特許 7484607 水流発電装置

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】水流発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/10 20060101AFI20240509BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

F03B13/10

F03B13/26

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020156328

(22)【出願日】2020-09-17

(65)【公開番号】P2022049991

(43)【公開日】2022-03-30

【審査請求日】2023-05-17

(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】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】末福 久義

(72)【発明者】

【氏名】藤田 穣

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００１８２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ １３／００－１３／２６；１７／００－１７／０６

Ｆ０３Ｂ １／００－１１／０８

Ｂ６３Ｂ １／００－８５／００

Ｂ６３Ｊ １／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中を浮遊する基体と、
前記基体に搭載された第１発電機に連結され、水流を受けて回転する第１タービンと、
前記基体に搭載された第２発電機に連結され、水流を受けて回転する第２タービンと、
前記第１タービン及び前記第２タービンの回転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１タービンの回転に伴う第１反トルクと前記第２タービンの回転に伴う第２反トルクとのバランスが崩れたアンバランス状態において、前記基体に作用する回転力を調整する調整処理を実行し、
前記調整処理は、
前記第１タービン及び前記第２タービンのうち、前記基体の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているものを、回転数を調整する調整対象タービンとして特定することと、
前記第１反トルクと、前記第２反トルクと、前記第１反トルクと前記第２反トルクとのアンバランスに起因する前記基体の姿勢の変化に応じた復原力と、が釣り合うように、前記調整対象タービンの回転数を調整することと、
前記基体のロール方向まわりの傾斜角度の単位時間当たりの変化量である角速度に基づいて、前記アンバランス状態が解消されたか否かを判断した結果、前記アンバランス状態が解消されたと判断された場合には前記回転数を調整することを終了することと、を含む、水流発電装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記基体のロール方向まわりの傾斜角度が経時的に変化している状態を前記アンバランス状態として、前記調整処理を実行する、
請求項１に記載の水流発電装置。

【請求項3】

前記基体の姿勢に関する情報を取得するセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記センサによって取得された情報に基づいて、前記基体のロール方向まわりの傾斜角度が閾値以上であると判断したときに、前記調整処理を開始する、
請求項１又は請求項２に記載の水流発電装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記第１タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、前記第１タービンの回転数を調整し、又は、前記第２タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、前記第２タービンの回転数を調整する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の水流発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水流発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水中で浮遊可能な耐圧容器（基体）内に発電機を備えた発電装置がある。例えば特許文献１には、水流を受けて回転する一対のタービンブレード（タービン）を備え、タービンブレードの回転駆動力を受けて、耐圧容器内の発電機によって発電する双発式の発電装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－５３４３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

双発式の発電装置においては、一対のタービンが互いに逆方向に回転することで、一方のタービンの回転に伴う反トルクと他方のタービンの回転に伴う反トルクとが互いに打ち消し合う。これにより、基体に偏った回転力が作用することが抑制され、基体の姿勢が一定の状態に維持される。このため、例えば、一方のタービンの動作不良等によって、一対のタービンの反トルクのバランスが崩れた場合、基体に偏った回転力が作用し、基体の姿勢が乱れることが考えられる。基体の姿勢の乱れは、発電装置の運用上問題となることがあり得る。

【0005】

本開示は、基体の姿勢を安定化し得る水流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】

【0006】

本開示の一態様である水流発電装置は、水中を浮遊する基体と、基体に搭載された第１発電機に連結され、水流を受けて回転する第１タービンと、基体に搭載された第２発電機に連結され、水流を受けて回転する第２タービンと、第１タービン及び第２タービンの回転を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１タービンの回転に伴う第１反トルクと第２タービンの回転に伴う第２反トルクとのバランスが崩れたアンバランス状態において、基体に作用する回転力を調整する調整処理を実行し、調整処理では、第１反トルクと、第２反トルクと、第１反トルクと第２反トルクとのアンバランスに起因する基体の姿勢の変化に応じた復原力と、が釣り合うように、第１タービン及び第２タービンのいずれか一方の回転数を調整する。

【0007】

この水流発電装置では、アンバランス状態において、制御部が調整処理を実行することで基体に作用する回転力が調整される。この調整処理では、第１反トルクと第２反トルクと復原力とが釣り合うように、第１タービン及び第２タービンのいずれか一方の回転数が調整される。これにより、基体に作用する回転力が互いに打ち消し合うように、第１反トルク又は第２反トルクが調整されるので、基体に偏った回転力が作用し続けることが回避される。したがって、基体の姿勢の乱れが大きくなることを抑制できるので、基体の姿勢を安定化することができる。

