KR20110027705A

KR20110027705A - 초전도 도체 밴드로 구성된 2개 이상의 복합 도체를 구비한 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조

Info

Publication number: KR20110027705A
Application number: KR1020107028830A
Authority: KR
Inventors: 한스-페터 크레머
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: DK2289077T3; US20110116198A1; US8600463B2; DE102008029722B3; PL2289077T3; RU2011102459A; EP2289077A1; ATE532190T1; RU2491674C2; CN102067252A; CN102067252B; JP2011525684A; KR101548404B1; ES2375696T3; HRP20120070T1; JP5506790B2; PT2289077E; WO2009156197A1; BRPI0914620A2; EP2289077B1

Abstract

본 발명은 하나의 공통 평면에서 상호 절연되며 서로 인접하게 배치된 하나 이상의 제1 복합 도체 및 하나 이상의 제2 복합 도체(10, 20, 30)를 포함하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A)에 관한 것이다. 복합 도체(10, 20, 30)는, 바이필라 구조를 형성하면서 평행하게 연장되고 하나 이상의 초전도 도체 밴드(2)로 구성되는 각각 2개의 도체 부분(11, 12, 21, 22, 31, 32)을 포함한다. 상기 도체 부분은 복합 도체(10, 20, 30)는 하나의 코일 권선을 형성하며, 이 경우 상기 코일 권선의 와인딩들은 전반적으로 나선형으로 진행되고 스페이서(3)에 의해 상호 절연된다.

Description

초전도 도체 밴드로 구성된 2개 이상의 복합 도체를 구비한 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조{CONDUCTOR ARRANGEMENT FOR A RESISTIVE SWITCHING ELEMENT HAVING AT LEAST TWO COMPOSITE CONDUCTORS MADE FROM SUPERCONDUCTING CONDUCTOR BANDS}

본 발명은 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체를 구비한 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조에 관한 것이다. 복합 도체는, 각각 2개의 부분이 평행하게 연장되면서 바이필라 구조를 형성하고 각각 하나 이상의 초전도 도체 밴드로 구성되는 도체 부분을 포함한다. 이러한 도체 배치 구조는 예컨대 US 6 275 365 B1호에 공지되어 있다.

전기 공급 시스템에서 전기 에너지는 제너레이터로부터 소모 장치로 이송된다. 이 경우 단락이 방지되어야 하는데, 그 이유는 상기 단락으로 인해 수리가 불가능할 정도로 시스템이 손상될 수 있기 때문이다. 소위 단락 회로 전류 제한기를 사용함으로써 전기 공급 시스템에서 단락을 방지할 수 있다.

스위칭 특성 및 작동 비용과 관련해서 특히 유용한 형태는 초전도 단락 회로 전류 제한기이다. 초전도 단락 회로 전류 제한기는 초전도에 기초해서 작동중 전력 손실이 전혀 없거나 매우 적은 정도의 전력 손실만을 가지므로, 신속하고 가역적인 스위칭을 특징으로 한다. 상기 제한기의 기능 원리는 단락 회로 전류가 발생할 때 초전도 상태로부터 정상 전도 상태로 초전도 장치가 전환되는 것에 기초하고 있다. 전기 공급 시스템에 직렬 연결된 초전도 장치는 이러한 전환에 의해 전기 공급 시스템 내로 저항을 매우 신속하게 연결하며 상기 저항은 단락 회로 전류를 제한한다. 이로써 전기 공급 시스템과 이에 연결된 장치는 단락 회로 전류에 대해 보호된다. 단락 회로 전류가 감소한 후, 초전도 장치가 임계 온도 미만으로 냉각됨에 따라 정상 전도 상태로부터 초전도 상태로 복귀됨으로써 단락 회로 전류 제한기는 전기 공급 시스템으로부터 추가 저항을 다시 제거할 수 있다. 이로써 전기 공급 시스템 내의 전류 제한기에 의해 손실이 거의 없는 방식으로 전류가 다시 전달될 수 있다.

