KR101072424B1 - Superconducting magnet device - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 초전도 선재가 적층된 초전도 마그네트와, 상기 초전도 마그네트에 전류를 공급하는 전원 공급부와, 상기 초전도 마그네트와 전원공급부 사이에 직렬로 연결되어, 상기 초전도 마그네트와 전원 공급부 사이의 전류 흐름을 제어하는 회로차단 스위치, 및 상기 초전도 마그네트에 병렬 연결되며, 상기 초전도 마그네트의 적어도 일 영역에 근접하게 형성되는 히터 저항을 포함하는 초전도 마그네트 장치를 제공할 수 있다. The present invention is a superconducting magnet laminated superconducting wire, a power supply for supplying a current to the superconducting magnet, and connected in series between the superconducting magnet and the power supply, to control the current flow between the superconducting magnet and the power supply According to an embodiment of the present invention, a superconducting magnet device including a circuit breaker switch and a heater resistor connected in parallel to the superconducting magnet and formed in at least one region of the superconducting magnet may be provided.

초전도, 마그네트 Superconductivity, Magnet

Description

초전도 마그네트 장치{SUPERCONDUCTING MAGNET DEVICE}Superconducting Magnet Device {SUPERCONDUCTING MAGNET DEVICE}

본 발명은 초전도 마그네트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초전도 마그네트의 국부영역에 퀀치(quench) 발생시 국부적인 열의 축적을 방지할 수 있는 초전도 마그네트 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting magnet device, and more particularly to a superconducting magnet device that can prevent the accumulation of local heat when quench occurs in the local region of the superconducting magnet.

일반적으로 Bi-2212 나 Bi-2223 과 같은 1 세대 고온 초전도 선재, 및 YBCO 와 같은 2세대 고온초전도 선재가 권선되어 이루어진 마그네트는 대전류를 통전할 수 있어 통전 전류 밀도가 매우 높고, 고자장을 발생시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 따라서 고온 초전도 마그네트 내에 강한 전자기력이 작용되고 저온으로 냉각되어 운전되기 때문에 열 수축으로 인한 열응력 또한 강하게 작용되는 등 운전조건이 더욱 가혹하게 될 수 있다. In general, a magnet composed of a first generation high temperature superconducting wire such as Bi-2212 or Bi-2223 and a second generation high temperature superconducting wire such as YBCO can conduct a large current, resulting in a very high conduction current density and high magnetic field. It has features that can be. Therefore, since strong electromagnetic force is applied to the high-temperature superconducting magnet and cooled and operated at low temperature, thermal stress due to thermal contraction is also strongly applied, such that the operating conditions may be more severe.

이와 같은 여러가지 요인으로 인한 외부교란이 고온 초전도 선재에 가해지거나 초전도 선재의 내부에서 교란이 생기면 초전도 상태에서 상전도 상태로 급격히 천이되는 퀀치 현상(Quench Phenomenon)이 발생되어 초전도 선재의 저항이 급격히 증가하면서 급격한 발열 및 온도상승이 일어날 수 있다. When external disturbance caused by these various factors is applied to the high temperature superconducting wire, or when disturbance occurs inside the superconducting wire, the quench phenomenon (Quench Phenomenon) rapidly transitions from the superconducting state to the superconducting state, and the resistance of the superconducting wire rapidly increases. Sudden heating and temperature rise may occur.

일반적으로 고온 초전도 마그네트는 대전류에서 운전되기 때문에 축적된 에너지가 매우 크고, 고온초전도 마그네트 내부의 특정 부위에서 퀀치(quench)가 발생될 경우 이의 조속한 탐색 및 운전전류의 차단등의 조치가 수행되지 않으면, 고온 초전도 마그네트 내부의 급격한 온도 상승으로 초전도 선재의 소손(burning out) 등 치명적인 손상을 가져올 수 있다. In general, since the high-temperature superconducting magnet is operated at a large current, the accumulated energy is very large, and if a quench occurs in a specific area inside the high-temperature superconducting magnet, if the rapid search and blocking of the operating current are not performed, Rapid temperature rise inside the high-temperature superconducting magnet may cause fatal damage such as burning out of the superconducting wire.

상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 초전도 마그네트의 일부 영역에서 퀀치가 발생된 경우에 상기 초전도 마그네트의 다른 영역에도 빠르게 퀀치를 발생시켜 초전도 마그네트의 국부적인 열의 축적을 방지할 수 있는 초전도 마그네트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a superconducting magnet device capable of quickly generating a quench in other regions of the superconducting magnet when the quenching occurs in a portion of the superconducting magnet to prevent local heat accumulation of the superconducting magnet. The purpose is to provide.

