Research on fully high temperature superconducting induction/synchronous motors that realize fail-safe drive in non-superconducting states

2022年度は、以下の研究を実施した。(i) 高温超伝導回転子の試設計と特性検討：まず、研究代表者が提案している線電流&自己組織化設計法を用いて、高温超伝導誘導同期モータの試設計を行い、トルクリップルの低減に成功した。(ii) 高温超伝導回転子の設計と解析的特性検討：項目(i)の結果をベースにした2次元電磁界解析プログラムを開発し、回転子中における高温超伝導ロータバーの非線形電流輸送特性に起因する遮蔽電流の振る舞いを明らかにした。その結果をもとに、高温超伝導かご形巻線の具体的構造を検討した。さらに、上記高温超伝導かご形巻線に追加する常伝導かご形巻線の検討も行った。その際に、既試作の50 kW級機の室温運転を行い、成功した試験データを参考にして、高温超伝導ロータバーと常伝導ロータバーの間の電気的接触法を検討した。(iii) 高温超伝導固定子の設計と特性検討：全ての巻線を高温超伝導化する全高温超伝導誘導同期モータに関する過去のデータを詳細に分析し、三相平衡電圧入力する固定子巻線に高温超伝導導体を用いる場合には、三相不平衡電流に伴って焼損のリスクがあることを示した。従って、全高温超伝導誘導同期モータを駆動する際には、電流制御型インバータの使用が必須である。その前提の上で、銅安定化層を有する希土類系高温超伝導テープ（77 Kにおける臨界電流: 150 A程度）の室温直流通電試験を実施したところ、16 A超まで焼損無く流せることを確認した。なお、上記16 A通電時のテープ表面温度は90℃であった。(iv) その他：本研究成果を展開できる可能性のあるフォールトトレランスを有する新構造モータとして、ハルバッハ永久磁石と高温超伝導磁石による新構造デュアルローター同期機を提案した。

2022年度は、以下の研究を実施した。(i) 高温超伝導回転子の試設計と特性検討：まず、研究代表者が提案している線電流&自己組織化設計法を用いて、高温超伝導誘導同期モータの試設計を行い、トルクリップルの低減に成功した。(ii) 高温超伝導回転子の設計と解析的特性検討：項目(i)の結果をベースにした2次元電磁界解析プログラムを開発し、回転子中における高温超伝導ロータバーの非線形電流輸送特性に起因する遮蔽電流の振る舞いを明らかにした。その結果をもとに、高温超伝導かご形巻線の具体的構造を検討した。さらに、上記高温超伝導かご形巻線に追加する常伝導かご形巻線の検討も行った。その際に、既試作の50 kW級機の室温運転を行い、成功した試験データを参考にして、高温超伝導ロータバーと常伝導ロータバーの間の電気的接触法を検討した。(iii) 高温超伝導固定子の設計と特性検討：全ての巻線を高温超伝導化する全高温超伝導誘導同期モータに関する過去のデータを詳細に分析し、三相平衡電圧入力する固定子巻線に高温超伝導導体を用いる場合には、三相不平衡電流に伴って焼損のリスクがあることを示した。従って、全高温超伝導誘導同期モータを駆動する際には、電流制御型インバータの使用が必須である。その前提の上で、銅安定化層を有する希土類系高温超伝導テープ（77 Kにおける臨界電流: 150 A程度）の室温直流通電試験を実施したところ、16 A超まで焼損無く流せることを確認した。なお、上記16 A通電時のテープ表面温度は90℃であった。(iv) その他：本研究成果を展開できる可能性のあるフォールトトレランスを有する新構造モータとして、ハルバッハ永久磁石と高温超伝導磁石による新構造デュアルローター同期機を提案した。