• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.93.1-93.1
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• 2012

세라믹 고온초전도체는 에너지 저장장치의 핵심소재로 사용된다. 초전도 플라이휠 에너지 저장장치(Superconductor flywheel energy storage system)는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 저장하는 친환경, 고효율 에너지 저장장치이다. 에너지를 최소화하는데 사용되는 초전도 베어링은 고온초전도체와 영구자석으로 구성된다. 베어링에는 희토류계 초전도 물질(RE-Ba-Cu-O, RE:Rare-earth elements)가 사용된다. 베어링의 효율은 영구자석의 자력크기, 초전도체의 자기부상력과 포획자력에 비례한다. 에너지 저장효율을 높이려면 고온 초전도체의 임계전류밀도(초전도체 내부에 흘릴 수 있는 전기량)를 높이고, 초전도 결정립의 크기를 키워야 한다. 결정크기를 키우는 공정으로 종자결정성장법(Seed growth process)이 사용된다. 초전도체 제조공정은 분말의 성형, incongruent melting을 포함하는 부분 용융, 액상에서의 입성장, 포정반응을 통한 초전도 결정의 성장과정을 포함한다. 본 발표에서는 초전도 에너지 저장장치의 기본 원리, 초전도 베어링의 구성, 베어링용 초전도체의 제조방법과 특성(자기부상력과 포획자력) 평가기술, 차세대 에너지 저장장치로서의 초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 전망에 대해 요약하였다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.17 no.12
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• pp.151-156
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• 2000

A vibration in a high-speed machine may lead to machinery malfunction and even catastrophic failure. So solving the vibration problem is a fundamental requirement for the stability of the high-speed machine. The flywheel energy storage system using superconducting magnetic bearings is a device to store electrical energy as rotational kinetic energy by motor and to convert it to electrical by generator when necessary. The high-speed rotating flywheel has large amplitude at a critical speed. And it has an unstable behavior by the electric torque at the first stage of the energy generation. In this paper, the stability analysis is performed with an analytical model and equations of motion-which is considered the effect of the electric torque-to identify the stable driving condition and the dynamic behavior.

• Superconductivity and Cryogenics
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• v.1 no.2
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• pp.38-48
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• 1999

용융공정으로 제조한 YBCO 고온 초전도체는 임계전류밀도가 높기 때문에 외부자장을 강력하게 반발한다. 영구자석과 YBCO 초전도체간의 부상력을 이용하면 무접촉으로 회전할 수 있는 베어링을 제작할 수 있다 고온 초전도체 무접촉 베어링은 고에너지 효율의 플라이휠 에너지 저장장치에 활용된다. 초전도 베어링은 전자석을 이용한 자기 베어링에 비해, 위치 제어 시스템 없이 중량물을 공중에 띄워 회전시킬 수 있는 장점이 있다. 플라이휠 에너지 저장장치는 무공해의 환경 친화적인 기술로, 용량과 규모, 에너지 입출력 양과 시간을 조절하기 쉽다. 또한, 장소설정에 제한이 없으므로 에너지를 필요로 하는 장소에 자유롭게 설치할 수 있고, 에너지밀도가 다른 저장시스템에 비해 상대적으로 높다. 현재 선진 각국에서는 에너지의 효율적 저장 및 활용을 위해 고온 초전도체 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치를 국가적 중점 사업으로 개발 중이며 2000년 초에 실용화될 전망이다. 본 논문에서는 고온 초전도체의 자기 부상력, 플라이흴 에너지 저장장치의 개념설계 및 개발동향에 대해 요약하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.337-342
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• 1998

임계온도가 액체질소의 비등점(77K)보다 높은 산화물 고온 초전도체가 발견된 이후 초전도체를 여러분야에 응용하고자 하는 연구가 있어왔다. 이러한 연구중 초전도체의 자기부상특성을 이용한 마그네틱 베어링에 관한 연구가 시작되었다. 특히 최근에 임계전류밀도가 높은 덩어리형 고온 초전도체가 개발되어, 큰 부하지지력을 갖고 마찰계수가 작은 초전도 마그네틱 베어링이 가능하게 되었다. 고온 초전도체를 사용한 반발식 수동형 마그네틱 베어링은 마이스너 효과(Meissner effect)뿐 아니라 자속고정효과(Flux pinning effect)에 의해 자체적으로 외란에 대한 위치안정성을 가지며, 히스테리시스 손실에 의한 에너지 소산을 통해 외란에 대해 강한 감쇠능력을 가진다는 장점을 가지고 있으며, 대중량을 지지할 수 있다. 이러한 초전도체의 특성에 관한 정량적 수치해석은 초전도 베어링의 설계에 필수적이나 아직 국내에서는 그러한 시도가 없었다. 이러한 여건을 고려하여 본 연구에서는 Bulk형 초전도체와 자석간의 부상력 변화를 축대칭 모델로 수치해석하여 기존의 실험들과 정량적인 비교를 하여 수치해석 코드의 신뢰성을 확보하고 이를 기반으로 다양한 상황을 예측할 수 있음을 보이고자 한다.

• Journal of KSNVE
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• v.9 no.5
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• pp.891-898
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• 1999

The purpose of Superconducting Magnetic Bearing Flywheel Energy Storage System (SMB-FESS) is to store unused nighttime electricity until it is needed during daytime. An analytical model of the SMB-FESS is necessary to identify the system behavior. At first, we have to model the superconducting magnetic bearing. Modeling the SMB is same as estimating the bearing parameter. The theoretical modal parameter is calculated through the equation of motion and the experimental modal parameter is estimated through the impact testing (modal testing). The bearing parameter is searched by using the non-linear least square method until the theoretical result corresponds to the experimental result. The suggested modeling method is verified by comparing experimental and analytical frequency response function.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.16 no.9
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• pp.104-109
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• 1999

The flywheel energy storage system using superconducting magnetic bearings is a device to store electrical energy as rotatioal kinetic energy by motor and to convert it to electrical energy by generator when it is necessary. The rotordynamic analysis should be performed with an adequate analytical model and equations of motion to identify the stable driving condition and the dynamic behavior. The critical speed and the unbalance response of superconducting magnetic bearings-flywheel system are studied in this paper. The analytical results show that the system has one forward whirling mode and two backward whirling models below 500rpm. The maximum displacement 0.75mm is detected at the first forward mode (385rpm)through unbalance response analysis. The analytical results are compared with the experimental result by the spin-down test. The experimental result shows that the maximum displacement is 0.7mm at 370rpm.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.15 no.2
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• pp.170-177
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• 1998

The purpose of superconducting magnetic bearing flywheel energy storage system(SMB-FESS) is to store unused nighttime electricity as kinetic energy and convert it to electricity during daytime. The SMB-FESS is proposed as an efficient energy storage system because there is no mechanical problems, such as friction and wear The flywheel over SMB is rotated at a high speed, 50,000rpm. The major source of energy loss in the SMB-FESS is vibration of flywheel. Therefore, the vibration characteristics of SMB-FESS should be identified. In this study, the axial/radial stiffness and damping coefficient of SMB are measured by a vibration test. Natural frequencies and natural modes of flywheel and magnet are analyzed by a finite element method. The modal analysis of system is performed using the modal parameters of each component and the measured stiffness/damping coefficient. So, natural at frequencies and mode shapes of the joined system can be obtained. According to critical speed analysis, the system has two rigid conical modes in the low speed range. Nevertheless, the system has not been affected by the critical speed in the main operating range.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.4 no.5
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• pp.433-441
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• 1999

This paper presents a S-FES(Superconducting magnetic becuing Flywheel Energy Storage System) for the p purpose of replacing battery used to store the energy. Especially, the design elements of FES, such as the b beming, wheel mateηaI, and power converter, etc., are described. The design and manufacturing techniques of t the controllable IXlwer converter are proposed to generate the sinusoidal output current in the high speed operation and to get the const빠synchronous motor with halbach cuTay of high coesive I\d-Fe-B permanent magnet is used as the driver of F FES. The proposed S-FES system shows the stable rotation characteristics at high speed range about l 10,000[rpm]. To verify the validity of proposed system, the comparative study with the conventional ball b beming s~rstem is proceeded and it is well confirmed with the result of the lower friction losses of S-FES S system.

• Tribology and Lubricants
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• v.13 no.2
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• pp.52-59
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• 1997

An experimental study is presented for the characteristics of the high temperature superconductor as an application of the repulsive type magnetic bearing. A ring shaped YBCO type superconductor and Neodium permanent magnets are employed for the experiment. For the case of field cooling, superconductor shows strong repulsive force, which is due to the Meissner effect, as the gap between the superconductor and the magnet gets closer. The repulsive force variation with respect to the gap change shows hysterisis characteristics. The area of the loop of the hysterisis curve represents the dissipation of energy, which reveals that the magnetic bearing with superconductor has large damping. The effect of the initial gap and the magnetic flux density on the repulsive force is analyzed experimentally and the static stiffness variation is calculated from the measured repulsive force variation. The relative sliding velocity between the superconductor and the magnet has little effect on the repulsive force which is quite different from the usual sliding element bearing. As the initial gap for the field cooling becomes larger, the maximum repulsive force at the minimum gap increases and approaches to the value for the case of zero field cooling.