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

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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.