成果報告書詳細
管理番号20110000000944
タイトル*平成20年度中間年報 「エネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー有効利用基盤技術先導技術開発/船舶用高温超電導モータ内蔵ポッド推進システムの研究開発」
公開日2011/11/9
報告書年度2007 - 2009
委託先名川崎重工業株式会社 国立大学法人東京海洋大学 独立行政法人海上技術安全研究所
プロジェクト番号P03033
部署名エネルギー対策推進部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
電気推進システムは、低エミッションで省エネ化が実現でき、そして操船性の良好な推進器として広く用いることが期待されており、また、CO2削減のひとつの解決策とされている。電気推進器の普及には高効率化が不可欠であり、そのためにはモータや発電機の超電導化が重要となる。このプロジェクトではポッド電気推進器に用いる1MW超電導モータの開発を行い、その成立性を評価するものである。
(1)高温超電導モータの原理実証機の製作研究
ア、鉄芯無し超電導モータ基本設計技術の開発(川崎重工業(株))
19年度の磁場解析ソフトMAGNET を中心に用いて行った基本設計結果から、ロータに関する詳細設計図面を作成すると共に、電磁力解析検討を行いロータコア構造を電磁力に耐えうる構造にする見直しを行った。その結果を受け、コイル動作点の150Aから200Aへの変更と超電導コイル寸法形状の最適化を行った。最終的に4極の各極ダブルパンケーキ6段で小、中、大、大、大、中の6段のコイルを積み上げて1極を構成することとした。
また、界磁コイル(回転子)と電機子(固定子)の間の位置関係を、空隙、高温ダンパ、真空層、低温ダンパの各必要となる厚みを真空引きとスーパーインシュレーションの厚みの観点から再度見直しを行い、詳細設計図面へ反映した。さらに(1)のエで行った冷却配管検討結果も再設計に反映した。以上原理実証機の詳細設計を完了した。
イ、高温超電導界磁コイルの製作技術の開発((国)東京海洋大学)
高温超電導界磁コイル製作技術を確立することを目的として、超電導モータの界磁極用として高磁場を保持するために必要な高温超電導線のコイル化について、コイルの基本構造の設計と巻き線構造の検討ならびに必要な要素技術開発を行ってきた。平成20年度は19年度に作製した1次試作コイルにおいて30Kにおける通電試験、磁界中におけるコイルの超電導特性を測定、その結果を基に2次試作コイルとして長尺レーストラックコイルの設計製作を行った。
英文要約Title : Strategic Development of Energy Conservation Technology Preparatory research phase (fundamental technology development for energy conservation).Research and development of a podded propulsion system with an HTS motor for ship (FY2007-FY2009) FY2008 Annual Report
An electrical propulsion system with the properties of low emission, energy conservation, and good maneuvering is expected to be widely used and is one of the solutions for the CO2 reduction. The high efficiency is needed for the popularization of the electrical propulsion, so the development of a motor and a generator by using superconductivity (SC) is very important. In this project, an SC motor with 1MW power for a podded propulsion system is developed and the optimized shape of the podded propulsion with the SC motor is investigated. The detailed design of the SC motor has been achieved. The motor is a radial type without iron. The super conducting coils are set in the rotor. The position and figuration of the coils in the stator and the rotor have been optimized so as to have higher efficiency by using the computer code MAGNET. As a result, a motor type with 4 rotor poles and 4 stator poles is selected. Each rotor pole consists of 6 double pancakes with 3 different external diameters and same inner diameters. Theses different three type double pancakes are designed and fabricated. The current-voltage characteristics (I-V) of them and the test coil with the minimum winding radius of 35mm are measured at 30K. These results show good performance with lower voltage than critical current at 200A. Then the I-V in the magnetic field of 4T is measured and shows also good qualification. A helium transfer coupling (HTC) is designed and an HTC model is fabricated and tested. The result shows good performance with little return leak and smooth rotation. The outer enclosure of rotor in room temperature is required to shield the high harmonic magnetic field from the stator in order to avoid the heat generation by the eddy current. The outer test tube made of aluminum alloy is fabricated and its distortion by welding is checked. Fabrication by a cold spray of copper onto the rotor outer surface of SUS is also tested and its strength is checked. Good results in these tests are obtained. The detail design of the stator is completed so as to minimize total loss. The stator is also fabricated. The heat generation in the rotor and the heat input from the outside of the rotor are investigated. The power needed to work the cooling system which cools down the rotor inner and the electrical loss of the stator is 20kW totally. So the efficiency of 98% at 1MW operation will be achieved. In the applicability of propulsion system, 6 cases of CFD simulation are made; two cases of the outer pod radius and three cases of the propeller radius. Appropriate radii are selected according to the simulation results. A model ship equipped with the selected pod propulsion system is fabricated and measured its propulsion performance by the tank test. The result shows better propulsion efficiency than the estimated one in the proposal of this project. It shows the good energy conservation will be expected by the development of the podded propulsion system in this project.
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