KR101850042B1 - 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치 - Google Patents

고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치 Download PDF

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김지형
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Abstract

본 발명은 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 초전도 코일의 안정도 평가와 신뢰성 검증 방안 마련 및 상용화 유무와 초전도 코일 제작을 위한 초전도선의 임계전류 또는 운전전류 상한선을 평가 확인할 수 있도록 하는 것으로, 이는 MW급 2세대 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 전자기적, 열적, 기계적 성능 평가가 가능한 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은 초전도 코일에 대하여 냉각을 수행하도록 하는 보빈 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성되고, 외부 고정자의 전류 크기를 설정 제어에 따라 용이하게 변경할 수 있도록 함으로써, 초전도 코일에 인가되는 시변 자계의 크기를 다르게 조정할 수 있도록 하는 바, 이는 초전도 코일이 사용될 실제 사용환경과 동일한 평가환경을 설정 및 제어할 수 있도록 함으로써, 초전도 코일의 성능평가 신뢰도가 확보되는 것을 특징으로 한다.

Description

고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치{Performance evaluation device}
본 발명은 초전도 코일의 안정도 평가와 신뢰성 검증 방안 마련 및 상용화 유무와 초전도 코일 제작을 위한 초전도선의 임계전류 및 운전전류 상한선을 평가 확인할 수 있도록 하는 것으로, 이는 2세대 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 전자기적, 열적, 기계적 성능을 정확하게 평가할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 초전도 코일에 대하여 냉각을 수행하도록 하는 보빈에 대하여 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성(냉동기나 냉매 순환모듈이 보빈을 통한 초전도 코일 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성되어 운전 온도 변경을 용이하게 제어)되고, 외부 고정자의 전압, 전류 크기 등을 설정 제어에 따라 자유롭게 변경할 수 있도록 함으로써, 초전도 코일에 인가되는 시변 자계의 크기를 다르게 조정할 수 있도록 하는 바, 이는 초전도 코일이 사용될 실제 사용환경과 동일한 평가환경을 제공하여 초전도 코일의 성능평가 신뢰도가 높은 것을 특징으로 한다.
일반적으로 초전도 코일은 NMR, MRI 등 의료분야와 초전도 회전기 (전동기, 발전기) 등의 산업분야에 널리 상업 및 연구용으로 쓰인다.
종래의 초전도 코일 시험 장치는 코일의 일부 또는 축소모델을 사용하여 전류의 통전 성능을 시험하는 방법 또는 초전도 코일이 내부에 장착된 발전기 또는 모터의 성능시험을 통해 초전도 코일의 통전 성능을 시험하였다.
그러나, 초전도 코일의 일부 또는 축소모델을 사용하여 통전 성능을 시험하는 방법은 초전도 코일이 모터 또는 발전기에 사용되는 구동환경을 온전히 모사하지 못하는 문제가 있었다.
그리고, 초전도 코일이 내부에 장착된 전동기 또는 발전기의 성능시험을 하는 방법은 시뮬레이션 해석을 통한 검증에서도 3차원 전자기장 해석을 적용하지 않으면 목적하는 수준의 검증 결과를 얻지 못하는 문제가 있었다.
정리하면, 종래의 고온초전도 코일은 회전기 내에서 기동시 또는 부하 변화로 인해 3상 전기자 권선에 흐르는 전류가 변화하여 발생하는 시변 자장의 영향을 받는다.
이러한 과도 상태의 시변 자장은 2세대 초전도 코일에 인가되는 왜란으로 작용하여 교류 손실 및 초전도 코일을 지지하는 금속 지지물에 와전류 손실을 발생시킴에 따라 초전도 코일의 운전 온도 상승의 요인으로 작용하여 초전도 코일의 열적 안정성과 성능을 저하시키게 된다.
또한, 3상 시변 자장은 초전도 코일의 자장 분포에 영향을 주어 고온초전도 코일의 임계 전류 특성을 저하 시켜 회전기 정격 출력을 발생하기 위한 운전 전류를 통전 시키지 못하게 되고, 이는 회전기의 출력 저하로 나타나게 된다.
