電気推進航空機の実現に向けた液体窒素温度で運転するREBCO全超伝導同期機の設計

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本研究では、電気推進航空機の実現に向け、落雷事故時の過電圧等を考慮した安全な全超伝導同期機の設計について研究開発を行っている。超伝導巻線の昇温は重大な事故を起こしうるため、液体水素等に比べて比熱が大きく昇温リスクが低い液体窒素を用いた冷却を想定する。そのような全超伝導同期機について、二次元有限要素法を用いた電磁界・熱連成解析による巻線構造の設計指針の決定を目的とする。それに向け、１．磁界中の超伝導線材の交流損失特性の測定実験の実施、２．交流損失による温度変化を考慮した解析手法の確立、３．その手法による冷却に最適な巻線構造の検討、４．同手法による電圧波形等の電磁気的特性で有利な巻線構造の検討、が実施予定事項である。2021年度では１の一部を実施、また２を完了した。2022年度では、１の測定実験の未達部分、３、４を実施予定であったが、2022年度は別業務に従事していたため研究を進めることができておらず、2021年度終了時点から進捗はない。そのため、本研究では事業期間を1年延長し、2023年度まで研究を実施することとしている。2023年度は、１においては、直流と交流の重畳磁界中の超伝導線材に発生する交流損失を測定する実験を実施し、交流損失特性の解明に取り組む。その結果を、2021年度に２で確立した解析手法に適用することで同期機内の超伝導界磁巻線での発熱を見積もった上で、その熱を効率的に冷却しうる界磁巻線構造を検討する（３）。また、熱特性のみにとどまらず、電磁気的特性の観点からも、最適な界磁巻線構造を検討する予定である（４）。