KR101165230B1 - Supercoducting motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 회전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자코일을 냉각챔버에 노출된 상태로 함침시켜 냉각하는 냉각성능이 향상된 초전도 회전기에 관한 것이다.
본 발명은 계자코일을 수용하는 진공챔버가 형성된 회전자와, 상기 회전자의 반경방향에 상기 계자코일과 전자기적으로 상호작용하여 회전력을 발생시키는 전기자코일이 형성된 고정자와, 상기 고정자를 냉각수에 함침되도록 수용하는 냉각챔버를 포함하는 초전도 회전기를 제공한다.The present invention relates to a superconducting rotor, and more particularly, to a superconducting rotor having improved cooling performance by impregnating an armature coil in an exposed state in a cooling chamber.
The present invention provides a rotor having a vacuum chamber for accommodating a field coil, a stator having an armature coil electromagnetically interacting with the field coil in the radial direction of the rotor to generate a rotational force, and the stator being impregnated with cooling water. It provides a superconducting rotor comprising a cooling chamber to accommodate.

Description

초전도 회전기{Supercoducting motor}Superconducting Motors {Supercoducting motor}

본 발명은 초전도 회전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자코일을 냉각챔버에 노출된 상태로 함침시켜 냉각하는 냉각성능이 향상된 초전도 회전기에 관한 것이다.
The present invention relates to a superconducting rotor, and more particularly, to a superconducting rotor having improved cooling performance by impregnating an armature coil in an exposed state in a cooling chamber.

일반적으로 회전기는 회전자의 계자코일과, 고정자의 전기자코일의 전자기적인 상호작용에 의해서 전자기에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 회전기기이다. 하지만 계자코일 또는 전기자코일은 동선으로 만들어지기 때문에 통전시 상온에서 저항이 발생하므로 전기적인 저항이 소멸하는 절대온도 근처까지 냉각하여 초전도 상태에서 회전기를 회전시키므로 손실을 최소화하였다.In general, a rotor is a rotating device that converts electromagnetic energy into mechanical energy by electromagnetic interaction between the field coil of the rotor and the armature coil of the stator. However, since field coils or armature coils are made of copper wire, resistance is generated at normal temperature during energization, so the motor is cooled to near absolute temperature where electrical resistance disappears and the rotor is rotated in superconducting state to minimize losses.

여기서 계자코일이 설치된 회전자를 냉각하기 위해서는 외부와의 열전달을 최소화하기 위하여 회전기의 내부에 진공이 형성되도록 구비한다. 아울러 전기자코일이 설치된 고정자를 냉각하는 방식으로는 크게 공랭식과 수냉식으로 나눌 수 있다.Here, in order to cool the rotor in which the field coil is installed, a vacuum is formed inside the rotor to minimize heat transfer to the outside. In addition, the method of cooling the stator in which the armature coil is installed can be largely divided into air cooling and water cooling.

공랭식은 외부 또는 팬을 이용하여 전기자코일을 냉각하는 방법이 있지만 소음과 진동 때문에 거의 쓰이지 않는 방식이다. 또한 수냉식은 코일의 내부로 물을 흘리는 중공전선(hollow conductor)방식과 냉각튜브를 이용하여 구리 코일의 주위를 감싸서 냉각하는 방식과, 구리 코일의 외부를 워터자켓(water jacket)으로 감싸는 워터자켓방식 등이 있다.The air-cooling method uses an external or fan to cool the armature coil but is rarely used due to noise and vibration. In addition, the water-cooling type uses a hollow conductor method to flow water into the coil, a cooling tube to wrap around the copper coil, and a water jacket to wrap the outside of the copper coil with a water jacket. Etc.

