JP3094805B2 - 超電導電磁石装置 - Google Patents
超電導電磁石装置Info
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- JP3094805B2 JP3094805B2 JP23141794A JP23141794A JP3094805B2 JP 3094805 B2 JP3094805 B2 JP 3094805B2 JP 23141794 A JP23141794 A JP 23141794A JP 23141794 A JP23141794 A JP 23141794A JP 3094805 B2 JP3094805 B2 JP 3094805B2
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- coil
- superconducting coil
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超電導コイルにより装
置中心部に均一磁界を発生する超電導電磁石装置に関す
るものである。
置中心部に均一磁界を発生する超電導電磁石装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導コイルにより装置中心部に
均一磁界を発生する超電導電磁石装置には図７に示した
ものと、図８に示したものがある。図７に示したものは
外部漏洩磁界をなくするために超電導コイルを収容した
容器の端部及び外周部に容器を包囲するように磁性体シ
ールドを配置したものであり、図８に示したものは超電
導コイルを収容する極低温容器内の超電導コイルの外周
部にシールドコイルを配置して逆方向磁界を発生させ、
外周部磁界を相殺して外部に漏洩する磁界を遮蔽する構
成である。
均一磁界を発生する超電導電磁石装置には図７に示した
ものと、図８に示したものがある。図７に示したものは
外部漏洩磁界をなくするために超電導コイルを収容した
容器の端部及び外周部に容器を包囲するように磁性体シ
ールドを配置したものであり、図８に示したものは超電
導コイルを収容する極低温容器内の超電導コイルの外周
部にシールドコイルを配置して逆方向磁界を発生させ、
外周部磁界を相殺して外部に漏洩する磁界を遮蔽する構
成である。
【０００３】図７において、１は超電導線材を円筒状に
巻回した超電導コイルであり複数のコイル１ａ、１ｂ、
１ｃで構成されている。２は超電導コイル１を収納し、
極低温冷媒液を充填して極低温に冷却する極低温容器、
３は極低温容器２を包囲し内部を真空に保持した真空容
器、４は真空容器３の内部にあって極低温容器２を包囲
し、一定の間隔を保って配置された第一の熱シールド、
５は第一の熱シールド４を包囲し、一定の間隔を保って
配置された第二の熱シールドである。極低温容器２、第
一の熱シールド４及び第二の熱シールド５は真空容器３
の側壁に取り付けられた冷凍機によって所定の温度に冷
却されている。極低温容器２は第一の熱シールド４及び
第二の熱シールド５によって真空容器３の内壁から熱遮
蔽されている。６は真空容器３の外周及び両端面を包囲
するように配置された磁性体シールドであり、分厚い鉄
板で構成されている。１０は装置の中心部両端に開口し
た常温ボアであり、その中間部は被検体が挿入される撮
影領域Ａである。
巻回した超電導コイルであり複数のコイル１ａ、１ｂ、
１ｃで構成されている。２は超電導コイル１を収納し、
極低温冷媒液を充填して極低温に冷却する極低温容器、
３は極低温容器２を包囲し内部を真空に保持した真空容
器、４は真空容器３の内部にあって極低温容器２を包囲
し、一定の間隔を保って配置された第一の熱シールド、
５は第一の熱シールド４を包囲し、一定の間隔を保って
配置された第二の熱シールドである。極低温容器２、第
一の熱シールド４及び第二の熱シールド５は真空容器３
の側壁に取り付けられた冷凍機によって所定の温度に冷
却されている。極低温容器２は第一の熱シールド４及び
第二の熱シールド５によって真空容器３の内壁から熱遮
蔽されている。６は真空容器３の外周及び両端面を包囲
するように配置された磁性体シールドであり、分厚い鉄
板で構成されている。１０は装置の中心部両端に開口し
た常温ボアであり、その中間部は被検体が挿入される撮
影領域Ａである。
【０００４】超電導コイル１は、複数のコイル１ａ、１
ｂ、１ｃのそれぞれ一対のコイルが常温ボア１０の中間
部に対して対称に配置され、撮影領域Ａの磁界が均一に
なるように同軸状に配置されている。磁性体シールド６
は超電導コイル１を励磁したときに常温ボア１０内に発
生した磁束の帰路となり、この磁性体シールド６により
外周部に磁束が漏洩しないように磁気遮蔽された構成で
ある。
ｂ、１ｃのそれぞれ一対のコイルが常温ボア１０の中間
部に対して対称に配置され、撮影領域Ａの磁界が均一に
なるように同軸状に配置されている。磁性体シールド６
は超電導コイル１を励磁したときに常温ボア１０内に発
生した磁束の帰路となり、この磁性体シールド６により
外周部に磁束が漏洩しないように磁気遮蔽された構成で
ある。
【０００５】図８は図７の場合のように磁性体シールド
６を使用しないで、超電導コイル１の外周部に同心状の
シールドコイル７を配置し、このシールドコイル７を超
電導コイル１が励磁されたとき、超電導コイル１による
シールドコイル７の外周部の磁界と同じ強さの反対方向
磁界が発生するように励磁して外部漏洩磁界を遮蔽する
構成である。この構成の中心部の常温ボア１０内の磁界
の強さは超電導コイル１が発生した中心部磁界の強さか
らシールドコイル７が発生した中心部磁界の強さを差し
引いた値となる。
６を使用しないで、超電導コイル１の外周部に同心状の
シールドコイル７を配置し、このシールドコイル７を超
電導コイル１が励磁されたとき、超電導コイル１による