이와 같이, 통상의 초전도 코일은 제작 후 실제 사용 환경에 적용하는 경우 여러가지 열적, 전자기적, 기계적 문제에 노출되는데 이러한 초전도 코일을 사전에 정확하게 성능 평가할 수 있는 장치가 전무한 실정이다.
다만, 최근 학계나 관련 업계에서는 이를 해결하고자 다양한 형태의 초전도 코일의 성능 평가 실험장치가 일부 고안되고 있기는 하나, 이는 실제 적용환경과 성능 평가환경이 서로 달라 평가된 초전도 코일의 실험 신뢰도가 매우 낮아 실질적인 사용이 곤란하며, 그에 따른 초전도 코일의 실 적용에 어려움이 따르는 문제가 지속적으로 발생되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1349362호(2014.01.02. 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 초전도 코일의 안정도 평가와 신뢰성 검증 방안 마련 및 상용화 유무와 초전도 코일 제작을 위한 초전도선의 임계전류 또는 운전전류 상한선을 평가 확인할 수 있도록 하는 것으로, 이는 2세대 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 전자기적, 열적, 기계적 성능을 정확하게 평가할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 본 발명은 초전도 코일에 대하여 냉각을 수행하도록 하는 보빈에 대하여 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성(냉동기나 냉매 순환모듈이 보빈을 통한 초전도 코일 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성되어 운전 온도 변경을 용이하게 제어)되고, 외부 고정자의 전압, 전류 크기 등을 설정 제어에 따라 자유롭게 변경할 수 있도록 함으로써, 초전도 코일에 인가되는 시변 자계의 크기를 다르게 조정할 수 있도록 하는 바, 이는 초전도 코일이 사용될 실제 사용환경과 동일한 평가환경을 제공하여 초전도 코일의 성능평가 신뢰도가 높은 것을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원주방향을 따라 축 회전 운전하는 회전자(100)의 내주연 일측 및 타측에 대칭 형태로 장착되는 초전도 코일(200)이 구비되도록 하되, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 자기장과 온도 분포 특성을 파악할 수 있도록 홀 센서(210)와 온도센서(220) 및 구조 변형량 측정용 스트레인 게이지(230)가 형성되고, 상기 초전도 코일(200)의 저면 단부에는 초전도 코일을 지지하면서 냉각하도록 보빈(300)이 형성되고, 상기 보빈(300)은 내측 또는 회측에 구비된 별도의 냉동기나 냉매 순환모듈(310)에 의해 전도 방식으로 하여금 초전도 코일(200)을 냉각시키도록 하되, 상기 냉동기나 냉매 순환모듈(310)은 보빈을 통한 초전도 코일(200) 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성되어 운전 온도 변경을 용이하게 제어할 수 있도록 형성되며, 상기 회전자(100)의 외주면에는 3상 전기자 권선(400)이 구비된 고정자(500)가 형성되도록 하되, 상기 3상 전기자 권선(400)은 3상 시변 자장 생성을 위한 전류 공급용 3상 교류 전원공급장치(600)와 연결되고, 상기 3상 교류 전원공급장치(600)는 3상 전기자 권선(400)의 전압과 전류의 크기 및 인가 주파수를 조정 가능하도록 형성되어 시변 자장하에서의 초전도 코일(200)이 실제 사용환경과 동일한 환경에서 성능이 평가될 수 있도록 형성된다.
이에, 상기 초전도 코일(200)은 외부에서 회전자(100) 내로 주입된 액체 냉매에 의해 함침되어 냉매와 초전도 코일(200) 간 직접적인 열교환이 이루어지도록 형성된다.
이때, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 냉각 자켓(240)이 형성되도록 하되, 상기 냉각 자켓(240)은 열용량이 큰 고체 냉매를 일정하게 분포시켜 열적 외란에도 안정적인 운전 온도를 유지할 수 있도록 형성된다.
이에, 상기 보빈(300)은 냉매 순환모듈(310)을 사용할 경우 병렬식 냉각 채널인 주입관(311)과 배출관(312)이 이송관(313)을 기준으로 가지관 형태로 분기되도록 형성되어 보빈과 냉매 공급, 회수라인을 이루며 초전도 코일(200)을 냉각하도록 하되, 상기 주입관(311)과 배출관(312)은 외부 냉매 생성장치(314) 및 극저온 펌프(315)에 연결되어 운전 온도가 조절되도록 형성된다.
