KR102158474B1 - 연구용 전자석 - Google Patents

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KR102158474B1
KR102158474B1 KR1020190111253A KR20190111253A KR102158474B1 KR 102158474 B1 KR102158474 B1 KR 102158474B1 KR 1020190111253 A KR1020190111253 A KR 1020190111253A KR 20190111253 A KR20190111253 A KR 20190111253A KR 102158474 B1 KR102158474 B1 KR 102158474B1
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박승영
엄태운
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주식회사 알앤디웨어
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Abstract

본 발명은 연구용 전자석에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연구용 전자석은, 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 코일에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브가 설치되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치되는 복수의 권선 코일부; 복수의 권선 코일부를 각각 지지 및 고정하며, 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 코어; 복수의 코어를 각각 지지 및 고정하며, 복수의 코어와 함께 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 측면 요크; 및 복수의 측면 요크의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 중심 요크를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전자석의 전체 구조를 몇 개의 구성품으로 분할하여 구성함으로써 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있고, 코일의 냉각 방식을 코일의 측면과 밑면을 동시에 냉각하는 하이브리드 냉각 방식(인터레이어 냉각 방식+코일 밑면 냉각 방식)으로 구성함으로써 냉각 효율을 한층 향상시킬 수 있다.

Description

연구용 전자석{Laboratory electromagnet}
본 발명은 대학교, 연구소 등의 실험실이나 연구실 등에서 사용되는 연구용 전자석에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전자석의 전체 구조를 몇 개의 구성품으로 분할하여 모듈형으로 구성함으로써 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있고, 코일의 냉각 방식을 코일의 측면과 밑면을 동시에 냉각하는 하이브리드 냉각 방식으로 구성함으로써 냉각 효율을 한층 향상시킬 수 있는 연구용 전자석에 관한 것이다.
일반적으로, 영구자석보다 더 높은 자력을 얻기 위하여 전자석이 이용된다.전자석의 세기는 코일의 권선(winding)수, 코일에 흐르는 전류, 그리고 코어의 자기 투자율에 의해 결정된다. 따라서, 공급되는 전류 대비 자기장의 세기로 정의되는 자기장 효율은 일정한 입력 전류값을 기준으로 할 때 코일의 권선수가 높을수록 더 높은 자기장 효율로 나타내게 된다.
그러나 자기장 효율을 증진시키기 위하여 단순히 코일의 권선수를 증가시키는 것에는 한계가 있다. 즉, 전자석의 코일의 권선수가 증가되면 코일층(layer)의 두께가 증대된다. 코일층의 두께가 증대되면 코일의 중심부에서 발생하는 열의 방출이 어려워지게 되어 결국 과열된다. 이처럼 과다한 코일층의 증가는 코일 중심부의 과열 현상을 야기하게 되어 코일에 입력될 수 있는 허용전류의 한계가 낮아지게 된다. 결국, 코일의 권선수 증가로는 자기장 효율을 향상시키는데 한계가 있다. 따라서, 더욱 높은 자기장 효율을 얻기 위해서는 전자석에서 발생하는 열을 충분히 냉각시켜 줄 수 있고, 자기력선을 집속시켜 줄 수 있는 전자석이 요구된다.
이상과 같은 전자석과 관련된 기술은 주로 최종 소비자의 관점에서 요구되는 최대 성능 중심으로 발전되어 왔다. 여기서 최대 성능이란 최대 출력 자기장을 의미한다. 이러한 최대 성능을 갖는 전자석을 제작함에 있어서, 전자석을 제작하는 제작자(공급자)의 입장에서는 제작의 난이도 상승, 전체적인 중량의 증대, 생산 비용의 상승이라는 문제가 수반된다. 이는 결국 최종 소비자에게는 구입 비용의 상승이라는 부담으로 돌아온다. 또한, 수백 kg의 고하중 전자석을 운반 및 설치 시 안전 사고 문제와 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 사후 구조 변경이 어렵고, 코일에서 발생하는 열을 처리하기가 어려운 문제가 있다.
한편, 한국 공개특허공보 제10-2017-0135104호(특허문헌 1)에는 "전자석 및 그 제조방법"이 개시되어 있는 바, 이에 따른 전자석은 모터의 내부에 환형으로 복수개 설치되는 코어; 및 얇은 띠 모양으로 형성되어, 상기 코어의 외주면에 감기는 박형코일;을 포함하고, 상기 박형코일은, 얇은 띠 모양으로 마련되는 구리판; 및 상기 구리판의 상부 또는 하부에 마련되는 그래핀판;을 포함하며, 상기 구리판 및 그래핀판의 상하부에 마련되는 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 코어에 감기는 코일을 박형코일로 형성함으로써, 코일 점적율을 높이고 공극을 최소화하여 열전도율을 향상시킬 수 있고, 박형코일을 세라믹 절연체로 코팅함으로써, 고온에서도 녹지 않고 견딜 수 있는 장점이 있기는 하겠으나, 타이어 휠 형태의 모터의 프레임 구조가 일체형 몸체로 되어 있어 사후에 구조 변경이 어려운 문제가 있다. 또한, 박형코일이 세라믹 절연체로 코팅되어 있어 코일에서 발생하는 열이 외부로 방출되기 어려우며, 이에 따라 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0135104호(2017.12.08.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 전자석의 전체 구조를 몇 개의 구성품으로 분할하여 모듈형으로 구성함으로써 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있고, 코일의 냉각 방식을 코일의 측면과 밑면을 동시에 냉각하는 하이브리드 냉각 방식으로 구성함으로써 냉각 효율을 한층 향상시킬 수 있는 연구용 전자석을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)은,
외부로부터 전원을 공급받아 전류의 흐름에 따른 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 전류의 흐름에 따라 코일에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브가 설치되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치되는 복수의 권선 코일부;
상기 복수의 권선 코일부를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 코어;
상기 복수의 코어를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 코어와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 측면 요크; 및
상기 복수의 측면 요크의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 중심 요크를 포함하고,
상기 복수의 권선 코일부, 복수의 코어 및 복수의 측면 요크는 각각 일측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 모듈(제1 모듈)로 구성되고, 타측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 또 다른 모듈(제2 모듈)로 구성되어, 전체적으로 상기 제1 모듈, 제2 모듈 및 중심 요크의 3개의 부품으로 구성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 권선 코일부는 상기 코어를 동심축으로 하여 내측에 설치되는 제1 권선 코일과, 제1 권선 코일과 소정 간격 이격되어 외측에 설치되는 제2 권선 코일 및 상기 제1, 제2 권선 코일 사이에 설치되는 냉각수 권선 튜브로 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 측면 요크에는 상기 권선 코일부의 코일 단부와 상기 냉각수 튜브의 튜브 단부의 인입용 공간 및 인출용 공간이 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면 요크와 상기 중심 요크의 조립 작업 시, 상기 권선 코일부와 측면 요크의 조립체의 무게 중심 쏠림에 의해 조립체가 쓰러지는 것을 방지하기 위한 것으로, 조립체의 권선 코일부 하부를 받쳐주는 보조 기구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈은 각각 권선 코일부와 측면 요크의 조립체와, 각각의 코어로 이루어지는 2개의 분리된 부품으로 각각 구성될 수 있고, 이럴 경우 전체적으로 총 5개의 부품으로 구성될 수도 있다.
