JP4228110B2 - Open magnet system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開放型磁石装置に係り、特に磁石重量の軽減に好適な開放型磁石装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
開放型磁石装置は、上下に対向して配置されその間に被検者の被検部をカバーする一対の磁石組立体を備えており、そして各磁石組立体は磁場発生源として働く常電導あるいは超電導コイルから成る主コイルおよびこの主コイルからの漏洩磁場を低減するための主コイルの周辺を取り囲むように配設される強磁性体の磁気シールド(強磁性体プレート)から構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、均一磁場空間領域に生成する磁場強度が高くなるにつれて、必要な磁気シールド量が多くなり、磁石重量が大きくなる傾向にある。重量が重くなると、設置する室の床への加重が大きくなり床の強化が必要となったり、磁石を搬入、据え付ける際の作業が難しくなり時間を要する等の問題が発生する。
【0004】
図7は、強磁性体プレート中のある高さ位置における、径方向の位置に対する磁束量の変化を模試的に示すグラフである、この図から中心部では磁束量が少なく、外径側に進むにつれて急激に増加することが分かる。このため、厚さが一定の従来の強磁性体プレートの場合には、図8に示すように強磁性体プレート内部の磁束密度(磁束量÷断面積)もほぼそれに比例した変化を示す。一方、漏洩磁場を抑制するためには、強磁性体が磁気飽和しないだけの厚さが必要である。従って、その最も磁束密度が高い最外径部分付近箇所で、磁気飽和しないだけの十分な厚さを設定しなければならない。このため、内径部分では、逆に過剰な強磁性体厚を用いていることになり、これが磁石の重量増加を招く原因となっていた。
【0005】
また、例えば、特開平5−234746号公報に開示されている従来のポールピース等の整磁部材を用いた磁石装置の場合には、重量軽減のために強磁性体プレートの外側を削っていた。これは、磁場発生源として働く主コイル、若しくは、整磁部材を強磁性体プレートに近接配置する都合上、内側は削れないためである。
【0006】
上記に鑑み、本発明は、磁気シールドの重量を効果的に軽減すると共に漏洩磁場を抑制する開放型磁石装置を提供することを目的とする。
これにより、磁石装置全体の重量が軽減されるので、設置環境についての要求の緩和、装置の搬入、据付け作業の効率化が実現する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明では、磁束密度の低い部分、即ち、強磁性体プレートの径方向の中心部を薄くすることで、全体の磁石重量の軽減を図った。この部分は磁場発生源として働く主コイルからの距離が遠いため、元来、磁束量が少なくなっているので、強磁性体プレートを薄くしても漏洩磁場の抑制に対する影響は少ない。
【0008】
また、本発明では、強磁性体プレートの内径側部分での厚さを薄くすることにより、図8に示すように径方向で磁束密度を略一定としている。これにより、磁石重量が軽減できる。
【0009】
さらにまた、本発明を適用する磁石は磁場発生源として働く主コイルが強磁性体プレートから離れた構造となっているため、均一磁場空間である強磁性体プレートの内側を自由に削ることが可能である。このことは、外側を削る場合に比較して、磁場発生源として働く主コイルから強磁性体プレートまでの距離を広げることが出来るため、より多く強磁性体プレートを削ることが可能となる。従って、重量軽減の効果もより大きなものとなる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1、2、3を参照して本発明の第1の実施例を説明する。
開放型磁石装置10は対向する上下一対の磁石組立体12、14を有しており、これら上下一対の磁石組立体12、14のそれぞれは強磁性体プレート16および超電導コイルから成る主コイル18を備えており、これらの主コイル18を励磁することにより上下一対の磁石組立体12、14間には均一磁場空間領域20が生成される。上下一対の磁石組立体12、14は2本の強磁性体柱22によって支持されると共に上下磁石組立体12、14中の強磁性体プレート16を磁気的に結合している。超電導コイルから成るそれぞれの主コイル18はそれぞれ冷却容器24中に収容されており、上下の冷却容器24はそれぞれ連結管26で連結されている。
【0011】
本実施例においては、図2および3から明らかなように、強磁性体プレート16の垂直方向の断面形状が均一磁場空間領域から遠い側の主表面はほぼ平坦に保持しながら、均一磁場空間領域に近い側の主表面は外径側から中心に向かってその厚みが漸減するように加工されている。
より具体的には、均一磁場空間領域に近い側の主表面の強磁性体柱22を結合した面の近傍は遠い側の主表面と平行であり、中心付近に略円錐状の凹みが設けられている。
【0012】
なお、図3ではコイルを1組しか示していないが、高い磁場均一度を得るために、通常は上下で3〜6組程度のコイル組を用いる。しかし、起磁力の大きなコイルは、一般に径の大きな外側の位置に配置するため、図7を使って説明した径方向に対する磁束量の変化は基本的に同じである。従って、複数組の主コイルから構成される磁場発生源についても、上記したように強磁性体プレートの内径側部分を薄くすることが可能であり、同様の効果が得られる。
【0013】