또한, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 히터부재(250)가 부설되어 운전온도 여유값의 에너지를 일정 시간 인가하여 국부적인 Quench를 일으킨 후 열적 성능을 시험할 수 있도록 형성된다.
한편, 본 발명은 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 방법으로서, 초전도 코일(200)이 탑재된 회전자(100)를 회전 가능하도록 하면서 회전기의 고정자(500)와 회전자(100) 사이의 위치에 따른 특성을 평가할 수 있도록 하되, 초전도 코일(200)과 3상 전기자 권선(400)이 위치하는 고정자(500) 사이에는 댐퍼 구조물이 위치하여 상기 댐퍼 구조물(800)의 유무에 따른 초전도 코일의 성능 평가가 가능하도록 형성된다.
이에, 상술한 초전도 코일의 성능평가 방법은 상기 초전도 코일(200)은 1극 계자용 초전도 코일을 이용하여 고정자(500)에 위치한 3상 전기자 권선(400)에서 쇄교되는 자속과 기전력을 측정하여 회전기 성능 특성 시험을 수행할 수 있도록 형성된다.
또한, 상술한 초전도 코일의 성능평가 방법은 3상 파워 슬립링 또는 독립적인 여자장치를 통하여 전기자에 전원을 인입 가능하도록 하여 3상 전기자 권선이 위치한 고정자를 기계적으로 회전시킴으로써 초전도 코일이 탑재된 회전자를 정지한 상태에서 특성 평가가 이뤄질 수 있게 함으로써 회전자 냉각을 위한 부속 장치의 제거가 가능하여 특성평가 장치의 구성의 단순화를 통해 신뢰성을 높일 수 있도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 회전자 계자권선용 초전도 코일이 정상적인 운전에 영향을 미치는 온도, 전류, 자기장의 실제 운전 환경을 고려한 신뢰성 있는 성능평가가 가능하고, 운전 온도 1.8~300 K, 진공도 10-7 Torr 이상 유지 가능한 특징이 있다.
또한, 본 발명은 기체 및 액체 냉매 방식(초전도 코일에 대한 함침 냉각방식 및 초전도 코일에 대한 보빈 전도 냉각방식), 극저온 냉동기에 의한 전도 냉각 방식, 액체 및 고체 냉매를 동시에 사용하는 하이브리드 냉매 냉각방식이 모두 적용 가능하고, 회전자 외부에 위치한 고정자는 외부 시변 자기장이 인가된 상태에서의 탑재된 초전도 코일의 열적, 전기적 특성 평가가 가능하게 하는 특징이 있다.
이에, 본 발명은 고온초전도 코일이 탑재된 회전자를 회전 가능하도록 함으로써 회전기의 고정자와 회전자 사이의 위치에 따른 특성 평가가 가능하고, 초전도 코일과 3상 전기자 권선이 위치하는 고정자 사이에는 댐퍼 구조물이 위치하여 이 구조물의 유무에 따른 고온초전도 코일의 성능 평가가 가능하며, 초전도 코일과 연결되는 외부 냉각 장치와 DC 전원장치를 통한 운전 온도 및 전류 가변이 가능하며 3상 전기자 권선을 이용한 외부 시변 자기장 생성시 자유로운 가변이 가능한 특징이 있다.
또한, 본 발명은 외부 시변 자기장이 가해진 상태에서 상온에서 운전 온도까지의 냉각 특성을 반복적으로 수행할 수 있도록 함으로써, 신뢰성 있는 성능평가가 가능하고, 운전 온도의 상승시에도 신뢰성 있는 운전이 가능한지의 여부를 판단하기 위해 초전도 코일 주변부 내에 히터를 삽입하여 열적 외란 성능 시험을 반복적으로 수행할 수 있는 특징이 있다.
