(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】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】風力・波力複合式発電装置
(51)【国際特許分類】
F03B 13/14 20060101AFI20221213BHJP
F03D 3/06 20060101ALI20221213BHJP
F03D 13/25 20160101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
F03B13/14
F03D3/06 F
F03D13/25
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019058552
(22)【出願日】2019-03-26
(65)【公開番号】P2020159262
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2022-02-14
(73)【特許権者】
【識別番号】302060926
【氏名又は名称】株式会社フジタ
(74)【代理人】
【識別番号】100089875
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 茂
(72)【発明者】
【氏名】田 啓祥
(72)【発明者】
【氏名】馮 徳民
【審査官】松浦 久夫
(56)【参考文献】
【文献】特許第４８２１００８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１１－１９０７６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２３８２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－９６３７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２０１２１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／０８００４３（ＷＯ，Ａ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０３Ｂ １３／１４
Ｆ０３Ｄ ３／０６
Ｆ０３Ｄ １３／２５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
海面に浮かぶ浮体と、前記浮体に支持され前記浮体の上方に突出する上下方向に延在する回転軸を有する発電機と、
前記回転軸に取着され風を受けることにより前記回転軸を回転させる羽根体と、
前記回転軸に設けられ前記浮体の傾動に伴う鉛直線に対する前記回転軸の傾動により、前記羽根体で回転される前記回転軸の回転方向と同一の方向に前記回転軸を回転させるジャイロ機構と、
を備えることを特徴とする風力・波力複合式発電装置。
【請求項2】
前記ジャイロ機構は、前記回転軸に、この回転軸と直交する軸線回り回転可能に支持されたフライホイールと、
前記フライホイールに回転力を付与するスピンモータとを備える、
ことを特徴とする請求項１記載の風力・波力複合式発電装置。
【請求項3】
前記フライホイールは前記回転軸を挟んで同一の前記軸線上に２つ設けられ、２つの前記フライホイールは互いに反対方向に回転する、
ことを特徴とする請求項２記載の風力・波力複合式発電装置。
【請求項4】
前記浮体は、前記浮体の上部を構成する上壁を備え、前記発電機は前記上壁の下方の前記浮体の箇所に設けられ、
前記上壁に前記回転軸が挿通される挿通孔が設けられ、
前記挿通孔に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と前記軸受を前記挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とが設けられ、
前記発電機は、発電機本体を有し、
前記回転軸は、前記発電機本体の内部に位置する内部回転軸と、前記発電機本体の外部に位置し前記内部回転軸と動力伝達機構を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結された外部回転軸を含んで構成され、
前記羽根体と前記ジャイロ機構は前記外部回転軸に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の風力・波力複合式発電装置。
【請求項5】
前記内部回転軸の上部に下方に凸の球面からなる軸受面を有する軸受部材が前記内部回転軸と一体に回転可能に設けられ、前記外部回転軸の下端は前記軸受面に載置され、
前記動力伝達機構は前記外部回転軸と前記軸受部材とを連結している、
ことを特徴とする請求項４記載の風力・波力複合式発電装置。
【請求項6】
前記浮体は、前記浮体の上部を構成する上壁を備え、前記発電機は前記上壁の下方の前記浮体の箇所に設けられ、
前記上壁に前記回転軸が挿通される挿通孔が設けられ、
前記挿通孔に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と前記軸受を前記挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とが設けられ、
前記発電機は、前記浮体の箇所において前記回転軸の下端を中心に傾動可能に支持されている、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の風力・波力複合式発電装置。
【請求項7】
前記羽根体は前記上壁の上方に位置する前記外部回転軸の箇所に設けられ、前記ジャイロ機構は前記上壁の下方に位置する前記外部回転軸の箇所に設けられている、
ことを特徴とする請求項４から６の何れか１項記載の風力・波力複合式発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力・波力複合式発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
