KR20130022673A - Superconducting generator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A superconducting generator is provided to improve the cooling speed of a superconducting field coil. CONSTITUTION: A shaft(100) is positioned in a stator(600) and rotates. An iron core(200) is formed in one side of the shaft. A superconducting field coil(500) generates magnetic field by the rotation motion of the shaft. The adiabatic part of the superconducting field coil is inserted into the groove of a slot(400). An adiabatic part(300) is parallel to the iron core.

Description

초전도 전동기{Superconducting generator}Superconducting generator

본 발명은 초전도 전동기에 관한 것으로, 회전자에 투자율이 높은 철심을 사용하여 자기장의 세기를 높이고, 또한 철심과 초전도 계자코일 간의 열전도를 차단하여 초전도 계자코일을 냉각 속도를 향상시킨 수 있는 초전도 전동기에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting electric motor, which uses an iron core having a high permeability to a rotor to increase the strength of a magnetic field, and also to block the superconducting between the iron core and the superconducting field coil to improve the cooling rate of the superconducting field coil. It is about.

통상적으로 초전도 전동기는 전기저항이 0인 초전도 계자코일을 사용하여 기존의 기기 이상의 높은 자기장을 회전자에 철심 없이 발생시킬 수 있다.In general, a superconducting motor uses a superconducting field coil having zero electrical resistance to generate a high magnetic field higher than that of a conventional device without a core.

그러나, 이러한 철심을 사용하지 않는 공심형의 구조는 기기의 중량을 감소시키고 효율의 특성을 향상시키지만, 철심이 없이 높은 자기장을 발생시켜야 하므로 많은 양의 고가의 고온초전도 선재를 사용하는 초전도 계자코일이 필요하게 된다. 따라서 초전도 계자코일을 제작하기 위한 고온초전도 선재 비용은 초전도 전동기의 전체 제작비용 중 절반 이상을 차지하는 문제점이 있다.However, the coreless structure, which does not use iron cores, reduces the weight of the device and improves the efficiency characteristics, but the superconducting field coils using a large amount of expensive high-temperature superconducting wires have to be generated because a high magnetic field is required without iron cores. It is necessary. Therefore, the high temperature superconducting wire cost for manufacturing the superconducting field coil has a problem that accounts for more than half of the total manufacturing cost of the superconducting motor.

또한, 초전도 전동기에 관한 종래기술로는 대한민국 공개특허 10-2010-0044393 '전기자코일 냉각수단이 구비된 초전도 모터'에 개시되어 있다.In addition, the prior art related to a superconducting motor is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0044393 'Superconducting motor with an electric coil cooling means'.

종래의 기술은 초전도 계자코일이 권선된 회전자 및 다수개의 전기자코일이 삽입되는 전기자슬롯이 형성된 고정자를 포함하여 이루어지는 초전도 모터에 있어서, 전기자코일 일측에는 전기자코일의 발열을 흡수하는 냉각채널이 결합형성되어 초전도 계자코일 보다 상대적으로 비저항이 크고 열전도율이 높은 재질로 형성되어 초전도 계자코일을 냉각할 수 있도록 하였는데 이 또한 초전도 계자코일의 초전도 특성이 유지가 가능하도록 극저온으로 냉각하기에는 충분하지 않고 초전도 계자코일의 부피가 커져야 하는 문제점이 있어왔다.In the conventional technology, a superconducting motor including a stator having a rotor in which a superconducting field coil is wound and an armature slot into which a plurality of armature coils are inserted, wherein a cooling channel absorbing heat generated by the armature coil is formed on one side of the armature coil. It is formed of a material with higher resistivity and higher thermal conductivity than superconducting field coil to cool superconducting field coil.Also, it is not enough to be cooled to cryogenic temperature so that superconducting property of superconducting field coil can be maintained. There has been a problem that has to be bulky.

본 발명은 회전자에 형성된 초전도 계자코일에 철심을 같이 사용할 수 있는 구조로 하여 충분한 자기장의 세기를 이용할 수 있는 초전도 전동기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a superconducting electric motor capable of using a sufficient strength of the magnetic field by making a structure that can be used together with the iron core in the superconducting field coil formed in the rotor.

또한, 초전도 계자코일과 철심을 같이 사용하더라도 열적 접촉하지 않도록 하여 철심에서 발생된 열이 초전도 계자코일에 전도되는 것을 방지할 수 있는 초전도 전동기를 제공하고자 하는데도 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a superconducting motor capable of preventing heat generated from the iron core from being conducted to the superconducting field coil by preventing thermal contact even when the superconducting field coil and the iron core are used together.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 초전도 전동기는 일정한 축의 방향으로 회전 운동되는 샤프트; 샤프트의 축방향에 수직한 소정의 단면을 가지도록 샤프트의 일단면에 형성되는 철심; 초전도로 전기를 도통하며, 샤프트의 회전운동에 따라 자기장을 발생시키는 초전도 계자코일; 철심으로부터 초전도 계자코일로의 열전도를 차단하는것이며, 샤프트와 초전도 계자코일 사이에 형성되는 단열부;가 포함되는 것을 특징으로 한다.Superconducting motor according to one aspect of the present invention for achieving the above object a shaft which is rotated in the direction of a certain axis; An iron core formed on one end surface of the shaft to have a predetermined cross section perpendicular to the shaft direction; A superconducting field coil conducting electricity with superconductivity and generating a magnetic field according to the rotational movement of the shaft; It is to block the heat conduction from the iron core to the superconducting field coil, the heat insulating portion formed between the shaft and the superconducting field coil; characterized in that it comprises a.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다. According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be expected.

먼저, 초전도 전동기의 회전자에 철심을 사용할 수 있어 고가의 초전도 계자코일량을 절반 이하로 줄일 수 있다.First, the iron core can be used for the rotor of the superconducting motor, thereby reducing the amount of expensive superconducting field coils to less than half.

또한, 초전도 전동기의 회전자에 철심을 사용하더라도 극저온의 초전도 계자코일과 열적으로 접촉하지 않게할 수 있어 초전도 계자코일을 냉각하는데 걸리는 시간이 감소하게 된다.In addition, even if an iron core is used in the rotor of the superconducting motor, it is possible to prevent thermal contact with the cryogenic superconducting field coil, thereby reducing the time required to cool the superconducting field coil.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 전동기의 종단면도.
도 2는 도 1의 A의 횡단면도.
도 3은 도 1의 B의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 전동기의 슬롯 상세도.1 is a longitudinal sectional view of a superconducting motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of A of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of B of FIG. 1.
Figure 4 is a detailed view of the slot of the superconducting motor according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 전동기의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A의 횡단면도이며, 도 3은 도 1의 B의 횡단면도이다.1 is a longitudinal cross-sectional view of a superconducting motor according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of A of Figure 1, Figure 3 is a cross-sectional view of B of FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명은 초전도 전동기는 초전도 전기자코일(620)이 구비된 고정자(600) 내부에 위치한 회전자의 구성에 관한 것으로 크게, 샤프트(100), 철심(200), 초전도 계자코일(500) 및 단열부(300)를 포함하여 이루어지게 된다.Referring to FIG. 1, the present invention relates to a configuration of a rotor located inside a stator 600 provided with a superconducting armature coil 620, and includes a shaft 100, an iron core 200, and a superconducting field coil. 500 and the heat insulating part 300 is made.

먼저, 샤프트(100)는 고정자(600) 내부에 위치하여 일정한 축의 방향으로 회전 운동되게 된다.First, the shaft 100 is positioned inside the stator 600 to be rotated in a direction of a predetermined axis.

철심(200)은 초전도 계자코일(500)에서 발생하는 자속량을 증가시키기 위한 것으로 샤프트(100)의 축방향에 수직한 소정의 단면을 가지도록 샤프트(100)의 일단면에 형성되게 되어 샤프트(100)의 회전에 연동되게 된다.The iron core 200 is to increase the amount of magnetic flux generated in the superconducting field coil 500 and is formed on one end surface of the shaft 100 to have a predetermined cross section perpendicular to the axial direction of the shaft 100. It is linked to the rotation of 100).

초전도 계자코일(500)은 초전도로 전기를 도통하며, 샤프트(100)의 회전운동에 따라 고정자(600)의 초전도 전기자코일(620)간의 자속 변화에 의해 자기장을 발생시키게 된다.The superconducting field coil 500 conducts electricity with superconductivity, and generates a magnetic field by changing the magnetic flux between the superconducting armature coils 620 of the stator 600 according to the rotational movement of the shaft 100.

단열부(300)는 철심(200)으로부터 초전도 계자코일(500)의 열전도를 차단하는 것이며, 샤프트(100)와 초전도 계자코일(500) 사이에 형성되게 된다.The heat insulation part 300 blocks heat conduction of the superconducting field coil 500 from the iron core 200, and is formed between the shaft 100 and the superconducting field coil 500.

상세하게는, 단열부(300)는 초전도 계자코일(500)을 지지하고, 철심(200)으로부터의 열전도를 차단하기 위하여 철심(200)과 소정의 거리가 이격되어 샤프트(100)의 단부에 결합되어 샤프트(100)의 회전에 연동되되, 철심(200)에 수평하도록 샤프트(100)의 축방향으로 형성되게 된다.In detail, the heat insulation part 300 supports the superconducting field coil 500 and is coupled to the end of the shaft 100 by being spaced apart from the iron core 200 by a predetermined distance to block heat conduction from the iron core 200. It is linked to the rotation of the shaft 100, it is formed in the axial direction of the shaft 100 to be horizontal to the iron core (200).

여기서, 단열부(300)는 도 1에서처럼 한 쌍으로 설치되고, 한 쌍으로 설치된 단열부(300) 사이에 철심(200)이 위치하도록 실시할 수도 있다.Here, the heat insulating part 300 may be installed in a pair as shown in FIG. 1, and may be implemented such that the iron core 200 is positioned between the heat insulating parts 300 installed as a pair.

그리고, 단열부(300)와 철심(200)은 소정의 거리가 이격되게 하는데, 이는 통상적으로 상온 상태의 철심(200)과, 냉매가 유동되어 극저온 상태를 유지하는 초전도 계자코일(500)과 서로 접촉되지 않도록 간격을 두어 열전으로 분리시키기 위함이다.In addition, the thermal insulation unit 300 and the iron core 200 are spaced apart from each other by a predetermined distance, which is typically with the superconducting field coil 500 that maintains a cryogenic state by flowing the iron core 200 in a normal temperature state. This is to separate the thermoelectric with a gap so as not to contact.

왜냐하면, 상온 상태의 철심(200)과 극저온 상태인 초전도 계자코일(500)이 상호 열적으로 접촉하게 되면 초전도 계자코일(500)의 온도가 상승하여 초전도 계자코일(500)을 극저온까지 냉각하는데 많은 시간이 걸리기 때문이다.Because, when the iron core 200 in the room temperature state and the superconducting field coil 500 in the cryogenic state are thermally contacted with each other, the temperature of the superconducting field coil 500 increases to cool the superconducting field coil 500 to the cryogenic temperature. Because it takes.

즉, 초전도 계자코일(500)을 극저온 상태로 유지하는 것은 초전도 계자코일(500)의 초전도 특성을 유지하기 위함이다. That is, maintaining the superconducting field coil 500 in a cryogenic state is to maintain the superconducting characteristics of the superconducting field coil 500.

여기서, 단열부(300)의 재질은 FRP(Fiber Reinforced Plastic)인 것을 특징으로 하여 열전도율이 매우 낮으면서도 기계적 강도가 강한 것을 사용할 수 있다.Here, the material of the heat insulating part 300 is characterized in that the FRP (Fiber Reinforced Plastic) can be used that has a very low thermal conductivity and strong mechanical strength.

그리고, 단열부(300)의 단부에는 초전도 계자코일(500)이 결합가능하도록 홈을 가진 슬롯(400)이 형성되며, 초전도 계자코일(500)은 슬롯(400)의 홈에 형성되어 초전도 계자코일(500)을 고정할 수 있게 된다.In addition, a slot 400 having a groove is formed at the end of the heat insulating part 300 so that the superconducting field coil 500 can be coupled, and the superconducting field coil 500 is formed in the groove of the slot 400 to form the superconducting field coil. 500 can be fixed.

여기서, 슬롯(400)에 형성된 홈(420)은 철심(200)의 방향과 상반된 위치에 형성되도록 하여 철심(200)의 열이 직접적으로 노출되지 않게 할 수 있다.Here, the groove 420 formed in the slot 400 may be formed at a position opposite to the direction of the iron core 200 so that the heat of the iron core 200 may not be directly exposed.

그리고, 슬롯(400)은 단열부(300)와 같이, 철심(200)으로부터 열전달을 차단하기 위하여 FRP를 사용할 수 있다. In addition, the slot 400 may use FRP to block heat transfer from the iron core 200, such as the heat insulating part 300.

초전도 계자코일(500)은 슬롯(400)의 홈(420)에 결합되게 되어 단열부(300)에 의해 이격되어 철심(200)으로부터 열전도를 차단할 수 있게 된다.The superconducting field coil 500 is coupled to the groove 420 of the slot 400 to be spaced apart by the heat insulating part 300 to block heat conduction from the iron core 200.

그리고, 도 1의 A의 횡단면도를 도시한 도 2를 참조하면, 고정자(600) 내부에 위치하여 샤프트(100)에 결합된 단열부(300)의 단면형상과, 단열부(300)에 형성된 복수 개의 슬롯(400)과, 슬롯(400)에 고정된 초전도 계자코일(500) 결합 관계를 보다쉽게 이해할 수 있다. Referring to FIG. 2, which illustrates a cross-sectional view of A of FIG. 1, a cross-sectional shape of the heat insulating part 300 positioned inside the stator 600 and coupled to the shaft 100 and a plurality of heat insulating parts 300 are provided. It is easier to understand the coupling relationship between the two slots 400 and the superconducting field coil 500 fixed to the slots 400.

여기서, 도면번호 700은 진공조로 도 1의 B의 횡단면도를 도시한 도 3을 참조하면, 고정자(600) 내부에 위치한 진공조(700)에 의해 진공상태이므로 샤프트(100)에 결합된 철심(200)과 초전도 계자코일(500) 사이의 간격 또한 진공상태이므로 열적으로 매우 잘 절연이 될 수 있다.
Here, reference numeral 700 denotes a cross-sectional view of B of FIG. 1 as a vacuum chamber. Referring to FIG. ) And the superconducting field coil 500 may also be very thermally insulated because of the vacuum.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 전동기의 슬롯 상세도이다.Figure 4 is a detailed view of the slot of the superconducting motor according to another embodiment of the present invention.

이는, 앞서 전술한 본 발명의 실시예를 설명한 초전도 전동기의 기본적 구성은 동일한 것으로 상세한 설명은 생략하기로 하고, 슬롯에 냉매유로가 형성되게 한 것을 특징이므로 이에 대해서 간략하게 설명하기로 한다.This is a basic configuration of the superconducting motor described above the embodiment of the present invention is the same, the detailed description thereof will be omitted, it will be described briefly because it is characterized in that the refrigerant flow path is formed in the slot.

슬롯(400)은 초전도 계자코일(500)을 냉각하기 위해서, 냉매를 제공하기 위한 냉매유로(800)를 포함하는 것을 특징으로 하여 냉매유로(800) 내부의 냉매와 초전도 계자코일(500)간의 열교환에 의해서 초전도 계자코일(500)은 초전도 특성의 유지가 가능하도록 하여 극저온 상태로 유지할 수 있게 된다.The slot 400 includes a refrigerant passage 800 for providing a refrigerant to cool the superconducting field coil 500, so that heat exchange between the refrigerant in the refrigerant passage 800 and the superconducting field coil 500 is performed. As a result, the superconducting field coil 500 can maintain the superconducting property and thus maintain the superconducting field coil 500 in a cryogenic state.

여기서, 냉매는 액화수소, 액화질소 및 LNG 중 어느 하나인 것을 사용할 수 있다.
Here, the refrigerant may be any one of liquefied hydrogen, liquefied nitrogen and LNG.

따라서, 본 발명과 같은 초전도 전동기는 철심과 초전도 계자코일을 함께 사용할 수 있도록 하여 상대적으로 고가인 초전도 계자코일을 적게 사용하여 비용을 줄일 수 있으면서도 철심에 의해 충분한 자기장을 얻을 수 있는 이점이 있게 된다.Therefore, the superconducting motor such as the present invention has the advantage of being able to use the iron core and the superconducting field coil together to obtain a sufficient magnetic field by the iron core while reducing the cost by using a relatively expensive superconducting field coil.

그리고, 철심과 초전도 계자코일을 상호 이격되게 하여 철심의 열이 초전도 계자코일로 전도되는 것을 최대한 차단할 수 있게 된다. Then, the core and the superconducting field coils are spaced apart from each other to prevent the heat of the iron core from being conducted to the superconducting field coil as much as possible.

이상과 같이 본 발명은 초전도 계자코일과 철심을 혼용하여 사용할 수 있도록 하고, 철심의 열이 초전도 계자코일로 전도되는 것을 최대한 차단할 수 있도록 한 초전도 전동기를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.As described above, it is understood that the present invention provides a superconducting electric motor capable of mixing a superconducting field coil and an iron core, and providing a superconducting electric motor capable of blocking the conduction of iron core heat to the superconducting field coil as much as possible. Within the scope of the basic idea of the present invention, of course, many other modifications are possible to those skilled in the art.

100: 샤프트 200: 철심
300: 단열부 400: 슬롯
500: 초전도 계자코일 600: 고정자
700: 진공조 800: 냉매유로100: shaft 200: iron core
300: heat insulation 400: slot
500: superconducting field coil 600: stator
700: vacuum chamber 800: refrigerant flow path

Claims (7)

일정한 축의 방향으로 회전 운동되는 샤프트;
상기 샤프트의 축방향에 수직한 소정의 단면을 가지도록 상기 샤프트의 일단면에 형성되는 철심;
초전도로 전기를 도통하며, 상기 샤프트의 회전운동에 따라 자기장을 발생시키는 초전도 계자코일;
상기 철심으로부터 상기 초전도 계자코일로의 열전도를 차단하는것이며, 상기 샤프트와 상기 초전도 계자코일 사이에 형성되는 단열부;가 포함되는 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.A shaft rotated in a direction of a constant axis;
An iron core formed on one end surface of the shaft to have a predetermined cross section perpendicular to the shaft direction;
A superconducting field coil conducting electricity with superconductivity and generating a magnetic field according to the rotational movement of the shaft;
A superconducting electric motor, comprising: a heat insulating portion that blocks heat conduction from the iron core to the superconducting field coil and is formed between the shaft and the superconducting field coil. 제1항에 있어서,
상기 단열부는 상기 철심으로부터의 열전도를 차단하기 위하여 상기 철심과 소정의 거리가 이격되어 상기 샤프트의 단부에 결합되되, 상기 철심에 수평하도록 상기 샤프트의 축방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.The method of claim 1,
The insulation part is coupled to the end of the shaft spaced apart from the iron core by a predetermined distance in order to block the heat conduction from the iron core, characterized in that formed in the axial direction of the shaft to be horizontal to the iron core. 제1항에 있어서,
상기 단열부의 재질은 FRP(Fiber Reinforced Plastic)인 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.The method of claim 1,
Superconducting electric motor, characterized in that the material of the insulation is FRP (Fiber Reinforced Plastic). 제1항에 있어서,
상기 단열부의 단부에는 초전도 계자코일이 결합가능하도록 홈을 가진 슬롯이 형성되며, 상기 초전도 계자코일은 상기 슬롯의 홈에 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.The method of claim 1,
And a slot having a groove formed at the end of the heat insulating part to allow the superconducting field coil to be coupled thereto, wherein the superconducting field coil is formed in the slot of the slot. 제4항에 있어서,
상기 슬롯은 상기 초전도 계자코일을 냉각하기 위해서, 냉매를 제공하기 위한 냉매유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.5. The method of claim 4,
The slot is a superconducting electric motor, characterized in that for cooling the superconducting field coil, a refrigerant passage for providing a refrigerant. 제1항에 있어서,
상기 초전도 계자코일은 냉매에 의해 초전도 계자코일의 초전도 특성이 유지가능하도록 극저온으로 유지되는 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.The method of claim 1,
The superconducting field coil is a superconducting motor, characterized in that it is maintained at a cryogenic temperature so that the superconducting characteristics of the superconducting field coil by the refrigerant can be maintained. 제6항에 있어서,
상기 냉매는 액화수소, 액화질소 및 LNG 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 전동기.


The method according to claim 6,
The refrigerant is a superconducting electric motor, characterized in that any one of liquefied hydrogen, liquefied nitrogen and LNG.


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