バイオ燃料・エタノール・新エネルギースレ - 1227192268

1263：とはずがたり：2014/07/13(日) 19:25:59: >>1262-1263
なぜ超電導なのか

　通常の磁石ではこれほどの重量物を安定して浮かせることが難しい。そこで超電導技術を採用した。「軸受全体の基本設計や浮上量解析などを当研究所が担当し、古河電気工業が超電導磁石の設計とコイルの評価などを進めた」（鉄道総合技術研究所）。

　2014年3月には最終的なシステムに至る中間段階として、高温超電導マグネットの開発に成功したことを発表。世界初の成功例だという。「1.6T（テスラ）の磁力を発生し、1組の軸受で2トンを超える荷重を非接触で支持できた。今後の開発目標は4トンである」（古河電気工業）。「2015年までに100kWhのシステムを作り上げ実証実験に入る」（鉄道総合技術研究所）。このときフライホイールの重量は約3トン。冒頭で紹介したメガソーラーと組み合わせる。

　軸受部分でフライホイールを浮かせるには、軸受側とフライホイール側の両方に超電導電磁石が必要になりそうだ。だが、フライホイール側は空中に浮いており、電力を供給しにくい。そこで、フライホイール側の軸に鉄道総合技術研究所が開発した超電導バルク体を据え付けた。超電導バルク体には極低温状態で反磁性＊2）という性質があり、磁力を受けると反発する。磁石に吸い付けられる鉄などとは正反対の性質だ。反磁性を使うことで、電磁石は1つで済む。

＊2）身の回りの物質では、水や岩塩、銅などが反磁性を示す。ただし、これらの物質では反磁性効果が弱く、今回開発したマグネットの数十倍～数百倍の性能がないと、重量物を支えることはできない。

マグネット部分をどう作ったか

　今回のシステムの開発の課題は、超電導マグネットにあった。超電導を利用して磁力を発生させる場合、幾つかの問題がある。最も基本的なことは、超電導を起こす温度をなるべく高く保ちながら、強い磁力に耐えられる材料を開発、製造することだ。液体ヘリウム温度（－269度、4K）が必要な材料では冷却コストが高くつきすぎる。超電導状態は強い磁場で破壊されてしまうが、自ら作り出す磁場で破壊されてしまっては意味がない。そこで古河電気工業の子会社である米Super Power＊3）が製造した第2世代高温超電導線材を使った。

＊3）古河電気工業は2012年2月にSuper PowerをオランダPhilips Groupから買収している。

　超電導線材には2種類の有力な材料がある。1つは開発が進んでいるビスマス系の線材、もう1つが遅れて開発が始まったイットリウム系だ。今回はイットリウム系を利用した。イットリウム系は強い磁場でも超電導状態を失わないという性質がある（関連記事）。液体窒素温度（77K、－196度）で超電導状態になるものの、磁気的な性能を高めるため、冷却温度は50K（－223度）とした。第1世代高温超電導線材では20K（－253度）まで冷やす必要があったため、冷却面の改善も進んでいる＊4）。

＊4）フライホイール部分は常温でよい。冷却に必要な電力を少なくするため、システムの最下部にある超電導軸受部分だけを低温に保つ構造を採った。小型冷凍機を使い、軸受の周囲空間だけを熱伝導で冷やす。

　今回の開発成果は超電導マグネット用の線材が用意できた段階から始まっている。超電導用マグネットは運用時に大電流が流れるため、強い磁場によって、自らを変形させる力が加わる。中部電力が開発したよろいコイル構造を採用することで従来の2倍の変形力に耐えられるようになったという。

　2トンの浮上力を発生させた今回の成果では、コイルを51Kに冷却し、運転時の電流量である110Aを通電した。線材の性能限界である163Aの通電にも成功している。2014年度内にコイルを追加して、目標の浮上力を実現し、連系試験につなげていく予定だ。