室温からの連続駆動可能な脱レアアース形高温超伝導誘導同期回転機の研究

• 研究課題/領域番号: 23360124
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中村 武恒 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30303861)
• 研究分担者: 菅野 未知央 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 助教 (30402960)
• 研究協力者: 伊藤 佳孝 株式会社イムラ材料開発研究所, 研究開発グループ, 主任研究員 (20527478)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円); 2013年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2012年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2011年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: 高温超伝導 / 脱レアアース / 誘導同期回転機 / 非超伝導駆動 / 温度可変駆動 / ビスマス系高温超伝導線材 / 冷凍機冷却 / 冷凍機伝導冷却 / 珪素鋼板 / 熱拡散率 / 室温駆動

研究概要

本研究では、高温超伝導誘導同期回転機について、非超伝導状態においても駆動可能な最適構造・制御方法の実験的かつ解析的検討を実施した。本研究によって、超伝導回転機運転の際の「常に冷却しなければならない」という制約が緩和される可能性を示した。
まず、20 kW級試作機について、超伝導状態から非超伝導状態まで連続して運転することに成功した。次に、上記回転機特性を電磁界解析および非線形等価回路によってモデル化し、室温から超伝導状態までの最大効率制御特性を明確化した。さらに、積層電磁鋼板の熱通過率を定量化し、冷凍機駆動周波数可変運転時冷却特性も検討して、温度可変駆動の可能性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Calculated Characteristics of HTS Induction/Synchronous Machine Below and Above its Critical Temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Shimura, T . Nakamura, H. Kitano, T . Nishimura, N. Amemiya and Y . Itoh
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: Vol.23,No.3 号: 3 ページ: 5201705-5201705
  • DOI: 10.1109/tasc.2013.2244637
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集 : 超電導産業機器技術の展開「輸送機器応用を目指した高温超電導誘導同期回転機システムの技術開発の進展 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 雑誌名: 超電導 Web21(電子媒体) 巻: 3月号 ページ: 7-9
  • URL: http://www.istec.or.jp/web21/pdf/12_03/all.pdf
• [雑誌論文] 高温超電導電動機と電力貯蔵装置の適用による電気鉄道の省エネルギー化に関する基礎検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小西武史, 中村武恒, 雨宮尚之
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌） 巻: 132 号: 5 ページ: 398-406
  • DOI: 10.1541/ieejpes.132.398
  • NAID: 10030605408
  • ISSN: 0385-4213, 1348-8147
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集:超電導産業機器技術の展開「輸送機器応用を目指した高温超電導誘導同期回転機システムの技術開発の進展 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 雑誌名: 超電導Web213月号 巻: (電子媒体) ページ: 7-9
• [雑誌論文] 超電導電気自動車の夢 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 雑誌名: 電気学会誌 巻: 131 号: 9 ページ: 630-630
  • DOI: 10.1541/ieejjournal.131.630
  • NAID: 10029503300
  • ISSN: 1340-5551, 1881-4190
• [学会発表] Prominent Performance of 20kW-Class High Temperature Superconducting Induction/Synchronous Machine for Next Generation Automobile (2014)
  • 著者名/発表者名: T . Nakamura, Y . Itoh, M. Y oshikawa, T . T erazawa, T . Nishimura, T . Ogasa, T . Matsuo, N. Amemiya, Y . Ohashi, M. Furuse and S. Fukui
  • 学会等名: The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • 発表場所: Fukuoka University, Fukuoka(Japan)
  • 年月日: 2014-08-28
  • 招待講演
• [学会発表] High temperature superconducting motor system for low carbon emission transportation equipment (2014)
  • 著者名/発表者名: T . Nakamura, Y . Itoh, M. Yoshikawa, T . Terazawa, Y . Ohashi and Q. Li
  • 学会等名: 1st International Symposium on Energy Challenges and Mechanics
  • 発表場所: Aberdeen, Scotland(UK)
  • 年月日: 2014-07-10
  • 招待講演
• [学会発表] 高温超電導誘導同期回転機における冷却構造の検討-積層珪素鋼板の熱通過率の異方性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡邉潤, 志村拡俊, 中村武恒, 小笠卓郎, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 大橋義正
  • 学会等名: 2014年春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(江戸川区)
  • 年月日: 2014-05-27
• [学会発表] 冷凍機 COP を考慮した高温超電導誘導同期回転機システムの定常駆動特性解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒, 志村拡俊, 西村立男, 小笠卓郎, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 大橋義正
  • 学会等名: 2014年春季低温工学 ・ 超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(江戸川区)
  • 年月日: 2014-05-27
• [学会発表] 車載用高温超電導モータの開発現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: 低温工学・超電導学会第4回超電導応用研究会/第2回 HTS 冷却システム検討会シンポジウム
  • 発表場所: 住友電気工業(株)大阪製作所(大阪市)
  • 年月日: 2014-03-07
  • 招待講演
• [学会発表] 車載用高温超電導モータの開発現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: 低温工学・超電導学会 第4回超電導応用研究会／第2回HTS冷却システム検討会シンポジウム
