高透磁率粒子添加超電導強界磁を応用した30kVA潮流同期発電機の研究

• 研究課題/領域番号: 11J11003
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 船舶海洋工学
• 研究機関: 東京海洋大学
• 研究代表者: 都築 啓太 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 超伝導材料 / バルク超電導体 / 同期回転機 / 臨界電流密度 / ピン止め中心 / 潮流発電機 / 磁性粒子 / 捕捉磁束密度 / 超電導材料

研究概要

環境問題への対策であるCO2の排出量の削減は、世界規模で取り組むべき課題として挙げられている。日本国内の電力分野では脱原発の動きも伴い、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギーを利用した発電システムが注目を集めている。本研究は、潮の流れを用いた柵クラスの発電機のスケールモデルである30kVAプロトタイプを試作し、その成立性の評価・検証完了を目標に行うものである。平成24年は電気設計、機械設計からなる回転機を構成する要素技術と、バルク界磁に必要な冷却・着磁技術を融合し、実装試験により発電機の成立性の評価までを行った。その実績は下記の通りである。
1、冷却に関して、超電導回転機を安定的に冷やすことのできる100kW級の冷凍能力を有するシステムの構築に成功しさらなる改良として、回転部を冷却するための手法である回転継手の改良を行い、海流発電機に向けた超電導界磁の簡便な冷却技術として凝縮ネオン(-250K)を用いた超電導強界磁の冷却装置に関する実証実験を完了した。その結果、超電導界磁極を安定的に臨界温度以下へ冷却可能であることを確認した。
2,超電導界磁に関しては、着磁方法の改良により捕捉磁束をさらに増大させることに成功した。新たな知見として磁性材を超電導界磁の一部として用いた場合の性能向上に関しての基礎研究を行いその成果を欧州超電導会議にて発表した。実験の実施に関しては他のグループの協力を得て行った。
3、上記研究成果より得られた強界磁を利用して構築した発電機特性の検証を行った。発電機としての評価には海潮流発電で得られる入力トルクの代わりに外部動力である誘導電動機を用いて擬似的に一定の入力トルクを与えた。誘導電動機の出力軸を、冷却システムが搭載されている超電導発電機の入力軸へと直結し、界磁の温度上昇や発電波形を得て、超電導発電機に必要な要素の成立性検証を完了した。

研究成果

• [雑誌論文] Helium-Neon gas mixture thermosyphon cooling and stability for large scale HTS synchronous motors (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Sato, B. Felder, M. Miki, K. Tsuzuki, H. Hayakawa, M. Izumi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: Volume 23 Issue 3(掲載受理済み)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trapped magnetic flux of bulk HTS magnets in the external AC magnetic iield at low-temperatures (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Watasakil, M. Miki, B. Felder, K. Tsuzuki. R. Sato, S. Kase, M. Izumi, T. Ida
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: Volume 23 Issue 3(掲載受理済み)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cryogenic rotary joints applied to the cooling of superconducting rotating machinery (2013)
  • 著者名/発表者名: B. Felder, M. Miki, K.Tsuzuki. R. Sato, H. Hayakawa, M. Izumi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: Volume 23 Issue 3(掲載受理済み)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Process technology and superconductingproperties ofbulk HTS with multi-RE elements (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Zhou, B. Li, S. Hara, K.Xu. K. Tsuzuki, M. Miki, B. Felder and M. Izumi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: Volume 23 Issue 3(掲載受理済み)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flux Deflection On Rotating Field Pole Magnets for HTS Machines (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tsuzuki、M. Miki, B. Felder, M. Watasaki・ S. Kase・ R. Sato・ M. Izumi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: Volume 23 Issue 3(掲載受理済み)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of the Flux Trapping in Gd-Ba-Cu-O Bulk using Magnetic Particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Keita Tsuzuki, S.Hara, K.Xu, C.Harnois, M.Izumi
  • 雑誌名: IEEE/CSC & ESAS European Superconductivity News Forum (ESNF) 巻: VOL15 ページ: 1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of the Critical Current Densities and Trapped Flux of Gd-Ba-Cu-O Bulk HTS Doped With Magnetic Particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki, K.; Hara, S.; Xu, Y.; Morita, M.; Teshima, H.; Yanagisawa, O.; Noudem, J.; Harnois, C.; Izumi, M.
  • 雑誌名: Applied Superconductivity, IEEE Transactions 巻: VOL21 号: 3 ページ: 2714-2717
  • DOI: 10.1109/tasc.2010.2091102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Flux Pinning and Microstructural Study of Single-Domain Gd-Ba-Cu-O Bulk Superconductors With the Addition of Fe-Containing Alloy Particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Kun Xu; Tsuzuki, K.; Hara, S.; Difan Zhou; Yan Xu; Nishio-Hamane, D.; Izumi, M.
  • 雑誌名: Magnetics, IEEE Transactions 巻: VOL47 号: 10 ページ: 4139-4142
  • DOI: 10.1109/tmag.2011.2154310
  • 査読あり
• [学会発表] Helium-neon gas mixture thermosyphon cooling and stability for large scale HTS synchronous motors (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Sato, B. Felder, M. Miki, K. Tsuzuki, H. Hayakawa, M. Izumi
  • 学会等名: Applied Supercond,"ictivity Conference 2012 (ASC2012)
  • 発表場所: ボートランド、アメリカ合衆国
• [学会発表] Flux Deflection On The Rotating Field Pole Magnets In The HTS machines (2012)
  • 著者名/発表者名: K・ Tsuzuki、 M. Miki, B. Felder, M. Watasaki, S. Kase, R. Sato, M. Izumi
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2012 (ASC2012)
  • 発表場所: ポートランド、アメリカ合衆国
• [学会発表] Materials processing and superconducting properties of binary RE-Ba-Cu-O bulk superconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Zhou, B. Li, S. Har, K. Xu, K.Tsuzuki. M. Miki, B. Felder, M. Izumi
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2012 (ASC2013)
  • 発表場所: ポートランド、アメリカ合衆国
• [学会発表] Trapped magnetic nux of bulk HTS magnets in the external AC magnetic field at low-temperatures (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Watasaki, M. Miki, B. Felder, K. Tsuzuki、R. Sato, S. Kase, M. Izumi, T. Ida
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2012 (ASC2014)
  • 発表場所: ポートランド、アメリカ合衆国
• [学会発表] Ni-FeとFe-Ga合金粒子添加によるGd-Ba-Cu-Oバルク超電導体のピンニング効果向上 (2011)
  • 著者名/発表者名: 周迪帆, 原章悟, 徐坤, 李備戦, 都築啓太, 和泉充
  • 学会等名: 金属・セラミックス研究会テーマ「超電導材料」
  • 発表場所: 東京大学武田ホール(東京都)
  • 年月日: 2011-10-23
• [学会発表] Investigation of Gd2BaCuO5 spatial distribution and superconducting properties in the Gd-Ba-Cu-O single grains with nano-Ag and Fe-containing additives (2011)
  • 著者名/発表者名: Kun Xu, Difan Zhou, Shogo Hara, Keita Tsuzuki, Daisuke Nishio-Hamane, Mitsuru Izumi
  • 学会等名: Superconductivity Centennial Conference 2011
  • 発表場所: Den Haag(オランダ)
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Influence of the inner coil size of CMDC on the flux-trapping properties of bulk superconductors in pulsed-field magnetization (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.Deng, N.Shinohara, M.Miki, B.Felder, K.Tsuzuki, M.Watasaki, M.Izumi
  • 学会等名: Superconductivity Centennial Conference 2011
  • 発表場所: Den Haag(オランダ)
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Pulsed-field magnetization of HTS bulk using magnetic field feedback control technique (2011)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Ida, Masahiro Watasaki, Keita Tsuzuki, Zigang Deng, Mitsuru Izumi
  • 学会等名: Superconductivity Centennial Conference 2011
  • 発表場所: Den Haag(オランダ)
  • 年月日: 2011-09-18
• [備考] 東京海洋大学システム物理工学研究室ホームページ
  • URL: http://www2.kaiyodai.ac.jp/^izumi/index-j.html
• [備考] 鳥羽商船高専応用超伝導工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.info.toba-cmt.ac.jp/~tsuzuki
• [備考] 東京海洋大学システム物理工学研究室ホームページ
  • URL: http://www2.kaiyodai.ac.jp/~izumi/index-j.html