본 발명은, 초전도 선재가 적층된 초전도 마그네트와, 상기 초전도 마그네트에 전류를 공급하는 전원 공급부와, 상기 초전도 마그네트와 전원공급부 사이에 직렬로 연결되어, 상기 초전도 마그네트와 전원 공급부 사이의 전류 흐름을 제어하는 회로차단 스위치, 및 상기 초전도 마그네트에 병렬 연결되며, 상기 초전도 마그네트의 적어도 일 영역에 근접하게 형성되는 히터 저항을 포함하는 초전도 마그네트 장치를 제공할 수 있다. The present invention is a superconducting magnet laminated superconducting wire, a power supply for supplying a current to the superconducting magnet, and connected in series between the superconducting magnet and the power supply, to control the current flow between the superconducting magnet and the power supply According to an embodiment of the present invention, a superconducting magnet device including a circuit breaker switch and a heater resistor connected in parallel to the superconducting magnet and formed in at least one region of the superconducting magnet may be provided.

상기 회로차단 스위치는, 상기 초전도 마그네트에 퀀치 발생시 상기 초전도 마그네트와 전원 공급부 사이의 전류 흐름을 차단할 수 있다. The circuit breaker switch may block a current flow between the superconducting magnet and the power supply unit when a quench occurs in the superconducting magnet.

상기 히터 저항은, 상기 초전도 마그네트의 일부 영역에서 퀀치 발생시 저항열을 발생시켜 상기 초전도 마그네트의 다른 영역에 상기 저항열을 전도시킬 수 있다. The heater resistance may generate resistance heat when quenching occurs in a portion of the superconducting magnet to conduct the resistance heat to another region of the superconducting magnet.

상기 초전도 마그네트는, 복수개의 초전도 선재가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. In the superconducting magnet, a plurality of superconducting wires may be connected in series or in parallel.

상기 초전도 마그네트는, 적어도 하나의 초전도 선재가 솔레노이드 형태로 권선될 수 있다. In the superconducting magnet, at least one superconducting wire may be wound in the form of a solenoid.

상기 초전도 마그네트는, 복수개의 초전도 선재가 하나의 중공의 실린더 모양의 보빈의 표면에 적층 권선될 수 있다. In the superconducting magnet, a plurality of superconducting wires may be laminated and wound on the surface of one hollow cylindrical bobbin.

상기 초전도 마그네트는, 서로 다른 반경을 갖는 중공의 실린더 모양으로 권선된 복수개의 초전도 선재가 동일한 중심축을 갖도록 적층 배치될 수 있다. The superconducting magnet may be stacked in such a manner that a plurality of superconducting wires wound in a hollow cylindrical shape having different radii have the same central axis.

상기 히터 저항은, 상기 적층된 초전도 선재의 최내부층 및 최외부층 중 적어도 일 층에 근접하게 형성될 수 있다. The heater resistance may be formed to be close to at least one of an innermost layer and an outermost layer of the laminated superconducting wire.

상기 초전도 마그네트는, 팬케익 형태의 보빈에 적어도 하나의 초전도 선재가 적층 권선될 수 있다. 이 때, 상기 히터 저항은, 상기 초전도 선재와 함께 상기 팬케익 형태의 보빈에 권선될 수 있다. In the superconducting magnet, at least one superconducting wire may be laminated and wound on a bobbin of a pancake type bobbin. In this case, the heater resistance may be wound on the pancake-shaped bobbin together with the superconducting wire.

상기 초전도 마그네트 장치는, 상기 초전도 마그네트에 퀀치 발생시 상기 전원 공급부의 전류를 감소시키는 제어부를 더 포함할 수 있다. The superconducting magnet device may further include a control unit for reducing a current of the power supply unit when quenching occurs in the superconducting magnet.

본 발명에 따르면, 초전도 마그네트의 일부 영역에서 퀀치가 발생되는 경우에 초전도 마그네트의 국부적인 열의 축적을 방지할 수 있어 초전도 마그네트를 보호할 수 있다.According to the present invention, when quenching occurs in a portion of the superconducting magnet, local heat accumulation of the superconducting magnet can be prevented, thereby protecting the superconducting magnet.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 초전도 마그네트 장치의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a superconducting magnet device according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치(100)는, 초전도 마그네트(110), 전원 공급부(120), 회로차단 스위치(130) 및 히터 저항(140)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the superconducting magnet device 100 according to the present embodiment may include a superconducting magnet 110, a power supply unit 120, a circuit breaker switch 130, and a heater resistor 140.

상기 초전도 마그네트(110)는 초전도 선재가 적층된 형태일 수 있다. 상기 초전도 선재는 Al2O3 또는 LaAlO3 등의 기판위에 0.3 내지 0.4 ㎛ 의 YBa2Cu3O7 박막을 성장시켜 형성될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 초전도 마그네트(110)는 복수 개의 초전도 선재가 병렬 또는 직렬 연결되어 적층될 수 있다. 본 명세서에서 '적층'은 복수개의 초전도 선재가 실제 층을 이루어 쌓이는 경우 뿐만 아니라 복수개의 초전도 선재가 나란히 권선되는 경우도 포함할 수 있다. The superconducting magnet 110 may have a form in which superconducting wires are stacked. The superconducting wire may be formed by growing a YBa 2 Cu 3 O 7 thin film of 0.3 to 0.4 μm on a substrate such as Al 2 O 3 or LaAlO 3 . In the present embodiment, the superconducting magnet 110 may be stacked by connecting a plurality of superconducting wires in parallel or in series. In the present specification, 'lamination' may include a case where a plurality of superconducting wires are stacked side by side as well as a case where a plurality of superconducting wires are actually stacked.