風力発電装置として、垂直軸の回りに複数の羽根体を取り付けた風車を設け、風力によって風車を回転させることで垂直軸に結合された発電機を駆動して発電を行なう垂直軸型風力発電装置が提案されている（特許文献１参照）。
また、波力発電装置として、ドーナツ状の浮体の中央部にコントロールモーメントジャイロを設け、波浪による浮体の揺れによってコントロールモーメントジャイロのジンバルを回転させ発電機を駆動して発電するジャイロ式波力発電装置が提案されている（特許文献２参照）。
また、波力発電装置として、ドーナツ状の浮体の中央部にコントロールモーメントジャイロを設け、波浪による浮体の揺れによってコントロールモーメントジャイロのジンバルを回転させ発電機を駆動して発電するジャイロ式波力発電装置が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第４７６９２３６号
【文献】特許第４４６９６２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、風力発電装置、波力発電装置の何れもそれぞれ単独ではエネルギー利用率がそれほど高くないため、発電量を確保する上で改善の余地がある。
そこで、風力発電装置および波力発電装置の双方を浮体に併設することで発電量を確保することが考えられるが、単に２つの発電装置を設けただけでは発電装置の設置スペースが大きくなってしまう。
また、上記の波力発電装置は、浮体がコントロールモーメントジャイロを収容するためにドーナツ状を呈する特殊な形状となっている。
そのため、例えば、既存の漁船などを浮体として利用して発電装置を構成する場合、限られた漁船のスペースを有効に利用する上で不利となり、また、漁船の大掛かりな改造が必要となるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発電量を確保すると共に、設置スペースのコンパクト化、設置の簡単化を図る上で有利な風力・波力複合式発電装置を提供することを目的とする。
そこで、風力発電装置および波力発電装置の双方を浮体に併設することで発電量を確保することが考えられるが、単に２つの発電装置を設けただけでは発電装置の設置スペースが大きくなってしまう。
また、上記の波力発電装置は、浮体がコントロールモーメントジャイロを収容するためにドーナツ状を呈する特殊な形状となっている。
そのため、例えば、既存の漁船などを浮体として利用して発電装置を構成する場合、限られた漁船のスペースを有効に利用する上で不利となり、また、漁船の大掛かりな改造が必要となるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発電量を確保すると共に、設置スペースのコンパクト化、設置の簡単化を図る上で有利な風力・波力複合式発電装置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】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明は、海面に浮かぶ浮体と、前記浮体に支持され前記浮体の上方に突出する上下方向に延在する回転軸を有する発電機と、前記回転軸に取着され風を受けることにより前記回転軸を回転させる羽根体と、前記回転軸に設けられ前記浮体の傾動に伴う鉛直線に対する前記回転軸の傾動により、前記羽根体で回転される前記回転軸の回転方向と同一の方向に前記回転軸を回転させるジャイロ機構とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記ジャイロ機構は、前記回転軸に、この回転軸と直交する軸線回り回転可能に支持されたフライホイールと、前記フライホイールに回転力を付与するスピンモータとを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記フライホイールは前記回転軸を挟んで同一の前記軸線上に２つ設けられ、２つの前記フライホイールは互いに反対方向に回転することを特徴とする。
また、本発明は、前記浮体は、前記浮体の上部を構成する上壁を備え、前記発電機は前記上壁の下方の前記浮体の箇所に設けられ、前記上壁に前記回転軸が挿通される挿通孔が設けられ、前記挿通孔に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と前記軸受を前記挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とが設けられ、前記発電機は、発電機本体を有し、前記回転軸は、前記発電機本体の内部に位置する内部回転軸と、前記発電機本体の外部に位置し前記内部回転軸と動力伝達機構を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結された外部回転軸を含んで構成され、前記羽根体と前記ジャイロ機構は前記外部回転軸に設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記内部回転軸の上部に下方に凸の球面からなる軸受面を有する軸受部材が前記内部回転軸と一体に回転可能に設けられ、前記外部回転軸の下端は前記軸受面に載置され、前記動力伝達機構は前記外部回転軸と前記軸受部材とを連結していることを特徴とする。
また、本発明は、前記浮体は、前記浮体の上部を構成する上壁を備え、前記発電機は前記上壁の下方の前記浮体の箇所に設けられ、前記上壁に前記回転軸が挿通される挿通孔が設けられ、前記挿通孔に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と前記軸受を前記挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とが設けられ、前記発電機は、前記浮体の箇所において前記回転軸の下端を中心に傾動可能に支持されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記羽根体は前記上壁の上方に位置する前記外部回転軸の箇所に設けられ、前記ジャイロ機構は前記上壁の下方に位置する前記外部回転軸の箇所に設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ジャイロ機構は、前記回転軸に、この回転軸と直交する軸線回り回転可能に支持されたフライホイールと、前記フライホイールに回転力を付与するスピンモータとを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記フライホイールは前記回転軸を挟んで同一の前記軸線上に２つ設けられ、２つの前記フライホイールは互いに反対方向に回転することを特徴とする。
また、本発明は、前記浮体は、前記浮体の上部を構成する上壁を備え、前記発電機は前記上壁の下方の前記浮体の箇所に設けられ、前記上壁に前記回転軸が挿通される挿通孔が設けられ、前記挿通孔に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と前記軸受を前記挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とが設けられ、前記発電機は、発電機本体を有し、前記回転軸は、前記発電機本体の内部に位置する内部回転軸と、前記発電機本体の外部に位置し前記内部回転軸と動力伝達機構を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結された外部回転軸を含んで構成され、前記羽根体と前記ジャイロ機構は前記外部回転軸に設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記内部回転軸の上部に下方に凸の球面からなる軸受面を有する軸受部材が前記内部回転軸と一体に回転可能に設けられ、前記外部回転軸の下端は前記軸受面に載置され、前記動力伝達機構は前記外部回転軸と前記軸受部材とを連結していることを特徴とする。
また、本発明は、前記浮体は、前記浮体の上部を構成する上壁を備え、前記発電機は前記上壁の下方の前記浮体の箇所に設けられ、前記上壁に前記回転軸が挿通される挿通孔が設けられ、前記挿通孔に前記回転軸を回転可能に支持する軸受と前記軸受を前記挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とが設けられ、前記発電機は、前記浮体の箇所において前記回転軸の下端を中心に傾動可能に支持されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記羽根体は前記上壁の上方に位置する前記外部回転軸の箇所に設けられ、前記ジャイロ機構は前記上壁の下方に位置する前記外部回転軸の箇所に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、昼間、夜間に拘わらず、波浪が生じれば発電がなされることは無論のこと、風および波浪の双方が生じた場合は、風力による回転力と、ジャイロ機構による回転力との双方により回転軸が回転されるため、回転軸の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上で有利となる。
また、浮体に互いに独立した風力発電装置と波力発電装置を併設する場合に比較して回転軸、発電機が１つで足りるため、発電装置の設置スペースのコンパクト化を図る上で有利となる。
また、既存の漁船などの船舶を浮体として利用でき、設置の簡単化を図る上で有利となる。
また、回転する外部回転軸によりジャイロ効果が発揮され、浮体の姿勢が安定するので浮体の過剰な揺れを抑制する上で有利となる。
また、ジャイロ機構を、回転軸に回転可能に支持されたフライホイールとフライホイールに回転力を付与するスピンモータとを備えたものとすると、ジャイロ機構を簡単に構成する上で有利となる。
また、フライホイールとして互いに反対方向に回転する２つのフライホイールを設けると、２つのフライホイールの歳差運動によって回転軸に作用する回転力がより大きなものとなるため、回転軸の回転が増速され、発電効率を高め発電量を確保する上でより有利となる。
また、浮体の上壁の挿通孔に回転軸を回転可能に支持する軸受と軸受を挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とを設け、回転軸を、発電機本体の内部に位置する内部回転軸と、発電機本体の外部に位置し内部回転軸と動力伝達機構を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結された外部回転軸とを含んで構成すると、風力による回転力と、フライホイールの歳差運動による回転力との双方により回転軸が回転されるため、回転軸の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上で有利となる。
また、回転軸の傾動により粘弾性部材が挿通孔の径方向に変形することでエネルギー吸収機能を発揮するため、外部回転軸に作用する応力を軽減する上で有利となる。
また、粘弾性部材の変形により外部回転軸がより傾動しやすくなるため、回転する外部回転軸によるジャイロ効果がより発揮され、浮体の過剰な揺れを抑制する上でより有利となる。
また、軸受面を有する軸受部材を内部回転軸と一体に回転可能に設け、外部回転軸の下端を軸受面に載置されるようにすると、簡単な構成により外部回転軸がジャイロ効果を発揮させる上で有利となる。
また、浮体の上壁の挿通孔に回転軸を回転可能に支持する軸受と軸受を挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とを設け、発電機を浮体の箇所において回転軸の下端を中心に傾動可能に支持すると、風力による回転力と、フライホイールの歳差運動による回転力との双方により回転軸が回転されるため、回転軸の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上で有利となる。
