JPH02246928A - 磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用性！ＩＦ） 本発明は、ＭＨＩや理化学用ＮＭＲなどに組込むのに適
した磁界発生装置に関する。

（従来の技術） 周知のように、ＭＲＩやＮＭＲなどでは、磁界強度が高
く、しかも磁界の空間的均一性が高い磁界発生装置を必
要とする。このような磁界発生装置としては、常電導コ
イルを用いて構成されたものや、超電導コイルを用いて
構成されたものがある。いずれのものも主コイルと、こ
の主コイルで発生した磁界の中心磁界（以後、スライス
面上の磁界と呼ぶ。）の誤差成分を補正する補正コイル
とを備えている。主コイルは、スライス面上での広い範
囲に亙って均一な磁界を得るために、通常、複数に分割
されるとともに各コイルの起磁力を精密に調整し得るよ
うに設計されている。一方、補正コイルは、コイル軸方
向の誤差成分を補正するソレノイドコイルと、半径方向
の誤差成分を補正する鞍形コイルとに大別される。この
うち、ソレノイドコイルは、コイル軸を２軸とし、この
ｚ軸と直交するスライス面が２軸に交わる点を原点（ｚ
−０）としたとき、ｚｌ　（スライス面を中心にして対
称に主コイルが配置されているとき、ｎは偶数）に係わ
る誤差成分を補正するために設けられる。補正コイルは
、補正しようとする誤差成分の次数だけを含む磁界を発
生するものであることが望ましい。もし、補正成分以外
の次数の成分を含む磁界を発生すると、補正コイルを使
用したことにより、新たに別の成分の誤差が発生し、こ
の発生した誤差を補正しなければならない。

ところで、このように構成される磁界発生装置において
、たとえば、２次の補正コイルは、通常、ｚｌの誤差成
分と２４の誤差成分とを打消すように設計されるか、あ
るいはｚ４の誤差成分と２６の誤差成分とを打消すよう
に設計される。

しかしながら、上記のように設計しても、主コイルとし
て永久電流モードで運転される超電導コイルを使用した
場合には、設計通りの磁界を得ることが困難であった。

すなわち、主コイルとして永久電流モードで運転される
超電導コイルを使用する場合には、パワーリード（励磁
開始時や減磁時に超電導コイルを外部電源に接続するた
めのリード線）の焼損防止や、液体ヘリウムで代表され
る冷媒の蒸発量を極力抑える等の意味から次のような励
磁方式が採用される。まず、パワーリードを介して外部
電源から超電導コイルに、このコイルの特性によって決
まる上昇率で励磁電流を流し、この励磁電流が一定レベ
ルに達した時点で、永久電流スイッチをオンにして永久
電流モードに切換える。続いて、補正コイルに所定の電
流を流す。

たとえば、補正コイルで２２の誤差成分と２４の誤差成
分とを打消すようにした場合を例にとると、この補正コ
イルはスライス面上の磁界の強さは０で、かつｚｌの誤
差成分と２４の誤差成分とを打ち消す磁界を発生する。

しかし、補正コイルに電流を流すと、この補正コイルと
主コイルとの間の相互インダクタンスによって、主コイ
ルの電流値が変化し、これが原因してスライス面上の磁
界の強さそのものが変化してしまう問題があった。

そこで、このような不具合を解消するために、補正コイ
ルを励磁した後に永久電流モードで運転される超電導コ
イル、つまり主コイルを励磁し、この主コイルの励磁電
流を細かく調整することによってスライス面上の磁界の
強さを一定値に保持することが考えられる。しかし、こ
の方式を採用するには、パワーリードに長時間に亙って
電流を流さなければならない。したがって、パワーリー
ドの焼損を防止するには、径の大きいパワーリードを使
用しなければならず、このようにすると必然的に外部か
らの熱侵入が多くなり、定常運転時における冷媒の蒸発
量が増大する。また、パワーリードを介して外部電源に
超電導コイルを接続している間は、永久電流スイッチの
ヒータに電流を流しておかなければならないので、これ
によっても冷媒の蒸発量が増加することになる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のごとく、主コイルとして永久電流モードで運転さ
れる超電導コイルを使用した場合には、補正コイルへの
通電によってスライス面上の磁界の強さそのものが変化
してしまい、またスライス面上の磁界の強さの調整を超
電導コイルへ流す励磁電流の調整で行おうとすると、パ
ワーリードを焼損させたり、冷媒の損失を増加させるな
どの問題があった。

