KR102123757B1

KR102123757B1 - 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치 및 이를 이용한 특성 평가 방법

Info

Publication number: KR102123757B1
Application number: KR1020190009812A
Authority: KR
Inventors: 박민원; 유인근; 성해진; 김창현
Original assignee: 창원대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-06-26
Also published as: WO2020153548A1

Abstract

초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치가 제공된다. 본 발명의 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치는 상판 중간에 피검체 안착용 홈부를 포함하는 거치대; 상기 피검체 안착용 홈부 내에 위치하여 적어도 하나의 초전도 코일이 장착되는 피검체 모듈부; 상기 거치대 상판의 일단에 위치하여 체인을 구동하는 이송모터 모듈; 상기 거치대 상판의 타단에 위치하여 상기 구동되는 체인의 장력에 따라 이송되는 전기자 모듈; 및 상기 전기자 모듈이 상기 초전도 코일과 교차되도록 수평방향으로 이송시키는 이송부를 포함한다.

Description

초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치 및 이를 이용한 특성 평가 방법{HORIZONTAL-TYPE CHARACTERISTIC EVALUATING APPARATUS OF SUPERCONDUCTIVE COIL AND METHOD OF EVALUATING THE CHARACTERISTICS OF SUPERCONDUCTIVE COIL USING THE SAME}

본 발명은 초전도 코일의 특성 평가 장치 및 이를 이용한 특성 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치 규모를 최소화한 수평형 특성 평가 장치 및 이를 이용한 특성 평가 방법에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 모터 또는 발전기는 기존의 회전자에 사용되는 구리선 대신에 전기저항이 제로인 초전도체를 사용하여 대전류 통전 및 고자장 발생이 가능하여, 고정자와 회전자에 사용되는 철심을 제거함으로써 무게, 부피 및 각종 손실을 대폭 줄인 고성능, 고출력의 첨단 회전기를 말한다.

지금까지 개발된 초전도 모터 또는 발전기에 사용되는 초전도 계자코일은 테이프 형상을 하고 있는 초전도 선재가 권선된 레이스트렉형 또는 팬케이크코일 형태로 권선되어 형성되며, 원하는 자장 및 세기를 얻기 위해 상기와 같은 코일 여러 개를 적층하여 한극의 초전도 계자코일을 이루고 2극(pole), 4극, 12극, 24극 또는 그 이상으로 결선된다.

현재, 초전도 모터 또는 발전기는 초전도체를 응용한 전력기기 분야 중 대표적이고 활발한 연구 개발이 진행되어지고 있는 분야이다.기술이 진보함에 따라 초전도 모터 또는 발전기들은 점차적으로 대용량화 되어가고 있으며, 이에 따라 초전도 코일 또한 고자장 및 대전류화 되어가고 있다.

도 1은 초전도 코일을 포함한 초전도 회전기를 나타낸 것이다.

도 1의 (a)는 전력 기기에 이용되는 초전도 회전기를 전체적으로 도시한 사시도이며, (b)는 초전도 회전기 중 점선부분을 확대하여 나타낸 것이다. 초전도 회전기는 회전축을 중심으로 일정 반경을 가지는 회전자(Rotor body), 회전자의 외측면에 소정 간격으로 배치되는 복수의 초전도 코일(HTS coil), 회전자의 외측면에서 각각의 초전도 코일을 수용하는 크라이오스탯(Cryostat), 회전 몸체와 소정의 거리(air gap)로 이격된 반경을 가지는 고정자(Stator body), 고정자의 내측면에 소정 간격으로 삽입되어 배열되는 복수의 전기자 코일(Armature Coil), 고정자의 외측면을 둘러싸는 자기차폐층(Magnetic shield)을 포함한다.

도시된 것과 같은 초전도 회전기는 고자장 및 대전류화가 됨으로써 코일에서 발생하는 힘 또는 외부의 힘에 대해서 초전도 코일이 취약하고, 대용량 회전기의 경우 기존의 회전기 설계가 적용되기 어려운 문제가 있다.

