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KR102680346B1 - tie rod for supercunducting magnets - Google Patents

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KR102680346B1
KR102680346B1 KR1020220025809A KR20220025809A KR102680346B1 KR 102680346 B1 KR102680346 B1 KR 102680346B1 KR 1020220025809 A KR1020220025809 A KR 1020220025809A KR 20220025809 A KR20220025809 A KR 20220025809A KR 102680346 B1 KR102680346 B1 KR 102680346B1
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KR
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tie rod
length
superconducting coil
superconducting
parts
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김진근
이창형
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주식회사 수퍼제닉스
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 초전도 코일을 고정시키는 초전도 자석용 타이로드에 관한 것이다.
본 발명은 복수의 파트가 결합되어 형성되되, 적어도 하나 이상의 파트는 다른 파트와 열수축계수가 다르다. 이때, 제1파트의 열수축 계수는 제2파트의 열수축 계수보다 크고, 상기 제2파트는 상기 상부플레이트 및 하부플레이트에 각각 결합되며, 상기 제1파트는 상기 제2파트 사이에 구비된다. 그리고 상기 타이로드는 제1파트 및 제2파트가 서로 형합되어 열박음되며, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리, G-10 중 어느 2개 이상으로 형성된다. 또한, 상기 초전도 코일의 전체 수축 길이는 상기 제1파트 및 제2파트의 수축 길이를 합산한 값 이하이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 열수축 계수가 상이한 2개 이상의 파트로 형성된 타이로드를 통해 상기 타이로드의 수축 길이가 초전도 코일의 전체 수축 길이 이하이도록 조절하여, 초전도 코일을 안정적으로 고정시켜 퀸치 현상을 방지하고 상기 수축 길이 차이로 인해 발생하는 압축응력 및 열응력에 의해 초전도 코일 및 타이로드가 변형 또는 파손되는 것을 방지한다.
The present invention relates to a tie rod for a superconducting magnet that secures a superconducting coil.
The present invention is formed by combining a plurality of parts, but at least one part has a different thermal contraction coefficient from the other parts. At this time, the heat contraction coefficient of the first part is greater than that of the second part, the second part is coupled to the upper plate and the lower plate, respectively, and the first part is provided between the second parts. In addition, the tie rod is made of any two or more of aluminum, stainless steel, copper, and G-10, in which the first part and the second part are joined and shrink-fitted together. Additionally, the total contracted length of the superconducting coil is less than or equal to the sum of the contracted lengths of the first part and the second part.
According to the present invention, the contraction length of the tie rod is adjusted to be less than the total contraction length of the superconducting coil through a tie rod formed of two or more parts with different thermal contraction coefficients, thereby preventing the quench phenomenon by stably fixing the superconducting coil. And prevents the superconducting coil and tie rod from being deformed or damaged by compressive stress and thermal stress caused by the difference in shrinkage length.

Description

초전도 자석용 타이로드{tie rod for supercunducting magnets}Tie rod for superconducting magnets}

본 발명은 초전도 코일을 고정시키는 초전도 자석용 타이로드에 관한 것이다.The present invention relates to a tie rod for a superconducting magnet that secures a superconducting coil.

일반적으로 특정 온도 이하가 되면 전기저항이 0이 되는 물질을 초전도체라고 한다. 이러한 초전도체는 전이온도의 크기에 따라 저온 초전도체와 고온 초전도체로 구분된다.In general, materials whose electrical resistance becomes 0 below a certain temperature are called superconductors. These superconductors are divided into low-temperature superconductors and high-temperature superconductors depending on the size of the transition temperature.

저온 초전도체는 온도가 약 4K에서 초전도체가 되는 물질을 말하며, 선의 형태로 가공되므로 용이하게 코일로 권선되어 초전도 자석에 사용되고 있다. Low-temperature superconductors refer to materials that become superconductors at a temperature of about 4K. Since they are processed in the form of wires, they are easily wound into coils and used in superconducting magnets.

