KR101406947B1 - 초전도 자석 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

외부 전원과 초전도 코일을 자동으로 접속 또는 접속 해제할 수 있는 스위치를 구비하는 초전도 자석 장치 및 그 제어방법을 게시한다.
초전도 자석 장치는 외부 전원으로부터 전류를 공급받아 자기장을 생성하는 초전도 코일과, 초전도 코일과 외부 전원을 연결 또는 연결 해제하여 외부 전원으로부터 출력되는 전류를 초전도 코일에 공급 또는 차단하는 스위치를 포함하므로, 보다 수월하게 초전도 자석에 전류를 공급하여 작업량을 줄일 수 있다.

Description

초전도 자석 장치 및 그 제어방법{SUPERCONDUCTING MAGNET APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
외부 전원으로부터 전류를 인가받아 자기장을 발생하는 초전도 자석 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
초전도 자석을 이용한 코일 제작 기술의 발전 및 단열용기나 냉동기와 같은 관련 기기의 기술적인 진보에 따라 초전도 자석 장치 및 그 응용 장치가 개발되고 있다. 초전도 자석 장치는 초전도 자석 장치용 초전도 자석장치나 자기부상식 차량용 초전도 자석 장치 등이 있다. 초전도 자석장치는 극저온으로 냉각된 코일에 외부 전원으로부터 전류를 공급받아 영구 전류화된다. 초전도 자석장치는 영구 전류화된 후에는 외부 전원의 출력을 정지시키고, 외부 전원의 접속을 분리하여 운영된다.
한편, 초전도 자석장치는 코일에 전류를 공급 시, 전류 리드가 필요하다. 전류 리드는 외부 전원에 접속되는 단자에서 초전도 자석 장치의 내부의 코일까지의 연결에 사용되는 전류로이다. 전류 리드는 외부 전원에 접속되는 실온의 단자로부터 극저온의 코일에 대한 열침입로이고, 전류가 흐르지 않을 때에는 전열재가 된다. 초전도 자석장치에 구비되는 초전도 자석은 코일의 냉동 비용의 경감을 위해 열침입을 가능한 한 작게 하는 것이 중요하다. 초전도 자석에 대한 열침입을 줄이기 위해, 영구 전류 모드로 운용되는 초전도 자석장치에서는 탈/부착식 전류 리드를 이용함으로서, 전류가 흐르지 않을 때에는 전류 리드를 분리시켜 열침입량을 저감시키는 기술이 사용된다. 그러나, 상술한 방법에 의해 전류 리드를 접속 또는 접속 해제시키는 구성은 전문가를 파견해야 취급할 수 있으며, 전류의 공급을 수시로 해야하는 경우 작업량이 많아진다는 문제가 있다.
본 발명의 일측면은 외부 전원과 초전도 코일을 자동으로 접속 또는 접속 해제할 수 있는 스위치를 구비하는 초전도 자석 장치 및 그 제어방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치는 외부 전원으로부터 전류를 인가받아 자기장을 발생하는 초전도 코일; 및 상기 외부 전원과 상기 초전도 코일을 선택적으로 접속시키는 스위치를 포함할 수 있다.
상기 스위치는 벨로우즈의 확장 또는 축소에 의해 온 또는 오프가 조정되는 벨로우즈 타입의 스위치를 포함할 수 있다.
상기 벨로우즈 타입의 스위치는 내부 압력에 따라 확장 또는 수축하는 벨로우즈와, 상기 벨로우즈의 확장 또는 수축에 따라 스위칭되는 적어도 하나의 스위치와, 상기 벨로우즈에 가스를 공급하는 가스 탱크와, 상기 가스탱크로부터 상기 벨로우즈로 가스가 공급되는 통로인 가스 공급관과, 상기 벨로우즈로부터 대기로 가스가 배출되는 통로인 가스배출관을 포함할 수 있다.
