KR101694391B1 - Apparatus for reducing screening current of high temperature superconductive magnet - Google Patents

Apparatus for reducing screening current of high temperature superconductive magnet Download PDF

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황영진
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Abstract

The present invention relates to a device to reduce eddy currents of a high temperature superconductive magnet and, more specifically, relates to a device to reduce eddy currents of a high temperature superconductive magnet, capable of offsetting eddy currents generated from a high temperature superconductive magnet by generating a time-varying magnetic field by placing a magnetic plate rotated by a rotating device on both ends of the high temperature superconductive magnet. According to the present invention, the eddy current reducing device includes upper and lower time-varying magnetic field generating parts placed on both ends of the high temperature superconductive magnet to apply a time-varying magnetic field to both ends of the high temperature superconductive magnet.

Description

고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치{APPARATUS FOR REDUCING SCREENING CURRENT OF HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVE MAGNET}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a superconducting magnet,

본 발명은 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 관한 것으로, 특히 고온 초전도 자석의 양단부에 회전장치에 의해 회전하는 자석판을 배치하여서 시변자계를 발생시킴으로써 고온 초전도 자석에서 발생되는 맴돌이 전류를 상쇄시키는, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 관한 것이다. [0001] The present invention relates to an eddy current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet, and more particularly to an eddy-current superconducting apparatus for suppressing eddy currents generated in a high-temperature superconducting magnet by generating a time-varying magnetic field by disposing a magnet plate, And an eddy current reduction apparatus for superconducting magnets.

통상적으로, 고온 초전도체는 전통적인 초전도체 이론인 BCS 이론을 따르지 않는 흔히 30K 이상의 온도에서도 초전도성을 보이는 물체를 말한다. 이 고온 초전도체를 재료로 하는 자석을 고온 초전도 자석이라 한다.Typically, a high-temperature superconductor is an object that does not follow the traditional superconductor theory, BCS theory, and often exhibits superconductivity at temperatures above 30K. A magnet made of this high-temperature superconductor is called a high-temperature superconducting magnet.

고온 초전도 자석은 충/방전 시에 그 양단부에는 초전도 선재에 수직인 자기장이 인가되어 기전력이 발생되며, 이에 따라 소용돌이 모양의 유도 전류가 흐르게 되는데 이 현상을 맴돌이 전류라 한다.At high-temperature superconducting magnets, a magnetic field perpendicular to the superconducting wire is applied to both ends of the superconducting wire to generate an electromotive force. As a result, a swirling induction current flows. This phenomenon is referred to as eddy current.

종래의 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류를 감소시키는 방법은, 예컨대 "IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 25, NO. 3. JUNE 2015"에 게재된 논문 "Designs and Tests of Shaking Coils to Reduce Screening Currents Induced in HTS Insert Coils for NMR Magnet"에 개시된 바와 같이, 고온 초전도 자석에서 발생하는 자기장에 영향을 주지 않으면서 맴돌이 전류를 감소시키기 위해 시변자계를 발생하는 쉐이킹 코일(Shaking coil)이 배치되게 된다. 쉐이킹 코일에서 시변자계를 발생시키기 위해서는 교류전원이 인가되어야 한다.A method of reducing the eddy current of a conventional high-temperature superconducting magnet is disclosed in, for example, " IEEE Transactions on Design, Vol. 25, No. 3, JUNE 2015 " Quot; HTS Insert Coils for NMR Magnet ", a shaking coil that generates a time-varying magnetic field is disposed in order to reduce the eddy current without affecting the magnetic field generated in the high-temperature superconducting magnet. In order to generate the time-varying magnetic field in the shaking coil, AC power must be applied.

