高温超伝導バルク回転子をもつ磁気ベアリング付き超伝導モータに関する基礎研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450113
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 牟田 一彌 京都大学, 工学研究科, 教授 (70039270)
• 研究分担者: 中村 武恒 京都大学, 工学研究科, 助手 (30303861) ; 星野 勉 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10209231)
• キーワード: 高温超伝導バルク / 高温超伝導バルクモータ / アキシャル型 / ラジアル型 / 同期化 / 有限要素解析 / 等価回路 / ヒステリシス

研究概要

本年度は、ビスマス系高温超伝導バルク材を回転子に適用したモータについて、常伝導モータとの比較検討ができるように等価回路を用いた解析を詳細に行った。その結果、同等価回路においても、拘束試験の温度依存性を準定量的に記述できることを明らかにした。また、異なった材料としてサマリウム系材料(Sm-123)を回転子に適用した試験を行い、同バルクモータでは同期化後に捕捉磁束モータとなることを実験的に明らかにした。さらには、3次元有限要素解析を用い、高温超伝導バルク材の非線形電流輸送特性を定式化することで、静止トルク特性とバルク回転子の回転磁界中における磁化特性との関係を明らかにした。即ち、静止トルクとバルク回転子表面の磁気ヒステリシスループの面積が電機子電流に対して同一の依存性を示すことから、同トルクはヒステリシストルクとして発生していることを示した。
また、上記成果をもとに、ラジアル型バルクモータを設計・製作した。使用する高温超伝導バルク材としては、Sm-123や、Bi-2223とY-123を組み合わせたもの等を計画しており、材料によるモータ特性の相違を明らかにする。製作は完成しており、今後詳細な試験を行っていく予定である。同モータでは、効率向上が見込める上に、負荷接続が容易となることから、より実使用に近い試験を行う予定である。また、上記モータについても有限要素解析モデルを開発し、理論的特性評価を行うとともに、最適設計に役立てて行きたいと考えている。

研究成果

• [文献書誌] H.J.Jung, T.Nakamura, I.Multa, T.Hoshino: "Characteristics of Axial-Type HTS Motor Under Different Temperature Conditions"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 2201-2205 (2003)
• [文献書誌] T.Nakamura, K.Fukui, H.J.Jung, I.Muta, T.Hoshino: "Investigation of Magnetic Characteristics in HTS Bulk Materials for Motor Applications"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 2255-2258 (2003)
• [文献書誌] T.Nakamura, H.J.Jung, K.Fukui, I.Muta, T.Hoshino: "Electromagnetic Characteristics of Bi-2223 Disk in a Rotating Magnetic Field"Physica C. 392-396. 664-668 (2003)
• [文献書誌] T.Nakamura, H.J.Jung, N.Tanaka, I.Muta, K.Fukui: "Analysis of Magnetization Characteristics of HTS Bulk Rotor in a Rotating Magnetic Field"Proceedings of 11^<th> International Symposium on Electromagnetic Fields in Electrical Engineering(ISEF'03)(Maribor, Slovenia). 2. 795-800 (2003)
• [文献書誌] 鄭憲俊, 中村武恒, 田中信圭, 牟田一彌, 星野勉: "等価回路を用いたHTSバルクモータの温度特性評価"電気学会研究会(回転機研究会:回転機一般)資料(京都市). 117-122 (2003)
• [文献書誌] I.Muta, T.Nakamura, H.J.Jung, N.Tanaka, T.Hoshino: "Starting and Steady State Characteristics of Axial-type High T_c Superconducting Bulk Motor"Proceedings of 6^<th> International Conference on Electrical Machines and Systems(ICEMS'03)(Beijing, China). I. 238-241 (2003)
• [文献書誌] I.Muta, H.J.Jung, T.Nakamura, G.Morita, T.Hoshino: "Inverter-Fed Axial-Type High T_c Superconducting Bulk Motor"Proceedings of 5^<th> International Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems(ELECTROMOTION'03)(Marrakesh, Morocco). 10・3. 144-147 (2003)
• [文献書誌] 鄭憲俊, 中村武恒, 牟田一彌, 星野勉: "Bi-2223ならびにSm-123バルクを回転子に適用したアキシャル型モータの特性比較"2003年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集(松江市). 69. 237 (2003)
• [文献書誌] 鄭憲俊, 中村武恒, 三宅央倫, 牟田一彌, 星野勉: "アキシャル型高温超電導バルクモータの駆動周波数特性"2004年電気学会全国大会講演論文集(相模原市). 5. 34 (2004)
• [文献書誌] H.J.Jung, T.Nakamura, I.Muta, T.Hoshino: "Characteristic Analysis of Hysteresis-type Bi-2223 Bulk Motor with the Use of Equivalent Circuit(印刷中)"Physica C. (印刷中).
• [文献書誌] T.Nakamura, H.J.Jung, N.Tanaka, I.Muta, T.Hoshino: "Steady State Characteristics of Axial-type Sm-123 Bulk Motor under Different Synchronous Speed(印刷中)"Proceedings of 5^<th> European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'03)(Sorrento, Napoli, Italy).
• [文献書誌] I.Muta, T.Nakamura, H.J.Jung, T.Hoshino(1章分(pp.170-176)を執筆): "Energy Efficiency in Motor Driven Systems"Springer. 565 (2003)
• [文献書誌] I.Muta, T.Nakamura(1章分(pp.67-80)を執筆): "High Temperature Superconductivity 2 (Engineering Applications)(edited by A.V.Narlikar)"Springer. 710 (2003)