이와 달리, 고온 초전도체는 온도가 30K이상에서도 초전도체가 되는 물질을 말하며, 테이프 형태로 가공되므로 상기 저온 초전도체와 같은 전자석 형태로 감을 수 없어 팬케이크(pancake) 또는 더블팬케이크(double pancake) 형태의 코일이 복수개 적층되어 사용되고 있다.On the other hand, a high-temperature superconductor refers to a material that becomes a superconductor even at a temperature of 30K or higher. Since it is processed in the form of a tape, it cannot be wound in the form of an electromagnet like the low-temperature superconductor, so it has a plurality of coils in the form of a pancake or double pancake. It is used layered.

이와 관련하여, 특허문헌 1인 ‘초전도 자석 및 초전도 자석 제조 방법’이 제안된 바가 있다.In this regard, Patent Document 1, ‘Superconducting magnet and method of manufacturing superconducting magnet,’ has been proposed.

도 1에는 종래기술에 따른 초전도 자석의 사시도가 도시된다. 이를 살펴보면, 상기 특허문헌 1은 적층되는 복수의 초전도 플레이트(1), 상기 플레이트들을 고정시키는 고정부재를 포함하며, 상기 고정부재는 상부 플레이트(21), 하부 플레이트(22) 및 연결부재(23)로 구성된다.Figure 1 shows a perspective view of a superconducting magnet according to the prior art. Looking at this, Patent Document 1 includes a plurality of superconducting plates 1 that are stacked, and a fixing member for fixing the plates, and the fixing member includes an upper plate 21, a lower plate 22, and a connecting member 23. It consists of

상기 연결부재(23)는 연결로드와 너트로 이루어져, 복수의 초전도 플레이트가 적층된 상태를 유지하도록 고정시킨다.The connecting member 23 consists of a connecting rod and a nut, and secures the plurality of superconducting plates to maintain the stacked state.

그러나, 상기 초전도 자석은 상온 환경에서 제작되어 극저온 환경에서 사용되며, 이때 온도 변화로 인해 부피가 줄어드는 열수축 현상이 발생한다.However, the superconducting magnet is manufactured in a room temperature environment and used in a cryogenic environment, and at this time, a heat shrinkage phenomenon occurs in which the volume is reduced due to temperature changes.

도 2에는 종래기술에 따른 초전도 자석의 열수축 예를 나타낸 도면이 도시된다. 이를 살펴보면, 상기 초전도 플레이트(1)와 연결부재(23)의 열수축에 의해 수축되는 길이(이하 ‘수축 길이’)가 상이함으로써, 초전도 플레이트(1)가 상부 또는 하부 플레이트(21,22)에 접촉되지 않는다. 이로 인해, 초전도 플레이트(1)가 안정적으로 고정되지 않음으로써, 초전도 자석을 이용한 시스템 운영 시 초전도 현상이 깨져 저항이 급속도로 올라가는 퀸치(Quench) 현상이 발생한다.Figure 2 shows a diagram showing an example of heat shrinkage of a superconducting magnet according to the prior art. Looking at this, the length contracted by heat shrinkage of the superconducting plate 1 and the connecting member 23 (hereinafter referred to as 'contraction length') is different, so that the superconducting plate 1 is in contact with the upper or lower plates 21 and 22. It doesn't work. As a result, the superconducting plate 1 is not stably fixed, resulting in a quench phenomenon in which the superconductivity phenomenon is broken and resistance rapidly increases when operating a system using a superconducting magnet.

또는, 초전도 플레이트(1)의 수축 길이가 연결부재(23)보다 짧을 경우에는 상부 및 하부 플레이트(21,22)에 의해 초전도 플레이트(1)에 강한 압축력이 작용하여 초전도 플레이트(1)가 변형 또는 파손될 수 있다. 또한, 초전도 플레이트(1)와 연결부재(23) 간의 수축 길이 차이로 인해 연결부재(23) 내부에 열응력이 발생하여 연결부재(23)가 변형 또는 파손될 수 있다.Alternatively, when the shrinkage length of the superconducting plate 1 is shorter than the connecting member 23, a strong compressive force is applied to the superconducting plate 1 by the upper and lower plates 21 and 22, causing the superconducting plate 1 to deform or deform. It may be damaged. In addition, due to the difference in shrinkage length between the superconducting plate 1 and the connecting member 23, thermal stress may be generated inside the connecting member 23, causing the connecting member 23 to be deformed or damaged.

