KR101546001B1

KR101546001B1 - Bearings with Superconducting tape

Info

Publication number: KR101546001B1
Application number: KR1020140014370A
Authority: KR
Inventors: 김석호; 김동민; 권용현
Original assignee: 창원대학교 산학협력단
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20
Also published as: KR20150093506A

Abstract

본 발명은 초전도선재를 이용한 초전도베어링에 관한 기술로 회전되는 축의 외주면에 결합되어 연동되는 관형의 회전자; 상기 회전자의 외측으로 일정간격 이격되어 원둘레 방향으로 배치되고 자성을 가진 고정자; 및 상기 회전자 외주면을 따라 일정크기로 부착설치되어 상기 고정자와 회전자 사이에 유입된 냉매질소에 의해 냉각되어 초전도체가 되어, 상기 고정자에 의해 형성되는 자장에 반응하여 상기 회전축이 고정자 내측에서 무접점 회전이 되게 하는 박막형의 초전도선재;가 포함되고, 상기 회전자는 외주면을 따라 상기 초전도선재의 너비에 대응되게 일정 간격 이격되어 돌출 형성된 가이드편이 더 구비되어 상기 초전도선재가 상기 가이드편의 사이에 위치하여 상기 회전자의 외주면에 일정한 간격으로 부착되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a superconducting bearing using a superconducting wire, a tubular rotor coupled to an outer circumferential surface of a shaft to be rotated, A stator having a magnetic property and disposed in a circumferential direction and spaced apart from the rotor by a predetermined distance; And a superconductor which is fixedly attached along the outer circumferential surface of the rotor and is cooled by the refrigerant nitrogen flowing between the stator and the rotor to form a superconductor, Wherein the superconducting wire is disposed between the guide pieces so that the superconducting wire is positioned between the guide pieces, and the superconducting wire is disposed between the guide pieces, And are attached to the outer circumferential surfaces of the rotor at regular intervals.

Description

{Bearings with superconducting tape}

본 발명은 초전도 베어링에 관한 것으로, 초전도선재를 사용하여 마이스너 효과에 의해 회전하는 축이 무접점에서 회전을 할 수 있도록 하는 초전도선재를 이용한 초전도 베어링에 관한 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting bearing, and more particularly, to a superconducting bearing using a superconducting wire which allows rotation of a shaft rotated by a Meissener effect using a superconducting wire.

통상적으로 초전도체는 임계온도 이하에서 전기저항이 0이 되는 신소재를 의미한다.Generally, a superconductor means a new material whose electric resistance becomes zero below a critical temperature.

이러한 특성에 의하여 본원발명과 관련된 초전도체를 이용한 베어링이 종래에 다음과 같이 개시되어 있다.According to this characteristic, a bearing using the superconductor according to the present invention has been disclosed as follows.

도 1은 종래의 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기의 개략도이다.1 is a schematic view of a superconducting rotor using a conventional superconducting bearing.

도 1을 참조하면, 초전도체(1a)로 구성되고 내부가 진공상태로 형성되어 회전하는 회전자(1); 상기 회전자의 외주에 이격 설치되어 전기자 코일(3a)이 권선되어 있고, 자기력에 의해 상기 회전자를 회전시키는 고정자(3); 상기 회전자가 회전하는 중심축을 형성하고, 축방향으로 연장되어 회전자의 양단에서 돌출 형성된 회전축(5); 상기 회전축 외주에 설치되고, 내부가 관통된 원통형으로 형성된 영구자석과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체를 구비한 무접촉 초전도 베어링(10);을 포함하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기가 개시되어 있다.Referring to FIG. 1, the rotor 1 comprises a superconductor Ia and is rotated in a vacuum state. A stator (3) spaced apart from the outer periphery of the rotor and wound around the armature coil (3a) and rotating the rotor by a magnetic force; A rotating shaft (5) which forms a central axis through which the rotor rotates and which extends in the axial direction and protrudes from both ends of the rotor; And a contactless superconducting bearing (10) provided on the outer periphery of the rotating shaft, the superconducting bearing including a permanent magnet formed in a cylindrical shape penetrating the inside of the rotating shaft and a magnetically levitating force and a superconductor spaced from the permanent magnet, A rotator is disclosed.

