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2021 年度 実績報告書

縦磁界効果を利用した大容量超伝導直流電力ケーブルの研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H00771
研究機関九州工業大学

研究代表者

小田部 荘司  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (30231236)

研究分担者 倪 宝栄  福岡工業大学, 工学部, 教授 (10248536)
木内 勝  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (90304758)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード超電導 / 縦磁界効果 / 電力ケーブル
研究実績の概要

2020年度にロシアのAll-Russian Scientific Research and Development Cable Instituteと共同で作成した縦磁界効果を利用した小型超伝導電力ケーブルについて交流通電を行なって、交流損失測定を行なった。そしてその結果を従来の超伝導電力ケーブルの交流損失測定の結果と比較した。その結果、縦磁界ケーブルでは従来ケーブルに比べて2倍程度、交流損失が大きいことが分かった。これは、超伝導テープの巻き方が交流損失を最低にするように巻かれておらず、臨界電流を高くするように巻いてあるためである。この結果については2021年にロシアが幹事国をしてオンラインで行なわれたThe 15th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2021)国際会議において口頭発表を行なった。この発表では、巻き方を変えるだけで臨界電流を増加させることができることについて、他の研究者から興味を持ってもらえ、いい議論をすることができた。
この縦磁界ケーブルの結果については理論で説明することは、構造の複雑さから困難である。したがって、有限要素法を用いた計算シミュレーションにより数値的に説明することが考えられる。現在の計算機の性能であれば、ケーブル全体をモデル化しても交流損失を計算することは可能であると考えられる。
このような数値計算により実験結果を説明することができれば、交流損失と臨界電流を最適にする巻き方を検討することができ、設計することができるようになる。その結果、従来よりも性能のいい超伝導電力ケーブルを提案することができるようになる。

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

当初の研究計画では直流のみについて研究することとしていたが、交流通電した際の交流損失の測定をすることができ、その結果について考察することができた。この点ではかなり進展があった。一方で、コロナ禍もあって海外にでることができず、共同研究先と密な研究をすることができなかった。

今後の研究の推進方策

交流損失測定が完了したので、これを有限要素法を用いた数値シミュレーションにより説明することができるかを明らかにしたい。これにより同じ超伝導テープを使っても、巻き方を変えるだけで臨界電流と交流損失を最適化することができるようになる。

超伝導テープ線材の性能は着実に向上しており、研究開始した時点よりも臨界電流密度が高い材料を手に入れることができるようになっている。したがって、2019年に試作したケーブルよりも高い縦磁界効果を得て性能のいい縦磁界ケーブルを実現することができる可能性がる。これについても検討していきたい。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] 中国南方電網/上海超電導/中天科技(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国南方電網/上海超電導/中天科技
  • [国際共同研究] All-Russian Sci. Res. Dev. Cable Inst.(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      All-Russian Sci. Res. Dev. Cable Inst.
  • [雑誌論文] The possibility of increasing the direct current of HTSC cables due to the effect of the longitudinal magnetic field2021

    • 著者名/発表者名
      S. Yu. Zanegin, V. V. Zubko, A. A. Nosov, S. S. Fetisov, E. S. Otabe, Y. Kinoshita, T. Akasaka
    • 雑誌名

      Cable and Wires (Russian)

      巻: 387 ページ: 19-24

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Study on Plishing Method Using Magnetic Levitation Tool in Superconductive-Assisted Machining2021

    • 著者名/発表者名
      Hidetaka Nakashima, Tatsuya Nakasaki, Tatsuhiro Tanaka, Yushi Kinoshita, Yuki Tanaka, Panart Khajornrungruang, Edmund Soji Otabe, Keisuke Suzuki
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 15 ページ: 234-242

    • DOI

      10.20965/ijat.2021.p0503

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study on the SUAM Doulbe Magnet System for Polishing2021

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Nakasaki, Yushi Kinoshita, Panart Khajornrungruang, Edmund Soji Otabe, Keisuke Suzuk
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 15 ページ: 503-511

    • DOI

      10.20965/ijat.2021.p0234

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time-Dependent Ginzburg-Landau Simulation of Critical Current Density Including z-axis Anisotropy2021

    • 著者名/発表者名
      Rina Yonezuka, Yusei Hamada, Kazunori Kamiji, Edmund Soji Otabe, Yasunori Mawatari, Tetsuya Matsuno
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1857 ページ: 012020

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1857/1/012020

  • [学会発表] FEMを用いた超伝導線材の接触抵抗の分布と角度を考慮した臨界電流特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      鐘 宇軒, 小田部 荘司, 赤坂 友幸, 石原 篤, 富田 優, 安谷 葵
    • 学会等名
      2021年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] 超伝導線材を用いた磁気浮上工具の 有限要素法による電磁界解析2021

    • 著者名/発表者名
      岩崎 慎也, 木下 雄士, 小田部 荘司, 中﨑 達也, 鈴木 恵友
    • 学会等名
      2021年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] The feasibility design study and cold test of the first model the compact HTS cable with the longitudinal magnetic field effect2021

    • 著者名/発表者名
      S.S. Fetisov, V.V. Zubko, S.Yu. Zanegin, V.S. Vysotsky, A.A. Nosov, E.S. Otabe, Y. Kinoshita, T. Akasaka
    • 学会等名
      The 15th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic interference of the critical currents of crosstype Josephson junctions in oblique magnetic fields2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Mawatari, Tenma Ueda, E. S. Otabe, Y. Higashi
    • 学会等名
      The 15th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 斜め磁場下での十字形ジョセフソン接合における電流分布2021

    • 著者名/発表者名
      上田天馬, 小田部荘司, 馬渡康徳
    • 学会等名
      2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ジョセフソン接合の磁気干渉における局所的電流注入の効果2021

    • 著者名/発表者名
      馬渡康徳, 上田天馬, 小田部荘司
    • 学会等名
      2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 超電導線材を用いた磁気浮上工具の性能向上に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      岩崎慎也, 木下雄士, 小田部荘司, 中﨑達也, 鈴木 恵友
    • 学会等名
      2021年度(第74回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • [学会発表] 超伝導体内の電界の時間変化を用いたリザーバーコンピューティングに関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      有田拳, 上田天馬, 小田部荘司
    • 学会等名
      2021年度応用物理学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 超伝導線材を用いた磁気浮上工具の性能向上に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      石井皓也, 岩崎慎也, 木下雄士, 小田部荘司, 中﨑達也, 鈴木恵友
    • 学会等名
      2021年度応用物理学会九州支部学術講演会
  • [学会発表] 斜め磁場下の面状ジョセフソン接合における臨界電流の磁気干渉2021

    • 著者名/発表者名
      上田天馬, 小田部 荘司, 馬渡康徳
    • 学会等名
      第102回低温工学・超電導学会
  • [学会発表] Study on performance improvement of superconductive-assisted machining (SUAM) with superconducting tapes2021

    • 著者名/発表者名
      Shinya Iwasaki, Yushi Kinoshita, Edmund Soji Otabe, Tatsuya Nakasaki, Keisuke Suzuki
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Critical Current Characteristics with Contact Resistance and Angle of Superconducting Wire by using FEM2021

    • 著者名/発表者名
      Yuxuan Zhong, Edmund S Otabe, Tomoyuki Akasaka, Atsushi Ishihara, Masaru Tomita
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of the joint of superconducting tapes for railway feeder cable2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Akasaka, Atsushi Ishihara, Taiki Onji, Haruumi Yamamoto, Masaru Tomita, Yuxuan Zhong, Edmund Soji Otabe
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconducting Technology for Applications --- A dream to connect every country ---2021

    • 著者名/発表者名
      Edmund Soji Otabe
    • 学会等名
      6TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTER, COMMUNICATION, CHEMICAL, MATERIALS AND ELECTRONIC ENGINEERING (IC4ME2-2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Research on reservoir computing using time-varying electric fields in superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Ken Arita Edmund Soji Otabe, Tenma Ueda
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Neuromorphic AI Hardware
    • 国際学会
  • [学会発表] 平板状ジョセフソン接合の臨界電流における接合形状の効果2021

    • 著者名/発表者名
      上田 天馬, 小田部 荘司, 馬渡 康徳
    • 学会等名
      2022年応用物理学会春季学術講演会

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公開日: 2022-12-28  

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