KR101059126B1 - Multi-stage generator wind power system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전 시스템에 관한 것으로서, 풍력 발전 시스템에 있어서, 바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 단일 회전축으로 전달하는 풍력회전동력장치와; 상기 단일 회전축 상에 고정되어 회전가능하게 설치되고 영구자석으로 이루어진 복수의 자극이 구비된 회전자와, 상기 회전자의 영구자석 자극에 대응되는 복수 개의 여자코일 자극이 형성되는 고정자로 하나의 발전장치를 구성하고, 상기 단일 회전축에 복수 개가 설치되는 복수 개의 발전장치와; 외부의 풍속을 검출하는 풍속 검출장치와; 상기 풍속 검출장치에 의해 검출된 풍속에 의거하여 상기 복수의 발전장치의 고정자 여자코일을 선택적으로 연결/단락시키기는 제어장치와; 상기 제어장치에 의해 풍속에 따라 발전장치의 여자코일과의 연결/단락이 제어되어 발전장치의 여자코일로부터 생산되는 전기를 안정화시켜 출력하는 출력장치를 포함하여 구성되는 다단 발전기 풍력 발전시스템을 제공함으로써, 풍속에 따라 발전장치들의 여자코일들을 선택적으로 누적 연계가 가능하여 낮은 풍속에서 빠른 풍속까지 가장 효율적으로 발전에너지를 흡수함에 특징이 있다.The present invention relates to a wind power generation system, comprising: a wind power generator for transmitting a rotational force of a blade rotated by wind to a single rotating shaft; One power generator with a rotor fixed to the single rotating shaft and rotatably installed and provided with a plurality of magnetic poles made of permanent magnets, and a plurality of excitation coil magnetic poles corresponding to the permanent magnet magnetic poles of the rotor. And a plurality of power generation apparatuses installed on the single rotation shaft; A wind speed detector for detecting an outside wind speed; A control device for selectively connecting / shorting the stator excitation coils of the plurality of power generation devices based on the wind speed detected by the wind speed detection device; The control device is connected to the excitation coil of the generator according to the wind speed / short circuit to provide a multi-stage generator wind power generation system comprising an output device to stabilize and output the electricity produced from the excitation coil of the generator In addition, it is possible to selectively accumulate and connect the female coils of power generators according to the wind speed, which is characterized by absorbing the generation energy most efficiently from low wind speed to fast wind speed.

풍력, 발전기, 다단 발전, 풍속, 누적 Wind, Generator, Multistage Power Generation

Description

다단 발전기 풍력 발전 시스템{Cumulative Multi-pole/Multi-stage Wind-power Generator}Multi-Stage Generator Wind Power System {Cumulative Multi-pole / Multi-stage Wind-power Generator}

본 발명은 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바람에 의해 날개가 회전되어 회전동력이 생성되는 회전축에 여러 개의 발전장치를 같은 축에 배치하되 풍속에 맞게 발전장치들을 선택적으로 접속, 누적 연계함으로서 낮은 풍속에서 빠른 풍속까지 가장 효율적으로 발전에너지를 생성할 수 있도록 한 다단 발전기를 구비하는 다단 발전기 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generation system, and more particularly, a plurality of generators are arranged on the same axis on a rotating shaft where the blades are rotated by wind to generate rotational power, and the generators are selectively connected and accumulated in accordance with the wind speed. The present invention relates to a multi-stage generator wind power generation system having a multi-stage generator capable of generating power generation most efficiently from low to high wind speeds.

풍력의 원천 에너지원은 지구상에 도달하는 태양 에너지이고, 총 태양에너지의 약 2%가 풍력으로 전환된다 하나, 얻고자하는 풍력은 장소, 지형, 높이, 계절, 시간, 기상 등에 따라 다르고, 일반적으로 다른 많은 나라들에서와 마찬가지로 특히 우리나라에서는 풍속이 충분하지 않으며 시간 분포상 저속일 때가 훨씬 더 많다.The source of wind energy is solar energy reaching the earth, and about 2% of the total solar energy is converted to wind power.However, the wind power to be obtained varies depending on the location, terrain, height, season, time, weather, etc. As in many other countries, especially in Korea, wind speeds are not sufficient and there are many times more often at lower speeds in time distribution.

