KR102112045B1 - High Temperature Superconducting Rotating Machine with Active Contacless Dual Excitation Device Using Radial and Axial-Flux Swithcing and it's Performance Evaluation Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비접촉식 계자 여자 여자장치인 플럭스 펌프 헤더에 시변자속을 공급(플럭스 펌프 헤더에 공급하는 시변자속의 방향과 세기 및 속도에 따라 충전되는 전류의 방향과 크기가 변함)하여 로터 코어 측에 구비된 고온초전도 코일에 비접촉식으로 전류를 충전(또는 방전)시키도록 함에 있어서, 상기 플럭스 펌프 헤더의 외측(경방향 또는 축방향)에는 제1원동기(또는/및 제2원동기)와 연계 회전하는 제1플럭스펌프 로터(또는/및 제2플럭스펌프 로터)가 구비되어 플럭스 펌프 헤더에 대하여 공급하는 시변자속의 방향, 세기 및 속도 등의 상대 운동을 유동적으로 조절할 수 있도록 하는 바, 이는 고온초전도 코일에 대한 충전 전류를 능동적으로 제어할 수 있도록 함으로써 세밀한 운전전류의 범위를 가질 수 있도록 하거나 미세조정 및 정밀 제어할 수 있도록 하는 것과 동시에 고온초전도 코일이 적용된 회전기가 사용될 실제 사용환경과 동일한 평가 환경을 제공하여 고온초전도 코일의 성능평가가 가능함으로 인해 신뢰도가 높은 것을 특징으로 하는 경축방향 이중 자계 발생에 의한 능동제어가 가능한 비접촉식 계자 여자장치가 구비된 고온초전도 회전기 및 상기 고온초전도 회전기를 이용한 성능평가 장치에 관한 것이다.The present invention is provided on the rotor core side by supplying a time-varying flux to the flux pump header, which is a non-contact field excitation excitation device (the direction and magnitude of the current to be charged changes depending on the direction and intensity and speed of the time-varying flux supplied to the flux pump header). In order to charge (or discharge) the current in a non-contact manner to the high-temperature superconducting coil, the first (or / and the second prime mover) rotating in conjunction with a first prime mover (or radial and axial) outside the flux pump header A flux pump rotor (or / and a second flux pump rotor) is provided to flexibly control relative motion such as the direction, intensity and speed of the time-varying flux supplied to the flux pump header, which is for a high-temperature superconducting coil. By allowing the charging current to be actively controlled, it is possible to have a fine range of operating current or to fine-tune and precisely control At the same time, it provides the same evaluation environment as the actual use environment in which a rotor with a high-temperature superconducting coil is applied, so it is possible to evaluate the performance of the high-temperature superconducting coil. The present invention relates to a high-temperature superconducting rotator equipped with a non-contact field excitation device and a performance evaluation device using the high-temperature superconducting rotator.
이에 본 발명은 플럭스 펌프에 의해 비접촉식으로 여자되는 고온초전도 코일에 대한 전류 충전과 방전이 선택적으로 가능한 이점이 있고, 초기 충전시 부하변동에 따른 전류 크기의 증감, 회전기 역회전시 전류 보상 제어가 가능한 특징이 있다.Accordingly, the present invention has the advantage of selectively charging and discharging the current for the high-temperature superconducting coil that is non-contactly excited by the flux pump, and increases or decreases the amount of current due to load fluctuation during initial charging, and controls current compensation during reverse rotation of the rotor. There are features.
고온초전도 계자 코일의 여자를 위하여 접촉식 여자 방법(DC 파워서플라이, 슬립링, 브러쉬, 금속 전류 도입선)을 사용하는 종래의 고온초전도 회전기 시스템의 단점을 보완하고자 본원 출원인은 "비접촉식 회전형 여자장치를 적용한 고온초전도 회전기(특허 등록 제10-1766684호/ 이하 '선행 특허' 라 함)"를 고안하여 특허 등록받은 바 있다.In order to compensate for the shortcomings of the conventional high-temperature superconducting rotator system that uses a contact excitation method (DC power supply, slip ring, brush, metal current lead wire) for excitation of the high-temperature superconducting field coil, the applicant of the present application stated, The applied high-temperature superconducting rotator (patent registration No. 10-1766684 / hereinafter referred to as 'prior patent') was devised and patented.
