KR102662688B1

KR102662688B1 - Power Generator with Multiple Pole Number

Info

Publication number: KR102662688B1
Application number: KR1020220015982A
Authority: KR
Inventors: 전성즙; 서정기
Original assignee: 국립부경대학교 산학협력단; 주식회사 대흥기전
Priority date: 2022-02-08
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2024-05-03
Also published as: KR20230119793A

Abstract

본 개시의 일 실시예에 의하면, 발전기에 있어서, 외부의 기계적인 에너지에 의하여 회전하는 회전축; 상기 회전축에 중심이 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 회전자; 상기 회전축의 방향으로 상기 회전자의 외곽을 따라 형성되는 제1 고정자 및 제2 고정자;를 포함하되, 상기 회전자는 복수의 계자권선을 포함하고, 상기 제1 고정자는 미리 설정된 제1 극수의 전기자권선을 포함하고 상기 제2 고정자는 미리 설정된 제2 극수의 전기자권선을 포함하는 다중 극수 발전기 시스템을 제공한다.According to an embodiment of the present disclosure, a generator includes: a rotating shaft rotating by external mechanical energy; a rotor whose center is coupled to the rotation axis and rotates together with the rotation axis; A first stator and a second stator formed along the outer edge of the rotor in the direction of the rotation axis, wherein the rotor includes a plurality of field windings, and the first stator includes an armature winding of a preset first number of poles. and wherein the second stator includes an armature winding of a preset second number of poles.

Description

Power Generator with Multiple Pole Number}

본 개시는 서로 다른 두 종류의 극수를 갖는 발전기에 관한 것이다.The present disclosure relates to a generator having two different types of pole numbers.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.The content described below simply provides background information related to this embodiment and does not constitute prior art.

발전기는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로서, 일반적으로 기계적 에너지를 전달받은 회전축이 회전함에 따라 회전축에 연동되어 회전하는 회전자와 회전자 주변의 전기자 간의 전자기 상호작용을 이용하여 교류전기를 생성한다.A generator is a device that converts mechanical energy into electrical energy. Generally, as the rotating shaft that receives the mechanical energy rotates, it generates alternating current electricity using electromagnetic interaction between the rotor that rotates in conjunction with the rotating shaft and the armature around the rotor. do.

종래 유도 발전기(induction generator) 또는 동기 발전기(synchronous generator)는 발전기의 회전축이 일정 속도 이상의 회전속도를 유지하여야 발전이 가능하다. 특히, 동기 발전기는 일정한 주파수의 전력을 발전하기 위해서 해당 주파수에 대한 동기속도(synchronous speed)로 발전기 회전축의 기계적 회전속도를 유지하여야 한다. 그러나, 기계적 회전에너지를 생성하는 원동력의 변화 또는 발전기로부터 생산되는 전기를 사용하는 부하의 변동 등과 같은 외란(disturbance)의 발생으로 인하여 발전기 회전축의 회전속도가 변동될 수 있다.Conventional induction generators or synchronous generators can generate power only when the rotation shaft of the generator maintains a rotation speed above a certain speed. In particular, in order to generate power at a certain frequency, a synchronous generator must maintain the mechanical rotation speed of the generator's rotation shaft at a synchronous speed for that frequency. However, the rotational speed of the generator's rotation shaft may vary due to the occurrence of disturbances, such as changes in the driving force that generates mechanical rotational energy or changes in loads that use electricity produced from the generator.

발전기 회전축의 회전속도가 변하게 되면, 발전기의 회전자 주파수와 전기자 주파수가 변하게 되어 회전자와 전기자간의 자기작용(magnetic interaction)이 불안정하게 실행됨으로 인해 발전기로부터 불안정한 전압과 주파수를 갖는 전기가 유도된다는 문제가 있다. 따라서, 발전기 회전축의 회전속도의 변화에도 강건하게(robust) 일정한 주파수의 전력을 발전할 수 있는 발전기의 개발이 요구되고 있다.When the rotational speed of the generator's rotation shaft changes, the rotor frequency and armature frequency of the generator change, causing the magnetic interaction between the rotor and the armature to become unstable, resulting in electricity with unstable voltage and frequency being induced from the generator. There is. Therefore, there is a need for the development of a generator that can generate power at a constant frequency robustly despite changes in the rotation speed of the generator's rotation shaft.

일 실시예에 따른 다중 극수 발전기는 발전기에 공급되는 기계적 에너지의 변화로 인하여 회전축의 회전속도가 변화하더라도, 서로 다른 두 종류의 극수에 대응되는 서로 다른 동기속도에 의하여 특정되는 회전속도 범위 내에서 일정한 주파수의 전력을 생성할 수 있다.A multi-pole generator according to an embodiment has a constant rotation speed within a range specified by different synchronous speeds corresponding to two different types of poles, even if the rotation speed of the rotation shaft changes due to a change in the mechanical energy supplied to the generator. Frequency power can be generated.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

일 실시예에 의하면, 다중 극수 발전기는 발전기에 공급되는 기계적 에너지의 변화로 인하여 회전축의 회전속도가 변화하더라도 일정한 주파수의 전력을 생성할 수 있으므로, 회전속도의 변화에 대한 별도의 조치 없이도 전력계통의 신뢰도(power system reliability)를 향상시키는 효과가 있다.According to one embodiment, a multi-pole generator can generate power at a constant frequency even if the rotation speed of the rotation shaft changes due to a change in mechanical energy supplied to the generator, so that the power system can be maintained without taking additional measures for changes in rotation speed. It has the effect of improving power system reliability.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 종단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 회전자와 고정자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 2 극수 고정자에 기전력을 유도하는 회전자를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 4 극수 고정자에 기전력을 유도하는 회전자를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기가 서로 다른 극수의 고정자에 기전력을 유도하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 일정한 주파수의 전력을 생성하는 다중 극수 발전기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a vertical cross-sectional structure of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a diagram showing the structure of the rotor and stator of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 is a diagram showing a rotor that induces electromotive force in a two-pole stator of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 4 is a diagram showing a rotor that induces electromotive force in a four-pole stator of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 5 is a diagram showing a process in which a multi-pole generator induces electromotive force to stators of different pole numbers according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 6 is a diagram illustrating a multi-pole generator generating power at a constant frequency according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail using exemplary drawings. When adding reference signs to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description will be omitted.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the components of the embodiment according to the present disclosure, symbols such as first, second, i), ii), a), and b) may be used. These codes are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the code. In the specification, when a part is said to 'include' or 'have' a certain component, this means that it does not exclude other components, but may further include other components, unless explicitly stated to the contrary. .

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 발명의 설명은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시 형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.The description of the invention to be disclosed below along with the accompanying drawings is intended to illustrate exemplary embodiments of the invention and is not intended to represent the only embodiments in which the invention may be practiced.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 종단면 구조를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a vertical cross-sectional structure of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 다중 극수 발전기(100)는 회전축(rotation axis, 110), 회전자(rotor, 120), 제1 고정자(first stator, 130) 및 제2 고정자(second stator, 140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the multi-pole generator 100 includes a rotation axis (110), a rotor (120), a first stator (130), and a second stator (140). do.

회전축(110)은 기계적 에너지에 의하여 회전한다. 여기서, 기계적 에너지는 풍력, 수력, 조력, 파력, 증기력 등의 외부 에너지에 의한 것일 수 있다. 예를 들면, 터빈, 풍력 프로펠러, 전동기 등을 이용하여 외부 에너지가 회전축을 회전시키는 기계적 에너지로 변환될 수 있다.The rotation shaft 110 rotates by mechanical energy. Here, the mechanical energy may be from external energy such as wind power, water power, tidal power, wave power, or steam power. For example, external energy can be converted into mechanical energy that rotates a rotating shaft using a turbine, wind propeller, electric motor, etc.

