KR20030040459A - 구조에 의하여 결정되는 초기 과도 리액턴스를 갖는초전도 회전 장치 - Google Patents

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Abstract

초전도 장치는 스테이터 조립부를 포함한다. 이 스테이터 조립부는 제 1 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함한다. 로터 조립부는 이 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격된다. 상기 로터 조립부는 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 관련된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함한다. 상기 로터 조립부는 상기 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함한다. 이 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부사이에 위치한다.

Description

구조에 의하여 결정되는 초기 과도 리액턴스를 갖는 초전도 회전 장치{SUPERCONDUCTING ROTATING MACHINE WITH A SUBTRASIENT REACTANCE DETERMINED BY CONTRUCTION}
초전도 에어코어(air-core), 동기 전기 장치는 1960년대 초반 이후로 발전해왔다. 이 장치의 초전도 권선의 사용은 계안에서 권선 및 증가된 플럭스에 의하여 발생하는 기전력과 장치의 출력밀도(power density)를 증가시킨다.
초기의 초전도 장치는 NbZr 또는 NbTi 및 근래의 Nb3Sn 과 같은 저온 초전도(LTS)재질로 감겨진 필드 권선(field wounding)을 포함한다. 상기 필드 권선은 고정 용해조로부터의 액상 헬륨으로 냉각된다. 상기 액상 헬륨은 상기 장치의 회전부로 이송되고 기체화되며 상기 액체의 잠열 및 현열을 이용하여 상기 권선을 냉각시킨다. 이 방법은 단지 매우 거대한 동기 장치에 대하여만 실용적이라는 것이 밝혀졌다. 1980년대의 고온 초전도(HTS)재료의 출현으로 이 장치들의 냉각 요구는상당히 감소되었으며 소형의 초전도 장치들이 실현 가능하게 되었다.
초전도 장치에 있어서, 효율 및 크기는 매우 중요하다. 초전도 장치의 크기를 줄이는 하나의 방법은 필드 권선 및 스테이터 권선(stator winding)과의 공기층을 최소화하는 것이다. 불행하게도, 초전도 회전 권선들은 전형적으로 금속 쉴딩(metallic shielding)의 임의의 형상을 이용하여 스테이터 권선에서 비동기 필드의 불리한 효과를 최소화시키기 때문에, 이 공기층이 감소함에 따라 상기 스테이터 권선은 상기 금속 쉴딩과 더 근접하게 되고 초기 과도 리액턴스는 감소된다. 초기 과도 리액턴스에서의 감소는 오류 조건동안 초전도 장치에 의하여 실행되는 고수준의 제동 토크 및 스테이터 전류를 발생시킨다.
본 발명은 초전도 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초전도 회전 장치의 측 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스테이터 코일 조립부의 등각도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초전도 회전 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스테이터 코일 조립부의 등각도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 초전도 회전 장치의 단면도이다.
도 6은 다양한 종단 영역 조건을 도시하는 초전도 회전 장치의 단면도이다.
도 7은 초전도 장치의 효율을 증가하는 동안 적절한 수준의 초기 과도 리액턴스를 유지하는 방법의 순서도이다.
도 8은 초전도 장치의 효율을 증가하는 동안 적절한 수준의 초기 과도 리액턴스를 유지하는 다른 방법의 순서도이다.
본 발명에 따르면, 초전도 회전 장치는 스테이터 조립부를 포함한다. 이 스테이터 조립부는 적어도 하나의 소정길이를 갖는 스테이터 코일 조립부를 포함한다. 로터 조립부(rotor assembly)는 이 스테이터 내부에서 회전하도록 설정되고 스테이터 조립부와 일정 간격을 두고 이격된다. 상기 로터 조립부는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함한다. 상기 초전도 로터 조립부는 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생시킨다. 상기 로터 조립부는 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드(asynchronous field filtering shielding)를 포함한다. 이 쉴드는 상기 스테이터 조립부 및 상기 로터 조립부 사이에 위치한다.
하나 이상의 하기 특성은 또한 포함될 것이다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 구리 또는 알루미늄과 같은 비 자극성 재료로 구성된다. 제 1소정길이는 제 2소정길이보다 큰 상이한 길이이며, 그러한 이 상이한 길이는 제 1 소정길이의 소정 비율, 제 2 소정길이의 소정비율, 또는 고정 길이일 수 있다. 상기 스테이터 코일 조립부는 구리를 이용하여 비 초전도 재료로 구성된다. 상기 로터 권선 조립부는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium)-구리(copper)-산화물(oxide), 창연(bi smuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물과 같은 고온 초전도 재료를 이용하여 구성된다. 상기 초전도 장치는 초전도 로터 권선 조립부를 냉각시키는 냉동시스템을 포함한다. 상기 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 종단에 위치하는 한 쌍의 종단 변환영역을 포함한다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 상기 스테이터 코일 조립부의 중앙영역과 초전도 로터 권선 조립부 사이에 형성된다. 상기 스테이터 코일 조립부의 종단 영역은 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나 연장된다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 초전도 장치의 초기 과도 리액턴스를 충분하도록 유지하는 방법은 적어도 하나의 소정길이를 갖는 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부를 생산하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 소정간격으로 스테이터 조립부와 이격되는 로터 조립부를 생산한다. 이 로터 조립부는 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생하는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함한다. 상기 방법은 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드를상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치시킨다. 더욱이, 초전도 장치의 크기가 최소화되는 경우, 상기 방법은 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부사이의 간격을 물리적으로 허용가능한 최소치로 감소시킨다.