シールドコイル７の外周部の磁界と同じ強さの反対方向
磁界が発生するように励磁して外部漏洩磁界を遮蔽する
構成である。この構成の中心部の常温ボア１０内の磁界
の強さは超電導コイル１が発生した中心部磁界の強さか
らシールドコイル７が発生した中心部磁界の強さを差し
引いた値となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の図７に示す磁性
体シールドによって外部磁界を遮蔽する超電導電磁石装
置では磁性体シールドが分厚い鉄板で構成されているた
め重量が重くなり超電導電磁石装置を設置する場所の床
は十分な耐荷重を有することが必要であり、また、寸法
も大きく、輸送費用も高くなるなどの問題点があった。
体シールドによって外部磁界を遮蔽する超電導電磁石装
置では磁性体シールドが分厚い鉄板で構成されているた
め重量が重くなり超電導電磁石装置を設置する場所の床
は十分な耐荷重を有することが必要であり、また、寸法
も大きく、輸送費用も高くなるなどの問題点があった。
【０００７】また、図８に示すシールドコイルにより逆
磁界を発生させて外部磁界を遮蔽する方法ではシールド
コイルは超電導コイルとともに極低温容器に収容する構
成でありコイルを励磁する接続導体が多く、極低温容器
から引き出す口出し端子数も多くなり、接続する配線作
業も複雑となる問題点があった。
磁界を発生させて外部磁界を遮蔽する方法ではシールド
コイルは超電導コイルとともに極低温容器に収容する構
成でありコイルを励磁する接続導体が多く、極低温容器
から引き出す口出し端子数も多くなり、接続する配線作
業も複雑となる問題点があった。
【０００８】この発明は上記問題点を解消するためにな
されたものであり、磁性体シールドを使用せず、しかも
極低温容器の接続導体数が多くなることなく口出端子構
造が簡単で、装置重量も軽い超電導電磁石装置を提供す
ることを目的とする。
されたものであり、磁性体シールドを使用せず、しかも
極低温容器の接続導体数が多くなることなく口出端子構
造が簡単で、装置重量も軽い超電導電磁石装置を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる超電導電磁石装置は、超電導コイルの外周に超電導
材料を円形に形成した超電導体リングを配置したもので
ある。
わる超電導電磁石装置は、超電導コイルの外周に超電導
材料を円形に形成した超電導体リングを配置したもので
ある。
【００１０】また、この発明の請求項２に係わる超電導
電磁石装置は、超電導コイルの外周に超電導材料を円形
に形成した超電導体リングを超電導コイルとともに極低
温容器内に配置したものである。
電磁石装置は、超電導コイルの外周に超電導材料を円形
に形成した超電導体リングを超電導コイルとともに極低
温容器内に配置したものである。
【００１１】また、この発明の請求項３に係わる超電導
電磁石装置は、超電導コイルの外周部に配置する超電導
体リングを熱シールド部に配置したものである。
電磁石装置は、超電導コイルの外周部に配置する超電導
体リングを熱シールド部に配置したものである。
【００１２】また、この発明の請求項４に係わる超電導
電磁石装置は、請求項１または請求項２のものに超電導
コイルと略等しい直径の超電導材料をドーナツ盤状また
は円筒形に形成した超電導体リングを超電導コイルの両
端外側部にも超電導コイルと同心状に配置したものであ
る。
電磁石装置は、請求項１または請求項２のものに超電導
コイルと略等しい直径の超電導材料をドーナツ盤状また
は円筒形に形成した超電導体リングを超電導コイルの両
端外側部にも超電導コイルと同心状に配置したものであ
る。
【００１３】また、この発明の請求項５に係わる超電導
電磁石装置は、請求項３に記載のものの超電導コイルの
両端外側部に対向する熱シールドの側面にも超電導コイ
ルと略等しい直径の超電導材料をドーナツ盤状に形成し
た超電導体リングを超電導コイルと同心状に配置したも
のである。
電磁石装置は、請求項３に記載のものの超電導コイルの
両端外側部に対向する熱シールドの側面にも超電導コイ
ルと略等しい直径の超電導材料をドーナツ盤状に形成し
た超電導体リングを超電導コイルと同心状に配置したも
のである。
【００１４】また、この発明の請求項６に係わる超電導
電磁石装置は、請求項１または 請求項２または請求項
４の超電導電磁石装置の超電導体リングを熱伝導の良好
な非磁性体と一体に円筒形またはドーナツ盤状に形成し
て装着したものである。
電磁石装置は、請求項１または 請求項２または請求項
４の超電導電磁石装置の超電導体リングを熱伝導の良好
な非磁性体と一体に円筒形またはドーナツ盤状に形成し
て装着したものである。
【００１５】また、この発明の請求項７に係わる超電導
電磁石装置は、請求項３または請求項５の超電導電磁石
装置の超電導体リングを酸化物系の超電導体で形成され
たものである。
電磁石装置は、請求項３または請求項５の超電導電磁石
装置の超電導体リングを酸化物系の超電導体で形成され
たものである。
【００１６】また、この発明の請求項８に係わる超電導
電磁石装置は、請求項３または請求項５の超電導電磁石
装置の超電導体リングを熱伝導性の良好な非磁性体を円
筒形またはドーナツ盤状に形成してその表面に酸化物系
の超電導体を形成したものである。
電磁石装置は、請求項３または請求項５の超電導電磁石
装置の超電導体リングを熱伝導性の良好な非磁性体を円
筒形またはドーナツ盤状に形成してその表面に酸化物系
の超電導体を形成したものである。
【００１７】
【作用】この発明の請求項１に係わる超電導電磁石装置
においては、超電導コイルの外周に超電導材料を円形に
形成した超電導体リングを配置したので、磁性体シール
ドを使用せず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールド
コイルを装着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することがで
きる。
においては、超電導コイルの外周に超電導材料を円形に
形成した超電導体リングを配置したので、磁性体シール
ドを使用せず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールド
コイルを装着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することがで
きる。
【００１８】また、この発明の請求項２に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導コイルの外周に超電導材
料を円形に形成した超電導体リングを超電導コイルとと
もに極低温容器内に配置したので、磁性体シールドを使
用せず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールドコイル
を装着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することができる。
電磁石装置においては、超電導コイルの外周に超電導材
料を円形に形成した超電導体リングを超電導コイルとと
もに極低温容器内に配置したので、磁性体シールドを使
用せず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールドコイル
を装着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することができる。
【００１９】また、この発明の請求項３に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導コイルの外周部に配置す
る超電導体リングを熱シールド部に配置したので、超電
導コイルと超電導体リングの直径差が大きくなり、超電
導コイルの励磁によって発生した常温ボア内の磁界が超
電導体リング磁界によって相殺される磁界の強さは小さ
く、超電導コイルに必要な磁界の強さは小さくてよくな
り、さらに、極低温容器は超電導体リングを収容しない
ので小形にできる。
電磁石装置においては、超電導コイルの外周部に配置す
る超電導体リングを熱シールド部に配置したので、超電
導コイルと超電導体リングの直径差が大きくなり、超電
導コイルの励磁によって発生した常温ボア内の磁界が超
電導体リング磁界によって相殺される磁界の強さは小さ
く、超電導コイルに必要な磁界の強さは小さくてよくな
り、さらに、極低温容器は超電導体リングを収容しない
ので小形にできる。
【００２０】また、この発明の請求項４に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導コイルと略等しい直径の
超電導材料をドーナツ盤状または円筒形に形成した超電
導体リングを超電導コイルの両端外側部にも超電導コイ
ルと同心状に配置したので、超電導コイル端部の磁束の
広がりが小さくなり、磁性体シールドを使用せず、か
つ、シールドコイルを使用しなくても装置の小型軽量化
が可能となる。
電磁石装置においては、超電導コイルと略等しい直径の
超電導材料をドーナツ盤状または円筒形に形成した超電
導体リングを超電導コイルの両端外側部にも超電導コイ
ルと同心状に配置したので、超電導コイル端部の磁束の
広がりが小さくなり、磁性体シールドを使用せず、か
つ、シールドコイルを使用しなくても装置の小型軽量化
が可能となる。
【００２１】また、この発明の請求項５に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導コイルの両端外側部に対
向する熱シールドの側面にも超電導コイルと略等しい直
径の超電導材料をドーナツ盤状に形成した超電導体リン
グを超電導コイルと同心状に配置したので超電導コイル
端部の磁束の広がりが小さくなり、磁性体シールドを使
用しなくても装置の小型軽量化が可能となる。
電磁石装置においては、超電導コイルの両端外側部に対
向する熱シールドの側面にも超電導コイルと略等しい直
径の超電導材料をドーナツ盤状に形成した超電導体リン
グを超電導コイルと同心状に配置したので超電導コイル
端部の磁束の広がりが小さくなり、磁性体シールドを使
用しなくても装置の小型軽量化が可能となる。
【００２２】また、この発明の請求項６に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導体リングを熱伝導の良好
な非磁性体と一体に円筒形またはドーナツ盤状に形成し
て装着したので、超電導体リングの形成が容易となり、
組立作業の作業性もよくなる。
電磁石装置においては、超電導体リングを熱伝導の良好
な非磁性体と一体に円筒形またはドーナツ盤状に形成し
て装着したので、超電導体リングの形成が容易となり、
組立作業の作業性もよくなる。
【００２３】また、この発明の請求項７に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導体リングを酸化物系の超
電導体で形成したので、熱シールドの温度で超電導状態
となる。
電磁石装置においては、超電導体リングを酸化物系の超
電導体で形成したので、熱シールドの温度で超電導状態
となる。
【００２４】また、この発明の請求項８に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導体リングを熱伝導性の良
好な非磁性体を円筒形またはドーナツ盤状に形成してそ
の表面に酸化物系の超電導体を形成したので、超電導体
リングの形成が容易となり、組立作業の作業性もよくな
る。
電磁石装置においては、超電導体リングを熱伝導性の良
好な非磁性体を円筒形またはドーナツ盤状に形成してそ
