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» 2018年08月10日 09時00分 公開

蓄電・発電機器:風力発電を効率化する「超伝導バルクモーター」を試作、実用化へ前進

東京海洋大学らが超伝導バルク材を用いた新しい超電導モーターを開発。試作機で長時間の運転試験に成功した。エネルギー効率が高い、風力発電など向けの超電導モーターの実用化を後押しする成果だという。

[スマートジャパン]

 東京海洋大学、ABB Corporate Research(ABB)および新日鉄住金は、超電導バルク材(QMG)を利用した大型磁石を採用する、30kW(キロワット)級の超電導バルク同期モーターを試作し、回転試験に成功したと発表した。試作機はMW(メガワット)級のモーターや発電機に用意にスケールアップ可能で、風力発電や船舶など向けの省エネ性能が高い超電導モーターの実用化を後押しする成果としている。

 2015年に国連サミットで採択された持続可能な開発目標SDGs(Sustainable Development Goals)に示されるように、効率的なエネルギーの創生と利用による人の生活と環境との持続的共生は世界にとって重要な課題だ。世界の用途別電力消費量のうち約半分はモーターによって占められるように、モーターのエネルギー消費量は非常に大きく、0.1〜0.2%の効率改善でも省エネ効果や省CO2効果が大きいといわれている。モーターの高効率化のひとつの手段として、電気抵抗がゼロになる超電導技術の適用があり、世界中で超電導モーターの実用化を目指した研究開発が進んでいる。

 今回試作機の磁石に利用した超電導バルク材は、同じ物質から製造した超電導線材を巻線するコイルに比べて、小さい体格・寸法で、10テスラ以上の高い磁場を発生できる。そのため、大型超電導機器のコンパクト化に貢献するとして期待されている。一方で、高品質で大面積の超電導バルク材の製造には制約があり、従来は大型の超電導磁石やモーターに代表される大型超電導機器などへの適用は困難と考えられていた。

 この課題の解決を含めて3者の開発したモーターは、回転子に組み込む超電導磁石(界磁極)に、新日鉄住金が開発した高品質な超電導バルク材を成型・集成組み合わせて構成する新しいバルク界磁極ユニットを導入。さらに、バルク界磁極ユニットをモーターに組み込んだ状態で容易に着磁できる新しい着磁方式の考案した。バルク界磁ユニットは標準化可能であり、30kWのモーターから大出力機まで、同一規格、同一寸法仕様の高性能の界磁極ユニットを提供できるメリットもあるという。

超伝導バルク材とそれを利用した磁界ユニット(左)/開発した30kW級の試作モーター(右) 出典:東京海洋大学

 今回、異なる回転数や負荷の状況などの実回転試験を行うことで、実用化課題の一つである、減磁の問題を含めた超電導バルク材の挙動を検証した。これまでに最長360時間の負荷試験を含め、総計700時間に近い運転を実施。モーターの最大トルクは537Nm(ニュートンメートル)を記録し、超電導バルク材を利用したモーターとしては世界最高値になるという。

 超電導バルク方式のモーターにおける懸念事項であった運転中の界磁極ユニットの温度安定性と減磁の可能性に関しては、良好な温度安定性(±2℃以内の温度変動)と磁場安定性(減少率は磁場センサーの誤差範囲内である1%以下)を確認した。

 3者は今回の成果について、電気推進船その他の輸送システム、風力発電などへ適用可能な、超電導バルク材を利用した新しい方式の大出力高効率モーターの実現可能性を示すものとしている。今後実機サイズのモーターを試作するなどし、実用化に向けた開発を進める計画だ。

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