하나 이상의 다음 특성은 또한 포함된다. 상기 방법은 상기 로터 조립부 또는 상기 스테이터 조립부에 비동기 필드 필터링 쉴드를 정확하게 부착하는 단계를 포함한다. 상기 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 종단의 한 쌍의 종단 영역을 포함한다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 형성하는 단계는, 비동기 필드 필터링 쉴드를 스테이터 코일 조립부의 중앙영역과 초전도 로터 권선 조립부 사이에 위치시키는 단계와, 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 일측 종단 영역을 비동기 필드 필터링 쉴드를 넘어서 연장시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스테이터 조립부는 제1 소정길이의 비동기 필드 필터링 쉴드를 갖는 초전도 로터 조립부를 수용하도록 형성된다. 상기 스테이터 조립부는 제 1 소정길이보다 긴 제 2 소정길이를 가지는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함한다. 상기 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초전도 회전 장치는 스테이터 조립부를 포함한다. 이 스테이터 조립부는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함한다. 상기 스테이터 코일 조립부는 중앙 영역과 상기 중앙영역의 종단에 위치하는 한 쌍의 종단 영역을 포함한다. 초전도 로터 조립부는 상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 일정 간격을 두고 상기 스테이터 조립부와 이격된다. 상기 로터 조립부는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치한 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함한다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 영역의 적어도 하나는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성된다. 이것은 상기 종단 영역과 비동기 필드 필터링 쉴드사이의 확장된 간격을 발생시킨다.
하나 이상의 하기 특성은 또한 포함된다. 확장 간격은 상기 간격보다 2-3배정도이다. 스테이터 코일 조립부의 적어도 하나는 내면 및 외면을 포함한다. 상기 내면은 비동기 필드 필터링 쉴드와 근접하게 위치한다. 더욱이 상기 초전도 장치는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 전환 영역의 외면 주위에 위치하는 플럭스 복귀 경로(flux return path)를 포함한다. 상기 플럭스 복귀 경로는 자성 재료로 이루어진다. 상기 자성 물질은 얇은 판모양의 시트 철(sheet steel)이다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비 자성 물질로 이루어진다. 상기 비 자성 물질은 구리이다. 상기 비 자성 물질은 알루미늄이다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 비자성 물질인 구리를 이용하여 구성된다. 상기 초전도 로터 조립부는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함한다. 상기 초전도 로터 권선 조립부는 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생시킨다. 상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부는 고온 초전도 재료를 이용하여 이루어진다. 상기 고온 초전도 재료는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium)-구리(copper)-산화물(oxide), 창연(bismuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물로 이루어진 그룹 중에서 선택된다. 상기 초전도 장치는 더욱이 초전도 로터 조립부를 냉각하는 냉각시스템을 포함한다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 영역 양측은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성된다. 적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부의 종단 영역의 하나는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성되고 타측의 종단 전환 영역은 나팔꼴로 형성되지 않는다. 상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드와 서로 접한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초전도 회전 장치는 스테이터 조립부를 포함한다. 상기 스테이터 조립부는 제1소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함한다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 종단에 위치하는 한 쌍의 종단 전환 영역을 포함한다. 초전도 로터 조립부는 상기 스테이터 조립부내에서 회전하고 일정 간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되도록 형성된다. 상기 로터 조립부는 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 가지는 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함한다. 상기 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 로터조립부의 사이에 위치한다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단영역중 적어도 하나는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성된다. 이것은 상기 종단 전환 영역과 상기 비동기 필드 필터링 쉴드사이의 확장된 간격을 발생시킨다.
하나 이상의 다음 특성은 또한 포함된다. 상기 확장된 간격은 상기 간격보다 2-3배이다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 내면 및 외면을 포함한다. 상기 내면은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드와 근접하게 위치한다. 상기 초전도 장치는 또한 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 영역의 주위에 위치하는 플럭스복귀 경로를 포함한다. 상기 플럭스 복귀 경로는 자성 재료로 이루어진다. 상기 자성 재료는 얇은 판상의 시트 스틸(sheet steel)이다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비자성 재료로 이루어진다. 상기 비자성 재료는 구리이다. 상기 비자성 재료는 알루미늄이다. 제 1 소정 길이는 제 2 소정길이보다 더 큰 상이한 길이이다. 상기 상이한 길이는 제 1 소정길이의 소정비율, 제 2 소정길이의 소정 비율, 또는 고정된 길이이다. 적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부는 비 초전도 물체인 구리를 이용하여 구성된다. 상기 초전도 로터 조립부는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함한다. 상기 로터 권선 조립부는 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생한다. 상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부는 고온 초전도 재료를 이용하여 이루어진다. 상기 고온 초전도 재료는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium)-구리(copper)-산화물(oxide), 창연(bismut h)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물로 이루어진 그룹 중에서 선택된다. 상기 초전도 장치는 더욱이 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 냉각하는 냉각 시스템을 포함한다. 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 영역 양측 모두는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성된다. 적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부의 종단 영역의 하나는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성되고 타측의 종단 전환 영역은 나팔꼴로 형성되지 않는다. 상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드와 서로 접한다. 상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나서 확장한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초전도 장치의 비용 및 크기를 감소시킴과 동시에 적정한 수준의 초기 과도 리액턴스를 유지하는 방법은 스테이터 조립부를 만드는 단계를 포함한다. 상기 스테이터 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙 영역의 종단에 위치한 한 쌍의 종단 전환 영역을 가지는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함한다. 상기 방법은 상기 스테이터 조립부 내부에서 회전하고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되도록 형성되는 초전도 로터 조립부를 포함한다. 상기 방법은 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 비동기 필드 필터링 쉴드를 위치하도록 한다. 상기 방법은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 적어도 하나의 코일 조립부를 방사형의 나팔꼴로 형성하여 상기 비동기 필드 필터링 쉴드와 상기 종단 전환영역사이의 간격을 확장시킨다. 상기 방법은 상기 스테이터조립부와 상기 로터 조립부사이의 간격을 물리적으로 허용할 수 있는 최소치로 감소시킨다.