따라서, 회전축(110)은 외부의 기계적 에너지의 변화에 따라 그 회전속도가 가변될 수 있다. 회전자(120)는 중심이 회전축(110)과 결합 및 고정되어, 회전축(110)의 회전에 연동되어 동일한 회전속도로 회전한다. Accordingly, the rotation speed of the rotation shaft 110 may vary depending on changes in external mechanical energy. The center of the rotor 120 is coupled and fixed to the rotation shaft 110, and rotates at the same rotation speed in conjunction with the rotation of the rotation shaft 110.

회전자(120)는 복수의 계자권선(field winding)을 포함한다. 여기서, 복수의 계자권선은 짝수인 양의 정수 개로 구성될 수 있다. The rotor 120 includes a plurality of field windings. Here, the plurality of field windings may be composed of an even positive integer number.

복수의 계자권선은 회전자(120)의 회전방향을 따라서 동일한 간격으로 상호 이격되어 설치된다. 예를 들면, 동일 평면상에 방사형으로 설치된 복수의 계자권선은 어느 하나의 계자권선이 인접한 계자권선과 동일한 각도를 이루도록 설치될 수 있다.A plurality of field windings are installed spaced apart from each other at equal intervals along the rotation direction of the rotor 120. For example, a plurality of field windings installed radially on the same plane may be installed so that any one field winding forms the same angle as an adjacent field winding.

복수의 계자권선은 회전자(120)의 중심으로부터 방사상으로 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 회전축(110)의 길이 방향과 평행한 자속을 생성하도록 설치될 수 있다. A plurality of field windings may be installed radially from the center of the rotor 120, but are not limited thereto, and may be installed to generate magnetic flux parallel to the longitudinal direction of the rotation axis 110.

회전자(120)가 미리 설정된 극수(number of poles)를 가지도록 각각의 계자권선에 여자전류가 인가된다. 여기서, 각각의 계자권선에는 서로 다른 여자전류(exciting current)가 독립적으로 인가될 수 있다.Excitation current is applied to each field winding so that the rotor 120 has a preset number of poles. Here, different exciting currents can be applied independently to each field winding.

복수의 계자권선은 서로 다른 종류의 자극이 교번되도록 여자전류가 인가된다. 예를 들면, 어느 하나의 계자권선이 N극을 가지면 인접한 계자권선은 S극을 가지도록 여자전류가 인가될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 미리 정해진 개수의 계자권선마다 자극이 교번되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 회전자(120)에 4 개의 계자권선이 설치된 경우, 인접한 어느 두 계자권선이 모두 N극을 갖고 나머지 두 계자권선이 S극을 갖도록 여자전류를 인가하여 회전자(120)가 2 극수를 가지도록 구성할 수 있다.Excitation current is applied to the plurality of field windings so that different types of magnetic poles alternate. For example, if one field winding has an N pole, an exciting current may be applied so that the adjacent field winding has an S pole, but this is not limited, and the magnetic poles can be configured to alternate for each predetermined number of field windings. there is. For example, when four field windings are installed in the rotor 120, an exciting current is applied so that any two adjacent field windings both have N poles and the remaining two field windings have S poles, so that the rotor 120 has 2 It can be configured to have a number of poles.

복수의 계자권선에는 회전자(120)가 서로 다른 두 종류의 극수를 동시에 갖도록 제1 극수에 관한 제1 여자전류 및 제2 극수에 관한 제2 여자전류 중 적어도 하나 이상의 여자전류가 개별적으로 인가될 수 있다. 예를 들면, 제2 극수와 같은 개수의 계자권선이 있는 경우, 제2 극수에 관한 제2 여자전류를 모든 계자권선에 인가하고, 이와 동시에 제1 극수에 관한 제1 여자전류는 계자권선 중에서 제1 극수에 대응되는 위치의 일부의 계자권선에만 인가할 수 있다. To the plurality of field windings, at least one exciting current among the first exciting current regarding the first number of poles and the second exciting current relating to the second number of poles may be individually applied so that the rotor 120 has two different types of pole numbers at the same time. You can. For example, if there are the same number of field windings as the second number of poles, the second excitation current for the second number of poles is applied to all field windings, and at the same time, the first excitation current for the first number of poles is applied to the first excitation current among the field windings. 1 It can be applied only to some field windings in positions corresponding to the number of poles.

제1 고정자(130)는 회전자(120)의 회전방향으로 회전자(120)의 외곽에 형성되며, 미리 설정된 제1 극수의 양의 정수 배인 개수의 전기자권선(armature winding)을 포함한다. The first stator 130 is formed on the outside of the rotor 120 in the rotation direction of the rotor 120, and includes a number of armature windings that is a positive integer multiple of the preset number of first poles.

제1 극수의 전기자권선은 미리 설정된 제1 극수와 같은 개수로 구성된다. 여기서, 전기자권선은 서로 동일한 간격으로 이격되어 설치된다. 전기자권선은 회전자(120)의 계자권선과의 전자기 상호작용을 위하여 회전자(120)의 회전시 계자권선과 일정한 거리로 마주보는 위치에 설치될 수 있다.The number of armature windings of the first number of poles is equal to the preset number of the first poles. Here, the armature windings are installed spaced apart from each other at equal intervals. The armature winding may be installed at a position facing the field winding at a certain distance when the rotor 120 rotates for electromagnetic interaction with the field winding of the rotor 120.

제1 극수의 전기자권선은 인접한 전기자권선과 기준방향이 교대로 배열되도록 직렬로 연결된다.The armature winding of the first number of poles is connected in series so that the reference directions are alternately arranged with adjacent armature windings.

여기서, 기준방향은 전기자권선의 권선방향일 수 있다. 예를 들면, 전기자권선의 양단 중에서 기준방향을 일단으로, 그 반대방향을 타단이라고 하면, 제1 극수의 전기자권선 중 제1 전기자권선의 타단은 인접한 제2 전기자권선의 타단과 연결되고, 제2 전기자권선의 일단은 제2 전기자권선에 인접한 제3 전기자권선의 일단과 연결되어 하나의 직렬 연결을 형성한다.Here, the reference direction may be the winding direction of the armature winding. For example, if the reference direction of both ends of the armature winding is one end and the opposite direction is the other end, the other end of the first armature winding among the armature windings of the first number of poles is connected to the other end of the adjacent second armature winding, and the second end is connected to the other end of the adjacent second armature winding. One end of the armature winding is connected to one end of the third armature winding adjacent to the second armature winding to form one series connection.

회전자(120)가 회전하면, 제1 고정자(130)의 제1 극수의 전기자권선에는 회전자(120)의 복수의 계자권선 중에서 제1 극수에 대응하는 계자권선의 자속(magnetic flux)에 의하여 전압이 유기된다. 여기서, 제1 극수에 대응하는 계자권선의 자속은 제1 여자전류에 의하여 생성된 자속이다.When the rotor 120 rotates, the armature winding of the first number of poles of the first stator 130 is generated by the magnetic flux of the field winding corresponding to the first number of poles among the plurality of field windings of the rotor 120. Voltage is induced. Here, the magnetic flux of the field winding corresponding to the first number of poles is the magnetic flux generated by the first excitation current.

제2 고정자(140)는 회전자(120)의 회전방향으로 회전자(120)의 외곽에 형성되며, 미리 설정된 제2 극수의 양의 정수 배인 전기자권선을 포함한다.The second stator 140 is formed on the outside of the rotor 120 in the rotation direction of the rotor 120, and includes an armature winding that is a positive integer multiple of the preset number of second poles.

