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▶ コロンビア パワー テクノロジーズ，インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-28
(54)【発明の名称】波エネルギー変換装置
(51)【国際特許分類】
F03B 13/14 20060101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
F03B13/14
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024529163
(86)(22)【出願日】2022-10-18
(85)【翻訳文提出日】2024-07-04
(86)【国際出願番号】 US2022078276
(87)【国際公開番号】W WO2023091832
(87)【国際公開日】2023-05-25
(31)【優先権主張番号】17/528,705
(32)【優先日】2021-11-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】511203466
【氏名又は名称】コロンビア パワー テクノロジーズ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(74)【代理人】
【識別番号】100195257
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 一志
(72)【発明者】
【氏名】ハンマグレン、 エリック ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】レニー－ブルーム、 プカ
(72)【発明者】
【氏名】ブッシュ－オハーン、 ケレン ピー．
(72)【発明者】
【氏名】オンドゥスコ、 マイケル エル．
(72)【発明者】
【氏名】プルデル、 ジョセフ エイチ．
(72)【発明者】
【氏名】ルンメル、 レオナード ジー．
(72)【発明者】
【氏名】ツァン、 ツェ
【テーマコード（参考）】
3H074
【Ｆターム（参考）】
3H074AA02
3H074AA12
3H074AA15
3H074BB11
3H074CC50
(57)【要約】
ナセルを含む中央本体を含む波エネルギー変換装置が提供される。このナセルは、少なくとも１つの動力取出装置を収容する。波エネルギー変換装置はまた、第１の側においてナセルに結合される第１のフロートアーム及び第１のフロートと、第２の側においてナセルに結合される第２のフロートアーム及び第２のフロートを含む。第１のフロートは、ナセルに回転可能に結合され、第１のフロート及び第１のフロートアームは、回転するように構成される第１の本体を形成し、第１の本体は、少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合され、第１の本体と中央本体との間の相対運動が、少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成する。一実施形態では、中央本体は、低い予備浮力を有し、中央本体の予備浮力は、第１のフロート及び第２のフロートのいずれの予備浮力よりも低く、第１のフロートに対する中央本体のヒーブ応答を最小にして、波エネルギー変換装置の出力を増加させる。一実施形態では、中央本体は、ナセルから下方に延びるヨークと、ヨークのベース部に取り付けられる複数のラインと、複数のラインの各々の下部末端に取り付けられるヒーブプレートとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナセルを含む中央本体であって、前記ナセルは、第１の側、第２の側及び長手軸を有し、前記ナセルは、少なくとも１つの動力取出装置を収容する、中央本体と、前記第１の側において前記ナセルに結合される第１のフロートアーム及び第１のフロートと、
前記第２の側において前記ナセルに結合される第２のフロートアーム及び第２のフロートと
を備える波エネルギー変換装置であって、
前記第１のフロートは、前記ナセルに回転可能に結合され、前記第１のフロート及び前記第１のフロートアームは、前記長手軸の周りを回転するように構成される第１の本体を形成し、
前記第１の本体は、前記第１の本体と前記中央本体との間の相対運動が前記少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成するように、前記少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合され、
前記中央本体は、低い予備浮力を有し、
前記第１のフロートに対する前記中央本体のヒーブ応答を最小化して、前記波エネルギー変換装置の出力を増加させるように、前記中央本体の前記予備浮力は、前記第１のフロート及び前記第２のフロートのいずれの予備浮力よりも低い、波エネルギー変換装置。
【請求項2】
前記第２のフロートは、前記ナセルに回転可能に結合され、前記第２のフロート及び前記第２のフロートアームは、前記長手軸の周りを回転するように構成される第２の本体を形成し、前記第２の本体は、前記第２の本体と前記中央本体との間の相対運動が前記少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成するように、前記少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合される、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項3】
前記中央本体は、前記第１のフロートが前記ナセルの前記第２の側に回転した場合に、前記第１のフロートが前記第１の側に自己復帰するように、低い予備浮力を有する、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項4】
前記中央本体は、前記第１のフロートが前記ナセルの前記第２の側に回転するか、又は前記第２のフロートが前記ナセルの前記第１の側に回転するかのいずれかの場合に、前記第１のフロート及び前記第２のフロートの両方がそれぞれの第１及び第２の側に自己復帰するように、低い予備浮力を有する、請求項２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項5】
前記中央本体の少なくとも５５％が静水位線の下に位置するように、前記中央本体の前記予備浮力は４５％未満である、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項6】
前記ナセル、前記第１のフロート及び前記第２のフロートは、それぞれ実質的に円筒形の本体を有する、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項7】
前記第２のフロートアームは、前記第１のフロートアームよりも長い、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項8】
前記第１のフロートは、前記第２のフロート内にネスト可能である、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項9】
前記ナセルは、前記ナセルの第１の側から外向きに延びる第１の端部、及び前記ナセルの第２の側から外向きに延びる第２の端部を有するナセル管をさらに備え、前記第１のフロートアームは、前記ナセル管の前記第１の側に回転可能に結合される一次的な第１のフロートアーム、及び前記ナセル管の前記第２の側に回転可能に結合される二次的な第１のフロートアームを含み、
前記第２のフロートアームは、前記ナセル管の前記第１の側に回転可能に結合される一次的な第２のフロートアーム、及び前記ナセル管の前記第２の側に回転可能に結合される二次的な第２のフロートアームを含む、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項10】
前記中央本体は、前記ナセルから下方に延びる複数のラインと、
前記複数のラインに取り付けられるヒーブプレートと