상기 전원 공급부(120)는, 상기 초전도 마그네트(110)에 직렬로 연결되어 상기 초전도 마그네트(110)에 전류를 공급할 수 있다. The power supply unit 120 may be connected in series with the superconducting magnet 110 to supply a current to the superconducting magnet 110.

상기 회로차단 스위치(130)는, 상기 초전도 마그네트(110)와 전원공급부(120) 사이에 직렬로 연결되어, 상기 초전도 마그네트에 퀀치(quench) 발생시 상기 초전도 마그네트에서 상기 전원 공급부로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 상기 회로 차단 스위치(130)는 상기 초전도 마그네트 장치가 정상적으로 작동할 경우에는 온(short) 되어 상기 전원 공급부(120)에서 상기 초전도 마그네트(110)로 전류가 흐르도록 할 수 있다. 상기 초전도 마그네트에 퀀치가 발생되는 경우에 상기 회로차단 스위치(130)는 오프(open) 되어 상기 초전도 마그네트(110)의 전류가 전원 공급부(120)로 흐르는 것을 차단할 수 있다. 상기 회로 차단 스위치(130)가 오프되면 상기 초전도 마그네트 장치는 상기 초전도 마그네트(110)와 히터 저항(140)으로 이루어진 폐루프를 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 회로차단 스위치(130)를 제어하기 위한 회로를 명확히 도시하지는 않았으나, 상기 초전도 마그네트(110)의 양단에 걸리는 전압에 따라 상기 회로차단 스위치(130)의 개폐 동작을 제어하는 회로가 추가될 수 있다. 도 1에 도시된 제어부(150)가 상기 회로차단 스위치(130) 를 제어하는 역할을 수행할 수도 있다.The circuit breaker switch 130 may be connected in series between the superconducting magnet 110 and the power supply 120 to block a current flowing from the superconducting magnet to the power supply when a quench occurs in the superconducting magnet. have. When the superconducting magnet device is normally operated, the circuit breaker switch 130 may be shorted to allow a current to flow from the power supply unit 120 to the superconducting magnet 110. When the quench is generated in the superconducting magnet, the circuit breaker switch 130 may be opened to block the current of the superconducting magnet 110 from flowing to the power supply 120. When the circuit breaker switch 130 is turned off, the superconducting magnet device may form a closed loop including the superconducting magnet 110 and the heater resistor 140. Although the circuit for controlling the circuit breaker switch 130 is not clearly illustrated in the present embodiment, a circuit for controlling the opening / closing operation of the circuit breaker switch 130 according to a voltage applied to both ends of the superconducting magnet 110 is provided. Can be added. The controller 150 shown in FIG. 1 may play a role of controlling the circuit breaker switch 130.

상기 히터 저항(140)은, 상기 초전도 마그네트(110)와 병렬 연결되며, 상기 초전도 마그네트의 일부 영역에서 퀀치 발생시 저항열을 발생시켜 상기 초전도 마그네트의 다른 영역에 상기 저항열을 전도시킬 수 있다. 본 실시형태에서 상기 히터 저항은 저항에 의해 열을 발생시킬 수 있는 상전도체로 형성될 수 있다. 예를 들어 스테인리스(Sus) 등이 상기 히터 저항으로 사용될 수 있다. The heater resistor 140 may be connected in parallel with the superconducting magnet 110, and may generate resistance heat when a quench occurs in a portion of the superconducting magnet to conduct the resistance heat to another region of the superconducting magnet. In the present embodiment, the heater resistance may be formed of a phase conductor capable of generating heat by the resistance. For example, stainless steel (Sus) or the like may be used as the heater resistor.

본 실시형태에서, 상기 히터 저항(140)은, 상기 초전도 마그네트(110)의 적어도 일부 영역에 근접하게 형성될 수 있다. 상기 초전도 마그네트(110)의 국부 영역에서 퀀치가 발생되면 상기 초전도 마그네트(110) 양단의 전압 변화가 생기고, 이에 의해 상기 히터 저항(140)은 저항열을 발생시킬 수 있다. 상기 저항열을 상기 초전도 마그네트(110)의 다른 영역으로 전도시키기 위해서는 상기 히터 저항(140)이 상기 초전도 마그네트(110)의 적어도 일부 영역에 물리적으로 근접하게 형성될 수 있다. 상기 히터 저항(140)은 초전도 마그네트의 국부 영역에 퀀치가 발생되는 경우 상기 초전도 마그네트의 전체 영역으로 퀀치를 신속히 확산시키기 위한 것이므로 상기 히터 저항(140)은 상기 초전도 마그네트(110)의 전체 영역에 근접하게 형성될 수도 있다. In the present embodiment, the heater resistor 140 may be formed to be close to at least a portion of the superconducting magnet 110. When quenching occurs in the local region of the superconducting magnet 110, a voltage change across both of the superconducting magnets 110 may occur, whereby the heater resistor 140 may generate resistance heat. In order to conduct the heat of resistance to another region of the superconducting magnet 110, the heater resistor 140 may be formed in a physical proximity to at least a portion of the superconducting magnet 110. When the quench occurs in the local region of the superconducting magnet, the heater resistor 140 is for rapidly spreading the quench to the entire region of the superconducting magnet, so the heater resistor 140 is close to the entire region of the superconducting magnet 110. It may be formed to.

본 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치(100)는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. The superconducting magnet device 100 according to the present embodiment may further include a controller 150.

본 실시형태에서 상기 제어부(150)는 상기 초전도 마그네트(110)의 양단 전압을 센싱하여 상기 초전도 마그네트(110)에 퀀치가 발생되는 경우에 상기 전원 공급부(120)를 제어하여 공급 전류를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부(150)에서는 상기 초전도 마그네트에 퀀치 발생시 상기 회로 차단 스위치(130)를 오프시켜 상기 초전도 마그네트(110)와 전원 공급부(120) 사이의 전류 흐름을 차단할 수 있다. In the present embodiment, the controller 150 senses the voltage across the superconducting magnet 110 to control the power supply unit 120 when the quench occurs in the superconducting magnet 110 to reduce the supply current. have. In addition, the controller 150 may block the current flow between the superconducting magnet 110 and the power supply unit 120 by turning off the circuit breaker switch 130 when a quench occurs in the superconducting magnet.

상기 초전도 마그네트 장치(100)의 구성에 의한 동작을 살펴보겠다. The operation by the configuration of the superconducting magnet device 100 will be described.

먼저, 상기 초전도 마그네트(110)가 정상적인 경우에는 상기 회로 차단 스위치(130)가 온 상태로 되어 상기 전원 공급부(120)의 전류는 상기 초전도 마그네트(110)로만 흐를 수 있다. 상기 초전도 마그네트를 형성하는 초전도체는 정상상태에서 저항이 제로(0)이기 때문에 상기 초전도 마그네트(110)에 병렬 연결된 히터 저항(140)으로는 전류가 흐르지 않고 상기 초전도 마그네트(110)로만 전류가 흐를 수 있다. 상기 히터 저항(140)에 전류가 흐르지 않기 때문에 상기 히터 저항(140)에서 열이 발생되지 않을 수 있다. First, when the superconducting magnet 110 is normal, the circuit breaker switch 130 is turned on so that the current of the power supply unit 120 flows only to the superconducting magnet 110. Since the superconductor forming the superconducting magnet has zero resistance in the normal state, no current flows to the heater resistor 140 connected in parallel with the superconducting magnet 110, but only the superconducting magnet 110 can flow. have. Since no current flows in the heater resistor 140, heat may not be generated in the heater resistor 140.

상기 초전도 마그네트(110)의 국부 영역에서 퀀치가 발생되면, 상기 초전도 마그네트(110)의 양단의 전압이 달라질 수 있다. 이러한 초전도 마그네트(110) 양단의 전압차에 의해 상기 회로 차단 스위치(130)는 오프 되고 상기 초전도 마그네트(110)에서 상기 전원 공급부(120)로 흐르는 전류가 차단될 수 있다. 상기 회로 차단 위치치(130)가 오프되면, 상기 초전도 마그네트(110)와 상기 히터 저항(140) 으로 이루어진 폐루프가 형성되고, 상기 초전도 마그네트(110)에 저장된 전류는 상기 히터 저항(140)으로 흐를 수 있다. 따라서 상기 히터 저항(140)에 열이 발생될 수 있다. When the quench occurs in the local region of the superconducting magnet 110, the voltage at both ends of the superconducting magnet 110 may vary. The circuit breaker switch 130 may be turned off by the voltage difference across the superconducting magnet 110 and the current flowing from the superconducting magnet 110 to the power supply 120 may be cut off. When the circuit break position value 130 is turned off, a closed loop including the superconducting magnet 110 and the heater resistor 140 is formed, and the current stored in the superconducting magnet 110 is transferred to the heater resistor 140. Can flow. Therefore, heat may be generated in the heater resistor 140.

상기 히터 저항(140)은 상기 초전도 마그네트(110)의 적어도 일 영역에 근접하게 형성되므로 상기 히터 저항(140)에서 발생된 열은 상기 히터 저항(140)에 근접하게 배치된 초전도 마그네트(110)의 일부 영역으로 전달될 수 있다. 상기 전달열에 의해 상기 초전도 마그네트(110)의 일부 영역에 퀀치가 발생될 수 있다. 상기 히터 저항(140)이 상기 초전도 마그네트(110)의 전체 영역에 근접하게 형성되는 경우에는 상기 초전도 마그네트의 국부영역에서 발생된 퀀치를 상기 초전도 마그네트의 전체 영역으로 빠르게 확산시킬 수 있다. Since the heater resistor 140 is formed to be close to at least one region of the superconducting magnet 110, the heat generated from the heater resistor 140 of the superconducting magnet 110 disposed close to the heater resistor 140. It can be delivered to some areas. Quench may be generated in a portion of the superconducting magnet 110 by the transfer heat. When the heater resistor 140 is formed close to the entire region of the superconducting magnet 110, the quench generated in the local region of the superconducting magnet may be rapidly spread to the entire region of the superconducting magnet.

