KR101996388B1 - Superconducting switch of superconducting magnet for magnetic levitation - Google Patents

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최재헌
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Abstract

초전도 스위치는 초전도 전자석에 구비되어 충전 모드와 영구전류모드로 스위칭(switching)을 수행하며, 케이스, 상기 케이스 내에 권선되는 상기 초전도 선재, 상기 케이스의 중앙부분에 형성되어 상기 초전도 선재가 권선되도록 하는 보빈 및 상기 보빈의 중앙공간에 설치되며 외부 전원으로부터 전류가 인가되면 열을 발생하는 히터부를 포함한다.The superconducting switch is provided in a superconducting electromagnet to perform switching between a charging mode and a permanent current mode. The superconducting switch includes a case, a superconducting wire wound around the case, a bobbin And a heater installed in a central space of the bobbin and generating heat when current is applied from an external power source.

Description

자기부상용 초전도 전자석용 초전도 스위치 {SUPERCONDUCTING SWITCH OF SUPERCONDUCTING MAGNET FOR MAGNETIC LEVITATION}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a superconducting switch for superconducting electromagnet for magnetic levitation,

본 발명은 초전도 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초전도 전자석을 영구전류모드로 운전(Excitation : 여자)하기 위한 필수 부품으로서 박막형 고온 초전도 선재를 이용하는 자기부상용 초전도 전자석용 초전도 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting switch, and more particularly, to a superconducting switch for a superconducting electromagnet for magnetic levitation using a thin film type high-temperature superconducting wire as an essential component for exciting a superconducting electromagnet in a permanent current mode.

일반적인 마그넷 또는 반도체 스위치는 내부에 접촉저항이 존재하기 때문에 영구전류모드 운전 시 저항손실로 인해 초전도 코일의 전류감쇄가 급격히 일어나 자기장을 유지하기 어렵다. 그래서 초전도 코일의 영구전류모드 운전에는 초전도체의 온도에 따른 초전도성의 변화를 제어하여 전기적으로 On-off 할 수 있는 초전도 스위치가 사용된다.Since there is a contact resistance inside a general magnet or a semiconductor switch, the current loss of the superconducting coil rapidly occurs due to the resistance loss in the permanent current mode operation, and it is difficult to maintain the magnetic field. Therefore, in the permanent current mode operation of the superconducting coil, a superconducting switch which can control the change of superconductivity according to the temperature of the superconductor and turn it on and off electrically is used.

도 1은 종래의 초전도 스위치(1)의 기본 구조이다. 이러한 초전도 스위치(1)는 박막형 초전도 선재(2)에 열을 발생시킬 수 있는 열선 히터(3)가 설치된 구조를 가진다. 상기 박막형 초전도 선재(2)는 냉각조 내 77K의 액체 질소 중에 있기 때문에 열선 히터(3)의 열이 없을 때는 초전도층(4)이 초전도 상태가 되어 전기저항이 0[Ω]이 된다. 그러나 열선 히터(3)에 의해 열이 상기 박막형 초전도 선재(2)에 가해져 임계온도 이상으로 올라가면 초전도 현상이 깨지면서 절연상태로 변한다. 이러한 열선 히터(3)의 열로 초전도성질을 제어함으로써 전기적으로 On, Off 동작 상태를 만들 수 있다. Fig. 1 is a basic structure of a conventional superconducting switch 1. Fig. The superconducting switch 1 has a structure in which a thin film superconducting wire 2 is provided with a hot wire heater 3 capable of generating heat. Since the thin film type superconducting wire 2 is in the liquid nitrogen of 77K in the cooling bath, when there is no heat of the heat wire heater 3, the superconducting layer 4 becomes superconducting state and the electric resistance becomes 0 [?]. However, when heat is applied to the thin film type superconducting wire 2 by the hot wire heater 3 and the temperature of the thin wire type superconducting wire 2 rises above the critical temperature, the superconducting phenomenon is broken and changed into an insulating state. By controlling the superconducting properties with the heat of the hot-wire heater 3, it is possible to electrically turn on and off the operation state.

한편, 상기 박막형 초전도 선재(1)는 초전도층(4) 외에도 제품의 제작을 위해 절연층(5), 금속 도전층(6) 및 기판(7)을 포함한다. 따라서 초전도층(4)이 절연상태가 되어 Off 상태가 되더라도 금속 도전층(6)을 통해 전기저항(Rpcs) 성분이 존재하게 되며, 이에 따라 상기 박막형 초전도 선재(1)는 초전도 코일의 자화를 해제하기 위하여 초전도 코일에 흐르는 전류를 제거하기 위한 방전저항 역할을 한다. The thin film type superconducting wire 1 includes an insulating layer 5, a metal conductive layer 6 and a substrate 7 for manufacturing a product in addition to the superconducting layer 4. Therefore, even if the superconducting layer 4 is in an insulated state and is in an off state, the electrical resistance Rpcs is present through the metal conductive layer 6. Thus, the thin film superconducting wire 1 releases the magnetization of the superconducting coil And serves as a discharge resistor for removing the current flowing through the superconducting coil.

이 경우, 초전도 코일에 저장된 에너지가 클 경우 빠른 방전을 위해서는 전기저항(Rpcs)의 값이 커야 하며, 이를 위해 초전도 스위치를 제작하는데 있어서 초전도 선재의 길이가 길어져 스위치의 크기가 커지는 문제점이 있다.In this case, when the energy stored in the superconducting coil is large, the value of the electric resistance (Rpcs) must be large in order to discharge quickly. To manufacture the superconducting switch, the length of the superconducting wire becomes long and the size of the switch becomes large.

나아가, 이러한 구조의 초전도 스위치(1)는 히터의 열이 주변 액체질소에도 쉽게 전달되기 때문에 액체질소가 기화되는 현상이 발생하며, 이 때문에 초전도 전자석의 안정성에 문제를 발생시킬 수 있는 단점이 있다.Further, since the heat of the heater is easily transferred to the surrounding liquid nitrogen, the superconducting switch 1 having such a structure has a disadvantage that the liquid nitrogen is vaporized, which may cause a problem in the stability of the superconducting electromagnet.