도 1은 짧은 시간의 풍속변화와 년간 평균 풍속 특성도이다. 도 1의 (a)는 어느 한 곳인 산정에서 그러나 바람이 비교적 많은 곳에서 아주 짧은 시간동안에 풍속의 변화를 보이는 것이고(8~10m/s - 약 12초 동안), 도 1의 (b)는 또 다른 한 곳인 바닷가에서 좀 더 긴 시간에 대하여 풍속 분포 (5~8m/s - 약12개월 동안)를 보이는 것이다. 예로 보이는 것들처럼 평균풍속이 비교적 뚜렷한 곳에서는 년 간 평균하면 풍속분포(Statistical Distribution)는 가우쓰정상분포(Gauss Normal Statistical Distribution)에 가까운 분포가 되지만, 그렇지 못한 곳에서는 매우 저속에 기운 레이리분포(Raighley Statistical Distribution)를 보이기 마련이고, 장소에 따라서는 분포도의 정점은 매우 낮은 풍속을 보일 것이다.1 is a short time wind speed change and yearly average wind speed characteristics. FIG. 1 (a) shows a change in wind speed in a very short time at a mountaintop, but at a relatively high wind (8-10 m / s for about 12 seconds), and FIG. At the other seaside, wind speed distribution (5-8 m / s-about 12 months) is shown for a longer time. For example, where average wind speeds are relatively pronounced, the annual average wind speed distribution is close to the Gauss Normal Statistical Distribution, but in other places, the Rayleigh distribution is very slow. Raighley Statistical Distribution is shown, and depending on the location, the peak of the distribution will have very low wind speed.

도 2는 년간 누적 풍속 분포와 누적 풍속 에너지 분포를 도식화한 것을 보인다. 도 2의 (a)와 같은 년간 누적 풍속 분포와 연관하여, 도 2의 (b)에 종축에 풍속의 3-제곱(v: v는 풍속으로 m/sec)이 되는 풍속 에너지에 상응하는 량을, 횡축에 년 간 누적시간을(척도 없이 성격적으로만) 보이다.Figure 2 shows the cumulative wind speed and cumulative wind energy distribution over the years. In relation to the yearly cumulative wind speed distribution as shown in FIG. 2 (a), FIG. On the other hand, the horizontal axis shows cumulative time of year (only by nature, not by scale).

도 3a 내지 도 3c는 종래와 본 발명의 풍력 발전 시스템의 가취 에너지 특성도 비교도다. 종래의 풍력 발전 시스템은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같다. 먼저, 도 3a는, 동력 변환장치와 연관하여 기계변환장치, 예로 사보니어스형(Savonius Type) 풍력회전동력장치 같은 것을 사용함에 따라 가취 풍력에너지는 작되, 가취시간이 긴 경우이고, 도 3b는 다른 굵은 선으로 표시된 부분은, 예로 고정핏치 프로펠러처럼 가취 풍력에너지는 크되 가취시간이 그 만큼 짧은 경우를 표시하는 것이다. 전체 사선하의 면적은 총 가취에너지 량을 보이는 것으로 비교하여 보이는 그림이다.Figure 3a to 3c is also a comparison diagram of the characteristic energy of the wind power generation system of the prior art and the present invention. The conventional wind power generation system is as shown in Figs. 3a and 3b. First, FIG. 3A illustrates a case in which a wind power energy is low, but a long time is taken, as a machine converter, for example, a Savonius Type wind turbine, is used in connection with a power converter. The other thick line indicates the case where the wind energy is high but the take time is short, for example, like a fixed-pitch propeller. The area under the total oblique line is a figure that shows the total amount of added energy.

따라서 종래의 풍력 발전 시스템은, 도 3a 또는 도 3b와 같이 풍속과 대비하 여 볼 때 가취 에너지는 장기간 저출력형이나, 단기간 고출력형으로서 설치된다. 즉, 도 3a와 같은 장기간 저출력 형태의 발전기 시스템은, 저 풍속에서도 발전기가 구동되어 전기를 생산하기는 하지만, 고속 풍속에서도 저출력의 전기만을 생산하기 때문에 고속 풍속에서 풍력에너지가 버려지는 것이다. 또한 도 3b와 같이 단기간 고출력 형태의 발전기 시스템은, 고출력으로 구동시키기 위해서는 적정 토크 이상의 파워가 필요한데, 저 풍속에서는 토크가 부족하여 발전기가 구동되지 못하고, 적정 수준 이상의 고속 풍속에서만 풍력에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있게 된다.Therefore, in the conventional wind power generation system, as compared with the wind speed as shown in FIG. 3A or 3B, the odor energy is installed as a long-term low power type or a short-term high power type. That is, in the long-term low-power generator system as shown in Figure 3a, the generator is driven at a low wind speed to produce electricity, but because the wind energy is discarded at a high speed wind speed because only a low output electricity at a high wind speed. In addition, as shown in FIG. 3B, a short-term high-power type generator system requires a power higher than an appropriate torque in order to operate at a high output. At low wind speeds, the generator is not driven due to a lack of torque. Can be converted.

