KR20020019322A - Superconducting Persistent Current Switch and Winding Apparatus therefor - Google Patents

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KR20020019322A
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Abstract

PURPOSE: A superconductive persistent current switch, and a bobbin and a winding device therefor are provided to rapidly transfer the heat of a heater to a wide area even with the same winding number as a prior heater, to enable the consistent operation of a bobbin from an initial process to a final process, and to be easily modified even after the final process. CONSTITUTION: A first superconductive winding layer(25a) is formed by winding a superconductive wire on a bobbin(21) for winding with a bifilar shape. A heater winding layer(32) is formed by winding a conductive wire on the first superconductive winding layer with a bifilar shape. A second superconductive winding layer(25b) is formed by winding a superconductive wire on the heater winding layer with a bifilar shape. An adiabatic layer(31) is formed by winding an adiabatic tape on the second superconductive winding layer. In this structure, a heat conductive layer formed by winding a metal tape having high heat conductivity between the heater winding layer and the first and/or second superconductive winding layers.

Description

초전도 영구 전류 스위치와 그것을 위한 보빈 및 권선 장치{Superconducting Persistent Current Switch and Winding Apparatus therefor}Superconducting Persistent Current Switch and Winding Apparatus therefor

본 발명은 초전도 영구 전류 스위치와 그것을 위한 보빈 및 권선 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기공명단층촬영(MRI)장치, 핵자기공명(NMR)장치, 및 초전도에너지저장(SMES)시스템 같은 초전도 마그네트 시스템에 적용되어 그 초전도 마그네트 시스템을 일반적인 충전상태에서 초전도 영구전류 운전 상태로 전환시켜 주는 개량된 초전도 영구 전류 스위치와, 그 개량된 초전도 영구 전류 스위치용 초전도 선재(線材)를 무유도 권선법으로 용이하게 권선할 수 있는 보빈 및 권선장치에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting permanent current switch and a bobbin and winding device therefor, and more particularly to a superconducting magnet such as a magnetic resonance tomography (MRI) device, a nuclear magnetic resonance (NMR) device, and a superconducting energy storage (SMES) system. The superconducting permanent current switch, which is applied to the system and converts the superconducting magnet system from the normal state of charge to the superconducting permanent current operating state, and the superconducting wire for the superconducting permanent current switch, which is improved, are easily used by the induction winding method. It relates to a bobbin and a winding device capable of winding.

일반적으로, 초전도영구전류운전이란 극저온 환경에서 전기적인 저항이 영이 되는 초전도 상태인 도체에 높은 전류를 손실 없이 연속적으로 통전 시킬 수 있다는 특징을 이용하는 것으로 외부로부터 한번의 충전으로 일정기간동안 원하는 자장을 얻을 수 있는 상태를 말하며, 이는 MRI, NMR 등과 같은 초전도마그네트 시스템에 적용되어 한번 충전 후 외부로부터의 전원 장치와 완전히 분리시켜 초전도영구전류상태로 운전시키게 된다.In general, the superconducting permanent current operation uses a feature that allows a high current to be continuously supplied to a superconducting state in which the electrical resistance becomes zero in a cryogenic environment without loss, and obtains a desired magnetic field for a predetermined period from a single charge from the outside. This is applied to a superconducting magnet system such as MRI, NMR, etc., and once fully charged, it is completely separated from the power supply from the outside and operated in a superconducting permanent current state.

MRI, NMR등과 같은 초전도 마그네트 시스템에 구비되는 초전도영구전류스위치는 초전도 마그네트 시스템을 일반적인 충전상태에서 초전도 영구전류 운전 상태로 전환시키거나, 또는 초전도 선재에 히터로 열을 가해 초전도 선재의 임계온도이상으로 온도를 상승시킴으로써, 초전도 상태가 상전도 상태로 전이되는 즉, 쿠엔치(quench)를 발생시켜 원하는 저항을 갖도록 하는 기능을 수행하는 것을 말하는 데, 종래의 초전도영구전류스위치의 제작 방법에 대하여 간단히 설명하면 다음과 같다.The superconducting permanent current switch provided in superconducting magnet system such as MRI, NMR, etc. converts the superconducting magnet system from the normal charging state into the superconducting permanent current operating state, or heats the superconducting wire with a heater to exceed the critical temperature of the superconducting wire. By raising the temperature, the superconducting state is transferred to the phase conduction state, that is, performing a function of generating a quench to have a desired resistance. A brief description will be given of a conventional method of manufacturing a superconducting permanent current switch. Is as follows.

먼저, 비자성체의 재질인 유리섬유강화플라스틱(FRP) 또는 알루미늄으로 초전도선재를 권선할 수 있는 보빈을 제작하고, 상기 보빈에 극저온에서도 적은 선재양으로도 높은 저항값을 쉽게 얻기 위해 비저항이 큰 CuNi를 안정화재로 사용한 NbTi 초전도선재를 인덕턴스가 최소가 되게 권선을 한다. 초전도영구전류스위치의 내부 온도를 올리기 위한 히터는 여러 가지 형태로 제작할 수 있는 데, 예를 들어 보빈 바로 위에, 초전도 선재 중 일부분과 함께, 또는 초전도 선재의 마지막 부분에 집중적으로 히터선을 권선하는 방법 등이 있다. 상기 초전도 선재 및 히터선을 권선한 후, 상기 히터에 의해 상기 초전도 선재에 주어진 열을 주위의 액체 헬륨으로 빼앗기지 않게 하기 위하여, 액체 헬륨의 온도인 4.2K의 환경 내에 있는 초전도영구전류스위치의 상기 초전도 선재 부분을 단열부로 감싸게 된다. 이 단열부는 단열물질의 특성에 따라 상기 초전도선재가 원하는 저항값을 갖을 수 있는 온도까지 상승시키게 설계되어지며, 통상적으로 상기 단열부는 초전도영구전류스위치용 초전도선재를 보빈에 권선한 후 설계된 단열부의 반경에 맞게 에폭시 함침을 하게된다.First, a bobbin capable of winding a superconducting wire is made of glass fiber reinforced plastic (FRP) or aluminum, which is made of a nonmagnetic material, and CuNi has a high specific resistance in order to easily obtain a high resistance value even at a very low temperature even at cryogenic temperatures. The NbTi superconducting wire which used as a stabilizing material is wound to minimize inductance. The heater for raising the internal temperature of the superconducting permanent current switch can be manufactured in various forms, for example, a method of winding the heater wire intensively on the bobbin, with a part of the superconducting wire, or at the end of the superconducting wire. Etc. After winding the superconducting wire and the heater wire, the superconducting of the superconducting permanent current switch in the environment of 4.2K which is the temperature of liquid helium so that the heat given to the superconducting wire by the heater is not lost to the surrounding liquid helium. The wire part is wrapped with insulation. The heat insulation part is designed to raise the temperature of the superconducting wire to a temperature at which the superconducting wire can have a desired resistance value according to the characteristics of the heat insulating material, and the heat insulating part is usually designed after winding a superconducting wire for a superconducting permanent current switch to a bobbin. It is impregnated with epoxy.

그러나, 상기와 같이 제작되는 종래의 초전도 영구전류 스위치용 선재로는 CuNi을 안정화재(安定化材)로 사용하는 NbTi 선재를 사용하는데, 이것은 일반 구리를 안정화재로 사용하는 NbTi 선재에 비해 강한 텐션을 가지기 때문에 상대적으로권선하기가 힘든 단점이 있다. 특히, 최소한의 인덕턴스를 갖도록 무유도 권선인 바이필러(bifilar)로 권선하기 위해서는 전류의 방향이 서로 반대가 되어 흐르도록 선재 2가닥을 한쌍으로 권선해야 하는 데, 일반적인 종래의 초전도 권선장치는 초전도영구전류스위치용 보빈에 권선하게 될 초전도선재가 감겨져 있는 초전도선재 공급용 보빈이 하나로 구성되어 있기 때문에, 권선 시 상기 쌍을 이룬 초전도선재에 주어지는 각각의 권선 텐션이 다르게 되어 정확한 정렬 권선이 어렵게 되는 문제점을 내포하고 있었다.However, as a conventional superconducting permanent current switch wire manufactured as described above, an NbTi wire using CuNi as a stabilizing material is used, which is stronger than a NbTi wire using general copper as a stabilizing material. It is relatively difficult to recommend because it has a disadvantage. In particular, in order to wind the bifilar, which is a non-inductive winding, to have a minimum inductance, two wires should be wound in pairs so that currents flow in opposite directions. A conventional conventional superconducting winding device has a superconducting permanent point. Since the bobbin for supplying the superconducting wire, which is wound around the superconducting wire to be wound on the current switch bobbin, is composed of one, the winding tension given to the paired superconducting wire during winding is different, which makes it difficult to accurately align the winding. It was implicated.