また、回転軸の傾動により粘弾性部材が挿通孔の径方向に変形することでエネルギー吸収機能を発揮するため、外部回転軸に作用する応力を軽減する上で有利となる。
また、粘弾性部材の変形により外部回転軸がより傾動しやすくなるため、回転する外部回転軸によるジャイロ効果がより発揮され、浮体の過剰な揺れを抑制する上でより有利となる。
また、発電機、ジャイロ機構を浮体の上壁の下方に、また羽根体を浮体の上壁の上方に設置すると、直接海水に接触しないことから、耐久性の高い風力・波力複合式発電装置を得る上で有利となる。
また、浮体に互いに独立した風力発電装置と波力発電装置を併設する場合に比較して回転軸、発電機が１つで足りるため、発電装置の設置スペースのコンパクト化を図る上で有利となる。
また、既存の漁船などの船舶を浮体として利用でき、設置の簡単化を図る上で有利となる。
また、回転する外部回転軸によりジャイロ効果が発揮され、浮体の姿勢が安定するので浮体の過剰な揺れを抑制する上で有利となる。
また、ジャイロ機構を、回転軸に回転可能に支持されたフライホイールとフライホイールに回転力を付与するスピンモータとを備えたものとすると、ジャイロ機構を簡単に構成する上で有利となる。
また、フライホイールとして互いに反対方向に回転する２つのフライホイールを設けると、２つのフライホイールの歳差運動によって回転軸に作用する回転力がより大きなものとなるため、回転軸の回転が増速され、発電効率を高め発電量を確保する上でより有利となる。
また、浮体の上壁の挿通孔に回転軸を回転可能に支持する軸受と軸受を挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とを設け、回転軸を、発電機本体の内部に位置する内部回転軸と、発電機本体の外部に位置し内部回転軸と動力伝達機構を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結された外部回転軸とを含んで構成すると、風力による回転力と、フライホイールの歳差運動による回転力との双方により回転軸が回転されるため、回転軸の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上で有利となる。
また、回転軸の傾動により粘弾性部材が挿通孔の径方向に変形することでエネルギー吸収機能を発揮するため、外部回転軸に作用する応力を軽減する上で有利となる。
また、粘弾性部材の変形により外部回転軸がより傾動しやすくなるため、回転する外部回転軸によるジャイロ効果がより発揮され、浮体の過剰な揺れを抑制する上でより有利となる。
また、軸受面を有する軸受部材を内部回転軸と一体に回転可能に設け、外部回転軸の下端を軸受面に載置されるようにすると、簡単な構成により外部回転軸がジャイロ効果を発揮させる上で有利となる。
また、浮体の上壁の挿通孔に回転軸を回転可能に支持する軸受と軸受を挿通孔の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材とを設け、発電機を浮体の箇所において回転軸の下端を中心に傾動可能に支持すると、風力による回転力と、フライホイールの歳差運動による回転力との双方により回転軸が回転されるため、回転軸の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上で有利となる。
また、回転軸の傾動により粘弾性部材が挿通孔の径方向に変形することでエネルギー吸収機能を発揮するため、外部回転軸に作用する応力を軽減する上で有利となる。
また、粘弾性部材の変形により外部回転軸がより傾動しやすくなるため、回転する外部回転軸によるジャイロ効果がより発揮され、浮体の過剰な揺れを抑制する上でより有利となる。
また、発電機、ジャイロ機構を浮体の上壁の下方に、また羽根体を浮体の上壁の上方に設置すると、直接海水に接触しないことから、耐久性の高い風力・波力複合式発電装置を得る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】（Ａ）は第１の実施の形態に係る風力・波力複合式発電装置の側面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【図2】実施の形態に係る風力・波力複合式発電装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図3】ジャイロ機構の設計に関する説明図である。
【図4】（Ａ）は第２の実施の形態に係る風力・波力複合式発電装置の側面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の風力・波力複合式発電装置１０は、浮体１２と、発電機１４と、発電機１４の回転軸１６と、羽根体１８と、ジャイロ機構２０とを含んで構成されている。
浮体１２は、海面Ａに浮かぶものであり、下方に凸状の壁部で構成された浮体本体１２０２と、浮体本体１２０２の上縁全周を接続し浮体本体１２０２の上部を構成する上壁（甲板）１２０４とを備えている。
なお、図１において符号２２は浮体１２と海底Ｂとを結ぶことで浮体１２を係留する係留ロープを示す。
このような浮体１２として漁船などの既存の船舶を改造して利用することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の風力・波力複合式発電装置１０は、浮体１２と、発電機１４と、発電機１４の回転軸１６と、羽根体１８と、ジャイロ機構２０とを含んで構成されている。
浮体１２は、海面Ａに浮かぶものであり、下方に凸状の壁部で構成された浮体本体１２０２と、浮体本体１２０２の上縁全周を接続し浮体本体１２０２の上部を構成する上壁（甲板）１２０４とを備えている。
なお、図１において符号２２は浮体１２と海底Ｂとを結ぶことで浮体１２を係留する係留ロープを示す。
このような浮体１２として漁船などの既存の船舶を改造して利用することができる。
【0009】
発電機１４は、浮体１２に支持され、本実施の形態では、上壁１２０４の下方の浮体１２の箇所である底部１２０６に設けられ、したがって、浮体１２の内部に設けられている。
