KR101681414B1 - 초전도 코일 권취 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도 코일을 보빈에 감는 초전도 코일 권취 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 보빈에 초전도 코일을 감은 후에 발생하는 초전도 코일의 장력 변화가 최소화되도록 하면서 보빈의 직선 구간에 발생하는 초전도 코일의 배부름 현상을 방지하고 초전도 코일의 장력 변화에 따른 성능 열화를 방지되도록 하는 초전도 코일 권취 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

초전도 코일 권취 방법 및 장치{Method of winding a superconducting coil}
본 발명은 초전도 코일을 보빈에 감는 초전도 코일 권취 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 보빈에 초전도 코일을 감은 후에 발생하는 초전도 코일의 장력 변화가 최소화되도록 하면서 보빈의 직선 구간에 발생하는 초전도 코일의 배부름 현상을 방지하고 초전도 코일의 장력 변화에 따른 성능 열화를 방지되도록 하는 초전도 코일 권취 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 코일 권취 장치는 초전도 모터나 발전기에서 사용되는 레이스 트랙형의 보빈에 초전도 코일을 감기 위해 사용되는 장치를 말한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 초전도 코일 권취 장치는 수직으로 배치된 상부 고정판(100)과, 상기 상부 고정판(100)의 하부에 설치되는 하부 고정판(200)과, 상기 상부 고정판(100)의 전면에 회전 가능하게 설치되는 다수의 가이드 롤러(300)와, 상기 하부 고정판(200)의 전면 일측에 설치되는 회전 모터(400)와, 상기 회전 모터(400)에 장착되어 회전되고 초전도 코일이 감겨 있는 코일 카세트(500)와, 상기 하부 고정판(200)의 전면 타측에 설치되는 구동 모터(600)와, 상기 구동 모터(600)에 장착되어 회전되는 보빈(700)을 포함한다.
이러한 권취 장치는 회전 모터(400)와 구동 모터(600)의 구동으로 코일 카세트(500)와 보빈(700)이 회전되면서 코일 카세트(500)에서 풀리는 초전도 코일이 가이드 롤러(300)을 지나 보빈(700)의 둘레에 감기게 되는 것이다.
이러한 권취 장치는 초전도 코일의 장력을 감지하여 구동 모터(600)의 구동력을 조절함으로써, 보빈(700)에 감기는 초전도 코일의 장력을 일정하게 유지한다.
하지만, 전술한 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
구동 모터(600)에 의해 초전도 코일이 일정한 장력을 가진 상태로 보빈(700)에 감기지만, 보빈(700)이 장축인 직선 구간과 단축인 곡선 구간의 길이가 다른 레이스 트랙형으로 형성됨으로써, 단축에서 장축 즉, 곡선 구간에서 직선 구간으로 초전도 코일이 감길 때 장력의 변화가 심하게 발생하는 문제점이 있다.
이와 같은 장력의 변화는 보빈의 직선 구간에서의 초전도 코일이 느슨하게 감기도록 하고, 초전도 코일이 느슨하게 감김으로써, 보빈의 직선 구간에서 감긴 초전도 코일이 볼록하게 튀어나오는 보빈의 배부름 현상이 발생하게 된다.
또한, 완성된 레이스 트랙형 초전도 코일이 로터에 장착되어 회전되는 경우 플레밍의 왼손 법칙에 따라 감겨긴 초전도 코일은 풀리는 방향(즉, 외측 방향)으로 힘을 받게 되어 이러한 배부름 현상이 심화될 수도 있고 심지어는 초전도 코일이 터지는 경우도 있다. 이를 위해 종래에는 상부 열전달판 및 하부 열전달판 사이에 복수개의 볼트를 체결하고 초전도 코일이 볼트에 맞닿게 하여 초전도 코일의 풀림 현상을 방지하는 방식도 사용되었다. 하지만, 볼트와 맞닿는 초전도 코일에 집중 응력이 발생하여 초전도 코일이 열화되는 문제점이 지적되고 있었다.
