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KR101444779B1 - A Superconducting Rotating Machine with Superconducting Bearings and A Cooling System for Superconducting Bearings - Google Patents

A Superconducting Rotating Machine with Superconducting Bearings and A Cooling System for Superconducting Bearings Download PDF

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KR101444779B1
KR101444779B1 KR1020110125341A KR20110125341A KR101444779B1 KR 101444779 B1 KR101444779 B1 KR 101444779B1 KR 1020110125341 A KR1020110125341 A KR 1020110125341A KR 20110125341 A KR20110125341 A KR 20110125341A KR 101444779 B1 KR101444779 B1 KR 101444779B1
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KR
South Korea
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rotor
superconducting
bearing
superconductor
cooling
Prior art date
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KR1020110125341A
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권운식
박희주
김효중
이정현
김영춘
이재득
임성환
주진홍
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두산중공업 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템에 관한 것으로, 회전자, 고정자, 회전자를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치로 구성된 초전도 회전기(전동기/발전기)에 초전도 베어링을 적용하여 효율의 극대화를 가능하도록 함과 동시에 초전도 베어링을 냉각하기 위해서 별도의 극저온 냉각장치를 추가할 필요없이 회전자를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치의 냉매순환라인의 냉매를 분기하여 초전도 베어링을 냉각시키는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 내부에 초전도체가 구비된 진공상태로 형성된 회전자; 상기 회전자의 외주에 이격 설치되고 전기자 코일이 권선되어 있는 고정자; 상기 회전자의 축방향으로 연장되어 형성된 회전축; 영구자석과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체를 구비한 무접촉 초전도 베어링; 상기 회전자의 초전도체를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치; 상기 극저온 냉각장치로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자의 초전도체를 냉각시키는 냉매순환라인; 및 상기 냉매순환라인으로부터 극저온 냉매가 분기되어 상기 초전도 베어링을 극저온 냉각하는 베어링냉매라인;을 포함하는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템을 제공한다.The present invention relates to a superconducting rotating machine and a superconducting bearing cooling system using the superconducting bearing, and a superconducting bearing is applied to a superconducting rotating machine (motor / generator) composed of a cryogenic cooling device for cooling a rotor, a stator, The superconducting rotor of the superconducting rotor which cools the superconducting bearing by branching the coolant in the coolant circulation line of the cryogenic cooling device for cooling the rotor without adding a separate cryogenic cooling device for cooling the superconducting bearing, Bearing cooling system.
Accordingly, the present invention provides a rotor having a superconductor and a vacuum state therein; A stator which is spaced apart from the outer periphery of the rotor and in which an armature coil is wound; A rotating shaft extending in the axial direction of the rotor; A contactless superconducting bearing having a permanent magnet and a superconductor having a magnetic levitation force and a fixing force separated from the permanent magnet; A cryogenic cooling device for cooling the superconductor of the rotor; A coolant circulation line for cooling the superconductor of the rotor by the cryogenic coolant withdrawn from the cryogenic cooler; And a bearing refrigerant line branched from the refrigerant circulation line to cryogenically cool the superconducting bearing to cryogenically cool the superconducting bearing cooling system.

Description

초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템 { A Superconducting Rotating Machine with Superconducting Bearings and A Cooling System for Superconducting Bearings }BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a superconducting rotating machine and a superconducting bearing cooling system using the superconducting bearing,

본 발명은 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템에 관한 것으로, 회전자, 고정자, 회전자를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치로 구성된 초전도 회전기(전동기/발전기)에 초전도 베어링을 적용하여 효율의 극대화를 가능하도록 함과 동시에 초전도 베어링을 냉각하기 위해서 별도의 극저온 냉각장치를 추가할 필요없이 회전자를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치의 냉매순환라인의 냉매를 분기하여 초전도 베어링을 냉각시키는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting rotating machine and a superconducting bearing cooling system using the superconducting bearing, and a superconducting bearing is applied to a superconducting rotating machine (motor / generator) composed of a cryogenic cooling device for cooling a rotor, a stator, The superconducting rotor of the superconducting rotor which cools the superconducting bearing by branching the coolant in the coolant circulation line of the cryogenic cooling device for cooling the rotor without adding a separate cryogenic cooling device for cooling the superconducting bearing, Bearing cooling system.