이처럼, 상기 히터 저항(140)을 이용하여 상기 초전도 마그네트(110)의 전체 영역에 퀀치를 확산시키면, 초전도 마그네트의 국부 영역에서 퀀치가 발생되는 경우에 초전도 마그네트의 국부 영역에 열 에너지가 축적되는 것을 초전도 마그네트의 전체 영역으로 확산시킬 수 있어 열 에너지에 의해 초전도 마그네트가 손상되는 것을 방지할 수 있다. As such, when the quench is diffused over the entire region of the superconducting magnet 110 using the heater resistor 140, when the quench is generated in the local region of the superconducting magnet, heat energy is accumulated in the local region of the superconducting magnet. The superconducting magnet can be spread over the entire area of the superconducting magnet, thereby preventing the superconducting magnet from being damaged by thermal energy.

도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에 사용되는 초전도 마그네트 및 히터 저항의 구조도이다. 2 is a structural diagram of a superconducting magnet and a heater resistor used in a superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention.

본 실시형태에서는 초전도 마그네트및 히터저항의 구체적인 설명을 위해서 초전도 마그네트 및 히터저항에 대해서만 도시하였으나, 도 1에서 설명된 바와 같 이 초전도 마그네트 장치를 구성하는 추가적인 회로가 더 포함될 수 있다. In the present embodiment, only the superconducting magnet and the heater resistance are illustrated for the detailed description of the superconducting magnet and the heater resistance. However, as illustrated in FIG. 1, an additional circuit constituting the superconducting magnet device may be further included.

본 실시형태에 사용되는 초전도 마그네트는 원통형의 보빈(201)에 복수개의 초전도 선재(211, 212, 213) 및 히터 저항(240)이 권선될 수 있다. In the superconducting magnet used in the present embodiment, a plurality of superconducting wires 211, 212, 213 and heater resistors 240 may be wound around the cylindrical bobbin 201.

본 실시형태에서는 제1 초전도 선재(211), 제2 초전도 선재(212) 및 제3 초전도 선재(213)가 서로 병렬로 연결되어 상기 원통형의 보빈(201)에 솔레노이드 형태로 적층 권선될 수 있다. In the present exemplary embodiment, the first superconducting wire 211, the second superconducting wire 212, and the third superconducting wire 213 may be connected in parallel to each other, and may be laminated and wound on the cylindrical bobbin 201 in a solenoid form.

상기 히터 저항(240)은 상기 복수의 초전도 선재(211, 212, 213)와 병렬로 연결되며, 상기 제3 초전도 선재(213)와 근접하게 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의해 상기 제1 초전도 선재(211)에서 퀀치가 발생되더라도 상기 히터 저항(240)에서 상기 제3 초전도 선재(213)로 열을 전달하여 제3 초전도 선재(213)에도 퀀치를 유발할 수 있어 초전도 마그네트에서 국부영역에서 발생되는 퀀치에 의한 국부적인 열의 축적을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 히터 저항(240)이 상기 제3 초전도 선재(213)에 근접한 것으로 하였으나, 상기 히터 저항(240)의 위치는 다양하게 형성할 수 있다. 즉, 상기 히터 저항이 상기 제1 초전도 선재(211)에 인접하도록 형성할 수도 있으며, 상기 복수의 초전도 선재들 사이에 모두 형성할 수도 있다. 또한, 상기 히터 저항은 상기 복수개의 초전도 선재들의 일부 영역에 대해서만 근접하도록 형성될 수도 있다. The heater resistor 240 may be connected in parallel with the plurality of superconducting wires 211, 212, and 213, and may be disposed to be close to the third superconducting wire 213. Even if quench is generated in the first superconducting wire 211 by this arrangement, heat can be transferred from the heater resistor 240 to the third superconducting wire 213 to induce quenching in the third superconducting wire 213. In the superconducting magnet, local heat accumulation by the quench generated in the local region can be prevented. In the present exemplary embodiment, the heater resistor 240 is close to the third superconducting wire 213, but the heater resistor 240 may be formed in various positions. That is, the heater resistance may be formed to be adjacent to the first superconducting wire 211, or may be formed between the plurality of superconducting wires. In addition, the heater resistance may be formed to approach only a portion of the plurality of superconducting wires.

도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에 사용되는 초전도 마그네트 및 히터저항의 구조도이다. 3 is a structural diagram of a superconducting magnet and a heater resistor used in a superconducting magnet device according to still another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에서 초전도 마그네트는, 제1 내지 제3 보빈(301, 302, 303), 제1 내지 제3 초전도 선재(311, 312, 313) 및 히터 저항(340)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, in the superconducting magnet device according to the present embodiment, the superconducting magnets may include first to third bobbins 301, 302, and 303, first to third superconducting wires 311, 312, and 313, and a heater resistor. 340 may include.

