KR100916351B1 - Rotation device using superconducting levitation force for display of centrifugal force superconductivity - Google Patents

Rotation device using superconducting levitation force for display of centrifugal force superconductivity Download PDF

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Abstract

본 발명은 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치에 관한 것으로, 본 발명에 의한 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치는 몸체의 내부에 구비되어 충전된 액체 질소에 의해 냉각되도록 수용되는 초전도체; 상기 초전도체의 상부에 구비되어 상기 초전도체에 의해 반발력과 고정력으로 부양되게 하는 영구자석; 상기 영구자석이 하부에 고정되어 회전되는 회전부재; 및 상기 회전부재의 상부에 방사상으로 다수 구비되는 원형봉; 을 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a superconducting flotation rotating device for explaining the superconducting principle and centrifugal force, the superconducting flotation rotating device for explaining the superconducting principle and centrifugal force according to the present invention is provided in the body to be cooled by the liquid nitrogen charged Accommodating superconductors; A permanent magnet provided on the superconductor to be supported by the superconductor with repulsive force and fixing force; A rotating member in which the permanent magnet is fixed to the lower part and rotated; And a plurality of circular rods provided radially on top of the rotating member. It is made, including.

본 발명에 따르면, 초전도체와 영구자석 간의 반발력과 고정력을 이용하여 초전도 베어링이 만들어지는 과정을 잘 이해할 수 있도록 제작된 실습용으로 사용 가능하고 초전도 베어링을 이용한 마찰력을 최소화하여 순식간에 고속으로 회전시켜 원심력의 원리를 눈으로 보고 이해하기 쉽게 제작되는 효과가 있다.According to the present invention, it can be used for practice designed to understand the process of making superconducting bearings by using the repulsive force and the fixing force between the superconductor and the permanent magnet, and minimizes the frictional force using the superconducting bearing to rotate at high speed in an instant to achieve centrifugal force. It has the effect of making the principle easier to see and understand.

초전도, 원심력, 부양, 회전장치, 초전도체, 영구자석, 초전도 베어링 Superconductor, centrifugal force, flotation, rotating device, superconductor, permanent magnet, superconducting bearing

Description

초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치{ROTATION DEVICE USING SUPERCONDUCTING LEVITATION FORCE FOR DISPLAY OF CENTRIFUGAL FORCE SUPERCONDUCTIVITY}ROTATION DEVICE USING SUPERCONDUCTING LEVITATION FORCE FOR DISPLAY OF CENTRIFUGAL FORCE SUPERCONDUCTIVITY}

본 발명은 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초전도체와 영구자석 간의 반발력과 고정력을 이용하여 초전도 베어링이 만들어지는 과정을 잘 이해할 수 있도록 제작된 실습용으로 사용 가능하고 초전도 베어링을 이용한 마찰력을 최소화하여 순식간에 고속으로 회전시켜 원심력의 원리를 눈으로 보고 이해하기 쉽게 제작되는 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting flotation rotary device for explaining the superconductivity principle and centrifugal force, and more particularly, it is used for practice produced to better understand the process of making superconducting bearings using repulsion and fixing force between the superconductor and the permanent magnet. The present invention relates to a superconducting float and a superconducting flotation device for explaining the principle of centrifugal force and the superconducting principle, which makes it possible to minimize the frictional force using a superconducting bearing and to rotate at high speed in an instant so that the principle of centrifugal force can be easily seen and understood.

플라이 휠(Flywheel)이나 스러스트 베어링(Thrust Bearing) 등 마찰력을 최소화하여야 하는 장치에는 일반적으로 볼베어링 같은 기계식 베어링을 사용하였다. 그러나 최근에는 상기와 같은 기계식 베어링의 마찰력을 획기적으로 줄이기 위해 초전도 자기부양 원리를 적용한 장치가 제안되어 왔다. Mechanical bearings such as ball bearings are generally used for devices that need to minimize friction, such as flywheels and thrust bearings. Recently, however, a device using the superconducting magnetic levitation principle has been proposed to drastically reduce the frictional force of such mechanical bearings.