하지만 코일에서 발생한 열을 간접적으로 배출하기 때문에 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있다.
However, since the heat generated from the coil indirectly discharged, there is a problem that the cooling efficiency is lowered.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기자코일을 냉각챔버에 그대로 함침시켜 전기자코일을 직접냉각하므로 냉각효율을 향상시킨 초전도 회전기를 제공하는 데 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a superconducting rotor that improves cooling efficiency by directly cooling an armature coil by impregnating the armature coil as it is in the cooling chamber.

또한 본 발명은 냉각챔버의 냉각수로 증류수를 사용하므로 효율이 우수할 뿐만 아니라 스케일이 발생하지 않도록 구비된 초전도 회전기를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, since the present invention uses distilled water as the cooling water of the cooling chamber, an object of the present invention is to provide a superconducting rotator equipped with not only efficiency but also scale.

아울러 본 발명은 냉각챔버의 냉각수로 증류수를 사용하므로 전기자 코일의 일부에 누전이 있더라도 안전한 초전도 회전기를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, since the present invention uses distilled water as the cooling water of the cooling chamber, an object of the present invention is to provide a safe superconducting rotator even if there is a short circuit in the armature coil.

또한 본 발명은 냉각챔버의 외부에 냉각핀을 설치하여 냉각효율을 더욱 향상시킨 초전도 회전기를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a superconducting rotor that further improves the cooling efficiency by installing a cooling fin on the outside of the cooling chamber.

더불어 본 발명은 회전자와 냉각챔버를 수용하는 케이싱을 구비하고 회전자의 축에 팬을 설치하여 공기를 순환시키므로 냉각효율을 더욱 획기적으로 향상시킨 초전도 회전기를 제공하는 데 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide a superconducting rotor having a casing for accommodating the rotor and the cooling chamber and installing a fan on the shaft of the rotor to circulate air, thereby further improving the cooling efficiency.

본 발명은 계자코일을 수용하는 진공챔버가 형성된 회전자와, 상기 회전자의 반경방향에 상기 계자코일과 전자기적으로 상호작용하여 회전력을 발생시키는 전기자코일이 형성된 고정자와, 상기 고정자를 냉각수에 함침되도록 수용하는 냉각챔버를 포함하는 초전도 회전기를 제공한다.The present invention provides a rotor having a vacuum chamber for accommodating a field coil, a stator having an armature coil electromagnetically interacting with the field coil in the radial direction of the rotor to generate a rotational force, and the stator being impregnated with cooling water. It provides a superconducting rotor comprising a cooling chamber to accommodate.

여기서 상기 냉각챔버에 수용된 냉각수는 증류수인 것이 바람직하다.Here, the cooling water accommodated in the cooling chamber is preferably distilled water.

아울러 상기 냉각챔버의 외부에는 냉각핀이 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the cooling fin is preferably formed on the outside of the cooling chamber.

여기서 본 발명은 상기 회전자와 상기 냉각챔버를 수용하는 케이싱과, 상기 케이싱 내부의 공기를 순환시키기 위해 설치된 블레이드를 더 포함하는 것이 바람직하다.
The present invention preferably further includes a casing for accommodating the rotor and the cooling chamber, and a blade provided to circulate air in the casing.

상기와 같이 본 발명에 따른 초전도 회전기는 전기자코일을 냉각챔버에 그대로 함침시켜 전기자코일을 직접 냉각하므로 냉각효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the superconducting rotor according to the present invention can directly improve the cooling efficiency by directly impregnating the armature coil in the cooling chamber, thereby directly cooling the armature coil.

또한 본 발명에 따른 초전도 회전기는 냉각챔버의 냉각수로 증류수를 사용하므로 효율이 우수할 뿐만 아니라 스케일이 발생하지 않도록 구비할 수 있다.In addition, since the superconducting rotator according to the present invention uses distilled water as the cooling water of the cooling chamber, the superconducting rotator may be provided not only with excellent efficiency but also without generating scale.

