2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K06232
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
川越 明史 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (40315396)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高温超伝導コイル / 異常監視 / 診断 / 交流損失 / 熱暴走 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は，高温超伝導コイルで発生する異常の程度と，本研究課題で提案している測定方法で観測される測定信号の関係を明らかにすることを目的とした実験と解析を重点的に行った。これにより，異常の程度を診断することが可能になり，また本測定法によるシステムの詳細な設計が可能になる。
昨年度までに，巻線の状態を診断するための指標として，線材の「臨界電流」を使用することとし，交流通電時に「臨界電流の非接触推定」が可能なことを実験的に示している。本年度は，外部磁界印加時に線材の臨界電流を推定できることを実験的に示した。外部磁界印加用マグネット内に内挿デュワを挿入し，それに貯めた液体窒素内にBi-2223テープ線材のサンプルを設置した。デュワ内の真空度を下げることで液体窒素の温度を変え，その結果として臨界電流の変化を発生させた。具体的には，67K～77Kに温度を変化させながら，Bi-2223テープ線材の幅広面に平行な交流磁界を印加させた状態でエネルギーフローの磁界依存性を測定した。エネルギーフローは交流損失に伴って線材周囲で観測されるので，その磁界依存性は交流損失特性と類似した特性をもつ。測定結果は，交流損失特性同様に，中心到達磁界近傍で磁界依存性の傾きが正から負に変化した。エネルギーフローの磁界依存性から推定される中心到達磁界は温度に比例しており，臨界電流の変化で説明できるものであった。以上の結果から，本測定法で測定されたエネルギーフローから，臨界電流の推定が可能であることを示した。
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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
当初，巻線の異常を温度で評価するということを計画していた。しかしながらサンプルの温度を正確に測定することが困難であったために，異常の程度を測る指標を，臨界電流とすることにした。これによりやや計画に遅れが生じたものの，以下に示すように，概ね計画を遂行できた。
H29年度は，外部磁界印加時のエネルギーフローを，線材の温度を変えて測定した。これによって，外部磁界印加時に，エネルギーフローから線材の臨界電流を推定できることを明らかにした。特に，中心到達磁界以上の外部磁界が印加された状態でも，エネルギーフローの測定値から臨界電流が推定できることが示せた点は，実用条件での有効性が示せたという点で大きな意義があった。
本研究で明らかにしようとする点として，使用するピックアップコイルの小型化を挙げていた。これを実験的に検証したのち，実規模にも適用可能であることを示すためには，理論的なモデルを構築する必要がある。その際，基礎的な実験と解析を比較することによってモデルの妥当性を確かめる必要がある。線材の状態を温度で観測する方法が困難であったが，上記の状況から，理論解析と実験結果を比較できる状態はほぼ整ったと考えている。H29年度後半には，理論的なモデル構築を始めている。H29年度の実験結果を説明しうるモデルを構築すれば，どの程度の距離まで測定可能かどうか，どの程度のサイズのピックアップコイルで測定可能かを調べることができるようになる。
H30年度は，このモデル構築を完了させ，ピックアップコイルのサイズ依存性やサンプルコイルからの距離依存性，また複数ターンの影響を明らかにするとともに実験による実証も行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は， まず，コイル周方向に均一な状態が保たれている状態で，実験結果を説明できるモデルの構築を優先する。具体的には，1ターンの空芯コイルサンプルと電界用ピックアップコイルの相互インダクタンスを解析する。実験と解析結果を比較することによって，解析モデルの妥当性を確かめる。また電界測定用ピックアップコイルとサンプルコイルとの距離を変化させ，本測定システムが巻線からの距離によってどの程度影響を受けるかを明らかにし，実験的にも解析結果を実証する。次に，磁界用ピックアップコイルのみで異常の測定ができるかどうかを実験的に調べる。以上の結果から，１ターンのサンプルコイルにおける解析モデルを確立させる。
さらに，同様のモデルで複数ターンのサンプルにも適用できるかどうかを，実験と解析によって明らかにする。最後に、テスト変圧器の実験結果を本モデルで解析し、テスト変圧器の異常発生実験のときの臨界電流を診断する。
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| Causes of Carryover |
(理由) H28年度に巻線の異常を温度で評価するという計画を，異常の程度を測る指標を臨界電流とすることに修正した。このため，H29年度実施予定の実験がやや後ろにずれ込んだ。これにより解析モデルの構築が完了していない。このため，サンプルコイルとピックアップコイルの距離依存性の実験などをH30年度に実施することとなった。これに伴い，実験装置の詳細設計を保留にしている点があり，この実験に必要な電気部品などをH30年度購入に見送った。
(使用計画)
H30年度前半に，外部磁界印加時の実験を完了させる予定である。実験に必要な温度計，抵抗器などの他に，実験用電気部品を購入する。
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Research Products
(4 results)