그러나 이러한 현상들을 학생들에게 실제로 이해하기 쉽게 만든 장치들이 없으며 볼 베어링으로 사용되어 원심력만을 설명할 수 있는 교재가 있긴 했지만, 기 계식 베어링이어서 순식간에 고속으로 회전하기는 쉽지 않고 초전도 베어링과 합쳐진 장치는 그 예가 없었으므로 이에 따라 교육적인 차원에서 장치 공급이 시급한 실정이다. However, there are no devices that make these phenomena easier for students to understand, and there is a textbook that can be used as a ball bearing to explain only centrifugal force.However, because it is a mechanical bearing, it is not easy to rotate at a high speed in a moment. As there is no example, the supply of equipment is urgently needed for educational purposes.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 초전도체와 영구자석 간의 반발력과 고정력을 이용하여 초전도 베어링이 만들어지는 과정을 잘 이해할 수 있도록 제작된 실습용으로 사용 가능하고 초전도 베어링을 이용한 마찰력을 최소화하여 순식간에 고속으로 회전시켜 원심력의 원리를 눈으로 보고 이해하기 쉽게 제작될 수 있게 한 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치를 제공함에 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the object of the present invention is to use a superconducting bearing can be used for practice made to understand well the process of making a superconducting bearing using the repulsive force and fixing force between the superconductor and the permanent magnet It is to provide a superconducting flotation rotating device for explaining the principle of centrifugal force and superconducting principle that makes it easy to see and understand the principle of centrifugal force by quickly rotating at high speed by minimizing the frictional force used.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 몸체의 내부에 구비되어 충전된 액체 질소에 의해 냉각되도록 수용되는 초전도체; 상기 초전도체의 상부에 구비되어 상기 초전도체에 의해 반발력과 고정력으로 부양되게 하는 영구자석; 상기 영구자석이 하부에 고정되어 회전되는 회전부재; 및 상기 회전부재의 상부에 방사상으로 다수 구비되는 원형봉; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention to achieve the above object, the superconductor is provided to be cooled by the liquid nitrogen is provided inside the body; A permanent magnet provided on the superconductor to be supported by the superconductor with repulsive force and fixing force; A rotating member in which the permanent magnet is fixed to the lower part and rotated; And a plurality of circular rods provided radially on top of the rotating member. Characterized in that comprises a.

이와 같은 본 발명의 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치는 초전도체와 영구자석 간의 반발력과 고정력을 이용하여 초전도 베어링이 만 들어지는 과정을 잘 이해할 수 있도록 제작된 실습용으로 사용 가능하고 초전도 베어링을 이용한 마찰력을 최소화하여 순식간에 고속으로 회전시켜 원심력의 원리를 눈으로 보고 이해하기 쉽게 제작될 수 있는 효과가 있다.The superconducting flotation rotating device for explaining the superconductivity principle and centrifugal force of the present invention can be used for practice designed to understand the process of superconducting bearings by using the repulsive force and the fixing force between the superconductor and the permanent magnet and superconducting bearing By minimizing the frictional force by using a high-speed rotation in an instant can have an effect that can be easily seen to see the principle of centrifugal force visually.

이하, 본 발명의 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a superconducting flotation rotating device for explaining the superconducting principle and centrifugal force of the present invention will be described with reference to the embodiment as follows.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(100), 초전도체(200), 회전부재(300), 영구자석(400) 및 원형봉(500)으로 이루어진다.Superconducting flotation rotating device for explaining the superconductivity principle and centrifugal force according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 3 body 100, superconductor 200, rotating member 300, permanent magnet 400 and a round bar 500.

상기 몸체(100)는 상단이 개구된 원통 형상으로 그 내부에 충전된 액체 질소에 의해 후술할 초전도체(200)가 냉각되게 한다.The body 100 has a cylindrical shape with an open upper end to allow the superconductor 200 to be described later to be cooled by the liquid nitrogen filled therein.

상기 초전도체(200)는 통상적으로 매우 낮은 온도에서 전기저항이 Zero(0)에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체를 말하며, 상기 몸체(100)의 내부에 충전된 액체 질소의 내부에 위치된다.The superconductor 200 generally refers to a conductor that exhibits a superconducting phenomenon in which electrical resistance approaches zero (0) at a very low temperature, and is located inside liquid nitrogen filled in the body 100.

