KR101589368B1

KR101589368B1 - 초전도 회전 기기

Info

Publication number: KR101589368B1
Application number: KR1020140044879A
Authority: KR
Inventors: 이상호; 박희주; 주진홍
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2016-01-28
Also published as: KR20150119557A

Abstract

본 발명의 초전도 회전 기기는, 초전도 권선이 원통형으로 감겨진 형태의 권선들이 상기 원통형의 축 방향으로 이격되어 배치된 회전자; 자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및 상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼를 포함하되, 상기 댐퍼는 상기 외주면상 위치가 상기 초전도 권선과 중첩되는 적어도 하나 이상의 보강부들을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 보강부는 자기장에 대한 투과를 억제하는 재질을 포함하거나, 상기 초전도 권선을 둘러싸는 고리 형상을 가질 수 있다.
상기 댐퍼 및 보강부의 구비에 따라 단락 사고시 회전자로 유입되는 고정자의 자기장을 억제할 수 있다.

Description

초전도 회전 기기{SUPERCONDUCTING ROTATION DEVICE}

본 발명은 초전도 모터 회전자용 댐퍼를 구비한 초전도 회전 기기에 관한 것으로서, 구체적으로는, 회전자의 고속회전으로 인한 진동 및 원심력 등에 대항할 수 있는 결합구조를 가져 진공 기밀을 견고히 유지할 수 있으며, 회전자의 진동을 방지할 수 있는 초전도 모터 회전자용 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 모터는 회전자로써 강자장을 발생시키는 초전도 회전자 권선(또는 선재)과 고정자로써 상전도 전기자 권선을 주로 사용하며, 상기 초전도 회전자 권선의 초전도 운전을 위해 극저온 냉매 장치가 함께 구비되게 된다. 그리고 상기 전기자권선의 외곽에는 초전도 전동기의 외부에서 발생하는 자장을 차폐시키고, 초전도 운전 온도를 보존시키기 위한 원통형의 기계 실드가 형성된다.

이렇게 배치된 전기자 권선과 초전도 회전자 권선 사이에는 구리 등의 재질의 원통으로 제작되는 댐퍼(Damper)가 설치되며 동기 초전도 모터가 탈조하였을 경우에 유도전류를 흘려서 다시 동기속도로 회복하는 것을 돕는다. 또한 전기자 권선에서 발생하는 교류자장이 직류자장을 발생시키는 초전도 회전자 권선에 영향을 미치는 것을 막아주는 역할을 하며, 극저온용기와 초전도 회전자 권선 사이에 배치되는 댐퍼의 경우는 회전자 외통으로부터 유입되는 복사열을 차폐시켜주는 역할도 동시에 수행하게 된다. 이러한 댐퍼는 샤프트에 축결합되고, 내부에 초전도 회전자 권선 등을 수용할 수 있는 공간부가 형성된 금속 원통으로 형성되며, 양단부는 브라켓이 결합될 수 있다.

상기 금속 원통과 브라켓은 단순히 나사결합되거나 용접결합되어 댐퍼를 진공밀폐시켜 회전자가 안정적으로 작동되도록 한다.

그런데, 단락 사고 발생시, 도 9와 같이 정상 상태의 수십 배에 달하는 많은 전류가 고정자 권선에 흐르게 되며, 이러한 고정자 권선의 대전류는 많은 자기장을 생성하여, 회전자 권선에 영향을 주게 된다. 즉, 사고시 고정자의 자기장이 회전자를 다량 통과하게 되는데, 특히, 자기적으로 취약한 극과 극 사이의 초전도 권선에 악영향을 줄 수 있다.

대한민국공개특허 10-2011-0064898호

본 발명은 단락 사고시 회전자로 유입되는 고정자의 자기장을 억제할 수 있는 댐퍼를 구비한 초전도 회전 기기를 제안하고자 한다.