종래에 회전계자형 동기전동기는 계자코일이 권선되어 있는 회전자와 회전자계를 발생시켜주는 고정자의 권선으로 구성된다. 이러한 종래의 초전도 모터는 회전자의 계자코일에 구리를 대신하여 손실이 없는 초전도선을 권선함으로써 일반모터에 비해 큰 전자기력을 얻을 수 있는 회전기기이다. 그로 인해 초전도 모터는 일반모터에 비해 작고 가볍지만 효율은 높다. Conventionally, a rotary type synchronous motor includes a rotor in which a field coil is wound and a winding in a stator that generates a rotor system. Such a conventional superconducting motor is a rotating machine that can obtain a large electromagnetic force compared to a general motor by winding a superconducting wire without loss instead of copper in a field coil of the rotor. As a result, superconducting motors are smaller and lighter than general motors, but they are more efficient.

이러한 초전도 회전기에서 베어링은 중요한 기술 중 하나이다. 일반적으로 베어링은 회전 시의 마찰을 최소화하고 기계적인 마찰을 피하기 위해 오일을 쓰거나 공기를 불어넣는 방법을 취하고 있으나, 마찰을 최소화하기 위하여 가장 좋은 방법은 접촉하지 않는 상태에서 도는 비접촉식 베어링을 채용하는 것이다.In such superconducting rotors, bearings are an important technology. In general, bearings use oil or blow air to minimize friction during rotation and to avoid mechanical friction, but the best way to minimize friction is to use non-contact bearings that are not in contact .

기존의 무접촉 베어링은 자석의 같은 극끼리 반발하는 성질을 이용하여 개발되었으나, 위치를 고정시키기 위한 별도의 위치제어 시스템이 필요하므로 신뢰도를 확보하기 쉽지 않았다. Conventional contactless bearings have been developed by utilizing the property that the magnets repel the same poles, but it is not easy to secure reliability because a separate position control system is required to fix the position.

이에 도 1은 종래기술에 따른 초전도 회전기의 개략도를 도시한 것으로 전기자 코일(3a)에 의해 형성되는 고정자(3) 내부에 회전자(1)가 초전도체(1a)를 구비하여 회전축(5)을 중심축으로 회전할 수 있도록 형성된다. 1 shows a schematic view of a superconducting rotating machine according to the prior art in which a rotor 1 is provided with a superconductor 1a in a stator 3 formed by an armature coil 3a, And is rotatable about an axis.

이에 상기 회전축(5)이 회전을 위하여 기기에 장착되기 위해 베어링(10)이 구비되는데, 이는 볼 베어링 등의 다양한 방식으로 마련되고, 마찰력을 최소화할 수 있도록 한다.The bearing 10 is provided in order to mount the rotary shaft 5 to the apparatus for rotation, and it is provided in various ways such as a ball bearing so as to minimize frictional force.

또한, 상기 회전자(1)의 내부에 구비된 초전도체(1a)는 초전도 현상이 발생하는 임계온도 이하로 냉각시킬 필요가 있다.In addition, the superconductor (1a) provided inside the rotor (1) needs to be cooled below the critical temperature at which the superconducting phenomenon occurs.

이에 도 1에서 보는 바와 같이 회전기의 외부에 별도의 회전기 냉각용 극저온 냉각장치(20)를 구비하여 극저온 냉매를 냉매순환라인(30)을 따라 초전도체(1a)를 냉각시키는 시스템을 구축한다. 그러나, 이러한 냉매순환라인(30)은 단지 회전자(1) 만을 냉각시키기 위한 구조이고, 베어링(10)과는 무관하게 작동한다.As shown in FIG. 1, a separate cryogenic cooling device 20 for cooling the rotor is provided outside the rotating machine to construct a system for cooling the superconductor 1a along the refrigerant circulation line 30 with the cryogenic coolant. However, this refrigerant circulation line 30 is a structure for cooling only the rotor 1, and operates independently of the bearing 10. [

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 무접촉 베어링에서는 회전하는 베어링의 위치 고정을 위한 별도의 위치제어 시스템이 필요했는데, 고온 초전도체를 적용하여 고온 초전도 자석과 영구자석 사이의 자기 부상력과 고정력을 이용하여 별도의 위치제어 시스템없이 효과적으로 회전시키는 무접촉 초전도 베어링을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a position control system for fixing the position of a rotating bearing in a conventional contactless bearing, Contact superconducting bearing which effectively rotates without using a separate position control system by using magnetic levitation force and fixing force between the superconducting magnet and the permanent magnet.

