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

基本信息

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

项目摘要

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）。

在这项研究中，我们正在研究和开发安全的全超导同步电机的设计，该电机考虑了雷击等情况下的过电压，以实现电力推进飞机。由于超导绕组升温会导致严重事故，因此我们将使用液氮进行冷却，液氮比液氢比热更高，升温风险也更低。本研究的目的是通过使用二维有限元方法进行电磁和热耦合分析来确定此类全超导同步电机的绕组结构的设计指南。为此，1.进行磁场中超导线材交流损耗特性测量实验；建立考虑交流损耗引起的温度变化的分析方法，3。使用该方法检查最佳冷却绕组结构，4。计划利用这种方法来研究在电压波形和其他电磁特性方面具有优势的绕组结构。 2021财年，1的部分实施，2的完成。 2022年，我们计划进行测量实验1、3、4未完成的部分，但由于2022年我们正在进行其他工作，所以无法继续进行研究，进度将推迟到2022年年底。 2021 年。没有。因此，本研究的项目期限将延长一年，研究将持续到2023年。 2023年1月，我们将进行实验，测量超导线材在叠加的直流和交流磁场中发生的交流损耗，并致力于阐明交流损耗特性。通过将结果应用到2021年建立的分析方法中，我们将能够估计同步电机中超导励磁绕组产生的热量，并创建可以有效冷却该热量的励磁绕组结构。考虑（3）。我们还计划不仅从热特性而且从电磁特性的角度研究最佳励磁绕组结构（4）。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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