예컨대 US 6 275 365 B1호와 같은 종래 기술에는 서로 나란히 와인딩된 바이필라 초전도 코일을 구비한 초전도 단락 회로 전류 제한기가 공지되어 있다. 코일은 각각 하나의 도체 밴드로 형성되며, 도체 밴드는 2개의 도체 부분으로 구성되고 원통형 코일 코어를 중심으로 와인딩된다. 도체 밴드 자체는 접혀지며, 이때 2개의 인접한 도체 부분들이 형성되고 각각의 도체 부분은 절연층에 의해, 인접한 도체 부분에 대해 전기적으로 분리된다. 인접한 코일들은 원통형 코일 코어의 축을 따라 상이한 위치에서 와인딩된다. 인접한 코일들은 서로 병렬 연결될 수 있다. 그러나 이 경우 코일의 내전압과 관련해서 문제점이 발생한다. 상기 구조에서, 코일에 인가되는 전체 전압은 2개의 외측 와인딩에서 강하한다. 공칭 전압이 특히 10kV보다 큰 경우, 도체 부분들 사이에 간격이 요구됨으로 인해 인덕턴스, 손실 및 필요한 공간이 매우 커지게 된다.

본 발명의 목적은 저항성 스위칭 소자를 위해, 특히 서두에 언급한 특징들을 갖는 단락 회로 전류 제한기를 위해, 컴팩트한 구조와 낮은 인덕턴스, 적은 교번 자장 손실을 갖는 동시에 높은 내전압을 갖는 개선된 도체 배치 구조를 제공하는 것이며, 이 경우 사용될 도체 밴드들에 냉각제가 쉽게 접근할 수 있다.

저항성 스위칭 소자의 도체 배치 구조에 대해 제시된 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 저항성 스위치 소자용 도체 배치 구조는 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체를 포함하며, 상기 복합 도체 각각은 하나 이상의 초전도 도체 밴드로 구성된다. 도체 배치 구조에서 각각의 복합 도체는, 2개의 부분이 평행하게 연장되면서 바이필라 구조를 형성하고 하나 이상의 초전도 도체 밴드로 구성되는 도체 부분을 포함한다. 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체는 하나의 공통 평면에서 서로 인접하게 연장되고 상호 절연되어 하나의 공통 코일 권선을 형성하며, 상기 코일 권선의 와인딩은 전반적으로 나선형으로 진행된다.

본 발명에 따른 도체 배치 구조의 바람직한 실시예들은 각각 연관된 종속항들로부터 제시된다.

도체 배치 구조의 바람직한 일 실시예에서 나선은 아르키메데스 나선 또는 로그 나선 또는 쌍곡 나선 또는, 페르마 나선의 형태로 형성된다. 이 경우 2개의 부분이 평행하게 연장되면서 바이필라 구조를 형성하는 복합 도체의 도체 부분들은 상기 도체 부분의 끝 부분 및/또는 시작 부분에서 전기적으로 및/또는 기계적으로 각각 서로 연결되며, 이때 하나 이상의 연결 지점이 형성된다.

특히 바람직한 일 실시예에서, 하나 이상의 연결 지점은 한 지점에서 서로를 향하는 2개의 시작 부분 및/또는 2개의 끝 부분의 형태로 형성된다. 대안적으로 하나 이상의 연결 지점은 U자 형태, 특히 U자 형태의 하나의 측면 쪽으로 구부러진 형태로 형성될 수 있고 그리고/또는 상기의 연결은 이중의 U자 형태, 특히 S자 형태로 형성될 수 있다. 복합 도체의 하나 이상의 연결 지점에서 하나 이상의 도체 밴드가 부분적으로 타원형의, 특히 부분적으로 원형의 형태를 가질 수도 있다. 연결 지점의 형태들의 조합도 가능하다.

바람직한 일 실시예에서, 2개 이상의 연결 지점은 하나의 공통 평면에서 적층되어 배치된다. 대안적으로 2개 이상의 연결 지점이 하나의 공통 평면에서 타원, 특히 원의 원주 상에 배치될 수도 있다. 이 경우 특히 바람직하게, 2개 이상의 연결 지점이 상기 원주 상에 균일하게 분배된다. 바람직하게, 연결 지점들은 나선의 중점에 배치되거나 중점에 근접하게 배치될 수 있다.