또는, 본 발명은 자기적으로 취약한 극과 극 사이의 초전도 권선을 보호할 수 있는 댐퍼를 구비한 초전도 회전 기기를 제안하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따른 초전도 회전 기기는, 초전도 권선이 원통형으로 감겨진 형태의 권선들이 상기 원통형의 축 방향으로 이격되어 배치된 회전자; 자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및 상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼를 포함하되,

상기 댐퍼는 상기 외주면상 위치가 상기 초전도 권선과 중첩되는 적어도 하나 이상의 보강부를 구비할 수 있다.

여기서, 상기 보강부는 자기장에 대한 투과를 억제하는 재질을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 초전도 권선을 둘러싸는 고리 형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 보강부의 상기 고리 형상의 축 방향 폭이, 상기 중첩되는 초전도 권선의 축 방향 폭 보다 작을 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 권선을 둘러싸며, 서로 이격되어 고리 형상 영역에 배치된 도트 패턴들일 수 있다.

여기서, 상기 댐퍼는 상기 회전자를 냉각시키는 냉매를 위한 챔버를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 원통형 형상의 반지름 방향 단면이 직사각형을 가질 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 원통형 형상의 반지름 방향 단면이 외곽으로 갈수록 좁아지는 형상의 사다리꼴형을 가질 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 원통형 형상의 반지름 방향 단면이 반원 또는 반타원형을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 초전도 회전 기기는, 초전도 권선이 원통형의 원주면상에 축방향으로 배치되되 상기 원통형의 원주 방향으로 이격되어 배치된 회전자; 자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및 상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼를 포함하되,

여기서, 상기 보강부의 원주 방향 폭이, 상기 중첩되는 초전도 권선의 원주 방향 폭 보다 작을 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 권선을 둘러싸는 축 방향 영역에 서로 이격되어 배치된 도트 패턴들일 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 원통형 형상의 축 방향 단면이 직사각형을 가질 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 원통형 형상의 축 방향 단면이 외곽으로 갈수록 좁아지는 형상의 사다리꼴형을 가질 수 있다.

여기서, 상기 보강부는, 상기 원통형 형상의 축 방향 단면이 반원 또는 반타원형을 가질 수 있다.

상술한 구성에 따른 본 발명의 댐퍼를 구비한 초전도 회전 기기를 실시하면, 단락 사고시 회전자로 유입되는 고정자의 자기장을 억제할 수 있는 이점이 있다.

또는, 본 발명의 댐퍼를 구비한 초전도 회전 기기는 자기적으로 취약한 극과 극 사이의 초전도 권선을 보호할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 댐퍼가 적용될 수 있는 초전도 회전 기기의 회전자 구조를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 초전도 회전 기기에 적용된 본 실시예에 따른 회전자 댐퍼 구조를 도시한 요부 단면도.
도 3은 비교 대상으로 일반적인 회전자 댐퍼 구조를 도시한 요부 단면도.
도 4는 도 1의 실시예에서 다른 구현의 상기 보강부들을 구비한 댐퍼의 구조를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 댐퍼가 적용될 수 있는 초전도 회전 기기의 회전자 구조를 도시한 단면도
도 6은 도 5의 회전자의 회전축에 수직인 평면에 대한 단면도.
도 7은 도 6의 회전자 댐퍼 구조를 평면적으로 도시한 요부 단면도.
도 8은 도 5의 실시예에서 다른 구현의 상기 보강부들을 구비한 댐퍼의 구조를 도시한 사시도.
도 9는 비정상 상태의 수십 배에 달하는 많은 전류가 고정자 권선에 흐르는 현상을 도시한 그래프.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 　 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접 연결되어 있다거나 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.

또한, 이하의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

일반적으로 구리선 대신에 초전도 권선을 사용하여 회전자를 구성한 전동 모터나 발전기 등의 장비를 초전도 회전 기기라 하며, 저온에서 동작하는 초전도선을 위한 냉각 수단을 구비한다. 상기 회전자에 적용되는 초전도 권선은 코일 형태 뿐만 아니라 직선 도선 선재 형태가 될 수도 있으나, 전기 회전 기기 업계의 관행에 따라 권선이라 칭하겠다. 따라서, 본 발명의 설명에 있어 권선이라는 표현에는 상기 직선 도선 선재 형태가 포함됨은 물론이다.

