紧凑型回旋加速器由于具有体积小、经济的特点,不仅是核物理、原子物理和固态物理等基础研究的重要工具,而且在同位素生产、PET诊断、质子治疗和工业辐照等应用领域获得了广泛的使用。主磁铁是紧凑型回旋加速器中两个最重要的部件之一,由它产生的磁场必须满足粒子加速的等时性和横向聚焦。另外,主磁铁必须与回旋加速器的其他子系统相互配合,实现回旋加速器整机性能的优化。本文以紧凑型回旋加速器虚拟样机主磁铁的设计主线,介绍了回旋加速器主磁铁的初步设计,基于ANSYS的回旋加速器主磁铁磁场数值计算方法,以及回旋加速器主磁铁的优化设计。本文通过对中国原子能科学研究院串列升级工程主体100MeV紧凑型强流质子回旋加速器(CYCIAE100)主磁铁的三维磁场计算和束流动力学分析,验证了主磁铁设计的合理性;以CYCIAE100中心区试验台架10MeV紧凑型回旋加速器的主磁铁为原型,通过镶条的垫补得到了等时场。