아울러 본 발명에 따른 초전도 회전기는 냉각챔버의 냉각수로 증류수를 사용하므로 전기자 코일의 일부에 누전이 있더라도 안전하게 운용할 수 있다.In addition, since the superconducting rotor according to the present invention uses distilled water as the cooling water of the cooling chamber, even if there is a short circuit in the armature coil, it can be safely operated.

또한 본 발명에 따른 초전도 회전기는 냉각챔버의 외부에 냉각핀을 설치하여 냉각효율을 더욱 향상시킨다.In addition, the superconducting rotor according to the present invention further improves the cooling efficiency by installing cooling fins on the outside of the cooling chamber.

더불어 본 발명에 따른 초전도 회전기는 회전자와 냉각챔버를 수용하는 케이싱을 구비하고 회전자의 축에 팬을 설치하여 공기를 순환시키므로 냉각효율을 더욱 획기적으로 향상시킨다.
In addition, the superconducting rotor according to the present invention is provided with a casing for accommodating the rotor and the cooling chamber, and installs a fan to circulate the air to further improve the cooling efficiency.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초전도 회전기를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 초전도 회전기를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a superconducting rotor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a superconducting rotor according to a second embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 초전도 회전기의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, embodiments of the superconducting rotor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[제1실시예][First Embodiment]

본 발명의 제1실시예에 따른 초전도 회전기는 회전자(10)와, 상기 회전자(10)의 반경방향에 형성된 고정자(20)와, 상기 고정자(20)를 수용하는 냉각챔버(30)를 포함한다.The superconducting rotor according to the first embodiment of the present invention includes a rotor 10, a stator 20 formed in the radial direction of the rotor 10, and a cooling chamber 30 for receiving the stator 20. Include.

상기 회전자(10)는 내부에 진공챔버(12)가 형성되어 있고, 이 진공챔버(12)의 중앙에 계자코일(14)이 수용되어 있다. 여기서 상기 진공챔버(12)의 내부는 냉각시스템(미도시)과 연결되어 극저온으로 낮춘 상태이다. 따라서 상기 진공챔버(12)에 수용된 계자코일(14)은 초전도코일로서 저항이 거의 0에 가깝다. The rotor 10 has a vacuum chamber 12 formed therein, and the field coil 14 is accommodated in the center of the vacuum chamber 12. In this case, the inside of the vacuum chamber 12 is connected to a cooling system (not shown) and is lowered to cryogenic temperatures. Therefore, the field coil 14 accommodated in the vacuum chamber 12 is a superconducting coil and its resistance is almost zero.

상기 고정자(20)는 상기 회전자(10)의 반경방향에 형성되며 상기 계자코일(14)과 전기적으로 상호작용하여 회전력을 발생시키는 전기자코일(22)이 형성되어 있다. 여기서 상기 전기자코일(22)을 포함하는 고정자(20)는 냉각챔버(30)의 내부에 수용된다.The stator 20 is formed in the radial direction of the rotor 10 and is formed with an armature coil 22 to electrically rotate with the field coil 14 to generate a rotational force. Here, the stator 20 including the armature coil 22 is accommodated in the cooling chamber 30.

상기 냉각챔버(30)는 표면이 노출된 상태로 상기 전기자코일(22)이 수용된다. 따라서 상기 전기자 코일은 냉각챔버(30)의 내부에 수용되어 있는 냉각수와 직접적으로 열교환한다. 따라서 냉각수와 전기자코일(22) 사이의 매개물을 제거함으로 이로 인해 발생하는 손실을 최소화하여 냉각효율을 최대화할 수 있다. The armature coil 22 is accommodated in the cooling chamber 30 with the surface exposed. Therefore, the armature coil directly exchanges heat with the cooling water contained in the cooling chamber 30. Therefore, by removing the medium between the coolant and the armature coil 22, it is possible to minimize the loss caused by this to maximize the cooling efficiency.