대한민국 등록특허 제10-0994971호Korean Patent No. 10-0994971 대한민국 공개특허 제2012-238717호Korea Patent Publication No. 2012-238717

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 종래의 초전도 스위치에 비해 전류의 On-Off 작동을 용이하면서도 안정적으로 수행 할 수 있고, 영구전류모드 운전 시 초전도 코일에 대한 전류의 충방전 속도를 향상시킬 수 있는 자기부상용 초전도 전자석용 초전도 스위치에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a superconducting switch which can easily and stably perform an on-off operation of a current compared to a conventional superconducting switch, To a magnetically levitated superconducting electromagnet superconducting switch capable of improving the charging / discharging speed of a current.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 자기부상용 초전도 전자석용 초전도 스위치는, 초전도 전자석에 구비되어 충전 모드와 영구전류모드로 스위칭(switching)을 수행하며, 케이스, 상기 케이스 내에 권선되는 상기 초전도 선재, 상기 케이스의 중앙부분에 형성되어 상기 초전도 선재가 권선되도록 하는 보빈 및 상기 보빈의 중앙공간에 설치되며 외부 전원으로부터 전류가 인가되면 열을 발생하는 히터부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a superconducting electromagnet for a superconducting electromagnet for magnetic levitation according to an embodiment of the present invention, which is provided in a superconducting electromagnet and performs switching in a charging mode and a permanent current mode, The superconducting wire being wound, a bobbin formed at a central portion of the case to wind the superconducting wire, and a heater installed in a central space of the bobbin to generate heat when current is applied from an external power source.

일 실시예에서, 상기 보빈은 전도성 소재로 형성되어 상기 히터부에서 발생된 열을 상기 초전도 선재로 전달할 수 있다.In one embodiment, the bobbin is formed of a conductive material and can transfer the heat generated from the heater to the superconducting wire.

일 실시예에서, 상기 케이스는 원형 플레이트 형상의 바닥부 및 상기 바닥부로부터 소정높이 만큼 형성된 측벽부를 포함하고, 상부가 개구되어 상기 보빈, 상기 초전도 선재 및 상기 히터부를 수용하는 본체부 및 상기 본체부의 상부 일부를 커버부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the case includes a bottom portion having a circular plate shape and a side wall portion formed to a predetermined height from the bottom portion, the main portion having an upper opening and receiving the bobbin, the superconducting wire, and the heater portion, And a part of the upper part may include a cover part.

일 실시예에서, 상기 초전도 선재는 상기 커버부와 중첩되는 영역에서 권선되고, 상기 커버부에 의해 외부 냉각 매질과 비접촉 될 수 있다.In one embodiment, the superconducting wire may be wound in a region overlapping with the cover portion, and may be in contact with the external cooling medium by the cover portion.

일 실시예에서, 상기 보빈의 직경은 상기 바닥부의 직경보다 작게 형성되며, 상기 측벽부로부터 상기 보빈까지는 소정의 간격이 형성되고, 상기 간격이 형성되는 권선 공간에 상기 초전도 선재가 권선될 수 있다.In one embodiment, the diameter of the bobbin is formed to be smaller than the diameter of the bottom portion, a predetermined gap is formed from the side wall portion to the bobbin, and the superconducting wire may be wound in a winding space where the gap is formed.

일 실시예에서, 상기 초전도 선재는 서로 중첩된 한 쌍의 제1 및 제2 선재 유닛들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 선재유닛들은 상기 권선 공간에 복수회 권선될 수 있다.In one embodiment, the superconducting wire includes a pair of first and second wire member units superimposed on each other, and the first and second wire member units may be wound a plurality of times in the winding space.

일 실시예에서, 상기 제1 및 2 선재 유닛들은 하나의 연장된 선재일 수 있다.In one embodiment, the first and second wire element units may be one extended wire rod.

일 실시예에서, 상기 중첩된 한 쌍의 제1 및 제2 선재 유닛들은 서로 연결된 단부가 라운드 된 형태로 연장되어 각각의 일단부가 서로 이격되고, 상기 각각의 일단부에서 연장되어 각각의 양 끝단에 이르기까지 서로 중첩되어 인접하도록 위치하는 형태로 연장될 수 있다.In one embodiment, the overlapped pair of the first and second wire element units are connected to each other in such a manner that ends connected to each other extend in a rounded shape so that one ends of the first and second wire elements extend from each other, So that they can be extended in such a manner that they are overlapped and positioned adjacent to each other.

일 실시예에서, 상기 제1 선재 유닛의 일단부는 상기 보빈의 중앙공간에 형성되고, 상기 제2 선재 유닛의 일단부는 상기 권선 공간에 형성되어 상기 보빈의 외면을 따라 권선될 수 있다.In one embodiment, one end of the first wire rod unit is formed in the center space of the bobbin, and one end of the second wire rod unit is formed in the winding space and can be wound along the outer surface of the bobbin.

일 실시예에서, 상기 보빈에는 상기 제1 및 제2 선재 유닛들의 서로 연결된 단부가 관통되는 제1 관통공, 상기 제1 선재 유닛의 일단부가 연장되어 관통되는 제2 관통공, 및 상기 제1 및 제2 선재 유닛들의 양 끝단부가 관통되는 제3 관통공이 형성될 수 있다.In one embodiment, the bobbin is provided with a first through hole through which the ends connected to the first and second wire member units pass, a second through hole through which one end of the first wire member unit extends, And a third through hole through which both ends of the second wire rod units are penetrated can be formed.

일 실시예에서, 상기 히터부는 상기 중앙공간의 제1 공간에 위치하는 제1 히터부 및 상기 중앙공간의 제2 공간에 위치하는 제2 히터부를 포함하되, 상기 제1 및 제2 히터부들은 상기 제1 선재 유닛의 일단부를 중심으로 서로 대칭적으로 형성될 수 있다.In one embodiment, the heater portion includes a first heater portion located in a first space of the center space and a second heater portion located in a second space of the center space, wherein the first and second heater portions And may be symmetrically formed about one end of the first wire member unit.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 선재유닛들은 외주면 전체가 절연체로 커버되어 서로 절연되고 상기 보빈과도 절연될 수 있다.In one embodiment, the first and second wire member units may be entirely covered with an insulator and insulated from each other and also with the bobbin.

본 발명의 실시예들에 의하면, 제1 및 제2 선재 유닛들을 겹층함과 동시에 권선 공간에 복수회 권선함으로써, 제1 및 제2 선재 유닛들은 상대적으로 길게 연장될 수 있으며, 이에 따라 상대적으로 적은 부피의 공간에서 상대적으로 길게 연장되는 초전도 선재를 구현할 수 있고, 이에 따라 큰 저항(Rpcs)을 갖는 초전도 스위치를 제작할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the first and second wire rods can be relatively elongated by overlapping the first and second wire rods and winding the wire roots multiple times in the winding space, It is possible to realize a superconducting wire having a relatively long length in a space of a volume, and thus a superconducting switch having a large resistance Rpcs can be manufactured.

특히, 영구전류모드로 운전하는데 있어서 초전도 자석의 초전도 코일에 저장된 에너지가 클 경우 방전 속도를 높일 수 있기 때문에 대용량의 자기부상용 초전도 전자석에 적용하는데 유리하다.Particularly, when the energy stored in the superconducting coil of the superconducting magnet is large in the operation in the permanent current mode, since the discharge speed can be increased, it is advantageous to apply it to a large capacity superconducting electromagnet for magnetic levitation.