본 실시예의 초전도 회전 기기는 회전자 원통의 원주를 감는 형태의 초전도 권선을 구비하는 구조를 가지며, 이에 따라 본 실시예의 댐퍼는 초전도 회전 기기 내 회전자 원통을 감싸는 고리(높이가 낮은 원통이라고 규정할 수도 있음) 형상 영역에 위치한 보강부를 구비한다. 상기 보강부는 상기 댐퍼에 대하여 원 바깥쪽으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 댐퍼가 적용될 수 있는 초전도 회전 기기의 회전자 구조를 도시한 단면도이다.

도시한 초전도 회전 기기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 높은 자장을 발생시키기 위해 초전도선으로 권선된 초전도 회전자 권선(10)과; 상기 회전자 권선(10)을 지지하기 위한 회전자 권선 지지부(11)와; 상기 회전자 권선 지지부(11)와 연결되어 상기 회전자 권선(10)에서 외부로 회전력을 전달하기 위한 토크 튜브(Torque Tube)(12)와; 적어도 상기 회전자 권선(10)을 포함한 상기 회전자 권선 지지부(11)를 둘러싸고 있는 회전자 내통(13)과; 상기 회전자 내통(13)을 둘러싸고 있는 회전자 외통(14)과; 상기 회전자 외통(14) 외부에 원통을 감싸는 형태로 구비된 회전자 댐퍼(70)와; 상기 회전자 내통(13)과 상기 회전자 외통(14) 사이에 설치된 열차폐판(15)과; 상기 회전자 권선(10)을 냉각하여 초전도화 하기 위해 저온의 냉매를 상기 회전자 내통(13)으로 공급하고 고온의 냉매 가스를 회수하기 위한 냉매 공급/회수 장치(20)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 상기 회전자 외통(14)과 상기 회전자 내통(13) 사이는 외부와의 단열을 위하여 고진공층(18)으로 형성되어 있다.

다른 구현에서는 상기 열차폐판(15) 및 고진공층(18)이 생략되고, 상기 회전자 외통(14) 내부로 냉매 가스가 흐를 수 있다. 이와 함께, 상기 회전자 외통(14)과 상기 댐퍼(70)가 일체형으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 댐퍼(70)는 상기 회전자를 냉각시키는 냉매를 위한 챔버를 형성하게 된다.

도 2는 도 1의 초전도 회전 기기에 적용된 본 실시예에 따른 회전자 댐퍼 구조를 도시한 것이며, 도 3은 비교 대상으로 일반적인 회전자 댐퍼 구조를 도시한 것이다.

도시한 회전자 댐퍼 구조는, 초전도 선재가 원통형으로 감겨진 형태의 권선들(10)이 상기 원통형의 축 방향으로 이격되어 배치된 회전자; 자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및 상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼(70)를 포함하되, 상기 댐퍼(70)는 상기 외주면상 위치가 상기 권선과 중첩되는 적어도 하나 이상의 보강부들(75)을 구비한다.

상기 고정자가 구비하는 상기 자성 재질은 전기로 자기장을 생성하는 특성 또는 상자성체 특성을 의미한다. 도면에서는 고정자 철심(112) 및 고정자 권선(115)로 전기로 자기장을 생성하는 구조를 채택하였다.

도시한 보강부들(75)은 자기장에 대한 투과를 억제하는 재질을 포함하여, 회전자로의 자기장 전파를 억제한다.

그런데, 사고시에는 상기 댐퍼(70) 및 보강부들(75)이 최대한 자기장 투과를 억제하는 것이 바람직하지만, 정상 동작시 상기 댐퍼(70)에 의해 자기장 투과가 크게 억제되면 초전도 회전 기기의 효율을 떨어뜨리게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 사고 자기장의 투과에 가장 취약한 영역인 극과 극사이의 초전도 권선을 보호할 수 있는 형태의 보강부들(75)을 제안한다. 즉, 도시한 상기 보강부들(75)은, 상기 초전도 권선들(10)의 둘러싸는 극히 낮은 높이의 원통형 형상(고리 형상)을 가진다.