상술된 문제점들을 해결하기 위해서는 초전도 플레이트(1)의 수축 길이를 고려하여 연결부재(23)가 형성되어야 한다. 즉, 연결부재(23)와 초전도 플레이트(1)의 수축 길이가 동일하거나, 연결부재(23)의 수축 길이가 초전도 플레이트(1)의 수축 길이보다 길되 열응력 및 압축응력에 의해 연결부재(23) 및 초전도 플레이트(1)가 파손되지 않도록 하여야 한다.In order to solve the above-mentioned problems, the connecting member 23 must be formed in consideration of the shrinkage length of the superconducting plate 1. That is, the shrinkage length of the connection member 23 and the superconducting plate 1 is the same, or the shrinkage length of the connection member 23 is longer than the shrinkage length of the superconducting plate 1, but the connection member 23 is caused by thermal stress and compressive stress. ) and the superconducting plate (1) must be ensured not to be damaged.

그러나, 상기 연결부재(23)는 단일소재로 형성될 뿐만 아니라 초전도 플레이트(1)와 달리 비자성 소재로 형성되므로, 초전도 플레이트(1)의 수축 길이에 맞춰 연결부재(23)를 제작하기가 용이하지 않다.However, the connecting member 23 is not only formed of a single material, but also, unlike the superconducting plate 1, is formed of a non-magnetic material, so it is easy to manufacture the connecting member 23 according to the contracted length of the superconducting plate 1. don't do it

KRKR 10-1311459 10-1311459 B1B1

본 발명의 목적은 열수축 계수가 상이한 2개 이상의 파트로 형성된 타이로드를 통해 상기 타이로드의 수축 길이가 초전도 코일의 전체 수축 길이 이하이도록 조절하여, 초전도 코일을 안정적으로 고정시켜 퀸치 현상을 방지하고, 수축 길이 차이로 인해 발생하는 압축응력 및 열응력에 의해 초전도 코일 및 타이로드가 변형 또는 파손되는 것을 방지하는 초전도 자석용 타이로드를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to prevent the quench phenomenon by stably fixing the superconducting coil by adjusting the shrinkage length of the tie rod to be less than the total shrinkage length of the superconducting coil through a tie rod formed of two or more parts with different thermal contraction coefficients, To provide a tie rod for a superconducting magnet that prevents the superconducting coil and tie rod from being deformed or damaged by compressive stress and thermal stress caused by differences in shrinkage length.

본 발명의 실시예에 따른 타이로드는 복수의 파트가 결합되어 형성되되, 적어도 하나 이상의 파트는 다른 파트와 열수축계수가 다르다. 이때, 제1파트의 열수축 계수는 제2파트의 열수축 계수보다 크고, 상기 제2파트는 상기 상부플레이트 및 하부플레이트에 각각 결합되며, 상기 제1파트는 상기 제2파트 사이에 구비된다.The tie rod according to an embodiment of the present invention is formed by combining a plurality of parts, and at least one part has a different thermal contraction coefficient from the other parts. At this time, the heat contraction coefficient of the first part is greater than that of the second part, the second part is coupled to the upper plate and the lower plate, respectively, and the first part is provided between the second parts.

그리고 상기 타이로드는 제1파트 및 제2파트가 서로 형합되어 열박음되며, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리, G-10 중 어느 2개 이상으로 형성된다.In addition, the tie rod is made of any two or more of aluminum, stainless steel, copper, and G-10, in which the first part and the second part are joined and shrink-fitted together.

또한, 상기 초전도 코일의 전체 수축 길이는 상기 제1파트 및 제2파트의 수축 길이를 합산한 값 이하이다.Additionally, the total contracted length of the superconducting coil is less than or equal to the sum of the contracted lengths of the first part and the second part.