の表面に酸化物系の超電導体を形成したので、超電導体
リングの形成が容易となり、組立作業の作業性もよくな
る。
【００２５】
【実施例】以下この発明の実施例について図によって具
体的に説明する。 実施例１．図１はこの発明の超電導電磁石装置の第一の
実施例を示す断面図である。図１において２、３、４、
５、１０は図７に示す従来例のものと同一または同一機
能を有するものであり説明は省略する。１１は超電導コ
イルであり、１１ａ、１１ｂ、１１ｃの複数で構成さ
れ、常温ボア１０の中心部の撮影領域Ａに対して対称で
同軸状に配置されている。１２は超電導コイル１１の外
周部に配置された超電導体リングであり１２ａ、１２ｂ
のそれぞれ一対の複数のリングが常温ボア１０の中心部
の撮影領域Ａに対して対称で同軸状に配置されている。
超電導コイル１１及び超電導体リング１２は同軸円筒状
に配置されて極低温容器２に収容され極低温冷媒に浸さ
れて極低温に冷却されている。超電導コイル１１には装
置外部から励磁するための励磁用導体が導出されてい
る。
体的に説明する。 実施例１．図１はこの発明の超電導電磁石装置の第一の
実施例を示す断面図である。図１において２、３、４、
５、１０は図７に示す従来例のものと同一または同一機
能を有するものであり説明は省略する。１１は超電導コ
イルであり、１１ａ、１１ｂ、１１ｃの複数で構成さ
れ、常温ボア１０の中心部の撮影領域Ａに対して対称で
同軸状に配置されている。１２は超電導コイル１１の外
周部に配置された超電導体リングであり１２ａ、１２ｂ
のそれぞれ一対の複数のリングが常温ボア１０の中心部
の撮影領域Ａに対して対称で同軸状に配置されている。
超電導コイル１１及び超電導体リング１２は同軸円筒状
に配置されて極低温容器２に収容され極低温冷媒に浸さ
れて極低温に冷却されている。超電導コイル１１には装
置外部から励磁するための励磁用導体が導出されてい
る。
【００２６】極低温容器２はその外周を包囲するように
第一の熱シールド４が配置され、さらにその外周を包囲
するように第２の熱シールド５が配置され、その状態で
真空容器３に収納され、真空容器３の内部は真空に保持
されている。真空容器３の側壁には図示しないが冷凍機
が取り付けられ、極低温容器２及び第一の熱シールド
４、第２の熱シールド５に熱的に接続され、極低温容器
２は極低温に、第一の熱シールド４は２０Ｋ以下、第２
の熱シールドは８０Ｋ以下に冷却されている。このよう
に構成された超電導電磁石装置は、超電導コイル１１に
通電することにより、超電導コイル１１及び超電導体リ
ング１２に永久電流が流れる状態になっている。
第一の熱シールド４が配置され、さらにその外周を包囲
するように第２の熱シールド５が配置され、その状態で
真空容器３に収納され、真空容器３の内部は真空に保持
されている。真空容器３の側壁には図示しないが冷凍機
が取り付けられ、極低温容器２及び第一の熱シールド
４、第２の熱シールド５に熱的に接続され、極低温容器
２は極低温に、第一の熱シールド４は２０Ｋ以下、第２
の熱シールドは８０Ｋ以下に冷却されている。このよう
に構成された超電導電磁石装置は、超電導コイル１１に
通電することにより、超電導コイル１１及び超電導体リ
ング１２に永久電流が流れる状態になっている。
【００２７】つぎに上記構成の超電導電磁石装置の励磁
するときの状況について説明する。図２は超電導コイル
１１及び超電導体リング１２に電流が流れたときの電流
と磁界の状況を示す模式図である。超電導コイル１１に
電流Ｉを流すと中心部に図中ベクトルＲの方向・大き
さ、外周部にはベクトルＳの方向・大きさの磁界が発生
しようとする、この超電導コイル１１による磁界が発生
したとき超電導体リング１２に流れる電流Ｊは（式１）
のようになる。 Ｊ＝−Ｍ／Ｌ×Ｉ （式１） （式１）のＪは超電導体リング１２に流れる電流、Ｍは
超電導コイル１１と超電導体リング１２との間の相互イ
ンダクタンス、Ｌは超電導体リング１２の自己インダク
タンス、Ｉは超電導コイル１１に流れる電流である。超
電導体リング１２の作る磁界は（式１）の電流によって
超電導コイル１１の磁界の方向とは反対方向に発生す
る。この超電導体リング１２による常温ボア１０内の磁
界は図２のベクトルＸの方向・大きさであり、外周部は
ベクトルＹの方向・大きさであり、超電導コイル１１に
よる磁界のベクトルＲ、Ｓとそれぞれ相殺される。図示
の通り、Ｒ＞Ｘ、Ｓ＝Ｙ であり、したがって、常温ボ
ア１０内はＲからＸを差し引いた磁界の強さとなり、容
器の外周部はＳとＹは等しいので０となり磁気遮蔽され
る。
するときの状況について説明する。図２は超電導コイル
１１及び超電導体リング１２に電流が流れたときの電流
と磁界の状況を示す模式図である。超電導コイル１１に
電流Ｉを流すと中心部に図中ベクトルＲの方向・大き
さ、外周部にはベクトルＳの方向・大きさの磁界が発生
しようとする、この超電導コイル１１による磁界が発生
したとき超電導体リング１２に流れる電流Ｊは（式１）
のようになる。 Ｊ＝−Ｍ／Ｌ×Ｉ （式１） （式１）のＪは超電導体リング１２に流れる電流、Ｍは
超電導コイル１１と超電導体リング１２との間の相互イ
ンダクタンス、Ｌは超電導体リング１２の自己インダク
タンス、Ｉは超電導コイル１１に流れる電流である。超
電導体リング１２の作る磁界は（式１）の電流によって
超電導コイル１１の磁界の方向とは反対方向に発生す
る。この超電導体リング１２による常温ボア１０内の磁
界は図２のベクトルＸの方向・大きさであり、外周部は
ベクトルＹの方向・大きさであり、超電導コイル１１に
よる磁界のベクトルＲ、Ｓとそれぞれ相殺される。図示
の通り、Ｒ＞Ｘ、Ｓ＝Ｙ であり、したがって、常温ボ
ア１０内はＲからＸを差し引いた磁界の強さとなり、容
器の外周部はＳとＹは等しいので０となり磁気遮蔽され
る。
【００２８】実際の超電導電磁石装置では撮影領域Ａの
