標題: 三菱重工將動力傳輸由齒輪改為油壓，提高海上風力發電 [打印本頁]

三菱重工開發出了可使風力發電設備加快實現大型化的技術。這就是該公司的液壓式動力傳輸機構（圖1、2）。主要用於海上風力發電設備。

圖1：三菱重工正在開發的7000kW級風力發電設備的示意圖
7000kW級是全球最大級別的風力發電設備。風車的葉輪直徑實際達到165m。
圖2：液壓式動力傳輸機構的示意圖
工作原理是通過液壓泵驅動液壓馬達，並轉動發電機進行發電。此處只有一台液壓泵，而液壓馬達和發電機卻各自組合使用了兩台。


　　伴隨著風力發電越來越多地在陸地上設置，可設置的空間逐漸減少，因此海上發電引起了人們的關注。三菱重工正在開發的海上風力發電設備，是在海底建造的底座上設置風車的方式。雖說設置地點是在海上，但能夠利用在陸地設施中累積的多項技術。不過，海上設置與陸地設置有一個很大的不同。這就是海上設置可實現大型化，因此電力輸出功率可以高出許多。

       海上設置時，提高輸出功率不可缺少

　　與陸地設置相比，海上設置自然成本較高。不過，通過裝置大型化提高輸出效率後，便可以抵銷成本的漲幅。

　　在陸地上設置的風力發電設備，在設置時對於搬運設備的運輸工具存在限制，設置後存在噪音問題，輸出功率以2000k～3000kW級為上限。而採用船舶運輸、在沒有居民的海上設置時，則不存在此類問題，因此可以進一步實現裝置的大型化。

　　但是，實現裝置大型化存在一個較大的技術課題。這就是動力傳輸機構的耐久性。在普通的風力發電設備中，以10～15rpm轉速轉動的風車，一般經由三級齒輪動力傳輸機構來提高轉數，從而轉動發電機。這種齒輪機構的重量在2000kW級設備中達到約40噸。

　　提高輸出功率就必須增大齒輪，而且齒輪負荷也會增加。三菱重工原動機業務本部風車業務部海上風車開發項目室室長宇魔谷雅英錶示，「雖然可以採用分散負荷的設計，但這必須大幅提高加工精度。目前風車故障的原因多來自動力傳輸機構，因此裝置大型化後風險會更高」。為避免出現該問題，該公司選擇了液壓式動力傳輸機構。

　　英國風險企業Artemis開發出了液壓式動力傳輸機構的基本構造。為了將該機構用於風力發電設備，三菱重工在2010年11月收購了Artemis。

       精密控制活塞

       三菱重工的動力傳輸機構由液壓泵和液壓馬達構成（圖3）。幾十個活塞按照環形沿著液壓泵外周配置，位於活塞底部的軌輥與波形部件連接在一起（圖4）。由於內層部分與風車的轉動軸相連，因此隨著風車的轉動，波形部件也會轉動。結果，活塞在與波形部件的凹陷部接觸時向下轉動，與波形部件的突起部接觸時向上轉動。

圖3：液壓式動力傳輸機構的的構成
通過液壓泵將隨風而變的風車旋轉能轉換成油壓，然後利用其轉動液壓馬達，最後再次回到旋轉運動。在這個過程中，原本經常變化的轉動速度保持在固定水準上。
圖4：液壓泵的構造示意圖
環形中嵌入了幾十個活塞，通過其上下運動可產生35MPa的壓力。


　　當活塞下降時，會打開低壓閥（電磁閥）讓油進入，在下死點附近關閉後，油壓會隨著活塞的上升而增大。在上死點附近會打開高壓閥（電磁閥）獲得高壓。通過配管將各個活塞產生的油壓聚集起來，由此可產生35MPa的壓力。可通過該壓力驅動液壓馬達。

　　液壓馬達中嵌入了六個活塞（圖5）。這裡也通過控制高壓閥和低壓閥的開關來上下活動活塞。通過控制六個活塞的上下移動時間，可將凸輪軸的轉動保持在一定水準，因此可產生電力的交流電頻率也能夠保持在一定水準上＊1。

圖5：液壓馬達的構造示意圖
每隔一小段時間，六個活塞就會按下凸輪軸，由此可產生旋轉運動。

       ＊1：以目前的主流——齒輪式為例，頻率會根據風力強度發生變化，頻率也會波動，一旦轉換成直流，要想再回到指定的頻率，就需要組合使用變頻器和轉換器。

　　這種液壓泵和馬達的構造以前就廣為人知，但能量傳輸效率僅為80％左右，無法用於風力發電。不過此次開發的技術可以精密控制用於調整活塞油壓的電磁閥，由此將傳輸效率提高了十幾個百分點，達到了與齒輪式同等的水準。三菱重工表示由於沒有齒輪，因此耐久性更高。

　　三菱重工認為，可以通過無需齒輪的液壓式動力傳輸機構，來減小風力發電設備停止運轉的風險。對於海上設備故障，在波濤洶湧的冬天無法修理，即便能修理也需要配備起重機船，因此設備停止運轉的時間會變長。為此，提高動力傳輸機構的耐久性就變得尤為重要。

　　三菱重工計劃開發出配備該液壓式動力傳輸機構、輸出功率為7000kW級的風力發電設備，並參與將從2015年開始在英國北海沿岸建設的大規模風力田項目「Round3」＊2。因此該公司將力爭獲得相當於700座以上風力發電設備的500萬kW訂單。為此，該公司預定2012年在目前配備齒輪式的2400kW級風力發電設備（地點選在橫濱市）中配備液壓式動力傳輸機構進行實證試驗，並於2013年在海上設置7000kW級實證機。三菱重工將通過此類實證試驗，驗證該機構的耐久性水準。（記者：高田 憲一，《日經製造》）

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液壓代替機械動作,液壓油必須要保持質量.