본 발명의 실시예에 따르면, 열수축 계수가 상이한 2개 이상의 파트로 형성된 타이로드를 통해 상기 타이로드의 수축 길이가 초전도 코일의 전체 수축 길이 이하이도록 조절하여, 초전도 코일을 안정적으로 고정시켜 퀸치 현상을 방지하고, 상기 수축 길이 차이로 인해 발생하는 압축응력 및 열응력에 의해 초전도 코일 및 타이로드가 변형 또는 파손되는 것을 방지한다.According to an embodiment of the present invention, the contraction length of the tie rod is adjusted to be less than the total contraction length of the superconducting coil through a tie rod formed of two or more parts with different thermal contraction coefficients, thereby stably fixing the superconducting coil to prevent the quench phenomenon. and prevents the superconducting coil and tie rod from being deformed or damaged due to compressive stress and thermal stress caused by the difference in shrinkage length.

도 1은 종래기술에 따른 초전도 자석의 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 초전도 자석의 열수축 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 타이로드를 포함하는 초전도 자석의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 타이로드의 분해사시도.
도 5는 본 발명의 실시예예 따른 타이로드를 포함하는 초전도 자석의 열수축 예를 나타낸 도면.
1 is a perspective view of a superconducting magnet according to the prior art.
Figure 2 is a diagram showing an example of heat shrinkage of a superconducting magnet according to the prior art.
Figure 3 is a perspective view of a superconducting magnet including a tie rod according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exploded perspective view of a tie rod according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing an example of heat shrinkage of a superconducting magnet including a tie rod according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement it. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and identical or similar components are given the same reference numerals throughout the specification. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings.

도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 타이로드를 포함하는 초전도 자석의 사시도가 도시된다.Figure 3 shows a perspective view of a superconducting magnet including a tie rod according to an embodiment of the present invention.

이를 살펴보면, 상기 초전도 자석은 초전도 코일(100) 및 고정부재를 포함한다.Looking at this, the superconducting magnet includes a superconducting coil 100 and a fixing member.

상기 초전도 코일(100)은 선의 형태로 권선된 형태이거나 복수의 팬케이크 또는 더블팬케이크가 적층된 형태일 수 있다. 또는 종래기술과 같이 복수의 초전도 플레이트가 적층되는 형태일 수 있다.The superconducting coil 100 may be wound in the form of a line or may be a form in which a plurality of pancakes or double pancakes are stacked. Alternatively, it may be a form in which a plurality of superconducting plates are stacked, as in the prior art.

상기 고정부재는 상부 플레이트(210), 하부 플레이트(220), 타이로드(230) 및 너트(240)를 포함한다.The fixing member includes an upper plate 210, a lower plate 220, a tie rod 230, and a nut 240.

상기 상부 및 하부 플레이트(210,220)는 초전도 코일(100)보다 넓은 면적으로 형성되며, 초전도 코일(100)의 상하부에 각각 위치한다. 그리고 상부 및 하부 플레이트(210,220)의 가장자리 영역에는 서로 이격하여 복수의 결합홀이 형성된다.The upper and lower plates 210 and 220 are formed with a larger area than the superconducting coil 100 and are located at the upper and lower parts of the superconducting coil 100, respectively. In addition, a plurality of coupling holes are formed in the edge areas of the upper and lower plates 210 and 220, spaced apart from each other.

상기 상부 및 하부 플레이트(210,220)는 초전도 코일(100)과 전기적으로 절연되는 절연소재로 형성될 수 있으며, 예를 들어 수지 또는 플라스틱 소재로 형성될 수 있다.The upper and lower plates 210 and 220 may be made of an insulating material that is electrically insulated from the superconducting coil 100, and may be made of, for example, a resin or plastic material.

본 발명의 실시예에 따른 타이로드(230)는 복수의 파트가 동축을 이루도록 결합되어 형성되되, 양끝에 위치되는 각각의 파트 일부는 상부 플레이트(210)의 상부 및 하부 플레이트(220)의 하부로 관통된다. 그리고 양끝에 위치되는 각각의 파트 외주면에는 나사산이 형성된다.The tie rod 230 according to an embodiment of the present invention is formed by combining a plurality of parts so as to form a coaxial axis, and a portion of each part located at both ends is located at the upper part of the upper plate 210 and the lower part of the lower plate 220. It penetrates. And threads are formed on the outer peripheral surface of each part located at both ends.

