KR101549334B1 - 초전도 회전기의 진공 측정 장치 및 진공 형성 방법 - Google Patents

초전도 회전기의 진공 측정 장치 및 진공 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초전도 회전기의 진공 측정 장치 및 진공 형성 방법에 관한 것으로, 회전축과 상기 회전축과 함께 회전하도록 결합되는 로터가 내재되는 회전체부, 상기 로터 내부의 진공도를 측정하도록 상기 로터의 일측에 결합되는 진공센서, 상기 로터의 일측에 이격되게 배치되고, 상기 회전축과 함께 회전하도록 결합되는 슬립링 및 상기 진공센서로부터 측정되는 상기 로터 내부의 진공도를 외부로 송신하도록 상기 슬립링의 일측에 결합되는 송신부를 포함하고, 상기 진공센서는 상기 로터와 함께 회전하며 상기 로터 내부의 진공도를 측정할 수 있는 것이 바람직하다.

Description

초전도 회전기의 진공 측정 장치 및 진공 형성 방법{VACUUM MEASRING DEVICE AND FORMATION METHOD OF SUPERCONDUCTOR ROTATING MACHINE}
본 발명은 초전도 회전기의 진공 측정 장치 및 진공 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로터가 회전하는 상태에서 로터 내부의 진공도를 측정할 수 있는 초전도 회전기의 진공 측정 장치 및 진공 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 회전기는 발전기 또는 모터의 계자코일에 초전도체를 사용하는 것으로, 초전도체는 매우 낮은 온도에서 전기저항이 0에 가까워지는 초전도현상이 나타나는 도체이다.
초전도체는 온도가 증가하면 전기저항 역시 증가하여 전기가 잘 흐르지 않고, 온도를 감소시키면 저항이 작아져 전도가 잘 일어난다. 특히 온도를 극저온으로 감소시킬 때 전기저항이 0에 가까워지는 물체이다. 여기에서 극저온이라 함은 절대온도 4K 이하의 온도영역으로, 극저온에서는 열운동으로 인한 교란이 작기 때문에 물질을 구성하는 입자의 기본적인 운동양상이 명백하게 된다. 이 때문에 반도체나 자성체 등의 물성측정에 널리 이용되고 있다.
극저온기술의 발전은 초전도기술과 관련이 크고, 극저온기술은 에너지, 전자기술, 의학, 물리학 등 광범위한 분야에서 사용된다. 이러한 초전도체를 사용하는 발전기 또는 모터의 경우, 소형 경량화, 효율의 향상, 전력 시스템의 안정성 향상, 제조 코스트의 경감 등의 이점을 갖는다.
이러한 초전도체를 사용하는 초전도 회전기는 로터에 일반 구리선을 대신하여 초전도 코일을 이용한 회전기로서, 일반 회전기에 비해 작고 가볍게 제작이 가능하다. 여기서 초전도 회전기는 초전도체의 전기저항을 낮게 유지하기 위하여, 로터 내부를 진공상태로 유지함으로써 대류에 의한 열손실을 방지하는 방법이 사용된다. 그런데, 초전도 회전기는 내부에 진공을 형성해 놓으면, 일정 시간이 경과함에 따라 진공도가 점점 저하되어 추가적으로 진공배기를 해야 하는 상황이 발생한다.
이러한 초전도 회전기는 한국공개특허 공개번호 제10-2003-0040459(특허문헌 1)호 및 한국공개특허 공개번호 제10-2012-0081601(특허문헌 2)호에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 설명하는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 초전도 회전기의 진공 측정 장치(100)는 회전축(111) 및 회전축(111)과 함께 회전하도록 결합되는 로터(112)를 포함하는 회전체부(110)와, 로터(112) 내부를 냉각하고 진공을 형성하는 냉각부(120)를 포함한다. 또한, 종래의 초전도 회전기의 진공 측정 장치(100)는 진공을 형성하여 가동하는 로터(112)를 일정 시간이 경과한 뒤에 로터(112)의 진공도를 측정하는 진공센서부(130)를 포함한다.
냉각부(120)는 로터(112)의 내부로 연통되는 냉각박스(121)와, 냉각박스(121)의 일측에 형성되어 냉각박스(121)를 외부로 선택적으로 연통시키는 진공포트(122)와, 진공포트(122)에 연통되어 냉각박스(121) 및 로터(112)를 진공배기 하는 진공펌프(123)를 포함한다.
진공센서부(130)는 로터(112)의 일측에 결합되는 진공센서(131)와, 진공센서(131)에 연결되는 전원부(132)와 모니터링부(133)를 포함한다. 진공센서부(130)는 로터(112) 내부의 진공도를 측정하기 위해서, 로터(112)가 정지된 상태에서 로터(112)의 일측에 진공센서(131)를 부착 결합하여 로터(112) 내부의 진공도를 측정한다.
이러한 종래의 초전도 회전기의 진공 측정 장치(100)는 로터(112)의 작동 성능을 유지하기 위한 로터(112) 내부의 진공도를 측정하기 위해서는 로터(112)를 정지시켜야 하므로 로터(112)의 정지 및 재가동시 손실이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 초전도 회전기의 진공 측정 장치(100)는 로터(112)가 회전하는 상태에서 로터(112) 내부의 진공도를 측정하지 못하므로, 로터(112) 내부의 진공도가 저하된 상태에서 로터(112)가 구동되는 것을 방지하지 못하는 문제점이 있고, 이에 따라 초전도 회전기의 작동 효율이 저하되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2003-0040459호(2003.05.22.) 한국공개특허 제10-2012-0081601호(2012.07.19.)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로터가 회전하는 상태에서 로터의 진공도를 측정할 수 있고, 로터의 진공도 저하 및 진공도 저하에 따른 열손실 발생을 용이하게 유지 및 보수할 수 있는 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 로터의 진공도를 측정하기 위해 로터를 정지할 필요가 없으므로, 로터의 정지 및 재가동에 따른 에너지 손실을 방지할 수 있는 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 로터 내부의 진공도를 실시간으로 확인하여 로터 내부의 진공도가 저하된 상태로 로터가 구동되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 초전도 회전기의 작동 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전축과 상기 회전축과 함께 회전하도록 결합되는 로터가 내재되는 회전체부, 상기 로터 내부의 진공도를 측정하도록 상기 로터의 일측에 결합되는 진공센서, 상기 로터의 일측에 이격되게 배치되고, 상기 회전축과 함께 회전하도록 결합되는 슬립링 및 상기 진공센서로부터 측정되는 상기 로터 내부의 진공도를 외부로 송신하도록 상기 슬립링의 일측에 결합되는 송신부를 포함하고, 상기 진공센서는 상기 로터와 함께 회전하며 상기 로터 내부의 진공도를 측정할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공센서는 상기 로터와 함께 회전하도록 상기 로터의 외부 일측에 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공센서는 상기 슬립링으로부터 상기 회전축 내부로 연장되는 전원 공급선이 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 송신부는 상기 진공센서에서 측정되는 상기 로터 내부의 진공도를 무선 통신방식으로 외부로 송신하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 로터의 일측에 결합된 진공센서를 통해 상기 로터 내부의 진공도를 측정하는 진공 측정 단계, 상기 로터 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는지 여부를 판단하는 진공 상태 판단 단계 및 상기 로터 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 것으로 확인되면 상기 로터에 연통되는 진공 펌프를 작동시켜 상기 로터 내부의 진공도를 향상시키는 진공 형성 단계를 포함하며, 상기 진공 형성 단계는 상기 로터의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 경우 상기 로터가 회전하는 상태에서 상기 진공 펌프를 작동시켜 상기 로터 내부의 진공도를 향상시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공 측정 단계는 무선 통신방식으로 상기 로터의 진공도를 외부로 송신하는 송신부를 통해 상기 로터의 회전시에도 상기 로터 내부의 진공도를 실시간으로 측정하여 모니터링 할 수 있는 것이 바람직하다.
삭제
본 발명에 의하면, 진공센서를 로터에 함께 회전 가능하도록 설치하여 로터가 회전하는 상태에서 로터의 진공도를 측정할 수 있고, 로터의 진공도 저하 및 진공도 저하에 따른 열손실 발생을 용이하게 유지 및 보수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 로터의 진공도를 측정하기 위해 로터를 정지할 필요가 없으므로, 로터의 정지 및 재가동에 따른 에너지 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 로터 내부의 진공도를 실시간으로 확인하여 로터 내부의 진공도가 저하된 상태로 로터가 구동되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 초전도 회전기의 작동 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 설명하는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 설명하는 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 방법을 설명하는 순서도.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 장치를 설명하는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 회전축(211)과 로터(212)를 포함하는 회전체부(210)와, 로터(212) 내부의 진공도를 측정하기 위한 진공센서(220)와, 로터(212)의 일측에 이격되게 배치되는 슬립링(230) 및 슬립링(230)의 일측에 결합되는 송신부(240)를 포함한다. 이러한 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 진공센서(220)가 로터(212)와 함께 회전하며 로터(212) 내부의 진공도를 측정할 수 있고, 측정된 로터(212) 내부의 진공도를 송신부(240)를 통해 무선 통신방식으로 외부로 송신한다.
즉, 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 로터(212)에 결합된 진공센서(220)를 통해 로터(212)가 회전하는 상태에서 로터(212) 내부의 진공도를 측정할 수 있고, 송신부(240)를 외부로 측정된 진공도를 송신하여 실시간으로 로터(212) 내부의 진공도를 확인할 수 있게 한다.
여기서, 초전도 회전기는 로터(212) 내부를 냉각하고 진공을 형성하는 냉각부(250)를 포함한다. 냉각부(250)는 로터(212)의 내부로 연통되는 냉각박스(251)와, 냉각박스(251)의 일측에 형성되어 냉각박스(251)를 외부로 선택적으로 연통시키는 진공포트(252) 및 진공포트(252)에 연통되어 냉각박스(251) 및 로터(212)를 진공배기 하는 진공 펌프(253)를 포함한다.
회전체부(210)는 회전축(211)과, 회전축(211)과 함께 회전하도록 결합되는 로터(212)를 포함한다. 여기서, 로터(212)는 초전도 코일이 감겨진 것으로, 초전도 코일의 효율이 저하되지 않도록 극저온을 유지하여 대류에 의한 열손실을 방지하도록 내부를 진공상태로 유지하는 것이 중요하다.
진공센서(220)는 로터(212) 내부의 진공도를 측정하도록 로터(212)의 일측에 결합된다. 즉, 진공센서(220)는 로터(212)와 함께 회전하며, 로터(212) 내부의 진공도를 측정할 수 있도록 배치된다.
이러한 진공센서(220)는 로터(212)와 함께 회전하도록 로터(212)의 외부 일측에 결합된다. 또한, 진공센서(220)는 슬립링(230)으로부터 회전축(211) 내부로 연장되는 전원 공급선이 연결된다.
슬립링(230)은 로터(212)의 일측에 이격되게 배치되고, 회전축(211)과 함께 회전하도록 결합된다. 또한, 슬립링(230)은 진공센서(220)에 전원을 공급하도록 회전축(211)의 내부를 통해 진공센서(220)로 전원 공급선이 연결된다. 즉, 슬립링(230)은 회전축(211) 및 로터(212)와 함께 회전하고, 진공센서(220)가 로터(212)와 함께 회전하며 로터(212) 내부의 진공을 측정할 수 있도록 진공센서(220)에 전원을 공급한다.
송신부(240)는 진공센서(220)로부터 측정되는 로터(212) 내부의 진공도를 외부로 송신하도록 슬립링(230)의 일측에 결합된다. 이때, 송신부(240)는 진공센서(220)에서 측정되는 로터(212) 내부의 진공도를 무선 통신방식으로 외부로 송신한다. 따라서, 송신부(240)는 로터(212)와, 진공센서(220) 및 슬립링(230)이 함께 회전하며 측정되는 로터(212) 내부의 진공도를 외부로 송신하여 로터(212) 내부의 진공도를 실시간을 확인할 수 있게 한다. 이하 도 3을 통해 초전도 회전기의 진공 측정 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 방법은 로터(212)의 일측에 결합된 진공센서(220)를 통해 로터(212) 내부의 진공도를 측정하는 진공 측정 단계(S310)와, 로터(212) 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는지 여부를 판단하는 진공 판단 단계(S320) 및 로터(212) 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 것으로 확인되면 로터(212)에 연통되는 진공 펌프(253)를 작동시켜 로터(212) 내부의 진공도를 향상시키는 진공 형성 단계(S330)를 포함한다.
여기서, 진공 측정 단계(S310)는 로터(212)의 일측에 로터(212)와 함께 회전 가능하도록 결합되는 진공센서(220)를 통해 로터(212)의 회전시에도 로터(212) 내부의 진공도를 측정할 수 있다. 또한, 진공 측정 단계(S310)는 로터(212)의 진공도를 무선 통신방식으로 로터(212)의 진공도를 외부로 송신하는 송신부(240)를 통해 로터(212)의 회전시에도 로터(212) 내부의 진공도를 실시간으로 측정하여 모니터링 할 수 있다.
이때, 진공 상태 판단 단계(S320)는 로터(212)의 회전시에 측정되는 로터(212) 내부의 진공도를 실시간으로 확인하여 로터(212) 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는지 판단한다. 이때, 로터(212) 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 경우 진공 형성 단계(S330)를 수행한다.
즉, 진공 형성 단계(S330)는 로터(212) 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 것으로 확인되면 로터(212)에 연통되는 진공 펌프(253)를 작동시켜 로터(212) 내부의 진공도를 향상시킨다. 또한, 진공 형성 단계(S330)는 로터(212)의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 경우, 로터(212)가 회전하는 상태에서 진공 펌프(253)를 작동시켜 로터(212) 내부의 진공도를 향상시킨다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)의 작용을 간략하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 로터(212)의 외부 일측에 로터(212)와 함께 회전하도록 결합되는 진공센서(220)를 통해 로터(212)의 회전시에도 로터(212) 내부의 진공도를 측정할 수 있다. 이때, 진공센서(220)는 로터(212) 및 회전축(211)과 함께 회전하도록 회전축(211)에 결합된 슬립링(230)을 통해 전원을 공급받아 작동한다.
또한, 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 로터(212)의 회전시에 진공센서(220)로부터 수신하는 로터(212) 내부의 진공도를 슬립링(230)의 일측에 결합된 송신부(240)를 통해 무선 통신방식으로 외부로 송신한다. 따라서, 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 로터(212)가 회전하는 상태에서 로터(212) 내부의 진공도를 측정하고, 실시간으로 모니터링 할 수 있게 한다.
이러한 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 종래의 로터(212)를 정지하고 로터(212) 내부의 진공도를 측정하는 것에 비해 로터(212)를 정지 및 재가동 하는 과정이 생략되므로, 로터(212)의 정지 및 재가동에 따른 에너지 손실을 방지할 수 있다. 또한, 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 로터(212)가 회전하는 상태에서 로터(212) 내부의 진공도를 실시간으로 모니터링 함으로써, 로터(212) 내부의 진공도가 저하된 상태로 로터(212)가 구동되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 초전도 회전기의 작동 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 초전도 회전기의 진공 측정 장치(200)는 로터(212)가 회전하는 상태에서 로터(212) 내부의 진공도를 실시간으로 모니터링 함으로써, 로터(2122)의 진공도 저하 및 진공도 저하에 따른 열손실 발생을 용이하고 신속하게 유지 및 보수할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
200 : 초전도 회전기의 진공 측정 장치
210 : 회전체부 211 : 회전축
212 : 로터 220 : 진공센서
230 : 슬립링 240 : 송신부
250 : 냉각부 251 : 냉각박스
252 : 진공포트 253 : 진공펌프

Claims (7)

  1. 회전축과 상기 회전축과 함께 회전하도록 결합되는 로터가 내재되는 회전체부;
    상기 로터 내부의 진공도를 측정하도록 상기 로터의 일측에 결합되는 진공센서;
    상기 로터의 일측에 이격되게 배치되고, 상기 회전축과 함께 회전하도록 결합되는 슬립링; 및
    상기 진공센서로부터 측정되는 상기 로터 내부의 진공도를 외부로 송신하도록 상기 슬립링의 일측에 결합되는 송신부;
    를 포함하고, 상기 진공센서는 상기 로터와 함께 회전하며 상기 로터 내부의 진공도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 진공 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공센서는
    상기 로터와 함께 회전하도록 상기 로터의 외부 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 진공 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공센서는
    상기 슬립링으로부터 상기 회전축 내부로 연장되는 전원 공급선이 연결되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 진공 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는
    상기 진공센서에서 측정되는 상기 로터 내부의 진공도를 무선 통신방식으로 외부로 송신하는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 진공 측정 장치.
  5. 로터의 일측에 결합된 진공센서를 통해 상기 로터 내부의 진공도를 측정하는 진공 측정 단계;
    상기 로터 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는지 여부를 판단하는 진공 상태 판단 단계; 및
    상기 로터 내부의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 것으로 확인되면 상기 로터에 연통되는 진공 펌프를 작동시켜 상기 로터 내부의 진공도를 향상시키는 진공 형성 단계를 포함하며,
    상기 진공 형성 단계는
    상기 로터의 진공도가 일정 압력 이하로 저하되는 경우 상기 로터가 회전하는 상태에서 상기 진공 펌프를 작동시켜 상기 로터 내부의 진공도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 진공 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진공 측정 단계는
    무선 통신방식으로 상기 로터의 진공도를 외부로 송신하는 송신부를 통해 상기 로터의 회전시에도 상기 로터 내부의 진공도를 실시간으로 측정하여 모니터링 할 수 있는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 진공 형성 방법.
  7. 삭제
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