또한, 히터부 및 보빈이 케이스 내부에 설치되어 있으며, 커버부에 의해 커버되기 때문에 외부의 액체 질소에 직접 접촉되지 않으며, 이에 따라 초전도 스위치에 의한 액체 질소의 버블 현상의 발생을 방지할 수 있으며 운전 안정성을 높일 수 있다.In addition, since the heater portion and the bobbin are provided inside the case and are covered by the cover portion, they are not in direct contact with the liquid nitrogen of the outside, thereby preventing occurrence of liquid nitrogen bubbles by the superconducting switch, Stability can be enhanced.

또한, 제1 및 제2 선재 유닛들 각각이 절연테이프로 절연 처리됨에 따라 서로 중첩하더라도 전기적으로 절연되며 보빈과도 절연될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 선재 유닛들이 서로 절연됨에 따라 열이 인가되어 저항이 발생하는 경우, 제1 및 제2 선재 유닛들 사이의 통전으로 인해 저항이 감소하는 문제를 해결할 수 있고, 발생되는 저항에 의한 초전도 선재의 스위칭 기능이 충실히 수행될 수 있다. Further, each of the first and second wire rod units may be electrically insulated and insulated from the bobbin even if they overlap with each other as they are insulated by the insulating tape. As described above, when the first and second wire rod units are insulated from each other and a resistance is generated due to heat applied thereto, the problem that resistance is reduced due to energization between the first and second wire rod units can be solved, The switching function of the superconducting wire due to the resistance can be faithfully performed.

나아가, 제1 및 제2 선재 유닛들이 서로 연결된 단부를 라운드 된 형태로 연장되도록 형성함에 따라, 제1 및 제2 선재 유닛들이 서로 접하하며 연장되는 경우 서로 연결된 부분을 중심으로 꺾임이 발생하여 손상되거나 단락되는 현상을 방지할 수 있다.In addition, when the first and second wire rod units are formed so as to extend in the rounded shape, the first and second wire rod units are bent and bent around the connected portions when the first and second wire rod units are in contact with each other, It is possible to prevent a short-circuit phenomenon.

도 1은 종래의 초전도 스위치의 기본 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 초전도 스위치가 구비되는 자기부상용 초전도 전자석을 도시한 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 초전도 전자석의 초전도 코일이 영구전류모드 및 충전모드로 운전되는 상태를 도시한 등가 회로도들이다.
도 4는 도 2의 자기부상용 초전도 전자석에 적용된 초전도 스위치를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 초전도 스위치를 I-I'을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4의 초전도 스위치를 도시한 내부 구성도이다.
도 7은 도 4의 초전도 스위치의 초전도 선재가 권선된 형상을 도시한 모식도이다.1 is a basic structure of a conventional superconducting switch.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a magnetically levitated superconducting electromagnet having a superconducting switch according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIGS. 3A and 3B are equivalent circuit diagrams showing a state where the superconducting coil of the superconducting electromagnet of FIG. 2 is operated in the permanent current mode and the charge mode.
4 is a perspective view showing a superconducting switch applied to the superconducting electromagnet for magnetic levitation of FIG.
5 is a cross-sectional view of the superconducting switch of FIG. 4 taken along line I-I '.
FIG. 6 is an internal configuration diagram of the superconducting switch of FIG. 4;
Fig. 7 is a schematic diagram showing a shape in which the superconducting wire of the superconducting switch of Fig. 4 is wound. Fig.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, the term "comprises" or "comprising ", etc. is intended to specify that there is a stated feature, figure, step, operation, component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 초전도 스위치가 구비되는 자기부상용 초전도 전자석을 도시한 사시도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 초전도 전자석의 초전도 코일이 영구전류모드 및 충전모드로 운전되는 상태를 도시한 등가 회로도들이다.FIG. 2 is a perspective view illustrating a magnetically levitated superconducting electromagnet having a superconducting switch according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. FIGS. 3A and 3B are equivalent circuit diagrams showing a state where the superconducting coil of the superconducting electromagnet of FIG. 2 is operated in the permanent current mode and the charge mode.

본 실시예에 의한 초전도 스위치는 도 2에 도시된 초전도 전자석에 구비되는 것으로, 이하에서는 우선, 도 2, 도 3 및 도 3b를 참조하여, 상기 초전도 전자석의 구조와 이의 등가회로에 대하여 설명한다. The superconducting switch according to the present embodiment is provided in the superconducting electromagnet shown in Fig. 2. Hereinafter, the structure of the superconducting electromagnet and its equivalent circuit will be described with reference to Figs. 2, 3 and 3B.

일반적으로, 초전도 전자석(10)은 초전도체의 전기저항이 0 [Ω]인 특징을 이용하여 선재 모양의 초전도체를 코일 형상으로 권선하여 제작된 전자석이다. 철심을 사용하지 않기 때문에 자속 포화가 없으며 따라서 2T 이상의 높은 자기장을 발생시킬 수 있는 장점이 있으며, 따라서 강력한 자기장을 요구하는 초고속 자기부상열차나 하이퍼 튜브의 추진 및 자기부상을 위한 차상 전자석으로 이용된다. Generally, the superconducting electromagnet 10 is an electromagnet produced by winding a wire-shaped superconductor in the form of a coil using the feature that the electric resistance of the superconductor is 0 [?]. Since it does not use an iron core, it has no magnetic flux saturation and thus has a merit of generating a high magnetic field of 2T or more. Therefore, it is used as an electromagnet for propulsion and magnetic levitation of an ultra-high magnetic levitation train or hyper tube requiring a strong magnetic field.

이러한 초전도 전자석(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 자기장을 만들 수 있는 초전도 코일(11), 초전도 코일을 보호하고 섭씨 영하 190도 이하의 극저온을 유지하기 위한 냉각조(20), 외부로 부터의 복사열 침입을 차단하기 위한 열차폐(Thermal Shield, 30), 외부에서 초전도 코일에 전류를 공급하기 위한 전류터미널(40)로 되어 있다. 상기 초전도 전자석(10)은 다수의 초전도 코일(11)로 구성된다.2, the superconducting electromagnet 10 includes a superconducting coil 11 capable of generating a magnetic field, a cooling tank 20 for protecting the superconducting coil and maintaining a cryogenic temperature of minus 190 degrees Celsius or lower, And a current terminal 40 for supplying a current to the superconducting coil from the outside. The superconducting electromagnet 10 is composed of a plurality of superconducting coils 11.

