KR101474775B1

KR101474775B1 - Bobbin of Electromagnet for Producing Magnetic Field for Growing Silicon Single Crystal and Electromagnet Having the Same

Info

Publication number: KR101474775B1
Application number: KR1020140049064A
Authority: KR
Inventors: 이승제; 박광명; 김형준
Original assignee: 제이에이취엔지니어링주식회사
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-12-22

Abstract

본 발명은 자기력을 효과적으로 분산시키고 자기장을 효율적으로 발생시킬 수 있으며 전도성 선재를 쉽고 균일하게 권취할 수 있어 전자석의 제조가 용이한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 이를 갖는 전자석을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈은, 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 이루어지고 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준 곡면에 균일하게 접촉하도록 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 형성되는 보빈 몸체와, 기준 곡면에 접촉하는 보빈 몸체의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 보빈 몸체의 외주에 감기는 전도성 선재의 길이가 직사각형 띠의 길이와 동일해지도록 보빈 몸체의 외주에 전도성 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권취면을 포함하는 점에 특징이 있다. 이러한 본 발명에 의한 보빈은 권취면 전체에 걸쳐 권취면의 외주 길이가 이에 감기는 전도성 선재의 최단 권취 길이와 같다. 이에 전도성 선재를 권취하는 작업이 매우 쉽고 권취 시간을 크게 단축할 수 있다.Field of the Invention [0001] The present invention relates to a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing a silicon single crystal which can efficiently disperse a magnetic force and efficiently generate a magnetic field and can easily and uniformly wind a conductive wire, will be. The magnetic field generating electromagnet bobbin for growing silicon single crystal according to the present invention has a ring-like band shape in which both ends of a rectangular band are connected and a ring-shaped band is bent so that one side of the ring- The bobbin body is formed in a deformed shape so that the length of the conductive wire wound on the outer periphery of the bobbin body is equal to the length of the rectangular bobbin body so as to maintain the same distance to one side of the bobbin body contacting the reference curved surface. And a winding surface formed so that the conductive wire is adhered and wound around the outer periphery. The outer circumferential length of the bobbin according to the present invention is equal to the shortest winding length of the conductive wire wound around the entire winding surface. Therefore, the work of winding the conductive wire is very easy and the winding time can be greatly shortened.

Description

Field of the Invention The present invention relates to a bobbin for an electromagnet and an electromagnet having the bobbin,

본 발명은 보빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 이를 갖는 전자석에 관한 것이다.The present invention relates to a bobbin, and more particularly, to a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for growing a silicon single crystal and an electromagnet having the bobbin.

보빈에 전도성 선재가 감긴 전자석은 자기장이 필요한 다양한 기술 분야에 적용된다. 자기장이 필요한 기술 분야 중에서 대표적인 분야로 단결정 성장 분야를 예로 들 수 있다. 단결정 성장 기술로는 도가니 내에 수용된 실리콘 등의 단결정재료 용융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 CZ(CZochralski)법이 널리 이용되고 있다.Electromagnets in which conductive wires are wound on the bobbin are applied to various technical fields requiring a magnetic field. Among the technical fields requiring a magnetic field, a representative example is the single crystal growth field. As a single crystal growth technique, a CZ (Czochralski) method for growing a single crystal ingot from a melt of a single crystal material such as silicon contained in a crucible is widely used.

CZ법에서는 도가니 측면에 설치된 히터를 이용하여 단결정재료 용융액을 가열하기 때문에 단결정재료 용융액 내에는 자연대류가 발생한다. 또한 베이컨시(vacancy) 또는 인터스티셜(self-interstitial)에 기인하는 결함이 없는 고품질의 실리콘 단결정을 얻기 위하여 단결정 또는 도가니의 회전 속도를 조정하므로, 단결정재료 용융액 내에는 회전 속도 조절에 의한 강제 대류도 발생하게 된다. 이러한 단결정재료 용융액의 자연대류와 강제대류는 자기장을 이용하여 제어할 수 있다고 알려져 있다.In the CZ method, natural convection occurs in the single crystal material melt because the single crystal material melt is heated using a heater provided on the side of the crucible. In addition, since the rotation speed of a single crystal or a crucible is adjusted to obtain a defect-free high-quality silicon single crystal due to vacancy or self-interstitial, a single-crystal material melt contains a forced convection . It is known that natural convection and forced convection of a melt of a single crystal material can be controlled by using a magnetic field.

단결정재료 용융액에 수평 자기장을 인가하면서 단결정을 성장시키는 방법은 MCZ(Magnetic CZ)법으로 알려져 있다. MCZ법은 도가니 내에 수용되어 있는 용융 상태의 단결정재료에 자기장을 가하여 용융액에 발생하는 열대류를 억제함으로써 대구경의 고품질 단결정체를 만들 수 있다.A method of growing a single crystal while applying a horizontal magnetic field to a melt of a single crystal material is known as a MCZ (Magnetic CZ) method. The MCZ method can produce a high quality single crystal of large diameter by applying a magnetic field to a molten single crystal material contained in a crucible to suppress the generation of a large amount of heat in the melt.

도 1은 종래의 MCZ법에 의한 단결정 성장장치의 일례를 나타낸 것이다.1 shows an example of a single crystal growing apparatus by the conventional MCZ method.

도 1에 나타낸 단결정 성장장치는 상면이 개구된 인상로(10) 내에 도가니(11)가 내장된 구성으로 이루어진다. 인상로(10)의 내측에는 도가니(11) 내의 단결정재료(14)를 가열 용융하기 위한 히터(12)가 도가니(11)의 주위에 설치되고, 인상로(10)의 외측에는 전도성 선재가 감긴 전자석(13)이 도가니(11)를 사이에 두고 마주하도록 배치된다.The single crystal growth apparatus shown in Fig. 1 has a structure in which a crucible 11 is embedded in a pull-up furnace 10 having an opened upper face. A heater 12 for heating and melting the single crystal material 14 in the crucible 11 is provided around the crucible 11 on the inside of the pulling furnace 10 and a conductive wire is wound on the outside of the pulling furnace 10 And the electromagnet 13 is arranged to face the crucible 11 therebetween.

단결정체의 제조 시, 도가니(11) 내에 단결정재료(14)를 넣고 히터(12)로 가열하여 단결정재료(14)를 용융시킨다. 단결정재료 용융액 중에 종결정(seed crystal)을 도가니(11)의 중앙부 위쪽으로부터 하강 삽입하고, 인상기(미도시)로 종결정을 일정한 속도로 인상한다. 이때, 고체와 액체의 경계층에 결정이 성장하여 단결정체(15)가 성장하게 된다. 이렇게 단결정체(15)가 성장하는 동안 히터(12)의 가열에 의해 열대류가 발생하면, 인상되는 용융액이 흐트러져 단결정체의 제조 수율이 저하되는데, 이러한 문제는 전자석(13)을 이용하여 해결할 수 있다.In manufacturing the single crystal, the single crystal material 14 is placed in the crucible 11 and heated by the heater 12 to melt the single crystal material 14. A seed crystal is lowered and inserted into the single crystal material melt from above the central portion of the crucible 11, and the seed crystal is pulled up at a constant speed by a pulling machine (not shown). At this time, crystals grow in the boundary layer between the solid and the liquid, and the monocrystals 15 grow. When the heat is generated by the heating of the heater 12 during the growth of the monocrystals 15, the molten liquid which is pulled up is disturbed and the production yield of the monocrystal is lowered. Such a problem can be solved by using the electromagnet 13 have.

즉, 용융된 단결정재료(14)는 전자석(13)의 통전에 의해 발생하는 자력선(16)에 의해 유동이 억제되어 도가니(11) 내에서 대류하지 않고, 종결정의 인상에 따라 천천히 위쪽을 향하여 인상됨으로써 고상의 단결정체(15)로 만들어진다.That is, the molten monocrystalline material 14 is prevented from flowing by the magnetic force line 16 generated by the electromagnet 13 by energization and is not convected in the crucible 11, Thereby forming a solid-phase single crystal body 15.