본 실시형태에서는 초전도 마그네트 및 히터저항의 구체적인 설명을 위해서 초전도 마그네트 및 히터저항에 대해서만 도시하였으나, 도 1에서 설명된 바와 같이 초전도 마그네트 장치를 구성하는 추가적인 회로가 더 포함될 수 있다. In the present embodiment, only the superconducting magnet and the heater resistance are shown for the detailed description of the superconducting magnet and the heater resistance. However, as illustrated in FIG. 1, an additional circuit constituting the superconducting magnet device may be further included.

상기 제1 내지 제3 보빈(301, 302, 303)은, 서로 다른 반경을 갖는 중공의 실린더 모양으로 형성될 수 있다. 실제 초전도 마그네트가 형성되는 형태는 상기 제3 보빈(303)의 중공에 제2 보빈(302)이 배치되고, 상기 제2 보빈(302)의 중공에 제1 보빈(301)이 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 보빈의 중공의 중심점은 동일하게 배치될 수 있다. The first to third bobbins 301, 302, and 303 may be formed in a hollow cylinder shape having different radii. In the form in which the actual superconducting magnet is formed, the second bobbin 302 may be disposed in the hollow of the third bobbin 303, and the first bobbin 301 may be disposed in the hollow of the second bobbin 302. Hollow center points of the first to third bobbins may be identically disposed.

상기 제1 내지 제3 초전도 선재(311, 312, 313)는, 각각 상기 제1 내지 제3 보빈(301, 302, 303)에 솔레노이드 형태로 권선될 수 있다. 이 때, 상기 제1 내지 제3 초전도 선재를 상기 보빈의 표면에 형성하는 방법으로는, 소정의 폭을 갖는 초전도 선재를 상기 보빈에 솔레노이드 형태로 권선할 수도 있고, 상기 보빈의 표면 전체에 초전도 선재를 형성한 후 상기 초전도 선재를 사선 형태로 식각하여 솔레노이드 형태를 형성할 수도 있다. The first to third superconducting wires 311, 312, and 313 may be wound around the first to third bobbins 301, 302, and 303 in the form of solenoids. In this case, as a method of forming the first to third superconducting wires on the surface of the bobbin, a superconducting wire having a predetermined width may be wound around the bobbin in a solenoid form, and the superconducting wires are formed on the entire surface of the bobbin. After the forming of the superconducting wire may be etched in an oblique form to form a solenoid form.

본 실시 형태에서는 상기 제1 내지 제3 초전도 선재(311, 312, 313)는 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 상기 중공의 실린더 모양으로 권선된 제1 내지 제3 초 전도 선재를 동일 중심축을 갖도록 배치한 후, 상기 제1 초전도 선재의 일단과 상기 제2 초전도 선재의 일단을 연결하고, 상기 제2 초전도 선재의 타단과 제3 초전도 선재의 타단을 연결하면 상기 3개의 초전도 선재는 직렬 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 초전도 선재(311, 312, 313) 각각의 일단을 서로 연결하고 각각의 타단을 서로 연결하면 상기 3개의 초전도 선재는 병렬 연결될 수 있다.In the present embodiment, the first to third superconducting wires 311, 312, and 313 may be connected in series or in parallel. After arranging the first to third superconducting wires wound in the hollow cylindrical shape to have the same central axis, one end of the first superconducting wire and one end of the second superconducting wire are connected, and the second superconducting wire When the other end and the other end of the third superconducting wire is connected, the three superconducting wires may be connected in series. In addition, when one end of each of the first to third superconducting wires 311, 312, and 313 is connected to each other and the other end thereof is connected to each other, the three superconducting wires may be connected in parallel.

상기 히터 저항(340)은 상기 직렬 또는 병렬 연결되는 제1 내지 제3 초전도 선재(311, 312, 313)와 병렬 연결되며, 상기 제3 초전도 선재(313)에 접하도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 제1 초전도 선재(311)에 퀀치가 발생되는 경우에 상기 히터 저항(340)에 저항열이 발생되고 이 저항열이 상기 제3 초전도 선재(313)로 전달되어 제3 초전도 선재에 퀀치를 유발시킬 수 있다. 따라서, 초전도 마그네트의 일부 영역에 퀀치 발생시 다른 영역에도 퀀치를 유발시켜 초전도 마그네트 내부의 국부적인 열의 축적을 해소할 수 있다. 상기 히터 저항(340)은 상기 제2 초전도 선재(312) 및 제2 초전도 선재(311)에 접하도록 형성될 수도 있다. The heater resistor 340 may be connected in parallel with the first to third superconducting wires 311, 312, and 313 connected in series or in parallel, and may be in contact with the third superconducting wire 313. In the present embodiment, when quenching occurs in the first superconducting wire 311, a resistance heat is generated in the heater resistor 340, and the resistance heat is transferred to the third superconducting wire 313 to transmit a third superconducting wire. Can quench. Therefore, when quenching occurs in some regions of the superconducting magnet, it is possible to eliminate the local heat accumulation inside the superconducting magnet by inducing quenching in other regions. The heater resistor 340 may be formed to contact the second superconducting wire 312 and the second superconducting wire 311.