그러나 이와 같은 종래의 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 감소 방법은 쉐이킹 코일에 교류전원을 인가하는 교류전원 장치가 설치되어야 하므로 전체적인 부피가 커지며, 쉐이킹 코일에 교류전원이 인가되면 고온이 발생하게 되므로 별도의 냉각 장치가 필요하게 된다는 문제점이 있었다. 더욱이, 쉐이킹 코일에서 고온이 발생되는 것을 회피하기 위해 쉐이킹 코일을 고온 초전도 선재로 구성할 수 있는데, 이 경우 쉐이킹 코일자체에서 맴돌이 전류가 발생되므로 또 다른 문제를 야기할 수 있다.However, the eddy current reduction method of the conventional high-temperature superconducting magnet as described above requires an AC power supply for applying an AC power to the shaking coil, so that the overall volume becomes large. When AC power is applied to the shaking coil, a high temperature is generated. There is a problem that a device is required. Furthermore, in order to avoid the occurrence of a high temperature in the shaking coil, the shaking coil can be constituted by the high-temperature superconducting wire, which may cause another problem because the eddy current is generated in the shaking coil itself.

따라서 본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전체적인 부피가 작으며, 별도의 냉각 장치가 필요치 않으며, 쉐이킹 코일에서 고온이 발생되는 것을 회피하기 위하여 쉐이킹 코일을 고온 초전도 선재로 구성할 필요가 없는, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high-temperature superconducting wire rod having a small overall volume, a separate cooling device, and a shaking coil, And which is capable of reducing the eddy current of the high-temperature superconducting magnet.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치는 고온 초전도 자석의 양 단부에 배치되어 상기 고온 초전도 자석의 양단부에 시변자계를 인가하는 상, 하부 시변자계 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, an eddy current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention includes an upper and a lower side time-varying magnetic poles disposed at both ends of a high-temperature superconducting magnet, And a magnetic field generator.

상기 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 있어서, 상기 상, 하부 시변자계 발생부는 각각 상기 고온초전부 자석으로부터 이격되어 배치된 자석 판; 및 상기 자석 판을 회전시키도록 구성된 회전장치를 포함할 수 있다.In the eddy-current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the above-described embodiment, the upper and lower time-varying magnetic field generators include a magnet plate spaced apart from the high- And a rotating device configured to rotate the magnet plate.

상기 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 있어서, 상기 자석 판은 영구자석 판 또는 전자석 판을 포함할 수 있다.In the eddy-current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the above embodiment, the magnet plate may include a permanent magnet plate or an electromagnet plate.

상기 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 있어서, 상기 자석 판은 N극 자석 및 S극 자석이 교대로 배열될 수 있다.In the eddy-current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the above-described embodiment, the magnet plate may have N pole magnets and S pole magnets alternately arranged.

상기 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 있어서, 상기 자석 판은 원형일 수 있다.In the eddy current reducing device for a high-temperature superconducting magnet according to the above embodiment, the magnet plate may be circular.

상기 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 있어서, 상기 회전장치는 상기 자석 판을 회전시키도록 모터축이 연결된 DC 모터일 수 있다.In the eddy-current reducing device for a high-temperature superconducting magnet according to the above-described embodiment, the rotating device may be a DC motor having a motor shaft connected to rotate the magnet plate.

본 발명의 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 의하면, 고온 초전도 자석의 양 단부에 시변자계를 인가하는 상, 하부 시변자계 발생부가 각각 고온 초전부 자석으로부터 이격되어 배치된 자석 판과 이 자석 판을 회전시키는 회전장치에 의해 구성됨으로써, 쉐이킹 코일을 사용하지 않으므로 고온이 발생되지 않으므로 별도의 냉각장치를 필요로 하지 않으며, 이 쉐이킹 코일을 고온 초전도 선재로 구성할 필요가 없다는 뛰어난 효과가 있다.According to the eddy-current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the embodiment of the present invention, the upper and lower time varying magnetic field generators for applying the time-varying magnetic field to both ends of the high-temperature superconducting magnet, And a rotating device that rotates the magnet plate. Therefore, since no shaking coil is used, no high temperature is generated, and no separate cooling device is required, and there is no need to configure the shaking coil with the high-temperature superconducting wire. .

