KR101323245B1 - 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 선재를 절단하여 너비가 작고 상대적으로 길이가 길도록 등분하고, 초전도 선재의 양끝단을 비틀어 상기 초전도 선재를 꼬는 단계, 상기 초전도 선재의 폭보다 큰 직경을 가지는 수용공간을 구비한 틀의 상기 수용공간에 상기 초전도 선재 길이방향을 따라 감싸도록 삽입하는 단계, 상기 수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계, 상기 절연재를 건조하여 상기 초전도 선재와 일체화하는 단계, 및 상기 틀을 제거하는 단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하여 자화손실을 줄일 수 있는 트위스트된 초전도 선재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

트위스트된 초전도 선재의 제조 방법{Twisted wire manufacturing method of superconductors}

본 발명은 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법에 관한 것으로, 초전도 선재를 꼬으고, 미리 준비된 틀에 초전도 선재에 절연재를 삽입하고 건조하는 과정을 거쳐 제조함으로써 교류손실을 줄일 수 있는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법에 관한 것이다.

통상적으로 초전도 선재는 금속재 기판과 초전도층, 그리고 그 사이에 금속재 기판과 초전도층간의 물성 차이를 최소화시키기 위한 버퍼층(buffer layer)으로 형성되어 있다.

이러한 초전도 선재에 관한 종래 기술로는 대한민국 공개특허 10-2010-0063328 '초전도 박막 선재를 이용한 원형 와이어의 제조방법 및 그 초전도 박막 선재를 이용한 원형 와이어에 개시되어 있다.

종래의 기술은 초전도 박막 선재를 슬릿팅하여 적층하고 은코팅 및 구리도금을 수행함으로써, 최종 와이어의 형태가 원형을 이루어 선재 간의 접합 및 권선 작업이 용이하게 한 것이다.

초전도선의 교류손실은 선재 및 필라멘트의 구조가 원형에 가까울수록 매우 가느다란 극세의 형태를 가질수록 작아진다.

그러나, 고온초전도선은 구성재료 및 제조기술상의 특성 때문에 임계전류를 높이기 위해 가로세로비(종횡비)가 매우 큰 테이프나 판 모양으로 제조된다.

YBCO(Y,Ba,Cu,O) CC(Coated Conductor)는 임계전류밀도가 높을수록 폭이 작을수록 자화손실이 감소하므로 폭을 줄이면서 요구되는 전류용량을 만족시키기 위해 선재를 분할하여 다심화하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 교류손실을 저감하면서도 극저온에서도 초전도 선재가 고정되는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초전도 선재를 절단하여 너비가 작고 상대적으로 길이가 길도록 등분하고, 초전도 선재의 양끝단을 비틀어 상기 초전도 선재를 꼬는 단계; 상기 초전도 선재의 폭보다 큰 직경을 가지는 수용공간을 구비한 틀의 상기 수용공간에 상기 초전도 선재 길이방향을 따라 감싸도록 삽입하는 단계; 상기 수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계; 상기 절연재를 건조하여 상기 초전도 선재와 일체화하는 단계; 및 상기 틀을 제거하는 단계:가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 틀은, 상기 초전도 선재의 길이방향에 대응되게 홈이 형성된 제1금형과, 상기 제1금형과 대향되게 홈이 형성된 제2금형으로 구성되어 상호 결합 또는 분리가능하고, 상기 제1금형과 제2금형이 결합시 제1금형의 홈과 제2금형의 홈이 밀착되어 상기 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 초전도 선재의 길이는, 상기 틀의 길이보다 길게 형성되어 상기 초전도 선재의 양끝단이 노출되도록 삽입하는 것을 특징으로 한다.

상기 수용공간은 주형으로 형성되는 것이고, 상기 수용공간의 중심축을 따라 상기 초전도 선재를 삽입하는 것을 특징으로 한다.

상기 초전도 선재를 꼬는 단계에 있어서, 상기 초전도 선재의 트위스트 피치(twist pitch)를 변경함에 따라 자화손실의 값이 변경되는 것을 특징으로 한다.

상기 절연재는, 실리콘 실란트인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

우선, 초전도 선재의 너비를 적게하여 자화손실을 줄이고, 양끝단을 반대로 회전시켜 트위스트된 초전도 선재를 만들 수 있다. 이때 틀에 수용공간에 절연재를 투입하고 건조함으로써 절연재와 일체화된 트위스트된 초전도 선재를 얻게 된다.

이는 트위스트된 초전도 선재를 제작함으로써 자화손실을 줄이고 극저온에서도 초전도 선재를 고정할 수 있는 이점이 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법의 순서도이다.
도 2(a)는 박판 형태의 초전도 선재를 절단을 나타낸 공정도이다.
도 2(b)는 도 1의 초전도 선재를 꼬는 단계와 틀에 초전도 선재를 삽입하는 단계를 나타낸 도이다.
도 2(c)는 도 1의 수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계와, 절연재를 건조하는 단계 및 틀을 제거하는 단계를 나타낸 도이다.
도 3은 초전도 선재의 피치의 변화에 따른 자화손실을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명인 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 거치게 된다.

