2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Structure Optimization and Control Method of Low Speed Fully-superconducting Induction/synchronous Generator
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17H03218
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中村 武恒 京都大学, 工学研究科, 特定教授 (30303861)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 全超伝導回転機 / 誘導同期発電機 / 希土類系固定子 / ビスマス系かご形巻線 / トロイダル巻固定子 / 2重回転子構造 / 液体窒素冷却 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、固定子巻線に使用する希土類系高温超伝導線材の液体窒素中における電流輸送特性を、外部垂直磁場の関数として評価した。そして、設計完了している超伝導固定子試作のための詳細な巻線構造を、当該結果を利用して決定した。
次に、希土類系超伝導固定子の試作を行った。同巻線は、レーストラックコイルを単位として、それを円周方向に組み合わる集中巻4極構造（Y結線)とした。なお、希土類系高温超伝導テープ材はポリイミド絶縁されている。また、固定子コアには銅電極を設置し、高温超伝導巻線の両端を当該電極にはんだ接続した。
完成した希土類系高温超伝導固定子とビスマス系高温超伝導かご形回転子を組合せて全超伝導発電機を完成し、液体窒素浸漬冷却回転試験システムを構築した。液体窒素メタルクライオスタット内に全超伝導発電機を鉛直上向きに設置し、上部に突き出した室温部シャフトに非接触トルク/回転数センサーおよび機械入力用永久磁石モータを接続した。試験の結果、小出力ながら同期発電に成功した。全高温超伝導回転機の発電試験は、世界初の成功と考えられる。
全高温超伝導誘導同期モータを対象とし、超伝導固定子巻線の構成と出力特性の関係を解析的に検討した。その結果、固定子巻線を半径方向に配置するトロイダル巻線構成について、平均トルクが最も改善することが明らかになった。さらに、トロイダル巻線を有する超伝導固定子では外部への漏れ磁場が問題になるが、固定子の外周部にも回転子を設置する2重かご形回転子構造を考え、かつ外側と内側の回転子の臨界電流を異なる値にすることで、上記漏れ磁場を主磁束としてトルク変換に利用することができ、かつ大幅に回転特性が改善される可能性を見出した。本発明に関しては、特許出願を完了した。
以上の結果を総合し、最終的に100 kW級以上の容量を有する高温超伝導誘導同期発電機の電磁設計を完了した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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