그러나, 종래에는 회전자의 초전도체가 내부가 진공상태로 형성되어야 하는 복잡함이 있고, 또한 초전도 베어링의 구성에 대한 구체적 언급이 없고 통상적으로 벌크(bulk)형 초전도체를 많이 사용하므로 그 크기가 크고 해서 미세한 장치에 적용하기 어려운 점이 있어왔다.However, conventionally, there is a complication that the superconductor of the rotor must be formed in a vacuum state, and there is no specific description of the structure of the superconducting bearing, and since bulk superconductors are usually used in large amounts, There has been a difficulty in applying to a device.

KRKR 10-2013-005916710-2013-0059167 AA '초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템''Superconducting bearing and superconducting bearing cooling system'

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래의 부피가 큰 벌크형 초전도체 사용하는 대신에 박막 형태의 초전도선재로 부피가 적은 1세대 또는 2세대 초전도선재를 적용하여 소형기기의 베어링에 적용할 수 있는 초전도선재를 이용한 초전도 베어링을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a superconducting wire of a first generation or a second generation, And to provide a superconducting bearing using the superconducting wire.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회전되는 축의 외주면에 결합되어 연동되는 관형의 회전자; 상기 회전자의 외측으로 일정간격 이격되어 원둘레 방향으로 배치되고 자성을 가진 고정자; 및 상기 회전자 외주면을 따라 일정크기로 부착설치되어 상기 고정자와 회전자 사이에 유입된 냉매질소에 의해 냉각되어 초전도체가 되어, 상기 고정자에 의해 형성되는 자장에 반응하여 상기 회전축이 고정자 내측에서 무접점 회전이 되게 하는 박막형의 초전도선재;가 포함되고, 상기 회전자는 외주면을 따라 상기 초전도선재의 너비에 대응되게 일정 간격 이격되어 돌출 형성된 가이드편이 더 구비되어 상기 초전도선재가 상기 가이드편의 사이에 위치하여 상기 회전자의 외주면에 일정한 간격으로 부착되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a rotor comprising: a tubular rotor coupled to an outer circumferential surface of a shaft to be rotated; A stator having a magnetic property and disposed in a circumferential direction and spaced apart from the rotor by a predetermined distance; And a superconductor which is fixedly attached along the outer circumferential surface of the rotor and is cooled by the refrigerant nitrogen flowing between the stator and the rotor to form a superconductor, Wherein the superconducting wire is disposed between the guide pieces so that the superconducting wire is positioned between the guide pieces, and the superconducting wire is disposed between the guide pieces, And are attached to the outer circumferential surfaces of the rotor at regular intervals.

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상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be expected.

우선, 베어링의 회전축이 되는 부분에 박막의 초전도 선재가 형성되어 마이스너 효과에 의해 자기력이 볼베어링의 역할을 할 수 있다.First, a superconducting thin film of a thin film is formed on a portion of the bearing which becomes a rotating shaft, and magnetic force can play a role of ball bearing by Meissner effect.

그래서, 초전도 선재와 영구자석과의 자기력에 의해 축이 무접점 회전을 할 수 있는 이점이 있다.Therefore, there is an advantage that the shaft can perform the contactless rotation by the magnetic force between the superconducting wire and the permanent magnet.

도 1은 종래의 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도선재를 이용한 초전도 베어링의 구성도이다.
도 3은 도 2에서 고정자를 막대자석으로 표현한 도이다.
도 4는 초전도 베어링의 측단면이다. 1 is a schematic view of a superconducting rotor using a conventional superconducting bearing.
2 is a block diagram of a superconducting bearing using a superconducting wire according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the stator as a bar magnet in FIG.
4 is a side cross-section of the superconducting bearing.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초전도선재를 이용한 초전도 베어링의 구성도를 나타낸 것이다. 도 3은 도 2에서 고정자를 막대자석으로 표현한 도이다. 2 is a schematic view of a superconducting bearing using a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view showing the stator as a bar magnet in FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 초전도선재를 이용한 초전도 베어링은 크게 회전자(100), 고정자(200) 및 초전도선재(300)로 구성되어 이루어진다.The superconducting bearing using the superconducting wire according to an embodiment of the present invention is largely composed of the rotor 100, the stator 200, and the superconducting wire 300.

