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

液氮温度下运行的REBCO全超导同步电机设计用于实现电力推进飞机

• 批准号: 21K20432
• 负责人: 佐々 滉太
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20432/
• 关键词: 高温超伝導; 全超伝導同期機; 電気推進航空機; 交流損失; 液体窒素

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）。

This study で は, and push the aviation machine electricity 気 の be presently に け, ground lightning accident の CLP 圧 を consider such as し た security な all super 伝 の guide at the same time machine design に つ い て research open 発 を line っ て い る. Super 伝 guide line 巻 の warming は major を な accidents こ し う る た め, liquid water element such as に than べ て heat が big き く warming リ ス ク が low smothering element を use い い liquid cooling を た scenarios す る. そ の よ う な all super 伝 guide at the same time machine に つ い て, two dimensional finite element method を with い た electromagnetic field, thermal together as parsing に よ る 巻 line structure pointer の の design decision を purpose と す る. Youdaoplaceholder0 to け, 1. Experimental measurement of <s:1> ac loss characteristics <e:1> of <s:1> super 伝 conductor materials in the magnetic field, application, 2. Ac loss による temperature variation を consideration <s:1> た analytical methods are established, 3. Youdaoplaceholder0 そ technique による cooling に most suitable な reel structure 検 検 treatment, 4. The characteristics of <s:1> electromagnetic factors such as the による voltage waveform of the same method で are beneficial to the な wire winding structure <s:1> 検 design and が implementation of certain matters である. In 2021, で で 1 <s:1> a を was executed, また2を were completed, and <s:1> た. 2022 で は, determination of 1 の be 験 の of part, 3, 4 を be giving constant で あ っ た が, 2022 annual は don't business に 従 matter し て い た た を め research into め る こ と が で き て お ら ず, 2021 year end point か ら into 捗 は な い. そ の た め, this study で は career を during 1 year extended し, 2023 annual ま で research を be applied す る こ と と し て い る. 2023 annual は, 1 に お い て は, dc と communication の 畳 の super 伝 wire material in magnetic boundary に 発 raw す を る ac loss determination す る be 験 を be し, ac loss characteristics の interpret に む り group. を そ の results, 2021 annual に で establish し た parsing technique に applicable す る こ と で period machines の super 伝 guide magnetic 巻 line で の 発 hot を see product も っ た で, そ の hot を sharper rate に cooling し う る magnetic 巻 line structure を beg す 検 る (3). ま た, thermal characteristics の み に と ど ま ら ず, electromagnetic characteristics of 気 の 観 point か ら も magnetic 巻 line structure, the optimal な を beg す 検 る designated で あ る (4).

项目成果

Experimental Evaluation of Current Distribution in Armature Coils Composed of REBCO Double Pancakes With Varying Number of Parallel Conductors

不同并联导体数REBCO双层电枢线圈电流分布的实验评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Asato Kobun;Atsushi Takashima;Koichi Yoshida;Hiromasa Sasa;Shun Miura;Hiroshi Miyazaki;Masataka Iwakuma
• 通讯作者: Masataka Iwakuma

Thermal-Electromagnetic Coupled Analysis Considering AC Losses in REBCO Windings at 65 K of 10 MW Fully-Superconducting Synchronous Generators for Electric Aircraft

考虑 65 K 电动飞机 10 MW 全超导同步发电机 REBCO 绕组交流损耗的热电磁耦合分析

• DOI: 10.1109/tasc.2022.3160660
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Sasa Hiromasa;Miura Shun;Miyazaki Hiroshi;Sasayama Teruyoshi;Yoshida Takashi;Yamamoto Kaoru;Iwakuma Masataka;Hase Yoshiji;Sasamori Yuichiro;Honda Hirokazu;Konno Msayuki;Izumi Teruo
• 通讯作者: Izumi Teruo

Design Study of 3f-10 MVA-6.9/1.0 kV REBCO Superconducting Transformers with Lightweight and Current-Limiting Function for an E-Aircraft Propulsion System

电动飞机推进系统轻量化限流功能3f-10 MVA-6.9/1.0 kV REBCO超导变压器设计研究

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Sumida;H. Sasa;S. Miura;H. Miyazaki;M. Iwakuma;M. Konno;T. Izumi
• 通讯作者: T. Izumi

電気推進航空機用の超伝導誘導モータにおける出力密度のヨーク厚み依存性

电力推进飞机超导感应电机功率密度与磁轭厚度的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: 中村 亮太;佐々 滉太;吉田 敬
• 通讯作者: 吉田 敬

超伝導誘導モータにおける出力密度のコイルピッチ依存性

超导感应电机功率密度的线圈节距依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 城間 洋人;中村 亮太;佐々 滉太;吉田 敬
• 通讯作者: 吉田 敬