본 발명의 다른 목적은, 초전도 베어링을 냉각하기 위해서 별도의 극저온 냉각장치를 추가할 필요없이 회전자를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치의 냉매순환라인의 냉매를 분기하여 초전도 베어링을 냉각시키는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a superconducting rotor for superconducting rotors in which superconducting bearings are cooled by branching a coolant in a coolant circulation line of a cryogenic cooling apparatus for cooling a rotor without adding a separate cryogenic cooling apparatus for cooling the superconducting bearings To provide a bearing cooling system.

본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 바람직한 양태로써 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있고, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 기술적인 구성을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention can be implemented by an embodiment having the following constitution as a preferred embodiment, and in order to solve the above-mentioned problems, the following technical structure is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 초전도체로 구성되고 내부가 진공상태로 형성되어 회전하는 회전자; 상기 회전자의 외주에 이격 설치되어 전기자 코일이 권선되어 있고, 자기력에 의해 상기 회전자를 회전시키는 고정자; 상기 회전자가 회전하는 중심축을 형성하고, 축방향으로 연장되어 회전자의 양단에서 돌출 형성된 회전축; 상기 회전축 외주에 설치되고, 내부가 관통된 원통형으로 형성된 영구자석과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체를 구비한 무접촉 초전도 베어링;을 포함하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a rotor comprising: a rotor composed of a superconductor, the rotor being formed in a vacuum state and rotating inside; A stator which is disposed on the outer periphery of the rotor and is wound around the armature coil and rotates the rotor by a magnetic force; A rotating shaft which forms a central axis through which the rotor rotates and which extends in the axial direction and protrudes from both ends of the rotor; And a contactless superconducting bearing provided on the outer circumference of the rotating shaft and having a cylindrical permanent magnet penetrating the inside of the rotating shaft and a superconductor having a magnetic levitation force and a fixing force spaced from the permanent magnet and provided with a superconducting bearing do.

이에 본 발명은 상기 회전자의 초전도체를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치; 및 상기 극저온 냉각장치로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자의 초전도체를 냉각시키는 냉매순환라인;이 구비될 수 있다.Accordingly, the present invention provides a cryogenic cooling apparatus for cooling a superconductor of the rotor; And a coolant circulation line through which the cryogenic coolant drawn from the cryogenic cooler cools the superconductor of the rotor.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 냉매순환라인은, 극저온 냉매가 분기되어 상기 초전도 베어링을 극저온 냉각하는 베어링냉매라인;을 추가로 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the refrigerant circulation line further includes a bearing refrigerant line in which cryogenic refrigerant is branched to cryogenically cool the superconducting bearing.

그리고, 상기 냉매순환라인은, 상기 회전축 내부에 축방향으로 관통되어 구비되고, 상기 베어링냉매라인은, 상기 축방향으로 형성된 냉매순환라인으로부터 방사방향으로 분기되도록 한다.The refrigerant circulation line is axially penetrated into the rotary shaft, and the bearing refrigerant line is branched radially from the refrigerant circulation line formed in the axial direction.

상기 초전도 베어링의 초전도체는, 상기 회전기의 회전축 외주에 별도의 진공공간을 형성하며 고정 설치될 수도 있고, 상기 초전도 회전기의 회전축 내부 진공공간에 위치하여 별도의 초전도체용 진공환경을 구비하지 않고 설치될 수도 있다.The superconductor of the superconducting bearing may be fixedly installed to form a separate vacuum space on the outer circumference of the rotary shaft of the rotary machine, or may be installed in a vacuum space inside the rotary shaft of the superconducting rotary machine, have.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 내부에 초전도체가 구비된 진공상태로 형성된 회전자; 상기 회전자의 외주에 이격 설치되고 전기자 코일이 권선되어 있는 고정자; 상기 회전자의 축방향으로 연장되어 형성된 회전축; 영구자석과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체를 구비한 무접촉 초전도 베어링; 상기 회전자 및 고정자를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치; 상기 극저온 냉각장치로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자의 초전도체를 냉각시키는 냉매순환라인; 및 상기 냉매순환라인으로부터 극저온 냉매가 분기되어 상기 초전도 베어링을 극저온 냉각하는 베어링냉매라인;을 포함하는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템을 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a rotor comprising: a rotor formed in a vacuum state having a superconductor therein; A stator which is spaced apart from the outer periphery of the rotor and in which an armature coil is wound; A rotating shaft extending in the axial direction of the rotor; A contactless superconducting bearing having a permanent magnet and a superconductor having a magnetic levitation force and a fixing force separated from the permanent magnet; A cryogenic cooling device for cooling the rotor and the stator; A coolant circulation line for cooling the superconductor of the rotor by the cryogenic coolant withdrawn from the cryogenic cooler; And a bearing refrigerant line branched from the refrigerant circulation line to cryogenically cool the superconducting bearing to cryogenically cool the superconducting bearing cooling system.