하나 이상의 하기 특성은 포함될 수 있다. 상기 방법은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 로터 조립부에 정확하게 부착하도록 한다.
하나 이상의 장점은 본 발명의 상기 측면으로부터 제공되어진다. 초전도 장치의 효율은 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부사이의 공기층 감소에 의하여 증가된다. 이 효율은 초기 과도 리액턴스를 바람직한 수준을 유지하며 증가될 수 있다. 초기 과도 리액턴스를 바람직한 수준으로 유지하여, 이 효율의 초전도 장치에 의한 시스템 오류동안 실행되는 제동 토크는 적정의 수준에서 유지될 수 있다. 제동 토크에서의 이 감소는 상기 로터의 토크 튜브와 연관된 설계 기준을 단순화시킨다.
하나 이상의 본 발명의 실시예에 대한 상세한 것은 첨부한 도면 및 하기 설명에 기재되어 있다. 본 발명의 다른 특성, 목적, 그리고 효과는 상세한 설명, 도면 및 청구항에 의하여 명확해 질 것이다.
각 도면의 유사한 참조 부호는 유사한 구성요소를 표현한다.
도 1을 참조하면, 초전도 회전 장치(10)는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부(141-n)와 연결된 스테이터 조립부(12)를 포함한다. 종래에 알려진 바와 같이,스테이터 조립부(12)내에 연결된 스테이터 코일 조립부(141-n)의 특정부재는 상기 장치가 단상 또는 다상 장치인지 여부와 같은 다양한 설계규격에 따라 변화한다. 예를 들어, 33,000마력의 초전도 장치 설계에서 스테이터 조립부(12)는 180 스테이터 코일 조립부(141-n)를 포함한다.
로터 조립부(16)는 스테이터 조립부(12)의 내부에서 회전한다. 스테이터 조립부(12)와 같이, 로터 조립부(16)는 적어도 하나의 로터 권선 조립부(181-n)를 포함한다. 동일한 33,000마력 초전도 장치 설계에서, 로터 조립부(16)는 12 로터 권선 조립부(181-n)를 포함한다. 이 로터 권선 조립부는 작동 중에 로터 조립부(16) 및 스테이터 조립부(12)와 연계된 자기 플럭스를 발생시킨다.
초전도 회전 장치의 작동 중에, 균형 다상 전압(20)(보통 3상 전압)은 스테이터 코일 조립부(141-n)에 제공된다. 이는 차례로 장치(10)를 공급전압(20)의 주파수에 비례하는 그 작동 스피드로 만든다. 따라서, 공급전압(20)의 주파수가 일정하게 유지되는 경우, 장치(10)(즉, 로터 조립부(16))는 일정한(또는 동기화된) 속도로 회전하게 될 것이다. 이 현재 회전하는 로터 조립부(16)에 의하여 발생하는 상기 토크는 부하(21)(즉, 보트의 프로펠러축, 생산 라인의 컨베이어 벨트, 디젤 기관차의 구동 휠 등)에 토크튜브(torque tube)(22) 및 출력 축(24)을 통하여 전송된다.
출력축(24)은 한 쌍의 베어링 플레이트(26, 28)에 의하여 지지된다. 초전도 회전 장치(10)의 구동종단(30)상의 상기 베어링 플레이트(26)는 출력축(24)이 통과하는 통로(32)를 포함한다. 베어링 플레이트(26, 28)는 로터 조립부(16)를 스테이터 조립부(12)내의 적절한 위치에 위치시켜서, 이 조립부사이의 적정한 간격 "g" 를 유지하는 동안 로터 조립부(16)가 스테이터 조립부내에서 자유롭게 회전가능하도록 한다.
초전도 회전 장치(10)의 작동 중에, 필드 에너지(34)가 슬립 링/회전 디스크 조립부(35)를 통하여 로터 권선 조립부(181-n)에 적용된다. 이 신호는 직류 형태일 수 있다. 상기 로터 조립부(16) 및 스테이터 조립부(12)와 연관되어 요구되는 자기 필드(magnetic field)(및 자기 플럭스)가 발생되도록, 로터 권선 조립부(181-n)는 직류전류가 요구된다. 그러므로, 필드 에너지(34)가 교류전류의 형태로 제공되는 경우, 정류/사이리스터(thyristor) 회로(미도시)가 설치되어 교류전류를 직류전류로 변환시킨다.
스테이터 코일 조립부(141-n)가 비 초전도 구리코일 조립부인 경우, 로터 권선 조립부(181-n)는 HTS(High Temperature Superconductor) 또는 LTS(Low Temperature Superconductor)로 형성된 초전도 조립부이다. LTS 반도체의 예로는; 니오븀(niobium)-지르코늄(zirconium), 니오븀-티타늄(titanium), 및 니오븀-주석 (tin)이 있다. HTS 반도체의 예로는; 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium)-구리(copper)-산화물, 창연(bismuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은 -바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물이 있다.
이 초전도 반도체는 저온에서만 단지 그들의 초전도 특성을 수행하여, 냉동 시스템(36)이 초전도 장치(10)에 결합된다. 종래에 알려진 바와 같이, 냉동 시스템(36)은 전형적으로 극저온 냉각기의 임의의 형태이다. 상기 극저온 냉각기는 로터 권선 조립부(181-n)의 작동온도를 상기 반도체가 그 초전도 특성을 충분히 나타낼 수 있는 낮은 온도로 유지한다. 상기 로터 권선 조립부(181-n)는 냉동 시스템(36)에 의하여 계속 냉각되어야 하므로, 토크 튜브(22)는 G-10 페놀 또는 워븐-글래스 에폭시(woven-glass epoxy)와 같은 고강도, 저온 전도성의 구성재료로 이루어진다.
