京都大、室温で高温超伝導モーターの運転に成功：巻き線をハイブリッド構造に

京都大学は、高温超伝導誘導同期モーター（HTS-ISM）の室温運転に成功した。同モーターの巻き線を「高温超伝導体」と「常伝導体」のハイブリッド構造としたことで、仮に超伝導状態を維持できなくなっても、焼損などのリスクを回避し連続運転が可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

イムラ・ジャパンが50kW級、三菱重工業が6kW級を試作し検証

　京都大学大学院工学研究科電気工学専攻の中村武恒特定教授らによる研究グループは2023年3月、高温超伝導誘導同期モーター（HTS-ISM）の室温運転に成功したと発表した。同モーターの巻き線を「高温超伝導体」と「常伝導体」のハイブリッド構造としたことで、仮に超伝導状態を維持できなくなっても、焼損などのリスクを回避し連続運転が可能となる。

50kW級HTS-ISMの外観 出所：京都大学

　中村氏らの研究グループはこれまで、かご形誘導モーターと同様の構造をしたHTS-ISMの基礎回転理論や設計・制御理論を確立してきた。他の超伝導モーターよりも構造が単純で、コストも低減できるためだという。さらに、イムラ・ジャパンや三菱重工業との共同研究などを通じ、実用化に向けた課題解決に取り組んできた。その一つは、冷却装置が故障し極めて低い温度環境を維持できなくなった場合でも、リスクを回避できる技術である。

　そこで今回、HTS-ISMの巻き線に、高温超伝導体／常伝導体を並列化した「ハイブリッドかご形巻き線」と呼ばれる構造を考案した。この巻き線に流れる電流は、高温超伝導体を流れる電流（I_S）と、常伝導体を流れる電流（I_N）の和となる。これらの電流は各導体における電気抵抗の逆数に比例するという。

　これによって、高温超伝導体が超伝導状態になれば電気抵抗はゼロとなり、ある限界値までは損失の無いI_Sのみが流れるという。一方、ハイブリッドかご形巻線の温度が上昇し、超伝導状態を維持できなくなると、その抵抗値は常伝導体の値を上回り、ほとんどの電流が常伝導体を流れることになる。この結果、室温で運転を続けても高温超伝導体が焼損するなどのリスクを回避できるという。

高温超伝導導体と常伝導導体のハイブリッド構造とした、かご形巻き線の断面図と側面図 出所：京都大学

　今回の研究成果を基に、JST-ALCAプロジェクトとしてHTS-ISMを試作し検証した。1台はイムラ・ジャパンと共同開発した50kW級HTS-ISMである。実験により、室温で5.5kWの出力運転（時間は61.5〜67.5秒）に成功した。入力電流は15.6Aで、ハイブリッド巻き線には460A程度の電流が流れていると予測されるが、焼損などのトラブルは発生しなかったという。もう1台は三菱重工業と開発した6kW級HTS-ISMである。ここでも、室温で出力1.5kW強（時間は399〜426秒）の連続運転に成功したという。

上図がイムラ・ジャパンと共同開発した50kW級HTS-ISMの外観と温度19℃における回転試験結果。下図は三菱重工業と共同開発した6kW級HTS-ISMの鳥観図と室温における回転試験結果 出所：京都大学