또한 일반 상전도 발전기와 비교하여 연구되어진 기간 및 축적된 기술도가 상대적으로 낮아, 연구 개발기간이 더디며, 특히 고가의 초전도체를 이용한 비용적 리스크와 아직 최적화되지 않은 설계 제작 과정 등의 이유로 연구된 초전도 발전기의 제작을 쉽게 하지 못하는 실정이다.

따라서, 대용량 초전도 회전기에 적용하기 전에, 설계단계에서 모터 및 발전기의 설계 결과 및 초전도 코일의 성능을 평가하기 위한 장치의 필요성이 대두되고 있다.

등록특허 제10-1420732호

본 발명은 초전도 회전기의 전체 시스템을 제작하기 전에 설계된 초전도 발전기의 성능 평가 장치를 수평형으로 최소화하여 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치는 상판 중간에 피검체 안착용 홈부를 포함하는 거치대; 상기 피검체 안착용 홈부 내에 위치하여 적어도 하나의 초전도 코일이 장착되는 피검체 모듈부; 상기 거치대 상판의 일단에 위치하여 체인을 구동하는 이송모터 모듈; 상기 거치대 상판의 타단에 위치하여 상기 구동되는 체인의 장력에 따라 이송되는 전기자 모듈; 및 상기 전기자 모듈이 상기 초전도 코일과 교차되도록 수평방향으로 이송시키는 이송부를 포함한다.

상기 체인은 상기 전기자 모듈이 초기 상태부터 정격 속도로 이송될 때까지 필요한 거리이상의 길이를 가진다.

상기 피검체 안착용 홈부는 상기 거치대 상판에 소정의 깊이로 오목하게 형성되고, 상기 거치대의 중간에 형성된다.

상기 수평형 특성 평가 장치는 상기 거치대 상판에서 상기 이송모터모듈의 앞단에 위치하여, 상기 체인의 장력에 따라 이송되는 상기 전기자 모듈을 제동하기 위한 완충버퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 이송부는 가이드 레일을 상면에 포함하여, 상기 거치대 상판으로부터 이격되어 배치되는 이송 지지부; 및 상기 전기자 모듈의 하부에 장착되고, 상기 가이드 레일과 결합되는 바퀴; 를 포함할 수 있다.

상기 피검체 모듈부는 상기 적어도 하나의 피검체 초전도 코일; 상기 초전도 코일을 냉각하기 위한 냉각 플레이트; 상기 초전도 코일과 상기 냉각 플레이트를 수용하는 크라이오스탯; 상기 크라이오스탯과 상기 냉각 플레이트 사이에 위치하여,열 전달을 차단하는 절연 플레이트; 및 상기 피검체 모듈부를 상기 피검체 안착용 홈부의 하면으로부터 소정의 높이에서 지지하는 피검체 지지부를 포함할 수 있다.

상기 피검체 안착용 홈부는 상기 거치대 타단에서 상기 전기자 모듈이 상기 정격 속도에 도달할 때까지의 거리 이상으로 이격되어 상기 거치대 중간에 오목하게 형성될 수 있다.

상기 피검체 초전도 코일은 설계 결과가 확보된 초전도 회전기의 3 Pole에 해당하는 초정도 코일이고, 상기 전기자 모듈은 상기 초전도 회전기의 2 Pole에 해당하는 전기자 슬롯 및 전기자 권선을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치의 평가 방법은 전기자 모듈이 초기 상태에서 이송 모터에 의해 구동되는 체인의 장력에 따라 수평방향으로 움직이기 시작하는 이송 시작 단계; 상기 전기자 모듈이 초전도 코일 모듈의 상면에 평행한 면에서 정격 속도로 교차하며 이송되는 단계; 및 상기 전기자 모듈이 완충버퍼에 의하여 제동되는 단계를 포함한다.

