KR101574323B1 - 저온초전도자석 연결용 전류리드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부전원과 저온초전도자석 사이에 연결되어 전류를 통전하는 저온초전도자석 연결용 전류리드에 있어서, 고온초전도선재; 상기 고온초전도선재의 하면에 구비되어 상기 고온초전도선재의 형상을 유지되게 하는 지지박판; 상기 고온초전도선재의 양단에 각각 구비되어 전기적으로 연결되고, 일단은 상기 저온초전도자석에 연결되고, 타단은 상기 외부전원과 연결되는 단자블록; 상기 단자블록 하면에 결합되어 상기 고온초전도선재와 상기 지지박판을 상기 단자블록에 고정되게 하는 고정치구;가 포함되어 지지박판이 고온초전도선재로 열침입을 방지하면서 단자블록과 고정치구에 의해 결합구조가 간단한 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드에 관한 것이다.

Description

저온초전도자석 연결용 전류리드{Current Lead Terminal for Connecting Low-temperature Superconductor}

본 발명은 저온초전도자석 연결용 전류리드에 관한 것으로, 저온초전도자석에 전류를 공급하는 전류리드를 고온초전도선재를 이용하여 전류의 통전으로 인하여 발생하는 주울(Jule)열과 열 침입을 최소화하는 저온초전도자석 연결용 전류리드에 관한 것이다.

초전도체는 액체헬륨의 온도인 4 K (-269 ℃)에서 초전도 상태가 되는 저온초전도체와, 액체질소의 온도인 77 K (-196 ℃)에서도 초전도 상태가 되는 고온초전도체가 있다. 초전도체의 대부분의 응용은 자석이라고 할 수 있으며 초전도자석을 만들기 위해서는 초전도체를 선재의 형태로 제작하여 권선을 한다.

저온초전도자석은 10 K 이하의 낮은 온도에서 동작하기 때문에 이를 냉각하기 위해서 자석을 액체헬륨 냉매에 침적시키거나, 냉매 없이 극저온냉동기에 직접 연결하여 전도냉각을 한다.

기존의 구리로 된 전류리드는 동일한 전류를 흘리기 위하여 고온초전도 전류리드보다 단면적이 훨씬 크기 때문에 고온부로부터의 열 침입이 커서, 액체헬륨 냉매를 빨리 증발시키거나 전도냉각인 경우 코일의 온도 상승을 유발할 가능성이 높아지는 문제점이 있어왔다.

KR 10-1349371 B1 KR 10-0855034 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고온초전도선재를 이용하여 전류리드를 구성하여 주울열 발생을 최소화하고, 고온초전도선재를 외부로부터 보호하면서 그 구조 결합이 간단한 저온초전도자석 연결용 전류리드를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 저온초전도자석 연결용 전류리드는 외부전원과 저온초전도자석 사이에 연결되어 전류를 통전하는 저온초전도자석 연결용 전류리드에 있어서, 고온초전도선재; 상기 고온초전도선재의 하면에 구비되어 상기 고온초전도선재의 형상을 유지되게 하는 지지박판; 상기 고온초전도선재의 양단에 각각 구비되어 전기적으로 연결되고, 일단은 상기 저온초전도자석에 연결되고, 타단은 상기 외부전원과 연결되는 단자블록; 상기 단자블록 하면에 결합되어 상기 고온초전도선재와 상기 지지박판을 상기 단자블록에 고정되게 하는 고정치구;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

먼저, 고온초전도선재를 이용한 전류리드를 구성하여 주울열 발생을 최소화하고, 단자블록 내에 상기 고온초전도선재가 삽입되는 구조로 하여 단자블록과 고온초전도선재가 면접촉에 의해 접촉면적이 최대가 되므로 접합시 전기저항을 최소화할 수 있다.

그 다음으로, 지지박판은 고온초전도선재와 동일한 길이와 너비이므로 고온초전도선재면 전체를 지지해 주면서 저온초전도자석보다 상대적으로 고온인 전원단자에서 불필요한 열 침입을 차단할 수 있다.

또한 단자블록에 고온초전도선재를 납땜할 때 초전도층에 인접한 면으로 접합하여 접촉 전기저항이 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 단자블록, 지지박판 및 고온초전도선재를 납땜하기 전에 강하게 결속시킬 수 있으며, 또한 납땜시 안정된 구조를 마련해 준다.