풍력으로부터 기계적 회전동력장치로서 전환 가능한 이론적 최고 효율은 59.3% (Betz's Momentum Limit)이다. 그러나 실제로는 보통은 잘해서 35~45% 정도의 효율을 갖는다. 그에 더하여 기존의 시장에 나와 있는 장치들은 기계적 전달효율을 약 90~95% 잡아야 하고 또 풍속변화에 따라 전기변환장치의 발전능력이 잘 맞지 않음을 고려하거나 더욱이 축전지를 써서 전기를 저장하여 사용하는 경우는 그 효율은 60~80%정도이다.The theoretical maximum efficiency that can be converted from wind power to mechanical rotary power is 59.3% (Betz's Momentum Limit). In practice, however, it is usually well done and has an efficiency of 35-45%. In addition, the devices in the existing market need to reduce the mechanical transmission efficiency by about 90 ~ 95%, and considering that the power generation capacity of the electric converter is not well suited to the change in wind speed, or further, when the electricity is stored by using a battery The efficiency is about 60 to 80%.

따라서 보통의 경우는 풍력발전기의 최종 전체효율은 19~34% 수준(설명자에 따라서는 종합적으로 ‘Capacity Factor’라는 용어를 쓰는 경우가 있으며, 일반적으로 18~19% 수준)이 된다.Therefore, in general, the final overall efficiency of the wind turbine is 19 to 34% (depending on the descriptor, the term 'Capacity Factor' is generally used, which is generally 18 to 19%).

본 발명의 목적은, 낮은 풍속에서부터 빠른 풍속까지 가장 효율적으로 발전 에너지를 흡수할 수 있도록 한 풍력 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a wind power generation system capable of absorbing power generation energy most efficiently, from low wind speed to high speed.

본 발명은 바람에 의해 회전되는 날개의 회전축에 복수 개의 발전기를 설치하고, 그 발전기를 풍속에 의거하여 발전기의 구동을 선택하게 함으로써 풍속에 대해 최적의 효율로 발전 에너지를 생성할 수 있도록 한 풍력발전 시스템을 제공하기 위한 것이다. According to the present invention, a plurality of generators are installed on a rotating shaft of a blade rotated by wind, and the generator is selected based on the wind speed so that the generator can be driven to generate wind energy with optimum efficiency for the wind speed. It is to provide a system.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 풍력 발전 시스템은, Wind power generation system for achieving the object of the present invention,

바람에 의해 회전되는 날개의 회전력을 단일 회전축으로 전달하는 풍력회전 동력장치와; 상기 단일 회전축 상에 고정되어 회전가능하게 설치되고 영구자석으로 이루어진 복수의 자극이 구비된 회전자와, 상기 회전자의 영구자석 자극에 대응되는 여자코일 자극이 형성되는 고정자로 이루어진 복수 개의 발전기 장치와; 외부의 풍속을 검출하는 풍속 검출장치와; 상기 풍속 검출장치에 의해 검출된 풍속에 의거하여 상기 복수의 발전장치의 고정자 여자코일을 선택적으로 연결/단락시키기는 제어장치와; 상기 제어장치에 의해 풍속에 따라 발전장치의 여자코일과의 연결/단락이 제어되어 발전장치의 여자코일로부터 발생되는 전기를 안정화시켜 출력하는 출력장치를 포함하여 구성된다.Wind-driven power unit for transmitting the rotational force of the blade rotated by the wind to a single rotary shaft; A plurality of generators comprising a rotor fixed to the single rotating shaft and rotatably installed, the rotor having a plurality of magnetic poles formed of permanent magnets, and a stator having an excitation coil magnetic pole corresponding to the permanent magnet magnetic poles of the rotor; ; A wind speed detector for detecting an outside wind speed; A control device for selectively connecting / shorting the stator excitation coils of the plurality of power generation devices based on the wind speed detected by the wind speed detection device; The control device is connected to the excitation coil of the generator according to the wind speed / short circuit is configured to include an output device for stabilizing and outputting the electricity generated from the excitation coil of the generator.

