WO2017122947A1 - Non-insulated superconducting coil impregnated with conductive material and device for manufacturing same - Google Patents

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WO2017122947A1
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superconducting
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황영진
박승영
장재영
이상갑
김동락
이지호
김그라시아
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한국기초과학지원연구원
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    • H01B5/02—Single bars, rods, wires, or strips
    • H01B5/04—Single bars, rods, wires, or strips wound or coiled

Definitions

  • the present invention relates to an insulated superconducting coil impregnated with a conductive material and a manufacturing apparatus thereof, and more particularly, to an insulated superconducting coil from mechanical stress by impregnating a conductive material during fabrication of an insulated superconducting coil and at the same time.
  • the present invention relates to a technology capable of maintaining self-protective properties against the quench.
  • Superconductors can cause permanent damage to superconductors due to the local accumulation of heat during quenching. Therefore, the protection technology for the stable operation of the system is required when manufacturing a coil using a superconductor. Accordingly, recently, a non-insulated winding technology has been developed that does not insert an insulating material between turns as a method of protecting the superconducting coil. When applied, the insulation material is removed between turns, so that excessive heat and current generated during the quench are automatically bypassed through mechanical / electrical contact between adjacent turns, enabling stable operation of superconducting coils without additional protection. Do.
  • the superconducting coil generates a magnetic field in proportion to the number of winding turns and the current, thereby generating an electromagnetic force. At this time, the coil is moved by the generated electromagnetic force, and the voltage generated by the frictional heat may not be able to maintain the superconducting state. For this reason, when fabricating a coil using a superconducting wire, an impregnation material such as epoxy, which can fix the coil structurally, is essential.
  • the existing epoxy impregnating material is an insulating material
  • the epoxy acts as an insulating material between turns in the superconducting coil, thereby causing a problem of deteriorating the non-insulating property of the non-insulating superconducting coil.
  • the conventional non-insulated superconducting coil has a problem that it is difficult to predict the field charge and discharge delay of the superconducting coil because it is difficult to control the contact resistance between turns.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a method for overcoming the problem of impregnation between the windings when manufacturing the non-insulated superconducting coil and to improve the mechanical safety of the non-insulated superconducting coil through the chamber.
  • the non-insulated superconducting coil impregnated with a conductive material according to the concept of the present invention for achieving the above object, the bobbin; A superconducting wire wound on the bobbin with a plurality of adjacent winding turns; And a conductive material impregnating the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire.
  • the conductive material may electrically conduct between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire when a hot spot is generated by a local defect of the superconducting wire.
  • Insulating superconducting coil according to an embodiment of the present invention, the bobbin; A superconducting wire wound around a plurality of winding turns on the bobbin; And a polymer layer disposed between the plurality of winding turns of the superconducting wire, and a conductive epoxy or a metal having a low melting point disposed in the polymer layer and including a plurality of conductive particles.
  • An apparatus for manufacturing an insulated superconducting coil impregnated with a conductive material of the present invention includes a winding unit for unwinding a superconducting wire; A winding unit for winding the superconducting wire to the bobbin; And an impregnation portion disposed between the winding portion and the winding portion and forming a conductive material layer between the superconducting wire.
  • the conductive material layer may include a conductive epoxy including a plurality of conductive particles or a metal having a low melting point.
  • An insulated superconducting coil impregnated with a conductive material in accordance with the inventive concept includes a conductive material between a plurality of adjacent winding turns of a superconducting wire wound around a bobbin.
  • the conductive material can protect the superconducting coil by bypassing current between a plurality of adjacent winding turns of the superconducting coil when a hot spot is generated by the quench, and can improve the mechanical stability of the non-insulating superconducting coil due to impregnation between the winding turns. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an insulated superconducting coil impregnated with a conductive material according to the inventive concept.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a graph showing a source current provided to the non-insulated superconducting coil of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a graph showing an abnormal peak voltage in a typical epoxy impregnated layer according to the source current of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a graph showing the normal voltage of the superconducting wire of FIG. 1 according to the source current of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a conductive impregnated layer in portion A of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the conductive balls and the superconducting wire of FIG. 6.
  • FIG. 8 and 9 are views illustrating a relationship between a radius of the superconducting wire of FIG. 4 and a radius of conductive balls.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a conductive impregnation layer in portion A of FIG. 1.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the superconducting wire and the conductive blocks of FIG. 10.
  • FIGS. 1 and 11 are perspective views illustrating the conductive block of FIGS. 1 and 11.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the superconducting wire and the conductive blocks of FIG. 10.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating the conductive block of FIG. 13.
  • FIG. 15 shows an example of an apparatus for manufacturing the non-insulated superconducting coil of FIG. 2.
  • FIG. 16 shows an example of an apparatus for manufacturing the non-insulated superconducting coil of FIG. 6.
  • FIG. 1 shows an insulated superconducting coil 10 impregnated with a conductive material in accordance with the inventive concept.
  • FIG. 2 is an enlarged view of portion A of FIG. 1.
  • the non-insulated superconducting coil 10 may include a bobbin 20, a superconducting wire 30, and a conductive impregnation layer 40.
  • the bobbin 20 may be disposed at the center of the non-insulated superconducting coil 10.
  • the superconducting wire 30 and the conductive impregnation layer 40 may be fixed to the outside of the bobbin 20.
  • the bobbin 20 may comprise a cylindrical tube.
  • the interior of the bobbin 20 may be opened.
  • the bobbin 20 may include a circular column.
  • the interior of the bobbin 20 may be filled with a dielectric or metal.
  • the superconducting wire 30 is wound along the outer circumferential surface of the bobbin 20 with a plurality of winding turns.
  • the superconducting wire 30 has a first winding turn W 1 , a second winding turn W 2 , a third winding turn W 3 ,... Along the outer circumferential surface of the bobbin 20. It may be wound around the N -th winding turn W N -1 and the N-th winding turn W N.
  • the superconducting wire 30 may conduct current I without resistance loss at a critical current density of 1 MA / cm 2 or more.
  • the superconducting wire 30 may include a low temperature superconductor having superconductivity at a temperature of less than about 30K and a high temperature superconductor having superconductivity at a temperature of 30K or more.
  • the low temperature superconductor may comprise a metal superconductor.
  • the high temperature superconductor may include oxide superconductors of YBCO and GdBCO.
  • the conductive impregnation layer 40 may be disposed between a plurality of adjoining-winding turns of the superconducting wire 30.
  • the conductive impregnation layer 40 may be disposed between the first and second winding turns W 1 , W 2 .
  • the conductive impregnation layer 40 may be disposed between the second and third winding turns W 2 , W 3 .
  • the conductive impregnation layer 40 may be disposed between the N-th winding turn W N-1 and the N-th winding turn W N.
  • the conductive impregnation layer 40 may comprise a conductive epoxy.
  • the conductive impregnation layer 40 may include a polymer layer 42 and conductive particles 44.
  • the polymer layer 42 may include an epoxy or a resin.
  • the conductive particles 44 may include metal particles having a diameter of about 10 mm 3 to about 10 ⁇ m.
  • the conductive particles 44 are made of gold (Au0 silver (Ag), platinum (Pb), nickel (Ni), copper (Cu), tungsten (W), calcium (Ca), aluminum (Al), and chromium (Cr)).
  • the conductive particles of nickel (Ni) and copper (Cu) having high reducibility may be coated by at least one metal component of gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt).
  • the conductive particles 44 may include a carbon material of carbon nanotubes, fullerene, graphene, or graphite, on the other hand, the conductive impregnation layer 40 may be a low temperature metal layer.
  • the conductive impregnation layer 40 may include gallium, indium, or mercury.
  • the superconducting wire 30 can flow a current (I) without resistance at a temperature of about 90K or less.
  • the conductive impregnation layer 40 may function as an insulator. When an increase in the resistance of the superconducting wire 30 occurs, the conductive impregnation layer 40 can flow a current I between a plurality of adjacent winding turns.
  • the conductive impregnation layer 40 may be electrically conductive between a plurality of adjacent winding turns. For example, if a hot spot 12 is generated in the superconducting wire 30 of the second winding turn W 2 , the current I is connected to the first winding turn W 1 through the conductive impregnation layer 40. 2 may be applied between the winding turns (W 2) between and / or the second winding turn (W 2) and the third coil turn (W 3).
  • the current I can bypass between the plurality of adjacent winding turns through the conductive impregnation layer 40.
