WO2013055009A1 - 초전도 회전기용 회전자 - Google Patents

초전도 회전기용 회전자 Download PDF

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신현장
백병산
김근웅
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현대중공업 주식회사
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    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting rotator, and more particularly, to a rotor for a superconducting rotator, which allows the superconducting coil to continuously maintain a cryogenic state by blocking heat from penetrating into the superconducting coil by conduction.
  • the electric device using the superconducting phenomenon there is a superconducting rotor, that is, a superconducting motor and a superconducting generator.
  • the superconducting rotator is provided with a superconducting coil on the rotor, thereby minimizing electric loss due to the absence of electrical resistance due to the superconducting phenomenon from the superconducting coil.
  • the rotor heat of the superconducting rotor is particularly difficult to maintain the cryogenic state for the superconducting phenomenon due to the superconducting coil provided in the rotor, so that the superconducting phenomenon cannot be made smoothly, resulting in a decrease in the efficiency of the superconducting rotor. There was a problem.
  • the above technique that is, a technique of blocking heat penetration into the superconducting coil as a radiation shielding film, was able to partially block heat penetration into the superconducting coil, but only thermal penetration by radiation was prevented. Since it could not be blocked, there was a problem that the effect of blocking heat penetration into the superconducting coil did not meet expectations.
  • the present invention has been proposed in view of the above circumstances, and provides a rotor for a superconducting rotor that allows the superconducting coil to continuously maintain the cryogenic state by blocking heat from penetrating into the superconducting coil by conduction during operation.
  • the purpose is to.
  • It comprises a superconducting coil coupled to the bobbin,
  • the yoke and the bobbin is coupled between the spacing holding member made of high-strength fiber is characterized in that the bobbin is supported by the spacing holding space from the inner surface and the bottom surface of the receiving portion.
  • the receiving portion of the yoke is characterized in that it is in the form of a recessed groove compared to other parts.
  • the upper surface of the bobbin is characterized in that the projecting jaw is formed.
  • the spacing is characterized in that coupled between the inner surface of the receiving portion of the yoke and the outer surface of the bobbin.
  • the high-strength fibers constituting the spacing is characterized in that the Kevlar.
  • the rotor for the superconducting rotor according to the present invention is that the superconducting coil is located on the bobbin supported by the spacer holding the high-strength fiber, the thermal conductivity is extremely low due to the material properties of the spacer holding heat transfer from the yoke to the bobbin. Since it is blocked, it is possible to block heat from penetrating into the superconducting coil by conduction, so that the superconducting coil can continuously maintain the cryogenic state.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the outer appearance of a rotor for a superconducting rotor according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of a rotor for a superconducting rotor according to the present invention.
  • Figure 3 is an exploded perspective view for explaining the support of the bobbin through the spacing in the rotor for the superconducting rotor according to the invention
  • the rotor A for the superconducting rotor according to the present invention includes a yoke 10, a bobbin 20, a superconducting coil 30, and a spacer 40. .
  • the yoke 10 is provided with a receiving portion 11 is continuous to the outer peripheral surface.
  • the receiving portion 11 is preferably in the form of a recessed groove compared to other parts.
  • the accommodating part 11 of the yoke 10 Since the accommodating part 11 of the yoke 10 has a recessed shape compared to other parts, the accommodating part 11 forms a space having a predetermined height, so that the bobbin 20 can be accommodated inside the accommodating part 11. Will be.
  • the bobbin 20 is to be accommodated in each receiving portion 11 of the yoke 10.
  • the protruding jaw 21 is formed on the upper surface of the bobbin 20.
  • Protruding jaw 21 is formed on the upper surface of the bobbin 20, so that the superconducting coil 30 is inserted around the protruding jaw 21, so that the superconducting coil 30 can be easily coupled onto the bobbin 20. Will be.
  • the superconducting coil 30 is coupled to the bobbin 20.
  • the superconducting coil 30 is made of a superconducting material, any of ordinary things may be used, and thus, detailed description thereof will be omitted.
  • the spacer 40 is coupled between the yoke 10 and the bobbin 20, and is made of a high strength fiber.
  • Such a spacing holder 40 is coupled between the yoke 10 and the bobbin 20, but is preferably coupled between the inner surface of the receiving portion 11 of the yoke 10 and the outer surface of the bobbin 20. Do.
