2018 Fiscal Year Research-status Report
空心単相高温超電導変圧器および超小型・軽量の交流大電流電源の開発
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18K04080
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
七戸 希 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (80362953)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 空心変圧器 / 高温超電導 / 交流電源 / 大電流 / 超小型・軽量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温超電導電力機器開発の進展のためには，その機器に用いる高温超電導線材の通電特性をあらかじめ把握しておくことが非常に重要であり，そのためには大電流を通電可能な電源が必要となる。しかしながら，大電流通電可能な特に交流電源は，非常にサイズと重量が大きく，大学研究室などの小規模な研究所には導入が困難である。このことが高温超電導機器の開発の進捗を妨げる一要因となっている。そこで，本研究では，超小型・軽量の交流電源を指向した，空心高温超電導変圧器を用いた電源の開発を行っている。今年度は，出力電流の目標を60 Hzにて1 kApeakとし，それを実現可能な空心高温超電導変圧器の設計，作製および出力電流の特性評価を行った。変圧器の構造は一次巻線および二次巻線ともにシングルパンケーキ型とした。この構造の場合，巻数に対するインピーダンスを高くすることができ，両巻線を密着させることで磁気結合度も高くすることができるため，励磁インピーダンス十分大きくすることができ，空心でありながら，必要な出力電流（変流比）を得ることができる。なお，高温超電導線はテープ形状をしているため，シングルパンケーキ型は作製し易く，かつ巻線時に線材に不要な応力がかからないため，線材にとって適した構造でもある。一次巻線の巻数を200ターン，二次巻線を1ターンとして変圧器を作製し，出力電流を測定したところ，60 Hzにて一次電流30 Apeakにおいて二次電流1 kApeakを得ることができ，その波形にはひずみ（高調波の含有）も無かった。市販電源と比べて，サイズは1/300程度，重量は1/200程度（変圧器に接続する一次電源，液体窒素容器および液体窒素を含む）となり，小型・軽量化に成功した。
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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
当初計画として，最初の2年で空心高温超電導変圧器の最適設計と作製を行い，最後の1年で実証試験を行う予定としており，1年目において，1 kApeakの出力と小型・軽量化を達成したことから，おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
1 kApeakの出力に成功したものの，周波数は60 Hzのみである。本電源では，周波数の最大値の目標を1 kHzとしており，さらなる高い周波数での出力を達成する必要がある。そのために，変圧器のもれインダクタンスの低減を指向した構造の改善などを行っていく。また，今年度の研究過程において，変圧器の二次巻線に常電導転移時における自己保護特性を持たせられる可能性が示唆される実験結果が得られた。本変圧器も含め，一般に超電導機器では常電導転移が生じると過大な温度上昇による焼損などの事故が起きる可能性があるため，それに対する保護システムを設置することが必須である。本研究で得られた自己保護特性により，その保護システムを簡素化できる可能性があり，これについても並行して進めていく。
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| Remarks |
電気学会中国支部奨励賞受賞
・山西 隆仁：平成30年度（第69回）電気・情報関連学会中国支部連合大会
・天雲 捷太：平成30年度（第69回）電気・情報関連学会中国支部連合大会
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