【0008】

制御部は、基体のロール方向まわりの傾斜角度が経時的に変化している状態をアンバランス状態として、調整処理を実行してもよい。第１反トルクと第２反トルクとのバランスが崩れた場合には、ロール方向まわりの傾斜角度の経時的な変化が特に大きくなりやすい。したがって、この状態をアンバランス状態として調整処理を行うことで、基体の姿勢の乱れが大きくなることを効果的に抑制できる。

【0009】

調整処理は、第１タービン及び第２タービンのうち回転数を調整する対象を特定する特定処理を含み、特定処理では、基体の回転方向と逆向きの回転方向にて回転している第１タービン又は第２タービンを対象と特定してもよい。アンバランス状態においては、第１反トルクと第２反トルクとの差分トルク（回転力）が、基体に作用する。その結果、基体は、回転軸線に対して平行な軸線まわりの傾斜角度が経時的に変化する。例えば、第１タービンの回転に伴って生じる第１反トルクは、第１タービンの回転方向と逆向きの回転力である。第１反トルクは、第１タービンの回転方向と逆向きに基体を回転させる。一方、第２タービンの回転に伴って生じる第２反トルクは、第２タービンの回転方向と逆向きの回転力である。第２反トルクは、第２タービンの回転方向と逆向きに基体を回転させる。つまり、基体の回転方向によれば、第１反トルクと第２反トルクのいずれがアンバランスの要因となっているかを知ることができる。したがって、基体の回転方向と逆向きの回転方向にて回転している第１タービン又は第２タービンの回転数の調整により、第１反トルク及び第２反トルクのうちの大きい方が調整されるので、第１反トルクと第２反トルクと復原力とを釣り合わせやすい。

【0010】

基体の姿勢に関する情報を取得するセンサをさらに備え、制御部は、センサによって取得された情報に基づいて、基体のロール方向まわりの傾斜角度が閾値以上であると判断したときに、調整処理を開始してもよい。この構成では、アンバランス状態であっても基体のロール方向まわりの傾斜角度が閾値より小さい場合に、調整処理を省略できる。したがって、基体の姿勢の乱れが大きくなることを効率よく抑制できる。

【0011】

制御部は、第１タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、第１タービンの回転数を調整し、又は、第２タービンのブレードのピッチ角度を調整することにより、第２タービンの回転数を調整してもよい。この場合、第１タービンの回転数又は第２タービンの回転数を調整しやすい。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、基体の姿勢を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係る水流発電装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す発電用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】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、基体の姿勢を説明するための図である。

【図4】図４は、コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、制御中の基体の姿勢を説明するための図である。

【図6】図６は、姿勢制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図7】図７は、回転力調整処理の手順を示すフローチャートである。

【図8】図８は、制御後の基体の姿勢を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。以下では、水の流れを基準として「上流」及び「下流」を用いる。また、「前」というときは水の流れの上流側を意味し、「後」というときは水の流れの下流側を意味する。

【0015】

［水流発電装置］
図１を参照し、本実施形態に係る水流発電装置について説明する。図１に示される水流発電装置１は、水流ＦＷを利用して発電を行う水中浮遊式の発電装置である。以下、「水流発電装置１」を「発電装置１」と記す。発電装置１は、例えば、海洋に設置され、海流によって発電する場合に用いられる。発電装置１は、基体２と、タービン３Ａ，３Ｂと、発電機４Ａ，４Ｂと、タービン３Ａ，３Ｂの回転を制御するコントローラ１０（制御部）と、を備える。

【0016】

基体２は、一対のポッドとしての発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂと、ビーム２２と、を有する。発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂは、水中を浮遊可能な浮体である。発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂの形状は、例えば、円筒形状である。発電用ポッド２１Ａの内部には、発電機４Ａ（第１発電機）が搭載されている。発電用ポッド２１Ｂの内部には、発電機４Ｂ（第２発電機）が搭載されている。発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂは、例えば左右に離間して配置されている。発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂは、ビーム２２によって連結されている。ビーム２２は、例えば水平に配置された矩形の板状体である。

【0017】

発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂは、水底に配置されたシンカ５に係留索６を介して接続されている。シンカ５は、例えば摩擦式のシンカでもよく、その他のシンカでもよい。なお、シンカ５に代えて水底に固定されたアンカに係留索６が接続されてもよい。アンカは、パイル式のアンカでもよく、サクション式のアンカでもよく、その他のアンカでもよい。係留索６の下端はシンカ５に接続され、係留索６の上端は発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂに接続されている。係留索６の上端は、例えば発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ接続されている。係留索６の上端は、発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂに代えて、ビーム２２に接続されていてもよい。

【0018】

発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂには、それぞれケーブル７が接続されている。ケーブル７は、発電機４Ａ，４Ｂによって生成された電力を伝送するための送電ケーブルと、陸上設備（不図示）と通信するための通信ケーブルと、を含む。ケーブル７は、係留索６に沿って発電機４Ａ，４Ｂからシンカ５に向けて延びるとともに、水底に沿って係留索６から陸上設備に向けて延びている。

【0019】

タービン３Ａ，３Ｂは、発電用のタービンである。タービン３Ａ，３Ｂは、水流を受けて回転するように構成されている。タービン３Ａ（第１タービン）は、発電用ポッド２１Ａの後部に設けられている。タービン３Ｂ（第２タービン）は、発電用ポッド２１Ｂの後部に設けられている。本実施形態において、タービン３Ａ，３Ｂは、いわゆるダウンウィンド型のタービンである。なお、タービン３Ａ，３Ｂは、アップウィンド型のタービンであってもよい。以下、図２を併せて参照する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す発電用ポッドに設けられた機器類の概略構成を示す図である。

【0020】

タービン３Ａは、発電機４Ａに連結されている。タービン３Ａは、ハブ３１Ａと複数のブレード３２Ａとを有する。ハブ３１Ａは、発電用ポッド２１Ａの前後方向に沿う軸線まわりに回転可能に設けられている。具体的には、発電機４Ａの回転軸４１にハブ３１Ａが取り付けられている。ハブ３１Ａは、回転軸４１と一体に回転する。ブレード３２Ａは、水流ＦＷを受けて回転力を発生させる翼部材である。ブレード３２Ａは、ハブ３１Ａの外周に径方向へ向けて設けられている。図２（ａ）では、２つのブレード３２Ａがハブ３１Ａに設けられているが、３つ以上のブレード３２Ａがハブ３１Ａに設けられていてもよい。

【0021】

タービン３Ｂは、発電機４Ｂに連結されている。タービン３Ｂは、ハブ３１Ｂと複数のブレード３２Ｂとを有する。ハブ３１Ｂは、発電用ポッド２１Ｂの前後方向に沿う軸線まわりに回転可能に設けられている。具体的には、発電機４Ｂの回転軸４１にハブ３１Ｂが取り付けられている。ハブ３１Ｂは、回転軸４１と一体に回転する。ブレード３２Ｂは、水流ＦＷを受けて回転力を発生させる翼部材である。ブレード３２Ｂは、ハブ３１Ｂの外周に径方向へ向けて設けられている。図２（ｂ）では、２つのブレード３２Ｂがハブ３１Ｂに設けられているが、３つ以上のブレード３２Ｂがハブ３１Ｂに設けられていてもよい。

【0022】

発電機４Ａは、タービン３Ａの回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する機器であり、タービン３Ａの回転力を受けて発電する。発電機４Ｂは、タービン３Ｂの回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する機器であり、タービン３Ｂの回転力を受けて発電する。発電機４Ａ，４Ｂにはパワーコンディショナが接続されていてもよい。発電機４Ａ，４Ｂは、パワーコンディショナに対し発電電力を出力する。パワーコンディショナは、発電機４Ａ，４Ｂの発電電力の調整及び発電運転制御を行うことができる。発電電力の調整は、交流電力である発電電力を直流電力に変換し、所望の周波数となるように直流電力を交流電力に変換して行われる。パワーコンディショナには、高圧受電部が接続されていてもよい。高圧受電部は、パワーコンディショナから出力される交流電力を変圧する。

【0023】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、発電装置１は、センサ２３と、回転調整部２４と、をさらに備えている。センサ２３は、基体２の姿勢に関する情報を取得する。基体の姿勢に関する情報は、例えば、基体２の姿勢の傾斜角度の単位時間あたりの変化量、すなわち角速度である。センサ２３は、例えば、ジャイロセンサである。センサ２３は、基体２のロール方向、ピッチ方向、及びヨー方向の角速度を検出する。センサ２３は、検出した各方向の角速度をコントローラ１０に随時出力する。発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂのうちのいずれか一方の内部にセンサ２３が設けられていてもよいし、発電用ポッド２１Ａ，２１Ｂの両方の内部にセンサ２３がそれぞれ設けられていてもよい。

【0024】

回転調整部２４は、タービン３Ａ，３Ｂの回転数を調整する。回転調整部２４は、ピッチ調整機構２５Ａ，２５Ｂを有する。ピッチ調整機構２５Ａは、ブレード３２Ａのピッチ角度を調整することにより、タービン３Ａの回転数を調整する。ピッチ調整機構２５Ｂは、ブレード３２Ｂのピッチ角度を調整することにより、タービン３Ｂの回転数を調整する。つまり、発電装置１において、ブレード３２Ａ，３２Ｂのピッチ角度は可変になっている。

【0025】

ピッチ調整機構２５Ａは、発電用ポッド２１Ａの内部に設けられている。ピッチ調整機構２５Ｂは、発電用ポッド２１Ｂの内部に設けられている。ピッチ調整機構２５Ａ，２５Ｂは、例えば油圧式の駆動装置２６とブレード軸２７とをそれぞれ備える。より詳細には、ブレード３２Ａ，３２Ｂのそれぞれの基端部には、ブレード軸２７が設けられている。このブレード軸２７に、駆動装置２６が連結されている。駆動装置２６は、例えばハブ３１Ａ，３１Ｂ内に搭載される。駆動装置２６は、例えば、歯車機構を含んでいる。駆動装置２６としては、公知の機構を用いることができる。駆動装置２６は、コントローラ１０によって制御されて、ブレード軸２７を回転させて、ブレード３２Ａ，３２Ｂのピッチ角度を任意の角度に調整可能である。ブレード軸２７の駆動法は、油圧でなくともよく、電動モータ等を用いる電動式の駆動方法でもよい。

【0026】

次に、基体２の姿勢について説明する。図３は、基体の姿勢を説明するための図である。図３（ａ）は、上述したタービン３Ａ，３Ｂの両方が正常に動作している状態における基体２の姿勢を示す図である。なお、理解の容易化のため、図３においては、基体２の浮心ＢＣ及び重心ＧＣを基体２の外に図示しているが、浮心ＢＣは基体２に作用する浮力Ｂの中心であり、重心ＧＣは基体２の重心である。タービン３Ａ，３Ｂの両方が正常に動作している状態において、ブレード３２Ａのピッチとブレード３２Ｂのピッチとは互いに逆向きである。これにより、タービン３Ａとタービン３Ｂとは、水流ＦＷを受けて互いに逆向きに回転する。図３（ａ）に示されるように、タービン３Ａは、上流から見て反時計回りの回転方向ＲＡに回転し、タービン３Ｂは、上流から見て反時計回りの回転方向ＲＢに回転する。

【0027】

このとき、タービン３Ａ，３Ｂの回転に伴って、基体２には、反トルクＭＡ，ＭＢが作用する。タービン３Ａの回転に伴う反トルクＭＡ（第１反トルク）は、回転方向ＲＡと逆向きの回転力であり、タービン３Ｂの回転に伴う反トルクＭＢ（第２反トルク）は、回転方向ＲＢと逆向きの回転力である。ブレード３２Ａ，３２Ｂのピッチ角度は、反トルクＭＡ，ＭＢが互いに同じ大きさになるように制御される。これにより、反トルクＭＡ，ＭＢが相殺され、基体２の姿勢が安定する。具体的には、タービン３Ａの回転軸線とタービン３Ｂの回転軸線とを通る直線Ｌ１が水平方向に沿うとともに基体２の浮心ＢＣと重心ＧＣとを通る直線Ｌ２が鉛直方向に沿った姿勢で安定する。基体２は、このように略水平な姿勢にて水中を浮遊する。なお、タービン３Ａが、上流側から見て時計回りに回転し、タービン３Ｂが、上流側から見て反時計回りに回転してもよい。

【0028】

ここで、機器類の故障、又は何らかの外力等により、タービン３Ａ，３Ｂの一方が正常に動作しなくなり、反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れる場合がある。反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れると、基体２の姿勢が変化する。反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れる状態としては、タービン３Ａ，３Ｂの一方の回転にロックが掛かった場合、ブレード３２Ａ，３２Ｂの一方のピッチ角度を制御できなくなった場合等が挙げられる。ブレード３２Ａ，３２Ｂのピッチ角度を制御できなくなった場合の例には、ブレード３２Ａ，３２Ｂのピッチ角度を変更できなくなった場合、及びブレード３２Ａ，３２Ｂがフリーラン状態となった場合等が挙げられる。図３（ｂ）は、反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れた状態の基体２の姿勢を示す図である。図３（ｂ）の例では、ブレード３２Ａがフリーラン状態となり、ブレード３２Ｂが正常な状態である。

【0029】

ブレード３２Ａがフリーラン状態となると、ブレード３２Ａが水流ＦＷを受けても回転力を発生させにくくなり、タービン３Ａの回転が弱まったり停止したりする。これにより、反トルクＭＡが０もしくは極端に小さい値となり、反トルクＭＡ，ＭＢの大きさにずれが生じる。この反トルクＭＡ，ＭＢの大きさのずれに相当する回転力が基体２に作用し、基体２がロール方向まわりに傾斜する。すなわち、基体２の姿勢が乱れる。基体２がロール方向まわりに傾斜すると、基体２のヨー方向まわりの傾斜も生じ得る。

【0030】

［コントローラ］
コントローラ１０は、図３（ｂ）に示されるように基体２の姿勢が乱れた際に、基体２の姿勢を安定させるための制御を実行するように構成されている。図４は、コントローラの機能的な構成を示すブロック図である。以下、機能的な構成を「機能モジュール」という。図４に示されるように、コントローラ１０は、機能モジュールとして、傾斜角度取得部１１と、判断部１２と、調整部１３と、を有する。調整部１３は、特定部１４と、ピッチ制御部１５と、角速度取得部１６とを含む。これらの機能モジュールは、コントローラ１０の機能を便宜上複数のモジュールに区切ったものに過ぎず、コントローラ１０を構成するハードウェアがこのようなモジュールに分かれていることを必ずしも意味するものではない。各機能モジュールは、プログラムの実行により実現されるものであってもよく、専用の電気回路（例えば論理回路）、又は、これを集積した集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）により実現されるものであってもよい。

【0031】

傾斜角度取得部１１は、基体２の姿勢に関する情報を取得する。図５は、コントローラによる制御中の基体２の姿勢を説明するための図である。なお、理解の容易化のため、図５においても、図３の場合と同様に、基体２の浮心ＢＣ及び重心ＧＣを基体２の外に図示している。傾斜角度取得部１１は、センサ２３に接続され、センサ２３から出力される情報を随時取得する。傾斜角度取得部１１は、センサ２３から取得した情報に基づいて、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θを取得する。本実施形態において、傾斜角度取得部１１は、センサ２３から出力された角速度ωの時間についての積分値を傾斜角度θとして取得する。傾斜角度取得部１１は、取得した傾斜角度θを判断部１２に送信する。

【0032】

判断部１２は、傾斜角度取得部１１から受信した傾斜角度θに基づいて、調整部１３による制御を開始するか否かを判断する。具体的には、判断部１２は、傾斜角度θが閾値以上であると判断したときに、調整部１３による制御を開始すると判断する。閾値は、例えば予め設定された許容値である。一例として、基体２が一回転しない状態を維持できる臨界値が閾値として設定される。判断部１２は、傾斜角度θに基づいて調整部１３による制御を開始すると判断したときに、制御を開始する旨の信号と、当該傾斜角度θとを調整部１３に送信する。

【0033】

調整部１３は、アンバランス状態において、基体２に作用する回転力を調整する調整処理を実行する。アンバランス状態とは、反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れた状態である。具体的には、調整処理において、調整部１３は、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態をアンバランス状態とする。例えば、後述するように、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態であるか否かに基づいて、アンバランス状態が解消されたか否かの判断を行う。本実施形態において、調整部１３は、判断部１２によって制御を開始する旨の信号を受信したときに、調整処理を開始する。

【0034】

調整処理では、反トルクＭＡと、反トルクＭＢと、復原力ＭＣとが釣り合うように、タービン３Ａ，３Ｂのいずれか一方の回転数を調整する制御を実行する。復原力ＭＣとは、浮力Ｂと重力Ｇとの関係が非平衡状態であるときに、浮力Ｂと重力Ｇとの関係が平衡状態に戻るように作用する力である。図５に示されるように、反トルクＭＡ，ＭＢとのアンバランスに起因して基体２がロール方向まわりに傾斜することにより、基体２の浮心ＢＣと重心ＧＣとを通る直線Ｌ２が鉛直方向に対して傾斜する。これにより、浮力Ｂと重力Ｇとが偶力となり、直線Ｌ２が鉛直方向に近づく向きの復原力ＭＣが発生する。したがって、基体２には、ロール方向の回転力として、反トルクＭＡと、反トルクＭＢと、復原力ＭＣと、が作用する。このため、調整部１３は、反トルクＭＡと、反トルクＭＢと、復原力ＭＣと、が釣り合うように、タービン３Ａ，３Ｂのいずれか一方の回転数を調整する。調整処理は、特定部１４、ピッチ制御部１５、及び角速度取得部１６によって実行される。

【0035】

特定部１４は、タービン３Ａ，３Ｂのうちの一方を調整する対象として特定する。本実施形態において、特定部１４は、ピッチ制御部１５による制御の対象を特定する。より具体的には、特定部１４は、ピッチ制御部１５による制御によってタービン３Ａ，３Ｂのうちのいずれのピッチ角度を調整するかを特定する。特定部１４は、基体２について、判断部１２から受信した傾斜角度θと対応する回転方向を取得し、タービン３Ａ，３Ｂのうち、基体２の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービンを対象と特定する。図５の例では、基体２の回転方向が反時計回りであるので、逆方向である回転方向ＲＢによって回転しているタービン３Ｂが対象として特定される。特定部１４は、タービン３Ａ，３Ｂのうちの特定した方の制御を開始する旨の信号をピッチ制御部１５に送信する。図５の例では、タービン３Ｂの制御を開始する旨の信号をピッチ制御部１５に送信する。

【0036】

ピッチ制御部１５は、タービン３Ａ，３Ｂのうち、特定部１４によって特定されたタービンの回転数を調整する。具体的には、ピッチ制御部１５は、特定されたタービンの回転数を減少させる。図５の例では、ピッチ制御部１５は、タービン３Ｂの回転数を減少させる。本実施形態において、ピッチ制御部１５は、ピッチ調整機構２５Ｂを制御して、タービン３Ｂのブレード３２Ｂのピッチ角度を調整することにより、タービン３Ｂの回転数を調整する。具体的には、ピッチ制御部１５は、ブレード３２Ｂのピッチ角度を経時的に変化させるようにピッチ調整機構２５Ｂを制御する。例えば、ピッチ制御部１５は、ブレード３２Ｂのピッチ角度を連続的に変化させる旨の制御信号を、アンバランス状態が解消されるまでピッチ調整機構２５Ｂに送信する。

【0037】

なお、ピッチ制御部１５は、特定部１４によってタービン３Ａが対象として特定された場合には、ピッチ調整機構２５Ａを制御して、タービン３Ａのブレード３２Ａのピッチ角度を調整することにより、タービン３Ａの回転数を調整する。

【0038】

角速度取得部１６は、センサ２３に接続され、センサ２３から出力された基体２のロール方向まわりの角速度ωを随時取得する。また、角速度取得部１６は、取得した角速度ωに基づいて、アンバランス状態が解消されたか否かを判断する。具体的には、角速度取得部１６は、角速度ωが無視してよい程度に小さい値であると判断したときに、アンバランス状態が解消されたと判断する。このとき、角速度取得部１６は、制御を停止する旨の信号をピッチ制御部１５に送信する。

【0039】

コントローラ１０のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。本実施形態では、発電装置１は、一つのコントローラ１０を備えている。コントローラ１０が複数のコンピュータで構成されている場合には、上記の機能モジュールがそれぞれ、一つのコンピュータによって実現されていてもよいし、２つ以上のコンピュータの組み合わせによって実現されていてもよい。

【0040】

［姿勢制御方法］
次に、姿勢制御方法の一例として、コントローラ１０による姿勢制御処理について説明する。図６は、姿勢制御処理の手順を示すフローチャートである。図６に示されるように、コントローラ１０は、まず、ステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、傾斜角度取得部１１が基体２の姿勢に関する情報を取得する。傾斜角度取得部１１は、センサ２３から出力される情報を随時取得し、取得した情報に基づいて、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θを取得する。具体的には、傾斜角度取得部１１は、センサ２３から出力された角速度ωを時間について積分することによって傾斜角度θを取得する。

【0041】

次に、コントローラ１０は、ステップＳ０２を実行する。ステップＳ０２では、傾斜角度θが閾値以上であるか否かを判断部１２が判断する。傾斜角度θが閾値以上ではないと判断した場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、コントローラ１０は、処理をステップＳ０１に戻す。以後、コントローラ１０は、ステップＳ０１，Ｓ０２を繰り返し実行する。

【0042】

傾斜角度θが閾値以上であると判断した場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、コントローラ１０は、ステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、調整部１３が調整処理を実行する。調整処理は、上述したように、アンバランス状態において、基体２に作用する回転力を調整する処理である。ここでは、アンバランス状態は、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態である。ステップＳ０３において、調整部１３は、反トルクＭＡと、反トルクＭＢと、復原力ＭＣと、が釣り合うように、タービン３Ａ，３Ｂのいずれか一方の回転数を調整する。ステップＳ０３についてのより具体的な処理内容については後述する。ステップＳ０３の終了により、姿勢制御処理が終了する。

【0043】

［回転力調整処理］
次に、上記ステップＳ０３について詳細に説明する。図７は、調整処理の手順を示すフローチャートである。図７に示されるように、コントローラ１０は、まず、ステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、特定部１４が、タービン３Ａ，３Ｂのうちの一方を調整する対象として特定する。具体的には、特定部１４は、タービン３Ａ，３Ｂのうちのいずれのピッチ角度を調整するかを特定する。特定部１４は、タービン３Ａ，３Ｂのうち、基体２の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービンを対象と特定する。図５の例では、タービン３Ｂが対象として特定される。

【0044】

次に、コントローラ１０は、ステップＳ３２，Ｓ３３を実行する。ステップＳ３２では、ピッチ制御部１５が、タービン３Ａ，３Ｂのうち、特定部１４によって特定されたタービンの回転数を調整する。図５の例では、ピッチ制御部１５は、タービン３Ｂの回転数を調整する。具体的には、ピッチ制御部１５は、タービン３Ｂのブレード３２Ｂのピッチ角度を調整するようにピッチ調整機構２５Ｂを制御することにより、タービン３Ｂの回転数を調整する。例えば、ピッチ制御部１５は、ブレード３２Ｂのピッチ角度を変更する制御信号をピッチ調整機構２５Ｂに送信する。ステップＳ３３では、角速度取得部１６が、基体２のロール方向まわりの角速度ωをセンサ２３から取得する。

【0045】

次に、コントローラ１０は、ステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、角速度取得部１６が、角速度ωに基づいて、アンバランス状態が解消されたか否かを判断する。角速度取得部１６は、角速度ωが無視してよい程度に小さい値であると判断したときに、アンバランス状態が解消されたと判断する。アンバランス状態が解消されていないと判断したとき（ステップＳ３４：ＮＯ）、コントローラ１０は、処理をステップＳ３２に戻す。以後、アンバランス状態が解消されるまで、コントローラ１０は、ステップＳ３２，Ｓ３３を繰り返し実行する。

【0046】

アンバランス状態が解消されたと判断した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、コントローラ１０は、調整処理についての制御を終了する。図８は、制御後の基体２の姿勢を説明するための図である。図８に示されるように、調整処理によって反トルクＭＢの大きさが復原力ＭＣの大きさに近づくように調整されるので、反トルクＭＢと復原力ＭＣとが互いに打ち消し合うことにより基体２の姿勢が安定する。

【0047】

［作用効果］
以上説明した発電装置１の作用効果について説明する。上述したように、発電装置１では、正常時において、一対のタービン３Ａ，３Ｂが互いに逆方向に回転することで、タービン３Ａの回転に伴う反トルクＭＡとタービン３Ｂの回転に伴う反トルクＭＢとが互いに打ち消し合う。これにより、基体２に偏った回転力が作用することが抑制され、基体２の姿勢が一定の状態に維持される。このため、反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れた場合、基体に偏った回転力が作用し、基体２の姿勢が乱れることが考えられる。基体２の姿勢の乱れは、発電装置１の運用上問題となることがあり得る。なお、本明細書でいう基体２の姿勢の乱れとは、タービン３Ａの回転軸線とタービン３Ｂの回転軸線とを通る直線Ｌ１の水平方向からのずれを意味する。また、本明細書でいう基体２の姿勢の安定化とは、基体２の姿勢を一定の状態とすることを意味し、乱れた姿勢において基体２の姿勢を一定の状態とすることを含む。

【0048】

これに対し、この発電装置１では、アンバランス状態において、コントローラ１０が調整処理を実行することで基体２に作用する回転力が調整される。この調整処理では、反トルクＭＡと反トルクＭＢと復原力ＭＣとが釣り合うように、タービン３Ａ，３Ｂのいずれか一方の回転数が調整される。これにより、基体２に作用する回転力が互いに打ち消し合うように、反トルクＭＡ又は反トルクＭＢが調整されるので、基体２に偏った回転力が作用し続けることが回避される。したがって、基体２の姿勢の乱れが大きくなることを抑制できるので、基体２の姿勢を安定化することができる。以上により、反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れ、基体２の姿勢が乱れた場合であっても、発電装置１の運用を継続できる。

【0049】

コントローラ１０は、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θが経時的に変化している状態をアンバランス状態として、調整処理を実行する。反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れた場合には、ロール方向まわりの傾斜角度θの経時的な変化が特に大きくなりやすい。したがって、この状態をアンバランス状態として調整処理を行うことで、基体２の姿勢の乱れが大きくなることを効果的に抑制できる。

【0050】

調整処理は、タービン３Ａ，３Ｂのうち回転数を調整する対象を特定する特定処理を含み、特定処理では、基体２の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービン３Ａ又はタービン３Ｂを対象と特定する。アンバランス状態においては、反トルクＭＡ，ＭＢの差分トルク（回転力）が、基体２に作用する。その結果、基体２は、回転軸線に対して平行な軸線まわりの傾斜角度θが経時的に変化する。例えば、タービン３Ａの回転に伴って生じる反トルクＭＡは、タービン３Ａの回転方向ＲＡと逆向きの回転力である。反トルクＭＡは、タービン３Ａの回転方向ＲＡと逆向きに基体２を回転させる。一方、タービン３Ｂの回転に伴って生じる反トルクＭＢは、タービン３Ｂの回転方向ＲＢと逆向きの回転力である。反トルクＭＢは、タービン３Ｂの回転方向ＲＢと逆向きに基体２を回転させる。つまり、基体２の回転方向によれば、反トルクＭＡと反トルクＭＢのいずれがアンバランスの要因となっているかを知ることができる。したがって、タービン３Ａ，３Ｂのうち、基体２の回転方向と逆向きの回転方向にて回転しているタービンの回転数の調整により、反トルクＭＡ，ＭＢのうちの大きい方が調整されるので、反トルクＭＡと反トルクＭＢと復原力ＭＣとを釣り合わせやすい。

【0051】

ここで、反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れる要因、すなわち、タービン３Ａ，３Ｂの一方が正常に動作しなくなった要因の一例としては、動作不良が生じている方のタービンの回転を制御する系統の故障が考えられる。この場合、動作不良が生じている方のタービンの回転に伴う反トルクを制御することは困難である。ここで、タービン３Ａ，３Ｂの一方が正常に動作しなくなった場合において、反トルクＭＡ，ＭＢのうちの大きい方は、正常に動作している方のタービンの回転に伴う反トルクである。したがって、上記の特定処理によれば、一方のタービンの回転を制御する系統の故障によってアンバランス状態が生じている場合において、正常に動作している方のタービンの回転に伴う反トルクを調整することとなるので、調整処理を有効に実行することができる。

【0052】

基体２の姿勢に関する情報を取得するセンサ２３をさらに備え、コントローラ１０は、センサ２３によって取得された情報に基づいて、傾斜角度θが閾値以上であると判断したときに、調整処理を開始する。この構成では、アンバランス状態であっても基体２のロール方向まわりの傾斜角度θが閾値より小さい場合に、調整処理を省略できる。したがって、基体２の姿勢の乱れが大きくなることを効率よく抑制できる。

【0053】

コントローラ１０は、タービン３Ａのブレード３２Ａのピッチ角度を調整することにより、タービン３Ａの回転数を調整し、又は、タービン３Ｂのブレード３２Ｂのピッチ角度を調整することにより、タービン３Ｂの回転数を調整する。この構成により、タービン３Ａの回転数又はタービン３Ｂの回転数を調整しやすい。

【0054】

上述した姿勢制御方法は、発電装置１の姿勢を制御する姿勢制御方法であって、発電装置１は、水中を浮遊する基体２と、基体２に搭載された発電機４Ａに連結され、水流を受けて回転するタービン３Ａと、基体２に搭載された発電機４Ｂに連結され、水流を受けて回転するタービン３Ｂと、を備えており、タービン３Ａの回転に伴う反トルクＭＡとタービン３Ｂの回転に伴う反トルクＭＢとのバランスが崩れたアンバランス状態において、基体２に作用する回転力を調整するステップを含み、上記ステップでは、反トルクＭＡと、反トルクＭＢと、反トルクＭＡ，ＭＢのアンバランスに起因する基体２の姿勢の変化に応じた復原力ＭＣと、が釣り合うように、タービン３Ａ，３Ｂのいずれか一方の回転数を調整する。

【0055】

この姿勢制御方法によれば、上述した理由によって発電装置１の基体２の姿勢の乱れが大きくなることを抑制できる。

【0056】

［変形例］
以上の実施形態は、本開示に係る水流発電装置の一実施形態について説明したものである。本開示に係る水流発電装置は、上述した水流発電装置を任意に変更したものとすることができる。

【0057】

例えば、上記の実施形態においては、センサ２３として角速度ωを検出するジャイロセンサを例示して説明したが、その他のセンサであってもよい。センサ２３は、傾斜角度θを検出する角度センサであってもよい。この場合、コントローラ１０によって傾斜角度θを取得する処理では、センサ２３の検出結果を積分することを省略してもよい。また、角度センサの出力を入力として、コントローラ１０によって角速度ωを取得する処理では、センサ２３の検出結果と取得時間とを対応付けて随時取得することによって角速度ωを算出してもよい。或いは、センサ２３として、角速度ωを検出するセンサと、傾斜角度θを検出するセンサと、の両方が備えられていてもよい。

【0058】

また、上記の実施形態においては、基体２のロール方向まわりの傾斜角度θが閾値以上であると判断したときに、コントローラ１０が調整処理を開始したが、調整処理は、基体２のヨー方向まわりの傾斜角度に基づいて開始されてもよい。また、タービン３Ａ，３Ｂの回転数をそれぞれ検出する２つのセンサを備え、当該２つのセンサによって検出された回転数の差に基づいて調整処理が開始されてもよい。

【0059】

また、例えば、タービン３Ａ，３Ｂの一方の回転にロックが掛かった場合等、ピッチ角度の制御が可能な状態で反トルクＭＡ，ＭＢのバランスが崩れた場合においては、基体２の回転方向と同じ向きの回転方向にて回転しているタービンのピッチ角度をさらに調整してもよい。これにより、基体２のヨー方向まわりの姿勢の乱れを抑制できる。

【符号の説明】

【0060】

１ 発電装置（水流発電装置）
２ 基体
３Ａ タービン（第１タービン）
３Ｂ タービン（第２タービン）
４Ａ 発電機（第１発電機）
４Ｂ 発電機（第２発電機）
１０ コントローラ（制御部）
２３ センサ
３２Ａ，３２Ｂ ブレード
ＦＷ 水流
ＭＡ 反トルク（第１反トルク）
ＭＢ 反トルク（第２反トルク）
ＭＣ 復原力
ＲＡ，ＲＢ 回転方向
θ 傾斜角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】