또한, 종래에는 바이필러 권선을 위해 권선할 선재의 전체 길이의 중간 지점을 구부려 2선의 선재를 한 쌍이 되게 만들 때, 강한 텐션으로 인해 잘 구부려지지 않게 되고, 강한 힘으로 인위적으로 구부릴 경우 선재에 손상이 있게 되어 선재의 임계전류가 낮아지는 등의 성능 저하를 가져오고, 2선이 한 쌍을 이루어 권선이 되므로 권선 처음 시작 지점에서 상기 강한 텐션의 선재를 단순히 보빈의 날개의 틈에 끼워서 고정해 권선하기가 매우 어려운 문제가 있었다.In addition, conventionally, when bending the intermediate point of the entire length of the wire to be wound for the bi-filler winding to pair the wires of the two wires, it is difficult to bend due to the strong tension, and damage to the wires if artificially bent with a strong force This results in degradation of performance such as lowering of the critical current of the wire rod, and the pair of wires are wound in pairs so that the wire of the strong tension is simply inserted into the gap of the bobbin blade and fixed at the beginning of the winding. There was a problem that was very difficult to do.

또한, 상기 초전도영구전류스위치의 초전도 선재 권선이 마무리된 후 상기 단열부를 형성하기 위해서는, 보빈을 권선기에서 분리시켜 에폭시 함침을 시키게 되는 데, 이때 일정 두께를 가지고 함침하기 위해서 틀이 필요하게 되는 등 많은 수작업의 번거로움이 있으며, 또한 일단 에폭시에 함침된 초전도영구전류스위치는 제작 실수로 인한 수정과 성능 평가 후의 수정이 불가능하게 되므로 제작의 융통성이 없다는 단점이 있었다.In addition, in order to form the insulation after the superconducting wire winding of the superconducting permanent current switch is finished, the bobbin is separated from the winding machine and impregnated with epoxy, in which a mold is required to impregnate with a certain thickness. There is the inconvenience of manual work, and the superconducting permanent current switch, once impregnated with epoxy, has a disadvantage in that it is not flexible because it is impossible to make corrections due to manufacturing mistakes and after performance evaluation.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 기존과 동일한 히터선 권선량으로도 넓은 영역으로 급속히 히터의 열을 전달시킬 수 있도록하고, 보빈을 권선기와 분리없이 초기 공정인 초전도 선재의 권선부터 최종 공정인 단열부 형성 공정까지 연속적으로 작업이 가능하도록 함과 아울러, 상기 최종공정인 단열부 형성 완료 후에라도 수정작업이 용이하도록 구성된 초전도 영구전류 스위치를 제공하고자 하는 것이다.The present invention was created to solve the above-mentioned conventional problems, the object of which is to transfer the heat of the heater to a large area rapidly even with the same amount of heater wire winding as before, and initial bobbin without separating the winding machine It is to provide a superconducting permanent current switch configured to enable continuous operation from the winding of the superconducting wire, which is a process, to the process of forming the heat insulating part, which is the final process, and to facilitate modification after the completion of the heat insulating part, which is the final process.

본 발명의 다른 목적은 초전도 영구전류 스위치의 바이필러 무유도 권선 시, 권선할 선재의 전체 길이의 중간 지점을 구부릴 경우 발생되는 해당 선재의 손상을 방지함과 아울러, 권선 후 외부로 배출되는 선재 단부를 깨끗하고 견고하게 마감처리할 수 있도록 된 초전도 영구전류 스위치용 보빈을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the damage of the wire rod generated when bending the intermediate point of the entire length of the wire to be wound during the bi-pillar induction winding of the superconducting permanent current switch, and the wire end is discharged to the outside after winding It is an object of the present invention to provide a bobbin for a superconducting permanent current switch, which is capable of finishing cleanly and firmly.

본 발명의 또 다른 목적은 초전도 영구 전류 스위치의 바이필러 무유도 권선 시, 한쌍으로된 2가닥의 선재의 상호 텐션(tension)을 동일하게 함과 아울러 그 선재의 열화로 인한 움직임을 최소화하여 권선할 수 있도록하는 초전도 영구전류 스위치용 권선 장치를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to make the same tension between the two wires of the pair of wires in the bi-filler induction winding of the superconducting permanent current switch, and to minimize the movement due to the deterioration of the wires to be wound It is an object of the present invention to provide a winding device for a superconducting permanent current switch.

도 1은 도 1은 초전도 마그네트 시스템의 회로도이고,1 is a circuit diagram of a superconducting magnet system,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도영구전류스위치의 종단면도이고,2 is a longitudinal cross-sectional view of a superconducting permanent current switch according to an embodiment of the present invention,

도 3은 도 2의 A-A 단면도이고,3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG.

도 4는 도 2의 히터권선층의 세부 구성도면이고,4 is a detailed configuration diagram of the heater winding layer of FIG. 2,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 영구전류 스위치용 보빈을 플랜지의 외면측에서 본 정면도이고,Figure 5 is a front view of the superconducting permanent current switch bobbin according to an embodiment of the present invention seen from the outer side of the flange,

도 6은 도 5의 B방향에서 본 정면도이고,FIG. 6 is a front view seen from the direction B of FIG. 5;

도 7은 도 5의 C방향에서 본 정면도이고,FIG. 7 is a front view seen from the direction C of FIG. 5,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 영구전류 스위치용 권선장치의 구성도이다.8 is a configuration diagram of a winding device for a superconducting permanent current switch according to an embodiment of the present invention.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

110-113 : 초전도코일 120-123 : 보호저항110-113: Superconducting Coil 120-123: Protective Resistance

13 : 초전도영구전류스위치 131 : 초전도영구전류스위치의 초전도코일13: superconducting permanent current switch 131: superconducting coil of superconducting permanent current switch

132 : 히터 14 : 극저온 용기132 heater 14 cryogenic vessel

15 : 전류 도입선 16 : 히터 도입선15 current introduction line 16 heater introduction line

17 : 초전도 접합 21 : 보빈17: superconducting junction 21: bobbin

21a : 보빈 몸체 21b : 보빈 플랜지21a: bobbin body 21b: bobbin flange

24 : 권선 가이드 파이프 25,25a,25b : 초전도선재24: winding guide pipe 25,25a, 25b: superconducting wire

31: 단열층 32 : 히터 권선층31: heat insulation layer 32: heater winding layer

41 : 관통 홀 42 : 히터선 배출 구멍41 through hole 42 heater wire discharge hole

51 : 금속 테이프 61 : 권선 도입 구멍51: metal tape 61: the winding introduction hole

62 : 권선 배출 틈 63 : 권선 배출 가이드 홈62: winding discharge gap 63: winding discharge guide groove

64 : 원형 가이드 홈 65 : 히터선 배출 가이드 홈64: circular guide groove 65: heater wire discharge guide groove

221.222 : 로드셀과 연결된 롤러 231,232 : 선재 공급용 보빈221.222: Roller connected to load cell 231,232: Bobbin for wire rod supply

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 영구전류 스위치는, 권선을 위한 보빈(bobbin); 상기 보빈 상에 초전도 선재가 바이필러(bifilar)로 권선되어 형성된 제 1 초전도 권선층; 상기 제 1 초전도 권선층 상에 도전성 선재가 바이필러로 권선되어 형성된 히터 권선층; 상기 히터 권선부 상에 초전도 선재가 바이필러로 권선되어 형성된 제 2 초전도 권선층; 및 상기 제 2 초전도 권선부 상에 단열성 테이프가 권선되어 형성된 단열층을 포함하여 구성되며, 특히 상기 히터 권선층과 상기 제 1 및/또는 제 2 초전도 권선층 사이에 열전도가 우수한 금속 테이프로 권선되어 형성된 열전도층을 더 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, a superconducting permanent current switch according to the present invention includes: a bobbin for winding; A first superconducting winding layer formed by winding a superconducting wire on the bobbin with a bifilar; A heater winding layer formed by winding a conductive wire on the first superconducting winding layer with a bi-filler; A second superconducting winding layer formed by winding a superconducting wire with a bi-filler on the heater winding part; And a heat insulation layer formed by winding an insulating tape on the second superconducting winding part, and is formed by winding a metal tape having excellent thermal conductivity between the heater winding layer and the first and / or second superconducting winding layer. It further comprises a heat conducting layer.