상기 벨로우즈의 확장 또는 수축에 따라 스위칭되는 적어도 하나의 스위치는, 상기 외부 전원과 전기적으로 접속되는 단자와, 상기 초전도 자석과 전기적으로 접속되는 단자를 포함할 수 있다.
상기 벨로우즈가 확장되면 상기 외부 전원과 전기적으로 접속되는 단자와 상기 초전도 자석과 전기적으로 접속되는 단자가 접속될 수 있다.
상기 벨로우즈가 축소되면 상기 외부 전원과 전기적으로 접속되는 단자와 상기 초전도 자석과 전기적으로 접속되는 단자가 접속해제될 수 있다.
상기 벨로우즈 타입의 스위치는 내부 압력에 따라 확장 또는 수축하는 벨로우즈와, 상기 벨로우즈의 확장/수축에 따라 스위칭되는 적어도 하나의 스위치와, 상기 벨로우즈의 내부에 가스를 공급하거나 상기 벨로우즈 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 이동관과, 상기 벨로우즈에 가스를 공급하거나 상기 벨로우즈로부터 배출되는 가스를 저장하는 가스탱크와, 상기 가스탱크를 가열하는 히터와, 상기 벨로우즈에 연결되어 방열 기능을 수행하는 히트 싱크를 포함할 수 있다.
상기 가스 탱크에 저장된 가스를 상기 벨로우즈로 공급하기 위해 상기 히터를 온시켜 상기 가스탱크 내부의 가스의 온도를 증가시키며, 상기 벨로우즈 내부의 가스를 상기 가스 탱크에 배출하기 위해 상기 히터를 오프시켜 상기 가스탱크 내부의 가스의 온도를 감소시킬 수 있다.
상기 스위치는 온도의 변화에 따라 온 또는 오프가 조정되는 형상기억합금 방식의 스위치를 포함할 수 있다.
상기 형상기억합금 방식의 스위치는 상기 외부 전원과 연결되는 제1접속단자와, 상기 초전도 자석과 연결되는 제2접속단자와, 상기 제1접속단자 또는 상기 제2접속단자 중 어느 하나에 결합되는 형상기억합금부재와, 상기 형상기억합금부재에 열을 가하는 히터를 포함할 수 있다.
상기 형상기억합금부재는 2가지 온도에서 형상을 모두 기억할 수 있는 2방향성 형상기억합금부재일 수 있다.
상기 히터에 의해 상기 형상기억합금부재에 열이 가해지면, 상기 형상기억합금부재의 온도가 특정 온도에 도달하여 상기 형상기억합금부재가 확장되는 형태이고, 상기 형상기억합금부재가 확장된 형태이면 상기 제1접속단자와 상기 제2접속단자가 연결될 수 있다.
상기 히터에 의해 상기 형상기억합금부재에 열이 가해지지 않는 상태이면, 상기 형상기억합금부재의 온도가 실온으로 낮아지거나 실온을 유지하므로 상기 형상기억합금부재가 축소된 형태이고, 상기 형상기억합금부재가 축소된 형태이면 상기 제1접속단자와 상기 제2접속단자가 연결 해제되거나 연결 해재된 상태를 유지할 수 있다.
그리고,본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석장치의 제어방법은 외부 전원으로부터 전류를 공급받아 자기장을 생성하는 초전도 코일을 구비하는 초전도 자석장치의 제어방법에 있어서, 상기 초전도 자석장치는 상기 외부 전원과 상기 초전도 코일을 선택적으로 접속하는 스위치를 포함하고, 상기 스위치를 온시켜 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석 장치로 전류를 공급하고, 상기 스위치를 오프시켜 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석 장치로 공급되는 전류를 차단할 수 있다.
상기 스위치는 벨로우즈 타입의 스위치를 포함하고, 상기 벨로우즈 타입의 스위치는 벨로우즈의 확장 또는 축소에 의해 온 또는 오프가 조정될 수 있다.