상기 너트(240)는 상부 플레이트(210)의 상부 및 하부 플레이트(220)의 하부에 각각 위치되며, 타이로드(230)와 결합되어 상부 및 하부 플레이트(210,220)가 탈거되지 않도록 고정시킨다. 즉, 상부 및 하부 플레이트(210,220)가 초전도 코일의 상하면에 안정적으로 접촉되도록 고정시킨다.The nut 240 is located at the lower part of the upper and lower plates 220 of the upper plate 210, and is combined with the tie rod 230 to secure the upper and lower plates 210 and 220 from being removed. That is, the upper and lower plates 210 and 220 are fixed to stably contact the upper and lower surfaces of the superconducting coil.

도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 타이로드의 분해사시도가 도시된다.Figure 4 shows an exploded perspective view of a tie rod according to an embodiment of the present invention.

이를 살펴보면, 상기 타이로드(230)는 2개 이상의 파트로 형성되되, 적어도 하나 이상의 파트는 다른 파트와 열수축 계수가 다르게 이루어진다. 상기 열수축 계수는 음의 열팽창 계수를 의미한다.Looking at this, the tie rod 230 is formed of two or more parts, and at least one part has a different heat contraction coefficient from the other parts. The thermal contraction coefficient means a negative thermal expansion coefficient.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 타이로드(230)는 제1파트(231) 및 제2파트(232)로 형성되되, 상기 제1파트(231)의 열수축 계수는 제2파트(232)의 열수축 계수보다 크다.According to an embodiment of the present invention, the tie rod 230 is formed of a first part 231 and a second part 232, and the heat contraction coefficient of the first part 231 is that of the second part 232. greater than the heat contraction coefficient.

그리고 상기 제2파트(232)는 상부 및 하부 플레이트(210,220)에 각각 결합되며, 상기 제1파트(231)는 상기 제2파트(232) 사이에 구비된다.And the second part 232 is coupled to the upper and lower plates 210 and 220, respectively, and the first part 231 is provided between the second parts 232.

상기 타이로드(230)는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리, G-10 중 어느 2개 이상으로 형성될 수 있다. 즉, 비자성 소재 중 어느 2개 이상을 포함하여 형성될 수 있다.The tie rod 230 may be formed of any two or more of aluminum, stainless steel, copper, and G-10. That is, it can be formed by including any two or more of the non-magnetic materials.

상기 각 파트의 직경은 동일하게 형성되되, 높이는 열수축 계수에 따라 다르게 형성된다. 즉, 제1파트(231)는 제2파트(232)보다 길게 형성될 수 있다.The diameter of each part is formed to be the same, but the height is formed differently depending on the heat contraction coefficient. That is, the first part 231 may be formed longer than the second part 232.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1파트(231) 및 제2파트(232)의 상하면이 높이 방향으로 함몰 또는 돌출되어 서로 형합 가능한 형태로 형성된다.According to an embodiment of the present invention, the upper and lower surfaces of the first part 231 and the second part 232 are recessed or protruded in the height direction to form a shape that can be fitted with each other.

상세하게는, 제1파트(232)의 상하면이 모두 함몰 또는 돌출되고, 제2파트(232)는 제1파트(231)와 결합 가능하도록 함몰 또는 돌출된다.In detail, both the upper and lower surfaces of the first part 232 are recessed or protruded, and the second part 232 is recessed or protruded so as to be capable of being coupled to the first part 231.

또는, 제1파트(232)의 일면이 함몰되고 타면이 돌출되며, 제2파트(232)는 제1파트(231)와 결합 가능한 형태로 형성된다.Alternatively, one side of the first part 232 is depressed and the other side protrudes, and the second part 232 is formed in a form that can be combined with the first part 231.

그리고 상기 제1,2파트(231,232)는 형합된 이후 열박음된다.And the first and second parts 231 and 232 are shrink-fitted after being joined.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1,2파트(231,232)의 함몰되는 일면의 내측에 나사산이 형성되고, 돌출되는 일면의 외측에도 나사산이 형성됨으로써 상기 제1,2파트(231,232)는 서로 나사 결합된다.According to another embodiment of the present invention, a screw thread is formed on the inside of the recessed side of the first and second parts 231 and 232, and a screw thread is also formed on the outside of the protruding side, so that the first and second parts 231 and 232 are are screwed together.