상기 초전도 코일(11)은 극저온 용기 중에 있으며, 극저온 용기 내부의 77K 온도의 액체질소에 의해 냉각된다. 각 초전도 코일(11)은 직렬로 연결되어 있고 초전도 코일(11)의 양 끝단은 전류터미널(40)에 각각 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 외부 전원(DC전류원)을 전류 터미널(40)에 연결하는 회로를 구성하고 적절히 설계된 스위칭 장치를 이용하여 전류의 흐름을 제어함으로서 자기부상을 위한 초전도 코일(11)의 자화(Excitation)를 제어할 수 있게 된다.The superconducting coil 11 is in a cryogenic vessel and is cooled by liquid nitrogen at a temperature of 77K inside the cryogenic vessel. Each of the superconducting coils 11 is connected in series, and both ends of the superconducting coil 11 are electrically connected to the current terminal 40, respectively. Therefore, a circuit for connecting an external power source (DC current source) to the current terminal 40 is constructed and the current flow is controlled by using a properly designed switching device to control the excitation of the superconducting coil 11 for magnetic levitation .

이 경우, 상기 스위칭 장치(이하에서는 '초전도 스위치', 100)는 도시하지는 않았으나, 상기 초전도 전자석(10)의 내부에 위치하게 된다. In this case, the switching device (hereinafter, referred to as 'superconducting switch') 100 is located inside the superconducting electromagnet 10, although not shown.

한편, 상기 초전도 스위치(100)는 상기 극저온의 용기 중에 위치하는 경우 초전도 상태를 유지하여 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 초전도 코일(11)의 양단을 단락시켜 폐 루프 상태로 만들게 되는데, 이때 상기 초전도 코일(11)의 전기저항이 0이 되기 때문에 상기 초전도 코일(11)에는 외부 전원의 공급 없이도 지속적으로 전류가 흐르게 되며, 이러한 초전도 코일(11)의 운전방법을 영구전류 모드(persistent current mode) 운전이라 한다. Meanwhile, when the superconducting switch 100 is located in the cryogenic vessel, the superconducting state is maintained and both ends of the superconducting coil 11 are short-circuited as shown in FIG. 3A, Since the electric resistance of the coil 11 becomes zero, current flows continuously to the superconducting coil 11 without supplying external power, and the operation method of the superconducting coil 11 is operated in the persistent current mode operation Quot;

즉, 상기 영구전류 모드 운전이 수행되기 위해서는, 상기 초전도 스위치(100)는 ON 상태이어야 하며, 이를 위해 상기 초전도 스위치가 임계온도 이하로 유지되어야 하며 이에 따라 상기 초전도 스위치는 초전도 상태를 유지하여 전기저항이 0[Ω]을 유지하게 된다. That is, in order for the permanent current mode operation to be performed, the superconducting switch 100 must be in an ON state. For this, the superconducting switch must be kept below a critical temperature, 0 [?].

이와 달리, 도 3b에 도시된 바와 같이, 외부로부터 전원이 공급됨에 따라 상기 초전도 스위치(100)에 열이 인가되면 상기 초전도 스위치(100)의 초전도 선재의 온도는 임계온도 이상으로 상승하게 되며 이에 따라 상기 초전도 스위치(100)의 초전도 현상은 깨지면서 절연상태로 변화하게 된다. 그리하여, 상기 초전도 스위치(100)에 전기 저항이 발생하여 상기 초전도 스위치(100)는 OFF 상태가 되고, 이에 따라 상기 초전도 코일(11)은 충전상태를 유지하게 된다. 3B, if the superconducting switch 100 is heated by external power supply, the temperature of the superconducting wire of the superconducting switch 100 rises above a critical temperature. Accordingly, as shown in FIG. The superconducting phenomenon of the superconducting switch 100 is broken into an insulated state. Thus, an electrical resistance is generated in the superconducting switch 100 and the superconducting switch 100 is turned off, thereby maintaining the superconducting coil 11 in a charged state.

이상과 같이, 본 실시예에서의 상기 초전도 스위치(100)는 상기 초전도 전자석(10)의 구성요소로서 ON, OFF 동작이 수행됨에 따라, 상기 초전도 코일(11)에 대한 충전을 수행하는 충전 모드와 지속적으로 전류가 흐르는 영구전류 모드가 선택적으로 수행될 수 있는 스위칭(switching) 역할을 수행한다. As described above, the superconducting switch 100 according to the present embodiment includes a charging mode for performing charging of the superconducting coil 11 as the ON / OFF operation is performed as a component of the superconducting electromagnet 10, And a switching mode in which a permanent current mode in which a current flows continuously can be selectively performed.

도 4는 도 2의 자기부상용 초전도 전자석에 적용된 초전도 스위치를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 초전도 스위치를 I-I'을 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4의 초전도 스위치를 도시한 내부 구성도이고, 도 7은 도 4의 초전도 스위치의 초전도 선재가 권선된 형상을 도시한 모식도이다.FIG. 4 is a perspective view showing a superconducting switch applied to the superconducting electromagnet for magnetic levitation of FIG. 2, FIG. 5 is a cross-sectional view of the superconducting switch of FIG. 4 taken along line I-I ' Fig. 7 is a schematic diagram showing a shape in which the superconducting wire of the superconducting switch of Fig. 4 is wound. Fig.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 초전도 스위치(100)는, 케이스(200), 보빈(300), 초전도 선재(400) 및 히터부(500)를 포함한다.4 to 6, the superconducting switch 100 according to the present embodiment includes a case 200, a bobbin 300, a superconducting wire 400, and a heater unit 500.

먼저, 상기 케이스(200)는 상부가 개구되어 상기 보빈(300), 상기 초전도 선재(400) 및 상기 히터부(500)를 수용하는 본체부(210)와 상기 본체부(210)의 개구된 상부의 일부를 커버하는 커버부(220)를 포함한다.The case 200 includes a main body 210 having an upper opening and receiving the bobbin 300, the superconducting wire 400 and the heater 500, And a cover part 220 covering a part of the cover part 220.

이 경우, 상기 본체부(210)는 원형 플레이트 형상의 바닥부(211)를 가지며, 상기 바닥부(211)의 상기 원형 플레이트 형상의 원주에는 소정높이 만큼의 측벽부(212)가 형성되어, 상부만 개구되는 형상을 가진다. In this case, the main body 210 has a bottom 211 having a circular plate shape, and a sidewall 212 having a predetermined height is formed on the circular plate-shaped circumference of the bottom 211, As shown in Fig.

그리하여, 상기 커버부(220)는 상기 개구된 상부의 일부만을 커버하되, 상기 본체부(210)의 중앙부분(213)은 개구 상태를 유지하고, 상기 원주로부터 일정 거리만큼만 커버한다. Thus, the cover part 220 covers only a part of the opened upper part, and the central part 213 of the body part 210 maintains the open state and covers only a certain distance from the circumference.

즉, 상기 커버부(200)는 상기 본체부(210)에 수용된 상기 초전도 선재(400)만을 커버하게 되며, 이에 따라 상기 초전도 선재(400)가 권선되는 영역 역시 상기 본체부(210)의 원주로부터 일정 거리 만큼에만 해당된다. That is, the cover part 200 covers only the superconducting wire 400 housed in the main body part 210, so that the area where the superconducting wire 400 is wound also extends from the circumference of the main body part 210 Only for a certain distance.