상기 초전도 코일 모듈은 상기 제1 면에 수직한 제2 면의 방향에서 상기 전기자 모듈의 초기 상태 지점에서 상기 정격 속도에 도달할 때까지의 거리 이상으로 이격되어 위치할 수 있다.

상기 체인은 상기 전기자 모듈이 초기 상태부터 정격 속도로 이송될 때까지 필요한 거리 이상의 길이를 가질 수 있다.

본 발명의 초전도 발전기의 특성 평가 장치에 따르면, 이송모터 및 체인을 이용하여 전기자를 이송시킴으로써 전기자의 이동구간을 감소시켜 장치 규모를 최소화 할 수 있다.

본 발명의 초전도 발전기의 특성 평가 장치에 따르면, 피검체 초전도 코일의 성능 검사, 손상여부 및 파라미터를 파악할 수 있다.

본 발명의 초전도 발전기의 특성 평가 장치에 따르면, 전기자 토크 및 발전기 2 Pole에 해당하는 출력 파형을 통해 발전기 설계 결과를 검증할 수 있다.

또한, 본 발명의 초전도 발전기의 특성 평가 장치에 따르면 전체 시스템을 만들지 않고도 설계된 초전도 코일 각각에 대한 설계의 검증이 가능하게 되며, 이로 인한 제작 시간 및 개발 비용을 감축할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 설계된 초전도 모터 또는 발전기의 전체 시스템을 제작하기 전에, 설계된 모터의 부분 모듈과 실제 초전도 발전기가 운전되는 환경을 모의하는 장치를 이용하여, 설계된 초전도 발전기의 설계 검증 및 특성 파라메터를 확보할 수 있는 특성 평가장치를 제공할 수 있다.

도 1은 초전도 코일을 포함한 초전도 회전기를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 피검체 초전도 코일 및 전기자 모듈 간의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 피검체 초전도 코일 및 전기자 모듈 간의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 수평형 특성 평가 장치의 피검체 모듈을 구체적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 코일의 특성 평가 장치의 작동 초기 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 코일의 특성 평가 장치의 작동 중간 상태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 코일의 특성 평가 장치의 작동에 따라 전기자가 이송되는 상태를 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시 예에 기초하여 설명한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있는 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백히 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 초전도 회전기의 초전도 코일이 아닌 테스트용으로 설계가 확보된 초전도 코일은 피검체 초전도 코일이라고 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 피검체 초전도 코일 및 전기자 모듈 간의 구조를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 피검체 초전도 코일 및 전기자 모듈 간의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명에서는 도 1에 도시된 것과 같은 초전도 회전기의 전체 시스템을 제작하기 전에, 설계된 초전도 코일의 부분 모듈과 실제 초전도 회전기가 운전되는 환경을 모의하는 특성 평가 장치를 이용하여, 설계된 초전도 발전기의 성능 검증 및 특성 파라미터를 확보할 수 있다.

도 2를 참고하면, 초전도 회전기에 사용되는 초전도 코일을 테스트용으로 설계한 피검체 초전도 코일을 나타낸 것이다.

피검체 초전도 코일(410)은 일 실시예로 설계 결과가 확보된 초전도 회전기의 3 Pole에 해당하는 초전도 코일이다. 피검체 초전도 코일(410)은 일 예로 레이스 트랙 형상으로 구현될 수 있으나 형상이 이에 한정되는 것은 아니고 초전도 회전기에 수용되는 실제 형상이면 다른 형태로도 구현 가능하다. 피검체 초전도 코일(410)은 3 Pole로 구현하기 위하여 3개의 레이스 트랙 형상 초전도 코일을 포함할 수 있고, 성능 평가 조건에 따라 1 Pole 또는 2 Pole 등으로도 구현 가능하다.