도 5에는 본 발명의 실시예에 따른 타이로드를 포함하는 초전도 자석의 열수축 예를 나타낸 도면이 도시된다.Figure 5 shows a diagram showing an example of heat shrinkage of a superconducting magnet including a tie rod according to an embodiment of the present invention.

이를 살펴보면, 상기 타이로드(230)의 수축 길이가 초전도 코일(100) 수축 길이 이상으로 이루어짐으로써, 상기 초전도 코일(100)의 상하면은 상부 및 하부 플레이트(210,220)와 면 접촉된다.Looking at this, the contracted length of the tie rod 230 is longer than the contracted length of the superconducting coil 100, so that the upper and lower surfaces of the superconducting coil 100 are in surface contact with the upper and lower plates 210 and 220.

상기 타이로드(230)의 수축 길이와 초전도 코일(100)의 수축 길이가 동일한 경우, 초전도 코일(100)과 상부 및 하부 플레이트(210,220)가 접촉되는 면에서 마찰력이 발생되어 초전도 코일(100)이 고정된다.When the contracted length of the tie rod 230 and the contracted length of the superconducting coil 100 are the same, frictional force is generated on the surface where the superconducting coil 100 and the upper and lower plates 210 and 220 contact, so that the superconducting coil 100 It is fixed.

또는, 상기 타이로드(230)의 수축 길이가 초전도 코일(100)의 수축 길이보다 긴 경우, 상기 수축 길이 차이로 인해 상부 및 하부 플레이트(210,220)와 면접촉되는 초전도 코일(100)에 압축응력이 발생되어 초전도 코일(100)이 고정된다.Alternatively, when the contracted length of the tie rod 230 is longer than the contracted length of the superconducting coil 100, compressive stress is applied to the superconducting coil 100 in surface contact with the upper and lower plates 210 and 220 due to the difference in contracted length. This occurs and the superconducting coil 100 is fixed.

상기 수축 길이는 아래의 수학식 1에 의해 결정된다.The shrinkage length is determined by Equation 1 below.

Figure 112022022157892-pat00001
Figure 112022022157892-pat00001

상기

Figure 112022022157892-pat00002
은 수축 길이,
Figure 112022022157892-pat00003
은 초기 길이,
Figure 112022022157892-pat00004
은 현재 길이,
Figure 112022022157892-pat00005
는 열수축 계수,
Figure 112022022157892-pat00006
은 초기 온도 및
Figure 112022022157892-pat00007
는 현재 온도를 의미한다.remind
Figure 112022022157892-pat00002
silver shrinkage length,
Figure 112022022157892-pat00003
is the initial length,
Figure 112022022157892-pat00004
is the current length,
Figure 112022022157892-pat00005
is the heat contraction coefficient,
Figure 112022022157892-pat00006
is the initial temperature and
Figure 112022022157892-pat00007
means the current temperature.

본 발명의 실시예에 따르면 상기 타이로드(230)의 초기 길이는 상부 플레이트(210) 하단부터 하부 플레이트(220) 상단까지의 길이를 의미하며, 초전도 코일(100)의 초기 길이와 동일하다.According to an embodiment of the present invention, the initial length of the tie rod 230 refers to the length from the bottom of the upper plate 210 to the top of the lower plate 220, and is the same as the initial length of the superconducting coil 100.

즉, 상기 타이로드(230)의 수축 길이는 각 파트를 형성하는 소재의 열수축 계수에 의해 결정된다. 더불어, 상기 수축 길이 차이로 인해 초전도 코일(100)에 발생하는 압축응력과 초전도 코일(100)의 항복강도를 고려하여 타이로드(230)의 수축 길이가 결정된다. 따라서, 상기 타이로드(230)의 수축 길이는 초전도 코일(100)이 압축응력에 의해 변형 또는 파손되지 않는 범위 내에서 결정된다.That is, the shrinkage length of the tie rod 230 is determined by the thermal contraction coefficient of the material forming each part. In addition, the shrinkage length of the tie rod 230 is determined by considering the compressive stress generated in the superconducting coil 100 and the yield strength of the superconducting coil 100 due to the difference in shrinkage length. Accordingly, the contracted length of the tie rod 230 is determined within a range in which the superconducting coil 100 is not deformed or damaged by compressive stress.