즉, 선행 특허는 접촉식 여자장치가 갖고 있는 여러 가지 기술적 단점(열부하 발생에 의한 냉각 부하 증가, 고온초전도 코일 열적 안정도 저하, 회전기 시스템 효율 저하, 기계적 마찰에 의한 유지보수 증가 및 경제성 저하 등)을 해결 가능하다. That is, the prior patents have several technical disadvantages of the contact excitation device (increased cooling load due to the occurrence of heat load, deterioration of thermal stability of the high-temperature superconducting coil, deterioration of rotator system efficiency, increased maintenance due to mechanical friction, and reduced economic efficiency, etc.). It is possible to solve.
그러나 해당 선행 특허는 고온초전도 코일의 회전자의 상대 회전속도를 이용하여 비접촉식으로 전류를 생성 및 충전하는 원리로서 회전기의 운전에 있어 수동적이며 그 제어의 범위가 제한 적인 단점을 갖고 있다.However, this prior patent is a principle of generating and charging current in a non-contact manner by using the relative rotational speed of the rotor of the high-temperature superconducting coil, and is passive in the operation of the rotator and has a limited range of control.
다시 말해 상기 선행 특허는 초전도 코일을 충전하는 비접촉식 여자장치의 시변자속의 방향, 세기, 속도, 충전량 등의 조절이 어려워 운전범위의 미세화가 곤란한 문제가 발생하여 운전중 부하변동에 대응하기 위한 계자 제어가 수동적이게 되어 그 제어 범위가 좁아 지게 된다.In other words, the prior patent has a problem in that it is difficult to refine the operation range due to difficulty in controlling the direction, intensity, speed, and charge amount of the time-varying flux of the non-contact excitation device for charging the superconducting coil. Becomes passive and the control range is narrowed.
또한, 선행 특허의 경우 초기 전류 충전시 회전자의 고의적인 회전이 필요하게 되어 시스템 구성의 추가에 따른 경제성이 저하될 뿐아니라 반복적인 운전에 있어 효율성이 저하된다. In addition, in the case of the prior patent, deliberate rotation of the rotor is required during the initial current charging, and economic efficiency according to the addition of the system configuration is reduced, and efficiency is also reduced in repetitive operation.
아울러, 선행 특허는 특히 회전이 요구되는 전동기의 운전시 플럭스 펌프와의 시변자기장 쇄교방향이 반대가 되어 고온초전도 계자 코일에 충전된 전류가 방전되는 단점을 가지고 있으며 이를 보상하기 위한 대응책 또한 수동적인 실정이다.In addition, the prior patent has a disadvantage that the current charged in the high-temperature superconducting field coil is discharged because the time-varying magnetic field cross-linking direction with the flux pump is reversed, especially when the motor requiring rotation is rotated, and countermeasures to compensate for this are also passive. to be.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 비접촉식 계자 여자 여자장치인 플럭스 펌프 헤더에 시변자속을 공급하여 로터 코어 측에 구비된 고온초전도 코일에 비접촉식으로 전류를 충전(또는 방전)시키도록 함에 있어서, 상기 플럭스 펌프 헤더의 외측(경방향 또는 축방향)에는 제1원동기(또는/및 제2원동기)와 연계 회전하는 제1플럭스펌프 로터(또는/및 제2플럭스펌프 로터)가 구비되어 플럭스 펌프 헤더에 대하여 공급하는 시변자속의 방향, 세기 및 속도 등의 상대 운동을 유동적으로 조절할 수 있도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, the technical point of which is supplying a time-varying flux to the flux pump header, which is a non-contact field excitation device, charging (or discharging) the current in a non-contact manner to the high-temperature superconducting coil provided on the rotor core side. In order to make it possible, a first flux pump rotor (or / and a second flux pump rotor) rotating in conjunction with a first prime mover (or / and a second prime mover) is located outside (in the radial or axial direction) of the flux pump header. It is an object of the present invention to provide a fluid control of a relative motion such as a direction, intensity, and speed of a time-varying flux supplied to the flux pump header.