그리하여, 상기 초전도 선재(400)는 상기 케이스(200)의 외부에 있는 외부 냉각 매질(액상의 헬륨)과 비접촉 될 수 있다.Thus, the superconducting wire 400 may be in contact with an external cooling medium (liquid helium) outside the case 200.

상기 케이스(200)는 단열성 소재로 형성되며 예를 들어, FRP(Fiber Reinforced Plastic) 소재로 형성될 수 있다.The case 200 is made of a heat insulating material and may be formed of, for example, FRP (Fiber Reinforced Plastic).

상기 보빈(300)은 상기 초전도 선재(400)를 권선하기 위한 장소를 제공하는 것으로, 즉 상기 초전도 선재(400)가 권선될 수 있는 지지체의 역할을 한다.The bobbin 300 provides a place for winding the superconducting wire 400, that is, a supporter through which the superconducting wire 400 can be wound.

상기 보빈(300)은 상기 케이스(200) 내부, 즉 상기 본체부(210)의 상기 중앙부분(213)에서 중공인 원통형상으로 이루어지며 설치되고, 이에 따라 상기 중앙 부분(213)에 중앙공간(214)이 형성된다.The bobbin 300 is installed inside the case 200, that is, in the central portion 213 of the main body 210 in a hollow cylindrical shape, 214 are formed.

재질은 상기 히터부(500)에서 발생된 열을 상기 초전도 선재(400)로 전달할 수 있도록 전도성 소재로 형성되는 것이 좋다.The material may be formed of a conductive material so as to transmit heat generated from the heater unit 500 to the superconducting wire 400.

이 경우, 상기 보빈(300)의 직경은 상기 본체부(210)의 바닥면의 직경보다 작게 형성되며, 이에 따라 상기 본체부(210)의 상기 측벽부(212)로부터 상기 보빈(300)까지는 소정의 간격(D)이 형성되고, 상기 간격(D)이 형성되는 권선 공간(450)에 상기 초전도 선재(400)가 권선된다. The diameter of the bobbin 300 is smaller than the diameter of the bottom surface of the main body 210 so that the bobbin 300 from the side wall 212 of the main body 210 And the superconducting wire 400 is wound in the winding space 450 where the gap D is formed.

즉, 상기 초전도 선재(400)는 앞서 설명한 바와 같이 상기 보빈(300)에 지지되어 상기 보빈(300)의 외면을 따라 상기 본체부(210)의 상기 측벽부(212)까지 권선된다.That is, the superconducting wire 400 is supported on the bobbin 300 and is wound along the outer surface of the bobbin 300 to the side wall 212 of the body 210 as described above.

이 경우, 상기 초전도 선재(400)는 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 겹층된 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)을 포함한다.In this case, the superconducting wire 400 includes first and second wire rod units 410 and 420 which are overlapped with each other, as shown in FIG.

상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)은 실질적으로는 하나의 연장된 선재이며, 하나의 연장된 선재의 양 끝단(411, 421)을 서로 마주하도록 위치시키면, 도 7에 도시된 바와 같이 서로 중첩된 한 쌍의 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)이 서로 인접하도록 위치하는 형태로 연장된다. When the first and second wire rod units 410 and 420 are substantially one extended wire rod and the opposite ends 411 and 421 of one extended wire rod are positioned to face each other, And a pair of first and second wire rod units 410 and 420 which are overlapped with each other as shown in FIG.

이 경우, 상기 제1 선재 유닛(410) 및 상기 제2 선재 유닛(420)은 하나의 선재가 연장된 것이므로, 서로 동일한 두께 및 폭을 가지며 실질적으로 동일한 형상을 가진다. 그리하여, 서로 겹층되어 상기 권선공간(450)에 권선된다. In this case, the first wire rod unit 410 and the second wire rod unit 420 have the same thickness and width, and substantially the same shape, because one wire rod is extended. Thus, they are overlapped with each other and wound in the winding space 450.

이때, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)이 서로 연결된 부분(즉, 도 7에 도시된 초전도 선재(400)의 중앙 부분)에서는, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)을 서로 접합하며 연장하는 경우 상기 서로 연결된 부분을 중심으로 꺾임이 발생하여 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)이 손상되거나 단락이 발생할 수 있다. At this time, in the portion where the first and second wire rod units 410 and 420 are connected to each other (i.e., the central portion of the superconducting wire 400 shown in FIG. 7), the first and second wire rod units 410 And 420 may be bent and bent around the connected portions, the first and second wire rod units 410 and 420 may be damaged or short-circuited.

따라서, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)이 서로 연결된 단부(431)는 손상 및 단락을 방지하기 위해 라운드 된 형태로 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)은 서로 연결된 상기 단부(431)를 중심으로 원호현상으로 절곡된 형상을 형성하여 부분적으로 서로 이격된다.Therefore, the end portions 431, to which the first and second wire rod units 410 and 420 are connected, may be formed to extend in a rounded shape to prevent damage and short circuit. That is, the first and second wire rod units 410 and 420 are formed in a circular arc shape around the end portion 431 connected to each other and are partially separated from each other.

그리고, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)은 상기 라운드 된 형태에서 연장되어 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420) 각각의 상기 양 끝단(411, 421)에 이르기까지 서로 중첩되어 인접하도록 위치하는 형태로 연장된다.The first and second wire rod units 410 and 420 extend in the rounded shape and reach the opposite ends 411 and 421 of the first and second wire rod units 410 and 420, So that they are positioned adjacent to each other.

이와 같이 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)의 서로 연결된 단부(431)가 라운드 된 형태로 연장 형성되면 상기 단부(431)에서 연장되는 상기 제1 및 제2 선재 유닛들 각각의 일단부(413, 423)는 서로 이격 형성된다.When the end portions 431 of the first and second wire rod units 410 and 420 are extended in a round shape as described above, the first and second wire rod units 410 and 420, which extend from the end portion 431, The ends 413 and 423 are spaced apart from each other.

이때, 상기 제1 선재 유닛(410)의 상기 일단부(413)는 상기 보빈(300)의 상기 중앙공간(214)에 배치되며, 상기 제2 선재 유닛(420)의 상기 일단부(423)는 보빈(300)과 상기 케이스(200)의 원주 사이에 형성된 상기 권선공간(450)에 배치되어 상기 보빈(300)의 외면을 따라 권선된다.The one end portion 413 of the first wire rod unit 410 is disposed in the center space 214 of the bobbin 300 and the one end portion 423 of the second wire rod unit 420 Is disposed in the winding space (450) formed between the bobbin (300) and the circumference of the case (200) and wound around the outer surface of the bobbin (300).

