KR101343594B1 - Double pancake-type superconductive magnet having auxiliary coils - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 더블 팬케이크형 초전도 자석은 더블 팬케이크형 코일의 적층으로 구성된 초전도 자석으로서, 자기장을 발생하는 초전도 선재를 권선하고 지지하는 초전도 선재 보빈과, 상기 초전도 선재를 포함하는 메인 코일부와, 상기 메인 코일부의 상하단에 위치하는 보조 코일부와, 상기 초전도 선재 보빈을 적층하고 지지하기 위한 지지대, 및 상기 초전도 자석에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 버스 바를 포함한다.The double pancake type superconducting magnet according to the present invention is a superconducting magnet composed of a stack of double pancake type coils, a superconducting wire bobbin for winding and supporting a superconducting wire generating a magnetic field, and a main coil part including the superconducting wire. And an auxiliary coil unit positioned above and below the main coil unit, a support for stacking and supporting the superconducting wire bobbin, and a current supply bus bar for supplying current to the superconducting magnet.
Description
본 발명은 더블 팬케이크형 초전도 자석에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보조 코일을 이용하여 자기장의 수직 성분을 감소시켜 초전도 코일의 임계전류 감소와 이로 인하여 발생하는 중심 자기장의 저하를 제거하고 초전도 기기의 효율을 극대화시킬 수 있는 더블 팬케이크(DPC, double pancake)형 고온 초전도 자석에 관한 것이다.The present invention relates to a double pancake type superconducting magnet, and more particularly, to reduce the vertical component of the magnetic field by using an auxiliary coil to reduce the critical current of the superconducting coil and the resulting decrease in the central magnetic field. The present invention relates to a double pancake (DPC) type high temperature superconducting magnet capable of maximizing efficiency.
핵자기공명(NMR, nuclear magnetic resonance) 장치나 자기공명영상(MRI, magnetic resonance imaging) 장치와 같이 고자기장을 필요로 하는 자석은 높은 운전 전류를 갖는 초전도 선재를 이용하여 만들어진다. 초전도 현상은 물질이 일정한 온도에서 갑자기 전기저항을 잃고 전류를 무제한으로 흘려보내는 현상이다. 절대온도 0도(섭씨 영하 273도)로 급속도로 냉각되면 전기저항을 잃고 전류를 무제한으로 흘려보내는 도체의 역할을 하는 물질이 있는데, 이런 물질을 초전도체라고 한다. 일반적으로 초전도 자석은 여러 개의 코일을 겹쳐서 제작하며, 저온 초전도 자석과 고온 초전도 자석을 함께 사용하는 초전도 자석은 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 내측 코일(11)과 외측 코일(10)로 이루어진다. 또한, 상기 내측 코일(11)은 고온 초전도 메인 코일(11a)과 상하단에 구비되는 고온 초전도 보조 코일(11b)로 구성된다. 상기 외측 코일(10)은 액체헬륨 온도(-268℃ at 1기압) 부근에서 초전도 특성을 갖는 니오비움티타늄(NbTi), 니오비움틴(Nb3Sn)과 같은 저온 초전도체(LTS, low temperature superconductor)를 이용하여 만들고, 상기 내측 코일(11)은 액체헬륨 온도보다 상당히 높은 온도 부근에서 초전도 특성을 갖는 고온 초전도체(HTS, high temperature superconductor)를 이용하여 만든다.Magnets requiring high magnetic fields, such as nuclear magnetic resonance (NMR) devices or magnetic resonance imaging (MRI) devices, are made of superconducting wires with high operating currents. Superconductivity is a phenomenon in which a material suddenly loses electrical resistance at a constant temperature and sends an unlimited amount of current. When cooled rapidly to zero degrees (minus 273 degrees Celsius), there is a material that acts as a conductor that loses electrical resistance and sends unlimited current. This material is called a superconductor. In general, a superconducting magnet is manufactured by stacking a plurality of coils, and a superconducting magnet using a low temperature superconducting magnet and a high temperature superconducting magnet together is composed of an
최근, 내측 코일(11)을 구성하는 고온 초전도 선재의 임계전류 향상과 장성화에 의해 고자기장을 발생시키는 기기에서 고온 초전도 선재의 사용이 활발해지고 있다. 그러나, 고온 초전도 기기에서 자기력선의 방향에 의해 초전도 기기의 임계전류(critical current)가 감소하는 문제가 있다. 특히, 고자기장이 발생되는 초전도 자석에서는 초전도 코일의 상하단 부근에 발생하여 분포하는 자기장이 초전도 코일의 임계전류를 제한하여 기기의 효율을 저하시킨다. In recent years, the use of high temperature superconducting wires has been actively used in devices that generate a high magnetic field by improving and extending the critical current of the high temperature superconducting wires constituting the