이러한 본 발명은 고온초전도 코일에 대한 충전 전류를 능동적으로 제어할 수 있도록 함으로써 세밀한 운전전류의 범위를 가질 수 있도록 하거나 미세조정 및 정밀 제어할 수 있도록 하는 것과 동시에 고온초전도 코일이 적용된 회전기가 사용될 실제 사용환경과 동일한 평가 환경을 제공하여 고온초전도 코일의 성능평가가 가능함으로 인해 신뢰도가 높은 것을 제공함에 그 목적이 있다.In the present invention, the charging current for the high-temperature superconducting coil can be actively controlled, so that it can have a fine range of operating current or can be fine-tuned and precisely controlled, and at the same time, it is actually used for a rotor with a high-temperature superconducting coil to be used. The object is to provide a high reliability because the performance evaluation of the high temperature superconducting coil is possible by providing the same evaluation environment as the environment.
이에 본 발명은 플럭스 펌프에 의해 비접촉식으로 여자되는 고온초전도 코일에 대한 전류 충전과 방전이 선택적으로 가능한 이점이 있고, 초기 충전시 부하변동에 따른 전류 크기의 증감, 회전기 역회전시 전류 보상 제어가 가능한 을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has the advantage of selectively charging and discharging the current for the high-temperature superconducting coil that is non-contactly excited by the flux pump, and increases or decreases the amount of current according to the load fluctuation during initial charging, and controls current compensation when the rotor rotates reversely. The purpose is to provide.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 토로이달 형태의 플럭스펌프 헤더(6)와 결합된 로터 코어(3)가 냉매통(4)에 내장되도록 하되, 상기 플럭스펌프 헤더(6)와 연결된 로터 코어(3)의 회전 축선은 동일하도록 형성되고, 상기 로터 코어(3)와 플럭스 펌프 헤더(6)의 각 외측 원주방향에는 고온초전도 코일(2)과 고온초전도 선재가 각각 권선되도록 하되, 상기 로터 코어(3)의 원주방향 중 상부 일측에는 고온초전도 코일(2)에 전류를 인가하도록 단자대(14)가 형성되며, 상기 냉매통(4)의 상부에는 상판(13)이 형성되도록 하되, 상기 상판(13)에는 냉매포트(11)와 신호선 인출을 위한 피드쓰루(12)가 구비되도록 형성되고, 상기 플럭스 펌프 헤더(6)와 대응되는 외측 원주방향에는 제1영구자석(8)이 구비된 제1플럭스펌프 로터(7)가 구비되도록 하되, 상기 제1플럭스펌프 로터(7)는 제1원동기(19)와 연결된 구동부(18)의 동력을 통해 회전되도록 형성된다.In order to achieve this object, the present invention allows the
이에, 상기 플럭스 펌프 헤더(6)는 하부 축방향에 제2영구자석(10)이 구비된 제2플럭스펌프 로터(9)가 배치되도록 하되, 상기 제2플럭스펌프 로터(9)는 제2원동기(20)와 연결된 회전판(21)에서 나오는 동력을 받아 회전하도록 형성된다.Thus, the
한편, 본 발명은 일 실시예로서, 전자석 고정자 타입이 구비되도록 하되, 상기 냉매통(4)은 외주면 원주 방향에 전기자 권선(17)이 구비된 고정자 코어(15)가 배치되도록 하되, 상기 고정자 코어(15)는 전기자 권선 인출 터미널(16)이 구비되도록 형성된다.On the other hand, the present invention, as an embodiment, to be provided with an electromagnet stator type, the
또한, 본 발명은 다른 실시예로서, 회전형 영구자석 고정자 타입이 구비되도록 하되, 상기 냉매통(4)은 외주면 원주 방향에 회전형 영구자석 고정자(15-1)가 배치되도록 하되, 상기 회전형 영구자석 고정자(15-1)는 축회전 구조의 고정지지물(23)에 구비되도록 형성되고, 상기 고정지지물(23)은 외부동력원(24)에 의해 회전하도록 형성된다.In addition, the present invention as another embodiment, to be provided with a rotating permanent magnet stator type, the
이때, 상기 고온초전도 회전기는 축방향이 지면으로부터 기립한 상하 수직방향이거나 지면과 동일한 수평방향으로 형성된 것이 바람직하다.At this time, the high-temperature superconducting rotator is preferably formed in the vertical direction in the axial direction standing up from the ground or in the same horizontal direction as the ground.
