交流用超伝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

1998 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: 若尾 真治 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (70257210) ; 小貫 天 早稲田大学, 理工学部, 教授 (80063428)
• キーワード: 超伝導 / 交流応用 / 撚線ケーブル導体 / 過渡安定性 / 常伝導伝播特性 / 超伝導限流器 / 超伝導リニア誘導器 / 有限要素法解析

研究概要

平成10年度は、本研究課題の2年目であり、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. 交流用超伝導撚線導体の過渡安定性評価:線径、マトリクス比、B-J特性(臨界磁界ー臨界電流密度特性)がほぼ等しく、銅の配置のみ異なる3種類の線材と銅を含まない線材を素線とする3本撚線導体(合計4種類)を用意し、各通電電流値における最小クエンチエネルギー(3本撚線導体全体が常伝導転移する最小のヒータ投入熱量)を評価基準として実験とシミュレーションによる定量的な評価を行った。その結果、銅複合化により安定性が飛躍的に向上し、最小クエンチエネルギー(安定性マージン)が1〜3桁向上することがわかった。また、銅を超伝導フィラメントの外側に配置すると最も安定性が向上することがわかった。
2. 超伝導限流器用電流リードの開発二本年度は、主として、昨年度に引き続き、限流器用の交流kA級酸化物超伝導電流リードの開発を目指した検討を行った。昨年度試作実験し、数値シミュレーションにより評価を行った1kA級電流リードの結果を踏まえ、3kA級電流リードについて、リード形状、太さ、並列本数などの最適化を行い、大電流電流リードの設計指針を明らかにすることができた。
3. 垂直円筒型短一次超伝導リニア誘導モータの試作・実験:昨年度設計・試作を開始した実験機の製作を終え、動作実験を行い、始動推力特性など設計どおりの性能が得られた。その他、リニア誘導機の幾何学的非対称性に起因する三相電流の不平衡の影響、二次導体(アルミ円筒)の突入・脱出時の電磁的・機械的特性、超伝導一次コイルが常伝導転移したときの検出・保護法などについて、実験とシミュレーションによる検討を行い、各特注の評価と保護装置の動作確認・検証を行い良好な結果が得られた。

研究成果

• [文献書誌] A.Ishiyama: "Experimental and Analytical Estimation for Transient Stability in AC Multi-strand Superconducting Cables" Proc.of the 17th Int.Cryogenic Engr.Conf.365-368 (1998)
• [文献書誌] 石山 敦士: "感度解析を取り入れた高磁界・高均一超電導マグネットの最適化設計" 電気学会論文誌. 118B. 1103-1109 (1999)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Quench Propagation Properties in HTS Pan-cake Coil" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 5(掲載決定). (1999)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Design and Construction of Superconducting Cylindrical Linear Induction Motor with AC Superconducting Primary Windings" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 5(掲載決定). (1999)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Development of kA-class Gas-cooled HTS Current Lead for Superconducting Fault Current Limiter" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 5(掲載決定). (1999)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Magnetic Characteristics of a High-T_c Superconducting Cylinder for Magnetic Shielding Type Superconducting Fault Current Limiter" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 5(掲載決定). (1999)
• [文献書誌] A.Ishiyama: "Transient Stability of Large Aluminum Stabilized Superconductors" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 5(掲載決定). (1999)
• [文献書誌] 小貫 天: "短二次片側式リニアモータのブロック給電長を短縮化する新たなスイッチング法" 電気学会論文誌. 118D. 1315-1320 (1999)
• [文献書誌] 小貫 天: "高電力密度回転機における通風孔の形状最適化" 電気学会論文誌. 118D. 1110-1115 (1999)
• [文献書誌] T.Onuki: "Design optimization of air-ducts in roating machines with high power density" IEEE Transactions on Magnetics. 34. 2857-2860 (1999)
• [文献書誌] T.Onuki: "Design optimization of stimulation coil system for nerve stimulation" IEEE Transactions on Magnetics. 34. 2159-2161 (1999)
• [文献書誌] S.Wakao: "A novel design approach for grasping broad characteristics of magnetic shield problem" IEEE Transactions on Magnetics. 34. 2144-2146 (1999)
• [文献書誌] S.Wakao: "Optimization of coils for detecting initial rotor position in permanent magnet synchronous motor" Journal of Applied Physics. 83. 6365-6367 (1999)
• [文献書誌] 若尾 真治: "電磁界解析における有限要素・境界要素併用法の並列処理手法" 電気学会論文誌. 118A. 373-379 (1999)