그리고 상기 초전도 코일(100)에 압축응력이 발생함과 동시에 상기 타이로드(230)에는 수축 구속으로 인해 상기 수축 길이와 비례하여 열응력이 발생한다.And at the same time that compressive stress is generated in the superconducting coil 100, thermal stress is generated in the tie rod 230 in proportion to the contracted length due to contraction restraint.

상기 열응력은 아래의 수학식 2에 의해 결정된다.The thermal stress is determined by Equation 2 below.

Figure 112022022157892-pat00008
Figure 112022022157892-pat00008

상기

Figure 112022022157892-pat00009
는 열응력 및
Figure 112022022157892-pat00010
는 소재 탄성 계수를 의미한다.remind
Figure 112022022157892-pat00009
is the thermal stress and
Figure 112022022157892-pat00010
means the material elastic modulus.

즉, 타이로드(230)의 수축 길이는 타이로드(230)에 발생하는 열응력과 타이로드(230)의 항복강도를 고려하여, 타이로드(230)가 열응력에 의해 변형 또는 파손되지 않는 범위 내에서 결정된다.That is, the shrinkage length of the tie rod 230 is within a range in which the tie rod 230 is not deformed or damaged by thermal stress, considering the thermal stress occurring in the tie rod 230 and the yield strength of the tie rod 230. It is decided within.

도 1 및 2에 도시된 종래기술에 따른 연결부재(23)를 포함하는 초전도 자석을 살펴보면, 연결부재(23)는 단일 소재로 형성되므로 상기 연결부재(23)의 수축 길이가 초전도 코일(100)의 수축 길이 이상이 되도록 조절하기 용이하지 않다.Looking at the superconducting magnet including the connecting member 23 according to the prior art shown in FIGS. 1 and 2, the connecting member 23 is formed of a single material, so the contracted length of the connecting member 23 is that of the superconducting coil 100. It is not easy to adjust it to exceed the contracted length of .

상세히 설명하면, 상기 수학식 1에 의하면 상기 연결부재(23)의 초기 길이는 초전도 코일(100)의 초기 길이와 동일하다. 따라서, 연결부재(23)의 수축 길이를 조절하기 위해서는 연결부재(23)의 소재를 변경하여야 한다.In detail, according to Equation 1, the initial length of the connecting member 23 is the same as the initial length of the superconducting coil 100. Therefore, in order to adjust the shrinkage length of the connecting member 23, the material of the connecting member 23 must be changed.

따라서, 자성 소재로 형성되는 초전도 코일(100)에는 접합 소재 등 2개 이상의 소재가 더 포함될 수 있으므로, 연결부재(23)의 단일 소재만으로 수축 길이를 조절하기 용이하지 않다.Therefore, since the superconducting coil 100 formed of a magnetic material may further include two or more materials such as a bonding material, it is not easy to control the shrinkage length with only a single material of the connecting member 23.

본 발명의 실시예에 따르면 상기 타이로드(230)는 제1파트(231) 및 제2파트(232)가 동축으로 결합되어 형성되되, 제1파트(231)는 제2파트(232)보다 열수축 계수가 크다. 즉, 상기 제1파트(231)의 수축 길이는 제2파트(232)의 수축 길이보다 길다.According to an embodiment of the present invention, the tie rod 230 is formed by coaxially combining a first part 231 and a second part 232, and the first part 231 is thermally contracted more than the second part 232. The coefficient is large. That is, the contracted length of the first part 231 is longer than the contracted length of the second part 232.

그리고 하나의 제1파트(231)와 두 개의 제2파트(232)의 수축 길이를 합산한 값은 초전도 코일(100)의 전체 수축 길이 값 이상으로 이루어진다.And the sum of the contracted lengths of one first part 231 and the two second parts 232 is greater than or equal to the total contracted length of the superconducting coil 100.

이때, 제1파트(231) 및 제2파트(232)의 소재 변경 또는 제1파트(231)와 제2파트(232)의 초기 길이 비율을 변경함으로써, 수축 길이를 용이하게 조절할 수 있다.At this time, the shrinkage length can be easily adjusted by changing the materials of the first part 231 and the second part 232 or changing the initial length ratio of the first part 231 and the second part 232.

상기 타이로드(230)의 소재로 사용되는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리 및 G-10의 열수축률은 77K 내지 300K에서 각각 0.4%, 0.3%. 0.32% 및 1%이다.The heat shrinkage rates of aluminum, stainless steel, copper, and G-10 used as materials for the tie rod 230 are 0.4% and 0.3%, respectively, at 77K to 300K. 0.32% and 1%.

따라서, 초전도 코일(100)의 소재에 따른 열수축률을 고려하여 타이로드(230)를 형성한다.Therefore, the tie rod 230 is formed in consideration of the thermal contraction rate depending on the material of the superconducting coil 100.

즉, 본 발명은 상기 타이로드(230)의 수축 길이를 조절하기 위해서 파트 개수, 각 파트의 초기 길이 및 초기 직경 또는 각 파트의 소재 중 하나 이상을 변경한다. 이때, 상기 타이로드(230)와 초전도 코일(100)이 변형 또는 파손되는 것을 방지하기 위하여 상기 타이로드(230)와 초전도 코일(100)을 항복강도를 고려하여 상기 타이로드(230)가 형성된다.That is, in order to adjust the contracted length of the tie rod 230, the present invention changes one or more of the number of parts, the initial length and initial diameter of each part, or the material of each part. At this time, in order to prevent the tie rod 230 and the superconducting coil 100 from being deformed or damaged, the tie rod 230 is formed by considering the yield strength of the tie rod 230 and the superconducting coil 100. .

본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention should be construed as including all changes or modified forms derived based on the technical idea of the present invention in addition to the embodiments disclosed herein.

100 : 초전도 코일
210 : 상부 플레이트
220 : 하부 플레이트
230 : 타이로드
231 : 제1파트
232 : 제2파트
240 : 너트
100: superconducting coil
210: upper plate
220: lower plate
230: tie rod
231: Part 1
232: Part 2
240: nut

Claims (5)

초전도 코일의 고정을 위하여 초전도 코일의 상부 및 하부에 각각 위치되는 상부 및 하부플레이트 사이를 연결하는 초전도 자석용 타이로드에 있어서,
상기 타이로드는,
상기 상부플레이트 및 하부플레이트에 각각 결합되는 2개의 제2파트와,
상기 2개의 제2파트 사이에 구비되는 제1파트가 서로 동축결합되어 형성되며,
상기 제1파트는 상기 제2파트보다 열수축 계수가 크고,
상기 제1파트와 2개의 제2파트의 수축 길이를 합산한 값은 상기 초전도 코일의 전체 수축 길이 보다 크며,
상기 제1파트의 길이는 하나의 제2파트 길이보다 길게 형성되어 타이로드 중앙 부분에서 보다 많은 수축이 발생되는 것을 특징으로 하는 초전도 자석용 타이로드.
In the tie rod for a superconducting magnet, which connects between the upper and lower plates located at the upper and lower parts of the superconducting coil, respectively, for fixing the superconducting coil,
The tie rod is,
Two second parts respectively coupled to the upper plate and lower plate,
The first part provided between the two second parts is coaxially coupled to each other,
The first part has a higher heat contraction coefficient than the second part,
The sum of the contracted lengths of the first part and the two second parts is greater than the total contracted length of the superconducting coil,
A tie rod for a superconducting magnet, wherein the length of the first part is longer than the length of the second part, so that more shrinkage occurs in the central part of the tie rod.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 타이로드는,
알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리, G-10 중 2개 이상의 조합을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 자석용 타이로드.
According to claim 1,
The tie rod is,
A tie rod for superconducting magnets, characterized in that it is formed through a combination of two or more of aluminum, stainless steel, copper, and G-10.
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