KR102189210B1 - Superconducting rotating machine equipped with the modular superconducting field poles integrated with contactless superconducting field exciter capable of independent controlling for each field winding - Google Patents
Superconducting rotating machine equipped with the modular superconducting field poles integrated with contactless superconducting field exciter capable of independent controlling for each field winding Download PDFInfo
- Publication number
- KR102189210B1 KR102189210B1 KR1020200138892A KR20200138892A KR102189210B1 KR 102189210 B1 KR102189210 B1 KR 102189210B1 KR 1020200138892 A KR1020200138892 A KR 1020200138892A KR 20200138892 A KR20200138892 A KR 20200138892A KR 102189210 B1 KR102189210 B1 KR 102189210B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- superconducting
- field
- exciter
- permanent magnet
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Abstract
Description
본 발명은 특허등록 제10-1766684호의 이용발명으로서, 고온초전도 선재가 감긴 회전자(초전도 여자기의 전원 발생부)와 초전도 계자 권선을 1:1로 매칭하여 모듈화된 구조를 구성하여 계자극 간의 접합구조 제거가 가능하도록 하는 바, 이는 기존 구조의 단점(각 계자극 사이에 초전도 혹은 상전도의 전류도입선을 통한 전기적인/물리적인/열적인 접합 구조가 요구되는 문제 등)을 해결할 수 있도록 함은 물론 특히 고온초전도 선재가 권선된 초전도 여자기의 자속발생부 측에는 독립적으로 회전하는 영구자석과 전자석이 부설되어 냉매통의 경방향 외측 상온부로 하여금 초전도 여자기 전원발생부와 일체화된 초전도 계자극과 1:1로 매칭되는 자속 발생부가 부가되도록 하는 바, 이는 초전도 여자기의 전원발생부가 정지된 상태에서 초기 전류충전 운전이 가능하도록 함은 물론 각 초전도 계자극에 대하여 비접촉식 방식으로 충전되는 여자전류의 개별적인 가변제어가 가능함으로서 다양한 초전도 회전기의 운전 환경에 대응이 가능한 것을 특징으로 하는 계자 권선별 독립 제어가 가능한 비접촉식 초전도 여자기와 일체화된 모듈형 초전도 계자극을 탑재한 초전도 회전기에 관한 것이다.The present invention is a use invention of Patent Registration No. 10-1766684, by matching a rotor (power generation part of a superconducting exciter) wound with a high-temperature superconducting wire and a superconducting field winding 1:1 to form a modular structure Since the bonding structure can be removed, it is possible to solve the disadvantages of the existing structure (a problem that requires an electrical/physical/thermal bonding structure through a superconducting or normal conduction current lead between each field pole). Of course, in particular, a permanent magnet and an electromagnet that independently rotates are installed on the magnetic flux generator side of the superconducting exciter wound with a high-temperature superconducting wire, so that the outer room temperature part in the radial direction of the refrigerant cylinder allows the superconducting field stimulation integrated with the superconducting exciter power generator A 1:1 matching magnetic flux generator is added, which enables the initial current charging operation while the power generator of the superconducting exciter is stopped, as well as the excitation current charged in a non-contact method for each superconducting field stimulation. It relates to a superconducting rotating machine equipped with a modular superconducting field magnetic pole integrated with a non-contact type superconducting exciter capable of independent control for each field winding, characterized in that it can respond to the operating environment of various superconducting rotating machines by enabling individual variable control.
본원 출원인은 특허등록 제10-1766684호(2017.08.03.)에서와 같이 "비접촉식 회전형 여자장치를 적용한 고온 초전도 회전기(이하 '원천특허' 라 함)" 를 특허 출원하여 등록받은 바가 있다.As in Patent Registration No. 10-1766684 (2017.08.03.), the applicant of the present application has applied for a patent and has been registered for a "high temperature superconducting rotating machine to which a non-contact rotary excitation device is applied (hereinafter referred to as'original patent')".
이러한 원천특허의 기술요지는 영구자석 기반의“고온초전도 플럭스 펌프”라는 초전도 전원장치를 회전자에 통합하여 초전도 계자권선의 여자용 전원을 자체적으로 생성하고 비접촉 방식으로 계자 코일에 전원을 공급함으로써 기존 접촉식 여자 시스템에서 발생된 외부 직류전원, 슬립링/브러쉬, 전류 도입선의 원천적인 제거가 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.The technical gist of this original patent is by integrating a permanent magnet-based superconducting power supply called “high-temperature superconducting flux pump” into the rotor, generating power for excitation of the superconducting field winding by itself, and supplying power to the field coil in a non-contact method. It is characterized in that it is possible to fundamentally remove the external DC power, slip ring/brush, and current lead wire generated in the contact excitation system.
다시 말해, 이러한 원천특허는 영구자석 기반의 고온초전도 플럭스 펌프가 초전도 현상이 발현된 고온초전도 선재에 영구자석을 이용하여 시변자장을 인가하면 초전도 상태의 고온초전도 선재가 가진 특성에 의해 선재 양단에 일정 주기 동안 평균 전압이 0이 아니게 되는, 즉 일정 값을 갖는 직류 전압원이 생성되는 고온초전도 선재의 고유 특성을 이용한 것이다.In other words, this original patent is based on a high-temperature superconducting flux pump based on a permanent magnet that applies a time-varying magnetic field using a permanent magnet to a high-temperature superconducting wire in which the superconducting phenomenon is developed. During the period, the average voltage becomes non-zero, that is, the intrinsic characteristics of the high-temperature superconducting wire in which a DC voltage source having a certain value is generated is used.
따라서, 이 전압원이 생성된 고온초전도 선재를 고온초전도 코일과 전기적으로 연결을 하면, 이상적으로 직류 전압원과 인덕턴스만으로 회로가 구성되고 이 직류 전압원에 의해 고온초전도 코일에 전류를 공급하게 되며, 저항이 없는 이 회로는 회로 내에 전기에너지가 저항에 전류가 흐름으로써 발생되는 열에너지로 소비되지 않고 고온초전도 코일에 자기에너지 형태로써 저장되어 회로 내의 충전된 전류가 감쇠 없이 영구적으로 흐르게 되는 영구전류 운전모드 상태에 있게 된다.Therefore, when the high-temperature superconducting wire from which this voltage source is generated is electrically connected to the high-temperature superconducting coil, ideally, a circuit is composed of only a DC voltage source and inductance, and current is supplied to the high-temperature superconducting coil by this DC voltage source, and there is no resistance. This circuit is in a permanent current operation mode in which the electrical energy in the circuit is not consumed as thermal energy generated by the flow of current through the resistance, but is stored in the form of magnetic energy in the high-temperature superconducting coil, so that the charged current in the circuit flows permanently without attenuation. do.
결국, 이러한 원천특허는 극저온 냉각 용량의 감소에 따른 시스템 효율 향상, 냉각 비용 감소뿐 아니라 초전도 계자 권선의 전기적/열적 안정도의 향상이 가능한 특징이 있다. As a result, this original patent is characterized by improving system efficiency and reducing cooling costs by reducing cryogenic cooling capacity, as well as improving electrical/thermal stability of the superconducting field winding.
또한, 상기 원천특허는 파워슬립링 및 브러시 구성을 원천적으로 생략하여 구조적인 구성이 간단해져 유지보수 측면에서 경제적 비용이 저감되는 특징이 있다.In addition, the original patent essentially omits the power slip ring and brush configuration, thereby simplifying the structural configuration, thereby reducing economic cost in terms of maintenance.