바람직한 일 실시예에서 초전도 도체 밴드는 고온 초전도 재료를 포함한다. 인접한 도체 부분들 사이에, 특히 복합 도체의 인접한 도체 부분들 사이에 그리고 인접한 복합 도체들의 인접한 도체 부분들 사이에 절연체가 형성된다. 바람직하게 이러한 절연체는 하나 이상의 스페이서, 특히 인접한 도체 부분들 사이에 2 내지 3밀리미터 범위의 간격을 형성하는 스페이서의 형태로 형성된다.

특히 바람직하게, 복합 도체의 2개의 도체 부분들은 상기 도체 부분들이 반대 방향으로 전류를 유도하도록 형성된다. 인접한 복합 도체들의 인접한 도체 부분들은 상기 도체 부분들이 마찬가지로 반대 방향으로 전류를 유도하도록 형성될 수 있다.

도체 배치 구조의 특히 바람직한 일 실시예에서, 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체는 병렬로 연결된다. 대안적으로 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체는 직렬로도 연결될 수 있다. 상이한 복합 도체들의 연결들을 조합하는 것도 가능하다.

복합 도체들의 도체 부분들의 연결 지점들은 전기적으로 및/또는 기계적으로 서로 연결된다. 이하에서 연결이라 함은, 사전에 전기적으로 및/또는 기계적으로 분리된 부분들의 연결을 의미하거나, 일부재로 제조된 도체 부분들에서 이루어진 전기적 및/또는 기계적 연결을 의미한다. 사전에 분리된 부분들을 연결하는 경우인 제1 경우, 연결부는 예컨대 납땜 또는 용접에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에서 일반적으로 기초가 되는 개념은, 보호되어야 할 전기 공급 시스템에 직렬로 연결된 초전도 장치가 단락 발생 시 초전도 상태로부터 정상 전도 상태로 전환됨으로써, 단락 회로 전류를 제한하는 저항이 전기 공급 시스템에 매우 신속하게 연결될 수 있다는 것이다. 제한 시 전체 공칭 전압은 도체 배치 구조를 따라 실질적으로 선형으로 전류 흐름 방향으로 신속하게 강하한다. 이때 상기 배치 구조는 도체 밴드를 위한 특정 기준을 최적으로 충족해야 하며, 이는 본 발명에 따른 도체 배치 구조의 구성에 의해 바람직하게 보장된다.

한편으로 도체 밴드는 가급적 낮은 인덕턴스가 발생하도록 배치되어야 하므로, 정상 상태에서는 전기 공급 시스템을 위해 전류 제한기를 거의 "볼 수 없게(invisible)" 된다. 원리적으로 이는, 반대 방향 전류를 갖는 도체 영역이 서로 가급적이면 좁은 간격을 갖고 배치됨으로써 구현될 수 있다. 대체로, 도체 간격은 도체 폭보다 작아야 한다.

도체 밴드의 배치 구조에 대한 또 다른 기준은 수 kA(킬로 암페어)의 공칭 전류를 갖는 전류 제한기의 경우에도 가급적 낮은 교번 자장 손실이 발생하는 배치 구조를 선택하는 것이다. 더 큰 교번 자장 손실로 인해 전체 손실뿐만 아니라 작동 비용이 상승하며 더 커진, 이로써 더 고가의 냉각 기기의 사용이 요구된다. 교번 자장 손실은, 초전도체 안으로 또는 초전도체 밖으로 자속이 이동할 때 발생한다. 교번 자장 손실은 횡단면이 작은 개별 도체들이 적합하게 병렬 연결됨으로써, 또는 예컨대 반대 방향 전류에서와 같이, 형성된 자장이 가급적 좁은 간격을 두고 작게 유지되는 장치에 의해 원리적으로 작게 유지될 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 상기 간격이 도체 폭보다 뚜렷이 좁아야 한다.

도체 밴드의 배치 구조는 최대한 컴팩트한 구조를 가져야 한다. 이는 실질적으로 스위칭 소자 내부의 도체들 사이의 간격이 좁고, 스위칭 소자들 사이에 경우에 따라 존재하는 간격이 좁음으로써 구현될 수 있다.

