大容量の液体水素移送ポンプ向け全超伝導電動機の開発 ～小型試作機による動作実証～

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14964
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 三浦 峻 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (80804674)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 超伝導回転機 / 高温超伝導 / 同期機 / バルク / 液体水素

Outline of Annual Research Achievements

液体水素移送用ポンプ向け超伝導電動機の開発を行っており，本課題では小型テスト機による動作実証と実機製作への具体的な課題の抽出を目的としている．本年度は，当初予定していた超伝導バルクを使った全超伝導電動機の設計・解析のほか，回転子に幅広の超伝導薄膜線材や銅円筒を用いた電動機の試作・回転試験も行った．具体的な研究実績を下記に示す．
（１）超伝導バルク材を回転界磁子とする全超伝導電動機の小型テスト機の設計を行い，各部材を製作した．磁場中冷却法による着磁を可能とする構造を考案し，設計に反映させた．保有する巻き線機を使い，超伝導線材の基本的なレーストラック型コイルの巻き線技術を確立した．電磁解析より設計したテスト機の着磁磁場，出力などを確認した．下記の（３）の検討から，軸受けに超伝導磁気軸受けを選定し，その非接触回転・安定性を実験により確認した．
（２）幅広超伝導線材の磁場遮蔽効果を利用しトルクを得る超伝導電動機を試作し，その原理検証を行った．3cm幅の幅広超伝導線材を界磁子とする数W級テスト機が同期回転することを確認した．
（３）回転子に銅円筒または超伝導線材を用いた超伝導誘導電動機の設計，解析，試作および回転試験を行った．試作したいずれの超伝導コイルも巻き線による特性の劣化はないことを確認した．回転試験より，最大270 rpmの回転速度を確認した．より高速回転・高出力のためには軸受構造の改良が必要であることが分かった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

超伝導バルク材を界磁子とする全超伝導電動機の設計・製作は予定通りに進行しており，次年度の前半期間で試験を開始する予定である．また，幅広の超伝導線材を界磁子とする小型全超伝導電動機の回転試験により原理検証も完了した．さらに当初予定していなかった銅円筒を回転子とする超伝導誘導機の試作・試験も行い，多くの知見が得られた．よって，本研究課題は順調に進展していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

超伝導バルク材を用いた全超伝導電動機の各部材の製作が完了しつつあるので，各部材を組み上げ，微調整を行う．その後，3次元巻き線機による鞍型超伝導コイルの試作を行い，鞍型コイルの巻き線技術を確立する．製作した超伝導コイルの臨界電流特性を確認後，電動機として組み上げ，まずは超伝導バルク界磁子の着磁試験を行い，磁化の分布や強度を検討する．さらに超伝導電動機の電動・発電試験を行い，全超伝導電動機の動作実証と各特性の評価を行う．それらの実験的評価から，実機製作への具体的な課題抽出とその解決方法を検討する．

