KR20210103725A - Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same - Google Patents

Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210103725A
KR20210103725A KR1020200018255A KR20200018255A KR20210103725A KR 20210103725 A KR20210103725 A KR 20210103725A KR 1020200018255 A KR1020200018255 A KR 1020200018255A KR 20200018255 A KR20200018255 A KR 20200018255A KR 20210103725 A KR20210103725 A KR 20210103725A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
superconducting coil
cryostat
load cell
superconducting
torque
Prior art date
Application number
KR1020200018255A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박민원
성해진
고병수
남기동
김창현
Original Assignee
한국전력공사
창원대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 창원대학교 산학협력단 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020200018255A priority Critical patent/KR20210103725A/en
Publication of KR20210103725A publication Critical patent/KR20210103725A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/14—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by the disposition of thermal insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

The present invention relates to a torque measuring device of a superconducting coil, a control method thereof, and a superconducting rotating machine using the same. The torque measuring device of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention comprises: a cryostat for forming a cryogenic environment of a superconducting coil into a module structure; a cryostat cooling unit for cooling the internal space of the cryostat based on the operating temperature of the superconducting coil; a load cell for measuring the strength of a force acting on the superconducting coil by rotation of a rotor; and a control unit for measuring the torque of the superconducting coil using the strength of the force measured by the load cell.

Description

초전도코일의 토크 측정 장치, 이의 제어 방법 및 이를 이용한 초전도 회전기{APPARATUS FOR MEASURING TORQUE OF SUPERCONDUCTING COIL, CONTROL METHOD THEREOF AND SUPERCONDUCTING ROTATING DEVICE USING THE SAME}Apparatus for measuring torque of a superconducting coil, a control method thereof, and a superconducting rotating machine using the same

본 발명은 초전도코일의 토크 측정 장치, 이의 제어 방법 및 이를 이용한 초전도 회전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터 회전에 의해 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 초전도코일에 발생하는 토크를 측정함으로써 초전도코일의 기계적인 특성을 확인하기 위한, 초전도코일의 토크 측정 장치, 이의 제어 방법 및 이를 이용한 초전도 회전기에 관한 것이다.The present invention relates to a torque measuring device for a superconducting coil, a control method thereof, and a superconducting rotating machine using the same, and more particularly, by measuring the torque generated in the superconducting coil using the strength of the force acting on the superconducting coil by rotating the rotor. To confirm the mechanical properties of the superconducting coil, a torque measuring device for a superconducting coil, a control method thereof, and a superconducting rotating machine using the same.

또한, 본 발명은 크라이오스탯의 극저온 환경에서 초전도코일의 운전온도(20∼40K)와 로드셀의 운전온도(77K) 차이로 인해 로드셀의 파손을 방지함으로써 크라이오스탯의 내부 공간에서도 로드셀을 통해 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 정확하게 측정하기 위한, 초전도코일의 토크 측정 장치, 이의 제어 방법 및 이를 이용한 초전도 회전기에 관한 것이다.In addition, the present invention prevents damage to the load cell due to the difference between the operating temperature (20-40K) of the superconducting coil and the operating temperature (77K) of the load cell in the cryostat's cryostat environment, so that even in the internal space of the cryostat, superconductivity through the load cell It relates to a torque measuring apparatus for a superconducting coil, a control method thereof, and a superconducting rotating machine using the same for accurately measuring the strength of a force acting on the coil.

초전도체는 극저온에서 전기적 저항이 '0'(zero)이 되는 소자이다. 이는 기존의 구리(cu)와 비교했을 때 고자장, 저손실, 그리고 소형화라는 이점을 제공하기 때문에, 이미 다양한 응용 분야에 활용되고 있다. A superconductor is a device whose electrical resistance becomes '0' (zero) at cryogenic temperatures. Since it provides advantages of high magnetic field, low loss, and miniaturization compared to conventional copper (cu), it is already being used in various applications.

초전도 코일(superconducting coil)은 초전도체를 이용하여 만든 코일이다. 이러한 초전도 코일은 MRI, NMR, 입자가속기, 자기분리장치 등에 사용되어 효율과 성능을 향상시킨다. 또한 전력 케이블과 초전도 변압기, 초전도 모터 등과 같이 산업 전반에 걸쳐 그 응용기술이 지속적으로 연구되고 있다.A superconducting coil is a coil made using a superconductor. These superconducting coils are used in MRI, NMR, particle accelerators, magnetic separation devices, etc. to improve efficiency and performance. In addition, its application technology is continuously being studied throughout the industry, such as power cables, superconducting transformers, and superconducting motors.

초전도 코일을 이용한 초전도 회전기는 점차 대형화되어 가고 있다. 초전도 코일도 대형화되면서 고자장 특성을 가지면서 초전도 특성으로 인해 일반 구리 코일과 비교하여 큰 전류밀도를 가지게 된다.A superconducting rotating machine using a superconducting coil is gradually becoming larger. As the size of the superconducting coil increases, it has a high magnetic field characteristic and has a larger current density than a general copper coil due to the superconducting characteristic.

이와 같이, 초전도 회전기는 고자장와 고토크를 요구하는 대형 풍력발전기나 선박추진용 모터 등에 적용할 수 있다.In this way, the superconducting rotary machine can be applied to a large wind power generator or a ship propulsion motor that requires a high magnetic field and high torque.

일반적인 회전기는 회전자(계자)에 토크 미터를 적용하여 어느 정도의 토크가 발생하는지를 측정할 뿐, 코일이나 영구자석에 대한 기계적 안정성을 고려할 필요가 없다.A general rotating machine measures how much torque is generated by applying a torque meter to the rotor (field), and there is no need to consider the mechanical stability of the coil or permanent magnet.

하지만, 초전도 회전기는 초전도 코일의 특성상 기계적으로 취약하므로 초전도코일 각각에 대한 기계적인 특성을 확인할 필요가 있다.However, since the superconducting rotator is mechanically weak due to the characteristics of the superconducting coil, it is necessary to check the mechanical characteristics of each of the superconducting coils.

그런데, 초전도 회전기는 대형일 경우 저속 고토크의 특성상 소형 회전기와 같이 토크 미터를 적용하기 곤란하다.However, when the superconducting rotator is large, it is difficult to apply a torque meter like a small rotator due to the characteristics of low speed and high torque.

또한, 이러한 초전도 회전기는 육상 대형 회전기의 토크 계산에 적용하는 감속법(retardation method)을 통해 관성모멘트를 구할 경우, 회전수를 정격의 130% 까지 상승시키거나 발전기로 운전하는 동기기를 전동기로 운전하는 초전도 발전기에 적용시켜 토크를 확인하기도 쉽지 않다. 이는 진공과 냉각을 유지시키기 까다롭기 때문이다.In addition, when the moment of inertia is obtained through the retardation method applied to the torque calculation of large-scale land-based rotating machines, these superconducting rotating machines increase the number of revolutions to 130% of the rated value or operate a synchronous machine operated as a generator as a motor. It is not easy to check the torque by applying it to a superconducting generator. This is because it is difficult to maintain vacuum and cooling.

그리고, 초전도 회전기는 ㎿급으로 용량이 커질수록 로터의 지름이 증가함에 따라 관성모멘트가 증가하여 토크 제어기의 응답속도가 느려지는 한계가 있다. 특히, 풍력발전기는 정격 풍속 이하에서의 토크 제어가 매우 중요하다. 이는 토크 제어를 통해 풍력발전기의 최대 출력을 추정해야 하기 때문이다. In addition, the superconducting rotating machine is MW class, and as the capacity increases, the moment of inertia increases as the diameter of the rotor increases, and thus the response speed of the torque controller is limited. In particular, it is very important to control the torque below the rated wind speed for the wind power generator. This is because it is necessary to estimate the maximum output of the wind turbine through torque control.

따라서, 초전도 회전기는 초전도 코일 각각이 받는 힘을 측정하여 토크를 계산하는 방안이 마련될 필요가 있다.Therefore, in the superconducting rotator, it is necessary to provide a method for calculating the torque by measuring the force received by each of the superconducting coils.