그런데 종래의 자기장 발생 전자석(13)은 도넛 형상의 솔레노이드형으로 이루어진 것으로, 솔레노이드형 전자석은 자기장의 발생 효율이 낮다. 따라서 필요한 자기력을 얻기 위해서는 솔레노이드형 전자석의 크기를 키워야 하며, 이 경우 전자석이 내장되는 용기의 크기가 커지는 문제가 뒤따른다.However, the conventional magnetic field generating electromagnet 13 is of a donut-shaped solenoid type, and the solenoid type electromagnet has a low magnetic field generating efficiency. Therefore, in order to obtain the required magnetic force, it is necessary to increase the size of the solenoid-type electromagnet. In this case, the size of the container in which the electromagnet is embedded is increased.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 등록실용신안공보 제0327810호(2003. 09. 22.)에는 굽은 형태의 원형 또는 새들형(Saddle) 초전도 코일을 갖는 초전도 자석장치가 개시된 바 있다. 도 2 (a)에 나타낸 것과 같이, 상기 공보에 개시되어 있는 초전도 코일(E)은 원통형 저장공간의 둘레에 배치된다.To solve this problem, a superconducting magnet device having a curved circular or saddle superconducting coil has been disclosed in Registration Utility Model No. 0327810 (Sep. 22, 2003). As shown in Fig. 2 (a), the superconducting coil E disclosed in the above publication is disposed around the cylindrical storage space.

도시된 것과 같은 굽은 형태의 원형 또는 타원형 초전도 코일(E)을 형성하기 위해서는 초전도 선재를 지지하기 위한 보빈을 굽은 형태의 원형 또는 새들형으로 만들고, 그 외주면에 초전도 선재를 감아야 한다. 이러한 보빈은 원통을 굽은 형상으로 깎은 모양을 가지며, 이를 그 일측을 절개하여 평면 상에 전개하여 펼쳐 놓을 경우 초전도 선재가 감기는 외주면(30)이 도 2의 (b)에 나타낸 것과 같은 굴곡을 갖는 띠 모양으로 나타난다.In order to form a curved circular or elliptic superconducting coil E as shown in the figure, the bobbin for supporting the superconducting wire must be a circular or saddle-shaped bobbin, and the superconducting wire must be wound around the outer circumferential surface thereof. When the bobbin has a shape in which the cylinder is cut into a bent shape and the one side thereof is cut out and spread on a flat surface, the outer circumferential surface 30 on which the superconducting wire is wound has a curvature as shown in FIG. 2 (b) It appears as a band.

따라서 이러한 보빈에 선재를 권선할 경우, 선재(40)를 보빈의 외주면(30) 굴곡에 맞춰 굴곡시키면서 감아야 한다. 그런데 보빈에 감기는 선재(40)는 그 장력으로 인해 항상 최단거리로 감기려 하므로, 선재(40)의 권취 시 선재(40)의 장력을 조절 할 수 없으며, 선재(40)를 보빈의 외주면(30) 굴곡에 맞춰 1회 권취한 후 접착제를 이용하여 선재(40)를 감긴 모양대로 고정한 후, 다음 턴(turn)의 권취 작업을 수행하게 된다. 따라서 이러한 종래의 보빈은 이에 전도성 선재를 감는 작업이 매우 어렵고 작업 시간이 길어질 수밖에 없으며, 권취 작업의 자동화가 어렵다.Therefore, when the wire rod is wound on the bobbin, the wire rod 40 should be bent while bending it in accordance with the bending of the outer peripheral surface 30 of the bobbin. However, since the wire rod 40 wound on the bobbin is always wound at the shortest distance due to the tension thereof, the tension of the wire rod 40 can not be adjusted during winding of the wire rod 40, 30). After winding the wire 40 once in accordance with the bending, the wire 40 is fixed in a wound shape using an adhesive, and then the next turn operation is performed. Therefore, in such a conventional bobbin, it is very difficult to wind the conductive wire thereon and the operation time is long, and it is difficult to automate the winding work.

본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 자기력을 효과적으로 분산시키고 자기장을 효율적으로 발생시킬 수 있으며 전도성 선재를 쉽고 균일하게 권취할 수 있어 전자석의 제조가 용이한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 이를 갖는 전자석을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been devised in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of effectively dispersing magnetic force, efficiently generating a magnetic field, and easily and uniformly winding a conductive wire, And an electromagnet having the bobbin.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈은, 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 이루어지고, 상기 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준 곡면에 균일하게 접촉하도록 상기 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 형성되는 보빈 몸체; 및 상기 기준 곡면에 접촉하는 상기 보빈 몸체의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 상기 보빈 몸체의 외주에 감기는 전도성 선재의 길이가 상기 직사각형 띠의 길이와 동일해지도록 상기 보빈 몸체의 외주에 상기 전도성 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권취면;을 포함하는 점에 특징이 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing silicon single crystal, comprising a ring-shaped band shape having both ends of a rectangular band connected to each other, The bobbin body being formed in a shape in which the ring-shaped band is bent and deformed so as to be in contact with the bobbin body; And a plurality of bobbin bodies each having a conductive surface on the outer circumference of the bobbin body so that the length of the conductive wire wound around the outer circumference of the bobbin body to be equal to one side of the bobbin body contacting the reference curved surface is equal to the length of the rectangular band, And a winding surface formed so that the wire rod can be closely wound and wound.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석은, 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 이루어지고, 상기 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준 곡면에 균일하게 접촉하도록 상기 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 형성되는 보빈 몸체; 상기 기준 곡면에 접촉하는 상기 보빈 몸체의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 상기 보빈 몸체의 외주에 감기는 선재의 길이가 상기 직사각형 띠의 길이와 동일해지도록 상기 보빈 몸체의 외주에 상기 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권취면; 및 상기 보빈 몸체의 권취면을 따라 상기 기준 곡면에 접촉하는 상기 보빈 몸체의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 상기 보빈 몸체의 권취면에 권취되는 전도성 선재;를 포함하는 점에 특징이 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetic field generating electromagnet for growing a silicon single crystal, comprising: a ring-shaped band shape having both ends of a rectangular band connected to each other; A bobbin body having the ring-shaped band formed in a bent shape; The wire rod is brought into close contact with the outer periphery of the bobbin body so that the length of the wire wound around the outer periphery of the bobbin body is the same as the length of the rectangular band so as to be equally spaced from one side of the bobbin body contacting the reference curved surface A winding surface formed so as to be able to be wound; And a conductive wire wound on a winding surface of the bobbin body so as to maintain the same interval with respect to one side of the bobbin body contacting the reference curved surface along the winding surface of the bobbin body.

본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석은 보빈에 전도성 선재가 동일한 최단거리로 감기는 형상이면서 전도성 선재가 감기는 권취면의 외주 길이가 권취면 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상으로 이루어지고, 전도성 선재가 보빈의 권취면 전체에 걸쳐 동일한 1회 권취 길이로 매우 균일하게 감겨 형성된다. 따라서 자기장을 효율적으로 발생시키고 자기력을 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 단결정 성장장치에 적용되어 원통 용기 내에서 용융된 단결정재료를 안정적이고 균일한 자기장으로 유동 억제시킴으로써 고품질의 단결정체를 제조하는데 기여할 수 있다.The magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal according to the present invention is characterized in that the conductive wire is wound in the shortest distance on the bobbin while the outer circumferential length of the winding surface on which the conductive wire is wound has a constant perimeter geometry And the conductive wire is wound around the entire winding surface of the bobbin with the same winding length very uniformly wound. Accordingly, it is possible to efficiently generate a magnetic field and effectively disperse a magnetic force, and can be applied to a single crystal growth apparatus to inhibit flow of a molten single crystal material in a cylindrical container to a stable and uniform magnetic field, thereby contributing to manufacturing a high quality single crystal.

또한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석은 전도성 선재가 권취되는 보빈의 권취면이 일정 크기 이상의 같은 (+) 곡률을 가지면서 외주 길이가 전체적으로 동일하므로, 보빈에 전도성 선재를 권취하는 작업이 용이하게 이루어질 수 있어 제조가 쉽다.In addition, the magnetic field generating electromagnets for growing silicon single crystal according to the present invention have the same (+) curvature as the winding surface of the bobbins on which the conductive wires are wound and have the same overall circumferential length, Can be easily carried out, so that the production is easy.

