高温酸化物超伝導体の応用機器のための解析手法と最適化設計に関する研究

高温氧化物超导体应用设备分析方法及优化设计研究

• 批准号: 14750211
• 负责人: 野口 聡
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750211/
• 关键词: 超伝導応用; 最適化設計; 高温酸化物超伝導体; 数値解析; 有限要素法; Element Free Glarkin法

本研究は,温酸化物超伝導体の電磁界および熱解析の連成問題の高精度化と最適化設計手法を用いた超伝導応用機器の特性改善のための検討が目的となっている.高温酸化物超伝導体の電磁界解析手法として,主にE-J特性を考慮した非線形有限要素法が使用されているが,解の収束性に問題がある.そこで,昨年度(H14年度)は,エレメント・フリー・ガラーキン法を導入し,解の収束性の改善を図った.その結果,ある程度の改善はみられたが,問題解決には至らなかった.そこで,該当年度(H15年度)は,有限要素法に対して,隣接要素の影響を考慮する改善手法を提案し,解の収束性の問題を解決し,提案手法の妥当性を検証した.さらに,高温酸化物超伝導体を使用した超電導エネルギー貯蔵装置(SMES)の最適化設計を試みた.まず,独自に開発してきた非線形最適化手法を用いた超伝導マグネットの手法に,高温酸化物超伝導テープ線材の持つ異方性を考慮することができるようにした.昨年度までは,Y系超伝導線材の異方性を考慮した新しい手法の提案を行った.該当年度は,この手法を基に,ソレノイドコイル,マルチポールコイル,トロイダルコイルなどのコイル形状に対して最適化設計を適用し,少ない体積で同量のエネルギーを蓄積できるマグネット形状を確認し,提案手法の有用性が確認できた。これらの成果は,6th European Conference on Applied Superconductivityをはじめとする国内外の学会にて発表を行った.

这项研究旨在提高电磁场的准确性和热氧化物超导体的热分析，并使用优化设计方法提高超导设备的性能。考虑到E-J特性的非线性有限元方法主要用作高温氧化物超导体的电磁场分析方法，但溶液的收敛性是有问题的。因此，去年（2012财年），引入了无元素的盖金方法，以改善溶液的收敛性。结果，观察到了一些改进，但是问题没有解决。因此，在相关的会计年度（2013财年）中，提出了一种改进方法来考虑相邻要素的影响，并解决了问题。验证了该方法的有效性。此外，我们尝试使用高温氧化物超导体来优化超导能源存储装置（SME）。首先，我们使我们可以独立开发的超导磁铁方法中考虑高温氧化物超导胶带的各向异性。直到去年，我们提出了一种新方法，该方法考虑了基于Y的超导电线的各向异性。在相关的一年中，我们将优化设计应用于线圈形状，例如电磁线圈，多极线圈和环形线圈，并确认了可以用少量存储相同量的能量的磁体形状，并确认了所提出的方法的实用性。这些结果在日本和国外的学术会议上提出，包括第六届欧洲应用超导性会议。

项目成果

S.Noguchi: "An Optimization Method for Design of SMES Coils Using YBCO Tape"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. (掲載決定). (2003)

S.Noguchi：“使用 YBCO 磁带设计 SMES 线圈的优化方法”IEEE 应用超导学报（2003 年出版）。

S.Noguchi: "An Optimal Design Method for SMES Coils Using HTS Tapes"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. Vol.12No.1. 1459-1462 (2002)

S.Noguchi：“使用高温超导带的 SMES 线圈的优化设计方法”IEEE 应用超导学报。