Research Products

• [Journal Article] Lightweight Design of Tens-MW Fully-Superconducting Wind Turbine Generators with High-performance REBa2Cu3Oy Wires (2020)
  • Author(s): Shun Miura, Masataka Iwakuma, Teruo Izumi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 30 Pages: 5204106
  • DOI: 10.1109/TASC.2020.2979157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conceptual Design and Electromagnetic Analysis of 2 MW Fully-Superconducting Synchronous Motors with Superconducting Magnetic Shields for Turbo-electric Propulsion System (2020)
  • Author(s): Ryota Sugouchi, Masataka Komiya, Shun Miura, Masataka Iwakuma, Koichi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida, Kaoru Yamamoto, Yuichiro Sasamori, Hirokazu Honda, Yoshiji Hase, Masao Shuto, Masayuki Konno, Teruo Izumi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 30 Pages: 3601905
  • DOI: 10.1109/TASC.2020.2974705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conceptual Design of Superconducting Induction Motors using REBa2Cu3Oy Superconducting tapes for Electric Aircraft (2020)
  • Author(s): Koichiro Ozaki, Yuma Doi, Koichi Yoshida, Shun Miura, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida, Kaoru Yamamoto, Masataka Iwakuma, Akifumi Kawagoe, Akira Tomioka, Masayuki Konno, Teruo Izumi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 30 Pages: 3602605
  • DOI: 10.1109/TASC.2020.2971671
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conceptual Design and Numerical Analysis of 10 MW Fully-Superconducting Synchronous Generators Installing the New Casing Structure (2020)
  • Author(s): Masataka Komiya, Ryota Sugouchi, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Masataka Iwakuma, Takashi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Kaoru Yamamoto, Akira Tomioka, Masayuki Konno, Teruo Izumi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 30 Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 回転機応用 (EUCAS2019，MT26) (2020)
  • Author(s): 三浦峻
  • Organizer: 中温度域超伝導材料の実用性能に関する調査研究会
  • Invited
• [Presentation] Electromagnetic design of tens MW-class fully-superconducting wind power generators with high-performance REBa2Cu3Oy wires (2019)
  • Author(s): Shun Miura, Masataka Iwakuma, Teruo Izumi
  • Organizer: International Conference on Magnet Technology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Additional AC loss properties of three-strand parallel conductors composed of Y-based superconducting tapes (2019)
  • Author(s): Takuma Furukawa, Shun Miura, Masataka Iwakuma
  • Organizer: International Conference on Magnet Technology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Numerical Analysis of 10 MW-class Fully-Superconducting Synchronous Generators Installing the New Casing Structure (2019)
  • Author(s): Masataka Komiya, Ryota Sugouchi, Takuya Aikawa, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Takashi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Masataka Iwakuma, Akira Tomioka, Masayuki Konno, Teruo Izumi
  • Organizer: International Conference on Magnet Technology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Analysis of 6.9/1.0 kV-10 MVA Lightweight Superconducting Transformers with REBCO Coated Conductors (2019)
  • Author(s): Goki Kawasaki, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Masataka Iwakuma, Akira, Tomioka, Masayuki Konno, Teruo Izumi
  • Organizer: International Conference on Magnet Technology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design and Electromagnetic analysis of 2 MW Fully-Superconducting Synchronous Motors Composed of REBa2Cu3Oy coated conductors for Turboelectric Propulsion System (2019)
  • Author(s): Ryota Sugouchi, Takuya Aikawa, Masataka Komiya, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Masataka Iwakuma, Koichi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Akira Tomioka, Konno Masayuki, Teruo Izumi
  • Organizer: International Conference on Magnet Technology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Conceptual design and electromagnetic analysis of 40 kW-class superconducting induction motors for electric propulsion vertical take-off and landing aircraft (2019)
  • Author(s): Koichiro Ozaki, Hiromasa Sasa, Koichi Yoshida, Shun Miura, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida, Masataka Iwakuma, Akira Tomioka, Konno Masayuki, Teruo Izumi
  • Organizer: International Conference on Magnet Technology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Additional AC loss properties of transposed three-strand parallel conductors with REBa2Cu3Oy superconducting tapes wound into one-layer solenoidal coils (2019)
  • Author(s): Shun Miura, Takuma Furukawa, Masataka Iwakuma
  • Organizer: 14 th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electromagnetic Design of 2 MW Fully-Superconducting Synchronous Motors (2019)
  • Author(s): Ryota Sugouchi, Takuya Aikawa, Masataka Komiya, Shun Miura, Masataka Iwakuma, Koichi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Kaoru Yamamoto, Akira Tomioka, Konno Masayuki, Teruo Izumi
  • Organizer: 14 th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Lightweight Design of 6.9/1.0 kV-10 MVA REBCO Superconducting Transformer (2019)
  • Author(s): Goki Kawasaki, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Masataka Iwakuma, Akira, Tomioka, Masayuki Konno, Teruo Izumi
  • Organizer: 14 th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electromagnetic design of 100 kW-class induction motors with HTS tapes (2019)
  • Author(s): Yuma Doi, Koichiro Ozaki, Koichi Yoshida, Shun Miura, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida, Masataka Iwakuma, Akira Tomioka, Konno Masayuki, Teruo Izumi
  • Organizer: 14 th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of 1 kW fully-superconducting synchronous motor with REBCO wires (2019)
  • Author(s): H. Sasa, M. Iwakuma, S. Miura, M. Komiya, T. Aikawa, T. Sasayama, T. Yoshida, K. Yamamoto, T. Izumi, A. Tomioka, M. Konno, T. Umeno
  • Organizer: 14 th European Conference on Applied Superconductivity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] REBa2Cu3Oy超伝導線材を用いた1kW級全超伝導同期モータの冷却特性 (2019)
  • Author(s): 佐々滉太、三浦峻、小宮匡貴、須河内良多、笹山瑛由、吉田敬、山本薫、岩熊成卓、和泉輝郎、富岡章、今野雅之、梅野高裕
  • Organizer: 2019年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [Presentation] REBCO線材を用いた超伝導誘導電動機の概念設計と電磁解析 (2019)
  • Author(s): 土居祐麻, 尾崎高一郎, 吉田幸市, 三浦 峻, 笹山瑛由, 山本 薫,吉田敬, 岩熊成卓, 富岡昭, 今野雅行, 和泉輝郎
  • Organizer: 2019年度電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [Presentation] REBCO3本並列導体の付加的交流損失の評価 (2019)
  • Author(s): 古川琢馬、三浦峻、岩熊成卓
  • Organizer: 2019年度低温工学・超電導学会 九州・西日本支部 支部研究成果発表会
• [Presentation] MT26，EUCAS2019：回転機 (2019)
  • Author(s): 三浦峻
  • Organizer: 2019年度第4回冷凍部会-国際会議報告会-
  • Invited
• [Remarks] 九州大学 研究者情報
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/searchSP/details/K006656/index.html
• [Remarks] research map
  • URL: https://researchmap.jp/miurashun/