아울러, 본 발명은 하이브리드 냉매 냉각방식인 경우 사용이 가능한 여러 후보군의 극저온 냉매를 적용하여 다양한 운전 온도 환경을 모사할 수 있으며, 극저온 냉동기에 의한 전도냉각 방식 적용을 통하여 전도냉각에 의한 고온초전도 계자 코일의 전기적, 열적, 기계적 특성을 통합적으로 평가할 수 있고, 나아가 자기장, 온도 센서 및 스트레인 게이지와 연계된 DAQ 장비를 포함하여 고온초전도 계자 코일 성능을 실시간으로 계측 및 평가가 가능한 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 코일 성능평가 장치를 나타낸 일 예시도,
도 2 내지 도 3은 도 1에 따른 장치 일부를 절개한 확대 예시도,
도 4는 도 1의 정단면 예시도,
도 5는 도 4의 요부 확대 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 초전도 코일이 보빈에 결합된 상태를 나타낸 예시도,
도 7 내지 도 8은 초전도 회전기가 기타 설비들과 연결된 상태를 나타낸 개략적 구축도이다.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.
도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 초전도 코일의 안정도 평가와 신뢰성 검증 방안 마련 및 상용화 초전도 코일 제작을 위한 초전도선의 임계전류 또는 운전전류 상한선 마련을 위한 MW급 2세대 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 전자기적, 열적, 기계적 성능 평가가 가능한 평가 장치에 관한 것이다.
이에, 본 발명은 원주방향을 따라 축 회전 운전하는 회전자(100)의 내주면 일측 및 타측에 대칭 형태로 장착되는 초전도 코일(200)이 구비되도록 형성된다.
이러한 초전도 코일은 냉각용 보빈(300)의 일면에 안착되는 것으로, 고정자의 3상 전기자 권선과 근접하도록 형성된다. 그리고 상기 보빈은 중심축을 기준으로 단면이 삼각뿔 형태로 형성된 지지대(700)에 의해 지지 고정되도록 형성된다.
이때, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 자기장과 온도 분포 특성을 파악할 수 있도록 홀 센서(210)와 온도센서(220) 및 구조 변형량 측정용 스트레인 게이지(230)가 형성된다.(도 1 참조)
이러한 홀 센서와 온도센서 및 스트레인 게이지는 설계된 초전도 코일의 형상에 따라 위치가 일부 상이할 수 있다.
이에, 상기 초전도 코일(200)의 저면 단부에는 초전도 코일을 지지하면서 냉각하도록 보빈(300)이 형성된다.
이때, 상기 보빈(300)은 내측 또는 회측에 구비된 별도의 냉동기나 냉매 순환모듈(310)에 의해 전도 방식으로 하여금 초전도 코일(200)을 냉각시키도록 형성된다.
이에, 상기 냉동기나 냉매 순환모듈(310)은 보빈을 통한 초전도 코일(200) 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성되어 운전 온도 변경을 용이하게 제어할 수 있도록 형성된다.
이때, 상기 회전자(100)의 외주면에는 3상 전기자 권선(400)이 구비된 고정자(500)가 형성되도록 하되, 상기 3상 전기자 권선(400)은 3상 시변 자장 생성을 위한 전류 공급용 3상 교류 전원공급장치(600)와 연결된다.(도 7 참조)
즉, 3상 교류 전원공급장치는 초전도 모터를 구동시키는 전원장치로서 도 7에 보는 바와 같이, Inverter for HTS machine으로 표시되어 있고, dynamometer 구동용 전원장치는 Inverter for dynamometer로 표시되어 있다.
이에, 상기 3상 교류 전원공급장치(600)는 3상 전기자 권선(400)의 전압과 전류의 크기 및 인가 주파수를 조정 가능하도록 형성되어 시변 자장하에서의 초전도 코일(200)이 실제 사용환경과 동일한 환경에서 성능이 평가될 수 있도록 형성된다.
이에, 상기 초전도 코일(200)은 외부에서 회전자(100) 내로 주입된 기체 또는 액체 냉매에 의해 함침되어 냉매와 초전도 코일(200) 간 직접적인 열교환이 이루어지도록 형성된다.