図4は本発明の第2の実施例を示す。
本実施例では、強磁性体プレート16の加工を容易にするために、中央部に径の異なる穴の空いた形状の4枚の単位強磁性体プレート160、162、164、166を積み重ねた構造とした。そして、均一磁場空間領域の遠い側より径の小さい穴の単位強磁性体プレート160を配置し、順に径の大きい穴の単位強磁性体プレートを積み重ね、強磁性体プレート全体として外径側よりも中心のほうが厚みが薄くなるよう形成する。このようにすることで、各強磁性体プレートの加工が簡単になり、加工の作業性を向上できる。
更に、本実施例では、中心部分に貫通した穴が形成されている。従って、この穴は、ガントリー内への照明光の導入、ガントリー内への送風、あるいは、傾斜磁場コイルの冷却、各種信号ケーブル等の配線等へ利用できる。
【0014】
なお、単位強磁性体プレート160、162、164、166は全て穴を空けたものとなっているが、均一磁場空間領域の遠い側の単位強磁性体プレート160は平板状のものを使用してもよい。
また、1枚毎の単位強磁性体プレートの厚さは異なっても良い。また、各単位強磁性体プレートの内径側の穴の部分は、磁束を補足し易くするため、図3の第1の実施例の強磁性体プレートの形状と近似するようにテーパーをつけてもよい。
【0015】
図5は本発明の第3の実施例を示す。
本実施例では、強磁性体プレートを均一磁場空間領域の近い側に配置し、平板状に形成した第一強磁性体プレート28と、遠い側に配置しドーナツ状に形成した第二強磁性体プレート160、162からなる2種の強磁性体プレートから構成している。第一強磁性体プレート28は磁気シールドを行うと共に、主コイル18との間に作用する電磁力に耐える構造材としての役割も果たしている。主コイル18と強磁性体シールドとの間には電磁力が作用するので、構造的強度を得るためには、最も内側の強磁性体プレート28でこれを得ることが、最も簡単で容易なためである。耐力は厚さの二乗に比例するので、同じ厚さのプレートを重ねるよりは、一枚を厚くすることが有利なためである。このため、電磁力、及び、強磁性体プレート160、162の重量を支えられるように、第一強磁性体プレート28は、第二強磁性体プレート160、162の構成部材よりも厚くしている。
【0016】
逆に、均一磁場空間から遠い側にある第二強磁性体プレートを厚くして、構造材としての役割を負わせ、第一強磁性体プレートをボルト等で固定することもできる。この場合には、均一磁場空間側に近い強磁性体プレートほど中央部の穴の径を大きくできるため、重量の低減効果が大きい。
また、第二強磁性体プレート160、162はそれぞれ径の異なる穴が空いており、第二強磁性体プレート全体として中心付近へ行くほど厚みが薄くなるように、均一磁場空間領域に遠い側に小さい径の穴の第二強磁性体プレート160を配置し、近い側に大きい径の穴の第二強磁性体プレート162を配置している。
【0017】
なお以上説明した各実施例では、単に主コイルと記載したが、この主コイルは、超電導磁石、あるいは、常伝導磁石の何れも使用できる。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、開放型磁石の重量を軽減すると共に、上下に対向して配設される一対の磁石組立体のそれぞれに設けられる磁気シールドの漏洩磁場を十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される開放型磁石装置の外観図。
【図2】本発明の開放型磁石装置の第1の実施例を説明するための上側磁石組立体要部の一部を切断した外観図。
【図3】本発明の開放型磁石装置の第1の実施例を説明するための上側磁石組立体要部の左半分の概略断面図。
【図4】本発明の開放型磁石装置の第2の実施例を説明するための上側磁石組立体要部の左半分の概略断面図。
【図5】本発明の開放型磁石装置の第3の実施例を説明するための上側磁石組立体要部の左半分の概略断面図。
【図6】本発明の原理を説明するための、開放型磁石装置を構成する上下一対の磁石組立体中に設けられる漏洩磁場抑制のための強磁性体シールド中のある高さ位置における、強磁性体シールド中心から外径方向への相対距離に対する相対磁束量の変化を模式的に示したグラフ。
【図7】本発明および従来装置の磁石組立体中に設けられる強磁性体シールド内部の相対的径方向距離に対する相対的磁束密度の違いを模試的に示したグラフ。
【図8】図4に示した本発明の第2の実施例に相当する磁石組立体中に設けられた強磁性体シールドを構成する3枚の強磁性体プレート中の相対的径方向距離に対する相対的磁束密度の違いを模試的に示すグラフ。
【図9】図6に示した本発明の第4の実施例における磁石組立体中に設けられた強磁性体シールドを構成する3枚の強磁性体プレート中の相対的径方向距離に対する相対的磁束密度の違いを模式的に示すグラフ。
【符号の説明】
10 開放型磁石装置
12 上側磁石組立体
14 下側磁石組立体
16 強磁性体プレート
160、162、164、166 単位強磁性体プレート
18 主コイル
20 均一磁場空間領域
22 強磁性体柱
24 冷却容器
26 連結管
28 補強支持用強磁性体プレート
30 間隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an open-type magnet device, and more particularly to an open-type magnet device suitable for reducing magnet weight.