또한, 도체 밴드는 냉각제가 쉽게 접근할 수 있도록 배치되어야 한다. 일반적으로 액체 질소가 냉각제로 사용된다. 냉각제가 도체 밴드로 쉽게 접근할 수 있음으로써 스위칭 과정 이후 신속한 재냉각이 가능해진다. 이는 경우에 따라 존재하는 얇은 절연층을 제외하고, 도체 표면이 실질적으로 노출 방식으로 냉각제로 습윤될 수 있음으로써 구현될 수 있다. 특히 도체 배치 구조는 예컨대 에폭시 수지로 캐스팅되면 안 된다. 스위칭 과정 이후 신속한 재냉각이 보장되기 위해서는, 인접한 도체 밴드들 사이의 최소 간격이 경험적으로 볼 때 대략 2 내지 3mm이면 충분하다.

도체 밴드의 배치 구조에 대한 또 다른 기준은 내전압이다. 유전 테스트에서 요구되는 내전압은, 제한 시 인가되면서 전기 공급 시스템의 공칭 전압에 거의 상응하는 전압보다 대략 5배 내지 10배 더 높다. 내전압은 고전압 기술에서의 사용 시에 특히 중요하며 통상적으로 더 넓은 간격, 플라스틱을 사용한 표면 코팅 또는 에폭시 수지를 사용한 캐스팅에 의해 제공된다. 이로써 내전압에 대한 요건들은 앞서 언급한 다른 요건들과 상충된다. 기준들간의 최적화는 본원에 제공된 저항성 스위칭 소자 즉, 전류 제한기의 실시예에 의해 제공된다.

특히, 각각 초전도 도체 밴드로 바이필라 방식으로 구성된 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체가 하나의 공통 평면에서 나선 형태로 평행하게 연장되게 배치됨으로써, 앞서 언급한 기준들에 따른 최적의 실시예가 제공된다. 이때 하나 이상의 스페이서 형태의 절연체에 의해 냉각제의 접근성이 향상되고 도체 밴드들이 최적으로 이격될 수 있다. 하나의 평면에서의 배치 구조에 의해 특히 컴팩트한 구조가 가능해진다. 복합 도체들이 예컨대 병렬 연결됨으로써, 인접한 모든 도체 밴드들에서 반대 방향의 전류 흐름이 제공되므로 손실이 최소화된다.

복수의 도체 밴드들이 병렬 연결됨으로써, 코일 직경이 큰 경우에도 개별 밴드들의 길이가 짧게 유지된다. 이로써 코일 당 공칭 전압도 낮게 유지된다. 결과적으로는 내전압의 이유로, 상기 기준들의 경우에 적합한 2 내지 3mm의 간격을 초과해서 밴드들의 간격을 넓히지 않아도 된다. 좁은 간격의 바이필라 구조에 의해, 형성된 자장이 최소화되므로, 인덕턴스가 낮아질 뿐만 아니라 교번 자장 손실도 적어진다. 저전압을 위한 전류 제한기의 경우, 상기의 배치 구조가 마찬가지로 바람직할 수 있는데, 그 이유는 밴드들이 병렬 연결됨으로써 더 큰 코일이 사용될 수 있으므로 공간 활용이 뚜렷이 향상될 수 있기 때문이다.

종래 기술에 따라 바이필라 디스크형 코일 또는 서로 내포하는 방식의 솔레노이드 코일에서 발생하는 내전압과 연관된 문제점들은 본 발명에 따른 도체 밴드의 배치 구조에 의해 해결되는데, 이는 코일에 인가되는 전체 전압이 2개의 외측 와인딩 사이에서 실제로 강하하기 때문이다. 컴팩트한 구조는, 종래 기술에 따라 직렬 연결된 다수의 작은 코일들을 갖거나 공칭 전류가 큰 경우 병렬 연결되기도 하는 코일들을 갖는 장치에서 고전압의 경우에 발생하는 손실을 줄인다. 모든 코일들이 축방향으로 직렬 배치되는 구조 형태의 경우 바람직하지 못하게 길게 연장된 기하 구조가 형성되며, 코일들이 서로 나란히 병렬로 적층되게 배치되는 경우 크라이오스태트(cryostat)에서의 공간 활용이 불가피하게 저하된다. 이러한 문제들은 본 발명에 따른 장치에서 극복된다.

코일 직경이 확대됨에 의해서도 공간 활용이 저하되고 인덕턴스가 커지며 교번 자장 손실이 커지게 된다. 코일 직경이 확대됨에 따라 코일 당 도체 길이 및 코일 당 공칭 전압이 증가하게 된다. 따라서 내전압을 보장하기 위해서는 밴드들 사이의 간격도 넓어져야 한다. 높은 전류를 갖는 적용예의 경우, 도체 폭을 넓히거나 좁은 밴드들이 병렬 연결되어 있는 복수의 코일들을 배치함으로써 밴드 당 임계 전류를 상승시킬 수 있는 가능성이 제공된다. 권선들 사이의 간격이 매우 좁은 바이필라 장치의 사용이 가능하지 않다면, 도체 전류의 상승으로 인해 교번 자장 손실이 과도하게 심하게 증가하게 된다. 좁은 밴드들을 갖는 다수의 코일들의 병렬 연결 역시 공간 활용을 저하시킨다. 이에 반해 본 발명에 따른 도체 밴드의 배치 구조는 최소한의 손실로 최적의 공간 활용을 보장할 수 있다.

종속항의 특징에 따른 바람직한 개선예를 갖는 본 발명의 바람직한 실시예는 이하에서 도면 설명의 도면들을 토대로 더 자세히 설명되지만, 이에 국한되지 않는다. 도면에서 상응하는 부품들에는 각각 동일한 도면 부호를 할당하였다.
도 1은 3개의 복합 도체를 구비한 저항성 스위칭 소자를 위한 본 발명에 따른 도체 배치 구조의 도면이다.
도 2는 도 1의 도체 배치 구조와 유사하나, 3개의 복합 도체 대신에 6개의 복합 도체를 구비한 도체 배치 구조의 도면이다.
도 3은 도 1의 도체 배치 구조와 유사하나, U자형 연결 지점을 구비한 도체 배치 구조의 도면이다.
도 4는 도 3의 도체 배치 구조와 유사하나, U자형 또는 S자형 연결 지점을 구비한 도체 배치 구조의 도면이다.
도 5는 도 1의 도체 배치 구조와 유사하나, 첨두 형태로 형성된 연결 지점을 구비한 도체 배치 구조의 도면이다.
도 6은 도 4의 도체 배치 구조와 유사하나, 서로 내포하는 연결 지점을 구비한 도체 배치 구조의 도면이다.

도 1에는 3개의 복합 도체들 즉, 복합 도체(10, 20, 30)를 포함하는 저항성 스위칭 소자를 위한 본 발명에 따른 도체 배치 구조(1A)의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 각각의 복합 도체(10, 20, 30)는 하나 이상의 초전도 도체 밴드(2)로 구성된다. 각각의 복합 도체(10, 20, 30)는, 각각 2개의 부분이 평행하게 연장되면서 바이필라 구조를 형성하고 각각 하나의 중앙 연결 지점(15, 25, 35)을 갖는 도체 부분(11, 12 또는 21, 22 또는 31, 32)을 포함한다. 복합 도체(10, 20, 30)는 하나의 공통 평면에서 서로 인접하게 배치되고 상호 절연된다. 복합 도체(10, 20, 30)는 하나의 공통 코일 권선을 형성하며, 상기 코일 권선의 와인딩은 전반적으로 나선형으로 진행된다. 복합 도체(10, 20, 30)의 연결 지점(15, 25, 35)은 각각 부분적으로 원형으로 형성되며 하나의 평면에서 나선(70)의 중점을 중심으로 원형 반경(71)에 접하게 배치된다.

복합 도체(10, 20, 30)의 인접한 2개의 도체 부분들(11, 12 또는 21, 22 또는 31, 32) 사이에는 스페이서(3)가 각각 배치되며, 스페이서는 도체 밴드들(2) 사이의 전기 절연체로서 사용된다. 도 1에서 스페이서(3)는 파형의 선으로 표시된다. 스페이서의 구조는 상이하게 형성될 수 있으며, 특히 스페이서는 도시된 도면 평면에 대해 수직 방향뿐만 아니라 도면 평면의 방향으로도 즉, 서로에 대해 도체 밴드(2)를 고정할 수 있다. 일반적으로, 스페이서(3)는 테플론과 같은 플라스틱으로 구성되거나, 낮은 온도일 때 안정적이며 전기 절연성을 갖는 다른 재료로 구성된다. 스페이서(3)의 형태는 냉각제가 도체 밴드(2)로 쉽게 접근할 수 있도록 형성된다. 이때 특히 액체 질소가 냉각제로 사용되지만, 예컨대 액체 헬륨 또는 액체 네온과 같은 다른 냉각제도 사용될 수 있다.