상기 냉각챔버(30)의 내부에 수용된 냉각수는 증류수로 이루어진다. 상기 증류수는 냉각챔버(30)와 열교환기(32) 및 펌프(34)를 통하여 순환되면서 고정자(20)에서 발생하는 열을 외부로 배출한다. 상기 증류수는 전기가 통하지 않는 부도체이므로 전기자코일(22)의 일부 코팅이 벗겨지더라도 안전하게 운용할 수 있다.
Cooling water accommodated in the cooling chamber 30 is made of distilled water. The distilled water is circulated through the cooling chamber 30, the heat exchanger 32, and the pump 34 to discharge heat generated from the stator 20 to the outside. Since the distilled water is an insulator through which electricity does not pass, some coatings of the armature coil 22 may be safely operated.

[제2실시예][Second Embodiment]

본 발명의 제2실시예에 따른 초전도 회전기는 회전자(10)와, 상기 회전자(10)의 반경방향에 형성된 고정자(20)와, 상기 고정자(20)를 수용하는 냉각챔버(30)와, 상기 회전자(10)와 상기 냉각챔버(30)를 수용하는 케이싱(40)을 포함한다.The superconducting rotor according to the second embodiment of the present invention, the rotor 10, the stator 20 formed in the radial direction of the rotor 10, the cooling chamber 30 for receiving the stator 20 and And a casing 40 for receiving the rotor 10 and the cooling chamber 30.

상기 회전자(10)는 내부에 진공챔버(12)가 형성되어 있고, 이 진공챔버(12)의 중앙에 계자코일(14)이 수용되어 있다. 여기서 상기 진공챔버(12)의 내부는 냉각시스템(미도시)과 연결되어 극저온으로 낮춘 상태이다. 따라서 상기 진공챔버(12)에 수용된 계자코일(14)은 초전도코일로서 저항이 거의 0에 가깝다. 아울러 상기 회전자(10)의 축에는 블레이드(16)가 형성된다. 상기 블레이드(16)는 회전자의 회전에 따라 회전하면서 케이싱(40)의 내부에 기류를 형성한다.The rotor 10 has a vacuum chamber 12 formed therein, and the field coil 14 is accommodated in the center of the vacuum chamber 12. In this case, the inside of the vacuum chamber 12 is connected to a cooling system (not shown) and is lowered to cryogenic temperatures. Therefore, the field coil 14 accommodated in the vacuum chamber 12 is a superconducting coil and its resistance is almost zero. In addition, a blade 16 is formed on the shaft of the rotor 10. The blade 16 rotates in accordance with the rotation of the rotor to form airflow inside the casing 40.

상기 고정자(20)는 상기 회전자(10)의 반경방향에 형성되며 상기 계자코일(14)과 전기적으로 상호작용하여 회전력을 발생시키는 전기자코일(22)이 형성되어 있다. 여기서 상기 전기자코일(22)을 포함하는 고정자(20)는 냉각챔버(30)의 내부에 수용된다.The stator 20 is formed in the radial direction of the rotor 10 and is formed with an armature coil 22 to electrically rotate with the field coil 14 to generate a rotational force. Here, the stator 20 including the armature coil 22 is accommodated in the cooling chamber 30.

상기 냉각챔버(30)는 표면이 노출된 상태로 상기 전기자코일(22)이 수용된다. 따라서 상기 전기자 코일은 냉각챔버(30)의 내부에 수용되어 있는 냉각수와 직접적으로 열교환한다. 따라서 냉각수와 전기자코일(22) 사이의 매개물을 제거함으로 이로 인해 발생하는 손실을 최소화하여 냉각효율을 최대화할 수 있다. The armature coil 22 is accommodated in the cooling chamber 30 with the surface exposed. Therefore, the armature coil directly exchanges heat with the cooling water contained in the cooling chamber 30. Therefore, by removing the medium between the coolant and the armature coil 22, it is possible to minimize the loss caused by this to maximize the cooling efficiency.

