KR102559281B1 - winding machine including sanding device for a second-generation high-temperature superconducting wire capable of improving the magnetic field responsiveness of superconducting coils - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초전도 코일 제작에 사용되는 2세대 고온초전도 선재의 접촉 저항을 높일 수 있는 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2세대 고온초전도 선재의 구리 도금층을 샌딩 처리함에 따라 샌딩된 표면의 접촉 저항을 높임으로써 초전도 코일의 접촉 저항을 높여 자기장 응답성 개선이 가능한 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a processing apparatus capable of increasing the contact resistance of second-generation high-temperature superconducting wires used in manufacturing superconducting coils, and more particularly, to a coil winding device including a sanding apparatus for second-generation high-temperature superconducting wires capable of improving magnetic field response by increasing the contact resistance of a sanded surface by sanding a copper plating layer of the second-generation high-temperature superconducting wires.
일반적으로 초전도 코일이란, 초전도 선재를 감아서 전기코일로 제조한 것으로, 전기 저항이 없기 때문에 대전류를 흘릴 수 있고, 이에 따라 강력한 자기장을 만들 수 있게 된다.In general, a superconducting coil is made of an electric coil by winding a superconducting wire, and since there is no electrical resistance, a large current can flow and, accordingly, a strong magnetic field can be created.
이러한 초전도 코일 제작에 사용될 수 있는 초전도 도체 후보군 중 2세대 고온초전도 선재는 도체의 기계적, 전기적 안정도를 향상시키기 위해 도체 최 외곽에 구리 도금층 형성하게 된다. 이러한 2세대 고온초전도 선재를 이용하여 초전도 코일을 제작하는 기존의 방식은 코일 권선시 턴과 턴 사이에 절연 필름을 부착하여 전류의 흐름을 권선 방향으로 유도할 수 있게 된다. 이를 "절연 초전도 코일"이라 한다.Second-generation high-temperature superconducting wires among the superconducting conductor candidates that can be used in the manufacture of these superconducting coils have a copper plating layer formed on the outermost surface of the conductor to improve the mechanical and electrical stability of the conductor. In the conventional method of fabricating a superconducting coil using such second-generation high-temperature superconducting wire, an insulating film is attached between turns when winding the coil, so that current flow can be induced in the winding direction. This is called "insulated superconducting coil".
하지만, 코일의 일부분에 전기적, 열적, 기계적 요인에 의해 ??치 등의 문제가 발생할 경우 큰 저항이 발생되어 저항에 의한 전류의 흐름이 원활하지 않게 되고, 지속적인 전류의 흐름으로 저항 부분의 온도가 상승하며 고온에 의해 코일이 타버리는 문제가 발생하게 된다.However, when a problem such as an electric, thermal, or mechanical factor occurs in a portion of the coil, a large resistance is generated, so that the flow of current due to the resistance is not smooth, and the temperature of the resistance part rises due to the continuous flow of current. A problem of burning the coil due to high temperature occurs.
무절연(Non-Insulation) 권선기술은 2세대 고온초전도 코일을 권선함에 있어서, 권선 턴간의 전기적 절연을 목적으로 사용하는 절연체를 제거함으로써 초전도 코일의 소형, 경량성을 증대하여 응용 시스템의 에너지밀도를 증가시킬 수 있다.Non-insulation winding technology removes the insulator used for electrical insulation between winding turns when winding second-generation high-temperature superconducting coils, thereby increasing the small size and light weight of the superconducting coil, thereby increasing the energy density of the application system.
또한, 권선 턴간의 접촉상태에 있어 전기적 저항과 열적 저항을 작게 하여 초전도체의 국부적인 혹은 전역의 상전도화(Quench) 현상이 발생할 경우 코일에 통전되는 전류의 일부를 인접한 턴으로 우회 및 분산시키고 상전도 지역의 저항과 통전전류에 의해 발생되는 줄열(Joule heating)을 인접한 턴으로 전달 및 분산시킴으로써 전자기적 혹은 열적으로 과도적인 운전환경에서 자체적 안정화(Self stabilizing effect)를 수행하여 2세대 고온초전도 코일 시스템의 운전 신뢰성과 경제성을 향상시킬 수 있는 핵심 기술이다. In addition, when a local or global quench phenomenon occurs in a superconductor by reducing the electrical and thermal resistance in the contact state between winding turns, a part of the current energized in the coil is bypassed and dispersed to adjacent turns, and the Joule heating generated by the resistance and energizing current in the quench area is transferred and dispersed to adjacent turns, thereby performing a self-stabilizing effect in an electromagnetically or thermally transient operating environment. It is a key technology that can improve the operational reliability and economic feasibility of the system.
다만, 2세대 고온초전도 선재 간의 직접적인 물리적 접촉으로 인하여 권선 턴 간의 접촉저항이 매우 낮아져 권선방향으로 통전되는 전류의 일부가 인접한 턴으로 누설되어 자기장을 발생하는 권선방향으로의 전류가 감소되고, 결과적으로 통전 전류와 목표하는 발생 자기장 사이의 시간차가 발생하는 자기장 충전 지연 현상이 발생하게 되며 이는 초전도 코일의 전기적 시정수를 크게 하는 것을 의미한다.However, due to the direct physical contact between second-generation high-temperature superconducting wires, the contact resistance between winding turns is very low, so that a part of the current flowing in the winding direction leaks to the adjacent turns, thereby reducing the current in the winding direction that generates a magnetic field.
종래의 고온초전도 코일의 턴간 접촉저항은 값이 작을수록 자기장 응답의 지연이 오래 발생하게 되어 신속한 자기장 제어가 어려워져 오히려 고온초전도 코일의 운전 신뢰성이 저하될 수 있다.The smaller the value of the contact resistance between turns of the conventional high-temperature superconducting coil, the longer the delay in the magnetic field response occurs, making it difficult to control the magnetic field quickly, and thus the operation reliability of the high-temperature superconducting coil may deteriorate.
더욱이, 전동기 또는 발전기 운전 중 내,외부적으로 전자기적, 기계적, 열적 외란이 발생할 경우 상대적으로 작은 외란임에도 불구하고 매우 낮은 접촉저항 특성으로 인하여 통전 전류의 누설이 발생할 경우 초전도 계자코일의 기자력을 유지하지 못하여 회전기 출력 제어의 신뢰성을 보장할 수 없게 된다.Moreover, when electromagnetic, mechanical, or thermal disturbances occur internally or externally during the operation of a motor or generator, even if the disturbance is relatively small, leakage of energizing current occurs due to very low contact resistance characteristics. The magnetomotive force of the superconducting field coil cannot be maintained, making it impossible to guarantee the reliability of output control of the rotor.
또한, 작은 턴간 접촉저항으로 초전도 코일의 시정수가 커질 경우 충, 방전에 필요한 시간은 시정수에 비례하여 커지며 만약 유지보수가 요구될 시 정상운전으로의 복구 시간을 길게 하여 시스템 이용률 저하에 의한 경제성을 저하시킬 수 있다.In addition, when the time constant of the superconducting coil increases due to the small turn-to-turn contact resistance, the time required for charging and discharging increases in proportion to the time constant.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고온초전도 코일을 제작함에 있어서 2세대 고온초전도 선재 최외곽에 전기도금된 구리 안정화층의 표면 거칠기를 조절하여 코일 권선내 턴간 접촉저항을 상대적으로 크게 함으로써, 누설 전류를 억제하여 발생 자기장의 시간적 지연을 줄이는 자기장의 응답성(속응성) 향상 기술이 적용된 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and in manufacturing a high-temperature superconducting coil, by adjusting the surface roughness of the copper stabilization layer electroplated on the outermost part of the second-generation high-temperature superconducting wire to relatively increase the contact resistance between turns in the coil winding, a coil winding including a sanding device for second-generation high-temperature superconducting wire, which can increase the contact resistance of a superconducting coil to which a technology for improving the responsiveness (quick response) of a magnetic field that reduces the temporal delay of the generated magnetic field by suppressing leakage current is applied. It is intended to provide a line device.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치는, 초전도 선재를 공급하는 초전도 선재 카세트, 상기 초전도 선재 카세트로부터 공급되는 초전도 선재를 이송하는 초전도 선재 이송부, 상기 초전도 선재 이송부에서 초전도 선재가 이송되는 경로에 구비되어 초전도 선재가 이송되는 동안 초전도 선재를 샌딩하는 샌딩부 및 상기 샌딩부에 의해 샌딩처리된 초전도 선재를 코일 형태로 권취하는 권취부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding apparatus capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention to solve the above problems is provided in a superconducting wire cassette for supplying superconducting wires, a superconducting wire transfer unit for transferring the superconducting wire supplied from the superconducting wire cassette, and a superconducting wire transfer unit in the superconducting wire transfer unit, which is provided on a path along which the superconducting wire is transported. It is characterized in that it includes a sanding unit for sanding the conductive wire and a winding unit for winding the superconducting wire sanded by the sanding unit in a coil shape.