이와 같이 구성된 본 발명의 초전도 영구전류 스위치는, 상기 단열층이 단열성 테이프로 권선되어 형성되어 있기 때문에, 단열부 형성 공정 시 상기 보빈을 권선기로부터 분리하지 않고 이전 공정과 연속하여 작업할 수 있고, 이와 아울러 단열부 형성 후에도 초전도 영구전류 스위치의 테스트에 의한 결함 등을 수정하기에 매우 용이하며, 또한 상기 열전도층 형성으로 인해 기존과 동일한 히터선 권선량으로도 넓은 영역으로 급속히 히터의 열을 전달시킬 수 있다.In the superconducting permanent current switch of the present invention configured as described above, since the heat insulating layer is formed by winding a heat insulating tape, the bobbin may be continuously worked in the previous process without separating the bobbin from the winding machine during the heat insulation forming process. It is very easy to correct defects caused by the test of the superconducting permanent current switch even after the insulation part is formed, and the heat conduction layer can be rapidly transferred to a large area even with the same amount of winding of the heater wire. .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 영구전류 스위치용 보빈은, 초전도 선재 및 히터 선재 등을 바이필러로 권선하여 초전도 영구전류 스위치를 제작하는 데 사용되는 보빈에 있어서, 상기 초전도 선재 및 상기 히터 선재 등을 권선하기위한 원통형의 보빈 몸체; 및 상기 몸체의 양측에 형성된 플랜지(flange)를 포함하여 구성되되, 상기 플랜지는, 바이필러 권선할 상기 초전도 선재의 양단을 그 플랜지 외측에서 상기 몸체측으로 도입하는 권선도입구멍과, 상기 권선도입구멍을 기점 및 종점으로 하여 상기 플랜지의 외측 표면에 원형으로 형성된 일정깊이의 가이드홈과, 상기 플랜지의 외주면에서 중심측으로 일정길이로 파여형성된 권선배출틈과, 상기 권선배출틈의 종단을 기점으로 그 틈과 일정각도를 가지고 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출권선 가이드홈과, 상기 히터선재 권선 후 그 종단을 상기 몸체로부터 상기 플랜지 외측으로 배출하도록 형성된 히터선 배출구멍, 및 상기 히터선 배출구멍을 기점으로 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출히터선 가이드홈을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the superconducting permanent current switch bobbin according to the present invention is a bobbin used to manufacture a superconducting permanent current switch by winding a superconducting wire and a heater wire with a bi-filler, and the superconducting wire and A cylindrical bobbin body for winding the heater wire and the like; And flanges formed on both sides of the body, wherein the flange includes a winding introduction hole for introducing both ends of the superconducting wire to be bi-filler wound from the outside of the flange to the body side, and the winding introduction hole. A guide groove of a predetermined depth formed in a circular shape on the outer surface of the flange as a starting point and an end point, a winding discharge gap formed in a predetermined length from the outer circumferential surface of the flange to a center, and a gap between the opening and the end of the winding discharge gap; A discharge winding guide groove formed at an outer circumferential surface on the outer surface of the flange at a predetermined angle, a heater wire discharge hole formed to discharge the end of the heater wire from the body to the outside of the flange after winding the heater wire, and the heater wire discharge hole As a starting point, the discharge heater wire guide groove formed in the outer circumferential surface direction on the outer surface of the flange That is characterized.

이와 같이 각종 용도의 구멍과, 홈과 틈을 가진 본 발명의 보빈에 의해, 바이필러 무유도 권선 시 중간부분 구부림에 의해 발생되는 해당 선재의 손상을 방지함과 아울러, 권선 후 외부로 배출되는 선재 단부를 깨끗하고 견고하게 마감처리할 수 있다.As described above, the bobbin of the present invention having holes and grooves for various uses prevents damage to the wire rod caused by bending in the middle part of the bi-filler-free induction winding, and also discharges the wire to the outside after the winding. The ends can be finished cleanly and firmly.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 영구전류 스위치용 권선 장치는, 초전도 영구전류 스위치 제작용 권선 장치에 있어서, 회전 가능하도록 설치되어, 회전 시 권선할 초전도 영구전류 스위치용 선재를 감거나 그 감겨진 선재를 공급하기 위한 한쌍의 선재 공급용 보빈; 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈 및 이에 대응하는 초전도 영구전류 스위치용 단일 보빈의 상호 연동 회전에 의해 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈으로부터 상기 단일보빈으로 공급되는, 한쌍의 선재의 공급 경로상에 설치되어, 그 한쌍의 선재가 상호 동일한 장력을 유지하도록 지지하되, 각 선재에 인가되고 있는 장력을 측정하는 장력유지/측정수단; 상기 공급 경로 상에 설치되어 상기 장력유지/측정수단을 경유한 상기 한쌍의 선재가 일정 간격 이상으로 이격되지 않도록 모아서 상기 단일 보빈측으로 공급되도록 지지하는지지수단; 및 상기 장력유지/측정수단에 의해 측정된 장력 데이터에 의거하여 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈의 회전을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되며, 이와 같이 구성된 초전도 영구전류 스위치용 권선장치에 의해, 바이필러 무유도 권선 시 한쌍으로된 2가닥의 선재의 상호 텐션(tension)을 동일하게 유지하여 권선할 수 있다.In order to achieve the above object, the winding device for superconducting permanent current switch according to the present invention, in the winding device for manufacturing a superconducting permanent current switch, is installed to be rotatable and wound the wire for the superconducting permanent current switch to be wound during rotation. A pair of bobbins for supplying wire rods for feeding or winding the wire rods; Installed on the supply path of the pair of wire rods supplied from the pair of wire rod supply bobbins to the single bobbin by the interlocking rotation of the pair of wire rod supply bobbins and the corresponding single supervisor for the superconducting permanent current switch. Tension holding / measurement means for supporting the pair of wire rods to maintain the same tension, and measuring the tension applied to each wire rod; Support means installed on the supply path to collect the pair of wire rods via the tension maintaining / measuring means so as not to be spaced apart by a predetermined interval to be supplied to the single bobbin side; And control means for controlling rotation of the pair of wire rod bobbins based on the tension data measured by the tension holding / measurement means. When the filler induction winding, the mutual tension of the two pairs of wire rods can be maintained in the same winding.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 영구전류 스위치와, 그 초전도 영구전류 스위치용 보빈 및 권선 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a superconducting permanent current switch, a bobbin and a winding device for the superconducting permanent current switch according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 초전도 마그네트 시스템의 회로도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 각 섹션 별로 권선된 초전도 코일(110-113)과, 쿠엔치 시 초전도 코일의 보호를 위한 보호저항(120-123)과, 마그네트의 충방전과 영구전류모드 진입을 위한 초전도영구전류 스위치(13), 및 상기 모든 구성(110-113,120-123,13)을 액체 헬륨의 온도인 4.2K으로 유지시켜주는 극저온 용기(14)로 구성되어 있다.1 is a circuit diagram of a superconducting magnet system, as shown in the figure, a superconducting coil (110-113) wound for each section, a protection resistor (120-123) for the protection of the superconducting coil in Kuenchi, Superconducting permanent current switch (13) for charging and discharging the magnet and entering the permanent current mode, and the cryogenic vessel (14) for maintaining all the components (110-113, 120-123, 13) to 4.2K, the temperature of the liquid helium Consists of.

회로 연결관계를 보면, 각각의 초전도 코일들(110-113)은 상호 직렬로 연결되어 있고, 상기 보호저항(120-123)은 상기 각 코일(110-113)과 병렬로 연결되어 쿠엔치 시 그 초전도 코일(110-113)에 저장된 에너지를 소진시킨다. 그리고, 상기 초전도영구전류스위치(13)는 상기 초전도 코일(110-113)과 상기 보호저항(120-123)으로 구성된 회로에 병렬로 연결된다. 서로 간의 초전도 선재들의 연결은 접속 저항이 10-9이하를 갖는 극저저항 초전도 접합(17)으로 접합하여 장시간의 영구전류모드 운전을 가능하게 한다.In the circuit connection relationship, each of the superconducting coils 110-113 is connected in series with each other, and the protection resistors 120-123 are connected in parallel with each of the coils 110-113, so that the Cuenchi system The energy stored in the superconducting coils 110-113 is exhausted. In addition, the superconducting permanent current switch 13 is connected in parallel to the circuit consisting of the superconducting coil (110-113) and the protection resistor (120-123). The connection of the superconducting wires to each other is bonded by an extremely low resistance superconducting junction 17 having a connection resistance of 10 −9 or less to enable a long time permanent current mode operation.

초전도마그네트의 영구전류모드 운전은 다음과 같은 순서에 의해 이루어진다.Permanent current mode operation of the superconducting magnet is performed in the following order.

극저온 용기 내에서 초전도 코일(110-113)과 초전도영구전류 스위치(13)는 냉매인 액체 헬륨에 의해 냉각되어 초전도 상태에 있게 된다. 먼저 초전도영구전류스위치(13)의 히터 도입선(16)을 통해 히터(132)에 전류를 흘려서 그 초전도영구전류스위치(13)의 초전도코일(131)을 쿠엔치(quench)시킨다. 초전도 영구 전류 스위치(13)가 설계한 저항값을 갖을 때, 초전도마그네트 시스템의 전류도입선(15)를 통해 초전도마그네트가 원하는 자장을 발생시킬 수 있는 운전 전류를 공급하여 충전을 시작한다. 이때 공급되는 전류는 초전도영구전류스위치(13)와 보호저항(120-123)이 일정한 저항값을 가지므로 직렬로 연결된 초전도 코일(110-113) 쪽으로만 흐르게 된다. 마그네트가 운전 전류 값에 도달되어 운전되면, 히터(131)에 공급하던 히터 전류를 중단시키므로 써 초전도영구전류 스위치(13)는 다시 초전도 상태로 빠르게 전환되면서 저항이 영(zero)이 된다. 이때 전원과 초전도 마그네트를 통해 흐르던 전류는 순간적으로 초전도영구전류 스위치(13)를 통해 흐르게 되어, 공급한 전류는 초전도 마그네트의 초전도코일(110-113)과 초전도영구전류스위치(13)의 초전도코일(131)로 구성된 폐회로 상을 흐르게 되어 영구전류모드로 진입하게 된다. 영구전류모드로 진입 후, 외부로 부터의 전원 공급은 더 이상 필요 없게 되므로 외부의 전원 장치를 초전도마그네트 시스템으로부터 분리하게 된다. 이로써 독립적으로 장시간 원하는 자장을 유지하며 초전도 영구전류모드로 운전되는 초전도마그네트 시스템이 된다.In the cryogenic vessel, the superconducting coils 110-113 and the superconducting permanent current switch 13 are cooled by liquid helium, which is a refrigerant, to be in a superconducting state. First, a current flows to the heater 132 through the heater lead wire 16 of the superconducting permanent current switch 13 to quench the superconducting coil 131 of the superconducting permanent current switch 13. When the superconducting permanent current switch 13 has a resistance value designed, charging is started by supplying an operating current through which the superconducting magnet generates a desired magnetic field through the current inlet line 15 of the superconducting magnet system. At this time, the supplied current flows only toward the superconducting coils 110-113 connected in series because the superconducting permanent current switch 13 and the protection resistors 120-123 have a constant resistance value. When the magnet reaches the operation current value and operates, the heater current supplied to the heater 131 is stopped, so that the superconducting permanent current switch 13 quickly switches back to the superconducting state, and the resistance becomes zero. At this time, the current flowing through the power supply and the superconducting magnet instantaneously flows through the superconducting permanent current switch 13, and the supplied current is the superconducting coil of the superconducting magnet (110-113) and the superconducting permanent current switch (13) of the superconducting magnet ( 131 flows into the closed circuit phase and enters the permanent current mode. After entering the permanent current mode, the external power supply is no longer needed, thus disconnecting the external power supply from the superconducting magnet system. This results in a superconducting magnet system that independently maintains the desired magnetic field for a long time and operates in superconducting permanent current mode.

본 발명에 따른 초전도영구전류스위치는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 보빈(bobbin)(21)과, 상기 보빈(21) 상에 초전도 선재가 바이필러(bifilar)로 권선되어 형성된 제 1 초전도 권선층(25a)과, 상기 제 1 초전도 권선층(25a) 상에 도전성 선재가 바이필러로 권선되어 형성된 히터 권선층(32)과, 상기 히터 권선층(32) 상에 초전도 선재가 바이필러로 권선되어 형성된 제 2 초전도 권선층(25b), 및 상기 제 2 초전도 권선층(25b) 상에 단열성 테이프가 권선되어 형성된 단열층(31)으로 구성되어 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히터 권선층(32)과 상기 제 1 및/또는 제 2 초전도 권선층(25a,25b) 사이에 열전도가 우수한 금속 테이프로 권선되어 형성된 열전도층(51)을 더 포함하여 구성되며, 상기 히터 권선층(32)은 상기 보빈(21)의 길이방향 중심부에서 권선밀도가 집중되고 양쪽 플랜지측으로 가면서 그 권선밀도가 작아지도록 권선되어 있는 것이 바람직하다.In the superconducting permanent current switch according to the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, a bobbin 21 and a superconducting wire are wound around the bobbin 21 by a bifilar. A first superconducting winding layer 25a, a heater winding layer 32 formed by winding a conductive wire material on the first superconducting winding layer 25a by a bi-filler, and a superconducting wire material is formed on the heater winding layer 32. A second superconducting winding layer 25b formed by winding with a filler, and a heat insulating layer 31 formed by winding an insulating tape on the second superconducting winding layer 25b. In addition, as shown in FIG. 4, a heat conductive layer 51 formed by winding a metal tape having excellent thermal conductivity between the heater winding layer 32 and the first and / or second superconducting winding layers 25a and 25b. It is preferably configured to further include, the heater winding layer 32 is preferably wound so that the winding density is concentrated at the central portion in the longitudinal direction of the bobbin 21 and the winding density decreases toward both flanges.

보다 구체적으로 설명하면, 자장에 전혀 영향이 없는 유리섬유강화플라스틱(FRP) 또는 절연처리된 알루미늄 등의 비자성체 재질의 상기 보빈(21)에 비저항이 큰 CuNi을 안정화재로한 NbTi 초전도 선재를 인덕턴스가 최소가 되는 바이필러(bifilar) 무유도 권선하여 상기 초전도 권선층(25a,25b)을 구성한다. 이때, 알루미늄과 같은 도체인 재질의 보빈(21)을 사용할 경우, 그 보빈(21)의 표면상의 권선에는 거의 영향이 없을 정도로 얇지만 절연성이 우수한캡톤(capton) 테이프와 같은 것으로 철저히 절연시킨다. 상기 초전도 권선층(25a)의 중간층에는 상기 초전도 권선층(25a,25b)을 쿠엔치시키기 위한 히터 권선층(32)을 구성한다.More specifically, the inductance of NbTi superconducting wires having CuNi as a stabilizing material with a high specific resistance to the bobbin 21 made of a non-magnetic material such as glass fiber reinforced plastic (FRP) or insulated aluminum which does not affect the magnetic field at all. A bifilar non-inductive winding is minimized to form the superconducting winding layers 25a and 25b. At this time, when the bobbin 21 made of a conductor material such as aluminum is used, the winding on the surface of the bobbin 21 is insulated as thin as a capton tape which is thin enough to have little influence but excellent in insulation. A heater winding layer 32 for quenching the superconducting winding layers 25a and 25b is formed in an intermediate layer of the superconducting winding layer 25a.