본 발명은, 풍력회전동력장치와 여러 개의 발전장치들을 같은 하나의 축에 배치하여 낮은 풍속에서 빠른 풍속까지 선택적으로 접속, 누적 연계함으로서 가장 효율적으로 발전에너지를 흡수토록 고안된 풍력 발전 시스템을 제공함으로써 달성된다.The present invention is achieved by providing a wind power generation system designed to absorb power generation energy most efficiently by selectively connecting and accumulating the wind turbine power unit and a plurality of power generating units on the same shaft to selectively connect and accumulate from low to high wind speeds. do.

본 발명은 다 축계(多 軸系) 시스템에 반듯이 있어야하는 복잡한 기어나 기계장치를 피하고 여러 개의 발전장치를 풍력회전동력장치와 같은 하나의 축에 배치하여 풍속에 맞게 발전기를 쉽게 선택적으로 연계함이 가능토록 한다.The present invention avoids the complicated gears and machinery that must be present in a multi-axis system and arranges several generators on one shaft, such as a wind turbine, to easily and selectively link generators to match the wind speed. Make it possible.

본 발명의 풍력회전동력장치는 프로펠러형(Propeller Type), 다리우스형(Darrieus Type) 및 사보니어스형(Savonius Type) 풍력회전동력장치 모두에 또는 이를 혼용하는 경우에 공히 사용 가능토록 한다.The wind power generator of the present invention is to be used both in the propeller type (Delieus type), Darius type (Darrieus type) and Savonius type (Savonius type) wind power unit or when used in combination.

본 발명은, 발전장치(들)는 회전축을 중심으로 하는 중앙부의 회전자에는 원주방향에 여러 개의 영구자석들을 부착하고 외부주위의 고정자에는 또한 원주방향에 여러 개의 여자코일들을 배치하여 여자코일들을 선택적으로 접속 혹은 단락시킴으로서 쉽게 발전장치의 누적 연계가 가능토록 하여 풍력회전 동력장치에 발전장치의 토크 부하를 맞추어 낮은 풍속에서 빠른 풍속까지 가장 효율적으로 발전에너지를 흡수토록 한다.According to the present invention, the generator (s) attaches a plurality of permanent magnets in the circumferential direction to the rotor of the central part centered on the rotation axis, and arranges the excitation coils by arranging several excitation coils in the circumferential direction to the stator around the outside. It is possible to easily accumulate and connect the power generation device by connecting or shorting the power supply, so that the torque load of the power generation device can be matched to the wind power generator so that the power generation energy can be absorbed most efficiently from low to high wind speed.

본 발명은, 풍력회전 동력장치와 여러 개의 발전장치들을 하나의 같은 축에 축 방향으로 배치함으로서 발전장치의 수가 적은 경우 과다하게 큰 크기의 발전장치가 됨을 피하면서도 충분한 용량의 발전장치를 둘 수 있어 풍속에 맞게 발전장치들을 선택적으로 누적 연계가 가능토록 함으로서 낮은 풍속에서 빠른 풍속까지 항상 가장 효율적으로 발전에너지를 흡수토록 한다.The present invention, by arranging the wind turbine power unit and several generators on the same axis in the axial direction, it is possible to have a generator of sufficient capacity while avoiding an excessively large size generator when the number of generators is small By selectively accumulating the generators according to the wind speed, it is possible to absorb the generation energy most efficiently from low wind speed to fast wind speed.

본 발명은, 풍력회전 동력장치와 여러 개의 발전장치들을 하나의 같은 축에 배치하여 풍속과 풍력회전동력장치의 특성에 맞게 발전장치들의 여자코일들을 선택적으로 누적 연계가 가능토록 하는 전자전기식 자동제어장치를 부착함으로서 낮은 풍속에서 빠른 풍속까지 가장 효율적으로 발전에너지를 흡수토록 한다.The present invention provides an electronic and electric automatic control device for selectively accumulating and connecting the excitation coils of the power generation apparatuses according to the characteristics of the wind speed and the wind power generator by arranging the wind power generator and several power generators on the same shaft. By attaching, the most efficient energy absorption from the low wind speed to the high wind speed.