여기서, 상기 초전도 선재 이송부는, 초전도 선재가 이송되는 하부를 지지하는 선재 지지 롤러와, 상기 선재 지지 롤러의 하부에 구비되어 상기 선재 지지 롤러가 초전도 선재를 지지하는 장력을 제어하는 선재 장력 제어 장치 및 상기 샌딩부의 뒤쪽에 구비되어 샌딩된 초전도 선재를 일정한 속도로 이송되도록 안내하는 선재 가이드 풀리를 포함하는 것을 특징으로 한다. Here, the superconducting wire conveying unit may include a wire rod support roller supporting a lower part where the superconducting wire is transported, a wire rod tension control device provided under the wire rod supporting roller to control the tension with which the wire rod support roller supports the superconducting wire, and a wire guide pulley provided behind the sanding unit and guiding the sanded superconducting wire to be transported at a constant speed.
또한, 상기 샌딩부는, 초전도 선재에 접촉되며 샌딩하는 샌딩 페이퍼, 상기 샌딩 페이퍼의 상부에 구비되어 샌딩 페이퍼가 초전도 선재에 접촉되는 장력을 제어하는 장력 제어부 및 상기 장력 제어부의 상부에 구비되어 샌딩하고자 하는 거칠기에 따라 샌딩 페이퍼가 초전도 선재로 밀착되는 정도를 조절하는 거칠기 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the sanding unit may include sanding paper in contact with the superconducting wire for sanding, a tension control unit provided on top of the sanding paper to control the tension at which the sanding paper comes into contact with the superconducting wire, and a roughness control unit provided on top of the tension control unit to adjust the degree of adhesion of the sanding paper to the superconducting wire according to the roughness to be sanded.
상기 샌딩 처리부는, 초전도 선재가 이송되는 상부와 하부에 복수로 구비되어, 초전도 선재의 양쪽면 모두 샌딩 처리할 수 있는 것을 특징으로 한다.The sanding unit is provided in plural at the top and bottom where the superconducting wire is transported, so that both sides of the superconducting wire can be sanded.
본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치는, 절연층 없이 선재를 연속 적층되도록 권취하여 턴간 전류의 이동이 가능함에 따라 켄치(quench)에 의한 부분 발열을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.A coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding apparatus capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention winds the wire rods in a continuous layer without an insulating layer, thereby allowing current to move between turns, thereby reducing partial heat generation caused by a quench.
그리고 접촉면에 샌딩을 통해 스크레치를 형성하여 접촉 저항을 높여줌에 따라 전류의 손실을 방지하여 상대적으로 낮은 접촉 저항에 의한 시정수를 감소시켜 자기장 지연을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, as the contact resistance is increased by forming scratches on the contact surface through sanding, current loss is prevented and the time constant due to the relatively low contact resistance is reduced, thereby preventing magnetic field delay.
또한, 추가적인 절연물을 사용하지 않고도 턴간 접촉 저항을 높일 수 있어 초전도 코일의 소형, 경량성을 유지할 수 있는 효과가 있다. In addition, contact resistance between turns can be increased without using additional insulators, so that the superconducting coil can maintain its small size and light weight.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 샌딩부를 상세히 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 샌딩된 초전도 선재의 표면을 개략적으로 도시한 예시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 샌딩된 초전도 선재와 샌딩되지 않은 초전도 선재의 접촉 저항을 비교한 요부 단면 확대도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 자기장 응답 개선을 위한 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 샌딩된 초전도 선재의 구리 안정화층 표면 거칠기 변화에 따른 접촉 저항 특성의 변화의 예시를 나타낸 도표1 is a schematic view showing the overall configuration of a coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding treatment device for improving the magnetic field response of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing in detail a sanding unit of a coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding processing device for improving magnetic field response of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention;
3 is an exemplary diagram schematically illustrating the surface of a superconducting wire material sanded by a coil winding device including a second generation high-temperature superconducting wire sanding apparatus for improving the magnetic field response of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention;
4 is an enlarged cross-sectional view of main parts comparing the contact resistance of a superconducting wire sanded by a coil winding device including a sanding treatment device for a second-generation high-temperature superconducting wire material for improving the magnetic field response of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention and a superconducting wire material that is not sanded.
5 is a graph showing an example of a change in contact resistance characteristics according to a change in surface roughness of a copper stabilization layer of a superconducting wire sanded by a coil winding device including a sanding treatment device for second-generation high-temperature superconducting wire for improving magnetic field response of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 고온 초전도 선재 표면의 거칠기를 샌딩에 의해 가공하여 코일 권선내 턴간 접촉 저항을 상대적으로 크게 함으로써, 누설전류를 억제하고, 이에 따라 고온 초전도 코일에서 발생 자기장의 시간적 지연을 줄이는 자기장의 응답성(속응성)을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized in that the leakage current is suppressed by processing the roughness of the surface of the high-temperature superconducting wire by sanding to relatively increase the contact resistance between turns in the coil winding, thereby improving the responsiveness (quick response) of the magnetic field that reduces the temporal delay of the magnetic field generated in the high-temperature superconducting coil.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding treatment device capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding treatment device capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 초전도 선재(10)가 권취된 상태에서 초전도 선재(10)를 공급하는 초전도 선재 카세트(100), 상기 초전도 선재 카세트(100)로부터 공급되는 초전도 선재(10)를 일정한 속도로 이송하는 초전도 선재 이송부(200)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1 , the present invention includes a
그리고 초전도 선재 이송부(200)에서 초전도 선재(10)가 이송되는 경로상에 구비되어 초전도 선재(10)와 접촉되며 초전도 선재(10)를 샌딩하는 샌딩부(300)를 포함하여 구성된다.Also, the superconducting
상기 샌딩부(300)에서 샌딩에 의해 표면 거칠기가 조절된 초전도 선재(10)는 샌딩부(300)의 뒤쪽에 구비되어 샌딩된 초전도 선재(10)가 일정한 속도로 이송되며 권취되는 권취부(400)에 의해 코일 형태로 권취된다.The
상기 초전도 선재 이송부(200)는, 상기 초전도 선재 카세트(100)로부터 상기 샌딩부(300) 측으로 이송되는 동안 초전도 선재(10)의 하부를 지지하는 선재 지지 롤러(210)가 구비된다.The superconducting
그리고 상기 선재 지지 롤러(210)의 하부에는 상기 선재 지지 롤러(210)가 초전도 선재(10)를 지지하는 장력을 제어하는 선재 장력 제어 장치(220)가 구비된다.Further, a wire
상기 샌딩부(300)의 뒤쪽에는 상기 샌딩부(300)에 의해 샌딩된 초전도 선재(10)를 일정한 속도로 이송되도록 안내하는 선재 가이드 풀리(230)가 구비된다. A
그리고 상기 권취부(400)는, 초전도 선재(10)가 코일 형태로 권취되는 코일 보빈(410)과 상기 코일 보빈(410)을 일정 속도로 회전시켜 초전도 선재(10)를 적절한 강도로 감겨지도록 하는 서보 모터(420)를 포함하여 구성된다.The
이로 인해 초전도 선재(10)를 연속 이송하면서 한쪽 면을 샌딩하고, 샌딩에 의해 저항이 형성된 초전도 선재(10)를 코일 보빈(410)으로 감겨지게 함에 따라 초전도 코일을 제작할 수 있게 된다. As a result, one side of the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치의 샌딩부를 상세히 나타낸 사시도다. 2 is a perspective view showing in detail a sanding unit of a coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding processing device capable of increasing contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 샌딩부(300)는, 초전도 선재(10)와 접촉되며 초전도 선재(10)를 샌딩하는 샌딩 페이퍼(310)와, 상기 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 접촉되는 장력을 제어하는 장력 제어부(320)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2 , the
상기 샌딩 페이퍼(310)의 상부에는 샌딩 페이퍼(310)를 지지하는지지 플레이트(311)가 구비된다.A
상기 장력 제어부(320)의 상부에는 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 밀착되는 정도를 조절하여 샌딩되는 초전도 선재(10)의 거칠기를 조절할 수 있는 거칠기 조절부(330)가 구비된다.A
상기 장력 제어부(320)는 상기 샌딩 페이퍼(310)와 거칠기 조절부(330) 사이에서 상하 유동되며 샌딩 페이퍼(310)를 지지하는 유동 플레이트(321)가 구비된다.The
그리고 상기 유동 플레이트(321)와 지지 플레이트(311) 사이에 구비되어 유동 플레이트(321)와 지지 플레이트(311) 사이에서 샌딩 페이퍼(310)의 장력을 조절할 수 있는 가스 소버(322)가 구비된다.In addition, a gas absorber 322 is provided between the
그리고 상기 유동 플레이트(321)와 지지 플레이트(311)를 분리되지 않도록 지지하면서 상기 가스 소버(322)의 압력에 따라 유동 가능하게 구비되는 유동 지지축(323)을 포함하여 구성된다.And it is configured to include a
이로 인해, 장력을 제어함에 있어서, 적정 압력의 가스 소버(322)를 선정하여 적용함에 따라 장력을 보다 정밀하게 조절할 수 있게 된다.For this reason, in controlling the tension, it is possible to more precisely adjust the tension by selecting and applying the gas absorber 322 having an appropriate pressure.