이에 상기 베어링냉매라인은, 상기 초전도 베어링의 초전도체를 직접 또는 간접적으로 냉각시키도록 할 수 있다. The bearing refrigerant line may directly or indirectly cool the superconductor of the superconducting bearing.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전술한 과제 해결 수단 및 후술할 구성과 결합, 작동관계에 의해서 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can achieve the following effects according to the above-described problem solving means and the construction and operation to be described later.

본 발명은, 기존의 무접촉 베어링에서는 회전하는 베어링의 위치 고정을 위한 별도의 위치제어 시스템이 필요했는데, 고온 초전도체를 적용하여 초전도 자석과 영구자석 사이의 자기 부상력과 고정력을 이용하여 별도의 위치제어 시스템없이 효과적으로 회전시킬 수 있다.In the conventional non-contact bearing, a separate position control system for fixing the position of the rotating bearing is required. By applying a high-temperature superconductor, the magnetic levitation force and the fixing force between the superconducting magnet and the permanent magnet are used to separate Can be effectively rotated without a control system.

본 발명은 또한, 무접촉 초전도체 베어링을 채용하여 초전도체 회전기의 효율을 증대시키고, 상기 초전도체 베어링의 초전도체를 임계온도 이하로 효과적으로 냉각시키는 베어링냉매라인을 제공하여 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있다.The present invention can also improve the durability of a bearing by providing a bearing refrigerant line that employs a contactless superconductor bearing to increase the efficiency of the superconductor rotator and effectively cool the superconductor of the superconductor bearing below a critical temperature.

본 발명은 또한, 초전도 베어링을 냉각하기 위한 별도의 냉각시스템인 극저온 냉각장치를 추가적으로 구비할 필요없이, 상기 회전기를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치의 냉매순환라인의 냉매를 분기하여 초전도 베어링을 냉각시키는 베어링냉매라인을 구축하므로 구조의 단순화를 실현하며, 경제성을 도모할 수 있다.The present invention is also directed to a superconducting bearing in which a superconducting bearing is provided for cooling the superconducting bearing by branching the coolant in the coolant circulation line of the cryogenic cooling device for cooling the rotating machine without the need to additionally provide a cryogenic cooling device, By constructing the refrigerant line, the structure can be simplified and economical efficiency can be achieved.

도 1은 종래기술에 따른 초전도 회전기의 개략도.
도 2는 본 발명의 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기의 개략도.
도 3은 상기 도 2의 초전도 베어링을 도시한 부분 상세도.1 is a schematic diagram of a superconducting rotor according to the prior art;
2 is a schematic view of a superconducting rotating machine to which the superconducting bearing of the present invention is applied.
FIG. 3 is a partial detail view of the superconducting bearing of FIG. 2; FIG.

이하에서는 본 발명에 따른 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of a superconducting rotor and a superconducting bearing cooling system using the superconducting bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기의 개략도이고, 도 3은 상기 도 2의 초전도 베어링을 도시한 부분 상세도이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. FIG. 2 is a schematic view of a superconducting rotating machine to which the superconducting bearing of the present invention is applied, and FIG. 3 is a detailed view of the superconducting bearing of FIG.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 초전도체(1a)로 구성되고 내부가 진공상태로 형성되어 회전하는 회전자(1); 상기 회전자(1)의 외주에 이격 설치되어 전기자 코일(3a)이 권선되어 있고, 자기력에 의해 상기 회전자(1)를 회전시키는 고정자(3); 상기 회전자(1)가 회전하는 중심축을 형성하고, 축방향으로 연장되어 회전자(1)의 양단에서 돌출 형성된 회전축(5); 상기 회전축(5) 외주에 설치되고, 내부가 관통된 원통형으로 형성된 영구자석(110)과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체(130)를 구비한 무접촉 초전도 베어링(100);을 포함하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the present invention provides a rotor comprising a superconductor (1a) and a rotor (1) having an internal vacuum formed therein and rotating; A stator 3 spaced apart from the outer periphery of the rotor 1 to wind the armature coil 3a and rotate the rotor 1 by a magnetic force; A rotating shaft 5 which forms a central axis for rotating the rotor 1 and extends in the axial direction and protrudes from both ends of the rotor 1; A contactless superconducting bearing (100) comprising a permanent magnet (110) formed on a cylindrical outer periphery of the rotating shaft (5) and having a cylindrical shape and a superconductor (130) having a magnetic levitation force and a fixing force, The present invention provides a superconducting rotor using a superconducting bearing.

종래의 기술에 의한 베어링은 일반적으로 접촉식에 의한 베어링으로 도 1에 도시된 것처럼 내경을 갖는 외부 베어링부재와 외경을 갖는 내부 베어링부재가 이격된 사이 공간에 접촉되는 구형 볼을 다수개 포함하여 마찰력을 최소화하면서 회전되도록 한다. The bearing according to the prior art is generally a contact type bearing and includes a plurality of spherical balls contacting an outer bearing member having an inner diameter and an inner bearing member having an outer diameter as shown in Fig. So as to minimize rotation.

이러한 접촉식 회전 베어링은 비록 마찰력이 최소화된다고 하더라도 강한 회전력과 큰 하중에 의해 접촉력이 커지게 되고 이에 따라 마찰력이 증가하게 되므로 회전력에 큰 영향을 끼친다. 더 나아가 상기 볼 베어링은 큰 하중 및 회전력으로 볼 자체가 변형되거나 파손되어 베어링의 제기능을 달성할 수 없게 된다.Even though the frictional force is minimized, such a contact type rotating bearing has a great influence on the rotational force because the frictional force is increased due to the strong rotational force and the large load. Furthermore, the ball bearing is deformed or broken due to a large load and rotational force, so that it is impossible to achieve the function of the bearing.

고온 초전도체 개발 후 가장 관심을 받아온 분야이므로 본 발명은 이를 베어링에 적용하여 고온 초전도체와 영구자석 사이의 자기 부상력과 고정력을 이용하여 위치제어 시스템없이 자석을 공중에 띄워서 회전시키도록 한다.Since it is the field which has been most interested after development of the high-temperature superconductor, the present invention applies it to the bearing, and uses the magnetic levitation force and the fixing force between the high-temperature superconductor and the permanent magnet to rotate the magnet in the air without a position control system.

초전도 베어링을 응용하여 물체를 회전시키면, 수만 알피엠(rpm)의 고속회전에도 회전체가 초전도 베어링과 일정한 간격을 유지하면서 안정적으로 회전할 수 있게 된다. 무접촉 베어링은 마찰이 없기 때문에 기존 초전도 회전기의 효율을 극대화할 수 있게 된다. When an object is rotated by applying a superconducting bearing, the rotating body can be stably rotated while maintaining a constant gap with the superconducting bearing even at a high rotation speed of tens of thousands of rpm. Since frictionless bearings have no contact, it is possible to maximize the efficiency of existing superconducting rotors.

이에 본 발명에서는 초전도 회전기의 극저온 냉각장치를 초전도 회전기의 회전자 뿐만 아니라, 초전도 베어링의 초전도체를 동시에 냉각할 수 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기기를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a superconducting rotating device using a superconducting bearing, wherein the cryogenic cooling device of the superconducting rotor has a structure capable of simultaneously cooling not only the rotor of the superconducting rotor but also the superconductor of the superconducting bearing.

도 3에서는 본 발명의 초전도 베어링에서 회전축(5)에 장착되는 초전도체(130)가 상기 회전기의 회전축(5) 외주에 별도의 진공공간을 형성하며 고정 설치될 수 있도록 하는 실시예를 개시한다.3 illustrates an embodiment in which a superconductor 130 mounted on a rotary shaft 5 of a superconducting bearing according to the present invention can be fixedly installed in a separate vacuum space on the outer circumference of a rotary shaft 5 of the rotary machine.

즉, 상기 초전도체(130)는 진공공간 내에 배치되어 초전도 상태를 유지하도록 형성되어야 하는데, 이러한 진공상태는 회전축(5) 외주에 일체로 별도의 공간을 형성함으로써 형성될 수 있다.That is, the superconductor 130 must be disposed in the vacuum space to maintain the superconducting state. Such a vacuum state can be formed by forming a separate space integrally with the outer periphery of the rotary shaft 5.

본 발명의 또 다른 실시예로써, 상기 초전도 베어링(100)의 초전도체(130)는 상기 초전도 회전기의 회전축(5) 내부 진공공간과 연통되도록 일체로 위치하게 형성할 수도 있다. 이에 따라 초전도 베어링(100)의 초전도체(130)를 위한 별도의 초전도체용 진공환경을 구비하지 않고도 설치할 수 있으므로 조립이 간편하고, 경제적인 효과도 도모하여 설치할 수 있게 된다.As another embodiment of the present invention, the superconductor 130 of the superconducting bearing 100 may be integrally formed so as to communicate with the internal vacuum space of the rotary shaft 5 of the superconducting rotor. Accordingly, the superconducting bearing 100 can be installed without a separate superconductor vacuum environment for the superconductor 130, so that the superconducting bearing 100 can be easily assembled and economically effective.

본 발명은 상기 회전자(1)의 초전도체(1a)를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치(20); 및 상기 극저온 냉각장치(20)로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자(1)의 초전도체(1a)를 냉각시키는 냉매순환라인(300);을 구비할 수 있다.The present invention relates to a cryogenic cooling apparatus (20) for cooling a superconductor (1a) of the rotor (1); And a refrigerant circulation line (300) for cooling the superconductor (1a) of the rotor (1) by the cryogenic coolant drawn out from the cryogenic cooling device (20).

이에 도 2에서 보는 바와 같이 상기 냉매순환라인(300)은 상기 극저온 냉각장치(20)로부터 극저온 냉매가 인출되는 극저온냉매 공급라인(310)과 상기 극저온 냉매가 초전도체(1a)를 냉각시킨 후 다시 극저온 냉각장치(20)로 순환하는 냉매 회귀라인(320)이 구비된다. 따라서, 도 2에 도시된 실선은 극저온냉매 공급라인(310)으로써 극저온 냉매가 흐르는 구간이고, 점선은 냉매 회귀라인(320)으로써 초전도체(1a)를 냉각시킨 후 따뜻해진 냉매가 흐르는 구간이다.2, the refrigerant circulation line 300 includes a cryogenic refrigerant supply line 310 through which the cryogenic refrigerant is drawn out from the cryogenic cooling device 20 and a cryogenic refrigerant supply line 310 through which the cryogenic refrigerant cools the superconductor 1a, A refrigerant return line 320 circulating to the cooling device 20 is provided. Accordingly, the solid line shown in FIG. 2 is a section in which the cryogenic coolant flows through the cryogenic coolant supply line 310, and the dotted line is a section through which the heated coolant flows after the superconductor 1 a is cooled by the coolant return line 320.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 냉매순환라인(300)은, 극저온 냉매가 분기되어 상기 초전도 베어링(100)을 극저온 냉각하는 베어링냉매라인(313, 323);을 추가로 포함한다.2 and 3, the refrigerant circulation line 300 further includes a bearing refrigerant line 313 and 323 for cryogenically cooling the superconducting bearing 100 by cryogenic refrigerant branching.

즉, 초전도 베어링(100)의 초전도체(130)를 냉각시키기 위해 별도의 극저온 냉각장치를 설치할 필요없이 상기 회전기 냉각용 극저온 냉각장치(20)를 활용하여 상기 냉매순환라인(300)으로부터 초전도베어링의 초전도체(130)에 냉각시스템이 적용되도록 한다.That is, there is no need to provide a separate cryogenic cooling device to cool the superconductor 130 of the superconducting bearing 100, but the superconductor of the superconducting bearing can be removed from the coolant circulation line 300 by utilizing the cryogenic cooling device 20 for cooling the rotator. Thereby allowing the cooling system 130 to be applied.

이를 위해서 바람직하게는 도 2에서처럼 상기 냉매순환라인(300)은 회전축(5)의 중심부에 내입되어 설치된다. 즉, 상기 냉매순환라인(300)은, 상기 회전축(5) 내부에 축방향으로 관통되어 구비되고, 상기 베어링냉매라인(313, 323)은, 상기 축방향으로 형성된 냉매순환라인(300)으로부터 방사방향으로 분기되어 각각의 초전도베어링(100)의 초전도체(130)를 임계온도 이하로 냉각하고 유지하도록 한다.2, the refrigerant circulation line 300 is installed in the central portion of the rotary shaft 5 inwardly. That is, the refrigerant circulation line 300 is axially penetrated into the rotary shaft 5, and the bearing refrigerant lines 313 and 323 are radially extended from the refrigerant circulation line 300 formed in the axial direction So that the superconductors 130 of the respective superconducting bearings 100 are cooled and maintained below the critical temperature.