도체 밴드(2)는 예컨대 실버 케이싱 내의 고온 초전도 재료인 Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O[BSCCO(2223)]과 같은 초전도 재료로 또는, 예컨대 희토류 구리 산화물로 이루어지며 강제 밴드 상에 도포되는 YBCO와 같은 초전도 재료로 구성될 수 있다. 도체 밴드의 특히 바람직한 형태는 소위 뢰벨 도체의 실시예에 의해 제공된다. NbTi 또는 Nb₃Sn와 같이 낮은 임계 온도를 갖는 상이한 초전도 재료들(LTS 재료) 및/또는 고온 초전도(HTS) 재료들이 정상 전도 재료에서 또는 정상 전도 재료로 조합되는 것도 가능하다.

바이필라 복합 도체(10, 20, 30)의 도체 밴드(2)는 하나의 부분으로 구성되거나 조립된 복수의 부분들로 구성될 수 있다. 일부재의 도체 밴드(2)가 사용되는 경우, 도체 밴드(2)가 층층이 접힘으로써 복합 도체(10, 20, 30)가 형성되며, 이때 접힌 지점은 이하에서 연결 지점(15, 25, 35)으로 표현되고 도체 부분(11, 12 또는 21, 22 또는 31, 32)을 서로 연결한다. 조립된 도체 밴드(2)의 경우 2개의 도체 밴드들(2)이 층층이 적층됨으로써 바이필라 복합 도체(10, 20, 30)가 형성되며, 이때 하나의 단부가 기계 및 전기적으로 특히 형태 결합식으로 조립되므로 도체 부분(11, 12 또는 21, 22 또는 31, 32)이 각각 기계 및 전기적으로 서로 연결된다. 이 경우 도체 밴드들(2)이 조립되는 지점을 이하에서 연결 지점(15, 25, 35)으로 칭한다. 이 경우 조립은 예컨대 납땜에 의해 실행될 수 있다.

연결 지점(15, 25, 35) 반대편에 있는 하나 이상의 도체 밴드(2)의 단부에서 즉, 도 1에서 나선의 외측 에지에서, 도체 부분(11, 12, 21, 22, 31, 32)에는 전기 접촉을 위한 단자(13, 14, 23, 24, 33, 34)가 각각 장착된다. 도체 부분(11, 12, 21, 22, 31, 32)은 단자(13, 14, 23, 24, 33, 34)에 의해 전기 접촉할 수 있는데, 특히 직렬 또는 병렬로 서로 연결될 수 있으며, 양 또는 음의 외부 전압을 공급받을 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서 단자(13, 14, 23, 24, 33, 34)는 나선의 외측 원주 반경 상에 균일하게 배치된다. 1개의 복합 도체의 1개의 도체 부분이 양 전위에 각각 접촉하며, 1개의 복합 도체의 다른 도체 부분은 음 전위에 각각 접촉하고(양 전위는 +이고 음 전위는 -), 이때 바이필라 복합 도체(10 또는 20 또는 30)의 단자(13, 14 또는 23, 24 또는 33, 34) 각각은 원주 반경 상에서 서로 인접하게 배치된다. 복합 도체들은, 직접 인접한 복합 도체들의 직접 인접한 도체 부분들이 인가된, 반대 부호의 전위를 각각 갖도록 배치되고 전기적으로 접촉된다.

도 1에서 3개의 복합 도체(10, 20, 30)의 도체 밴드(2)의 3개의 연결 지점(15, 25, 35)은 각각 부분적으로 원형 형태로 형성된다. 연결 지점들은 나선의 내부에서, 나선의 중점(70)을 중심으로 원(71)에 배치된다. 이 경우 원(71)에 배치된다는 것은 연결 지점(15, 25, 35)의 원형 형태가 각각 중점(70)을 중심으로 원(71)과, 특히 정확히 1개의 점에서 교차하는(intersect) 것을 의미한다.

도 2에는 본 발명에 따른 도체 배치 구조(1B)의 대안적 실시예가 개략적인 도면으로 도시되어 있다. 도 1의 도체 배치 구조(1A)와 달리, 도 2의 도체 배치 구조(1B)는 3개의 복합 도체 대신에 6개의 복합 도체를 포함한다. 해당 도체 부분(11, 12 또는 21, 22 또는 31, 32 또는 41, 42 또는 51, 52 또는 61, 62) 및 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)과 연관해서 도 2의 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 형태 및 배치 구조는 해당 도체 부분(11, 12 또는 21, 22 또는 31, 32) 및 연결 지점(15, 25, 35)과 연관해서 도 1의 복합 도체(10, 20, 30)의 형태 및 배치 구조와 유사하지만, 복합 도체의 수가 더 많기 때문에 공간 치수는 상이하다.

도 3에는 본 발명에 따른 도체 배치 구조(1C)의 또 다른 대안적 실시예의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 도체 배치 구조(1A)와 달리, 도 3의 도체 배치 구조(1C)는 서로 적층된 복합 도체(10, 20, 30)를 포함하며 이는 직선(72)에 배치되고 적층된 연결 지점(15, 25, 35)을 갖는다. 도체 밴드들(2) 사이에 스페이서(3)가 배치된다. 연결 지점(15, 25, 35)은 각각 U자형으로 형성되며, 이때 U자 형태는 권선들이 나선으로 와인딩됨으로써 한쪽 측면으로 구부러진다. 도 3에 도시된 본 발명에 따른 실시예와, 본 발명에 따른 도 1의 도체 배치 구조(1A)의 실시예와의 또 다른 차이점은 단자(13, 14, 23, 24, 33, 34)의 배치 구조에 있다. 도 3의 단자들은 도 1의 단자와 달리, 나선의 원주 상에 균일하게 배치되는 것이 아니라, 도면 평면에서 나선의 원주의 하나의 지점에서 층층이 적층된다. 도 1에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 실시예에 비해 내전압이 향상된다는 장점을 갖는데, 그 이유는 단자들이 서로 공간적으로 더 넓은 간격을 갖기 때문이다. 그러나 특정의 경우에는, 접촉 기술적인 이유와 관련해서 도 3에 도시된 배치 구조가 바람직할 수 있다.

도 4에는 본 발명에 따른 도체 배치 구조(1D)의 또 다른 대안적 실시예의 개략적 도면이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 도체 배치 구조(1C)와 유사하게 도 4의 도체 배치 구조(1D)는 서로 적층된 복합 도체(10, 20, 30)를 포함하며 이는 직선(72)에 배치되고 적층된 연결 지점(15, 25, 35)을 갖고, 연결 지점은 U자형 또는 S자형으로 형성된다. 도체 밴드들(2) 사이에 스페이서(3)가 배치된다. 도 3에 도시된 실시예와 달리, 복합 도체(10, 20, 30)의 단자(12, 22, 32)는 도면 평면에서 제1 도체 부분(11, 21, 31)으로부터 나선의 원주측으로 직선을 따라 나선의 중점을 통과해서 층층이 적층되게 각각 배치되는 반면, 단자(13, 23, 33)는 복합 도체(10, 20, 30)의 제2 도체 부분(14, 24, 34)으로부터 대향 배치된 나선의 원주측에서 동일한 직선 상에 층층이 적층되게 각각 배치된다. 도 4에 제시된 본원의 실시예는 매우 바람직한 내전압을 제공한다.

도 5에는 한 지점에서 서로를 향하는 연결 지점(15, 25, 35)을 갖는, 본 발명에 따른 도체 배치 구조(1E)의 또 다른 대안적 실시예의 개략적 도면이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 도체 배치 구조(1A)와 유사하게, 도 5의 도체 배치 구조(1E)에서 복합 도체(10, 20, 30)의 연결 지점(15, 25, 35)은 서로 포개어지게 적층되는 것이 아니라, 서로 나란히 적층된다. 도 5에 도시된 실시예의 도체 부분의 적층 순서는 나선의 외측으로부터 내측으로 관찰할 때 11, 12, 21, 22, 31, 32가 되므로, 복합 도체의 도체 부분들 각각은 항상 서로 인접하게 배치된다. 이와 반대로, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서 나선의 외측으로부터 내측으로 볼 때 도체 부분들의 적층 순서는 31, 21, 11, 12, 22, 32가 된다. 따라서, 마지막에 언급한 경우 복합 도체들이 서로 포개어지도록 적층되는데 즉, 서로 내포하는 방식으로 적층되며, 도체 부분들은 최내측 및 최외측 복합 도체(10, 30)를 제외하고 항상 다른 하나의 복합 도체의 도체 부분들과만 직접 인접해 있다. 도 5에서 나선의 내부의 연결 지점(15, 25, 35)은 도면 평면 상에서 구부러진 선(72)을 따라 층층이 적층된다.

본원의 도체 배치 구조(1F)의 또 다른 실시예는 도 6에 도시되며, 상기 배치 구조에서 첨두 형태로 형성된 연결 지점들은 서로 내포하는 방식으로 배치된다. 이로써 도 6에 도시된 실시예는 연결 지점(15, 25, 35)의 형태를 제외하면, 도 3에 도시된 실시예 1C에 상응한다.

도 1 내지 도 6에 도시된 본원의 실시예 1A 내지 1F의 개별 특징들을 조합하는 것이 가능하다. 특히 단자들의 배치 구조는 연결 지점들의 배치 구조와 무관하게 선택될 수 있다.

Claims

하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)를 구비한 저항성 스위치 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F)이며, 복합 도체는 각각 하나 이상의 초전도 도체 밴드(2)로 구성되고, 도체 배치 구조(1A 내지 1F)에서 각각의 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)는, 2개의 부분이 평행하게 연장되면서 바이필라 구조를 형성하고 하나 이상의 도체 밴드(2)로 구성되는 도체 부분(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62)을 포함하며, 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)는 하나의 공통 평면에서 서로 인접하게 연장되고 상호 절연되어 하나의 공통 코일 권선을 형성하며, 상기 코일 권선의 와인딩은 전반적으로 나선형으로 진행되는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항에 있어서, 나선의 유형은 아르키메데스 나선 또는 로그 나선 또는 쌍곡 나선 또는, 페르마 나선을 포함하는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 또는 제2항에 있어서, 2개의 부분이 평행하게 연장되며 바이필라 구조를 형성하는 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62)은 상기 도체 부분의 끝 부분 및/또는 시작 부분에서 전기적으로 및/또는 기계적으로 각각 서로 연결되며, 이때 하나 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제3항에 있어서, 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 하나 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)은 한 지점에서 서로를 향하는 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62)의 2개의 시작 부분 및/또는 끝 부분의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1E, 1F).
제3항에 있어서, 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 하나 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)은 U자 형태, 특히 U자 형태의 하나의 측면 쪽으로 구부러진 형태로 형성되고 그리고/또는 상기의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)은 이중의 U자 형태, 특히 S자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1D).
제3항에 있어서, 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 하나 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)에서 하나 이상의 도체 밴드(2)가 부분적으로 타원형의, 특히 부분적으로 원형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1D).
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)은 하나의 공통 평면에서 적층되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)이 하나의 공통 평면에서 타원, 특히 원의 원주 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A, 1B).
제8항에 있어서, 2개 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)이 상기 원주 상에 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A, 1B).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)이 나선의 중점에 배치되거나 중점에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 초전도 도체 밴드(2)는 고온 초전도 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) 사이에, 특히 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 인접한 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) 사이에, 그리고 인접한 복합 도체들(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 인접한 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) 사이에 하나 이상의 스페이서(3), 특히 인접한 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62) 사이에 2 내지 3밀리미터 범위의 간격을 형성하는 스페이서(3)의 형태로 절연체가 형성되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 2개의 도체 부분(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62)은 반대 방향으로 전류를 유도하도록 형성되며, 인접한 복합 도체들(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 인접한 도체 부분들(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62)은 반대 방향으로 전류를 유도하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 제1 복합 도체와 하나 이상의 제2 복합 도체(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 도체 부분(11, 12, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52, 61, 62)의 연결 지점(15, 25, 35, 45, 55, 65)은 전기적으로 및/또는 기계적으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조(1A 내지 1F).