WO2017099408A1 - 병렬방식을 이용한 초전도 마그넷 장치 - Google Patents

병렬방식을 이용한 초전도 마그넷 장치 Download PDF

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WO2017099408A1
WO2017099408A1 PCT/KR2016/013899 KR2016013899W WO2017099408A1 WO 2017099408 A1 WO2017099408 A1 WO 2017099408A1 KR 2016013899 W KR2016013899 W KR 2016013899W WO 2017099408 A1 WO2017099408 A1 WO 2017099408A1
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superconducting wire
superconducting
winding
parallel
windings
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PCT/KR2016/013899
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Inventor
김동락
이상갑
황영진
장재영
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한국기초과학지원연구원
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    • 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
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/04—Single wire
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting magnet device, and more particularly, in the manufacture of the superconducting magnet device using a parallel method that can reduce the length of the magnet while preventing the reduction of the critical current due to the increase in the vertical magnetic field at both ends A superconducting magnet device.
  • the international patent application WO2013 / 180802 prevents the reduction of the critical current by widening the width of the superconducting wires at the top and the bottom of the superconducting wires wound on the outside of the bobbin to allow a large amount of current to flow.
  • the width of the superconducting wire becomes wider, the influence of the large eddy currents (eddy current, screening current) induced in the direction of preventing the change of the magnetic field perpendicular to the wire becomes larger.
  • the resistance of the superconducting wire is almost zero, the induced eddy currents do not disappear and remain to change the distribution of the magnetic field.
  • the larger the area of the superconducting surface the greater the magnitude of the eddy current, which affects the magnetic field uniformity of the magnet. This may cause a problem of losing superconductivity.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, a parallel method to reduce the length of the core, while preventing the increase of the threshold current due to the increase in the vertical magnetic field at both ends when manufacturing the superconducting magnet device It is an object to provide a superconducting magnet device.
  • a superconducting magnet device using a parallel method of the present invention for achieving the above object a bobbin including a bobbin; A superconducting wire winding unit including first to nth superconducting wire windings formed by winding the bobbin in a spiral multilayer to form a spiral multilayer; An insulating part including first to n-1 insulating members for insulating the first to nth superconducting wire windings; A winding conducting conductor portion configured of a winding conducting conductor connected across the superconducting wire windings adjacent to each other in the first to nth superconducting wire windings, and energizing the first to nth superconducting wire windings.
  • the at least one superconducting wire winding including the nth superconducting wire winding may be composed of two or more parallel superconducting wires.
  • the superconducting wire in the case of 1 parallel superconducting wire, superconductor layers are formed on both sides of the conductor stabilization layer, and in the case of 2 parallel superconducting wires, the parallel superconducting wires in which the superconductor layers are formed on both sides of the conductor stabilization layer are attached to each other.
  • the superconductor layer adjacent to each other of the two parallel superconducting wires may have a thickness thinner than that of the outer superconductor layer.
  • Each of the first to nth superconducting wire windings may include two layers of the superconducting wire, and the first and second layers may be wound in different directions, respectively, and then each outer peripheral end thereof may be formed. It may be laminated by being connected to the outer peripheral end of the adjacent superconducting wire winding through the winding conductive conductor.
  • (n + 1) / 2 superconducting wire winding 110- (n + 1) / 2 is wound with 1 parallel superconducting wire, and other superconducting wire windings are 2 parallel and 3 parallel to the upper and lower portions of the bobbin.
  • the superconducting wire, the superconducting wire windings may be wound to reduce the number of turns turns at a constant rate as the number of parallels of the superconducting wire increases, so as to make the thickness of the entire superconducting magnet uniform.
  • the current is distributed to the superconductor layer in which current is energized between the superconductor layers through the conductor stabilization layer.
  • Each of the superconducting wire windings may be configured such that the total amount of current flowing through each superconducting layer is constant.
  • the present invention improves the critical current of the high magnetic field high temperature superconducting magnet by applying an insulated parallel superconductor, and at the same time, it is easy to improve the eddy current generation problem compared to the multi-width method.
  • the present invention has the effect of reducing the length of the core, while preventing the increase in the threshold current due to the increase in the vertical magnetic field at both ends when manufacturing the superconducting magnet device.
  • FIG. 1 is a perspective view of a superconducting wire magnet core 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a superconducting wire winding
  • FIG. 4 is a plan view of a structure and a winding conductor of one parallel superconducting wire winding and two parallel superconducting wire windings.