도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 베어링 냉매라인(313, 323)은 회전자(1)의 초전도체(1a) 냉각을 위한 냉매순환라인(300)과 동일한 구조로써 초전도 베어링(100)의 초전도체(130)에 극저온의 냉매를 공급하는 냉매라인(실선, 313)과 초전도체(130)를 식힌 후 극저온 냉각장치(20)로 회귀하는 냉매라인(점선, 323)으로 형성된다.3, the bearing refrigerant lines 313 and 323 have the same structure as the refrigerant circulation line 300 for cooling the superconductor 1 a of the rotor 1, and the superconductor 130 of the superconducting bearing 100, (Solid line) 313 for supplying a cryogenic coolant to the cryogenic cooler 20 and a coolant line (dotted line) 323 for returning to the cryogenic cooler 20 after cooling the superconductor 130.

상기 베어링냉매라인(313, 323)은, 상기 초전도 베어링(100)의 초전도체(130)를 직접 또는 간접적으로 냉각시키도록 할 수 있다.The bearing refrigerant lines 313 and 323 may directly or indirectly cool the superconductor 130 of the superconducting bearing 100.

이에 본 발명은 전체적으로 내부에 초전도체(1a)가 구비된 진공상태로 형성된 회전자(1); 상기 회전자(1)의 외주에 이격 설치되고 전기자 코일(3a)이 권선되어 있는 고정자(3); 상기 회전자(1)의 축방향으로 연장되어 형성된 회전축(5); 영구자석(110)과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체(130)를 구비한 무접촉 초전도 베어링(100); 상기 회전자(1) 및 고정자(3)를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치(20); 상기 극저온 냉각장치(20)로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자의 초전도체를 냉각시키는 냉매순환라인(300); 및 상기 냉매순환라인(300)으로부터 극저온 냉매가 분기되어 상기 초전도 베어링(100)의 초전도체(130)를 극저온 냉각하는 베어링냉매라인(313, 323);을 포함하는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템을 제공한다.Accordingly, the present invention relates to a rotor 1 formed in a vacuum state having a superconductor 1a as a whole; A stator 3 spaced apart from the outer periphery of the rotor 1 and having an armature coil 3a wound therearound; A rotating shaft 5 extending in the axial direction of the rotor 1; A contactless superconducting bearing (100) having a permanent magnet (110) and a superconductor (130) having a magnetic levitation force and a fixing force separated from the permanent magnet; A cryogenic cooling device 20 for cooling the rotor 1 and the stator 3; A refrigerant circulation line (300) for cooling the superconductor of the rotor by cryogenic coolant drawn from the cryogenic cooling device (20); And a bearing refrigerant line (313, 323) for cryogenically cooling the superconductor (130) of the superconducting bearing (100) by diverging the cryogenic coolant from the refrigerant circulation line (300) to provide superconducting bearing cooling system do.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, substitutions, and alterations can be made hereto without departing from the spirit of the present invention, and it is obvious that those parts easily changeable by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention.

1 : 회전자 1a : 초전도체
3 : 고정자 3a : 전기자 코일
5 : 회전축 10 : 일반 베어링
20 : 극저온 냉각장치 30 : 냉매순환라인
31 : 극저온냉매 공급라인 32 : 냉매 회귀라인
100 : 무접촉 초전도베어링 110 : 영구자석
130 : 초전도체 300 : 냉매순환라인
310 : 극저온냉매 공급라인 313 : 베어링 냉매라인
320 : 냉매 회귀라인 323 : 베어링 냉매라인1: rotor 1a: superconductor
3: stator 3a: armature coil
5: Rotary shaft 10: Plain bearing
20: Cryogenic cooling device 30: Refrigerant circulation line
31: cryogenic refrigerant supply line 32: refrigerant return line
100: contactless superconducting bearing 110: permanent magnet
130: superconductor 300: refrigerant circulation line
310: Cryogenic refrigerant supply line 313: Bearing refrigerant line
320: refrigerant return line 323: bearing refrigerant line

Claims (9)

초전도체로 구성되고 내부가 진공상태로 형성되어 회전하는 회전자;
상기 회전자의 외주에 이격 설치되어 전기자 코일이 권선되어 있고, 자기력에 의해 상기 회전자를 회전시키는 고정자;
상기 회전자가 회전하는 중심축을 형성하고, 축방향으로 연장되어 회전자의 양단에서 돌출 형성된 회전축;
상기 회전축 외주에 설치되고, 내부가 관통된 원통형으로 형성된 영구자석과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체를 구비한 무접촉 초전도 베어링;을 포함하고,
상기 회전자의 초전도체를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치; 및
상기 회전축 내부에 축방향으로 관통되게 구비되어, 상기 극저온 냉각장치로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자의 초전도체를 냉각시키는 냉매순환라인;이 구비되며,
상기 냉매순환라인은, 상기 축방향으로 형성된 냉매순환라인으로부터 방사방향으로 분기되어 상기 초전도 베어링을 극저온 냉각하는 베어링냉매라인;을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기.A rotor which is composed of a superconductor and is rotated in a vacuum state;
A stator which is disposed on the outer periphery of the rotor and is wound around the armature coil and rotates the rotor by a magnetic force;
A rotating shaft which forms a central axis through which the rotor rotates and which extends in the axial direction and protrudes from both ends of the rotor;
And a contactless superconducting bearing provided on the outer periphery of the rotating shaft and having a cylindrical permanent magnet penetrating the inside thereof and a superconductor having a magnetic levitation force and a fixing force separated from the permanent magnet,
A cryogenic cooling device for cooling the superconductor of the rotor; And
And a coolant circulation line provided in the rotating shaft so as to penetrate in the axial direction and cool the superconductor of the rotor by cryogenic coolant drawn from the cryogenic cooling device,
Wherein the refrigerant circulation line further includes a bearing refrigerant line branched in a radial direction from the refrigerant circulation line formed in the axial direction to cryogenically cool the superconducting bearing. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 초전도 베어링의 초전도체는,
상기 회전기의 회전축 외주에 별도의 진공공간을 형성하며 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기.The method according to claim 1,
The superconductor of the superconducting bearing comprises:
And a separate vacuum space is formed on the outer circumference of the rotary shaft of the rotary machine, so that the superconducting bearing is fixedly installed. 제 1 항에 있어서,
상기 초전도 베어링의 초전도체는,
상기 초전도 회전기의 회전축 내부 진공공간에 위치하여 별도의 초전도체용 진공환경을 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기.The method according to claim 1,
The superconductor of the superconducting bearing comprises:
Wherein the superconducting bearing is located in a vacuum space inside a rotary shaft of the superconducting rotating machine and does not have a separate vacuum environment for superconducting. 내부에 초전도체가 구비된 진공상태로 형성된 회전자;
상기 회전자의 외주에 이격 설치되고 전기자 코일이 권선되어 있는 고정자;
상기 회전자의 축방향으로 연장되어 형성된 회전축;
영구자석과 상기 영구자석과 이격되는 자기 부상력 및 고정력을 가지는 초전도체를 구비한 무접촉 초전도 베어링;
상기 회전자의 초전도체를 냉각하기 위한 극저온 냉각장치;
상기 회전축 내부에 축방향으로 관통되게 구비되어, 상기 극저온 냉각장치로부터 인출된 극저온 냉매가 상기 회전자의 초전도체를 냉각시키는 냉매순환라인; 및
상기 축방향으로 형성된 냉매순환라인으로부터 방사방향으로 분기되어 회전자의 초전도체와 상기 초전도 베어링을 동시에 극저온 냉각하는 베어링냉매라인;을 포함하는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템.A rotor formed in a vacuum state having a superconductor therein;
A stator which is spaced apart from the outer periphery of the rotor and in which an armature coil is wound;
A rotating shaft extending in the axial direction of the rotor;
A contactless superconducting bearing having a permanent magnet and a superconductor having a magnetic levitation force and a fixing force separated from the permanent magnet;
A cryogenic cooling device for cooling the superconductor of the rotor;
A refrigerant circulation line provided in the rotating shaft so as to penetrate in the axial direction and to cool the superconductor of the rotor by the cryogenic coolant drawn out from the cryogenic cooling device; And
And a bearing refrigerant line branched in a radial direction from the refrigerant circulation line formed in the axial direction for simultaneously cryogenically cooling the superconductor of the rotor and the superconducting bearing. 제 7 항에 있어서,
상기 베어링냉매라인은,
상기 초전도 베어링의 초전도체를 직접 냉각시키는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템.8. The method of claim 7,
The bearing refrigerant line may include:
Wherein the superconducting bearing is cooled by directly cooling the superconductor of the superconducting bearing. 제 7 항에 있어서,
상기 베어링냉매라인은,
상기 초전도 베어링의 초전도체를 간접 냉각시키는 것을 특징으로 하는 초전도 회전기의 초전도 베어링 냉각시스템.8. The method of claim 7,
The bearing refrigerant line may include:
Wherein the superconducting bearing indirectly cools the superconductor of the superconducting bearing.
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