상기 회전부재(300)는 후술할 영구자석(400)이 하부에 고정되되 그 상단 둘레에 단차가 형성되고 상기 단차의 둘레 면에 공기마찰을 높이기 위하여 물결모양의 홈부(310)가 방사상으로 형성된다. The rotating member 300 has a permanent magnet 400 to be described later is fixed to the bottom, the step is formed around the upper end and the wavy groove portion 310 is formed radially to increase the air friction on the peripheral surface of the step .

그리고 상기 회전부재(300)의 상부에 회전력 또는 내부에 구비된 센서의 센싱에 의해 점등되는 장난감 즉, 요요와 같은 점등부(600)가 더 구비되어 초전도 체(200)와 영구자석(400)을 이용할 경우 이 회전부재(300)를 부양시켜 초전도 베어링을 만든 후에 상기 회전부재(300)가 회전되면 회전력에 의해 상기 점등부(600)가 점등되므로 사용자로 하여금 점등되는 불빛에 의해 흥미를 유발시킬 수 있다.And the upper portion of the rotating member 300 is provided with a lighting unit 600, such as a toy that is lit by the rotation force or the sensor provided in the inside, such as yo-yo to superconductor 200 and the permanent magnet 400 In this case, after the rotating member 300 is made by supporting the rotating member 300 and the rotating member 300 is rotated, the lighting unit 600 is turned on by the rotational force, so that the user may cause interest by the light that is turned on. have.

상기 영구자석(400)은 상기 초전도체(200)의 상부에 구비되어 상기 초전도체(200)에 의해 반발력과 고정력으로 부양되게 하므로 이 초전도체(200)가 이 영구자석(400)의 자기장에 의해 척력이 발생되도록 한다.The permanent magnet 400 is provided on the superconductor 200 to be supported by the superconductor 200 with a repulsive force and a fixed force, so that the superconductor 200 is repulsed by the magnetic field of the permanent magnet 400. Be sure to

상기 원형봉(500)은 상기 회전부재(300)의 상부에 방사상으로 다수 구비되되 경사지면서 투명 재질로 형성되므로 시각적으로 용이하게 인지할 수 있고 내부에 비중과 색깔이 서로 다른 다수의 액체와 함께 회전할 때 원심력에 의해 물질이 이동하는 것을 알기 쉽게 하기 위해 그 액체들 위에 부유할 수 있는 가벼운 플라스틱이나 스티로폼과 같은 공(510)이 구비된다.The round bar 500 is provided with a plurality of radially on the upper portion of the rotating member 300 is inclined and formed of a transparent material so that it can be easily visually recognized and rotates with a plurality of liquids having different specific gravity and colors therein. In order to make it easier to see the movement of the material by centrifugal force, a ball 510, such as a light plastic or styrofoam, is provided which can float on the liquids.

여기서, 상기 공(510)은 일 예로 흰빛으로 형성되고 상기 원형봉(500)의 크기에 따라 1∼10개가 구비되며, 공기총(도면에 미도시)으로 쏴서 회전부재(300)를 회전시키게 되면 상기 회전부재(300)에 구비되어 있는 원형봉(500)들도 함께 돌아가게 되는데 이때 회전에 의해 발생하는 원심력의 효과를 눈으로 쉽게 알아볼 수 있도록 되어 있다. Here, the ball 510 is formed in one example of white light and is provided with 1 to 10 in accordance with the size of the circular rod 500, when the rotary member 300 is rotated by shooting with an air gun (not shown) The circular rods 500 provided on the rotating member 300 are also rotated together, so that the effect of the centrifugal force generated by the rotation can be easily recognized.

상기 원형봉(500) 내에서의 정지 상태에서는 밀도가 높은 것 즉, 무게가 무거운 액체가 가장 밑에 있고 가벼운 액체일수록 위에 있으며 최종적으로 가장 가벼운 상기 공(510)이 가장 위에 부양되어 있게 된다. 그러나 회전을 시작하게 되면 원심력(F=mv2/r)이 발생하게 되어 무게가 무거운 물건이 더 많은 힘을 받아 바깥쪽 으로 치우치게 된다. In the stationary state in the circular rod 500, the denser, that is, the heavier the heavier the liquid is, the lighter the liquid is above and finally the lightest ball 510 is suspended at the top. However, when the rotation starts, the centrifugal force (F = mv2 / r) is generated, and the heavier objects are biased outwards with more force.

또한, 짧은 시간에 빠른 속도를 내어 상기 회전부재(300)의 중심부에 구비된 점등부(600)에서도 쉽게 불이 들어올 수 있도록 마찰력을 최소한 초전도 베어링을 이용한 장치이다.In addition, it is a device using a superconducting bearing at least a frictional force so that it is easy to light up in the lighting unit 600 provided in the center of the rotating member 300 at a high speed in a short time.

그리고 상기 회전부재(300)의 하부에는 영구자석(400)이 부착되어 있고 이 영구자석(400)은 액체 질소에 냉각되어 있는 초전도체(200)에 의해 공중으로 부양되어 있다. 상기 초전도체(200)는 액체 질소를 저장시킬 수 있는 몸체(100)에 의해 고정되어 있는 초전도 부양 회전장치이다.A permanent magnet 400 is attached to the lower portion of the rotating member 300, and the permanent magnet 400 is supported by air by the superconductor 200 cooled by liquid nitrogen. The superconductor 200 is a superconducting flotation rotating device which is fixed by the body 100 capable of storing liquid nitrogen.

이상과 같은 구성을 갖는 초전도 부양 회전장치는, 상기 회전부재(300)의 구동력을 전달받은 원형봉(500)은 회전부재(300)에 고정되어 있고 이 회전부재(300)의 저면에는 영구자석(400)이 부착되어 있으며 상기 영구자석(400)은 냉각 저장된 초전도체(200)의 부양력에 의해 베어링에 작용되는 수직항력을 최소화하고, 이에 따라 베어링에 걸리는 회전마찰력을 최소화하여 회전에너지의 손실을 최소화할 수 있다.The superconducting flotation rotating device having the configuration as described above, the circular rod 500 received the driving force of the rotating member 300 is fixed to the rotating member 300, the bottom of the rotating member 300 is a permanent magnet ( 400 is attached, the permanent magnet 400 is minimized the vertical drag acting on the bearing by the buoyancy force of the superconductor 200 is cooled and stored, thereby minimizing the rotational friction applied to the bearing to minimize the loss of rotational energy Can be.

더욱이, 상기 초전도체(200)로부터 영구자석(400)이 반발력을 이용하여 부양되어 회전하는 초전도 베어링과 초전도체(200)로부터 부양된 영구자석(400) 위에 회전하면서 발생하는 원심력을 알기 쉽게 표현하고자 만든 것이다.In addition, the permanent magnet 400 is suspended from the superconductor 200 by using a repulsive force and is made to express the centrifugal force generated while rotating on the permanent magnet 400 supported by the superconducting bearing and the superconductor 200. .

즉, 상기 영구자석(400)이 초전도체(200)로부터 반발력과 고정력에 의해 부양되는 원리뿐만 아니라 회전할 때 원심력이 물체에 미치는 영향을 눈으로 쉽게 알 아볼 수 있도록 원형봉(500)에 비중이 다르고 눈으로 식별이 용이하게 색깔의 차이를 둔 여러 종류의 액체들과 고체로는 액체들보다 가벼운 공(510)으로 구성하여 원심력에 의해 변화하는 과정을 알기 쉽게 만든 장치이다.That is, not only the principle that the permanent magnet 400 is supported by the repulsive force and the fixing force from the superconductor 200, the specific gravity of the circular rod 500 is different so that the effect of the centrifugal force on the object can be easily seen with the rotation. Various types of liquids and solids that are easily distinguished by eyes are composed of balls 510 that are lighter than liquids, and thus the device makes the process of changing by centrifugal force easier to understand.

본 발명에서는 플라이 휠과 같은 회전에너지 저장장치나 기타 기계장치의 회전축 부분에 사용되는 스러스트 베어링(Thrust Bearing) 및 고속 회전이 필요한 원심분리기 등에 적용될 수 있다.In the present invention, it can be applied to a thrust bearing used in a rotational energy storage device such as a flywheel or other mechanical device, and a centrifuge requiring high-speed rotation.

그리고 상기 초전도체(200)와 영구자석(400)에 의해 나타나는 반발력과 고정력에 대한 실험 및 설명이 용이할 뿐 아니라 물체가 회전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 물체 어떻게 이동하는 가를 잘 이해할 수 있어 교육 효과를 증진시킬 수 있다. In addition, it is easy to experiment and explain the repulsive force and the fixed force represented by the superconductor 200 and the permanent magnet 400, and can understand how the object moves by the centrifugal force generated as the object rotates. Can be promoted.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiment of the present invention, the scope of protection of the present invention is not limited to the above embodiment, and those skilled in the art of the present invention It will be understood that various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치를 도시한 사진이다.1 is a photograph showing a superconducting flotation rotating device for explaining the superconductivity principle and centrifugal force according to an embodiment of the present invention.

도 2는 상기 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치를 도시한 측면도이다.Figure 2 is a side view showing a superconducting flotation rotating device for explaining the superconducting principle and centrifugal force.

도 3은 상기 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치를 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing a superconducting flotation rotating device for explaining the superconducting principle and centrifugal force.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100: 몸체 200: 초전도체100: body 200: superconductor

300: 회전부재 310: 홈부300: rotating member 310: groove

400: 영구자석 500: 원형봉400: permanent magnet 500: round bar

510: 공 600: 점등부510: ball 600: lighting unit

Claims (6)

몸체의 내부에 구비되어 충전된 액체 질소에 의해 냉각되도록 수용되는 초전도체;A superconductor provided inside the body and accommodated to be cooled by the filled liquid nitrogen; 상기 초전도체의 상부에 구비되어 상기 초전도체에 의해 반발력과 고정력으로 부양되게 하는 영구자석;A permanent magnet provided on the superconductor to be supported by the superconductor with repulsive force and fixing force; 상기 영구자석이 하부에 고정되어 회전되되, 그 상단 둘레에 단차가 형성되고 상기 단차 둘레를 따라 공기마찰을 높이기 위하여 물결모양의 홈부가 형성되는 회전부재; 및The permanent magnet is fixed to the lower portion is rotated, the step is formed around the top of the rotating member to form a wavy groove portion to increase the air friction along the step circumference; And 상기 회전부재의 상부에 방사상으로 다수 구비되는 원형봉; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치.A plurality of circular rods provided radially on top of the rotating member; Superconducting flotation rotary device for the explanation of the superconducting principle and centrifugal force, characterized in that it comprises a. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 원형봉은 경사지면서 투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치. The superconducting flotation rotary device for the explanation of the superconducting principle and centrifugal force characterized in that the round bar is formed of a transparent material while being inclined. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 원형봉에는 내부에 비중과 색깔이 서로 다른 다수의 액체와 회전할 때 원심력에 의해 물질이 이동하는 것을 알기 쉽게 하기 위한 가벼운 플라스틱이나 스티로폼과 같은 공이 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치. Description of the superconducting principle and centrifugal force is characterized in that the circular rod is provided with a ball such as light plastic or styrofoam to make it easier to see that the material moves by centrifugal force when rotating with a plurality of liquids having different specific gravity and colors inside. Superconductivity flotation rotator for 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 공은 상기 원형봉의 크기에 따라 1∼10개가 구비되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치. The ball is a superconducting flotation rotary device for explaining the superconductivity principle and centrifugal force, characterized in that 1 to 10 are provided according to the size of the circular rod. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회전부재는 그 상부에 회전력과 센서에 의해 불이 켜질 수 있는 점등부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초전도 원리와 원심력의 설명을 위한 초전도 부양 회전장치. The rotating member is a superconducting flotation rotating device for explaining the superconducting principle and centrifugal force, characterized in that the upper portion is further provided with a lighting unit that can be turned on by the rotational force and the sensor.
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KR20060038493A (en) * 2004-10-30 2006-05-04 한국전력공사 Rotation device using superconducting levitation force

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