상기 스위치는 형상기억합금 방식의 스위치를 포함하고, 형상기억합금 방식의 스위치는 온도의 변화에 따라 온 또는 오프가 조정될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일측면에 의하면 초전도 자석 장치에 전류를 스위치를 통해 공급 또는 공급 차단하므로 작업량을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치를 개략적으로 도시한 도면
도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비된 스위치의 사시도
도 2b는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비된 스위치의 분해사시도
도 2c는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비되는 스위치가 온된 상태를 도시한 도면
도 2d는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비되는 스위치가 오프된 상태를 도시한 도면
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 마련되는 스위치의 개념을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 초전도 자석 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비되는 스위치를 도시한 도면
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
초전도 자석 장치는 극저온으로 유지되어 초전도 상태에서 동작하는 초전도 코일(100)과, 초전도 코일(100)이 수용되는 환 형상의 하우징(200)과, 하우징(200)의 일측에 배치되어 초전도 코일(100)과 외부 전원(350)을 연결 또는 연결 해제하도록 스위칭 동작하는 스위치(300)와, 하우징(200)의 일측에 배치되는 극저온 냉각기(400)와, 스위치(300)에 가스를 공급하는 가스 탱크(500)를 포함하며, 하우징(200) 내부는 초전도 코일(100)이 극저온 상태를 유지할 수 있도록 액상의 헬륨(H)이 채워진다.
한편, 초전도 코일(100)에서 열이 발생하면 하우징(200) 내부를 채우고 있는 액상의 헬륨이 열을 흡수하여 기체 상태로 상변화하고, 기체 상태의 헬륨은 액상의 헬륨에 비해 상대적으로 낮은 밀도를 가지므로 밀도차에 의해 상측으로 이동한다. 상측으로 이동한 기체 상태의 헬륨은 하우징(200)의 일측에 배치된 극저온 냉각기(400)에 의해 냉각되어 다시 액상으로 상변화한다. 상술한 방식에 의해, 하우징(200) 내부에 배치된 초전도 코일(100)은 극저온 상태를 지속적으로 유지할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비된 스위치의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비된 스위치의 분해사시도이며, 도 2c는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비되는 스위치가 온된 상태를 도시한 도면이고, 도 2d는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비되는 스위치가 오프된 상태를 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 스위치(300)는 벨로우즈 타입의 스위치일 수 있다. 벨로우즈 타입의 스위치(300)는 하우징(200)에 고정되는 지지 브래킷(301)과, 내부 압력에 따라 확장 또는 수축하는 벨로우즈(302)와, 벨로우즈(302)의 확장/수축에 따라 스위칭되는 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)와, 벨로우즈(302)의 내부에 가스를 공급하는 가스공급관(303)과, 벨로우즈(302) 내부의 가스를 배출하는 가스배출관(304)을 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 스위치(300)에 구비되는 제1스위치(310)는 제1지지대(305)에 고정되는 제1고정단자(311)와, 벨로우즈(302)의 확장 또는 수축에 따라 이동 가능하며 제1탄성부재(306)와 결합되는 제1이동단자(312)를 포함할 수 있다.
제1스위치(310)의 제1고정단자(311) 및 제1이동단자(312)는 전도체이다. 제1스위치(310)의 제1고정단자(311)는 외부 전원(350)과 전기적으로 접속된다. 제1스위치(310)의 제1이동단자(312)는 초전도 자석(100)과 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 스위치(300) 온 시 제1이동단자(312)와 제1고정단자(311)가 접촉되어 외부 전원(350)에서 초전도 자석(100)으로 전류로가 형성된다. 스위치(300) 오프 시 제1이동단자(312)와 제1고정단자(311)가 비접촉되어 외부 전원(350)에서 초전도 자석(100)으로의 전류로가 차단된다.