도 4는, 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에 사용되는 초전도 마그네트 및 히터 저항의 구조도이다.4 is a structural diagram of a superconducting magnet and a heater resistor used in a superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 초전도 마그네트는 팬케익형태의 보빈에 하나의 초전도 선재(410)가 적층 권선될 수 있다. 상기 팬케익형태의 보빈은 원통형의 몸체부(401) 및 상기 몸체부의 하면에 형성된 받침부(402)를 포함할 수 있 다. 상기 몸체부(401)에는 초전도 선재를 상기 측면의 일방향으로부터 내측을 통과하여 타방향으로 안내하는 선재 삽입홈(401a)이 형성될 수 있다. 상기 선재 삽입홈(401a)은 상기 권선되는 초전도 선재의 권장 곡률반경 이상의 반경을 가질 수 있다. 초전도 선재는 세라믹 물질 등으로 형성되어 일정한 곡률반경 이하로 권선되면 초전도체의 성질이 급감하거나 소멸되므로 상기 선재 삽입홈(401a)은 권선되는 초전도 선재의 권장 곡률 반경 이상의 반경을 가지도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 선재 삽입홈을 태극물결 모양으로 형성하여, 상기 선재 삽입홈(401a)에 초전도 선재가 삽입되어 권선되는 경우에 상기 초전도 선재의 성질을 유지하도록 할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the superconducting magnet according to the present embodiment, one superconducting wire 410 may be laminated and wound on a bobbin of a pancake type. The pancake-shaped bobbin may include a cylindrical body portion 401 and a support portion 402 formed on the lower surface of the body portion. The body portion 401 may be formed with a wire insertion groove 401a for guiding the superconducting wire rod from one side of the side surface to the other direction. The wire insertion groove 401a may have a radius of more than a recommended radius of curvature of the winding superconducting wire. The superconducting wire is formed of a ceramic material or the like and is wound down to a predetermined radius of curvature so that the properties of the superconductor decrease or disappear. In the present embodiment, the wire insertion groove is formed in the shape of a taegeuk wave, so that the superconducting wire material can be maintained when the superconducting wire is inserted and wound in the wire insertion groove 401a.

상기 몸체부(401)에 권선된 초전도 선재(410)는 적층 형태를 가지며 상기 초전도 선재의 양단은 각각 상기 받침부(402)에 형성된 제1 금속블록(403) 및 제2 금속블록(404)에 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속블록(403, 404)은 각각 + 전극 및 - 전극에 연결될 수 있다. The superconducting wire 410 wound on the body 401 has a laminated form, and both ends of the superconducting wire are respectively formed on the first metal block 403 and the second metal block 404 formed on the support part 402. Can be connected. The first and second metal blocks 403 and 404 may be connected to the + electrode and the − electrode, respectively.

상기 히터 저항(440)은 상기 초전도 선재(410)와 함께 상기 보빈의 몸체부(401)에 권선될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 히터 저항(440)은 상기 초전도 선재(410)와 동일 길이를 가지며, 상기 히터 저항(440)의 양단은 각각 상기 받침부(402)에 형성된 제3 금속블록(405) 및 제4 금속블록(406)에 연결될 수 있다. 상기 제3 및 제4 금속블록(405, 406)을 각각 + 전극 및 - 전극에 연결함으로서 상기 초전도 선재(410)와 상기 히터 저항(440)을 병렬 연결할 수 있다.The heater resistor 440 may be wound on the body portion 401 of the bobbin together with the superconducting wire 410. In the present embodiment, the heater resistor 440 has the same length as the superconducting wire 410, and both ends of the heater resistor 440 are formed of the third metal block 405 and the third formed in the support part 402, respectively. 4 may be connected to the metal block 406. The superconducting wire 410 and the heater resistor 440 may be connected in parallel by connecting the third and fourth metal blocks 405 and 406 to the + and − electrodes, respectively.

본 실시형태에서는, 상기 히터 저항(440)이 초전도 마그네트를 이루는 초전 도 선재(410)와 함께 상기 보빈에 권선되어 있어서, 상기 초전도 선재(410)의 일부 영역에 퀀치가 발생되는 경우에 상기 히터 저항(440)에서 발생되는 열에 의해 상기 초전도 선재(410) 전체 영역에 대해 퀀치를 유발시킬 수 있다. 상기 히터 저항(440)은 상기 초전도 선재(410)의 일부 영역에만 접하도록 형성할 수도 있다.In the present embodiment, the heater resistance 440 is wound on the bobbin together with the superconducting wire 410 constituting the superconducting magnet, so that when the quench occurs in a portion of the superconducting wire 410, the heater resistance Heat generated at 440 may cause quenching over the entire area of the superconducting wire 410. The heater resistor 440 may be formed to contact only a portion of the superconducting wire 410.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. 즉, 초전도 마그네트의 형태 및 히터 저항의 배치 등은 다양하게 변형실시가 가능할 수 있다. It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do. That is, the shape of the superconducting magnet and the arrangement of the heater resistance may be variously modified.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 초전도 마그네트 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a superconducting magnet device according to one embodiment of the present invention.