이와 같이 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)의 상기 일단부들(413, 423)을 서로 다른 공간에 배치하기 위해, 상기 보빈(300)에는 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)의 상기 서로 연결된 단부(431)를 관통시키는 제1 관통공(471)과 상기 제1 선재 유닛(410)의 상기 일단부(413)가 연장되어 상기 제2 선재 유닛(420)과 중첩되어 상기 보빈(300)의 외면에 함께 권선될 수 있도록 하기 위한 제2 관통공(472)이 형성된다. In order to arrange the one ends 413 and 423 of the first and second wire rod units 410 and 420 in different spaces as described above, the bobbin 300 is provided with the first and second wire rod units A first through hole 471 passing through the end portions 431 of the first wire rod unit 410 and the second wire rod unit 420 and the one end portion 413 of the first wire rod unit 410 is extended, A second through hole 472 is formed to overlap the outer surface of the bobbin 300 so as to be wound together.

한편, 상기 제1 선재 유닛(410)의 상기 일단부(413)는 도시된 바와 같이 상기 보빈(300)의 중앙에 형성될 수 있으며, 따라서 상기 히터부(500)가 제1 히터부(510) 및 제2 히터부(520)를 포함한다면, 상기 제1 및 제2 히터부들(510, 520)은 상기 일단부(413)를 중심으로 서로 대칭적으로 형성될 수 있다.The one end portion 413 of the first wire rod unit 410 may be formed at the center of the bobbin 300 as shown in FIG. The first and second heater units 510 and 520 may be formed symmetrically with respect to the first end portion 413, if the first and second heater units 510 and 520 include the first and second heater units 520 and 520, respectively.

또한 이 경우, 상기 제1 히터부(510)는 상기 중앙공간(214)의 제1 공간(215)에 위치하고, 상기 제2 히터부(520)는 상기 중앙공간(214)의 제2 공간(216)에 위치한다. In this case, the first heater unit 510 is located in the first space 215 of the central space 214 and the second heater unit 520 is located in the second space 216 of the center space 214 ).

이와 같이 상기 제1 및 제2 히터부들(510, 520)이 상기 보빈(300)의 상기 중앙공간(214)에서 어느 한쪽에 치우치지 않고 상기 보빈(300)의 중앙을 중심으로 각각 상기 제1 및 제2 공간들(215, 216)에 위치하며 서로 대칭적으로 형성됨에 따라, 열을 발생하여 상기 제1 및 제2 선재유닛들(410, 420)에 균일하게 전달할 수 있다.The first and second heater units 510 and 520 may be disposed in the center space 214 of the bobbin 300 so that the first and second heater units 510 and 520 do not deviate to one side of the bobbin 300, And are symmetrically formed in the second spaces 215 and 216 so that heat can be generated and uniformly transmitted to the first and second wire rod units 410 and 420.

나아가, 도 6에는 상기 히터부(500)가 2개의 상기 제1 및 제2 히터부들(510, 520)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 히터부의 개수는 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)로 전달하는 열량에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.6, the heater unit 500 includes the first and second heater units 510 and 520. However, the number of the heater units is not limited to the number of the first and second wire member units 410 and 410, 420 may be changed in various ways depending on the amount of heat transferred to the heat exchanger.

이와 같이, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)을 겹층함과 동시에 상기 권선 공간(450)에 복수회 권선함으로써, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)은 상대적으로 길게 연장될 수 있으며, 이에 따라 상대적으로 적은 부피의 공간에서 상대적으로 길게 연장되는 초전도 선재(400)를 구현할 수 있고, 이에 따라 큰 저항(Rpcs)을 갖는 초전도 스위치를 제작할 수 있다.The first and second wire rod units 410 and 420 are wound on the winding space 450 a plurality of times so that the first and second wire rod units 410 and 420 are relatively overlapped, So that the superconducting wire 400 having relatively long elongation in a relatively small space can be realized. Thus, a superconducting switch having a large resistance Rpcs can be manufactured.

한편, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)은 각각의 외주면 전체가 절연체로 커버될 수 있다. 이 경우, 절연 테이프, 예를 들어 면-고무 테이프를 이용하여 상기 제1 및 제2 선재유닛들(410, 420)을 절연시킬 수 있다. 상기 면-고무 테이프는 일반적으로 전기적인 절연을 위해 쓰이는 테이프로 약간의 점성을 가지고 있다.Meanwhile, each of the first and second wire rod units 410 and 420 may be covered with an insulator. In this case, the first and second wire rod units 410 and 420 can be insulated by using an insulating tape, for example, a surface-rubber tape. The cotton-rubber tape is a tape generally used for electrical insulation and has a slight viscosity.

이와 같이 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420) 각각이 절연체로 커버됨에 따라, 상기 제1 및 제2 선재유닛들(410, 420)은 서로 절연될 수 있으며, 상기 보빈(300)과도 절연될 수 있다. The first and second wire rod units 410 and 420 are covered with an insulator so that the first and second wire rod units 410 and 420 can be insulated from each other. Can be over-isolated.

이와 같이, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)이 서로 절연됨에 따라 열이 인가되어 저항이 발생하는 경우, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420) 사이의 통전으로 인해 저항이 감소하는 문제를 해결할 수 있고, 발생되는 저항에 의한 상기 초전도 선재(400)의 스위칭 기능이 충실히 수행될 수 있다. When the first and second wire rod units 410 and 420 are insulated from each other and a resistance is generated due to application of heat, the first and second wire rod units 410 and 420 are energized And the switching function of the superconducting wire 400 due to the generated resistance can be faithfully performed.

한편, 상기 제1 및 제2 선재 유닛들(410, 420)의 양 끝단부(412, 422)는 상기 보빈(300)에 형성된 제3 관통공(473)을 관통하여 외부로 연장되며, 이에 따라 외부에 위치한 상기 초전도 자석(10)과 연결되어 스위칭 기능을 수행할 수 있다. Both end portions 412 and 422 of the first and second wire rod units 410 and 420 extend through the third through hole 473 formed in the bobbin 300 and extend outwardly And can be connected to the superconducting magnet 10 located outside to perform a switching function.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 의한 자기부상용 초전도 전자석의 영구전류모드 운전을 위한 초전도 스위치(100)의 작용은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같다. The operation of the superconducting switch 100 for permanent-current mode operation of the magnetically levitated superconducting electromagnet according to the present embodiment as described above is as described with reference to FIGS. 3A and 3B.

즉, 외부 전원으로부터 초전도 자석으로 전류를 인가해야 하는 경우 상기 전류터미널(40)이 접속된다. 상기 전류터미널(40)이 접속되면 외부 전원과 초전도 자석 간에 폐회로가 구성되므로 전류가 흐를 수 있게 된다.That is, the current terminal 40 is connected when a current is to be applied from the external power source to the superconducting magnet. When the current terminal 40 is connected, a closed circuit is formed between the external power source and the superconducting magnet so that current can flow.