일본 등록특허공보 제5165614호 (2012.12.28 등록)Japanese Patent Publication No. 5165614 (Registered on December 28, 2012)

본 발명의 목적은 로터 회전에 의해 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 초전도코일에 발생하는 토크를 측정함으로써 초전도코일의 기계적인 특성을 확인하기 위한, 초전도코일의 토크 측정 장치, 이의 제어 방법 및 이를 이용한 초전도 회전기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to determine the mechanical properties of the superconducting coil by measuring the torque generated in the superconducting coil using the strength of the force acting on the superconducting coil by the rotation of the rotor, a torque measuring device for a superconducting coil, and a control method thereof And to provide a superconducting rotator using the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 크라이오스탯의 극저온 환경에서 초전도코일의 운전온도(20∼40K)와 로드셀의 운전온도(77K) 차이로 인해 로드셀의 파손을 방지함으로써 크라이오스탯의 내부 공간에서도 로드셀을 통해 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 정확하게 측정하기 위한, 초전도코일의 토크 측정 장치, 이의 제어 방법 및 이를 이용한 초전도 회전기를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to prevent damage to the load cell due to the difference between the operating temperature (20-40K) of the superconducting coil and the operating temperature (77K) of the load cell in the cryostat environment of the cryostat, thereby preventing the load cell from being damaged in the internal space of the cryostat. An object of the present invention is to provide a torque measuring device for a superconducting coil, a control method thereof, and a superconducting rotator using the same for accurately measuring the strength of a force acting on the superconducting coil through the

본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치는, 초전도코일(10)의 극저온 환경을 모듈 구조로 형성하기 위한 크라이오스탯(cryostat)(110); 상기 초전도코일의 동작온도를 기반으로 상기 크라이오스탯의 내부 공간을 냉각하기 위한 크라이오스탯 냉각부(120); 로터 회전에 의해 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하기 위한 로드셀(130); 및 상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 이용하여 상기 초전도코일의 토크를 측정하기 위한 제어부(140);를 포함할 수 있다.The apparatus for measuring torque of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention includes a cryostat 110 for forming a cryogenic environment of the superconducting coil 10 in a module structure; a cryostat cooling unit 120 for cooling the internal space of the cryostat based on the operating temperature of the superconducting coil; a load cell 130 for measuring the strength of a force acting on the superconducting coil by rotation of the rotor; and a control unit 140 for measuring the torque of the superconducting coil using the strength of the force measured by the load cell.

상기 크라이오스탯은, 상기 초전도코일을 개별적으로 내부에 수납하는 것일 수 있다.The cryostat may individually accommodate the superconducting coil therein.

실시예에 따르면, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 대류 및 복사에 의한 열전달을 차단시키기 위해 상기 크라이오스탯과 상기 초전도코일 사이에 열차단층을 형성하는 제1 적층 단열재(150);를 더 포함할 수 있다.According to the embodiment, in order to block heat transfer by convection and radiation in the internal space of the cryostat, the first laminated insulation 150 for forming a thermal barrier layer between the cryostat and the superconducting coil; further comprising can

또한, 상기 크라이오스탯은, 상기 초전도코일의 동작온도에 적합한 20∼40K의 내부 온도가 설정되고, 내부 진공도가 10-5 [torr] 이하로 유지되는 것일 수 있다.In addition, in the cryostat, an internal temperature of 20 to 40K suitable for the operating temperature of the superconducting coil is set, and the internal vacuum degree may be maintained at 10 -5 [torr] or less.

상기 크라이오스탯 냉각부는, 극저온 환경을 형성하기 위한 냉매를 공급하는 냉매 공급부(121); 및 상기 냉매를 공급받아 상기 초전도코일을 냉각시키는 냉각 플레이트(122);를 포함할 수 있다.The cryostat cooling unit, a refrigerant supply unit 121 for supplying a refrigerant for forming a cryogenic environment; and a cooling plate 122 receiving the refrigerant to cool the superconducting coil.

상기 로드셀은, 상기 초전도코일과 상기 로터에 대응하는 스테이터에 장착되는 전기자코일이 쇄교하여 상기 로터 회전과 반대 방향으로 상기 초전도코일에 작용하는 전자기력과 그에 따른 변위에 의한 힘의 세기를 측정하는 것일 수 있다.In the load cell, the superconducting coil and the armature coil mounted on the stator corresponding to the rotor link together, and the electromagnetic force acting on the superconducting coil in the opposite direction to the rotor rotation and the resulting displacement can be measured. have.

상기 로드셀은, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 최저 동작온도를 보장하기 위해 열선을 이용한 히터(131); 및 상기 히터를 감싸 상기 히터에 의해 발생되는 열전달을 차단하기 위한 제2 적층 단열재(132);를 포함할 수 있다.The load cell, the heater 131 using a heating wire to ensure the lowest operating temperature in the internal space of the cryostat; and a second laminated insulating material 132 surrounding the heater to block heat transfer generated by the heater.

상기 로드셀은, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 상기 초전도코일의 직선부와 상기 크라이오스탯의 내측면 사이에 설치하되, 상기 초전도코일에 맞닿는 일단에 설치하는 제1 온도센서(133)와 상기 크라이오스탯에 맞닿는 타단에 설치하는 제2 온도센서(134)를 포함하며, 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서의 센싱값 평균을 온도 측정값으로 판단하는 것일 수 있다.The load cell is installed between the straight part of the superconducting coil and the inner surface of the cryostat in the internal space of the cryostat, and installed at one end in contact with the superconducting coil. A first temperature sensor 133 and the cryostat A second temperature sensor 134 installed at the other end in contact with the autostat may be included, and the average of the sensing values of the first temperature sensor and the second temperature sensor may be determined as a temperature measurement value.

상기 제어부는, 수학식

Figure pat00001
에 상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 적용하여 상기 초전도 코일에 발생하는 토크를 환산하는 것일 수 있다.The control unit,
Figure pat00001
It may be to convert the torque generated in the superconducting coil by applying the strength of the force measured by the load cell.

상기 제어부는, 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기 또는 토크 정보를 통신부를 통해 외부 모니터링 서버에 전송하는 것일 수 있다.The control unit may be to transmit information on the strength or torque of the force acting on the superconducting coil to an external monitoring server through the communication unit.

상기 제어부는, 상기 온도 측정값을 확인하여 상기 로드셀의 운전온도 보다 낮을 경우, 상기 히터를 제어하여 상기 로드셀의 운전온도를 기준으로 미리 정해진 오차범위 이내의 온도까지 가열하는 것일 수 있다.The control unit may check the temperature measurement value and, when it is lower than the operating temperature of the load cell, control the heater to heat the heater to a temperature within a predetermined error range based on the operating temperature of the load cell.

상기 로드셀의 운전온도는, 최저 동작온도가 77K인 것일 수 있다.The operating temperature of the load cell may be that the lowest operating temperature is 77K.

상기 제어부는, 상기 초전도코일과 상기 로드셀의 접촉으로 인한 열부하를 고려하여 상기 냉매 공급부를 제어함에 따라, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 극저온 환경을 유지되게 하는 것일 수 있다.The control unit may be to maintain a cryogenic environment in the internal space of the cryostat by controlling the refrigerant supply unit in consideration of the heat load caused by the contact between the superconducting coil and the load cell.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법은, 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법에 있어서, (a) 크라이오스탯의 내부 공간에서 초전도코일의 직선부와 상기 크라이오스탯의 내측면 사이에 설치하는 로드셀의 온도 측정값을 확인하는 단계; (b) 상기 온도 측정값과 상기 로드셀의 운전온도를 비교하는 단계; (c) 상기 온도 측정값과 상기 로드셀의 운전온도의 비교 결과에 따라 상기 로드셀을 통해 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 상기 초전도코일에 발생하는 토크를 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the control method of the apparatus for measuring the torque of the superconducting coil according to the embodiment of the present invention, in the control method of the apparatus for measuring the torque of the superconducting coil, (a) the straight portion of the superconducting coil and the cryostat in the internal space of the cryostat Checking the temperature measurement value of the load cell installed between the inner surface of the autostat; (b) comparing the measured temperature value with the operating temperature of the load cell; (c) measuring the strength of a force acting on the superconducting coil through the load cell according to a comparison result of the temperature measurement value and the operating temperature of the load cell; and (d) measuring the torque generated in the superconducting coil by using the strength of the force acting on the superconducting coil.