  • 発表場所: 住友電気工業（株） 大阪製作所(大阪市)
  • 招待講演
• [学会発表] 冷凍機COPを考慮した高温超電導誘導同期回転機システムの定常駆動特性解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒, 志村拡俊, 西村立男, 小笠卓郎, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 大橋義正
  • 学会等名: 2014年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京)
• [学会発表] High temperature superconducting motor system for low carbon emission transportation equipment (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: 1st International Symposium on Energy Challenges and Mechanics
  • 発表場所: Aberdeen, Scotland, United Kingdom
  • 招待講演
• [学会発表] Prominent Performance of 20kW-Class High Temperature Superconducting Induction/Synchronous Machine for Next Generation Automobile (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: International Union of Materials Research Societies-The IUMRS International Conference in Asia 2014
  • 発表場所: 福岡大学(福岡市)
  • 招待講演
• [学会発表] 高温超電導誘導同期回転機における冷却構造の検討－積層珪素鋼板の熱通過率の異方性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡邉潤, 志村拡俊, 中村武恒, 小笠卓郎, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 大橋義正
  • 学会等名: 2014年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(江戸川区)
• [学会発表] 20 kW 級高温超電導誘導同期回転機の超電導ならびに非超電導状態における回転特性と冷却特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒, 西村立男, 志村拡俊, 李全, 小笠卓郎,雨宮尚之, 伊藤佳孝, 吉川雅章, 寺澤俊久, 奥村暢朗
  • 学会等名: 2013年春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(江戸川区)
  • 年月日: 2013-05-14
• [学会発表] 20 kW級高温超電導誘導同期回転機の超電導ならびに非超電導状態における回転特性と冷却特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒, 西村立男, 志村拡俊, 李全, 小笠卓郎, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 吉川雅章, 寺澤俊久, 奥村暢朗
  • 学会等名: 2013年度春季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京)
• [学会発表] 超電導-常電導転移温度近傍における高温超電導誘導同期回転機の効率特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 志村拡俊, 中村武恒, 西村立男, 北野紘生, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 吉川雅章
  • 学会等名: 2012年秋季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: いわて県民情報交流センター[アイーナ](盛岡市)
  • 年月日: 2012-11-09
• [学会発表] Challenging Operational Break -through for HTS Induction /Synchronous Machine _ Below and Above Its Critical T emperature (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Shimura, T . Nakamura, H. Kitano, T . Nishimura, N. Amemiya and Y . Itoh
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2012 (ASC 2012), Portland, Oregon, USA
  • 発表場所: Portland, Oregon(USA)
  • 年月日: 2012-10-10
• [学会発表] Novel operational concept of HTS induction/synchronous machine : from non-superconducting to supercond -ucting state (2012)
  • 著者名/発表者名: T . Nakamura, H. Shimura, D. Sekiguchi, H. Kitano, S. Misawa, N. Amemiya, Y . Itoh, M. Yoshikawa, T . Terazawa and M. Sugano
  • 学会等名: International Cryogenic Engineering Conference 24 -International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICEC 24-ICMC 2012)
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡市)
  • 年月日: 2012-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] Novel operational concept of HTS induction/synchronous machine : from non-superconducting to superconducting state (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, H.Shimura, D.Sekiguchi, H.Kitano, S.Misawa, N.Amemiya, Y.Itoh, M.Yoshikawa, T.Terazawa, M.Sugano
  • 学会等名: International Cryogenic Engineering Conference 24-International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICEC 24-1 ICMC 2012)
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡市)(招待講演)(発表確定)
  • 年月日: 2012-05-16
• [学会発表] Development of next generation drive system by use of HTS induction /synchronous machine (2012)
  • 著者名/発表者名: T . Nakamura, D. Sekiguchi, S. Misawa, H. Kitano, H. Shimura, T . Nishimura, N. Amemiya, Y . Itoh, M. Yoshikawa, T . Terazawa, Y . Ohashi and N. Okumura
  • 学会等名: 3 rd International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2012)
  • 発表場所: イスタンブール(トルコ)
  • 年月日: 2012-05-03
  • 招待講演
• [学会発表] Development of next generation drive system by use of HTS induction/synchronous machine (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, D.Sekiguchi, S.Misawa, H.Kitano, H.Shimura, T.Nishimura, N.Amemiya, Y.Itoh, M.Yoshikawa, T.Terazawa, Y.Ohashi, N.Okumura
  • 学会等名: 3rd International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2012)
  • 発表場所: イスタンブール(トルコ)(招待講演)(発表確定)
  • 年月日: 2012-05-03
• [学会発表] Novel operational concept of HTS induction/synchronous machine: from non-superconducting to superconducting state (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒, 志村拡俊, 関口大輔, 北野紘生, 三澤慎太郎, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 吉川雅章, 寺澤俊久, 菅野未知央
  • 学会等名: 24th International Cryogenic Engineering Conference-International Cryogenic Materials Conference 2012
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡市)
  • 招待講演
• [学会発表] Challenging Operational Breakthrough for HTS Induction/Synchronous Machine _ Below and Above Its Critical Temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: 志村拡俊, 中村武恒, 北野紘生, 西村立男, 雨宮尚之, 伊藤佳孝
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2012
  • 発表場所: Portland, Oregon (USA)
• [学会発表] 超電導－常電導転移温度近傍における高温超電導誘導同期回転機の効率特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 志村拡俊, 中村武恒, 西村立男, 北野紘生, 雨宮尚之, 伊藤佳孝, 吉川雅章
  • 学会等名: 2012年度秋季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: いわて県民情報交流センター[アイーナ] (盛岡市)
• [学会発表] 自動車用超電導モータの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: 自動車用モータの小型軽量化と高機能化に向けた材料 ・ 構造技術
  • 発表場所: 東京ファッションタウン (TFT)ビル(江東区)
  • 年月日: 2011-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] 自動車用超電導モータの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: 自動車用モータの小型軽量化と高機能化に向けた材料・構造技術
  • 発表場所: 東京ファッションタウン(TFT)ビル(江東区)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Current status of high temperature supercon -ducting induction/synchronous machine for automobile application (2011)
  • 著者名/発表者名: T . Nakamura, D. Sekiguchi, S. Misawa, H. Kitano, Y . Kawanishi, M. Fukui, T . Matsuo, M. Miyamoto, N. Amemiya, Y . Itoh, M. Y oshikawa, T . T erazawa, Y . Ohashi, N. Okumura, K. Osamura, J. Ogawa, S. Fukui and T Oka
  • 学会等名: Asian Conference on Applied Superconductivity and Cryogenics 2011 (ACASC2011)
  • 発表場所: ニューデリー(インド)
  • 年月日: 2011-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] Current status of high temperature superconducting induction/synchronous machine for automobile application (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura, D.Sekiguchi, S.Misawa, H.Kitano, Y.Kawanishi, M.Fukui, T.Matsuo, M.Miyamoto, N.Amemiya, Y.Itoh, M.Yoshikawa, T.Terazawa, Y.Ohashi, N.Okumura, K.Osamura, J.Ogawa, S.Fukui, T Oka
  • 学会等名: Asian Conference on Applied Superconductivity and Cryogenics 2011 (ACASC2011)
  • 発表場所: ニューデリー(インド)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] 高温超電導誘導同期機における自律安定性の実証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北野紘生, 中村武恒, 関口大輔, 雨宮尚之, 伊藤佳孝
  • 学会等名: 2011年度秋季低温工学・超電導学会
  • 発表場所: 金沢歌劇座(金沢市)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Rotating characteristics of induction/synchronous motor by use of nonlinear property of HTS wires (2011)
  • 著者名/発表者名: T . Nakamura
  • 学会等名: The 15th Japan-US Workshop on Advanced Superconductors
  • 発表場所: 住友クラブ
  • 年月日: 2011-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] Rotating characteristics of induction/synchronous motor by use of nonlinear property of HTS wires (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura
  • 学会等名: The 15th Japan-US Workshop on Advanced Superconductors
  • 発表場所: 住友クラブ(大阪市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-28
• [学会発表] 超電導モータの最新技術動向 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: TECHNO-FRONTIER2011 技術シンポジウム( (社)日本能率協会主催)
  • 発表場所: 東京ビッグサイト
  • 年月日: 2011-07-21
  • 招待講演
• [学会発表] 超電導モータの最新技術動向 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村武恒
  • 学会等名: TECHNO-FRONTIER2011技術シンポジウム((社)日本能率協会主催)
  • 発表場所: 東京ビッグサイト(江東区)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-21