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超伝導モーターの驚くべき未来：エネルギーの世界にどのような革命を起こすのか？
再生可能エネルギーの世界的な需要が高まり続ける中、超伝導モーターは優れた効率性と性能により、エネルギー技術の新星となっています。このモーター システムは、超伝導材料の無抵抗特性を活用しており、従来のモーターに比べて明確な動作上の利点があります。この記事では、超伝導モーターの開発の歴史、現在の傾向、そして将来の変化の可能性について探ります。
超伝導モーターの基本原理
超伝導モーターは、1 つまたは複数の超伝導要素に依存する電気システムです。超伝導材料は直流抵抗に関してゼロ抵抗特性を持つため、超伝導モーターは一般に高い効率を示します。最も重要なパラメータの 1 つは、従来のモーターでは不可能な、極めて高い磁場を生成できることです。この機能により、モーターのサイズが大幅に縮小され、電力密度が大幅に向上します。
歴史の振り返り
1831 年、マイケル・ファラデーが単極モーターを発明し、電気モーターの歴史が始まりました。 2005 年、ジェネラル アトミックス社は、船舶の推進に使用するための大型の低速超伝導単極モーターの開発契約を獲得しました。
超伝導ホモポーラ発電機は、レーザー兵器システムのパルス電源として考えられています。しかし、これまでの同極モーターは、ほとんどの用途にとって課題となっていました。近年、高温超伝導体を使用した交流同期超伝導モーターが徐々に産業界の注目を集めています。
現在の焦点
現在、AC同期セラミック超伝導機械への関心は、公益事業用および海洋発電所の発電機や船舶推進用モーターなどの大型機械に集中しています。アメリカン・スーパーコンダクター社とノースロップ・グラマン社は、36.5メガワットのセラミック製超伝導船舶推進モーターを実証し、超伝導モーターの潜在能力を示しました。
「超伝導発電機の登場により、直接駆動同期発電機に比べて発電機の重量と容積が大幅に削減され、風力タービン全体のコストに影響を与える可能性があります。」
超伝導モーターのメリットとデメリット
従来の導体モーターとの比較
超伝導モーターは、一般的に従来のモーターに比べて次のような利点があります。
- 抵抗損失の低減（ローター電磁石のみ）。
- 冷却装置を考慮せずに電力容量でサイズと重量を削減します。
しかし、次のような課題にも直面しています。
- 冷却システムのコスト、サイズ、複雑さ。
- 超伝導体が超伝導状態を離れると、モーターや発電機の動作が突然低下したり、故障したりします。
- ローター速度が不安定になる傾向。
高温超伝導体と低温超伝導体
高温超伝導体は、比較的容易に入手可能な液体窒素の温度で超伝導するため、一般的に使用されている液体ヘリウムよりもコスト効率に優れています。しかし、セラミック超伝導体は、ニオブチタン合金などの従来の金属合金超伝導体よりも脆く、ボルトや溶接で超伝導接合部に形成することができず、生産コストが増加する可能性があります。
それでも、セラミック超伝導体は脈動磁場下では超伝導状態から容易に抜け出す可能性があり、負荷や電源に突然の変化があった場合には問題を引き起こす可能性があります。超伝導モーターの技術が成熟するにつれ、近い将来、日常生活で広く使用されるようになるのでしょうか?