상기 (c) 단계는, 상기 온도 측정값이 상기 로드셀의 운전온도 보다 높을 경우에 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하는 것일 수 있다.The step (c) may be to measure the strength of the force acting on the superconducting coil when the temperature measurement value is higher than the operating temperature of the load cell.

실시예에 따르면, 상기 (b) 단계 이후에, 상기 온도 측정값이 상기 로드셀의 운전온도 보다 낮을 경우에 히터를 제어하여 상기 로드셀을 가열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, after step (b), when the measured temperature value is lower than the operating temperature of the load cell, controlling a heater to heat the load cell; may further include.

실시예에 따르면, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 극저온 환경을 유지시키기 위해 냉매 공급 제어를 통해 상기 크라이오스탯의 내부 온도를 상기 초전도코일의 운전온도로 도달시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, before step (a), the internal temperature of the cryostat is reached to the operating temperature of the superconducting coil through refrigerant supply control to maintain a cryogenic environment in the internal space of the cryostat. ; may be further included.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 초전도 회전기는, 회전축에 일체로 형성하여 함께 회전하는 원 형상의 로터 하우징에 다수 개의 초전도코일(10)을 장착하는 로터; 및 상기 초전도코일에 대향하여 쇄교하는 전기자코일을 장착하는 스테이터;를 포함하고, 상기 다수 개의 초전도코일 각각에 대한 기계적인 특성을 확인하기 위한 토크 측정 장치;를 더 포함하되, 상기 토크 측정 장치는, 상기 초전도코일의 극저온 환경을 모듈 구조로 형성하기 위한 크라이오스탯; 상기 초전도코일의 동작온도를 기반으로 상기 크라이오스탯의 내부 공간을 냉각하기 위한 크라이오스탯 냉각부; 상기 로터 회전에 의해 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하기 위한 로드셀; 및 상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 이용하여 상기 초전도코일의 토크를 측정하기 위한 제어부;를 포함할 수 있다.In addition, the superconducting rotator according to an embodiment of the present invention includes a rotor for mounting a plurality of superconducting coils 10 in a circular rotor housing which is integrally formed on a rotating shaft and rotates together; and a stator for mounting an armature coil linking opposite to the superconducting coil; including, a torque measuring device for confirming mechanical properties of each of the plurality of superconducting coils; further comprising, the torque measuring device includes: , a cryostat for forming a cryogenic environment of the superconducting coil in a module structure; a cryostat cooling unit for cooling the internal space of the cryostat based on the operating temperature of the superconducting coil; a load cell for measuring the strength of a force acting on the superconducting coil by the rotation of the rotor; and a control unit for measuring the torque of the superconducting coil using the strength of the force measured by the load cell.

상기 토크 측정 장치는, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 대류 및 복사에 의한 열전달을 차단시키기 위해 상기 크라이오스탯과 상기 초전도코일 사이에 열차단층을 형성하는 제1 적층 단열재;를 포함할 수 있다.The torque measuring device, in order to block heat transfer by convection and radiation in the internal space of the cryostat, a first laminated insulating material forming a thermal barrier layer between the cryostat and the superconducting coil; may include.

본 발명은 로터 회전에 의해 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 초전도코일에 발생하는 토크를 측정함으로써 초전도코일의 기계적인 특성을 확인할 수 있다.The present invention can confirm the mechanical properties of the superconducting coil by measuring the torque generated in the superconducting coil using the strength of the force acting on the superconducting coil by the rotation of the rotor.

또한, 본 발명은 크라이오스탯의 극저온 환경에서 초전도코일의 운전온도(20∼40K)와 로드셀의 운전온도(77K) 차이로 인해 로드셀의 파손을 방지함으로써 크라이오스탯의 내부 공간에서도 로드셀을 통해 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 정확하게 측정할 수 있다.In addition, the present invention prevents damage to the load cell due to the difference between the operating temperature (20-40K) of the superconducting coil and the operating temperature (77K) of the load cell in the cryostat's cryostat environment, so that even in the internal space of the cryostat, superconductivity through the load cell It is possible to accurately measure the strength of the force acting on the coil.

또한, 본 발명은 초전도 응용 기기를 제작함에 있어서 초전도코일이 받는 힘에 대한 영향 평가를 수행할 수 있다.In addition, the present invention can perform an effect evaluation on the force received by the superconducting coil in manufacturing a superconducting application device.

또한, 본 발명은 극저온 환경에 존재하는 초전도코일에 대한 전자기력과 토크를 용이하게 측정할 수 있다.In addition, the present invention can easily measure the electromagnetic force and torque for a superconducting coil existing in a cryogenic environment.

또한, 본 발명은 초전도 회전기 단락시험, 정격속도 이상에서의 과도한 측정법이 아닌 용량에 맞는 정격 운전 조건에서의 초전도코일의 토크를 측정할 수 있다.In addition, the present invention can measure the torque of the superconducting coil under the rated operating condition suitable for the capacity rather than the superconducting rotator short-circuit test and the excessive measurement method at the rated speed or more.

또한, 본 발명은 초전도코일에서 발생하는 직접적인 손실 및 효율을 계산할 수 있다.In addition, the present invention can calculate the direct loss and efficiency generated in the superconducting coil.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 회전기를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치를 나타낸 도면,
도 3은 도 2의 토크 측정 장치의 A-A' 단면을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a superconducting rotator according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing a torque measuring device of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a view showing a cross section AA' of the torque measuring device of Figure 2;
4 is a view showing a control method of a torque measuring apparatus of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, detailed descriptions of well-known functions or configurations that may obscure the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings will be omitted. Also, it should be noted that throughout the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor shall appropriately define his or her invention in terms of the best way to describe it. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.

첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not fully reflect the actual size. The present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.When a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, when a part is said to be "connected" with another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and includes one or more other features, numbers, or steps. , it should be understood that it does not preclude in advance the possibility of the existence or addition of an operation, component, part, or combination thereof.

또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Also, as used herein, the term “unit” refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and “unit” performs certain roles. However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to refresh one or more processors. Thus, by way of example, “part” includes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. The functionality provided within components and “parts” may be combined into a smaller number of components and “parts” or further divided into additional components and “parts”.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the embodiments of the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It can be used to easily describe the correlation between a component and other components. A spatially relative term should be understood as a term that includes different directions of components during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, when a component shown in the drawings is turned over, a component described as “beneath” or “beneath” of another component may be placed “above” of the other component. can Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. Components may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 회전기를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 토크 측정 장치의 A-A' 단면을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a superconducting rotator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a torque measuring device of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is AA' of the torque measuring device of FIG. It is a drawing showing a cross section.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초전도 회전기(1)는, 회전축(2)에 일체로 형성하여 함께 회전하는 원 형상의 로터 하우징(3)에 다수 개의 초전도코일(superconducting coil)(10)을 장착하는 로터(rotor), 초전도코일(10)에 대향하여 쇄교하는 전기자코일(20)을 장착하는 스테이터(stator)를 포함한다. As shown in FIG. 1 , the superconducting rotor 1 according to the embodiment of the present invention includes a plurality of superconducting coils in a circular rotor housing 3 integrally formed on a rotating shaft 2 and rotating together. ) includes a rotor (rotor) for mounting (10), a stator (stator) for mounting the armature coil (20) linkage opposite to the superconducting coil (10).

여기서, 초전도코일(10)은 직선부와 곡선부가 형성된 레이스트랙형 보빈(11)에 초전도선재(12)가 권선된 계좌 코일로서, 주 동작에 필요한 주 자속을 만들어 내는 권선 부분이고, 전기자코일(20)은 슬롯에 코일이 권선된 형태로서, 자속을 끊으며 기전력이 유도되는 권선 부분이다.Here, the superconducting coil 10 is an account coil in which a superconducting wire 12 is wound on a race track-type bobbin 11 having a straight line portion and a curved portion formed therein. 20) is a winding part in which a coil is wound in a slot, and an electromotive force is induced by breaking the magnetic flux.