로터 조립부(16)는 스테이터 조립부(12)와 로터 조립부 사이에 위치하는 비동기 필드 필터링 쉴드(38)를 포함한다. 로터 조립부(16)는 전형적으로 실린더 형상으로 형성되며 비동기 필드 필터링 쉴드(38)도 또한 전형적으로 실린더 형상으로 형성된다. 스테이터 조립부(12)는 일반적으로 3상교류전원(20)(일반적으로 60㎐)에 의하여 전원이 공급된다. 이것은 차례로 실린더 형상의 스테이터 조립부(12)의 축에 대하여 회전하는 회전 자기 필드를 발생시킨다. 상기한 바와 같이, 스테이터 조립부(12)에 제공되는 3상교류전원(20)의 주파수는 초전도 장치의 회전속도를 적절하게 제어한다. 교류신호는 자연스럽게 주주파수(예컨데, 60㎐의 짝수배)의 조화를 포함하기 때문에, 로터 조립부(16)의 상기 로터 권선 조립부(181-n)를 이 비동기 필드로부터 보호하는 것은 바람직하다. 따라서, 로터 조립부(16)에 맞춰진 비동기 필드 필터링 쉴드(38)는 로터 권선 조립부(181-n)를, 3상교류전원(20)에 존재하는 이 조화의 결과로서 발생한 비동기 필드로부터 보호한다. 비 자성 재료(예컨대, 구리, 알루미늄 등)로 이루어진 비동기 필드 필터링 쉴드(38)는 로터 권선 조립부(181-n)를 완전히 덮거나 보호하는 충분한 길이(Lshield)로 형성되어야 한다. 바람직한 실시예에서는, 비동기 필드 필터링 쉴드(38)는 6061T6 구조 알루미늄으로 이루어진다. 쉴드(38)의 두께는 스테이터 조립부(12)에 제공되는 3상 교류전원(20)의 주파수에 따라 반비례로 변화한다. 상기 주파수는 일반적으로 20~120㎐ 의 영역에 있다. 일반적으로 쉴드의 두께는 이 공급 주파수에 따라 1/2~3인치 영역에서 변화한다.
상기한 바와 같이, 간격"g" 는 스테이터 조립부(12)와 로터 조립부(16)(비동기 필드 필터링 쉴드(38)를 포함한다.)사이에 존재한다. 초전도 회전 장치(10)의 크기를 줄이기 위하여, 이 간격 또는 공간을 가능한 최소의 수치로 감소시키는 것은 바람직하다. 동일한 33,000마력 초전도 장치에 있어서, 이 간격"g"는 1인치 이상의 수치를 갖는다. 특별히, 상기 자속 쇄교수(flux linkage)의 최대화로 인하여, 장치(10)의 크기는 간격"g"가 최소화되는 경우 최소화된다.
바람직하지 않게도, 간격"g"가 최소화되는 경우, 쉴드(38)는 스테이터 코일 조립부(141-n)의 권선과 매우 근접하게 형성된다. 종래에 공지된 바와 같이, 권선이 전도 표면과 근접하게 위치하는 경우에 이 권선의 겉보기 인덕턴스(즉, 초기 과도 리액턴스)는 감소한다. 이는 차례로 오류 상태(예를 들어, 스테이터 조립부의 모든상이 접지된 경우)동안에 토크 튜브(22) 및 로터 조립부(16)에 의하여 수행되는 제동 토크의 정도를 상승시킨다. 토크 튜브(22)가 비금속 단열 재료로 이루어진 사실을 고려한다면, 이 증가된 수준의 제동 토크는 초전도 회전 장치에서 방지되어져야 하는 상황이다.
더욱이, 상기 오류상태에 관하여, 오류 상태(예컨대, 스테이터 조립부(12)의 모든 상이 접지된 상태)동안 초전도 회전 장치(10)가 필연적으로 발전기의 기능을 한다는 점을 주목하는 것은 중요하다. 더욱이 상기 스테이터 조립부(12)의 모든 상이 접지된 경우, 스테이터 권선의 초기 과도 리액턴스는 단지 그 권선을 통하여 통과하는 전류의 양을 제한하는 임피던스이다. 따라서, 초기과도 리액턴스가 제로로 감소됨에 따라, 오류 상태동안 스테이터 조립부를 순환하는 최대 전류는 무제한에 가까워진다. 그러므로, 효율이 최대화되는 동안에는, 초기 과도 리액턴스는 수용불가능한 수준으로 저하될 수 없다. 초기 과도 리액턴스의 일반적인 수용 영역은 약 0.20p.u.(per unit)이다. 따라서, 간격"g"는 일반적으로 경험적으로 결정되며 상기 간격은 바람직한 초기 과도 리액턴스를 얻을 수 있을 때까지 조절된다.
고효율 및 수용가능한 초기 과도 리액턴스를 유지하기 위하여, 스테이터 코일 조립부(141-n)는 비동기 필드 필터링 쉴드(38)의 길이(Lshield)보다 긴 길이(Lstator)를 갖는다. 특히, Lshield와 Lstator의 차이는 길이차(△L)이다. 일반적으로 △L은 로터 조립부(16)의 각 종단상에 균일하게 분배된다. (도 1에 도시한 바와 같이) 그러나, 이는 본 발명의 제한은 아니며, 균일하지 않은 형태로 △L이 분포되는 것도 가능하다.