상기 냉각챔버(30)의 내부에 수용된 냉각수는 증류수로 이루어진다. 상기 증류수는 냉각챔버(30)와 열교환기(32) 및 펌프(34)를 통하여 순환되면서 고정자(20)에서 발생하는 열을 외부로 배출한다. 상기 증류수는 전기가 통하지 않는 부도체이므로 전기자코일(22)의 일부 코팅이 벗겨지더라도 안전하게 운용할 수 있다. 또한 상기 냉각챔버(30)의 외주면에는 냉각핀(36)이 형성되어 냉각효율이 더욱 향상된다.Cooling water accommodated in the cooling chamber 30 is made of distilled water. The distilled water is circulated through the cooling chamber 30, the heat exchanger 32, and the pump 34 to discharge heat generated from the stator 20 to the outside. Since the distilled water is an insulator through which electricity does not pass, some coatings of the armature coil 22 may be safely operated. In addition, a cooling fin 36 is formed on the outer circumferential surface of the cooling chamber 30 to further improve cooling efficiency.

상기 케이싱(40)은 상기 회전자(10)와 상기 고정자(20)가 함침된 냉각챔버(30)를 수용하도록 이루어진다. 따라서 상기 케이싱(40)은 냉각챔버(30)를 보호할 뿐만 아니라 상기 회전자(10) 축의 블레이드(16)에 의해 발생하는 기류를 냉각챔버(30)의 외주면으로 유도하여 냉각챔버(30)와 열교환이 더욱 잘 이루어지도록 한다. 여기서 케이싱(40)은 냉각효율을 더욱 높이기 위하여 냉각챔버(30)의 냉각핀(36)이 형성된 외주면을 따라 기류가 통과하도록 하는 것이 바람직하다.
The casing 40 is configured to accommodate the cooling chamber 30 in which the rotor 10 and the stator 20 are impregnated. Therefore, the casing 40 not only protects the cooling chamber 30 but also guides the airflow generated by the blades 16 of the rotor 10 shaft to the outer circumferential surface of the cooling chamber 30 and the cooling chamber 30. Make the heat exchange better. Here, the casing 40 preferably allows air flow to pass along the outer circumferential surface on which the cooling fins 36 of the cooling chamber 30 are formed in order to further increase the cooling efficiency.

10 : 회전자 12 : 진공챔버
14 : 계자코일 16 : 블레이드
20 : 고정자 22 : 전기자코일
30 : 냉각챔버 32 : 열교환기
34 : 펌프 36 : 냉각핀
40 : 케이싱10: rotor 12: vacuum chamber
14 Field Coil 16: Blade
20: stator 22: armature coil
30: cooling chamber 32: heat exchanger
34 pump 36 cooling fins
40: casing

Claims (4)

계자코일을 수용하는 진공챔버가 형성된 회전자;
상기 회전자의 반경방향에 상기 계자코일과 전자기적으로 상호작용하여 회전력을 발생시키는 전기자코일이 형성된 고정자;
상기 고정자를 냉각수에 함침되도록 수용하는 냉각챔버;
상기 냉각챔버의 외부에 형성된 냉각핀;
상기 회전자와 상기 냉각챔버를 수용하는 케이싱; 및
상기 케이싱 내부의 공기를 순환시키기 위해 설치된 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기.
A rotor having a vacuum chamber accommodating the field coil;
A stator having an armature coil for electromagnetically interacting with the field coil in a radial direction of the rotor to generate a rotational force;
A cooling chamber accommodating the stator to be impregnated with cooling water;
Cooling fins formed on the outside of the cooling chamber;
A casing for accommodating the rotor and the cooling chamber; And
And a blade installed to circulate air in the casing.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각챔버에 수용된 냉각수는 증류수인 것을 특징으로 하는 초전도 회전기.
The method according to claim 1,
Cooling water accommodated in the cooling chamber is a superconducting rotor, characterized in that distilled water.
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