이때, 더 나아가 상기 권선 코일부와 측면 요크의 조립체는 권선 코일부와 측면 요크가 분리되어 2개의 분리된 부품으로 구성될 수 있고, 이럴 경우 전체적으로 총 7개의 부품으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 제1 모듈, 제2 모듈 및 중심 요크를 조립함에 있어서, 제1 모듈 및 제2 모듈의 권선 코일부 간의 간격을 원래의 설계 간격보다 더 넓게 하여 조립하는 경우 중심 요크의 길이가 길어짐에 따른 자기 저항의 증가 문제에 대응하기 위한 것으로, 상기 중심 요크의 하부에 결합되어 중심 요크의 두께를 두껍게 보강해주는 보조 요크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 코어는 코어를 지지 및 가이드하는 코어 가이드에 삽입되어 고정되는 구조로 구성될 수 있고, 상기 코어 가이드의 일측 단부에는 무보빈 권선 코일모듈 또는 보빈에 권취된 권선 코일 모듈을 측면 요크에 압착하는 압착링이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 권선 코일부의 서로 대면하는 각 권선 코일의 밑면부 쪽에는 코일의 복사열이 실험 공간에 전달되는 것을 차단하기 위한 금속판이 각 권선 코일의 밑면과 각각 소정 간격 이격되어 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 연구용 전자석에는 상기 냉각수 튜브에 냉각수를 공급하는 한편, 상기 냉각수 튜브를 통한 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크가 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 진동 저감용 탱크 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부의 바닥면 높이(a)보다 탱크 외부로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부의 냉각수 출수 유입부의 바닥면 높이(b)가 상대적으로 더 높게(a＜b) 냉각수 유입부와 냉각수 출수 유입부가 각각 위치될 수 있다.
이때, 또한 상기 냉각수 출수 유입부는 냉각수 유출부보다 상대적으로 낮은 곳에 위치될 수 있다.
이때, 또한 상기 진동 저감용 탱크에는 탱크의 내부 압력을 설정함에 있어서, 최초에 음압으로 하여 냉각수 출수 유입부가 냉각수에 충분히 잠길 수 있도록 하기 위한 압력 조절 밸브가 더 설치될 수 있다.
이때, 또한 상기 진동 저감용 탱크의 내부에는 냉각수(물)의 출렁임을 방지하기 위한 적어도 하나의 격벽이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)은,
외부로부터 전원을 공급받아 전류의 흐름에 따른 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 코일에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브가 설치되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치되는 복수의 권선 코일부;
상기 복수의 권선 코일부를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 코어;
상기 복수의 코어를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 코어와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 측면 요크;
상기 복수의 측면 요크의 상단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 상부 중심 요크; 및
상기 복수의 측면 요크의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 하부 중심 요크를 포함하고,
상기 복수의 권선 코일부, 복수의 코어 및 복수의 측면 요크는 각각 일측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 모듈(제1 모듈)로 구성되고, 타측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 또 다른 모듈(제2 모듈)로 구성되어, 전체적으로 상기 제1 모듈, 제2 모듈, 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크의 4개의 부품으로 구성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 권선 코일부는 상기 코어를 동심축으로 하여 내측에 설치되는 제1 권선 코일과, 제1 권선 코일과 소정 간격 이격되어 외측에 설치되는 제2 권선 코일 및 상기 제1, 제2 권선 코일 사이에 설치되는 냉각수 권선 튜브로 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 측면 요크에는 상기 권선 코일부의 코일 단부와 상기 냉각수 튜브의 튜브 단부의 인입용 공간 및 인출용 공간이 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈은 각각 권선 코일부와 측면 요크의 조립체와, 각각의 코어로 이루어지는 2개의 분리된 부품으로 각각 구성될 수 있고, 이럴 경우 전체적으로 총 6개의 부품으로 구성될 수도 있다.
이때, 더 나아가 상기 권선 코일부와 측면 요크의 조립체는 권선 코일부와 측면 요크가 분리되어 2개의 분리된 부품으로 구성될 수 있고, 이럴 경우 전체적으로 총 8개의 부품으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 제1 모듈, 제2 모듈, 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크를 조립함에 있어서, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 권선 코일부 간의 간격을 원래의 설계 간격보다 더 넓게 하여 조립하는 경우 상기 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크의 길이가 각각 길어짐에 따른 자기 저항의 증가 문제에 대응하기 위한 것으로, 상기 상부 중심 요크의 상부 및 상기 하부 중심 요크의 하부에 각각 결합되어 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크의 두께를 각각 두껍게 보강해주는 상부 보조 요크 및 하부보조 요크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 권선 코일부는 내부의 제1 권선 코일과 외부의 제2 권선코일 사이에 냉각수 튜브가 권취되어 냉각하는 방식인 인터레이어 냉각 구조를 유지하면서도 냉각수 튜브를 포함한 권선 코일 다발만을 상기 코어 및 측면 요크로부터 별도로 분리할 수 있는 구조로 구성될 수 있다.
이때, 또한 상기 복수의 권선 코일부는 내부의 제1 권선 코일과 외부의 제2 권선 코일의 시작부 및 말단부와, 상기 냉각수 튜브의 시작부와 말단부가 권선 코일의 옆면 방향으로 인출되도록 구성될 수 있다.
이때, 또한 상기 내부의 제1 권선 코일과 외부의 제2 권선 코일의 시작부 및 말단부와, 상기 냉각수 튜브의 시작부와 말단부는 권선 코일의 옆면 방향으로 인출되되, 권선 코일의 옆면 방향의 앞쪽 또는 뒤쪽의 어느 한 쪽 방향으로 인출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 상부 중심 요크와 하부 중심 요크 중 적어도 일측에는 실험 기구를 삽입할 수 있는 삽입홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 권선 코일부의 각 권선 코일은 몸체의 양측에 코일 가이드 기능을 겸비하는 냉각판이 각각 구비되어 있는 보빈에 각각 권취되어 상기 코어에 조립되는 구조로 구성될 수 있다.
이때, 상기 각 보빈의 서로 대면하는 냉각판(제1 냉각판) 쪽의 각 냉각수 튜브의 시작부로 냉각수가 각각 유입되어 권선 코일 내부를 거쳐 측면 요크 쪽의 각 냉각판(제2 냉각판)의 각 냉각수 튜브의 말단부로 냉각수가 각각 유출되도록 구성될 수 있다.
이때, 또한 상기 보빈의 내경부의 재질은 알루미늄(Al), 철(Fe) 등으로 구성될 수 있다.
이때, 또한 상기 복수의 권선 코일부의 각 권선 코일과 상기 제1, 제2 냉각판과의 각 접촉부의 틈새에는 틈새를 메워주기 위한 쐐기형 구조물이 각각 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 코어는 코어를 지지 및 가이드하는 코어 가이드에 삽입되어 고정되는 구조로 구성될 수 있고, 상기 코어 가이드의 일측 단부에는 보빈에 권취된 권선 코일 모듈을 측면 요크에 압착하는 압착링이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 권선 코일부의 서로 대면하는 각 권선 코일의 밑면부 쪽에는 코일의 복사열이 실험 공간에 전달되는 것을 차단하기 위한 금속판이 각 권선 코일의 밑면과 각각 소정 간격 이격되어 설치될 수 있다.
또한, 상기 보빈의 경통과 상기 제1, 제2 냉각판 사이에는 권선 코일과 냉각판 사이에 발생하는 간격에 대응하기 위한 스페이서(spacer)가 각각 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2 냉각판과 측면 요크 사이에는 권선 코일로부터 발생한 열이 측면 요크쪽으로 원활하게 전달될 수 있도록 하기 위해 열전도 시트가 설치되거나 열전도 그리스가 채워질 수 있다.
또한, 상기 권선 코일부의 권선 코일의 RRR(Residual Resistance Ratio) 데이터를 적용하여 권선 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 권선 코일부의 권선 코일의 외부 옆면에는 권선 코일의 온도 변화를 시각적으로 관측할 수 있는 시온 소재가 구비될 수 있다.
또한, 상기 권선 코일부의 권선 코일의 외부 옆면에는 온도 센서가 구비되고, 상기 측면 요크에는 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도 변화를 표시하는 온도 모니터가 구비될 수 있다.
또한, 상기 연구용 전자석에는 상기 냉각수 튜브에 냉각수를 공급하는 한편, 상기 냉각수 튜브를 통한 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크가 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 진동 저감용 탱크 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부의 바닥면 높이(a)보다 탱크 외부로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부의 냉각수 출수 유입부의 바닥면 높이(b)가 상대적으로 더 높게(a＜b) 냉각수 유입부와 냉각수 출수 유입부가 각각 위치될 수 있다.
이때, 또한 상기 냉각수 출수 유입부는 냉각수 유출부보다 상대적으로 낮은 곳에 위치될 수 있다.