제2 고정자(140)는 제1 고정자(130)의 외곽으로 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 회전자(120)의 회전축 방향을 기준으로 하여, 서로 다른 어느 두 영역의 외곽에 각각 설치될 수 있다.The second stator 140 may be installed on the outside of the first stator 130, but is not limited to this, and may be installed on the outside of any two different areas based on the direction of the rotation axis of the rotor 120. You can.

제2 극수의 전기자권선은 미리 설정된 제2 극수와 같은 개수로 구성된다. 여기서, 제2 극수는 제1 고정자(130)의 제1 극수와 다른 수로 설정된다.The number of armature windings of the second number of poles is the same as the preset number of the second poles. Here, the second number of poles is set to a number different from the first number of poles of the first stator 130.

전기자권선은 서로 동일한 간격으로 이격되어 설치된다. 전기자권선은 회전자(120)의 계자권선과의 전자기 상호작용(electromagnetic interaction)을 위하여 회전자(120)의 회전시 계자권선과 일정한 거리로 마주보는 위치에 설치될 수 있다. 제2 극수의 전기자권선은 인접한 전기자권선과 기준방향이 교대로 배열되도록 직렬로 연결된다. The armature windings are installed spaced apart from each other at equal intervals. The armature winding may be installed at a position facing the field winding at a certain distance when the rotor 120 rotates for electromagnetic interaction with the field winding of the rotor 120. The armature winding of the second number of poles is connected in series so that the reference directions are alternately arranged with adjacent armature windings.

제1 고정자(130) 및 제2 고정자(140)는 전력계통에 연결되어 전력계통의 주파수로 여자될 수 있다. 제1 고정자(130) 및 제2 고정자(140)에 포함된 전기자권선은 동기속도와 동일한 회전속도의 회전자계를 형성할 수 있다.The first stator 130 and the second stator 140 may be connected to the power system and excited at the frequency of the power system. The armature winding included in the first stator 130 and the second stator 140 may form a rotating magnetic field with a rotation speed equal to the synchronous speed.

회전자(120)가 회전하면, 제2 고정자(140)의 제2 극수의 전기자권선에는 회전자(120)의 복수의 계자권선 중에서 제2 극수에 대응하는 계자권선의 자속에 의하여 전압이 유기된다. 여기서, 제2 극수에 대응하는 계자권선의 자속은 제2 여자전류에 의하여 생성된 자속이다. When the rotor 120 rotates, voltage is induced in the armature winding of the second number of poles of the second stator 140 by the magnetic flux of the field winding corresponding to the second number of poles among the plurality of field windings of the rotor 120. . Here, the magnetic flux of the field winding corresponding to the second pole number is the magnetic flux generated by the second excitation current.

발전기의 동기속도는 극수에 따라 달라진다. 동일 조건에서 발전기의 극수가 클수록 발전기의 동기속도는 작아진다. 예를 들면, 4 극기(four-pole machine)인 발전기의 동기속도는 2극기인 발전기의 동기속도보다 더 낮은 분당 회전수를 갖는다.The synchronous speed of a generator varies depending on the number of poles. Under the same conditions, the larger the number of poles of the generator, the smaller the synchronous speed of the generator. For example, the synchronous speed of a four-pole machine generator has lower revolutions per minute than the synchronous speed of a two-pole machine.

제1 동기속도 내지 제2 동기속도의 범위 내에서 회전자(120)가 회전하면, 다중 극수 발전기(100)의 제1 고정자(130) 및 제2 고정자(140)에는 동일한 주파수의 전력이 생성된다. 여기서, 제1 동기속도는 제1 극수에 대한 동기속도이고 제2 동기속도는 제2 극수에 대한 동기속도이다. When the rotor 120 rotates within the range of the first synchronous speed to the second synchronous speed, power of the same frequency is generated in the first stator 130 and the second stator 140 of the multi-pole generator 100. . Here, the first synchronous speed is the synchronous speed for the first number of poles and the second synchronous speed is the synchronous speed for the second number of poles.

회전자(120)는 전력변환부를 포함할 수 있다. 여기서, 전력변환부는 회전자(120)의 여자에 필요한 여자전류의 주파수, 위상각 등을 제어할 수 있다. 전력변환부는 인버터(inverter) 및 정류기(rectifier)를 포함할 수 있다. The rotor 120 may include a power conversion unit. Here, the power conversion unit can control the frequency, phase angle, etc. of the excitation current required for excitation of the rotor 120. The power conversion unit may include an inverter and a rectifier.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 회전자와 고정자의 구조를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the structure of the rotor and stator of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.

도 2를 참조하면, 회전자(200)에는 복수의 계자권선(201)이 설치된다. 4 개의 계자권선(201)은 회전자(200)의 중심으로부터 방사상으로 동일한 간격으로 상호 이격되어 배치된다. 계자권선(201)은 인접한 계자권선과 90 도의 각도를 이루도록 배치된다. Referring to FIG. 2, a plurality of field windings 201 are installed in the rotor 200. The four field windings 201 are arranged radially from the center of the rotor 200 and spaced apart from each other at equal intervals. The field winding 201 is arranged to form an angle of 90 degrees with the adjacent field winding.

제1 고정자(210)는 회전자(200)의 외곽에 형성되며, 미리 설정된 제1 극수의 전기자권선을 포함한다. 여기서, 제1 극수는 4로 설정되며, 4 개의 전기자권선(212, 214, 216, 218)이 동일한 간격을 갖도록 배치된다. 4 개의 전기자권선(212, 214, 216, 218)은 회전자(200)에 배치된 4 개의 계자권선(201)과 각기 대응되도록 배치될 수 있다.The first stator 210 is formed on the outside of the rotor 200 and includes armature windings with a first preset number of poles. Here, the first number of poles is set to 4, and the four armature windings 212, 214, 216, and 218 are arranged at equal intervals. The four armature windings 212, 214, 216, and 218 may be arranged to correspond to the four field windings 201 disposed on the rotor 200, respectively.

4 개의 전기자권선(212, 214, 216, 218)은 직렬로 연결된다. 여기서, 전기자권선은 인접한 전기자권선과 기준방향이 교대로 배열되도록 연결된다.The four armature windings (212, 214, 216, 218) are connected in series. Here, the armature winding is connected to the adjacent armature winding so that the reference directions are alternately arranged.

4 개의 전기자권선(212, 214, 216, 218) 중에서 제1 전기자권선(212)의 기준반대방향의 일단은 인접한 제2 전기자권선(214)의 기준반대방향의 일단과 연결되고, 제2 전기자권선(214)의 기준방향의 일단은 인접한 제3 전기자권선(216)의 기준방향의 일단과 연결된다. 제3 전기자권선(216)의 기준반대방향의 일단은 인접한 제4 전기자권선(218)의 기준반대방향의 일단과 연결된다. Among the four armature windings 212, 214, 216, and 218, one end of the first armature winding 212 in the opposite direction is connected to one end of the adjacent second armature winding 214 in the opposite direction, and the second armature winding One end of the reference direction of (214) is connected to one end of the reference direction of the adjacent third armature winding (216). One end of the third armature winding 216 in the opposite direction is connected to one end of the adjacent fourth armature winding 218 in the opposite direction.

제2 고정자(220)는 회전자(200)의 외곽에 형성된다. 여기서, 제2 고정자(220)는 회전자(200)의 외곽에 형성된 제1 고정자(210)의 외곽에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 회전축 방향으로 회전자의 일부 영역의 외곽에 제1 고정자(210)가 형성되고 나머지 영역의 외곽에 제2 고정자(220)가 형성될 수 있다.The second stator 220 is formed on the outside of the rotor 200. Here, the second stator 220 may be formed on the outside of the first stator 210 formed on the outside of the rotor 200, but is not limited thereto. The second stator 220 may be formed on the outside of a partial area of the rotor in the direction of the rotation axis. A stator 210 may be formed and a second stator 220 may be formed outside the remaining area.

제2 고정자(220) 미리 설정된 제2 극수의 전기자권선을 포함한다. 여기서, 제2 극수는 2로 설정되며, 2 개의 전기자권선(222, 224)이 동일한 간격을 갖도록 배치된다. 2 개의 전기자권선(222, 224)은 회전자(200)에 배치된 4 개의 계자권선 중에서 2 극수에 해당되는 위치의 계자권선와 각기 대응되도록 배치될 수 있다.The second stator 220 includes an armature winding of a preset second number of poles. Here, the second number of poles is set to 2, and the two armature windings 222 and 224 are arranged to have the same spacing. The two armature windings 222 and 224 may be arranged to correspond to the field windings at positions corresponding to the number of poles 2 among the four field windings disposed in the rotor 200.

2 개의 전기자권선(222, 224)은 직렬로 연결된다. 여기서, 전기자권선은 인접한 전기자권선과 기준방향이 교대로 배열되도록 연결된다. 2 개의 전기자권선(222, 224)중에서 하나의 전기자권선(222)의 기준반대방향의 일단은 인접한 다른 하나의 전기자권선(224)의 기준반대방향의 일단과 연결된다.The two armature windings 222 and 224 are connected in series. Here, the armature winding is connected so that the reference directions are alternately arranged with adjacent armature windings. Among the two armature windings 222 and 224, one end of one armature winding 222 in the opposite direction is connected to the end of the other adjacent armature winding 224 in the opposite direction.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 2 극수 고정자에 기전력을 유도하는 회전자를 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a rotor that induces electromotive force in a two-pole stator of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.

도 3의 (a)는 2 극수의 회전자(310)를 이용하여 2 극수의 고정자(320)에 포함된 전기자권선(321, 323)에 기전력을 유도하는 과정을 나타낸 도면이다.Figure 3 (a) is a diagram showing the process of inducing electromotive force to the armature windings 321 and 323 included in the two-pole stator 320 using the two-pole rotor 310.

도 3의 (a)를 참조하면, 2 극수의 회전자(310)는 고정자(320) 방향의 자속이 형성되는 제1 계자권선(312)과 회전자(310) 방향의 자속이 형성되는 제2 계자권선(314)을 포함한다.Referring to (a) of FIG. 3, the two-pole rotor 310 has a first field winding 312 in which magnetic flux in the direction of the stator 320 is formed and a second field winding in which magnetic flux in the direction of the rotor 310 is formed. Includes field winding 314.

회전자(310)가 회전함에 따라 제1 계자권선(312)이 제1 전기자권선(321)과 가까워지면, 제1 계자권선(312)의 자속으로 인하여 제1 전기자권선(321)의 기준방향으로 기전력(electromotive force)이 유도된다. 그와 동시에, 제2 계자권선(314)의 자속은 제1 계자권선(312)의 자속과 반대방향이므로 제2 전기자권선(323)에는 기준 반대방향으로 기전력이 유도된다. As the rotor 310 rotates, when the first field winding 312 approaches the first armature winding 321, the magnetic flux of the first field winding 312 moves in the reference direction of the first armature winding 321. Electromotive force is induced. At the same time, since the magnetic flux of the second field winding 314 is in the opposite direction to the magnetic flux of the first field winding 312, electromotive force is induced in the second armature winding 323 in a direction opposite to the reference.

제1 전기자권선(321)의 기준방향으로 유도된 기전력이 E 이면, 제2 전기자권선(323)에 유도된 기전력은 기준방향으로 -E가 된다. 제1 전기자권선(321)과 제2 전기자권선(323)은 서로 방향을 달리하여 직렬 연결되어 있으므로 전체 고정자(320)의 기전력은 2E가 된다.If the electromotive force induced in the reference direction of the first armature winding 321 is E, the electromotive force induced in the second armature winding 323 is -E in the reference direction. Since the first armature winding 321 and the second armature winding 323 are connected in series with different directions, the electromotive force of the entire stator 320 is 2E.

회전자(310)가 계속 회전함에 따라 제1 계자권선(312)이 제2 전기자권선(323)과 가까워지면, 제1 계자권선(312)의 자속으로 인하여 제2 전기자권선(323)의 기준방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제1 전기자권선(321)에는 기준 반대방향으로 E의 기전력이 유도된다. 이 경우, 전체 고정자(320)의 기전력은 -2E가 된다.As the rotor 310 continues to rotate, when the first field winding 312 approaches the second armature winding 323, the magnetic flux of the first field winding 312 causes the reference direction of the second armature winding 323 to move. The electromotive force of E is induced. At the same time, an electromotive force of E is induced in the first armature winding 321 in the direction opposite to the reference. In this case, the electromotive force of the entire stator 320 becomes -2E.

도 3의 (b)는 4 극수의 회전자(330)를 이용하여 2 극수의 고정자(340)에 포함된 전기자권선(341, 343)에 기전력을 유도하는 과정을 나타낸 도면이다.Figure 3(b) is a diagram showing the process of inducing electromotive force to the armature windings 341 and 343 included in the 2-pole stator 340 using the 4-pole rotor 330.

도 3의 (b)를 참조하면, 4 극수의 회전자(330)는 고정자(320) 방향의 자속이 형성되는 제1 계자권선(332) 및 제3 계자권선(336)과 회전자(330) 방향의 자속이 형성되는 제2 계자권선(334) 및 제4 계자권선(338)을 포함한다.Referring to (b) of FIG. 3, the four-pole rotor 330 includes a first field winding 332 and a third field winding 336 in which magnetic flux in the direction of the stator 320 is formed, and the rotor 330. It includes a second field winding 334 and a fourth field winding 338 in which directional magnetic flux is formed.

회전자(330)가 회전함에 따라 제1 계자권선(332)이 제1 전기자권선(341)과 가까워지면, 제1 전기자권선(341)의 기준방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제3 계자권선(336)의 자속은 제1 계자권선(332)의 자속과 동일한 방향이므로 제2 전기자권선(343)에도 기준 방향으로 E의 기전력이 유도된다. 제2 계자권선(334) 및 제4 계자권선(338)의 경우, 고정자(340)에 대응되는 전기자권선이 없으므로 기전력을 유도하지 않는다. As the rotor 330 rotates, the first field winding 332 approaches the first armature winding 341, and an electromotive force of E is induced in the reference direction of the first armature winding 341. At the same time, since the magnetic flux of the third field winding 336 is in the same direction as the magnetic flux of the first field winding 332, an electromotive force of E is also induced in the second armature winding 343 in the reference direction. In the case of the second field winding 334 and the fourth field winding 338, since there is no armature winding corresponding to the stator 340, electromotive force is not induced.

제1 전기자권선(341)과 제2 전기자권선(343)은 서로 방향을 달리하여 직렬 연결되어 있으므로 전체 고정자(340)의 기전력은 0이 된다.Since the first armature winding 341 and the second armature winding 343 are connected in series with different directions, the electromotive force of the entire stator 340 becomes 0.