이때, 상기 히터 권선층(32)은 상기 초전도 권선층(25a,25b)의 중간층에 구리 또는 알루미늄 테이프와 같이 열 전도율이 우수한 금속 테이프(51)를 한 층 깔고 그 위에 히터선(131)을 권선 하여 구성한다.In this case, the heater winding layer 32 is a middle layer of the superconducting winding layer (25a, 25b) laid a layer of metal tape 51 having excellent thermal conductivity, such as copper or aluminum tape, and wound the heater wire 131 thereon To configure.

상기 히터선(131)은 상기 금속 테이프(51) 위에 상기 보빈(21)의 길이방향 중심에서부터 양쪽 바깥쪽으로 촘촘히 권선 하여 그 보빈(21)의 중심부에 집중되도록 한다. 이는 히터 전원의 한계 등으로 인해 제한된 히터선(131)의 양으로 상기 초전도 권선층(25a,25b)의 중심에 집중적으로 높은 히터열을 내기 위함이고, 이렇게 집중된 열을 되도록 상기 초전도 권선층(25a,25b)의 넓은 영역으로 빨리 전파시키기 위해 열 전도성이 우수한 금속 테이프를 이용하는 것이다.The heater wire 131 is tightly wound on both sides of the bobbin 21 from the longitudinal center of the bobbin 21 on the metal tape 51 so as to be concentrated at the center of the bobbin 21. This is to give a high heater heat in the center of the superconducting winding layer (25a, 25b) by the limited amount of heater wire 131 due to the limitation of the heater power, etc., the superconducting winding layer (25a) so that this concentrated heat And metal tape having excellent thermal conductivity to quickly propagate to a large area of (25b).

상기 초전도 권선층(25a,25b)의 권선이 마무리 된 후에는 권선의 고정을 위해 저온용 에폭시(stycast)를 얇게 발라서 고정시킨다. 저온용 에폭시는 열적으로는 매우 좋은 열전도도를 가지며, 전기적으로는 절연시킬 수 있는 고정제이다.After the windings of the superconducting winding layers 25a and 25b are finished, a low temperature epoxy (stycast) is lightly applied to fix the windings. Low temperature epoxies are thermally very good thermal conductivity and electrically insulating agents.

상기 초전도 권선층(25b)의 외표면상은 단열층(31)이 형성되어 있어서 상기 히터 권선층(32)의 열을 주위의 액체 헬륨으로 빼앗기지 않게 차단하여 그 초전도 권선층(25a,25b)의 온도를 쿠엔치치가 일어날 수 있는 온도로 유지할 수 있게 한다. 상기 단열층(31)을 구성하는 단열물질로는 여러 가지를 사용할 수 있으며, 일반적으로 열전도율이 낮은 물질을 사용하면, 단열부의 부피를 줄일 수 있는 장점이있다.On the outer surface of the superconducting winding layer 25b, a heat insulation layer 31 is formed to block the heat of the heater winding layer 32 from being lost to the surrounding liquid helium, thereby reducing the temperature of the superconducting winding layers 25a and 25b. It allows you to maintain the temperature at which Cuencich can occur. Various heat insulating materials constituting the heat insulating layer 31 may be used. In general, when a material having a low thermal conductivity is used, the volume of the heat insulating portion may be reduced.

본 발명에서는 일예로 면-고무 테이프를 이용하여 상기 단열층(31)을 구성하였다. 면-고무 테이프는 일반적으로 전기적인 절연을 위해 쓰이는 테이프로 약간의 점성을 가지고 있다. 상기 단열층(31)은 상기 면-고무 테이프의 폭을 고려하여 초전도 권선이 끝난 초전도영구전류스위치가 고정되어 있는 권선기 상에서 손으로 일정 텐션을 가하며 권선을 한다. 따라서 권선기로부터 분리한 후 에폭시에 함침하여 단열처리하는 기존 방식과 비교하여 과정이 매우 간단하고 용이해진다.In the present invention, as an example, the heat insulation layer 31 is formed by using a cotton-rubber tape. Cotton-rubber tape is generally used for electrical insulation and has a slight viscosity. The thermal insulation layer 31 is wound while applying a certain tension by hand on the winding machine in which the superconducting permanent current switch of the superconducting winding is fixed in consideration of the width of the surface-rubber tape. Therefore, the process is very simple and easy compared with the conventional method of separating from the winding machine and impregnating with epoxy to insulate.

상기 단열층(31)의 권선 시 그 단열층(31)의 권선 중간층에서 저온용 에폭시를 한 층 얇게 발라줌으로써, 상기의 면-고무 테이프의 권선을 내부에서 고정시키는 역할을 한다. 나머지는 설계 두께까지 권선한 후 다시 저온용에폭시로 고정시킨다.When winding the insulation layer 31 by applying a thin layer of low-temperature epoxy in the winding intermediate layer of the insulation layer 31, it serves to fix the winding of the cotton-rubber tape therein. The rest is wound up to the design thickness and then epoxy fixed for low temperature.

이와같이 완성된 상기 단열층(31)은 두께 수정의 필요성이 있을 때, 얇은 막으로 경화된 저온용 에폭시를 제거한 후 상기 면-고무 테이프를 풀어내거나 추가적으로 더 권선 함으로써 쉽게 이루어 질 수 있다.When the heat insulation layer 31 is completed as described above, the low temperature epoxy cured with a thin film may be easily removed by unwinding or further winding the cotton-rubber tape when a thickness correction is needed.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 영구전류 스위치용 보빈을 플랜지의 외면측에서 본 정면도이고, 도 6은 도 5의 B방향에서 본 정면도이며, 도 7은 도 5의 C방향에서 본 정면도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 초전도 선재 및 상기 히터 선재 등을 권선하기위한 원통형의 보빈 몸체(21a); 및 상기 몸체(21a)의 양측에 형성된 플랜지(flange)(21b)를 포함하여 구성되되, 상기 플랜지(21b)는, 바이필러 권선할 초전도선재(권선되어 도 2의 초전도 권선층25a,25b를 형성함)의 양단을 그 플랜지(21b) 외면측에서 상기 몸체(21a)측으로 도입하는 권선도입구멍(61)과, 상기 권선도입구멍(61)을 기점 및 종점으로 하여 상기 플랜지(21b)의 외측 표면에 원형으로 형성된 일정깊이의 원형가이드홈(64)와, 상기 플랜지(21b)의 외주면에서 중심측으로 일정길이로 파여 형성된 권선배출틈(62)과, 상기 권선배출틈(62)의 종단을 기점으로 그 틈(62)과 일정각도를 가지고 상기 플랜지(21b)의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출권선 가이드홈(63)과, 상기 히터 선재로서의 상기 히터선(131)(권선되어 도 2의 히터권선층 32를 형성함)의 권선 후 그 종단을 상기 몸체(21a)로부터 상기 플랜지(21b) 외측으로 배출하도록 형성된 히터선 배출구멍(42)과, 상기 히터선 배출구멍(42)을 기점으로 상기 플랜지(21b)의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출히터선 가이드홈(65)을 가지고 있다.5 is a front view of the superconducting permanent current switch bobbin according to an embodiment of the present invention seen from the outer side of the flange, FIG. 6 is a front view seen from the direction B of FIG. 5, and FIG. 7 is seen from the direction C of FIG. 5. As a front view, as shown in the figure, a cylindrical bobbin body 21a for winding a superconducting wire and the heater wire; And flanges 21b formed on both sides of the body 21a, wherein the flanges 21b are superconducting wires to be wound by a bi-pillar (reeled to form the superconducting winding layers 25a and 25b of FIG. 2). The outer surface of the flange 21b with the winding introduction hole 61 introducing both ends of the flange 21b from the outer surface side of the flange 21b to the body 21a side, and the winding introduction hole 61 as a starting point and an end point. A circular guide groove 64 having a predetermined depth formed in a circular shape, a winding discharge gap 62 formed at a predetermined length from an outer circumferential surface of the flange 21b to a center, and an end of the winding discharge gap 62. The discharge winding guide groove 63 formed in the outer circumferential direction on the outer surface of the flange 21b at a predetermined angle with the gap 62, and the heater wire 131 (the winding of the heater winding of Fig. 2) as the heater wire. The end of the winding from the body 21a A heater wire discharge hole 42 formed to discharge outside the flange 21b and a discharge heater wire guide groove 65 formed in an outer circumferential surface direction on the outer surface of the flange 21b starting from the heater wire discharge hole 42. Have