도 1은 전도냉각형 저온초전도 자석의 각 부분들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명인 저온초전도자석 연결용 전류리드의 사시도이다.
도 3은 적층 구조의 2세대 고온초전도선재의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 전도냉각형 고온초전도 자석의 각 부분들을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명인 저온초전도자석 연결용 전류리드의 사시도이며, 도 3은 적층 구조의 2세대 고온초전도선재의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 냉매 없이 극저온 냉동기에 직결되어 전도냉각 방식으로 냉각되는 저온초전도자석의 구조를 보여준다.

상세하게, 도 1에 도시된 바와 같이 코일 지지판(8)의 상부에 코일보빈(3)이 설치되고, 상기 코일보빈(3)에 초전도코일(1)이 권선되어 있고, 초전도코일(1)은 전류단자(4)와 연결되고, 전류단자(4)는 동판(7)을 통해 전류리드(2)에 연결된다.

즉, 저온초전도자석에서 나온 저온초전도코일의 전류단자(4)는 구리 블록형 동판(7)을 통하여 고온초전도 전류리드(2)와 전기적으로 연결이 되는 것이다.

그리고, 초전도코일(1)과 동판(7) 사이에는 열 흡수 블록이 설치되어 상기 동판에서 발생되는 열을 초전도코일에 간섭되는 것을 최소화할 수 있다.

도 2는 본 발명에서 제안하는 저온초전도자석 연결용 전류리드의 상세도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명인 단자 연결용 고온초전도 전류리드는 크게 고온초전도선재(100), 지지박판(200), 단자블록(300) 및 고정치구(400)를 포함하여 이루어진다.

상기 고온초전도선재(100)는 테이프형으로 길이가 길게 형성되어 전류를 흐를 수 있게 하는 것이다.

여기서, 상기 고온초전도선재(100)는 기판과 초전도층이 포함된 2세대초전도 선재로, 상세하게는 도 3에 도시된 바와 같이 동 안정화층(290), 은 보호층(280), 기판(260), 기판 버퍼층(240), 초전도층(220), 은 보호층(280), 동 안정화층(290)이 순서대로 적층된 테이프형으로 형성된다.

상기 지지박판(200)은 상기 고온초전도선재(100)의 하면(도 2에서는 하측면)에 대응되는 길이와 너비를 가진 크기를 가진 형상으로 형성되어 상기 고온초전도선재(100)를 외부의 물리적 충격에서 보호하고, 외부의 열을 차단할 수 있는 것이다.

상기 지지박판(200)이 상기 고온초전도선재(100)에 결합하는 이유는, 고온초전도선재(100)는 그 두께가 1 mm 이하로 매우 얇기 때문에 금속 또는 플라스틱의 유연한 소재의 지지박판과 겹쳐서 기계적 충격을 견딜 수 있도록 하기 위함이다.

여기서, 상기 지지박판(200)은 연성있는 플라스틱 소재로 제작하여 전류리드의 용도에 맞게 휘어짐을 허용한다. 그리고, 금속 소재도 가능하나 열전도율이 낮은 금속을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 지지박판(200)이 구비됨으로써, 외부의 열 즉, 외부전원으로 부터 발생된 열을 저온초전도자석측으로 침입되는 것을 차단할 수 있는 것이다.

여기서, 지지박판(200)은 고온초전도선재(100)의 하면에 구비되고, 이후 저온초전도자석과 외부전원의 각 단자에 단자블록과 연결되게 된다.

상기 단자블록(300)은 상기 고온초전도선재(100)의 양단에 전기적으로 연결되는 것으로, 도 1의 동판(7)에 연결되어 결국 권선되어 있는 초전도코일과 전기적으로 연결할 수 있는 것이다.

이때, 상기 단자블록(300)은 상기 고온초전도선재(100) 내부의 도 3에 도시된 초전도층(220)이 인접한 면에 접합되도록 하여 줄열 발생을 최소화할 수 있다. 즉, 상기 고온초전도선재(100)는 상면이 상기 단자블록(300)의 하면에 직접 접합되도록 하여 저항을 최소화하는 것이다.

