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

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750211
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 野口 聡 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30314735)
• Keywords: 超伝導応用 / 最適化設計 / 高温酸化物超伝導体 / 数値解析 / Element Free Glarkin法

Research Abstract

本研究は、高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アルゴリズムを用いた超伝導機器の特性改善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、主に有限要素法が使用されているが、E-J特性を考慮した場合に、解の収束性が悪いという特徴を有している。そこで、別の解析手法としてエレメント・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、従来方では解が収束しないような問題に対しても、エレメント・フリー・ガラーキン法は安定して解を求めており、かなりの改善が見られるようになった。また、酸化物バルク超伝導体表面上の磁束密度を計測する実験により、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電力貯蔵用の超伝導マグネット(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、Bi系超伝導線材に適用し、その効果を確認してきたが、Y系超伝導線材は異なる異方性を示すため、新たに手法の改良を行った。これにより、従来のソレノイド型コイルでなく、グレーディングを施し、かつ最適化手法により形状を決定したSMESは、少ない体積で同量のエネルギーを蓄積できることが確認でき、提案手法の有用性が確認できた。
これらの成果は、Applied Superconductivity Conferenceをはじめとする国内外の学会にて発表を行った。

Research Products

• [Publications] S.Noguchi: "An Optimal Design Method for SMES Coils Using HTS Tapes"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. Vol.12No.1. 1459-1462 (2002)
• [Publications] S.Noguchi: "An Optimization Method for Design of SMES Coils Using YBCO Tape"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. (掲載決定). (2003)