KR100854733B1 - 수직자계 저감형 초전도 코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주 코일과 연장선 상에 주 코일에 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전되는 저전류밀도 코일을 권선함으로써 초전도 전력기기의 코일에 가해지는 수직방향 성분의 자계를 저감시킬 수 있도록 하는 수직자계 저감형 초전도 코일에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일은, 전류인입에 의해 흐르는 전류밀도로 운전되는 주 코일과; 상기 주 코일 상·하단의 연장선 상에 위치하며, 상기 주 코일 보다 면적을 증가시켜 상기 주 코일로 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전되는 저전류밀도 코일이 구비된다.

초전도 코일, 수직자계, 주 코일, 저전류밀도 코일, 초전도 선재, 병렬권선

Description

수직자계 저감형 초전도 코일{Superconducting Coil}

도 1은 일반적인 초전도 선재의 임계전류밀도와 수직자계와의 상관관계를 도시한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일의 제1 실시예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일의 제2 실시예를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 10' : 주 코일 20, 20' : 저전류밀도 코일

본 발명은 초전도 코일(Superconducting Coil)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초전도선재에 수직자계가 가장 크게 발생되는 코일의 상단과 하단 부분에 저전류밀도 코일을 도입함으로써 초전도선재에 수직자장을 줄일 수 있도록 하는 수직자계 저감형 초전도 코일에 관한 것이다.

21세기 신기술로 각광받고 있는 초전도 산업은 초전도 재료 개발에서부터 초 전도 응용기기에 이르기까지 광범위하게 발전되고 있으며, 선진 회사와 국가에서는 상당한 연구 개발과 투자가 이루어지고 있다.

특히, 고온 초전도체(High Temperature Superconducting)가 개발된 이후로 냉각 방법이 액체 헬륨 냉각방식에서 액체 질소 냉각방식으로 바뀌었으며, 이로 인한 경제적 및 산업적 측면에서 상당한 이득이 있을 전망이다. 이러한 고온 초전도체를 이용한 고온 초전도 전력기기의 경우 기존 전력기기에 비해 크기와 무게가 작아지는 소형화 및 경량화 효과, 효율이 극대화되는 효과 등의 장점이 있다.

일반적으로 초전도 전력기기의 대부분은 코일 형태의 주 부품을 갖는데, 예를 들어, 변압기의 권선 부분, 회전기의 계자 코일, 전기자 코일 부분 등이 있다. 이때, 사용되는 초전도 코일은 구리 코일에 비해 대전류 통전이 가능한데, 그 이유는 초전도체의 저항 제로(Zero) 성질로 인한 손실이 없으며, 따라서 전류밀도를 상당히 높이는 것이 가능하기 때문이다. 그로 인해 초전도 전력기기들은 일반 전력기기에 비해 무게와 부피가 상당량 줄어드는 효과가 있다.

그러나, 도 1은 일반적인 초전도 선재의 임계전류밀도와 수직자계와의 상관관계를 도시한 그래프로서, 현재 널리 사용되고 있는 고온 초전도 선재의 경우 코일에 필수적으로 동반되는 자기장에 취약한 약점을 가진다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이 선재에 수직인 방향의 자기장은 선재 특성 중 하나인 임계전류밀도를 상당량 감소시키며, 교류손실을 증가시키는 악영향을 끼치는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점에 의해 고 자장이 가능한 고온 초전도 코일을 제작하기가 매우 어렵다. 이를 극복하기 위해 현재 강구되고 있는 방안은 초전도체의 냉각 온도를 낮추는 방법이다.

상술한 바와 같이 초전도체의 온도를 낮추게 되면 임계전류밀도가 증가하게 되는 효과가 있고, 그에 따라 같은 수직방향의 자계가 가해져도 임계전류가 증가하는 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 현재 초전도 전력기기를 제작하는 일부 회사에서는 고온 초전도체의 냉각 온도를 25K~30K로 낮추어 임계전류를 높이는 방법을 사용하고 있으나, 이러한 방법은 냉각의 효율이 감소하고 냉각 비용이 증가하여 전체적인 기기의 가격 증가와 신뢰성 하락 등의 문제를 야기한다.