한국등록특허공보 10-0897651 B1
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초전도 코일이 감겨 배부름 현상이 발생하기 쉬운 레이스 트랙형 보빈이 로터 회전에 의해 배부름 현상이 심화되는 것을 방지하기 위한 초전도 코일 권취 방법 및 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법으로서, 상기 레이스 트랙형 보빈은 상부 열 전달판, 하부 열 전달판 및 상기 상부 열 전달판 및 하부 열 전달판 사이에 위치하는 보빈을 포함하고, 상기 방법은: 상기 레이스 트랙형 보빈을 준비하는 단계; 상기 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 단계; 상기 상부 열 전달판 및 상기 하부 열 전달판에 대해 가압 부재를 설치하는 단계; 및 상기 초전도 코일의 최외각 턴 및 상기 열 전달판의 외주 사이의 공간에 에폭시를 함침시키는 단계;를 포함하는 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법을 제공한다.
상기 가압 부재를 설치하는 단계는 체결 부재를 이용해 상기 가압 부재를 상기 열 전달판으로 가압하는 단계를 포함한다.
상기 에폭시를 함침시키는 단계는: 상기 레이스 트랙형 보빈을 지면에 대해 일 방향으로 수직으로 자세 변형시키는 단계; 상기 열 전달판의 외주를 따라 접촉하며 상기 열 전달판의 외주의 일부를 덮는 제 1 가이드 부재를 위치시키는 단계; 및 상기 공간에 에폭시를 주입시키는 단계;를 포함한다.
상기 에폭시를 함침시키는 단계는: 상기 레이스 트랙형 보빈을 지면에 대해 상기 일 방향의 반대 방향으로 수직으로 자세 변형시키는 단계; 상기 열 전달판의 외주를 따라 접촉하며 상기 열 전달판의 외주의 나머지 일부를 덮는 제 2 가이드 부재를 위치시키는 단계; 및 상기 공간에 에폭시를 주입시키는 단계;를 포함한다.
상기 방법은: 상기 가압 부재, 상기 제 1 가이드 부재 및 상기 제 2 가이드 부재를 제거하는 단계; 및 상기 열 전달판의 외주로부터 돌출된 에폭시를 절단하는 단계;를 포함한다.
상기 에폭시를 절단하는 단계는 상기 주입된 에폭시를 80도에서 100분간 경화시킨 이후에 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 장치로서, 상부 열 전달판, 하부 열 전달판 및 보빈을 포함하는 레이스 트랙형 보빈; 상기 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일이 권취된 이후에, 상부 열 전달판 및 하부 열 전달판 각각에 위치되는 가압 부재; 에폭시가 주입될 공간을 마감하기 위해 상기 열 전달판의 외주를 따라 접촉하며 외주의 일부를 덮는 제 1 가이드 부재; 및 에폭시가 주입될 공간을 마감하기 위해 상기 열 전달판의 외주를 따라 접촉하며 외주의 나머지 일부를 덮는 제 2 가이드 부재;를 포함하는 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 장치가 제공된다.
상기 상부 열 전달판 및 하부 열 전달판은 홀을 포함하고, 상기 가압 부재는 상기 홀에 대응되는 홀을 포함하며, 상기 장치는 상기 가압 부재를 상기 열 전달판에 가압시키기 위한 체결 부재를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 초전도 코일에 감긴 레이스 트랙형 보빈의 배부름 현상이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 로터 회전에 의해 배부름 현상이 심화되는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 종래의 초전도 코일 권선 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 코일 권선 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 초전도 코일 권선 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 상부 열 전달판 및 하부 열 전달판의 외주와 초전도 코일의 최외각 턴 사이의 공간에 에폭시의 주입이 완료된 레이스 트랙형 보빈을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대하여는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명을 생략하기로 함에 유의한다.
도 2는 본 발명에 따른 초전도 코일 권선 장치를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초전도 코일 권선 장치는 상부 열 전달판(110), 보빈(120), 하부 열 전달판(130), 보빈(120)에 감겨지는 초전도 코일(140), 상부 열 전달판의 상부에서 볼트와 같은 체결부재(155)를 이용해 상부 열 전달판쪽으로 가압되는 가압부재(150), 하부 열 전달판의 하부에서 체결부재(155)를 이용해 하부 열 전달판쪽으로 가압되는 가압부재(150), 열 전달판(상부 열 전달판 및 하부 열 전달판)의 외주를 따라 접촉하며 외주의 일부에 대해 형성되는 제 1 가이드 부재(160), 제 1 가이드 부재의 반대편에서 외주의 일부에 대해 형성되는 제 2 가이드 부재(170)을 포함한다.
상부 열 전달판(110), 보빈(120), 하부 열 전달판(130)이 결합되어 레이스 트랙형 보빈이 형성된다.
레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일(140)이 권취되는 방법은 종래의 방법에 따를 수 있다. 예를 들면, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 회전 모터와 구동 모터의 구동력을 이용해 초전도 코일 카세트에 감겨긴 초전도 코일이 풀리면서 이와 동시에 보빈에 초전도 코일이 권취될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열 전달판은 보빈보다 더 크게 형성되어 그 내부의 공간에서 초전도 코일(140)이 권취된다. 즉, 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130)의 외주와 초전도 코일(140)의 최외각 턴 사이에는 공간이 형성된다. 이러한 공간에 대해 아무런 공정을 적용하지 않았던 종래의 기술에서는 감겨진 초전도 코일의 배부름 현상이 가속화되거나 심한 경우에는 초전도 코일이 터지는 문제가 종래에 발생하였다.
본 발명에 따르면, 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일(140)이 권취되고 난 이후에, 가압 부재(150)가 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130) 각각에 대해 위치될 수 있다. 가압부재(150)는 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130)을 가압하기 위한 부재이다. 구체적으로는, 가압부재(150)의 가압력을 구현하기 위해 볼트와 같은 체결부재(155)가 이용될 수 있다. 즉, 상부 열 전달판(110)에 적어도 하나의 홀이 형성되고, 가압부재(150)의 대응되는 위치에도 홀이 형성되어, 볼트가 홀을 관통하여 조여짐으로써 가압부재(150)은 상부 열 전달판(110)에 대해 가압될 수 있다. 하부 열 전달판(130)에 대해서도 마찬가지이다. 가압부재(150)를 이용하여 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130)을 가압하는 이유는, 이후에 공간에 에폭시가 주입되는 경우에 균일하고 빈틈없이 에폭시가 채워지게 하기 위해서이다.
에폭시를 주입하기 전 단계로서, 레이스 트랙형 보빈을 지면에 대해서 수직이 되도록 자세를 변형시킨다. 도 3을 참조하면, 지면에 대해서 수직으로 자세가 변형된 레이스 트랙형 보빈이 도시되어 있다. 도 3에서는 제 1 가이드 부재(160)가 위치되어 있으며 반대 방향에서 제 2 가이드 부재(170)가 이후 위치될 것이다.
제 1 가이드 부재(160)가 레이스 트랙형 보빈에 대해 위치된다. 구체적으로, 제 1 가이드 부재(160)는 열 전달판의 외주를 따라 접촉하게 위치되고, 외주의 일부를 덮도록 위치될 수 있다. 일부는 예를 들어 외주의 절반일 수 있다. 제 1 가이드 부재(160)는 예를 들어, 플라스틱 또는 금속을 재료로 형성될 수 있고, 테이프와 같은 마감재가 제 1 가이드 부재(160)로서 이용될 수도 있다.
제 1 가이드 부재(160)가 위치된 이후에, 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130)의 외주와 초전도 코일(140)의 최외각 턴 사이의 공간에 에폭시가 주입될 수 있다. 에폭시가 주입되는 것은 종래의 기술에 따를 수 있다. 예를 들면, 에폭시를 내부에 포함하고 있는 주사기가 에폭시 주입 도구로 이용될 수 있다.
이후에, 레이스 트랙형 보빈은 반대 방향으로 지면에 대해서 수직이 되도록 자세가 변형되고, 제 2 가이드 부재(170)가 위치될 수 있다. 구체적으로, 제 2 가이드 부재(170)는 열 전달판의 외주를 따라 접촉하게 위치되고, 외주의 나머지 일부를 덮도록 위치될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 가이드 부재(170)는 플라스틱이나 금속을 재료로 형성될 수 있고, 테이프와 같은 마감재가 제 2 가이드 부재(170)로서 이용될 수도 있다.