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 영구전류 스위치용 권선장치의 구성도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 회전 가능하도록 설치되어, 회전 시 권선할 초전도 영구전류 스위치용 선재(25)를 감거나 그 감겨진 선재(25)를 공급하기 위한 한쌍의 선재 공급용 보빈(231,232); 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈(231,232) 및 이에 대응하는 초전도 영구전류 스위치용 단일 보빈(21)의 상호 연동 회전에 의해 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈(231,232)으로부터 상기 단일보빈(21)으로 공급되는, 한쌍의 선재(25)의 공급 경로상에 설치되어, 그 한쌍의 선재(25)가 상호 동일한 장력을 유지하도록 지지하되, 각 선재(25)에 인가되고 있는 장력을 측정하는 장력유지/측정수단으로서의 한쌍의 롤러(221,222); 상기 공급 경로 상에 설치되어 상기 한쌍의 롤러(221,222)를 경유한 상기 한쌍의 선재(25)가 일정 간격 이상으로 이격되지 않도록 모아서 상기 단일 보빈(21)측으로 공급되도록 지지하는 권선가이드파이프(24); 및 상기 한쌍의 롤러(221,222)에 의해 측정된 장력 데이터에 의거하여 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈(231,232)의 회전을 제어하는 제어부(300)로 구성되어 있다.8 is a configuration diagram of a winding device for a superconducting permanent current switch according to an embodiment of the present invention, as shown in the figure, is installed to be rotatable, the wire 25 for the superconducting permanent current switch to be wound during rotation A pair of wire bobbins (231, 232) for winding the wire or for supplying the wound wire 25; Supplied to the single bobbin 21 from the pair of wire feed bobbins 231 and 232 by the interlocking rotation of the pair of wire feed bobbins 231 and 232 and the corresponding superconducting permanent current switch single bobbin 21. And tension holding / measurement means installed on the supply path of the pair of wire rods 25 to support the pair of wire rods 25 to maintain the same tension, and to measure the tension applied to each wire rod 25. A pair of rollers 221 and 222 as a pair; Winding guide pipe 24 installed on the supply path to collect the pair of wire rods 25 via the pair of rollers 221 and 222 so as not to be spaced apart by a predetermined interval to be supplied to the single bobbin 21 side. ; And a controller 300 for controlling rotation of the pair of wire rod supply bobbins 231 and 232 based on the tension data measured by the pair of rollers 221 and 222.

상술된 바와 같이 도 5 내지 도 8의 본 발명에 따른 보빈 및 권선장치를 사용하여 도 2의 상기 초전도 권선층(25a,25b)을 권선하는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.As described above, a process of winding the superconducting winding layers 25a and 25b of FIG. 2 using the bobbin and the winding device according to the present invention of FIGS. 5 to 8 will be described below.

먼저, 상기 보빈(21)을 도 8의 권선장치에 장착한 후, 상기 초전도 권선층(25a,25b)을 형성하는 일정 길이의 초전도 선재의 양단을 정렬하여 상기 보빈(21)의 상기 플랜지(21b)의 상기 권선도입구멍(61)을 통해 상기 몸체(21a)측으로 삽입하고 그 초전도 선재의 중심부를 상기 원형가이드홈(64)내에 원형으로 삽입하여 지지되도록 한다. 상기 권선도입구멍(61)을 통해 삽입되어 두 가닥 부분이 한쌍을 이루며 나온 선재(25)는 상기 가이드 파이프(24)를 통과하여 모아진 후 각 가닥이 한쌍의 롤러(221,222)에 연결되어 일정한 텐션을 유지하면서 상기 전체 초전도 선재 길이의 절반씩 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈(231,232)에 각각 권취되도록 한다.First, the bobbin 21 is mounted on the winding apparatus of FIG. 8, and then both ends of a superconducting wire rod having a predetermined length forming the superconducting winding layers 25a and 25b are aligned to the flange 21b of the bobbin 21. ) Is inserted into the body (21a) side through the winding introduction hole (61) and the central portion of the superconducting wire is inserted into the circular guide groove (64) so as to be supported. The wire 25 inserted through the winding introduction hole 61 and the two strands are formed as a pair is collected through the guide pipe 24 and then each strand is connected to the pair of rollers 221 and 222 to provide a constant tension. While maintaining, it is to be wound around the pair of wire supply bobbins (231, 232) by half of the total superconducting wire length, respectively.

이어, 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈(231,232)으로부터 상기 보빈(21)상에 상기 절반씩 한쌍으로된 상기 한쌍의 초전도 선재(25)를 바이필러 권취하는 바, 이때 상기 한쌍의 초전도 선재(25)는 상기 한쌍의 롤러(221,222) 및 상기 한쌍의 선제 공급용 보빈(231,232)에 의해 상호 동일한 장력을 유지하게 되며, 또한 상기 롤러(221,222)에 의해 각 가닥의 선재의 장력이 측정되고 상기 제어부(330)는 그 측정된 장력에 의거하여 상기 각 보빈(231,232)의 회전을 제어하여 장력 오차를 보정허도록 하며, 또한 상기 전선가이드 파이프(24)에 의해 한쌍의 초전도 선재가 모아져서 바이필러 정렬 권선이 이루어 지도록 한다.Subsequently, the pair of superconducting wires 25, which are paired in half, on the bobbin 21 are wound from the pair of wire supplying bobbins 231 and 232, wherein the pair of superconducting wires 25 are used. The pair of rollers 221 and 222 and the pair of pre-loading bobbins 231 and 232 maintain the same tension with each other, and the tension of each wire rod is measured by the rollers 221 and 222 and the control unit 330 ) Controls the rotation of the bobbins (231, 232) based on the measured tension to compensate for the tension error, and a pair of superconducting wires are collected by the wire guide pipe (24) so that the bi-filler alignment winding is To be done.

이와 같이 바이필러 권선이 완성된 후, 도 5 내지 도 7과 같이 구성된 본 발명의 보빈(21)에 의해 바이필러 무유도 권선 완료된 권선 즉, 상기 초전도 선재(25)의 양단부와 상기 히터선(132)의 단부를 간결하고 견고하게 마무리 처리할 수 있는 바, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.After the bi-pillar winding is completed as described above, by the bobbin 21 of the present invention configured as shown in Figs. 5 to 7 the end of the non-filled winding winding, that is, the both ends of the superconducting wire 25 and the heater wire 132 The end of the) can be simply and firmly finished, which will be described below.

