KR20140120461A - 요잉 장치, 이를 포함하는 풍력발전기 - Google Patents

요잉 장치, 이를 포함하는 풍력발전기 Download PDF

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Abstract

요잉 장치, 이를 포함하는 풍력발전기 및 그 운용방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 요잉 장치는 종동 기어를 포함하고, 나셀을 타워에 대해 회전 가능하게 지지하는 요 베어링; 나셀을 타워에 대해 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 구동 모터와, 구동 모터의 모터 샤프트와 결합되고 종동 기어와 맞물리는 구동 기어를 포함하는 구동 장치; 및 구동 모터에 대한 나셀의 회전수비를 증가시키는 변속 장치를 포함한다.

Description

요잉 장치, 이를 포함하는 풍력발전기 및 그 운용 방법{YAWING APPARATUS, WIND POWER GENERATOR INCLUDING THE SAME AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 요잉 장치, 이를 포함하는 풍력발전기 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
최근 들어 지구 온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력 발전은 오염 물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 해당 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
풍력발전기는, 허브 및 허브에 결합되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 로터, 로터가 결합되는 나셀, 그리고 나셀을 회전 가능하게 지지하는 타워를 포함한다. 허브는, 전방에서 불어오는 바람에 의해, 블레이드와 함께 회전하면서 기계적 에너지를 생성하고, 이 기계적 에너지는 나셀의 발전기에 의해 전기 에너지로 변환된다.
블레이드 및 허브로 불어오는 바람의 방향이 바뀌는 경우, 나셀은 발전을 위한 최적의 자세를 유지하기 위해 바람이 불어오는 방향을 향하도록 타워에 대해 요잉한다.
나셀이 발전을 위한 최적의 자세를 유지하기 위해 요잉하는 과정에서, 나셀의 발전기와 타워의 전력 변환기를 연결하는 케이블의 꼬임(Twist)이 발생할 수 있다. 케이블의 꼬임이 과도하게 발생되면, 케이블의 손상이 유발될 수 있고, 이로 인해 풍력발전기의 하위 시스템이 손상되거나, 고전력을 출력하는 케이블에 화재가 발생할 수 있다.
종래, 케이블의 꼬임을 방지하기 위해, 케이블을 풀어주는 방향으로 나셀의 요잉이 수행된다. 이 과정에서, 풍력발전기의 발전이 중단되고, 나셀이 초기 상태로 복귀한다.
그런데 이러한 종래 기술의 경우, 발전을 하는 과정 및 케이블을 풀어주는 과정에서 나셀의 회전 속도는 저속으로 동일하다. 케이블을 풀어주는 과정에서 나셀의 회전 속도가 낮으면 케이블을 풀어주는 과정 자체가 길어지고, 그 만큼 발전을 위한 시간이 줄어들기 때문에 발전량 손실이 발생한다.
본 발명의 실시예는, 발전 손실량을 최소화 시키는 요잉 장치, 이를 포함하는풍력발전기 및 그 운용방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀을 타워에 대해 회전시키는 요잉 장치로서, 종동 기어를 포함하고, 상기 나셀을 상기 타워에 대해 회전 가능하게 지지하는 요 베어링; 상기 나셀을 상기 타워에 대해 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 모터 샤프트와 결합되고 상기 종동 기어와 맞물리는 구동 기어를 포함하는 구동 장치; 및 상기 구동 모터에 대한 상기 나셀의 회전수비를 증가시키는 변속 장치를 포함하는, 요잉 장치가 제공된다.
상기 요 베어링은, 내주면에 상기 종동 기어가 형성되고, 상기 나셀과 고정 결합하는 내륜; 및 상기 내륜과 회전 가능하게 결합되고, 상기 타워와 고정 결합하는 외륜을 포함할 수 있다.
상기 변속 장치는, 상기 모터 샤프트와 결합되는 변속 구동 기어; 상기 내륜에 지지되고 상기 변속 구동 기어와 맞물리는 변속 종동 기어; 및 상기 구동 모터를 승강 시키는 승강 구동부를 포함하고, 상기 변속 종동 기어에 대한 상기 변속 구동 기어의 기어비는 상기 종동 기어에 대한 상기 구동 기어의 기어비보다 작고, 상기 승강 구동부의 작동함에 따라 상기 종동 기어와 상기 구동 기어가 상호 맞물리거나 상기 변속 종동 기어와 상기 변속 구동 기어가 상호 맞물릴 수 있다.
상기 승강 구동부는, 상기 타워의 일측에 고정되고, 상기 구동 모터에 연결되며, 상기 모터 샤프트의 길이 방향으로 신축하는 유압 실린더를 포함할 수 있다.
또는 상기 승강 구동부는, 상기 구동 모터를 지지하고, 상기 타워의 일측에 상기 모터 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 지지 부재; 상기 지지 부재에 설치되는 승강 구동 모터; 상기 승강 구동 모터에 의해 회전하는 피니언(pinion); 및 상기 모터 샤프트의 길이 방향으로 연장되어 상기 피니언과 맞물리는 랙(rack)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 허브 및 상기 허브에 결합되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 로터; 상기 로터가 회전 가능하게 결합되는 나셀; 상기 나셀을 지지하는 타워; 및 상기 나셀을 상기 타워에 대해 회전시키는 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 요잉 장치를 포함하는, 풍력발전기가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 나셀이 타워에 대해 요잉하는 풍력발전기의 운용방법으로서, 상기 나셀이 정상 요잉하는 단계; 상기 나셀의 요잉각이 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 나셀의 요잉각이 임계치에 도달한 경우, 상기 나셀이 초기화 요잉을 하는 단계를 포함하고, 상기 나셀의 회전 속도는 상기 정상 요잉 상태보다 상기 초기화 요잉 상태에서 더 빠른, 풍력발전기 운용방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변속 장치에 의해 정상 요잉 상태보다 초기화 요잉 상태에서 나셀의 요잉 속도를 증가시킴으로써 초기화 요잉 시간을 단축할 수 있고, 단축 시간만큼 발전을 할 수 있어 발전량 손실이 저감된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전기의 측면도이고,
도 2는 도 1의 A부분의 단면도이고,
도 3은 도 2의 승강 구동부의 작동을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 2의 승강 구동부의 다른 실시예를 나타내는 도면이고,
도 5는 도 4의 승강 구동부를 측면에서 바라본 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 운용방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전기의 측면도이고, 도 2는 도 1의 A부분의 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 풍력발전기(1)는 로터(10), 나셀(20), 타워(30), 블레이드(14) 및 요잉 장치(100)를 포함한다.
로터(10)는 허브(12) 및 블레이드(14)를 포함한다. 허브(12)는 나셀(20)의 전방에 위치하고, 후술할 메인 샤프트(22)에 결합된다. 허브(12)는 내부가 빈 중공 형상을 가질 수 있고, 허브(12)의 내부에는 피치 시스템(미도시), 윤활 시스템(미도시) 및 각종 센서(미도시) 등이 제공될 수 있다.
블레이드(14)는 복수 개 제공되며, 허브(12)를 중심으로 방사상으로 배치된다. 블레이드(14)의 루트 영역(14a)은 허브(12)에 결합되며, 블레이드(14)의 팁 영역(14b)은 루트 영역(14a)에 비하여 상대적으로 작은 단면적을 가질 수 있다.
블레이드(14)는 익형 단면을 가지고, 전방으로부터 불어오는 바람에 대해 일정한 받음각을 갖도록 허브(12)에 결합된다. 풍력발전기(1)의 전방에서 불어오는 바람은 블레이드(14)의 표면을 스쳐 지나면서 양력을 발생시키고, 양력은 블레이드(14)와 허브(12)를 회전시킨다. 블레이드(14)와 허브(12)의 회전력은 나셀(20)로 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
나셀(20)은 타워(30)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 나셀(20)은 나셀 커버(21), 메인 샤프트(22), 베어링(23), 기어 박스(24), 발전기(25) 및 메인 프레임(26)을 포함한다.
나셀 커버(21)는 타워(30)의 상단에 회전 가능하게 결합되고, 메인 샤프트(22), 베어링(23), 기어 박스(24), 발전기(25) 및 메인 프레임(26)을 수용한다. 나셀 커버(21)는 비전도성 재질, 예컨대 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP) 재질로 제공될 수 있다.
메인 샤프트(22)는 베어링(23)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 메인 샤프트(22)는 허브(12)와 기어 박스(24)를 연결하고, 허브(12)와 함께 회전하면서 허브(12)의 회전 에너지를 기어 박스(24)로 전달한다. 기어 박스(24)는 메인 샤프트(22)에서 입력되는 회전 속도를 발전용 속도로 증가시키고, 이를 출력하여 발전기(25)로 전달한다. 발전기(25)는 기어 박스(24)에서 출력되는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 메인 프레임(26)은 베어링(23), 기어 박스(24) 및 발전기(25)를 지지한다.
타워(30)는 중공 원통 형상을 가지고, 나셀(20)을 지지한다. 나셀(20)과 타워(30) 사이에는 요잉 장치(Yawing apparatus, 100)가 제공된다. 요잉 장치(100)는 로터(10)가 바람이 불어오는 방향을 향하도록 나셀(20)을 회전시킨다.
요잉 장치(100)는 요 베어링(110)과, 구동 장치(130)와, 변속 장치(150)를 포함한다. 요 베어링(110)은 나셀(20)과 타워(30) 사이에 개재되어 나셀(20)을 타워(30)에 대해 회전 가능하게 지지한다.
요 베어링(110)은 내륜(111)과 외륜(113)을 포함한다. 내륜(111)은 링 형상을 가지며, 내륜(111)에는 나셀(20)이 고정 결합된다. 예컨대, 내륜(111)에는 나셀(20)의 메인 프레임(26)이 고정 결합될 수 있다. 내륜(111)의 내주면에는 종동 기어(112)가 형성된다. 내륜(111)은 외륜(113)에 대해 회전 가능하게 결합된다. 외륜(113)은 링 형상을 가지며, 외륜(113)에는 타워(30)가 고정 결합된다.
구동 장치(130)는, 구동 모터(131)와 구동 기어(132)를 포함한다. 구동 모터(131)는 나셀(20)을 타워(30)에 대해 회전시키기 위한 구동력을 제공한다. 구동 모터(131)는 타워(30)의 일측에 지지된다. 구동 모터(131)의 모터 샤프트(131a)에는 구동 기어(132)가 결합된다. 구동 기어(132)는 종동 기어(112)와 맞물린다.
구동 모터(131)가 작동하면, 나셀(20)이 타워(30)에 대해 요잉한다. 이때, 구동 모터(131)의 구동력이 구동 기어(132) 및 종동 기어(112)를 통해 내륜(111)에 전달되고, 내륜(111)이 외륜(113)에 대해 회전함으로써, 나셀(20)이 타워(30)에 대해 회전한다.
예컨대, 나셀(20)이 정상 요잉을 하는 경우, 최대 0.33 degree/s의 회전 속도로 정속 회전할 수 있다. 여기서 정상 요잉이란, 풍력발전기(1)가 최적상태에서 발전하기 위해 바람이 불어오는 방향을 향해 나셀(20)이 회전하는 것을 말한다. 나셀(20)이 정상 요잉을 하는 경우, 구동 모터(131)의 RPM(REVOLUTION PER MINUTE) 그리고 종동 기어(112)에 대한 구동 기어(132)의 기어비에 따라 나셀(20)의 회전 속도가 결정된다.
변속 장치(150)는, 구동 모터(131)에 대한 나셀(20)의 회전수비를 증가시킨다. 변속 장치(150)는 예컨대, 나셀(20)이 초기화 요잉을 하는 경우 작동한다. 여기서 초기화 요잉이란, 나셀(20)이 정상 요잉을 하던 중 요잉각(Yawing angle)이 임계치에 도달하면 정상 요잉을 중지하고 초기 상태로 복귀하기 위해 회전하는 것을 말한다. 그리고 요잉각의 임계치는 나셀(20)의 발전기(25)와 타워(30)의 전력 변환기(미도시)를 연결하는 케이블(미도시)이 꼬여 손상되는지 여부로 결정된다.