일반의 풍력회전동력장치의 경우 바람이 저속 (일반적으로 약 3~5m/sec 이하)인 경우에는 가속기어로 인하여 풍차가 서 있는 경우가 있으나 본 고안의 경우는 시스템에 다소 있는 축 마찰 등을 제외하면 항상 회전을 하게 되고 회전에 맞추어 발전을 하고 에너지를 흡수토록 되어 있다.In the case of a general wind power unit, if the wind is low speed (generally about 3 ~ 5m / sec or less), the windmill may be standing due to the accelerator gear. It always rotates, generates electricity in accordance with the rotation, and absorbs energy.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 다단 발전기 풍력발전 시스템의 개요도이다. 이에 도시된 바와 같이,4 is a schematic diagram of a multi-stage generator wind power generation system according to the present invention. As shown therein,

바람에 의해 회전되는 날개(11)의 회전력을 단일 회전축(12)으로 전달하는 풍력회전동력장치(10)와;A wind power unit 10 for transmitting the rotational force of the blade 11 rotated by the wind to a single rotary shaft 12;

상기 단일 회전축(12) 상에 고정되어 회전가능하게 설치되고 영구자석으로 이루어진 복수의 자극이 구비된 회전자와, 상기 회전자의 영구자석 자극에 대응되 는 복수 개의 여자코일 자극이 형성되는 고정자로 하나의 발전장치가 이루어져 상기 단일 회전축(12)에 복수 개가 설치되는 복수 개의 발전장치(20)와; The rotor is fixed on the single rotating shaft 12 is rotatably installed and provided with a plurality of magnetic poles made of a permanent magnet, a plurality of stator coil magnetic poles corresponding to the permanent magnetic pole of the rotor is formed A plurality of power generating apparatuses 20 having one power generating apparatus installed on the single rotating shaft 12;

외부의 풍속을 검출하는 풍속 검출장치(30)와;A wind speed detector 30 for detecting an external wind speed;

상기 풍속 검출장치(30)에 의해 검출된 풍속에 의거하여 상기 복수의 발전장치(20)의 고정자 여자코일을 선택적으로 연결/단락시키기는 제어장치(40)와;A control device (40) for selectively connecting / shorting the stator excitation coils of the plurality of power generation devices (20) based on the wind speed detected by the wind speed detection device (30);

상기 제어장치(40)에 의해 풍속에 따라 발전장치(20)의 여자코일과의 연결/단락이 제어되어 발전장치(20)의 여자코일로부터 발생 되는 전기를 안정화시켜 출력하는 출력장치(50)를 포함하여 구성된다.The control device 40 controls the connection / short circuit with the excitation coil of the power generation device 20 according to the wind speed, thereby stabilizing and outputting the electricity generated from the excitation coil of the power generation device 20. It is configured to include.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명에 의한 다단 발전기 시스템의 발전장치 설명도로서, 이에 도시된 바와 같이, 단일 회전축(12)에 회전자(21)가 고정설치되고, 회전자(21)의 외주면에 영구자석 자극(21a)이 배열 설치되며, 상기 영구자석 자극(21a)에 대응해서 여자 코일 자극(22a)이 배열되게 고정자(22)가 설치되어 구성된다. 또한 발전장치의 구조는 도 5c와 같이 회전자(21)의 양측면에 원호상으로 영구자석 자극이 배열설치되고, 회전자와 마주보게 양측에 여자코일 자극(22)에 배열 설치되는 고정자(22)로 구성된다. 이러한 발전장치의 구조는 통상의 발전기 구조와 같고, 본 발명에서는 단일 회전축(12) 상에 복수 개의 발전장치가 되는 구성이다. 발전장치를 여러개 두는 것은 하나의 회전자로만은 크기가 너무 큰 장치가 될 수도 있고, 공사도 어려울 수가 있음으로 적당한 크기로 여러 개를 두는 것으로서, 원리상으로는 하나를 두는 것과 진배없다.5A to 5B are explanatory views of a power generation apparatus of a multi-stage generator system according to the present invention. As shown in this, the rotor 21 is fixedly installed on a single rotating shaft 12 and is provided on the outer circumferential surface of the rotor 21. The permanent magnet poles 21a are arranged in an array, and the stator 22 is arranged so that the excitation coil poles 22a are arranged in correspondence with the permanent magnet poles 21a. In addition, the structure of the power generator is a stator 22 is installed on both sides of the rotor 21, the permanent magnet magnetic pole is arranged in an arc shape, the magnet coil 22 is arranged on both sides facing the rotor as shown in Figure 5c It consists of. The structure of such a generator is the same as that of a normal generator, and in the present invention, a plurality of generators are provided on a single rotating shaft 12. It is possible to have multiple generators, so that only one rotor can be too large, and construction can be difficult.