여기서, 로터는 다수 개의 초전도코일(10) 각각에 대한 기계적인 특성을 확인하기 위해 도 2 및 도 3에 도시된 초전도코일의 토크 측정 장치를 포함한다. Here, the rotor includes a torque measuring device of the superconducting coil shown in FIGS. 2 and 3 in order to check the mechanical characteristics of each of the plurality of superconducting coils 10 .

이러한 초전도 회전기(1)는 풍력발전기에 적용할 수 있다. 즉, 풍력발전기는 토크 제어를 통해 최대 출력을 추정해야 하므로, 정격 풍속 이하로 토크를 제어하는 것이 매우 중요하다.Such a superconducting rotary machine 1 can be applied to a wind power generator. That is, it is very important to control the torque below the rated wind speed because the wind power generator must estimate the maximum output through torque control.

하나의 초전도코일(10)은 초전도 회전기(1)에서 하나의 극(pole)으로 기능한다. 그래서, 토크 측정 장치는 초전도코일(10) 각각의 간격이 존재하므로 로드셀(130)를 이용하여 초전도코일(10)이 받는 힘을 측정하여 토크를 도출할 수 있다.One superconducting coil 10 functions as one pole in the superconducting rotor 1 . Therefore, since the torque measuring device has an interval between each of the superconducting coils 10 , the torque can be derived by measuring the force received by the superconducting coil 10 using the load cell 130 .

참고로, 영구자석 회전기는 영구자석이 로터에 삽입되는 형태가 되므로 로드셀(130)를 이용하여 하나의 극이 받는 힘을 측정하여 토크를 도출하기 용이하지 않다.For reference, since the permanent magnet rotator has a form in which the permanent magnet is inserted into the rotor, it is not easy to derive torque by measuring the force received by one pole using the load cell 130 .

이하, 도 2 및 도 3을 참작하여 초전도코일의 토크 측정 장치에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, a torque measuring device of a superconducting coil will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 .

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치는 초전도코일(10)의 극저온 환경을 모듈 구조로 형성하기 위한 크라이오스탯(cryostat)(110), 초전도코일(10)의 동작온도를 기반으로 크라이오스탯(110)의 내부 공간을 냉각하기 위한 크라이오스탯 냉각부(120), 로터 회전에 의해 초전도코일(10)과 전기자코일(20)이 쇄교하여 로터 회전과 반대 방향으로 작용하는 힘의 세기를 측정하기 위한 로드셀(130), 로드셀(130)에 의해 측정된 힘의 세기를 이용하여 초전도코일(10)의 토크를 측정하기 위한 제어부(140)를 포함한다.2 and 3, the apparatus for measuring torque of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention is a cryostat 110 for forming a cryogenic environment of the superconducting coil 10 in a module structure; The cryostat cooling unit 120 for cooling the internal space of the cryostat 110 based on the operating temperature of the superconducting coil 10, the superconducting coil 10 and the armature coil 20 are linked by the rotor rotation The control unit 140 for measuring the torque of the superconducting coil 10 using the load cell 130 for measuring the strength of the force acting in the direction opposite to the rotor rotation, and the strength of the force measured by the load cell 130 includes

구체적으로, 크라이오스탯(110)은 초전도코일(10)의 동작온도로 극저온 환경을 유지한다. 이에, 크라이오스탯(110)은 초전도코일(10)의 동작온도에 해당하는 20∼40K의 내부 냉각 온도가 설정된다. 이때, 크라이오스탯(110)은 극저온 환경을 효율적으로 유지시키기 위해 내부에 초전도코일(10)을 개별적으로 수납하는 것이 바람직하다. Specifically, the cryostat 110 maintains a cryogenic environment at the operating temperature of the superconducting coil 10 . Accordingly, the cryostat 110 is set to an internal cooling temperature of 20 to 40K corresponding to the operating temperature of the superconducting coil (10). At this time, it is preferable that the cryostat 110 individually accommodates the superconducting coil 10 therein in order to efficiently maintain the cryogenic environment.

또한, 크라이오스탯(110)은 전도 냉각의 효율을 학보하기 위해 내부 진공도가 10-5 [torr] 이하로 유지되고, 내부 공간에서 대류 및 복사에 의한 열전달을 차단시켜 냉각 손실을 최소화시키기 위해 제1 적층 단열재(multi layer insulation)(150)가 배치될 수 있다. 도 2에서 TOP VIEW에서 제1 적층 단열재(150)는 도면에 도시하지 않았으나 초전도코일(10)과 크라이오스탯(110) 사이에 배치하여 열차단층을 형성한다. In addition, the cryostat 110 is maintained at an internal vacuum degree of 10 -5 [torr] or less in order to improve the efficiency of conduction cooling, and blocks heat transfer by convection and radiation in the internal space to minimize cooling loss. One multi-layer insulation 150 may be disposed. In FIG. 2 , in the TOP VIEW, the first laminated insulator 150 is disposed between the superconducting coil 10 and the cryostat 110 , although not shown in the drawing, to form a thermal barrier layer.

이러한 크라이오스탯(110)은 초전도 회전기(1)에서 초전도코일(10)을 모듈화시켜 구조적으로 개별 운전을 가능하게 한다.The cryostat 110 modularizes the superconducting coil 10 in the superconducting rotor 1 to structurally enable individual operation.

이러한 초전도코일(10)과 크라이오스탯(110)의 코일 모듈 구조는 개별적인 수리와 교체가 가능한 구조를 제공하고, 초전도코일(10)의 극저온 환경을 구성하기 위해 내부 공간을 축소시키기 때문에 내부 진공 상태를 형성 또는 유지를 용이하게 할 뿐만 아니라 원하는 냉각 온도에 빠르게 도달 또는 유지를 용이하게 할 수 있다.The coil module structure of the superconducting coil 10 and the cryostat 110 provides a structure that can be individually repaired and replaced, and reduces the internal space to constitute a cryogenic environment of the superconducting coil 10, so the internal vacuum state not only facilitates the formation or maintenance of a vacuum, but also facilitates rapidly reaching or maintaining a desired cooling temperature.

그리고, 크라이오스탯(110)은 고리 형상인 로터 하우징(3)의 외주면을 따라 복수 개가 설치되고, 각 크라이오스탯(110)은 서로 인접하여 배치된다.In addition, a plurality of cryostats 110 are installed along the outer circumferential surface of the rotor housing 3 having a ring shape, and each cryostat 110 is disposed adjacent to each other.

다음으로, 크라이오스탯 냉각부(120)는 극저온 환경을 형성하기 위해 크라이오스탯(110)의 내부 공간을 냉각한다.Next, the cryostat cooling unit 120 cools the internal space of the cryostat 110 to form a cryogenic environment.

이러한 크라이오스탯 냉각부(120)는 극저온 환경을 형성하기 위한 냉매(액체헬륨, 액체질소 등)를 공급하는 냉매 공급부(121), 냉매를 공급받아 초전도코일(10)을 냉각시키는 냉각 플레이트(122)를 포함한다.The cryostat cooling unit 120 includes a refrigerant supply unit 121 that supplies a refrigerant (liquid helium, liquid nitrogen, etc.) for forming a cryogenic environment, and a cooling plate 122 that receives the refrigerant and cools the superconducting coil 10 . ) is included.

여기서, 냉각 플레이트(122)는 냉매 공급부(121)로부터 공급된 냉매가 내부에 형성된 냉매 유로를 통한 흐름을 통해 냉각되고, 다시 냉매 공급부(121)로 재유입하는 냉매 순환 구조를 형성할 수 있다. 이때, 냉매 순환을 통해 냉각된 냉각 플레이트(122)는 전도에 의한 열전달을 통해 초전도코일(10)을 냉각하게 된다.Here, the cooling plate 122 may form a refrigerant circulation structure in which the refrigerant supplied from the refrigerant supply unit 121 is cooled through a flow through a refrigerant passage formed therein, and then re-introduced into the refrigerant supply unit 121 . At this time, the cooling plate 122 cooled through refrigerant circulation cools the superconducting coil 10 through heat transfer by conduction.