[0002]
[Prior art]
The open-type magnet device includes a pair of magnet assemblies that are arranged facing each other in the vertical direction and that cover a subject's test portion therebetween, and each magnet assembly serves as a normal conduction or superconductivity that serves as a magnetic field generation source. The main coil is composed of a coil and a ferromagnetic magnetic shield (ferromagnetic plate) disposed so as to surround the periphery of the main coil for reducing the leakage magnetic field from the main coil.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as the magnetic field strength generated in the uniform magnetic field space region increases, the required amount of magnetic shielding tends to increase and the magnet weight tends to increase. When the weight increases, the load on the floor of the room to be installed becomes large, so that the floor needs to be strengthened, and the work for carrying in and installing the magnet becomes difficult and time is required.
[0004]
FIG. 7 is a graph schematically showing a change in the amount of magnetic flux with respect to the radial position at a certain height position in the ferromagnetic plate. From this figure, the amount of magnetic flux is small in the central portion and proceeds to the outer diameter side. It turns out that it increases rapidly. For this reason, in the case of a conventional ferromagnetic plate having a constant thickness, the magnetic flux density (magnetic flux amount / cross-sectional area) inside the ferromagnetic plate also changes substantially proportionally as shown in FIG. On the other hand, in order to suppress the leakage magnetic field, the ferromagnetic material needs to have a thickness that does not cause magnetic saturation. Therefore, it is necessary to set a sufficient thickness so as not to cause magnetic saturation near the outermost diameter portion where the magnetic flux density is the highest. For this reason, on the contrary, an excessive ferromagnetic thickness is used in the inner diameter portion, which causes an increase in the weight of the magnet.
[0005]
Further, for example, in the case of a magnet device using a magnetic shunting member such as a conventional pole piece disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-234746, the outside of the ferromagnetic plate is cut to reduce the weight. . This is because the inner side cannot be cut for convenience of disposing the main coil or the magnetic shunt member serving as the magnetic field generation source close to the ferromagnetic plate.
[0006]
In view of the above, an object of the present invention is to provide an open magnet device that effectively reduces the weight of a magnetic shield and suppresses a leakage magnetic field.
Thereby, since the weight of the whole magnet apparatus is reduced, the relaxation of the request about an installation environment, the carrying-in of an apparatus, and the efficiency of installation work are implement | achieved.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the weight of the entire magnet is reduced by thinning the portion having a low magnetic flux density, that is, the central portion in the radial direction of the ferromagnetic plate. Since this portion is far away from the main coil serving as a magnetic field generation source, the amount of magnetic flux is originally reduced. Therefore, even if the ferromagnetic plate is thinned, the influence on the suppression of the leakage magnetic field is small.
[0008]
Further, in the present invention, the magnetic flux density is made substantially constant in the radial direction as shown in FIG. 8 by reducing the thickness at the inner diameter side portion of the ferromagnetic plate. Thereby, the magnet weight can be reduced.