이때, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 냉각 자켓(240)이 형성되도록 하되, 상기 냉각 자켓(240)은 열용량이 큰 고체 냉매를 일정하게 분포시켜 열적 외란에도 안정적인 운전 온도를 유지할 수 있도록 형성된다.
이에, 상기 보빈(300)은 냉매 순환모듈(310)을 사용할 경우 병렬식 냉각 채널인 주입관(311)과 배출관(312)이 이송관(313)을 기준으로 가지관 형태로 분기되도록 형성되어 보빈과 냉매 공급, 회수라인을 이루며 초전도 코일(200)을 냉각하도록 하되, 상기 주입관(311)과 배출관(312)은 외부 냉매 생성장치(314) 및 극저온 펌프(315)에 연결되어 운전 온도의 가변이 가능하고 냉매의 공급 및 회수가 가능하도록 형성된다.(도 7 참조)
즉, 상기 외부 냉매 생성장치(314)는 도 7에서 보는 바와 같이, Compressor와 Cryo-cooling system에 해당하는 것이고, 극저온 펌프(315)는 cryo-cooling system에 내장되어 있으며 cryo-cooling system의 대략적인 원리는 초전도 모터를 냉각시킨 후 뜨거워진 냉매가 cryo-cooling system으로 다시 회수되어 재냉각되고 다시 초전도 회전기로 재투입되게 되며 이때 극저온 펌프(315)가 냉매를 강제적으로 순환시키도록 형성된다.
또한, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 히터부재(250)가 부설되어 운전온도 여유값의 에너지를 일정 시간 인가하여 국부적인 Quench를 일으킨 후 열적 성능을 시험할 수 있도록 형성된다.
이를 보다 자세히 살펴보면, 도 1은 2세대 초전도 코일 성능평가 장치의 구성도로서, 초전도 코일(100)은 2세대 고온초전도 선재를 팬케익 형태로 권선하여 형성된다.
이에, 냉각채널의 주입관(311)과 배출관(312)는 강제 냉매 순환 채널로서, 외부 냉매(기체 및 액체 냉매)와 회전자 내부의 고체 냉매를 사용하는 하이브리드냉매 냉각방식으로 냉각된다.
즉, 초전도 코일은 냉매 순환 채널을 통해 흐르는 기체 및 액체 냉매에 의해 보빈이 냉각되면 전도방식에 의해 주로 냉각이 된다.
또한, 고정자(500: 기계 실드)의 내주면에는 외부 시변 자장에 의한 계자 코일의 특성을 파악하기 위해 3상 전기자 권선(400)이 위치하며 3상 시변 자장 생성을 위한 전류 공급 용도의 3상 교류 전원 공급장치가 연결된다.
이때 3상 교류 전원 공급장치는 전압/전류의 크기뿐만 아니라 인가 주파수가 조정 가능하여 다양한 크기와 주파수를 갖는 시변자장 하에서의 고온초전도 코일의 성능 평가가 가능하다.
그리고, 목표 운전 온도 이하로 초전도 코일이 냉각된 상태에서 목표 운전 전류로 초전도 코일을 충전한 후에 3상 전기자 권선에 정격 교류 자기장 및 정격 이상을 초과하는 시변 자장을 생성하기 위한 3상 교류 전류가 인가된다.
이에, 냉각 채널의 주입관과 배출관은 초전도 코일을 지지하는 보빈을 통과하여 순환하는 방식으로 배치가 되며 외부 냉매 생성 장치 및 극저온 펌프과 연결되어 운전 온도에 해당하는 냉매를 주입 및 배출하는 역할을 수행하도록 형성된다.(극저온 냉매 적용기준)
이때, 고정자(500: 기계 실드)에는 전기자 권선의 시변 자장이 외부로 누설되는 것을 방지하도록 형성되고, 전기 강판이 적층된 구조로 제작된다. 이는 기계 실드에 발생되는 와전류 손실을 줄이기 위함이다.
또한, 초전도 코일과 3상 전기자 권선이 위치하는 고정자 사이에는 댐퍼 구조물이 위치하여 이 구조물의 유무에 따라 초전도 코일의 성능 평가가 가능하도록 형성된다.
