| 研究課題/領域番号 |
15K05971
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| 研究機関 | 広島商船高等専門学校 |
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研究代表者 |
井田 徹哉 広島商船高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (80344026)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 高温超伝導 / パルス着磁 / 超伝導バルク磁石 / 発電機 / モータ / 捕捉磁場 |
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| 研究実績の概要 |
高温超伝導バルク磁石を利用したモータや発電機は、永久磁石を用いる既存の製品と比べて飛躍的な出力増加と高効率化、小型化を実現可能であるため、産業用電磁機器の低炭素・省エネルギー化に大きく寄与する。しかし実用性を考慮しパルス磁場によって高温超伝導バルク磁石へ着磁を行うと、LCR過渡応答に従う急峻な立ち上がりと鋭いピークを有するパルス磁場に短時間曝され、捕捉磁束密度の大幅な減少と磁場分布の乱れを生じる。そのため、高温超伝導体が有する性能を生かすことができない。
本研究では試料として直径45mm、高さ19mmのGd-Ba-Cu-Oバルク磁石（QMG, NSSMC）を用いた。このバルク磁石は磁場中冷却を行い、77Kで最大1.7Tの円錐形に磁束を捕捉できる。しかし、LCR過渡応答に従うパルス着磁では最大1T程度までしか磁束を捕捉できず、磁場中冷却の60%弱の性能しか発揮できない。この試料を液体窒素に浸漬し、上下に5mmずつ離して直径84mm、高さ20mmの渦巻型銅コイル2個で挟み、パルス着磁を試みた。高温超伝導バルク磁石が捕捉し易いパルス磁場を生成するため、バルク磁石の表面中心に設けたホール素子で測定した侵入磁束密度を着磁中にフィードバックし、LCR過渡応答と比べて振幅を抑制するようにパルス波形を制御した。本研究では一度のパルス着磁によって1.6Tという高い捕捉磁束密度と円錐状分布の捕捉磁場が得られた。これは磁場中冷却と比べると90%以上の性能を達成したことになる。ゆえに、本研究の波形制御パルス着磁は高温超伝導バルク磁石の持つ捕捉磁場性能を効率良く引き出すことに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成27年度は77K以下で波形制御パルス着磁実験を行い、捕捉磁場特性の向上を試みる予定としていた。現在までに77Kで着磁実験を行っており、侵入磁場フィードバックを入力としたパルス波形制御によって、捕捉磁場特性の大幅な向上を実現した。LCR過渡応答によってパルス磁場が収束するまでに約150msを要するところ、この波形制御では2sにまで延びており、当初予定していた出力増強とは異なるものの、パルス着磁による捕捉磁場特性の向上に資する着磁が実現できた。以上のことから、研究実施一年目として十分な成果が得られたといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年4月に研究代表者の所属が変更となり、実験室の確保を含めた研究環境の再立ち上げが必要となる。順次、手続き並びに必要な作業を進めて研究を再開する。現在不調の着磁コイルを巻き直し、また高温超伝導バルク磁石、温度・磁場センサ、着磁コイルを固定する治具を改良する必要性があるため、これらの作業から進めて行く。
現在までに77Kでの着磁実験のみを行っていることから、今後は温度を変更しての実験を行い、波形制御パルス着磁における最適な制御を行うための系統的な条件を明らかにする。その上で、最大捕捉磁束密度の向上を目指す。一方、侵入磁場フィードバックによる波形制御パルス着磁ではフラックスジャンプに起因すると考えられる不安定性が多く見られた。磁場捕捉の信頼性・確実性を高めるため、この不安定性をできるだけ取り除くように制御方法並びに制御条件の試行を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度の研究実施予定の一部が次年度以降と入れ替わり、研究機材改良の前に実験を実施し、一部物品の購入を見送ったため。これに伴い、人件費の支出も行わなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究機材の改良が必要なため、物品の購入並びに人件費の支出を目的として、次年度使用額を平成28年度以降に使用する。
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