KR100717350B1 - 무유도 권선형 솔레노이드 보빈 - Google Patents

Abstract

원통형상의 보빈몸체(4); 상기 보빈의 외주면에 일정 간격으로 형성된 권선홈(6); 권선홈(6) 일측에 구비된 연결채널(8)을 포함하는 무유도 권선형 솔레노이드 보빈에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 연결채널(8)을 통해 내측 선재가 액체 질소와 직접 접촉함으로써 계통에 사고가 발생하여 초전도 한류기가 전류제한 동작을 할 때 냉각 효과를 증대시켜 내측 선재의 손상을 최소화하고, 사고 전류 제한 후 빠른 회복속도로 재투입이 가능한 효과가 있다.

보빈, 연결채널, 지지대, 냉각효과

Description

무유도 권선형 솔레노이드 보빈 {Non-Inductive Winding Wire-type Solenoid Bobbin}

도 1은 본 발명에 따른 보빈의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 보빈의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 보빈의 부분단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 보빈 4 : 보빈몸체

6 : 권선홈 8 : 연결채널

10 : 지지대

본 발명은 대용량의 전력 계통의 응용분야에서 단락 및 지락 시에 발생하는 사고 전류를 감소시키기 위한 저항형 고온 초전도 한류기에 적용되는 보빈의 냉각효과를 개선한 무유도 권선형 솔레노이드 보빈에 관한 것이다.

한류기는 정상 상태에서는 임피던스가 없는 상태로 작동하다 낙뢰나 단락 등의 사고로 인해 전력계통에 이상전압이나 전류가 흐르면 급격히 임피던스를 발생시켜 사고 전류를 제한함으로써 계통에 설치된 각종 전력기기에 손상을 방지하기 위해 설치된 일종의 차단기로서, 기존의 한류기는 전기를 완전히 차단함으로써 정전을 유발하지만 초전도 한류기는 초전도가 가지고 있는 특성을 이용하여 높은 고장 전류를 정상상태로 바꾸어 주기 때문에 사고가 발생하여도 정전 없이 정상적으로 운영할 수 있게 해주는 신개념 전력기기이다.

초전도 상태는 수은을 액체 헬륨으로 냉각하였을 때, 절대영도보다 조금 높은 4K에서 저항이 사라져버리는 현상을 나타내는 것이다.

저항형 한류기는 한류기에 직접 교류 전원이 인가되고 계통에서 사고가 발생할 경우 사고 전류를 제한하기 위하여 상전도로 전이되면서 저항을 발생시켜 열이 발생된다.

이러한 한류기는 사고가 발생할 경우 발열을 일으키는데, 종래의 무유도 권선형 솔레노이드 보빈은 이러한 발열이 외측 선재와 내측선재가 갖는 냉각조건의 차이를 완화시킬 수 있는 장치가 없어 과도한 전압이 인가될 경우 내측 선재가 열에 의해 손상을 입는 문제점이 있다.

극저온 상태에서 보빈의 열수축시에 초전도자석으로 전류가 인입되는 부분에는 기계적 응력이 집중되어 기계적 진동 및 열을 발생시켜 초전도 특성을 파괴 및/또는 선재에 손상을 입는 문제점이 있다.

특히, 냉매가 없는 전도냉각방식 초전도 전자석에 있어서, 상기와 같은 기계 적 진동에 의해 발생된 열이 해소되지 못해 초전도 특성을 파괴하는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 극복하기 위해 다양한 방법의 보빈이 개발된바, 이러한 일례로서, 대한민국특허등록 제0429777호는 중앙절연부와 이 절연부 양단에 일단이 체결되고 타단에 테두리부가 형성된 상/하전도부로 이루어져 외주면에 초전도코일이 권선되어 그 양단이 상기 테두리부 일측에 고정되도록 되어 있는 보빈, GM냉각기의 헤드부 하단과 일측 상단이 직교 고정되는 장방형의 써멀커패시터, 상기 써멀커패시터의 타측 양단과 절연부재를 사이에 두고 일단이 결합되고 타단이 상기 보빈의 테두리부의 일측에 결합되는 전도냉각봉, 전원으로부터 보빈에 전력을 인가하도록 상기 테두리부 일측에 결합되는 전류인입부인 봉전선 및 상기 테두리부의 타측에 형성된 돌출부에 병렬연결되는 한 쌍의 다이오드를 포함하여 이루어진 GM냉각기를 사용하는 초전도전자석영 보빈을 개시하고 있다.