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보조 코일을 이용하여 자기장의 수직 성분(수직 자기장)을 감소시켜 초전도 코일의 임계전류 감소와 이로 인하여 발생하는 중심 자기장의 저하를 제거하고 초전도 기기의 효율을 극대화시킬 수 있는 더블 팬케이크(DPC, double pancake)형 고온 초전도 자석을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, by using the auxiliary coil to reduce the vertical component (vertical magnetic field) of the magnetic field to reduce the critical current of the superconducting coil and the resulting decrease in the central magnetic field and improve the efficiency of the superconducting device It is to provide a double pancake (DPC) type high temperature superconducting magnet that can be maximized.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 더블 팬케이크형 초전도 자석은, 더블 팬케이크형 코일의 적층으로 구성된 초전도 자석으로서, 자기장을 발생하는 초전도 선재를 권선하고 지지하는 초전도 선재 보빈과, 상기 초전도 선재를 포함하는 메인 코일부와, 상기 메인 코일부의 상하단에 위치하는 보조 코일부와, 상기 초전도 선재 보빈을 적층하고 지지하기 위한 지지대, 및 상기 초전도 자석에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 버스 바를 포함한다.In order to achieve the above object, a double pancake type superconducting magnet according to the present invention is a superconducting magnet composed of a stack of double pancake type coils, a superconducting wire bobbin for winding and supporting a superconducting wire generating a magnetic field, and the superconducting wire And a main coil unit, an auxiliary coil unit positioned at upper and lower ends of the main coil unit, a support for stacking and supporting the superconducting wire bobbin, and a current supply bus bar for supplying current to the superconducting magnet.
상기 초전도 선재는 테이프 형상이며, 상기 초전도 선재의 시작부와 종료부가 상기 메인 코일부와 보조 코일부의 외측에 배치되도록 상기 초전도 선재 보빈에 권선될 수 있다.The superconducting wire may have a tape shape, and the superconducting wire may be wound around the superconducting wire bobbin so that the start and end portions of the superconducting wire are disposed outside the main coil part and the auxiliary coil part.
상기 보조 코일부는 상기 메인 코일부의 상하단에서 발생하는 수직 자기장을 감소시켜 상기 초전도 자석의 임계전류를 높여 기기의 효율을 상승시킬 수 있다.The auxiliary coil unit may increase the efficiency of the device by reducing the vertical magnetic field generated in the upper and lower ends of the main coil unit to increase the threshold current of the superconducting magnet.
상기 보조 코일부에는, 상기 초전도 선재를 복수의 겹으로 권선하여 전류를 공급하여 수직 자기장을 감소시킬 수 있다.The auxiliary coil unit may reduce the vertical magnetic field by supplying a current by winding the superconducting wire in a plurality of layers.
상기 전류 공급 버스 바는 상기 메인 코일부 및 보조 코일부의 외측에 구비되어 전류를 공급하고, 자기장의 영향으로 인한 전류 공급의 제한이 방지될 수 있다.The current supply bus bar may be provided outside the main coil part and the auxiliary coil part to supply a current, and the limit of the current supply due to the influence of the magnetic field may be prevented.
이러한 본 발명에 따르면, 메인 코일부의 상하단에 보조 코일부를 구비하여, 메인 코일부의 상하단에서 발생하는 수직 자기장을 감소시켜 초전도 코일의 임계전류 감소와 이로 인하여 발생하는 중심 자기장의 저하를 제거하고 초전도 기기의 효율을 극대화시킬 수 있다.According to the present invention, the auxiliary coil part is provided on the upper and lower ends of the main coil part, thereby reducing the vertical magnetic field generated at the upper and lower ends of the main coil part, thereby eliminating the reduction of the critical current of the superconducting coil and the resulting decrease in the central magnetic field. The efficiency of superconducting devices can be maximized.
도 1은 종래의 고자기장 발생 초전도 자석을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 보조 코일을 구비하는 더블 팬케이크형 초전도 자석을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 메인 코일부의 더블 팬케이크형 초전도 선재 권선을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보조 코일부의 더블 팬케이크형 초전도 선재 권선을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional high magnetic field generating superconducting magnet.