をさらに備える、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項11】
前記中央本体は、前記ナセルから下方に延びるヨークをさらに備え、前記複数のラインは前記ヨークのベース部に取り付けられ、前記複数のラインの各々は下部末端を有し、前記ヒーブプレートは前記複数のラインの各々の前記下部末端に取り付けられる、請求項１０に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項12】
前記中央本体は、前記ヨークの長さに実質的に延びるヨークプレートをさらに備える、請求項１１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項13】
エネルギー貯蔵装置をさらに備え、前記エネルギー貯蔵装置は、前記少なくとも１つの動力取出装置に結合されるように構成される、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項14】
前記ナセルから下方に延びる少なくとも１つのラインをさらに備え、前記少なくとも１つのラインは、係留ライン及び電気光学機械（ＥＯＭ）ケーブルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項15】
ベースユニットが前記波エネルギー変換装置と組み合わされており、前記ベースユニットは、
前記ベースユニットを海底に位置決めするように構成される固定要素と、
前記固定要素に関連付けられるエネルギー貯蔵装置であって、前記電気光学機械ケーブルに結合されるように構成されるエネルギー貯蔵装置と、
前記固定要素に関連付けられるペイロードインターフェースユニットであって、電力、有線信号及び／又は無線信号を分配するように構成されるペイロードインターフェースユニットと
を備え、
前記波エネルギー変換装置と前記ベースユニットとを組み合わせることにより、発電、エネルギー貯蔵、及びリアルタイムデータ通信を提供することが可能な自律型洋上電力システム（ＡＯＰＳ）が形成される、請求項１４に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項16】
前記少なくとも１つの動力取出装置は、第１の動力取出装置及び第２の動力取出装置を含み、前記第１の本体は、前記第１のフロートアームを介して前記第１の動力取出装置に動作可能に結合され、前記第２の本体は、前記第２のフロートアームを介して前記第２の動力取出装置に動作可能に結合される、請求項２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項17】
前記第１及び第２の動力取出装置はそれぞれ、ロータアセンブリ及びステータアセンブリを有し、前記第１の動力取出装置及び前記第２の動力取出装置の前記ロータアセンブリは、前記長手軸の周りを回転する、請求項１６に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項18】
ナセルを含む中央本体であって、前記ナセルは、第１の側、第２の側及び長手軸を有し、前記ナセルは、少なくとも１つの動力取出装置を収容する、中央本体と、前記第１の側において前記ナセルに結合される第１のフロートアーム及び第１のフロートと、
前記第２の側において前記ナセルに結合される第２のフロートアーム及び第２のフロートと
を備え、
前記第１のフロートは前記ナセルに回転可能に結合され、前記第１のフロート及び前記第１のフロートアームは、前記長手軸の周りを回転するように構成される第１の本体を形成し、
前記第１の本体は、前記第１の本体と前記中央本体との間の相対運動が前記少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成するように、前記少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合され、
前記中央本体は、
前記ナセルから下方に延びるヨークと、
前記ヨークのベース部に取り付けられ、かつ下方に延びる複数のラインであって、各々が下部末端を有する複数のラインと、
前記複数のラインの各々の前記下部末端に取り付けられるヒーブプレートと
をさらに備え、
前記ヨークの下部に取り付けられる前記ライン及び前記ヒーブプレートは、前記ナセルの回転を減少させる傾向がある、波エネルギー変換装置。
【請求項19】
前記中央本体は、前記ヨークの長さに実質的に延びるヨークプレートをさらに備える、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項20】
前記第２のフロートは、前記ナセルに回転可能に結合され、前記第２のフロート及び前記第２のフロートアームは、前記長手軸の周りを回転するように構成される第２の本体を形成し、前記第２の本体は、前記第２の本体と前記中央本体との間の相対運動が前記少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成するように、前記少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合される、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項21】
前記中央本体は低い予備浮力を有し、前記第１のフロートが前記ナセルの前記第２の側に回転するか、又は前記第２のフロートが前記ナセルの前記第１の側に回転する場合に、前記第１のフロート及び前記第２のフロートの両方がそれぞれの第１及び第２の側に自己復帰するように、前記ナセルの前記予備浮力は、前記第１のフロート及び前記第２のフロートのいずれの予備浮力よりも低い、請求項２０に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項22】
前記ナセル、前記第１のフロート及び前記第２のフロートは、それぞれ実質的に円筒形の本体を有する、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項23】
前記第２のフロートアームは、前記第１のフロートアームよりも長い、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項24】
前記第１のフロートは、前記第２のフロート内にネスト可能である、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項25】
前記ナセルは、前記ナセルの第１の側から外向きに延びる第１の端部、及び前記ナセルの第２の側から外向きに延びる第２の端部を有するナセル管をさらに備え、前記第１のフロートアームは、前記ナセル管の前記第１の側に回転可能に結合される第１の前方フロートアーム、及び前記ナセル管の第２の側に回転可能に結合される第２の前方フロートアームを含み、
前記第２のフロートアームは、前記ナセル管の前記第１の側に回転可能に結合される第１の後方フロートアーム、及び前記ナセル管の第２の側に回転可能に結合される第２の後方フロートアームを含む、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項26】
エネルギー貯蔵装置をさらに備え、前記エネルギー貯蔵装置は、前記少なくとも１つの動力取出装置に結合されるように構成される、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項27】
前記ナセルから前記ヒーブプレートまで下方に延びる少なくとも１つのラインをさらに備え、前記少なくとも１つのラインは、係留ライン及び電気光学機械（ＥＯＭ）ケーブルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項28】
ベースユニットが波エネルギー変換装置と組み合わされており、前記ベースユニットは、
前記ベースユニットを海底に位置決めするように構成される固定要素と、
前記固定要素に関連付けられるエネルギー貯蔵装置であって、前記電気光学機械ケーブルに結合されるように構成されるエネルギー貯蔵装置と、
前記固定要素に関連付けられるペイロードインターフェースユニットであって、電力、有線信号及び／又は無線信号を分配するように構成されるペイロードインターフェースユニットと
を備え、
前記波エネルギー変換装置と前記ベースユニットとを組み合わせることにより、発電、エネルギー貯蔵、及びリアルタイムデータ通信を提供することが可能な自律型洋上電力システム（ＡＯＰＳ）が形成される、請求項２７に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項29】
前記少なくとも１つの動力取出装置は、第１の動力取出装置及び第２の動力取出装置を含み、前記第１の本体は、前記第１のフロートアームを介して前記第１の動力取出装置に動作可能に結合され、前記第２の本体は、前記第２のフロートアームを介して前記第２の動力取出装置に動作可能に結合される、請求項２０に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項30】
前記第１及び第２の動力取出装置はそれぞれ、ロータアセンブリ及びステータアセンブリを有し、前記第１の動力取出装置及び前記第２の動力取出装置の前記ロータアセンブリは、前記長手軸の周りを回転する、請求項２９に記載の波エネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般的に、波サージ及びヒーブ力をエネルギーに変換することに関し、より詳細には、波エネルギー変換装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
海洋エネルギー、特に波エネルギーは、広く利用可能な一貫性があり、信頼性があり、予測可能なエネルギー資源である。環境面においても、波は、クリーンな再生可能エネルギーの最も安全な資源の１つもある。この一連の特性は、最も広く利用可能な世界的な再生可能エネルギー資源の中でも、波エネルギーに特有のものである。
【0003】
波エネルギーは、世界的に望ましい資源であり、コスト競争力があり、多様なクリーンな再生可能エネルギー資源の重要な構成要素となる可能性がある。
【0004】
信頼性及び生存性を達成しつつ、海洋の波エネルギーを効率的かつ費用効果的に利用可能な動力に変換する波エネルギー変換装置が必要とされている。
【発明の概要】
【0005】
本開示の一態様によれば、波エネルギー変換装置は、ナセルを含む中央本体を含み、ナセルは、第１の側、第２の側及び長手軸を有し、ナセルは、少なくとも１つの動力取出装置を収容する。波エネルギー変換装置はまた、第１の側においてナセルに結合される第１のフロートアーム及び第１のフロートと、第２の側においてナセルに結合される第２のフロートアーム及び第２のフロートを含む。第１のフロートは、ナセルに回転可能に結合され、第１のフロート及び第１のフロートアームは、長手軸の周りを回転するように構成される第１の本体を形成し、第１の本体は、少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合され、第１の本体と中央本体との間の相対運動が、少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成する。中央本体は、低い予備浮力を有し、中央本体の予備浮力は、第１のフロート及び第２のフロートのいずれの予備浮力よりも低く、第１のフロートに対する中央本体のヒーブ応答を最小にして、波エネルギー変換装置の出力を増加させる。
【0006】
本開示の別の態様によれば、波エネルギー変換装置は、ナセルを含む中央本体を含み、ナセルは、第１の側、第２の側及び長手軸を有し、ナセルは、少なくとも１つの動力取出装置を収容する。波エネルギー変換装置はまた、第１の側においてナセルに結合される第１のフロートアーム及び第１のフロートと、第２の側においてナセルに結合される第２のフロートアーム及び第２のフロートを含む。第１のフロートは、ナセルに回転可能に結合され、第１のフロート及び第１のフロートアームは、長手軸の周りを回転するように構成される第１の本体を形成し、第１の本体は、少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合され、第１の本体と中央本体との間の相対運動が、少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成する。中央本体は、ナセルから下方に延びるヨークと、ヨークのベース部に取り付けられ、かつ下方に延びる複数のラインであって、各々が下部末端を有する複数のラインと、複数のラインの各々の下部末端に取り付けられるヒーブプレートとをさらに含み、ヒーブプレート及びヨークの下部に取り付けられるラインは、ナセルの回転を減少させる傾向がある。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】一実施形態による波エネルギー変換装置の表面構成要素の斜視図である。
【図2】海洋に配置された波エネルギー変換装置を含む洋上電力システムの概略図である。
【図3】ヒーブプレートを含む波エネルギー変換装置の一実施形態の斜視図である。
【図4】波エネルギー変換装置の一実施形態の側面図である。
【図8】波エネルギー変換装置の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。
【図9A】シミュレートされた波における波エネルギー変換装置の動きを示すために異なる時間に取られた波エネルギー変換装置の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。
【図9B】シミュレートされた波における波エネルギー変換装置の動きを示すために異なる時間に取られた波エネルギー変換装置の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。
【図9C】シミュレートされた波における波エネルギー変換装置の動きを示すために異なる時間に取られた波エネルギー変換装置の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。
【図9D】シミュレートされた波における波エネルギー変換装置の動きを示すために異なる時間に取られた波エネルギー変換装置の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。
【図9E】シミュレートされた波における波エネルギー変換装置の動きを示すために異なる時間に取られた波エネルギー変換装置の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本開示の技術は、波のヒーブ及びサージに関連するエネルギーを動力に変換するのに有用な波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）に関する。以下により詳細に説明するように、ＷＥＣは波の方向に依存しないように設計され得る。本開示は、ＷＥＣに関する出願人の先行特許に開示された技術に基づいており、これらは、２０１３年９月３０日に出願された米国特許第９，５８７、６２０号、２０１２年１０月２２日に出願された米国特許第８，５０８，０６３号、２０１０年２月２２日に出願された米国特許第８，３１４，５０６号、及び２０１３年８月１２日に出願された米国特許第８，６５９，１７９号に説明されており、これらは全てその全体が参照により本明細書に組み込まれる。これらの先行特許は、波エネルギー変換装置技術を開示し、ＷＥＣの内部構成要素を詳細に記載している。
【0009】
全体的な概要として、波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）は、限定されないが、低電力センサ、海上船舶、海水淡水化、養殖、沖合石油及びガスプラットフォーム、電気分解、及びミニグリッド及びマイクログリッド用途を含むグリッド及び非グリッド接続用途の範囲で使用され得る。ＷＥＣは、水面上に浮力で支持可能なナセルを有する浮遊式多体システムであり、沖合のうねり及び嵐波のヒーブ及びサージを有用な動力に変換する。
【0010】
波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）の最終的な目的は、ある形態のエネルギーを別の形態に変換することであり、この場合、機械的トルクへ、最終的には電気又は他の輸送可能及び／又は使用可能な形態への流体力学的変換を含む連鎖にある。エネルギー資源の性質は、とりわけ非常に低い速さ、非常に高い力、周期的、突発的、確率的な動きを含んでおり、ＷＥＣのための独自の設計要件のセットを必要とする。ＷＥＣの動作要件は、この問題を複雑にする。例えば、遠隔電力用途では、限定されないが、低質量、高出力対重量、及び非複雑なロジスティクスを含む品質が重要な特性である。非複雑なロジスティクスの例には、ＷＥＣが標準的な海洋コンテナに適合することが可能であり、フォークリフトでリフト可能であり、最小限の現場組み立てを必要とし、少数の乗組員を有する小型船舶で展開可能であることが含まれる。生存性及び信頼性等の全体的な設計要件は、動作要件と相まって、新しいＷＥＣ設計の必要性を生じている。
【0011】
以下により詳細に説明するように、本開示はＷＥＣに関するものであり、これは、一実施形態では、標準的な海洋コンテナに適合する低質量、高出力、迅速に展開可能なＷＥＣである。一実施形態では、ＷＥＣは、ドックサイドでの最小限の組み立て作業のために構成され、より小型で小人数の船舶を使用することができる。一実施形態では、ＷＥＣは完全に統合されたエネルギー貯蔵装置を含み、係留、データ、及び通信は全て１つのラインに結合され得る。ＷＥＣは、必要に応じて連続的に動力を供給することが可能であり、複数のサイト用に設計されてもよい。
【0012】
一実施形態では、ＷＥＣは波の方向及び／又は水深に依存しない。コンピュータモデリングは、米国海軍の２ｋＷ ＷＥＣの波エネルギー試験サイト（ＷＥＴＳ）において、波の方向に対する平均性能の差異が５％以内であることを示している。言い換えれば、ＷＥＣは波の方向に対して特定の方向に向ける必要はなく、ＷＥＣは広範囲の水深で動作することができる。また、ＷＥＣは波の方向に依存しないため、単一の係留ラインが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、ＷＥＣは、船首側、船尾側、右舷側、及び左舷側を有すると記述され得る。当業者であれば、これらの慣用語は、一方の側を他方の側に対して参照するためのものである（すなわち、船首側が船尾側の反対側であり、右舷側が左舷側の反対側である）ことを認識するであろう。また、当業者であれば、ＷＥＣは波の方向に対して任意の方向に向けることができるため、これらの用語は限定するものではないことを認識するであろう。
【0013】
本開示の態様は、従来のＷＥＣ設計と比較して価値のあるコスト削減を伴って設計された改良型ＷＥＣに関する。第１に、ＷＥＣは、過酷な海域での係留スナップ荷重によるナセルのピークピッチ速度を最小限に抑えるように設計されてもよく、これにより、動力取出装置（ＰＴＯ）のピーク速度が低下し、堅牢性の低い（すなわち低コスト）ＰＴＯが可能になる。これは、ナセルのピッチ運動を減衰させるヨークプレートによって、及び係船ケーブルが緩んでいるときに安定したナセルのピッチ運動のために浮力の中心に対するナセルの重心配置を低くすることによって達成され得る。例えば、米国海軍エネルギー試験サイト（ＷＥＴＳ）のコンピュータモデリングは、ヨークプレートが前部ＰＴＯのピーク速度を２８％、後部ＰＴＯのピーク速度を３％減少させることを示している。第２に、ケーブル接続されたナセルとヒーブプレートとの接続を有することにより、ナセルとヒーブプレートとの間の堅固な構造的接続が回避され、資本費用及び運転費用を減少させることができる。これらの改善は、以下により詳細に検討される。
【0014】
次に図１Ａを参照すると、中央長手軸２０を有するナセル１０２を含む波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）１００の表面構成要素の一実施形態が示されている。以下により詳細に説明するように、ナセル１０２は、少なくとも１つの動力取出装置を収容する。ＷＥＣ１００は、ナセルの第１の側においてナセル１０２に回転可能に結合される第１のフロート３０及び第１のフロートアーム３２を含む第１の本体を有する。第１のフロート３０及び第１のフロートアーム３２は、長手軸２０の周りを回転するように構成されている。以下により詳細に説明するように、第１の本体は、第１の本体とナセル１０２との間の相対運動が少なくとも１つの動力取出装置において動力を変換するように、少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合される。
【0015】
図１Ａに示すように、ＷＥＣ１００は、第２のフロート４０及び第２のフロートアーム４２を含む第２の本体も有する。一実施形態では、第２のフロート４０及び第２のフロートアーム４２は、ナセル１０２に固定される。別の実施形態では、第２のフロート４０及び第２のフロートアーム４２は、ナセルの第２の側でナセル１０２に回転可能に結合される。第２のフロート４０及び第２のフロートアーム４２は、ナセル１０２の長手軸２０の周りを回転するように構成されてもよい。以下により詳細に説明するように、第２の本体は、第２の本体とナセル１０２との間の相対運動が少なくとも１つの動力取出装置においてエネルギーを生成するように、少なくとも１つの動力取出装置に動作可能に結合されてもよい。
【0016】
図１Ａに示すように、一実施形態では、ナセル１０２、第１のフロート３０及び第２のフロートはそれぞれ、互いに実質的に平行である実質的に円筒形の本体を有する。他の形状及び構成については、以下により詳細に説明する。
【0017】
本開示の態様は、変わりやすく予測不可能なことが多い海洋環境に耐えるように設計されたＷＥＣ１００に関する。例えば、以下により詳細に説明するように、一実施形態では、ＷＥＣ１００は、いずれかのフロートがオーバートップした場合に、第１のフロート３０及び第２のフロート４０の両方がナセル１０２のそれぞれの側に自己復帰するように構成される。言い換えれば、第１のフロート３０がナセル１０２の第２の側に回転した場合に、ＷＥＣ１００は、第１のフロートがナセル１０２の第１の側に回転して戻るように自己復帰するように構成される。同様に、一実施形態では、第２のフロート４０がナセル１０２の第１の側に回転した場合に、ＷＥＣ１００は、第２のフロート４０がナセル１０２の第２の側に回転して戻るように自己復帰するように構成される。これらの自己復帰フロート３０、４０に関する詳細、及び図１Ａに示される追加の構成要素の説明は、以下でさらに説明される。以下により詳細に説明するように、ナセル１０２は、中央本体の一部を形成してもよく（例えば、中央本体は、ヒーブプレート及びヒーブプレート接続部と組み合わせたナセルであってもよい）、中央本体は、フロート３０、４０が自己復帰するのを支援し得る低い予備浮力を有してもよい。
【0018】
本開示の態様は、従来のＷＥＣ構成と比較して、性能特性が改善され、資本及び／又は運転コストが低減されたＷＥＣ設計に関する。例えば、本発明者らは、ナセル１０２の動きを最小化して、第１及び第２のフロート３０、４０の各々とナセル１０２との間の相対的な動きを最大化することによって、エネルギー捕捉を改善し得ることを認識した。これは、ナセルの動きが望ましいいくつかの従来のＷＥＣ設計とは対照的である。以下により詳細に説明するように、本発明者らは、低い予備浮力を有する中央本体によっても、ＷＥＣ性能を改善し得ることも認識した。これらのＷＥＣの改善については、以下により詳細に説明する。
【0019】
図１Ｂは、ＷＥＣ１００の下部構成要素であり得るヒーブプレート７０を示す。以下により詳細に説明するように、ヒーブプレート７０は、ＷＥＣ１００が改善された性能特性を有することを可能にし得る。例えば、ヒーブプレート７０は、ナセル１０２の移動を最小限に抑えるのに役立つ大きな表面積及び質量を提供してもよい。ナセル／ヨークとヒーブプレートとの間のこの質量配分は、ヒーブ応答を低減する。
【0020】
一実施形態では、ＷＥＣは、所望の定格出力に対して可能な限り小さく軽量であり、所望の乾舷を達成するのに十分な質量を有するヒーブプレートと整合する浮力のある低質量のナセルを有するように設計される。一実施形態では、ＷＥＣは、ヒーブプレートの質量に対してナセルの質量が低いように設計される。
【0021】
図１Ａに示すように、ＷＥＣ１００は、ナセル１０２から下方に延びるヨーク５０を含んでもよい。複数のライン（図３のケーブル２１０等）によって、ヨークがヒーブプレート７０に結合される。ラインは、剛性（すなわち、スパー）又は可撓性（すなわち、ケーブル２１０）であってもよいことを理解されたい。本発明者らは、ヨークによって、ＷＥＣが改善された性能特性を有することが可能になり、ヨークが製造コストを低減し得ることも認識した。この特定の設計では、１つの目標は、ナセル質量を低く維持し、ヒーブプレート質量を高く維持することであり、これにより、水面での全体質量が低くなる。そうすることによって、一貫して張力のかかったケーブル接続されたナセルとヒーブプレートとの接続を得ることができ、流体力学的抗力によってヒーブ応答を減衰させ、かつ追加された質量によってもヒーブ応答を低減させる固定又は剛性構造に近づけることができる。ヨーク５０のさらなる利点については、以下により詳細に説明する。いくつかの実施形態では、ＷＥＣ１００は、ＷＥＣの性能及び耐久性を改善し、かつ製造コストを低減し得るヨークプレート５２を含んでもよい。
【0022】
図２に示すように、本開示の態様は、海洋に配備され得る自律型沖合電力システム３００に関する。一実施形態では、システム３００は、現場発電、エネルギー貯蔵のために構成され、リアルタイムデータ及び通信システムを含む。図２に示すように、システム３００は、３つの主要な構成要素を含む。第１の構成要素は、水面構成要素であるＷＥＣ１００であり、これは波エネルギー捕捉及び変換を含む。ＷＥＣ１００は、パワーエレクトロニクス、通信機器（例えば、ＬＴＥ、衛星通信、Ｗｉ－Ｆｉ通信）、及びエネルギー貯蔵装置を含んでもよい。ＷＥＣ１００は、ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）及び／又は表面ペイロードインターフェースを含んでもよい。洋上電力システム３００の第２の構成要素は、ＷＥＣ１００を第３の構成要素である海底ベース構造２００に結合する１つ以上のライン／ケーブルを含み得るライン２０４である。ライン２０４は、１つ以上の電力ライン及びデータラインを含んでもよい。洋上電力システムの第３の構成要素である海底ベースユニット２００は、重力固定要素として作用してもよく、エネルギー貯蔵用のバッテリ、ならびに海底機器を支持するための電力及びデータインターフェースを含んでもよい。海底ベースユニット２００は、（図４に示すように）ガレージ２００とも呼ばれ得る。一実施形態では、ベースユニット２００は、海底にベースユニットを位置決めするように構成される固定要素（フレーム等）を含み、エネルギー貯蔵装置（すなわち、バッテリ）が固定要素内に位置決めされてもよい。エネルギー貯蔵装置は、ＷＥＣ１００から生成されたエネルギーを貯蔵するためにケーブル２０４に結合されることを認識されたい。一実施形態では、エネルギー貯蔵装置は、英国のＥＣ－０Ｇによって製造される。また、海底ベース構造２００は、ペイロードインターフェースユニット（電力、データ、通信）を含み、ペイロードインターフェースユニットは、電力、有線信号、無線及び／又は音響信号を分配するように構成されてもよい。図２に示すように、この洋上電力システム３００は、限定されないが、衛星２０６及び遠隔無線装置２０８等の様々な外部通信システムと相互作用してもよい。一実施形態では、ＷＥＣ１００、ケーブルライン２０４、及びベースユニット２００の組み合わせは、発電、エネルギー貯蔵、及びリアルタイムデータ通信を提供することができる自律型洋上電力システム（ＡＯＰＳ）を形成する。例示的な一実施形態では、システム３００は、ＡＯＰＳと統合され、かつ、例えば、ＢｉｏＳｏｎｉｃｓ社から入手され得る海底センサパッケージ２３０も含む。別の実施形態では、エネルギー貯蔵装置がヒーブプレート７０上又は水面上に配置され得ることを理解されたい。エネルギー貯蔵装置は、ＷＥＣによって生成されたエネルギーを貯蔵するために、少なくとも１つの動力取出装置に結合されてもよい。
【0023】
一実施形態では、洋上電力システム３００は、車両、データ収集システム、及び操作装置を含む様々な移動式及び静的な表面及び表面下ペイロードを支持するように設計される。一実施形態では、洋上電力システム３００は、複数のペイロードを同時に支持することができる。洋上電力システム３００は、係留又は漂流し得ると考えられる。一実施形態では、洋上電力システム３００は、数十ワットから数百キロワット、又はメガワットの発電が可能である。
【0024】
図３及び図４は、ヒーブプレート７０を含むＷＥＣ１００の一実施形態を示す。ヒーブプレート７０は、ナセル１０２を安定させるのに役立つ大きな表面積を提供する。図示のように、複数のケーブル２０２，２１０がヨーク５０のベース部に取り付けられ、ヒーブプレート７０まで下方に延びる。図示のように、ケーブル２０２，２１０の各々は下部末端を有し、ヒーブプレート７０はケーブル２０２，２１０の下部末端に取り付けられる。ヒーブプレート７０は、ヒーブプレート７０上のヒーブ励起力を低減するために、水柱の活性波作用から外れるように設計される。例示的な一実施形態では、ヒーブプレート７０は、それが活性波の中に位置しないことを確実にするために、ヨーク５０の下方約２０－３０メートルにある。図３に示すように、例示的な一実施形態では、ケーブル２０２，２１０は、約６５フィートの長さである。図４に示す実施形態では、ヒーブプレート７０は、海洋の静水位線の約２５メートル下にある。一実施形態では、ヨーク５０の下部に取り付けられるケーブル２１０及びヒーブプレート７０は、長手軸２０を中心としたナセル１０２の回転を減少させる傾向がある。
【0025】
一実施形態では、ケーブル２０２は、電気光学機械（ＥＯＭ）ケーブルであり、例えば、マサチューセッツ州ポカセットのＥＯＭ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ社によって供給される３インチＯＤアルミニウム、銅、及び光ファイバラインであってもよい。図示のように、ケーブル２０２の上端は、ヨーク５０の底部の中央にある結合部５６に取り付けられ、ケーブル２０２の下端は、ヒーブプレート７０の中央にある結合部７２に取り付けられてもよい。図４に示すように、上部ケーブル２０２は、ヒーブプレート７０から下方に延びる下部ＥＯＭケーブル２０４に結合されてもよい。下部ＥＯＭケーブル２０４は、ＷＥＣ１００から発生したエネルギーを貯蔵するために、海底ベースユニット２００（すなわちガレージ）内のエネルギー貯蔵装置に結合されてもよい。また、別の実施形態では、ケーブル２０２及び／又は２０４は、電力及び／又はデータ伝送能力を含まず、係留ラインとして機能してもよいことも理解されるべきである。
【0026】
図３に示すように、ケーブル２１０は、４本のポリエステルブライドルラインを含んでもよく、２本がヨーク５０の一方の側（すなわち右側）で互いにペアをなし、２本がヨーク５０の他方の側（すなわち左側）で互いにペアをなしてもよい。図示するように、２本のケーブル２１０の上端は、ヨーク５０の底部の一方の結合部５４に取り付けられてもよく、ケーブル２１０の他方の下端は、ヒーブプレート７０上で間隔を置いて配置された結合部７４に取り付けられてもよい。一般的に、スナップ荷重を回避し、及び／又は絡まりリスクがないことを保証するために、各ケーブル２１０が張力を受けたままであることが望ましい。また、ＷＥＣは、ヒーブプレートに対する表面構成要素のねじれを防止するように構成され得ることも認識されるべきである。一実施形態では、可撓性ケーブル２１０を剛性スパーに置き換えてもよい。
【0027】
本発明者らは、ヨーク５０の利点の１つは、（ケーブル２０２，２１０をナセル１０２の円筒状本体に直接取り付けるのと比較して）それがナセルとヒーブプレートとの接続を低くすることであることを認識した。換言すれば、接続点をヨーク５０の下部へと下に移動させることによって、モーメントアーム長が増加し、それによってヒーブプレート７０からの反力トルクが増加し、長手軸２０を中心としたナセルの回転が減少し、それによってフロート３０、４０のナセルに対する速度／動きが増加する。
【0028】
本発明者らは、ヨーク５０の別の利点は、それが構成要素質量の最適化に役立つことを認識した。ヨーク５０を追加することは、ナセルにおける必要な構造補強が少なくなるため、ナセル１０２の質量を減らすのに役立ち、それによって、ナセル質量が減少し、ヒーブプレート質量が増加することが可能になる。この質量配分は、ナセルのヒーブ及びピッチ応答を減少させる。特に、より重いヒーブプレート７０と併せて、低い予備浮力及び減少したナセル質量を有する中央本体は、固定又は剛性構造に近づけるように、一貫して張力のかかったケーブル接続されたナセルとヒーブプレートとの接続を維持するのに役立つ。これは、流体力学的抗力によってヒーブ応答を減衰させ、追加された質量によって応答を減少させる。
【0029】
さらに、本発明者らは、ナセルとヒーブプレートとの接続を低くすることによって、ヨーク５０が、ナセルに対する各フロート３０、４０の運動範囲及び速度を最大化することも認識した。特に、この接続点をナセル１０２から離して低くすることによって、ケーブル２０２，２１０とフロート３０、４０との接触の可能性が回避される。フロート運動のこの増加した範囲は、エネルギー捕捉を改善するのに役立ち、衝突を回避するための追加構造又は機械的手段に必要なコストを回避し、ナセルとヒーブプレートとの接続部との衝突の可能性を最小化することにより、生存性が改善される。また、フロートアーム３２、４２の長さを最小化して、ヒーブ運動から得られるフロート回転速度を増加させてもよく、これにより、より高い動力取出装置（ＰＴＯ）効率を通じて性能が改善されることも理解されるべきである。
【0030】
過酷な海域では、ＰＴＯがフリーホイールの場合、フロート３０、４０がヨーク５０の片側又は両側に接触する可能性があることを認識されたい。しかしながら、当業者であれば、この接触を防止し得ることも認識されるであろう。さらに、ＷＥＣは、通常の運用海域では、フロート３０、４０とヨーク５０との間に接触がないように設計され得る。
【0031】
図１Ａ、図３、図５及び図６に示すように、一実施形態では、ヨーク５０は、ナセル１０２から延びる下方延長フレームである。図６に示すように、一実施形態では、ヨーク５０は、ナセル１０２の長さに沿って間隔を置いて配置された複数の垂直支持バーを含む。図６に示すように、ヨーク５０は、複数の垂直支持バーを接続する下部水平バーを含んでもよい。図示するように、結合部５４、５６は、ヨーク５０の下部水平バーに固定されてもよい。また、図６に示すように、一実施形態では、複数の垂直支持バーは、ナセル１０２の曲率に従うＹ字型であり、フロートのより大きな運動範囲も可能にする。一実施形態では、ヨーク５０は、実質的にヨーク５０の長さに延び得るヨークプレート５２をさらに含む。ヨークプレート５２は、ナセルの抗力を増加させ、かつナセル１０２のピッチ回転に対して付加的な質量を提供することによって、両方のフロート３０、４０が同じ側にあるときの性能損失を最小限に抑えるように構成されてもよい。さらに、浮力の中心に対してナセルの重心の配置を低くすることは、緊張ケーブルを維持するためにナセルピッチ運動を安定させるために望ましい場合がある。一実施形態では、ヨークプレート５２は、ナセルからヒーブプレートへのケーブルの絡み合いの傾向を低減する安定性をナセル１０２に提供する。例示的な一実施形態では、ヨークプレート５２は、実質的に平面状の長方形の本体を有する。他の実施形態では、ヨークプレート５２は、他の固体構造として構成されてもよいが、本開示はそれに限定されない。
【0032】
一実施形態では、ヨーク５０及び／又はヨークプレート５２は、システムの浮力を調整及び微調整するように構成されてもよい。例えば、複数のモジュール式浮力要素をヨーク５０及び／又はヨークプレート５２に選択的に追加して、浮力を調整することが考えられる。一実施形態では、これらのモジュール式浮力要素は、ガラス繊維の立方体又はバブルであってもよく、ヨーク５０及び／又はヨークプレート５２は、これらのモジュール式浮力要素を固定するための複数の取り付け機構を含んでもよい。モジュール式浮力要素は、その場で追加されるように設計され得ることが考えられる。
【0033】
図５～図７を参照すると、ＷＥＣ１００のさらなる詳細がここでより十分に説明される。図５及び図７に示すように、ナセル１０２は、ナセル１０２の第１の側から外向きに延びる第１の端部と、ナセル１０２の第２の反対側から外向きに延びる第２の端部とを有するナセル管１０４をさらに含んでもよい。図示されるように、第１のフロートアーム３２は、ナセル管１０４の一方の側に回転可能に結合される一次的な第１のフロートアーム３２と、ナセル管１０４の他方の側に回転可能に結合される二次的な第１のフロートアーム３２’とを含んでもよい。同様に、図５Ａ、図５Ｂ及び図７に示すように、第２のフロートアーム４２は、ナセル管１０４の第１の側に回転可能に結合される一次的な第２のフロートアーム４２と、ナセル管１０４の他方の側に回転可能に結合される二次的な第２のフロートアーム４２’とを含んでもよい。一実施形態では、一次的なフロートアームは駆動アームとして作用してもよく、二次的なフロートアームはアイドラアームとして作用してもよいことを認識されたい。図７の断面図に示されるように、一次的な第１のフロートアーム３２及び／又は一次的な第２のフロートアーム４２は、駆動アームとして作用し、ナセル１０２の内部に配置された第１の駆動シャフト８０に動作可能に結合されてもよい。さらに、二次的な第１のフロートアーム３２’及び／又は二次的な第２のフロートアーム４２’は、ナセル１０２の内部に配置された第２の駆動シャフト８２に動作可能に結合されてもよい。上記の出願人の先行特許に詳細に記載されているように、フロートアーム３２、３２’、４２、４２’の移動は、次に駆動シャフト８０、８２を動かし、それにより次に、ナセルの内部の少なくとも１つの動力取出装置において動力を変換する。例示的な一実施形態では、第１の駆動シャフト８０に関連する第１の動力取出装置９０と、第２の駆動シャフト８２に関連する第２の動力取出装置９２とがある。一実施形態では、第１の本体（すなわち、第１のフロート３０及び第１のフロートアーム３２、３２’）の移動は、第１の動力取出装置において動力を変換し、第２の本体（すなわち、第２のフロート４０及び第２のフロートアーム４２、４２’）の移動は、第２の動力取出装置において動力を変換する。別の実施形態において、第１のフロート３０及び第２のフロート４０は、同じ動力取出装置に結合されることも考えられるが、本開示はそれに限定されない。
【0034】
特定の動力取出装置（ＰＴＯ）構成に関する詳細は、２０１３年９月３０日に出願された米国特許第９，５８７、６２０号、２０１２年１０月２２日に出願された米国特許第８，５０８，０６３号、２０１０年２月２２日に出願された米国特許第８，３１４，５０６号及び２０１３年８月１２日に出願された米国特許第８，６５９，１７９号等のＷＥＣに関する出願人の先行特許に見出され得る。一実施形態では、ＰＴＯは、機械式又は磁気式ギアシステムを含む。当業者であれば、いくつかの実施形態において、そのようなＰＴＯが、１つ以上の直接駆動発電機、ギアボックス駆動発電機、油圧システム、ポンプシステム、水ポンプ、水淡水化装置、空気圧ポンプ、油圧ポンプ、電解装置等を含んでもよいことを理解するであろう。様々なポンプ及び油圧関連の実施形態において、駆動シャフト／ハブは、例えば、羽根車、圧縮機ロータ、及び／又は機械式タービンロータに直接又は間接的に接続されてもよい。いくつかの発電実施形態において、駆動シャフト／ハブは、例えば、１つ以上のロータ及び／又はステータに直接又は間接的に接続されてもよい。しかしながら、本開示を考慮すると、ナセル内に取り付けられるＰＴＯ構成要素については、上記に対する多くの設計代替案が存在し、これらの代替案も本開示の範囲内にあることが理解されるであろう。
【0035】
当業者であれば、発電用途において、回転駆動式ＰＴＯ９０、９２が、１つ以上のステータセグメントに対して回転可能な１つ以上のロータセグメントを含んでもよいことを理解するであろう。上記に列挙された本出願人の先行特許においてより詳細に説明されているように、ロータセグメントとステータセグメントとの間の相対回転は、駆動軸受、又は１つ以上の構成要素が別の構成要素の周り又は内部で自由に回転することを可能にする任意の他の軸受又は同様の機構によって達成されてもよい。ロータは、任意の適切な手段を介して任意の駆動シャフト／ハブに動作可能に接続されてもよい。