한편, 상술한 원천특허는 고온초전도 플럭스 펌프 기술을 이용하여 고온초전도 회전기 계자 권선용 비접촉식 초전도 여자장치의 응용이 가능하다. On the other hand, the above-described original patent can be applied to a non-contact superconducting excitation device for field winding of a high-temperature superconducting rotor by using a high-temperature superconducting flux pump technology.
즉, 회전하는 계자극에 초전도 여자기의 회전자를 결합하고 계자극에 위치하는 고온초전도 계자권선과 초전도 여자기 회전자에 감긴 고온초전도 선재를 접합시키고 이 둘을 일체로 회전시킨다. That is, the rotor of the superconducting exciter is coupled to the rotating field pole, and the high-temperature superconducting field winding located in the field pole and the high-temperature superconducting wire wound around the rotor of the superconducting exciter are joined, and the two are rotated integrally.
이후, 회전하는 초전도 여자기 회전자의 상온부 원주 방향으로 영구자석이 등 간격으로 배치된 초전도 여자기 고정자를 위치시키면, 정지된 영구 자석과 회전하는 여자기 회전자에 감긴 고온초전도 선재 사이에 상대 운동에 의해 영구자석으로부터 고온초전도 선재에 시간에 따라 변하는 자속이 인가되며, 앞서 설명한 고온초전도 플럭스 펌프의 동작 메커니즘에 따라 고온초전도 계자코일에 전류를 충전하게 되는 구조를 갖는다. Thereafter, when the superconducting exciter stator with permanent magnets arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotating superconducting exciter rotor, the relative between the stationary permanent magnet and the high-temperature superconducting wire wound around the rotating exciter rotor A magnetic flux that changes over time is applied from the permanent magnet to the high-temperature superconducting wire by motion, and the high-temperature superconducting field coil is charged with a current according to the operation mechanism of the high-temperature superconducting flux pump described above.
이러한 원천특허에서 제안되는 시스템 구조는 여자 전류 제어 성능의 한계가 존재하여 전자석 계자 권선 구조를 가짐에도 불구하고 영구자석 회전기의 운전특성과 일부분 유사한 점을 갖게 된다.The system structure proposed in this original patent has limitations in the excitation current control performance, and thus has some similarities to the operation characteristics of a permanent magnet rotating machine despite having an electromagnet field winding structure.
다시 말해, 상기 원천특허는 수동적이고 제한적인 제어 성능으로 인해 회전기의 다양한 운전환경에 대응을 못할 뿐 아니라 회전방향의 역전시 회전력을 유지하지 못하여 방향전환 운전이 불가능해지는 문제가 발생된다.In other words, the original patent does not cope with various operating environments of the rotating machine due to the passive and limited control performance, and it is not possible to maintain the rotational force when the rotational direction is reversed.
또한, 원천특허의 구조는 하나의 초전도 여자기 회전자와 다수의 계자극이 매칭되는 구조로 하나의 여자기 성능에 다수의 계자 극 성능이 지배되는 구조로서 각 계자극의 독립적인 제어가 불가능하게 된다. In addition, the structure of the original patent is a structure in which one superconducting exciter rotor and a plurality of field poles are matched, so that the performance of one exciter is governed by a number of field poles, making independent control of each field pole impossible. do.
그리고, 다수의 초전도 계자 권선의 직렬 연결 구조인 경우 계자 권선의 총 인덕턴스 양이 크게 유발되어 초전도 여자장치에 의한 비접촉 전류 충전의 포화를 위한 시정수가 크게 된다. In addition, in the case of a structure in which a plurality of superconducting field windings are connected in series, the total inductance of the field windings is caused to be large, so that the time constant for saturation of non-contact current charging by the superconducting excitation device is large.
더욱이, 원천특허는 다수의 계자 권선의 직렬 혹은 병렬 연결에 의한 계자 권선 여자시 각 계자극 사이에 초전도 혹은 상전도의 전류도입선을 통한 전기적인/물리적인/열적인 접합 구조가 요구되며 이러한 접합 구조는 최적화된 성능을 갖는 회전자 구조의 설계를 어렵게 하는 요인이 된다. Moreover, the original patent requires an electrical/physical/thermal junction structure through superconducting or normal conduction current lead between each field pole when field windings are excited by serial or parallel connection of multiple field windings. Is a factor that makes it difficult to design a rotor structure with optimized performance.
이와 같이, 원천특허의 극간 접합구조는 필수적으로 전기적인 혹은 열적인 접합 저항을 발생하게 되며 이는 초전도 코일의 신뢰성을 저하시킬 뿐 아니라 초전도 여자장치에 의한 비접촉 전류 충전에 있어 과도한 접합저항 발생시 최대 포화 전류의 크기를 감소시킴으로써 여자기의 성능을 저하시키는 요인이 되고 있다. As such, the original patented interpole bonding structure essentially generates electrical or thermal bonding resistance, which not only degrades the reliability of the superconducting coil, but also reduces the maximum saturation current when excessive bonding resistance occurs in non-contact current charging by the superconducting excitation device. It is a factor that deteriorates the performance of the exciter by reducing the size of.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 초전도 여자기의 전원 발생부에 해당하는 고온초전도 선재가 감긴 회전자와 초전도 계자 권선을 1:1로 매칭하여 모듈화된 구조를 구성하여 계자극 간의 접합구조 제거가 가능하도록 하는 바, 이는 기존 구조의 단점(각 계자극 사이에 초전도 혹은 상전도의 전류도입선을 통한 전기적인/물리적인/열적인 접합 구조가 요구되는 문제 등)을 해결할 수 있도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-described problem, and the technical gist of the present invention is to configure a modular structure by matching a rotor wound with a high-temperature superconducting wire corresponding to a power generating unit of a superconducting exciter and a superconducting field winding 1:1. It is possible to remove the junction structure between field poles, which solves the disadvantages of the existing structure (a problem that requires an electrical/physical/thermal junction structure through a superconducting or normal conduction current lead between each field pole). Its purpose is to provide what makes it possible.
이에, 본 발명은 고온초전도 선재가 권선된 초전도 여자기의 자속발생부 측에는 독립적으로 회전하는 영구자석과 전자석이 부설되어 냉매통의 경방향 외측 상온부로 하여금 초전도 여자기 전원발생부와 일체화된 초전도 계자극과 1:1로 매칭되는 자속 발생부가 부가되도록 하는 바, 이는 초전도 여자기의 전원발생부가 정지된 상태에서 초기 전류충전 운전이 가능하도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is a superconducting system integrated with the superconducting exciter power generation unit by installing a permanent magnet and an electromagnet that independently rotates on the magnetic flux generating unit side of the superconducting exciter wound with a high-temperature superconducting wire. The purpose of this is to provide a magnetic flux generator that matches the magnetic pole in a 1:1 manner, and this is to provide an initial current charging operation while the power generator of the superconducting exciter is stopped.
또한, 본 발명은 각 초전도 계자극에 대하여 비접촉식 방식으로 충전되는 여자전류의 개별적인 가변제어가 가능함으로서 다양한 초전도 회전기의 운전 환경에 대응이 가능한 것을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an individual variable control of the excitation current charged in a non-contact manner for each superconducting field magnetic pole, thereby enabling a response to the operating environment of various superconducting rotating machines.
그리고, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기와 계자극의 모듈화 구조(총 계자 인턱턴스 감소)에 의한 계자 전류의 충전 속도를 개선할 수 있고, 비접촉식 초전도 여자기와 계자극의 모듈화 구조(총 저항 감소)에 의한 계자 전류의 최대 포화량을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, the present invention can improve the charging speed of the field current by the modular structure of the non-contact superconducting exciter and the field pole (reducing the total field inductance), and the modular structure of the non-contact superconducting exciter and the field pole (reducing the total resistance) Its purpose is to provide to improve the maximum saturation amount of field current.
