電気推進飛行体向け超伝導バルク磁石型全超伝導同期モーターの磁化減衰抑制技術

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14144
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 三浦 峻 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (80804674)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 超伝導 / モーター / 磁化 / 同期機

研究実績の概要

本研究では、従来の永久磁石より強磁場が着磁可能な超伝導バルクを界磁子とする軽量・高効率の全超伝導同期モーターの実現に向けて、「超伝導バルクの磁化減衰」という課題に取り組む。本研究の目的は、超伝導モーター運転時における超伝導バルクの磁化減衰をゼロに抑制する具体的な対策を提案し、その有用性を明らかにすることである。磁化減衰の抑制対策を複数講じ、それらを解析・実験の両面から定量的に評価し、その有用性を示す。
今年度は評価装置等の設計、机上検討および予備実験を実施した。評価装置の設計が完了し、今後、装置の組み立て等を行い、～千rpm程度の回転数、数十kW程度の実負荷試験が可能となる。机上検討においては、電機子巻線を従来のレーストラック型コイルではなく、台形型コイルを採用することで起磁力分布が正弦波分布に近づくことを見出した。さらに、電磁解析により台形型電機子コイルが発生させる磁場分布が正弦波分布に近づいていることも確認した。また、有限要素法を使った汎用ソフトウェアの熱伝導解析により超伝導線材の温度上昇・分布を解析する手法の構築に取り組んだ。予備実験において、積層型超伝導線材による疑似バルク界磁子の着磁試験を行い、その着磁特性を確認した。
以上より、運転時における超伝導バルクの磁化減衰を抑制する対策を実証する基盤が整ったので、次年度において実証試験を実施し、定量的に評価し、対応策の有用性を明らかにする。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルスの感染状況による対面での活動自粛等により計画がやや遅れている。また、評価装置の設計に時間を要したため計画が遅れているが、製作が完了すれば速やかに実証試験に移行可能である。

今後の研究の推進方策

～千rpm程度の回転数、数十kW程度の実負荷試験環境において、超伝導バルクまたは積層型超伝導線材を界磁子とする全超伝導モーターの磁化減衰を評価する装置・システムの設計が完了したので、今後、装置組み立てや試運転を実施し、速やかに実証試験を行う。さらに、台形型電機子を含めた分布巻き等の巻き線を実施し、巻き線による劣化等のないことを確認し、その後、モーターへ組み込み、磁化減衰、またコギングトルク等のモーターの特性への影響を評価する。

次年度使用額が生じた理由

実負荷環境において試験するための装置の設計に時間を要したため、消耗品の購入が遅れている。また、新型コロナウイルスの影響により国際会議および国内学会がオンラインでの実施となったため、旅費の支出が少なくなった。今年度の使用計画として、当初計画していた設備・消耗品に加え、評価装置に使用する低温用軸受けを購入する。また、国内および海外で開催される学会・会議へ現地参加するための旅費と参加費として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] REBCO Trapezoidal Armature Windings for Superconducting Induction Motors (2022)
  • 著者名/発表者名: Okade Yuta、Miyazaki Hiroshi、Sasa Hiromasa、Yoshida Koichi、Miura Shun、Sasayama Teruyoshi、Yoshida Takashi、Kawagoe Akifumi、Iwakuma Masataka
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 32 ページ: 5201706
  • DOI: 10.1109/TASC.2022.3160146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal-Electromagnetic Coupled Analysis Considering AC Losses in REBCO Windings at 65 K of 10 MW Fully-Superconducting Synchronous Generators for Electric Aircraft (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasa Hiromasa、Miura Shun、Miyazaki Hiroshi、Sasayama Teruyoshi、Yoshida Takashi、Yamamoto Kaoru、Iwakuma Masataka、Hase Yoshiji、Sasamori Yuichiro、Honda Hirokazu、Konno Msayuki、Izumi Teruo
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1109/TASC.2022.3160660
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Evaluation of Current Distribution in Three-Strand Transposed Parallel Conductors Composed of REBCO Superconducting Tapes (2022)
  • 著者名/発表者名: Omanyuda Yuki、Sasa Hiromasa、Miyazaki Hiroshi、Miura Shun、Iwakuma Masataka
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 32 ページ: 6601105
  • DOI: 10.1109/TASC.2022.3154338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Additional AC Loss Properties of Three-Strand Transposed Parallel Conductors Composed of REBa2Cu3Oy Tapes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Omanyuda, Shun Miura, Masataka Iwakuma
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 31 ページ: 5900806
  • DOI: 10.1109/TASC.2021.3062792
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Evaluation of 1 kW-class Prototype REBCO Fully Superconducting Synchronous Motor Cooled by Subcooled Liquid Nitrogen for E-Aircraft (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasa Hiromasa, Iwakuma Masataka, Yoshida Koichi, Sato Seiki, Sasayama Teruyoshi, Yoshida Takashi, Yamamoto Kaoru, Miura Shun, Kawagoe Akifumi, Izumi Teruo, et al.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 31 ページ: 5200706
  • DOI: 10.1109/TASC.2021.3055452
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation Method for AC Loss of Perpendicularly Stacked REBa2Cu3O Superconducting Tapes under Magnetic Field (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasa Hiromasa、Miura Shun、Iwakuma Masataka、Izumi Teruo、Machi Takato、Ibi Akira
  • 雑誌名: Physica C: Superconductivity and its Applications 巻: 580 ページ: 1353801～1353801
  • DOI: 10.1016/j.physc.2020.1353801
  • 査読あり
• [学会発表] Study of REBCO Trapezoidal Armature Windings for Superconducting Induction Motor (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuta Okade, Hiroshi Miyazaki, Hiromasa Sasa, Koichi Yoshida, Shun Miura, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida, Akifumi Kawagoe, Masataka Iwakuma
  • 学会等名: 27th International Conference on Magnet Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of AC loss for a high-power density 10 MW REBCO superconducting synchronous generator cooled by sub-cooled liquid nitrogen (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaito Noda, Hiromasa Sasa, Hiroshi Miyazaki, Shun Miura, Takashi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Masataka Iwakuma, Akifumi Kawagoe, Teruo Izumi, Masayuki Konno, Yuichiro Sasamori, Hirokazu Honda, Yoshiji Hase, Masao Shutoh
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] Design Study of 3φ-10 MVA-6.9/1.0 kV REBCO Superconducting Transformers with Lightweight and Current-Limiting Function for an E-aircraft Propulsion System (2021)
  • 著者名/発表者名: Masashi Sumida, Masataka Iwakuma, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Hiroshi Miyazaki, Masayuki Konno, Teruo IZUMI
  • 学会等名: 27th International Conference on Magnet Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Evaluation of Current Distribution in Three-Strand Transposed Parallel Conductors Composed of REBCO Superconducting Tapes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Omanyuda, Hiromasa Sasa, Hiroshi Miyazaki, Shun Miura, Masataka Iwakuma
  • 学会等名: 27th International Conference on Magnet Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical Analysis of 2 MW Fully Superconducting Synchronous Motor for Electric Aircraft Considering AC Loss in Field Winding (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazane Matsumoto, Hiromasa Sasa, Shun Miura, Keishi Matsumoto, Hiroshi Miyazaki, Takashi Yoshida, Teruyoshi Sasayama, Kaoru Yamamoto, Masataka Iwakuma, Akifumi Kawagoe, Teruo IZUMI, Yuichiro Sasamori, Hirokazu Honda, Masayuki Konno, Yoshiji Hase
  • 学会等名: 27th International Conference on Magnet Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal-Electromagnetic Coupled Analysis Considering AC Losses in REBCO Windings at 65 K of 10 MW Fully-Superconducting Synchronous Generators for Electric Aircraft (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Sasa, Shun Miura, Hiroshi Miyazaki, Teruyoshi Sasayama, Takashi Yoshida, Kaoru Yamamoto, Masataka Iwakuma, Yoshiji Hase, Yuichiro Sasamori, Hirokazu Honda, Masayuki Konno, Teruo IZUMI
  • 学会等名: 27th International Conference on Magnet Technology
  • 国際学会
• [備考] 九州大学 研究者情報「三浦峻」
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K006656/index.html