【東芝・超電導モーター】コンパクトで軽量化と高出力で他を圧倒

この記事は3分で読めます

【東芝・超電導モーター】コンパクトで軽量化と高出力で他を圧倒

あわせて読みたい記事:【日本の水素エネルギー】特許数世界1位の水素技術でトップシェア

あわせて読みたい記事:【石油大国日本】2028年に経済効果2000兆円以上の油田開発

あわせて読みたい記事:【トヨタ・水素エンジン】1年でガソリン車レベルのレース車両開発

世界的な脱炭素の動きに伴って、カーボンニュートラルが推進される中、自動車業界においてはEVの波が押し寄せており、ガソリンエンジンから急速に置き換えが進められています。エンジンから主要な動力源であるモーターに移行していくな、より高性能なモーターの開発が世界中で進められています。そのような中、「東芝」は「超電導モーター」を開発したことが明らかになりました。そこで今回の「TimeMachineMuseum」では、「東芝」が開発した「超電導モーター」に注目します。


「東芝・航空機用超電導モーターとは」

あわせて読みたい記事:【東芝・量子暗号通信】量子コンピュータ以上のデータ性能で商用化

「東芝エネルギーシステムズ」は、大型のモビリティにも適用可能とするモビリティ向けの「超電導モーター」の試作機を開発したことを発表しました。スペックは、最高出力:2MWの大出力で軽量・高出力密度・高速回転を実現し、モビリティ業界との連携を進め、2020年代後半の事業化を目標としているということです。このモーターの搭載については航空機への採用が期待されているようです。航空機業界はCO²排出量を実質ゼロを目標としており従来の石油由来のジェット燃料から持続可能な航空機燃料に置き換えが進んでいるということです。しかしながら、そのことだけでは不十分な状態で航空機システム全体の変革が必要となっています。その中で軽さと高い出力を両立したモーターの登場が期待されているのです。航空機の電動化には、軽量・高出力のモーターが必須なのです。

下記は、旅客機(220人乗り)に必要なモーター出力についての仮データです。

離陸時:41000㎾

上昇時:32000㎾

巡航時:20000㎾

しかしながら、数千㎾の出力を出せるモーターを搭載するには重すぎるというのが現状です。モーターという観点からみると出力密度が重要です。モーターの重さに対する出力です。大型航空機に必要なモーター出力密度:16㎾/kg、小型航空機に必要なモーター出力密度:5㎾/kgは必要であり、貴重なレアアースを使用しても大型航空機の出力密度は足りないのが現状のモーターです。


「超電導モーターの種類について」

あわせて読みたい記事:【東芝・SCiB】チタン酸リチウム電池で世界EV市場で需要拡大

「超電導モーター」は構造によって分類が分けられています。

「界磁超電導モーター」:回転子部分の磁石(界磁)のみを超電導化し固定子側の電機子コイルを銅線のままとしたモーター。界磁超電導モーターは回転子の界磁部分が超電導線材で構成された界磁コイルの場合、直流電流を通電する際に電気抵抗がゼロのために銅コイルの場合に発生するロスがなくなります。また抵抗が下がるということは消費電力削減にもつながります。ただ「超電導界磁コイル」を冷却をするための真空冷却容器が必要となります。

「全超電導モーター」:回転子の界磁だけでなく固定子の電機子コイルまで超電導化されているモーター。「全超電導モーター」は超電導電機子コイルに交流電流を流して、回転子の界磁の磁極が回転によって発生する交流磁界が印加された際にロスに繋がることが発生していました。

「真空冷却容器」:2つの「超電導コイル」を同一の真空管冷却容器に収納可能で、モーターをコンパクトで軽量にすることが可能ということです。


「超電導モーターのメリット」

あわせて読みたい記事:【東芝・小型高速炉4S/超臨界CO²サイクル発電】再エネ利用発電

メリットは、「電気抵抗がゼロであるために低電圧で大電流を流すことが可能であり、強い磁場を派生させることで大トルクを実現できる」ということです。「超電導」は特定の金属や化合物が一定温度以下で電気抵抗がゼロになることで強い磁場を発生させる。電気抵抗をゼロにすることで強い磁場を発生できることはモーターを稼働させるときにロスを減らせるということです。これによって強力なモーターを作り出せるのではないかと見られています。


「超電導モーターのデメリットとは」

あわせて読みたい記事:【デンソー/ホンダ/大同特殊鋼】レアアース不要のモーターを開発

超電導状態に移行しなければならないために超病院の先生に助けて持った。超電導状態にするには超低温に対する対策を進んて行くつもりです。超低温に冷却する必要があり、冷やすための冷蔵が必要になります。具体的には液体のヘリウムの補填が必要であり運用していくとなると高コストとなります。また、断熱するためのタンクは重くなります。またモーター事態の重量を増加させています。電導について考えると、電動化航空機という意味では動力システムの信頼性は信頼性が大きくかかわっています。最終的には人間を運ぶ輸送手段となるために推進力を失いことは墜落事故を意味することとなるのです。


「大型航空機は電動化されていくことになるのか?」

あわせて読みたい記事:【JAXA・デトネーションエンジン】宇宙開発と次期型戦闘機に搭載

モーターやパワーエレクトロニクス技術による電力変換器を導入。実のところ「航空機の電動化」の実現が近年議論されています。一人乗りの電動航空機に関していうなれば、日本やヨーロッパ各国、アメリカ、イギリスなど世界の複数の国で成功しているようです。現在、航空機の推進システムとしてバッテリーなどの重量が課題であることが問題となっており、「軽量化」が最大の課題かもしれません。今回の「東芝エネルギーシステムズ」の発表は、原子力発電、火力発電、向けの発電機や長年培ってきた。こうした中で高速回転の製造技術と超電導技術を用いて、軽量化と小型化を実現した「超電導モーター」。この分野において積極性のものとして開発が進んでいる、とりわけ積極的な開発を行っている「IHI」。これまでにも世界初の液体窒素冷却全超電導モーターの開発に成功していました。この技術を用いて船舶用を作成していますが、まだ実際の船舶に導入されていない状況です。さらにモーターに合わせて重要なものが、発電源となる高効率のガスタービンエンジンと超電導の発電機です。ガスタービン発電としては水素ガスタービン発電が候補として検討されており、燃料電池よりもコストが安いことが魅力です。大型船舶や大型航空機をモーターパワーで運行するには、「超電導モーター」に加えて総合的な動力システムを作り上げる必要があります。さらにコストという面では、現在は1機あたりの機体価格は約100億円ほど。そのうちのエンジンが20億円程度を占めると言われているようです。

  • このエントリーをはてなブックマークに追加
  • LINEで送る

関連記事

  1. この記事へのコメントはありません。

  1. この記事へのトラックバックはありません。

カテゴリー

管理人:TMM

管理人:TMM

未来に残したい、繋げたいをテーマに日々を過ごすことに夢中。そのテーマに自然界、歴史、科学、教育など、あらゆる方面から未来と過去を行き来出来たら、現在どうなっているか、これから先どうなるのか気になることが多く、今更ながら様々な分野を勉強中。