Precise Design of High Temperature Superconducting Rotor Bars in Squirrel-cage Induction Motor Considering Magnetic field Vector Dependence of Nonlinear Current Transport Property
山本 真嘉, 中村 武恒 （京大）
Abstract:二酸化炭素排出量の削減という社会的動向の中で、輸送機器の電動化が進められている。超伝導モーターは、高出力密度と高効率という特性を持つことから、積極的に研究が進められており、特に航空機の電動化に伴い、推進システム用の超伝導モーターの開発が活発に行われている。
本研究室では、高温超伝導誘導同期モーター（High Temperature Superconducting Induction / Synchronous Motor, HTS-ISM）の研究を進めている。HTS-ISMは、回転子巻線に高温超伝導線材を用いた超伝導モーターの一種であり、従来の誘導モーターの単純な構造を踏襲している。
先行研究では、自己組織化設計法を用いて航空機駆動用20 MW級HTS-ISMを設計し、有限要素法による非線形電磁界解析を通じて、最大効率97.1%、最大出力密度33.4 kW/kgを達成した。[1,2]
一方で、航空機駆動用超伝導モーターには、冷却機構への熱負荷低減の観点から、さらなる高効率化が求められている。特に、高温超伝導ローターバーにおける交流損失の低減が重要な課題である。本研究では、超伝導体の磁場ベクトル依存性を考慮したローターバー設計を行い、さらなる高効率を実現するHTS-ISMの可能性を示した。
[1] T. Nakamura and Y. Kido, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, DOI:10.1002/tee.24213 (Open Access) (2024)
[2] M. Yamamoto and T. Nakamura, under review