[0009]
Furthermore, the magnet to which the present invention is applied has a structure in which the main coil acting as a magnetic field generation source is separated from the ferromagnetic plate, so that the inside of the ferromagnetic plate, which is a uniform magnetic field space, can be cut freely. It is. This can increase the distance from the main coil serving as the magnetic field generation source to the ferromagnetic plate, compared with the case of cutting the outside, and thus it is possible to cut more ferromagnetic plates. Therefore, the effect of weight reduction is further increased.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The open-
[0011]
In this embodiment, as is apparent from FIGS. 2 and 3, the vertical cross-sectional shape of the
More specifically, the vicinity of the surface coupled with the
[0012]
Although only one set of coils is shown in FIG. 3, in order to obtain high magnetic field uniformity, about 3 to 6 sets of coils are usually used in the vertical direction. However, since a coil having a large magnetomotive force is generally disposed at an outer position having a large diameter, the change in the amount of magnetic flux in the radial direction described with reference to FIG. 7 is basically the same. Therefore, with respect to the magnetic field generating source composed of a plurality of sets of main coils, the inner diameter side portion of the ferromagnetic plate can be made thin as described above, and the same effect can be obtained.
[0013]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, in order to facilitate the processing of the
Further, in the present embodiment, a hole penetrating through the central portion is formed. Therefore, this hole can be used for introducing illumination light into the gantry, blowing air into the gantry, cooling the gradient coil, wiring of various signal cables, and the like.
[0014]
The unit
Further, the thickness of each unit ferromagnetic plate may be different. Also, the hole portion on the inner diameter side of each unit ferromagnetic plate may be tapered so as to approximate the shape of the ferromagnetic plate of the first embodiment of FIG. Good.
[0015]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the ferromagnetic plate is disposed on the side closer to the uniform magnetic field space region, the first
[0016]
Conversely, the second ferromagnetic plate on the side far from the uniform magnetic field space can be thickened to assume the role as a structural material, and the first ferromagnetic plate can be fixed with a bolt or the like. In this case, the ferromagnetic plate closer to the uniform magnetic field space can increase the diameter of the hole at the center, and thus has a greater weight reduction effect.
The second
[0017]
In each of the embodiments described above, the main coil is simply described, but either a superconducting magnet or a normal conducting magnet can be used as the main coil.
[0018]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while reducing the weight of an open type magnet, the leakage magnetic field of the magnetic shield provided in each of a pair of magnet assembly arrange | positioned facing up and down can fully be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of an open type magnet apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an external view in which a part of an upper magnet assembly main part for explaining a first embodiment of the open type magnet apparatus of the present invention is cut.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the left half of the main part of the upper magnet assembly for explaining the first embodiment of the open type magnet apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the left half of the main part of the upper magnet assembly for explaining a second embodiment of the open type magnet apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the left half of the main part of the upper magnet assembly for explaining a third embodiment of the open magnet apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a strong position at a certain height position in a ferromagnetic shield for suppressing a leakage magnetic field provided in a pair of upper and lower magnet assemblies constituting an open magnet device for explaining the principle of the present invention; The graph which showed typically the change of the amount of relative magnetic flux with respect to the relative distance to the outer diameter direction from the magnetic body shield center.
FIG. 7 is a graph schematically showing a difference in relative magnetic flux density with respect to a relative radial distance inside a ferromagnetic shield provided in a magnet assembly of the present invention and a conventional apparatus.
8 is a graph showing the relative radial distance in three ferromagnetic plates constituting a ferromagnetic shield provided in a magnet assembly corresponding to the second embodiment of the present invention shown in FIG. A graph schematically showing the difference in relative magnetic flux density.
9 is relative to the relative radial distance in the three ferromagnetic plates constituting the ferromagnetic shield provided in the magnet assembly in the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 6; The graph which shows the difference in magnetic flux density typically.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記磁気シールドは複数の単位磁気シールドから構成されており、上記それぞれの単位磁気シールドにはそれぞれ同心の穴が設けられており、それぞれの穴の径は上記均一磁場空間領域に近い側から順に大きく選定されていることを特徴とする請求項1に記載の開放型磁石装置。 A pair of magnet assemblies that generate a uniform magnetic field space region that is disposed facing each other in the vertical direction and that covers a test portion of the subject, and the pair of magnet assemblies generate a uniform magnetic field. And a magnetic shield for reducing leakage magnetic flux from the magnetic field generation source, and the main surface on the side far from the uniform magnetic field space region is maintained substantially flat in the profile of the vertical cross section of the magnetic shield, and The open magnet device is characterized in that the thickness is configured so as to be thinner toward the center in the radial direction ,
The magnetic shield is composed of a plurality of unit magnetic shields, and each unit magnetic shield is provided with a concentric hole, and the diameter of each hole increases in order from the side closer to the uniform magnetic field space region. The open-type magnet device according to claim 1, wherein the open-type magnet device is selected.
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