본 발명의 특성 평가 장치는 피검체 초전도 코일(410)의 성능을 확인하기 위해 교차하는 전기자(210)를 포함할 수 있다. 테스트용 전기자 모듈(210)은 도 1에 도시된 초전도 회전기의 전기자 형태와 유사하다.

전기자 모듈(210)은 고정자(211), 전기자 코일(213) 및 자기차폐층(215)을 포함한다. 전기자 코일(213)은 피검체 초전도 코일과 대면하는 고정자의 일면에 소정의 등간격으로 삽입 배열되며, 자기차폐층(215)는 피검체 초전도 코일과 대면하지 않는 고정자의 타면을 둘러싸도록 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같은 3 Pole에 해당하는 초전도 코일은 설계 결과가 확보된 초전도 회전기의 1 Pole에 해당하는 제1 초전도 코일 및 상기 제1 초전도 코일의 양측에 이웃하여 위치하고 설계결과가 확보된 초전도 회전기의 2 Pole에 해당하는 두 개의 제2 초전도 코일을 포함한다.

전기자 모듈(210)은 피검체 초전도 코일(410)로부터 소정거리만큼 이격되어, 피검체 초전도 코일(410)들의 일면과 평행한 방향으로 정격 속도로 교차하며 이동한다. 이때 정격 속도는 실제 초전도 회전기가 운전되는 환경에서의 속도로서 설정된 것이다.

따라서 전기자 모듈(210)이 정격 속도로 피검체 초전도 코일 위로 움직이면, 제1 초전도 코일에서는 제1 방향으로 N극의 전자기력 토크가, 제2 초전도 코일에서는 제2 방향으로 S극의 전자기력 토크가 발생한다.

본 발명의 성능 평가 장치는 전기자 모듈(210)이 피검체 초전도 코일(410)과 교차하면서 발생하는 전자기력 토크를 감지하여, 피검체 초전도 코일(410)의 손상 유무를 가시적으로 판단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 수평형 특성 평가 장치의 피검체 모듈을 구체적으로 도시한 것이다.

도 4를 참고하면, 피검체 모듈(400)은 피검체 초전도 코일(410), 크라이오스탯(420), 냉각 플레이트(431), 절연 플레이트(432) 및 피검체 지지부(440)를 포함한다.

피검체 초전도 코일(410)은 성능 평가 환경에 따라 적어도 하나 이상의 초전도 코일을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서는 3 Pole 성능 평가를 위해 3개의 초전도 코일(411,412,413)을 포함하고 각 초전도 코일 간 소정 간격으로 일 평면상에 배열한다.

냉각 플레이트(431)는 피검체 초전도 코일을 냉각하기 위한 것으로 피검체 초전도 코일(411,412,413) 하단에 배치된다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 냉매가 공급되는 구조가 더 포함될 수 있다.

크라이오스탯(420)은 피검체 초전도 코일(410)을 진공상태로 수용하면서 별도의 냉각 시스템을 이용하여 극저온으로 피검체 초전도 코일을 냉각시킨다.

절연 플레이트(432)는 크라이오스탯(420)과 냉각 플레이트(431) 사이에 위치하여, 외부로부터의 열 전달을 차단한다.

피검체 지지부(440)는 피검체 모듈부(400)를 피검체 안착용 홈부의 하면으로부터 소정의 높이에서 지지한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 코일의 특성 평가 장치의 작동 초기 상태를 도시한 것이다.

먼저 도 5를 참고하여 본 발명의 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치(1000)의 구조를 설명하면, 거치대(500), 이송모터모듈(100), 전기자 모듈(210), 이송부, 완충버퍼 및 피검체 모듈(400)을 포함한다.

거치대(500)는 본 발명의 특성 평가 장치를 거치하기 위한 것으로, 거치대 상판 중간에 피검체 안착용 홈부(510)를 포함한다.

