This paper presents a design methodology of high-temperature superconducting (HTS) magnets. The magnet consists of several double pancake coils with a variety of wire width. This technique, named Multi-Width, is well known to make efficient use of the superconducting wire. It is common for design of high-temperature superconducting magnets to not only reduce wire consumption used, but also consider the homogeneity of the magnetic field. In this paper, we study a design method that efficiently reduces wire usage while considering magnetic field homogeneity. The design is carried out by calculating the critical current and the critical magnetic field according to the configuration of arranging the thickness of the wire to determine the number of windings. The width of wire comprising the magnet was set to 4 - 12 mm, and the number of double pancake coils was set to an even number to consist of top-down symmetry. To verify the validity of the design, we compared the progress of the design code with a complete enumeration survey. As a case study, we designed a magnet that generates a central magnetic field of 3 T or more in a 240 mm bore in diameter. Optimality can be evaluated by weighing wire consumption and field homogeneity according to the magnet's use or user preference.
Kim, K.L.;Song, J.B.;Kim, K.J.;Lee, J.H.;Lee, H.G.;Koh, D.Y.;Kim, S.H.;Seong, K.C.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.10
no.3
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pp.27-31
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2008
In order to cool the SMES coil to the operating temperature, conduction cooling is generally used. However, it often consumes a large amount of electric power because of it's continuous cryocooler operation. This can also lead to poor thermal stability and serious protection problems of the system. Solid nitrogen (SN2) can counter those disadvantages in the conduction cooling system because it has a large heat capacity. Particularly, a large amount of enthalpy with a minimal weight to the cold body of SN2 makes a compact and portable system by increase a recooling to recooling time period (RRTP) value. A conceptual design of the proto-type SN2 cooling system for a portable HTS superconducting magnetic energy storage (SMES) system will be introduced in this paper.
Jo, Hyun-Chul;Choi, Suk-Jin;Jang, Jae-Young;Hwang, Young-Jin;Lee, Chang-Young;Ahn, Min-Cheol;Yoon, Yong-Soo;Ko, Tae-Kuk
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.12
no.4
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pp.31-35
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2010
In superconducting magnet applications, winding methods of the superconducting magnet can be classified into a layer winding and a pancake winding. The superconducting magnet using high temperature superconductor (HTS) with rectangular shape is generally fabricated using the pancake winding method. On the other hand, low temperature superconducting (LTS) magnet may be wound by either a pancake winding or a layer winding. Compared with the layer winding, the pancake winding method has a merit of easy replacement of a damaged pancake module, but it also has a demerit of requirement of splicing between each double pancake modules. In this paper, we investigated characteristics of the layer and pancake winding methods using HTS. Six samples were wound out of BSCCO and Coated Conductors (CCs) by two winding methods and their characteristics were experimentally observed.
This paper deals with the characteristics of persistent current switch (rCS) system fer applied HTS magnet system. To apply the high-Tc superconductor in superconducting machine such as motror, generator, MAGLEV, MRI, and NMR, the study on high-Tc superconducting persistent current mode must be performed. In this experiment, the PCS system consists otd superconducting magnet, PCS and magnet power supply. The superconducting magnet was fabricated by connecting four double pancake coils (DPCs) in series. The PCS was inductive double pancake coil type and heated up by the SUS 303L tape heater. The optimal length of PCS was calculated and thermal quench state of PCS was simulated by using finite element method(FEM) and compared with experimental results. The optimal energy to normalize the PCS was calculated and introduced. Finally, the persistent current was observed with respect to various ramping up rate and magnitude of charging current.
