JP5826442B1 - 超電導マグネットおよび超電導マグネットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかる超電導マグネット1を示す斜視図、図2は同超電導マグネット1のZ軸を通る断面を示す断面図である。図3は、実施の形態1の超電導マグネットを構成するダブルパンケーキコイルを示す図であり、(a)はXY断面図、(b)はYZ断面図である。ダブルパンケーキコイルとはコイル厚さが同じパンケーキコイルをコイルZ軸方向に沿って2個並べたものである。本実施の形態の超電導マグネット1は、中心部に均一磁界を有する磁界空間Oを形成するもので、MRI装置において、この均一な磁界空間Oに被験者を配置することで、人体の断層画像を取得するための、磁界生成部として用いられるものである。
実施の形態1では、第1のコイル群10Aと第2のコイル群10Bを構成するダブルパンケーキコイルの内径が同一であるように構成したが、本実施の形態では、第1のコイル群10Aと第2のコイル群10Bを構成するダブルパンケーキコイルの外径が同一であるように構成したことを特徴とする。外径が同一である点以外は、実施の形態1の超電導マグネット1と同様、第1および第2のコイル群10A,10B内のダブルパンケーキコイル10dのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルZ軸端部側の第2のコイル群10Bに比べ、コイルZ軸中心Z0側にある第1のコイル群10Aで大きいことを特徴とするものである。図8は、実施の形態2の超電導マグネット1のZ軸を通る断面を示す断面図である。
図9は実施の形態3の超電導マグネットを示す断面図であり、コイル群を3群とした場合の例を示しており、実施の形態2において、図8で示した第1のコイル群10Aと第2のコイル群10Bの間に第3のコイル群10Cを配置した例である。本実施の形態の超電導マグネットにおいても、コイルのZ軸中心Z0側最内側に位置する第1のコイル群10AとコイルのZ軸中心Z0から最も遠い最端部に位置する第2のコイル群10Bとで、コイル厚さの分散値が、第1のコイル群10Aの方が大きくなるように配置している。
図10は、実施の形態4の超電導マグネットを示す断面図である。図10に示すように、本実施の形態では、第2のコイル群10B、つまりコイルZ軸中心ZOから最も離れたコイル群のダブルパンケーキコイル10dはコイル厚さが一定となるように構成している。すなわち、Z軸中心ZO側に位置するコイル群を構成するダブルパンケーキコイル10dのコイル厚さは異なるように設定するが、Z軸中心ZOから最も離れた、最外端部側のコイル群である第2のコイル群10Bを構成するダブルパンケーキコイル10dのコイル厚さtを揃えるように構成する。
図11(a)から(c)は、実施の形態5の高温超電導マグネットを示す図であり、(a)は断面図、(b)はZ軸中心側に位置する第1のコイル群10Aを構成する1個のダブルパンケーキコイルの断面図、(c)はZ軸外側に位置する第2のコイル群10Bを構成する1個のダブルパンケーキコイルの断面図である。
図12(a)から(c)は、実施の形態6の高温超電導マグネットを示す図であり、(a)は断面図、(b)はZ軸中心側に位置するダブルパンケーキコイルの断面図、(c)はZ軸外側に位置するダブルパンケーキコイルの断面図である。
図13は、実施の形態7の超電導マグネットの断面図である。本実施の形態の超電導マグネットは、製造を容易にするために、コイルZ軸中心Z0から離れた最外端部側に、コイル外径が等しい第2のコイル群10Bを用いたものである。実測を行ってみると、図14に要部拡大図を示すように、コイル厚さにはばらつきがある。そこでコイル群内においても、内側に配されるダブルパンケーキコイルが、より設計値に近くなるように、再配列したものである。図14では、最外端部側に配される第2のコイル群10Bのみを拡大して示す。即ち、第1のコイル群10Aは表示していない。図14において、第2のコイル群10B+はZ>0のコイル群相当であり、第2のコイル群10B-はZ<0のコイル群相当である。第2のコイル群10B+は、ダブルパンケーキコイル10d9,10d10,10d11,10d12で構成される。また第2のコイル群10B-は、ダブルパンケーキコイル10d-9,10d-10,10d-11,10d-12で構成される。
実施の形態8は、Z>0とZ<0の場合のコイル群内のコイル厚さの平均値が等しくなるようにしたことを特徴とする。ここでは、磁気設計がZ>0とZ<0が同じもの、対称を仮定したものである。