【0036】
図７に示すように、駆動シャフト８０、８２は、一般に、駆動軸受又は他の適切な構造上で長手軸２０の周りを回転し得る。様々な実施形態において、駆動シャフト８０、８２は、海水及び／又は有害な異物／破片の侵入を防止するために、１つ以上のシールによってシールされてもよい。一実施形態では、第１及び第２の動力取出装置９０、９２は、それぞれロータアセンブリ及びステータアセンブリを有し、第１の動力取出装置及び第２の動力取出装置のロータアセンブリは、長手軸２０の周りを回転する。
【0037】
いくつかの実施形態において、回転駆動ＰＴＯは、機械式又は磁気式ギアシステムを含んでもよい。しかしながら、本明細書に記載される技術は、限定されないが、直接駆動システム、（複数の）発電機、（複数の）ギアボックス及び発電機、（複数の）油圧及び発電機、（複数の）水ポンプ、及び／又は任意の他の適切な回転ＰＴＯ装置を含む、任意のタイプの回転駆動ＰＴＯを使用して実装されてもよい。
【0038】
上述のように、本開示の態様は、低い予備浮力を有するナセル１０２に関する。簡単な概要として、予備浮力は、静水位線上の本体の水密容積であり、全浮力（容積）のパーセンテージとして表される。例えば、５０％の予備浮力を有する仮想ナセルは、その水密容積の５０％が静水位線上にあり、その容積の他の５０％が静水位線下にあるように構成される。このような仮想構成において、静水位線がナセルの長手軸を通過することは理解され得る。
【0039】
上述のように、ナセル１０２、ヒーブプレート７０、ヨーク５０及びケーブル２１０の組み合わせは、ＷＥＣ１００の中央本体を形成し得る。本発明者らは、中央本体（すなわち、ナセル１０２、ヒーブプレート７０、ヨーク５０、及びナセルとヒーブプレートとの接続を提供するケーブル２１０）の低い予備浮力（ＬＲＢ）が、流体力学的力に対してヒーブ応答を最小化するために望ましいことを認識した。この概念は図４に示されており、中央本体（すなわち、ナセル１０２、ヒーブプレート７０及びヨーク５０）の少なくとも５０％が静水位線の下に配置されていることを示している。図４に示されるように、静水位線２５０は、ナセル１０２の長手軸より上にある。一実施形態では、フロート浮力は、時計回り及び反時計回りの両方の方向で同じ力が作用するように、５０％の予備浮力で最適化される。
【0040】
一実施形態では、ナセル中央本体（すなわち、ナセル１０２、ヒーブプレート７０及びヨーク５０）の予備浮力は、４５％未満である。換言すれば、中央本体の少なくとも５５％が静水位線の下に配置される。他の実施形態では、ナセル中央本体（すなわち、ナセル１０２、ヒーブプレート７０及びヨーク５０）の予備浮力は、４０％、３０％、２０％、１０％、５％、又は３％未満である。換言すれば、中央本体の少なくとも６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、又は９７％が静水位線の下に配置される。ある特定の実施形態では、ナセル中央本体（すなわち、ナセル１０２、ヒーブプレート７０及びヨーク５０）の予備浮力は、約２．３％である。換言すれば、中央本体の約９７．７％が静水位線の下に配置される。
【0041】
中央本体の低い予備浮力のこの概念は、静水位線２５０を有する海洋に展開された波エネルギー変換装置１００の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである図８にも示されている。さらに、図４及び図８に示すように、ナセル１０２の予備浮力は、第１のフロート３０又は第２のフロート４０のいずれの予備浮力よりも低い。図示のように、ＷＥＣが水中に配置されると、これにより、ＷＥＣは実質的にＶ字型の形状となり、下部ナセル１０２は「Ｖ」の底部にあり、第１及び第２のフロート３０、４０は上方に傾斜して「Ｖ」の上部を形成する。
【0042】
図９Ａ～図９Ｅは、シミュレートされた波における波エネルギー変換装置１００の動きを示すために、約６秒の時間間隔にわたって異なる時間に取られた波エネルギー変換装置１００の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。図９Ａに示すように、３：０６．６６分の初期位置において、第１のフロート３０及び第２のフロート４０は、それぞれ、ナセル１０２に対する通常の静止位置にある。図９Ａは、ナセル１０２の予備浮力が、第１のフロート３０及び第２のフロート４０のいずれの予備浮力よりも低いことも示す。さらに、水位線２６０は、ナセル１０２の長手軸２０より十分上にある。
【0043】
図９Ｂは、３：０８．９０分において第１の側からＷＥＣ１００に接近する波を示す。図示されているように、波は水位線２６０を上昇させ、それによって第１のフロート３０がナセル１０２に対して反時計回りに上方に回転し、また、第２のフロート４０がナセル１０２に対して反時計回りに上方に回転する。図示されているように、第１のフロート３０及び第２のフロート４０の両方が、ナセル１０２の長手軸２０の周りを回転する。図９Ｃに示されているように、３：１０．２６分において、この波は、ピーク位置に到達するまで、フロート３０、４０を上方に移動させ続けてもよい。図９Ｄに示すように、３：１１．４２分において、波がＷＥＣ１００を通過すると、両方のフロート３０、４０が回転して元の静止位置に戻り、第１のフロート３０が時計回り方向に回転し、第２のフロート４０が反時計回り方向に回転する。図９Ｅは、３：１２．９０分において、第１の側から別の波が接近し、これにより再び水位線２６０が上昇し、第１のフロート３０がナセル１０２に対して反時計回り方向に回転し、第２のフロート４０がナセル１０２に対して反時計回り方向に回転することを示す。上述したように、ナセル１０２に対する第１及び第２のフロート３０、４０の各々のこの移動は、ナセル１０２の内部に収容された１つ以上の動力取出装置９０、９２においてエネルギーを生成する。また、図９Ａ～図９Ｅは、低い予備浮力ナセル１０２の制限された移動と、ヒーブプレートがエネルギー捕捉に重要なナセルのヒーブ及びピッチをどのように制限するかを示している。
【0044】
発明者らは、低質量ナセル１０２及び高質量ヒーブプレート７０の組み合わせの低い予備浮力が、オーバートップ時にフロート３０、４０が公称作動位置に自己復帰することを可能にするために望ましいことを認識した。言い換えれば、低い予備浮力は、フロート３０、４０がそれらの指定された側に自己復帰することを可能にする。出願人は、物理モデリングソフトウェアＡＮＳＹＳ Ａｑｗａを用いて広範なシミュレーションを行った。特定の海洋状態におけるあるシミュレーション研究では、フロートのオーバートップ事象が年間約３０００回発生し得ると推定されている。このシミュレーション研究は、上記のＷＥＣ１００は、約９５％の時間において、第１及び第２のフロート３０、４０がそれらの好ましい（すなわち指定された）側で動作することを示した。これは、いずれかのフロート３０、４０がオーバートップすると、それはすぐに指定された側に回転して戻ることを意味する。従来のＷＥＣ設計は、フロート３０、４０を復帰するために機械的介入を必要とした。これは、ＷＥＣフロート３０、４０がオーバートップしたときに自己修正する本開示とは対照的である。
【0045】
図１０Ａ～図１０Ｄは、中央本体の低い予備浮力が、どのようにして、フロート３０、４０が、オーバートップの際に通常の動作位置に自己回復することを可能にするかを示すために、約２０秒の時間間隔にわたって異なる時間に取られた、ＷＥＣ１００の一実施形態のシミュレーションのスクリーンショットである。特に、図１０Ａは、ナセル１０２の第２の側に回転したオーバートップ位置にある第１のフロート３０を示す。図１０Ｂ～図１０Ｄは、自動的にナセル１０２の第１の側に戻る第１のフロート３０を示す。図１０Ｂに示すように、ナセル１０２は、中央本体の低い予備浮力のために、並びに第１のフロートの浮力中心及び重心配置の力のために、水位線の下に押される。これにより、第１のフロート３０は、オーバートップ位置で不安定になり、図１０Ｃに示すように、第１のフロート３０は、図１０Ｄに示す平衡位置に達するまで、第１の側に戻るように回転し続ける。