이와 같이, 본 발명은 플럭스 펌프 헤더의 외측(경방향 또는 축방향)에는 제1원동기(또는/및 제2원동기)와 연계 회전하는 제1플럭스펌프 로터(또는/및 제2플럭스펌프 로터)가 구비되어 플럭스 펌프 헤더에 대하여 공급하는 시변자속의 방향, 세기 및 속도 등의 상대 운동을 유동적으로 조절할 수 있도록 하는 바, 이는 고온초전도 코일에 대한 충전 전류를 능동적으로 제어할 수 있도록 함으로써 세밀한 운전전류의 범위를 가질 수 있도록 하거나 미세조정 및 정밀 제어할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has a first flux pump rotor (or / and a second flux pump rotor) rotating in conjunction with a first prime mover (or / and a second prime mover) on the outside (radial or axial) of the flux pump header. It is provided so that the relative motion such as the direction, intensity, and speed of the time-varying flux supplied to the flux pump header can be flexibly controlled, which enables active control of the charging current for the high-temperature superconducting coil, thereby providing detailed operation current. It has the effect of being able to have a range or fine-tuning and precisely controlling.
또한, 본 발명은 고온초전도 코일이 적용된 회전기가 사용될 실제 사용환경과 동일한 평가 환경을 제공하여 초전도 코일의 성능평가 신뢰도가 높은 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing high evaluation superconducting coil performance evaluation reliability by providing the same evaluation environment as the actual use environment to be used with a high-temperature superconducting coil.
또한, 본 발명은 플럭스 펌프에 의해 비접촉식으로 여자되는 고온초전도 코일에 대한 전류 충전과 방전이 선택적으로 가능한 이점이 있고, 초기 충전시 부하변동에 따른 전류 크기의 증감, 회전기 역회전시 전류 보상 제어가 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has the advantage of selectively charging and discharging the current for the high-temperature superconducting coil that is non-contactly excited by the flux pump, and increases or decreases the amount of current due to load fluctuation during initial charging, and controls current compensation during reverse rotation of the rotor. There is a possible effect.
도 1은 본 발명에 따른 경축방향 이중 자계 발생에 의해 능동제어가 가능한 비접촉식 여자장치가 구비된 고온초전도 회전기를 나타낸 일 예시도,
도 2는 도 1의 다른 실시예를 나타낸 예시도,
도 3은 도 1의 또 다른 실시예로서, 수평타입 중 전자석 고정자 타입을 나타낸 예시도,
도 4는 도 3의 다른 실시예로서, 수평타입 중 회전형 영구자석 고정자 타입을 나타낸 예시도,
도 5는 경축방향 이중 자계 발생에 의해 능동제어가 가능한 비접촉식 여자장치가 구비된 고온초전도 회전기의 충,방전 동작 메커니즘을 나타낸 설명 예시도이다.1 is an exemplary view showing a high-temperature superconducting rotator equipped with a non-contact excitation device capable of active control by generating a double magnetic field in the axial direction according to the present invention,
Figure 2 is an exemplary view showing another embodiment of Figure 1,
Figure 3 is another embodiment of Figure 1, an exemplary view showing the electromagnet stator type of the horizontal type,
Figure 4 is another embodiment of Figure 3, an exemplary view showing a rotating permanent magnet stator type of the horizontal type,
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a charging and discharging operation mechanism of a high-temperature superconducting rotator equipped with a non-contact excitation device capable of active control by generating a double magnetic field in the axial direction.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.Next, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 토로이달 형태의 플럭스펌프 헤더(6)와 결합된 로터 코어(3)가 냉매통(4)에 내장되도록 형성된다.1 to 4, the present invention is formed such that the