実施の形態4の超電導マグネットではコイル高さがすべて同じであるコイル群でなければ効果が得られない。実際の設計では第1のコイル群10Aの中に、第2のコイル群10Bの高さとほぼ同じコイル高さになるものがある場合もありうる。更には、これらを含めて、コイル位置特にコイル外径の実測結果を元にコイルを入れ替えながら磁界均一度を計算で評価し、最も良い磁界均一度とする、あるいは磁界均一度が許容値を満足するように、コイル配置を計算でもとめ、この配置になるように実際のコイルを組み立てる方法が考えられる。
図18(a)および(b)は実施の形態10の超電導マグネットを示す図および要部拡大図である。図18(b)は図18(a)の破線内を拡大したものである。図18(a)および(b)においてZ軸中心ZOに最も近い第1のコイル群10A中でコイルZ軸中心に最も近いコイル10aから、10b、10c、10dと外側にいくにつれて、コイルの高さが最内側でh1から順次高くなり、最外端部側でh4となっている。
Claims (10)
- リボン状の超電導線材を巻回して形成されたパンケーキコイルを複数個備えたコイル群がコイルZ軸を揃えて配列された超電導マグネットであって、
前記パンケーキコイルは、リボン状の超電導線材が層間紙を介して巻回されており、
前記パンケーキコイルの厚さは、前記層間紙の層数によって調整されており、
コイルZ軸の中心部に位置する第1のコイル群に属する前記パンケーキコイルのコイル厚さは、前記コイルZ軸の最外端部に位置する第2のコイル群に属する前記パンケーキコイルに用いられる層間紙の厚さよりも薄い層間紙を用いて調整され、
前記第1のコイル群に属する前記パンケーキコイルのコイル厚さの分散値が、
前記第2のコイル群に属する前記パンケーキコイルのコイル厚さの分散値よりも大きいことを特徴とする超電導マグネット。 - 前記コイル群は、前記コイル厚さが同じパンケーキコイル同士を並べたダブルパンケーキコイルが複数配列されたことを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット。
- 前記コイル群のうち、前記コイルZ軸方向の最外端部に位置する第2のコイル群が、前記コイル厚さが一定である複数のダブルパンケーキコイルを含むことを特徴とする請求項2に記載の超電導マグネット。
- 前記コイル群は、前記コイルZ軸の中心であるZ軸中心を通りZ軸に垂直な面に対して対称であることを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット。
- 前記コイルZ軸方向の中心側に位置する前記第1のコイル群では、パンケーキコイル毎に前記層間紙の位置または厚さが独立して設定されており、
前記コイルZ軸方向の最外端部に位置する前記第2のコイル群のパンケーキコイルでは、2個のパンケーキコイルの前記層間紙の厚さもしくは位置が同じであることを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット。 - 前記層間紙の合計の厚さは前記最外端部に位置する前記第2のコイル群の各パンケーキコイルで等しいことを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット。
- 前記複数のパンケーキコイルが、同一形状のパンケーキコイルを含み、
前記同一形状のパンケーキコイルは、
形状実測値に基づき、Z軸最外端部に位置する前記第2のコイル群ではコイルZ軸中心に比べ設計値からのずれが大きいパンケーキコイルが配置されたことを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット。 - 前記コイルZ軸中心をZ=0としたとき、Z>0位置に配されたコイル群とZ<0位置に配されたコイル群とで、前記コイル厚さの平均値が等しくなるように配列されたことを特徴とする請求項6に記載の超電導マグネット。
- 前記コイル群のうち、前記コイルZ軸中心側に位置する前記第1のコイル群において、前記コイルZ軸中心の最内側に位置するパンケーキコイルの厚さが、最も小さいことを特徴とする請求項1に記載の超電導マグネット。
- リボン状の超電導線材を巻回して形成されたパンケーキコイルがコイルZ軸を揃えて複数配列される超電導マグネットの製造方法であって、
設計情報に基づき、前記複数のパンケーキコイルを製造する工程と、
前記製造する工程で得られた前記複数のパンケーキコイルの形状を測定する工程と、
前記測定する工程で得られた形状実測値と、前記設計情報とに基づき、前記パンケーキコイルを配列する工程と、
磁界均一度計算を行い、磁界均一度が許容値を満足するように前記パンケーキコイルの配列順序を入れ替える工程とを含むことを特徴とする超電導マグネットの製造方法。
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