또한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석은 전체적으로 굽은 링 형상으로 이루어지므로, 단결정 성장장치의 저온 용기 등 이를 수용하기 위한 용기의 크기를 키우지 않아도 설치가 가능하다. 따라서 이를 적용하는 단결정 성장장치의 크기를 줄이고 단결정 성장장치의 제조 비용을 절감할 수 있다.Also, since the magnetic field generating electromagnets for growing silicon single crystal according to the present invention are formed in a ring shape as a whole, they can be installed without increasing the size of the container for accommodating the low temperature container of the single crystal growing apparatus. Therefore, it is possible to reduce the size of the single crystal growth apparatus and reduce the manufacturing cost of the single crystal growth apparatus.

또한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈은 권취면 전체에 걸쳐 권취면의 외주 길이가 이에 감기는 전도성 선재의 최단 권취 길이와 같다. 따라서 이에 전도성 선재를 권취하는 경우 전도성 선재에 장력을 가하더라도 전도성 선재가 권취면 상에서 움직이지 않으며, 종래의 보빈과 같이 선재를 1회 권취한 후 접착제 등으로 선재를 고정할 필요가 없다. 그리고 일반적인 솔레노이드 권선 방법과 같은 방법으로 권취면에 전도성 선재를 감을 수 있어 전도성 선재의 권취 작업이 매우 쉬우며, 권취 작업 시간을 크게 단축할 수 있으며, 권취 작업의 자동화가 용이하다.Further, the bobbin for a magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal according to the present invention has the outer circumferential length of the winding surface over the entire winding surface equal to the shortest winding length of the conductive wire wound thereon. Therefore, when the conductive wire material is wound on the conductive wire material, the conductive wire material does not move on the winding surface even if a tension is applied to the conductive wire material, and there is no need to fix the wire material with an adhesive or the like after winding the wire material once. Since the conductive wire can be wound around the winding surface in the same manner as the general solenoid winding method, the conductive wire can be easily wound, the winding time can be greatly shortened, and the winding work can be easily automated.

또한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈은 전도성 선재의 권취 시, 전도성 선재에 가해지는 부분적 스트레스(stress)를 줄이면서 전도성 선재의 권취 턴(turn) 간에 전도성 선재의 슬립(slip)이 발생하지 않는다. 그리고 전도성 선재에 가해지는 벤딩 포스(bending force)가 전도성 선재 전체에 걸쳐 동일하므로 전도성 선재 내부의 응력 불균형이 발생하지 않으며, 이에 의해 전도성 선재의 특성 저하를 방지할 수 있고, 전도성 선재가 권취 중이나 사용 중에 끊어지는 위험이 적어 내구성이 강한 전자석을 구현할 수 있다.The magnetic field generating electromagnet bobbin for growing the silicon single crystal according to the present invention can reduce the partial stress applied to the conductive wire during the winding of the conductive wire while reducing the slip of the conductive wire between the winding turns of the conductive wire. ) Does not occur. Since the bending force applied to the conductive wire is the same throughout the conductive wire, the stress unbalance in the conductive wire does not occur, thereby preventing deterioration of the characteristics of the conductive wire, The durability of the electromagnet can be reduced.

도 1은 종래의 MCZ법에 의한 단결정 성장장치의 일례를 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 종래의 초전도 자석장치의 초전도 코일을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 나타낸 초전도 코일을 구현하기 위한 보빈을 평면 상에 전개하여 펼쳐 놓은 모습을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석이 적용된 장치의 일예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 절단하여 나타낸 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈이 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 보빈 몸체 및 그 일측에 결합된 플랜지부가 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 전도성 선재를 감는 방법을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈을 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 구비되는 보빈 몸체를 나타낸 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 구비되는 보빈 몸체의 외주 길이가 권취면 전체에 걸쳐 동일함을 설명하기 위한 것이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 보빈 몸체를 나타낸 평면도이고, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)에 나타낸 보빈의 보빈 몸체를 평면 상에 전개하여 펼쳐 놓은 모습을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈이 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 것이다.1 shows an example of a single crystal growing apparatus by the conventional MCZ method.
Fig. 2 (a) shows a superconducting coil of a conventional superconducting magnet apparatus, Fig. 2 (b) shows a bobbin for implementing a superconducting coil shown in Fig. 2 Lt; / RTI >
3 is a plan view showing an example of an apparatus to which a magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal is applied according to an embodiment of the present invention.
4 is a side cross-sectional view showing a magnetic field generating electromagnet for cutting silicon single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view showing a state in which a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing silicon single crystal according to an embodiment of the present invention is disposed on the outer surface of a cylindrical vessel of the apparatus shown in FIG.
FIG. 6 illustrates a bobbin body of a bobbin for generating a magnetic field for growing silicon single crystal according to an embodiment of the present invention, and a flange coupled to one side of the bobbin body are disposed on an outer surface of a cylindrical vessel of the apparatus shown in FIG.
7 illustrates a method of winding a conductive wire on a bobbin for generating a magnetic field for the growth of silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
8 is a plan view showing a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
9 is a front view showing a bobbin body provided in a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining that the outer circumferential length of the bobbin body provided in the magnetic field generating electromagnet bobbin for growing silicon single crystal according to the embodiment of the present invention is the same throughout the entire winding surface.
11 (a) is a plan view showing a bobbin body of a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 (b) The bobbin body is unfolded on a flat surface.
12 shows a state in which a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing a silicon single crystal according to another embodiment of the present invention is disposed on the outer surface of a cylindrical vessel of the apparatus shown in FIG.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 이를 갖는 전자석에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing silicon single crystal according to the present invention and an electromagnet having the electromagnet will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석이 적용된 장치의 일예를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 절단하여 나타낸 측단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈이 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 사시도이다. FIG. 3 is a plan view showing an example of an apparatus to which a magnetic field generating electromagnet for growing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a magnetic field generating electromagnet for growing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention is disposed on the outer surface of a cylindrical vessel of the apparatus shown in FIG. 3. FIG.

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)은 전도성 선재(110)와, 전도성 선재(110)가 감겨 전도성 선재(110)를 일정하게 감긴 상태로 지지하는 보빈(120)과, 전도성 선재(110)가 보빈(120)에 다단으로 감겨 보빈(120) 상에 차례로 적층되는 복수로 레이어(115) 사이사이에 개재되는 절연 판재(130)를 포함한다. 이러한 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)은 도 3에 나타낸 것과 같이, 단결정 성장장치에 적용되어 저온 용기(50) 내부에 복수가 쌍을 이루도록 배치됨으로써 원통 용기(60) 내부에 수평 자기장을 형성한다. 도면에는 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100) 네 개가 두 개의 쌍을 이루도록 원통 용기(60)의 외면에 접촉하여 설치된 것으로 나타냈으나, 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)은 두 개 이상이 쌍을 이루도록 원통 용기(60)의 외측에 접촉 또는 비접촉식으로 설치될 수 있다.3 to 5, a magnetic field generating electromagnet 100 for growing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention includes a conductive wire 110, a conductive wire 110 wound around the conductive wire 110, And a plurality of layers 115 which are sequentially stacked on the bobbin 120 and are wound on the bobbin 120 in a multi-stage winding manner, the conductive wires 110 being wound on the bobbin 120 in a predetermined winding state, (130). As shown in FIG. 3, the magnetic field generating electromagnet 100 for growing silicon single crystal according to the present embodiment is applied to a single crystal growing apparatus and arranged in a plurality of pairs in a low temperature vessel 50, And forms a horizontal magnetic field therein. In the drawing, four magnetic field generating electromagnets 100 for growing silicon single crystal according to the present embodiment are shown in contact with the outer surface of the cylindrical container 60 so as to form two pairs, but the magnetic field generating electromagnets 100 may be installed on the outside of the cylindrical container 60 so as to form two or more pairs in contact or noncontact manner.