이때, 상기 플럭스펌프 헤더(6)와 연결된 로터 코어(3)의 회전 축선은 동일하도록 형성된다.At this time, the rotation axis of the
이에, 상기 로터 코어(3)의 외측 원주방향에는 고온초전도 코일(2)이 권선되도록 형성된다.Accordingly, the high-temperature
이때, 상기 플럭스 펌프 헤더(6)의 외측 원주방향에는 고온초전도 선재가 트로이달 형상으로 권선되도록 형성된다.At this time, in the outer circumferential direction of the
이에, 상기 로터 코어(3)의 원주방향 중 상부 일측에는 고온초전도 코일(2)에 전류를 인가하도록 단자대(14)가 형성된다.Accordingly, a
한편, 상기 냉매통(4)의 상부에는 상판(13)이 형성되도록 하되, 상기 상판(13)에는 냉매포트(11)와 신호선 인출을 위한 피드쓰루(12)가 구비되도록 형성된다.Meanwhile, the
이에, 상기 플럭스 펌프 헤더(6)와 대응되는 외측 원주방향에는 제1영구자석(8)이 구비된 제1플럭스펌프 로터(7)가 구비되도록 형성된다.Accordingly, a first
이때, 상기 제1플럭스펌프 로터(7)는 제1원동기(19)와 연결된 구동부(18)의 동력을 통해 회전되도록 형성된다.At this time, the first
이에, 상기 플럭스 펌프 헤더(6)는 선택적 실시예로서, 하부 축방향에 제2영구자석(10)이 구비된 제2플럭스펌프 로터(9)가 배치되도록 형성된다.Thus, the
이때, 상기 제2플럭스펌프 로터(9)는 제2원동기(20)와 연결된 회전판(21)에서 나오는 동력을 받아 회전하도록 형성된다.At this time, the second
한편, 본 발명은 일 실시예로서, 전자석 고정자 타입이 구비되도록 하되, 상기 냉매통(4)은 외주면 원주 방향에 전기자 권선(17)이 구비된 고정자 코어(15)가 배치되도록 하되, 상기 고정자 코어(15)는 전기자 권선 인출 터미널(16)이 구비되도록 형성된다.On the other hand, the present invention, as an embodiment, to be provided with an electromagnet stator type, the
또한, 본 발명은 다른 실시예로서, 회전형 영구자석 고정자 타입이 구비되도록 하되, 상기 냉매통(4)은 외주면 원주 방향에 회전형 영구자석 고정자(15-1)가 배치되도록 형성된다.In addition, the present invention is another embodiment, to be provided with a rotating permanent magnet stator type, the
이때, 상기 회전형 영구자석 고정자(15-1)는 축회전 구조의 고정지지물(23)에 구비되도록 형성되고, 상기 고정지지물(23)은 외부동력원(24)에 의해 회전하도록 형성된다.At this time, the rotating permanent magnet stator 15-1 is formed to be provided on the
이에, 상기 고정지지물은 중공의 원통체로서, 외주면에는 외부동력원의 구동판(25)과 대응되는 회전수단(기어치차, 체인, 벨트 등)이 형성되는 것이 바람직하다. Thus, the fixed support is a hollow cylindrical body, it is preferable that the outer peripheral surface is formed with a rotating means (gear difference, chain, belt, etc.) corresponding to the
이때, 상기 고온초전도 회전기는 축방향이 지면으로부터 기립한 상하 수직방향이거나 지면과 동일한 수평방향으로 형성된 것이 바람직하다.At this time, the high-temperature superconducting rotator is preferably formed in the vertical direction in the axial direction standing up from the ground or in the same horizontal direction as the ground.
즉, 본 발명의 고온초전도 회전기는 도 1 내지 도 2와 같이 수직으로 기립한 타입일 수도 있고, 도 3 내지 도 4와 같이 수평형으로 구성될 수 있다.That is, the high-temperature superconducting rotator of the present invention may be a vertically standing type as shown in FIGS. 1 to 2, or may be configured in a horizontal type as shown in FIGS. 3 to 4.
이에, 고온초전도 회전기가 수평형일 경우에는 냉매통의 축방향 단부에 형성된 상판(13)과 하판(13-1)에 지지고정 샤프트(30)가 축선 방향으로 결합되도록 하되, 상기 지지고정 샤프트(30)는 '∪'자형 고정프레임(40)의 격벽(41) 내부 벽면에 고정되면서 고온초전도 회전기 어셈블리를 수평으로 고정시킬 수 있도록 형성된다.Accordingly, when the high-temperature superconducting rotator is horizontal, the
이때, 상기 고정프레임의 격벽(41)에는 관통공이 형성되어 냉매 포트 연결관과 제2플럭스펌프 로터와 연결된 제2원동기의 구동축이 간섭 없이 설치될 수 있도록 형성된다. At this time, a through hole is formed in the
그리고, 냉매 포트(11)는 냉매통에 내입된 단부측에 단열재 튜브(1)가 구비되어 냉매통 내부 고온초전도 코일의 냉각을 도모하도록 형성된다.In addition, the
이를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.The details are as follows.
먼저, 플럭스 펌프 헤더의 외측에 구비된 영구자석을 회전시킴으로서, 시변자속을 공급하여 로터 코어의 원주방향으로 위치한 고온초전도 코일에 전류를 충전시킨다.First, by rotating the permanent magnet provided on the outside of the flux pump header, the time-varying flux is supplied to charge the current in the high-temperature superconducting coil located in the circumferential direction of the rotor core.
플럭스 펌프 헤더에 공급되는 시변자속의 방향에 따라 충전되는 전류의 방향이 바뀌면서 시변자속의 세기 및 속도에 따라 충전되는 전류의 크기가 변하게 된다.As the direction of the current to be charged changes according to the direction of the time-varying flux supplied to the flux pump header, the size of the current to be charged changes according to the strength and speed of the time-varying flux.
이때, 제1플럭스펌프 로터는 플럭스 펌프 헤더에 대하여 경방향(반경방향)으로 연계되면서 제1원동기로 하여금 상대 운동속도가 제어되고, 이에 시변자속의 방향과 세기 및 속도를 조절할 수 있도록 형성된다.At this time, the first flux pump rotor is formed in such a way that the relative motion speed is controlled by the first prime mover while being linked in the radial direction (radial direction) with respect to the flux pump header, thereby adjusting the direction, intensity, and speed of the time-varying flux.
또한, 제2플럭스펌프 로터 역시 플럭스 펌프 헤더에 대하여 축방향(동일축선)으로 연계되면서 제2원동기로 하여금 상대 운동속도가 제어되고, 이에 시변자속의 방향과 세기 및 속도를 조절할 수 있도록 형성된다.In addition, the second flux pump rotor is also formed to be able to control the relative motion speed of the second prime mover while controlling in the axial direction (same axis) with respect to the flux pump header, thereby adjusting the direction, intensity and speed of the time-varying flux.
이에, 상기 제1플럭스펌프 로터와 제2플럭스펌프 로터는 제1,2원동기의 병행 구동으로 하여금 동시 운전이 가능할 수도 있게 된다.Accordingly, the first flux pump rotor and the second flux pump rotor may enable simultaneous driving of the first and second prime movers simultaneously.
따라서, 본 발명은 고온초전도 코일에 충전 전류를 능동적으로 제어할 수 있도록 함으로서, 세밀한 운전전류의 범위를 가질 수 있어 초기 충전 및 부하변동에 따른 전류의 크기 증감과 역회전시 전류보상 제어가 가능한 특징이 있다.Therefore, the present invention enables active control of the charging current in the high-temperature superconducting coil, and thus can have a range of detailed operating current, so that the size of the current can be increased or decreased due to initial charging and load fluctuation, and current compensation can be controlled during reverse rotation. There is this.
다음은 본 발명에 따른 고온초전도 회전기의 충,방전 동작 메커니즘을 설명한다.(도 5 참조)The following describes the charging and discharging operation mechanism of the high-temperature superconducting rotator according to the present invention. (See Fig. 5)
1. Φ1은 경방향 플럭스펌프 로터 내에 위치한 영구자석이 경방향 플럭스 펌프 로터와 같이 원동기 1에 의하여 회전함으로써 플럭스펌프 헤드에 감긴 고온초전도 선재와 쇄교되는 시변자계를 의미하며, Φ2는 축방향 플럭스펌프 로터 내에 위치한 영구자석이 축방향 플럭스펌프 로터와 같이 원동기 2에 의하여 회전함으로써 플럭스펌프 헤드에 감긴 고온초전도 선재와 쇄교되는 시변자계를 의미한다.1. Φ 1 refers to the time-varying magnetic field that is interlinked with the high-temperature superconducting wire wound on the flux pump head by rotating the permanent magnet located in the radial flux pump rotor by the
2. Rd1, Rd2와 Vdc1, Vdc2는 각각 Φ1과 Φ2에 의하여 플럭스펌프 헤드에 감긴 고온초전도 선재에 유도되는 동적 저항과 직류 평균전압을 의미한다.2. R d1 , R d2 and V dc1 and V dc2 mean the dynamic resistance and DC average voltage induced in the high-temperature superconducting wire wound on the flux pump head by Φ 1 and Φ 2 , respectively.
3. Rj1과 Rj2는 플럭스펌프 헤드에 감긴 고온초전도 선재와 로터 코어에 감긴 고온초전도 코일의 접촉에 의하여 생성되는 접촉 저항을 의미한다. 3. R j1 and R j2 refer to the contact resistance generated by the contact between the high-temperature superconducting wire wound on the flux pump head and the high-temperature superconducting coil wound on the rotor core.
4. Lc는 로터 코어에 감긴 고온초전도 코일의 인덕턴스를 의미한다.4. L c means the inductance of the high-temperature superconducting coil wound around the rotor core.
5. 초기 기동시 원동기1을 동력원으로 하여 경방향 플럭스 펌프 로터를 회전하면 시변자계 Φ1가 발생되어 회로의 동적저항 Rd1와 직류 평균전압 Vdc1가 유도된다. 이들의 크기는 시변자계의 크기(영구자석의 세기)와 속도(경방향 플럭스 펌프 로터의 회전속도)에 의하여 결정된다.5. When rotating the radial flux pump rotor with
6. 운전 상황에 따라 경방향 플럭스 펌프 로터의 회전에 의한 전류 충전이 부족하거나 그 속도가 느리다고 판단이 되면, 도5의 좌측의 위에 그림처럼 원동기2를 동력원으로 하여 축방향 플럭스 펌프 로터를 경방향 플럭스 펌프 로터의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하여 시변자계 F2를 발생시킴으로써 회로의 동적저항 Rd2와 직류 평균전압 Vdc2를 유도시킨다. 6. According to the driving situation, if it is judged that the current charging by rotation of the radial flux pump rotor is insufficient or its speed is slow, the axial flux pump rotor is rotated in the radial direction using the
중첩의 원리에 의하여 회로에 유도된 직류 평균 전압 Vdc1와 Vdc2의 크기가 합해져 로터 코어에 위치한 고온초전도 코일 Lc에 인가되는 직류 전압원의 크기가 커짐으로, 최종적으로 회로 전체에 흐르는 전류의 크기는 증가한다. The magnitude of the DC voltage source applied to the high-temperature superconducting coil L c located in the rotor core is increased by adding the magnitudes of the DC average voltages V dc1 and V dc2 induced to the circuit by the superposition principle, and finally the magnitude of the current flowing through the circuit Increases.
반대로 전류 충전이 과하거나 속도가 빠르다고 판단이 되면, 도 5의 좌측의 아래에 그림처럼 원동기2의 회전방향을 원동기 1과 반대로 회전시킴으로써 중첩의 원리에 의하여 회로에 유도된 직류 평균 전압 Vdc1와 Vdc2의 크기의 차만큼 고온초전도 코일 Lc에 인가되는 직류 전압원의 크기가 작아짐으로써 최종적으로 회로 전체에 흐르는 전류의 크기는 감소한다.Conversely, if it is determined that the current charging is excessive or the speed is high, the DC average voltages V dc1 and V induced in the circuit by the principle of superposition by rotating the rotation direction of the
7. 역방향 충전과 방전은 정방향에서의 회전방향만 바뀌며, 원리는 동일하다.7. Reverse charge and discharge only change the rotation direction in the forward direction, and the principle is the same.
앞서 언급한 실시예의 동작 메커니즘에 있어 비접촉식 여자장치에 의해 여자되는 고온초전도 코일의 전류랑을 실시간으로 모니터링하여 회전기 실제 운전 환경(초기 기동, 부하변동, 회전방향 변경 등)에 대응하기 위한 경축방향의 이중 플럭스 펌프 장치의 피드백 제어(각 대응 모드에 대한 시퀀스 제어)를 함으로써 비접촉식 계자 여자장치가 적용된 고온초전도 회전기의 운전 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.In the operation mechanism of the above-mentioned embodiment, the current flow of the high-temperature superconducting coil excited by the non-contact excitation device is monitored in real time to determine the rotational direction to respond to the actual operating environment of the rotator (initial starting, load fluctuation, rotation direction change, etc.) By performing feedback control (sequence control for each corresponding mode) of the double flux pump device, it is possible to improve the operational reliability of the high-temperature superconducting rotator with a non-contact field exciter.
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.The present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and various modifications can be carried out by anyone who has ordinary knowledge in the art to which the subject design pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Of course, such changes are within the scope of the claims.
1 ... 단열재 튜브 2 ... 고온초전도 코일
3 ... 로터 코어 4 ... 냉매통
5 ... 고정자 프레임 6 ... 플럭스펌프 헤더
7 ... 제1플럭스펌프 로터 8 ... 제1영구자석
9 ... 제2플럭스펌프 로터 10 ... 제2영구자석
11 ... 냉매포트 12 ... 피드쓰루
13 ... 상판 14 ... 단자대
15 ... 고정자 코어 15-1 ... 회전형 영구자석 고정자
16 ... 전기자 권선 인출 터미널 17 ... 전기자 권선
18 ... 구동부 19 ... 제1원동기
20 ... 제2원동기 23 ... 고정지지물
24 ... 외부동력원1 ...
3 ...
5 ...
7 ... 1st
9 ... 2nd
11 ...
13 ...
15 ... stator core 15-1 ... rotating permanent magnet stator
16 ... Armature winding take-
18 ... drive
20 ... second
24 ... external power source
Claims (5)
상기 플럭스 펌프 헤더(6)는 하부 축방향에 제2영구자석(10)이 구비된 제2플럭스펌프 로터(9)가 배치되도록 하되, 상기 제2플럭스펌프 로터(9)는 제2원동기(20)와 연결된 회전판(21)에서 나오는 동력을 받아 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 경축방향 이중 자계 발생에 의한 능동제어가 가능한 비접촉식 여자장치가 구비된 고온초전도 회전기.The rotor core 3 combined with the toroidal type flux pump header 6 is built in the refrigerant cylinder 4, but the rotational axis of the rotor core 3 connected to the flux pump header 6 is formed to be the same. In the outer circumferential direction of the rotor core 3 and the flux pump header 6, the high-temperature superconducting coil 2 and the high-temperature superconducting wire are respectively wound, but the upper one side of the circumferential direction of the rotor core 3 is A terminal block 14 is formed to apply a current to the high-temperature superconducting coil 2, and an upper plate 13 is formed on an upper portion of the refrigerant cylinder 4, but a refrigerant port 11 and a signal line are provided on the upper plate 13 It is formed to be provided with a feed-through 12 for withdrawal, and a first flux pump rotor 7 having a first permanent magnet 8 is provided in an outer circumferential direction corresponding to the flux pump header 6, , The first flux pump rotor 7 is a driving unit connected to the first prime mover 19 ( In order to rotate through the power of 18),
The flux pump header 6 is such that the second flux pump rotor 9 is provided with a second permanent magnet 10 in the lower axial direction, the second flux pump rotor 9 is a second prime mover 20 ) High-temperature superconducting rotator equipped with a non-contact excitation device capable of active control by generating a double magnetic field in the axial direction, characterized in that it rotates by receiving power from the rotating plate (21) connected.
상기 냉매통(4)은 외주면 원주 방향에 회전형 영구자석 고정자(15-1)가 배치되도록 하되, 상기 회전형 영구자석 고정자(15-1)는 축회전 구조의 고정지지물(23)에 구비되도록 형성되고, 상기 고정지지물(23)은 외부동력원(24)에 의해 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 경축방향 이중 자계 발생에 의한 능동제어가 가능한 비접촉식 여자장치가 구비된 고온초전도 회전기.
The rotor core 3 combined with the toroidal type flux pump header 6 is built in the refrigerant cylinder 4, but the rotational axis of the rotor core 3 connected to the flux pump header 6 is formed to be the same. In the outer circumferential direction of the rotor core 3 and the flux pump header 6, the high-temperature superconducting coil 2 and the high-temperature superconducting wire are respectively wound, but the upper one side of the circumferential direction of the rotor core 3 is A terminal block 14 is formed to apply a current to the high-temperature superconducting coil 2, and an upper plate 13 is formed on an upper portion of the refrigerant cylinder 4, but a refrigerant port 11 and a signal line are provided on the upper plate 13 It is formed to be provided with a feed-through 12 for withdrawal, and a first flux pump rotor 7 having a first permanent magnet 8 is provided in an outer circumferential direction corresponding to the flux pump header 6, , The first flux pump rotor 7 is a driving unit connected to the first prime mover 19 ( In order to rotate through the power of 18),
The refrigerant cylinder 4 is such that the rotating permanent magnet stator 15-1 is disposed in the circumferential direction of the outer circumferential surface, and the rotating permanent magnet stator 15-1 is provided on the fixed support 23 of the axial rotation structure. It is formed, the fixed support 23 is a high-temperature superconducting rotator equipped with a non-contact excitation device capable of active control by generating a double magnetic field in the axial direction, characterized in that to rotate by an external power source (24).
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