2016 Fiscal Year Research-status Report
卓上型強力磁石装置の実用化を目指した性能向上に関する研究
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15K05951
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| Research Institution | Ashikaga Institute of Technology |
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Principal Investigator |
横山 和哉 足利工業大学, 工学部, 教授 (60313558)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 卓上型超伝導バルク磁石 / パルス着磁 / 総磁束量 / 温度測定 / 磁石応用 / 実用化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導バルク磁石は，従来の永久磁石や電磁石の限界である2 T（テスラ）を超える磁場を発生でき，またソレノイド型の超伝導マグネットよりも小型・安価な装置でテスラ級の磁場を発生することができる。これまでに大型風力発電機や大型船舶用モータ，磁気薬剤搬送システム，卓上型NMR/MRI装置への応用が検討されている。本研究は平成26年度に開発したスターリング冷凍機を用いた小型卓上型バルク磁石装置において，簡便に強磁場を発生させる着磁方法について検討している。当初はφ45×15 mmの試料を用いて実験を行ってきたが，平成27年度後半からは「強磁場化＝総磁束量増大」の観点からφ60×20 mmの大型試料を取り付けできるように磁極部分を改造し，冷却及び着磁実験を行った。しかし，大きな磁場を印加すると温度上昇が大きくなり，捕捉磁場がゼロになる問題が発生してしまった。そこで，サンプルステージの材料を変更する等の対策をすることにより，問題を解決することができた。冷却試験の結果，従来よりも約4 K温度が高いものの，総磁束量を2倍に増大させることに成功した。また，試料表面の中央部分における最大磁束密度は3.0 Tを記録し，50 Kを超える高温度域における大型試料の捕捉磁場として最高記録が得られた。
平成28年までの成果をASC2016（応用超伝導国際会議，デンバー・アメリカ，2016.9.4-9），1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference（第1回極低温材料国際会議及び低温工学・超電導学会50周年記念大会，金沢，2016.11.7-10），ISS2016（国際超電導シンポジウム，東京，2016.12.13-15），電気学会全国大会（富山，2017.3.15-17）等で発表するとともに，意見交換・情報収集を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究はスターリング冷凍機を用いた小型卓上型バルク磁石装置において，効率的に大きな磁場を発生させる着磁方法について検討している。同冷凍機の冷却能力は10W＠77Kであり，一般的に用いられるGM冷凍機と比較すると低いが，一方で外部にコンプレッサが不要であり装置が小型であるとともに，省エネかつランニングコストが安価というメリットがある。同装置にφ45×15 mmのGdBa2Cu3Oxバルク体を取り付けて冷却及び着磁試験を行った結果，約4時間で51.3 Kに冷却され，最大捕捉磁場は2.8 Tであった。さらにバルク磁石の強磁場化を目指して，試料を大型化することにより総磁束量を増大させることを試みた。そこで，φ60×20 mmのGdBa2Cu3Oxバルク体を取り付けられるようにサンプルフォルダ及び真空チャンバを改造した。試料の厚さは5 mm大きくなったものの，装置の全高は2.5 mmのみの増大に抑えることができた。着磁試験及び冷却試験を行ったところ，冷却試験には問題がなかったものの，着磁試験において5.4 T以上の印加磁場で捕捉磁場がゼロになる問題が発生した。これは，大きな磁場を印加したことにより，試料を保持している銅製のサンプルフォルダに渦電流が誘起され，それに伴い温度が上昇し，磁束フローにより磁束が減少したと考えられる。そこで，サンプルフォルダをステンレスで再製作し，改めて特性評価試験を行った。冷却試験の結果，約6時間半で55.6 Kに到達した。着磁試験では大きな印加磁場においても前回のような磁束フローは発生せず，7.0 Tの磁場を印加しても大きな磁場を捕捉できた。φ45 mmの試料の場合と比較して，総磁束量は最大2.1倍に増加し，当初の狙いを達成できた。また，最大捕捉磁場は3.0 Tとなり，これまでの最大値を記録した。以上，当初予定したスケジュール通りに研究は進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに，小型卓上型バルク磁石装置にφ45 mm及びφ60 mmのGdBa2Cu3Oxバルク体を取り付け，冷却及び着磁試験を行ってきた。当初，スターリング冷凍機の冷却性能の低さが懸念されたが，十分な冷却と磁場捕捉が可能であることが確認できた。現在，着磁中の試料表面における温度測定を実施しており，これまでに測定した磁束密度の時間変化と比較することで着磁特性を詳細に評価する予定である。28年度の実験成果において，卓上型バルク磁石装置で約55 Kに冷却して着磁した場合と，これまで使用してきたGM冷凍機を用いた単極型磁石装置において試料の温度を50 Kに調整して着磁した場合を比較すると，前者の方が捕捉磁場が大きい結果となった。このことから，29年度は冷凍機の違いによる捕捉磁場特性を比較する予定である。これは，バルク磁石の実用化に向けて，冷凍機を選択するための指標になることが期待できる。また，これまでに行ってきた試料の一部に細孔を加工して磁場侵入を容易にしたバルク体を用い，バルク磁石の効率的な着磁についても検討する。
研究を遂行するにあたって，研究協力者である新潟大学の岡教授と意見交換を行う。また，これまでの成果をまとめるとともに他機関の研究の現状を調査するために，9月に開催予定のEUCAS2017（欧州超伝導会議，ジュネーブ・スイス）に参加する。同会議は2年に一度開催される超伝導関係では最も大きな会議の一つであり，多くの研究成果が報告される。また，超電導・低温工学会や電気学会，ISS2017（国際超電導シンポジウム）にも参加して研究成果を報告する予定である。さらに，本磁石装置の産業応用の可能性について情報を収集するため，本学総合研究センターを通じて共同研究発表会や各種展示会等で展示やポスター発表を行う予定である。
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| Remarks |
これまでのホームページをリニューアルし，PCだけでなくスマートフォンからも見やすく変更した。同ホームページにおいて論文の一覧を表記するとともに，研究内容について専門研究者以外の人（高校生や一般の人等）にもわかりやすく写真やビデオを用いて紹介している。
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Research Products
(19 results)