이때, 초전도 코일이 탑재된 회전자는 회전 가능하도록 함으로써 회전기의 고정자와 회전자 사이의 물리적인 사이각을 변화시킴으로써 외부 시변 자장이 인가되는 각도에 의한 초전도 코일의 특성 평가가 가능하도록 형성된다.
또한, 열적 외란에 따른 운전 온도의 상승시에도 신뢰성 있는 운전이 가능한지의 여부를 판단하기 위해 초전도 코일 주변부 내에 히터를 삽입하고, 운전 온도 여유(예: ΔT= 5 or 10 K) 만큼의 에너지를 일정 시간 인가하여 국부적인 Quench를 일으킨 후 열적 성능을 테스트할 수 있도록 형성된다.
이때, 다양한 운전 온도에서의 초전도 코일의 성능을 평가하기 위해 외부 냉매 생성 장치는 열 교환기에서의 극저온 냉매 온도를 조절하여 1.8~300 K(상온) 범위의 초전도 코일 운전 온도 조절이 가능하도록 형성된다.
이 외에도 외부에서 회전자 내로 주입된 기체 또는 액체 냉매에 초전도 코일을 함침함으로써 냉매와 초전도 코일 간의 직접적인 열교환이 가능하여 냉각 성능이 높은 액체 냉매 함침(Cryogen batch) 방식이 적용 될 수도 있다.
또한, 초전도 코일 형상과 대응되는 냉각 자켓을 초전도 코일 주변에 설치한 후 열용량이 큰 고체 냉매를 분포하게 하여 열적 외란에도 안정적으로 운전 온도를 유지 할수 있게 하여 계자 코일의 열/전기적 안정성 향상을 도모할 수 있도록 형성된다.
또한, 기체 및 액체 냉매를 사용한 냉각 방식 외에도 초전도 코일과 극저온 냉동기가 직접적인 연결에 의하여 열교환이 가능한 전도 냉각(conduction cooling or cryogen-free) 방식 또한 적용 가능하다.
이때, 초전도 코일은 열전도도가 높은 재질의 열교환용 전도판을 구비하여 열교환 성능을 높일 수 있으며, 극저온 냉동기의 온도를 가변(1.8~300 K)하여 극저온 냉동기 전도 냉각에 의한 다양한 온도에서의 초전도 코일의 성능을 평가할 수 있는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 자기장 및 온도 분포 특성을 파악하기 위한 홀 센서와 온도센서 그리고 구조적 변형량 측정이 가능한 스트레인 게이지가 초전도 코일의 각 중요 부위에 부착되며 각 센서로의 전기적인 신호를 외부에 위치한 신호 계측 시스템 (DAQ 장비)을 통하여 실시간으로 계측 및 특성 파악이 가능한 특징이 있다.
한편, 본 발명은 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 방법으로서, 초전도 코일(200)이 탑재된 회전자(100)를 회전 가능하도록 하면서 회전기의 고정자(500)와 회전자(100) 사이의 위치에 따른 특성을 평가할 수 있도록 하되, 초전도 코일(200)과 3상 전기자 권선(400)이 위치하는 고정자(500) 사이에는 댐퍼 구조물(800)이 위치하여 상기 댐퍼 구조물(800)의 유무에 따른 초전도 코일의 성능 평가가 가능하도록 형성된다.
이러한 댐퍼 구조물(800)은 도 1에서 보는 바와 같이 회전자의 최외층(회색으로 된 원통형 캔 형상)에 해당하는 것으로, 이러한 댐퍼 구조물은 탈부착 형태(길이방향 또는 축선방향을 따라 분리 또는 조립)로 형성되어 상술한 초전도 코일의 성능 평가를 다양하게 실시할 수 있도록 형성된다.
이에, 상술한 초전도 코일의 성능평가 방법은 상기 초전도 코일(200)은 1극 계자용 초전도 코일을 이용하여 고정자(500)에 위치한 3상 전기자 권선(400)에서 쇄교되는 자속과 기전력을 측정하여 회전기 성능 특성 시험을 수행할 수 있도록 형성된다.