이 길이차(△L)는 소정의 길이 또는, Lshield또는 Lstator의 소정 비율이 될 수 있다. 이 수치의 일반적인 실시예들은; 3인치(소정길이), 9-18%(Lshield의 소정 비율), 및 8-16%(Lstator의 소정비율)이다. 상기 스테이터 코일 조립부(141-n)의 종단을 비동기 필드 필터링 쉴드(38)의 종단을 지나서 확장되도록 하여, 상기한 바와 같이 스테이터 오류 상태동안 실행되는 피크 전류 및 제동 토크를 제한하는 큰 초기 과도 리액턴스를 발생시킨다.
스테이터 코일 조립부들(141-n)은 각각 내면 및 외면을 구비한다. 상기 내면은 비동기 필드 필터링 쉴드(38)방향으로 형성되며, 외면은 비동기 필드 필터링 쉴드(38)의 반대 방향으로 형성된다. 플럭스 복귀 경로(60)는 얇은 판상의 시트 스틸과 같은 자성 재료로 이루어지고, 일반적으로 1-2인치 두께 사이에서 형성된다. 일반적으로, 플럭스 복귀 경로(60)는 스테이터 코일 조립부(141-n)의 외면의 주위를 감싼다. 즉, 플럭스 복귀 경로(60)는 이 스테이터 코일 조립부(141-n)의 외면을 덮는 실린더형 구조로 형성된다. 일반적으로, 플럭스 복귀 경로(60)의 상기 장치축 길이는 적절한 초기 과도 리액턴스가 달성될 때까지 조절된다는 점에서 경험상으로 결정된다 할 것이다. 이 플럭스 복귀 통로(60)의 사용은 스테이터 코일 조립부(141-n)에 대한 누설 자속을 향상시킨다. 이는 순차적으로 바람직한 수준의 초기 과도 리액턴스를 유지한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스테이터 코일 조립부(141-n)는 일반적으로 모터 산업에 활용되는 다이아몬드 종단 형상으로 보통 형성된다. 따라서, 각 스테이터 코일 조립부(141-n)는 중앙 영역(50) 및 상기 중앙영역(50)의 종단에 형성되는 한 쌍의 종단 전환 영역(52, 54)을 포함한다. 비동기 필드 필터링 쉴드(38)는 중앙영역(50)과 로터 권선 조립부(181-n)사이에 위치하고, 종단 전환 영역(52,54)은 비동기 필드 필터링 쉴드(38)의 종단을 지나서 확장하는 스테이터 코일 조립부(141-n)의 부분(△L)이다. 따라서, 이 특별한 예에 있어서, 길이차(△L)는 로터 조립부(16)의 각 종단상에 균일하게 분배된다. 그러나, 상기한 바와 같이, 이것은 본 발명의 제한이 되지 아니하고, 길이차(△L)는 균일하게 분배되는 것이 요구되지 않는다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 각 실시예가 도시되어 있다. 스테이터 조립부(12')는 중앙영역 및 중앙영역의 종단에 형성되는 한 쌍의 종단 영역(52', 54')을 포함하는 각 스테이터 코일 조립부(141-n') 중 적어도 하나를 포함한다. 초전도 로터 조립부(16')는 상기 스테이터 조립부(12')내에 회전하고 간격"g"로 스테이터 조립부와 이격되도록 형성된다. 초전도 로터 조립부(16')는 상기 스테이터 조립부(12')와 상기 초전도 로터 조립부사이에 위치하는 비동기 필드 필터링 쉴드(38')를 포함한다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드(38')는 일반적으로 실린더 형상으로 형성되고 정확하게 부착되며 초전도 로터 조립부(16')를 감싼다.
상기 스테이터 코일 조립부(141-n')의 종단 전환 영역(52', 54')은 비동기 필드 필터링 쉴드(38')로부터 방사형의 나팔꼴로 형성된다. 이 나팔꼴은 종단 영역의 시작부(즉, 특정 종단(52' 또는 54')이 중앙영역과 만나는 점)에서 시작되고 종단 영역의 종단까지 계속 된다. 일반적으로, 이 종단 영역들(52', 54')은 각 스테이터 코일 조립부(141-n')의 중앙영역(50')의 절반길이와 비슷하다. 이 나팔꼴 가공은 종단 영역(52', 54')의 종단에서 발생하는 확장간격"gexp"를 초래한다. 이 확장 간격"gexp"는 일반적으로 스테이터 코일 조립부(141-n')의 상기 중앙영역과 초전도 로터 조립부(16')과의 사이에 존재하는 간격"g"의 2-3배정도 크다. 일반적으로, 확장 간격"gexp"(그리고, 플레어의 각)의 크기는 확장 간격의 크기가 바람직한 정도의 초기 과도 리액턴스가 얻어질 때까지 조절된다는 점에서 경험적으로 결정된다고 할 것이다. 동일한 33,000마력 장치에서, 확장 간격은 약 2인치이다. 이 확장 간격은 초전도 장치(10')가 고효율 및 수용 가능한 초기 과도 리액턴스를 유지하도록 한다.