도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 전도성 선재(110)는 보빈(120)의 외주면에 감겨 일정한 형태를 유지하도록 보빈(120)에 지지됨으로써 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)을 형성한다. 전도성 선재(110)는 보빈(120)에 다단으로 감김으로써 보빈(120) 상에는 전도성 선재(110)로 이루어지는 복수의 레이어(115)가 복층으로 형성된다. 전도성 선재(110)는 전류가 흐를 수 있는 다양한 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 전도성 선재(110)로 초전도 선재를 사용하는 경우 초전도 전자석을 형성할 수 있다.3 and 4, the conductive wire rod 110 is supported on the bobbin 120 so as to be wound on the outer circumferential surface of the bobbin 120 to maintain a constant shape, thereby forming a magnetic field generating electromagnet 100 for growing silicon single crystal do. The conductive wires 110 are wound in multiple stages on the bobbin 120 so that a plurality of layers 115 of the conductive wires 110 are formed on the bobbin 120 in multiple layers. The conductive wire 110 may be made of various conductive materials through which an electric current can flow. When a superconducting wire is used as the conductive wire 110, a superconducting electromagnet can be formed.

보빈(120) 상에 다단으로 적층되는 복수의 레이어(115) 사이사이에는 절연 판재(130)가 개재된다. 절연 판재(130)는 상하로 이웃하는 레이어들(115)을 절연시킨다. 이러한 절연 판재(130)로는 비금속 소재인 프리프레그(prepreg)로 이루어진다. 이러한 결합재(matrix)를 강화 섬유(reinforced fiber)에 미리 함침시킨 시트(sheet) 형태의 프리프레그는 얇지만 강하여 전도성 선재(110)로 이루어지는 레이어(115) 사이사이에 얇게 개재되어 레이어들(115) 사이를 안정적으로 절연시킬 수 있고 극저온 환경에서도 변형되거나 파손되지 않는다. 물론, 절연 판재(130)는 프리프레그 이외에 절연 특성을 갖는 다양한 다른 소재로 이루어질 수 있다. 기존 덕성의 특허에서는(혹은 종래기술에서는) 프리프레그 사용이 매우 불편하며 현실적으로 불가능 하였다. 하지만 권취면이 항상 직사각 형태로 나오는 본 권취 방법으로는 프리프레그 사용이 용이하다.An insulating plate 130 is interposed between the plurality of layers 115 stacked on the bobbin 120 at a plurality of stages. Insulation plate 130 insulates upper and lower neighboring layers 115. The insulating plate 130 is made of a non-metallic prepreg. The prepreg in the form of a sheet in which such a matrix is preliminarily impregnated in a reinforced fiber is thin but strong and thinly interposed between the layers 115 made of the conductive wires 110 to form the layers 115, And it is not deformed or broken even in a cryogenic environment. Of course, the insulating plate 130 may be made of various other materials having insulating properties in addition to the prepregs. In the existing Duksung patent (or in the prior art), the use of the prepreg was very inconvenient and practically impossible. However, in this winding method in which the winding surface always comes out in a rectangular shape, it is easy to use the prepreg.

도 3 내지 도 6에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 의한 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)은 초전도 선재 등 다양한 전도성 선재(110)가 감겨 그 특성을 최대한 발휘할 수 있도록 전도성 선재(110)가 감기는 부분이 일정 크기 이상의 곡률을 갖는 대략적으로 둥근 링 형상으로 이루어진다. 보빈(120)은 전도성 선재(110)가 감기는 보빈 몸체(121)와, 보빈 몸체(121)의 양쪽 끝단에 구비되는 한 쌍의 플랜지부(125)(126)를 포함한다. 플랜지부(125)(126)는 보빈 몸체(121)의 권취면(122)으로부터 돌출되도록 보빈 몸체(121)의 끝단에 구비됨으로써 보빈 몸체(121)에 감긴 전도성 선재(110)가 보빈 몸체(121)에서 벗어나지 못하게 막는다.As shown in FIGS. 3 to 6, the bobbin 120 for generating a magnetic field for growing silicon single crystal according to the present embodiment includes a plurality of conductive wires 110, such as superconducting wires, (110) is formed into a substantially round ring shape having a curvature of at least a predetermined size. The bobbin 120 includes a bobbin body 121 to which the conductive wire 110 is wound and a pair of flanges 125 and 126 provided at both ends of the bobbin body 121. The flange portions 125 and 126 are provided at the ends of the bobbin body 121 so as to protrude from the winding surface 122 of the bobbin body 121 so that the conductive wires 110 wound on the bobbin body 121 are inserted into the bobbin body 121 ).

이러한 보빈(120)은 일정한 압력으로 감기는 전도성 선재(110)가 일정하게 감긴 형상을 유지할 수 있도록 지지하는 강성을 갖는 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 예컨대, 보빈(120)은 유리 섬유 강화플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 유리 섬유 강화플라스틱으로 이루어지는 보빈(120)은 전도성 선재(110)에서 발생하는 자기장에 영향을 주지 않으면서 쉽게 변형되지 않아 이에 감기는 전도성 선재(110)를 감긴 형상을 유지하도록 안정적으로 지지할 수 있다. 또한 유리 섬유 강화플라스틱은 초저온에서 변형되거나 파손되지 않고 그 형상을 그대로 유지할 수 있어, 유리 섬유 강화플라스틱으로 이루어지는 보빈은 이에 초전도 선재가 감겨 초전도 자석을 구현하는데 유리하다. 물론, 본 발명에 의한 보빈(120)은 유리 섬유 강화플라스틱 이외에 금속이 아니며 전도성 선재(110)에서 발생하는 자기장에 영향을 주지 않으면서 저온 환경에서 쉽게 변형되지 않는 다양한 다른 소재로 이루어질 수 있다.The bobbin 120 may be made of various materials having rigidity to support the conductive wire 110 wound at a constant pressure so as to maintain a constant wound shape. For example, the bobbin 120 may be made of glass fiber-reinforced plastic, and the bobbin 120 made of glass fiber reinforced plastic is not easily deformed without affecting the magnetic field generated in the conductive wire 110, It is possible to stably support the wire rod 110 so as to maintain the wound shape. Also, the glass fiber reinforced plastic can maintain its shape without being deformed or broken at an extremely low temperature, and the bobbin made of glass fiber reinforced plastic is advantageous for realizing a superconducting magnet by winding the superconducting wire thereon. Of course, the bobbin 120 according to the present invention may be made of various other materials other than the glass fiber reinforced plastic and not being easily deformed in a low-temperature environment without affecting the magnetic field generated in the conductive wire 110,

도 6 내지 도 9에 도시된 것과 같이, 보빈 몸체(121)는 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로, 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준 곡면(75)에 균일하게 접촉하도록 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 이루어진다. 보빈 몸체(121)에는 기준 곡면(75)에 접촉하는 보빈 몸체(121)의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 보빈 몸체(121)의 외주에 감기는 선재의 길이가 직사각형 띠의 길이와 동일해지도록 보빈 몸체(121)의 외주에 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권취면(122)과, 권취면(122)의 일측 가장자리에 위치하는 링 모양의 링형 내측 단부(123)와, 권취면(122)의 타측 가장자리에 마련되는 링 모양의 링형 외측 단부(124)가 구비된다. 보빈 몸체(121)는 이에 전도성 선재(110)가 최단거리로 감기는 형상이면서 전도성 선재(110)가 감기는 권취면(122)의 외주 길이가 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상으로 이루어진다. 6 to 9, the bobbin body 121 has a ring-shaped band shape in which both ends of a rectangular band are connected to each other. The ring-shaped band is shaped like a ring so that one side of the ring- The band is formed in a bending deformed shape. The length of the wire wound on the outer periphery of the bobbin body 121 is equal to the length of the rectangular band so as to be equally spaced from one side of the bobbin body 121 contacting the reference curved surface 75 A ring-shaped ring-shaped inner side end portion 123 located at one side edge of the winding surface 122, and a ring-shaped ring-shaped inner side edge portion 123 located at one side edge of the winding surface 122, Shaped outer side end portion 124 provided at the other side edge of the ring-shaped outer side end portion 122. [ The bobbin body 121 has a structure in which the conductive wire 110 is wound in the shortest distance and the outer circumferential length of the winding surface 122 on which the conductive wire 110 is wound has a constant perimeter geometry of a curved ring.