제 2 가이드 부재(170)가 위치된 이후에 전술한 방식과 마찬가지로 에폭시가 주입될 수 있다.
에폭시가 주입된 이후의 단계로서, 에폭시를 경화시키는 단계가 수행될 수 있다. 일반적으로 에폭시는 80도에서 300분 이상 방치하면 경화가 완료된다.
한편, 주입된 에폭시는 경우에 따라 외주로부터 돌출될 수 있기 때문에, 돌출된 에폭시를 제거할 필요가 있다. 따라서, 에폭시가 주입된 이후의 단계로서, 가압 부재(150), 제 1 가이드 부재(160) 및 제 2 가이드 부재(170)을 제거하고, 열 전달판의 외주로부터 돌출된 에폭시를 절단하는 단계가 수행될 수 있다. 절단을 위해 칼과 같은 커팅 도구가 이용될 수 있다.
이러한 에폭시 제거 과정은 에폭시의 경화가 완료되기 이전에 수행되는 것이 바람직하다. 예컨대, 에폭시가 주입된 이후 80도에서 100분간 경화시킨 이후에(즉, 경화가 완료되기 이전에) 가이드 부재의 제거 및 에폭시의 절단이 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130)의 외주와 초전도 코일(140)의 최외각 턴 사이의 공간에 에폭시의 주입이 완료된 레이스 트랙형 보빈을 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전술한 바에 따라, 공간에 에폭시의 주입이 완료되고, 제 1 가이드 부재 및 제 2 가이드 부재가 제거된 이후에, 필요에 따라 열 전달판의 외주에서 돌출된 에폭시가 제거된 상태의 레이스 트랙형 보빈이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상부 열 전달판(110) 및 하부 열 전달판(130)의 외주와 초전도 코일 사이의 공간은 에폭시(200)로 채워지게 된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
110: 상부 열 전달판 120: 보빈
130: 하부 열 전달판 140: 초전도 코일
150: 가압 부재 155: 체결 부재
160: 제 1 가이드 부재 170: 제 2 가이드 부재

Claims (8)

  1. 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법으로서,
    상기 레이스 트랙형 보빈은 상부 열 전달판, 하부 열 전달판 및 상기 상부 열 전달판 및 하부 열 전달판 사이에 위치하는 보빈을 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 레이스 트랙형 보빈을 준비하는 단계;
    상기 레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 단계;
    상기 상부 열 전달판 및 상기 하부 열 전달판에 대해 가압 부재를 설치하는 단계; 및
    상기 초전도 코일의 최외각 턴 및 상기 열 전달판의 외주 사이의 공간에 에폭시를 함침시키는 단계;를 포함하며,
    상기 에폭시를 함침시키는 단계는:
    상기 레이스 트랙형 보빈을 지면에 대해 일 방향으로 수직으로 자세 변형시키는 단계;
    상기 열 전달판의 외주를 따라 접촉하며 상기 열 전달판의 외주의 일부를 덮는 제 1 가이드 부재를 위치시키는 단계; 및
    상기 공간에 에폭시를 주입시키는 단계;를 포함하는
    레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압 부재를 설치하는 단계는 체결 부재를 이용해 상기 가압 부재를 상기 열 전달판으로 가압하는 단계를 포함하는,
    레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에폭시를 함침시키는 단계는:
    상기 레이스 트랙형 보빈을 지면에 대해 상기 일 방향의 반대 방향으로 수직으로 자세 변형시키는 단계;
    상기 열 전달판의 외주를 따라 접촉하며 상기 열 전달판의 외주의 나머지 일부를 덮는 제 2 가이드 부재를 위치시키는 단계; 및
    상기 공간에 에폭시를 주입시키는 단계;를 포함하는,
    레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 가압 부재, 상기 제 1 가이드 부재 및 상기 제 2 가이드 부재를 제거하는 단계; 및
    상기 열 전달판의 외주로부터 돌출된 에폭시를 절단하는 단계;를 포함하는,
    레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에폭시를 절단하는 단계는 상기 주입된 에폭시를 80도에서 100분간 경화시킨 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는,
    레이스 트랙형 보빈에 초전도 코일을 권취하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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