또한, 제1 적층 단열재(150)는 다층의 복사쉴드로서, 냉각 플레이트(122)에서 대류나 복사에 의한 열전달을 차단하여 냉각 플레이트(122)가 초전도코일(10)을 냉각할 때 전도에 의한 열전달 효율을 최대한 확보할 수 있게 한다.In addition, the first laminated insulator 150 is a multi-layered radiation shield, which blocks heat transfer by convection or radiation in the cooling plate 122, so that when the cooling plate 122 cools the superconducting coil 10, heat transfer by conduction to ensure maximum efficiency.

그리고, 냉각 플레이트(122)는 크라이오스탯(110)의 하부면 상에 배치되는 지지 플레이트(160)지지 플레이트(160), 초전도코일(10)은 냉각 플레이트(122) 상에 배치된다.In addition, the cooling plate 122 is a support plate 160 disposed on the lower surface of the cryostat 110 , the support plate 160 , and the superconducting coil 10 is disposed on the cooling plate 122 .

다음으로, 로드셀(130)은 로터 회전에 의해 초전도코일(10)과 전기자코일(20)이 쇄교하여 로터 회전과 반대 방향으로 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기를 측정한다.Next, the load cell 130 connects the superconducting coil 10 and the armature coil 20 by the rotor rotation to measure the strength of the force acting on the superconducting coil 10 in the opposite direction to the rotor rotation.

이때, 로터는 초전도코일(10)의 직선부에 직교하는 방향으로 회전하고, 초전도코일(10)에는 로터 회전과 반대 방향으로 토크가 발생하게 된다. At this time, the rotor rotates in a direction orthogonal to the straight portion of the superconducting coil 10 , and torque is generated in the superconducting coil 10 in a direction opposite to the rotor rotation.

즉, 토크는 로터가 회전하게 되면 초전도코일(10)과 전기자코일(20) 사이의 상호작용으로 발생하게 되고, 로드셀(130)은 초전도코일(10)에 작용하는 전자기력과 그에 따른 변위에 의한 힘의 세기를 측정한다. That is, the torque is generated by the interaction between the superconducting coil 10 and the armature coil 20 when the rotor rotates, and the load cell 130 is an electromagnetic force acting on the superconducting coil 10 and a force due to the displacement. measure the strength of

그래서, 로드셀(130)은 로터가 회전하는 반대측에 설치하되, 크라이오스탯(110)의 내부 공간에서 초전도코일(10)의 직선부와 크라이오스탯(110)의 내측면 사이에 설치한다.So, the load cell 130 is installed on the opposite side to which the rotor rotates, and is installed between the straight portion of the superconducting coil 10 and the inner surface of the cryostat 110 in the inner space of the cryostat 110 .

이러한 로드셀(130)은 외력에 의해 비례적으로 변하는 탄성체와 이를 전기적으로 변경하는 스트레인게이지(straingauge)를 이용하여 구성할 수 있다.The load cell 130 may be configured using an elastic body that is proportionally changed by an external force and a strain gauge that electrically changes it.

한편, 로드셀(130)은 최저 동작온도가 77K이다. 즉, 로드셀(130)은 초전도코일(10)의 동작온도를 기준으로 크라이오스탯(110)의 내부 냉각 온도(즉, 20∼40K)가 설정되므로, 크라이오스탯(110)의 내부 공간에 설치될 경우 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기를 정확하게 측정하기 곤란할 수 있다.On the other hand, the load cell 130 has a minimum operating temperature of 77K. That is, the load cell 130 is installed in the internal space of the cryostat 110 because the internal cooling temperature (ie, 20 to 40K) of the cryostat 110 is set based on the operating temperature of the superconducting coil 10 . If so, it may be difficult to accurately measure the strength of the force acting on the superconducting coil 10 .

그래서, 로드셀(130)은 크라이오스탯(110)의 내부 공간에서 최저 동작온도를 보장하기 위해 열선을 이용한 히터(131)를 적용한다. So, the load cell 130 applies a heater 131 using a heating wire to ensure the lowest operating temperature in the internal space of the cryostat 110 .

이때, 로드셀(130)은 히터(131)에 의한 열부하를 최소화시키기 위해, 히터(131)에 의해 발생되는 열전달을 차단하는 제2 적층 단열재(132)를 감싸준다.At this time, the load cell 130 surrounds the second laminated insulator 132 that blocks heat transfer generated by the heater 131 in order to minimize the heat load by the heater 131 .

또한, 로드셀(130)은 자체 온도를 측정하기 위해 양 끝단에 제1 및 제2 온도센서(133, 134)를 설치하고, 양 끝단의 센싱값 평균을 온도 측정값으로 판단한다. 여기서, 제1 온도센서(133)는 초전도코일(10)에 맞닿는 로드셀(130)의 일단에 배치되고, 제2 온도센서(134)는 크라이오스탯(110)에 맞닿는 로드셀(130)의 타단에 설치된다.In addition, the load cell 130 installs first and second temperature sensors 133 and 134 at both ends to measure its own temperature, and determines the average of the sensed values at both ends as a temperature measurement value. Here, the first temperature sensor 133 is disposed at one end of the load cell 130 in contact with the superconducting coil 10 , and the second temperature sensor 134 is at the other end of the load cell 130 in contact with the cryostat 110 . is installed

즉, 로드셀(130)은 초전도코일(10)의 전도에 의해서 온도가 낮아지므로 양 끝단에서 온도 차이가 존재한다. 이에, 로드셀(130)의 온도 측정값은 제1 온도센서(133) 뿐만 아니라 제2 온도센서(134)를 통해 얻어진 양 끝단의 센싱값 평균을 로드셀(130)의 온도 측정값으로 정의할 수 있다.That is, since the temperature of the load cell 130 is lowered by conduction of the superconducting coil 10, a temperature difference exists at both ends. Accordingly, the temperature measurement value of the load cell 130 may be defined as the temperature measurement value of the load cell 130 by the average of the sensing values at both ends obtained through the second temperature sensor 134 as well as the first temperature sensor 133 . .

이와 같은 로드셀(130)의 온도 측정값은 로드셀(130)의 가운데 지점의 온도에 해당하는 것으로 볼 수 있다. 부가적으로, 이러한 로드셀(130)의 온도 측정값은 물성에 따라 로드셀(130)의 각 구간별 온도를 보간하여 예측할 수도 있다.Such a temperature measurement value of the load cell 130 may be regarded as corresponding to the temperature of the center point of the load cell 130 . Additionally, the temperature measurement value of the load cell 130 may be predicted by interpolating the temperature for each section of the load cell 130 according to physical properties.

다음으로, 제어부(140)는 로드셀(130)에 의해 측정된 힘의 세기를 이용하여 초전도코일(10)의 토크를 측정한다. 즉, 제어부(140)는 로드셀(130)에 의해 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 초전도코일(10)에 발생하는 토크를 환산한다.Next, the controller 140 measures the torque of the superconducting coil 10 using the strength of the force measured by the load cell 130 . That is, the controller 140 converts the torque generated in the superconducting coil 10 by using the strength of the force applied to the superconducting coil 10 by the load cell 130 .

토크는 아래 수학식 1과 같이 환산된다.The torque is converted as in Equation 1 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

이러한 토크는 로터의 회전수, 출력전압값 및 출력전류값 등이 확인되면 초전도 회전기(1)의 효율을 계산할 때 활용될 수 있다.This torque can be utilized when calculating the efficiency of the superconducting rotor 1 when the rotation speed of the rotor, the output voltage value, the output current value, etc. are confirmed.

아울러, 제어부(140)는 초전도코일(10)에 기계적 안정성을 판단할 수 있는 근거로 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기 또는 토크를 활용 가능하므로, 통신부(170)를 통해 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기 또는 토크 정보를 외부 모니터링 서버(미도시)에 전송할 수 있다.In addition, since the control unit 140 can utilize the strength or torque of the force acting on the superconducting coil 10 as a basis for determining the mechanical stability of the superconducting coil 10 , the superconducting coil 10 through the communication unit 170 . ) may transmit the force or torque information acting on the external monitoring server (not shown).