즉, 보빈 몸체(121)의 링형 내측 단부(123)는 가상의 원기둥(70) 외주면 상에 위치하는 가상의 기준 곡면(75)의 곡률에 대응하도록 가상의 원기둥(70)의 곡률반경(r)을 갖도록 굽은 형상으로 이루어지고, 링형 외측 단부(124)는 가상의 원기둥(70)의 반경 방향으로 링형 내측 단부(123)와 이격되어 링형 내측 단부(123)의 굽은 방향과 같은 방향으로 굽은 형상으로 이루어진다.That is, the ring-shaped inward end 123 of the bobbin body 121 has a radius of curvature r of the imaginary cylinder 70 so as to correspond to the curvature of the imaginary reference curved surface 75 located on the outer circumferential surface of the imaginary cylinder 70, Like outer end portion 124 is formed in a curved shape in the same direction as the bending direction of the ring-shaped inside end portion 123 by being spaced apart from the ring-shaped inward end portion 123 in the radial direction of the imaginary cylinder 70 .

도 9에 나타낸 것과 같이, 가상의 원기둥(70)의 외주면에 배치된 보빈 몸체(121)를 정면에서 바라본 모양을 평면 상에 나타낼 경우, 링형 내측 단부(123)는 타원 형상으로 나타나고, 링형 외측 단부(124)는 링형 내측 단부(123)와 수직 방향으로 배치되는 타원 형상을 나타낸다. 즉, 링형 내측 단부(123)의 장축(a1)은 가상의 원기둥(70)의 중심축(C; 도 8 참조)과 평행한 방향으로 배치되고 링형 내측 단부(123)의 단축(b1)은 가상의 원기둥(70)의 중심축(C)에 대해 수직 방향으로 배치된다. 그리고 링형 외측 단부(124)의 장축(a2)은 가상의 원기둥(70)의 중심축(C)에 대해 수직 방향으로 배치되고 링형 외측 단부(124)의 단축(b2)은 가상의 원기둥(70)의 중심축(C)과 평행한 방향으로 배치된다. 링형 외측 단부(124)의 장축(a2) 길이는 링형 내측 단부(123)의 장축(a1) 길이와 동일하거나 극히 유사한 값을 가지며, 링형 외측 단부(124)의 단축(b2) 길이는 링형 내측 단부(123)의 단축(b1)의 길이와 동일하거나 극히 유사한 값을 가진다.9, when the front view of the bobbin body 121 disposed on the outer circumferential surface of the imaginary cylinder 70 is shown on a plane, the ring-shaped inner end 123 appears as an elliptical shape, and the ring- Shaped inner side end portion 123 and an elliptical shape disposed in a direction perpendicular to the ring- That is, the major axis a1 of the ring-shaped inside end 123 is arranged in a direction parallel to the center axis C (see Fig. 8) of the imaginary cylindrical column 70 and the minor axis b1 of the ring- (C) of the columnar cylinder (70). The major axis a2 of the annular outer end 124 is arranged perpendicular to the central axis C of the imaginary cylindrical 70 and the minor axis b2 of the annular outer end 124 is located in the imaginary circular cylinder 70, And is disposed in a direction parallel to the center axis C of the first guide plate. The length of the long axis a2 of the ring-shaped outer end portion 124 is equal to or extremely similar to the length of the long axis a1 of the ring-shaped inward end portion 123 and the length of the short axis b2 of the ring- The length of the short axis b1 of the second end 123 is the same or extremely similar to the length of the short axis b1.

링형 내측 단부(123)와 링형 외측 단부(124) 사이의 권취면(122)의 폭은 원주 방향을 따라 전체적으로 일정하며, 이 권취면(122)에 전도성 선재(110)가 균일하게 감기게 된다. 전도성 선재(110)는 권취면(122)의 일측에서 권취면(122)을 따라 기준 곡면(75)에 접촉하는 보빈 몸체(121)의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 감겨 하나의 레이어(115; 도 4 참조)를 형성한다. 그리고 그 레이어(115) 위에 레이어(115)의 일측에서 기준 곡면(75)에 접촉하는 보빈 몸체(121)의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 감겨 또 하나의 레이어(115)를 형성한다. 이렇게 권취면(122) 위에 전도성 선재(110)가 감겨 적층되는 레이어(115)는 다양한 개수로 구비될 수 있다.The width of the winding surface 122 between the ring-shaped inside end portion 123 and the ring-shaped outside end portion 124 is entirely constant along the circumferential direction and the conductive wire member 110 is uniformly wound on the winding surface 122. The conductive wire rod 110 is wound on one side of the winding surface 122 and wound on one side of the bobbin body 121 which contacts the reference curved surface 75 along the winding surface 122 to be equally spaced, (See FIG. 4). On one side of the layer 115 on the layer 115, one side of the bobbin body 121 contacting the reference curved surface 75 is wound to be equally spaced to form another layer 115. The layer 115 on which the conductive wire 110 is wound and stacked on the winding surface 122 may be provided in various numbers.

전도성 선재(110)가 보빈 몸체(121)의 권취면(122)에 감길 때, 전도성 선재(110)의 1회 권취 길이는 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일하다. 즉, 보빈 몸체(121)는 이에 전도성 선재(110)가 권취면(122)을 따라 기준 곡면(75)에 접촉하는 보빈 몸체(121)의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 최단거리로 감기는 형상이면서 전도성 선재(110)가 감기는 권취면(122)의 외주 길이가 링형 내측 단부(123) 또는 링형 외측 단부(124)로부터의 거리에 상관없이 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상을 취하므로, 이에 감기는 전도성 선재(110)의 1회 권취 길이 또한 권취면(122) 전체에 걸쳐 최단거리로 동일하게 나타난다.When the conductive wire rod 110 is wrapped around the winding surface 122 of the bobbin body 121, the length of one winding of the conductive wire 110 is the same throughout the winding surface 122. That is, the bobbin body 121 is wound in the shortest distance so that the conductive wire 110 is spaced equally from one side of the bobbin body 121 contacting the reference curved surface 75 along the winding surface 122 The outer circumferential length of the winding surface 122 on which the conductive wire rod 110 is wound and has the same structure throughout the winding surface 122 regardless of the distance from the ring-shaped inside end 123 or the ring- perimeter geometry, so that the winding length of the conductive wire 110 wound once is also the same with the shortest distance all over the winding surface 122. [

좀 더 구체적으로, 도 10에 도시된 것과 같이, 권취면(122)의 가상의 원기둥(70)의 중심축(C)으로부터 곡률 반경 r만큼 떨어져 있는 링형 내측 단부(123)의 외주 길이와, 권취면(122)의 링형 내측 단부(123)로부터 d1 만큼 떨어져 있는 부분의 외주 길이, 권취면(122)의 링형 내측 단부(123)로부터 d2 만큼 떨어져 있는 부분의 외주 길이, 권취면(122)의 링형 내측 단부(123)로부터 d3 만큼 떨어져 있는 부분의 외주 길이, 권취면(122)의 링형 내측 단부(123)로부터 d4 만큼 떨어져 있는 부분의 외주 길이, 권취면(122)의 링형 내측 단부(123)로부터 d5 만큼 떨어져 있는 부분의 외주 길이는 모두 같다. 따라서 전도성 선재(110)는 보빈 몸체(121)의 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 1회 권취 길이로 감겨 첫 번째 레이어(115; 도 4 참조)를 형성하게 된다. 전도성 선재(110)의 두께는 일정하므로 권취면(122)에 접하여 형성되는 전도성 선재(110)의 첫 번째 레이어(115)의 외주 길이는 플랜지부(125)(126)로부터의 거리에 상관없이 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일하며, 그 위에 감기는 전도성 선재(110) 역시 그 레이어(115) 위에 레이어(115) 전체에 걸쳐 동일한 1회 권취 길이로 감기게 된다.More specifically, as shown in Fig. 10, the outer peripheral length of the ring-shaped inner side end portion 123, which is separated from the central axis C of the virtual cylindrical column 70 of the winding surface 122 by the radius of curvature r, The outer circumferential length of a portion distanced by d1 from the ring-shaped inner end 123 of the surface 122, the outer circumferential length of a portion distanced by d2 from the ring-shaped inner end 123 of the winding surface 122, The outer circumferential length of the portion distanced by d3 from the inner end portion 123, the outer circumferential length of the portion distanced by d4 from the ring-shaped inner end portion 123 of the winding surface 122, The outer circumferential lengths of the portions apart by d5 are all the same. Therefore, the conductive wire 110 is wrapped around the entire winding surface 122 of the bobbin body 121 with the same winding length to form the first layer 115 (see FIG. 4). The outer circumferential length of the first layer 115 of the conductive wire 110 that is formed in contact with the winding surface 122 is constant regardless of the distance from the flange portions 125 and 126, The same is true throughout the face 122 and the conductive wire 110 wrapped thereon is wound with the same wrapping length throughout the layer 115 over that layer 115.