이 경우, 상기 외부 전원으로부터 전류가 인가되면 상기 히터부(500)도 동작하게 되며, 이에 따라 상기 히터부(500)로부터 열이 발생하게 된다. In this case, when a current is applied from the external power source, the heater unit 500 is also operated, thereby generating heat from the heater unit 500.

그리하여, 상기 히터부(500)에서 발생된 열은 상기 보빈(300)으로 전달되고, 상기 보빈(300)에서 상기 초전도 선재(400)로 전달된다.Heat generated in the heater unit 500 is transferred to the bobbin 300 and transferred to the superconducting wire 400 from the bobbin 300.

즉, 상기 초전도 선재(400)에 열이 전달되면, 상기 초전도 선재(400)의 온도가 상승하여 소위 임계온도 이상으로 증가하게 되며, 상기 초전도 선재(400)에 유지되던 초전도 상태는 깨지게 되고, 절연상태로 변화하게 된다. That is, when heat is transferred to the superconducting wire 400, the temperature of the superconducting wire 400 increases to a so-called critical temperature or more, and the superconducting state held by the superconducting wire 400 is broken, State.

따라서, 상기 절연상태로 변화한 상기 초전도 선재(400)에는 전기 저항이 발생하게 되며, 이에 따라 상기 초전도 스위치(100)는 OFF 상태가 된다. Therefore, electrical resistance is generated in the superconducting wire 400 changed to the insulated state, so that the superconducting switch 100 is turned off.

그리하여, 상기 외부 전원으로부터 공급되는 전원은 상기 초전도 코일(11)에 충전된다. 이와 달리, 상기 외부 전원으로부터 상기 초전도 자석으로 인가되는 전류를 차단하기 위해, 상기 전류터미널(40)의 접속을 해제하면, 상기 외부 전원과 상기 초전도 자석 간에 폐회로가 구성되지 않으므로 전류 공급이 중단된다.Thus, the power supplied from the external power source is charged in the superconducting coil 11. Alternatively, if the current terminal 40 is disconnected in order to shut off the current supplied from the external power source to the superconducting magnet, the current supply is interrupted because no closed circuit is formed between the external power source and the superconducting magnet.

이에 따라, 상기 히터부(500)로부터의 열은 더 이상 발생되지 않으며 이에 따라 상기 초전도 선재(400)는 다시 냉각이 시작된다. 그리하여, 상기 초전도 선재(400)가 소위 임계 온도 이하로 냉각되면 상기 초전도 선재(400)는 상전도에서 초전도로 바뀌게 되어 극저온 상태를 유지하게 된다.Accordingly, heat from the heater unit 500 is no longer generated, and the superconducting wire 400 starts cooling again. Thus, when the superconducting wire 400 is cooled to a temperature below the so-called critical temperature, the superconducting wire 400 is changed from normal phase to superconducting state to maintain a cryogenic temperature state.

이에 따라, 상기 초전도 선재(400)의 전기 저항은 소멸되며, 상기 초전도 스위치(100)는 ON 상태가 된다. Accordingly, the electrical resistance of the superconducting wire 400 is extinguished, and the superconducting switch 100 is turned on.

즉, 상기 초전도 스위치(100)는 소정의 임계 온도 이하로 냉각되어 초전도성을 띄게 되며, 상기 초전도 자석과 폐회로를 이루게 되고, 상기 초전도 선재(400)는 저항성분이 없으므로 외부에서 공급되는 더 이상의 전류가 없더라도 전류가 계속 흐르게 되는 영구전류모드(persistent current mode)를 구성하게 된다.That is, the superconducting switch 100 is cooled to a predetermined threshold temperature to become superconducting, and forms a closed loop with the superconducting magnet. Since the superconducting wire 400 has no resistive component, Thereby constituting a persistent current mode in which the current continues to flow.

본 발명의 실시예들에 의하면, 제1 및 제2 선재 유닛들을 겹층함과 동시에 권선 공간에 복수회 권선함으로써, 제1 및 제2 선재 유닛들은 상대적으로 길게 연장될 수 있으며, 이에 따라 상대적으로 적은 부피의 공간에서 상대적으로 길게 연장되는 초전도 선재를 구현할 수 있고, 이에 따라 큰 저항(Rpcs)을 갖는 초전도 스위치를 제작할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the first and second wire rods can be relatively elongated by overlapping the first and second wire rods and winding the wire roots multiple times in the winding space, It is possible to realize a superconducting wire having a relatively long length in a space of a volume, and thus a superconducting switch having a large resistance Rpcs can be manufactured.

특히, 영구전류모드로 운전하는데 있어서 초전도 자석의 초전도 코일에 저장된 에너지가 클 경우 방전 속도를 높일 수 있기 때문에 대용량의 자기부상용 초전도 전자석에 적용하는데 유리하다.Particularly, when the energy stored in the superconducting coil of the superconducting magnet is large in the operation in the permanent current mode, since the discharge speed can be increased, it is advantageous to apply it to a large capacity superconducting electromagnet for magnetic levitation.

또한, 히터부 및 보빈이 케이스 내부에 설치되어 있으며, 커버부에 의해 커버되기 때문에 외부의 액체 질소에 직접 접촉되지 않으며, 이에 따라 초전도 스위치에 의한 액체 질소의 버블 현상의 발생을 방지할 수 있으며 운전 안정성을 높일 수 있다.In addition, since the heater portion and the bobbin are provided inside the case and are covered by the cover portion, they are not in direct contact with the liquid nitrogen of the outside, thereby preventing occurrence of liquid nitrogen bubbles by the superconducting switch, Stability can be enhanced.

또한, 제1 및 제2 선재 유닛들 각각이 절연테이프로 절연 처리됨에 따라 서로 중첩하더라도 전기적으로 절연되며 보빈과도 절연될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 선재 유닛들이 서로 절연됨에 따라 열이 인가되어 저항이 발생하는 경우, 제1 및 제2 선재 유닛들 사이의 통전으로 인해 저항이 감소하는 문제를 해결할 수 있고, 발생되는 저항에 의한 초전도 선재의 스위칭 기능이 충실히 수행될 수 있다. Further, each of the first and second wire rod units may be electrically insulated and insulated from the bobbin even if they overlap with each other as they are insulated by the insulating tape. As described above, when the first and second wire rod units are insulated from each other and a resistance is generated due to heat applied thereto, the problem that resistance is reduced due to energization between the first and second wire rod units can be solved, The switching function of the superconducting wire due to the resistance can be faithfully performed.

나아가, 제1 및 제2 선재 유닛들이 서로 연결된 단부를 라운드 된 형태로 연장되도록 형성함에 따라, 제1 및 제2 선재 유닛들이 서로 접하하며 연장되는 경우 서로 연결된 부분을 중심으로 꺾임이 발생하여 손상되거나 단락되는 현상을 방지할 수 있다.In addition, when the first and second wire rod units are formed so as to extend in the rounded shape, the first and second wire rod units are bent and bent around the connected portions when the first and second wire rod units are in contact with each other, It is possible to prevent a short-circuit phenomenon.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

200 : 케이스 213 : 중앙부분
214 : 중앙공간 215 : 제1 공간
216 : 제2 공간 300 : 보빈
400 : 초전도 선재 410 : 제1 선재 유닛
420 : 제2 선재 유닛 411, 421 : 양 끝단
412, 422 : 양 끝단부 413, 423 : 일단부들
431 : 단부 450 : 권선공간
471 : 제1 관통공 472 : 제2 관통공
473 : 제3 관통공 500 : 히터부
510 : 제1 히터부 520 : 제2 히터부200: case 213: central portion
214: central space 215: first space
216: second space 300: bobbin
400: superconducting wire 410: first wire rod unit
420: second wire rod unit 411, 421: both ends
412, 422: both end portions 413, 423:
431: end portion 450: winding space
471: first through hole 472: second through hole
473: third through hole 500: heater part
510: first heater part 520: second heater part

Claims (12)

초전도 전자석에 구비되어 충전 모드와 영구전류모드로 스위칭(switching)을 수행하며,
케이스;
서로 중첩된 한 쌍의 제1 및 제2 선재 유닛들을 포함하는 초전도 선재;
상기 케이스의 중앙부분에 형성되어 상기 초전도 선재가 권선되도록 하는 보빈; 및
상기 보빈의 중앙공간에 설치되며 외부 전원으로부터 전류가 인가되면 열을 발생하는 히터부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 선재 유닛들은 상기 케이스의 측벽부와 상기 보빈의 사이에서 복수회 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.The superconducting electromagnet is provided with switching between a charging mode and a permanent current mode,
case;
A superconducting wire comprising a pair of first and second wire stranded units superimposed on each other;
A bobbin formed at a central portion of the case to wind the superconducting wire; And
And a heater installed in a central space of the bobbin and generating heat when current is applied from an external power source,
Wherein the first and second wire member units are wound a plurality of times between the side wall of the case and the bobbin. 제1항에 있어서, 상기 보빈은,
전도성 소재로 형성되어 상기 히터부에서 발생된 열을 상기 초전도 선재로 전달하는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.The bobbin according to claim 1,
Wherein the superconducting wire is formed of a conductive material and transfers heat generated in the heater to the superconducting wire. 제1항에 있어서, 상기 케이스는,
원형 플레이트 형상의 바닥부 및 상기 바닥부로부터 소정높이 만큼 형성된 상기 측벽부를 포함하고, 상부가 개구되어 상기 보빈, 상기 초전도 선재 및 상기 히터부를 수용하는 본체부; 및
상기 본체부의 상부 일부를 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.The electronic apparatus according to claim 1,
A main body portion including a bottom portion of a circular plate shape and the side wall portion formed by a predetermined height from the bottom portion and having an upper portion opened to receive the bobbin, the superconducting wire, and the heater portion; And
And a cover part is formed on an upper part of the main body part. 제3항에 있어서, 상기 초전도 선재는,
상기 커버부와 중첩되는 영역에서 권선되고, 상기 커버부에 의해 외부 냉각 매질과 비접촉 되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.4. The superconducting wire according to claim 3,
And is wound in a region overlapping with the cover portion, and is in contact with the external cooling medium by the cover portion. 제3항에 있어서,
상기 보빈의 직경은 상기 바닥부의 직경보다 작게 형성되며,
상기 측벽부로부터 상기 보빈까지는 소정의 간격이 형성되고, 상기 간격이 형성되는 권선 공간에 상기 초전도 선재가 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.The method of claim 3,
The diameter of the bobbin being smaller than the diameter of the bottom,
Wherein a predetermined gap is formed from the side wall portion to the bobbin, and the superconducting wire is wound in a winding space where the gap is formed. 제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 선재유닛들은 상기 권선 공간에 복수회 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.6. The method of claim 5,
Wherein the first and second wire member units are wound a plurality of times in the winding space. 제6항에 있어서,
상기 제1 및 2 선재 유닛들은 하나의 연장된 선재인 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.The method according to claim 6,
Wherein the first and second wire rod units are one elongated wire rod. 제6항에 있어서, 상기 중첩된 한 쌍의 제1 및 제2 선재 유닛들은,
서로 연결된 단부가 라운드 된 형태로 연장되어 각각의 일단부가 서로 이격되고,
상기 각각의 일단부에서 연장되어 각각의 양 끝단에 이르기까지 서로 중첩되어 인접하도록 위치하는 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.7. The apparatus according to claim 6, wherein the overlapping first and second wire element units
The ends connected to each other extend in a rounded shape so that one ends thereof are spaced apart from each other,
And extending in each of the two ends so as to be overlapped with each other and positioned so as to be adjacent to each other. 제8항에 있어서,
상기 제1 선재 유닛의 일단부는 상기 보빈의 중앙공간에 형성되고,
상기 제2 선재 유닛의 일단부는 상기 권선 공간에 형성되어 상기 보빈의 외면을 따라 권선되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.9. The method of claim 8,
One end of the first wire rod unit is formed in a central space of the bobbin,
And one end of the second wire rod unit is formed in the winding space and wound around the outer surface of the bobbin. 제8항에 있어서, 상기 보빈에는,
상기 제1 및 제2 선재 유닛들의 서로 연결된 단부가 관통되는 제1 관통공, 상기 제1 선재 유닛의 일단부가 연장되어 관통되는 제2 관통공, 및 상기 제1 및 제2 선재 유닛들의 양 끝단부가 관통되는 제3 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.9. The bobbin according to claim 8,
A first through hole through which the ends connected to the first and second wire rods are passed, a second through hole through which one end of the first wire roving unit extends, and both end portions of the first and second wire rods And a third through-hole is formed through the through-hole. 제8항에 있어서, 상기 히터부는,
상기 중앙공간의 제1 공간에 위치하는 제1 히터부; 및
상기 중앙공간의 제2 공간에 위치하는 제2 히터부를 포함하되,
상기 제1 및 제2 히터부들은 상기 제1 선재 유닛의 일단부를 중심으로 서로 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.9. The apparatus according to claim 8,
A first heater positioned in a first space of the central space; And
And a second heater positioned in a second space of the central space,
Wherein the first and second heater units are formed symmetrically with respect to one end of the first wire member unit. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 선재유닛들은,
외주면 전체가 절연체로 커버되어 서로 절연되고 상기 보빈과도 절연되는 것을 특징으로 하는 초전도 스위치.

7. The apparatus of claim 6, wherein the first and second wire-
Wherein the entire outer circumferential surface is covered with an insulator and insulated from each other and insulated from the bobbin.

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