이때, 제어부(140)는 초전도코일(10) 각각에 대한 코일 식별자를 외부 모니터링 서버에 함께 전송함에 따라 기계적 안정성 판단을 위한 초전도코일(10) 각각을 특정할 수 있다.In this case, the controller 140 may specify each of the superconducting coils 10 for determining mechanical stability by transmitting the coil identifier for each of the superconducting coils 10 together to the external monitoring server.

또한, 제어부(140)는 로드셀(130)의 온도 측정값을 확인하여 로드셀(130)의 운전온도(즉, 77K) 보다 낮을 경우 히터(131)를 제어하여 로드셀(130)의 운전온도를 기준으로 미리 정해진 오차범위 이내의 온도까지 가열한다. In addition, the controller 140 checks the temperature measurement value of the load cell 130 and controls the heater 131 when it is lower than the operating temperature (ie, 77 K) of the load cell 130 based on the operating temperature of the load cell 130 . It is heated to a temperature within a predetermined error range.

이처럼, 제어부(140)는 우선 초전도코일(10)의 운전온도에 도달한 다음, 로드셀(130)의 온도 측정값을 지속적으로 확인하여 로드셀(130)의 운전온도를 지속적으로 유지시킨다.As such, the control unit 140 first reaches the operating temperature of the superconducting coil 10 , and then continuously checks the temperature measurement value of the load cell 130 to continuously maintain the operating temperature of the load cell 130 .

그리고, 제어부(140)는 크라이오스탯 냉각부(120)의 냉매 공급부(121)를 제어하여 크라이오스탯(110)의 내부 공간에서 극저온 환경을 유지되게 한다.Then, the control unit 140 controls the refrigerant supply unit 121 of the cryostat cooling unit 120 to maintain a cryogenic environment in the internal space of the cryostat 110 .

여기서, 크라이오스탯(110)의 내부 공간은 진공상태이므로 분자의 대류가 거의 없는 상태이고, 초전도코일(10)과 로드셀(130)은 적층 단열재로 인해 열교환이 거의 없는 상태이다. 즉, 초전도코일(10)은 크라이오스탯(110)의 내부 진공 상태에서, 제1 적층 단열재(150)제1 적층 단열재(150)(132)의 이중 열차단을 통해 로드셀(130)과 대류 또는 복사에 의한 열교환을 기대하기 어렵다.Here, since the internal space of the cryostat 110 is in a vacuum state, there is almost no convection of molecules, and the superconducting coil 10 and the load cell 130 are in a state where there is little heat exchange due to the laminated insulating material. That is, the superconducting coil 10 is in the internal vacuum state of the cryostat 110, the load cell 130 and the convection or It is difficult to expect heat exchange by radiation.

그런데, 제어부(140)는 초전도코일(10)과 로드셀(130)의 접촉으로 인한 열 부하를 고려하여 냉매 공급부(121)의 냉매 공급을 제어한다.However, the control unit 140 controls the refrigerant supply of the refrigerant supply unit 121 in consideration of the heat load caused by the contact between the superconducting coil 10 and the load cell 130 .

또한, 제어부(140)는 적하나 이상의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. In addition, the control unit 140 includes one or more processors and a memory for storing computer readable instructions.

이러한 제어부(140)는 적어도 하나의 프로세서에 의해 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들이 실행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법을 수행하게 된다.When the computer readable instructions stored in the memory are executed by the at least one processor, the control unit 140 performs the control method of the apparatus for measuring the torque of the superconducting coil according to the embodiment of the present invention.

여기서, 프로세서는 적어도 하나 이상의 프로세서로서, 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 그리고, 프로세서는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.Here, the processor is at least one processor, and may also be referred to as a controller, a microcontroller, a microprocessor, a microcomputer, or the like. In addition, the processor may be implemented by hardware or firmware, software, or a combination thereof.

또한, 메모리는 하나의 저장 장치일 수 있거나, 또는 복수의 저장 엘리먼트의 집합적인 용어일 수 있다. 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 실행가능한 프로그램 코드 또는 파라미터, 데이터 등일 수 있다. 그리고, 메모리는 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있거나, 또는 자기 디스크 저장장치 또는 플래시(flash) 메모리와 같은 NVRAM(Non-Volatile Memory)을 포함할 수 있다. Also, a memory may be a single storage device, or may be a collective term for a plurality of storage elements. The computer readable instructions stored in the memory may be executable program code or parameters, data, and the like. In addition, the memory may include random access memory (RAM) or non-volatile memory (NVRAM) such as magnetic disk storage or flash memory.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of controlling a torque measuring apparatus of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 .

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a control method of a torque measuring apparatus of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제어부(140)는 크라이오스탯(110)의 내부 공간에서 극저온 환경을 유지시키기 위해 냉매 공급 제어를 통해 크라이오스탯(110)의 내부 온도를 초전도코일(10)의 운전온도로 도달시킨다(S201).Referring to FIG. 4 , the controller 140 controls the internal temperature of the cryostat 110 through refrigerant supply control to maintain a cryogenic environment in the internal space of the cryostat 110 , the operating temperature of the superconducting coil 10 . to reach (S201).

이후, 제어부(140)는 로드셀(130)의 온도 측정값을 확인한 후(S202), 로드셀(130)의 온도 측정값이 로드셀(130)의 운전온도 보다 낮을 경우에 히터(131)를 제어하여 로드셀(130)을 가열한다(S203, S204).Then, after checking the temperature measurement value of the load cell 130 ( S202 ), the controller 140 controls the heater 131 to control the load cell when the temperature measurement value of the load cell 130 is lower than the operation temperature of the load cell 130 . (130) is heated (S203, S204).

여기서, 로드셀(130)는 로터가 회전하는 반대측에 설치하되, 크라이오스탯(110)의 내부 공간에서 초전도코일(10)의 직선부와 크라이오스탯(110)의 내측면 사이에 설치한다.Here, the load cell 130 is installed on the opposite side to which the rotor rotates, and is installed between the straight portion of the superconducting coil 10 and the inner surface of the cryostat 110 in the inner space of the cryostat 110 .

반면, 제어부(140)는 로드셀(130)의 온도 측정값이 로드셀(130)의 운전온도 보다 높을 경우에 로드셀(130)을 통해 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기를 측정한다(S203, S205).On the other hand, when the temperature measurement value of the load cell 130 is higher than the operating temperature of the load cell 130, the control unit 140 measures the strength of the force acting on the superconducting coil 10 through the load cell 130 (S203, S205).

이후, 제어부(140)는 초전도코일(10)에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 초전도코일(10)에 발생하는 토크를 측정한다(S206).Thereafter, the control unit 140 measures the torque generated in the superconducting coil 10 by using the strength of the force acting on the superconducting coil 10 ( S206 ).

일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method according to some embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, and magneto-optical disks such as floppy disks. hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.Although the foregoing description has focused on novel features of the invention as applied to various embodiments, those skilled in the art will recognize the apparatus and method described above without departing from the scope of the invention. It will be understood that various deletions, substitutions, and changes are possible in the form and details of Accordingly, the scope of the invention is defined by the appended claims rather than by the description above. All modifications within the scope of equivalents of the claims are included in the scope of the present invention.