  • the gap retainer 40 is coupled between the inner surface of the receiving portion 11 of the yoke 10 and the outer surface of the bobbin 20 on all sides, so that the bobbin 20 is spaced apart from the inner surface of the receiving portion 11 and the bottom surface. It can be supported.
  • the coupling of the spacer 40 is formed with holes (12, 22) on each of the inner surface of the receiving portion 11 and the bobbin 20 of the yoke 10, the spacing in the holes (12, 22) Both ends of the holder 40 can be made by inserting, respectively.
  • the spacer 40 may be any high strength fiber, and may be a kevlar.
  • Kevlar is much larger in tensile strength than steel, but the thermal conductivity is only 0.04, which is 1500 times lower than that of steel, so that the support of the bobbin 20 can be made firm, as well as the bobbin 20 supported state. May block the conduction of heat from the yoke 10.
  • the superconducting coil 30 is coupled to the upper surface of the bobbin 20.
  • each receiving portion 11 of the yoke 10 is a gap coupled between the outer surface of the four sides and the inner surface of the receiving portion 11 of the yoke 10 as shown in FIG.
  • the holder 40 is supported at intervals from the inner surface and the bottom surface of the receiving portion 11.
  • the yoke 10 generates heat during the operation of the superconducting rotator (not shown).
  • heat from the yoke 10 may be transferred to the bobbin 20 by conduction, and as a result, heat may penetrate into the superconducting coil 30.
  • the bobbin 20 is spaced apart from the inner surface and the bottom surface of the receiving portion 11 of the yoke 10 by the support of the spacing holder 40 so that the yoke 10 and the bobbin 20 are spaced apart from each other. It is connected only through the holding tool 40, the heat retaining zone 40, that is, the heat transfer from the yoke 10 to the bobbin 20 is blocked by the property of the high-strength fibers of extremely low thermal conductivity As a result, it is possible to block the penetration of heat into the superconducting coil 30 by conduction, so that the superconducting coil 30 located on the bobbin 20 can continuously maintain the initial cryogenic state.
  • the superconducting coil 30 is located in the bobbin 20 is supported by the spacing holder 40 made of a high-strength fiber, the spacing maintenance Since the thermal conductivity of the sphere 40 is extremely low, the heat from the yoke 10 is blocked from being transferred to the bobbin 20 by conduction, thereby preventing heat from penetrating into the superconducting coil 30 by conduction.
  • the coil 30 is able to continuously maintain the cryogenic state.
  • the present invention can be effectively applied to the rotor for the superconducting rotor to allow the superconducting coil to continuously maintain the cryogenic state by blocking the heat penetration into the superconducting coil by conduction during operation.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

본 발명에 따른 초전도 회전용 회전자는, 외주면에 연속되는 수용부가 마련된 요크와, 상기 요크의 각 수용부에 수용되는 보빈과, 상기 보빈에 결합되는 초전도코일을 포함하여 이루어지고, 상기 요크와 보빈 사이에 고강도 섬유로 이루어진 간격유지구가 결합되어 간격유지구에 의해 보빈이 수용부 내면과 바닥면으로부터 간격을 두고 지지되는 것을 특징으로 한다.

Description

초전도 회전기용 회전자
본 발명은 초전도 회전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도에 의해 초전도코일로 열이 침투하는 차단할 수 있도록 함으로써 초전도코일이 지속적으로 극저온 상태를 유지할 수 있도록 하는 초전도 회전기용 회전자에 관한 것이다.
초전도현상은 금속의 온도를 0도K(K는 절대온도의 단위로 켈빈(Kelvin)의 약자. 0도K=영하 273도C) 가까이 내렸을 때 전기저항이 완전히 사라지는 현상이다.
따라서, 초전도현상을 갖는 초전도체를 전기 장치에 적용하게 되면 전기저항이 없어 전력 손실을 방지할 수 있게 된다.
한편, 초전도현상을 이용한 전기장치로서 초전도 회전기 즉, 초전도 전동기 및 초전도 발전기가 있다.
초전도 회전기는 회전자에 초전도코일이 마련됨으로써 초전도코일로부터의 초전도현상에 의해 전기저항이 없게 되므로 전력 손실을 최소화할 수 있게 된다.
이와 같은 초전도 회전기에서 회전자의 회전이 지속되는 경우 구동부분의 역학적에너지가 도체의 내부 안에서 만들어지는 와전류에 의해 줄열(joule's heat)로 소모되므로 발열하게 된다.