한면, 도 3에 도시한 보강부들이 없는 일반적인 댐퍼(70')를 이용하는 경우, 두께를 증가시키면 사고시 보호 효과는 크지만 댐퍼 자체의 무게나 필요 자기장 차단으로 정상 동작시 효율을 떨어뜨리며, 두께를 감소시면 정상 동작시 효율이 좋으나 사고시 보호 효과가 미약하게 된다. 한편, 불필요하게 두꺼운 댐퍼는 제작 비용 낭비의 원인이 될 수도 있다.

반면, 도 2에 도시한 상기 고리 형상의 보강부들(75)은 상기 원통형 형상의 반지름 방향인 단면이 직사각형 형상을 가지도록 구현되었는데, 다른 구현의 보강부들의 상기 원통형 형상의 반지름 방향인 단면은, 외곽으로 갈수록 좁아지는 형상의 사다리꼴 형상을 가지거나, 반원/반타원 형상을 가질 수 있다.

도시한 상기 고리 형상의 보강부들(75)의 폭을 살펴보면, 상기 원통형 형상의 축 방향 폭이, 상기 각 초전도 권선들(10)의 축 방향 폭 보다 작게 형성하였는데, 이는 앞서 설명한 바와 같은 정상 동작시 효율 저하를 방지하기 위한 것이다.

또한, 상기 댐퍼(70)와 상기 보강부들(75)은 서로 다른 재질로 형성할 수 있지만, 다른 구현의 상기 보강부들(75)는 상기 댐퍼(70)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 공정에 따라서는 일체형으로 형성될 수 있다.

한편, 도시한 바와 같이 고정자쪽에는 고정자 권선(60) 및 고정자 철심(80)이 위치하며, 상기 댐퍼(70)/보강부들(75)과 상기 고정자 권선(60) 사이에는 공극(50)이 형성된다.

도 4에 도시한 다른 구현의 상기 보강부들은, 상기 회전자 권선들(10)을 둘러싸는 고리 형상의 공간상에서 서로 이격되어 배치된 도트 패턴을 형성하도록 형성될 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같은 정상 동작시 효율 저하를 방지하기 위한 목적을 더욱 크게 반영한 것이다.

본 실시예의 초전도 회전 기기는 회전자 원통의 원주에 축 방향으로 직선형으로 늘어진 초전도 권선을 구비하는 구조를 가지며, 이에 따라 본 실시예의 댐퍼는 초전도 회전 기기 내 회전자 원통의 축 방향으로 확장되는 직선 영역에 위치한 보강부를 구비한다. 상기 보강부는 상기 댐퍼에 대하여 원 바깥쪽으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 댐퍼가 적용될 수 있는 초전도 회전 기기의 회전자 구조를 도시한 단면도이며, 도 6은 도 5의 회전자의 회전축에 수직인 평면에 대한 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 본 실시예에 따른 초전도 회전 기기는, 고정자(110); 및 회전축(121) 및 회전자 권선(140)을 구비하여 상기 고정자(110)에 대해 회전하는 회전자(120);를 포함하고, 상기 회전자 권선(140)은, 상기 회전축(121)의 둘레에 배치되고 내부에 냉각유체의 유로를 형성하는 튜브(141); 상기 튜브(141)의 내부에 수용되는 초전도선(161); 및 상기 튜브(141)의 내부를 경유하여 유동하는 냉각유체;를 구비하여 구성될 수 있다.

본 실시예의 초전도 회전 기기도 발전기, 모터 또는 발전기 및 모터 겸용 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

고정자(110)는, 고정자 철심(112)(stator core)과, 상기 고정자 철심(112)에 권선되는 고정자 권선(115)(stator winding)을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고정자 권선(115)은, 예를 들면, 송,배전 계통에 연결되어 부하에 전원을 공급할 수 있게 구성될 수 있다.