피검체 안착용 홈부(510)는 거치대(500) 상판에 소정의 깊이로 오목하게 형성되는 구조로, 상기 거치대 상판 중간에 형성된다. 이때 피검체 안착용 홈부는 피검체 모듈을 수용하기 위한 공간으로, 피검체 모듈의 면적보다 넓고 피검체 모듈의 높이 이상으로 깊게 형성될 수 있다.

피검체 안착용 홈부(510)는 거치대(500)의 일단에서 제1 거리 및 거치대(500)의 타단에서 제2 거리만큼 각각 이격된 거치대 상판 중간에 형성될 수 있다. 제1 거리는 전기자 모듈(210)의 길이 및 전기자 모듈(210)이 초기 상태(즉, 거치대 상판의 타단 시작 지점에서 정지한 상태)부터 정격 속도로 움직일 때까지 필요한 거리를 포함한다. 일 예로 제1 거리는 전기자 모듈의 길이 1.3 미터, 전기자 모듈(210)이 초기 상태(즉, 거치대 상판의 타단 시작 지점에서 정지한 상태)부터 정격 속도로 움직일 때까지 필요한 거리 S 미터, 즉 (1.3+S) 미터일 수 있다. 제2 거리는 거치대(500) 타단부터 이송모터 모듈(100)의 길이, 완충버퍼(150)의 최대 길이 및 전기자 모듈의 길이를 포함한다. 일 예로 거치대(500) 타단부터 이송모터 모듈(100)의 길이와 완충버퍼(150)의 최대 길이를 더한 2.7 미터, 전기자 모듈의 길이 1.3 미터, 즉 4 (=2.7+1.3)미터일 수 있다.

거치대(500)의 총 길이는 제1 거리, 제2 거리 및 피검체 안착용 홈부(510)의 너비를 더한 길이로 구현할 수 있다. 도시된 예로 설명하면 거치대의 길이는 총 6.8 + S 미터(= 1.3+S+1.5+1.3+2.7)일 수 있다.

이때 S는 전기자 모듈(210)이 초기 상태(즉, 거치대 상판의 타단 시작 지점에서 정지한 상태)부터 정격 속도로 움직일 때까지 필요한 거리이다. S는 이송모터의 구동에 의한 선속도 및 초기 상태에서 정격 속도로 움직일 때까지 걸리는 시간에 기초하여 결정된다.

예를 들면 12 MW의 이송모터가 구동되어 전기자 모듈이 정지상태에서 정격속도 3.85 m/s에 이르기까지 10초가 걸린다고 가정하자.

상기 예에서

,

이므로, 수학식 1에 대입하면 수학식 2와 같다.

즉, 거치대의 총 길이는 최소한 26.050 미터 (= 6.8+19.250), 즉 27 미터로 구현될 수 있다.

이송모터 모듈(100)은 거치대(500) 상판의 타단에 위치하여 체인을 구동한다. 이때 이송모터 모듈(100)은 체인(171)이 감겨진 모터를 포함한다. 모터는 초전도 회전기의 각속도와 반지름에 기초하여 설정되는 선속도, 즉 정격 속도로 전기자 모듈을 이송하기 위하여 체인을 감도록 구동된다. 이때 체인은 탄성이 없는 재료로 만들어 질 수 있고, 전기자 모듈(210)이 초기 상태(즉, 거치대 상판의 타단 시작 지점에서 정지한 상태)부터 정격 속도로 움직일 때까지 필요한 거리 이상의 길이를 가진다. 본 명세서에서는 체인이라고 지칭하나, 와이어, 연결끈 등 탄성이 없는 연결부재를 모두 포함한다고 할 것이다.

이송부는 전기자 모듈이 거치대 상에서 안정적으로 이송되도록, 이송지지부(310) 및 바퀴(320)를 포함한다.

이송지지부(310)는 상면에 가이드 레일을 포함하고, 하면은 거치대 상판으로부터 일정 높이로 이격되어 배치될 수 있다. 이때 이송지지부는 피검체 초전도 코일과 전기자 모듈 간에 전자기력 토크가 발생하는 설정 범위 내의 높이로 이격되어 배치될 수 있다.

바퀴(320)는 전기자 모듈(210)의 하부에 장착되어, 가이드 레일과 결합된다. 일 실시예로 가이드 레일은 바퀴를 상하로 감싸는 형태로 구현될 수도 있고, 다른 실시예로 전기자 모듈이 이탈하지 않도록 바퀴와 가이드 레일이 각각 톱니 모양으로 서로 맞물리는 형태로 구현될 수도 있다.

도시하지는 않았으나 다른 실시예로 이송부는 전기자 모듈 지지부를 더 포함할 수 있다. 전기자 모듈 지지부는 전기자 모듈을 바퀴에 고정적으로 지지하기 위한 것으로, 다양한 형태로 구현가능하다. 일 예로 전기자 모듈 양측단을 고정하는 구조일 수도 있고, 다른 예로 전기자 모듈 하면에 위치하여 고정하되 전기자가 위치한 부분은 일정면적 뚫려있는 프레임 형태의 구조일 수도 있다.

완충 버퍼(150)는 거치대(500) 상판에서 이송모터 모듈(100)의 앞단에 위치하여, 체인(171)의 장력에 따라 이송되는 전기자 모듈(210)을 제동한다. 즉, 전기자 모듈(210)이 피검체 모듈(400)과 교차한 이후에 더이상의 이송을 방지할 수 있도록 제동을 가하는 역할을 한다.

피검체 모듈(400)은 피검체 초전도 코일(410), 크라이오스탯(420), 냉각 플레이트(430), 절연 플레이트(430) 및 피검체 지지부(450)를 포함한다.

피검체 초전도 코일(411,412,413)은 도 4에서 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 초전도 코일을 포함한다. 초전도 코일 간에는 초전도 발전기의 회전자와 동일한 간격으로 배치할 수 있다. 도시된 바와 같은 3 Pole에 해당하는 초전도 코일은 설계 결과가 확보된 초전도 회전기의 1 Pole에 해당하는 제1 초전도 코일 및 상기 제1 초전도 코일의 양측에 이웃하여 위치하고 설계결과가 확보된 초전도 회전기의 2 Pole에 해당하는 두 개의 제2 초전도 코일을 포함한다.

일 실시예에 따라 제2 초전도 코일은 제1 초전도 코일과 동일 평면상에 배치될 수도 있고, 다른 실시예에 따라 전체 초전도 발전기의 회전자와 동일한 각도의 곡면상에 동일한 간격으로 배치될 수도 있다.

상기 일 실시예에 따를 경우, 제1 초전도 코일(412) 및 제2 초전도 코일(411, 413)은 전기자 모듈과 직접적으로 쇄교하여 각각 동일한 자속을 발생시킨다.

상기 다른 실시예에 따를 경우 제1 초전도 코일(412)은 전기자 모듈(210)과 직접적으로 쇄교하여 자속을 발생시키고, 제2 초전도 코일(411,413)은 제1 초전도 코일(412)에서 발생되는 자장이 설계값과 동일한 크기의 자장을 발생할 수 있도록 자장의 크기를 보완해주는 역할을 수행한다.

크라이오스탯(420)은 내부에 진공환경을 구성하여 대류 및 복사에 의한 열 전달을 차단하여 냉각 손실을 최소화하기 위해 밀폐된 구조이다. 전도냉각의 효율을 최대한 끌어올리기 위하여 진공 용기 내부의 진공도를

이하로 유지하는 것이 바람직하며, MLI(Multi layer insultion)를 이용하여 내부의 대류 및 복사에 의한 열전달을 차단하는 것이 바람직하다.

냉각 플레이트(430)는 피검체 초전도 코일(410)을 냉각시키기 위한 것이다. 이때 냉각 플레이트(430)는 별도의 냉각 시스템으로부터 저온의 냉매를 공급받아, 냉각 플레이트 내부에 설치된 냉매 배관을 순환하고 다시 냉각 시스템을 유입되어 재응축되고 다시 냉각 플레이트로 유입될 수 있다.

절연 플레이트(440)는 극저온으로 냉각된 냉각플레이트(430)가 피검체 초전도 코일 외에 크라이오스탯(420)을 냉각시키는 것을 방지하기 위해, 냉각 플레이트(430)와 크라이오스탯(420) 사이에 위치할 수 있다.

피검체 모듈 지지부(450)는 피검체 모듈부를 피검체 안착용 홈부(510)에 안정적으로 지지하기 위한 것으로, 피검체 안착용 홈부(510)의 저면으로부터 소정의 높이에 피검체 모듈이 위치할 수 있도록 하는 지지플레이트 및 지지기둥부 등을 포함한다. 피검체 모듈 지지부는 피검체 초전도 코일과 전기자 모듈이 설계된 초전도 회전기의 공극만큼 이격되어 있도록 지지한다.

이때 지지기둥부는 일 실시예에 따라 고정된 높이의 기둥 구조로 구현될 수도 있고, 다른 실시예에 따라 피검체 초전도 코일과 전기자 모듈간 이격 거리 조절을 위해 높이 조절가능한 구조로 구현될 수도 있다.

<구동방법>

도 5 및 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치의 구동을 설명하면 다음과 같다.

구동 초기 상태에서는 전기자 모듈(210)이 거치대 상판의 일단에 정지상태로 있다. 이때 전기자 모듈(210)은 체인(171)이 느슨하게 연결되어 이송모터 모듈(100)의 구동에 따라 움직일 수 있는 대기 상태로 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 코일의 특성 평가 장치의 작동 중간 상태를 도시한 것이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 코일의 특성 평가 장치의 작동에 따라 전기자가 이송되는 상태를 도시한 것이다.

도 6과 같이 이송모터가 구동하기 시작하면, 체인(172)이 이송모터에 감기면서 서서히 장력이 생기며, 전기자 모듈(210)을 끌어 당기기 시작한다. 이송모터가 소정의 각가속도로 공회전을 하며 구동하면 체인(173)이 팽팽해 지면서 전기자 모듈(210)이 이송부를 따라 거치대 상판의 타단 쪽으로 이송된다. 이때 전기자 모듈(210)은 이송모터의 각속도와 반경을 이용하여 계산된 선속도로 움직인다. 이송모터는 전기자 모듈(210)이 피검체 안착용 홈부(510)의 위를 지나갈 때 설계된 초전도 회전자의 정격속도로 이송되도록 소정의 각가속도로 구동된다.

전기자 모듈(210)이 피검체 모듈(400)을 정격 속도로 교차하면, 피검체 초전도 코일에서 발생된 전자기력 토크를 측정하여, 피검체 초전도 코일의 성능 검사, 손상여부 및 파라미터를 파악할 수 있다.

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.

본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1000, 1001, 1002 : 초전도 코일의 특성 평가 장치
100 : 이송모터 모듈
150 : 완충버퍼
171,172,173 : 체인
210 : 전기자 모듈
310 : 이송지지부
320 : 바퀴
400 : 피검체 모듈
410, 411, 412, 413 : 피검체 초전도 코일
420 : 크라이오스탯
431 : 냉각 플레이트
432 : 절연 플레이트
440 : 피검체 모듈 지지 플레이트
450 : 피검체 모듈 지지부
500 : 거치대
510 : 피검체 모듈 안착용 홈부