2 is a view schematically showing a double pancake type superconducting magnet having an auxiliary coil according to the present invention.
Figure 3 is a plan view schematically showing a double pancake type superconducting wire winding of the main coil unit according to the present invention.
4 is a view schematically showing a double pancake type superconducting wire winding of the auxiliary coil unit according to the present invention.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 더블 팬케이크형 초전도 자석의 구조에 관하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, the structure of the double pancake type superconducting magnet according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 보조 코일을 구비하는 더블 팬케이크형 초전도 자석을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 더블 팬케이크형 초전도 자석은 초전도 선재 보빈(12)과, 메인 코일부(13)와, 보조 코일부(14)와, 지지대(15), 및 전류 공급 버스 바(16)를 포함한다. 2 is a view schematically showing a double pancake type superconducting magnet having an auxiliary coil according to the present invention. Referring to FIG. 2, the double pancake type superconducting magnet according to the present invention includes a
상기 초전도 선재 보빈(12)에는 자기장을 발생하는 초전도 선재(23)가 권선되고 지지된다. 상기 초전도 선재 보빈(12)은 상기 메인 코일부(13)의 외부를 둘러싸는 형태로서 초전도 선재(23)가 메인 코일부(13) 주위로 감겨지는 형태를 갖는다. The
상기 메인 코일부(13)는 상기 초전도 선재(23)를 포함하며 메인 코일부(13)는 지지대(15)를 이용하여 차례로 적층된다. 이 때, 메인 코일부(13)의 코일 각각은 전기 절연을 위해 그 사이에 절연재가 삽입되어 대전류에서도 층간 절연이 가능하다. 적층된 메인 코일(13)은 지지대(15)에 의해 고정되며 필요에 따라 상하단부에 보강재를 사용하여 구조적으로 안정된 구조를 형성할 수 있다. The
상기 보조 코일부(14)는 상기 메인 코일부(13)의 상하단에 위치한다. 상기 보조 코일부(14)는, 초전도 자석에서 테이프 형상을 가진 선재를 사용할 때 발생하는 자기장에 의해 초전도 자석에 수직으로 입사하는 자기장 성분(수직 자기장)에 의해 발생되는 초전도 선재(23)의 전류 감소와 이로 인한 중심 자기장의 저하를 감소시킬 수 있다. 상기 보조 코일부(14)를 사용하여 수직 자기장에 의해 초전도 선재(23)에 유도되어 발생하는 와전류(Eddy current)를 감소시킴으로써, 고자기장을 발생시키는 초전도 자석의 자기장 안정성을 향상시킬 수 있다. The
상기 지지대(15)는 상기 메인 코일부(13)와 보조 코일부(14), 및 초전도 선재 보빈(12)을 적층하고 지지한다. 또한, 상기 전류 공급 버스 바(16)를 통해 상기 초전도 자석에 전류가 공급될 수 있다.The support 15 stacks and supports the
상기 초전도 선재(23)는 테이프 형상일 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 초전도 선재의 시작부(19)와 종료부(20)가 상기 메인 코일부(13)와 보조 코일부(14)의 외측에 존재하도록 상기 초전도 선재 보빈(12)에 권선될 수 있다. 상기 제1 메인 코일(17) 주위로 초전도 선재 시작부(19)로부터 권선되고, 제2 메인 코일(18) 주위로 권선되어 초전도 선재 종료부(20)에서 마치게 된다.The
상기 초전도 선재의 시작부(19)와 종료부(20)를 외측으로 배치함으로써, 도 2에서 도시된 바와 같이, 전류 공급 버스 바(16)가 상기 메인 코일부(13)와 보조 코일부(14)의 외측에 설치될 수 있다. 상기 전류 공급 버스 바(16)는 상기 코일부들(13, 14)의 외측에 구비되어 자기장의 영향으로 인한 전류 공급의 제한이 방지될 수 있다. 즉, 상기와 같이 구성된 전류 공급 버스 바(16)의 위치에 의해, 전류리드가 자기장에 의한 영향으로 통전 전류량이 감소하는 것을 막고 효율적으로 초전도 자석에서 고자기장을 발생시킬 수 있도록 최적화될 수 있다. By disposing the
상기 보조 코일부(14)는 상기 메인 코일부(13)의 구조와 동일하나 다양한 크기의 초전도 선재(23)가 감길 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 초전도 선재(23)는 두 겹 또는 그 이상으로 권선될 수 있다. 상기 테이프 형상의 초전도 선재(23)를 복수 겹으로 권선하여 상대적으로 많은 전류를 공급할 수 있어 높은 전류 용량을 가질 수 있다. 따라서, 상기 메인 코일부(13)의 상하단에서 발생되는 수직 자기장을 대폭 감소시킬 수 있다.The
이와 같은 더블 팬케이크형 초전도 자석에 의해, 메인 코일부(13)의 상하단에서 발생하는 수직 자기장을 감소시켜 초전도 코일의 임계전류 감소와 이로 인하여 발생하는 중심 자기장의 저하를 제거하고 초전도 기기의 효율을 극대화시킬 수 있다.By such a double pancake type superconducting magnet, the vertical magnetic field generated at the upper and lower ends of the
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.