또한 본 발명에 의한 보빈(120)은 그 보빈 몸체(121)가 도 11의 (a)에 나타낸 것과 같이, 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준 곡면(75)에 균일하게 접촉하도록 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상을 취하므로, 이에 전도성 선재(110)가 최단거리로 감길 수 있다. 즉, 도 11의 (b)에 나타낸 것과 같이, 보빈 몸체(121)를 그 일측을 절개하여 평면 상에 전개하여 펼쳐 놓을 경우 전도성 선재(110)가 감기는 권취면(122)이 직선의 띠 모양으로 나타난다. 따라서 권취면(122) 전체에 걸쳐 권취면(122)의 외주 길이가 기준 곡면(75)에 접촉하는 보빈 몸체(121)의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 보빈 몸체(121)의 외주에 감기는 전도성 선재(110)의 최단 권취 길이와 같다. 따라서 권선기 등을 이용하여 전도성 선재(110)를 권취하는 경우 전도성 선재(110)에 장력을 가하더라도 전도성 선재(110)가 권취면(122) 상에서 움직이지 않으며, 종래의 보빈과 같이 선재를 1회 권취한 후 접착제 등으로 선재를 고정할 필요가 없다.11 (a), the bobbin body 121 according to the present invention has a ring-shaped band shape in which both ends of the rectangular band are connected, and one side of the ring- Shaped band is bent and deformed so as to uniformly contact the conductive wire member 75, so that the conductive wire member 110 can be wound in the shortest distance. That is, as shown in FIG. 11 (b), when the bobbin body 121 is cut out at one side thereof and spread out on a flat surface, when the winding surface 122 to which the conductive wire 110 is wound forms a straight band . The outer peripheral length of the winding surface 122 is wound around the entire periphery of the bobbin body 121 so as to be equally spaced with respect to one side of the bobbin body 121 contacting the reference curved surface 75 over the entire winding surface 122 Is equal to the shortest winding length of the conductive wire 110. Therefore, when the conductive wire rod 110 is wound using a wire winding machine or the like, the conductive wire rod 110 does not move on the winding surface 122 even when a tensile force is applied to the conductive wire rod 110, It is not necessary to fix the wire rod with an adhesive after winding.

이와 같이, 본 발명에 의한 보빈(120)은 일반적인 솔레노이드 권선 방법과 같은 방법으로 그 외주면에 전도성 선재(110)를 감을 수 있어 전도성 선재(110)의 권취 작업이 매우 쉬우며, 권취 작업 시간을 크게 단축할 수 있으며, 권취 작업의 자동화가 용이하다.As described above, the bobbin 120 according to the present invention can wind the conductive wire 110 around the outer circumferential surface thereof in the same manner as a general solenoid winding method, so that the winding work of the conductive wire 110 is very easy, And it is easy to automate winding work.

또한 보빈(120)의 권취면(122) 상에 레이어(115)를 형성한 후, 직선 띠 모양의 절연 판재(130)를 레이어(115) 상에 레이어(115) 전체를 덮도록 손쉽게 감아 레이어(115)를 절연한 후, 그 위에 다시 전도성 선재(110)를 감아 또 다른 레이어(115)를 형성할 수 있다.After the layer 115 is formed on the winding surface 122 of the bobbin 120, a strip-shaped insulating plate 130 is easily wound on the layer 115 so as to cover the entire layer 115, 115 may be insulated, and then another conductive layer 115 may be formed by winding the conductive wire 110 thereon.

상술한 것과 같이, 본 실시예에 따른 전자석(100)은 보빈(120)의 보빈 몸체(121)가 이에 전도성 선재(110)가 최단거리로 감기는 형상이면서 전도성 선재(110)가 감기는 권취면(122)의 외주 길이가 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상으로 이루어지고, 전도성 선재(110)가 보빈(120)의 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 1회 권취 길이로 매우 균일하게 감겨 형성된다. 따라서 수평 자기장을 효율적으로 발생시키고 자기력을 효과적으로 분산시킬 수 있다.As described above, the electromagnet 100 according to the present embodiment is configured such that the bobbin body 121 of the bobbin 120 is wound on the winding surface 110 in which the conductive wire 110 is wound with the shortest distance, The outer circumferential length of the conductive wire member 122 is in the form of a curved ring having the same structure (constant perimeter geometry) throughout the entire winding surface 122 and the conductive wire member 110 has the same And is formed by winding it very uniformly with one winding length. Therefore, the horizontal magnetic field can be efficiently generated and the magnetic force can be effectively dispersed.

또한 본 실시예에 따른 전자석(100)은 전도성 선재(110)가 권취되는 보빈(120)의 권취면(122)이 일정 크기 이상의 (+) 곡률을 가지면서 외주 길이가 전체적으로 동일하므로, 보빈(120)에 전도성 선재(110)를 권취하는 작업이 용이하게 이루어질 수 있어 제조가 쉽다. 전도성 선재가 감기는 외측면의 폭 또는 외주 길이가 원주 방향을 따라 일정하지 않거나, 전도성 선재가 감기는 외측면의 외주 길이가 이에 감기는 전도성 선재의 최단 권취 길이와 같지 않으면 작업자가 수작업으로 이에 전도성 선재를 권취하기 매우 어렵고, 전도성 선재의 권취 방향이나 간격을 전자석용 보빈에서의 권취 위치에 따라 계속해서 바꾸어줘야 하므로 권취 작업의 자동화가 어렵다. 이에 반해, 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)은 이에 전도성 선재(110)를 권취면(122) 상에 최단거리로 일정한 간격 및 동일한 권취 방향으로 감을 수 있어, 수작업으로 전도성 선재(110)를 감기 용이하고, 권취 작업을 자동화하기 쉽다.The electromagnet 100 according to the present embodiment has a winding surface 122 of the bobbin 120 around which the conductive wire 110 is wound has a positive curvature larger than a certain size and has the same overall circumferential length, The conductive wire member 110 can be easily wound up, which is easy to manufacture. If the width or the outer circumferential length of the outer side surface on which the conductive wire material is wound is not constant along the circumferential direction or the outer circumferential length of the outer surface on which the conductive wire material is wound is not equal to the shortest winding length of the conductive wire material wound thereon, It is very difficult to wind the wire and it is difficult to automate the winding work because the winding direction and interval of the conductive wire must be continuously changed in accordance with the winding position in the electromagnet bobbin. On the other hand, the bobbin 120 for generating a magnetic field for growing silicon single crystal according to the present embodiment can wind the conductive wire 110 on the winding surface 122 at the shortest distance and in the same winding direction at a constant distance, It is easy to wind the conductive wire 110 manually and it is easy to automate the winding work.

또한 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)은 전도성 선재(110)를 권취면(122) 상에 최단거리로 일정한 간격으로 권취할 수 있으므로, 전도성 선재(110)에 가해지는 부분적 스트레스(stress)를 줄이면서 전도성 선재(110)의 권취 턴(turn) 간에 전도성 선재(110)의 슬립(slip)이 발생하지 않는다. 그리고 전도성 선재(110)에 가해지는 벤딩 포스(bending force)가 전도성 선재(110) 전체에 걸쳐 동일하므로 전도성 선재(110) 내부의 응력 불균형이 발생하지 않으며, 이에 의해 전도성 선재(110)의 특성 저하를 방지할 수 있고, 전도성 선재(110)가 권취 중이나 사용 중에 끊어지는 위험이 적어 내구성이 강한 전자석을 구현할 수 있다.The magnetic field generating electromagnet bobbin 120 for growing the silicon single crystal according to the present embodiment can wind the conductive wire 110 at a constant distance on the winding surface 122 at the shortest distance, A slip of the conductive wire 110 does not occur between the winding turns of the conductive wire 110 while reducing the applied partial stress. Since the bending force applied to the conductive wire 110 is the same throughout the conductive wire 110, stress unbalance does not occur in the conductive wire 110, thereby deteriorating the characteristics of the conductive wire 110 And it is possible to realize an electromagnet having a high durability because there is little risk that the conductive wire rod 110 is wound while being wound up during use.

