KR20120119233A

KR20120119233A - Generator of hybrid excite method using permanent and electromagnet

Info

Publication number: KR20120119233A
Application number: KR1020110037021A
Authority: KR
Inventors: 박찬희
Original assignee: 박찬희
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-10-31

Abstract

PURPOSE: A generator of a hybrid excitation method using an electromagnet and a persistent is provided to perform constant voltage generation regardless of the strength of wind. CONSTITUTION: A hybrid excitation type generator(9) includes a stator(1) and a rotor(5). The stator includes a stator frame(2), an armature core(3), and an armature windings(4). The rotor rotates around a rotor central shaft(8). Synthetic magnetic force of a permanent magnet(6) and an electromagnet(7) is composed of a direction to which the magnetic force increases.

Description

Generator of hybrid excite method using permanent and electromagnet

발전기는 여자 방식에 따라서 영구 자석형과 전자석형이 있으며, 영구 자석형은 풍력 등과 같이 회전수가 변화하면 정전압 발생이 어렵고, 전자석형은 전자석의 여자를 공급하기 위해서 직류 전원이 필요하다.The generator has a permanent magnet type and an electromagnet type according to the excitation method, the permanent magnet type is difficult to generate a constant voltage when the rotation speed changes, such as wind power, the electromagnet type requires a DC power supply to supply the excitation of the electromagnet.

근래에는 세계적으로 재생 에너지를 확보하기 위하여 많은 연구와 투자를 하고 있고, 풍력 발전기 분야에서도 많은 노력하고 있다.In recent years, many researches and investments have been made to secure renewable energy worldwide, and many efforts have been made in the field of wind power generators.

하지만 소형급 풍력 발전기 제작을 위해서, 발전기를 생산하는 회사들에서 적합한 발전기를 찾아도 발견할 수가 없는 데, 이는 필요성 충분한데 아직은 범용적으로 사용하지 않는 제품이라서 하는 생각이 든다.But for the production of small wind power generators, companies that produce generators can't find a suitable generator, which is sufficient, but I think it's a product that isn't used universally yet.

소형도 많이 모이면 대형 발전기 효과 이상을 낼 수 있듯이, 에너지 생산에 대한 개념을 대형 위주의 또는 특정인들의 전유물로 생각하는 개념을 바꾸어야 재생에너지 생산량을 많이 증대시킬 수 있다고 판단된다.As a lot of small size can be more than the effect of large generators, the production of renewable energy can be increased by changing the concept of energy production as large-scale or exclusively owned by certain people.

현재 설치되고 있는 소형 풍력 발전기는 대부분이 영구 자석형으로, 설치비용에 대한 발생 전력량은 경제적이지 못하여 범용적 보급에 걸림돌이 된다.Most of the small wind power generators currently installed are permanent magnets, and the amount of power generated for the installation cost is not economical, which impedes the general supply.

따라서 적절한 풍력 이상에서 정전압 특성의 전력 생산 능력과 경제성을 갖추어 범용적으로 사용될 수 있는 발전기 개발 및 생산이 필요하다고 생각된다.Therefore, it is necessary to develop and produce a generator that can be used universally with power generation capacity and economical efficiency with constant voltage characteristics over appropriate wind power.

수력, 화력 및 엔진을 사용하는 발전소에서는 어느 정도의 일정한 회전력을 공급하여 일정 전압의 전력을 생산할 수 있고, 부하의 증가 또는 감소에 대한 회전수의 변화도 회전력을 변화시켜서 오차 범위 내에서 운전된다.In power plants using hydraulic power, thermal power, and engines, a certain amount of torque can be supplied to produce a constant voltage, and a change in rotational speed with respect to an increase or decrease of a load changes the torque and operates within an error range.

대형 풍력 발전기에서의 회전자 속도 제어는 날개의 각도 조절, 전자 브레이크 및 기계적인 브레이크를 병행 사용하여 수행되고 있다.Rotor speed control in large wind generators is performed using a combination of vane angle control, electronic brakes and mechanical brakes.

여기에 소형 풍력 발전기는 풍력을 받는 날개의 형태 및 구조 그리고 비용적인 면에서 대형 발전기와 같이 회전자 속도 제어를 할 수 없으며, 더구나 영구 자석을 사용한다면 정전압 출력은 기대할 수 없다.In addition, small wind generators cannot control the rotor speed like large generators in terms of the shape, structure and cost of the wind-powered vanes. Moreover, if a permanent magnet is used, a constant voltage output cannot be expected.

본 발명의 소형 풍력 발전기에 의해 모든 풍속에서 정전압 전력을 발생하고, 간략한 설치 방식에 의해 범용적으로 사용될 수 있는 특징을 갖추어, 재생 에너지 생산에 기여하는 소형 풍력 발전용의 발전기 발명에 목적이 있다.The small wind generator of the present invention generates a constant voltage power at all wind speeds, and has a feature that can be used universally by a simple installation method, the object of the invention for a small wind power generator to contribute to the production of renewable energy.

대부분의 소형 풍력 발전기가 영구 자석형으로 되어 있고, 제품 판매시의 발전용량과 실제 사용시의 발전용량과는 큰 차이가 발생하고 있어, 범용적 보급에 걸림돌이 되고 있다.Most of the small wind generators are of permanent magnet type, and there is a big difference between the power generation capacity at the time of sale and the power generation capacity at the time of actual use, which is an obstacle to the widespread use.

본 발명에서는 종래에 사용되고 있는 소형 풍력 발전기의 단점을 제거하여, 바람 세기에 관련 없이 정전압 발전을 수행하고 그리고 바람의 세기가 강할수록 발전량이 많아지는 특성을 갖는 발전기를 개발함에 있다.The present invention eliminates the shortcomings of the small wind generators used in the related art, and performs a constant voltage power generation regardless of the wind strength, and develops a generator having a characteristic of generating more power as the wind strength increases.

본 발명은 풍속의 변화 같은 외력의 변화에 의해 회전자의 회전이 다양하게 변화할 수 있는 조건에서 사용되는 발전기에서, 발전 초기는 영구 자석에 의해서 전력을 발생하고, 전기자에서 발생하는 전력으로 전자석을 여자 시키는 하이브리드 여자 방식에 관한 것이다.The present invention is a generator used in the condition that the rotation of the rotor can be variously changed by the change of external force, such as the change in wind speed, the initial generation of the power is generated by the permanent magnet, the electric power generated by the armature It is about hybrid woman way to let woman.

발전기의 회전자는 영구 자석과 전자석이 공존하고, 전자석의 전자력 발생시에는 영구 자석의 자력이 합성되어 증자되는 구조를 갖는다.The rotor of the generator has a structure in which the permanent magnet and the electromagnet coexist, and the magnetic force of the permanent magnet is synthesized and increased when the electromagnetic force of the electromagnet is generated.

여자 전류는 강풍 시에 전력 발생 증대와 전자 브레이크 작용을 겸비할 수 있는 제어 범위가 넓은 크기로 사용하여, 전력 발생량을 극대화하는 시스템으로 구성된다. Excitation current is composed of a system that maximizes the amount of power generated by using a large control range that can combine power generation and electromagnetic brake action in high winds.

바람이 많은 지역에도 풍력 발전기가 거의 설치되어 있지 않아 아까운 에너지를 낭비하고 있는 실정인데, 이는 주로 대형 풍력 발전기 설치에만 관심을 갖고, 소형 발전기의 연구 및 투자에는 등한시한 결과라 생각한다.In the windy areas, wind power generators are rarely installed, which wastes a lot of energy. This is mainly concerned with the installation of large wind generators, and is considered a neglected result for the research and investment of small generators.

소형 풍력 발전기의 성능과 전력 생산이 사용자를 만족시키게 된다면, 그의 설치는 상상을 초월한 많은 개수가 될 것이며, 이는 대용량 발전기에 못지 않게 전력 생산에 기여할 것으로 판단된다.If the performance and power generation of a small wind generator satisfies the user, his installation will be more than imaginable, which will contribute to power generation as much as a large capacity generator.

이와 같은 결과가 된다면, 재생 에너지의 생산 증대에 혁신적 기여를 하게 될 것이며, 천문학적으로 투자되는 조력 또는 원자력 등의 에너지원을 점진적으로 축소시켜 나가도 되는 효과가 있을 것으로 기대된다.If this result is achieved, it will make an innovative contribution to increasing the production of renewable energy, and it is expected that the astronomically invested tidal or nuclear energy sources will be gradually reduced.

