单螺线管型高温超导磁体的设计与优化

高温超导带材的各向异性严重制约着超导磁体可运行临界电流的提高,从而影响着磁体的性能。因此,电磁优化设计在高温超导磁体设计中占据着至关重要的位置。主要采用有限元软件对磁体建模仿真,根据磁体磁场的分布,采用多种带材绕制磁体,进行设计优化。结果表明,在相同体积的有效带材基础上,优化之后的临界电流明显提高,储能量提升了约22%;同时,在计算磁体的可运行临界电流时,采用了多次仿真、迭代计算的方式求解磁体的可运行临界电流。这种方法在仿真阶段可直接求解出磁体的临界电流,计算较为方便,而且获取的是实时运行的临界电流,更符合实际情况。

基于单螺线管的超导储能磁体阶梯结构设计优化

高温超导带材各向异性严重制约了磁体临界电流密度的提高,从而使其储能也受到影响。主要通过有限元分析软件对磁体建模仿真,在磁体带材用量不变的前提下,首先以单螺线管型磁体为前提,研究不同径高比对磁体储能的影响,并获取储能最高时的最佳径高比。在此基础上,通过结构优化,建立二阶梯结构的磁体使储能进一步提高,并获得此时储能最大时磁体结构所满足的条件——即满足θ约等于40°时。最后,通过由单一带材到混合带材的使用进一步提高储能。仿真结果表明,通过上述的结构和带材的优化,磁体的储能效率明显提高约61%。