제1스위치(310)의 제1이동단자(312)는 제1탄성부재(306)와 결합된다. 제1탄성부재(306)는 텐션을 가지며, 벨로우즈(302) 수축 시 원상태로 복귀하려는 성질을 가진다. 제1이동단자(312)는 벨로우즈(302) 확장에 따라 이동하여 제1고정단자(311)에 접촉되며, 벨로우즈(302)가 축소되면 제1탄성부재(306)의 텐션에 따라 원 상태로 복귀하여 제1고정단자(311)와 비접촉하게 된다.
스위치(300)에 구비되는 제2스위치(320)는 제2지지대(307)에 고정되는 제2고정단자(321)와, 벨로우즈(302)의 확장 또는 수축에 따라 이동 가능하며 제2탄성부재(308)와 결합되는 제2이동단자(322)를 포함할 수 있다.
제2스위치(320)의 제2고정단자(321) 및 제2이동단자(322)는 전도체이다. 제2스위치(320)의 제2고정단자(321)는 외부 전원(350)과 전기적으로 접속된다. 제2스위치(320)의 제2이동단자(322)는 초전도 자석(100)과 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 스위치(300) 온 시 제2이동단자(322)와 제2고정단자(321)가 접촉되어 외부 전원(350)에서 초전도 자석(100)으로 전류로가 생성된다. 스위치(300) 오프 시 제2이동단자(322)와 제2고정단자(321)가 비접촉되어 외부 전원(350)에서 초전도 자석(100)으로 공급되는 전류로가 차단된다.
제2스위치(320)의 제2이동단자(322)는 제2탄성부재(308)와 결합된다. 제2탄성부재(308)는 텐션을 가지며, 벨로우즈(302) 수축 시 원상태로 복귀하려는 성질을 가진다. 제2이동단자(322)는 벨로우즈(302) 확장에 따라 이동하여 제2고정단자(321)에 접촉되며, 벨로우즈(302)가 축소되면 제2탄성부재(308)의 텐션에 따라 원 상태로 복귀하여 제2고정단자(321)와 비접촉하게 된다.
제1스위치(310) 및 제2스위치(320)는 벨로우즈(302)의 확장 또는 축소에 따라 동시에 온 또는 오프된다.
도 2c를 참조하면, 벨로우즈(302)의 축소에 따라 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)가 오프된 상태인 것을 알 수 있다. A영역을 참조하면, 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)가 오프 상태로 전환되는 것은 제1스위치(310)의 제1이동부재(312)와 제1고정부재(311)가 접속 해제되고, 제2스위치(320)의 제2이동부재(322)와 제2고정부재(321)가 접속 해제되는 것을 의미한다.
도 2d를 참조하면, 벨로우즈(302)의 확장에 따라 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)가 온 상태로 전환되는 것을 알 수 있다. B영역을 참조하면, 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)가 온 상태로 전환되는 것은 제1스위치(310)의 제1이동부재(312)와 제1고정부재(311)가 접속되고, 제2스위치(320)의 제2이동부재(322)와 제2고정부재(321)가 접속되는 것을 의미한다.
벨로우즈(302)의 축소에 따라 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)가 오프된 상태로 전환되는 것을 알 수 있다. B영역을 참조하면, 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)가 오프 상태로 전환되는 것은 제1스위치(310)의 제1이동부재(312)와 제1고정부재(311)가 접속 해제되고, 제2스위치(320)의 제2이동부재(322)와 제2고정부재(321)가 접속 해제되는 것을 의미한다.
한편, 제1고정단자(311) 및 제2고정단자(321)는 각각 제1지지대(305)와 제2지지대(307)에 1차 고정되며, 제1고정단자(311) 및 제2고정단자(321)의 회전 이동을 막을 수 있도록 제1고정부재(330)와 제2고정부재(340)에 2차 고정된다. 또한, 제1고정부재(330)와 제2고정부재(340)는 내부에 마련되는 가이드 부재(335,345)를 고정할 수 있다. 가이드 부재(335,345)는 가이드 슬롯(336,346)을 구비하며, 체결부재(347)가 끼어질 수 있는 체결공(348)을 복수 개 구비한다.