상기 본 발명의 보빈(21)은 중앙에 마그네트와의 고정을 위한 관통 홀(41)이 있고, 그 관통 홀(41)은 액체 헬륨내에서 냉각 채널의 역할을 병행하며, 다른 고정 방법이 있다면 그 관통홀(41)의 생략이 가능하다. 또한 상기 히터 권선층(32)의 히터선(132) 종단부를 외부로 빼서 가이드하여 지지하기 위한 히터선 배출구멍(42)과 배출히터선 가이드홈(65)이 있고, 상기 보빈(21)의 플랜지(21b) 외면에는 바이필러 무유도 권선을 위해 전류 방향을 바꿀 때 해당 초전도 선재를 구부리면서 생기는 손상을 최소화 시킬 수 있는 원형가이드홈(64)이 있다.The bobbin 21 of the present invention has a through hole 41 for fixing with a magnet in the center, the through hole 41 serves as a cooling channel in the liquid helium, if there is another fixing method The through hole 41 can be omitted. In addition, there is a heater wire discharge hole 42 and a discharge heater wire guide groove 65 for guiding and supporting the heater wire 132 end portion of the heater winding layer 32 to the outside, the flange of the bobbin 21 (21b) The outer surface has a circular guide groove 64 that can minimize the damage caused by bending the superconducting wire when changing the current direction for the non-filler-free winding.

따라서, 초전도 선재의 바이필러 무유도 권선 완료 후, 그 초전도 선재의 단부는 상기 권선배출틈(62)을 통해 외부로 나가서 상기 권선배출 가이드홈(63)내로 삽입되어 지지되면서 나가게 되며, 한편 상기 히터 권선층(32)의 권취 완료 후 상기 히터선 배출구멍(42)을 통해 외부로 나온 히터선(132)의 단부는 상기 히터배출 가이드홈(65)내로 삽입되어 지지되면서 나가게 된다. 이와 같이 상기권선도입구멍(61), 상기 원형 가이드홈(64), 상기 권선배출 가이드홈(63), 상기 히터선 배출구멍(42), 상기 히터선배출 가이드홈(65)을 통해 외부로 배출되고 배선된 상기 초전도 선재(25)와 상기 히터선(132)의 단부는 상기 구멍과 홈과 틈을 저온도 에폭시로 메워서 완전 고정시킴으로써, 권선 마무리 처리를 깨끗하고 간결하고 견고하게 할 수 있다.Therefore, after completion of the non-filler-free winding of the superconducting wire, the end portion of the superconducting wire goes out through the winding discharge gap 62 and is inserted into and supported by the winding discharge guide groove 63, while the heater After the winding of the winding layer 32 is completed, the end of the heater wire 132, which has come out through the heater wire discharge hole 42, is inserted into and supported by the heater discharge guide groove 65. In this way, it is discharged to the outside through the winding introduction hole 61, the circular guide groove 64, the winding discharge guide groove 63, the heater wire discharge hole 42, the heater wire discharge guide groove 65. The ends of the superconducting wire 25 and the heater wire 132, which are wired, are completely fixed by filling the holes, the grooves, and the gaps with low-temperature epoxy, thereby making the winding finishing process clean, simple, and firm.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초전도 영구전류 스위치와, 그 초전도 영구전류 스위치용 보빈 및 권선 장치는 자기공명단층촬영장치(MRI), 핵자기공명장치(NMR), 및 초전도에너지저장시스템(SMES) 등과 같이 영구전류 운전이 기능한 마그네트 시스템에 적용되어 다음과 같은 창출 효과를 갖는다.As described in detail above, the superconducting permanent current switch and the bobbin and winding device for the superconducting permanent current switch are magnetic resonance tomography (MRI), nuclear magnetic resonance apparatus (NMR), and superconducting energy storage system (SMES). It is applied to the magnet system with the permanent current operation function as follows.

첫째, 권선해야 할 선재를 감아둘 수 있는 보빈을 두 개 가지고 있으며 각각이 로드 셀과 연결되어 서로 간의 텐션 차이를 보정할 수 있는 권선 장치를 사용하므로 선재의 열화에 의한 움직임을 최소화하면서 바이필러 무유도 권선을 용이하게 할 수 있다.First, it has two bobbins to wind the wire to be wound and each of them is connected to the load cell to use the winding device to compensate for the tension difference between each other. It can also facilitate winding.

둘째, 보빈의 플랜지에 전류의 방향을 바꿀 수 있는 원형의 가이드 홈이 있는 보빈을 사용하므로, 전류 방향을 바꾸어 바이필러 무유도 권선을 하기 위해 초전도선재를 구부릴 때 생기는 선재의 손상을 최소화시킬 수 있다.Second, since the bobbin with the circular guide groove to change the direction of the current in the flange of the bobbin is used, it is possible to minimize the damage of the wire rod when bending the superconducting wire to make the bi-filler-free winding by changing the current direction. .

셋째, 보빈의 플랜지에 권선 후 초전도선재와 히터선을 외부로 배출하고 삽입하여 가이드하는 홀, 홈 및 틈을 형성하여, 외부로 배출되는 선재와 히터를 견고히 고정시키고, 외관적으로도 간결하게 처리할 수 있다.Third, after winding on the flange of the bobbin, the superconducting wire and heater wire are discharged and inserted into the outside to form holes, grooves and gaps for guiding, to securely fix the wire and the heater discharged to the outside, and to process it simply in appearance. can do.

넷째, 초전도 권선 중간층에 열전도율이 좋은 금속 테이프를 한 층 깔고 그 위에 히터선을 권선하되, 그 히터선은 상기 보빈의 길이방향 중심부에서 권선밀도가 집중되고 양측으로 가면서 그 권선밀도가 작아지도록 권선함으로써, 동일 히터 권선 양으로도 넓은 영역으로 급속히 히터의 열을 전달시킬 수 있다.Fourth, a layer of metal tape having good thermal conductivity is laid on the middle layer of the superconducting winding wire, and the heater wire is wound thereon, and the heater wire is wound so that the winding density is concentrated in the longitudinal center of the bobbin and the winding density decreases toward both sides. As a result, even in the same heater winding amount, it is possible to rapidly transfer the heat of the heater to a large area.

다섯째, 면-고무 테이프를 단열재로 하여 단열부를 구성하므로, 보빈을 권선기와 분리없이 초전도 권선부 제작부터 단열부 제작까지 연속적으로 작업이 가능하여 제작 시간을 대폭 줄일 수 있다.Fifth, since the insulating portion is composed of the cotton-rubber tape as a heat insulating material, it is possible to continuously work from manufacturing the superconducting winding portion to the insulating portion without separating the bobbin from the winding machine, thereby significantly reducing the production time.

여섯째, 단열부가 테이프에 의한 권선으로 제작되므로, 제작 중의 실수 또는 성능 평가에 의해 단열부의 수정이 필요할 때 매우 쉽게 수정이 가능하다.Sixth, since the insulation is made of a winding by tape, it can be very easily modified when the insulation is required to be corrected by mistake or performance evaluation during production.

Claims (9)