상기 풍력회전동력장치(10)는, 날개(11)의 회전력을 단일 회전축(12)으로 전 달하는 동력전달 수단들이 설치되며, 이러한 구성은 기존에 널리 이용되고 알려진 것으로서, 수평축풍력회전장치(HAWT: Horizontal Axis Wind Turbine), 수직축풍력회전장치(VAWT: Vertical Axis Wind Turbine), 유체양력원리장치(Lifting Devices)와 유체저항 또는 압력차 이용 장치(Drag or Pressure Difference Devices)에도 적용이 가능하고, 따라서 프로펠러형(Propeller Type), 다리우스형(Darrieus Type) 및 사보니어스형(Savonius Type) 풍력회전동력장치 모두에 또는 이를 혼용하는 경우에 공히 사용가능하다.The wind power unit 10, the power transmission means for transmitting the rotational force of the blade 11 to a single rotary shaft 12 is installed, this configuration is widely used and known in the past, horizontal axis wind power rotary device (HAWT: It can also be applied to Horizontal Axis Wind Turbine (VAWT), Vertical Axis Wind Turbine (VAWT), Lifting Devices and Fluid or Pressure Difference Devices. It can be used for all or a combination of propeller type, dariuseus type and savonius type wind power units.

본 발명의 제어장치(40)는, 풍속 검출장치(30)에 의해 검출되는 풍속에 의거하여 발전장치(20)의 발전 용량을 선택하여 저풍속에서부터 고풍속에 이르기까지 발전장치(20)를 최대 효율로 구동시키기 위한 것으로서, 제어모듈(42)과 스위치모듈(41)로 구성되고, 제어모듈(42)은 미리 실험에 의해서 풍속별로 여자코일 자극을 연결하는 수를 구하여 두고, 검출되는 풍속에 따라 해당되는 갯수의 여자코일 자극을 연결하도록 제어한다. 스위치 모듈(41)은 각 발전장치 별로 여자코일들을 선택하도록 구성된다. 또한 발전장치별로 선택하지 않고 각 발전장치들이 기본적인 발전기로서 동작할 수 있는 여자코일 수를 선택적으로 가변시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 모든 여자코일을 접선하면 최대의 부하토크를 주고 최대 용량을 발전하게 될 것이며, 만약에 모두 단절을 하면 코일이 없는 것과 마찬가지가 되어 부하토크가 ‘영(零)’이 되고 발전도 또한 ‘영’이 된다. 풍속에 따라 발전장치의 여자코일들의 단락과 접속을 회전에 맞추면 그 속도에서 가장 이상적인 회전을 하게 되고 가장 이상적인 발전량을 얻을 수 있게 된다The control device 40 of the present invention selects the power generation capacity of the power generation device 20 based on the wind speed detected by the wind speed detection device 30 to maximize the efficiency of the power generation device 20 from low wind speed to high wind speed. It is composed of a control module 42 and a switch module 41, and the control module 42 obtains the number of connecting the excitation coil stimulus for each wind speed by experiment in advance, and corresponds to the detected wind speed. Control to connect as many excitation coil stimuli as possible. The switch module 41 is configured to select excitation coils for each power generation device. In addition, it can be configured to selectively change the number of excitation coils each generator can operate as a basic generator without selecting for each generator. In other words, connecting all the excitation coils will give the maximum load torque and develop the maximum capacity. If all the disconnections are made, the coil will be as if there is no coil, and the load torque will be 'zero' and the power generation will also be ' It's zero. According to the wind speed, if the short circuit and connection of the excitation coils of the generator are matched with the rotation, the most ideal rotation will be achieved at that speed and the most ideal generation will be obtained.