그리고, 제1이동단자(312)와 제2이동단자(322)는 일측에 가이드 돌기(313,314)가 마련되며, 가이드 부재(335,345)에 마련되는 가이드 슬롯(336,346)을 따라 가이드 돌기(313,314)의 이동이 안내된다.
벨로우즈(302)는 가스 공급관(303)을 통해 가스를 공급받을 수 있다. 가스 공급관(303)은 가스탱크(500)에 연결되어 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급관(303) 내부에는 가스 밸브(361)가 설치될 수 있다. 가스 밸브(361)의 온/오프에 따라가스 탱크(500)에 저장된 가스가 가스 공급관(303)을 통해 벨로우즈(302)에 공급 또는 공급 차단될 수 있다.
벨로우즈(302)는 가스 배출관(304)을 통해 내부에 있는 가스를 배출할 수 있다. 가스 배출관(304)에는 가스 밸브(362)가 설치될 수 있다. 가스 밸브(362)의 작동에 따라 벨로우즈(302)에 공급된 가스를 배출 또는 배출 차단시킬 수 있다. 한편, 가스 밸브(361,362)는 미도시된 엑츄에이터에 의해 구동되어 온 또는 오프가 조정된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 의한 초전도 자석 장치에 마련되는 스위치의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 제1고정단자(311)와 제2고정단자(321)는 고정된채로 외부 전원(350)에 연결되고, 제1이동단자(312)와 제2이동단자(322)는 초전도 자석(100)에 연결된다. 제1이동단자(312)와 제2이동단자(322) 사이에 마련되는 벨로우즈(302)가 확장되면, 제1이동단자(312)와 제1고정단자(311)가 연결되고, 제2이동단자(322)와 제2고정단자(321)가 연결된다. 이 경우 외부 전원(350)과 초전도 자석(100) 사이에는 전류가 이동될 수 있는 전류로가 형성되므로, 외부 전원(350)으로부터 출력되는 전류가 초전도 자석(100)에 공급될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제1이동단자(312)와 제2이동단자(322) 사이에 마련되는 벨로우즈(302)가 축소되면, 제1이동단자(312)와 제1고정단자(311)가 연결 해제되고, 제2이동단자(322)와 제2고정단자(321)가 연결 해제된다. 이 경우 외부 전원(350)과 초전도 자석(100) 사이에는 전류가 이동될 수 있는 전류로가 차단되므로, 외부 전원(350)으로부터 전류가 출력되지 않는다.
한편, 상술한 실시예에서는 제1고정단자(311)와 제2고정단자(321)에 외부 전원(350)이 연결되고, 제1이동단자(312)와 제2이동단자(322)가 초전도 자석(100)에 연결되는 것으로 설명하였으나, 제1고정단자(311)와 제2고정단자(321)에 초전도 자석(100)이 연결되고, 제1이동단자(312)와 제2이동단자(322)가 초전도 자석(100)에 외부 전원(350)이 연결되는 것도 본 발명의 실시예에 포함됨은 물론이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 초전도 자석 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 실시예와 비교 시, 벨로우즈(302)에 가스를 공급하는 구성이 다르다. 도 2에 도시된 도면에서는 가스 공급관(303)과 가스 배출관(304)이 마련되며, 가스 공급관(303) 및 가스배출관(304)에는 전자밸브(미도시)가 마련된다. 이에 따라, 가스 공급관(303) 및 가스배출관(304)에 구비되는 전자밸브의 온/오프에 따라 가스 탱크(500)로부터 가스를 공급받거나, 벨로우즈(302)의 가스를 배출하는 제어를 수행할 수 있다.
그러나, 도 4에서 스위치(300)는 가스 탱크(500)와, 가스 탱크(500)의 가스를 벨로우즈(302)에 공급하거나, 벨로우즈(302)의 가스를 가스 탱크(500)로 배출시키는 가스 이동관(510)과, 가스 탱크(500)를 가열시켜 내부 가스의 운동에너지를 증가시키는 히터(520)와, 히터(520)의 온/오프를 제어하는 제어부(600)와, 가스 탱크(500)와 연결되어 가스 탱크(500)의 열을 방열시키는 히트 싱크(700)와, 가스 탱크(500)와 히트 싱크(700)를 연결하여 열을 이동시키는 열전달부재(800)를 구비할 수 있다.
제어부(600)는 히터의 온/오프를 제어할 수 있다. 제어부(600)는 벨로우즈(302)를 확장시켜 스위치(300)를 온시켜야 하는 경우, 히터(520)를 온시킨다. 히터(520)가 온되면 가스 탱크(500)에는 열이 전달되며, 가스 탱크(500)에 전달된 열에 의해 가스의 운동에너지가 증가하고, 가스의 운동에너지가 증가하면 가스 탱크(500) 내부에 저장된 가스는 벨로우즈(302)로 이동하며, 벨로우즈(302)는 가스가 공급되면 도 2에서 설명한 원리에 의해 스위치(300)가 온된다.
제어부(600)는 벨로우즈(302)를 축소시켜 스위치(300)를 오프시켜야 하는 경우, 히터(520)를 오프시킨다. 히터(520)가 오프되면 가스 탱크(500)의 열은 열전달부재(800)를 통해 히트 싱크(700)에 전달되어 방열된다. 방열에 의해 가스 탱크(500)의 온도가 내려가면 내부의 가스압력이 내려가고, 가스 탱크(500) 내부의 가스 압력이 내려가면 벨로우즈(302)에 저장된 가스가 가스 탱크(500)로 이동하게 된다. 이 경우, 벨로우즈(302)는 축소되며, 도 2에서 설명한 원리에 의해 스위치(300)가 오프된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 초전도 자석 장치에 구비되는 스위치를 도시한 도면이다.
스위치(300)는 온도의 변화에 따라 온 또는 오프가 조정되는 형상기억합금 방식의 스위치(300)일 수 있다. 형상기억합금 방식의 스위치(300)는 외부 전원(350)과 연결되는 2개의 제1접속단자(901a,901b)와, 초전도 자석(100)과 연결되는 2개의 제2접속단자(902a,902b)와, 제1접속단자(901a,901b) 또는 제2접속단자(902a,902b)에 결합되며 일정한 형상을 기억하는 형상기억합금부재(910)와, 형상기억합금부재(910)에 열을 가하는 히터(520)와, 히터(520)의 온/오프를 제어하는 제어부(600)를 포함할 수 있다. 한편, 형상기억합금부재(910)는 낮은 온도에서의 형상과, 높은 온도에서의 형상을 모두 기억할 수 있는 2방향성이다.
제어부(600)는 외부 전원(350)으로부터 초전도 자석(100)으로 전류를 인가해야 하는 경우 히터(520)를 작동시켜 형상기억합금부재(910)에 열을 가한다. 형상기억합금부재(910)는 온도가 올라가 특정 온도에 도달하면 확장되고, 온도가 낮아져 특정 온도에 도달하면 수축되는 형상을 기억한다. 이에 따라, 히터(520)에서 가해지는 열에 의해 형상기억합금부재(910)는 확장되어 제1접속단자(901a,901b)와 제2접속단자(902a,902b)를 접속시킨다. 2개의 제1접속단자(901a,901b)와 제2접속단자(902a,902b)가 접속되면 외부 전원(350)과 초전도 자석(100) 간에 폐회로가 구성되므로 전류가 흐를 수 있게 된다.
제어부(600)는 외부 전원(350)으로부터 초전도 자석(100)으로 인가되는 전류를 차단해야 하는 경우, 히터(520)의 작동을 정지시켜 형상기억합금부재(910)에 열을 가하지 않는다. 이에 따라, 히터(520)에서 가해지는 열이 차단되고, 형상기억합금부재(910)의 온도는 특정 온도(예를 들면, 실온)로 내려가므로 형상기억합금부재(910)는 축소되어 제1접속단자(901a,901b)와 제2접속단자(902a,902b)는 접속 해제된다. 제1접속단자(901a,901b)와 제2접속단자(902a,902b)가 접속되면 외부 전원(350)과 초전도 자석(100) 간에 폐회로가 구성되지 않으므로 전류 공급이 중단된다.
한편, 도 5a 및 도 5b에서는 제2접속단자(902a,902b)에 형상기억합금부재(910)를 결합하여 설명하였지만, 제1접속단자(901a,901b)에 형상기억합금부재(910)를 결합하는 것도 본 발명의 실시예에 포함됨은 물론이다.

Claims (16)

  1. 외부 전원으로부터 전류를 인가받아 자기장을 발생하는 초전도 코일; 및
    상기 외부 전원과 상기 초전도 코일을 선택적으로 접속시키는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 벨로우즈, 상기 외부 전원 및 상기 초전도 코일 중 하나와 전기적으로 접속되는 제1고정단자 및 제2고정 단자; 상기 외부 전원 및 상기 초전도 코일 중 다른 하나와 전기적으로 접속되고 상기 벨로우즈의 확장과 축소에 따라 이동하는 제1이동단자 및 제2이동단자를 포함하는 초전도 자석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는 벨로우즈의 확장 또는 축소에 의해 온 또는 오프가 조정되는 벨로우즈 타입의 스위치를 포함하는 초전도 자석 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 벨로우즈 타입의 스위치는 내부 압력에 따라 확장 또는 수축하는 벨로우즈와, 상기 벨로우즈의 확장 또는 수축에 따라 스위칭되는 적어도 하나의 스위치와, 상기 벨로우즈에 가스를 공급하는 가스 탱크와, 상기 가스탱크로부터 상기 벨로우즈로 가스가 공급되는 통로인 가스 공급관과, 상기 벨로우즈로부터 대기로 가스가 배출되는 통로인 가스배출관을 포함하는 초전도 자석 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1고정단자 및 상기 제2고정단자는 상기 외부 전원과 전기적으로 접속되고, 상기 제1이동단자 및 상기 제2이동단자는 상기 초전도 코일과 전기적으로 접속되는 초전도 자석 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 벨로우즈가 확장되면 상기 제1고정단자 및 상기 제1이동단자가 전기적으로 접속되고, 상기 제2고정단자 및 상기 제2이동단자가 전기적으로 접속되는 초전도 자석 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 벨로우즈가 축소되면 상기 제1고정단자 및 상기 제1이동단자가 접속해제되고, 상기 제2고정단자 및 상기 제2이동단자가 접속해제되는 초전도 자석 장치
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 벨로우즈 타입의 스위치는 내부 압력에 따라 확장 또는 수축하는 벨로우즈와, 상기 벨로우즈의 확장/수축에 따라 스위칭되는 적어도 하나의 스위치와, 상기 벨로우즈의 내부에 가스를 공급하거나 상기 벨로우즈 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 이동관과, 상기 벨로우즈에 가스를 공급하거나 상기 벨로우즈로부터 배출되는 가스를 저장하는 가스탱크와, 상기 가스탱크를 가열하는 히터와, 상기 벨로우즈에 연결되어 방열 기능을 수행하는 히트 싱크를 포함하는 초전도 자석 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 탱크에 저장된 가스를 상기 벨로우즈로 공급하기 위해 상기 히터를 온시켜 상기 가스탱크 내부의 가스의 온도를 증가시키며,
    상기 벨로우즈 내부의 가스를 상기 가스 탱크에 배출하기 위해 상기 히터를 오프시켜 상기 가스탱크 내부의 가스의 온도를 감소시키는 초전도 자석 장치.
  9. 외부 전원으로부터 전류를 인가받아 자기장을 발생하는 초전도 코일; 및
    상기 외부 전원과 상기 초전도 코일을 선택적으로 접속시키는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 온도의 변화에 따라 온 또는 오프가 조정되는 형상기억합금 방식의 스위치를 포함하고,
    상기 형상기억합금 방식의 스위치는 상기 외부 전원과 연결되는 두 개의 제1접속단자; 상기 초전도 코일과 연결되는 두 개의 제2접속단자; 및 상기 두 개의 제1접속단자에 결합되거나 또는 상기 두 개의 제2접속단자에 결합되는 형상기억합금부재를 포함하는 초전도 자석 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 형상기억합금 방식의 스위치는 상기 형상기억합금부재에 열을 가하는 히터를 더 포함하는 초전도 자석 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 형상기억합금부재는 2가지 온도에서 형상을 모두 기억할 수 있는 2방향성 형상기억합금부재인 초전도 자석 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터에 의해 상기 형상기억합금부재에 열이 가해지면, 상기 형상기억합금부재의 온도가 특정 온도에 도달하여 상기 형상기억합금부재가 확장되는 형태이고, 상기 형상기억합금부재가 확장된 형태이면 상기 제1접속단자와 상기 제2접속단자가 연결되는 초전도 자석 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터에 의해 상기 형상기억합금부재에 열이 가해지지 않는 상태이면, 상기 형상기억합금부재의 온도가 실온으로 낮아지거나 실온을 유지하므로 상기 형상기억합금부재가 축소된 형태이고, 상기 형상기억합금부재가 축소된 형태이면 상기 제1접속단자와 상기 제2접속단자가 연결 해제되거나 연결 해제된 상태를 유지하는 초전도 자석 장치.
  14. 외부 전원으로부터 전류를 공급받아 자기장을 생성하는 초전도 코일을 구비하는 초전도 자석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 초전도 자석장치는 상기 외부 전원과 상기 초전도 코일을 선택적으로 접속하고, 벨로우즈, 상기 외부 전원 및 상기 초전도 코일 중 하나와 전기적으로 접속되는 제1고정단자 및 제2고정 단자; 상기 외부 전원 및 상기 초전도 코일 중 다른 하나와 전기적으로 접속되고 벨로우즈의 확장과 축소에 따라 이동하는 제1이동단자 및 제2이동단자를 포함하는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치를 온시켜 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석 장치로 전류를 공급하고,
    상기 스위치를 오프시켜 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석 장치로 공급되는 전류를 차단하는 초전도 자석 장치의 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위치는 벨로우즈 타입의 스위치를 포함하고, 상기 벨로우즈 타입의 스위치는 벨로우즈의 확장 또는 축소에 의해 온 또는 오프가 조정되는 초전도 자석 장치의 제어방법.
  16. 외부 전원으로부터 전류를 공급받아 자기장을 생성하는 초전도 코일을 구비하는 초전도 자석장치의 제어방법에 있어서,
    상기 초전도 자석장치는 상기 외부 전원과 상기 초전도 코일을 선택적으로 접속하고, 상기 외부 전원과 연결되는 두 개의 제1접속단자; 상기 초전도 코일과 연결되는 두 개의 제2접속단자; 및 상기 두 개의 제1접속단자에 결합되거나 또는 상기 두 개의 제2접속단자에 결합되는 형상기억합금 부재를 포함하여 온도의 변화에 따라 온 또는 오프가 조정되는 형상기억합금 방식의 스위치를 포함하고,
    상기 스위치를 온시켜 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석장치로 전류를 공급하고;
    상기 스위치를 오프시켜 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석 장치로 공급되는 전류를 차단하는 초전도 자석 장치의 제어방법.
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