  • Figure 5 is a perspective view of one parallel superconducting wire winding and two parallel superconducting wire winding and winding conducting conductor.
  • FIG. 6 is a diagram showing the winding structure of one parallel superconducting wire winding and two parallel superconducting wire windings
  • FIG. 1 is a perspective view of a superconducting wire magnet device 1 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing a superconducting wire winding structure (double pancake structure)
  • Figure 3 is a perspective view of the superconducting wire winding to be.
  • the superconducting wire magnet device 1 includes a bobbin part 100 and a superconducting wire winding part 110 including first to nth superconducting wire windings 110-1 to 110-n stacked in multiple layers. ), An insulating part 120 composed of first to n-1 insulating members 120-1 to 120-n-1 insulating the superconducting wire windings 110-1 to 110-n. Including the winding conductive conductor 130 including the first to n-1 winding conductive conductor 13 ?? 1 ⁇ 130-n-1 for energizing the adjacent superconducting wire winding unit 110 It is composed.
  • the bobbin part 100 serves as a central support for winding of the superconductor tapes (SCTs), and has a bobbin 101 having a structure such as a cylindrical cylinder shape to form a magnetic flux path for transmitting magnetic flux. It can be configured to include. To this end, the bobbin 101 may be made of a paramagnetic body.
  • the superconducting wire winding part 110 includes first to nth superconducting wire windings 110-1 to 110 ?? n formed by winding a superconducting wire (SCT) in a spiral shape with the bobbin 101 being concentric. It consists of
  • first to nth superconducting wire windings 110-1 to 110-n form the connecting portion 116 by one superconducting wire (SCT), as shown in FIGS. 2 and 3, and up and down in opposite directions. It is laminated so as to have a structure having a plurality of layers of the first layers 113-1 to 113-n and the second layers 115-1 to # 115-n. Each end portion is connected to be energized with the end of each layer of adjacent superconducting wire windings by the winding conducting conductors 130-1 to 130-n-1 of FIG. 1.
  • SCT superconducting wire
  • the first to nth superconducting wire windings 110-1 to 110 nn as described above are arranged on the first or nth superconducting wire windings 110-1 and 110-n located at both ends of the bobbin 101.
  • the two or more superconducting wire windings on both sides are wound with two parallel superconducting wires, and the central region superconducting wire windings of the bobbin are wound with one parallel superconducting wire.
  • the number of turns of the winding is 1/2 when the wires are wound in parallel.
  • Figure 4 is a plan view of the structure and the connection of the 1 parallel superconducting wire winding and the 2 parallel superconducting wire winding
  • Figure 5 is a perspective view of the connection of the 1 parallel superconducting wire winding and the 2 parallel superconducting wire winding
  • Figure 6 is a 1 parallel superconducting wire winding.
  • the first and second superconducting wire windings 110-1 and 110-2 and the n-1 and nth superconducting wire windings 110-n-1 and 110-n are parallel to each other.
  • the superconducting wire (SCT2) is wound, and the superconducting wire winding (110-3 ⁇ 110-n-2) of the central portion of the bobbin portion 100 will be described as being wound with one parallel superconducting wire (SCT1), but the first Superconducting wire winding (110-1) and n-th superconducting wire winding (110-n) is wound in two parallel superconducting wire (SCT2), superconducting wire winding (110-1 ⁇ 110-) of the central portion of the bobbin portion (100).
  • n-1) may be variously modified such as being wound into one parallel superconducting wire (SCT1).
  • the first parallel superconducting wire is the first superconductor layer (SC1) laminated on both sides of the conductor stabilization layer (C1) and the conductor stabilization layer (C1) in the same thickness to each other. Each of them is laminated. That is, there is no insulation between the wire turns.
  • the 1 parallel superconducting wire (A: SCT1) connects the superconducting wire windings 110-3 to 110-n-2 and 2 parallel superconducting wires of the central portion of the bobbin part 100 to the 1 parallel superconducting wire (SCT1). It is applied to the second or n-1 winding conductive conductors 130-2, 130-2, and B.
  • the parallel superconducting wire includes a second superconductor layer (SC2) and a third superconductor layer (SC3) stacked on both sides of the conductor stabilization layer (C1) and the conductor stabilization layer (C1) at different thicknesses. Each is laminated.
  • the second parallel superconducting wire includes the first and second superconducting wire windings 110-1 and 110-2 and the n-1 and nth superconducting wire windings 110-on both sides of the bobbin part 100. n-1, 110-n).
  • the parallel superconducting wire (C: SCT2) is thinner than the second superconductor layer (SC3) in which the second superconductor layer (SC2) located in the outer side, or the thickness of the 1/2 third superconductor layer (SC3) It is possible to maintain the potential between the pair of second superconductor layer SC2 and the third superconductor layer SC3 uniformly, thereby preventing the occurrence of nonuniformity of current.
  • the superconducting wire winding part 110 when n is an even number, n / 2 superconducting wire windings 110-n / 2 and (n / 2) + 1 superconducting wire winding 110-(n / 2) + 1) or, if n is odd, the (n + 1) / 2 superconducting wire winding 110- (n + 1) / 2 is wound with one parallel superconducting wire, and the other superconducting wire windings are directed toward the upper and lower portions of the bobbin. 2 parallel, 3 parallel ...
  • the upper and lower diameters of the superconducting magnet device 1 are uniform, but the superconductivity is lost even when the vertical magnetic field is increased by uniformly distributing the current flowing through each superconductor layer in the upper and lower superconducting wire windings of the bobbin portion 100. Can be prevented.
  • the present invention can be applied to industrial fields using superconducting magnets.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

본 발명은 초전도 마그넷 장치는 보빈을 포함하는 보빈부; 상기 보빈을 동심축으로 초전도선재가 나선형 다층을 이루며 감겨져 형성되는 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선으로 구성되는 초전도선재 권선부; 상기 제 1내지 제 n 초전도선재 권선들의 사이를 절연하는 제 1 내지 제 n-1 절연부재로 구성되는 절연부; 상기 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선들에서 인접된 초전도선재 권선부를 가로질러 접속되어 통전시키는 권선통전도전체로 구성되는 권선통전도체부;를 포함하고, 상기 보빈의 양단의 각각에서 상기 제 1 및 제 n 초전도선재 권선을 포함하는 하나 이상의 초전도선재권선은 2 병렬 이상의 초전도선재로 구성된다.

Description

병렬방식을 이용한 초전도 마그넷 장치
본 발명은 초전도 마그넷 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 초전도 마그넷 장치의 제작 시 양단 측에서의 수직 자기장의 증가에 따른 임계전류의 감소를 방지하면서도, 마그넷의 길이를 감소시킬 수 있도록 하는 병렬 방식을 이용한 초전도 마그넷 장치에 관한 것이다.
일반적으로 초전도 마그넷의 양쪽 끝으로 갈수록 강한 수직방향(radial 방향)의 자기장이 입사된다. 따라서 초전도선재는 입사되는 수직방향의 자기장이 강할수록 통전 가능한 전류(임계전류와 관련)의 크기가 감소하여 끝단으로 갈수록 통전 가능한 전류가 낮아지게 되고, 이러한 이유로 마그넷 양단에서 초전도 선재의 임계전류가 감소함에 따라 마그넷을 구성하는 초전도체층이 초전도성을 상실하게 되어 오동작이 발생할 수 있으므로, 코어의 양단 부분에서의 임계전류를 높일 수 있는 기술이 필요하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 국제특허출원 WO2013/180802호는 보빈의 외측에 감기는 초전도선재 권선 중 최상단과, 최한단의 초전도선재 폭을 넓혀 전류가 많이 흐를 수 있도록 하여 임계전류의 감소를 방지하였다. 그러나 초전도선재의 폭이 넓어지는 경우 선재에 수직한 자기장의 변화를 막는 방향으로 유도되는 큰 와전류(맴돌이 전류, 스크리닝 전류(screening current))에 의한 영향이 더 커진다. 구체적으로, 초전도선재의 저항이 거의 0 이기 때문에 유기된 맴돌이 전류가 사라지지 않고 계속 남아 자기장의 분포를 변화시킨다. 또한, 초전도 면의 면적이 넓어지면 맴돌이 전류의 크기가 더 커져서 마그넷의 자기장 균일도에 영향을 주게 된다. 이에 따라 초전도성을 상실하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초전도 마그넷 장치의 제작 시 양단 측에서의 수직 자기장의 증가에 따른 임계전류의 증가를 방지하면서도, 코어의 길이를 감소시킬 수 있도록 하는 병렬 방식을 이용한 초전도 마그넷 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 병렬 방식을 이용한 초전도 마그넷 장치는, 보빈을 포함하는 보빈부; 상기 보빈을 동심축으로 초전도선재가 나선형 다층을 이루며 감겨져 형성되는 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선으로 구성되는 초전도선재 권선부; 상기 제 1내지 제 n 초전도선재 권선들의 사이를 절연하는 제 1 내지 제 n-1 절연부재로 구성되는 절연부; 상기 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선들에서 인접된 초전도선재 권선부를 가로질러 접속되어 통전시키는 권선통전도전체로 구성되는 권선통전도체부;를 포함하고, 상기 보빈의 양단의 각각에서 상기 제 1 및 제 n 초전도선재 권선을 포함하는 하나 이상의 초전도선재권선은 2 병렬 이상의 초전도선재로 구성될 수 있다.
상기 초전도선재는, 1 병렬 초전도선재의 경우 도전체 안정화층의 양면에 초전도체층이 각각 형성되고, 2 병렬 초전도선재인 경우 도전체 안정화층의 양면에 초전도체층이 각각 형성된 1병렬 초전도선재가 서로 부착되어 형성되며, 상기 2 병렬 초전도선재들의 서로 인접되는 초전도체층의 두께가 외측의 초전도체층보다 얇은 두께를 가지도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선 각각은, 상기 초전도선재가 2층을 이루며 상기 보빈에 1차로 감겨진 후 제 1층과 제 2 층이 서로 다른 방향으로 감겨져 형성된 후 각각의 외주연 단부 각각이 상기 권선통전도전체를 통해 인접된 초전도선재 권선의 외주연 단부와 통전되도록 접속되어 적층 형성될 수 있다.
상기 초전도 마그넷 장치는, n이 짝수인 경우는 n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)은 1 병렬 초전도선재로 권선되고, 이외의 초전도선재 권선은 상기 보빈의 상하부로 갈수록 2 병렬, 3 병렬 ...로 초전도선재의 병렬연결 수가 증가되며, 턴 수는 [n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)]턴수/2, [n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)]턴수/3 ...으로 감소되도록 권선될 수 있다.
상기 초전도선재는, 초전도선재 권선들은 전체 초전도 마그넷의 두께를 균일하게 하기 위해, 초전도 선재의 병렬수가 증가함에 따라 일정 비율로 권선 턴수를 감소시키도록 권선될 수 있다.
상기 병렬 초전도선재는, 수직자기장이 커져 초전도체층의 임계 전류가 감소되어 초전도체층이 상전도층으로 되는 경우, 도전체 안정화층을 통해 전류가 초전도체층 사이에 통전되어 적층된 초전도체층으로 전류가 분배되는 것에 의해 전류를 감소시켜 상전도체층으로된 초전도체층이 초전도체로 복귀되도록 구성될 수 있다.
상기 초전도선재권선 각각은, 각각의 초전도체층을 통해 통전되는 전체 전류량이 일정하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 무절연 병렬 초전도체를 적용하여 고자장 고온초전도 마그넷의 임계전류를 향상시킴과 동시에 다중폭(Multi-Width) 방식 대비 와전류 발생 문제점에 대한 개선이 용이한 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 초전도 마그넷 장치의 제작 시 양단 측에서의 수직 자기장의 증가에 따른 임계전류의 증가를 방지하면서도, 코어의 길이를 감소시킬 수 있도록 하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 초전도선재 마그넷 코어(1)의 사시도.
도 2는 초전도선재 권선 구조(이중 팬케이크(double pancake))를 나타내는 도면.
도 3은 초전도선재 권선의 사시도.
도 4는 1 병렬 초전도선재 권선과 2 병렬 초전도선재 권선의 구조 및 권통전도전체의 평면도.
도 5는 1 병렬 초전도선재 권선과 2 병렬 초전도선재 권선 및 권선통전도전체의 사시도.
도 6은 1 병렬 초전도선재 권선과 2 병렬 초전도선재 권선의 권선 구조를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 초전도선재 마그넷 장치(1)의 사시도이고, 도 2는 초전도선재 권선 구조(이중 팬케이크(double pancake) 구조)를 나타내는 도면이며, 도 3은 초전도선재 권선의 사시도이다.
도 1과 같이 상기 초전도선재 마그넷 장치(1)는 보빈부(100), 다층으로 적층되는 제 1 내지 제 n 초전도선재권선(110-1 ~ 110-n)들로 구성되는 초전도선재권선부(110), 상기 초전도선재권선(110-1 ~ 110-n)들의 사이를 절연하는 제 1 내지 제 n-1 절연부재(120-1 ~ 120-n-1)들로 구성되는 절연부(120) 및 인접된 상기 초전도선재권선부(110)를 통전 시키는 제 1 내지 제 n-1 권선통전도전체(13??1 ~ 130-n-1)를 포함하는 권선통전도전체부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 보빈부(100)는 상기 초전도선재(SCT: Super Conductor Tape)들의 권선을 위한 중심 지지부의 역할을 수행하며 자속을 전달하는 자속 경로를 형성하도록 원통형 각통형 등의 구조를 가지는 보빈(101)을 포함하여 구성될 수 있다. 이를 위해 상기 보빈(101)은 상자성체로 구성될 수 있다.
상기 초전도선재권선부(110)는 상기 보빈(101)을 동심축으로 초전도선재(SCT)가 단면이 나선형을 이루며 감겨져 형성되는 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선(110-1 ~ 110 ??n)들로 구성된다.
또한 상기 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선(110-1 ~ 110 -n)들은 도 2 및 도 3과 같이, 하나의 초전도선재(SCT)에 의해 연결부(116)를 형성하며 서로 반대 방향으로 상하로 적층되어 제 1 층(113-1 ~ 113-n)과 제 2층(115-1 ~　115-n)의 복수층을 가지는 구조를 가지도록 권취된다. 그리고 각각의 말단부는 도 1의 권선통전도전체(130-1 ~ 130-n-1)에 의해 인접된 초전도선재 권선들의 각 층의 말단과 통전되도록 접속된다.
상술한 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선(110-1 ~ 110 ??n)들 상기 보빈(101)의 양측 말단에 위치하는 제 1 또는 제 n 초전도선재 권선(110-1, 110-n)들을 포함하는 2개 이상의 양측의 초전도선재 권선들은 2 병렬초전도 선재로 권선되고, 보빈의 중심부 영역 초전도선재 권선들은 1 병렬초전도 선재로 권선된다. 이때, 초전도선재 권선들은 전체 초전도 마그넷의 두께를 균일하게 하기 위해, 2 병렬로 권선될 경우 해당 권선 턴 수는 1/2가 된다
도 4는 1 병렬 초전도선재 권선과 2 병렬 초전도선재 권선의 구조 및 연결부의 평면도이고, 도 5는 1 병렬 초전도선재 권선과 2 병렬 초전도선재 권선의 연결부의 사시도이며, 도 6은 1 병렬 초전도선재 권선과 2 병렬 초전도선재 권선의 권선 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6의 경우, 제 1 및 제 2 초전도선재 권선(110-1, 110-2)과 제 n-1 및 제 n 초전도선재 권선(110-n-1, 110-n)은 2 병렬 초전도선재(SCT2)로 권선되고, 보빈부(100)의 중앙부위의 초전도선재 권선(110-3 ~ 110-n-2)은 1 병렬 초전도선재(SCT1)로 권선된 것으로 하여 설명하나, 제 1 초전도선재 권선(110-1)과 제 n 초전도선재 권선(110-n)은 2 병렬 초전도선재(SCT2)로 권선되고, 보빈부(100)의 중앙부위의 초전도선재 권선(110-1 ~ 110-n-1)는 1 병렬 초전도선재(SCT1)로 권선되는 등의 다양한 변경이 수행될 수 있다.
도 4 내지 6과 같이, 1 병렬 초전도선재(A: SCT1)는 중앙에 도전체안정화층(C1)과 도전체안정화층(C1)의 양면에 서로 동일한 두께로 적층되는 제 1 초전도체층(SC1)이 각각 적층 형성된다. 즉, 선재 턴간 절연물이 없다. 상기 1 병렬 초전도선재(A: SCT1)는 보빈부(100)의 중앙부위의 초전도선재 권선(110-3 ~ 110-n-2)과 2 병렬 초전도선재를 1 병렬 초전도선재(SCT1)에 접속시키는 제 2 또는 제 n-1 권선통전도전체(130-2, 130-2, B)으로 적용된다.
2 병렬 초전도 선재(C: SCT2)는 도전체안정화층(C1)과 도전체안정화층(C1)의 양면에 서로 다른 두께로 적층되는 제 2 초전도체층(SC2)과 제 3 초전도체층(SC3)이 각각 적층 형성된다. 상기 2 병렬 초전도선재(C: SCT2)는 보빈부(100)의 양측의 제 1 및 제 2 초전도선재 권선(110-1, 110-2)과 제 n-1 및 제 n 초전도선재 권선(110-n-1, 110-n)에 적용된다.
2 병렬 초전도 선재(C: SCT2)는 안쪽에 위치하는 제 2 초전도체층(SC2)이 외측에 위치하는 제 3 초전도체층(SC3)에 비해 얇은 두께 또는 1/2 제 3 초전도체층(SC3)의 두께를 가지는 것에 의해 한 쌍의 제 2 초전도체층(SC2)과 제 3 초전도체층(SC3) 사이의 전위를 균일하게 유지할 수 있도록 하여, 전류의 불균일 발생을 방지한다.
또는 상기 초전도선재권선부(110)는, n이 짝수인 경우는 n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)은 1 병렬 초전도선재로 권선되고, 이외의 초전도선재 권선은 상기 보빈의 상하부로 갈수록 2 병렬, 3 병렬 ...로 초전도선재의 병렬연결 수가 증가되며, 턴 수는 [n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)]턴수/2, [n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)]턴수/3으로 감소되도록 권선될 수도 있다.
이러한 권선에 의해 초전도 마그넷 장치(1)의 상하부의 지름이 균일하면서도 보빈부(100)의 상하단의 초전도선재 권선 내에서의 각 초전도체층을 흐르는 전류를 균일하게 분산시킴으로써 수직 자기장의 증가에도 초전도성을 상실하는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 초전도 자석을 이용하는 산업 분야에 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 보빈을 포함하는 보빈부;
    상기 보빈을 동심축으로 초전도선재가 나선형 다층을 이루며 감겨져 형성되는 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선으로 구성되는 초전도선재 권선부;
    상기 제 1내지 제 n 초전도선재 권선들의 사이를 절연하는 제 1 내지 제 n-1 절연부재로 구성되는 절연부;
    상기 제 1 내지 제 n 초전도선재 권선들에서 인접된 초전도선재 권선부를 가로질러 접속되어 통전시키는 권선통전도전체로 구성되는 권선통전도체부;를 포함하고,
    상기 보빈의 양단의 각각에서 상기 제 1 및 제 n 초전도선재 권선을 포함하는 하나 이상의 초전도선재권선은 2 병렬 이상의 초전도선재로 구성되는 초전도 마그넷 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 초전도선재는,
    1 병렬 초전도선재의 경우 도전체 안정화층의 양면에 초전도체층이 각각 형성되고,
    2 병렬 초전도선재인 경우 도전체 안정화층의 양면에 초전도체층이 각각 형성된 1병렬 초전도선재가 서로 부착되어 형성되며, 상기 2 병렬 초전도선재들의 서로 인접되는 초전도체층의 두께가 외측의 초전도체층보다 얇은 두께를 가지도록 구성되는 초전도 마그넷 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 초전도선재 권선 각각은,
    상기 초전도선재가 2층을 이루며 상기 보빈에 1차로 감겨진 후 제 1층과 제 2 층이 서로 다른 방향으로 감겨져 형성된 후 각각의 외주연 단부 각각이 상기 권선통전도전체를 통해 인접된 초전도선재 권선의 외주연 단부와 통전되도록 접속되어 적층 형성되는 초전도 마그넷 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    n이 짝수인 경우는 n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)은 1 병렬 초전도선재로 권선되고, 이외의 초전도선재 권선은 상기 보빈의 상하부로 갈수록 2 병렬, 3 병렬 ...로 초전도선재의 병렬연결 수가 증가되며, 턴 수는 [n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)]턴수/2, [n/2 초전도선재 권선(110 - n/2)과 (n/2)+1 초전도선재 권선(110-(n/2)+1) 또는 n이 홀수인 경우 (n+1)/2 초전도선재 권선(110-(n+1)/2)]턴수/3 ...으로 감소되도록 권선되는 초전도 마그넷 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 초전도선재는,
    초전도선재 권선들은 전체 초전도 선재 마그넷의 두께를 균일하게 하기 위해, 초전도 선재의 병렬수가 증가함에 따라 일정 비율로 권선 턴 수를 감소시키도록 권선되는 초전도 마그넷 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 초전도선재는,
    수직자기장이 커져 초전도체층의 임계 전류가 감소되어 초전도체층이 상전도층으로 되는 경우, 도전체 안정화층을 통해 전류가 초전도체층 사이에 통전되어 적층된 초전도체층으로 전류가 분배되는 것에 의해 전류를 감소시켜 상전도체층으로된 초전도체층이 초전도체로 복귀되도록 구성되는 초전도 마그넷 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 병렬 초전도선재는,
    상기 초전도선재권선 각각은,
    각각의 초전도체층을 통해 통전되는 전체 전류량이 일정하도록 구성되는 초전도 마그넷 장치.
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