이때, 초전도 회전기의 회전자 발열은 특히, 회전자에 마련되는 초전도코일에 미쳐 초전도현상의 구현을 위한 극저온 상태의 유지를 곤란하게 하므로 초전도현상이 원활히 이루어질 수 없어 결과적으로 초전도 회전기의 효율 저하로 이어지게 되는 문제가 있었다.
이러한 이유로, 해당 분야에서는 초전도 회전기용 회전자의 초전도코일로 열이 침투하는 것을 차단하는 기술의 개발을 시도하고 있으며, 그 결과의 하나로 복사차폐막으로써 초전도코일로 열이 침투하는 것을 차단하는 기술이 제안된바 있다.
상기의 기술 즉, 복사차폐막으로써 초전도코일로 열이 침투하는 것을 차단하는 기술은 초전도코일로의 열 침투를 일부 차단할 수 있는 것이었으나, 복사에 의한 열침투만을 차단할 수 있었을 뿐 전도에 의한 열침투는 차단할 수 없었으므로 초전도코일로 열이 침투하는 것을 차단하는 효과가 기대에 미치지 못하는 문제가 있었다.
상기의 이유로 해당분야에서는 전도에 의해 초전도코일로 열이 침투하는 것을 차단할 수 있도록 하는 초전도 회전기용 회전자의 개발을 시도하고 있으나, 현재까지는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 작동과정에서 전도에 의해 초전도코일로 열이 침투하는 차단할 수 있도록 함으로써 초전도코일이 지속적으로 극저온 상태를 유지할 수 있도록 하는 초전도 회전기용 회전자를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자는,
외주면에 연속되는 수용부가 마련된 요크와,
상기 요크의 각 수용부에 수용되는 보빈과,
상기 보빈에 결합되는 초전도코일을 포함하여 이루어지고,
상기 요크와 보빈 사이에 고강도 섬유로 이루어진 간격유지구가 결합되어 간격유지구에 의해 보빈이 수용부 내면과 바닥면으로부터 간격을 두고 지지되는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 상기 요크의 수용부는 타 부위에 비해 함몰된 홈 형태로 되는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고 상기 보빈의 상면에는 돌출턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고 상기 간격유지구는 요크의 수용부 내면과 보빈의 외면 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고 상기 간격유지구를 이루는 고강도 섬유는 케블러인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자는, 초전도코일이 고강도 섬유로 이루어진 간격유지구에 의해 지지되는 보빈에 위치하는 것인바, 간격유지구의 재질 특성상 열전도가 극히 낮아 요크로부터의 열이 보빈으로 전해지는 것이 차단되므로 전도에 의해 초전도코일로 열이 침투하는 것을 차단할 수 있어 초전도코일이 지속적으로 극저온 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자의 외형을 보인 사시도
도 2는 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자의 구조를 설명하기 위한 단면도
도 3은 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자에서 간격유지구를 통한 보빈의 지지를 설명하기 위한 분리사시도
이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자(A)는 요크(10)와, 보빈(20)과, 초전도코일(30)과, 간격유지구(40)로 이루어진다.
상기 요크(10)는 외주면에 연속되는 수용부(11)가 마련된 것이다.
이와 같은 요크(10)에서 수용부(11)는 타 부위에 비해 함몰된 홈 형태로 되는 것이 바람직하다.
요크(10)의 수용부(11)가 타 부위에 비해 함몰된 홈 형태로 됨으로써 수용부(11)가 일정한 높이의 공간을 이루게 되므로 수용부(11) 내부에 보빈(20)의 수용이 이루어질 수 있게 된다.
상기 보빈(20)은 요크(10)의 각 수용부(11)에 수용되는 것이다.
이와 같은 보빈(20)의 상면에는 돌출턱(21)이 형성되는 것이 바람직하다.
보빈(20)의 상면에 돌출턱(21)이 형성됨으로써 돌출턱(21) 둘레에 초전도코일(30)을 끼워 넣음에 따라 보빈(20)상에 초전도코일(30)의 결합이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
상기 초전도코일(30)은 보빈(20)에 결합되는 것이다.
이와 같은 초전도코일(30)은 초전도물질로 된 것이라면 통상의 어떠한 것이라도 무방하므로 상세한 설명은 생략하는 바이다.
상기 간격유지구(40)는 요크(10)와 보빈(20) 사이에 결합되는 것으로, 고강도 섬유로 이루어진 것이다.
이와 같은 간격유지구(40)는 요크(10)와 보빈(20) 사이에 결합되되, 요크(10)의 수용부(11) 사방의 내면과 보빈(20) 사방의 외면 사이에 결합되는 것이 바람직하다.
간격유지구(40)가 요크(10)의 수용부(11) 사방의 내면과 보빈(20) 사방의 외면 사이에 결합됨으로써 보빈(20)이 수용부(11) 내면과 바닥면으로부터 간격을 두고 지지될 수 있게 된다.
이때, 간격유지구(40)의 결합은 요크(10)의 수용부(11) 내면과 보빈(20)의 외면 각각에 홀(12, 22)이 형성되고, 상기 홀(12, 22)에 간격유지구(40)의 양측 단부가 각각 삽입됨으로써 이루어질 수 있다.
한편, 간격유지구(40)는 고강도 섬유라면 어떠한 것이라도 무방하며, 그 예로는 케블러(kevlar)가 될 수 있다.
여기서, 케블러는 강철에 비해 인장 강도가 훨씬 크면서도 열전도는 0.04에 불과하여 강철에 비해 1500배나 낮은 열전도를 갖게 되므로 보빈(20)의 지지가 견고하게 이루어질 수 있게 될 뿐만 아니라 보빈(20) 지지상태에서 요크(10)로부터의 열이 전도되는 것을 차단할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자(A)에서 초전도코일(30)의 극저온 상태 유지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 초전도코일(30)은 보빈(20)의 상면에 결합된다.
그리고 보빈(20)은 요크(10)의 각 수용부(11)에 수용된다.
그리고 요크(10)의 각 수용부(11)에 수용되는 보빈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 그 사방의 외면과 요크(10)의 수용부(11) 사방의 내면 사이에 결합되는 간격유지구(40)에 의해 수용부(11) 내면과 바닥면으로부터 간격을 두고 지지된다.
한편, 초전도 회전기(도면상 미도시) 작동과정에서 요크(10)는 발열하게 된다.
이때, 요크(10)로부터의 열은 전도에 의해 보빈(20)으로 전해질 수 있는바, 결과적으로 초전도코일(30)로 열이 침투할 수 있다.
그러나, 본 발명에서 보빈(20)은 간격유지구(40)의 지지에 의해 요크(10)의 수용부(11) 내면과 바닥면으로부터 간격을 두고 있어 요크(10)와 보빈(20)은 간격유지구(40)를 통해서만 연결되는바, 간격유지구(40)의 특성 즉, 열전도가 극히 낮은 고강도 섬유로 이루어지는 특성에 의해 요크(10)로부터의 열이 보빈(20)에 전해지는 것이 차단되어 결과적으로 전도에 의해 초전도코일(30)로 열이 침투하는 것을 차단할 수 있게 되므로 보빈(20)상에 위치하는 초전도코일(30)은 애초의 극저온 상태를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.
상기에서와 같이 본 발명에 의한 초전도 회전기용 회전자(A)는, 초전도코일(30)이 고강도 섬유로 이루어진 간격유지구(40)에 의해 지지되는 보빈(20)에 위치하는 것인바, 간격유지구(40)의 재질 특성상 열전도가 극히 낮아 요크(10)로부터의 열이 전도에 의해 보빈(20)으로 전해지는 것이 차단되므로 전도에 의해 초전도코일(30)로 열이 침투하는 것을 차단할 수 있어 초전도코일(30)이 지속적으로 극저온 상태를 유지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
본 발명은 작동과정에서 전도에 의해 초전도코일로 열이 침투하는 차단할 수 있도록 함으로써 초전도코일이 지속적으로 극저온 상태를 유지할 수 있도록 하는 초전도 회전기용 회전자에 효율적으로 적용될 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 외주면에 연속되는 수용부가 마련된 요크와,
    상기 요크의 각 수용부에 수용되는 보빈과,
    상기 보빈에 결합되는 초전도코일을 포함하여 이루어지고,
    상기 요크와 보빈 사이에 고강도 섬유로 이루어진 간격유지구가 결합되어 간격유지구에 의해 보빈이 수용부 내면과 바닥면으로부터 간격을 두고 지지되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기용 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요크의 수용부는 타 부위에 비해 함몰된 홈 형태로 되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기용 회전자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보빈의 상면에 돌출턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기용 회전자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 간격유지구는 요크의 수용부 사방 내면과 보빈의 사방 외면 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기용 회전자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 간격유지구를 이루는 고강도 섬유는 케블러인 것을 특징으로 하는 초전도 회전기용 회전자.
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