To date, almost all coil-design codes, e.g. NESCOIL, COILOPT, FOCUS codes, etc, have been primarily attributed to the optimization of filament coils for stellarators. However, evolving to a practical/finite-sized coil from a filament coil, the finite-size effect of coils significantly constrains the fabrication tolerances of a coil system. This paper presents a novel approach that emphasizes the optimization of practical modular coils to reduce sensitivity to fabrication tolerances and to achieve the expected magnetic configurations precisely. A new evaluation parameter, surface twist, is defined in this paper and applied to the optimization sequence in addition to the practical coil line torsion and curvature. The approach has been applied to the framework of the filament coil scheme in the Chinese first quasi-axisymmetric stellarator. This practical coil system without surface twists has been accomplished. Compared to the original finite-sized coil design, the new result is a more considerable simplification of coil shapes, such that in a certain direction view each finite-sized coil becomes a planar-like one. Moreover, this method can also be implemented for the estimation of stochastic deviations of practical coils during the fabrication and assembly of the coil system.
抄録： これまで、ほぼすべてのコイル設計、例えばNESCOIL、COILOPT、FOCUSなどは、主にステラレーター用フィラメントコイルの最適化に帰属されてきた。しかし、フィラメントコイルから実用的な有限サイズコイルへと発展する過程において、コイルの有限サイズ効果はコイルシステムの製作公差を著しく制約する。本論文では、実用的なモジュールコイルの最適化に焦点を当てた新しいアプローチを提案し、製作公差に対する感度を低減するとともに、期待される磁気配置を精密に実現することを目指す。具体的には、表面ねじれと呼ばれる新しい評価パラメータを定義し、これを実用的なコイルの曲率やねじれと組み合わせて最適化目標に組み込む。このアプローチを中国初の準軸対称ステラレーターのフィラメントコイル設計に適用し、表面ねじれのない実用的なコイルシステムを実現した。元の有限サイズコイル設計と比較して、新しい設計はコイル形状を大幅に簡素化し、特定の方向から見ると各コイルは平面コイルに近い形状となる。さらに、この方法はコイルシステムの製作および組立過程における実用的なコイルのランダムな偏差を評価するためにも拡張できる。