상기 고정자 철심(112)의 내부에는 회전자(120)가 회전 가능하게 수용될 수 있게 회전자 수용공간(113)이 형성되어, 상기 고정자(110)의 내부에는 회전자(120)가 회전 가능하게 구비될 수 있다.

상기 회전자(120)는, 예를 들면, 회전축(121)과, 상기 회전축(121)의 둘레에 구비되는 회전자 권선(140)을 구비하여 구성될 수 있다.

상기 회전축(121)은 외부의 구동원(예를 들면, 화력 또는 원자력에 의한 터빈 등)에 연결될 수 있다. 상기 회전축(121)은, 예를 들면, 내부에 수용공간(122)이 구비될 수 있다.

상기 회전축(121)의 양 단부에는 상기 회전축(121)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(미도시)이 구비될 수 있다.

상기 회전축(121)은, 예를 들면, 제1 축부(124)와, 상기 제1 축부(124)의 양 단부에 연결되는 제2축부(130)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 회전축(121)은 비자성체(예를 들면 스테인레스)로 구성될 수 있다.

상기 제1 축부(124)는, 예를 들면, 상기 제2축부(130)에 비해 더 큰 외경을 구비하게 구성될 수 있다. 상기 제1 축부(124)는, 예를 들면, 원통부(125)와, 상기 원통부(125)의 양 단부에 반경방향으로 배치되는 디스크 부(126)를 구비할 수 있다.

상기 각 디스크부(126)의 중앙영역에는 내, 외가 연통되게 관통된 관통부(127)가 각각 구비될 수 있다. 상기 각 제2축부(130)의 일 단부에는 상기 제1축부(124)의 단부에 접촉 결합될 수 있게 반경방향을 따라 외측으로 연장된 플랜지부(132)가 형성될 수 있다.

상기 플랜지부(132)는 상기 디스크부(126)에 접촉되어 체결부재(예를 들면 볼트)에 의해 일체로 체결될 수 있다. 상기 회전축(121)의 둘레에는 회전자 권선(140)이 구비될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 회전자 권선(140)은 상기 회전축(121)의 제1 축부(124)의 둘레에 구비될 수 있다.

상기 회전자 권선(140)은, 상기 회전축(121)의 둘레에 배치되고 내부에 냉각유체의 유로를 형성하는 튜브(141)와, 상기 튜브(141)의 내부에 수용되는 초전도선(161)과, 상기 튜브(141)의 내부를 경유하여 유동하는 냉각유체를 구비하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체는 액체 질소(N) 또는 네온(Ne)이 사용될 수 있다. 상기 튜브(141)는, 예를 들면, 사각 단면을 구비하게 구성될 수 있다.

상기 튜브(141)의 내부에는 초전도선(161)이 구비될 수 있다. 상기 초전도선(161)은, 예를 들면, 사각 단면을 구비한 선재로 구성될 수 있다.

상기 튜브(141)는, 예를 들면, 내부 공간이 구획되게 구획벽(145)을 구비하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 구획벽(145)은 상기 튜브(141)와 별개로 제작되어 내부에 삽입된 구획부재로 구성될 수도 있다.

상기 구획벽(145)에는 관통공(146)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 내부의 냉각유체가 구획된 서로 다른 공간으로 자유롭게 이동될 수 있다. 이에 의해, 상기 튜브(141)의 내부의 온도 편차가 작아질 수 있다.

상기 튜브(141)의 내부에는 상기 초전도선(161)을 이격 지지하는 스페이서(150)가 구비될 수 있다. 상기 스페이서(150)는, 예를 들면, 내부에 초전도선(161)의 수용공간을 형성하는 외벽부(152)와, 상기 외벽부(152)의 내부 수용공간(155)을 구획하는 내벽부(154)를 구비하여 구성될 수 있다.

상기 초전도선(161)은 상기 스페이서(150)의 외벽부(152)에 의해 상기 튜브(141)의 내면과 이격되고, 상기 내벽부(154)에 의해 다른 초전도선(161)과 서로 이격될 수 있다.