즉 단계별로 요약하면, 초전도 선재를 꼬는 단계(Ⅰ), 틀에 초전도 선재를 삽입하는 단계(Ⅱ), 수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계(Ⅲ), 절연재를 건조하는 단계(Ⅳ) 및 틀을 제거하는 단계(Ⅴ)를 거쳐 제작되게 되게 된다.

위의 단계에 따라 초전도 선재를 제작하는 공정을 도시한 도 2(a),(b),(c)를 참조하면서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2(a)는 박판 형태의 초전도 선재를 절단을 나타낸 공정도이다.

본 발명을 실시하기에 앞서, 초전도 선재(10)는 길이가 긴 형태로 준비하는 것이 요구된다.

그러나, 도 2(a)와 같이, 초전도 선재(10)의 너비(예를 들어 12mm)가 넓은 것으로 제공되는 경우에는, 초전도 선재(10)를 6 등분하여 너비(예를 들어 6mm)를 줄여서, 너비가 작고 상대적으로 길이가 긴 초전도 선재(10)를 준비하는 단계를 추가할 수도 있다.

도 2(b)는 도 1의 초전도 선재를 꼬는 단계와 틀에 초전도 선재를 삽입하는 단계를 나타낸 도이다.

초전도 선재를 꼬는 단계를 설명하기로 한다.

초전도 선재(10)를 꼬으기 위해서는 초전도 선재(10)의 양끝단을 서로 반대방향으로 회전시킨다.

여기서, 초전도 선재(10)를 꼬으는 각도에 따라서 피치(산과 산의 거리)가 달라져 자화손실에 영향을 주게 되는데 이는 이하에서 설명하기로 한다.

다음으로, 틀에 초전도 선재를 삽입하는 단계이다.

여기서, 틀(20)은 수용공간이 구비된 것이고, 수용공간은 초전도 선재(10)의 폭보다 큰 직경을 가지도록 한다.

상세하게 살펴보면, 틀(20)은 결합 분리 가능하게 제1금형(22)과 제2금형(24)으로 구성되게 한다.

즉, 초전도 선재(10)의 길이방향에 대응되게 홈(23)이 형성된 제1금형(22)과, 제1금형(22)과 대향되게 홈(25)이 형성된 제2금형(24)으로 구성되어 상호 결합 또는 분리가능하게 된다.

그러므로, 제1금형(22)과 제2금형(24)은 동일한 형상으로 형성되게 된다.

그리고, 제1금형(22)과 제2금형(24)이 결합시 제1금형(22)의 홈(23)과 제2금형(24)의 홈(25)이 밀착되어 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그렇게 하여, 수용공간은 초전도 선재(10) 길이방향을 따라 감쌀 수 있게 된다.

여기서, 수용공간은 주형으로 형성되는 것이고, 수용공간의 중심축을 따라 초전도 선재(10)를 삽입하는 것을 특징으로 한다.

이러한 이유는, 수용공간에는 절연재가 채워지는 공간이므로 초전도 선재(10)를 중심축에 따라 삽입됨에 의해서 초전도 선재(10)를 중심으로 일정한 두께의 절연재를 형성할 수 있기 때문이다.

한편, 초전도 선재(10)의 길이는, 틀(20)의 길이보다 길게 형성되어 초전도 선재(10)의 양끝단이 노출되도록 삽입하는 것을 특징으로 한다.

도 2(c)는 도 1의 수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계와, 절연재를 건조하는 단계 및 틀을 제거하는 단계를 나타낸 도이다.

수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계이다.

즉, 틀(20)에 형성된 수용공간에 절연재(30)를 채워넣어 초전도 선재(10)를 감싸는 형태가 되게 된다.

여기서, 절연재(30)는 실리콘 실란트인 것으로 한다. 물론 절연재(30)를 폴리에틸렌 등의 폴리머 피복 재료로도 대체 가능하다.

그리고, 절연재(30)에 첨가제를 추가하여 강도와 경도를 높일 수도 있는데, 절연재(30)의 강도와 경도가 높아짐에 따라 그 내부에 위치하는 초전도 선재(10)를 더 잘 보호할 수 있게 된다.

그 다음은 절연재를 건조하는 단계이다.

즉, 수용공간의 중심축에 구비된 초전도 선재(10)의 외면에 있는 절연재(30)를 건조하여 절연재(30)와 초전도 선재(10)를 일체화할 수 있다.

앞서, 상술한 바와 같이 수용공간의 중심축에 초전도 선재(10)가 구비됨으로써, 일정한 두께의 절연재(30)를 형성할 수 있게 된다.

이는, 절연재(30)의 특성을 향상시킬 수 있으며, 초전도 선재(10)가 양끝단을 제외한 부분이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

마지막으로 틀을 제거하는 단계(Ⅴ)이다.

절연재(30) 건조가 완료되면 틀(20)을 개방하여 절연재(30)와 일체화된 초전도 선재(10)를 탈거하여 완료하게 된다.

위와 같은 단계를 거쳐서 트위스트된 초전도 선재를 제작할 수 있게되어 자화손실을 줄일 수 있게 된다.

한편, 초전도 선재를 꼬는 단계에 있어서, 초전도 선재(10)의 트위스트 피치(twist pitch)를 변경함에 따라 자화손실의 값이 변경되는 것을 특징으로 한다.

이와 관련하여 본 발명의 실시예에 따라 제조된 트위스트된 초전도 선재에 있어서, 초전도 선재의 너비, 초전도 선재의 꼬으는 정도(트위스트), 초전도 선재의 트위스트 피치에 따른 자화손실과 관련하여 설명하기로 한다.

도 3은 초전도 선재의 피치의 변화에 따른 자화손실을 나타낸 그래프이다.

도 3을 참조하면, 가로축은 외부 자기장(external magnetic field) 값이고, 세로축은 자화손실(Magnetization loss) 값이다.

그리고, 12mm YBCO(Y,Ba,Cu,O) CC(Coated Conductor) 선재의 자화손실값은 그래프에 나타낸 것과 같으며, 전류밀도는 280A을 나타내었다.

그에 따른 결과는 다음과 같다.

먼저, (a)는 YBCO CC 12mm 인 경우 자화손실값이고, (c)는 YBCO CC 2mm 인 경우 자화손실값이며, (d)는 YBCO CC 2mm 이고, 트위스트되어 피치가 125mm 인 경우 자화손실값이며, (e)는 YBCO CC 2mm 이고, 트위스트되어 피치가 80mm 인 경우 자화손실값이다.

여기서, (b)는 brant 식에 의해 YBCO CC 2mm 인 경우 자화손실값을 나타낸 것이다. 실제 실험값인 (c)와 비교하면 자화손실값이 동일하게 나오는 것을 알 수 있다.

먼저, (a)와 (c)를 비교하면 초전도 선재의 너비가 작아질 경우 자화 손실이 줄어든다.

즉, (a)는 초전도 선재의 너비가 12mm이고, (c)는 초전도 선재의 너비가 2mm로 초전도 선재의 너비가 작아질수록 자화손실이 줄어드는 것을 알 수 있다.

그리고, (c)와 (d)를 비교하면 초전도 선재가 트위스트된 경우 자화손실이 줄어들게 된다.

즉, (c)는 (d)는 초전도 선재의 너비는 2mm로 동일하지만, (d)는 초전도 선재가 트위스트되어 자화손실이 줄어드는 것을 알 수 있다.

마지막으로, (d)와 (e)를 비교하면 초전도 선재가 트위스트에 의해 피치가 작아지는 경우 자화 손실이 줄어들게 된다.

즉, (d)와 (e)는 초전도 선재가 트위스트된 것은 동일하지만, 트위스트된 정도에 따라 달라진 피치를 비교하면 (d)는 125mm 이고, (e)는 80mm 인데 그림에서와 같이 피치가 작아질수록 자화손실이 줄어들게 된다.

그러므로, 초전도 선재는 너비가 작고, 트위스트 되며, 게다가 트위스트가 많이 이루어져 피치가 작은 경우 자화 손실이 줄어들게 된다.

이상과 같이 본 발명은 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

10: 초전도 선재 20: 틀
22: 제1금형 24: 제2금형
23,25: 홈 30: 절연재

Claims (6)

1. 초전도 선재를 절단하여 너비가 작고 상대적으로 길이가 길도록 등분하고, 초전도 선재의 양끝단을 비틀어 상기 초전도 선재를 꼬는 단계;
   상기 초전도 선재의 폭보다 큰 직경을 가지는 수용공간을 구비한 틀의 상기 수용공간에 상기 초전도 선재 길이방향을 따라 감싸도록 삽입하는 단계;
   상기 수용공간에 절연재를 압축하여 채워 넣는 단계;
   상기 절연재를 건조하여 상기 초전도 선재와 일체화하는 단계; 및
   상기 틀을 제거하는 단계:가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 트위스트된 초전도 선재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 틀은,
   상기 초전도 선재의 길이방향에 대응되게 홈이 형성된 제1금형과, 상기 제1금형과 대향되게 홈이 형성된 제2금형으로 구성되어 상호 결합 또는 분리가능하고, 상기 제1금형과 제2금형이 결합시 제1금형의 홈과 제2금형의 홈이 밀착되어 상기 수용공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 초전도 선재의 길이는,
   상기 틀의 길이보다 길게 형성되어 상기 초전도 선재의 양끝단이 노출되도록 삽입하는 것을 특징으로 하는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수용공간은 주형으로 형성되는 것이고, 상기 수용공간의 중심축을 따라 상기 초전도 선재를 삽입하는 것을 특징으로 하는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 초전도 선재를 꼬는 단계에 있어서,
   상기 초전도 선재의 트위스트 피치(twist pitch)를 변경함에 따라 자화손실의 값이 변경되는 것을 특징으로 하는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 절연재는,
   실리콘 실란트인 것을 특징으로 하는 트위스트된 초전도 선재의 제조 방법.
   
   
   
   

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