磁界を均一にするために超電導コイル１１及び超電導体
リング１２はそれぞれ複数に分割されて配置されてお
り、それぞれが互いに影響しあうので単純には計算でき
ない。実際の設計はつぎのようにして行う。その方法
は、装置外部に漏洩磁界がなく、かつ、常温ボア１０内
の撮影領域Ａにおいて所定の強さと均一度を得ると言う
条件を満足させるために、超電導コイル１１と超電導体
リング１２をそれぞれ複数個に分割して軸方向に分散さ
せ、（式２）の条件を満足するように設計される。 Ｊｊ＝ΣΓｉｊ×Ｉｉ （式２） ｉ＝１，２，３，… ｍ， ｊ＝１，２，３，… ｎ， ｍは超電導コイル１１の分割個数、ｎは超電導体リング
１２の分割個数、Γｉｊは超電導コイル１１と超電導体
リング１２の磁気結合を示す係数ベクトルで超電導コイ
ル及び超電導体リングの形状、位置関係に依存する。Σ
は１〜ｍ，ｎの総和を表す。（式２）により各分割コイ
ル（ｍ＋ｎ）に流れる電流が求まれば、撮影領域Ａ及び
装置外部の磁界分布は超電導マグネットの磁界計算方法
で行うことができる。磁界の強さ、磁界均一度、及び外
部磁界の強さが所定の値になるまで（式２）を条件とし
て繰り返し計算することにより求めることができる。さ
らに、超電導コイル１１及び超電導体リング１２の太さ
などは（式２）で求めた電流値以上の臨界電流を有する
ように物性を考慮して設計が行われる。
磁界を均一にするために超電導コイル１１及び超電導体
リング１２はそれぞれ複数に分割されて配置されてお
り、それぞれが互いに影響しあうので単純には計算でき
ない。実際の設計はつぎのようにして行う。その方法
は、装置外部に漏洩磁界がなく、かつ、常温ボア１０内
の撮影領域Ａにおいて所定の強さと均一度を得ると言う
条件を満足させるために、超電導コイル１１と超電導体
リング１２をそれぞれ複数個に分割して軸方向に分散さ
せ、（式２）の条件を満足するように設計される。 Ｊｊ＝ΣΓｉｊ×Ｉｉ （式２） ｉ＝１，２，３，… ｍ， ｊ＝１，２，３，… ｎ， ｍは超電導コイル１１の分割個数、ｎは超電導体リング
１２の分割個数、Γｉｊは超電導コイル１１と超電導体
リング１２の磁気結合を示す係数ベクトルで超電導コイ
ル及び超電導体リングの形状、位置関係に依存する。Σ
は１〜ｍ，ｎの総和を表す。（式２）により各分割コイ
ル（ｍ＋ｎ）に流れる電流が求まれば、撮影領域Ａ及び
装置外部の磁界分布は超電導マグネットの磁界計算方法
で行うことができる。磁界の強さ、磁界均一度、及び外
部磁界の強さが所定の値になるまで（式２）を条件とし
て繰り返し計算することにより求めることができる。さ
らに、超電導コイル１１及び超電導体リング１２の太さ
などは（式２）で求めた電流値以上の臨界電流を有する
ように物性を考慮して設計が行われる。
【００２９】このように構成された第１の実施例では、
磁性体シールドを使用することなく、超電導コイル１１
に永久電流を流す励磁操作のみで、外周部の漏洩磁界が
ない小形軽量の超電導電磁石装置が得られる。
磁性体シールドを使用することなく、超電導コイル１１
に永久電流を流す励磁操作のみで、外周部の漏洩磁界が
ない小形軽量の超電導電磁石装置が得られる。
【００３０】実施例２．図３にこの発明の第２の実施例
を示す。図中２、３、４、５、１０、１１は図１と同一
または同一機能を有するものであり説明は省略する。１
３は超電導体リングで１３ａ、１３ｂのそれぞれ一対の
複数で構成され１３ａを超電導コイル１１ａと略同じ直
径とし、超電導コイル１１の両端外側部に配置し、超電
導コイル１１の外周部には１３ｂを配置したものであ
る。このように構成すると、常温ボア１０の開口端付近
の磁界の広がりが少なくなり、常温ボア１０内の磁界の
均一度が得られやすく、第１の実施例の特徴を有すると
ともに、超電導電磁石装置としてさらに小形軽量にする
ことができる。
を示す。図中２、３、４、５、１０、１１は図１と同一
または同一機能を有するものであり説明は省略する。１
３は超電導体リングで１３ａ、１３ｂのそれぞれ一対の
複数で構成され１３ａを超電導コイル１１ａと略同じ直
径とし、超電導コイル１１の両端外側部に配置し、超電
導コイル１１の外周部には１３ｂを配置したものであ
る。このように構成すると、常温ボア１０の開口端付近
の磁界の広がりが少なくなり、常温ボア１０内の磁界の
均一度が得られやすく、第１の実施例の特徴を有すると
ともに、超電導電磁石装置としてさらに小形軽量にする
ことができる。
【００３１】実施例３．図４に実施例３の構成を示す。
実施例３は実施例２の第２の実施例の変形例であり、ド
ーナツ盤状に形成し、超電導体リング１３ｃを図４に示
すように超電導コイル１１の両端外側部に配置し、１３
ｂ超電導コイル１１の外周部に配置したものであり、こ
のようにすることにより、図３の場合と同様の特徴を有
するとともに、コイルの配置構成を小さくすることがで
きるので、極低温容器２の長さを図３の場合よりさらに
短くすることができる。
実施例３は実施例２の第２の実施例の変形例であり、ド
ーナツ盤状に形成し、超電導体リング１３ｃを図４に示
すように超電導コイル１１の両端外側部に配置し、１３
ｂ超電導コイル１１の外周部に配置したものであり、こ
のようにすることにより、図３の場合と同様の特徴を有
するとともに、コイルの配置構成を小さくすることがで
きるので、極低温容器２の長さを図３の場合よりさらに
短くすることができる。
【００３２】実施例４．実施例４は、第１の実施例また
は第２の実施例の超電導体リング１２、または超電導体
リング１３の構成を、非磁性で熱伝導の良好な材料、例
えば銅材とともに超電導体を所定の円形形状に形成した
ものである。超電導体材料単体は薄い状態であり、機械
的強度も弱いが、このように構成することにより機械的
強度が強くなって組立作業が容易となり、組立中あるい
は組立後の変形などがなくなる。
は第２の実施例の超電導体リング１２、または超電導体