도 1은 본 발명에 따르는 영구 및 전자석을 사용한 하이브리드 여자 방식의 발전기에 대한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a generator of a hybrid excitation method using permanent and electromagnets according to the present invention.

본 발명은 풍속의 변화 같은 외력의 변화에 의해 회전자의 회전이 다양하게 변화할 수 있는 조건에서 사용되는 발전기에서, 회전수가 작은 발전 초기는 영구 자석에 의한 자력에 의해서 전력이 발생하고, 전기자에서 발생하는 전력으로 전자석을 여자 시키는 하이브리드 여자 방식에 관한 것이다.The present invention is a generator used in the condition that the rotation of the rotor can be variously changed by the change of external force, such as the change in wind speed, the power generation is generated by the magnetic force by the permanent magnet in the initial stage of the small number of revolutions, The present invention relates to a hybrid excitation method of exciting an electromagnet with generated power.

발전기의 회전자에는 영구 자석과 전자석이 공존하고, 여자 전류에 의한 전자력 발생시에는 영구 자석의 자력과 전자석의 자력이 합성되어 자력이 증자되는 구조를 갖추어, 전자력의 세기는 풍속의 변화 따라 조절할 수 있는 장점이 있다.The rotor of the generator coexists with a permanent magnet and an electromagnet, and when an electromagnetic force is generated by an exciting current, the magnetic force of the permanent magnet and the electromagnet of the electromagnet are synthesized to increase the magnetic force. There is an advantage.

영구 자석의 세기는 회전자 초기 회전시에 전자석을 여자 시키기에 충분한 크기로 사용하며, 전자석에는 전기자에서 발생하는 전력의 일부를 정류하여 공급하게 되어, 별도의 직류 전원을 준비하지 않아도 되는 장점이 있다.The strength of the permanent magnet is large enough to excite the electromagnet during the initial rotation of the rotor, and the electromagnet has the advantage that it does not need to prepare a separate DC power supply by rectifying some of the electric power generated by the armature. .

여자 전류는 강풍 시에 전력 발생 증대와 전자 브레이크 작용을 겸비할 수 있는 제어 범위가 넓은 크기로 사용함에 따라, 전력 발생량을 극대화하는 구조적인 장점을 갖추고 있다.The excitation current has a structural advantage of maximizing power generation by using a large control range that can combine power generation and electromagnetic brake action in high winds.

따라서, 제시된 본 발명의 소형 풍력 발전기 성능과 전력 생산이 사용자를 만족시키게 된다면, 그의 설치는 상상을 초월한 많은 개수가 될 것이며, 이는 대용량 발전기에 못지 않게 전력 생산에 기여할 것으로 판단된다.Therefore, if the presented small wind generator performance and power production of the present invention satisfies the user, its installation will be as many as unimaginable, which is believed to contribute to power generation as much as a large capacity generator.

이하, 본 발명의 구성 및 작용은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

하이브리드 여자 방식의 발전기(9)는 고정자(1)와 회전자(5)로 구성되어 있고, 고정자(1)는 고정자 프레임(2) 그리고 전기자 철심(3) 그리고 전기자 권 선(4)으로 구성되어 있으며, 회전자 중심축(8)을 중심으로 회전하는 회전자(5)는 영구 자석(6) 그리고 영구 자석에 전자석(7)을 만드는 권 선(12)이 감겨 있는 것으로 구성된다. The hybrid excitation generator 9 is composed of a stator 1 and a rotor 5. The stator 1 is composed of a stator frame 2, an armature core 3, and an armature winding 4. The rotor 5 rotating about the rotor center axis 8 includes a permanent magnet 6 and a winding 12 wound around the permanent magnet to form an electromagnet 7.

전자석(7)과 영구 자석(6)의 합성 자력은 자력이 증가하는 방향으로 구성하며, 이와 같은 증자를 위해서 전류가 들어가는 권 선(10)과 나오는 권 선(11)의 방향이 구분되어 전자석 권 선(12)이 감겨 있다.The combined magnetic force of the electromagnet 7 and the permanent magnet 6 is configured in a direction in which the magnetic force increases, and the directions of the windings 10 and the windings 11 through which the electric current enters are divided for the increase of the electromagnets. Line 12 is wound up.

영구 자석(6)의 자력 세기는 회전자(5)의 초기 회전시에 전기자 권 선(4)에서 발생하는 전력이 전자석(7)을 여자 시키기에 충분한 크기로 사용한다.The magnetic strength of the permanent magnet 6 is used in a magnitude sufficient for the electric power generated in the armature winding 4 at the initial rotation of the rotor 5 to excite the electromagnet 7.

전기자 권 선(4)에서 발생하는 전력의 일부는 여자 전류를 공급하는 전원으로 사용되며, 여자 전류는 정전압 출력을 위한 제어기에 의해서 조절 공급된다.A part of the power generated in the armature winding 4 is used as a power source for supplying an excitation current, and the excitation current is regulated and supplied by a controller for a constant voltage output.

여자 전류는 최저 발전 풍속의 수십 배의 풍속에서는 많은 전류를 생산하여 전력 생산량이 증가하도록 넓은 범위의 크기로 제어되며, 이는 전자 브레이크 작용의 기능도 수행하게 되도록 구성된다.The excitation current is controlled to a wide range of magnitudes to produce more current at higher wind speeds of tens of times the lowest generating wind speed, thus increasing the amount of power produced.

이와 같은 특징을 갖는 발전기는 소형 풍력 발전기 또는 자동차에 내장된 풍력 발전기에 적용되어, 풍력 발전기에서는 가정 또는 공장 등에서 사용되는 전력의 일부를 생산하게 되고, 자동차 내장용 발전기에서는 주행에 필요한 에너지의 전부 또는 일부를 생산할 수 있는 특징을 갖추고 있다. The generator having such a feature is applied to a small wind generator or a wind generator embedded in an automobile, and the wind generator produces a part of electric power used in a home or a factory, and in a generator for an automobile, all of the energy required for driving or It has the features to produce some.

본 발명의 변형 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상적 지식을 가진자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항 범위 내에 있는 것으로 간주한다.The modifications of the present invention are within the scope of those skilled in the art including the features of the present invention, and such modifications are considered to be within the scope of the claims of the present invention.

1. 발전기 고정자.
2. 고정자 프레임.
3. 전기자 철심.
4. 전기자 권선.
5. 회전자.
6. 영구 자석.
7. 전자석.
8. 회전자 중심축.
9. 하이브리드 여자 방식의 발전기.
10. 전류가 들어가는 권선.
11. 전류가 나오는 권선.
12. 전자석 권선.1. Generator stator.
2. Stator frame.
3. Armature iron core.
4. Armature winding.
5. Rotor.
6. Permanent magnet.
7. Electromagnet.
8. Rotor central axis.
9. Hybrid excitation generator.
10. Winding current.
11. Winding with current.
12. Electromagnet winding.

Claims

According to the excitation method of the generator, the permanent magnet type is difficult to generate a constant voltage when the rotation speed of the rotor changes, the electromagnet type requires a DC power supply for the excitation of the electromagnet,
In the generator used under the condition that the rotational speed of the rotor can be changed by the change of external force such as the change of wind speed, the initial stage of the power generation is related to the hybrid excitation method which causes the electromagnet to be excited by generating electric power by the permanent magnet.
Generator stator consists of stator frame, armature iron core, armature winding,
The generator rotor is composed of the permanent magnet and the electromagnet coexist, and when the electromagnetic force of the electromagnet is generated, it is configured to magnetize the increase of the magnetic force by combining with the magnetic force of the permanent magnet,
The magnetic strength of the permanent magnet is used to a magnitude sufficient to excite the electromagnet by the power generated in the armature during the initial rotation of the rotor,
Part of the power generated in the armature is converted into an excitation DC current of the size determined by the controller for the constant voltage output and supplied to the electromagnet,
The magnitude of the excitation DC current is used in a wide range that can combine power generation and electromagnetic brake action even at a wind speed of several tens of times the lowest generation wind speed,
A hybrid excitation generator using permanent and electromagnets characterized by generating constant voltage power in small wind generators or automotive wind generators.