각 스테이터 코일 조립부(141-n')는 내면 및 외면을 갖는다. 상기 내면(볼록면)은 비동기 필드 필터링 쉴드(38')를 향하고, 상기 외면(오목면)은 비동기 필드 필터링 쉴드(38')와 반대방향으로 향한다. 플럭스 복귀 경로(60')(플럭스 복귀 경로(60')와의 조합에 있어서)는 중앙영역(50') 및 종단 영역(52', 54')의 외면의 주위를 둘러싸고, 이 영역들(50', 52' 및 54')의 외면을 덮는 방사형상의 실린더형구조를 형성한다. 플럭스 복귀 경로의 방사된 부분(60')은 선택되고 생략될 수 있다는 사실에 주목하라. 플럭스 복귀 경로(60')는 얇은 판상의 시트 스틸과 같은 자성 재료로 이루어진다. 그리고 일반적으로 1 내지 2인치 사이의 두께로 형성된다. 일반적으로, 장치 축길이가 적절한 정도의 초기 과도 리액턴스가 얻어질 때까지 조절된다는 점에서 플럭스 복귀 경로(60')의 장치 축길이는 경험적으로 결정된다. 이 플럭스 복귀 경로(60')의 사용은 스테이터 코일 조립부(141-n')의 누설 자속을 향상시킨다. 이는 순차로 만족스러운 초기 과도 리액턴스를 유지하도록 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 개별적인 실시예를 도시한다. 특별히, 스테이터 조립부(12")를 포함하는 초전도 장치(10")을 도시한다. 이 스테이터 장치(12")는 방사된 종단 영역(52", 54")을 스테이터 코일 장치(14"1-n)를 포함한다. 상기 종단 영역은 비동기 필드 필터링 쉴드(38")의 각 종단을 지나서 길이차의 반(1/2△L)정도 확장된다. 상기한 바와 같이, 이들 종단영역들(52", 54")을 비동기 필드 필터링 쉴드(38")의 종단을 지나 확장하여, 초기 과도 리액턴스를 강화시킨다. 더욱이, 상기한 바와 같이, 종단영역(52", 54")을 비동기 쉴드 필터 쉴드(38")로부터 방사선형의 나팔꼴로 형성함으로써, 초기 과도 리액턴스는 강화된다. 그러므로, 간격"g"는 초기 과도 리액턴스가 바람직하지 않은 수준으로 감소됨이 없이 더 감소될 수 있다. 이 일 실시예에서, 플럭스 복귀 경로(명쾌한 이유로 미도시, 도 1의 경로(60)와 같음)는 또한 포함되어 누설 자속을 향상시키고 초기 과도 리액턴스를 강화한다.
도 6을 참조하면, 스테이터 코일 조립부(141-n)의 다양한 종단 영역 형성을 도시한다. 지금까지, 상기 종단 영역들이 양측 상에 동일하게 형성된 스테이터 코일 조립부를 도시하였다. 이것은 본 발명의 제한을 의미하지 않는다. 이들 다양한 종단 영역은 혼합되어 바람직한 정도의 초기 과도 리액턴스를 달성할 수 있다. 특히, 초전도 장치(10)의 스테이터(12)의 스테이터 코일 조립부(141-n)는; (a)비동기 필드 필터(38)로부터 나팔꼴로 형성되고 쉴드(38)의 종단을 지나서 확장되는 나팔꼴/확장된 종단 영역(62), (b)단지 쉴드로부터 나팔꼴로 형성된 나팔꼴/비-연장된 종단영역(64)(미도시), (c)단지 쉴드(38)의 종단을 지나서 연장된 비-나팔꼴/연장된 종단 영역(66)(미도시), (d)쉴드(38)로부터 나팔꼴로 형성되지 않고 쉴드를 지나서 연장되지 않은 비 나팔꼴/비 연장 종단 영역(68)(즉, 쉴드의 종단에서 제거되어 공통으로 접하는 종단 영역)을 포함한다.
도 7을 참조하면, 초전도 장치의 크기를 줄이면서 충분한 초기 과도 리액턴스를 유지하는 방법(100)이 도시된다. 방법(100)은 제 1 소정길이를 구비하는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부를 생산하고(102), 상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 일정간격을 두고 스테이터 조립부와 이격된 로터 조립부를 생산한다.(104) 상기 로터 조립부는 작동 중에 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함한다. 방법(100)은 제 1 소정의 길이보다 더 짧은 제 2소정길이를 구비하는 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에위치시킨다. 상기 방법(100)에 의하여 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부의 사이의 간격은 물리적으로 허용되는 최소치로 감소된다.
상기 방법(100)은 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 로터 조립부에 정확하게 부착한다.(110) 각 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 종단에 형성된 한 쌍의 종단영역을 포함한다. 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 위치시키는 단계(106)는 비동기 필드 필터링 쉴드를 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 상기 중앙영역과 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부의 사이에 위치하는 단계(112)와 적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부를 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나 연장시키는 단계(114)를 포함한다.
도 8을 참조하면, 초전도 장치의 크기 및 비용을 줄이면서 충분한 초기 과도 리액턴스를 유지하는 방법을 도시한다. 상기 방법은 중앙영역과 상기 중앙영역의 종단에 위치하는 한쌍의 종단영역을 가지는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함한다.(152) 상기 방법은 상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 간격을 두고 상기 스테이터 조립부와 이격된 초전도 로터 조립부를 형성한다(154). 상기 방법(150)은 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치시킨다. 상기 방법(150)은 적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부의 종단영역을 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성하여 상기 종단영역과 비동기 필드 필터링 쉴드 사이의 확장 간격을 만든다.(158) 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이의 간격은 물리적으로 허용되는 최소치로 감소된다(160).
상기 방법(150)은 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 로터 조립부에 정확하게 부착한다.(162)
본 발명의 많은 실시예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 아니하고도 만들어질 수 있음은 이해될 것이다. 따라서, 다른 실시예들은 다음 청구항의 범위 내에 있을 것이다.

Claims (81)

  1. 제 1 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부와;
    상기 스테이터 조립부의 내에서 회전하도록 형성되고, 일정 간격을 두고 상기 스테이터 조립부와 이격되며, 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함하는 로터 조립부를 포함하되,
    상기 로터 조립부는 상기 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이의 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함하고, 상기 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부의 사이에 위치되는 초전도 회전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비 자성 재료로 이루어지는 초전도 회전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 구리인 초전도 회전 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 비자성 재료는 알루미늄인 초전도 회전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 소정길이는 상기 제 2 소정 길이보다 긴 상이한 길이인 초전도 회전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 상기 제 1 소정길이의 소정 비율인 초전도 회전 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 상기 제 2 소정길이의 소정 비율인 초전도 회전 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 고정 길이인 초전도 회전 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 구리 비 초전도 물질을 이용하여 구성되는 초전도 회전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부는 고온 초전도 재료를 이용하여 이루어진 초전도 회전 장치
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고온 초전도 재료는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium) -구리(copper)-산화물, 창연(bismuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물을 포함하는 그룹 중에 선택되는 초전도 회전 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 냉각시키는 냉각 시스템을더 포함하는 초전도 회전 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 양 종단에 위치하는 한 쌍의 종단영역을 포함하는 초전도 회전 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 중앙영역과 상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부 사이에 형성되며,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 상기 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나도록 연장되는 초전도 회전 장치.
  15. 초전도 장치의 비용 및 크기를 줄이면서 충분한 수준의 초기 과도 리액턴스를 유지하는 방법에 있어서,
    제 1 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부를 생산하는 단계와;
    상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 이루어지고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되되, 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 관련된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함하는 상기 로터 조립부를 생산하는 단계와;
    상기 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치시키는 단계와;
    상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이의 간격을 물리적으로 허용 가능한 최소치로 감소시키는 단계를 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 로터 조립부에 단단하게 부착시키는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 양 종단에 위치하는 한 쌍의 종단영역을 포함하고;
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드 형성단계는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 중앙영역과 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부 사이에 형성하는 단계와, 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 영역을 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 넘어서 연장시키는 단계를 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  18. 초전도 장치의 충분한 초기 과도 리액턴스를 유지하기 위한 방법에 있어서, 제 1 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일을 포함하는 스테이터 조립부를 생산하는 단계와;
    상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 이루어지고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되되, 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 관련된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함하는 상기 로터 조립부를 생산하는 단계와;
    상기 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치시키는 단계를 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 로터 조립부에 정확하게 부착시키는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 중앙영역 및 상기 중앙영역의 양 종단에 위치하는 한 쌍의 종단영역을 포함하고;
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드 형성단계는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 중앙영역과 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부 사이에 형성하는 단계와, 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단 영역을 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 넘어서 연장시키는 단계를 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  21. 중앙영역 및 상기 중앙영역의 양단에 위치한 한 쌍의 종단 영역을 포함하고 제 1 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부와;
    상기 스테이터 조립부의 내부에서 회전되도록 형성되고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되며, 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함하는 로터 조립부를 포함하되, 상기 로터 조립부는 상기 제 1 소정길이보다 더 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함하고, 상기 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치하고,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부 및 상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부의 중앙영역 사이에 위치하고 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나 연장되는 초전도 회전 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비 자성 재료로 이루어진 초전도 회전 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 구리인 초전도 회전 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 알루미늄인 초전도 회전 장치.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 소정길이는 상기 제 2 소정길이보다 큰 상이한 길이인 초전도 회전 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 상기 제 1 소정길이의 비율인 초전도 회전 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 상기 제 2 소정길이의 비율인 초전도 회전 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 고정 길이인 초전도 회전 장치.
  29. 제 21 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 구리 비 초전도 물질을 이용하여 구성되는 초전도 회전 장치.
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부는 고온 초전도 재료를 이용하여 이루어진 초전도 회전 장치
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 고온 초전도 재료는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium) -구리(copper)-산화물, 창연(bismuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물을 포함하는 그룹 중에 선택되는 초전도 회전 장치.
  32. 제 21 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 냉각시키는 냉각 시스템을 더 포함하는 초전도 회전 장치.
  33. 제 1 소정길이의 비동기 필드 필터링 쉴드를 구비하는 초전도 로터 조립부를 수용하도록 형성되되, 상기 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치하는 스테이터 조립부에 있어서,
    상기 제 1 소정길이보다 큰 제 2 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 중앙영역과 상기 중앙영역의 양 종단의 한 쌍의 종단영역을 포함하는 스테이터 조립부.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 중앙영역과 상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부 사이에 형성되며,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 상기 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나도록 연장되는 스테이터 조립부.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비자성 재료로 이루어진 스테이터 조립부.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 비 자성 물질은 구리인 스테이터 조립부.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 비 자성 물질은 알루미늄인 스테이터 조립부.
  39. 중앙영역 및 상기 중앙영역의 양종단에 위치한 한 쌍의 종단영역을 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부와;
    상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 소정의 간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되되, 상기 로터 조립부는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치되는 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함하는 초전도 로터 조립부를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 상기 종단영역 중 적어도 하나는 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형의 나팔꼴로 형성되어 상기 종단 영역 및 상기 비동기 필드 필터링 쉴드사이의 확장 간격을 형성하는 초전도 회전 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 확장 간격은 상기 간격의 2 내지 3 배인 초전도 회전 장치.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 각각은 내면 및 외면을 포함하되, 상기 내면은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드와 접촉하도록 형성되는 초전도 회전 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부의 종단영역의 외면에 대하여 주위에 위치한 플럭스 회귀 경로를 더 포함하는 초전도 회전 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 플럭스 복귀 경로는 자성 재료로 이루지는 초전도 회전 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 자성 재료는 얇은 판상의 시트 스틸인 초전도 회전 장치.
  45. 제 39 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비 자성 재료로 이루어진 초전도 회전 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 구리인 초전도 회전 장치.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 알루미늄인 초전도 회전 장치.
  48. 제 39 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 구리 초전도 재료를 이용하여 구성되는 초전도 회전 장치.
  49. 제 39 항에 있어서,
    상기 초전도 회전 조립부는 작동 중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생시키는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함하는 초전도 회전 장치.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부는 고온 초전도 재료를 이용하여 구성되는 초전도 회전 장치.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 고온 초전도 재료는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium) -구리(copper)-산화물, 창연(bismuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물을 포함하는 그룹 중에 선택되는 초전도 회전 장치.
  52. 제 39 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 냉각시키는 냉각 시스템을 더 포함하는 초전도 회전 장치.
  53. 제 39 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 양 상기 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형상의 나팔꼴로 형성된 초전도 회전 장치.
  54. 제 39 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 상기 종단영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형상의 나팔꼴로 형성되고, 다른 상기 종단영역은 나팔꼴로 형성되지 않는 초전도 회전 장치.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드에 접하는 초전도 회전 장치.
  56. 제 54 항에 있어서,
    상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나 연장되는 초전도 회전 장치.
  57. 중앙영역 및 상기 중앙영역의 양단에 위치한 한 쌍의 종단 영역을 포함하고 제 1 소정길이를 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부와;
    상기 스테이터 조립부의 내부에서 회전되도록 형성되고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부와 이격되되, 상기 로터 조립부는 상기 제 1 소정길이보다 짧은 제 2 소정길이를 갖는 비동기 필드 필터링 쉴드를 포함하고, 상기 쉴드는 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부의 사이에 위치하는 초전도 로터 조립부를 포함하되;
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 적어도 하나의 종단영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형상으로 나팔꼴로 형성되어 상기 종단영역 및 상기 비동기 필드 필터링 쉴드 사이의 확장 간격을 발생시키는 초전도 회전 장치.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 확장 간격은 상기 간격보다 2 내지 3배인 초전도 회전 장치.
  59. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 각각은 내면 및 외면을 포함하되, 상기 내면은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드와 접촉하도록 형성되는 초전도 회전 장치.
  60. 제 59 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부의 종단영역의 외면에 대하여 주위에 위치한 플럭스 복귀 경로를 더 포함하는 초전도 회전 장치.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 플럭스 복귀 경로는 자성 재료로 이루지는 초전도 회전 장치.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 자성 재료는 얇은 판상의 시트 스틸인 초전도 회전 장치.
  63. 제 57 항에 있어서,
    상기 비동기 필드 필터링 쉴드는 비 자성 재료로 이루어진 초전도 회전 장치.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 구리인 초전도 회전 장치.
  65. 제 63 항에 있어서,
    상기 비 자성 재료는 알루미늄인 초전도 회전 장치.
  66. 제 57 항에 있어서,
    상기 제 1 소정길이는 상기 제 2 소정길이보다 큰 상이한 길이인 초전도 회전 장치.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 상기 제 1 소정길이의 소정 비율인 초전도 회전 장치.
  68. 제 66 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 상기 제 2 소정길이의 소정 비율인 초전도 회전 장치.
  69. 제 66 항에 있어서,
    상기 상이한 길이는 고정 길이인 초전도 회전 장치.
  70. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부는 구리 비 초전도 물질을 이용하여 구성되는 초전도 회전 장치.
  71. 제 57 항에 있어서,
    상기 초전도 로터 조립부는 작동중에 상기 스테이터 조립부와 연관된 자기 플럭스를 발생하는 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 포함하는 초전도 회전 장치.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부는 고온 초전도 재료를 이용하여 이루어진 초전도 회전 장치
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 고온 초전도 재료는 탈륨(thallium)-바륨(barium)-칼슘(calcium) -구리(copper)-산화물, 창연(bismuth)-스트론튬(strontium)-칼슘-구리-산화물, 수은-바륨-칼슘-구리-산화물, 및 이티륨(yttirium)-바륨-구리-산화물을 포함하는 그룹 중에 선택되는 초전도 회전 장치.
  74. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초전도 로터 권선 조립부를 냉각시키는 냉각 시스템을 더 포함하는 초전도 회전 장치.
  75. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 양 상기 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형상의 나팔꼴로 형성된 초전도 회전 장치.
  76. 제 57 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 상기 종단영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형상의 나팔꼴로 형성되고, 다른 상기 종단영역은 나팔꼴로 형성되지 않는 초전도 회전 장치.
  77. 제 76 항에 있어서,
    상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드에 접하는 초전도 회전 장치.
  78. 제 76 항에 있어서,
    상기 비 나팔꼴 종단 영역은 상기 비동기 필드 필터링 쉴드를 지나 연장되는 초전도 회전 장치.
  79. 초전도 장치의 크기 및 비용을 감소시키며 충분한 초기 과도 리액턴스를 유지하는 방법에 있어서,
    중앙영역 및 상기 중앙영역의 종단에 위치하는 한 쌍의 종단영역을 갖는 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부를 포함하는 스테이터 조립부를 생산하는 단계와;
    상기 스테이터 조립부내에서 회전하도록 형성되고 일정간격으로 상기 스테이터 조립부로부터 이격되는 초전도 로터 조립부를 생산하는 단계와;
    비동기 필드 필터링 쉴드를 상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부 사이에 위치시키는 단계와;
    적어도 하나의 상기 스테이터 코일 조립부의 종단영역을 상기 비동기 필드 필터링 쉴드로부터 방사형상의 나팔꼴 형상으로 형성하여 상기 종단 영역과 상기 비동기 필드 필터링 쉴드사이에 확장 간격을 형성하는 단계와;
    상기 스테이터 조립부와 상기 로터 조립부사이의 간격을 물리적으로 허용 가능한 최소치로 감소시키는 단계를 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  80. 제 79 항에 있어서,
    상기 비동기 필터링 쉴드를 상기 로터 조립부에 정확하게 부착시키는 단계를 더 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
  81. 제 79 항에 있어서,
    플럭스 복귀 경로를 상기 적어도 하나의 스테이터 코일 조립부의 종단영역의 외면에 대하여 주위에 형성하는 단계를 포함하는 초전도 장치의 적정 초기 과도 리액턴스 유지 방법.
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