Claims

상판 중간에 피검체 안착용 홈부를 포함하는 거치대;
상기 피검체 안착용 홈부 내에 위치하여 적어도 하나의 초전도 코일이 장착되는 피검체 모듈;
상기 거치대 상판의 일단에 위치하여 체인을 구동하는 이송모터 모듈;
상기 거치대 상판의 타단에 위치하여 상기 구동되는 체인의 장력에 따라 이송되는 전기자 모듈; 및
상기 전기자 모듈이 상기 초전도 코일과 교차되도록 수평방향으로 이송시키는 이송부를 포함하고,
상기 체인은 상기 전기자 모듈이 초기 상태부터 정격 속도로 이송될 때까지 필요한 거리이상의 길이를 가지며,
상기 전기자 모듈이 상기 초전도 코일과 교차하며 발생하는 전자기력 토크를 감지하여 상기 초전도 코일의 특성을 평가하는 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
제1항에 있어서, 상기 피검체 안착용 홈부는
상기 거치대 상판에 소정의 깊이로 오목하게 형성되고, 상기 거치대의 중간에 형성되어 상기 피검체 모듈을 수용하는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 거치대 상판에서 상기 이송모터모듈의 앞단에 위치하여, 상기 체인의 장력에 따라 이송되는 상기 전기자 모듈을 제동하기 위한 완충버퍼를 더 포함하는, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
제1항에 있어서, 상기 이송부는
가이드 레일을 상면에 포함하여, 상기 거치대 상판으로부터 이격되어 배치되는 이송 지지부; 및
상기 전기자 모듈의 하부에 장착되고, 상기 가이드 레일과 결합되는 바퀴;를 포함하는, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
제1항에 있어서, 상기 피검체 모듈은
상기 적어도 하나의 피검체 초전도 코일;
상기 초전도 코일을 냉각하기 위한 냉각 플레이트;
상기 초전도 코일과 상기 냉각 플레이트를 수용하는 크라이오스탯;
상기 크라이오스탯과 상기 냉각 플레이트 사이에 위치하여, 열 전달을 차단하는 절연 플레이트; 및
상기 피검체 모듈을 상기 피검체 안착용 홈부의 하면으로부터 소정의 높이에서 지지하는 피검체 지지부를 포함하는 것인, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
제2항에 있어서, 상기 피검체 안착용 홈부는
상기 거치대 타단에서 상기 전기자 모듈이 상기 정격 속도에 도달할 때까지의 거리 이상으로 이격되어 상기 거치대 중간에 오목하게 형성되는 것인, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
제5항에 있어서,
상기 피검체 초전도 코일은 설계 결과가 확보된 초전도 회전기의 3 Pole에 해당하는 초전도 코일이고,
상기 전기자 모듈은 상기 초전도 회전기의 2 Pole에 해당하는 전기자 슬롯 및 전기자 권선을 포함하는 것인, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치.
전기자 모듈이 초기 상태에서 이송 모터에 의해 구동되는 체인의 장력에 따라 수평방향으로 움직이기 시작하는 이송 시작 단계;
상기 전기자 모듈이 초전도 코일 모듈의 상면에 평행한 면에서 정격 속도로 교차하며 이송되는 단계;
상기 전기자 모듈이 상기 초전도 코일과 교차하며 발생하는 전자기력 토크를 감지하여 상기 초전도 코일의 특성을 평가하는 단계; 및
상기 전기자 모듈이 완충버퍼에 의하여 제동되는 단계를 포함하는, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치의 평가 방법.
제8항에 있어서, 상기 초전도 코일 모듈은
제1 면에 수직한 제2 면의 방향에서 상기 전기자 모듈의 초기 상태 지점에서 상기 정격 속도에 도달할 때까지의 거리 이상으로 이격되어 위치하는 것인, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치의 평가 방법.
제8항에 있어서, 상기 체인은
상기 전기자 모듈이 초기 상태부터 정격 속도로 이송될 때까지 필요한 거리이상의 길이를 가지는 것인, 초전도 코일의 수평형 특성 평가 장치의 평가 방법.