発電機１４は、発電機本体１４０２を有している。
発電機１４の回転軸１６は、浮体１２の上方に突出して上下方向に延在している。
本実施の形態では、回転軸１６は、発電機本体１４０２の内部に位置する内部回転軸１６Ａと、発電機本体１４０２の外部に位置し内部回転軸１６Ａと一体回転可能に連結された外部回転軸１６Ｂを含んで構成されている。
発電機１４は、外部回転軸１６Ｂと共に内部回転軸１６Ａが回転されることで、発電機本体１４０２の内部の回転子を回転させて発電を行なう。
発電機１４は、発電機本体１４０２を有している。
発電機１４の回転軸１６は、浮体１２の上方に突出して上下方向に延在している。
本実施の形態では、回転軸１６は、発電機本体１４０２の内部に位置する内部回転軸１６Ａと、発電機本体１４０２の外部に位置し内部回転軸１６Ａと一体回転可能に連結された外部回転軸１６Ｂを含んで構成されている。
発電機１４は、外部回転軸１６Ｂと共に内部回転軸１６Ａが回転されることで、発電機本体１４０２の内部の回転子を回転させて発電を行なう。
【0010】
また、浮体１２の上壁１２０４に外部回転軸１６Ｂが挿通される挿通孔１２１０が設けられている。
挿通孔１２１０には、外部回転軸１６Ｂを回転可能に支持する軸受２６が設けられている。
挿通孔１２１０には、外部回転軸１６Ｂを回転可能に支持する軸受２６が設けられている。
【0011】
羽根体１８は、外部回転軸１６Ｂに取着され風を受けることにより外部回転軸１６Ｂを回転させるものである。
本実施の形態では、羽根体１８は上壁１２０４の上方に位置する外部回転軸１６Ｂの箇所に設けられている。
羽根体１８は、外部回転軸１６Ｂの周方向に間隔をおいて複数設けられ、各羽根体１８は外部回転軸１６Ｂの上端寄りの箇所から上壁１２０４寄りの箇所にわたって延在する上下方向に縦長の矩形状を呈している。
なお、羽根体１８として、従来公知の様々な垂直軸型風力発電装置の羽根体１８が使用可能である。
本実施の形態では、羽根体１８は上壁１２０４の上方に位置する外部回転軸１６Ｂの箇所に設けられている。
羽根体１８は、外部回転軸１６Ｂの周方向に間隔をおいて複数設けられ、各羽根体１８は外部回転軸１６Ｂの上端寄りの箇所から上壁１２０４寄りの箇所にわたって延在する上下方向に縦長の矩形状を呈している。
なお、羽根体１８として、従来公知の様々な垂直軸型風力発電装置の羽根体１８が使用可能である。
【0012】
ジャイロ機構２０は、外部回転軸１６Ｂに設けられ浮体１２の傾動に伴う鉛直線Ｃに対する外部回転軸１６Ｂの傾動により、羽根体１８で回転される外部回転軸１６Ｂの回転方向と同一の方向に外部回転軸１６Ｂを回転させるものである。
本実施の形態では、ジャイロ機構２０は上壁１２０４の下方に位置する外部回転軸１６Ｂの箇所に設けられている。
図１、図２に示すように、ジャイロ機構２０は、フライホイール３２と、フライホイール室３４と、スピンモータ３６とを含んで構成され、浮体１２の内部に設けられている。
フライホイール３２は、外部回転軸１６Ｂと直交する軸線に沿って外部回転軸１６Ｂから突設された支軸３８に回転可能に支持され、したがって、フライホイール３２は、外部回転軸１６Ｂと直交する軸線回りに回転可能に支持されている。
また、後述する歳差運動による回転軸１６の回転の回転力、回転速度が適切なものとなるように、言い換えると、ジャイロ効果を確保しジャイロモーメントを調整するためにジャイロ機構２０は次のように設計される。
すなわち、図３に示すように、フライホイール３２の中心点３２０２と回転軸１６の中心軸１６１０との最短距離Ｌとしたとき、この最短距離Ｌを適宜設計し、また、フライホイール３２の中心点３２０２を通る中心軸３２０４と、支軸３８とがなす角度をθとしたとき、この角度θを０度以上４５度以下の範囲で適宜設計すればよい。
本実施の形態では、フライホイール３２は外部回転軸１６Ｂを挟んで同一の軸線上に互いに対向するように２つ設けられている。
フライホイール室３４は、各フライホイール３２を収容するものであり気密に構成され、図２に示す真空ポンプ４０によってフライホイール室３４が負圧となるように保持され、フライホイール３２の空気抵抗を低減し、スピンモータ３６の消費電力の抑制が図られている。
スピンモータ３６は、フライホイール３２に回転力を付与してフライホイール３２を高速回転させるものであり、本実施の形態では、スピンモータ３６は外部回転軸１６Ｂに取着されており、スピンモータ３６が図示しない動力伝達機構を介して２つのフライホイール３２を互いに反対方向に回転させるように構成されている。
本実施の形態では、ジャイロ機構２０は上壁１２０４の下方に位置する外部回転軸１６Ｂの箇所に設けられている。
図１、図２に示すように、ジャイロ機構２０は、フライホイール３２と、フライホイール室３４と、スピンモータ３６とを含んで構成され、浮体１２の内部に設けられている。
フライホイール３２は、外部回転軸１６Ｂと直交する軸線に沿って外部回転軸１６Ｂから突設された支軸３８に回転可能に支持され、したがって、フライホイール３２は、外部回転軸１６Ｂと直交する軸線回りに回転可能に支持されている。
また、後述する歳差運動による回転軸１６の回転の回転力、回転速度が適切なものとなるように、言い換えると、ジャイロ効果を確保しジャイロモーメントを調整するためにジャイロ機構２０は次のように設計される。
すなわち、図３に示すように、フライホイール３２の中心点３２０２と回転軸１６の中心軸１６１０との最短距離Ｌとしたとき、この最短距離Ｌを適宜設計し、また、フライホイール３２の中心点３２０２を通る中心軸３２０４と、支軸３８とがなす角度をθとしたとき、この角度θを０度以上４５度以下の範囲で適宜設計すればよい。
本実施の形態では、フライホイール３２は外部回転軸１６Ｂを挟んで同一の軸線上に互いに対向するように２つ設けられている。
フライホイール室３４は、各フライホイール３２を収容するものであり気密に構成され、図２に示す真空ポンプ４０によってフライホイール室３４が負圧となるように保持され、フライホイール３２の空気抵抗を低減し、スピンモータ３６の消費電力の抑制が図られている。