그리고, 상기 단자블록(300)은 하면에 상기 고온초전도선재(100)와 지지박판(200)을 삽입할 수 있는 너비와 두께를 대응되는 홈이 형성되게 하여 결합을 용이하게 한다.

여기서, 상기 홈의 단부에는 수직으로 돌출된 스토퍼가 더 형성되도록 하여 상기 고온초전도선재와 지지박판이 상기 홈에 삽입되어 결합시 상기 고온초전도선재와 지지박판이 상기 단자블록(300) 외측으로 돌출되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

상기 고정치구(400)는 상기 단자블록(300)의 하부에 결합되어 상기 고온초전도선재와 상기 지지박판을 상기 단자블록(300)에 고정할 수 있는 것이다.

고정 방법은 도시된 바와 같이, 상기 고정치구(400)를 상기 단자블록(300)의 하면에 밀착하여 볼팅결합 한다.

여기서, 상기 고정치구(400)에 의해 상기 고온초전도선재와 상기 지지박판을 상기 단자블록(300)에 고정한 후 고온초전도선재(100)와 단자블록(300)이 접하는 면에 납땜을 채워 넣어 전기적 접합을 좋게 하는 것이 필요하다.

한편, 상기 지지박판(200)은 양측에 길이방향으로 상향된 가이드편이 더 형성되게 하여 상기 고온초전도선재(100)의 양측을 수용하여 상기 고온초전도선재(100)가 상기 지지박판(200)에 대하여 안정적으로 수용되어 결합할 수도 있다.

상기 가이드편이 더 형성되게 함으로써, 상기 고온초전도선재(100)가 지지박판(200)에 대한 이탈을 최소한으로 할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 저온초전도자석이 10 K 이하의 낮은 온도에서 동작하기 때문에 자석에 전류를 공급하는 연결부인 전류리드 또한 초전도자석에 접속되어 77 K 이하의 극저온 상태가 된다. 따라서 이러한 전류리드에 고온초전도선재를 사용하면 초전도 상태가 되어 전기저항이 거의 0 이 되어 주울열이 거의 발생하지 않는 장점이 있다.

또한 고온초전도선재를 사용하여 주울열 발생 최소로 하는 것 외에도 기계적 충격과 열침입을 차단하는 지지박판을 단자블록과 고정치구를 이용하여 간단히 결합할 수 있는 이점이 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 저온초전도자석 연결용 전류리드를 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.

1 : 초전도코일
2 : 전류리드
3 : 코일보빈
4 : 전류단자
5 : 코일 지지부
6 : 열 흡수 블록
7 : 동판
8 : 코일 지지판
100 : 고온초전도선재
200 : 지지박판
300 : 단자블록
400 : 고정치구
220 : 초전도층
240 : 기판 버퍼층
260 : 기판
280 : 은 보호층
290 : 동 안정화층

Claims (6)

1. 외부전원과 저온초전도자석 사이에 연결되어 전류를 통전하는 저온초전도자석 연결용 전류리드에 있어서,
   고온초전도선재(100);
   상기 고온초전도선재의 하면에 구비되어 상기 고온초전도선재의 형상을 유지되게 하는 지지박판(200);
   상기 고온초전도선재의 양단에 각각 구비되어 전기적으로 연결되고, 일단은 상기 저온초전도자석에 연결되고, 타단은 상기 외부전원과 연결되는 단자블록(300);
   상기 단자블록 하면에 결합되어 상기 고온초전도선재와 상기 지지박판을 상기 단자블록에 고정되게 하는 고정치구(400);가 포함되는 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단자블록(300)은,
   하면에 홈이 형성되어 상기 고온초전도선재와 지지박판이 삽입되는 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드.
3. 제2항에 있어서,
   상기 홈에는 돌출된 스토퍼가 더 형성되어 상기 고온초전도선재와 지지박판이 상기 단자블록으로 삽입시 외측으로 돌출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단자블록(300)은,
   상기 고온초전도선재 내부의 초전도층과 인접한 면과 접합되는 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 지지박판(200)은,
   상기 고온초전도선재(100)의 길이와 너비에 대응되는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지지박판(200)은,
   길이방향을 따라 양측에 상향된 가이드편이 형성되어 상기 고온초전도선재를 수용하는 것을 특징으로 하는 저온초전도자석 연결용 전류리드.

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