磁体设计是强电领域的重要任务之一。随着超导技术的发展,超导磁体的应用得到了极大的开拓。超导磁体不但在一些领域取代了或正在取代着常规磁体所承担的角色,而且还开辟了常规磁体无法实现的新领域。超导磁体的电磁设计除了常规磁体设计的内容,还需要解决一系列更深层次的相关问题。本文从超导磁体设计的基本问题入手,结合超导材料的电磁特性,阐述了超导磁体设计的特点和基本步骤,提出了一套有针对性的超导磁体多场耦合分析方法;然后采用超导磁体多场耦合分析的方法,结合多个超导磁体工程应用问题进行了设计与分析,进而在工程实践中发现和解决了遇到的一系列特殊问题。具体做了以下几个方面的工作:(1)分析了超导磁体的电磁设计过程中所涉及到的主要问题及其相互关系;并结合高温超导带材的电磁特性,探讨了确定超导磁体临界电流的方法及其优化设计的基本方法(2)介绍了超导磁体多场耦合分析的概念与内容,分析了超导磁体进行耦合场分析过程中的特殊问题,并结合ANSYS软件的相关功能给出了有针对性的解决办法,为超导磁体相关工程实践问题的深入研究打下了基础。(3)介绍了电压补偿型高温超导限流器的工作原理,分析了限流器用空芯超导变压器的参数对限流器性能的影响,并结合动模实验参数对限流器用空芯超导变压器进行了电磁设计;对限流器用高温超导空芯变压器进行了电磁热综合分析,分析了补偿电流的幅值与相位对变压器磁体稳定性的影响,提出了改善变压器磁体热稳定性的措施。所得结论对于此类限流器控制策略的建立和限流器用超导磁体的设计具有指导性意义。(4)提出了采用超导空芯脉冲变压器来改善高温超导储能磁体脉冲电流输出的方法;通过理论分析和实验研究相结合的方法验证了高温超导空芯脉冲变压器的可行性和优越性;为消除的残余电流,提出了超导储能磁体自耦脉冲输出的方法,并验证了其可行性。所得结论为高温超导技术在脉冲功率领域的应用打下了坚实基础。(5)研究了高温超导磁体电感变化的原因与规律,对超导磁体设计过程的准确性提出了新的要求。(6)分析了超导磁体并联绕组中环流的产生原因,提出了采用电感不对称形式的并联绕组来抑制环流方法。(7)提出了降低甚至消除超导磁体间磁通耦合的布局方式,采用仿真与实验相结合的方法验证了其可行性。