또한 출력장치(50)는 제어장치(40)의 제어에 의해 여자코일 수가 가변되면서 발전되는 전기 용량도 가변되므로, 이를 누적처리하여 안정화된 전기로서 출력할 수 있도록 구성한다. 즉, 여자코일 수가 적게 선택되어 발전용량이 낮은 경우에는 충전에 의해 누적하여 항상 설정된 발전기 출력으로 안정화시켜 출력을 유지할 수 있도록 한다.In addition, the output device 50 is configured to be output as a stabilized electricity by accumulating it because the capacitance generated by varying the number of excitation coils under the control of the control device 40 is also variable. In other words, when the number of excitation coils is selected and the power generation capacity is low, it is possible to maintain the output by accumulating by charging and always stabilizing the set generator output.

또한, 본 발명은, 고속에서도 일반 풍력회전동력장치의 경우에는 브레이크를 걸어 회전을 중단시키고 있으나 본 고안의 경우에는 발전기를 많이 연계하면 결국에는 토크가 커져서 브레이크 작용을 하게 됨으로 따로 브레이크가 필요하지 않고, 현재의 풍력발전장치들이 브레이크 마찰열로 버리는 에너지를 그 만큼 더 이용할 수 있게 된다. 다만 태풍 등 아주 고속의 풍속에서 회전 장치를 보호해야 할 필요가 있을 경우는 추가로 브레이크를, 예로 풍력회전동력장치(10)에 함께 포함하여, 둘 수 있다.In addition, the present invention, in the case of the general wind rotary power unit at high speed to stop the rotation by applying a brake, but in the case of the present design, if the generator is connected to a lot of torque in the end will increase the brake action, so no separate brake is required As a result, current wind turbines will be able to use more of the energy that is thrown away by brake frictional heat. However, when it is necessary to protect the rotating device at a very high wind speed such as a typhoon, the brake may be additionally included, for example, included in the wind power generator 10.

이와 같은 본 발명은, 날개(11)가 바람에 의해 회전되면, 풍력회전동력장치(10)에 의해서 단일 회전축(12)으로 회전동력이 전달되고, 풍속검출장치(30)에서 검출되는 풍속에 의거하여 제어장치(40)의 제어모듈(42)이 스위치 모듈(41)을 제어하게 된다. 즉, 스위치모듈(41)을 제어하여 미리 실험에 의해 구해둔 풍속별 여자코일 자극 선택 수에 맞게 여자코일 자극을 출력장치(50)로 연결시킨다.In the present invention as described above, when the blade 11 is rotated by the wind, the rotational power is transmitted to the single rotary shaft 12 by the wind turbine power 10, based on the wind speed detected by the wind speed detection device 30 The control module 42 of the control device 40 to control the switch module 41. That is, the switch module 41 is controlled to connect the excitation coil stimulus to the output device 50 according to the number of excitation coil stimulation selections for each wind speed obtained by experiment.

이에 따라 발전장치(20)는 어느 정도 기본 풍속(예; 하나의 발전장치 구동에 필요한 풍속)만 있으면 발전장치는 구동되어 전기를 생산하게 되며, 풍속이 강해지 면 이에 대응해서 다수의 여자코일 자극을 출력장치(50)에 연결시킴으로서 전력 생산량을 높이게 된다.Accordingly, if the generator 20 has only a certain basic wind speed (for example, the wind speed required to drive one generator), the generator is driven to produce electricity. When the wind speed is strong, a plurality of excitation coils are generated. By connecting to the output device 50, the power output is increased.

따라서, 기존의 풍력발전기가 도 3a 또는 도 3b와 같이 장기간 저출력 또는 단기간 고출력 형태로 풍력을 전력으로 에너지 변환시킬 수 있는 것인데 반해 본 발명은,도 3c에 도시된 바와 같이 풍속 에너지를 최대 효율로 전력 에너지로 변환 시킬 수 있게 된다.Therefore, the conventional wind power generator is capable of converting wind power into electric power in the form of long-term low power or short-term high power as shown in FIG. 3A or 3B, whereas the present invention provides the wind power with maximum efficiency as shown in FIG. 3C. Can be converted into energy.

도 1은 짧은 시간의 풍속변화와 년간 평균 풍속 특성도.1 is a short time wind speed change and the annual average wind speed characteristic diagram.

도 2는 년간 누적 풍속 분포와 누적 풍속 에너지 분포를 도식화한 도면.2 is a diagram illustrating the cumulative wind speed distribution and the cumulative wind energy distribution over the years.

