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문제 정의
- 일반적으로 초전도 베어링의 회전자 진동변위는 자장을 변화시키는 주요 변수가 된다. 따라서 다양한 변위에서 강성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 1 ㎜ ~ 4 ㎜의 진폭 조건에 따른 힘의 변화를 살펴보았다. 진폭을 고려하여 radial 방향은 초전도 베어링과의 충돌위험이 있으므로 axial 방향의 강성을 측정하였으며이때의 주파수 진동은 1 Hz로 고정하였다.
- 본 연구에서는 10 kWh급 초전도 플라이휠에 사용되는 내륜형 초전도 저널 베어링의 강성특성을 파악하기 위하여 실제 플라이휠 에서 일어날수 있는 흔들림과 유사한 운전조건으로 강성의 변화를 알아 보았다. 또한 회전자의 운전조건에 의한 베어링 경향성을 분석하여 좀더효율적인 베어링 설계에 도움이 될 수 있도록 연구를 진행 하였다. Fig.
- 본 연구에서는 10 kWh급 초전도 플라이휠에 사용되는 내륜형 초전도 저널 베어링의 강성특성을 파악하기 위하여 실제 플라이휠 에서 일어날수 있는 흔들림과 유사한 운전조건으로 강성의 변화를 알아 보았다. 또한 회전자의 운전조건에 의한 베어링 경향성을 분석하여 좀더효율적인 베어링 설계에 도움이 될 수 있도록 연구를 진행 하였다.
- 초전도체는 일정 임계온도 하에서만 magnetic flux에 의한 pining force가 존재하게 되며 이때 냉각온도는 강성특성을 결정짓는 주요한 인자가 된다 [4]. 본 연구에서는 고정자의 안정된 냉각을 확인 하기 위하여 5개의 초전도 벌크에온도센서를 부착하여 실험진행 동안의 온도를 실시간으로 모니터링 하였다. 그 결과 Fig.
- Axial 뱡향의 강성은 8개의 단결정 벌크 모두가 pining flux 방향이 동일한 위치 /변위로 자장변화를 일으키고 있는 반면에 radial의 경우 각각의 벌크에 trap된 자장이 로터의 진동에 따라서 각기 불 균일하게 움직이기 때문에 이러한 큰 차이를 보이는 것으로 사료된다. 본 연구에서는 이러한 radial 강성 저하의 주요 원인을 좀더 자세히 살펴보기 위하여 로터의 진동방향과 평행하게 착자된 양쪽 2 개의 벌크만을 장착시킨 상태에서 강성을 측정하였다.
가설 설정
- 측정된 강성은 변위구간인 ±1 ㎜ 구간에서 선형으로 변한다고 가정하고 계산되었다.
- 우선 냉각이 시작되면 field cooling된 위치의 회전자를 고정하고 setting된 온도로 1 hr이상 벌크 온도가 유지되면 조건에 맞추어 test를 진행하였다. 회전자는 회전 시 초전도 벌크에 도달하는 flux 분포가 sine파 와 유사하게 형성되는 것을 가정하여 진동 주파수를 설계하였다. 끝으로 10 kWh 급 초전도 베어링의 운전범위를 고려하여 회전자 움직임에 따른 베어링의axial/radial 방향의 특성을 각각 quasi-static 상태에서 평가 하였다.
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