【0046】
本発明者らは、浮力中心に対する重心配置により、各フロート３０、４０の通常動作位置が唯一の安定位置となり、これにより、通常動作位置への自己復帰を強制することも認識した。本発明者らは、これは、駆動アーム３２、４２が各フロート３０、４０の中心からオフセットされ、各フロート３０、４０内の固体バラストも中心からオフセットされる結果であり得ることを認識した。
【0047】
フロート３０、４０の一方がオーバートップしてもエネルギー生成は継続し得るが、エネルギー捕捉は、二つのフロート３０、４０が通常動作位置にある（すなわち、第１のフロート３０がナセル１０２の第１の側にあり、第２のフロートが第１のフロート３０の反対側のナセル１０２の第２の側にある）ときに最適化される。この構成では、フロート３０、４０は、ナセル１０２に対して等しい反対のトルクを加え、ナセルの動きを最小にし、フロート対ナセルの相対的な動きを最大にする。上述のように、別の実施形態では、第２のフロート４０はナセル１０２に固定されてもよい。
【0048】
一実施形態では、第２のフロートアーム４２、４２’は、第１のフロートアーム３２、３２’よりも長い。例えば、一実施形態では、第２のフロートアーム４２は、第１のフロートアーム３２よりも約２倍長い。アーム長比は、例えば、１．８：１であってもよく、ＰＴＯ減衰比は、約２：１であってもよい。この結果、トルク比は、約１：１（又は１：０．９）となる。第１のフロート３０と第２のフロート４０との間のトルク平衡は、電気的に行われえることを理解されたい。一実施形態では、第１のフロートアーム３２及び／又は第２のフロートアーム４２の予備浮力は、ＷＥＣが水中に置かれるとき、ナセル１０２の予備浮力よりも大きい。
【0049】
図示するように、ＷＥＣ１００は、第１のフロート３０が第２のフロート４０内にネストされるように構成されてもよい。言い換えれば、第１のフロート３０は、ナセル１０２の外面及び第２のフロート４０の半径方向遠位端により境界付けされる半径方向スパン内で、長手軸２０の周りを回転するように構成される。このネストされたフロートの設計は、一方のフロートが他方のフロートの動きに干渉することを防止し、これは、エネルギー捕捉、性能及びコストを改善するのに役立ち得ることを理解されたい。このネストされたフロートの構成では、一方のフロートが他方のフロートと相互作用することを防止するために、機械的なエンドストップ及び／又は可動範囲制限装置が必要とされない。さらに、ネストされたフロートは、フロートがオーバートップすることを許容する。上述したように、本開示は、いずれかのフロートがオーバートップする場合に、各フロートが自己復帰するネストされたフロートの構成に関する。
【0050】
一実施形態では、ナセル１０２は、実質的に水密なハウジングとして説明されてもよく、その中に１つ以上の回転駆動式動力取出装置９０、９２が収容されてもよい。一実施形態では、ナセル１０２は、発電、保守、及び／又は他の機器を収容し得る又は他の任意の適切な目的のために使用され得る空の浮力シェルを含んでもよい。また、一実施形態では、中央本体の一部が開放され得ることも考えられる。
【0051】
ナセル１０２は、複合材料（例えば、炭素繊維、ケブラー（登録商標）、ガラス繊維等）、コンクリート、圧延鋼、アルミニウム、及び／又は他の任意の適切な金属又は合金から製造されてもよい。一実施形態では、ナセル１０２は、（例えば、維持及び修理のための）機器及び人員の積み込み及び積み下ろしのためのナセルアクセスハッチ１１０を含んでもよい。別の実施形態では、ＷＥＣ１００の構成要素は比較的小規模であってもよく、したがって、どのアクセスハッチ１１０も小規模であり、人員の進入を意図していなくてもよいことを理解されたい。
【0052】
一実施形態では、第１及び第２のフロート３０、４０は共に独立気泡フォーム材料で充填され、水侵入のための空隙を含まない。別の実施形態では、第１及び第２のフロート３０、４０は、ガス充填ブラダー等の他の低密度、非吸収性材料又は構成要素で充填されてもよく、別の実施形態では、フロート３０、４０は充填されていなくてもよい。一実施形態では、万一ナセルが水で充填されても、第１及び第２のフロート３０、４０が正の浮力を維持するため、ＷＥＣ１００は水面に留まる。浮力フォーム材料は、フロート３０、４０がナセル１０２の予備浮力よりも高い予備浮力を有することを可能にし得ることを理解されたい。当業者であれば、ナセル１０２の予備浮力が第１のフロート３０及び第２のフロート４０のいずれの予備浮力よりも低くなるように、ナセル１０２及びフロート３０、４０の材料選択を変更し得ることを理解されたい。
【0053】
上述のように、一実施形態では、ナセル１０２、第１のフロート３０及び第２のフロートは、それぞれ実質的に円筒形の本体を有する。円筒形は、材料に対する強度を最適化することができ、容易に製造することができ、製造コストを低減し得る。限定されないが、長方形、球状及び不規則な形状の本体等の他の形状も、ナセル１０２並びに第１及び第２のフロート３０、４０について考えられる。
【0054】
図５Ａ、図５Ｃ及び図５Ｄは、一実施形態によるＷＥＣ１００の寸法を示す。この特定の実施形態では、ナセル１０２、第１のフロート３０及び第２のフロート４０は、それぞれ約１９フィートの長さである。他の実施形態では、寸法が変化し得ることを認識されたい。
【0055】
いくつかの実施形態では、１つ以上の通信マスト６０が、アクセサリ（例えば、アンテナ、ソーラーパネル、警告灯等）を動作させるために、ヨーク５０から上方に延びてもよい。図１Ａに示すように、一実施形態では、通信マスト６０は、ヨーク５０の各端部から上方に延びる。
【0056】
本発明のいくつかの実施形態が本明細書に記載されかつ図示されているが、当業者は、本明細書に記載された機能を実行し、及び／又は結果及び／又は１つ以上の利点を得るための様々な他の手段及び／又は構造を容易に思い描くことができ、そのような変更及び／又は修正の各々は、本発明の範囲内にあると見なされる。当業者は、本明細書に記載された本発明の特定の実施形態との多くの均等物を認識するか、又は日常的な実験のみを用いて確認することができる。したがって、前述の実施形態は、例としてのみ提示され、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で提示されることを理解されたい。
【0057】
本発明は、具体的に記載され、特許請求の範囲に記載された以外の方法で実施され得る。本発明は、本明細書に記載された個々の特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法に関する。さらに、そのような特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法が相互に矛盾しない場合、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法の任意の組み合わせは、本発明の範囲内に含まれる。
【0058】
本明細書で定義されかつ使用される全ての定義は、辞書の定義、参照によって組み込まれる文書の定義、及び／又は定義された用語の通常の意味に優先するものと理解されるべきである。
【0059】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明確に反対の指示がない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【0060】
本明細書及び特許請求の範囲において本明細書において使用される語句「及び／又は」は、そのように結合される要素、すなわち、ある場合には結合的に存在し、他の場合には分離的に存在する要素の「いずれか又は両方」を意味すると理解されるべきである。他の要素は、明確に反対の指示がない限り、具体的に識別される要素に関連するか否かにかかわらず、「及び／又は」節によって具体的に識別される要素以外に任意選択的に存在してもよい。
【0061】
本明細書において引用又は言及される全ての参考文献、特許、特許出願及び刊行物は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【国際調査報告】