10 ; 초전도코일 11 ; 보빈
12 ; 초전도선재 20 ; 전기자코일
110 ; 크라이오스탯(cryostat) 120 ; 크라이오스탯 냉각부
121 ; 냉매 공급부 122 ; 냉각 플레이트
130 ; 로드셀 131 ; 히터
132 ; 제2 적층 단열재 133 ; 제1 온도센서
134 ; 제2 온도센서 140 ; 제어부
150 ; 제1 적층 단열재 160 ; 지지 플레이트
170 ; 통신부10 ; superconducting coil 11 ; bobbin
12 ; Superconducting wire 20 ; armature coil
110 ; cryostat 120 ; cryostat cooling unit
121; Refrigerant supply unit 122 ; cooling plate
130 ; load cell 131 ; heater
132; 2nd laminated insulation material 133; first temperature sensor
134; second temperature sensor 140 ; control
150 ; First laminated insulating material 160; support plate
170 ; communication department

Claims (22)

초전도코일(10)의 극저온 환경을 모듈 구조로 형성하기 위한 크라이오스탯(cryostat)(110);
상기 초전도코일의 동작온도를 기반으로 상기 크라이오스탯의 내부 공간을 냉각하기 위한 크라이오스탯 냉각부(120);
로터 회전에 의해 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하기 위한 로드셀(130); 및
상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 이용하여 상기 초전도코일의 토크를 측정하기 위한 제어부(140);
를 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치.
a cryostat 110 for forming a cryogenic environment of the superconducting coil 10 in a module structure;
a cryostat cooling unit 120 for cooling the internal space of the cryostat based on the operating temperature of the superconducting coil;
a load cell 130 for measuring the strength of a force acting on the superconducting coil by rotation of the rotor; and
a control unit 140 for measuring the torque of the superconducting coil using the strength of the force measured by the load cell;
Torque measuring device of the superconducting coil comprising a.
 제 1 항에 있어서,
상기 크라이오스탯은,
상기 초전도코일을 개별적으로 내부에 수납하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
The method of claim 1,
The cryostat is
Torque measuring device of a superconducting coil that individually accommodates the superconducting coil therein.
 제 2 항에 있어서,
상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 대류 및 복사에 의한 열전달을 차단시키기 위해 상기 크라이오스탯과 상기 초전도코일 사이에 열차단층을 형성하는 제1 적층 단열재(150);
를 더 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치.
3. The method of claim 2,
a first laminated insulator 150 for forming a thermal barrier layer between the cryostat and the superconducting coil to block heat transfer by convection and radiation in the internal space of the cryostat;
Torque measuring device of the superconducting coil further comprising a.
 제 3 항에 있어서,
상기 크라이오스탯은,
상기 초전도코일의 동작온도에 해당하는 20∼40K의 내부 온도가 설정되고, 내부 진공도가 10-5 [torr] 이하로 유지되는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
4. The method of claim 3,
The cryostat is
An internal temperature of 20 to 40K corresponding to the operating temperature of the superconducting coil is set, and the internal vacuum degree is maintained at 10 -5 [torr] or less.
 제 1 항에 있어서,
상기 크라이오스탯 냉각부는,
극저온 환경을 형성하기 위한 냉매를 공급하는 냉매 공급부(121); 및
상기 냉매를 공급받아 상기 초전도코일을 냉각시키는 냉각 플레이트(122);
를 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치.
The method of claim 1,
The cryostat cooling unit,
a refrigerant supply unit 121 for supplying a refrigerant to form a cryogenic environment; and
a cooling plate 122 for cooling the superconducting coil by receiving the refrigerant;
Torque measuring device of the superconducting coil comprising a.
 제 1 항에 있어서,
상기 로드셀은,
상기 초전도코일과 상기 로터에 대응하는 스테이터에 장착되는 전기자코일이 쇄교하여 상기 로터 회전과 반대 방향으로 상기 초전도코일에 작용하는 전자기력과 그에 따른 변위에 의한 힘의 세기를 측정하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
The method of claim 1,
The load cell is
The superconducting coil and the armature coil mounted on the stator corresponding to the rotor linkage, and the electromagnetic force acting on the superconducting coil in the direction opposite to the rotor rotation and the strength of the force due to the displacement are measured. Torque of the superconducting coil measuring device.
 제 1 항에 있어서,
상기 로드셀은,
상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 최저 동작온도를 보장하기 위해 열선을 이용한 히터(131); 및
상기 히터를 감싸 상기 히터에 의해 발생되는 열전달을 차단하기 위한 제2 적층 단열재(132);
를 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치.
The method of claim 1,
The load cell is
a heater 131 using a heating wire to ensure the lowest operating temperature in the internal space of the cryostat; and
a second laminated insulator 132 surrounding the heater to block heat transfer generated by the heater;
Torque measuring device of the superconducting coil comprising a.
 제 7 항에 있어서,
상기 로드셀은,
상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 상기 초전도코일의 직선부와 상기 크라이오스탯의 내측면 사이에 설치하되,
상기 초전도코일에 맞닿는 일단에 설치하는 제1 온도센서(133)와 상기 크라이오스탯에 맞닿는 타단에 설치하는 제2 온도센서(134)를 포함하며,
상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서의 센싱값 평균을 온도 측정값으로 판단하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
8. The method of claim 7,
The load cell is
But installed between the straight portion of the superconducting coil and the inner surface of the cryostat in the inner space of the cryostat,
A first temperature sensor 133 installed at one end in contact with the superconducting coil and a second temperature sensor 134 installed at the other end in contact with the cryostat,
A torque measuring device for a superconducting coil that determines an average of the sensing values of the first temperature sensor and the second temperature sensor as a temperature measurement value.
 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
수학식
Figure pat00003
에 상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 적용하여 상기 초전도 코일에 발생하는 토크를 환산하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
The method of claim 1,
The control unit is
formula
Figure pat00003
Torque measuring device of a superconducting coil to convert the torque generated in the superconducting coil by applying the strength of the force measured by the load cell to the.
 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기 또는 토크 정보를 통신부를 통해 외부 모니터링 서버에 전송하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
10. The method of claim 9,
The control unit is
Torque measuring device of a superconducting coil that transmits information on the strength or torque acting on the superconducting coil to an external monitoring server through a communication unit.
 제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 온도 측정값을 확인하여 상기 로드셀의 운전온도 보다 낮을 경우, 상기 히터를 제어하여 상기 로드셀의 운전온도를 기준으로 미리 정해진 오차범위 이내의 온도까지 가열하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
9. The method of claim 8,
The control unit is
When the temperature measurement value is lower than the operating temperature of the load cell, the heater is controlled to heat the temperature within a predetermined error range based on the operating temperature of the load cell.
 제 11 항에 있어서,
상기 로드셀의 운전온도는, 최저 동작온도가 77K인 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
12. The method of claim 11,
The operating temperature of the load cell is a torque measuring device of a superconducting coil that the lowest operating temperature is 77K.
 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 초전도코일과 상기 로드셀의 접촉으로 인한 열부하를 고려하여 상기 냉매 공급부를 제어함에 따라, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 극저온 환경을 유지되게 하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치.
6. The method of claim 5,
The control unit is
Torque measuring device of a superconducting coil that maintains a cryogenic environment in the internal space of the cryostat by controlling the refrigerant supply unit in consideration of the thermal load caused by the contact between the superconducting coil and the load cell.
 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법에 있어서,
(a) 크라이오스탯의 내부 공간에서 초전도코일의 직선부와 상기 크라이오스탯의 내측면 사이에 설치하는 로드셀의 온도 측정값을 확인하는 단계;
(b) 상기 온도 측정값과 상기 로드셀의 운전온도를 비교하는 단계;
(c) 상기 온도 측정값과 상기 로드셀의 운전온도의 비교 결과에 따라 상기 로드셀을 통해 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하는 단계; 및
(d) 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 이용하여 상기 초전도코일에 발생하는 토크를 측정하는 단계;
를 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법.
In the control method of the torque measuring device of a superconducting coil,
(a) checking the temperature measurement value of the load cell installed between the straight part of the superconducting coil and the inner surface of the cryostat in the internal space of the cryostat;
(b) comparing the measured temperature value with the operating temperature of the load cell;
(c) measuring the strength of a force acting on the superconducting coil through the load cell according to a comparison result of the temperature measurement value and the operating temperature of the load cell; and
(d) measuring the torque generated in the superconducting coil by using the strength of the force acting on the superconducting coil;
A control method of a torque measuring device of a superconducting coil comprising a.
 제 14 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 온도 측정값이 상기 로드셀의 운전온도 보다 높을 경우에 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하는 것인 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법.
15. The method of claim 14,
The step (c) is,
When the temperature measurement value is higher than the operating temperature of the load cell, the control method of the superconducting coil to measure the strength of the force acting on the superconducting coil.
 제 15 항에 있어서,
상기 (b) 단계 이후에, 상기 온도 측정값이 상기 로드셀의 운전온도 보다 낮을 경우에 히터를 제어하여 상기 로드셀을 가열하는 단계;
를 더 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법.
16. The method of claim 15,
after step (b), heating the load cell by controlling a heater when the measured temperature value is lower than the operating temperature of the load cell;
Control method of the torque measuring device of the superconducting coil further comprising a.
 제 14 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에, 상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 극저온 환경을 유지시키기 위해 냉매 공급 제어를 통해 상기 크라이오스탯의 내부 온도를 상기 초전도코일의 운전온도로 도달시키는 단계;
를 더 포함하는 초전도코일의 토크 측정 장치의 제어 방법.
15. The method of claim 14,
Before the step (a), reaching the internal temperature of the cryostat to the operating temperature of the superconducting coil through a refrigerant supply control to maintain a cryogenic environment in the internal space of the cryostat;
Control method of the torque measuring device of the superconducting coil further comprising a.
 회전축에 일체로 형성하여 함께 회전하는 원 형상의 로터 하우징에 다수 개의 초전도코일(10)을 장착하는 로터; 및 상기 초전도코일에 대향하여 쇄교하는 전기자코일을 장착하는 스테이터;를 포함하고,
상기 다수 개의 초전도코일 각각에 대한 기계적인 특성을 확인하기 위한 토크 측정 장치;를 더 포함하되,
상기 토크 측정 장치는,
상기 초전도코일의 극저온 환경을 모듈 구조로 형성하기 위한 크라이오스탯;
상기 초전도코일의 동작온도를 기반으로 상기 크라이오스탯의 내부 공간을 냉각하기 위한 크라이오스탯 냉각부;
상기 로터 회전에 의해 상기 초전도코일에 작용하는 힘의 세기를 측정하기 위한 로드셀; 및
상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 이용하여 상기 초전도코일의 토크를 측정하기 위한 제어부;
를 포함하는 초전도 회전기.
a rotor for mounting a plurality of superconducting coils 10 in a circular-shaped rotor housing that is integrally formed with the rotating shaft and rotates together; and a stator for mounting an armature coil linking opposite to the superconducting coil;
A torque measuring device for confirming the mechanical characteristics of each of the plurality of superconducting coils; further comprising,
The torque measuring device,
a cryostat for forming a cryogenic environment of the superconducting coil into a module structure;
a cryostat cooling unit for cooling the internal space of the cryostat based on the operating temperature of the superconducting coil;
a load cell for measuring the strength of a force acting on the superconducting coil by the rotation of the rotor; and
a control unit for measuring the torque of the superconducting coil using the strength of the force measured by the load cell;
A superconducting rotator comprising a.
 제 18 항에 있어서,
상기 토크 측정 장치는,
상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 대류 및 복사에 의한 열전달을 차단시키기 위해 상기 크라이오스탯과 상기 초전도코일 사이에 열차단층을 형성하는 제1 적층 단열재;를 포함하는 초전도 회전기.
19. The method of claim 18,
The torque measuring device,
Superconducting rotating machine including; a first laminated insulator for forming a thermal barrier layer between the cryostat and the superconducting coil to block heat transfer by convection and radiation in the internal space of the cryostat.
 제 18 항에 있어서,
상기 로드셀은,
상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 최저 동작온도를 보장하기 위해 열선을 이용한 히터; 및
상기 히터를 감싸 상기 히터에 의해 발생되는 열전달을 차단하기 위한 제2 적층 단열재;
를 포함하는 초전도 회전기.
19. The method of claim 18,
The load cell is
a heater using a heating wire to ensure the lowest operating temperature in the internal space of the cryostat; and
a second laminated insulating material surrounding the heater to block heat transfer generated by the heater;
A superconducting rotator comprising a.
 제 20 항에 있어서,
상기 로드셀은,
상기 크라이오스탯의 내부 공간에서 상기 초전도코일의 직선부와 상기 크라이오스탯의 내측면 사이에 설치하되,
상기 초전도코일에 맞닿는 일단에 설치하는 제1 온도센서(133)와 상기 크라이오스탯에 맞닿는 타단에 설치하는 제2 온도센서(134)를 포함하며,
상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서의 센싱값 평균을 온도 측정값으로 판단하는 것인 초전도 회전기.
21. The method of claim 20,
The load cell is
But installed between the straight portion of the superconducting coil and the inner surface of the cryostat in the inner space of the cryostat,
A first temperature sensor 133 installed at one end in contact with the superconducting coil and a second temperature sensor 134 installed at the other end in contact with the cryostat,
A superconducting rotating machine that determines the average of the sensing values of the first temperature sensor and the second temperature sensor as a temperature measurement value.
 제 18 항에 있어서,
상기 제어부는,
수학식
Figure pat00004
에 상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 세기를 적용하여 상기 초전도 코일에 발생하는 토크를 환산하는 것인 초전도 회전기.
19. The method of claim 18,
The control unit is
formula
Figure pat00004
A superconducting rotator that converts the torque generated in the superconducting coil by applying the strength of the force measured by the load cell to the .
KR1020200018255A 2020-02-14 2020-02-14 Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same KR20210103725A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200018255A KR20210103725A (en) 2020-02-14 2020-02-14 Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200018255A KR20210103725A (en) 2020-02-14 2020-02-14 Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210103725A true KR20210103725A (en) 2021-08-24

Family

ID=77506861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200018255A KR20210103725A (en) 2020-02-14 2020-02-14 Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210103725A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5165614B2 (en) 2009-02-18 2013-03-21 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Simulated measurement method and apparatus for eddy current loss of ground coil conductor in superconducting magnetic levitation railway

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5165614B2 (en) 2009-02-18 2013-03-21 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Simulated measurement method and apparatus for eddy current loss of ground coil conductor in superconducting magnetic levitation railway

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2372886B1 (en) Linear motor
US20100038986A1 (en) Brushless Motor/Generator With Trapped-Flux Superconductors
JP2004266988A (en) Cold structural enclosure for multi-pole rotor having super-conducting field coil windings
KR101924391B1 (en) Performance evaluation device and method of superconducting coil for high temperature superconducting rotating machine
CN1316723C (en) High-temp. superconductive rotor with vacuum container and electromagnetic shielding cover and assembling method thereof
KR101850042B1 (en) Performance evaluation device
US20090093369A1 (en) Superconducting synchronous machine
EP2390884B1 (en) Superconducting magnetizer
JP6113843B2 (en) Device for supporting superconducting winding in rotor of electric machine
MXPA02004838A (en) High temperature super-conducting rotor coil support with split coil housing and assembly method.
Al-Mosawi et al. Construction of a 100 kVA high temperature superconducting synchronous generator
JP5043955B2 (en) Superconducting synchronous motor
KR100902434B1 (en) High temperature super-conducting synchronous rotor coil support with tension rods and method for assembly of the coil support
EP3186505B1 (en) Synchronous superconductive rotary machine having a slidable pole assembly and methods thereof
US20160276896A1 (en) Superconducting electrical machine with two part rotor with center shaft capable of handling bending loads
US8018102B2 (en) Shielding of superconducting field coil in homopolar inductor alternator
KR100902692B1 (en) Super-conducting synchronous machine having rotor and a plurality of super-conducting field coil windings
KR20210103725A (en) Apparatus for measuring torque of superconducting coil, control method thereof and superconducting rotating device using the same
US20160276918A1 (en) Superconducting electrical machine with double re-entrant ends for minimizing heat leak
Kwon et al. Development of a 100 hp synchronous motor with HTS field coils
JP4111744B2 (en) High power density superconducting electrical machine
WO2019004847A1 (en) Flywheel energy storage system
JP4002783B2 (en) High temperature superconducting rotor coil support and coil support method
KR101344197B1 (en) Super conducting electric power generation system
US20210375541A1 (en) Electrical machine and method for fabrication of a coil of an electrical machine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination