Le, Dinh-Vuong;Nam, Gi-Dong;Lee, Seok-Ju;Park, Minwon
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.25
no.5
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pp.49-57
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2020
Conventional electric motors are not suitable for aircraft because of their large size and weight. High-temperature superconducting (HTS) motors have high current density, high magnetic field density, and low loss, so they can significantly reduce the size and weight compared to general electric motors. This paper presents the conceptual design and analysis results of HTS motors for electric propulsion in future aircraft. A 2.5 MW HTS motor with a rotational speed of 7,200 RPM was designed and the specific power (kW/kg) was analyzed. The operating temperature of the field coil of the HTS motor is 20K in consideration of LH2 cooling. The stator winding were connected in a multi-phase configuration and Litz wires were used to minimize eddy current losses. As a result, it was confirmed that the specific power of the motor is about 18.67 kW/kg, which is much higher than that of the conventional electric motor.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.9
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pp.789-799
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2012
In this research, a high temperature superconducting(HTS) motor is designed which is adequate for an electrical aircraft by generating high power density and the potentiality of its application to an aircraft is studied. The designed motor is based on YBCO plates, HTS coils composed of Bi-2223, and ironless air cooled resistive armature. The HTS motor is designed to generate power equivalent to O-360 engine with 180HP at 2700RPM which is used for Cessna and equivalent to CFM56 engine with 18000HP at 5000RPM which is used for B-737. Also, power densities of HTS motors are compared with power densities of aircraft engines so that we can estimate the potentiality of the HTS motor as an aircraft engine.
Recently, as the interests in the electrical propulsion ship increase, it is needed to prepare for the technical demand of the versatile HTS synchronous motor, the noble paradigm of the electrical motor. In this paper, the electrical propulsion apparatus was classified at first. The, the merits and demerits of the HTS synchronous motor were investigated. Finally, the feasibility study of development of the HTS motor was performed with electromagnetic FEM analysis. Additionally, the points to be considered in decision of the capacity or number of the HTS motor and the way to supply electricity were studied in this paper. This work would be very useful in establishing the development direction of the HTS motor
The superconducting motor shows several advantages such as smaller size and higher efficiency against conventional motor especially utilized in ship propulsion application. However, this size reduction merit appears in large capacity more than several MW. We are going to develop a 5MW class synchronous motor with rotating High-Temperature Superconducting (HTS) coil. that is aimed to be utilized for ship propulsion so it has very low-speed, The ship propulsion motor must generate very high electromagnetic torque instead of low-speed. Therefore. the rotor (field) coils need very large magnetic flux that results in large amount of expensive HTS conductor for the field coil. In this paper a 5MW HTS motor for ship propulsion is considered to be designed with construction cost reduced via HTS field coil cost reduction because HTS conductor cost is critical factor in the construction cost of HTS motor. In order to reduce the HTS conductor amount. iron-cored rotor types are considered. so several cases with iron-core are compared one another and with an air-core case.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2002.02a
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pp.215-218
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2002
HTS motors and generators have some advantages over LTS machines because of higher operating temperature. Very low temperature nakes LTS machines need higher refrigeration cost and large facilities. However, HTS machines are expected to be comparable with conventional counterparts at smaller machine ratings than LTS generators in terms of efficiency and size. As the operating temperature increases, the magnetic flux density generated by HTS field coils decreases relatively. For example, 1000hp HTS synchronous motor developed in a few years ago has maximum field density of 1.5T. At this point, magnetic material used in conventional machines is able to pass magnetic flux easily with high permeability. In order to investigate the effect, we arranged magnetic core only inside of magnet vessel of a 100hp target machine. By way of FEM analysis, we concluded that the magnetic core can reduce amount of expensive BSCCO conductor so much.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2002.02a
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pp.315-317
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2002
The value of I$_{c}$(critical current) in HTS (High Temperature Superconducting) tape has a great influence on B(equation omitted) (magnetic field amplitude applied perpendicular to the tape surface). Therefore, I$_{c}$ of HTS magnet is determined by not only operating temperature but also the B(equation omitted). In shape design of field coil for the HTS motor, a method to reduce the B(equation omitted) and to determine operating current should be considered in order to optimal design. On the basis of the magnetic field analysis, this paper deals with various field coil shape to obtain operating current of HTS motor by using analytical method. And also this paper discusses the operating current of 100hp class HTS motor by using I$_{c}$-B(equation omitted) curve.curve.
A superconducting motor consisting of high temperature superconducting (HTS) rotor and air-core stator is under development in Korea Electrotechnology Research Institute. HTS motor was designed for having the rated power of 100hp at 1800 rpm. HTS field winding is composed of sixteen HTS race track shaped coils wound with stainless steel-reinforced Bi-2223 tape conductor by react and wind fabrication method. Nomex Paper was used for electrical insulation. Each of four magnet pole assemblies was constructed with four double pancake sub-coils, mechanically stacked and electrically in series. Four magnet assemblies were fixed on an aluminum support structure to make effective heat transfer. Critical current (Ic) of HTS field winding was 41A but minimum Ic of sub-coils was 35A at 77K and self field. Joule heat generated in HTS field winding was 2.11W at 77K and 35A.
A 1MW class HTS(High-Temperature Superconducting) synchronous motor has been developed. This motor was aimed to be utilized for industrial application such as large motors operating in large plants. The HTS field windings of the developed motor is cooled by way of Neon thermosiphon mechanism and the stator coil is cooled by water through hollow copper conductor. This paper describes performance test results of our motor, which was conducted at steady state in generator mode and motor mode.
A 100 〔HP〕 rated synchronous motor with superconducting rotating field winding has been designed based on the formulated equations established from 2 dimensional magnetic field distributions in a cylindrical coordinate The cross-section was drawn based on calculated design results via Fortran program and then modeled with FEM (Finite Element Method) to investigate the machine performances. First of all, the magnetic field distributions are analysed in many ways according to the field directions and the armature currents. Especially after the rotating Held winding is arranged with BSCCO-2223 high-temperature superconducting(HTS) pancake coils, the exerted magnetic field normally on the HTS tape is calculated through FEM. And the machine output power is calculated according to the torque ang1es which lie between the field and the armature main flux lines. Moreover, this Paper includes the eddy-current loss variations of a copper damper located between the field and the armature coils and design considerations of the 100 HP HTS motor utilizing ferro-magnetic material.
Superconducting synchronous motor using HTS(high-temperature superconducting) field windings has a lot of advantages over LTS(Jow-temperature superconducting) synchronous machine. A recently developed 5000[hp] HTS motor represents 1/2 reduction in weight and volume compared to an induction type conventional machine. Furthermore. 40% machine loss is reduced compared to the industry average. Based on a conceptual design, a 100[hp] HTS synchronous motor is modeled by F.E.M(Finite Element Method) and the performance is predicted in this paper
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[게시일 2004년 10월 1일]
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