상기 내벽부(154)에는 판면을 관통하여 형성되는 관통공(156)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 내벽부(154)에 의해 구획된 서로 다른 수용공간(155)으로 냉각유체가 원활하게 이동될 수 있다. 이에 의해, 상기 스페이서(150)의 내부의 초전도선(161)들이 골고루 냉각되어 상호 간 온도 편차가 작아질 수 있다.

한편, 상기 회전자 권선(140)은 상기 튜브(141)를 상기 회전축(121)으로부터 이격지지하는 튜브지지유닛(180)을 구비하여 구성될 수 있다.

상기 튜브지지유닛(180)은, 예를 들면, 복수 개로 구성될 수 있다. 상기 튜브지지유닛(180)은, 축방향으로 미리 설정된 간격(설치 간격)으로 이격 배치되게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 회전자 권선(140)의 처짐 등 변형을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 회전자 권선(140)의 길이가 길어져도 튜브지지유닛(180)의 설치 간격이 일정하므로 튜브지지유닛(180)의 개수를 증가시킴으로써 회전자 권선(140)의 처짐 등 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 튜브지지유닛(180)은, 예를 들면, 상기 회전축(121)이 수용되는 회전축수용공과 상기 회전축 수용공의 둘레에 상기 튜브(141)를 수용하는 튜브수용부(185)를 구비한 서포터(181) 및 상기 회전축(121)의 둘레에 반경방향으로 돌출되어 상기 서포터(181)를 고정지지하는 고정부재(191)를 구비하여 구성될 수 있다.

상기 서포터(181)는 비금속성재질(예를 들면, 글라스파이버(glass fiber)로 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 서포터(181)는 미리 설정된 두께를 가지는 단일체로 구성될 수 있다. 또한, 상기 서포터(181)는 상대적으로 얇은 두께를 가지게 구성하여 원하는 두께로 축방향으로 적층하여 사용하게 구성될 수도 있다.

도 7은 도 6의 회전자 댐퍼 구조를 평면적으로 도시한 것이며, 전기각 방향을 수평 방향으로 펼쳐서 도시하였다.

도시한 회전자 댐퍼 구조는, 초전도 권선들(140)이 원통형의 원주상에 축방향으로 배치되되, 상기 원통형의 원주 방향으로 이격되어 배치된 회전자; 자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및 상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼(270)를 포함하되, 상기 댐퍼(270)는 상기 외주면상 위치가 상기 권선과 중첩되는 적어도 하나 이상의 보강부들(275)을 구비한다.

도시한 보강부들(275)은 자기장에 대한 투과를 억제하는 재질을 포함하여, 회전자로의 자기장 전파를 억제한다.

그런데, 사고시에는 상기 댐퍼(270) 및 보강부들(275)이 최대한 자기장 투과를 억제하는 것이 바람직하지만, 정상 동작시 상기 댐퍼(270)에 의해 자기장 투과가 크게 억제되면 초전도 회전 기기의 효율을 떨어뜨리게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 사고 자기장의 투과에 가장 취약한 영역인 극과 극사이의 초전도 권선을 보호할 수 있는 형태의 보강부들(275)을 제안한다. 즉, 도시한 상기 보강부들(275)은, 상기 댐퍼(270)의 외곽에 위치하여 둘러싸는 직선 형상을 가진다.

도 2에 도시한 상기 고리 형상의 보강부들(75)은 상기 원통형 형상의 축 방향에 수직인 단면이 직사각형 형상을 가지도록 구현되었는데, 다른 구현의 보강부들의 상기 원통형 형상의 축 방향에 수직인 단면은, 외곽으로 갈수록 좁아지는 형상의 사다리꼴 형상을 가지거나, 반원/반타원 형상을 가질 수 있다.

반면, 보강부들이 없는 댐퍼를 이용하는 경우, 두께를 증가시키면 사고시 보호 효과는 크지만 정상 동작시 효율을 떨어뜨리며, 두께를 감소시면 정상 동작시 효율이 좋으나 사고시 보호 효과가 미약하게 된다.