도 3a 내지 도 3c는 종래와 본 발명의 풍력 발전 시스템의 가취 에너지 특성도 비교도.Figure 3a to 3c is also a comparison diagram of the characteristic of the energy of the wind power generation system of the prior art and the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 다단 발전기 풍력발전 시스템의 개요도.Figure 4 is a schematic diagram of a multi-stage generator wind power system according to the present invention.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명에 의한 다단 발전기 시스템의 발전장치 설명도.5A to 5B are explanatory diagrams of a power generator of a multi-stage generator system according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 풍력회전동력장치 11 : 날개10: wind power unit 11: wing

12 : 단일 회전축 20 : 발전장치12: single rotating shaft 20: generator

21 : 회전자 21a : 영구자석 자극21: rotor 21a: permanent magnet magnetic pole

22 : 고정자 22a : 여자코일 자극22: stator 22a: female coil stimulation

30 : 풍속검출장치 40 : 제어장치30: wind speed detection device 40: control device

41 : 스위치 모듈 42 : 제어모듈41: switch module 42: control module

50 : 출력장치50: output device

Claims (3)

풍력 발전 시스템에 있어서,In a wind power system, 바람에 의해 회전되는 날개(11)의 회전력을 단일 회전축(12)으로 전달하는 풍력회전동력장치(10)와;A wind power unit 10 for transmitting the rotational force of the blade 11 rotated by the wind to a single rotary shaft 12; 상기 단일 회전축(12) 상에 고정되어 회전가능하게 설치되고 영구자석으로 이루어진 복수의 자극이 구비된 회전자와, 상기 회전자의 영구자석 자극에 대응되는 복수 개의 여자코일 자극이 형성되는 고정자로 하나의 발전장치를 구성하고, 상기 단일 회전축(12)에 복수 개가 설치되는 복수 개의 발전장치(20)와; A rotor fixed to the single rotating shaft 12 and rotatably installed and provided with a plurality of magnetic poles made of permanent magnets, and a stator having a plurality of excitation coil magnetic poles corresponding to the permanent magnet magnetic poles of the rotor. A plurality of power generation apparatuses 20, the plurality of power generation apparatuses being installed on the single rotary shaft 12; 외부의 풍속을 검출하는 풍속 검출장치(30)와;A wind speed detector 30 for detecting an external wind speed; 상기 풍속 검출장치(30)에 의해 검출된 풍속에 의거하여 상기 복수의 발전장치(20)의 고정자 여자코일을 선택적으로 연결/단락시키기는 제어장치(40)와;A control device (40) for selectively connecting / shorting the stator excitation coils of the plurality of power generation devices (20) based on the wind speed detected by the wind speed detection device (30); 상기 제어장치(40)에 의해 풍속에 따라 발전장치(20)의 여자코일과의 연결/단락이 제어되어 발전장치(20)의 여자코일로부터 생산되는 전기를 안정화시켜 출력하는 출력장치(50)를 포함하여 구성되되,The control device 40 is connected to the excitation coil of the generator 20 in accordance with the wind speed / short circuit is controlled to output the output device 50 for stabilizing and outputting the electricity produced from the excitation coil of the generator 20 Including but not limited to 상기 제어장치(40)는,The control device 40, 상기 발전장치(20)의 각 발전장치별로 여자코일을 상기 출력장치(50)에 연결/단락을 스위칭 하기 위한 스위치 모듈(41)과,A switch module 41 for switching an excitation coil to the output device 50 for each power generation device of the power generation device 20, and switching a short circuit; 상기 풍속 검출장치(30)에 의해 검출되는 풍속에 대응하여 상기 발전장치(20)의 여자코일 자극의 수를 실험에 의해 미리 구하여 저장해둔 여자코일 수에 맞추어서 상기 스위치모듈(41)을 제어하는 제어모듈(42)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단 발전기 풍력 발전시스템.Controlling the switch module 41 in accordance with the number of excitation coils stored and stored in advance by the experiment to the number of excitation coil stimulation of the power generation device 20 corresponding to the wind speed detected by the wind speed detection device 30 Multi-stage generator wind power generation system characterized in that it comprises a module (42). 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 풍력회전동력장치(10)는,According to claim 1, The wind power unit 10, 프로펠러형(Propeller Type), 다리우스형(Darrieus Type) 또는 사보니어스형(Savonius Type) 중 어느 하나 또는 이들의 혼용 장치인 것을 특징으로 하는 다단 발전기 풍력 발전시스템.Multi-stage generator wind power generation system, characterized in that any one of propeller type, Darius type (Darrieus type) or Savonius type or a mixed device thereof.
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