  • the conductive impregnation layer 40 can transfer heat at the hot spot 12 between a plurality of adjacent turns.
  • the conductive impregnation layer 40 can prevent permanent damage of the superconducting coil 10 from the quench.
  • FIG. 3 shows the source current provided to the non-insulated superconducting coil 10 of FIG. 1.
  • 4 shows an abnormal peak voltage in a typical epoxy impregnated layer according to the source current of FIG. 3.
  • 5 shows the normal voltage of the superconducting wire 30 of FIG. 1 according to the source current of FIG. 3.
  • a superconducting coil of a typical epoxy impregnated layer may output a peak voltage as the source current increases. For example, if a current of about 280 A (ampere) or about 300 A is applied to the superconducting wire, the superconducting coil of the epoxy impregnated layer may output an abnormal peak voltage of about 30 mV to 100 mV or 175 mV. An abnormal peak voltage output may mean permanent damage of the superconducting coil by the hot spot 12.
  • the superconducting coil 10 of the conductive impregnation layer 40 may flow a source current and a voltage in proportion.
  • the voltage may also increase proportionally. Abnormal peak voltage may not be detected.
  • the voltage may increase evenly between 0 V and 150 mV. This is because when the hot spot 12 occurs, the conductive impregnation layer 40 bypasses the current between the winding turns.
  • FIG. 6 shows an example of the conductive impregnation layer 40 in the portion A of FIG. 1.
  • the conductive impregnation layer 40 may include a polymer layer 42, conductive particles 44, and conductive balls 46.
  • the bobbin 20, the superconducting wire 30, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 have the same configuration as that of FIG. 2.
  • the conductive balls 46 may have a resistance lower than that of the conductive particles 44.
  • the conductive balls 46 may have a resistance higher than that of the superconducting wire 30.
  • Conductive balls 46 may be disposed in polymer layer 42.
  • the conductive balls 46 may be disposed between the conductive particles 44.
  • the conductive balls 46 may be larger than the diameter of the conductive particles 44.
  • the conductive balls 46 may have a diameter of 100 ⁇ m to 1 mm.
  • the diameters of the conductive balls 46 may correspond to the distance between the plurality of winding turns of the superconducting wire 30.
  • the diameter of the conductive balls 46 may be smaller than the distance between the plurality of winding turns.
  • the conductive balls 46 may connect between the first winding turn W 1 and the second winding turn W 2 of the superconducting wire 30.
  • the conductive balls 46 may connect between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 .
  • the current I is transmitted through the conductive balls 46 to the first winding turn W 1 and the second winding turn ( W 2 ) and / or between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 .
  • the electroconductive particle 44 can protect the superconducting coil 10 from a quench.
  • FIG. 7 shows a cross section of the conductive balls 46 and the superconducting wire 30 of FIG. 6.
  • the superconducting wire 30 may have a circular cross section along the longitudinal direction of the bobbin 20.
  • the superconducting wire 30 may include a low temperature superconductor.
  • Polymer layer 42, the conductive particles 44, and conductive balls (46) of electrically conductive impregnated layer 40 may be disposed between the first coil turns (W 1).
  • the superconducting wire 30 of the first winding turns W 1 may be disposed on the bobbin 20.
  • the conductive balls 46 may be connected between the first winding turns W 1 .
  • the polymer layer, the conductive particles 44, and the conductive balls 46 may be disposed between the first winding turns W 1 and the second winding turns W 2 .
  • the conductive balls 46 may be connected between the first winding turns W 1 and the second winding turns W 2 .
  • the polymer layer 42, the conductive particles 44, and the conductive balls 46 may be disposed between the second winding turns W 2 .
  • the conductive balls 46 may be connected between the second winding turns W 2 .
  • the conductive balls 46 may be disposed at a center point of an equilateral triangle having one side of the diameter 2a of the superconducting wire 30.
  • the radius b of the conductive balls 46 is equal to the radius a of the superconducting wire 30. Baeil case, the first winding turns (W 1) and second winding turn (W 2) can be brought into contact with each other.
  • the radius b of the conductive balls 46 is equal to the radius a of the superconducting wire 30. It may be larger than a ship.
  • the first winding turns W 1 of the superconducting wire 30 may be separated from each other.
  • the first coil turns (W 1) and second winding turn (W 2) can be isolated.
  • FIG. 10 shows an example of the conductive impregnation layer 40 in the portion A of FIG. 1.
  • the conductive impregnation layer 40 may include a polymer layer 42, conductive particles 44, and conductive blocks 48.
  • the bobbin 20, the superconducting wire 30, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 have the same configuration as that of FIG. 2.
  • the conductive blocks 48 may have a resistance lower than that of the conductive particles 44 and may have a resistance higher than that of the superconducting wire 30.
  • Conductive blocks 48 may be disposed in polymer layer 42.
  • the conductive blocks 48 may be disposed between the conductive particles 44.
  • the conductive blocks 48 may have a size larger than that of the conductive particles 44.
  • the height of the conductive blocks 48 may be equal to the distance between a plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire 30.
  • the height of the conductive blocks 48 may be equal to the distance between the first and second winding turns W 1 , W 2 .
  • the conductive blocks 48 may have a height of about 100 ⁇ m or more.
  • the conductive blocks 48 may connect between the first winding turn W 1 and the second winding turn W 2 .
  • the conductive blocks 48 may connect between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 . 2 when the superconducting wire 30 of the winding turns (W 2), a hot spot (12) occurs, the current (I) of the first winding turn (W 1) and second winding turn through a conductive block (48) (W 2 ) and / or between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 .
  • the conductive blocks 48 may prevent quench of the superconducting coil 10.
  • FIG. 11 shows the superconducting wire 30 and conductive blocks 48 of FIG. 10.
  • 12 shows the conductive block 48 of FIGS. 10 and 11.
  • the superconducting wire 30 may have a rectangular cross section along the longitudinal direction of the bobbin 20.
  • the superconducting wire 30 may include a high temperature superconductor.
  • the superconducting wire 30 may have superconducting properties at a low temperature of about 90 K or less higher than the cryogenic temperature.
  • the conductive blocks 48 may have a cube shape.
  • the conductive blocks 48 may have a rectangular parallelepiped shape.
  • the bobbin 20, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 are the same as the configuration of FIG. 7.
  • FIG. 13 shows the superconducting wire 30 and conductive blocks 48 of FIG. 10.
  • 14 shows the conductive block 48 of FIG. 12.
  • the conductive blocks 48a may have a cylindrical shape.
  • the conductive blocks 48a may have the same length as the width of the superconducting wire 30.
  • the bobbin 20, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 are the same as the configuration of FIG. 7.
  • FIG. 15 shows an example of an apparatus 100 for manufacturing the non-insulated superconducting coil 10 of FIG. 2.
  • the apparatus 100 for manufacturing an insulated superconducting coil 100 includes an unwinding unit 110, a winding unit 120, a tension measuring unit 130, a wire guide unit 140, and an impregnation unit. 150, and a heating unit 160.
  • the unwinding unit 110 may release the superconducting wire 30.
  • the winding unit 120 may coil the superconducting wire 30.
  • Each of the unwinding unit 110 and the winding unit 120 may include a roller.
  • the tension measuring unit 130 may measure a tension of the superconducting wire 30 between the unwinding unit 110 and the winding unit 120.
  • the wire guide part 140 may be disposed between the tension measuring part 130 and the winding part 120.
  • the wire guide portion 140 may include a pulley.
  • the impregnation part 150 may be disposed between the wire rod guide part 140 and the winding part 120.
  • the impregnation unit 150 may form the conductive impregnation layer 40 on the superconducting wire 30.
  • the heating unit 160 may heat the source 32 of the conductive impregnation layer 40.
  • the heating unit 160 may heat the polymers of the conductive impregnation layer 40.
  • the polymer of the conductive impregnation layer 40 may be heated to about 100 ° C. or less.
  • the heating unit 160 may heat the low temperature metal of the conductive impregnation layer 40.
  • the low temperature metal of the conductive impregnation layer 40 may be heated to about 100 ° C. or less.
  • the superconducting wire 30 may be thermally stable at about 100 ° C. or less.
  • FIG. 16 illustrates an example of the apparatus 100 for manufacturing the non-insulated superconducting coil 10 of FIG. 6.
  • the apparatus 100 for manufacturing an insulated superconducting coil includes an impregnation part 150 having a conductive material injection part 152 and a conductive ball application part 154. It may include.