상기 거칠기 조절부(330)는, 상기 샌딩 페이퍼(310) 측에 구비되는 것으로, 상하 왕복 이동하며 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 접촉되는 정도를 조절할 수 있는 거칠기 조절 플레이트(331)가 구비된다.The
그리고 상기 거칠기 조절 플레이트(331)의 하부에 구비되어 초전도 선재(10)가 이송되는 쪽으로 왕복 유동되는 제1 자석(332) 및 상기 유동 플레이트(321)의 상부에 상기 제1 자석(332)과 마주보는 위치에 구비되어, 상기 제1 자석(332)과 같은 극성으로 서로 마주보며 상기 제1 자석(332)이 하강함에 따라 샌딩 페이퍼(310) 측으로 밀려지며 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 밀착되는 정도를 조절하는 제2 자석(333)을 포함하여 구성된다.In addition, the
이때, 상기 제2 자석(333)은 상기 제1 자석(332)이 후퇴하면 탄성에 의해 샌딩 페이퍼(310) 측에서 멀어지도록 이동할 수 있도록 탄성 지지하는 지지 스프링(332a)이 구비된다. At this time, the
그리고 상기 제1 자석(332)에는 제1 자석(332)을 샌딩 페이퍼(310) 측으로 전진시켜 밀어주거나 후퇴시킬 수 있는 밀착 조절부(334)가 구비된다.In addition, the
상기 밀착 조절부(334)는 상기 제1 자석(332)을 왕복 이동시키는 볼스크류(334a)와, 상기 볼스크류(334a)를 정밀 제어하여 정해진 수치에 맞게 볼스크류(334a)를 구동시키는 스텝 모터(334b)를 포함하여 구성된다. The
여기서, 상기 제1 자석(332)과 제2 자석(333)은 자성에 의해 서로 밀려지도록 구성되어 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 밀착될 때 보다 안정적으로 밀착되도록 할 수 있게 된다.Here, the
이로 인해, 샌딩 페이퍼(310)를 이용해 초전도 선재(10)를 샌딩하여 코일로 권취되었을 때 각 접촉 부위는 샌딩면에 의한 턴간 접촉 저항을 증가시킬 수 있게 되고, 샌딩되는 정도를 정교하게 조절하여 필요한 저항을 얻을 수 있게 된다.For this reason, when the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 샌딩된 초전도 선재의 표면을 도시한 실시예도이다.3 is an exemplary view showing the surface of a superconducting wire material sanded by a coil winding device including a second generation high-temperature superconducting wire sanding apparatus capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의해 샌딩된 초전도 선재(10)는 샌딩부(300)에 의해 구리 도금층이 샌딩되어 스크래치가 형성된다.Referring to FIG. 3 , the copper plating layer of the
스크래치는 불규칙적으로 형성되고, 구리 도금층이 벗겨진 부분에 저항이 발생하며, 구리 도금층이 벗겨지지 않은 부분은 전류가 통전되어 적층 권취된 코일의 접촉면에서 접촉 저항을 증가시킬 수 있게 된다.The scratches are irregularly formed, resistance is generated in the portion where the copper plating layer is peeled off, and current is conducted in the portion where the copper plating layer is not peeled off, so that contact resistance can be increased at the contact surface of the laminated wound coil.
이로 인해, 별도의 절연층 없이도 샌딩에 의해 저항을 형성하여 접촉 저항을 높여줌에 따라 누설 전류를 최소화하여 코일의 자기장 지연을 정상화할 수 있게 된다.For this reason, it is possible to normalize the magnetic field delay of the coil by minimizing leakage current as resistance is formed by sanding without a separate insulating layer to increase contact resistance.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 샌딩된 초전도 선재와 샌딩되지 않은 초전도 선재의 접촉 저항을 비교한 요부 단면 확대도이다.4 is an enlarged cross-sectional view of main parts comparing the contact resistance of a superconducting wire sanded by a coil winding device including a sanding device for a second-generation high-temperature superconducting wire material capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention and a superconducting wire material that is not sanded.
도 4를 참조하면, 샌딩처리 없이 권취된 초전도 선재(10)의 접촉면은 공백없이 서로 밀착되어 접촉 저항이 작은 상태이고, 이에 따라 누설 전류가 커지게 된다. Referring to FIG. 4 , the contact surfaces of the
누설 전류가 커지게 되면 시정수가 증가하여 자기장의 지연도 함께 커지게 된다. When the leakage current increases, the time constant increases and the delay of the magnetic field also increases.
반면에, 샌딩 처리에 의해 표면에 공백이 많아짐에 따라 초전도 선재(10)의 접촉면은 접촉 저항이 커지게 된다. On the other hand, as the voids increase on the surface due to the sanding process, the contact resistance of the contact surface of the
이에 따라 전류는 저항 부위를 회피하여 통전되며 누설 전류가 작아지게 되고, 전류는 모든 턴을 흐르는 동안 대부분 유지되어 시정수를 감소시켜 자기장의 지연을 최소화할 수 있게 된다. Accordingly, the current is conducted avoiding the resistance part, the leakage current is reduced, and the current is mostly maintained while flowing through all turns, reducing the time constant, thereby minimizing the delay of the magnetic field.
이로 인해, 별도의 절연막 없이도 누설 전류를 최소화 하며 자기장 지연을 최소화 하여 초전도 코일의 정상적인 운용을 가능하게 한다. Due to this, leakage current is minimized and magnetic field delay is minimized without a separate insulating film, thereby enabling normal operation of the superconducting coil.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치에 의해 샌딩된 초전도 선재의 구리 안정화층 표면 거칠기 변화에 따른 접촉 저항 특성의 변화의 예시를 나타낸 도표이다.5 is a chart showing an example of a change in contact resistance characteristics according to a change in surface roughness of a copper stabilization layer of a superconducting wire sanded by a coil winding device including a sanding device for a second-generation high-temperature superconducting wire material capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 전해 연마된 샘플(bare) 대비 구리 안정화층이 샌딩 페이퍼로 스크레치가 생긴 샘플(sanding_100, 400, 1000, 샌딩 페이퍼의 거칠기 강도: 100 > 400 > 1000)의 접촉저항 값이 상대적으로 큰 수치를 보이며, 스크레치의 거칠기가 커질수록 접촉 저항이 커지는 특성을 보였다. Referring to FIG. 5, the contact resistance values of the samples in which the copper stabilization layer was scratched with sanding paper (sanding_100, 400, 1000, roughness strength of sanding paper: 100 > 400 > 1000) compared to the electropolished samples (bare) showed a relatively large value, and the contact resistance increased as the roughness of the scratches increased.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 초전도 코일을 제작함에 있어서, 절연층 없이 적층되도록 초전도 선재를 권선하되, 절연층은 샌딩 가공을 통해 저항을 높여 시정수를 줄여줌에 따라 자기장의 지연을 최소화할 수 있게 된다.In the present invention made as described above, in manufacturing a superconducting coil, the superconducting wires are wound so as to be stacked without an insulating layer, but the insulating layer increases the resistance through sanding to reduce the time constant, thereby minimizing the delay of the magnetic field.
또한, 샌딩 시 샌딩 페이퍼의 장력을 제어하면서 자석을 이용해 초전도 선재와의 밀착 정도를 조절하여 안정적인 샌딩이 가능하고, 이에 따라 샌딩 과정에서 과도한 샌딩에 의해 선재가 손상되거나 저항이 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있게 된다. In addition, while controlling the tension of the sanding paper during sanding, it is possible to perform stable sanding by adjusting the degree of adhesion to the superconducting wire using a magnet, and thus, it is possible to prevent damage to the wire or an excessive increase in resistance due to excessive sanding during the sanding process.
10 : 초전도 선재 100 : 초전도 선재 카세트
200 : 초전도 선재 이송부 210 : 선재지지 롤러
220 : 선재 장력 제어 장치 230 : 선재 가이드 풀리
300 : 샌딩부 310 : 샌딩 페이퍼
311 :지지 플레이트 320 : 장력 제어부
321 : 유동 플레이트 322 : 가스 소버
323 : 유동 지지축 330 : 거칠기 조절부
331 : 거칠기 조절 플레이트 332 : 제1 자석
332a : 지지 스프링 333 : 제2 자석
334 : 밀착 조절부 334a : 볼스크류
334b : 스텝 모터 400 : 권취부
410 : 코일 보빈 420 : 서보 모터10: superconducting wire 100: superconducting wire cassette
200: superconducting wire transfer unit 210: wire support roller
220: wire tension control device 230: wire guide pulley
300: sanding unit 310: sanding paper
311: support plate 320: tension controller
321: fluid plate 322: gas sober
323: floating support shaft 330: roughness control unit
331: roughness control plate 332: first magnet
332a: support spring 333: second magnet
334:
334b: step motor 400: winding unit
410: coil bobbin 420: servo motor
Claims (4)
상기 초전도 선재 카세트(100)로부터 공급되는 초전도 선재(10)를 이송하는 초전도 선재 이송부(200);
상기 초전도 선재 이송부(200)에서 초전도 선재(10)가 이송되는 경로에 구비되어 초전도 선재(10)가 이송되는 동안 초전도 선재(10)를 샌딩하는 샌딩부(300); 및
상기 샌딩부(300)에 의해 샌딩처리된 초전도 선재(10)를 코일 형태로 권취하는 권취부(400)를 포함함에 있어서,
상기 초전도 선재 이송부(200)는, 초전도 선재(10)가 이송되는 하부를 지지하는 선재 지지 롤러(210)와, 상기 선재 지지 롤러(210)의 하부에 구비되어 상기 선재 지지 롤러(210)가 초전도 선재(10)를 지지하는 장력을 제어하는 선재 장력 제어 장치(220) 및 상기 샌딩부(300)의 뒤쪽에 구비되어 샌딩된 초전도 선재(10)를 일정한 속도로 이송되도록 안내하는 선재 가이드 풀리(230)를 포함하고,
상기 샌딩부(300)는, 초전도 선재(10)에 접촉되며 샌딩하는 샌딩 페이퍼(310), 상기 샌딩 페이퍼(310)의 상부에 구비되어 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 접촉되는 장력을 제어하는 장력 제어부(320) 및 상기 장력 제어부(320)의 상부에 구비되어 샌딩하고자 하는 거칠기에 따라 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)로 밀착되는 정도를 조절하는 거칠기 조절부(330)를 포함하되,
상기 거칠기 조절부(330)는, 상기 샌딩 페이퍼(310) 측에 구비되는 것으로, 상하 왕복 이동하며 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 접촉되는 정도를 조절할 수 있는 거칠기 조절 플레이트(331)가 구비되고,
상기 거칠기 조절 플레이트(331)의 하부에 구비되어 초전도 선재(10)가 이송되는 쪽으로 왕복 유동되는 제1 자석(332) 및 유동 플레이트(321)의 상부에 상기 제1 자석(332)과 마주보는 위치에 구비되어, 상기 제1 자석(332)과 같은 극성으로 서로 마주보며 상기 제1 자석(332)이 하강함에 따라 샌딩 페이퍼(310) 측으로 밀려지며 샌딩 페이퍼(310)가 초전도 선재(10)에 밀착되는 정도를 조절하는 제2 자석(333)을 포함하며,
상기 제2 자석(333)은 상기 제1 자석(332)이 후퇴하면 탄성에 의해 샌딩 페이퍼(310) 측에서 멀어지도록 이동할 수 있도록 탄성 지지하는 지지 스프링(332a)이 구비되고,
상기 제1 자석(332)에는 제1 자석(332)을 샌딩 페이퍼(310) 측으로 전진시켜 밀어주거나 후퇴시킬 수 있는 밀착 조절부(334)가 구비되되,
상기 밀착 조절부(334)는 상기 제1 자석(332)을 왕복 이동시키는 볼스크류(334a)와, 상기 볼스크류(334a)를 정밀 제어하여 정해진 수치에 맞게 볼스크류(334a)를 구동시키는 스텝 모터(334b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치.
a superconducting wire cassette 100 supplying the superconducting wires 10;
a superconducting wire transfer unit 200 for transporting the superconducting wire 10 supplied from the superconducting wire cassette 100;
a sanding unit 300 provided on a path along which the superconducting wire 10 is transported in the superconducting wire transfer unit 200 and sanding the superconducting wire 10 while the superconducting wire 10 is being transported; and
In including a winding unit 400 for winding the superconducting wire 10 sanded by the sanding unit 300 in a coil form,
The superconducting wire transfer unit 200 includes a wire rod support roller 210 supporting the lower portion where the superconducting wire rod 10 is transported, a wire rod tension control device 220 provided under the wire rod support roller 210 to control the tension at which the wire rod support roller 210 supports the superconducting wire rod 10, and a superconducting wire rod 10 sanded by being provided behind the sanding unit 300 ) Including a wire rod guide pulley 230 that guides to be transported at a constant speed,
The sanding unit 300 includes a sanding paper 310 in contact with the superconducting wire 10 for sanding, a tension controller 320 provided on top of the sanding paper 310 to control the tension at which the sanding paper 310 comes into contact with the superconducting wire 10, and a sanding paper 310 provided on top of the tension controller 320 according to the roughness to be sanded Including a roughness control unit 330 for adjusting the degree of close contact with the material 10,
The roughness control unit 330 is provided on the side of the sanding paper 310, and is provided with a roughness control plate 331 capable of adjusting the degree of contact of the sanding paper 310 with the superconducting wire 10 by moving up and down,
A first magnet 332 provided at the bottom of the roughness control plate 331 and reciprocating toward the direction where the superconducting wire 10 is transported and provided at a position facing the first magnet 332 at the top of the flow plate 321, face each other with the same polarity as the first magnet 332, and as the first magnet 332 descends, it is pushed toward the sanding paper 310, and the sanding paper 310 is pushed toward the sanding paper 310 It includes a second magnet 333 that adjusts the degree of close contact with the conductive wire 10,
The second magnet 333 is provided with a support spring 332a that elastically supports it so that it can move away from the sanding paper 310 by elasticity when the first magnet 332 retracts,
The first magnet 332 is provided with a closeness control unit 334 capable of advancing the first magnet 332 toward the sanding paper 310 to push or retreat,
The adhesion control unit 334 includes a ball screw 334a that reciprocates the first magnet 332 and a stepper motor 334b that drives the ball screw 334a according to a predetermined value by precisely controlling the ball screw 334a.
상기 샌딩부(300)는, 초전도 선재(10)가 이송되는 상부와 하부에 복수로 구비되어, 초전도 선재(10)의 양쪽면 모두 샌딩 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 접촉 저항을 높일 수 있는 2세대 고온초전도 선재의 샌딩 처리 장치를 포함하는 코일 권선 장치.
The method of claim 1,
A coil winding device including a second-generation high-temperature superconducting wire sanding treatment device capable of increasing the contact resistance of a superconducting coil, characterized in that the sanding unit 300 is provided in plural at the top and bottom where the superconducting wire 10 is transported, so that both sides of the superconducting wire 10 can be sanded.
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| KR1020230029056A KR102559281B1 (en) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | winding machine including sanding device for a second-generation high-temperature superconducting wire capable of improving the magnetic field responsiveness of superconducting coils |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR950002371U (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-04 | 엘지전자 주식회사 | Input signal automatic selection circuit |
| JP2014044978A (en) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Winding device and winding method |
| KR20170028837A (en) | 2015-09-04 | 2017-03-14 | 한국전기연구원 | Smart Insulation of Superconductive Coil, Superconductive Wires Used Therefor And Manufacturing Methods Thereof |
| KR20210138861A (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-22 | 한국전기연구원 | High-speed winding device for superconducting wire and high-speed winding method for superconducting wire using the same |
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2023
- 2023-03-06 KR KR1020230029056A patent/KR102559281B1/en active IP Right Grant
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