또한, 본 발명의 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 의하면, 자석 판을 회전시켜 시변자계를 발생시켜서 고온 초전도 자석에서 발생되는 맴돌이 전류를 상쇄시키는 구성을 가짐으로써, 고온 초전도 자석에서 발생되는 중심 장기장이 원래의 값을 나타낼 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.Further, according to the eddy current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the embodiment of the present invention, the magnet plate is rotated to generate a time-varying magnetic field to cancel the eddy current generated in the high-temperature superconducting magnet, There is an excellent effect that the central organs generated in the center can exhibit the original values.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치가 고온 초전도 자석에 설치된 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 의해 맴돌이 전류가 저감되어 고온 초전도 자석의 중심 자기장이 원래 값을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류를 저감시키기 위해 쉐이킹 코일을 사용하는 구성을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing a configuration in which a device for reducing eddy current of a high-temperature superconducting magnet is installed in a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an original value of a center magnetic field of a high-temperature superconducting magnet by reducing the eddy current by the eddy-current reducing device of the high-temperature superconducting magnet of FIG.
3 is a view showing a configuration using a shaking coil to reduce the eddy current of a conventional high-temperature superconducting magnet.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치가 고온 초전도 자석에 설치된 구성을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing a configuration in which a device for reducing eddy current of a high-temperature superconducting magnet is installed in a high-temperature superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상, 하부 시변자계 발생부(100, 100')를 포함한다.As shown in FIG. 1, the eddy current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the embodiment of the present invention includes upper and lower time varying magnetic field generators 100 and 100 '.

상, 하부 시변자계 발생부(100, 100')는 고온 초전도 자석의 양 단부에 각각 배치되어 고온 초전도 자석의 양단부에 시변자계를 인가하여 고온 초전도 자석에서 발생되는 맴돌이 전류를 상쇄시키는 역할을 한다.The upper and lower time varying magnetic field generators 100 and 100 'are respectively disposed at both ends of the HTS superconducting magnets and apply a time-varying magnetic field to both ends of the HTS superconducting magnets to cancel the eddy currents generated in the HTS superconducting magnets.

상, 하부 시변자계 발생부(100, 100')는 각각 고온 초전도 자석으로부터 이격되어 배치된 자석 판으로서의 영구자석 판(120, 120'), 및 이 영구자석 판(120, 120')을 회전시키도록 영구자석 판(120, 120')의 대략 중심부에 모터축(110a, 110'a)이 연결된 회전장치로서의 DC 모터(110, 110')를 포함한다.Each of the upper and lower time varying magnetic field generators 100 and 100 'includes permanent magnet plates 120 and 120' as magnet plates spaced apart from the HTS superconducting magnets, and permanent magnet plates 120 and 120 ' 110 ' as a rotating device in which motor shafts 110a, 110 ' a are connected to approximately the center of permanent magnet plates 120, 120 '

영구자석 판(120, 120')은 예컨대 원형으로 되어 있으나 고온 초전도 자석의 평면 형상에 따라 사각형 또는 기타 다각형으로 될 수 있다. 또한 영구자석 판(120, 120')에는 자계를 발생시키는 N극 영구자석 (120a, 120'a) 및 S극 영구자석(120b, 120'b)이 교대로 배열되어 있는 구성을 도시하고 있으나, N극 영구자석 (120a, 120'a)만이 배열되거나 S극 영구자석 (120b, 120'b) 만이 배열될 수 있다. 한편, 영구자석 판(120, 120')은 자석 판의 한 형태로서 예를 들어 설명되었으나, 전자석 판(도시안됨)으로 대체될 수 있으며 이때 전자석 판에는 전원을 공급하는 장치가 포함되어 있다.The permanent magnet plates 120 and 120 'are, for example, circular, but may be rectangular or other polygons depending on the planar shape of the high-temperature superconducting magnet. N permanent magnets 120a and 120'a and S permanent magnets 120b and 120'b for generating magnetic fields are alternately arranged in the permanent magnet plates 120 and 120 ' Only N pole permanent magnets 120a and 120'a may be arranged or only S pole permanent magnets 120b and 120'b may be arranged. Meanwhile, although the permanent magnet plates 120 and 120 'have been described as an example of a magnet plate, they may be replaced with electromagnets (not shown), and the electromagnets may include a power supply.

DC 모터(110, 110')는 직류 전원에 의해 모터축(110a, 110'a)이 영구자석 판(120, 120')에 결합되어 이 영구자석 판(120, 120')을 회전시킴으로써 영구자석 판(120, 120')에는 시변자계가 발생된다. 한편, DC 모터(110, 110')는 회전장치로서 예를 들어 설명되었으나, 상기 영구자석 판을 회전시키는 장치이면 특별히 제한되지 않는다. The DC motors 110 and 110 'are connected to the permanent magnet plates 120 and 120' by the DC motors 110a and 110'a to rotate the permanent magnet plates 120 and 120 ' A time-varying magnetic field is generated in the plates 120 and 120 '. On the other hand, the DC motors 110 and 110 'have been described as rotating devices, but are not particularly limited as long as they are devices for rotating the permanent magnet plate.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치의 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the eddy current reducing apparatus of the high-temperature superconducting magnet according to the embodiment of the present invention constructed as described above will be described.

먼저, 고온 초전도 자석의 상, 하 양단부에는 각각 상, 하부 시변자계 발생부(100, 100')가 배치되게 된다.First, upper and lower time varying magnetic field generators 100 and 100 'are disposed on upper and lower ends of the HTS magnet, respectively.

이후, DC 모터(110, 110')가 작동되면 모터축(110a, 110'a)을 통해 영구자석 판(120, 120')에 회전력이 전달되게 되어 회전 운동을 하게 된다.Thereafter, when the DC motors 110 and 110 'are operated, rotational force is transmitted to the permanent magnet plates 120 and 120' through the motor shafts 110a and 110'a to perform rotational motion.

도 2는 도 1의 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 의해 맴돌이 전류가 저감되어 고온 초전도 자석의 중심 자기장이 원래 값을 나타내는 도면으로서, 그래프의 가로축은 시간(s)을 나타내며, 세로축은 고온 초전도 자석의 중심 자기장(G)을 나타낸다. 우측 하부에는 일부 시간 구간에 대한 중심 자기장의 변화를 나타내는 확대도가 첨부되어 있다.FIG. 2 is a diagram showing the original value of the center magnetic field of the high-temperature superconducting magnet by reducing the eddy current by the eddy-current reducing device of the high-temperature superconducting magnet of FIG. 1, wherein the abscissa of the graph represents time (s) Represents the center magnetic field G of the magnet. In the lower right, an enlarged view showing the change of the center magnetic field with respect to some time interval is attached.

적색 파형은 영구자석 판(120, 120')을 회전시키지 않았을 때의 중심자기장의 변화를 나타내며, 이 중심자기장은 맴돌이 전류로 인해 원래의 값(목표 값)보다 0.6G 정도 낮아졌음을 알 수 있다.The red waveform represents the change of the center magnetic field when the permanent magnet plates 120 and 120 'are not rotated, and it can be seen that the center magnetic field is lowered by about 0.6G from the original value (target value) due to the eddy current .

한편, 청색 파형은 영구자석 판(120, 120')을 회전시켰을 때의 중심자기장의 변화를 나타내며, 이 중심자기장은 영구자석 판(120, 120')의 회전시 발생한 시변자계에 의해 고온초전도 자석에서 발생되는 맴돌이 전류가 상쇄됨으로써 원래 값으로 회복된 것을 알 수 있다.The blue waveform represents a change in the center magnetic field when the permanent magnet plates 120 and 120 'are rotated. The center magnetic field is generated by the time-varying magnetic field generated when the permanent magnet plates 120 and 120' It can be seen that the eddy currents generated in the first embodiment are canceled and restored to their original values.

즉, 적색 파형과 청색 파형 간의 중심자기장의 차이는 대략 0.6G 정도 되며, 이는 영구자석 판(120, 120')의 회전에 의해 발생한 시변자계에 의해 맴돌이 전류가 대부분 상쇄되었음을 의미한다.That is, the difference in the center magnetic field between the red waveform and the blue waveform is about 0.6 G, which means that the eddy currents are mostly canceled by the time-varying magnetic field generated by the rotation of the permanent magnet plates 120 and 120 '.