이에, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기와 계자극의 모듈화 구조(총 저항 감소)에 의한 계자 여자의 영구전류 모드 운전 가능성이 증대되도록 함은 물론 모듈화 구조 및 비접촉식 초전도 여자기의 계자극별 독립제어에 따른 각 초전도 계자극의 성능 불균형이 개선되고 해소되는 것을 제공함에 그 목적이 있다.Thus, the present invention increases the possibility of permanent current mode operation of field excitation by a modular structure (reduction of total resistance) of a non-contact superconducting exciter and a modular structure and independent control for each field stimulation of the non-contact superconducting exciter. The purpose of this is to improve and eliminate the performance imbalance of each superconducting field stimulation.
아울러, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기의 독립 회전형 영구자석과 전자석 혼용 구조 및 운전에 따른 고온초전도 회전기의 다양한 운전 환경에 대응하면서 제어가 가능한 것을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a structure for mixing an independent rotating permanent magnet and an electromagnet of a non-contact type superconducting exciter and controllable while responding to various operating environments of a high temperature superconducting rotating machine according to operation.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 로터 코어(10)가 중공관 형태의 냉매통(20)에 내장되면서 축회전하도록 하되, 상기 냉매통(20)의 내측 공간부 및 로터 코어(10)의 외측 원주방향에는 축선을 기준으로 등간격으로 분할된 다수개의 초전도 계자극 모듈(100)이 구비되도록 형성되고, 상기 초전도 계자극 모듈(100)은 고온초전도 선재(110)를 갖는 초전도 여자기 회전자(120)와 레이스트랙형 초전도 계자 권선(130)이 리드 접합(140)에 의해 1:1로 매칭되도록 연결하며, 상기 초전도 계자 권선(130) 측은 냉매통(20) 바깥측에 형성된 전기자 권선(30)을 갖는 고정자 코어(40)와 대응되도록 배치하되, 상기 초전도 여자기 회전자(120) 측은 냉매통(20) 바깥측 상온부에 배치된 회전형 영구자석 모듈(200)과 대응되도록 형성되고, 상기 회전형 영구자석 모듈(200)은 각각의 초전도 계자 권선(130)과 위치상 1:1로 매칭되도록 각각 배치되어 각 초전도 계자극 모듈(100)이 비접촉 방식으로 충전되면서 여자 전류의 개별적인 가변제어가 이루어지도록 형성된다.In order to achieve this object, the present invention allows the
이에, 상기 회전형 영구자석 모듈(200)은 서보모터(210)의 회전에 의해 회전체(220)가 회전하도록 하되, 상기 회전체(220)의 일측 면상에는 초전도 여자기 회전자(120)를 향해 설정된 극성이 노출된 영구자석(230)이 결합되어 회전체(220)와 함께 연동 회전하도록 형성된다.Accordingly, the rotary
또한, 상기 초전도 회전기는 일 실시예로서, 회전형 영구자석 모듈(200)의 회전축을 기준으로 동일 축선상 일측에 감자 또는 증자를 위한 추가 직류 전원의 별도 생성을 위한 직류 전자석(300)이 더 구비될 수도 있다.In addition, the superconducting rotating machine is an embodiment, further provided with a
이에, 상기 초전도 회전기는 다른 실시예로서, 회전형 영구자석 모듈(200)의 회전축을 기준으로 직교된 후방향 일측에 감자 또는 증자를 위한 추가 직류 전원의 별도 생성을 위한 직류 전자석(300)이 더 구비될 수도 있다.Accordingly, the superconducting rotating machine is another embodiment, further comprising a
아울러, 상기 회전형 영구자석 모듈(200)의 영구자석(230)은 회전체(220)에 결합된 상태에서 고온초전도 선재(110)를 기준으로 일방향 각도 틸팅되거나 탈장착 교환 교체될 수 있도록 형성된다.In addition, the
이와 같이, 본 발명은 고온초전도 선재가 감긴 회전자와 초전도 계자 권선을 1:1로 매칭하여 모듈화된 구조를 구성하여 계자극 간의 접합구조 제거가 가능하도록 하는 바, 이는 기존 구조의 단점(각 계자극 사이에 초전도 혹은 상전도의 전류도입선을 통한 전기적인/물리적인/열적인 접합 구조가 요구되는 문제 등)을 해결할 수 있도록 함은 물론 특히 고온초전도 선재가 권선된 초전도 여자기의 자속발생부 측에는 독립적으로 회전하는 영구자석과 전자석이 부설되어 냉매통의 경방향 외측 상온부로 하여금 초전도 여자기 전원발생부와 일체화된 초전도 계자극과 1:1로 매칭되는 자속 발생부가 부가되도록 하는 바, 이는 초전도 여자기의 전원발생부가 정지된 상태에서 초기 전류충전 운전이 가능하도록 함은 물론 각 초전도 계자극에 대하여 비접촉식 방식으로 충전되는 여자전류의 개별적인 가변제어가 가능함으로서 다양한 초전도 회전기의 운전 환경에 대응이 가능한 효과가 있다.As described above, the present invention configures a modular structure by matching a rotor wound with a high-temperature superconducting wire and a superconducting field winding 1:1 to form a modular structure so that the junction structure between field poles can be removed. In addition to solving the problem of requiring an electrical/physical/thermal junction structure through superconducting or normal conduction current lead between magnetic poles), in particular, the magnetic flux generator side of the superconducting exciter in which the high-temperature superconducting wire is wound Independently rotating permanent magnets and electromagnets are installed so that the outer room temperature part in the radial direction of the refrigerant cylinder adds a magnetic flux generator that matches 1:1 with the superconducting field magnetic pole integrated with the superconducting exciter power generator. In addition to enabling initial current charging operation while the power generator of the machine is stopped, individual variable control of the excitation current charged in a non-contact method for each superconducting field stimulus is possible, enabling response to the operating environment of various superconducting rotating machines. There is.
이에, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기와 초전도 계자극의 모듈화 구조(총 인턱턴스 감소)에 의한 계자 전류의 충전 속도를 개선할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention has an effect of improving the charging speed of the field current by the modular structure (reduction of total inductance) of the non-contact superconducting exciter and the superconducting field magnetic pole.
또한, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기와 초전도 계자극의 모듈화 구조(총 저항 감소)에 의한 계자 전류의 최대 포화량을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of improving the maximum saturation amount of field current by a modular structure (reduction of total resistance) of a non-contact type superconducting exciter and a superconducting field magnetic pole.
이에, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기와 초전도 계자극의 모듈화 구조(총 저항 감소)에 의한 계자 여자의 영구전류 모드 운전 가능성이 증대되도록 하는 효과가 있다.Accordingly, the present invention has an effect of increasing the possibility of permanent current mode operation of field excitation by a modular structure (reduction of total resistance) of a non-contact type superconducting exciter and a superconducting field magnetic pole.
그리고, 본 발명은 모듈화 구조 및 비접촉식 초전도 여자기의 계자극별 독립제어에 따른 각 계자극의 성능 불균형이 개선되고 해소되는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving and solving the performance imbalance of each field pole according to the modular structure and independent control for each field pole of the non-contact superconducting exciter.
아울러, 본 발명은 비접촉식 초전도 여자기의 독립 회전형 영구자석과 전자석 혼용 구조 및 운전에 따른 고온초전도 회전기의 다양한 운전 환경에 대응하면서 제어가 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of being able to control while responding to various operating environments of a high-temperature superconducting rotator according to a structure for mixing an independent rotating permanent magnet and an electromagnet of a non-contact superconducting exciter and operation.
도 1은 본 발명에 따른 계자 권선별 독립 제어가 가능한 비접촉식 초전도 여자기와 일체화된 모듈형 초전도 계자극을 탑재한 초전도 회전기의 일측 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 초전도 여자기 일체형 초전도 계자극 모듈을 나타낸 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 초전도 여자기 전원발생부 일체형 초전도 계자극 모듈을 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 등가 회로(아래)와 원천특허의 등가회로(위)를 나타낸 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 초전도 여자기 일체형 초전도 계자극 모듈에서 회전자의 정지상태 상 초기 전류 충전운전 상태를 나타낸 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 초전도 여자기 일체형 초전도 계자극 모듈에서 회전자의 회전상태 상 정격 전류 충전운전 상태를 나타낸 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 회전자의 회전시 여자전류 제어운전 상태에서 직류 전자석이 영구자석의 후방에 설치된 것을 나타낸 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 회전자의 회전시 여자전류 제어운전 상태에서 직류 전자석이 영구자석과 축선 동일 선상에 설치된 것을 나타낸 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 영구자석이 고온초전도 선재를 기준으로 회전하는 방향에 따라 계자 여자전류 방전 보상제어 운전되는 것을 나타낸 예시도이다.1 is a cross-sectional side view of a superconducting rotating machine equipped with a modular superconducting field magnetic pole integrated with a non-contact superconducting exciter capable of independent control for each field winding according to the present invention;
2 is an exemplary view showing a superconducting field stimulation module integrated with a superconducting exciter according to the present invention,
3 is an exemplary view showing a superconducting field stimulation module integrated with a superconducting exciter power generator according to the present invention;
4 is an exemplary view showing an equivalent circuit (bottom) and an equivalent circuit (top) of the original patent according to the present invention;
5 is an exemplary view showing an initial current charging operation state in a stopped state of a rotor in the superconducting field stimulation module integrated with a superconducting exciter according to the present invention;
6 is an exemplary view showing a rated current charging operation state in a rotating state of a rotor in a superconducting exciter-integrated superconducting field stimulation module according to the present invention;
7 is an exemplary view showing that a direct current electromagnet is installed at the rear of a permanent magnet in an excitation current control operation state when the rotor rotates according to the present invention;
8 is an exemplary view showing that a direct current electromagnet is installed on the same line as a permanent magnet and an axis in an excitation current control operation state during rotation of the rotor according to the present invention;
9 is an exemplary view showing the field excitation current discharge compensation control operation according to the direction in which the permanent magnet rotates based on the high-temperature superconducting wire according to the present invention.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은 로터 코어(10)가 중공관 형태의 냉매통(20)에 내장되면서 축회전하도록 하되, 상기 냉매통(20)의 내측 공간부 및 로터 코어(10)의 외측 원주방향에는 축선을 기준으로 등간격으로 분할된 다수개의 초전도 계자극 모듈(100)이 구비되도록 형성된다.1 to 9, the present invention allows the
이에, 상기 초전도 계자극 모듈(100)은 고온초전도 선재(110)를 갖는 초전도 여자기 회전자(120)와 레이스트랙형 초전도 계자 권선(130)이 리드 접합(140)에 의해 1:1로 매칭되도록 연결된다.Accordingly, in the superconducting field stimulation module 100, the
이때, 상기 초전도 계자 권선(130) 측은 냉매통(20) 바깥측에 형성된 전기자 권선(30)을 갖는 고정자 코어(40)와 대응되도록 배치하되, 상기 초전도 여자기 회전자(120) 측은 냉매통(20) 바깥측 상온부에 배치된 회전형 영구자석 모듈(200)과 대응되도록 형성된다.At this time, the superconducting field winding 130 side is disposed so as to correspond to the
이에, 상기 회전형 영구자석 모듈(200)은 각각의 초전도 여자기 회전자(120)과 위치상 1:1로 매칭되도록 각각 배치되어 각 초전도 계자극 모듈(100)이 비접촉 방식으로 충전되면서 여자 전류의 개별적인 가변제어가 이루어지도록 형성된다.Accordingly, the rotating
참고로, 상기 냉매통(20)의 양측단 개구부에는 회전자축(50)이 결합되도록 형성되고, 상기 회전자축에는 냉매포트(60)와 신호선 인출을 위한 피드쓰루(70)가 구비되도록 형성된다.For reference, the
이에, 상기 회전형 영구자석 모듈(200)은 서보모터(210)의 회전에 의해 드라이브 샤프트(211)와 회전체(220)가 회전하도록 하되, 상기 회전체(220)의 일측 면상에는 초전도 여자기 회전자(120)를 향해 설정된 극성이 노출된 영구자석(230)이 결합되어 회전체(220)와 함께 연동 회전하도록 형성된다.Accordingly, the rotary
또한, 상기 초전도 회전기는 일 실시예로서, 회전형 영구자석 모듈(200)의 회전축을 기준으로 동일 축선상 일측에 감자 또는 증자를 위한 추가 직류 전원의 별도 생성을 위한 직류 전자석(300)이 더 구비될 수도 있다.In addition, the superconducting rotating machine is an embodiment, further provided with a
이에, 상기 초전도 회전기는 다른 실시예로서, 회전형 영구자석 모듈(200)의 회전축을 기준으로 직교된 후방향 일측에 감자 또는 증자를 위한 추가 직류 전원의 별도 생성을 위한 직류 전자석(300)이 더 구비될 수도 있다.Accordingly, the superconducting rotating machine is another embodiment, further comprising a
아울러, 상기 회전형 영구자석 모듈(200)의 영구자석(230)은 회전체(220)에 결합된 상태에서 고온초전도 선재(110)를 기준으로 일방향 각도 틸팅되거나 탈장착 교환 교체될 수 있도록 형성된다.In addition, the
위 기술한 사항에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하면서 본 발명을 보다 자세히 설명하면, 본원 비접촉식 초전도 여자장치는 초전도 상태의 고온초전도 선재에서 시변 자속의 쇄교에 의해 정류화된 직류 전원이 발생하는 영구자석 기반의 고온초전도 플럭스 펌핑 메커니즘을 이용하여 구성된다.When the present invention is described in more detail with reference to FIGS. 1 to 3 with respect to the above-described matters, the non-contact superconducting excitation device of the present invention is a permanent DC power source that is rectified by the linkage of the time-varying magnetic flux in the high-temperature superconducting wire in the superconducting state. It is constructed using a magnet-based high-temperature superconducting flux pumping mechanism.
이때, 여자장치의 회전자부에는 고온초전도 선재가 직렬 혹은 병렬로 감기기 위한 회전자 지지부가 위치하게 된다.At this time, a rotor support portion for winding the high-temperature superconducting wires in series or parallel is positioned on the rotor portion of the excitation device.
이는 계자극과 동일축상에 위치하여 극저온으로 냉각되는 구조를 갖으며 회전자 지지부의 상온부의 반경방향에 서보모터(210) 드라이브 샤프트(211)에 독립적으로 회전하는 영구자석 회전자가 한 개 혹은 복수개가 위치하여 초전도 여자장치 회전자에 권선된 고온초전도 선재에 시변 자속을 인가하게 된다. This has a structure that is located on the same axis as the field pole and is cooled to cryogenic temperatures, and one or more permanent magnet rotors independently rotating to the
이에, 직류 전자석은 영구자석 회전자의 동일축상에서 앞 혹은 뒤 측에 또는 반경방향에서 위 또는 아래 위치에 배치되어 영구자석의 자속을 감자/증자하거나 추가의 직류 전원을 별도로 생성하는 용도로 사용된다. Accordingly, the DC electromagnet is disposed at the front or rear side on the same axis of the permanent magnet rotor, or at the top or bottom position in the radial direction, and is used for demagnetizing/increasing the magnetic flux of the permanent magnet or generating additional DC power separately. .
그리고, 초전도 여자장치 회전자에 권선된 고온초전도 선재의 양단에는 계자극의 양단과 전기적인 접합을 통하여 초전도 상태의 R-L 전기회로를 구성하게 된다.Further, both ends of the high-temperature superconducting wire wound on the rotor of the superconducting excitation device constitute an R-L electric circuit in a superconducting state through electrical bonding with both ends of the field pole.
이때, 초전도 계자 권선의 양끝 여유분을 초전도 여자장치 회전자에 권선한다면 전기적인 접합을 최소화하는 초전도 R-L회로를 구성하여 초전도 여자장치에 의한 비접촉 전류 충전 성능을 향상 시킬 수 있게 된다. At this time, if both ends of the superconducting field winding are wound on the rotor of the superconducting excitation device, a superconducting R-L circuit that minimizes electrical bonding can be configured to improve the non-contact current charging performance by the superconducting excitation device.
결론적으로, 한 개의 초전도 여자기가 한 극의 계자 권선에 할당하는 1:1 매칭을 통하여 초전도 여자기와 계자극이 일체화되며 각 계자 극간의 접합이 존재하지 않게 되어 초전도 여자기와 계자극이 모듈화 되는 회전자 구성을 갖게 된다.In conclusion, the superconducting exciter and the field magnetic pole are integrated through 1:1 matching in which one superconducting exciter is assigned to the field winding of one pole, and the junction between each field pole does not exist, so that the superconducting exciter and the field pole are modularized. You will have a composition.
한편, 도 4에서는 본 발명에 따른 비접촉식 초전도 여자기와 초전도 계자권선이 일체화되어 모듈형으로 구성되는 계자극의 전기적인 등가회로와 원천특허의 회로구성 간 대비 비교 예시가 도시되어 있다.(4극의 구성을 갖는 계자 기준으로 예시함)On the other hand, Figure 4 shows an example of comparison between the electrical equivalent circuit of the field pole and the circuit configuration of the original patent, which is configured in a modular form by integrating a non-contact superconducting exciter and a superconducting field winding according to the present invention. Illustrated based on field structure with composition)
먼저, 초전도 상태에서 정류화된 직류 전원을 발생하여 초전도 코일에 비접촉식으로 전류 충전이 가능한 영구자석 기반의 플럭스 펌프 초전도 여자장치는 충전 대상이 되는 초전도 코일과의 전기적인 연결을 통하여 초전도 상태의 R-L회로를 구성하게 된다. First, a flux pump superconducting device based on a permanent magnet that generates a rectified DC power in a superconducting state and can charge a current in a non-contact manner to the superconducting coil is an RL circuit in a superconducting state through electrical connection with the superconducting coil to be charged. Will constitute.
이때, 원천특허(도면 중 상측 회로)의 회로내에서 초전도 여자기가 충전해야할 총 부하 인덕턴스 각 계자 권선의 인덕턴스의 총합(Lt ≥ L1+L2+L3+L4 = 4L1)이 되며 충전 운전시 최대 전류를 포화시키기 위한 시정수 (τ=Lt/Rt)는 총 인덕턴스 값에 비례하여 길어진다.At this time, the total load inductance to be charged by the superconducting exciter in the circuit of the original patent (the upper circuit in the drawing) is the sum of the inductances of each field winding (Lt ≥ L1 + L2 + L3 + L4 = 4L1), and the maximum current during charging operation is The time constant for saturation (τ=Lt/Rt) increases in proportion to the total inductance value.
반면에 본 발명(도면 중 하측 회로)에서 제안되는 구조는 하나의 초전도 여자기가 충전해야 할 총 부하 인덕턴스는 계자 권선 하나의 인덕턴스 (Lt = L1)가 되어 시정수가 감소하게 되며 이에 비례하여 충전 속도가 빨라지는 효과가 발생된다.On the other hand, in the structure proposed in the present invention (lower circuit in the drawing), the total load inductance to be charged by one superconducting exciter becomes the inductance of one field winding (Lt = L1), and the time constant decreases, and the charging speed is proportionally reduced. The effect of speeding up occurs.
이와 같이 본 발명의 모듈형 구조는 계자 극간의 접합이 필요 없게 되어 회로내의 총저항 (Rt = Rd (동적 저항)+ Rj(여자기와 계자극간 접합저항)+ Rp(계자극간 접합 저항))을 감소시키는 효과가 있다. As described above, the modular structure of the present invention eliminates the need for bonding between field poles, reducing the total resistance in the circuit (Rt = Rd (dynamic resistance) + Rj (junction resistance between excitation and field poles) + Rp (junction resistance between field poles)). There is an effect of letting go.
이에 따라 회로 내에 최대로 포화되는 전류 (Is=Vdc/Rt)의 크기를 크게 하여 여자기 충전 성능의 향상을 기대 할 수 있다. Accordingly, it is expected that the exciter charging performance can be improved by increasing the size of the maximum saturated current (Is = Vdc/Rt) in the circuit.
또한, 이러한 저항 감소는 초전도 여자기의 열적 손실(Pe=Is2Rt)을 감소시켜 여자 효율 증대 및 냉각용량 감소 효과를 기대 할 수 있을 뿐 아니라 저항 감소에 따른 자연 방전 시간이 길어져 영구전류 모드 운전시 전류 보상 주기 및 시간을 감소시킬 수 있다. In addition, this reduction in resistance reduces the thermal loss (Pe=Is2Rt) of the superconducting exciter, thereby increasing the excitation efficiency and reducing the cooling capacity. As well as the natural discharge time due to the decrease in resistance, the current It is possible to reduce the compensation period and time.
그리고, 부하 초전도 코일에 전원을 공급하는 직류 전압의 크기는 일반적으로 시변하는 자속의 크기와 시변 속도에 비례하게 되며 시변자속이 가해지는 상태에서만 고온초전도 선재에서 발생하는 동적 저항 또한 자속의 크기와 시변속도에 비례하는 관계를 갖는다. In addition, the magnitude of the DC voltage supplying power to the load superconducting coil is generally proportional to the magnitude of the time-varying magnetic flux and the time-varying speed, and the dynamic resistance that occurs in the high-temperature superconducting wire only when the time-varying magnetic flux is applied is also the magnitude and time-varying of the magnetic flux. It has a relationship proportional to the speed.
따라서, 각각의 회전형 영구자석 모듈의 회전 방향 및 속도를 임의로 제어함으로써 각 부하 초전도 코일에 충전 되는 전류의 크기 및 속도를 운전상황에 따라 독립적이며 개별적인 제어가 가능해 진다. Therefore, by arbitrarily controlling the rotation direction and speed of each rotating permanent magnet module, it is possible to independently and individually control the magnitude and speed of the current charged in each load superconducting coil according to the driving situation.
아울러, 직류 전자석은 보조 전원으로서 전자석의 여자전류 및 극성 전환 제어를 통하여 부하 초전도 코일에 충전되는 전류의 크기 및 충전 속도를 보조적으로 제어하게 된다.In addition, the DC electromagnet is an auxiliary power source and controls the amount of current charged in the load superconducting coil and the charging speed through control of the excitation current and polarity switching of the electromagnet.
한편, 도 5에는 본 발명에 따른 회전자가 정지된 상태에서 회전형 영구자석 모듈을 임의의 속도로 회전하여 초전도 계자 권선에 초기 전류를 여자하는 운전 모드를 예시한다. Meanwhile, FIG. 5 illustrates an operation mode in which an initial current is excited to a superconducting field winding by rotating a rotating permanent magnet module at an arbitrary speed while the rotor is stopped according to the present invention.
이러한 회전형 영구자석 모듈과 결합된 별도의 서보모터는 구동의 속도를 임의의 방향 및 속도로 제어하여 시변자속의 방향 및 주기를 제어함으로써 회전자가 정지된 상태에서도 초전도 계자 권선의 초기 전류를 비접촉식으로 충전이 가능하다. A separate servomotor combined with such a rotating permanent magnet module controls the speed of the drive in an arbitrary direction and speed to control the direction and period of the time-varying magnetic flux, thereby non-contacting the initial current of the superconducting field winding even when the rotor is stopped. Charging is possible.
이때, 회전형 영구자석 모듈을 통하여 일정량의 계자 전류를 충전한 후에 회전기로서 운전 동작을 수행 할 수 있다. At this time, after charging a certain amount of field current through the rotating permanent magnet module, the driving operation may be performed as a rotating machine.
특히, 고온초전도 회전기가 전동기로 운전되는 경우에는 회전기 고정자에 위치하는 전기자 권선이 발생하는 3상 회전자계와 동기화가 가능한 정도의 계자 전류 충전을 목표로 한다.In particular, when the high-temperature superconducting rotor is driven by an electric motor, it aims to charge a field current that can be synchronized with a three-phase rotating magnetic field generated by an armature winding located in the rotor stator.
또한, 도 6은 도 5의 운전을 통하여 초전도 계자 권선을 일정량 초기 충전 후에 정격 전류를 여자하는 운전 모드를 예시한다. In addition, FIG. 6 illustrates an operation mode in which the superconducting field winding is initially charged by a predetermined amount and then a rated current is excited through the operation of FIG. 5.
즉, 본 발명에 따른 회전형 영구자석 모듈의 회전에 의하여 초기 일정량의 계자 전류가 충전되면 영구자석의 회전을 정지하고 회전기 회전자의 상대적인 회전에 의하여 정지된 영구자석은 시변성을 가지게 되며 이를 초전도 여자장치 회전자에 권선된 고온초전도 선재에 인가하게 된다. That is, when a certain amount of field current is initially charged by the rotation of the rotating permanent magnet module according to the present invention, the rotation of the permanent magnet is stopped, and the permanent magnet stopped by the relative rotation of the rotator has time-varying properties. It is applied to the high-temperature superconducting wire wound around the rotor of the excitation device.
이러한 시변 자속의 쇄교를 통하여 정격 계자 전류로 충전이 가능해지며 해당 운전에서 영구자석을 회전하는데 소요되는 전력을 저감할 수 있다. Through the linkage of the time-varying magnetic flux, charging can be performed with the rated field current, and the power required to rotate the permanent magnet in the corresponding operation can be reduced.
만약 충전 전류의 크기 및 충전 속도의 제어가 필요할 시에는 회전형 영구자석을 추가로 운전하여 목표하는 운전환경으로 제어가 가능하다.If it is necessary to control the size of the charging current and the charging speed, it is possible to control the target driving environment by additionally operating a rotating permanent magnet.
이때 회전자의 회전 속도는 회전기 운전 환경에 지배되므로 제어 요소가 될 수 없으므로 회전형 영구자석의 방향 및 속도를 제어하여 상대적인 속도차를 제어하게 된다.At this time, since the rotational speed of the rotor is governed by the operating environment of the rotor, it cannot be a control element, so the relative speed difference is controlled by controlling the direction and speed of the rotating permanent magnet.
또한, 도 7은 본 발명에 따른 직류 전자석을 회전형 영구자석 모듈의 반경방향의 후면에 배치할 경우의 계자 전류를 제어하는 운전 모드를 예시한다. In addition, FIG. 7 illustrates an operation mode for controlling the field current when the DC electromagnet according to the present invention is disposed on the rear surface of the rotating permanent magnet module in the radial direction.
즉, 회전기 운전 중 초전도 계자 권선의 여자전류의 제어가 요구될 시 직류 전자석의 작동을 통하여 초전도 여자기 회전자에 권선된 고온초전도 선재에 쇄교되는 자속량을 감자 또는 증자 제어하여 비접촉 충전전류의 그 양을 증감 시킬 수 있다. In other words, when control of the excitation current of the superconducting field winding is required during operation of the rotating machine, the amount of magnetic flux linked to the high-temperature superconducting wire wound on the superconducting exciter rotor is demagnetized or increased through the operation of the DC electromagnet to increase the amount of non-contact charging current. You can increase or decrease the amount.
이때, 만약 충전 전류의 증가가 필요할 경우 영구자석의 주자속이 증가 하는 방향으로 직류 전자석의 극성을 설정 및 일정 전류를 인가함으로써 총 쇄교자속량을 증가 시킬 수 있다. In this case, if an increase in the charging current is required, the total amount of flux linkage can be increased by setting the polarity of the DC electromagnet in the direction of increasing the main magnetic flux of the permanent magnet and applying a constant current.
그리고, 반대로 충전 전류의 감소가 필요한 경우 영구자석의 주자속이 감소 하는 방향으로 직류 전자석의 극성을 설정 및 일정 전류를 인가함으로써 총 쇄교자속량을 감소시 킬 수 있다. In contrast, when a reduction in the charging current is required, the total amount of flux linkage can be reduced by setting the polarity of the DC electromagnet in the direction in which the main magnetic flux of the permanent magnet decreases and applying a constant current.
따라서 회전기 운전 동작 중 필요로 하는 계자 전류를 목표로 하여 각 계자극을 독립적으로 제어가 가능해 진다.Therefore, each field pole can be independently controlled by targeting the field current required during the operation of the rotating machine.
그리고, 도 8은 직류 전자석을 회전형 영구자석 모듈의 동일 축상의 후면에 배치할 경우의 계자 전류를 제어하는 운전 모드를 예시한다. In addition, FIG. 8 illustrates an operation mode for controlling the field current when the DC electromagnet is disposed on the rear side of the rotating permanent magnet module on the same axis.
즉, 회전기 운전 중 초전도 계자 권선의 여자전류의 제어가 요구될시 직류 전자석의 작동을 통하여 영구자석의 주자속에 의해 초전도 여자장치에 발생한 직류 전압과 동일 혹은 반대의 극성을 가지는 별도의 부 전압원을 추가로 발생시켜 비접촉 충전전류의 그 양을 증감 시킬 수 있다. In other words, when control of the excitation current of the superconducting field winding is required during operation of the rotating machine, a separate negative voltage source having the same or opposite polarity as the DC voltage generated in the superconducting excitation device is added by the main magnetic flux of the permanent magnet through the operation of the DC electromagnet. Can be generated to increase or decrease the amount of non-contact charging current.
이때, 만약 충전 전류의 증가가 필요할 경우 영구자석의 주자속에 의해 발생하는 주 전압원과 동일 극성의 부 전압원이 발생하도록 직류 전자석의 극성을 설정 및 일정 전류를 인가함으로써 초전도 회로내의 총 직류전압의 크기를 증가 시켜 충전 전류의 크기를 증가 시킬 수 있다. At this time, if the charging current needs to be increased, the total DC voltage in the superconducting circuit is increased by setting the polarity of the DC electromagnet so that a negative voltage source of the same polarity as the main voltage source generated by the main magnetic flux of the permanent magnet is generated. By increasing it, the size of the charging current can be increased.
그리고, 반대로 충전 전류의 감소가 필요할 경우 영구자석의 주자속에 의해 발생하는 주 전압원과 반대 극성의 부 전압원이 발생하도록 직류 전자석의 극성을 설정 및 일정 전류를 인가함으로써 초전도 회로내의 총 직류전압의 크기를 감소시켜 충전전류의 크기를 감소시 킬 수 있다. In addition, if the charge current needs to be reduced, the total DC voltage in the superconducting circuit is increased by setting the polarity of the DC electromagnet and applying a constant current so that a negative voltage source with a polarity opposite to the main voltage source generated by the main magnetic flux of the permanent magnet is generated. By reducing it, the size of the charging current can be reduced.
따라서 회전기 운전 동작 중 필요로 하는 계자 전류를 목표로 하여 각 계자극을 독립적으로 제어가 가능해 진다.Therefore, each field pole can be independently controlled by targeting the field current required during the operation of the rotating machine.
아울러, 도 9는 본 발명에 따른 고온초전도 회전기가 전동기로 운전될 경우 회전방향이 역전시에 영구자석의 극성 착자의 틸팅 및 교체를 통하여 초전도 여자장치에 의한 비접촉 충전 전류의 방전을 방지하고 일정한 극성을 유지하기 위한 운전 모드를 예시한다. In addition, FIG. 9 shows that when the high-temperature superconducting rotor according to the present invention is operated by an electric motor, when the rotation direction is reversed, the polarity of the permanent magnet is tilted and replaced to prevent discharge of the non-contact charging current by the superconducting excitation device and constant polarity. Illustrative of the driving mode to maintain.
즉, 회전자의 정방향 회전 및 N극 영구자석 착자를 통하여 발생된 초전도 여자장치의 직류전압의 극성을 (+)로 기준할 경우 회전기 고정자에 위치한 3상 전기자 권선의 여자를 역상하여 운전할 경우 회전기의 회전방향이 역방향으로 전환되는데 이때 초전도 여자장치의 직류전압원의 극성 또한 반대인 (-)로 변경되어 계자전류가 방전이 되게 된다. In other words, if the polarity of the DC voltage of the superconducting excitation device generated through the forward rotation of the rotor and the N-pole permanent magnet magnetization is based on (+), the rotation of the rotor is operated with the excitation of the three-phase armature winding located in the rotor stator reversed. The rotation direction is switched to the reverse direction, and at this time, the polarity of the DC voltage source of the superconducting excitation device is also changed to negative (-), causing the field current to discharge.
이러한 전류 방전은 각 계자 권선의 극성 및 자력을 유지 못하게 되어 3상 전기자 권선이 발생하는 회전자계와의 동기화를 이탈하게 된다. Such current discharge does not maintain the polarity and magnetic force of each field winding, resulting in out of synchronization with the rotating magnetic field generated by the three-phase armature winding.
이는 회전의 부조화에 따른 소음/진동 발생 및 회전력 상실에 따른 정상 작동을 불가능하게 한다. This makes it impossible to generate noise/vibration due to incongruity of rotation and normal operation due to loss of rotational force.
이러한 문제점을 해결하기 위해 N극으로 착자된 영구자석의 각도를 틸팅하여 초전도 여자기 회전자부의 고온초전도 선재에 쇄교하지 못하여 (-)방향의 직류전압이 발생하지 못한다. In order to solve this problem, the angle of the permanent magnet magnetized with the N pole is tilted to prevent the connection to the high-temperature superconducting wire of the rotor of the superconducting exciter, and thus the direct voltage in the negative direction cannot be generated.
따라서 이 경우 초전도 R-L회로내의 접합저항에 의하여 시간에 따라 지수적으로 충전전류의 미세한 감쇄가 발생하며 접합저항이 최소화되는 모듈화 구조에 의해 영구전류 모드 운전이 가능하게 된다. Therefore, in this case, a minute attenuation of the charging current occurs exponentially over time due to the junction resistance in the superconducting R-L circuit, and the permanent current mode operation is possible due to the modular structure in which the junction resistance is minimized.
혹여나 시간에 따른 전류방전이 클 경우 별도로 구비된 S극으로 착자된 영구자석을 초전도 여자장치 회전자부의 고온초전도선재에 쇄교하는 방향으로 틸팅하는 동작을 수행하여 방전되는 전류를 보상하여 초기의 계자 전류를 유지하는 운전을 수행 할 수 있다. In case the current discharge over time is large, the initial field is compensated for the discharged current by tilting the permanent magnet magnetized with the S pole separately provided in the direction of linking the high-temperature superconducting wire of the superconducting excitation device rotor. You can perform an operation that maintains current.
또한 이러한 영구자석의 틸팅 기능을 통해 직류전압원을 발생하는 시변자속의 쇄교량을 제어할 수 있다. In addition, it is possible to control the linkage of the time-varying magnetic flux generating the DC voltage source through the tilting function of the permanent magnet.
그리고, 회전기의 정상 운전 중 충전 전류의 감소제어가 요구될시에는 영구자석의 각도를 임의의 각도로 틸팅함으로써 자속 쇄교량을 감소시켜 전류를 줄이는 제어 운전이 가능하다.In addition, when reduction control of the charging current is required during normal operation of the rotating machine, the control operation to reduce the current by reducing the flux linkage is possible by tilting the angle of the permanent magnet to an arbitrary angle.
ACKNOWLEDGMENT ACKNOWLEDGMENT
국문 : 본 연구는 한국전력공사의 2018년 착수 에너지 거점대학 클러스터 사업에 의해 지원되었음 (과제번호:R18XA03)Korean: This study was supported by the Korea Electric Power Corporation's 2018 Energy Base University Cluster Project (Project Number:R18XA03)
영문 : This research was supported by Korea Electric Power Corporation. (Grant number: R18XA03)English: This research was supported by Korea Electric Power Corporation. (Grant number: R18XA03)
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 implemented by anyone of ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes are within the scope of the claims.
10 ... 로터 코어 20 ... 냉매통
30 ... 전기자 권선 40 ... 고정자 코어
100 ... 초전도 계자극 모듈 110 ... 고온초전도 선재
120 ... 초전도 여자기 회전자 130 ... 초전도 계자 권선
140 ... 리드 접합 200 ... 회전형 영구자석 모듈
210 ... 서보모터 220 ... 회전체
230 ... 영구자석 300 ... 직류 전자석10 ...
30 ... armature winding 40 ... stator core
100 ... Superconducting
120 ...
140 ... lead splicing 200 ... rotating permanent magnet module
210 ...
230 ...
Claims (5)
상기 초전도 회전기는 회전형 영구자석 모듈(200)의 회전축을 기준으로 동일 축선상 일측에 감자 또는 증자를 위한 추가 직류 전원의 별도 생성을 위한 직류 전자석(300)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 계자 권선별 독립 제어가 가능한 비접촉식 초전도 여자기와 일체화된 모듈형 초전도 계자극을 탑재한 초전도 회전기.The rotor core 10 is built in the refrigerant container 20 in the form of a hollow tube and rotates axially, but the inner space of the refrigerant container 20 and the outer circumferential direction of the rotor core 10 are equally spaced based on the axis. A plurality of superconducting field stimulation modules 100 divided into are formed to be provided, and the superconducting field stimulation module 100 includes a superconducting exciter rotor 120 having a high-temperature superconducting wire 110 and a race track type superconducting field winding (130) is connected to be matched 1:1 by the lead junction 140, and the superconducting field winding 130 side has a stator core 40 having an armature winding 30 formed outside the refrigerant container 20 Arranged so as to correspond, but the superconducting exciter rotor 120 side is formed to correspond to the rotating permanent magnet module 200 disposed at the room temperature outside the refrigerant container 20, the rotating permanent magnet module 200 Is arranged to match each superconducting field winding 130 in a 1:1 position, so that each superconducting field stimulation module 100 is charged in a non-contact manner, so that individual variable control of the excitation current is achieved. In a superconducting rotating machine equipped with a modular superconducting field magnetic pole integrated with a non-contact type superconducting exciter,
Field winding, characterized in that the superconducting rotating machine further comprises a DC electromagnet 300 for separately generating additional DC power for demagnetization or steam increase on one side on the same axis with respect to the rotation axis of the rotary permanent magnet module 200 A superconducting rotating machine equipped with a modular superconducting field magnetic pole integrated with a non-contact superconducting exciter capable of selectively independent control.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200138892A KR102189210B1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Superconducting rotating machine equipped with the modular superconducting field poles integrated with contactless superconducting field exciter capable of independent controlling for each field winding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200138892A KR102189210B1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Superconducting rotating machine equipped with the modular superconducting field poles integrated with contactless superconducting field exciter capable of independent controlling for each field winding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102189210B1 true KR102189210B1 (en) | 2020-12-09 |
Family
ID=73786865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200138892A KR102189210B1 (en) | 2020-10-26 | 2020-10-26 | Superconducting rotating machine equipped with the modular superconducting field poles integrated with contactless superconducting field exciter capable of independent controlling for each field winding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102189210B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102274331B1 (en) * | 2021-01-29 | 2021-07-06 | 제주대학교 산학협력단 | Test device and high-temperrature superconducting rotating system applying for active current control type contactless superconducting exciter with hybrid magnet |
| KR102459632B1 (en) * | 2022-09-07 | 2022-10-26 | 제주대학교 산학협력단 | High-Temperature Superconducting Rotating Machine equipped with Fault Tolerant Cryogenic Cooling Structure using Thermal Battery with Solid Cryogen |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101349362B1 (en) | 2012-07-11 | 2014-01-14 | 한국전기연구원 | Apparatus for recovering waste heat with rankine cycle in cremantion furnace |
| KR20170050551A (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-11 | 창원대학교 산학협력단 | Apparatus for modularized superconducting power generation using flux pump |
| KR101766684B1 (en) * | 2017-05-23 | 2017-08-09 | 제주대학교 산학협력단 | High temperature superconducting rotating machine with a contactless rotary excitation device |
| KR102098062B1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-04-07 | 제주대학교 산학협력단 | Current Control Method of Contactless Superconducting Excitation Device Using Flux Switching |
| KR102112045B1 (en) * | 2020-02-27 | 2020-05-18 | 제주대학교 산학협력단 | High Temperature Superconducting Rotating Machine with Active Contacless Dual Excitation Device Using Radial and Axial-Flux Swithcing and it's Performance Evaluation Device |
-
2020
- 2020-10-26 KR KR1020200138892A patent/KR102189210B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101349362B1 (en) | 2012-07-11 | 2014-01-14 | 한국전기연구원 | Apparatus for recovering waste heat with rankine cycle in cremantion furnace |
| KR20170050551A (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-11 | 창원대학교 산학협력단 | Apparatus for modularized superconducting power generation using flux pump |
| KR101766684B1 (en) * | 2017-05-23 | 2017-08-09 | 제주대학교 산학협력단 | High temperature superconducting rotating machine with a contactless rotary excitation device |
| KR102098062B1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-04-07 | 제주대학교 산학협력단 | Current Control Method of Contactless Superconducting Excitation Device Using Flux Switching |
| KR102112045B1 (en) * | 2020-02-27 | 2020-05-18 | 제주대학교 산학협력단 | High Temperature Superconducting Rotating Machine with Active Contacless Dual Excitation Device Using Radial and Axial-Flux Swithcing and it's Performance Evaluation Device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102274331B1 (en) * | 2021-01-29 | 2021-07-06 | 제주대학교 산학협력단 | Test device and high-temperrature superconducting rotating system applying for active current control type contactless superconducting exciter with hybrid magnet |
| WO2022164070A1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 제주대학교 산학협력단 | Testing apparatus for active current control-type non-contact superconductive exciter having hybrid magnet installed therein, and high-temperature superconducting rotating machine using same |
| KR102459632B1 (en) * | 2022-09-07 | 2022-10-26 | 제주대학교 산학협력단 | High-Temperature Superconducting Rotating Machine equipped with Fault Tolerant Cryogenic Cooling Structure using Thermal Battery with Solid Cryogen |
| WO2024053809A1 (en) * | 2022-09-07 | 2024-03-14 | 제주대학교 산학협력단 | High-temperature superconducting rotary machine having solid refrigerant cooling battery-based cryogenic cooling module structure for improving long-term operation and maintenance reliability |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6177746B1 (en) | Low inductance electrical machine | |
| US20070046124A1 (en) | Field controlled axial flux permanent magnet electrical machine | |
| KR100780018B1 (en) | System having combined function of electric motor and generator | |
| KR102189210B1 (en) | Superconducting rotating machine equipped with the modular superconducting field poles integrated with contactless superconducting field exciter capable of independent controlling for each field winding | |
| US11133763B1 (en) | Magnetically de-coupled, separately controlled, multiple electric machine assembly for driving a common shaft | |
| US20120153763A1 (en) | Synchronous motor | |
| KR102274331B1 (en) | Test device and high-temperrature superconducting rotating system applying for active current control type contactless superconducting exciter with hybrid magnet | |
| JP2005505224A (en) | Electric motors, especially electronically rectified DC motors | |
| US5059884A (en) | Variable reluctance motor providing holding torque | |
| KR102636787B1 (en) | Power distribution in an electric machine with commutated rotor windings | |
| CN105305757A (en) | Double cross hybrid excitation motor | |
| KR102112045B1 (en) | High Temperature Superconducting Rotating Machine with Active Contacless Dual Excitation Device Using Radial and Axial-Flux Swithcing and it's Performance Evaluation Device | |
| CN110739891B (en) | Electric excitation synchronous reluctance brushless power generation system | |
| CN113691092B (en) | Double-stator axial magnetic field hybrid excitation memory motor with asymmetric air gap structure | |
| CA2655819C (en) | Inductor-type synchronous machine | |
| JP7047337B2 (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
| KR102098062B1 (en) | Current Control Method of Contactless Superconducting Excitation Device Using Flux Switching | |
| CN100386953C (en) | Mixed excitation bisalient-pole permanent-magnet synchronous machine | |
| US7791246B2 (en) | Axial motor | |
| CN112787476B (en) | Integrated direct-current induction hybrid excitation brushless motor based on alternating-pole rotor | |
| CN112910130B (en) | Rotor magnetic pole modulation type variable magnetic flux memory motor | |
| JP2004509599A (en) | Electric machine | |
| US10236756B2 (en) | Rotating electric machine | |
| CN108599492A (en) | A kind of modular axial magnetic flow switch reluctance motor | |
| CN210608875U (en) | Radial magnetic field composite magnetic flux switching motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |