KR20130033796A - High temperature superconducting magnet for diverting normal magnet flux - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high temperature superconductor magnet for reducing a vertical magnetic field is provided to execute a superconductor drive process by forming characteristics of critical current. CONSTITUTION: A high temperature superconductive magnet(20) is formed to a solenoid shape by laminating a double-pancake coil(10). The double-pancake coil installs a flux diversity(100) comprising a magnetic body at each upper unit and each lower unit and reduce a vertical magnetic field applied to the double-pancake coil of the high temperature superconductive magnet. The flux diverter is formed for corresponding to a vertical section shape.

Description

수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석{high temperature superconducting magnet for diverting normal magnet flux}High temperature superconducting magnet for diverting normal magnet flux

본 발명은 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석에 관한 것으로서, 고온 초전도 자석의 최상부 및 최하부에 형성된 더블 팬케이크 코일에 플럭스 다이버터를 설치하여 수직 자장을 감소시켜 임계전류 특성을 형상시키는 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석에 관한 것이다.The present invention relates to a high temperature superconducting magnet for vertical magnetic field attenuation, wherein a flux diverter is installed in a double pancake coil formed at the top and bottom of the high temperature superconducting magnet to reduce the vertical magnetic field to form a critical current characteristic. It relates to a high temperature superconducting magnet.

고온 초전도 자석은 얇은 테이프 형상을 갖는 고온 초전도 선재가 더블 팬케이크 코일(Double pancake coil) 모양으로 권선되어 형성된다. 상기 더블 팬케이크 코일은 사용 목적에 따라 솔레노이드형 또는 레이스트랙형 등 다양한 형태가 있다. The high temperature superconducting magnet is formed by winding a high temperature superconducting wire having a thin tape shape in the shape of a double pancake coil. The double pancake coil has various forms such as a solenoid type or a racetrack type according to a purpose of use.

본 발명에서는 원통형인 솔레노이드형에 대해 살펴보고자 하며, 일반적인 고온 초전도 자석은 이러한 더블 팬케이크 코일을 필요 용량에 따라 적층하여 솔레노이드 형상으로 만든 초전도 자석을 말한다. 도 1은 솔레노이드형 더블 팬케이크 코일(10)을 도시한 것이다.In the present invention, a cylindrical solenoid type will be described. A general high temperature superconducting magnet refers to a superconducting magnet made of a solenoid by stacking such a double pancake coil according to a required capacity. 1 shows a solenoid type double pancake coil 10.

이러한 고온 초전도 자석을 이루는 고온 초전도 선재의 임계전류는 주변 온도 및 자장에 크게 영향을 받는다. 특히 고온 초전도 선재의 임계전류는 선재에 가해지는 수직 자장에 반비례하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 고온 초전도 자석은 고온 초전도 선재로 권선된 더블 팬케이크 코일을 적층하여 솔레노이드 형상으로 만들어졌기 때문에 자장 발생시 고온 초전도 자석의 상하부의 코일에서 최대 수직 자장이 발생하게 되고, 이 곳의 수직 자장의 세기에 의해 높은 열이 발생하게 되어 고온 초전도 자석의 임계전류가 감소하게 된다.The critical current of the high temperature superconducting wire constituting the high temperature superconducting magnet is greatly affected by the ambient temperature and the magnetic field. In particular, the critical current of the high-temperature superconducting wire is inversely proportional to the vertical magnetic field applied to the wire. As shown in FIG. 2, the conventional high-temperature superconducting magnet is made of a solenoid shape by stacking a double pancake coil wound with high-temperature superconducting wire. When generated, the maximum vertical magnetic field is generated in the upper and lower coils of the high temperature superconducting magnet, and high heat is generated by the intensity of the vertical magnetic field here, thereby reducing the critical current of the high temperature superconducting magnet.