リング１３の構成を、非磁性で熱伝導の良好な材料、例
えば銅材とともに超電導体を所定の円形形状に形成した
ものである。超電導体材料単体は薄い状態であり、機械
的強度も弱いが、このように構成することにより機械的
強度が強くなって組立作業が容易となり、組立中あるい
は組立後の変形などがなくなる。
【００３３】実施例５．図５はこの発明の第３の実施例
の構造を示す断面図である。図５において２、３、４、
５、１０、１１は従来例及び第一の実施例または第２の
実施例と同じまたは同一機能を有するものであるので説
明は省略する。１４は超電導臨界温度が第１の熱シール
ド４の温度の２０Ｋよりも低い温度の酸化物系の超電導
体をリング状に形成した超電導体リングであり、第一の
熱シールド４に装着されている。
の構造を示す断面図である。図５において２、３、４、
５、１０、１１は従来例及び第一の実施例または第２の
実施例と同じまたは同一機能を有するものであるので説
明は省略する。１４は超電導臨界温度が第１の熱シール
ド４の温度の２０Ｋよりも低い温度の酸化物系の超電導
体をリング状に形成した超電導体リングであり、第一の
熱シールド４に装着されている。
【００３４】このように構成すると超電導体リング１４
は、極低温容器２に収容する必要がなく、極低温容器２
には超電導コイル１１のみを収容すればよくなるので容
器寸法が小さくなり、また、超電導コイル１１と超電導
体リング１４との直径差は大きくとれるため、励磁した
ときに超電導体リング１４が超電導コイル１１の中心部
常温ボア１０内の超電導コイル１１による磁界を相殺す
る磁界は小さくなり、所要の磁界の強さを得るための超
電導コイル１１が発生する磁界の強さをそれほど大きく
する必要性がなくなる。
は、極低温容器２に収容する必要がなく、極低温容器２
には超電導コイル１１のみを収容すればよくなるので容
器寸法が小さくなり、また、超電導コイル１１と超電導
体リング１４との直径差は大きくとれるため、励磁した
ときに超電導体リング１４が超電導コイル１１の中心部
常温ボア１０内の超電導コイル１１による磁界を相殺す
る磁界は小さくなり、所要の磁界の強さを得るための超
電導コイル１１が発生する磁界の強さをそれほど大きく
する必要性がなくなる。
【００３５】実施例６．図６に実施例６の構成を示す。
実施例６は実施例５の第３の実施例の変形例であり、ド
ーナツ盤状に形成した超電導体リング１４ｃを図６に示
すように第１の熱シールド４の両端外側部に配置し、１
４ｂは第１の熱シールド４の円周部に配置したものであ
り、このようにすることにより、図５の場合と同様の特
徴を有するとともにコイルの配置構成を小さくすること
ができるので、極低温容器２の長さを図５の場合より短
くすることができる。
実施例６は実施例５の第３の実施例の変形例であり、ド
ーナツ盤状に形成した超電導体リング１４ｃを図６に示
すように第１の熱シールド４の両端外側部に配置し、１
４ｂは第１の熱シールド４の円周部に配置したものであ
り、このようにすることにより、図５の場合と同様の特
徴を有するとともにコイルの配置構成を小さくすること
ができるので、極低温容器２の長さを図５の場合より短
くすることができる。
【００３６】実施例７．実施例７は、実施例５に示した
第３の実施例の超電導体リング１４の構成を非磁性で熱
伝導の良好な材料、例えば銅材を所定の形状に形成し、
その表面に酸化物系の超電導体を付着させて形成したも
のである。このように形成したことにより超電導体リン
グ１４は機械的に補強されて取扱い易くなり、組立作業
が簡単となり、組立中あるいは組立後の変形などがなく
なる。
第３の実施例の超電導体リング１４の構成を非磁性で熱
伝導の良好な材料、例えば銅材を所定の形状に形成し、
その表面に酸化物系の超電導体を付着させて形成したも
のである。このように形成したことにより超電導体リン
グ１４は機械的に補強されて取扱い易くなり、組立作業
が簡単となり、組立中あるいは組立後の変形などがなく
なる。
【００３７】
【発明の効果】この発明の請求項１に係わる超電導電磁
石装置は、超電導コイルの外周に超電導材料を円形に形
成した超電導体リングを配置したので、磁性体シールド
を使用せず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールドコ
イルを装着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することができ
るから装置全体が小形軽量となり、据付場所の床の強度
もそれほど強くする必要もなく、輸送、据付が容易とな
る効果を奏する。
石装置は、超電導コイルの外周に超電導材料を円形に形
成した超電導体リングを配置したので、磁性体シールド
を使用せず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールドコ
イルを装着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することができ
るから装置全体が小形軽量となり、据付場所の床の強度
もそれほど強くする必要もなく、輸送、据付が容易とな
る効果を奏する。
【００３８】また、この発明の請求項２に係わる超電導
電磁石装置は、超電導コイルの外周に超電導材料を円形
に形成した超電導体リングを超電導コイルとともに極低
温容器内に配置したので、非磁性体シールドを使用せ
ず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールドコイルも装
着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することができるから、
シールドコイルを励磁するための極低温容器からの接続
導体が少なく接続部が簡素となり、かつ、装置全体が小
形軽量となって、据付場所の床強度もそれほど必要でな
く輸送、据付も容易となる等の効果を奏する。
電磁石装置は、超電導コイルの外周に超電導材料を円形
に形成した超電導体リングを超電導コイルとともに極低
温容器内に配置したので、非磁性体シールドを使用せ
ず、かつ、逆方向磁界を発生させるシールドコイルも装
着しないで外部漏洩磁界を遮蔽することができるから、
シールドコイルを励磁するための極低温容器からの接続
導体が少なく接続部が簡素となり、かつ、装置全体が小
形軽量となって、据付場所の床強度もそれほど必要でな
く輸送、据付も容易となる等の効果を奏する。
【００３９】また、この発明の請求項３に係わる超電導
電磁石装置は、超電導コイルの外周部に配置する超電導
体リングを熱シールド部に配置したので、超電導コイル
と超電導体リングの直径差が大きくなり、超電導コイル
の励磁によって発生した常温ボア内の磁界が超電導体リ
ングによる常温ボア内の磁界によって相殺される磁界の
強さは小さく、超電導コイルに必要な磁界の強さは小さ
くてよくなり、さらに、極低温容器には超電導体リング
を収容しないので小形にでき、装置全体をさらに小形軽
量化が実現できる効果を奏する。
電磁石装置は、超電導コイルの外周部に配置する超電導
体リングを熱シールド部に配置したので、超電導コイル
と超電導体リングの直径差が大きくなり、超電導コイル
の励磁によって発生した常温ボア内の磁界が超電導体リ
ングによる常温ボア内の磁界によって相殺される磁界の
強さは小さく、超電導コイルに必要な磁界の強さは小さ
くてよくなり、さらに、極低温容器には超電導体リング
を収容しないので小形にでき、装置全体をさらに小形軽
量化が実現できる効果を奏する。
【００４０】また、この発明の請求項４に係わる超電導
電磁石装置は、超電導コイルと略等しい直径の超電導材
料をドーナツ盤状または円筒形に形成した超電導体リン
グを超電導コイルの両端外側部にも超電導コイルと同心
状に配置したので、超電導コイル端部の磁束の広がりが
小さくなり、磁性体シールド使用せず、シールドコイル
も使用しないから装置全体としてさらに小型軽量化が実
現できる効果を奏する。
電磁石装置は、超電導コイルと略等しい直径の超電導材
料をドーナツ盤状または円筒形に形成した超電導体リン
グを超電導コイルの両端外側部にも超電導コイルと同心
状に配置したので、超電導コイル端部の磁束の広がりが
小さくなり、磁性体シールド使用せず、シールドコイル
も使用しないから装置全体としてさらに小型軽量化が実
現できる効果を奏する。
【００４１】また、この発明の請求項５に係わる超電導
電磁石装置は、超電導コイルの両端外側部に対向する熱
シールドの側面にも超電導コイルと略等しい直径の超電
導材料をドーナツ盤状に形成した超電導体リングを超電
導コイルと同心状に配置したので超電導コイル端部の磁
束の広がりが小さくなり、極低温容器に超電導体リング
を収容しないので極低温容器は小さくてよく、磁性体シ
ールド使用せず、シールドコイルも使用しなくても装置
の小型軽量化が実現できる効果を奏する。
電磁石装置は、超電導コイルの両端外側部に対向する熱
シールドの側面にも超電導コイルと略等しい直径の超電
導材料をドーナツ盤状に形成した超電導体リングを超電
導コイルと同心状に配置したので超電導コイル端部の磁
束の広がりが小さくなり、極低温容器に超電導体リング
を収容しないので極低温容器は小さくてよく、磁性体シ
ールド使用せず、シールドコイルも使用しなくても装置
の小型軽量化が実現できる効果を奏する。
【００４２】また、この発明の請求項６に係わる超電導
電磁石装置においては、超電導体リングを熱伝導の良好
な非磁性体と一体に円筒形またはドーナツ盤状に形成し
て装着したので、超電導体リングの形成が容易となり、
機械的強度も強くなり、組立作業の作業性がよくなる効
果を奏する。
電磁石装置においては、超電導体リングを熱伝導の良好
な非磁性体と一体に円筒形またはドーナツ盤状に形成し
て装着したので、超電導体リングの形成が容易となり、
機械的強度も強くなり、組立作業の作業性がよくなる効
果を奏する。
【００４３】また、この発明の請求項７に係わる超電導
電磁石装置は、超電導体リングを酸化物系の超電導体で
形成したので、熱シールドの温度で超電導状態となるの
で極低温容器は超電導コイルのみを収容すればよいので
小さくてよく、装置全体としてもさらに小形軽量化実現
できる効果を奏する。
電磁石装置は、超電導体リングを酸化物系の超電導体で
形成したので、熱シールドの温度で超電導状態となるの
で極低温容器は超電導コイルのみを収容すればよいので
小さくてよく、装置全体としてもさらに小形軽量化実現
できる効果を奏する。
【００４４】また、この発明の請求項８に係わる超電導
電磁石装置は、超電導体リングを熱伝導性の良好な非磁
性体を円筒形またはドーナツ盤状に形成してその表面に
酸化物系の超電導体を形成したので、超電導体リングの
形成が容易となり、組立作業の作業性もよくなり、さら
に組立作業中及び組立後の変形もなくなる効果を奏す
る。
電磁石装置は、超電導体リングを熱伝導性の良好な非磁
性体を円筒形またはドーナツ盤状に形成してその表面に
酸化物系の超電導体を形成したので、超電導体リングの
形成が容易となり、組立作業の作業性もよくなり、さら
に組立作業中及び組立後の変形もなくなる効果を奏す
る。
【図１】 この発明の第１の実施例の構成を示す断面図
である。
である。
【図２】 この発明の磁界の状況を模式的に説明する説
明図である。
明図である。
【図３】 この発明の第２の実施例の構成を示す断面図
である。
である。
【図４】 この発明の第２の実施例の超電導コイルの両
端外側部の超電導体リングの形状を変えた場合の構成を
示す断面図である。
端外側部の超電導体リングの形状を変えた場合の構成を
示す断面図である。
【図５】 この発明の第３の実施例の構成を示す断面図
である。
である。