  • the unwinding unit 110, the winding unit 120, the tension measuring unit 130, the wire rod guides 140, and the heating unit 160 have the same configuration as that of FIG. 12.
  • the conductive material injection part 152 may be disposed between the wire guide parts 140 and the winding part 120.
  • the conductive material injection part 152 may form the polymer layer 42 and the conductive particles 44 on the superconducting wire 30.
  • the conductive ball application part 154 may be disposed on the winding part 120.
  • the conductive ball applicator 154 may apply conductive balls 146 to the polymer layer 42 on the superconducting wire 30.
  • the conductive ball application part 154 may be disposed between the conductive material injection part 152 and the winding part 120.

Abstract

Disclosed are a non-insulated superconducting coil and a device for manufacturing the same. The coil comprises: a bobbin; a superconducting wire material having multiple adjoining-winding wire turns wound thereon and being disposed on the bobbin; and a conductive impregnation layer disposed between the multiple adjoining-winding wire turns of the superconducting wire material. The conductive impregnation layer has a resistance higher than that of the superconducting wire material and can conduct electricity between the multiple adjoining-winding wire turns of the superconducting wire material when a hotspot occurs due to a local defect in the superconducting wire material.

Description

도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일 및 그의 제조장치Non-insulated superconducting coils impregnated with a conductive material and apparatus for manufacturing the same
본 발명은 도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일 및 그의 제조 장치에 관한 것으로, 상세하게는 무절연 초전도 코일 제작 시 도전성 물질을 함침함으로써 기계적 응력으로부터 무절연 초전도 코일을 보호함과 동시에 무절연 초전도 코일이 갖는 퀜치에 대한 자가 보호 특성을 유지할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an insulated superconducting coil impregnated with a conductive material and a manufacturing apparatus thereof, and more particularly, to an insulated superconducting coil from mechanical stress by impregnating a conductive material during fabrication of an insulated superconducting coil and at the same time. The present invention relates to a technology capable of maintaining self-protective properties against the quench.
초전도체는 퀜치 발생 시 열의 국부적인 축적으로 인해 초전도체의 영구적인 손상을 야기할 수 있다. 따라서 초전도체를 이용한 코일 제작 시 시스템의 안정적인 운용을 위한 보호기술이 필요하다. 이에 따라 최근, 초전도 코일의 퀜치 보호기술의 한 방편으로 턴 간 절연물질을 삽입하지 않는 무절연 권선기술이 개발되었다. 해당 기술을 적용하게 되면, 턴 간 절연물질이 제거되기 때문에 퀜치 시 발생되는 과도한 열 및 전류를 인접 턴 간 기계적/전기적인 접촉을 통하여 자동적으로 우회시킴으로써 별도의 보호 장치 없이 초전도 코일의 안정적인 운용이 가능하다. Superconductors can cause permanent damage to superconductors due to the local accumulation of heat during quenching. Therefore, the protection technology for the stable operation of the system is required when manufacturing a coil using a superconductor. Accordingly, recently, a non-insulated winding technology has been developed that does not insert an insulating material between turns as a method of protecting the superconducting coil. When applied, the insulation material is removed between turns, so that excessive heat and current generated during the quench are automatically bypassed through mechanical / electrical contact between adjacent turns, enabling stable operation of superconducting coils without additional protection. Do.
초전도 코일은 권선 턴 수와 전류에 비례하여 자기장이 발생하게 되며, 이에 따라 전자기력이 발생하게 된다. 이때 발생되는 전자기력에 의해 코일이 움직이게 되고 마찰열에 의한 전압이 발생하여 초전도 상태를 유지할 수 없게 되기도 한다. 이러한 이유 때문에 초전도 선재를 사용하여 코일을 제작할 시에는 코일을 구조적으로 단단하게 고정할 수 있는 에폭시와 같은 함침재가 반드시 필요하다. The superconducting coil generates a magnetic field in proportion to the number of winding turns and the current, thereby generating an electromagnetic force. At this time, the coil is moved by the generated electromagnetic force, and the voltage generated by the frictional heat may not be able to maintain the superconducting state. For this reason, when fabricating a coil using a superconducting wire, an impregnation material such as epoxy, which can fix the coil structurally, is essential.
기존 에폭시 함침재는 절연성 재료이기 때문에 이를 이용하여 무절연 초전도 코일을 함침할 경우 초전도 코일 내에 에폭시가 턴 간 절연 물질로 작용함으로써 무절연 초전도 코일의 무절연 특성을 저하시키는 문제점이 발생하게 된다. Since the existing epoxy impregnating material is an insulating material, when impregnating the non-insulating superconducting coil using this, the epoxy acts as an insulating material between turns in the superconducting coil, thereby causing a problem of deteriorating the non-insulating property of the non-insulating superconducting coil.
또한 기존 무절연 초전도 코일은 턴 간 접촉 저항 제어가 어려워 초전도 코일의 필드 충방전 지연에 대한 예측이 어렵다는 문제점을 가지고 있다.In addition, the conventional non-insulated superconducting coil has a problem that it is difficult to predict the field charge and discharge delay of the superconducting coil because it is difficult to control the contact resistance between turns.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무절연 초전도 코일 제작 시 권선 간함침이 불가능하다는 문제점을 극복하고 함챔재를 통해 무절연 초전도 코일의 기계적인 안전성을 향상키는 방법을 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method for overcoming the problem of impregnation between the windings when manufacturing the non-insulated superconducting coil and to improve the mechanical safety of the non-insulated superconducting coil through the chamber.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개념에 따른 도전성 물질로 함침된무절연 초전도 코일은, 보빈; 상기 보빈 상에 복수의 인접한 권선 턴들로 감겨진 초전도 선재; 및 상기 초전도 선재의 상기 복수의 인접하는 권선 턴들을 함침하는 도전성 물질을 포함한다. 여기서, 상기 도전성 물질은 초전도 선재의 국부적인 결함에 의해 핫 스팟이 발생될 때, 상기 초전도 선재의 상기 복수개의 인접한 권선 턴들 사이를 전기적으로 도통시킬 수 있다.The non-insulated superconducting coil impregnated with a conductive material according to the concept of the present invention for achieving the above object, the bobbin; A superconducting wire wound on the bobbin with a plurality of adjacent winding turns; And a conductive material impregnating the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire. Here, the conductive material may electrically conduct between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire when a hot spot is generated by a local defect of the superconducting wire.
본 발명의 일 예에 따른 무절연 초전도 코일은, 보빈; 상기 보빈 상에 복수의 권선 턴들로 감겨진 초전도 선재; 및 상기 초전도 선재의 상기 복수의 권선 턴들 사이에 배치되는 고분자 층과, 상기 고분자 층 내에 배치되고 다수의 도전성 입자들을 포함하는 도전성 에폭시 또는 융점이 낮은 금속을 포함한다.Insulating superconducting coil according to an embodiment of the present invention, the bobbin; A superconducting wire wound around a plurality of winding turns on the bobbin; And a polymer layer disposed between the plurality of winding turns of the superconducting wire, and a conductive epoxy or a metal having a low melting point disposed in the polymer layer and including a plurality of conductive particles.
본 발명의 도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일의 제조 장치는, 초전도 선재를 푸는 권출 부; 상기 초전도 선재를 보빈에 감는 권취 부; 및 상기 권취부와 상기 권출 부 사이에 배치되고, 상기 초전도 선재 사이에 도전성 물질 층을 형성하는 함침 부를 포함한다. 여기서, 상기 도전성 물질 층은 다수의 도전성 입자들을 포함하는 도전성 에폭시 또는 융점이 낮은 금속을 포함할 수 있다.An apparatus for manufacturing an insulated superconducting coil impregnated with a conductive material of the present invention includes a winding unit for unwinding a superconducting wire; A winding unit for winding the superconducting wire to the bobbin; And an impregnation portion disposed between the winding portion and the winding portion and forming a conductive material layer between the superconducting wire. Here, the conductive material layer may include a conductive epoxy including a plurality of conductive particles or a metal having a low melting point.
본 발명의 개념에 따른 도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일은 보빈에 감기는 초전도 선재의 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이에 도전성 물질을 포함한다. 도전성 물질은 퀜치에 의한 핫 스팟 발생 시 초전도 코일의 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이로 전류를 우회시켜 초전도 코일을 보호할 수 있으며, 권선 턴들 간 함침으로 인해 무절연 초전도 코일의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. An insulated superconducting coil impregnated with a conductive material in accordance with the inventive concept includes a conductive material between a plurality of adjacent winding turns of a superconducting wire wound around a bobbin. The conductive material can protect the superconducting coil by bypassing current between a plurality of adjacent winding turns of the superconducting coil when a hot spot is generated by the quench, and can improve the mechanical stability of the non-insulating superconducting coil due to impregnation between the winding turns. .
도 1은 본 발명의 개념에 따른 도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일을 보여주는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing an insulated superconducting coil impregnated with a conductive material according to the inventive concept.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 보여주는 단면도이다.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
도 3은 도 1의 무절연 초전도 코일에 제공되는 소스 전류를 보여주는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a source current provided to the non-insulated superconducting coil of FIG. 1.
도 4는 도 3의 소스 전류에 따른 일반적인 에폭시 함침 층에서의 비정상 피크 전압을 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing an abnormal peak voltage in a typical epoxy impregnated layer according to the source current of FIG. 3.
도 5는 도 3의 소스 전류에 따른 도 1의 초전도 선재의 정상 전압을 보여주는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the normal voltage of the superconducting wire of FIG. 1 according to the source current of FIG. 3.
도 6은 도 1의 A 부분에서의 도전성 함침 층의 일 예를 보여주는 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a conductive impregnated layer in portion A of FIG. 1.
도 7는 도 6의 도전성 볼들과 초전도 선재의 보여주는 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the conductive balls and the superconducting wire of FIG. 6.
도 8 및 도 9은 도 4의 초전도 선재의 반경과 도전성 볼들의 반경의 관계를 보여주는 도면들이다.8 and 9 are views illustrating a relationship between a radius of the superconducting wire of FIG. 4 and a radius of conductive balls.
도 10은 도 1의 A 부분에서의 도전성 함침 층의 일 예를 보여주는 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a conductive impregnation layer in portion A of FIG. 1.
도 11은 도 10의 초전도 선재와 도전성 블록들을 보여주는 단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the superconducting wire and the conductive blocks of FIG. 10.
도 12는 도 1 및 도 11의 도전성 블록을 보여주는 사시도이다.12 is a perspective view illustrating the conductive block of FIGS. 1 and 11.
도 13은 도 10의 초전도 선재와 도전성 블록들을 보여주는 단면도이다.FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the superconducting wire and the conductive blocks of FIG. 10.
도 14은 도 13의 도전성 블록을 보여주는 사시도.14 is a perspective view illustrating the conductive block of FIG. 13.
도 15는 도 2의 무절연 초전도 코일의 제조 장치의 일 예를 보여준다.FIG. 15 shows an example of an apparatus for manufacturing the non-insulated superconducting coil of FIG. 2.
도 16의 도 6의 무절연 초전도 코일의 제조 장치의 일 예를 보여준다. 16 shows an example of an apparatus for manufacturing the non-insulated superconducting coil of FIG. 6.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 동일한 구성 요소들은 동일한 참조번호를 이용하여 인용될 것이다. 유사한 구성 요소들은 유사한 참조번호들을 이용하여 인용될 것이다. 아래에서 설명될 본 발명에 따른 도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일의 구조는 예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. Identical components will be referred to using the same reference numerals. Similar components will be quoted using similar reference numerals. The structure of the non-insulated superconducting coil impregnated with the conductive material according to the present invention to be described below is just described, for example, and various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 도전성 물질로 함침된 무절연 초전도 코일(10)을 보여준다. 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 보여준다.1 shows an insulated superconducting coil 10 impregnated with a conductive material in accordance with the inventive concept. FIG. 2 is an enlarged view of portion A of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 개념에 따른 무절연 초전도 코일(10)은 보빈(20), 초전도 선재(30), 및 도전성 함침 층(40)을 포함할 수 있다. 1 and 2, the non-insulated superconducting coil 10 according to the inventive concept may include a bobbin 20, a superconducting wire 30, and a conductive impregnation layer 40.
보빈(20)은 무절연 초전도 코일(10)의 중심에 배치될 수 있다. 초전도 선재(30) 및 도전성 함침 층(40)은 보빈(20)의 외곽에 고정될 수 있다. 예를 들어, 보빈(20)은 원통형 튜브를 포함할 수 있다. 보빈(20)의 내부는 개방(opened)될 수 있다. 이와 달리, 보빈(20)은 원 기둥을 포함할 수 있다. 보빈(20)의 내부는 유전체 또는 금속으로 충진(filled)될 수도 있다. The bobbin 20 may be disposed at the center of the non-insulated superconducting coil 10. The superconducting wire 30 and the conductive impregnation layer 40 may be fixed to the outside of the bobbin 20. For example, the bobbin 20 may comprise a cylindrical tube. The interior of the bobbin 20 may be opened. Alternatively, the bobbin 20 may include a circular column. The interior of the bobbin 20 may be filled with a dielectric or metal.
초전도 선재(30)는 복수개의 권선 턴들로 보빈(20)의 외주 면을 따라 감겨있다. 예를 들어, 초전도 선재(30)는 보빈(20)의 외주 면을 따라 제 1 권선 턴(W1), 제 2 권선 턴(W2), 제 3 권선 턴(W3), … 제 N-1권선 턴(WN -1), 및 제 N 권선 턴(WN)으로 감길 수 있다. 초전도 선재(30)는 1 MA/cm2 이상의 임계 전류밀도로 전류(I)를 저항 손실 없이 통전할 수 있다. 초전도 선재(30)는 약 30K 미만의 온도에서 초전도성을 갖는 저온 초전도체와 30K 이상의 온도 이상에서 초전도성을 갖는 고온 초전도체를 포함할 수 있다. 저온 초전도체는 금속 초전도체를 포함할 수 있다. 고온 초전도체는 YBCO, GdBCO의 산화물 초전도체를 포함할 수 있다. The superconducting wire 30 is wound along the outer circumferential surface of the bobbin 20 with a plurality of winding turns. For example, the superconducting wire 30 has a first winding turn W 1 , a second winding turn W 2 , a third winding turn W 3 ,... Along the outer circumferential surface of the bobbin 20. It may be wound around the N -th winding turn W N -1 and the N-th winding turn W N. The superconducting wire 30 may conduct current I without resistance loss at a critical current density of 1 MA / cm 2 or more. The superconducting wire 30 may include a low temperature superconductor having superconductivity at a temperature of less than about 30K and a high temperature superconductor having superconductivity at a temperature of 30K or more. The low temperature superconductor may comprise a metal superconductor. The high temperature superconductor may include oxide superconductors of YBCO and GdBCO.
도전성 함침 층(40)은 초전도 선재(30)의 복수개의 인접하는 권선 턴들(adjoining-winding turns) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도전성 함침 층(40)은 제 1 및 제 2 권선 턴들(W1, W2) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 함침 층(40)은 제 2 및 제 3 권선 턴들(W2, W3) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 함침 층(40)은 제 N-1 권선 턴(WN-1)과 제 N 권선 턴(WN) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도전성 함침 층(40)은 도전성 에폭시를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 도전성 함침 층(40)은 고분자 층(42)과 도전성 입자들(44)을 포함할 수 있다. 고분자 층(42)은 에폭시, 또는 수지(resin)를 포함할 수 있다. 도전성 입자들(44)은 약 10Å 내지 약 10㎛의 직경을 갖는 금속 입자들을 포함할 수 있다. 도전성 입자들(44)은 금(Au0 은(Ag), 백금(Pb), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 환원성이 높은 니켈(Ni) 및 구리(Cu)의 도전성 입자들은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 중 적어도 하나의 금속 성분에 의해 코팅될 수 있다. 도전성 입자들(44)은, 탄소나노튜브, 퓰러렌, 그래핀, 또는 그라파이트의 탄소 소재(carbon material)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 도전성 함침 층(40)은 저온 금속 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 함침 층(40)은 갈륨, 인듐, 또는 수은을 포함할 수 있다. The conductive impregnation layer 40 may be disposed between a plurality of adjoining-winding turns of the superconducting wire 30. For example, the conductive impregnation layer 40 may be disposed between the first and second winding turns W 1 , W 2 . The conductive impregnation layer 40 may be disposed between the second and third winding turns W 2 , W 3 . The conductive impregnation layer 40 may be disposed between the N-th winding turn W N-1 and the N-th winding turn W N. For example, the conductive impregnation layer 40 may comprise a conductive epoxy. According to one example, the conductive impregnation layer 40 may include a polymer layer 42 and conductive particles 44. The polymer layer 42 may include an epoxy or a resin. The conductive particles 44 may include metal particles having a diameter of about 10 mm 3 to about 10 μm. The conductive particles 44 are made of gold (Au0 silver (Ag), platinum (Pb), nickel (Ni), copper (Cu), tungsten (W), calcium (Ca), aluminum (Al), and chromium (Cr)). The conductive particles of nickel (Ni) and copper (Cu) having high reducibility may be coated by at least one metal component of gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt). The conductive particles 44 may include a carbon material of carbon nanotubes, fullerene, graphene, or graphite, on the other hand, the conductive impregnation layer 40 may be a low temperature metal layer. For example, the conductive impregnation layer 40 may include gallium, indium, or mercury.
한편, 초전도 선재(30)는 약 90K 이하의 온도에서 저항 없이 전류(I)를 흘릴 수 있다. 도전성 함침 층(40)은 절연체로서의 기능을 수행할 수 있다. 초전도 선재(30)의 저항 증가가 발생되면, 도전성 함침 층(40)은 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이에 전류(I)를 흘릴 수 있다. On the other hand, the superconducting wire 30 can flow a current (I) without resistance at a temperature of about 90K or less. The conductive impregnation layer 40 may function as an insulator. When an increase in the resistance of the superconducting wire 30 occurs, the conductive impregnation layer 40 can flow a current I between a plurality of adjacent winding turns.
만약, 초전도 선재(30)의 국부적인 결함으로 핫 스팟(12)이 발생되면, 핫 스팟(12)에서의 초전도 선재(30)는 줄열에 의해 자발적으로 가열될 수 있다. 초전도 선재(30)의 저항은 증가할 수 있다. 도전성 함침 층(40)은 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이에 전기적으로 도통될 수 있다. 예를 들어, 핫 스팟(12)이 제 2 권선 턴(W2)의 초전도 선재(30)에 발생되면, 전류(I)는 도전성 함침 층(40)을 통해 제 1 권선 턴(W1)과 제 2 권선 턴(W2) 사이 및/또는 제 2 권선 턴(W2)과 제 3 권선 턴(W3) 사이로 인가될 수 있다. 전류(I)는 도전성 함침 층(40)을 통해 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이로 우회(bypass)할 수 있다. 따라서, 도전성 함침 층(40)은 핫 스팟(12)에서의 열을 복수개의 인접하는 턴들 사이에 전달시킬 수 있다. 따라서, 도전성 함침 층(40)은 궨치로부터 초전도 코일(10)의 영구적인 손상을 방지할 수 있다.If the hot spot 12 is generated due to a local defect of the superconducting wire 30, the superconducting wire 30 in the hot spot 12 may be spontaneously heated by Joule heat. The resistance of the superconducting wire 30 may increase. The conductive impregnation layer 40 may be electrically conductive between a plurality of adjacent winding turns. For example, if a hot spot 12 is generated in the superconducting wire 30 of the second winding turn W 2 , the current I is connected to the first winding turn W 1 through the conductive impregnation layer 40. 2 may be applied between the winding turns (W 2) between and / or the second winding turn (W 2) and the third coil turn (W 3). The current I can bypass between the plurality of adjacent winding turns through the conductive impregnation layer 40. Thus, the conductive impregnation layer 40 can transfer heat at the hot spot 12 between a plurality of adjacent turns. Thus, the conductive impregnation layer 40 can prevent permanent damage of the superconducting coil 10 from the quench.
도 3은 도 1의 무절연 초전도 코일(10)에 제공되는 소스 전류를 보여준다. 도 4는 도 3의 소스 전류에 따른 일반적인 에폭시 함침 층에서의 비정상 피크 전압을 보여준다. 도 5는 도 3의 소스 전류에 따른 도 1의 초전도 선재(30)의 정상 전압을 보여준다. FIG. 3 shows the source current provided to the non-insulated superconducting coil 10 of FIG. 1. 4 shows an abnormal peak voltage in a typical epoxy impregnated layer according to the source current of FIG. 3. 5 shows the normal voltage of the superconducting wire 30 of FIG. 1 according to the source current of FIG. 3.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일반적인 에폭시 함침 층(미도시)의 초전도 코일은 소스 전류가 증가함에 따라 피크 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 초전도 선재에 약 280A(암페어) 또는 약 300A의 전류가 인가되면, 에폭시 함침 층의 초전도 코일은 약 30mV에서 100mV 또는 175mV의 비정상적인 피크 전압을 출력할 수 있다. 비정상적인 피크 전압의 출력은 핫 스팟(12)에 의한 초전도 코일의 영구적인 손상을 의미할 수 있다. 3 and 4, a superconducting coil of a typical epoxy impregnated layer (not shown) may output a peak voltage as the source current increases. For example, if a current of about 280 A (ampere) or about 300 A is applied to the superconducting wire, the superconducting coil of the epoxy impregnated layer may output an abnormal peak voltage of about 30 mV to 100 mV or 175 mV. An abnormal peak voltage output may mean permanent damage of the superconducting coil by the hot spot 12.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 도전성 함침 층(40)의 초전도 코일(10)은 소스 전류와 전압을 비례하여 흘릴 수 있다. 일 예에 따르면, 전류가 증가하면, 전압 또한 비례하여 증가할 수 있다. 비정상적인 피크 전압은 검출되지 않을 수 있다. 예를 들어, 전류가 20A 내지 280A로 증가하면, 전압은 0V 내지 150mV 사이에 균등하게 증가할 수 있다. 이는 핫 스팟(12)이 발생할 경우, 도전성 함침 층(40)은 권선 턴들 간의 전류를 우회시키기 때문이다.3 and 5, the superconducting coil 10 of the conductive impregnation layer 40 according to an embodiment of the present invention may flow a source current and a voltage in proportion. According to one example, as the current increases, the voltage may also increase proportionally. Abnormal peak voltage may not be detected. For example, as the current increases from 20 A to 280 A, the voltage may increase evenly between 0 V and 150 mV. This is because when the hot spot 12 occurs, the conductive impregnation layer 40 bypasses the current between the winding turns.
도 6은 도 1의 A 부분에서의 도전성 함침 층(40)의 일 예를 보여준다.FIG. 6 shows an example of the conductive impregnation layer 40 in the portion A of FIG. 1.
도 6을 참조하면, 도전성 함침 층(40)은 고분자 층(42), 도전성 입자들(44), 도전성 볼들(46)을 포함할 수 있다. 보빈(20), 초전도 선재(30), 고분자 층(42), 및 도전성 입자들(44)은 도 2의 구성과 동일하다. 도전성 볼들(46)은 도전성 입자들(44)의 저항보다 낮은 저항을 가질 수 있다. 도전성 볼들(46)은 초전도 선재(30)의 저항보다 높은 저항을 가질 수 있다. 도전성 볼들(46)은 고분자 층(42) 내에 배치될 수 있다. 도전성 볼들(46)은 도전성 입자들(44) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 볼들(46)은 도전성 입자들(44)의 직경보다 클 수 있다. 도전성 볼들(46)은 100㎛ 내지 1mm의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 도전성 볼들(46)의 직경은 초전도 선재(30)의 복수개의 권선 턴들 사이의 거리에 대응될 수 있다. 이와 달리, 도전성 볼들(46)의 직경은 복수개의 권선 턴들 사이의 거리보다 작을 수 있다. Referring to FIG. 6, the conductive impregnation layer 40 may include a polymer layer 42, conductive particles 44, and conductive balls 46. The bobbin 20, the superconducting wire 30, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 have the same configuration as that of FIG. 2. The conductive balls 46 may have a resistance lower than that of the conductive particles 44. The conductive balls 46 may have a resistance higher than that of the superconducting wire 30. Conductive balls 46 may be disposed in polymer layer 42. The conductive balls 46 may be disposed between the conductive particles 44. The conductive balls 46 may be larger than the diameter of the conductive particles 44. The conductive balls 46 may have a diameter of 100 μm to 1 mm. For example, the diameters of the conductive balls 46 may correspond to the distance between the plurality of winding turns of the superconducting wire 30. Alternatively, the diameter of the conductive balls 46 may be smaller than the distance between the plurality of winding turns.
도전성 볼들(46)은 초전도 선재(30)의 제 1 권선 턴(W1)과 제 2 권선 턴(W2) 사이를 연결할 수 있다. 도전성 볼들(46)은 제 2 권선 턴(W2)과 제 3 권선 턴(W3) 사이를 연결할 수 있다. 제 2 권선 턴(W2)의 초전도 선재(30)에 핫 스팟(12)이 발생되면, 전류(I)는 도전성 볼들(46)을 통해 제 1 권선 턴(W1)과 제 2 권선 턴(W2) 사이 및/또는 제 2 권선 턴(W2)과 제 3 권선 턴(W3) 사이로 인가될 수 있다. 도전성 입자(44)는 초전도 코일(10)을 퀜치로부터 보호할 수 있다.The conductive balls 46 may connect between the first winding turn W 1 and the second winding turn W 2 of the superconducting wire 30. The conductive balls 46 may connect between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 . When a hot spot 12 is generated in the superconducting wire 30 of the second winding turn W 2 , the current I is transmitted through the conductive balls 46 to the first winding turn W 1 and the second winding turn ( W 2 ) and / or between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 . The electroconductive particle 44 can protect the superconducting coil 10 from a quench.
도 7은 도 6의 도전성 볼들(46)과 초전도 선재(30)의 단면을 보여준다.FIG. 7 shows a cross section of the conductive balls 46 and the superconducting wire 30 of FIG. 6.
도 1 및 도 7를 참조하면, 초전도 선재(30)는 보빈(20)의 종 방향을 따라원형의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 초전도 선재(30)는 저온 초전도체를 포함할 수 있다. 1 and 7, the superconducting wire 30 may have a circular cross section along the longitudinal direction of the bobbin 20. For example, the superconducting wire 30 may include a low temperature superconductor.
도전성 함침 층(40)의 고분자 층(42), 도전성 입자들(44), 및 도전성 볼들(46)은 제 1 권선 턴들(W1) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 권선 턴들(W1)의 초전도 선재(30)는 보빈(20) 상에 배치될 수 있다. 도전성 볼들(46)은 제 1 권선 턴들(W1) 사이에 연결될 수 있다. 고분자 층, 도전성 입자들(44), 및 도전성 볼들(46)은 제 1 권선 턴들(W1)과 제 2 권선 턴들(W2) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 볼들(46)은 제 1 권선 턴들(W1)과 제 2 권선 턴들(W2) 사이에 연결될 수 있다. 고분자 층(42), 도전성 입자들(44), 및 도전성 볼들(46)은 제 2 권선 턴들(W2) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 볼들(46)은 제 2 권선 턴들(W2) 사이에 연결될 수 있다. Polymer layer 42, the conductive particles 44, and conductive balls (46) of electrically conductive impregnated layer 40 may be disposed between the first coil turns (W 1). The superconducting wire 30 of the first winding turns W 1 may be disposed on the bobbin 20. The conductive balls 46 may be connected between the first winding turns W 1 . The polymer layer, the conductive particles 44, and the conductive balls 46 may be disposed between the first winding turns W 1 and the second winding turns W 2 . The conductive balls 46 may be connected between the first winding turns W 1 and the second winding turns W 2 . The polymer layer 42, the conductive particles 44, and the conductive balls 46 may be disposed between the second winding turns W 2 . The conductive balls 46 may be connected between the second winding turns W 2 .
도 8 및 도 9는 도 7의 초전도 선재(30)의 반경(a)과 도전성 볼들(46)의 반경(b)의 관계를 보여준다.8 and 9 show the relationship between the radius a of the superconducting wire 30 of FIG. 7 and the radius b of the conductive balls 46.
도 8을 참조하면, 도전성 볼들(46)은 초전도 선재(30)의 직경(2a)을 한 변으로 하는 정삼각형의 중심점에 배치될 수 있다. 도전성 볼들(46)의 반경(b)은 초전도 선재(30)의 반경(a)의
Figure PCTKR2016015203-appb-I000001
배일 경우, 제 1 권선 턴들(W1)과 제 2 권선 턴(W2)은 서로 접촉될 수 있다. Referring to FIG. 8, the conductive balls 46 may be disposed at a center point of an equilateral triangle having one side of the diameter 2a of the superconducting wire 30. The radius b of the conductive balls 46 is equal to the radius a of the superconducting wire 30.
Figure PCTKR2016015203-appb-I000001
Baeil case, the first winding turns (W 1) and second winding turn (W 2) can be brought into contact with each other.
도 9를 참조하면, 도전성 볼들(46)의 반경(b)은 초전도 선재(30)의 반경(a)의
Figure PCTKR2016015203-appb-I000002
배보다 클 수 있다. 초전도 선재(30)의 제 1 권선 턴들(W1)은 서로 분리될 수 있다. 제 1 권선 턴들(W1)과 제 2 권선 턴(W2)은 분리될 수 있다.Referring to FIG. 9, the radius b of the conductive balls 46 is equal to the radius a of the superconducting wire 30.
Figure PCTKR2016015203-appb-I000002
It may be larger than a ship. The first winding turns W 1 of the superconducting wire 30 may be separated from each other. The first coil turns (W 1) and second winding turn (W 2) can be isolated.
도 10은 도 1의 A 부분에서의 도전성 함침 층(40)의 일 예를 보여준다.FIG. 10 shows an example of the conductive impregnation layer 40 in the portion A of FIG. 1.
도 10을 참조하면, 도전성 함침 층(40)은 고분자 층(42), 도전성 입자들(44), 및 도전성 블록들(48)을 포함할 수 있다. 보빈(20), 초전도 선재(30), 고분자 층(42), 및 도전성 입자들(44)은 도 2의 구성과 동일하다.Referring to FIG. 10, the conductive impregnation layer 40 may include a polymer layer 42, conductive particles 44, and conductive blocks 48. The bobbin 20, the superconducting wire 30, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 have the same configuration as that of FIG. 2.
도전성 블록들(48)은 도전성 입자들(44)의 저항보다 낮은 저항을 갖고, 초전도 선재(30)의 저항보다 높은 저항을 가질 수 있다. 도전성 블록들(48)은 고분자 층(42) 내에 배치될 수 있다. 도전성 블록들(48)은 도전성 입자들(44) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 블록들(48)은 도전성 입자들(44)의 크기보다 큰 크기를 가질 수 있다. 도전성 블록들(48)의 높이는 초전도 선재(30)의 복수개의 인접하는 권선 턴들 간의 거리와 동일할 수 있다. 예를 들어, 도전성 블록들(48)의 높이는 제 1 및 제 2 권선 턴들(W1, W2) 사이의 거리와 동일할 수 있다. 도전성 블록들(48)은 약 100μm 이상의 높이를 가질 수 있다. The conductive blocks 48 may have a resistance lower than that of the conductive particles 44 and may have a resistance higher than that of the superconducting wire 30. Conductive blocks 48 may be disposed in polymer layer 42. The conductive blocks 48 may be disposed between the conductive particles 44. The conductive blocks 48 may have a size larger than that of the conductive particles 44. The height of the conductive blocks 48 may be equal to the distance between a plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire 30. For example, the height of the conductive blocks 48 may be equal to the distance between the first and second winding turns W 1 , W 2 . The conductive blocks 48 may have a height of about 100 μm or more.
도전성 블록들(48)은 제 1 권선 턴(W1)과 제 2 권선 턴(W2) 사이를 연결할 수 있다. 도전성 블록들(48)은 제 2 권선 턴(W2)과 제 3 권선 턴(W3) 사이를 연결할 수 있다. 제 2 권선 턴(W2)의 초전도 선재(30)에 핫 스팟(12)이 발생되면, 전류(I)는 도전성 블록들(48)을 통해 제 1 권선 턴(W1)과 제 2 권선 턴(W2) 사이 및/또는 제 2 권선 턴(W2)과 제 3 권선 턴(W3) 사이로 인가될 수 있다. 도전성 블록들(48)은 초전도 코일(10)의 퀜치를 방지할 수 있다.The conductive blocks 48 may connect between the first winding turn W 1 and the second winding turn W 2 . The conductive blocks 48 may connect between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 . 2 when the superconducting wire 30 of the winding turns (W 2), a hot spot (12) occurs, the current (I) of the first winding turn (W 1) and second winding turn through a conductive block (48) (W 2 ) and / or between the second winding turn W 2 and the third winding turn W 3 . The conductive blocks 48 may prevent quench of the superconducting coil 10.
도 11은 도 10의 초전도 선재(30)와 도전성 블록들(48)을 보여준다. 도 12는 도 10 및 도 11의 도전성 블록(48)을 보여준다.FIG. 11 shows the superconducting wire 30 and conductive blocks 48 of FIG. 10. 12 shows the conductive block 48 of FIGS. 10 and 11.
도 11 및 도 12를 참조하면, 초전도 선재(30)는 보빈(20)의 종 방향을 따라 직사각형 모양의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 초전도 선재(30)는 고온 초전도체를 포함할 수 있다. 초전도 선재(30)는 극저온보다 높은 약 90K 이하의 저온에서 초전도 특성을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 도전성 블록들(48)은 입방체 모양을 가질 수 있다. 이와 달리, 도전성 블록들(48)은 직육면체 모양을 가질 수 있다. 보빈(20), 고분자 층(42), 및 도전성 입자들(44)은 도 7의 구성과 동일하다.11 and 12, the superconducting wire 30 may have a rectangular cross section along the longitudinal direction of the bobbin 20. For example, the superconducting wire 30 may include a high temperature superconductor. The superconducting wire 30 may have superconducting properties at a low temperature of about 90 K or less higher than the cryogenic temperature. According to one example, the conductive blocks 48 may have a cube shape. Alternatively, the conductive blocks 48 may have a rectangular parallelepiped shape. The bobbin 20, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 are the same as the configuration of FIG. 7.
도 13은 도 10의 초전도 선재(30)와 도전성 블록들(48)을 보여준다. 도 14은 도 12의 도전성 블록(48)을 보여준다.FIG. 13 shows the superconducting wire 30 and conductive blocks 48 of FIG. 10. 14 shows the conductive block 48 of FIG. 12.
도 13 및 도 14를 참조하면, 도전성 블록들(48a)은 실린더 모양을 가질 수 있다. 도전성 블록들(48a)은 초전도 선재(30)의 폭과 동일한 길이를 가질 수 있다. 보빈(20), 고분자 층(42), 및 도전성 입자들(44)은 도 7의 구성과 동일하다.Referring to FIGS. 13 and 14, the conductive blocks 48a may have a cylindrical shape. The conductive blocks 48a may have the same length as the width of the superconducting wire 30. The bobbin 20, the polymer layer 42, and the conductive particles 44 are the same as the configuration of FIG. 7.
도 15는 도 2의 무절연 초전도 코일(10)의 제조 장치(100)의 일 예를 보여준다.FIG. 15 shows an example of an apparatus 100 for manufacturing the non-insulated superconducting coil 10 of FIG. 2.
도 1, 도 2 및 도 15를 참조하면, 무절연 초전도 코일의 제조 장치(100)는 권출 부(110), 권취 부(120), 장력 측정 부(130), 선재 가이드 부140), 함침 부(150), 및 가열 부(160)를 포함할 수 있다. 권출 부(110)는 초전도 선재(30)를 풀어줄 수 있다. 권취 부(120)는 초전도 선재(30)를 감을(coiling)수 있다. 권출 부(110) 및 권취 부(120) 각각은 회전체(roller)를 포함할 수 있다. 장력 측정 부(130)는 권출 부(110)와 권취 부(120) 사이의 초전도 선재(30)의 인장력(tension)을 측정할 수 있다. 선재 가이드 부(140)는 장력 측정 부(130)와 권취 부(120) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 선재 가이드 부(140)는 풀리를 포함할 수 있다. 함침 부(150)는 선재 가이드 부(140)와 권취 부(120) 사이에 배치될 수 있다. 함침 부(150)는 초전도 선재(30) 상에 도전성 함침 층(40)을 형성할 수 있다. 가열 부(160)는 도전성 함침 층(40)의 소스(32)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열 부(160)는 도전성 함침 층(40)의 고분자들을 가열할 수 있다. 도전성 함침 층(40)의 고분자는 약 100℃이하로 가열될 수 있다. 이와 달리, 가열 부(160)는 도전성 함침 층(40)은 도전성 함침 층(40)의 저온 금속을 가열 할 수 있다. 도전성 함침 층(40)의 저온 금속은 약 100℃이하로 가열될 수 있다. 초전도 선재(30)는 약 100℃이하에서 열적으로 안정할 수 있다. 1, 2, and 15, the apparatus 100 for manufacturing an insulated superconducting coil 100 includes an unwinding unit 110, a winding unit 120, a tension measuring unit 130, a wire guide unit 140, and an impregnation unit. 150, and a heating unit 160. The unwinding unit 110 may release the superconducting wire 30. The winding unit 120 may coil the superconducting wire 30. Each of the unwinding unit 110 and the winding unit 120 may include a roller. The tension measuring unit 130 may measure a tension of the superconducting wire 30 between the unwinding unit 110 and the winding unit 120. The wire guide part 140 may be disposed between the tension measuring part 130 and the winding part 120. For example, the wire guide portion 140 may include a pulley. The impregnation part 150 may be disposed between the wire rod guide part 140 and the winding part 120. The impregnation unit 150 may form the conductive impregnation layer 40 on the superconducting wire 30. The heating unit 160 may heat the source 32 of the conductive impregnation layer 40. For example, the heating unit 160 may heat the polymers of the conductive impregnation layer 40. The polymer of the conductive impregnation layer 40 may be heated to about 100 ° C. or less. Alternatively, the heating unit 160 may heat the low temperature metal of the conductive impregnation layer 40. The low temperature metal of the conductive impregnation layer 40 may be heated to about 100 ° C. or less. The superconducting wire 30 may be thermally stable at about 100 ° C. or less.
도 16 도 6의 무절연 초전도 코일(10)의 제조 장치(100)의 일 예를 보여준다. 16 illustrates an example of the apparatus 100 for manufacturing the non-insulated superconducting coil 10 of FIG. 6.
도 1, 도 6, 도 9 및 도 16을 참조하면, 무절연 초전도 코일의 제조 장치(100)는 도전성 물질 주입 부(152)와 도전성 볼 도포 부(154)를 구비한 함침 부(150)를 포함할 수 있다. 권출 부(110), 권취 부(120), 장력 측정 부(130), 선재 가이드 부들(140), 및 가열 부(160)는 도 12의 구성과 동일하다. 도전성 물질 주입 부(152)는 선재 가이드 부들(140)과 권취 부(120) 사이에 배치될 수 있다. 도전성 물질 주입 부(152)는 초전도 선재(30) 상에 고분자 층(42)과 도전성 입자들(44)을 형성할 수 있다. 도전성 볼 도포 부(154)는 권취 부(120) 상에 배치될 수 있다. 도전성 볼 도포 부(154)는 초전도 선재(30) 상의 고분자 층(42) 내에 도전성 볼들(146)을 도포할 수 있다. 이와 달리 도전성 볼 도포 부(154)는 도전성 물질 주입 부(152)와 권취 부 (120) 사이에 배치될 수 있다. 1, 6, 9, and 16, the apparatus 100 for manufacturing an insulated superconducting coil includes an impregnation part 150 having a conductive material injection part 152 and a conductive ball application part 154. It may include. The unwinding unit 110, the winding unit 120, the tension measuring unit 130, the wire rod guides 140, and the heating unit 160 have the same configuration as that of FIG. 12. The conductive material injection part 152 may be disposed between the wire guide parts 140 and the winding part 120. The conductive material injection part 152 may form the polymer layer 42 and the conductive particles 44 on the superconducting wire 30. The conductive ball application part 154 may be disposed on the winding part 120. The conductive ball applicator 154 may apply conductive balls 146 to the polymer layer 42 on the superconducting wire 30. Alternatively, the conductive ball application part 154 may be disposed between the conductive material injection part 152 and the winding part 120.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments are disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (20)

  1. 보빈;Bobbin;
    상기 보빈 상에 복수의 인접한 권선 턴들로 감겨진 초전도 선재; 및A superconducting wire wound on the bobbin with a plurality of adjacent winding turns; And
    상기 초전도 선재의 상기 복수의 인접하는 권선 턴들 사이에 배치된 도전성 함침 층을 포함하되,A conductive impregnation layer disposed between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire,
    상기 도전성 함침 층은 상기 초전도 선재의 저항보다 높은 저항을 갖고, 상기 초전도 선재의 국부적인 결함에 의해 핫 스팟이 발생될 때, 상기 초전도 선재의 상기 복수개의 인접한 권선 턴들 사이를 전기적으로 도통시키는 무절연 초전도 코일.The conductive impregnated layer has a higher resistance than the resistance of the superconducting wire, and is non-insulated that electrically conducts between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire when a hot spot is generated by a local defect of the superconducting wire. Superconducting coil.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 도전성 함침 층은 도전성 에폭시를 포함하는 무절연 초전도 코일.And the conductive impregnating layer comprises a conductive epoxy.
  3. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 도전성 함침 층은:The conductive impregnation layer is:
    고분자 층;A polymer layer;
    상기 고분자 층 내에 혼합된 도전성 입자들을 갖는 무절연 초전도 코일.An insulated superconducting coil having conductive particles mixed in the polymer layer.
  4. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 도전성 입자들은, 금, 은, 백금, 은, 니켈, 구리, 텅스텐, 칼슘, 알루미늄, 및 크롬 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 무절연 초전도 코일.The conductive particles, gold, silver, platinum, silver, nickel, copper, tungsten, calcium, aluminum, and chromium containing at least one metal of chromium.
  5. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 도전성 입자는 탄소 나노 튜브, 퓰러렌, 그래핀, 또는 그라파이트를 포함하는 무절연 초전도 코일.The conductive particles are carbon nanotubes, fullerene, graphene, or graphite-free insulating superconducting coil.
  6. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 도전성 함침 층은 상기 고분자 층 내에 배치되고, 상기 도전성 입자들의 직경보다 큰 직경을 갖는 도전성 볼들을 더 포함하되,The conductive impregnation layer is disposed in the polymer layer, and further comprises conductive balls having a diameter larger than the diameter of the conductive particles,
    상기 도전성 볼들 각각은 상기 초전도 선재의 상기 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이를 연결하는 무절연 초전도 코일.Each of the conductive balls connects between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire.
  7. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 초전도 선재가 원형의 단면을 가질 때, 상기 도전성 볼들은 상기 원형 단면의 반경보다
    Figure PCTKR2016015203-appb-I000003
    배 이상으로 큰 반경을 갖는 무절연 초전도 코일.    When the superconducting wire has a circular cross section, the conductive balls are smaller than the radius of the circular cross section.
    Figure PCTKR2016015203-appb-I000003
    Non-insulated superconducting coils with a radius larger than twice.
  8. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 도전성 함침 층은 상기 고분자 층 내에 배치되고, 상기 도전성 입자들의 크기보다 큰 크기를 갖는 도전성 블록들을 더 포함하되,The conductive impregnation layer is disposed in the polymer layer, and further comprises conductive blocks having a size larger than the size of the conductive particles,
    상기 도전성 블록들 각각은 상기 초전도 선재의 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이를 연결하는 무절연 초전도 코일.Each of the conductive blocks connects between a plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire.
  9. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 초전도 선재가 사각형의 단면을 가질 때, 상기 도전성 블록들은 입입방체 모양을 갖는 무절연 초전도 코일.And the conductive blocks have a cubic shape when the superconducting wire has a rectangular cross section.
  10. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 초전도 선재가 사각형의 단면을 가질 때, 상기 도전성 블록들은 상기 초전도 선재의 폭과 동일한 길이를 갖는 실린더를 포함하는 무절연 초전도 코일.And wherein when the superconducting wire has a rectangular cross section, the conductive blocks comprise a cylinder having a length equal to the width of the superconducting wire.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 도전성 함침 층은 갈륨, 인듐, 또는 수은을 포함하는 무절연 초전도 코일.And the conductive impregnation layer comprises gallium, indium, or mercury.
  12. 보빈;Bobbin;
    상기 보빈 상에 복수의 권선 턴들로 감겨진 초전도 선재; 및A superconducting wire wound around a plurality of winding turns on the bobbin; And
    상기 초전도 선재의 상기 복수의 권선 턴들 사이에 배치되는 고분자 층과, 상기 고분자 층 내에 배치되고 상기 초전도 선재의 저항보다 높은 저항을 갖는 다수의 도전성 입자들을 포함하는 도전성 함침 층을 포함하는 무절연 초전도 코일.An insulated superconducting coil comprising a polymer layer disposed between the plurality of winding turns of the superconducting wire, and a conductive impregnation layer including a plurality of conductive particles disposed in the polymer layer and having a resistance higher than that of the superconducting wire. .
  13. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 도전성 함침 층은 상기 고분자 층 내에 배치되고, 상기 도전성 입자들의 직경보다 큰 직경를 갖는 도전성 볼들을 더 포함하되,The conductive impregnation layer is disposed in the polymer layer, and further comprises conductive balls having a diameter larger than the diameter of the conductive particles,
    상기 도전성 볼들 각각은 상기 초전도 선재의 상기 복수개의 인접하는 권선 턴들 사이를 연결하는 무절연 초전도 코일.Each of the conductive balls connects between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire.
  14. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 초전도 선재가 원형의 단면을 가질 때, 상기 도전성 볼들은 상기 원형 단면의 반경보다
    Figure PCTKR2016015203-appb-I000004
    배 이상으로 큰 반경을 갖는 무절연 초전도 코일.    When the superconducting wire has a circular cross section, the conductive balls are smaller than the radius of the circular cross section.
    Figure PCTKR2016015203-appb-I000004
    Non-insulated superconducting coils with a radius larger than twice.
  15. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 도전 층은 상기 도전성 입자들 사이 배치되고, 상기 도전성 입자들보다 큰 크기를 갖는 도전성 블록들을 포함하되,The conductive layer is disposed between the conductive particles, including conductive blocks having a size larger than the conductive particles,
    상기 도전성 블록들 각각은 상기 초전도 선재의 상기 복수개의 인접하는권선 턴들 사이를 연결하는 무절연 초전도 코일.And each of the conductive blocks connects between the plurality of adjacent winding turns of the superconducting wire.
  16. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 초전도 선재가 사각형의 단면을 가질 때, 상기 도전성 블록들은 상기 인접하는 권선 턴들 사이의 거리와 동일한 높이를 갖는 입방체 모양을 갖는 무절연 초전도 코일.And wherein when the superconducting wire has a rectangular cross section, the conductive blocks have a cube shape having a height equal to the distance between the adjacent winding turns.
  17. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 초전도 선재가 사각형의 단면을 가질 때, 상기 도전성 블록들은 상기 초전도 선재의 폭과 동일한 길이를 갖는 실린더 모양을 갖는 무절연 초전도 코일.And when the superconducting wire has a rectangular cross section, the conductive blocks have a cylindrical shape having a length equal to the width of the superconducting wire.
  18. 초전도 선재를 푸는 권출 부;Unwinding unit to unscrew the superconducting wire;
    상기 초전도 선재를 보빈에 감는 권취 부; 및A winding unit for winding the superconducting wire to the bobbin; And
    상기 권취부와 상기 권출 부 사이에 배치되고, 상기 초전도 선재 상에 도전성 함침 층을 형성하는 함침 부를 포함하되,An impregnation portion disposed between the winding portion and the unwinding portion and forming a conductive impregnation layer on the superconducting wire,
    상기 도전성 함침 층은 상기 초전도 선재의 저항 보다 높은 저항을 갖는 다수의 도전성 입자들을 포함하는 무절연 초전도 코일의 제조 장치.And the conductive impregnation layer includes a plurality of conductive particles having a higher resistance than the resistance of the superconducting wire.
  19. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 도전성 물질 주입 부에 제공되는 상기 도전성 함침 층의 소스를 가열하는 가열 부를 포함하는 무절연 초전도 코일의 제조 장치.And a heating part for heating the source of the conductive impregnation layer provided in the conductive material injection part.
  20. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 함침 부는:The impregnation part is:
    상기 도전성 입자들과, 상기 도전성 입자들에 혼합되는 고분자 층을 상기 초전도 선재 상에 형성하는 도전성 물질 주입부; 및A conductive material injection part forming the conductive particles and a polymer layer mixed with the conductive particles on the superconducting wire; And
    상기 도전성 물질 주입 부에 인접하여 배치되고, 도전성 볼들을 상기 초전도 선재 상의 상기 고분자 층 내에 도포하는 도전성 볼 도포 부를 포함하는 무절연 초전도 코일의 제조 장치.And a conductive ball application part disposed adjacent to the conductive material injection part and applying conductive balls into the polymer layer on the superconducting wire.
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