하지만, 상기 방법은 배전급 초전도 한류기의 경우 평상시의 동작 전류가 크기 때문에 초전도 선재를 적층하여 사용하거나 다병렬 구조로 이루어져 내부의 열이 냉매에 의해 효과적으로 제거하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 대한민국특허등록 제0521573호는 외주면에 일정 간격으로 단절되어 층을 이루는 나선형 권선홈이 형성된 FRP 피복층이 코팅되어 있되, 상기 나선형 권선홈의 각 층에는 판전선이 먼저 권선홈을 채우도록 권선된 후 상하로 나뉘어 이중 권선층을 형성하게 되고, 이 이중 권선층을 이루는 판전선 사이 및 각 이중 권선층 사이에는 스페이서가 개재되도록 되어 있는 초전도자석용 보빈을 개시하고 있다.

또한, 대한민국특허등록 제0378886호는 초전도 선재 및 히터 선재등을 권선하기 위한 원통형의 보빈 몸체 및 상기 몸체의 양측에 형성된 플렌지를 포함하여 구성되고, 상기 플랜지는 상기 초전도 선재의 양단을 그 플랜지 외측에서 상기 몸체측으로 도입하는 권선도입구멍과 상기 권선도입구멍을 기점 및 종점으로 하여 상기 플랜지의 외측표면에 원형으로 형성된 일정 깊이의 원형가이드홈과, 상기 플랜지의 외주면에서 중심으로 일정길이 파여 형성된 권선배출틈과 상기 권선배출틈의 종단을 기점으로 그 틈과 일정각도를 가지고 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출권선 가이드홈과 상기 히터선재 권선 후 그 종단을 상기 몸체로부터 상기 플랜지 외측으로 배출하도록 형성된 히터선 배출구멍 및 상기 히터선 배출구멍을 기점으로 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출히터선 가이드 홈을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 보빈을 포함하는 초전도 영구전류 스위치를 개시하고 있다.

하지만, 상기 방법들은 내측 선재가 냉매에 의해 효과적으로 냉각될 수 없고, 넓이가 4mm인 BSCCO 선재를 사용하기 때문에 4mm 홈 안에 냉매의 접촉을 위해 구멍을 구비하는 것은 제조상 어려움이 있으며, 가공하여도 냉매와 선재의 접촉 면적이 작아 냉각 효과가 미비한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 내측 선재가 위치하는 보빈의 홈에 원통 내부까지 연결채널을 구비하여 내측 선재도 액체 질소와 직 접 접촉하도록 하여 냉각 효과를 증대시키고, 사고 전류를 제한하며, 빠른 회복속도를 갖도록 하는데 기술적 과제가 있다.

본 발명은 원통형상의 보빈몸체; 상기 보빈의 외주면에 일정 간격으로 형성된 권선홈; 권선홈 일측에 구비된 연결채널을 포함하는 무유도 권선형 솔레노이드 보빈을 제공한다.

본 발명에 따른 보빈몸체는 중공인 원통형상으로 이루어지고, 그 재질은 자장에 영향을 받지 않는 재질이라면 무엇을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 유리섬유강화플라스틱 또는 절연 처리된 알루미늄이 좋다.

본 발명에 따른 권선홈은 상기 보빈몸체의 외주면을 따라 일정간격 층을 이루도록 형성됨으로써 선재가 권선될 수 있는 홈이 형성되고, 바람직하게는 나선형으로 홈이 형성된 것이 좋으며, 상기 층의 수는 필요에 따라 가변적이고, 그 폭 및 깊이는 보빈에 권선될 전선의 폭 및 두께에 대응되도록 한다.

본 발명에 따른 연결채널은 권선홈 일측에 일정 간격으로 구비되어 권선홈에 권선되는 내측 선재가 냉각될 수 있는 통로 역할을 하는 것으로서, 그 크기는 권선홈의 크기에 대응되도록 권선홈의 폭보다는 작으며, 냉매가 용이하게 흐를 수 있는 크기가 좋다.

또한, 본 발명에 따른 연결채널은 보빈의 형태를 유지하고, 연결채널로 인해 보빈이 함몰되는 것을 방지하기 위하여 그 내부에 지지대를 연결설치하는 것이 좋 다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위로 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 보빈의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 보빈의 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 보빈의 부분단면도로서 함께 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무유도 권선형 솔레노이드 보빈(2)은 거시적인 관점에서 보빈몸체(4), 권선홈(6), 연결채널(8)로 구성된다.

여기서, 상기 보빈몸체(4)는 초전도 선재 등을 권선하기 위한 장소를 제공하는 것으로서, 그 형상은 중공인 원통형상으로 이루어지고, 그 재질은 자장에 영향을 받지 않는 재질이라면 무엇을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 유리섬유강화플라스틱 또는 절연 처리된 알루미늄이 좋다.

본 발명에 의한 권선홈(6)은 상기 보빈몸체(4)의 외주면에 일정간격으로 층을 이루는 일정 깊이의 홈이 형성된 것이 좋으며, 바람직하게는 나선형으로 형성된 것이 좋으며, 권선홈(6)의 수는 필요에 따라 가변적이고, 바람직하게는 권선홈(6)의 갯수가 2개 내지 20개가 좋으며, 보다 바람직하게는 5개 내지 10개의 권선홈(6)을 갖는 것이 좋으며, 그 폭 및 깊이는 보빈(2)에 권선될 전선의 폭 및 두께에 따라 결정되는 것이 좋고, 바람직하게는 권선홈(6)의 폭이 4cm 이상인 것이 바람직하 다.

일례로서, 본 발명에 사용될 수 있는 판전선인 ASC(American SuperConductor)사(社)의 고온 초전도전선(Wire Type PN0002831)은 그 두께가 0.4mm이고 폭이 4.1mm이고, 이에 따른 권선홈(6)의 폭은 전선 하나를 수용할 정도인 4.2mm정도가 좋으며, 깊이는 판전선이 한번 감길 정도인 0.4mm의 깊이를 갖는 것이 좋다. 그러나 이러한 권선홈(6)의 폭과 깊이 등은 전선의 종류에 따라 가변적이다.

본 발명에 의한 연결채널(8)은 내측 선재의 냉각을 위해 액체질소가 통과하여 내측 선재를 냉각시키도록 권선홈(6) 일측에 개방되게 형성된 것이 좋고, 그 크기는 상기 권선홈(6)에 선재의 지지를 위한 일정길이의 공간이 남는 크기가 좋으며, 연결채널(8) 간의 간격은 보빈자체의 지지능력을 감소시키지 않고, 냉매에 의해 내측 선재가 용이하게 냉각될 수 있는 길이가 좋다.

일례로서 권선을 위한 권선홈(6)의 폭이 4cm이면 선재의 지지를 위한 1cm의 공간을 제외한 3cm 정도의 폭을 갖는 것이 좋다.

또한, 선재가 감기는 모든 면에 구멍을 낼 경우 보빈 자체의 지지능력이 감소될 수 있기 때문에 보빈(2)의 지지를 위해 연결채널(8) 내부에 지지대(10)를 연결설치하는 것이 바람직하다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에 기술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 연결채널을 통해 내측 선재가 액체 질소와 직접 접촉함으로써 계통에 사고가 발생함하여 초전도 한류기가 전류제한 동작을 할 때 냉각 효과를 증대시켜 내측 선재의 손상을 최소화하고, 사고 전류 제한 후 빠른 회복속도로 재투입이 가능하게 하는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 원통형상의 보빈몸체; 상기 보빈의 외주면에 일정 간격으로 형성된 두개 이상의 권선홈; 권선홈 일측에 구비된 하나 이상의 연결채널을 포함하는 무유도 권선형 솔레노이드 보빈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연결채널 내부에 지지대를 구비한 것을 특징으로 하는 무유도 권선형 솔레노이드 보빈.

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