상기 회전자(100)는 베어링에 사용되는 축(S)과 결합되어 축 회전에 따라 연동되어 회전되는 것이다.The rotor 100 is coupled to a shaft S used for a bearing and rotates in conjunction with rotation of the shaft.

여기서, 상기 회전자(100)는 관형으로 형성되어 축의 일단의 외주면에 구비된다. 그래서 상기 축이 상기 회전자(100)의 내주로 끼워맞춤되어 상기 회전자가 축을 수용할 수 있으며, 축의 회전에 따라 연동되게 된다.Here, the rotor 100 is formed in a tubular shape and is provided on the outer peripheral surface of one end of the shaft. Therefore, the shaft is fitted to the inner circumference of the rotor 100 so that the rotor can receive the shaft, and the shaft can be interlocked with the rotation of the shaft.

상기 고정자(200)는 상기 회전자(100)의 외측으로 일정간격 이격된 채로 구비된 것으로 자성을 가지고 있는 것이다.The stator 200 is disposed outside the rotor 100 at a predetermined interval and has magnetism.

여기서, 상기 고정자(200)는 상기 회전자(100)에서 이격되어 원둘레 방향으로 배치된다.Here, the stator 200 is spaced apart from the rotor 100 and disposed in a circumferential direction.

상기 고정자(200)는 원형의 자석이 일체 형성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 막대자석이 원형으로 배열되어 이루어질 수 있다.The stator 200 may have a circular magnet integrally formed therewith, and the bar magnets may be arranged in a circular shape as shown in FIG.

상기 초전도선재(300)는 상기 회전자(100)에 설치되어 상기 고정자(200)에 대하여 부상할 수 있는 자기력을 제공하게 된다.The superconducting wire 300 is installed on the rotor 100 to provide a magnetic force to float the stator 200.

상세하게는, 상기 초전도선재(300)는 상기 회전자(100)의 외주면을 따라 일정한 간격에 일정크기로 부착되게 된다.In detail, the superconducting wire 300 is attached at regular intervals along the outer circumferential surface of the rotor 100 at a predetermined size.

이와 같이 상기 초전도선재(300)를 일정크기 즉 동일한 크기를 일정한 간격에 배치함으로써 상기 고정자(200)에 대하여 회전자(100)의 외주면에 균일한 마이스너 효과(Meissner effect)를 얻을 수 있어 상기 회전자(100)는 상기 고정자(200)의 내측에서 중심측 방향으로 동일한 거리에 위치할 수 있게 된다.By arranging the superconducting wires 300 at a constant size or the same size at regular intervals, a uniform Meissner effect can be obtained on the outer circumferential surface of the rotor 100 with respect to the stator 200, (100) can be located at the same distance from the inside of the stator (200) in the center side direction.

마이스너 효과란 자장안에 초전도체를 놓았을때 자력선이 초전도체가 흡수하지 않고 초전도체 밖으로 밀려 나오는 현상이다.The Meissner effect is a phenomenon in which when a superconductor is placed in a magnetic field, a magnetic line is pushed out of the superconductor without being absorbed by the superconductor.

그래서, 간단한 예로 초전도체를 액체질소(N)에 담갔다가 꺼내서 자석 위에 가져가면 마이스너 효과에 의해 자석과 초전도체가 서로 밀어내어 초전도체가 부상할 수 있다.So, as a simple example, when a superconductor is immersed in liquid nitrogen (N) and taken out and brought on the magnet, the magnetism effect pushes the magnet and the superconductor together, and the superconductor can float.