본 발명의 실시예에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 의하면, 고온 초전도 자석의 양 단부에 시변자계를 인가하는 상, 하부 시변자계 발생부가 각각 고온 초전부 자석으로부터 이격되어 배치된 자석 판과 이 자석 판을 회전시키는 회전장치에 의해 구성됨으로써, 쉐이킹 코일을 사용하지 않으므로 고온이 발생되지 않으므로 별도의 냉각장치를 필요로 하지 않으며, 이 쉐이킹 코일을 고온 초전도 선재로 구성할 필요가 없다.According to the eddy-current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the embodiment of the present invention, the upper and lower time-varying magnetic field generators for applying a time-varying magnetic field to both ends of the high-temperature superconducting magnet, And a rotating device that rotates the magnet plate. Therefore, since no shaking coil is used, a high temperature is not generated. Therefore, a separate cooling device is not required, and it is not necessary to configure the shaking coil with the high-temperature superconducting wire.

또한, 본 발명의 실시형태에 의한, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 의하면, 자석 판을 회전시켜 시변자계를 발생시켜서 고온 초전도 자석에서 발생되는 맴돌이 전류를 상쇄시키는 구성을 가짐으로써, 고온 초전도 자석에서 발생되는 중심 장기장이 원래의 값을 나타낼 수 있다.Further, according to the eddy current reducing apparatus for a high-temperature superconducting magnet according to the embodiment of the present invention, the magnet plate is rotated to generate a time-varying magnetic field to cancel the eddy current generated in the high-temperature superconducting magnet, The central organs arising from the nucleus can represent the original value.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the best mode has been shown and described in the drawings and specification, certain terminology has been used for the purpose of describing the embodiments of the invention and is not intended to be limiting or to limit the scope of the invention described in the claims. It is not. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100, 100': 상, 하부 시변자계 발생부
110, 110': DC 모터
110a, 110'a: 모터축
120, 120': 영구자석 판
120a, 120'a: N극 영구자석
120b, 120'b: S극 영구자석100, 100 ': upper and lower time varying magnetic field generators
110, 110 ': DC motor
110a, 110'a: motor shaft
120, 120 ': permanent magnet plate
120a, 120'a: N pole permanent magnet
120b, 120'b: S-pole permanent magnet

Claims (6)

고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치에 있어서,
상기 고온 초전도 자석의 양 단부에 배치되어 상기 고온 초전도 자석의 양단부에 시변자계를 인가하는 상, 하부 시변자계 발생부를 포함하며;
상기 상, 하부 시변자계 발생부는 각각
상기 고온초전도 자석으로부터 이격되어 배치된 자석 판, 및
상기 자석 판을 회전시키도록 구성된 회전장치를 포함하며;
상기 자석 판은 영구자석 판 또는 전자석 판을 포함하는, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치.An eddy current reducing apparatus for a high temperature superconducting magnet,
And an upper and a lower time varying magnetic field generator disposed at both ends of the HTS magnet to apply a time-varying magnetic field to both ends of the HTS magnet;
The upper and lower time varying magnetic field generators
A magnet plate disposed apart from the high-temperature superconducting magnet, and
And a rotating device configured to rotate the magnet plate;
Wherein the magnet plate comprises a permanent magnet plate or an electromagnet plate. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 자석 판은 N극 자석 및 S극 자석이 교대로 배열되어 있는, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치.The method according to claim 1,
Wherein the magnet plate is an N pole magnet and an S pole magnet alternately arranged. 제 1 항에 있어서,
상기 자석 판은 원형인, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치.The method according to claim 1,
Wherein the magnet plate is circular, and the eddy current reduction device of the high-temperature superconducting magnet. 제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는 상기 자석 판을 회전시키도록 모터축이 연결된 DC 모터인, 고온 초전도 자석의 맴돌이 전류 저감 장치.The method according to claim 1,
Wherein the rotating device is a DC motor having a motor shaft connected to rotate the magnet plate.
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