회전자(330)가 계속 회전함에 따라 제4 계자권선(338)이 제1 전기자권선(341)과 가까워지면, 제4 계자권선(338)의 자속으로 인하여 제1 전기자권선(341)에는 기준반대방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제2 계자권선(334)의 자속은 제4 계자권선(338)의 자속과 동일한 방향이므로 제2 전기자권선(343)에도 기준반대방향으로 E의 기전력이 유도된다. 제1 계자권선(332) 및 제3 계자권선(336)의 경우, 고정자(340)에 대응되는 전기자권선이 없으므로 기전력을 유도하지 않는다.As the rotor 330 continues to rotate, when the fourth field winding 338 approaches the first armature winding 341, the magnetic flux of the fourth field winding 338 opposes the reference to the first armature winding 341. An electromotive force of E is induced in this direction. At the same time, since the magnetic flux of the second field winding 334 is in the same direction as the magnetic flux of the fourth field winding 338, the electromotive force of E is also induced in the second armature winding 343 in the direction opposite to the reference. In the case of the first field winding 332 and the third field winding 336, since there is no armature winding corresponding to the stator 340, electromotive force is not induced.

따라서, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하면, 2 극수의 고정자에 기전력을 유도할 수 있는 자속은 동일한 극수인 2 극수의 자속이며, 다른 극수의 자속으로 유도되는 기전력은 0이 됨을 알 수 있다.Therefore, referring to Figure 3 (a) and Figure 3 (b), the magnetic flux that can induce electromotive force in a stator with two poles is the magnetic flux with the same number of poles, and the electromotive force induced by the magnetic flux with different pole numbers is You can see that it is 0.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기의 4 극수 고정자에 기전력을 유도하는 회전자를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing a rotor that induces electromotive force in a four-pole stator of a multi-pole generator according to an embodiment of the present disclosure.

도 4의 (a)는 2 극수의 회전자(410)를 이용하여 4 극수의 고정자(420)에 포함된 전기자권선(421, 423, 425, 427)에 기전력을 유도하는 과정을 나타낸 도면이다.Figure 4 (a) is a diagram showing the process of inducing electromotive force to the armature windings 421, 423, 425, and 427 included in the 4-pole stator 420 using the 2-pole rotor 410.

도 4의 (a)를 참조하면, 2 극수의 회전자(410)는 고정자(420) 방향의 자속이 형성되는 제1 계자권선(412)과 회전자(410) 방향의 자속이 형성되는 제2 계자권선(414)을 포함한다.Referring to (a) of FIG. 4, the two-pole rotor 410 has a first field winding 412 in which magnetic flux in the direction of the stator 420 is formed and a second field winding in which magnetic flux in the direction of the rotor 410 is formed. Includes field winding 414.

회전자(410)가 회전함에 따라 제1 계자권선(412)이 제1 전기자권선(421)과 가까워지면, 제1 계자권선(412)의 자속으로 인하여 제1 전기자권선(421)의 기준방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제2 계자권선(414)의 자속은 제1 계자권선(412)의 자속과 반대방향이므로 제3 전기자권선(425)에는 기준 반대방향으로 E의 기전력이 유도된다. 제 2 전기자권선(423) 및 제4 전기자권선(427)은 회전자(410)의 대응되는 위치에 계자권선이 존재하지 않으므로 기전력이 유도되지 않는다.As the rotor 410 rotates, when the first field winding 412 approaches the first armature winding 421, the magnetic flux of the first field winding 412 moves in the reference direction of the first armature winding 421. An electromotive force of E is induced. At the same time, since the magnetic flux of the second field winding 414 is opposite to the magnetic flux of the first field winding 412, an electromotive force of E is induced in the third armature winding 425 in a direction opposite to the reference. Since there is no field winding in the second armature winding 423 and the fourth armature winding 427 at the corresponding position of the rotor 410, electromotive force is not induced.

제1 전기자권선(421)과 제3 전기자권선(425)은 전체 직렬 연결에서 동일한 방향으로 직렬 연결되어 있으므로 전체 고정자(420)에 유도된 전체 기전력은 0이 된다.Since the first armature winding 421 and the third armature winding 425 are connected in series in the same direction in the overall series connection, the total electromotive force induced in the entire stator 420 is zero.

회전자(410)가 계속 회전함에 따라 제1 계자권선(412)이 제2 전기자권선(423)과 가까워지면, 제1 계자권선(412)의 자속으로 인하여 제2 전기자권선(423)의 기준방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제4 전기자권선(427)에는 기준 반대방향으로 E의 기전력이 유도된다. 이 경우, 전체 고정자(420)의 기전력은 0이 된다.As the rotor 410 continues to rotate, when the first field winding 412 approaches the second armature winding 423, the magnetic flux of the first field winding 412 causes the reference direction of the second armature winding 423 to move. The electromotive force of E is induced. At the same time, an electromotive force of E is induced in the fourth armature winding 427 in the direction opposite to the reference. In this case, the electromotive force of the entire stator 420 becomes 0.

도 4의 (b)는 4 극수의 회전자(430)를 이용하여 4 극수의 고정자(440)에 포함된 전기자권선(441, 443, 445, 447)에 기전력을 유도하는 과정을 나타낸 도면이다.Figure 4 (b) is a diagram showing the process of inducing electromotive force to the armature windings 441, 443, 445, and 447 included in the 4-pole stator 440 using the 4-pole rotor 430.

도 4의 (b)를 참조하면, 4 극수의 회전자(430)는 고정자(440) 방향의 자속이 형성되는 제1 계자권선(432) 및 제3 계자권선(436)과 회전자(430) 방향의 자속이 형성되는 제2 계자권선(434) 및 제4 계자권선(438)을 포함한다.Referring to (b) of FIG. 4, the four-pole rotor 430 includes a first field winding 432 and a third field winding 436 in which magnetic flux in the direction of the stator 440 is formed, and the rotor 430. It includes a second field winding 434 and a fourth field winding 438 in which directional magnetic flux is formed.

회전자(430)가 회전함에 따라 제1 계자권선(432)이 제1 전기자권선(441)과 가까워지면, 제1 전기자권선(441)의 기준방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제3 계자권선(436)의 자속은 제1 계자권선(432)의 자속과 동일한 방향이므로 제3 전기자권선(445)에도 기준 방향으로 E의 기전력이 유도된다. 제2 계자권선(434) 및 제4 계자권선(438)의 경우 제1 계자권선(432)의 자속과 반대 방향이므로, 대응되는 제2 전기자권선(443) 및 제4 전기자권선(447)의 기준 반대방향으로 각각 E의 기전력이 유도된다. 따라서, 고정자(440)의 전체 전기자권선에 유도되는 기전력의 합은 4E가 된다.As the rotor 430 rotates, the first field winding 432 approaches the first armature winding 441, and an electromotive force of E is induced in the reference direction of the first armature winding 441. At the same time, since the magnetic flux of the third field winding 436 is in the same direction as the magnetic flux of the first field winding 432, an electromotive force of E is also induced in the third armature winding 445 in the reference direction. In the case of the second field winding 434 and the fourth field winding 438, since the magnetic flux of the first field winding 432 is in the opposite direction, the corresponding second armature winding 443 and the fourth armature winding 447 are referenced. An electromotive force of E is induced in the opposite direction. Therefore, the sum of electromotive force induced in all armature windings of the stator 440 is 4E.

회전자(430)가 계속 회전함에 따라 제1 계자권선(432)이 제2 전기자권선(443)과 가까워지면, 제2 전기자권선(443)의 기준방향으로 E의 기전력이 유도된다. 그와 동시에, 제3 계자권선(436)과 대응되는 위치의 제4 전기자권선(447)에도 기준 방향으로 E의 기전력이 유도된다. 제2 계자권선(434) 및 제4 계자권선(438)과 각기 대응되는 제3 전기자권선(445) 및 제1 전기자권선(441)의 기준 반대방향으로 각각 E의 기전력이 유도된다. 따라서, 고정자(440)의 전체 전기자권선에 유도되는 기전력의 합은 -4E가 된다.As the rotor 430 continues to rotate, when the first field winding 432 approaches the second armature winding 443, an electromotive force of E is induced in the reference direction of the second armature winding 443. At the same time, an electromotive force of E is induced in the reference direction in the fourth armature winding 447 at a position corresponding to the third field winding 436. An electromotive force of E is induced in the direction opposite to the reference of the third armature winding 445 and the first armature winding 441 corresponding to the second field winding 434 and the fourth field winding 438, respectively. Therefore, the sum of electromotive force induced in all armature windings of the stator 440 is -4E.

따라서, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 참조하면, 4 극수의 고정자에는 동일한 극수인 4 극수의 자속이 기전력을 유도할 수 있음을 알 수 있다.Accordingly, referring to Figures 4 (a) and 4 (b), it can be seen that the same number of magnetic fluxes of 4 poles can induce electromotive force in a 4-pole stator.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 다중 극수 발전기가 서로 다른 극수의 고정자에 기전력을 유도하는 과정을 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing a process in which a multi-pole generator induces electromotive force to stators of different pole numbers according to an embodiment of the present disclosure.

도 5를 참조하면, 회전자(500)에는 4 개의 계자권선(501, 503, 505, 507)이 방사상으로 배치된다. Referring to FIG. 5, four field windings 501, 503, 505, and 507 are radially arranged in the rotor 500.

제1 고정자(510)는 4 극수에 해당하는 4 개의 전기자권선(512, 514, 516, 518)을 포함하고, 제2 고정자(520)는 2 극수에 해당하는 2 개의 전기자권선(521, 523)을 포함한다. The first stator 510 includes four armature windings (512, 514, 516, 518) corresponding to 4 poles, and the second stator 520 includes two armature windings (521, 523) corresponding to 2 poles. Includes.

4 개의 계자권선(501, 503, 505, 507)에는 각각 미리 설정된 여자전류가 인가될 수 있다. 여기서, 여자전류는 계자권선마다 서로 다른 여자전류를 인가할 수 있으며, 계자권선에 여자전류가 인가되면, 해당 여자전류에 의한 자속이 각각 발생한다.A preset excitation current may be applied to each of the four field windings 501, 503, 505, and 507. Here, a different exciting current can be applied to each field winding, and when the exciting current is applied to the field winding, magnetic flux due to the corresponding exciting current is generated.

4 개의 계자권선(501, 503, 505, 507) 중 미리 선택된 어느 하나 이상의 계자권선에만 여자전류의 인가가 가능하다. 예를 들면, 계자권선에서 λ1의 자속을 발생시키기 위한 제1 여자전류는 제1 계자권선(501), 제2 계자권선(503), 제3 계자권선(505) 및 제4 계자권선(507)에 인가되고, 계자권선에서 λ2의 자속을 발생시키기 위한 제2 여자전류는 제1 계자권선(501) 및 제3 계자권선(505)에 인가될 수 있다. 결과적으로, 제1 계자권선(501) 및 제3 계자권선(505)에는 제1 여자전류와 제2 여자전류가 동시에 인가되고, 제2 계자권선(503) 및 제4 계자권선(507)에는 제1 여자전류만이 인가될 수 있다.Excitation current can be applied only to one or more preselected field windings among the four field windings 501, 503, 505, and 507. For example, the first exciting current to generate a magnetic flux of λ1 in the field winding is the first field winding 501, the second field winding 503, the third field winding 505, and the fourth field winding 507. and the second excitation current to generate a magnetic flux of λ2 in the field winding may be applied to the first field winding 501 and the third field winding 505. As a result, the first excitation current and the second excitation current are simultaneously applied to the first field winding 501 and the third field winding 505, and the second excitation current is applied to the second field winding 503 and the fourth field winding 507. 1 Only excitation current can be applied.

회전자(500)가 회전함에 따라, 제1 계자권선(501)이 제1 고정자(510)의 제1 전기자권선(512) 및 제2 고정자(520)의 제1 전기자권선(521)에 가까워지면, 제1 여자전류에 의한 λ1의 자속은 4 극수에 해당하는 제1 고정자(510)의 4 개의 전기자권선(512, 514, 516, 518)에 각각 기전력을 유도한다. As the rotor 500 rotates, the first field winding 501 approaches the first armature winding 512 of the first stator 510 and the first armature winding 521 of the second stator 520. , the magnetic flux of λ1 due to the first excitation current induces electromotive force in each of the four armature windings (512, 514, 516, and 518) of the first stator (510) corresponding to the number of four poles.

2 극수에 해당하는 제2 고정자(520)에서는 제1 계자권선(501)의 λ1 자속에 의하여 제1 전기자권선(521)에 유도된 기전력과, 제3 계자권선(505)의 λ1 자속에 의하여 제2 전기자권선(523)에 유도된 기전력이 서로 상쇄된다. 따라서, 제1 여자전류에 의하여 제2 고정자(520)에 유도되는 기전력의 합은 0이다.In the second stator 520 corresponding to the number of poles 2, the electromotive force induced in the first armature winding 521 by the λ1 magnetic flux of the first field winding 501 and the λ1 magnetic flux of the third field winding 505 2 The electromotive forces induced in the armature winding 523 cancel each other. Accordingly, the sum of electromotive force induced in the second stator 520 by the first exciting current is 0.

이와 반대로, 제2 여자전류에 의한 λ2의 자속은 2 극수에 해당하는 제2 고정자(520)의 2 개의 전기자권선(521, 523)에 각각 기전력을 유도하고, 제1 고정자(510)의 제1 전기자권선(512) 및 제3전기자권선(516)에 기전력을 유도한다. On the contrary, the magnetic flux of λ2 due to the second excitation current induces electromotive force in the two armature windings 521 and 523 of the second stator 520 corresponding to 2 poles, respectively, and the first electromotive force of the first stator 510 Electromotive force is induced in the armature winding 512 and the third armature winding 516.

제1 고정자(510)의 제1 전기자권선(512) 및 제3전기자권선(516)에 유도된 기전력은 서로 극성이 반대이므로, 제2 여자전류에 의하여 제1 고정자(510)에 유도되는 기전력의 합은 0이다.Since the electromotive force induced in the first armature winding 512 and the third armature winding 516 of the first stator 510 have opposite polarities, the electromotive force induced in the first stator 510 by the second exciting current is The sum is 0.

결과적으로, 회전자(500)의 4 개의 계자권선(501, 503, 505, 507)에 인가된 제1 여자전류에 의한 4 극수 자속은 제1 고정자(510)에만 기전력을 유도하고, 제2 여자전류에 의한 2 극수 자속은 제2 고정자(520)에만 기전력을 유도한다. 따라서, 제1 여자전류 및 제2 여자전류를 서로 극수를 달리하여 4 개의 계자권선(501, 503, 505, 507)에 인가하면, 서로 다른 두 종류의 극수를 갖는 제1 고정자(510) 및 제2 고정자(520)에서 동시에 발전이 가능하다.As a result, the four-pole magnetic flux caused by the first excitation current applied to the four field windings 501, 503, 505, and 507 of the rotor 500 induces electromotive force only in the first stator 510, and the second excitation The two-pole magnetic flux caused by the current induces electromotive force only in the second stator 520. Therefore, when the first excitation current and the second excitation current are applied to the four field windings 501, 503, 505, and 507 with different numbers of poles, the first stator 510 and the second stator with two different numbers of poles. Simultaneous power generation is possible from two stators (520).

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 일정한 주파수의 전력을 생성하는 다중 극수 발전기를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a multi-pole generator generating power at a constant frequency according to an embodiment of the present disclosure.

도 6을 참조하면, 다중 극수 발전기(600)는 회전축(620), 회전자(630), 제1 고정자(640), 제2 고정자(650) 및 전력변환부(660)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the multi-pole generator 600 includes a rotating shaft 620, a rotor 630, a first stator 640, a second stator 650, and a power conversion unit 660.

회전축(620)은 외부에너지(610)에 의하여 회전한다. 여기서, 외부에너지(610)는 회전축(620)을 회전시킬 수 있는 기계적 에너지를 회전축(620)에 제공한다. 회전축(620)은 외부에너지(610)의 변화에 따라 그 회전속도가 가변될 수 있다. The rotation shaft 620 rotates by external energy 610. Here, the external energy 610 provides mechanical energy capable of rotating the rotating shaft 620 to the rotating shaft 620. The rotation speed of the rotation shaft 620 may vary depending on changes in external energy 610.

회전자(630)는 회전축(620)에 결합되고, 회전자(630)와 동일한 회전속도로 회전한다. 회전자(630)는 중심으로부터 방사상으로 설치된 짝수의 계자권선을 포함한다. The rotor 630 is coupled to the rotation shaft 620 and rotates at the same rotation speed as the rotor 630. The rotor 630 includes an even number of field windings installed radially from the center.

회전자(630)의 계자권선에는 미리 설정된 제1 극수에 관한 제1 여자전류 및 미리 설정된 제2 극수에 관한 제2 여자전류 중 적어도 하나 이상의 전류가 계자권선별로 선택적으로 인가될 수 있다. 여기서, 제1 극수 및 제2 극수는 짝수인 서로 다른 양의 정수이다. 회전자(630)는 제1 극수 및 제2 극수 중 더 큰 값을 갖는 극수의 계자권선을 포함한다. 예를 들면, 제1 극수가 4이고 제2 극수가 2이면 회전자(630)는 4 개의 계자권선을 포함할 수 있다.At least one of a first excitation current for a preset first number of poles and a second excitation current for a preset second number of poles may be selectively applied to the field winding of the rotor 630 for each field winding. Here, the first pole number and the second pole number are different positive integers that are even numbers. The rotor 630 includes a field winding having a larger number of poles among the first number and the second number of poles. For example, if the first number of poles is 4 and the second number of poles is 2, the rotor 630 may include four field windings.

제1 고정자(640)는 미리 설정된 제1 극수의 전기자권선을 포함하고, 제2 고정자(650)는 미리 설정된 제2 극수의 전기자권선을 포함한다. 여기서, 전기자권선은 고정자마다 인접 전기자권선과 기준방향이 교대로 배열되도록 연결된 하나의 직렬연결을 구성한다. 예를 들면, 제1 고정자(640)는 4 개의 전기자권선이 기준방향이 교대로 배열되도록 연결된 하나의 직렬연결을 포함하며, 제2 고정자(650)는 2 개의 전기자권선이 기준방향이 교대로 배열되도록 연결된 하나의 직렬연결을 포함할 수 있다.The first stator 640 includes an armature winding with a first preset number of poles, and the second stator 650 includes an armature winding with a preset second number of poles. Here, the armature windings form one series connection for each stator so that the reference directions are alternately arranged with adjacent armature windings. For example, the first stator 640 includes one series connection where four armature windings are connected in alternating reference directions, and the second stator 650 includes two armature windings connected in alternating reference directions. Preferably, it may include one serial connection.

제1 고정자(640) 및 제2 고정자(650)는 회전자(630)의 외곽을 따라 회전축(620)의 방향으로 서로 다른 영역에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 고정자(640) 및 제2 고정자(650)는 회전자(630)의 동일 영역을 둘러싼 위치에, 제1 고정자(640)의 중공에 회전자(630)가 위치하고 제2 고정자(650)의 중공에 제1 고정자(640)가 위치하도록 형성될 수도 있다.The first stator 640 and the second stator 650 may be formed in different areas along the outer edge of the rotor 630 in the direction of the rotation axis 620, but are not limited thereto. For example, the first stator 640 and the second stator 650 are located in a position surrounding the same area of the rotor 630, the rotor 630 is located in the hollow of the first stator 640, and the second stator The first stator 640 may be positioned in the hollow of 650 .

전력계통의 주파수가 60 Hz 인 경우, 발전기는 동기속도로 회전하면 60 Hz의 전력을 출력으로 얻을 수 있다. 여기서, 동기속도는 발전기의 극수 및 계통주파수(를 기초로 정해진다. 예를 들면, 4 극수인 제1 고정자(640)에서는 회전자(630)가 제1 동기속도, 예를 들면, 1800 rpm으로 회전하여야 60 Hz의 전력이 생성되고, 2 극수인 제2 고정자(650)에서는 회전자(630)가 제2 동기속도, 예를 들면, 3600 rpm으로 회전하여야 60 Hz의 전력이 생성된다.If the frequency of the power system is 60 Hz, the generator can output power at 60 Hz if it rotates at synchronous speed. Here, the synchronous speed is determined based on the number of poles of the generator and the system frequency. For example, in the first stator 640 with 4 poles, the rotor 630 operates at the first synchronous speed, for example, 1800 rpm. Power of 60 Hz is generated only when it rotates, and in the second stator 650, which has two poles, the rotor 630 must rotate at a second synchronous speed, for example, 3600 rpm, to generate power of 60 Hz.

제1 여자전류가 인가된 회전자(630)와 제1 고정자(640)의 경우 4 극수의 유도발전기 구조를 가지며, 제2 여자전류가 인가된 회전자(630)와 제2 고정자(650)의 경우 2 극수의 유도발전기 구조를 가진다. 여기서, 유도기의 2차측 회로인 회전자(630)에 미리 설정된 여자전류가 인가된다.The rotor 630 and the first stator 640 to which the first exciting current is applied have a 4-pole induction generator structure, and the rotor 630 and the second stator 650 to which the second exciting current is applied have a 4-pole induction generator structure. Case 2 has an induction generator structure with the number of poles. Here, a preset exciting current is applied to the rotor 630, which is the secondary circuit of the induction machine.

회전자의 회전각속도가 계통주파수의 각속도보다 느린, 동기 회전속도 이하의 속도로 회전자가 회전하는 경우 유도기는 발전기로 동작할 수 없다. 따라서, 고정자의 회전자계와 동일한 방향으로 회전자를 여자하여 발전기의 동작점을 이동시키면 유도기는 발전기로 동작한다. 예를 들면, 회전자를 (-) rad/s의 교류전류를 이용하여 정상으로 여자하면, 고정자에 각주파수가 rad/s인 교류전력이 전달된다. 여기서, 는 발전하고자 하는 교류전력의 각주파수이고 은 회전자의 기계적인 회전수를 자극수로 환산한 전기 각주파수이다. If the rotor's rotational angular speed is slower than the angular speed of the system frequency and the rotor rotates at a speed below the synchronous rotational speed, the induction machine cannot operate as a generator. Therefore, if the operating point of the generator is moved by exciting the rotor in the same direction as the rotating magnetic field of the stator, the inductor operates as a generator. For example, the rotor ( - ) When excited normally using an alternating current of rad/s, the angular frequency in the stator is AC power of rad/s is transmitted. here, is the angular frequency of the AC power to be generated, is the electrical angular frequency converted from the mechanical rotation number of the rotor to the number of magnetic poles.

고정자에 전달되는 발전전력은 외부에너지에 의한 회전자의 기계적 회전으로부터 전달되는 전력과 회전자의 여자에 의하여 발전기에 공급된 전력의 합과 같다. 따라서, 고정자에서는 전력이 생성되고 회전자에서는 전력이 흡수된다. The generated power delivered to the stator is equal to the sum of the power delivered from the mechanical rotation of the rotor by external energy and the power supplied to the generator by excitation of the rotor. Therefore, power is generated in the stator and power is absorbed in the rotor.

반면에, 회전자의 회전각속도가 계통주파수의 각속도보다 빠른, 동기 회전속도 이상의 속도로 회전자가 회전하는 경우 유도기는 발전기로 동작한다. 고정자의 회전자계와 반대 방향으로 회전자를 여자하여 발전기의 동작점을 이동시키면 발전기의 출력값을 조절할 수 있다. 예를 들면, 회전자를 (-) rad/s의 교류전류를 이용하여 역상으로 여자하면, 고정자를 통하여 각주파수가 rad/s인 교류전력이 출력된다. On the other hand, if the rotor rotates at a speed higher than the synchronous rotation speed, which is faster than the angular speed of the system frequency, the inductor operates as a generator. The output value of the generator can be adjusted by moving the operating point of the generator by exciting the rotor in the opposite direction to the rotating magnetic field of the stator. For example, the rotor ( - ) When excited in reverse phase using an alternating current of rad/s, the angular frequency increases through the stator. AC power in rad/s is output.

고정자에 전달되는 발전전력과 회전자에서 출력되는 전력의 합은 회전자의 기계적 회전으로부터 전달되는 전력과 같다. 따라서, 고정자와 회전자 모두에서 전력이 생성된다.The sum of the generated power delivered to the stator and the power output from the rotor is equal to the power delivered from the mechanical rotation of the rotor. Therefore, power is generated in both the stator and the rotor.

다중 극수 발전기(600)는 2 극수 및 4 극수의 서로 다른 극수를 갖는 2 개의 유도기가 하나의 회전속도로 동시에 동작한다. 2 개의 유도기는 극수에 따라 각기 다른 동기속도를 가지므로, 특정 회전속도는 어느 하나의 유도기 관점에서는 동기속도 이상의 회전속도이고 다른 하나의 유도기 관점에서는 동기속도 이하의 회전속도일 수 있다.The multi-pole generator 600 operates simultaneously at one rotation speed with two inductors having different pole numbers of 2 poles and 4 poles. Since the two induction machines have different synchronous speeds depending on the number of poles, a specific rotation speed may be a rotation speed above the synchronous speed from the perspective of one induction machine and a rotation speed below the synchronous speed from the perspective of the other induction machine.

예를 들면, 외부에너지(610)에 따라 회전축(620)이 2000 rpm으로 회전하는 경우, 4 극수인 제1 고정자(640)에 대한 동기 회전속도인 1800 rpm 이상으로 회전하는 경우이므로, 2000 rpm 및 4 극수를 기초로 계산한 각주파수를 갖는 제1 여자전류를 회전자(630)에 역상여자한다. 그러나, 2 극수인 제2 고정자(650)의 경우에는 동기 회전속도인 3600 rpm과 비교하여 낮은 회전속도이므로 2000 rpm 및 2 극수를 기초로 계산한 제2 여자전류를 회전자(630)에 정상여자한다.For example, when the rotating shaft 620 rotates at 2000 rpm according to the external energy 610, it rotates at 1800 rpm or more, which is the synchronous rotation speed for the four-pole first stator 640, so 2000 rpm and 4 The first excitation current having an angular frequency calculated based on the number of poles is reversely excited to the rotor 630. However, in the case of the second stator 650 with 2 poles, the rotation speed is low compared to the synchronous rotation speed of 3600 rpm, so the second excitation current calculated based on 2000 rpm and 2 poles is normally excited to the rotor 630. do.

다중 극수 발전기(600)의 회전축(620) 및 회전자(630)가 2000 rpm으로 회전하면, 제1 고정자(640) 및 제2 고정자(650) 각각에 60 Hz의 전력이 생성된다. 여기서, 제1 고정자(640)에 대응하는 회전자(630)에서는 전력이 생성되고, 제2 고정자(650)에 대응하는 회전자(630)에서는 전력이 흡수된다. 전력변환부(660)는 동기속도에 따라 회전자(630)로부터 생성 또는 흡수되는 전력을 변환 및 제어하여, 어느 하나의 극수에 대한 회전자(630)로부터 생성된 전력으로 다른 하나의 극수에 대한 회전자(630)를 여자하면 다중 극수 발전기(600)가 일체로 동작 할 수 있다.When the rotation shaft 620 and the rotor 630 of the multi-pole generator 600 rotate at 2000 rpm, power of 60 Hz is generated in each of the first stator 640 and the second stator 650. Here, power is generated in the rotor 630 corresponding to the first stator 640, and power is absorbed in the rotor 630 corresponding to the second stator 650. The power conversion unit 660 converts and controls the power generated or absorbed from the rotor 630 according to the synchronous speed, and converts the power generated from the rotor 630 for one number of poles to the power generated from the rotor 630 for one number of poles. When the rotor 630 is excited, the multi-pole generator 600 can operate as one unit.

외부에너지(610)에 따라 회전축(620)의 회전속도가 4 극수인 제1 고정자(640)에 대한 동기 회전속도인 1800 rpm 내지, 2 극수인 제2 고정자(650)에 대한 동기 회전속도인 3600 rpm의 범위 내에서 증감변동 하는 경우, 회전속도의 변화에 대응하여 회전자(630)가 여자되고, 다중 극수 발전기(600)의 제1 고정자(640) 및 제2 고정자(650)에서 60 Hz를 갖는 전력발전이 가능하다.Depending on the external energy 610, the rotation speed of the rotation shaft 620 ranges from 1800 rpm, which is the synchronous rotation speed for the first stator 640 with 4 poles, to 3600 rpm, which is the synchronous rotation speed with respect to the second stator 650 with 2 poles. When the rpm fluctuates within the range, the rotor 630 is excited in response to the change in rotation speed, and the first stator 640 and the second stator 650 of the multi-pole generator 600 generate 60 Hz. Electric power generation is possible.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.

100: 다중 극수 발전기
110: 회전축
120: 회전자
130: 제1 고정자
140: 제2 고정자100: Multi-pole generator
110: rotation axis
120: rotor
130: first stator
140: second stator

Claims

In the generator,
A rotating shaft rotated by external mechanical energy;
a rotor whose center is coupled to the rotation axis and rotates together with the rotation axis; and
A first stator and a second stator formed along the outer edge of the rotor in the direction of the rotation axis,
The rotor includes a plurality of field windings,
The first stator includes a number of armature windings that are positive integer multiples of a preset first number of poles, and the second stator includes a number of armature windings that are positive integer multiples of a preset second number of poles,
The first stator and the second stator generate power of the same frequency.
Multi-pole generator.

delete

According to paragraph 1,
The field winding is,
Installed to be spaced apart from each other in the rotation direction of the rotor,
An exciting current including at least one of a first exciting current for the first number of poles and a second exciting current for the second number of poles is applied,
Multi-pole generator.

According to paragraph 1,
The first stator is,
It includes one series connection in which the armature windings of the first number of poles are connected to adjacent armature windings in alternating reference directions,
The second stator is,
Including one series connection in which the armature winding of the second number of poles is connected so that the reference directions are alternately arranged with adjacent armature windings.
Multi-pole generator.

According to paragraph 1,
A multi-pole generator wherein the first number of poles is greater than the second number of poles.

According to clause 5,
The rotation axis is,
Rotates at a variable rotation speed according to changes in the external mechanical energy,
The rotation speed is a rotation speed within a range from a first synchronous speed with respect to the first number of poles to a second synchronous speed with respect to the second number of poles.
Multi-pole generator.

According to clause 5,
The field winding is,
The same number of field windings as the first poles
Multi-pole generator.