2019 Fiscal Year Research-status Report

超電導薄膜積層体を用いた高出力密度埋込磁石型モータに関する研究

Research Project

Project/Area Number	18K13737
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	寺尾悠東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (00777823)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	静トルク / 無負荷回転特性 / モータ静特性 / リラクタンストルク
Outline of Annual Research Achievements	前年度で有限要素法を用いたモータの電磁設計を行ったが、本年度は実機を用いた基礎実験を行うため、埋め込み永久磁石型同期モータの市販品を一部改良したモータ回転子を用いて、基礎実験を行うための装置の立ち上げ基礎実験を行った。まず、超電導体を挿入しない状態でのモータ（いわゆるリラクタンスモータ）における無負荷回転及び、トルク特性を確認を行った。すなわち上記のモータを治具で固定して発泡スチロール製の容器中に配置し、液体窒素を注いで超電導モータ全体を極低温（77 K）まで冷却する。その後に、三相交流電源を接続した電機子コイルより三相交流電流を通電して、回転特性を確認した。周波数50, 60Hzでは問題なくモータが回転したが、80Hz付近まで回転周波数を増加させた際には、脱調したので、以後の実験は回転周波数範囲は80 Hz以下で行うこととする。次に、モータの静トルク（リラクタンストルク）を測定した。この測定には、モータシャフトの先に接続したトルクメータを用いる。電機子コイルに流す電流はモータトルクの最大瞬時値が得られる電流を電機子コイルに通電する。本試験の結果、数Aを通電して電気角で一周期分の測定を行った結果、百mNmオーダーの測定値が得られた。次に、超電導モータの界磁部分にプレート状のバルク超電導体を用いてモータ界磁を構成して同様の試験を行った。今回に関してはバルク超電導体の着磁は行わず、まずはバルク超電導体を磁気遮蔽材として用いた場合の静トルク測定を行った。その結果、静トルク（リラクタンストルク）は超電導体なしの場合と比較して最大で40-50%程度の向上がみられた。すなわち、超電導体を用いた場合の優位性が観測できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 前年度は有限要素法解析による電磁設計が中心であったが、本年度はモータによる基礎実験を行うための実験装置の立ち上げをメインに行っており、現状でモータ特性を測定するためのテストベンチの構築はほぼ70%程度完了し、試験データも出始めていることから、進捗状況としてはおおむね順調に進展しているといえる。
Strategy for Future Research Activity	バルクを使用した超電導モータの基礎実験に関して、本年度は実験装置の構築及び静トルク等の測定を行うことができた。すなわち、静特性に関しては計測できることが確認できたので、次年度の目標としては、インバータ等を完備した上で超電導モータを回転させた上でのトルク特性をはじめとした、超電導モータの動特性に関する考察を行っていく必要がある。また上記を踏まえた上で、バルク超電導体を使用しての考察を行っていく一方で、積層超電導体を使用した際の特性に関しても今後一層進めていく必要がある。