KR100666962B1 - 고온 초전도 코일들 간의 접합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온 초전도 코일들 간의 접합구조에 관한 것으로, 보빈과, 상기 보빈에 고온 초전도 테이프로 형성된 계자코일을 권취시키되, 일측계자코일(201)과 타측계자코일(202) 상호간의 연결은 접합구조체(100)를 이용하는 방법으로 형성된 고온 초전도 코일에 있어서, 상기 접합구조체(100)는, 금속 도체 테이프(110)와, 상기 금속 도체 테이프(110)의 일면에 등간격으로 배열 형성된 고온 초전도 테이프 조각편(120)으로 구성되어, 상기 고온초전도 테이프 조각편(120)을 동일 보빈에 권취된 일측계자코일(201)과 타측계자코일(202)에 접촉시켜 접합시킴에 의해, 일측계자코일(201)과 타측계자코일(202)을 접합구조체(100)로 상호 간에 연결시키는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 계자코일 상호간에 안정된 접합이 이루어지게 됨과 동시에 접합부가 기계적인 충격 등에 안정하다는 이점이 있다.

고온 초전도 코일 계자코일 보빈 조각편

Description

고온 초전도 코일들 간의 접합구조{junction structure between high temperature superconducting coils}

도 1 - 보빈에 형성된 계자코일의 개략도.

도 2 - 본 발명에 따른 접합구조체의 형상을 나타낸 개략도.

도 3 - 동일 보빈에 형성된 계자코일에 접합구조체가 접합되는 형상을 나타낸 도.

도 4 - 2극 모터/발전기의 요부개략 단면도.

도 5 - 본 발명의 실시예에 따른 접합구조체의 형상을 나타낸 도.

도 6 - 본 발명의 실시예에 따른 접합구조체의 다른 형상을 나타낸 도.

도 7 - 도 6의 접합구조체 상면에 금속덮개가 설치된 형상을 나타낸 도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 접합구조체 101 : 결합공

110 : 금속도체테이프 111 : 본체부

112 : 일측연장부 113 : 타측연장부

120 : 고온초전도테이프조각편 121 : 돌출부

201 : 일측계자코일 202 : 타측계자코일

310 : 일측보빈 320 : 타측보빈

400 : 금속덮개

본 발명은 고온 초전도 코일들 간의 접합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 고온초전도 테이프 도체를 권선 하여 만드는 고온초전도 전자석에 사용되는 고온초전도 코일들 상호 간을 연결시킴에 있어서, 인접한 코일들 상호 간을 안정되게 접합시키는 접합구조에 관한 것이다.

일반적으로 고온 초전도 마그네트에 사용되는 테이프 형상의 계자 코일은 금속 산화물이기 때문에 기계적으로 약하며 금속 피복에 테이프 모양으로 장선화 하여 사용된다. 따라서 작은 기계적인 굽힘, 인장 응력, 비틀림 응력 등에 의해 고온 초전도 계자 코일의 임계전류가 매우 큰 값으로 감소하는 특성이 있다.

특히, 테이프 형상의 고온초전도 도체는 마그네트로 응용할 경우 팬케이크 모양의 코일로 제작되고 이 코일들이 적층 되어 전자석을 만든다.

이 경우 코일들 사이의 접합은 반드시 필요하며, 접합의 수를 줄이기 위해 더블팬케이크 코일을 많이 사용하는데, 이 경우 코일들 사이의 접합을 하는 여러 가지 방법이 있을 수 있다.

통상, 무산소동과 같은 저저항의 금속을 팬케이크 모양의 코일과 코일을 연결하는 재료로 사용하게 되며, 이때 사용된 금속재는 통상 저항을 가지고 있고, 이 저항에 의한 줄(Joule) 열이 발생하고, 이 열은 냉동부하로 작용하기 때문에 냉각 시스템의 용량을 증대시키는 문제점이 있다.

팬케이크 모양의 코일과 코일을 연결시키는 다른 방법은 랩조인트(lap joint)인데, 이 방법은 인두로 열을 가하여 접합할 때 고온초전도 도체들의 길이가 약간 늘어나게 되어 기계적인 충격에 약하게 된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 얇은 금속 도체 테이프에 고온초전도 도체들을 나란하게 붙인 접합구조체를 형성시키고, 상기 접합구조체를 이용하여 코일과 코일을 접합시키는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 보빈과, 상기 보빈에 고온 초전도 테이프로 형성된 계자코일을 권취시키되, 일측계자코일과 타측계자코일 상호간의 연결은 접합구조체를 이용하는 방법으로 형성된 고온 초전도 코일에 있어서, 상기 접합구조체는, 금속 도체 테이프와, 상기 금속 도체 테이프의 일면에 등간격으로 배열 형성된 고온 초전도 테이프 조각편으로 구성되어, 상기 고온초전도 테이프 조각편을 동일 보빈에 권취된 일측계자코일과 타측계자코일에 접촉시켜 접합시킴에 의해, 일측계자코일과 타측계자코일을 접합구조체로 상호 간에 연결시키는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조를 기술적 요지로 한다.

여기서. 상기 금속 도체 테이프는, 고온 초전도 테이프가 결합되는 본체부와; 상기 본체부의 측면에서 일측으로 연장돌출된 일측연장부와; 상기 본체부의 타 측면에서 상기 일측연장부의 돌출방향과 반대방향으로 연장돌출된 타측연장부;로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 보빈과, 상기 보빈에 고온 초전도 테이프로 형성된 계자코일을 권취시키되, 일측계자코일과 타측계자코일 상호간의 연결은 접합구조체를 이용하는 방법으로 형성된 고온 초전도 코일에 있어서, 상기 접합구조체는, 금속 도체 테이프와, 상기 금속 도체 테이프의 일면에 등간격으로 배열 형성된 고온 초전도 테이프 조각편으로 구성되어, 상기 고온초전도 테이프 조각편을 일측 보빈에 권취된 일측계자코일과 타측 보빈에 권취된 타측계자코일에 접촉시켜 접합시킴에 의해, 일측보빈의 일측계자코일과 타측보빈의 타측계자코일을 접합구조체로 상호 간에 연결시키는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조를 또한 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 고온초전도 테이프 조각편의 상하부는 상기 금속도체테이프의 상하부로 일부 돌출된 돌출부가 형성되는 것이 바람직하고, 상기 돌출부가 각각의 계자코일과 접합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보빈은 다단으로 형성되고, 상기 보빈에 권취된 계자코일은 교차부가 형성된 이중평형코일 권취 방식으로 권취되며, 상기 접합구조체와 코일들 간의 접합은 땜납 또는 인듐 솔더링 방식으로 접합되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 계자코일 상호간에 안정된 접합이 이루어지게 됨과 동시에 접합부가 기계적인 충격 등에 안정하다는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고온 초전도 코일간의 접합구조를 위한 접합구조체(100)는 크게 금속 도체 테이프(110)와, 고온 초전도 테이프 조각편(120)으로 구성되어 계자코일 상호간을 접합 연결시킨다.

하나의 보빈에 형성된 계자코일인 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 교차부가 형성된 이중 평형코일 권취방식으로 권취되며 다단으로 형성되는바, 상부에 있는 계자코일인 일측계자코일(201)의 일단부와 하부에 있는 계자코일인 타측계자코일(202)의 타단부가 상호간에 연결접합되어야 하며, 접합은 접합구조체(100)에 의해 이루어진다.

상기 접합구조체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 도체 테이프(110)와, 고온 초전도 테이프 조각편(120)으로 구성된다.

상기 금속도체테이프(110)는 테이프 형상으로 형성된 구리판이 사용되며, 본체부(111)와, 본체부(111)의 일측면에서 연장 돌출된 형태의 일측연장부(112)와, 상기 본체부(111)의 타측면에서 상기 일측연장부(112)의 돌출방향과 반대방향으로 연장돌출된 타측연장부(113)로 구성된다.

그리고 상기 본체부(111)의 일면에는 소정폭을 가지는 고온초전도 테이프 조각편(120)이 접합 형성되는바, 상기 고온초전도 테이프 조각편(120)은 고온 초전도 테이프를 일정한 길이로 절단한 형상이다. 상기 본체부(111)에 부착되는 고온 초전도 테이프 조각편(120)은 통상 인접한 조각편과 상호 접촉될 정도로 밀착되게 접합시키나, 곡면부분에서 계자코일과 계자코일을 연결하는 경우에는 조각편들 간에 소정 이격 거리를 두고 접합하는바, 이는 접합구조체(100)가 곡면부에 대응하여 용이하게 휘도록 하기 위함이다.

다음은 상기와 같이 형성된 접합구조체(100)를 이용하여 일측계자코일(201)과 타측계자코일(202)을 연결접합시켜야 하는바, 도 3에 도시된 바와 같이, 접합구조체(100)의 고온초전도 테이프 조각편(120)이 상기 일측, 타측계자코일(201)(202)에 접촉되게 한다.

이때, 상기 일측계자코일(201)의 단부와 상기 금속도체테이프(110)의 일측연장부(112)는 상호간에 반대위치에 위치되고, 상기 타측계자코일(202)의 단부와 상기 금속도체테이프(110)의 타측연장부(113)는 상호 간에 반대위치에 위치되게 된다.

이는 계자코일과 고온초전도 조각편들간에 솔더링을 하는 경우, 반대방향으로 형성된 계자코일의 단부와 연장부를 동시에 잡고서 일정한 장력을 가하면서 솔더링을 하므로 열에 의한 계자코일의 변형 등이 방지된다. 이때 솔더링은 땜납 또는 인듐 등을 사용하여 이루어진다.

이상은 동일 보빈에 형성된 계자코일들 상호간을 접합시키는 방법에 관한 것이며, 이하에서는 고온초전도 모터/발전기 중 2극 모터/발전기의 각 극(pole)에 형성된 계자코일들 상호간을 연결시키는 밥법에 관한 것이다.

도 3는 고온초전도 계자코일을 이용한 2극 모터/발전기의 요부개략단면도이며, 상부에 일측보빈(310)이 형성되며, 하부에 타측보빈(320)이 형성되어 각각의 보빈에 계자코일이 감겨진 형태로 구성된다.

상기 일측보빈(310)에 연결된 일측계자코일의 단부인접부와 상기 타측보빈(320)에 형성된 타측계자코일의 단부 인접부가 상호간에 접합되어야만 2극 모터/발 전기의 극과 극이 연결되며, 이 연결을 위하여 접합구조체(100)가 사용된다.

극과 극 연결을 위한 접합구조체(100)는 상기에서 설명한 접합구조체(100)와 거의 동일한 형상으로 구성되며, 일측연장부와 타측연장부는 형성하지 않아도 무방하다. 그리고 차이점은 극과 극간의 연결을 위한 거리가 멀어짐에 따라 금속도체테이프(110)의 폭이 커진다는 것만 제외하면 상기 동일 보빈 계자코일 연결을 위한 금속도체 테이프와 거의 동일하다.

접합구조체(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 사각형상의 금속 도체 테이프(110)가 형성되며, 그 일면에는 소정폭을 가지는 고온초전도 테이프 조각편(120)이 접합 형성되는 방식으로 접합구조체(100)가 형성된다.

상기 접합구조체(100)를 이용하여 상기 일측 보빈(310)과 타측 보빈(320)에 각각 형성된 계자코일 상호 간을 접합결합시킨다.

여기서 상기 접합구조체(100)의 금속 도체 테이프(110)에는 접합구조체(100)를 보빈에 결합시킬 수 있는 결합공(101)이 형성된다.

또한 상기 접합구조체(100)의 계자 코일결합은 상기 동일 보빈에 형성된 계자코일간의 결합방식과 거의 동일한 방법의 솔더링 방법에 의해 이루어진다.

상기에서는 상기 고온초전도 테이프 조각편(120)이 상기 금속도체 테이프(110)의 내부에만 한정되는 형태로 설명하였으나, 도 6과 같이, 상기 고온초전도 테이프 조각편(120)의 양단부가 상기 금속도체테이프(110)의 외측으로 일부 돌출되는 돌출부(121)를 형성하여 구성하여도 무방하다.

상기와 같이 돌출부(121)가 형성되면 상기 고온초전도 테이프 조각편(120)의 돌출부(121) 중 상부 돌출부를 상기 일측보빈의 일측계자코일에 접합시키고, 고온초전도 테이프 조각편의 돌출부 중 하부를 타측보빈의 타측계자코일에 접합시키는 방식으로 계자코일 상호간을 접합시키게 된다.

이때, 도 6과 같은 돌출부(121)가 형성된 접합구조체(100)을 사용하여 두 코일에 연결하여 붙이는 경우에는 나란하게 붙인 여러 개의 조각편이 외측으로 노출되게 접합을 한다.

접합이 된 후에는 도7과 같이, 조각편 및 조각편의 돌출부(121)를 덮도록 금속덮개(400)를 사용하여 조각편의 상부를 덮도록 구성하여 접합구조체(100)를 안정되게 지지시킨다. 이때, 밀착성을 높이기 위해 조각편과 금속덮개 사이에 얇은 인듐판 등을 사용하여 구성하여도 무방하다.

이상과 같이, 금속도체 테이프(110)와 고온초전도 테이프 조각편(120)으로 접합구조체(100)를 형성하여 계자코일과 계자코일을 연결시킴에 의해 기계적인 강성은 금속도체테이프(110)에 의해 제공되고 연결부위의 저항감소는 고온초전도 테이프 조각편(120)의 접합에 의해 제공되어 전류를 흘릴 때 연결부위에서 발생 되는 줄열(Joule heat) 감소 및 기계적 강도문제를 해결하게 된다.

상기의 구성에 의한 본 발명은, 금속도체 테이프와 고온초전도 테이프 조각편으로 접합구조체를 형성하여 계자코일과 계자코일을 연결시킴에 의해 기계적인 강성은 금속도체테이프에 의해 제공되고, 연결부위의 저항감소는 고온초전도 테이프 조각편의 접합에 의해 제공되어 전류를 흘릴 때 연결부위에서 발생 되는 줄열 (Joule heat) 감소 및 기계적 강도문제를 해결하게 되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 보빈과, 상기 보빈에 고온 초전도 테이프로 형성된 계자코일을 권취시키되, 일측계자코일과 타측계자코일 상호간의 연결은 접합구조체를 이용하는 방법으로 형성된 고온 초전도 코일에 있어서,

   상기 접합구조체는,

   금속 도체 테이프와, 상기 금속 도체 테이프의 일면에 등간격으로 배열 형성된 고온 초전도 테이프 조각편으로 구성되어,

   상기 고온초전도 테이프 조각편을 동일 보빈에 권취된 일측계자코일과 타측계자코일에 접촉시켜 접합시킴에 의해, 일측계자코일과 타측계자코일을 접합구조체로 상호 간에 연결시킴을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
2. 제1항에 있어서. 상기 금속 도체 테이프는,

   고온 초전도 테이프가 결합되는 본체부와;

   상기 본체부의 측면에서 일측으로 연장돌출된 일측연장부와;

   상기 본체부의 타측면에서 상기 일측연장부의 돌출방향과 반대방향으로 연장돌출된 타측연장부;로 형성됨을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
3. 보빈과, 상기 보빈에 고온 초전도 테이프로 형성된 계자코일을 권취시키되, 일측계자코일과 타측계자코일 상호간의 연결은 접합구조체를 이용하는 방법으로 형 성된 고온 초전도 코일에 있어서,

   상기 접합구조체는,

   금속 도체 테이프와, 상기 금속 도체 테이프의 일면에 등간격으로 배열 형성된 고온 초전도 테이프 조각편으로 구성되어,

   상기 고온초전도 테이프 조각편을 일측 보빈에 권취된 일측계자코일과 타측 보빈에 권취된 타측계자코일에 접촉시켜 접합시킴에 의해, 일측보빈의 일측계자코일과 타측보빈의 타측계자코일을 접합구조체로 상호 간에 연결시킴을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 고온초전도 테이프 조각편의 상하부는 상기 금속도체테이프의 상하부로 일부 돌출된 돌출부가 형성됨을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
5. 제4항에 있어서, 상기 돌출부가 각각의 계자코일과 접합됨을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보빈은 다단으로 형성됨을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
7. 제6항에 있어서, 상기 보빈에 권취된 계자코일은 교차부가 형성된 이중평형 코일 권취 방식으로 권취 됨을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 접합구조체와 코일들 간의 접합은 땜납 또는 인듐 솔더링 방식으로 접합 됨을 특징으로 하는 고온 초전도 코일들 간의 접합구조.

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