도시한 상기 직선 형상의 보강부들(275)의 폭을 살펴보면, 각 보강부들(275)이 보호하는 각 초전도 권선들(140)의 폭 보다 작게 형성하였는데, 이는 앞서 설명한 바와 같은 정상 동작시 효율 저하를 방지하기 위한 것이다.

또한, 상기 댐퍼(270)와 상기 보강부들(275)은 서로 다른 재질로 형성할 수 있지만, 다른 구현의 상기 보강부들(275)는 상기 댐퍼(270)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 공정에 따라서는 일체형으로 형성될 수 있다.

한편, 도시한 바와 같이 고정자쪽에는 고정자 권선(115) 및 고정자 철심(112)이 위치하며, 상기 댐퍼(270)/보강부들(275)과 상기 고정자 권선(115) 사이에는 공극(250)이 형성된다.

도 8에 도시한 다른 구현의 상기 보강부들은, 상기 회전자의 초전도 권선들(140)을 둘러싸는 직선 형상의 영역 상에서 서로 이격되어 배치된 도트 패턴을 형성하도록 형성될 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같은 정상 동작시 효율 저하를 방지하기 위한 목적을 더욱 크게 반영한 것이다.

상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10, 140 : 회전자 권선
11 : 회전자 권선 지지부
13 : 회전자 내통
14 : 회전자 외통
70, 270 : 댐퍼
75, 275 : 보강부
120 : 회전자

Claims

초전도 권선이 원통형으로 감겨진 형태의 권선들이 상기 원통형의 축 방향으로 이격되어 배치된 회전자;
자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및
상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼를 포함하되,
상기 댐퍼는, 상기 외주면상 위치가 상기 초전도 권선과 중첩되고 서로 이격되는 복수의 보강부를 구비하고,
상기 보강부는 자기장에 대한 투과를 억제하는 재질을 포함하고, 상기 보강부는 상기 초전도 권선을 둘러싸는 고리 형상을 가지고, 상기 보강부의 상기 고리 형상의 축 방향 폭이 상기 중첩되는 초전도 권선의 축 방향 폭 보다 작으며,
1개의 상기 보강부의 축방향 폭은, 1개의 상기 중첩되는 초전도 권선의 축방향 폭 보다 작은,
초전도 회전 기기.
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제 1 항에 있어서,
상기 보강부는, 상기 권선을 둘러싸며, 서로 이격되어 고리 형상 영역에 배치된 도트 패턴들인 초전도 회전 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 댐퍼는 상기 회전자를 냉각시키는 냉매를 위한 챔버를 형성하는 초전도 회전 기기.
초전도 권선이 원통형의 원주면상에 축방향으로 배치되되 상기 원통형의 원주 방향으로 이격되어 배치된 회전자;
자성 재질을 구비하며 상기 회전자의 외부를 둘러싸는 원통형으로 형성된 고정자; 및
상기 회전자의 외주면에 배치되는 댐퍼를 포함하되,
상기 댐퍼는, 상기 외주면상 위치가 상기 초전도 권선과 중첩되고 서로 이격되는 복수의 보강부를 구비하고,
상기 보강부는 자기장에 대한 투과를 억제하는 재질을 포함하고, 상기 보강부는 상기 초전도 권선을 둘러싸는 고리 형상을 가지고, 상기 보강부의 원주 방향 폭이 상기 중첩되는 초전도 권선의 원주 방향 폭 보다 작으며,
1개의 상기 보강부의 원주 방향 폭은, 1개의 상기 중첩되는 초전도 권선의 원주 방향 폭 보다 작은,
초전도 회전 기기.
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제 7 항에 있어서,
상기 보강부는, 상기 권선을 둘러싸는 축 방향 영역에 서로 이격되어 배치된 도트 패턴들인 초전도 회전 기기.
제 7 항에 있어서,
상기 댐퍼는 상기 회전자를 냉각시키는 냉매를 위한 챔버를 형성하는 초전도 회전 기기.