권선을 위한 보빈(bobbin );Bobbins for windings; 상기 보빈 상에 초전도 선재가 바이필러(bifilar)로 권선되어 형성된 제 1 초전도 권선층;A first superconducting winding layer formed by winding a superconducting wire on the bobbin with a bifilar; 상기 제 1 초전도 권선층 상에 도전성 선재가 바이필러로 권선되어 형성된 히터 권선층;A heater winding layer formed by winding a conductive wire on the first superconducting winding layer with a bi-filler; 상기 히터 권선부 상에 초전도 선재가 바이필러로 권선되어 형성된 제 2 초전도 권선층; 및A second superconducting winding layer formed by winding a superconducting wire with a bi-filler on the heater winding part; And 상기 제 2 초전도 권선부 상에 단열성 테이프가 권선되어 형성된 단열층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.And a heat insulation layer formed by winding an insulating tape on the second superconducting winding part. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터 권선층과 상기 제 1 및/또는 제 2 초전도 권선층 사이에 열전도가 우수한 금속 테이프로 권선되어 형성된 열전도층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.And a heat conductive layer formed by winding a metal tape having excellent heat conductivity between the heater winding layer and the first and / or second superconducting winding layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 히터 권선층은 상기 보빈의 길이방향 중심부에서 권선밀도가 집중되고 양측으로 가면서 그 권선밀도가 작아지도록 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.The heater winding layer is a superconducting permanent current switch, characterized in that the winding density is concentrated in the longitudinal center of the bobbin and the winding density is reduced while going to both sides. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보빈은 상기 초전도 선재 및 상기 히터 선재 등을 권선하기위한 원통형의 보빈 몸체; 및The bobbin may include a cylindrical bobbin body for winding the superconducting wire and the heater wire; And 상기 몸체의 양측에 형성된 플랜지(flange)를 포함하여 구성되되,Is configured to include a flange (flange) formed on both sides of the body, 상기 플랜지는, 바이필러 권선할 상기 초전도 선재의 양단을 그 플랜지 외측에서 상기 몸체측으로 도입하는 권선도입구멍과, 상기 권선도입구멍을 기점 및 종점으로 하여 상기 플랜지의 외측 표면에 원형으로 형성된 일정깊이의 원형가이드홈과, 상기 플랜지의 외주면에서 중심측으로 일정길이로 파여 형성된 권선배출틈과, 상기 권선배출틈의 종단을 기점으로 그 틈과 일정각도를 가지고 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출권선 가이드홈과, 상기 히터선재 권선 후 그 종단을 상기 몸체로부터 상기 플랜지 외측으로 배출하도록 형성된 히터선 배출구멍, 및 상기 히터선 배출구멍을 기점으로 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출히터선 가이드홈을 가지고있는 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.The flange has a predetermined depth formed in a circular shape on the outer surface of the flange with a winding inlet hole for introducing both ends of the superconducting wire to be bi-filled from the outer side of the flange to the body side, and the winding inlet hole as a starting point and an end point. A circular guide groove, a winding discharge gap formed at a predetermined length from the outer circumferential surface of the flange to a central side, and a discharge winding formed on the outer surface of the flange in an outer circumferential direction with a gap and a predetermined angle starting from the end of the winding discharge gap; A guide groove, a heater wire discharge hole formed to discharge the end of the heater wire from the body after the winding of the heater wire to the outside of the flange, and a discharge heater wire guide formed in the outer circumferential surface direction on the outer surface of the flange starting from the heater wire discharge hole. Superconducting permanent current switch, characterized in that it has a groove. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 초전도 선재는 일정길이를 가지고 양단부가 상기 권선도입구멍으로 도입 정렬되어 바이필러로 권선되되, 중심부분이 상기 원형가이드홈내에 원형으로 삽입되어 지지되어 있고, 권선 후 상기 양단부가 상기 권선배출틈을 통과하여 상기 배출권선 가이드홈내에 삽입되어 지지되어 있으며, 상기 히터 권성층을 이루는 상기 도전성 선재의 권선후 종단부는 상기 히터선 배출구멍을 통해 배출된 후 상기 배출히터선 가이드홈내에 삽입되어 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.The superconducting wire has a predetermined length, and both ends thereof are introduced into the winding introduction hole to be aligned and wound by a bi-filler, and a central part is supported by being inserted into the circular guide groove in a circular shape. It is inserted into and supported in the discharge winding guide groove, and the end portion after winding of the conductive wire constituting the heater winding layer is discharged through the heater wire discharge hole and inserted into and supported in the discharge heater wire guide groove. Superconducting permanent current switch, characterized in that. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 홈들, 상기 구멍들 및 상기 틈을 메워 고착된 저온용 에폭시와 같은 절연 고착물에 의해 상기 각 선재가 해당하는 각 홈과 구멍내에 고정지지되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.And each wire rod is fixed in each groove and hole corresponding to the grooves, the holes, and an insulating fixing material such as a low-temperature epoxy that fills the gaps. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단열성 테이프는 면-고무 테이프이고, 그 면-고무테이프로 형성된 상기 단열층은 저온용 에폭시와같은 절연 고착물에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치.And said insulating tape is a cotton-rubber tape, and said insulating layer formed of said cotton-rubber tape is fixed by an insulating fixing material such as low temperature epoxy. 초전도 선재 및 히터 선재 등을 바이필러로 권선하여 초전도 영구전류 스위치를 제작하는 데 사용되는 보빈에 있어서,In the bobbin used to manufacture a superconducting permanent current switch by winding a superconducting wire and heater wire with a bi-filler, 상기 초전도 선재 및 상기 히터 선재 등을 권선하기위한 원통형의 보빈 몸체; 및A cylindrical bobbin body for winding the superconducting wire and the heater wire; And 상기 몸체의 양측에 형성된 플랜지(flange)를 포함하여 구성되되,Is configured to include a flange (flange) formed on both sides of the body, 상기 플랜지는, 바이필러 권선할 상기 초전도 선재의 양단을 그 플랜지 외측에서 상기 몸체측으로 도입하는 권선도입구멍과,The flange may include a winding introduction hole for introducing both ends of the superconducting wire to be bi-filer wound from the outside of the flange to the body side; 상기 권선도입구멍을 기점 및 종점으로 하여 상기 플랜지의 외측 표면에 원형으로 형성된 일정깊이의 가이드홈과,A guide groove having a predetermined depth formed in a circular shape on an outer surface of the flange with the winding introduction hole as a starting point and an end point; 상기 플랜지의 외주면에서 중심측으로 일정길이로 파여 형성된 권선배출틈과,Winding discharge gap formed by digging a predetermined length from the outer peripheral surface of the flange to the center, 상기 권선배출틈의 종단을 기점으로 그 틈과 일정각도를 가지고 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출권선 가이드홈과,A discharge winding guide groove formed in an outer circumferential direction on the outer surface of the flange with a predetermined angle with the gap from the end of the winding discharge gap; 상기 히터선재 권선 후 그 종단을 상기 몸체로부터 상기 플랜지 외측으로 배출하도록 형성된 히터선 배출구멍과, 그리고A heater wire discharge hole formed to discharge an end of the heater wire from the body to the outside of the flange after winding the heater wire; and 상기 히터선 배출구멍을 기점으로 상기 플랜지의 외측 표면에 외주면 방향으로 형성된 배출히터선 가이드홈을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 초전도 영구전류 스위치용 보빈.A bobbin for a superconducting permanent current switch, comprising a discharge heater wire guide groove formed in an outer circumferential surface direction on an outer surface of the flange starting from the heater wire discharge hole. 초전도 영구전류 스위치 제작용 권선 장치에 있어서,In the winding device for manufacturing a superconducting permanent current switch, 회전 가능하도록 설치되어, 회전 시 권선할 초전도 영구전류 스위치용 선재를 감거나 그 감겨진 선재를 공급하기 위한 한쌍의 선재 공급용 보빈;A pair of wire supply bobbins installed to be rotatable to wind the wire for superconducting permanent current switch to be wound during rotation or to supply the wound wire; 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈 및 이에 대응하는 초전도 영구전류 스위치용 단일 보빈의 상호 연동 회전에 의해 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈으로부터 상기단일보빈으로 공급되는, 한쌍의 선재의 공급 경로상에 설치되어, 그 한쌍의 선재가 상호 동일한 장력을 유지하도록 지지하되, 각 선재에 인가되고 있는 장력을 측정하는 장력유지/측정수단;A pair of wire rods supplied to the single bobbin from the pair of wire rods supply bobbins by the interlocking rotation of the pair of wire rods supply bobbins and the corresponding single bobbin for the superconducting permanent current switch. Tension holding / measurement means for supporting the pair of wire rods to maintain the same tension, and measuring the tension applied to each wire rod; 상기 공급 경로 상에 설치되어 상기 장력유지/측정수단을 경유한 상기 한쌍의 선재가 일정 간격 이상으로 이격되지 않도록 모아서 상기 단일 보빈측으로 공급되도록 지지하는 지지수단; 및Support means installed on the supply path to collect the pair of wire rods via the tension maintaining / measurement means so as not to be spaced apart by a predetermined interval to be supplied to the single bobbin side; And 상기 장력유지/측정수단에 의해 측정된 장력 데이터에 의거하여 상기 한쌍의 선재 공급용 보빈의 회전을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특지으로 하는 초전도 영구전류 스위치용 권선 장치.And a control means for controlling the rotation of the pair of wire rod bobbins based on the tension data measured by the tension holding / measurement means.
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