スピンモータ３６は、フライホイール３２に回転力を付与してフライホイール３２を高速回転させるものであり、本実施の形態では、スピンモータ３６は外部回転軸１６Ｂに取着されており、スピンモータ３６が図示しない動力伝達機構を介して２つのフライホイール３２を互いに反対方向に回転させるように構成されている。
【0013】
次に図２を参照して電気的な構成について説明する。
風力・波力複合式発電装置１０は、充電装置４２、バッテリ（二次電池）４４を備えている。
充電装置４２は、発電機１４で発電された電力によってバッテリ４４を充電するものである。
バッテリ４４は、電力を蓄え、直接に船で地上へ運搬し，消費者に供給する。あるいは、不図示の送電線を介して地上の送電設備に電力を供給する。
また、バッテリ４４の電力の一部はスピンモータ３６と真空ポンプ４０に供給され、それらスピンモータ３６と真空ポンプ４０が駆動される。これらスピンモータ３６および真空ポンプ４０の消費電力は、発電機１４によって発電される電力に比較して僅かなものである。
また、スピンモータ３６と真空ポンプ４０に対して発電機１４で発電された電力を直接供給するようにしてもよい。
風力・波力複合式発電装置１０は、充電装置４２、バッテリ（二次電池）４４を備えている。
充電装置４２は、発電機１４で発電された電力によってバッテリ４４を充電するものである。
バッテリ４４は、電力を蓄え、直接に船で地上へ運搬し，消費者に供給する。あるいは、不図示の送電線を介して地上の送電設備に電力を供給する。
また、バッテリ４４の電力の一部はスピンモータ３６と真空ポンプ４０に供給され、それらスピンモータ３６と真空ポンプ４０が駆動される。これらスピンモータ３６および真空ポンプ４０の消費電力は、発電機１４によって発電される電力に比較して僅かなものである。
また、スピンモータ３６と真空ポンプ４０に対して発電機１４で発電された電力を直接供給するようにしてもよい。
【0014】
次に、本実施の形態の風力・波力複合式発電装置１０の動作について説明する。
海上においては、（Ａ）波浪が有り風が無い状態、（Ｂ）波浪と風の双方が有る状態が存在するため、それぞれの状態について説明する。なお、風が有れば波浪が生じるため、波浪が無く風が有る状態は存在しないものと考える。
海上においては、（Ａ）波浪が有り風が無い状態、（Ｂ）波浪と風の双方が有る状態が存在するため、それぞれの状態について説明する。なお、風が有れば波浪が生じるため、波浪が無く風が有る状態は存在しないものと考える。
【0015】
（Ａ）波浪が有り風が無い状態の海面Ａに浮体１２が浮いた場合について説明する。
この場合、浮体１２が揺れることで外部回転軸１６Ｂが鉛直線Ｃに対して傾動すると、互いに反対向きに回転しているフライホイール３２に歳差運動が生じる。この歳差運動は外部回転軸１６Ｂ（回転軸１６）を回転する回転力として作用するため、この回転力によっても外部回転軸１６Ｂが回転し発電機１４が駆動され発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
この場合、浮体１２が揺れることで外部回転軸１６Ｂが鉛直線Ｃに対して傾動すると、互いに反対向きに回転しているフライホイール３２に歳差運動が生じる。この歳差運動は外部回転軸１６Ｂ（回転軸１６）を回転する回転力として作用するため、この回転力によっても外部回転軸１６Ｂが回転し発電機１４が駆動され発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
【0016】
（Ｂ）次に、波浪と風の双方が有る状態の海面Ａに浮体１２が浮いた場合について説明する。
この場合は、浮体１２の揺れに伴うフライホイール３２の歳差運動による回転力と、風力による回転力との双方により外部回転軸１６Ｂが回転されて発電機１４により発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
この場合は、浮体１２の揺れに伴うフライホイール３２の歳差運動による回転力と、風力による回転力との双方により外部回転軸１６Ｂが回転されて発電機１４により発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
【0017】
本実施の形態によれば、昼間、夜間に拘わらず、波浪が生じれば発電がなされることは無論のこと、風と波浪の双方が生じた場合は、風力による回転力と、フライホイール３２の歳差運動による回転力との双方により回転軸１６が回転されるため、回転軸１６の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上で有利となる。
また、浮体１２に互いに独立した風力発電装置と波力発電装置を併設する場合に比較して回転軸１６、発電機１４が１つで足りるため、発電装置の設置スペースのコンパクト化を図る上で有利となる。
したがって、例えば、小型の漁船のように限られたスペースしかない浮体１２であっても発電効率の高い風力・波力複合式発電装置１０を設置することができ有利となる。
また、発電機１４、回転軸１６、羽根体１８、ジャイロ機構２０を浮体１２に設置するにあたって、従来の波力発電装置のように浮体１２をドーナツ状にする必要がないため、既存の漁船などの船舶を浮体１２として利用でき、設置の簡単化を図る上で有利となる。
また、発電機１４、ジャイロ機構２０は、浮体１２の内部に設置され、あるいは、浮体１２の上壁１２０４の下方に設置されているので直接海水に接触しないことから、耐久性の高い風力・波力複合式発電装置１０を得る上で有利となる。
また、回転する外部回転軸１６Ｂによりジャイロ効果が発揮され、浮体１２の姿勢が安定するので浮体１２の過剰な揺れを抑制する上で有利となる。
また、浮体１２に互いに独立した風力発電装置と波力発電装置を併設する場合に比較して回転軸１６、発電機１４が１つで足りるため、発電装置の設置スペースのコンパクト化を図る上で有利となる。
したがって、例えば、小型の漁船のように限られたスペースしかない浮体１２であっても発電効率の高い風力・波力複合式発電装置１０を設置することができ有利となる。
また、発電機１４、回転軸１６、羽根体１８、ジャイロ機構２０を浮体１２に設置するにあたって、従来の波力発電装置のように浮体１２をドーナツ状にする必要がないため、既存の漁船などの船舶を浮体１２として利用でき、設置の簡単化を図る上で有利となる。
また、発電機１４、ジャイロ機構２０は、浮体１２の内部に設置され、あるいは、浮体１２の上壁１２０４の下方に設置されているので直接海水に接触しないことから、耐久性の高い風力・波力複合式発電装置１０を得る上で有利となる。
また、回転する外部回転軸１６Ｂによりジャイロ効果が発揮され、浮体１２の姿勢が安定するので浮体１２の過剰な揺れを抑制する上で有利となる。
【0018】
また、フライホイール３２は１つであってもよいが、本実施の形態のように、フライホイール３２を回転軸１６を挟んで２つ設け、２つのフライホイール３２の回転方向を互いに反対方向とすると、回転軸１６が鉛直線Ｃに対して傾動した際に２つのフライホイール３２の双方に同一の回転方向の歳差運動が生じる。
したがって、歳差運動によって回転軸１６に作用する回転力がより大きなものとなるため、回転軸１６の回転が増速され、発電効率を高め発電量を確保する上でより有利となる。
また、フライホイール３２を３つ以上設けても良いことは無論である。
したがって、歳差運動によって回転軸１６に作用する回転力がより大きなものとなるため、回転軸１６の回転が増速され、発電効率を高め発電量を確保する上でより有利となる。
また、フライホイール３２を３つ以上設けても良いことは無論である。
【0019】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なった箇所を重点的に説明する。
図４に示すように、第２の実施の形態では、内部回転軸１６Ａと外部回転軸１６Ｂとを動力伝達機構３０を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結した点が第１の実施の形態と異なっている。
すなわち、内部回転軸１６Ａの上部に下方に凸の球面からなる軸受面２４０２を有する軸受部材２４が内部回転軸１６Ａと一体に回転可能に設けられている。
外部回転軸１６Ｂの下端１６０２は軸受面２４０２に載置されている。
動力伝達機構３０は外部回転軸１６Ｂと軸受部材２４とを一体に回転可能に連結しており、例えば、動力伝達機構３０はユニバーサルジョイントで構成されている。
したがって、外部回転軸１６Ｂは、その下端１６０２が軸受面２４０２上で下端１６０２を中心として傾動可能となり、また、動力伝達機構３０を介して内部回転軸１６Ａと一体に回転可能となる。
発電機１４は、外部回転軸１６Ｂと共に内部回転軸１６Ａが回転されることで、発電機本体１４０２の内部の回転子を回転させて発電を行なう。
次に第２の実施の形態について図４を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なった箇所を重点的に説明する。
図４に示すように、第２の実施の形態では、内部回転軸１６Ａと外部回転軸１６Ｂとを動力伝達機構３０を介して一体回転可能にかつ傾動可能に連結した点が第１の実施の形態と異なっている。
すなわち、内部回転軸１６Ａの上部に下方に凸の球面からなる軸受面２４０２を有する軸受部材２４が内部回転軸１６Ａと一体に回転可能に設けられている。
外部回転軸１６Ｂの下端１６０２は軸受面２４０２に載置されている。
動力伝達機構３０は外部回転軸１６Ｂと軸受部材２４とを一体に回転可能に連結しており、例えば、動力伝達機構３０はユニバーサルジョイントで構成されている。
したがって、外部回転軸１６Ｂは、その下端１６０２が軸受面２４０２上で下端１６０２を中心として傾動可能となり、また、動力伝達機構３０を介して内部回転軸１６Ａと一体に回転可能となる。
発電機１４は、外部回転軸１６Ｂと共に内部回転軸１６Ａが回転されることで、発電機本体１４０２の内部の回転子を回転させて発電を行なう。
【0020】
また、浮体１２の上壁１２０４の挿通孔１２１０には、外部回転軸１６Ｂを回転可能に支持する軸受２６に加えて、軸受２６を挿通孔１２１０の径方向に変位可能に支持する粘弾性部材２８が設けられている。
粘弾性部材２８はゴム材料など従来公知の様々な粘弾性を有する材料が使用可能である。
したがって、外部回転軸１６Ｂは、その下端１６０２が軸受面２４０２に載置され、その中間部が軸受２６および粘弾性部材２８に支持されることで、外部回転軸１６Ｂはその下端１６０２を中心として傾動可能に支持されることになる。
また、図３（Ａ）において符号φは外部回転軸１６Ｂが傾動した場合における鉛直線Ｃに対する外部回転軸１６Ｂのなす角度を示す。この角度φが、例えば、絶対値で０度以上１０度以下の範囲となるように外部回転軸１６Ｂの傾動が不図示のストッパにより規制されている。
なお、ジャイロ機構２０および電気的な構成は第１の実施の形態と同様であり、図３に示した最短距離Ｌ、角度θも第１の実施の形態と同様に設計される。
粘弾性部材２８はゴム材料など従来公知の様々な粘弾性を有する材料が使用可能である。
したがって、外部回転軸１６Ｂは、その下端１６０２が軸受面２４０２に載置され、その中間部が軸受２６および粘弾性部材２８に支持されることで、外部回転軸１６Ｂはその下端１６０２を中心として傾動可能に支持されることになる。
また、図３（Ａ）において符号φは外部回転軸１６Ｂが傾動した場合における鉛直線Ｃに対する外部回転軸１６Ｂのなす角度を示す。この角度φが、例えば、絶対値で０度以上１０度以下の範囲となるように外部回転軸１６Ｂの傾動が不図示のストッパにより規制されている。
なお、ジャイロ機構２０および電気的な構成は第１の実施の形態と同様であり、図３に示した最短距離Ｌ、角度θも第１の実施の形態と同様に設計される。
【0021】
次に、第２の実施の形態の風力・波力複合式発電装置１０の動作について説明する。
（Ａ）波浪が有り風が無い状態の海面Ａに浮体１２が浮いた場合について説明する。
この場合、浮体１２が揺れることで外部回転軸１６Ｂが鉛直線Ｃに対して傾動すると、第１の実施の形態と同様に、フライホイール３２に生じた歳差運動が回転軸１６を回転する回転力として作用するため、回転軸１６が回転し発電機１４が駆動され発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
（Ａ）波浪が有り風が無い状態の海面Ａに浮体１２が浮いた場合について説明する。
この場合、浮体１２が揺れることで外部回転軸１６Ｂが鉛直線Ｃに対して傾動すると、第１の実施の形態と同様に、フライホイール３２に生じた歳差運動が回転軸１６を回転する回転力として作用するため、回転軸１６が回転し発電機１４が駆動され発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
【0022】
（Ｂ）次に、波浪と風の双方が有る状態の海面Ａに浮体１２が浮いた場合について説明する。
この場合は、第１の実施の形態と同様に、浮体１２の揺れに伴うフライホイール３２の歳差運動による回転力と、風力による回転力との双方により回転軸１６が回転されて発電機１４により発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
この場合は、第１の実施の形態と同様に、浮体１２の揺れに伴うフライホイール３２の歳差運動による回転力と、風力による回転力との双方により回転軸１６が回転されて発電機１４により発電が行われ、充電装置４２を介してバッテリ４４が充電される。
【0023】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、風力による回転力と、フライホイール３２の歳差運動による回転力との双方により回転軸１６が回転されるため、回転軸１６の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上でより有利となる。
【0024】
また、羽根体１８に作用する風力により、あるいは、浮体１２が波浪により傾くことで、外部回転軸１６Ｂが傾動し、傾動した外部回転軸１６Ｂにより粘弾性部材２８が挿通孔１２１０の径方向に変形する（水平方向に変形する）ことでエネルギー吸収機能を発揮するため、外部回転軸１６Ｂに作用する応力を軽減する上で有利となる。
また、粘弾性部材２８の変形により外部回転軸１６Ｂがより傾動しやすくなるため、回転する外部回転軸１６Ｂによるジャイロ効果がより発揮され、浮体１２の過剰な揺れを抑制する上でより有利となる。
また、粘弾性部材２８の変形により外部回転軸１６Ｂがより傾動しやすくなるため、回転する外部回転軸１６Ｂによるジャイロ効果がより発揮され、浮体１２の過剰な揺れを抑制する上でより有利となる。
【0025】
次に変形例について説明する。
第２の実施の形態では、外部回転軸１６Ｂをその下端１６０２を支点として傾動可能に支持するために、外部回転軸１６Ｂの下端１６０２を軸受面２４０２に載置し、外部回転軸１６Ｂの中間部を軸受２６および粘弾性部材２８に支持するようにした場合について説明したが、以下の変形例のように構成してもよい。
すなわち、この変形例では、実施の形態と同様に、外部回転軸１６Ｂの中間部を軸受２６および粘弾性部材２８に支持する一方、外部回転軸１６Ｂを発電機１４の内部回転軸１６Ａと一体的に連結すると共に、発電機１４を、浮体１２の箇所において外部回転軸１６Ｂの下端１６０２を中心に傾動可能に、かつ、回転不能に支持する。
このように発電機１４を支持する構造として、発電機１４の下部を球面軸受などで傾動可能に、かつ、回転不能に支持する従来公知の様々な支持構造が使用可能である。
このような変形例によっても第２の実施の形態と同様に、風力による回転力と、フライホイール３２の歳差運動による回転力との双方により回転軸１６が回転されるため、回転軸１６の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上でより有利となる。
第２の実施の形態では、外部回転軸１６Ｂをその下端１６０２を支点として傾動可能に支持するために、外部回転軸１６Ｂの下端１６０２を軸受面２４０２に載置し、外部回転軸１６Ｂの中間部を軸受２６および粘弾性部材２８に支持するようにした場合について説明したが、以下の変形例のように構成してもよい。
すなわち、この変形例では、実施の形態と同様に、外部回転軸１６Ｂの中間部を軸受２６および粘弾性部材２８に支持する一方、外部回転軸１６Ｂを発電機１４の内部回転軸１６Ａと一体的に連結すると共に、発電機１４を、浮体１２の箇所において外部回転軸１６Ｂの下端１６０２を中心に傾動可能に、かつ、回転不能に支持する。
このように発電機１４を支持する構造として、発電機１４の下部を球面軸受などで傾動可能に、かつ、回転不能に支持する従来公知の様々な支持構造が使用可能である。
このような変形例によっても第２の実施の形態と同様に、風力による回転力と、フライホイール３２の歳差運動による回転力との双方により回転軸１６が回転されるため、回転軸１６の回転が増速されるので、発電効率を高めて発電量を確保する上でより有利となる。
【符号の説明】
【0026】
１０ 風力・波力複合式発電装置
１２ 浮体
１２０４ 上壁
１２１０ 挿通孔
１４ 発電機
１４０２ 発電機本体
１６ 回転軸
１６Ａ 内部回転軸
１６Ｂ 外部回転軸
１６０２ 下端
１８ 羽根体
２０ ジャイロ機構
２４ 軸受部材
２４０２ 軸受面
２６ 軸受
２８ 粘弾性部材
３０ 動力伝達機構
３２ フライホイール
３６ スピンモータ
３８ 支軸
Ａ 海面
Ｂ 海底
Ｃ 鉛直線
１２ 浮体
１２０４ 上壁
１２１０ 挿通孔
１４ 発電機
１４０２ 発電機本体
１６ 回転軸
１６Ａ 内部回転軸
１６Ｂ 外部回転軸
１６０２ 下端
１８ 羽根体
２０ ジャイロ機構
２４ 軸受部材
２４０２ 軸受面
２６ 軸受
２８ 粘弾性部材
３０ 動力伝達機構
３２ フライホイール
３６ スピンモータ
３８ 支軸
Ａ 海面
Ｂ 海底
Ｃ 鉛直線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】