10: 외측 코일 11: 내측 코일
11a: 고온 초전도 메인 코일 11b: 고온 초전도 보조 코일
12: 초전도 선재 보빈 13: 메인 코일부
14: 보조 코일부 15: 지지대
16: 전류 공급 버스 바 17: 제1 메인 코일
18: 제2 메인 코일 19: 초전도 선재 시작부
20: 초전도 선재 종료부 21: 제1 보조 코일
22: 제2 보조 코일 23: 초전도 선재10: outer coil 11: inner coil
11a: high temperature superconducting
12: superconducting wire bobbin 13: main coil
14: auxiliary coil 15: support
16: current supply bus bar 17: first main coil
18: second main coil 19: superconducting wire starting portion
20: superconducting wire end portion 21: first auxiliary coil
22: second auxiliary coil 23: superconducting wire
Claims (5)
자기장을 발생하는 초전도 선재를 권선하고 지지하는 초전도 선재 보빈;
상기 초전도 선재를 포함하는 메인 코일부;
상기 메인 코일부의 상하단에 위치하는 보조 코일부;
상기 초전도 선재 보빈을 적층하고 지지하기 위한 지지대; 및
상기 초전도 자석에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 버스 바를 포함하되,
상기 초전도 선재는 테이프 형상이며,
상기 초전도 선재의 시작부와 종료부가 상기 메인 코일부와 보조 코일부의 외측에 배치되도록 상기 초전도 선재 보빈에 권선되며,
상기 보조 코일부에는, 상기 초전도 선재를 복수의 겹으로 권선하여 전류를 공급하여 수직 자기장을 감소시키는 것을 특징으로 하는 더블 팬케이크형 초전도 자석.
A superconducting magnet composed of a stack of double pancake coils,
Superconducting wire bobbin for winding and supporting the superconducting wire rod generating a magnetic field;
A main coil part including the superconducting wire;
An auxiliary coil unit positioned above and below the main coil unit;
A support for stacking and supporting the superconducting wire bobbin; And
Including a current supply bus bar for supplying current to the superconducting magnet,
The superconducting wire is tape-shaped,
The start and end portions of the superconducting wire are wound around the superconducting wire bobbin so as to be disposed outside the main coil part and the auxiliary coil part.
The auxiliary coil unit, the double pancake-type superconducting magnet, characterized in that to reduce the vertical magnetic field by supplying a current by winding the superconducting wire in a plurality of layers.
상기 보조 코일부는 상기 메인 코일부의 상하단에서 발생하는 수직 자기장을 감소시켜 상기 초전도 자석의 임계전류를 높여 기기의 효율을 상승시키는 것을 특징으로 하는 더블 팬케이크형 초전도 자석.The method of claim 1,
The auxiliary coil unit reduces the vertical magnetic field generated in the upper and lower ends of the main coil unit to increase the critical current of the superconducting magnet to increase the efficiency of the device, characterized in that the double pancake type superconducting magnet.
상기 전류 공급 버스 바는 상기 메인 코일부 및 보조 코일부의 외측에 구비되어 전류를 공급하고, 자기장의 영향으로 인한 전류 공급의 제한이 방지되는 것을 특징으로 하는 더블 팬케이크형 초전도 자석.The method of claim 1,
The current supply bus bar is provided on the outside of the main coil portion and the auxiliary coil portion to supply a current, the double pancake type superconducting magnet, characterized in that the restriction of the current supply due to the influence of the magnetic field is prevented.
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