이때, 상기 고정자(200)와 회전자(100) 사이에는 외부에서 유입된 냉매질소에 의해 냉각되어 상기 회전자(100)에 구비된 초전도선재(300)가 초전도체가 되어, 상기 고정자(200)에 의해 형성되는 자장에 반응하여 상기 축(S)이 고정자 내측에서 무접점 회전을 할 수 있다.At this time, the superconducting wire 300 provided in the rotor 100 is cooled between the stator 200 and the rotor 100 by the refrigerant nitrogen introduced from the outside, and the superconducting wire 300 becomes a superconductor. The axis S can make a non-contact rotation inside the stator in response to a magnetic field formed by the stator.

도 4는 초전도 베어링의 측단면이다. 4 is a side cross-section of the superconducting bearing.

도 4를 참조하면, 상기 회전자(100)는 외주면을 따라 상기 초전도선재(300)의 너비에 대응되게 일정 간격 이격되어 돌출 형성된 가이드편(120)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 4, the rotor 100 may further include a guide piece 120 protruding from the outer circumference of the superconducting wire 300 at a predetermined distance corresponding to the width of the superconducting wire 300.

즉, 상기 가이드편(120)이 형성됨에 따라서, 상기 초전도선재(300)가 상기 회전자(100)에 형성된 가이드편(120) 사이에 부착함으로써, 상기 회전자(100)의 외주면에 일정한 간격으로 부착할 수 있는 이점이 있다.That is, as the guide piece 120 is formed, the superconducting wire 300 is attached between the guide pieces 120 formed on the rotor 100, There is an advantage that it can be attached.

상기 초전도선재(300)는 상기 회전자(100) 외주면에 적층되게 부착하여 상기 고정자(200)에 대한 자기력을 높일 수도 있다.The superconducting wire 300 may be stacked on the outer circumferential surface of the rotor 100 to increase the magnetic force with respect to the stator 200.

그리고, 상기 고정자(200)의 외측에는 상기 초전도선재(300)에 대응되게 초전도체(220')가 외부에 더 설치하여 상기 초전도선재(300)와의 자장 세기를 높일 수 있다.A superconducting wire 220 'is provided on the outer side of the stator 200 to correspond to the superconducting wire 300 so that the magnetic field strength with the superconducting wire 300 can be increased.

여기서, 상기 초전도선재(300)는 기판층, 완충층, 초전도층 및 보호층이 적층된 2세대 고온초전도선재인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 초전도선재(300)는,은금속 내에 초전도분말이 형성된 1세대 고온초전도선재인 것으로 실시할 수도 있다.The superconducting wire 300 may be a second-generation high-temperature superconducting wire having a substrate layer, a buffer layer, a superconducting layer, and a protective layer. The superconducting wire 300 may be formed of a superconducting wire It can also be implemented as a first-generation high-temperature superconducting wire.

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이상과 같이 본 발명은 초전도선재를 이용한 초전도 베어링을 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.As described above, the present invention provides a superconducting bearing using a superconducting wire as a basic technical idea. In the scope of the basic idea of the present invention, Of course, many other variations are possible.

100: 회전자 200: 고정자
300: 초전도선재 100: Rotor 200: Stator
300: superconducting wire

Claims

A tubular rotor 100 coupled to and coupled to an outer circumferential surface of a rotating shaft S;
A stator 200 spaced apart from the rotor by a predetermined distance and disposed in a circumferential direction and having magnetic properties; And
The rotor is fixedly attached along the outer circumferential surface of the rotor and cooled by the refrigerant nitrogen flowing between the stator and the rotor to become a superconductor, and in response to a magnetic field formed by the stator, Type superconducting wire 300,
The rotor 100 further includes a guide piece 120 protruding from the outer circumferential surface of the superconducting tape 100 at a predetermined interval corresponding to the width of the superconducting tape 100. The superconducting tape 100 is positioned between the guide pieces 120 Wherein the superconducting wire is attached to the outer circumferential surface of the rotor at regular intervals.

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