결국 고온 초전도 자석의 충전시 고온 초전도 자석의 상하부의 코일에서의 높은 수직 자장 및 발열량의 발생은 고온 초전도 선재의 임계전류를 저하시켜서 원하지 않은 조기 켄치(quench)를 초래하게 되며, 이는 고온 초전도 자석의 성능을 저하시키고 불안정한 초전도 운전을 초래하게 된다. 뿐만 아니라, 높은 발열량에 따른 열부하 증가로 필요한 냉각량이 증가하게 되므로 냉동기나 냉매의 사용량 증가로 운전 비용이 상승하게 된다.As a result, the generation of high vertical magnetic field and calorific value in the upper and lower coils of the high-temperature superconducting magnet during charging of the high-temperature superconducting magnet lowers the critical current of the high-temperature superconducting wire, resulting in an undesired early quench. It degrades performance and results in unstable superconducting operation. In addition, since the required amount of cooling increases due to an increase in heat load according to a high heat generation amount, an operating cost increases due to an increase in the use of a refrigerator or a refrigerant.

상기한 문제점을 해결하기 위해 대한민국특허청 공개특허공보 10-2005-0029526(2005년 3월 28일 공개)호에 "수직자계 저감형 초전도 코일"이 소개되어 있다. 상기 종래기술은 전류인입에 의해 흐르는 전류밀도로 운전되는 주 코일(Main Coil); 상기 주 코일 상·하단의 연장선상에 위치하며, 상기 주 코일 보다 면적을 증가시켜 상기 주 코일로 흐르는 전류밀도보다 낮은 전류밀도로 운전되는 저전류밀도 코일(Low Current Density Coil);이 구비되는 수직자계 저감형 초전도 코일로 구성된다. In order to solve the above problems, Korean Patent Application Publication No. 10-2005-0029526 (published on March 28, 2005) discloses a "vertical magnetic field reduction type superconducting coil". The prior art has a main coil (Main Coil) which is driven at a current density flowing by the current draw; A low current density coil positioned on an extension line above and below the main coil and operated at a current density lower than the current density flowing to the main coil by increasing an area than the main coil; It is composed of a magnetic field reducing superconducting coil.

상기와 같이 구성되어 저전류밀도 코일(20)(20')은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 주 코일(10)(10') 상·하단의 연장선 상에 위치하며, 주 코일(10)(10') 보다 면적을 증가시켜 주 코일로 흐르는 전류밀도 보다 낮은 전류밀도로 운전된다.As described above, the low current density coils 20 and 20 'are positioned on extension lines above and below the main coils 10 and 10', as shown in FIGS. 3 and 4, and the main coil 10 It is operated at a current density lower than the current density flowing to the main coil by increasing the area of the coil 10 '.

즉, 상기 저전류밀도 코일(20)(20')은 흐르는 전류가 주 코일(10)(10')과 동일하지만, 주 코일(10)(10') 보다 면적이 증가됨으로 주 코일에 비해 전류밀도가 낮아진다. 따라서, 상기 저전류밀도 코일(20)(20')은 주 코일(10)(10') 보다 전류밀도가 작은 영역이 됨으로 주변의 자기장을 작게 하는 역할을 수행한다. 특히, 초전도 코일 상단과 하단은 수직자계가 가장 세기 때문에 그 부분에 저전류밀도코일(20)(20')을 도입하면 수직자장을 훨씬 줄이는 효과를 얻을 수 있다.That is, although the current flowing in the low current density coils 20 and 20 'is the same as the main coils 10 and 10', the area of the low current density coils 20 and 20 'is larger than that of the main coils. The density is lowered. Therefore, the low current density coils 20 and 20 'serve to reduce the magnetic field in the surrounding area because the current density is smaller than that of the main coils 10 and 10'. In particular, the top and bottom of the superconducting coil has the highest strength of the vertical magnetic field, so introducing a low current density coil 20, 20 ′ into the portion can reduce the vertical magnetic field even more.

