2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of optimum magnetizing technology for field poles of superconducting synchronous motors for ship propulsion
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20K21044
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
井田 徹哉 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (80344026)
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2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | パルス着磁 / バルク高温超電導 / 電気推進 / 超電導モータ / 超電導発電機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、スーパーエコシップや全自動化船といった次世代船舶が将来的に搭載すべき小形高効率な電気推進機として、あるいは潮流発電や洋上風力発電といったタービンを使用する海洋エネルギー発電システムにおいて海洋設置に伴う大出力発電機として期待されている超電導同期回転機においてエネルギーを生み出す界磁極について、その高性能を担保しながら実運用へ供するために必須のパルス着磁技術（PFM）を確立することを目的とする。
波形制御パルス磁化と負帰還（WCPM-NFB）は、PFMをベースに、印加磁場の波形を変化させることで捕捉磁束密度を増加させるために開発された先進的磁化技術である。我々が以前に開発した超電導同期回転機の動作温度上限である50KでWCPM-NFBを試みた。WCPM-NFB法による捕捉磁束密度の大きさは受動回路によるパルス着磁と比べて良好であったが、しかし想定を下回った。我々はこの原因を、フラックスジャンプ前に設定した制御目標が、フラックスジャンプ後の磁気・熱条件の大きな変化と相容れなかったことに起因していると推測し、WCPM-NFBの技術を改良し、パルス着磁中に制御目標を変更できるようにした。この改良型技術は一度のパルス磁場の印加によって最大3.17 Tという強磁場捕捉を達成した。
高温超電導バルクを界磁極に用いた同期回転機では、出力の増加に必要な高い総磁束を実現するために、大きな磁極面積を必要とする。結晶性の良い高温超電導バルクのサイズには限度があるため、超電導バルクの集積体を利用する。本研究では超電導バルク集積体への着磁のためのPFM法を、数値シミュレーションを用いて開発した。3つの四角形の高温超電導バルクを横に並べて配置し、様々なコイル構成と着磁順序を試みた結果、3つの銅製渦巻型コイルの配置と捕捉磁束密度の間の関係についての知見が得られた。
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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
超電導同期回転機の動作温度において、より高温である場合とは異なり、着磁方法に更なる改善が必要であることが判明し、かつこの温度域における強磁場捕捉を可能とするパルス着磁条件を見出すことが出来た。本研究の主目的である高温超電導バルク集積体に対するパルス着磁実験に向けて、コイルの形状と配置、そして磁場の印加手順をまとめた新しい着磁方法の検討を数値シミュレーションによって進め、実験に用いるパルス着磁治具と着磁コイルの試設計を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
超電導同期回転機の駆動による温度上昇をも考慮すると、より低温での着磁を試みるべきである。本年度は50Kから更に温度を下げてパルス着磁による強磁場捕捉を試み、その方法を確立する。一方、着磁コイルを新規製作し、高温超電導バルク集積体と共に固定収容した上で、強磁場捕捉を試み、高温超電導回転機の界磁子に対する着磁技術の確立を図る。
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| Causes of Carryover |
実験装置の設計に関して、より深い検討が必要なことがわかり、試作部品の発注が年度を超えてしまったために主要な部品の支出が年度を超えることになった。また、外注を取り止めて内製に変更したため、材料購入のために人件費を物品費へ振り分けた。新型コロナウィルスの影響で成果発表に関わる経費の支出が減少し、逆に実験室内での作業が増えたことから旅費が大きく減少し物品費が増加した。
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