이때, 또한 상기 진동 저감용 탱크에는 탱크의 내부 압력을 설정함에 있어서, 최초에 음압으로 하여 냉각수 출수 유입부가 냉각수에 충분히 잠길 수 있도록 하기 위한 압력 조절 밸브가 더 설치될 수 있다.
이때, 또한 상기 진동 저감용 탱크의 내부에는 냉각수(물)의 출렁임을 방지하기 위한 적어도 하나의 격벽이 더 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전자석의 전체 구조를 몇 개의 구성품으로 분할하여 구성함으로써 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있고, 코일의 냉각 방식을 코일의 측면과 밑면을 동시에 냉각하는 하이브리드 냉각 방식(인터레이어 냉각 방식+코일 밑면 냉각 방식)으로 구성함으로써 냉각 효율을 한층 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)이 3개의 부품으로 구성된 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)이 5개의 부품으로 구성된 예와 보조 요크가 부가된 경우를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)이 4개의 부품으로 구성된 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)이 6개의 부품으로 구성된 예와 상,하부 보조 요크가 부가된 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은 인터레이어 냉각 구조를 유지하면서도 권선 코일부만을 별도로 분리할 수 있는 권선 코일부 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 냉각수 권선 튜브와 권선 코일부의 단부가 코일 옆면으로 인출된 인터레이어 냉각 구조의 H형 전자석의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 보빈 없는 권선 코일부의 권선 코일 단부와 냉각수 권선 튜브의 단부를 한 쪽 방향으로 인출한 형태를 나타낸 도면이다.
도 10은 권선 코일부가 양측에 코일 가이드(냉각판)가 구비된 보빈에 권취된 형태를 나타낸 도면이다.
도 11은 코일과 냉각판 사이의 공간에 쐐기형 구조물을 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 보빈에 권취된 권선 코일부가 코어에 조립된 후, 압착링을 이용하여 측면 요크에 압착하여 조립한 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 코일의 복사열을 차단하기 위한 금속판을 코일의 밑면과 소정 간격 이격되게 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 보빈 경통과 냉각판 사이에 스페이서를 설치 및 권선 코일부와 측면 요크 사이에 열전도 시트를 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 냉각수 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크를 연구용 전자석에 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 16은 도 15에 도시된 탱크 내의 냉각수의 출렁임을 방지하기 위해 격벽을 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 17은 권선 코일의 밑면 및 옆면에 대한 정의와 코일 밑면 냉각 방식 및 인터레이어 냉각 방식을 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 대해 본격적으로 설명하기에 앞서, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명에서 사용하는 몇몇 용어들의 개념에 대해 먼저 설명해 보기로 한다.
도 17은 권선 코일의 밑면 및 옆면에 대한 정의와 코일 밑면 냉각 방식 및 인터레이어 냉각 방식을 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, (A)는 권선 코일을 나타낸 것으로서 본 발명에서는 도시된 바와 같이 권선 코일 다발의 반경 방향에 대해 평행한 윗면(상면)과 아랫면(하면)을 공히 "밑면"으로 정의하고, 권선 코일 다발의 축 방향에 대해 평행한 원둘레면을 "옆면"으로 정의한다.
(B)는 코일의 밑면을 냉각하는 방식(코일 밑면 냉각방식)을 나타낸 것이고, (C)는 동심축을 중심으로 두 개 이상의 권선 코일이 동심원상으로 배치되는 경우, 내측 코일과 외측 코일의 각 옆면 사이의 공간을 냉각하는 방식(인터레이어 냉각방식)을 나타낸 것이다(한국 등록특허 10-1891480, 도 5 참조).
그러면, 이하에서는 이상의 사항을 바탕으로 본 발명의 실시예에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)의 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)(100)은 권선 코일부(110a)(110b), 코어(120a)(120b), 측면 요크(130a)(130b) 및 중심 요크(140)를 포함하여 구성된다.
권선 코일부(110a)(110b)는 외부로부터 전원을 공급받아 전류의 흐름에 따른 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 전류의 흐름에 따라 코일 (110-1)(110-2)에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브(115)가 설치되며, 복수의(본 실시예에서는 2개의) 권선 코일부(110a)(110b)가 상호 소정 간격 이격되어 위치된다. 여기서, 이와 같은 권선 코일부(110a)(110b)는 코어(120a)(120b)를 동심축으로 하여 내측에 설치되는 제1 권선 코일(110-1)과, 제1 권선 코일(110-1)과 소정 간격 이격되어 외측에 설치되는 제2 권선 코일(110-2) 및 상기 제1, 제2 권선 코일(110-1)(110-2) 사이에 설치되는 냉각수 권선 튜브(115)로 구성될 수 있다.
코어(120a)(120b)는 상기 복수의 권선 코일부(110a)(110b)를 각각 지지 및 고정하며, 복수의 권선 코일부(110a)(110b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다. 이와 같은 코어(120a)(120b)는 복수개(본 실시예에서는 2개)가 마련되어 상호 소정 간격 이격되어 위치된다. 또한, 이와 같은 코어(120a) (120b)는 코어를 지지 및 가이드하는 코어 가이드(120g)에 삽입되어 고정되는 구조로 구성될 수 있고, 상기 코어 가이드(120g)의 일측 단부에는 무보빈 권선 코일 모듈 또는 보빈에 권취된 권선 코일 모듈을 측면 요크(130a)(130b)에 압착하는 압착링(701)이 더 설치될 수 있다.
측면 요크(130a)(130b)는 복수의 코어(120a)(120b)를 각각 지지 및 고정하며, 복수의 코어(120a)(120b)와 함께 상기 복수의 권선 코일부(110a)(110b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다.
중심 요크(140)는 상기 복수의 측면 요크(130a)(130b)의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어(120a)(120b), 복수의 측면 요크(130a)(130b)와 함께 상기 복수의 권선 코일부(110a)(110b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다. 이와 같은 중심 요크(140)에는 실험 기구를 삽입할 수 있는 삽입홀(140h)이 형성될 수 있다. 도 1에서 참조 부호 160a,160b는 코어 이송 핸들을 나타낸다.
이상과 같은 구성의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)(100)은 도 2의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 권선 코일부(110a)(110b), 복수의 코어(120a)(120b) 및 복수의 측면 요크(130a)(130b)는 각각 일측의 권선 코일부(110a), 코어(120a) 및 측면 요크(130a)가 함께 조립되어 하나의 일체형의 모듈(제1 모듈)로 구성되고, 타측의 권선 코일부(110b), 코어(120b) 및 측면 요크 (130b)가 함께 조립되어 하나의 일체형의 또 다른 모듈(제2 모듈)로 구성되어, 전체적으로 상기 제1 모듈, 제2 모듈 및 중심 요크(140)의 3개의 부품으로 구성될 수 있다.
또한, 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 측면 요크(130a)(130b)에는 상기 권선 코일부(110a)(110b)의 코일 단부와 상기 냉각수 권선 튜브(115)의 튜브 단부의 인입용 공간(130m) 및 인출용 공간(130n)이 각각 형성될 수 있다.
또한, 도 2의 (D)에 도시된 바와 같이, 상기 측면 요크(130a)(130b)와 상기 중심 요크(140)의 조립 작업 시, 상기 권선 코일부(110a)(110b)와 측면 요크(130a) (130b)의 조립체의 무게 중심 쏠림에 의해 조립체가 쓰러지는 것을 방지하기 위한 것으로, 조립체의 권선 코일부(110a)(110b) 하부를 받쳐주는 보조 기구(170a) (170b)를 더 포함할 수 있다. 물론, 이와 같은 보조 기구(170a)(170b)는 연구용 전자석의 설치 완료 후에는 제거되고, 전자석 본체만 남게 된다.
한편, 도 3의 (A)와 같이, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈은 각각 권선 코일부(110a)(110b)와 측면 요크(130a)(130b)의 조립체(즉, 일측 권선 코일부(110a)와 측면 요크(130a)의 조립체와 타측 권선 코일부(110b)와 측면 요크(130b)의 조립체)와, 각각의 코어(120a)(120b)로 이루어지는 2개의 분리된 부품으로 각각 구성될 수 있고, 이렇게 구성될 경우 연구용 전자석(100)은 전체적으로 총 5개의 부품으로 구성될 수도 있다.
이때, 더 나아가 상기 권선 코일부(110a)와 측면 요크(130a)의 조립체(마찬가지로 타측 권선 코일부(110b)와 측면 요크(130b)의 조립체)는 권선 코일부(110a)와 측면 요크(130b)가 분리되어 2개의 분리된 부품으로 구성될 수 있고, 이렇게 구성될 경우 연구용 전자석(100)은 전체적으로 총 7개의 부품으로 구성될 수도 있음은 당연하다.
또한, 상기 제1 모듈(일측 권선 코일부(110a)와 코어(120a) 및 측면 요크 (130a)의 조립체), 제2 모듈(타측 권선 코일부(110b)와 코어(120b) 및 측면 요크 (130b)의 조립체) 및 중심 요크(140)를 조립함에 있어서, 도 3의 (C)와 같이 제1 모듈 및 제2 모듈의 권선 코일부 간의 간격을 원래의 설계 간격(도 3의 (B))보다 더 넓게 하여 조립하는 경우, 중심 요크(140)의 길이가 길어짐에 따른 자기 저항의 증가 문제에 대응하기 위한 것으로, 상기 중심 요크(140)의 하부에 결합되어 중심 요크(140)의 두께를 두껍게 보강해주는 보조 요크(150)를 더 포함할 수 있다.
또한, 이상과 같은 연구용 전자석(100)에 있어서, 도 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 권선 코일부(110a)(110b)의 서로 대면하는 각 권선 코일의 밑면부 쪽에는 코일의 복사열이 실험 공간에 전달되는 것을 차단하기 위한 금속판(702)이 각 권선 코일의 밑면과 각각 소정 간격 이격되어 더 설치될 수 있다. 여기서, 이와 같은 금속판(702)은 비자성 재질(예를 들면, 알루미늄)로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연구용 전자석(100)에는, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 권선 튜브(115)에 냉각수를 공급하는 한편, 냉각수 권선 튜브(115)를 통한 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크(901)가 더 구비될 수 있다. 이와 같은 진동 저감용 탱크(901)는 냉각수의 흐름에 의한 원하지 않는 진동, 충격 등을 흡수하기 위한 것이다.
이상과 같은 진동 저감용 탱크(901)에 있어서, 냉각수 유입부(902)는 탱크 일측 어디에도 설치가 가능하나 낙차에 의한 진동을 줄이기 위해서는 탱크의 중간 이하 아랫부분에 설치하고, 냉각수 유출부(904)도 탱크 일측 어디에도 설치가 가능하나 냉각수 출수 유입부(903)는 탱크 바닥 밀착하지 않고 소정 높이(예를 들면, 3 cm 이상) 띄워서 설치하는 것이 바람직하다. 이는 냉각수 유출부(904)의 저항을 줄이기 위한 것이다. 이렇게 제작하는 경우, 탱크(901)의 상부에 공기층이 형성되고, 탱크(901) 내부에 급격한 냉각수의 유입 및 진동이 발생하는 경우, 상기 공기층의 부피와 압력이 충격과 진동을 흡수하게 된다. 이와 같은 효과를 극대화하기 위하여, 바람직하게는 상기 진동 저감용 탱크(901) 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부(902)의 바닥면 높이(a)보다 탱크 외부로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부(904)의 냉각수 출수 유입부(903)의 바닥면 높이(b)가 상대적으로 더 높게(a＜b) 냉각수 유입부(902)와 냉각수 출수 유입부(903)가 각각 위치된다.
이때, 또한 공기방울 없는 냉각수의 흐름을 위해, 상기 냉각수 출수 유입부(903)는 냉각수 유출부(904)보다 상대적으로 낮은 곳에 위치된다.
이때, 또한 상기 진동 저감용 탱크(901)에는 탱크의 내부 압력을 설정함에 있어서, 최초에 음압으로 하여 냉각수 출수 유입부(903))가 냉각수에 충분히 잠길 수 있도록 하기 위한 압력 조절 밸브(906)가 더 설치될 수 있다. 도 15에서 참조번호 905는 냉각수 공급부를 나타낸다.
이상과 같은 진동 저감용 탱크(901)는 연구용 전자석(100)의 몸체 일측에 부착하여 설치될 수도 있고, 연구용 전자석(100)의 몸체와 분리하여 설치될 수도 있다.
또한, 상기 진동 저감용 탱크(901)의 내부에는, 도 16의 (A)와 같이, 냉각수(물)의 출렁임을 방지하기 위한 적어도 하나의 격벽(907)이 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 압력 조절 밸브(906)를 생략하는 경우, 도 16의 (B)와 같이, 첫번째 격벽으로 형성된 공간에 냉각수 출수 유입부(903)를 위치시키는 것이 바람직하다. 그렇게 할 경우, 진동 저감용 탱크(901)의 내부의 수위가 냉각수 출수 유입부(903)를 충분히 잠기게 할 수 있을 만큼 높아질 수 있기 때문이다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)의 종단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)은 위에서 설명한 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)(100)과 기본 구성은 동일하다. 다만, 이 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석) (400)의 경우는 중심 요크가 상부 중심 요크와 하부 중심 요크로 구성되어 있는 점이 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)(100)과 다르다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)은 권선 코일부(410a)(410b), 코어(420a)(420b), 측면 요크(430a)(430b), 상부 중심 요크 (440a) 및 하부 중심 요크(440b)를 포함하여 구성된다.
권선 코일부(410a)(410b)는 외부로부터 전원을 공급받아 전류의 흐름에 따른 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 코일에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브가 설치된다. 이러한 권선 코일부 (410a)(410b)는 복수로(본 실시예에서는 2개) 마련되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치된다.
코어(420a)(420b)는 상기 복수의 권선 코일부(410a)(410b)를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 권선 코일부(410a)(410b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다. 이러한 코어(420a)(420b)도 마찬가지로 복수(2개)로 마련되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치된다.
측면 요크(430a)(430b)는 상기 복수의 코어(420a)(420b)를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 코어(420a)(420b)와 함께 상기 복수의 권선 코일부(410a) (410b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다. 이러한 측면 요크(430a)(430b)도 복수로 마련된다.
상부 중심 요크(440a)는 상기 복수의 측면 요크(430a)(430b)의 상단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어(420a)(420b), 복수의 측면 요크(430a) (430b)와 함께 상기 복수의 권선 코일부(410a)(410b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다.
하부 중심 요크(440b)는 상기 복수의 측면 요크(430a)(430b)의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어(420a)(420b), 복수의 측면 요크(430a) (430b)와 함께 상기 복수의 권선 코일부(410a)(410b)에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공한다.
이상과 같은 구성을 가지는 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)은 도 5의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 권선 코일부 (410a)(410b), 복수의 코어(420a)(420b) 및 복수의 측면 요크(430a)(430b)는 각각 일측의 권선 코일부(410a), 코어(420a) 및 측면 요크(430a)가 함께 조립되어 하나의 일체형의 모듈(제1 모듈)로 구성되고, 타측의 권선 코일부(410b), 코어(420b) 및 측면 요크(430b)가 함께 조립되어 하나의 일체형의 또 다른 모듈(제2 모듈)로 구성되어, 전체적으로 상기 제1 모듈, 제2 모듈, 상부 중심 요크(440a) 및 하부 중심 요크(440b)의 4개의 부품으로 구성된다.
이상과 같은 구성의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)에 있어서, 상기 권선 코일부(410a)(410b)는 상기 코어(420a)(420b)를 동심축으로 하여 내측에 설치되는 제1 권선 코일(410-1)과, 제1 권선 코일(410-1)과 소정 간격 이격되어 외측에 설치되는 제2 권선 코일(410-2) 및 상기 제1, 제2 권선 코일(410-1)(410-2) 사이에 설치되는 냉각수 권선 튜브(415)로 구성될 수 있다. 도 4에서 참조 부호 420g는 코어 가이드, 440h는 실험 기구 삽입용 삽입홀, 460a, 460b는 코어 이송 핸들, 701은 압착링을 각각 나타낸다.
또한, 상기 복수의 측면 요크(430a)(430b)에는, 도 5의 (C)와 같이, 상기 권선 코일부(410a)(410b)의 코일 단부와 상기 냉각수 권선 튜브(415)의 튜브 단부의 인입용 공간(430m) 및 인출용 공간(430n)이 각각 형성될 수 있다.
또한, 도 6의 (A)와 같이, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈은 각각 권선 코일부(410a)(410b)와 측면 요크(430a)(430b)의 조립체와, 각각의 코어(420a)(420b)로 이루어지는 2개의 분리된 부품으로 각각 구성될 수 있고, 이렇게 구성될 경우 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)은 전체적으로 총 6개의 부품으로 구성될 수도 있다.
이때, 더 나아가 상기 권선 코일부(410a)(410b)와 측면 요크(430a)(430b)의 조립체는 권선 코일부(410a)(410b)와 측면 요크(430a)(430b)가 분리되어 2개의 분리된 부품으로 구성될 수 있고, 이와 같이 구성될 경우 제2 실시예의 연구용 전자석(H형 전자석)(400)은 전체적으로 총 8개의 부품으로 구성될 수도 있다.
또한, 도 6의 (C)와 같이, 상기 제1 모듈, 제2 모듈, 상부 중심 요크(440a) 및 하부 중심 요크(440b)를 조립함에 있어서, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 권선 코일부(410a)(410b) 간의 간격을 원래의 설계 간격(예컨대, 도 6의 (B))보다 더 넓게 하여 조립하는 경우, 상기 상부 중심 요크(440a) 및 하부 중심 요크(440b)의 길이가 각각 길어짐에 따른 자기 저항의 증가 문제에 대응하기 위한 것으로, 상기 상부 중심 요크(440a)의 상부 및 상기 하부 중심 요크(440b)의 하부에 각각 결합되어 상부 중심 요크(440a) 및 하부 중심 요크(440b)의 두께를 각각 두껍게 보강해주는 상부 보조 요크(450a) 및 하부 보조 요크(450b)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 권선 코일부(410a)(410b)(여기서는 일측 권선 코일부(410a)를 대표로 하여 설명함)는 내부의 제1 권선 코일(410-1)과 외부의 제2 권선 코일(410-2)(도 4 참조) 사이에 냉각수 튜브(415)가 권취되어 냉각하는 방식인 인터레이어 냉각 구조를 유지하면서도 냉각수 튜브(415)를 포함한 권선 코일 다발(410-1)(410-2)만을 코어(420a) 및 측면 요크(430a)로부터 별도로 분리할 수 있는 구조로 구성될 수 있다. 도 7에서 (A)는 권선 코일 다발의 사시도, (B)는 평면도, (C)는 배면도이다. 또한, 도 7에서 참조 부호 410-1s는 제1 권선 코일 시작부, 410-1t는 제1 권선 코일 말단부, 410-2s는 제2 권선 코일 시작부, 410-2t는 제2 권선 코일 말단부, 415s는 냉각수 권선 튜브 시작부, 415t는 냉각수 권선 튜브 말단부를 각각 나타낸다.
이때, 또한 상기 복수의 권선 코일부(410a)(410b)는 내부의 제1 권선 코일(410-1)과 외부의 제2 권선 코일(410-2)(도 4 참조)의 시작부(410-1s)(410-2s) 및 말단부(410-1t)(410-2t)와, 상기 냉각수 권선 튜브(415)의 시작부(415s)와 말단부(415t)가 권선 코일의 옆면 방향으로 인출되도록 구성될 수 있다.
도 8은 냉각수 권선 튜브와 제1, 제2 권선 코일의 각각의 시작부와 말단부가 권선 코일의 옆면 방향으로 인출된 인터레이어 냉각 구조의 H형 전자석을 나타낸 것으로서, (A)는 전면 사시도이고, (B)는 후면 사시도이다. 여기서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 중심 요크(440a)와 하부 중심 요크(440b) 중 적어도 일측에는 실험 기구를 삽입할 수 있는 삽입홀(440h)이 형성될 수 있다.
여기서, 이상과 같은 인터레이어 냉각 구조(방식)와 관련하여 조금 더 설명을 부가해 보기로 한다.
코일간 냉각 구조(이는 곧 코일 밑면 냉각 구조)에서 냉각판이 코일 양쪽에 각각 한 개씩, 총 두 개가 구비된 경우(도 17의 (B) 참조), 코일의 반지름 rcoil 과 동일한 반지름인 냉각판과 코일의 접촉 면적(SIC)은 코어의 면적을 제외한 코일 밑면의 면적이며 다음과 같은 수식 관계로 나타낼 수 있다.
SIC = C2π(rcoil 2 - rcore 2)
냉각판이 2개이므로 상수 C는 2를 적용하며, 코어의 반경이 크면 접촉 면적이 감소한다.
여기서, C는 코일이 냉각판과 직접 접촉하는 면적의 비율 상수(코어 밑면의 면적을 제외한 코일 밑면의 면적(2π(rcoil 2 - rcore 2) ) 대비 실제 코일과 냉각판이 접촉하는 면적(Scontact)이며, 통상 0.1에서 최대 0.5정도이다. 이상적인 경우 상기 접촉 면적이 전부 직접 접촉했다고 가정하면, C=1이다.
제1 권선 코일과 제2 권선 코일로 구성된 구조에서 인터레이어 냉각시 냉각부와 코일의 접촉 면적은 제1 권선 코일 옆면의 면적(2πrcoil1 × Wcoil)과 제2 권선 코일 내부 옆면의 면적이며, 제1 권선 코일 옆면 면적의 두 배에 근사하므로 계산 편의상 2(2πrcoil1 × Wcoil)로 정의할 수 있다. 여기서, Wcoil은 코일의 너비(코일 모듈의 두 밑면 간의 거리)이다.
이때, 제2 권선 코일의 반지름이 "0.5Wcoil <rcoil2 <4Wcoil "와 같은 범위로 설계되고, 1.1rcore < rcoil1 < 0.9rcoil2 을 만족할 때 인터레이어 냉각의 효과가 극대화 될 수 있다. 예를 들어 rcoil2 =Wcoil 이고, rcoil1 = 0.75 rcoil2인 경우, 냉각부와 코일의 접촉 면적 SIL 은 다음과 같은 수식 관계로 표현할 수 있다.
SIL = 2(2π(0.75rcoil) × rcoil ) = 1.5*2πrcoil 2 > SIC = 2π(rcoil 2 - rcore 2)
여기서, C는 최대값 1로 설정된다.
따라서 C가 1임에도 불구하고 SIC < SIL 임은 자명하다. 예를 들면, 제1 권선 코일의 코일 다발의 반지름과 코어의 반지름의 비율이 10:7인 경우 면적의 차이는 인터레이어 방식이 코일간 냉각 방식(코일 밑면 냉각 방식)보다 3배 더 넓게 된다.
한편, 도 9는 보빈 없는 권선 코일부로서 코일 및 냉각수 튜브 단부를 한 쪽 방향으로 인출한 형태를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 내부의 제1 권선 코일(410-1)과 외부의 제2 권선 코일(410-2)의 시작부(410-1s)(410-2s) 및 말단부(410-1t)(410-2t)와, 상기 냉각수 권선 튜브(415)의 시작부(415s)와 말단부(415t)는 권선 코일의 옆면 방향으로 인출되되, 권선 코일의 옆면 방향의 앞쪽 또는 뒤쪽의 어느 한 쪽 방향으로 인출되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구조적 원리를 이용하여 최소 2개의 권선 코일을 구비할 수 있다. 예를 들면, 제1, 제2, 제3, 제4 권선 코일과 같은 구조로 구성할 수 있으며, 이렇게 구성될 경우 냉각수 권선 튜브도 제1, 제2, 제3 냉각수 권선 튜브로 증설할 수 있다. 도 9에서 (A)는 권선 코일부의 전면 사시도, (B)는 후면 사시도, (C)는 정면도, (D)는 측면도이고, 참조 부호 410-1은 제1 권선 코일, 410-2는 제2 권선 코일, 410-12c는 제1, 제2 권선 코일 직렬 연결부를 나타낸다.
도 10은 권선 코일부가 양측에 코일 가이드(냉각판)가 구비된 보빈에 권취된 형태를 나타낸 것으로서, 복수의 권선 코일부(410a)(이것을 대표로 하여 설명함)의 각 권선 코일은 보빈 몸체의 양측에 코일 가이드 기능을 겸비하는 냉각판(510a)(510b)이 각각 구비되어 있는 보빈에 각각 권취되어, 도 12와 같이 코어(420a)(420b)에 조립되는 구조로 구성될 수 있다. 이때, 2개의 코일 모듈을 설치하는 경우, 상기 각 보빈의 서로 대면하는 냉각판(제1 냉각판)(510a) 쪽의 각 냉각수 권선 튜브의 시작부(415s)로 냉각수가 각각 유입되어 권선 코일 내부를 거쳐 측면 요크(430a) 쪽의 각 냉각판(제2 냉각판)(510b)의 각 냉각수 권선 튜브의 말단부(415t)로 냉각수가 각각 유출되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 실험 공간의 온도 유지를 위해 권선 코일에서 발생하는 열이 측면 요크(430a) 쪽으로 원활하게 전달될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이때, 또한 상기 보빈의 내경부의 재질은 열전도가 우수한 재질(예를 들면, 알루미늄(Al))로 구성되는 것이 바람직하고, 입력전류 대비 출력 자기장 효율을 높이고자하는 경우에는 강자성 재료 가운데 연자성 물질인 순철이 사용될 수도 있다. 인터레이어 냉각구조와 냉각판(510a)(510b) (인터코일 냉각구조)을 함께 구비하여 코일 레이어 내부와 코일의 두 밑면들을 함께 냉각하는 하이브리드 냉각 구조의 냉각 면적(SH)은 다음과 같은 수식 관계로 나타낼 수 있다.
SH = SIC + SIL = 2π(rcoil 2 - rcore 2) + 3πrcoil 2
여기서, 편의상 C는 최대값 1로 설정되며, SIC는 인터코일 방식의 냉각 면적, SIL은 인터레이어 방식의 냉각 면적을 각각 나타낸다.
따라서 냉각 구조에 따른 냉각 면적의 크기는 다음과 같이 표현될 수 있다.
SIC < SIL < SH
결과적으로, 냉각 면적은 냉각 효율과 직접적인 관계가 있으며, 하이브리드 구조의 냉각 효율이 가장 우수하다고 할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 권선 코일부(410a)(이것을 대표로 하여 설명함)의 각 권선 코일과 상기 제1, 제2 냉각판(510a)(510b)과의 각 접촉부의 틈새에는 틈새를 메워주기 위한 쐐기형 구조물(601)이 각각 더 설치될 수 있다. 이는 냉각판과 코일 간에 존재하는 요철(단차)로 인해 간격이 발생하여 냉각 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 이것은 전술한 수식에서 코일이 냉각판과 직접 접촉하는 면적의 비율 상수인 C를 크게 하는 기능을 한다.
도 12는 보빈에 권취된 권선 코일부가 코어에 조립된 후, 압착링을 이용하여 측면 요크에 압착하여 조립한 상태를 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 코어(420a)(420b)는 코어를 지지 및 가이드하는 코어 가이드(420g)에 삽입되어 고정되는 구조로 구성될 수 있고, 상기 코어 가이드(420g)의 일측 단부에는 무보빈 권선 코일부 또는 보빈에 권취된 권선 코일부를 측면 요크(430a)(430b)에 압착하는 압착링(701)이 더 설치될 수 있다. 여기서, 이와 같이 압착링(701)을 이용하는 것은, 권선 코일부(410a)(410b)를 측면 요크 (430a)(430b)에 조립할 때 압착링(701)을 이용하여 측면 요크(430a)(430b)에 압착함으로써 권선 코일부(410a)(410b)의 열이 열용량이 큰 주변의 요크에 원활하게 전도될 수 있도록 하기 위한 것이다. 도 12에서 (A)는 보빈형 권선 코일부가 채용된연구용 전자석의 정면도이고, (B)는 (A)에 도시된 연구용 전자석의 A-A선에 따른 절단면도이다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 권선 코일부(110a)(110b) (410a)(410b)의 서로 대면하는 각 권선 코일의 밑면부 쪽에는 코일의 복사열이 실험 공간에 전달되는 것을 차단하기 위한 금속판(702)이 각 권선 코일의 밑면과 각각 소정 간격 이격되어 설치될 수 있다. 이때, 상기 금속판(702)은 비자성 재질(예를 들면, 알루미늄)로 제작되는 것이 바람직하다. 도 13에서 (A)는 C형 전자석, (B)는 H형 전자석을 각각 나타낸다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 보빈의 경통(509)과 제1, 제2 냉각판 (510a)(510b) 사이에는 권선 코일과 냉각판 사이에 발생하는 간격에 대응하기 위한 스페이서(spacer)(801)가 각각 더 설치될 수 있다. 이는 코일이 에폭시에 함침된 경우, 장기간 사용 후에 코일의 폭이 미세하게 축소되어 냉각판과 간격이 발생하여 냉각 성능이 떨어지는 문제에 대응하기 위한 것이다. 이때, 또한 제2 냉각판(510b)과 측면 요크(430a) 사이에는 권선 코일로부터 발생한 열이 측면 요크쪽으로 원활하게 전달될 수 있도록 하기 위해 열전도 시트(802)가 설치되거나 열전도 그리스가 채워질 수 있다. 열전도 시트(802)는 금속판에 열전도 그리스를 도포하여 제작될 수 있다.
또한, 본 발명의 연구용 전자석은 코일 온도 관측 수단으로서 권선 코일부(410a)의 권선 코일의 RRR(Residual Resistance Ratio) 데이터를 적용하여 권선 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 코일 온도 관측 수단으로서 상기 권선 코일부(410a)의 권선 코일의 외부 옆면에는 권선 코일의 온도 변화를 시각적으로 관측할 수 있는 시온소재가 구비될 수 있다.
또한, 코일 온도 관측 수단으로서 상기 권선 코일부(410a)의 권선 코일의 외부 옆면에는 온도 센서가 구비되고, 상기 측면 요크에는 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도 변화를 표시하는 온도 모니터가 구비될 수 있다.
한편, 이상과 같은 연구용 전자석(400)(100)에는, 도 15에 도시된 바와 같이(본 발명의 제1 실시예의 연구용 전자석(C형 전자석)(100)과 제2 실시예의 연구용 전자석(H형 전자석)(400)에 공통으로 적용되는 기술 내용이므로, 편의상 제1 실시예의 연구용 전자석(C형 전자석)(100)을 대표로 하여 설명함), 냉각수 권선 튜브(115)에 냉각수를 공급하는 한편, 상기 냉각수 권선 튜브(115)를 통한 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크(901)가 더 구비될 수 있다. 이와 같은 진동 저감용 탱크(901)는 전술한 바와 같이, 냉각수의 흐름에 의한 원하지 않는 진동, 충격 등을 흡수하기 위한 것이다.
이상과 같은 진동 저감용 탱크(901)에 있어서, 냉각수 유입부(902)는 탱크 일측 어디에도 설치가 가능하나 낙차에 의한 진동을 줄이기 위해서는 탱크의 중간 이하 아랫부분에 설치하고, 냉각수 유출부(904)도 탱크 일측 어디에도 설치가 가능하나 냉각수 출수 유입부(903)는 탱크 바닥 밀착하지 않고 소정 높이(예를 들면, 3 cm 이상) 띄워서 설치하는 것이 바람직하다. 이는 냉각수 유출부(904)의 저항을 줄이기 위한 것이다. 이렇게 제작하는 경우, 탱크(901)의 상부에 공기층이 형성되고, 탱크(901) 내부에 급격한 냉각수의 유입 및 진동이 발생하는 경우, 상기 공기층의 부피와 압력이 충격과 진동을 흡수하게 된다. 이와 같은 효과를 극대화하기 위하여, 바람직하게는 상기 진동 저감용 탱크(901) 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부(902)의 바닥면 높이(a)보다 탱크 외부로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부(904)의 냉각수 출수 유입부(903)의 바닥면 높이(b)가 상대적으로 더 높게(a＜b) 냉각수 유입부(902)와 냉각수 출수 유입부(903)가 각각 위치된다.
이때, 또한 공기방울 없는 냉각수의 흐름을 위해, 상기 냉각수 출수 유입부(903)는 냉각수 유출부(904)보다 상대적으로 낮은 곳에 위치된다.
이때, 또한 상기 진동 저감용 탱크(901)에는 탱크의 내부 압력을 설정함에 있어서, 최초에 음압으로 하여 냉각수 출수 유입부(903))가 냉각수에 충분히 잠길 수 있도록 하기 위한 압력 조절 밸브(906)가 더 설치될 수 있다. 도 15에서 참조번호 905는 냉각수 공급부를 나타낸다.
이상과 같은 진동 저감용 탱크(901)는 연구용 전자석(100)의 몸체 일측에 부착하여 설치될 수도 있고, 연구용 전자석(100)의 몸체와 분리하여 설치될 수도 있다.
또한, 상기 진동 저감용 탱크(901)의 내부에는, 도 16의 (A)와 같이, 냉각수(물)의 출렁임을 방지하기 위한 적어도 하나의 격벽(907)이 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 압력 조절 밸브(906)를 생략하는 경우, 도 16의 (B)와 같이, 첫번째 격벽으로 형성된 공간에 냉각수 출수 유입부(903)를 위치시키는 것이 바람직하다. 그렇게 할 경우, 진동 저감용 탱크(901)의 내부의 수위가 냉각수 출수 유입부(903)를 충분히 잠기게 할 수 있을 만큼 높아질 수 있기 때문이다.
이상과 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)(100) 및 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)에 대한 설명에 있어서, 어떤 부분의 기술 내용에 대해서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)을 바탕으로 설명하였으나, 그러한 기술 내용이 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)에만 국한되어 적용되는 것을 의미하는 것은 아니며, 동일한 내용의 중복 설명을 피하고, 설명의 편의를 위해 단지 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)을 대표로 하여 설명한 것에 불과하다. 따라서 제2 실시예에 따른 연구용 전자석(H형 전자석)(400)을 바탕으로 설명한 기술 내용들은 거의 모두 제1 실시예에 따른 연구용 전자석(C형 전자석)(100)에도 공히 적용될 수 있음은 당연하다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 연구용 전자석은 전자석의 전체 구조를 몇 개의 구성품으로 분할하여 구성함으로써 운반 및 설치를 용이하게 할 수 있고, 코일의 냉각 방식을 코일의 측면과 밑면을 동시에 냉각하는 하이브리드 냉각 방식(인터레이어 냉각 방식+코일 밑면 냉각 방식)으로 구성함으로써 냉각 효율을 한층 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 모듈화를 통해 운반과 설치가 수월하여 작업 안전성이 높아지며, 설치 이후에도 구조 변경이 용이한 장점이 있다.
또한, 최적화된 코일 구조 및 보빈 구조를 적용함으로써 냉각 성능이 우수하면서도 모듈화가 가능한 장점이 있으며, 코일의 발열에 의한 부정적인 문제들을 해결할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: (본 발명) 제1 실시예의 연구용 전자석(C형 전자석)
400: (본 발명) 제2 실시예의 연구용 전자석(H형 전자석)
110a,110b,410a,410b: 권선 코일부 115,415: 냉각수 권선 튜브
120a,120b,420a,420b: 코어 130a,130b,430a,430b: 측면 요크
140: 중심 요크 440a,440b: 상,하부 중심 요크
120g,420g: 코어 가이드 140h,440h: 삽입홀
160a,160b,460a,460b: 코어 이송 핸들
110-1,410-1: 제1 권선 코일 110-2,410-2: 제2 권선 코일
130m,430m: 인입용 공간 130n,430n: 인출용 공간
150: 보조 요크 170a,170b: 보조 기구
410-1s: 제1 권선 코일 시작부 410-1t: 제1 권선 코일 말단부
410-2s: 제2 권선 코일 시작부 410-2t: 제2 권선 코일 말단부
415s: 냉각수 튜브 시작부 415t: 냉각수 튜브 말단부
450a,450b: 상,하부 보조 요크 510a,510b: 제1,제2 냉각판
410-12c: 제1, 제2 권선 코일 직렬 연결부
509: 보빈 경통 510h: 보빈 내경부
601: 쐐기형 구조물 701: 압착링
801: 스페이서 802: 열전도 시트
901: 진동 저감용 탱크 902: 냉각수 유입부
903: 냉각수 출수 유입부 904: 냉각수 유출부
905: 냉각수 공급부 906: 압력 조절 밸브

Claims (40)

  1. 외부로부터 전원을 공급받아 전류의 흐름에 따른 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 전류의 흐름에 따라 코일에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브가 설치되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치되는 복수의 권선 코일부;
    상기 복수의 권선 코일부를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 코어;
    상기 복수의 코어를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 코어와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 측면 요크; 및
    상기 복수의 측면 요크의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 중심 요크를 포함하고,
    상기 복수의 권선 코일부, 복수의 코어 및 복수의 측면 요크는 각각 일측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 모듈(제1 모듈)로 구성되고, 타측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 또 다른 모듈(제2 모듈)로 구성되어, 전체적으로 상기 제1 모듈, 제2 모듈 및 중심 요크의 3개의 부품으로 구성되며,
    상기 측면 요크와 상기 중심 요크의 조립 작업 시, 상기 권선 코일부와 측면 요크의 조립체의 무게 중심 쏠림에 의해 조립체가 쓰러지는 것을 방지하기 위한 것으로, 조립체의 권선 코일부 하부를 받쳐주는 보조 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 권선 코일부는 상기 코어를 동심축으로 하여 내측에 설치되는 제1 권선 코일과, 상기 제1 권선 코일과 소정 간격 이격되어 외측에 설치되는 제2 권선 코일 및 상기 제1, 제2 권선 코일 사이에 설치되는 냉각수 권선 튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 측면 요크에는 상기 권선 코일부의 코일 단부와 상기 냉각수 튜브의 튜브 단부의 인입용 공간 및 인출용 공간이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모듈 및 제2 모듈은 각각 권선 코일부와 측면 요크의 조립체와, 각각의 코어로 이루어지는 2개의 분리된 부품으로 각각 구성되고, 이 경우 전체적으로 총 5개의 부품으로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 권선 코일부와 측면 요크의 조립체는 권선 코일부와 측면 요크가 분리되어 2개의 분리된 부품으로 구성되고, 이 경우 전체적으로 총 7개의 부품으로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모듈, 제2 모듈 및 중심 요크를 조립함에 있어서, 제1 모듈 및 제2 모듈의 권선 코일부 간의 간격을 원래의 설계 간격보다 더 넓게 하여 조립하는 경우 중심 요크의 길이가 길어짐에 따른 자기 저항의 증가 문제에 대응하기 위한 것으로, 상기 중심 요크의 하부에 결합되어 중심 요크의 두께를 두껍게 보강해주는 보조 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어는 코어를 지지 및 가이드하는 코어 가이드에 삽입되어 고정되는 구조로 구성되고, 상기 코어 가이드의 일측 단부에는 무보빈 권선 코일 모듈 또는 보빈에 권취된 권선 코일 모듈을 측면 요크에 압착하는 압착링이 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 권선 코일부의 서로 대면하는 각 권선 코일의 밑면부 쪽에는 코일의 복사열이 실험 공간에 전달되는 것을 차단하기 위한 금속판이 각 권선 코일의 밑면과 각각 소정 간격 이격되어 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 튜브에 냉각수를 공급하는 한편, 상기 냉각수 튜브를 통한 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크가 더 구비된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진동 저감용 탱크 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부의 바닥면 높이(a)보다 탱크 외부로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부의 냉각수 출수 유입부의 바닥면 높이(b)가 상대적으로 더 높게(a＜b) 냉각수 유입부와 냉각수 출수 유입부가 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각수 출수 유입부는 냉각수 유출부보다 상대적으로 낮은 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 진동 저감용 탱크에는 탱크의 내부 압력을 설정함에 있어서, 최초에 음압으로 하여 냉각수 출수 유입부가 냉각수에 충분히 잠길 수 있도록 하기 위한 압력 조절 밸브가 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 진동 저감용 탱크의 내부에는 냉각수(물)의 출렁임을 방지하기 위한 적어도 하나의 격벽이 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  15. 외부로부터 전원을 공급받아 전류의 흐름에 따른 자기장을 형성하는 것으로, 권선 코일 다발의 내부에는 코일에서 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 튜브가 설치되며, 상호 소정 간격 이격되어 위치되는 복수의 권선 코일부;
    상기 복수의 권선 코일부를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 코어;
    상기 복수의 코어를 각각 지지 및 고정하며, 상기 복수의 코어와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 복수의 측면 요크;
    상기 복수의 측면 요크의 상단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 상부 중심 요크; 및
    상기 복수의 측면 요크의 하단부를 서로 연결하여 고정하며, 상기 복수의 코어, 복수의 측면 요크와 함께 상기 복수의 권선 코일부에 의해 형성된 자기장의 자기력선의 자기 경로를 제공하는 하부 중심 요크를 포함하고,
    상기 복수의 권선 코일부, 복수의 코어 및 복수의 측면 요크는 각각 일측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 모듈(제1 모듈)로 구성되고, 타측의 권선 코일부, 코어 및 측면 요크가 함께 조립되어 하나의 일체형의 또 다른 모듈(제2 모듈)로 구성되어, 전체적으로 상기 제1 모듈, 제2 모듈, 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크의 4개의 부품으로 구성되며,
    상기 제1 모듈, 제2 모듈, 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크를 조립함에 있어서, 상기 제1 모듈 및 제2 모듈의 권선 코일부 간의 간격을 원래의 설계 간격보다 더 넓게 하여 조립하는 경우, 상기 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크의 길이가 각각 길어짐에 따른 자기 저항의 증가 문제에 대응하기 위한 것으로, 상기 상부 중심 요크의 상부 및 상기 하부 중심 요크의 하부에 각각 결합되어 상부 중심 요크 및 하부 중심 요크의 두께를 각각 두껍게 보강해주는 상부 보조 요크 및 하부 보조 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 권선 코일부는 상기 코어를 동심축으로 하여 내측에 설치되는 제1 권선 코일과, 상기 제1 권선 코일과 소정 간격 이격되어 외측에 설치되는 제2 권선 코일 및 상기 제1, 제2 권선 코일 사이에 설치되는 냉각수 권선 튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 측면 요크에는 상기 권선 코일부의 코일 단부와 상기 냉각수 튜브의 튜브 단부의 인입용 공간 및 인출용 공간이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 모듈 및 제2 모듈은 각각 권선 코일부와 측면 요크의 조립체와, 각각의 코어로 이루어지는 2개의 분리된 부품으로 각각 구성되고, 이 경우 전체적으로 총 6개의 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 권선 코일부와 측면 요크의 조립체는 권선 코일부와 측면 요크가 분리되어 2개의 분리된 부품으로 구성되고, 이 경우 전체적으로 총 8개의 부품으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  20. 삭제
  21. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 권선 코일부는 내부의 제1 권선 코일과 외부의 제2 권선코일 사이에 냉각수 튜브가 권취되어 냉각하는 방식인 인터레이어 냉각 구조를 유지하면서도 냉각수 튜브를 포함한 권선 코일 다발만을 상기 코어 및 측면 요크로부터 별도로 분리할 수 있는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 권선 코일부는 내부의 제1 권선 코일과 외부의 제2 권선 코일의 시작부 및 말단부와, 상기 냉각수 튜브의 시작부와 말단부가 권선 코일의 옆면 방향으로 인출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 내부의 제1 권선 코일과 외부의 제2 권선 코일의 시작부 및 말단부와, 상기 냉각수 튜브의 시작부와 말단부는 권선 코일의 옆면 방향으로 인출되되, 권선 코일의 옆면 방향의 앞쪽 또는 뒤쪽의 어느 한 쪽 방향으로 인출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 상부 중심 요크와 하부 중심 요크 중 적어도 일측에는 실험 기구를 삽입할 수 있는 삽입홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 권선 코일부의 각 권선 코일은 몸체의 양측에 코일 가이드 기능을 겸비하는 냉각판이 각각 구비되어 있는 보빈에 각각 권취되어 상기 코어에 조립되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 각 보빈의 서로 대면하는 냉각판(제1 냉각판) 쪽의 각 냉각수 튜브의 시작부로 냉각수가 각각 유입되어 권선 코일 내부를 거쳐 측면 요크 쪽의 각 냉각판(제2 냉각판)의 각 냉각수 튜브의 말단부로 냉각수가 각각 유출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 보빈의 내경부의 재질은 알루미늄(Al) 또는 순철로 구성된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 권선 코일부의 각 권선 코일과 상기 제1, 제2 냉각판과의 각 접촉부의 틈새에는 틈새를 메워주기 위한 쐐기형 구조물이 각각 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  29. 제15항에 있어서,
    상기 코어는 코어를 지지 및 가이드하는 코어 가이드에 삽입되어 고정되는 구조로 구성되고, 상기 코어 가이드의 일측 단부에는 보빈에 권취된 권선 코일 모듈을 측면 요크에 압착하는 압착링이 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  30. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 권선 코일부의 서로 대면하는 각 권선 코일의 밑면부 쪽에는 코일의 복사열이 실험 공간에 전달되는 것을 차단하기 위한 금속판이 각 권선 코일의 밑면과 각각 소정 간격 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 보빈의 경통과 상기 제1, 제2 냉각판 사이에는 권선 코일과 냉각판 사이에 발생하는 간격에 대응하기 위한 스페이서(spacer)가 각각 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 제2 냉각판과 측면 요크 사이에는 권선 코일로부터 발생한 열이 측면 요크쪽으로 원활하게 전달될 수 있도록 하기 위해 열전도 시트가 설치되거나 열전도 그리스가 채워진 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  33. 제15항에 있어서,
    상기 권선 코일부의 권선 코일의 RRR(Residual Resistance Ratio) 데이터를 적용하여 권선 코일의 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  34. 제15항에 있어서,
    상기 권선 코일부의 권선 코일의 외부 옆면에는 권선 코일의 온도 변화를 시각적으로 관측할 수 있는 시온 소재가 구비된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  35. 제15항에 있어서,
    상기 권선 코일부의 권선 코일의 외부 옆면에는 온도 센서가 구비되고, 상기 측면 요크에는 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도 변화를 표시하는 온도 모니터가 구비된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  36. 제15항에 있어서,
    상기 냉각수 튜브에 냉각수를 공급하는 한편, 상기 냉각수 튜브를 통한 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 진동을 억제하기 위한 진동 저감용 탱크가 더 구비된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 진동 저감용 탱크 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부의 바닥면 높이(a)보다 탱크 외부로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부의 냉각수 출수 유입부의 바닥면 높이(b)가 상대적으로 더 높게(a＜b) 냉각수 유입부와 냉각수 출수 유입부가 각각 위치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 냉각수 출수 유입부는 냉각수 유출부보다 상대적으로 낮은 곳에 위치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 진동 저감용 탱크에는 탱크의 내부 압력을 설정함에 있어서, 최초에 음압으로 하여 냉각수 출수 유입부가 냉각수에 충분히 잠길 수 있도록 하기 위한 압력 조절 밸브가 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 진동 저감용 탱크의 내부에는 냉각수(물)의 출렁임을 방지하기 위한 적어도 하나의 격벽이 더 설치된 것을 특징으로 하는 연구용 전자석.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170059231A (ko) * 2015-11-20 2017-05-30 한국기초과학지원연구원 다중 코어 구조를 갖는 고효율 전자석
KR20170135104A (ko) 2016-05-30 2017-12-08 주식회사 엔젤 전자석 및 그 제조방법
KR101891480B1 (ko) * 2017-10-12 2018-09-28 한국기초과학지원연구원 보빈 및 이를 포함하는 코일어셈블리 및 전자석장치.

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