交流用超電導ケーブル導体の安定性向上と応用のための基礎的研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450116
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 石山 敦士 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00130865)
• 研究分担者: 金 錫範 早稲田大学, 理工学部, 助手 (00287963) ; 若尾 真治 早稲田大学, 理工学部, 専任講師 (70257210) ; 小貫 天 早稲田大学, 理工学部, 教授 (80063428)
• キーワード: 超電導 / 交流応用 / 撚線ケーブル導体 / 過渡安定性 / 常電導伝播特性 / 超電導限流器 / 超電導リニア誘導機 / 有限要素法解析

研究概要

平成9年度は、本課題研究の初年度であり、当初の計画に沿って次の3点について研究を実施した。
1.交流用超電導撚線導体の過渡安定性評価:3本撚線導体を対象とし、通電電流と最小クエンチエネルギー(導体全体がクエンチに至る最小の擾乱エネルギー)の関係曲線を過渡安定性の特性評価曲線として実験と数値解析に基づく検討を行った。本年度は、主に母材中に銅を複合させたときの効果と、銅配置の影響について定量的な評価を行った。その結果、銅を複合させることにより、常電導転移に伴う素線間電流再配分領域が長くなり、素線間の横断電流による発熱密度が低下するため安定性が向上すること、銅を素線表面付近に配置することにより、擾乱熱や横断電流による発熱を拡散させる効果があることなどを明らかにした。また、撚線に加わる擾乱位置の影響についても実験と解析による評価を行い、撚線導体が常電導転移するときの過渡的な振る舞いを明確にすることができた
2.S/N転移型限流器の動作特性評価:上記3本撚線導体の評価解析用計算機プログラムを用いて、限流器動作時の過渡的な電磁的・熱的振る舞いを明らかにするための検討を行った。特に、実用時に想定される電流上昇速度(4〜11MA/s)における常電導転移・伝播に伴う常電導抵抗値の時間変化について詳細に評価を行った。また、限流器用の交流kA級酸化物超電導電流リ-ドの開発を目指し、その特性上重要となる熱侵入量の評価を実験と解析により行い、電流リ-ドの形状や並列接続数の影響などを明らかにした。
3.垂直円筒型超電導リニア誘導モータの試作:有限要素法解析、銅巻線常温機による実験に基づく検討をもとに設計した超電導機の試作を行った。また、超電導機において重要となる常電導転移事故の検出および保護法について基礎実験に基づく検討を行い良好な結果を得た。さらに、超電導機特有の特性を踏まえた励磁電源について詳細な検討を行い、設計・試作を行った。本年度予定した装置の試作をほぼ完了できたので、次年度以降、本装置を用いて、本研究の目的の一つである機器動作時の超電導巻線の振る舞いに関する検討を行っていく。

研究成果

• [文献書誌] A. Ishiyama: "Measurements of Cross Contact Resistance in Rutherford Cables" 16th International Cryogenic Engineering Conference/International Cryogenic Materials Conference(ICEC16/1CMC). Part2. 1239-1242 (1997)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "Numerical Experiments for Transient Stability in Dry-Winding Superconducting Magnets" 16th International Cryogenic Engineering Conference/International Cryogenic Materials Conference(ICEC16/1CMC). Part2. 1281-1284 (1997)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "Transient Stability Analysis in Bi-2223/Ag Superconducting Tapes" IEEE Transactions on Applied Superconductivity(ASC´96). Vol.7, No.2. 203-206 (1997)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "Improvement of Transient Stability of Non-insulated A.C. Multi-strand Superconducting Cables" IEEE Transactions on Applied Superconductivity(ASC´96). Vol.7, No.2. 231-234 (1997)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "An Optimal Design Method for High-Field Superconducting Magnets with Ferromagnetic Shields" IEEE Transactions on Applied Superconductivity(ASC´96). Vol.7, No.2. 439-442 (1997)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "Design and Characteristics Analysis of Superconducting Tubular Linear Induction Motors" IEEE Transactions on Applied Superconductivity(ASC´96). Vol.7, No.2. 660-663 (1997)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "Characteristics of Gas-cooled HTS Current Leads for Superconducting Fault Current Limiters" 15th International Conference on Magnet Technology (MT-15). (掲載決定). (1998)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "Effect of Cu-sheath to transient stability of A.C. multi-strand superconducting cables" 15th International Conference on Magnet Technology (MT-15). (掲載決定). (1998)
• [文献書誌] A. Ishiyama: "An Optimal Design Method for Magnetic Shields of MRI Superconducting Magnets by Using Equivalent Magnetization Current Method" 15th International Conference on Magnet Technology (MT-15). (掲載決定). (1998)
• [文献書誌] T. Onuki: "Induction Motor with Helical Motion by Phase Control" IEEE Transaction on Magnetics. Vol.33. 4218-4220 (1997)
• [文献書誌] T. Onuki: "Optimal Rotor Construction of Synchronous Motor with Plural Permanent Magnets per Pole" IEE proceedings of Electrical Machines and Devices (EMD´97). No.444. 31-35 (1997)
• [文献書誌] W.J. Jeon: "Rotary-LIM Composed of Four Primaries with Independently Energized Ring-Windings" Conf. Record of 32nd IEEE-IAS Annual Meeting (IAS´97). Vol.1. 365-372 (1997)
• [文献書誌] 小貫 天: "二方向二相巻線を用いた二方向リニア誘導機の駆動特性" 電気学会論文誌D. Vol.117. 1384-1389 (1997)
• [文献書誌] K. Tatematsu: "Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drive with Reduced Order Observer" 13th Annual Applied Power Electronics Conference (APEC´98). Vol.1. 75-80 (1997)
• [文献書誌] T. Onuki: "A Novel Block Feeding Method in the Single-sided LIM with a Short Secondary Member" IEEE Transactions on Power Engineering Society. (掲載決定). (1998)
• [文献書誌] T. Onuki: "An Approach Enhance the Performance of Linear Synchronous Motor with Induction Starting" International Conference on Electrical Machines (ICEM´98). (掲載決定). (1998)
• [文献書誌] T. Onuki: "A Novel Method for Evaluating the Iron Loss in Linear Synchronous Motors" International Conference on Electrical Machines (ICEM´98). (掲載決定). (1998)