【図６】 この発明の第３の実施例の第１の熱シールド
の両端側部にドーナツ盤状の超電導体リングを装着した
場合の構成を示す断面図である。
の両端側部にドーナツ盤状の超電導体リングを装着した
場合の構成を示す断面図である。
【図７】 従来の超電導電磁石装置の磁性体シールドを
用いて外部磁界を遮蔽する場合の構成を示す断面図であ
る。
用いて外部磁界を遮蔽する場合の構成を示す断面図であ
る。
【図８】 従来の超電導電磁石装置のシールドコイルに
逆磁界を発生させて外部磁界を遮蔽する場合の構成を示
す断面図である。
逆磁界を発生させて外部磁界を遮蔽する場合の構成を示
す断面図である。
１ 超電導コイル ２ 極低温容器
３ 真空容器 ４ 第一の熱シールド ５ 第二の熱シールド
６ 磁性体シールド ７ シールドコイル １０ 常温ボア １
１ 超電導コイル １２ 超電導体リング １３ 超電導体リング １
４ 超電導体リング
３ 真空容器 ４ 第一の熱シールド ５ 第二の熱シールド
６ 磁性体シールド ７ シールドコイル １０ 常温ボア １
１ 超電導コイル １２ 超電導体リング １３ 超電導体リング １
４ 超電導体リング
Claims (8)
- 【請求項１】 装置中心部に均一磁界を発生する超電導
コイル、該超電導コイルが収納され、極低温冷媒液が充
填された極低温容器、該極低温容器が収納され、内部が
真空に保持された真空容器を備え、上記超電導コイルの
外周部に超電導材料を円形に形成した超電導体リングを
上記超電導コイルと同心状に配置したことを特徴とする
超電導電磁石装置。 - 【請求項２】 超電導コイル及び超電導体リングを極低
温容器内に収納したことを特徴とする請求項１に記載の
超電導電磁石装置。 - 【請求項３】 装置中心部に均一磁界を発生する超電導
コイル、該超電導コイルが収納され、極低温冷媒液が充
填された極低温容器、該極低温容器が収納され、内部が
真空に保持された真空容器、該真空容器内にあって上記
極低温容器を包囲して熱遮蔽する少なくとも１層の熱シ
ールド、上記極低温容器を包囲する熱シールド部に超電
導材料を円形に形成した超電導体リングを超電導コイル
と同心状に配置したことを特徴とする超電導電磁石装
置。 - 【請求項４】 超電導コイルと略等しい直径の超電導材
料をドーナツ盤状または円筒形に形成した超電導体リン
グを超電導コイルの両端外側部にも超電導コイルと同心
状に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の超電導電磁石装置。 - 【請求項５】 超電導コイルの両端外側部に対向する熱
シールドの側面にも超電導コイルと略等しい直径の超電
導材料をドーナツ盤状に形成した超電導体リングを超電
導コイルと同心状に配置したことを特徴とする請求項３
に記載の超電導電磁石装置。 - 【請求項６】 超電導体リングは熱伝導性の良好な非磁
性体材料と超電導材料とを一体に形成したものであるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２または請求項４
に記載の超電導電磁石装置。 - 【請求項７】 超電導体リングは酸化物系の超電導体で
形成されたことを特徴とする請求項３または請求項５に
記載の超電導電磁石装置。 - 【請求項８】 超電導体リングは熱伝導性の良好な非磁
性体を円筒形またはドーナツ盤状に形成してその表面に
酸化物系の超電導体を形成したものであることを特徴と
する請求項３または請求項５に記載の超電導電磁石装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23141794A JP3094805B2 (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | 超電導電磁石装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23141794A JP3094805B2 (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | 超電導電磁石装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897032A JPH0897032A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3094805B2 true JP3094805B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=16923266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23141794A Expired - Fee Related JP3094805B2 (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | 超電導電磁石装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3094805B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000046999A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-18 | Rikagaku Kenkyusho | 均一磁場発生装置 |
-
1994
- 1994-09-27 JP JP23141794A patent/JP3094805B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0897032A (ja) | 1996-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |