。推力に基づいて発生するモーメントは、姿勢調整装置を用いる場合に比して、ピッチ方向の姿勢修正に関する応答性を高めている。そのため、急激な姿勢変化にも対応することができる。また、ピッチ方向の姿勢修正に必要な消費電力量を少なくすることもできる。姿勢調整装置をピッチ方向の姿勢修正のためにも用いる場合に比して、姿勢調整装置のサイズを小さくすることができる。

【0067】

また、制御部によって、発電用タービンの回転数と第２発電用タービンの回転数とが変更されるので、水中浮遊式発電装置のピッチ方向の姿勢のみならず、ロール方向の姿勢を制御することができる。

【0068】

発電用タービンが、水流の向きを基準としてポッドの下流側に配置されるダウンウィンド型のタービンである場合、発電用タービンとは反対側である上流側に係留点が設けられることになる。この場合、推力は、より大きな復元モーメントを発生させる。これにより、姿勢の修正効果（たとえば応答性など）が高められる。

【0069】

係留点がポッドの円筒面上に設けられる場合、係留点が回転軸線方向におけるポッドの端面やクロスビーム（連結部）に設けられる場合に比して、推力は、より大きな復元モーメントを発生させる。これにより、姿勢の修正効果（たとえば応答性など）が高められる。

【0070】

姿勢制御システムＳでは、元々設けられている発電機１７を用いて回転数を調整し姿勢を制御するため、別途の手段を要さず、効率的な姿勢の制御が可能である。

【0071】

姿勢制御システムＳでは、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂに設けられたブレーキ装置３０を用いて回転数を調整し姿勢を制御するため、別途の手段を要さず、効率的な姿勢の制御が可能である。

【0072】

本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。

【0073】

たとえば、第１閾値による判断に加えて、さらに大きい第２閾値による判断を付加してもよい。その場合、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値以上であると判断すると、浮力調整装置における貯水量を変更する。その後、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第１閾値以上であると判断すると、海流発電装置１の傾斜角度が第２閾値未満であるか否かを判断する。制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第２閾値未満であると判断すると、浮力調整装置における貯水量を変更する。制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第２閾値以上であると判断すると、回転数および／またはブレードのピッチ角度の変更制御を実施する。そして、制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第２閾値未満であるか否かを判断し、その傾斜角度が第２閾値以上であると判断すると、再び回転数および／またはブレードのピッチ角度の変更制御を実施する。制御部２５は、海流発電装置１の傾斜角度が第２閾値未満であると判断すると、再び傾斜角度を取得する。なお、上記の第２閾値に代えて、第１閾値を用いてもよい。このように、姿勢制御システムＳによる姿勢制御と浮力調整装置による姿勢制御とを併用してもよい。

【0074】

クロスビーム３に、１つ又は複数の係留点が設けられてもよい。その場合でも、係留点は前方かつ下部に設けられることが望ましい。クロスビーム３が、第１回転軸線Ｌ１および第２回転軸線Ｌ２を含む平面より下に設けられてもよい。クロスビーム３が低い位置に設置されると、重心ＧＣがタービンスラストの力点から離れ得る。これにより、タービンスラスト力による制御量（すなわち復元モーメント）が大きくなり、姿勢制御が容易になる。海流発電装置１は一つの剛体とみなされるので、係留点は、その剛体に含まれるどの部材に設けられてもよい。

【0075】

１本の係留ロープが海流発電装置１に接続されていてもよい。すなわち、係留点は１つであってもよい。その場合、係留点は、上記した装置中央の仮想平面上に位置してもよい。

【0076】

制御部２５は、回転数の変更制御と、ブレードのピッチ角度の変更制御との両方を実施してもよい。制御部２５が回転数の変更制御を実施する場合に、ブレードのピッチ角度は可変でなく固定されていてもよい。制御部２５がブレードのピッチ角度の変更制御を実施する場合に、回転数調整手段が省略されてもよい。ピッチ角度の変更制御のみであっても、上記した応答性の高さ、省電力、および姿勢調整装置の小型化といった効果を奏する。

【0077】

本発明の一態様は、単発タービンからなる水中浮遊式発電装置であってもよい。その場合に、１つの発電用ポッドが設けられ、そのポッドの後端または前端に、二重反転ロータ機構が設けられてもよい。単発タービンからなる水中浮遊式発電装置の場合でも、上記した実施形態における姿勢制御方法と同じ方法で、姿勢制御が可能である。

【0078】

本発明の一態様は、３つ以上のポッドおよび３つ以上のタービンを備えた水中浮遊式発電装置であってもよい。その場合、第１端側のみに全タービンが設けられ、係留点が第２端側の部分に設けられてもよい。第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂは、アップウィンド型のタービンであってもよい。その場合には、係留点は、第１タービン４Ａおよび第２タービン４Ｂと同じ側（第１端側）に設けられてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１ 海流発電装置（水中浮遊式発電装置）
２Ａ 第１ポッド（ポッド）
２Ｂ 第２ポッド
３ クロスビーム（連結部）
４Ａ 第１タービン（発電用タービン）
４Ｂ 第２タービン（第２発電用タービン）
６Ａ 第１ブレード（ブレード）
６Ｂ 第２ブレード
１１Ａ 第１係留ロープ
１１Ｂ 第２係留ロープ
１２Ａ 係留点
１２Ｂ 係留点
１６ 回転軸
１７ 発電機（回転数調整手段）
１７ａ インバータ（回転数調整手段）
２０ ピッチ角度調整装置
２３ ジャイロセンサ（検出部）
２５ 制御部
３０ ブレーキ装置（回転数調整手段）
ＢＣ 浮心
ＧＣ 重心
Ｌ１ 第１回転軸線（回転軸線）
Ｌ２ 第２回転軸線
Ｓ 姿勢制御システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】