이에, 본 발명의 목적은 주 코일과 연장선 상에 주 코일에 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전되는 저전류밀도 코일을 권선함으로써 초전도 전력기기의 코일에 가해지는 수직방향 성분의 자계를 저감시킬 수 있도록 하는 수직자계 저감형 초전도 코일을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일은, 전류인입에 의해 흐르는 전류밀도로 운전되는 주 코일과; 상기 주 코일 상·하단의 연장선 상에 위치하며, 상기 주 코일 보다 면적을 증가시켜 상기 주 코일로 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전되는 저전류밀도 코일이 구비된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일의 제1 실시예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일의 제2 실시예를 도시한 도면이다.

이들 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일은, 크게 주 코일(Main Coil; MC)(10)(10')과 저전류밀도 코일(Low Current Density Coil; LCC)(20)(20')로 나뉘어진다.

상기 주 코일(10)(10')은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전류인입에 의해 흐르는 전류밀도로 운전된다.

상기 저전류밀도 코일(20)(20')은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 주 코일(10)(10') 상·하단의 연장선 상에 위치하며, 주 코일(10)(10') 보다 면적을 증가시켜 주 코일로 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전된다. 즉, 상기 저전류밀도 코일(20)(20')은 흐르는 전류가 주 코일(10)(10')과 동일하지만, 주 코일(10)(10') 보다 면적이 증가됨으로 주 코일에 비해 전류밀도가 낮아진다.

일반적으로 자기장의 값은 통전 전류밀도에 비례하여 증가한다. 즉, 전류밀도가 클수록 자기장의 값은 커진다.

따라서, 상기 저전류밀도 코일(20)(20')은 주 코일(10)(10') 보다 전류밀도가 작은 영역이 됨으로 주변의 자기장을 작게 하는 역할을 수행한다. 특히, 초전도 코일 상단과 하단은 수직자계가 가장 세기 때문에 그 부분에 저전류밀도 코일(20)(20')을 도입하면 수직자장을 훨씬 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

상기 저전류밀도 코일(20)(20')의 단면적을 증가시키는 방법에는, 도 2에 도 시된 제1 실시예의 경우와 같이 병렬 권선을 도입하여 저전류밀도 코일(20)을 실현하는 방법과, 도 3에 도시된 제2 실시예의 경우와 같이 초전도 선재의 중첩수를 늘려 저전류밀도 코일(20')을 실현하는 방법의 두 가지로 구분된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저전류밀도 코일(20)은 주 코일(10)과의 연장선 상에 병렬 형태로 추가 권선된다. 따라서, 전체 초전도 코일의 높이가 약간 더 높아져 저전류밀도 코일(20)의 면적이 증가된다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 저전류밀도 코일(20')은 주 코일(10')과의 연장선 상에 초전도 선재의 중첩수를 늘려 추가 권선된다. 따라서, 전체 초전도 코일의 최외곽 반경이 약간 더 증가하여 저전류밀도 코일(20')의 면적이 증가된다.

따라서, 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일은, 초전도 코일의 상단과 하단에 저전류밀도 코일(20)(20')을 설치함으로써 초전도 전력기기의 코일에 가해지는 수직방향 성분의 자계를 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 저전류밀도 코일의 추가로 인한 초전도 코일에 발생되는 수직자계를 낮추어 초전도 선재 사용량을 감소시킴으로써 초전도 선재량 증가에 따른 경제성 문제 및 코일 부피의 증가 문제를 해소하는 잇점이 있다.

둘째, 저전류밀도 코일의 도입으로 전류밀도와 함께 수직방향 성분의 자계를 낮추어 교류 손실을 저감함으로써 전체 초전도 코일의 냉동 효율을 상승시켜 냉각 시스템의 콤팩트(Compact)화가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 전류인입에 의해 흐르는 전류밀도로 운전되는 주 코일(Main Coil); 및,

   상기 주 코일 상·하단의 연장선 상에 위치하며, 상기 주 코일 보다 면적을 증가시켜 상기 주 코일로 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전되는 저전류밀도 코일(Low Current Density Coil)이 구비되고,

   상기 저전류밀도코일은 병렬구조로 구성하며, 상기 병렬구조의 저전류밀도 코일은 상기 주 코일에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 수직자계 저감형 초전도 코일.
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