예컨대, 나셀(20)의 요잉각 임계치가 720도인 경우, 정상 요잉을 통해 나셀(20)의 시계방향 또는 반시계 방향 요잉각이 720도에 도달하면, 나셀(20)의 정상 요잉은 중지되고, 요잉각이 0도가 되도록 나셀(20)이 반시계 방향 또는 시계 방향으로 회전한다.
변속 장치(150)는 변속 구동 기어(151)와, 변속 종동 기어(153)와, 승강 구동부(160)를 포함한다.
변속 구동 기어(151)는, 모터 샤프트(131a)와 결합한다. 변속 구동 기어(151)는 모터 샤프트(131a)를 따라 구동 기어(132)와 이격되어 배치된다. 예컨대, 변속 구동 기어(151)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 구동 기어(132)보다 아래에 구동 기어(132)와 이격되어 모터 샤프트(131s)에 결합될 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과하고 후술하는 변속 종동 기어(153)의 위치에 따라 변속 구동 기어(151)가 구동 기어(1432)보다 위에 위치할 수 있음은 물론이다.
변속 구동 기어(151)는 구동 기어(132)보다 큰 직경을 갖도록 제공될 수 있다.
변속 구동 기어(151)는 변속 종동 기어(153)와 맞물린다. 변속 종동 기어(153)는 내륜(111)에 지지된다. 도 2를 참조하면, 내륜(111)의 하면에는 내륜(111)과 대응하는 링 부재(155)가 제공되고, 링 부재(155)의 단면은 L자 형상을 가진다. 링 부재(155) 중 내륜(111)의 중심을 향하여 꺽인 부분의 내주면에는 변속 종동 기어(153)가 형성된다.
변속 종동 기어(153)에 대한 변속 구동 기어(151)의 기어비는 종동 기어(112)에 대한 구동 기어(132)의 기어비보다 작다. 이때, 나셀(20)의 요잉 속도는 종동 기어(112)와 구동 기어(132)가 상호 맞물린 상태보다 변속 종동 기어(153)와 변속 구동 기어(151)가 상호 맞물린 상태에서 더 크다.
승강 구동부(160)는 구동 모터(131)를 승강시킨다. 도 2를 참조하면, 승강 구동부(160)는 유압 실린더(161)를 포함한다. 유압 실린더(161)는 타워(30)의 일측에 고정되고 구동 모터(131)와 연결된다. 유압 실린더(161)는 모터 샤프트(131a)의 길이 방향으로 신축하며 구동 모터(131)를 승강시킨다.
승강 구동부(160)의 작동에 의해 종동 기어(112)와 구동 기어(132)가 상호 맞물리거나 변속 종동 기어(153)와 변속 구동 기어(151)가 상호 맞물릴 수 있다. 승강 구동부(160)의 작동은 다음과 같다.
도 3은 도 2의 승강 구동부의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 2를 참조하면, 나셀(20)은 종동 기어(112)와 구동 기어(132)가 상호 맞물린 상태로 요잉한다. 이 경우, 나셀(20)은 구동 모터(131)의 회전수 및 종동 기어(112)에 대한 구동 기어(132)의 기어비에 의해 결정되는 속도(V1)로 요잉한다.
이후, 나셀(20)이 도 2의 상태보다 더 빠르게 요잉할 필요가 있을 때, 도 3에 도시된 바와 같이 승강 구동부(160)는 구동 모터(131)를 하강시킨다. 이 경우, 나셀(20)은 구동 모터(131)의 회전수 및 변속 종동 기어(153)에 대한 구동 기어(132)의 기어비에 의해 결정되는 속도(V2)로 요잉한다. 여기서 V2는 V1보다 크다.
대안적으로 도 4 및 도 5를 참조하면, 승강 구동부(160')는 지지 부재(162)와, 승강 구동 모터(164)와, 피니언(Pinion, 165)과, 랙(Rack, 166)을 포함한다. 여기서 도 4는 도 2의 승강 구동부의 다른 실시예를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 승강 구동부를 측면에서 바라본 도면이다.
지지 부재(162)는 구동 모터(131)를 지지한다. 지지 부재(162)는 타워(30)의 일측에 모터 샤프트(131a)의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합된다. 예컨대, 지지 부재(162)는 타워(30)의 내측 벽면(31)에 마련된 가이드 홈(31a)에 슬라이딩 가능하게 결합된다.
지지 부재(162)에는 승강 구동 모터(164)가 설치된다. 승강 구동 모터(164)는 구동 모터(131)의 승강을 위한 구동력을 제공한다. 승강 구동 모터(164)의 승강 모터 샤프트(164a)에는 피니언(165)이 결합된다. 피니언(165)은 승강 모터 샤프트(164a)의 회전에 의해 회전한다. 피니언(165)은 랙(166)과 맞물린다. 랙(166)은 지지 부재(162)와 이격되어 모터 샤프트(131a)의 길이 방향으로 연장된다. 랙(166)은 타워(30)의 일측에 고정 지지된다.
승강 구동 모터(164)가 작동하면, 승강 구동 모터(164)의 구동력이 피니언(165)을 통해 랙(166)으로 전달되고, 지지 부재(162)가 타워(30)의 일측에서 슬라이딩함으로써, 구동 모터(131)는 승강할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 운용방법을 보여주는 순서도이다. 이하, 도 1 내지 도 3 그리고 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 풍력발전기의 운용방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 나셀(20)이 정상 요잉을 한다(S10). 이 경우, 종동 기어(112)와 구동 기어(132)가 상호 맞물려 회전한다. 정상 요잉 과정에서 나셀(20)은 풍력발전기(1)가 최적상태에서 발전하도록 바람이 불어오는 방향을 향해 회전한다.
제어부(미도시)는 나셀(20)이 정상 요잉하는 과정에서 나셀(20)의 요잉각이 임계치에 도달하였는지 여부를 판단한다(S30). 이를 위해, 제어부는 요잉각 센서(미도시)의 측정값을 수신하고 이를 기 설정된 임계치와 비교한다.
도 3을 참조하면, 비교 결과 나셀(20)의 요잉각이 임계치에 도달한 경우, 제어부는 나셀(20)이 초기화 요잉을 하도록 제어한다(S50). 이 경우, 제어부는 승강 구동부(160)를 작동시켜 변속 종동 기어(153)와 변속 구동 기어(151)가 상호 맞물리게 한다.
본 실시예에 따르면, 변속 종동 기어(153)에 대한 변속 구동 기어(151)의 기어비는 종동 기어(112)에 대한 구동 기어(132)의 기어비보다 작다. 이 경우, 나셀(20)의 회전 속도는 도 2와 같은 정상 요잉 상태보다 도 3과 같은 초기화 요잉 상태에서 더 빠르다. 따라서 본 실시예에 따른 풍력발전기(1)는 종래 풍력발전기에 비해 초기화 요잉 시간을 단축할 수 있고, 단축 시간만큼 발전을 할 수 있어 발전량 손실이 저감된다.
한편, 본 실시예에서는 요 베어링(110)의 내륜(111) 및 외륜(113)이 각각 나셀(20) 및 타워(30)에 결합되는 것으로 설명하였으나 이는 예시에 불과하고 내륜 및 외륜이 각각 타워(30) 및 나셀(20)에 결합될 수 있음은 물론이다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 풍력발전기 10 : 로터
14 : 블레이드 20: 나셀
30 : 타워 100 : 요잉 장치
110 : 요 베어링 111 : 내륜
112 : 종동 기어 113 : 외륜
130 : 구동 장치 131 : 구동 모터
132 : 구동 기어 150 : 변속 장치
151 : 변속 구동 기어 153 : 변속 종동 기어
160, 160': 승강 구동부 161 : 유압 실린더
162 : 지지 부재 164 : 승강 구동 모터
165 : 피니언 166 : 랙

Claims (7)

  1. 나셀을 타워에 대해 회전시키는 요잉 장치에 있어서,
    종동 기어를 포함하고, 상기 나셀을 상기 타워에 대해 회전 가능하게 지지하는 요 베어링;
    상기 나셀을 상기 타워에 대해 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 모터 샤프트와 결합되고 상기 종동 기어와 맞물리는 구동 기어를 포함하는 구동 장치; 및
    상기 구동 모터에 대한 상기 나셀의 회전수비를 증가시키는 변속 장치를 포함하는, 요잉 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요 베어링은,
    내주면에 상기 종동 기어가 형성되고, 상기 나셀과 고정 결합하는 내륜; 및
    상기 내륜과 회전 가능하게 결합되고, 상기 타워와 고정 결합하는 외륜을 포함하는, 요잉 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변속 장치는,
    상기 모터 샤프트와 결합되는 변속 구동 기어;
    상기 내륜에 지지되고 상기 변속 구동 기어와 맞물리는 변속 종동 기어; 및
    상기 구동 모터를 승강 시키는 승강 구동부를 포함하고,
    상기 변속 종동 기어에 대한 상기 변속 구동 기어의 기어비는 상기 종동 기어에 대한 상기 구동 기어의 기어비보다 작고,
    상기 승강 구동부의 작동함에 따라 상기 종동 기어와 상기 구동 기어가 상호 맞물리거나 상기 변속 종동 기어와 상기 변속 구동 기어가 상호 맞물리는, 요잉 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 승강 구동부는,
    상기 타워의 일측에 고정되고, 상기 구동 모터에 연결되며, 상기 모터 샤프트의 길이 방향으로 신축하는 유압 실린더를 포함하는, 요잉 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 승강 구동부는,
    상기 구동 모터를 지지하고, 상기 타워의 일측에 상기 모터 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 지지 부재;
    상기 지지 부재에 설치되는 승강 구동 모터;
    상기 승강 구동 모터에 의해 회전하는 피니언(pinion); 및
    상기 모터 샤프트의 길이 방향으로 연장되어 상기 피니언과 맞물리는 랙(rack)을 포함하는, 요잉 장치.
  6. 허브 및 상기 허브에 결합되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 로터;
    상기 로터가 회전 가능하게 결합되는 나셀;
    상기 나셀을 지지하는 타워; 및
    상기 나셀을 상기 타워에 대해 회전시키는 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 따른 요잉 장치를 포함하는, 풍력발전기.
  7. 나셀이 타워에 대해 요잉하는 풍력발전기의 운용방법에 있어서,
    상기 나셀이 정상 요잉하는 단계;
    상기 나셀의 요잉각이 임계치에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 나셀의 요잉각이 임계치에 도달한 경우, 상기 나셀이 초기화 요잉을 하는 단계를 포함하고,
    상기 나셀의 회전 속도는 상기 정상 요잉 상태보다 상기 초기화 요잉 상태에서 더 빠른, 풍력발전기 운용방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170013812A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 풍력 발전 시스템
CN106988961A (zh) * 2017-04-17 2017-07-28 曲阜师范大学 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统
CN107345507A (zh) * 2016-05-05 2017-11-14 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 一种偏航速度检测的方法及系统
CN109882353A (zh) * 2019-04-11 2019-06-14 尉立 偏航变桨驱动装置及采用该装置的偏航装置和变桨装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007198167A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Fuji Heavy Ind Ltd 水平軸風車
KR20130023908A (ko) * 2011-08-30 2013-03-08 대우조선해양 주식회사 요 구동 제어방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170013812A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 풍력 발전 시스템
CN107345507A (zh) * 2016-05-05 2017-11-14 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 一种偏航速度检测的方法及系统
CN106988961A (zh) * 2017-04-17 2017-07-28 曲阜师范大学 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统
CN106988961B (zh) * 2017-04-17 2023-08-18 曲阜师范大学 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统
CN109882353A (zh) * 2019-04-11 2019-06-14 尉立 偏航变桨驱动装置及采用该装置的偏航装置和变桨装置

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