그러나 상기 종래기술은 수직 자계를 감소시키기 위해 초전도체인 저전류밀도 코일(20)(20')을 따로 준비하여 주코일(10)(10')과 연결하여야 하게 되므로 필요한 냉각량이 증가하게 되어, 냉동기나 냉매의 사용량 증가로 운전 비용이 상승하게 된다는 문제점이 있다.However, the prior art has to prepare the low current density coils 20 and 20 ', which are superconductors, to be connected to the main coils 10 and 10' to reduce the vertical magnetic field, thereby increasing the amount of cooling required. However, there is a problem that the operating cost is increased due to the increased amount of the refrigerant.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온 초전도 자석의 최대 수직자장이 미치는 최상부 및 최하부에 형성된 더블 팬케이크 코일에 플럭스 다이버터를 설치하여 수직 자장을 감소시켜 임계전류 특성을 형상시키고 초전도 운전이 안정적으로 이루어지도록 한 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by installing a flux diverter in the top and bottom of the double pancake coil formed by the maximum vertical magnetic field of the high-temperature superconducting magnet to reduce the vertical magnetic field to form the critical current characteristics and stable superconducting operation It is an object of the present invention to provide a high temperature superconducting magnet for vertical magnetic field attenuation.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 더블 팬케이크 코일을 적층하여 솔레노이드 형상으로 만든 고온 초전도 자석에 있어서, 상기 고온 초전도 자석을 구성하는 최상부 및 최하부의 더블 팬케이크 코일에 자성체로 형성된 플럭스 다이버터를 각각 설치하여 고온 초전도 자석의 최상부 및 최하부의 더블 팬케이크 코일에 가해지는 수직 자장을 감소시키는 것을 특징으로 하는 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the high temperature superconducting magnet made by stacking a double pancake coil in the form of a solenoid, a flux diverter formed of a magnetic body is respectively provided on the uppermost and lowermost double pancake coils constituting the high temperature superconducting magnet. The high temperature superconducting magnet for the vertical magnetic field damping, characterized in that to reduce the vertical magnetic field applied to the top and bottom double pancake coil of the high temperature superconducting magnet.

또한, 상기 플럭스 다이버터는, 상기 더블 팬케이크 코일의 축에 수직한 단면 형상에 대응되게 형성된 것이 바람직하며, 상기 플럭스 다이버터는 철판으로 형성된 것이 바람직하다.In addition, the flux diverter is preferably formed to correspond to the cross-sectional shape perpendicular to the axis of the double pancake coil, the flux diverter is preferably formed of an iron plate.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 고온 초전도 자석의 상하부의 더블 팬케이크 코일에 집중되는 최대 수직 자장의 경로를 플럭스 다이버터 쪽으로 변경시켜, 고온 초전도 자석의 최상하부의 더블 팬케이크 코일에 집중되는 수직 자장을 감소시켜 고온 초전도 자석의 임계전류를 향상시켜 고온 초전도 자석의 조기 켄치를 방지하고 고온 초전도 자석의 성능을 향상시켜 초전도 운전이 안정적이면서 경제적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.According to the above problem solving means, the present invention changes the path of the maximum vertical magnetic field concentrated in the double pancake coils of the upper and lower parts of the high temperature superconducting magnet toward the flux diverter, and the vertical magnetic field concentrated in the double pancake coil of the uppermost part of the high temperature superconducting magnet. By improving the critical current of the high-temperature superconducting magnet by reducing the temperature, the early quench of the high-temperature superconducting magnet is prevented and the performance of the high-temperature superconducting magnet is improved, thereby making the superconducting operation stable and economical.

도 1 - 솔레노이드형 더블 팬케이크 코일에 대한 사시도.
도 2 - 종래의 고온 초전도 자석의 경우 수직 자장 분포에 대한 시뮬레이션을 결과를 나타낸 도.
도 3 - 종래기술에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일의 실시예를 도시한 도.
도 4 - 종래기술에 따른 수직자계 저감형 초전도 코일의 다른 실시예를 도시한 도.
도 5 - 본 발명에 따른 고온 초전도 자석에 대한 사시도.
도 6 - 본 발명에 따른 고온 초전도 자석의 플럭스 다이버터에 대한 사시도.
도 7 - 본 발명에 따른 고온 초전도 자석의 경우 수직 자장 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도.1-A perspective view of a solenoid double pancake coil.
Figure 2-shows the results of the simulation of the vertical magnetic field distribution in the case of a conventional high temperature superconducting magnet.
3-an embodiment of a vertical magnetic field reducing superconducting coil according to the prior art.
4-another embodiment of the vertical magnetic field reducing superconducting coil according to the prior art.
5-a perspective view of a high temperature superconducting magnet according to the present invention;
6-a perspective view of a flux diverter of a high temperature superconducting magnet in accordance with the present invention.
7-shows a simulation result for the vertical magnetic field distribution in the case of a high temperature superconducting magnet according to the present invention.

본 발명은 얇은 테이프 형상을 갖는 고온 초전도 선재로 권선된 더블 팬케이크 코일을 적층하여 솔레노이드 형상으로 만든 고온 초전도 자석에 관한 것으로서, 특히 고온 초전도 자석의 최대 수직자장이 미치는 최상부 및 최하부에 형성된 더블 팬케이크 코일에 플럭스 다이버터를 설치하여 수직 자장을 감소시켜 임계전류 특성을 형상시키고 초전도 운전이 안정적으로 이루어지도록 한 것이다.The present invention relates to a high temperature superconducting magnet made of a solenoid by stacking a double pancake coil wound with a high temperature superconducting wire having a thin tape shape. In particular, the present invention relates to a double pancake coil formed at the top and the bottom of the maximum vertical magnetic field of the high temperature superconducting magnet. By installing a flux diverter, the vertical magnetic field is reduced to form the critical current characteristics and to make the superconducting operation stable.

도 5는 본 발명에 따른 다수개의 더블 팬케이크 코일(10)이 적층되어 형성된 고온 초전도 자석(20)의 최상부 및 최하부에 각각 플럭스 다이버터(flux diverter)(100)가 형성된 것을 도시한 것으로, 상기 플럭스 다이버터는 자성체로 이루어지며, 바람직하게는 철판으로 형성된다.FIG. 5 illustrates a flux diverter 100 formed at a top and a bottom of a high temperature superconducting magnet 20 formed by stacking a plurality of double pancake coils 10 according to the present invention. The diverter is made of a magnetic body, and is preferably formed of an iron plate.

도 6은 상기 플럭스 다이버터(100)에 대한 사시도로서, 상기 더블 팬케이크 코일(10)의 축에 수직한 단면 형상에 대응되게 형성된 것으로, 상기 플럭스 다이버터(100)는 중공이 형성되어 솔레노이드형 고온 초전도 자석(20) 최상부 및 최하부에 설치되도록 형성되며, 플럭스 다이버터(100)의 중공의 크기는 더블 팬케이크 코일(10)의 중공부(코아)보다는 동일하거나 더 작게 형성되고, 플럭스 다이버터(100)의 지름은 더블 팬케이크 코일(10)과 같거나 더 크게 형성되도록 한다.6 is a perspective view of the flux diverter 100, which is formed to correspond to a cross-sectional shape perpendicular to the axis of the double pancake coil 10, and the flux diverter 100 is hollow to form a solenoid type high temperature. It is formed to be installed at the top and bottom of the superconducting magnet 20, the hollow size of the flux diverter 100 is formed the same or smaller than the hollow portion (core) of the double pancake coil 10, the flux diverter 100 ) Is made equal to or larger than the double pancake coil 10.

상기 플럭스 다이버터(100)는 철판과 같은 자성체로 형성되며, 상기 더블 팬케이크 코일(10)과는 전기적으로 절연되게 형성되도록 플럭스 다이버터(100)와 더블 팬케이크 코일(10) 사이에 아노다이징 알루미늄판, 켑톤 테이프 또는 유리강화섬유플라스틱 등을 삽입하여 절연시킨다.The flux diverter 100 is formed of a magnetic material such as an iron plate, and anodized aluminum plate between the flux diverter 100 and the double pancake coil 10 to be electrically insulated from the double pancake coil 10. Insulate by inserting Ton tape or glass reinforced fiber plastic.

도 7은 본 발명에 따른 고온 초전도 자석(20)을 구성하는 최상부 및 최하부의 더블 팬케이크 코일(10)에 철판으로 이루어진 플럭스 다이버터(100)를 각각 설치하여 수직 자장의 세기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.7 shows the simulation results of the strength of the vertical magnetic field by installing the flux diverter 100 made of iron plates on the upper and lower double pancake coils 10 constituting the high temperature superconducting magnet 20 according to the present invention. will be.

도시된 바와 같이, 자성체의 분극 등에 의해 자장의 경로를 변경함으로써 고온 초전도 자석(20)의 상하부의 더블 팬케이크 코일(10)에 가해지는 최대 수직 자장의 경로를 플럭스 다이버터(100) 쪽으로 변경시켜, 고온 초전도 자석(20)의 최상하부의 더블 팬케이크 코일(10)에 집중되는 수직 자장을 감소시켜 고온 초전도 자석(20)의 임계전류를 향상시키고자 한 것이다.As shown, the path of the maximum vertical magnetic field applied to the double pancake coil 10 above and below the high temperature superconducting magnet 20 is changed toward the flux diverter 100 by changing the path of the magnetic field due to polarization of the magnetic material. The purpose of the present invention is to improve the critical current of the high temperature superconducting magnet 20 by reducing the vertical magnetic field concentrated in the double pancake coil 10 at the top and bottom of the high temperature superconducting magnet 20.

이에 따라 고온 초전도 자석의 조기 켄치를 방지하고 고온 초전도 자석의 성능을 향상시켜 초전도 운전이 안정적이면서 경제적으로 이루어지도록 한다.This prevents premature quenching of the high temperature superconducting magnets and improves the performance of the high temperature superconducting magnets, thereby making the superconducting operation stable and economical.

10 : 더블 팬케이크 코일 20 : 고온 초전도 자석
100 : 플럭스 다이버터10: double pancake coil 20: high temperature superconducting magnet
100: flux diverter

Claims (3)

더블 팬케이크 코일(10)을 적층하여 솔레노이드 형상으로 만든 고온 초전도 자석(20)에 있어서,
상기 고온 초전도 자석(20)을 구성하는 최상부 및 최하부의 더블 팬케이크 코일(10)에 자성체로 형성된 플럭스 다이버터(100)를 각각 설치하여 고온 초전도 자석(20)의 최상부 및 최하부의 더블 팬케이크 코일(10)에 가해지는 수직 자장을 감소시키는 것을 특징으로 하는 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석.In the high temperature superconducting magnet 20, in which a double pancake coil 10 is stacked to form a solenoid,
The top and bottom of the double pancake coil 10 constituting the high temperature superconducting magnet 20 is installed with a flux diverter 100 formed of a magnetic material, respectively, the top and bottom of the high temperature superconducting magnet 20 double pancake coil 10 A high temperature superconducting magnet for vertical magnetic field attenuation, characterized by reducing the vertical magnetic field applied to (). 제 1항에 있어서, 상기 플럭스 다이버터(100)는,
상기 더블 팬케이크 코일(10)의 축에 수직한 단면 형상에 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석.The method of claim 1, wherein the flux diverter 100,
High temperature superconducting magnets for vertical magnetic field attenuation, characterized in that formed corresponding to the cross-sectional shape perpendicular to the axis of the double pancake coil (10). 제 1항 또는 제 2항의 상기 플럭스 다이버터(100)는 철판으로 형성된 것을 특징으로 하는 수직 자장 감쇠를 위한 고온 초전도 자석.The high temperature superconducting magnet for vertical magnetic field attenuation of claim 1 or 2, wherein the flux diverter (100) is formed of an iron plate.
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