도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에 사용되는 초전도 마그네트 및 히터 저항의 구조도이다. 2 is a structural diagram of a superconducting magnet and a heater resistor used in a superconducting magnet device according to another embodiment of the present invention.

도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에 사용되는 초전도 마그네트 및 히터 저항의 구조도이다. 3 is a structural diagram of a superconducting magnet and a heater resistor used in a superconducting magnet device according to still another embodiment of the present invention.

도 4는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 초전도 마그네트 장치에 사용되는 초전도 마그네트 및 히터 저항의 구조도이다.4 is a structural diagram of a superconducting magnet and a heater resistor used in a superconducting magnet device according to still another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

110 : 초전도 마그네트 120 : 전원 공급부110: superconducting magnet 120: power supply

130 : 회로 차단 스위치 140 : 히터 저항130: circuit breaker switch 140: heater resistance

150 : 제어부150: control unit

Claims (11)

초전도 선재가 적층된 초전도 마그네트;Superconducting magnet laminated superconducting wire; 상기 초전도 마그네트에 전류를 공급하는 전원 공급부;A power supply unit supplying current to the superconducting magnet; 상기 초전도 마그네트와 전원공급부 사이에 직렬로 연결되어, 상기 초전도 마그네트와 전원 공급부 사이의 전류 흐름을 제어하는 회로차단 스위치; 및A circuit breaker switch connected in series between the superconducting magnet and the power supply to control a current flow between the superconducting magnet and the power supply; And 상기 초전도 마그네트에 병렬 연결되며, 상기 초전도 마그네트의 적어도 일 영역에 근접하게 형성되는 히터 저항을 포함하는 것으로서,It is connected to the superconducting magnet in parallel, and includes a heater resistor which is formed in at least one region of the superconducting magnet, 상기 회로차단 스위치가 개방되면 상기 초전도 마그네트 및 히터 저항을 포함하는 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.And a closed loop including the superconducting magnet and the heater resistor when the circuit breaker switch is opened. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 회로차단 스위치는,The circuit breaker switch, 상기 초전도 마그네트에 퀀치(quench) 발생시 상기 초전도 마그네트와 전원 공급부 사이의 전류 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device, characterized in that the current flow between the superconducting magnet and the power supply block when a quench occurs in the superconducting magnet. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터 저항은, The heater resistance is, 상기 초전도 마그네트의 일부 영역에서 퀀치 발생시 저항열을 발생시켜 상기 초전도 마그네트의 다른 영역에 상기 저항열을 전도시키는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device, characterized in that for generating a heat of resistance when the quench occurs in a portion of the superconducting magnet to conduct the resistance heat to other areas of the superconducting magnet. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초전도 마그네트는,The superconducting magnet, 복수개의 초전도 선재가 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.A superconducting magnet device, characterized in that a plurality of superconducting wire is connected in series or in parallel. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초전도 마그네트는,The superconducting magnet, 적어도 하나의 초전도 선재가 솔레노이드 형태로 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.A superconducting magnet device, characterized in that at least one superconducting wire is wound in the form of a solenoid. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 초전도 마그네트는,The superconducting magnet, 복수개의 초전도 선재가 하나의 중공의 실린더 모양의 보빈의 표면에 적층 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.A superconducting magnet device, characterized in that a plurality of superconducting wire is laminated on the surface of one hollow cylindrical bobbin. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 초전도 마그네트는,The superconducting magnet, 서로 다른 반경을 갖는 중공의 실린더 모양으로 권선된 복수개의 초전도 선재가 동일한 중심축을 갖도록 적층 배치되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.A superconducting magnet device, characterized in that a plurality of superconducting wires wound in a hollow cylindrical shape having different radii are stacked to have the same central axis. 제6항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 6 or 7, 상기 히터 저항은,The heater resistance is, 상기 적층된 초전도 선재의 최내부층 및 최외부층 중 적어도 일 층에 근접하게 형성된 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.The superconducting magnet device, characterized in that formed in close proximity to at least one of the innermost layer and the outermost layer of the laminated superconducting wire. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초전도 마그네트는,The superconducting magnet, 팬케익 형태의 보빈에 적어도 하나의 초전도 선재가 적층 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.A superconducting magnet device, characterized in that the at least one superconducting wire is laminated on the pancake-shaped bobbin. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 히터 저항은,The heater resistance is, 상기 초전도 선재와 함께 상기 팬케익 형태의 보빈에 권선된 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.Superconducting magnet device, characterized in that wound on the pancake-shaped bobbin together with the superconducting wire. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초전도 마그네트에 퀀치 발생시 상기 전원 공급부의 전류를 감소시키는 제어부Control unit to reduce the current of the power supply unit when the quench occurs in the superconducting magnet 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그네트 장치.A superconducting magnet device further comprising.
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