또한, 상술한 초전도 코일의 성능평가 방법은 3상 파워 슬립링 또는 독립적인 여자장치를 통하여 전기자에 전원을 인입 가능하도록 하여 3상 전기자 권선이 위치한 고정자를 기계적으로 회전시킴으로써 초전도 코일이 탑재된 회전자를 정지한 상태에서 특성 평가가 이뤄질 수 있게 함으로써 회전자 냉각을 위한 부속 장치의 제거가 가능하여 특성평가 장치의 구성의 단순화를 통해 신뢰성을 높일 수 있도록 형성된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 ... 회전자 200 ... 초전도 코일
210 ... 홀 센서 220 ... 온도센서
230 ... 스트레인 게이지 240 ... 냉각 자켓
250 ... 히터부재 300 ... 보빈
310 ... 냉동기 또는 냉매 순환모듈 311 ... 주입관
312 ... 배출관 313 ... 이송관
314 ... 냉매 생성장치 315 ... 극저온 펌프
400 ... 3상 전기자 권선 500 ... 고정자
600 ... 3상 교류 전원공급장치 700 ... 지지대

Claims (8)

  1. 원주방향을 따라 축 회전 운전하는 회전자(100)의 내주면 일측 및 타측에 대칭 형태로 장착되는 초전도 코일(200)이 구비되도록 하되, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 자기장과 온도 분포 특성을 파악할 수 있도록 홀 센서(210)와 온도센서(220) 및 구조 변형량 측정용 스트레인 게이지(230)가 형성되고,
    상기 초전도 코일(200)의 저면 단부에는 초전도 코일을 지지하면서 냉각하도록 보빈(300)이 형성되고, 상기 보빈(300)은 내측 또는 회측에 구비된 별도의 냉동기나 냉매 순환모듈(310)에 의해 전도 방식으로 하여금 초전도 코일(200)을 냉각시키도록 하되, 상기 냉동기나 냉매 순환모듈(310)은 보빈을 통한 초전도 코일(200) 냉각시 냉매 공급 설정을 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성되어 운전 온도 변경을 용이하게 제어할 수 있도록 형성되며,
    상기 회전자(100)의 외주면에는 3상 전기자 권선(400)이 구비된 고정자(500)가 형성되도록 하되, 상기 3상 전기자 권선(400)은 3상 시변 자장 생성을 위한 전류 공급용 3상 교류 전원공급장치(600)와 연결되고, 상기 3상 교류 전원공급장치(600)는 3상 전기자 권선(400)의 전압과 전류의 크기 및 인가 주파수를 조정 가능하도록 형성되어 시변 자장하에서의 초전도 코일(200)이 실제 사용환경과 동일한 환경에서 성능이 평가될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초전도 코일(200)은 외부에서 회전자(100) 내로 주입된 액체 냉매에 의해 함침되어 냉매와 초전도 코일(200) 간 직접적인 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 냉각 자켓(240)이 형성되도록 하되, 상기 냉각 자켓(240)은 열용량이 큰 고체 냉매를 일정하게 분포시켜 열적 외란에도 안정적인 운전 온도를 유지할 수 있고 다양한 후보군의 극저온 고체 및 액체 냉매를 적용하여 다양한 코일 운전 환경을 모사할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보빈(300)은 냉매 순환모듈(310)을 사용할 경우 병렬식 냉각 채널인 주입관(311)과 배출관(312)이 이송관(313)을 기준으로 가지관 형태로 분기되도록 형성되어 보빈과 냉매 공급, 회수라인을 이루며 초전도 코일(200)을 냉각하도록 하되, 상기 주입관(311)과 배출관(312)은 외부 냉매 생성장치(314) 및 극저온 펌프(315)에 연결되어 운전 온도가 조절되도록 하고, 상기 보빈(300)과 극저온 냉동기의 직접적인 연결에 의한 온도 가변 전도 냉각 방식을 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 초전도 코일(200)은 외주면에 히터부재(250)가 부설되어 운전온도 여유값의 에너지를 일정 시간 인가하여 국부적인 Quench를 일으킨 후 열적 성능을 반복적으로 시험하여 운전 신뢰성을 평가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 고온초전도 회전기용 초전도 코일의 성능평가 장치.
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