Kim, Jin-Young;Han, Sung-Gun;Kang, Joon-Hee;Lee, Eun-Hong;Song, I-Hun
한국초전도학회:학술대회논문집
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v.9
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pp.120-123
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1999
We designed and constructed a non-destructive evaluation system using an HTS DC SQUID electronic gradiometer. Our DC SQUID electronic gradiometer is composed of two DC SQUID magnetometers. The system included a non-magnetic stainless steel cryostat and a set of coaxial exciting coils, which were used to induce an eddy current in the test material. We also have calculated the eddy current density produced by an exciting coil in any direction of the testing object. We could compute the eddy current density distribution in 3D. The SQUIDs were computer controlled and the output data from the electronic gradiometer was obtained by using a Labview software.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2000.02a
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pp.19-21
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2000
We are developing portable type HTS magnet system cooled by solid nitrogen. This system have recooling and recharging capabilities. In this paper, we report preliminary test results obtained from the experimental solid nitrogen system and pancake magnet would with Bi-2223/Ag tapes, respectively. The operation period was sensitively dependent on the vacuum rate n the cryostat, size of SUS tube for flowing N_{2}$, and liquid nitrogen to cool the cryostat. The fabricated coil I_{c}$was 75 A at 20 K in self field.
Kim, J.Y.;Han, S.G.;Kang, J.H.;Lee, E.H.;Song, I.H.
Progress in Superconductivity
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v.1
no.2
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pp.115-119
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2000
We designed and constructed a non-destructive evaluation system using an HTS DC SQUID electronic gradiometer. Our DC SQUID electronic gradiometer is composed of two DC SQUID magnetometers. The system included a non-magnetic stainless steel cryostat and a set of coaxial exciting coils, which were used to induce an eddy current in the test piece. We also have calculated the eddy current density produced by an exciting coil in any direction of the testing object. We could compute the eddy current density distribution in 3D. The SQUIDs were computer controlled and the output data from the electronic gradiometer was obtained by using a Labview software.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2003.02a
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pp.276-279
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2003
The superconducting synchronous machine(S.S.M) including generator and motor has different electromagnetic structure from the conventional machine. With the help of superconductor having much higher operating current density than normal conductor, S.S.M can eliminate most of iron core filling inside of the conventional machine. This air-cored structure could be analysed and designed theoretically based on 2-dimensional(2-D) magnetic field distribution assuming that the windings are extended infinitely toward the axial direction. However the actual structure of S.S.M has the end regions interconnecting the straight parts of the same cross-section with the 2-D model. Therefore, this actual 3-D model has smaller field distribution than the 2-D model. In this paper, we consider the effect of the end regions on the output of a HTS model motor and suggest more accurate design approach through comparison of 2-D and 3-D magnetic field analysis.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.1
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pp.70-76
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2003
For the development of superconducting power apparatus, it is necessary to establish the dielectric technology in coolant like L$N_2$. Therefore in this paper we conducted experiment of surface flashover that could occur in the windings of HTS transformer which will be developed in the pancake coil type. First, we distinguished two types of surface flashover by electrode alignment, such as parallel and vertical, and then compared with each characteristics of surface flashover. The flashover voltage was more affected by thickness of spacer than by surface length when the thickness of spacer is over 1 mm. And the surface flashover with metallic particle attached on the spacer was tested, it was affected by the particle position. The more close to the electrodes, the worse the characteristics. Also the experiment was conducted when the electrode was immersed in liquid nitrogen(L$N_2$) partially. The surface flashover characteristics of spacer was, when immersed partially in 50%, rapidly decreased.
Kim, Sang-Hyun;Back, Seong-Myeong;Kim, Yeong-Seok;Han, Cheol-Su;Joung, Soon-Yong;Joung, Jong-Man
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.11a
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pp.238-240
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2001
초전도 응용 기기의 실용화를 위해서는 극저온 냉매의 절연기술이 확립되어야 한다. 특히, 취급이 용이하고 경제성이 높은 액체 질소를 냉매로 사용하는 고온 초전도 응용 기기 개발이 활발히 이루어지고 있어 여러 고온초전도 응용 기기 중 고온 초전도 변압기의 pancake-coil 형 권선에서의 spacer에 대한 절연 특성을 연구하였다. 이때 spacer는 pancake-coil의 턴간 절연내력을 유지하여야 하며, 또한 냉매 유동 통로를 확보하여야 한다. 하지만 실용상에 있어서는 절연물의 계면을 따라서 진전하는 연면 방전에 의한 절연내력이 관통절연 파괴전압에 비해 낮아 절연 설계 시 유의해야 한다. 따라서 pancake-coil형 고온초전도 변압기 권선을 위한 spacer에 대한 연면 방전 특성을 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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