또한 본 실시예에 따른 전자석(100)은 전체적으로 굽은 링 형상으로 이루어지므로, 단결정 성장장치에 적용될 경우 이를 수용하기 위한 저온 용기(50)의 크기를 줄일 수 있다. 따라서 이를 적용하는 장치의 크기를 줄이고 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다.In addition, since the electromagnet 100 according to the present embodiment is formed in a bent shape as a whole, the size of the cryogenic vessel 50 for accommodating the electromagnet 100 when applied to a single crystal growth apparatus can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the device to which it is applied and reduce the manufacturing cost of the device.

한편, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈이 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 것이다.12 shows a state in which a magnetic field generating electromagnet bobbin for growing a silicon single crystal according to another embodiment of the present invention is disposed on the outer surface of a cylindrical vessel of the apparatus shown in FIG.

본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석은 보빈(140)과, 보빈(140)에 권취되어 복수의 레이어(115; 도 4 참조)를 형성하는 전도성 선재(110; 도 4 참조)와, 전도성 선재(110)에 의한 복수로 레이어(115) 사이사이에 개재되는 절연 판재(130; 도 4 참조)를 포함하는 것으로, 전도성 선재(110)와 절연 판재(130)는 상술한 것과 같다.A magnetic field generating electromagnet for growing silicon single crystal according to another embodiment of the present invention includes a bobbin 140 and a conductive wire 110 wound on the bobbin 140 to form a plurality of layers 115 And the insulating sheet member 130 (see FIG. 4) sandwiched between the plurality of layers 115 by the conductive wire member 110. The conductive wire member 110 and the insulating sheet member 130 are made of the above- The same.

도 12에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보빈(140)은 전도성 선재(110)가 감기는 보빈 몸체(141)와, 보빈 몸체(141)의 양쪽 끝단에 구비되는 한 쌍의 플랜지부(125)(126)를 포함하는 것으로, 상술한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)과 비교하여 보빈 몸체(141)가 복수의 링형 권취부(142)(143)(144)로 이루어진다는 점에서 차이가 있다.12, the bobbin 140 according to another embodiment of the present invention includes a bobbin body 141 to which the conductive wire 110 is wound, a pair of bobbin bodies 141 provided at both ends of the bobbin body 141, The bobbin body 141 includes the ring-shaped winding portions 142, 143, and 144 as compared with the bobbin 120 for the magnetic field generating electromagnet described above including the flange portions 125 and 126 .

복수의 링형 권취부(142)(143)(144)는 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로, 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 곡면에 균일하게 접촉하도록 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 이루어지는 것으로, 이들 복수의 링형 권취부(142)(143)(144)는 각각의 일측 변이 상호 밀착되도록 서로 결합됨으로써, 하나의 보빈 몸체(141)를 형성한다. 즉, 하나의 링형 권취부(142)는 그 일측 변이 이웃하는 다른 링형 권취부(143)의 마주하는 하나의 일측 변과 맞닿아 다른 링형 권취부(143)와 결합되고, 다른 링형 권취부(143)는 그 다른 일측 변이 이와 마주하는 또 다른 링형 권취부(144)의 마주하는 하나의 일측 변과 맞닿아 또 다른 링형 권취부(144)와 결합됨으로써, 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 이루어지고, 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준 곡면에 균일하게 접촉하도록 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상의 보빈 몸체(141)를 형성한다.The plurality of ring-shaped winding sections 142, 143 and 144 are ring-shaped strips connected at both ends of the rectangular band, and the ring-shaped band is bent and deformed so that one side of the ring- 143, and 144 are coupled to each other so that one side of each of the ring-shaped winding sections 142, 143, and 144 is in close contact with each other, thereby forming one bobbin body 141. That is, one ring-shaped winding section 142 is in contact with one facing side of one ring-shaped winding section 143 adjacent to the other ring-shaped winding section 143 and is engaged with another ring-shaped winding section 143, Shaped winding portion 144 is connected to another ring-shaped winding portion 144. The other ring-shaped winding portion 144 has a ring-shaped band shape in which both ends of the rectangular band are connected to each other And forms a bobbin body 141 having a ring-shaped band bent and deformed so that one side of the ring-shaped band uniformly contacts an imaginary reference curved surface.

보빈 몸체(141)에는 보빈 몸체(141)의 외주에 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권취면(122)과, 권취면(122)의 일측 가장자리에 위치하는 링 모양의 링형 내측 단부(123)와, 권취면(122)의 타측 가장자리에 마련되는 링 모양의 링형 외측 단부(124)가 구비된다. 이러한 보빈 몸체(141)는 상술한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)의 보빈 몸체(121)와 같이 이에 전도성 선재(110)가 최단거리로 감기는 형상이면서 전도성 선재(110)가 감기는 권취면(122)의 외주 길이가 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상으로 이루어진다.The bobbin body 141 is provided with a winding surface 122 formed so as to be wound on the outer periphery of the bobbin body 141 so as to be closely wound thereon and a ring shaped inner end 123 located at one side edge of the winding surface 122, And a ring-shaped outer side end portion 124 provided on the other side edge of the winding surface 122 are provided. The bobbin body 141 is wound on the winding surface of the bobbin 120 for winding the conductive wire 110 while the conductive wire 110 is wound in the shortest distance as in the case of the bobbin body 121 of the magnetic field generating electromagnet bobbin 120, 122 has a curved ring shape having the same structure (constant perimeter geometry) throughout the entire winding surface 122.

본 발명의 다른 실시예에 따른 보빈(140)은 복수의 링형 권취부(142)(143)(144)를 결합하여 하나의 보빈 몸체(141)를 형성하고, 이에 플랜지부(125)(126)를 결합하여 제조됨으로써, 제조가 용이하고, 더욱 정확하게 전도성 선재(110)가 최단거리로 감기는 형상이면서 전도성 선재(110)가 감기는 권취면(122)의 외주 길이가 권취면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)를 구현할 수 있다. 복수의 링형 권취부(142)(143)(144) 사이의 결합이나, 보빈 몸체(141)와 플랜지부(125)(126) 사이의 결합은 접착제에 의한 접착 방법이나 융착 방법, 또는 클램핑 등 기구적인 결합 방법을 통해 이루어질 수 있다.The bobbin 140 according to another embodiment of the present invention is formed by combining a plurality of ring-shaped winding portions 142, 143 and 144 to form one bobbin body 141 and flanges 125 and 126, The outer circumferential length of the winding surface 122 on which the conductive wire rod 110 is wound is the same as the outer circumferential length of the conductive wire rod 110 on the entire winding surface 122 A constant perimeter geometry can be implemented. The coupling between the bobbin body 141 and the flange portions 125 and 126 or the bonding between the bobbin body 141 and the flange portions 125 and 126 is performed by a bonding method using a bonding agent, Can be achieved through a coupling method.

이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to the embodiments described above.

예를 들어, 본 발명에 의한 전자석은 도시된 것과 같이 단결정 성장장치에 적용되어 원통 용기(60) 내에서 수평 자기장을 형성하는 초전도 자석으로 사용될 수도 있고, 그 밖에 자기장이 필요한 다양한 기술 분야에 적용될 수 있다.For example, the electromagnet according to the present invention may be used as a superconducting magnet applied to a single crystal growth apparatus as shown to form a horizontal magnetic field in the cylindrical vessel 60, or may be applied to various technical fields requiring a magnetic field have.

또한 도면에는 보빈(120)의 플랜지부(125)(126)가 보빈 몸체(121)의 양쪽 끝단에 각각 하나씩 구비된 것으로 나타냈으나, 보빈 몸체(121)에 감긴 전도성 선재(110)가 보빈 몸체(121)에서 벗어나지 못하게 막는 플랜지부는 보빈 몸체(121)의 권취면(122)으로부터 돌출되도록 보빈 몸체(121)의 일단 및 타단 중 어느 한 쪽에만 구비될 수도 있다. 그리고 플랜지부는 도시된 것과 같은 링 형상 이외에, 보빈 몸체(121)에 감긴 전도성 선재(110)가 걸릴 수 있도록 보빈 몸체(121)의 권취면(122)으로부터 돌출되는 다양한 다른 형상으로 이루어질 수 있다.Although the flange portions 125 and 126 of the bobbin 120 are shown as being provided on both ends of the bobbin body 121 in the drawing, the conductive wire 110 wrapped around the bobbin body 121 may be inserted into the bobbin body 121, The flange portion that prevents the bobbin body 121 from coming off may be provided only at one end or the other end of the bobbin body 121 so as to protrude from the winding surface 122 of the bobbin body 121. The flange portion may have various other shapes protruding from the winding surface 122 of the bobbin body 121 so that the conductive wire rod 110 wound on the bobbin body 121 may be caught.

또한 도면에는 가상의 원기둥(70)의 외측에 배치된 보빈(120)의 보빈 몸체(121)를 정면에서 바라본 모양을 평면 상에 나타낼 경우, 보빈(120)의 링형 내측 단부(123)의 장축(a1)이 가상의 원기둥(70)의 중심축(C)과 평행한 방향으로 배치되고, 링형 외측 단부(124)의 장축(a2)이 가상의 원기둥(70)의 중심축(C)과 수직 방향으로 배치된 것으로 나타냈으나, 본 발명은 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 의한 전자석의 보빈은 그 보빈 몸체를 정면에서 바라본 모양을 평면 상에 나타낼 경우, 가상의 원기둥 외주면의 곡률에 대응하도록 굽은 링형 내측 단부의 장축이 가상의 원기둥의 중심축과 수직 방향으로 배치되고, 링형 외측 단부의 장축이 가상의 원기둥의 중심축과 수평 방향으로 배치되는 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우에도, 보빈은 이에 전도성 선재가 최단거리로 감기는 형상이면서 링형 내측 단부와 링형 외측 단부 사이의 전도성 선재가 감기는 권취면의 외주 길이가 링형 내측 단부 또는 링형 외측 단부로부터의 거리에 상관없이 권취면 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상을 취하므로, 전도성 선재(110)가 보빈의 권취면 전체에 걸쳐 동일한 1회 권취 길이로 매우 균일하게 감기게 된다.In the figure, when the front view of the bobbin body 121 of the bobbin 120 disposed on the outside of the imaginary cylinder 70 is shown on a plane, the long axis of the ring-shaped inner end 123 of the bobbin 120 a1 is arranged in a direction parallel to the center axis C of the virtual columnar cylinder 70 and the long axis a2 of the ring shaped outer end portion 124 is perpendicular to the center axis C of the virtual columnar cylinder 70 However, the present invention is not limited to such a configuration. That is, when the shape of the bobbin of the electromagnet according to the present invention is shown on a plane on the bobbin body, the long axis of the curved ring-shaped inner end corresponds to the curvature of the imaginary cylindrical outer surface, And the major axis of the ring-shaped outer end portion is arranged in the horizontal direction with respect to the central axis of the imaginary cylindrical column. Even in this case, the bobbin has a shape in which the conductive wire is wound in the shortest distance, and the outer circumferential length of the winding surface wound around the conductive wire between the ring-shaped inside end and the ring- The conductive wire member 110 is wound uniformly with the same one winding length over the entire winding surface of the bobbin because it takes the shape of a curved ring of the same structure (constant perimeter geometry) throughout the winding surface.

또한 도면에는 보빈(120)의 보빈 몸체(121)가 그 링형 내측 단부(123)가 가상의 원기둥(70) 외주면 상에 위치하는 가상의 기준 곡면(75)에 균일하게 접하는 곡률 반경(r)을 갖도록 굽은 형상인 것으로 나타냈으나, 본 발명에 의한 보빈은 그러한 형상으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 의한 보빈은 그 보빈 몸체가 직사각형 띠가 그 양쪽 끝단이 연결되도록 링 형상으로 말려 그 일측 단부가 가상의 기준 곡면에 균일하게 접촉하도록 굽힘 변형된 링 형상으로 이루어지되, 기준이 되는 가상의 기준 곡면이 원기둥의 외주면 상에 위치하는 것과 같이 일정한 곡률 반경을 갖도록 굽은 형상 이외에, 일그러진 원기둥의 외주면 상에 위치하는 형상일 수도 있다.The bobbin body 121 of the bobbin 120 has a radius of curvature r uniformly contacting an imaginary reference curved surface 75 located on the outer circumferential surface of the imaginary cylindrical cylinder 70 The bobbin according to the present invention is not limited to such a shape. That is, in the bobbin according to the present invention, the bobbin body is formed in a ring shape in which the rectangular band is bent in a ring shape so that both ends thereof are connected to each other, and one end thereof is uniformly contacted with a virtual reference curved surface, The imaginary reference curved surface may be a shape located on the outer peripheral surface of the distorted cylinder in addition to the curved shape so as to have a constant radius of curvature such that the imaginary reference curved surface is located on the outer peripheral surface of the cylinder.

또한 도 12에는 보빈 몸체(141)가 세 개의 링형 권취부(142)(143)(144)로 이루어지는 것으로 나타냈으나, 보빈 몸체를 구성하는 링형 권취부의 개수는 두 개 이상의 다양한 개수로 변경될 수 있다.12 shows that the bobbin body 141 is composed of three ring-shaped winding sections 142, 143 and 144, the number of ring-shaped winding sections constituting the bobbin body is changed to two or more different numbers .

50 : 저온 용기 60 : 원통 용기
70 : 가상의 원기둥 100 : 자기장 발생 전자석
110 : 전도성 선재 120, 140 : 보빈
121, 141 : 보빈 몸체 122 : 권취면
123 : 링형 내측 단부 124 : 링형 외측 단부
125, 126 : 플랜지부 130 : 절연 판재
142, 143, 144 : 링형 권취부50: low temperature vessel 60: cylindrical vessel
70: imaginary cylinder 100: magnetic field generation electromagnet
110: conductive wires 120, 140: bobbin
121, 141: bobbin body 122: winding surface
123: ring-shaped inner end 124: ring-shaped outer end
125, 126: flange portion 130: insulating plate material
142, 143, 144: Ring-

Claims

Magnetic field generation for silicon single crystal growth In a bobbin for an electromagnet,
A bobbin body in which the ring-shaped band is formed in a bent shape so that one side of the ring-shaped band uniformly contacts an imaginary reference curved surface; And
The conductive wire is wound around the bobbin body so that the length of the conductive wire wound around the outer periphery of the bobbin body is equal to the length of the rectangular band so as to maintain the same distance from one side of the bobbin body contacting the reference curved surface, And a winding surface formed so as to be in close contact with and wound on the bobbin.

The method according to claim 1,
Wherein the imaginary reference curved surface is located on a virtual cylindrical outer circumferential surface having a constant radius of curvature (r).

The method according to claim 1,
Wherein the bobbin body has a plurality of ring-shaped winding portions, each of which is formed in a curved ring-shaped band shape having both ends of a rectangular band connected to each other so as to mutually abut one side edge.

A bobbin body in which the ring-shaped band is formed in a bent shape so that one side of the ring-shaped band uniformly contacts an imaginary reference curved surface;
The wire rod is brought into close contact with the outer periphery of the bobbin body so that the length of the wire wound around the outer periphery of the bobbin body is the same as the length of the rectangular band so as to be equally spaced from one side of the bobbin body contacting the reference curved surface A winding surface formed so as to be able to be wound; And
And a conductive wire wound on a winding surface of the bobbin body so as to maintain the same distance from one side of the bobbin body contacting the reference curved surface along a winding surface of the bobbin body. Magnetic field generating electromagnet.

5. The method of claim 4,
Wherein the imaginary reference curved surface is located on a virtual cylindrical outer circumferential surface having a constant radius of curvature (r).

5. The method of claim 4,
And a rectangular strip-shaped insulation plate interposed between a plurality of layers on the winding surface in which the conductive wires are wound in multiple stages and stacked in turn on the winding surface. Electromagnetism.

The method according to claim 6,
Wherein the insulating plate material is made of a rectangular prepreg.

6. The method of claim 5,
Wherein the conductive wire is made of a superconductor.

5. The method of claim 4,
Wherein the bobbin body has a plurality of ring-shaped winding portions formed in a curved ring-like band shape in which both ends of a rectangular band are connected to each other so that one side of each of the ring-shaped winding portions mutually abuts.