そこで本発明は、主コイルを永久電流モードに切換えた
後に補正コイルに通電してもスライス面上の磁界の強さ
を変化させる虞がない磁界発生装置を提供することを目
的としている。

〔発明の構成コ （課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために、本発明に係る磁界発生装置では、ソレノ
イドコイルの組合せで構成される補正コイルで２０の成
分の磁界ΔＢｍ□までも発生させるようにしている。す
なわち、補正コイルは、発生したｚｏの成分の磁界ΔＢ
ｍＯで主コイルとの相互インダクタンスにより主コイル
に誘導された電流によって発生したｚｏの成分の磁界を
キャンセルするように、そのアンペアターン、半径、原
点（ｚ−０）からの仰角が選ばれている。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る磁界発生装置の概略
構成が示されている。　同図において、ｌａ、ｌｂおよ
び２ａ、２ｂはＺ軸上に同軸配置された主コイルを示し
ている。これら主コイル１ａ、ｌｂおよび２ａ、２ｂは
、永久電流モードで運転される超電導コイルによって構
成されている。

そして、主コイルｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂは、２軸に設
定された原点０（ｚ−０）を通り、Ｚ軸に対して直交す
るｘｙ平面（スライス面）を中心にして対称に配置され
ている。

一方、図中３ａ、３ｂおよび４ｇ、４ｂは、ソレノイド
コイルによって形成された２次の補正コイルを示してい
る。補正コイル３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂは、常電導
コイルあるいは超電導コイルによって形成されており、
ｘｙ平面を中心にして対称に配置されている。

ここで、補正コイル３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂは、通
常は、Ｉ２の誤差成分およびＩ４の誤差成分を打ち消す
磁界を発生させる条件の他に、２０の磁界成分を発生さ
せないようにアンペアターンＩ、、Ｉ２と原点０に対す
るコイル内縁の仰角Ａ、　ＳＡ２とが次式を満たすよう
に設定される。

Ｉｔ　Ｘ５ｌｎ　’　Ａ、　−Ｉ　、　Ｘ５ｌｎ　’　
Ａ２　−（１）但し、半径Ｒ，−Ｒ。

しかし、本発明装置では、（１）式を満足しないように
し　Ｉ４の成分を発生させないための仰角に関する条件
、 Ｐ５１　　（ｃｙ）−２１ｃｏｓ　　’　　Ａ−１４ｃ
ｏｓ　　２　Ａ＋１　−０・・・（２） より、各補正コイル３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂの仰角
が、 Ａ　ｒ　−７３，４”　　Ａ　２　””　４（１，１”
を満たし、かつ（１）式の代わりに、（３）式を満たす
ようにアンペアターンの比が決定されている。

スナわち、主コイルのインダクタンスをＬｍ、主コイル
と補正コイルとの励磁率をそれぞれΔＢ、、ΔＢ、とじ
、２つのコイル間の相互インダクタンスをＭとしたとき
、 を満たすようにしている。

これは次のような理由による。すなわち、主コイルのイ
ンダクタンスをＬ＠、励磁率をΔＢ、、補助コイルのイ
ンダクタンスをＬ　ｇ　、励磁率をΔＢ　Ｃ％主コイル
と補正コイルとの間の相互インダクタンスをＭとする。

今、主コイルを遮断の状態で補助コイルに通電すると、
主コイルの両端に、なる電圧が発生する。したがって、
主コイルが永久電流モードのときには、主コイルに流れ
ている電流は、 の関係から、 なる変化を生じる。

Δｉ、による主コイルの中心磁界の変化Ｂ、、は、Ｂ、
ａｍΔｉ、＠ΔＢ。

−（Ｍ・Δｉｔ　・ΔＢ−）／Ｌ。

・・・（４） となる。この磁界変化がΔｉｃによる補正コイルの中心
発生磁界と同じになるようにすればよいので、 Ｂ、−一Δ　ｉ　、　・　ΔＢ６ となり、 ・・・（５） ・・・（６） となる。したがって、ΔＢ、を（３）式に示す関係に設
定すればよいことになる。

このような補正コイルと主コイルとの組合せによって構
成された磁界発生装置では、まず主コイルｌａ、ｌｂ、
２ａ、２ｂに所定の電流を流し、この状態で永久電流モ
ードに切換える。その後、発生した誤差磁界に応じて補
正コイル３ａ、３ｂ。

４ａ、４ｂに第３図に示す方向の電流を流す。通常、（
１）式を満たすように設けられた補正コイルに通電する
と、この補正コイルはｘｙ面上（スライス面上）に磁界
を発生しない。このとき、主コイルとの相互インダクタ
ンスによって、主コイルの電流が永久電流のままで変化
し、ｘｙ面上の磁界が変化する。

しかし、本発明装置のように、（３）式を満たすように
補正コイルを設けると、補正コイルがｘｙ面上に主コイ
ルの電流変化分に相当し、かつ向きが逆向きの磁界ΔＢ
ＺＯを発生する。つまり、補正コイル３ａ、３ｂ、４ａ
、４ｂは、第４図に示すように、ｘｙ面上にΔＢｇｏの
成分を持つ磁界を発生する。したがって、補正コイル３
　ａ、　　３　ｂｒ　４ａ、４ｂへの通電によって起こ
るスライス面上の磁界変化の発生を完全になくすことが
できる。

このように、主コイルｌａ、ｌｂ、２ａ、２ｂを励磁し
た後に補正コイル３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂに通電しても
スライス面上の磁界の強さは変化しない。したがって、
主コイルｌａ、ｌｂ、２ａ。

２ｂを永久電流モードに切換えた後に補正コイル３ａ、
３ｂ、４ａ、４ｂへ通電することができる。

つまり、パワーリードを介して主コイルを外部電源に接
続しなければならない時間を最短時間に抑えることがで
きる。このため、主コイルのパワーリードとして細径の
ものを使用しても、これを焼損させる虞はない。また、
パワーリードとして細径のものを使用できるので、この
パワーリードを介しての熱侵入を抑制できるとともに主
コイルが外部電源に接続される時間、換言すると永久電
流スイッチのヒータに通電している時間を短かくできる
ので冷媒の蒸発量も減らすことができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上述した実施例では主コイルをソレノイ
ドコイルで構成しているが、円筒状コイルで構成しても
よい。また、第２図に示すように、主コイルｌａ、ｌｂ
、２ａ、２ｂの内側に補正コイル３ａ、３ｂ、４ａ、４
ｂを配置するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、簡単な構成であるにも
拘らず、特に主コイルを永久電流モードで運転される超
電導コイルで構成したときに起こり易い、装置の不安定
性を解消でき、しかも運用性を向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る磁界発生装置の概略構
成図、第２図は本発明の他の実施例に係る磁界発生装置
の概略構成図、第３図は同装置に組み込まれた２次の補
正コイルを示す見取り図、第４図は同補正コイルが発生
する磁界の２軸方向の分布図である。 ｌ　ａ、１　ｂ、２ａ、２ｂ−−−主コイル、３ａ、３
ｂ。 ４ａ、４ｂ・・・補正コイル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２凶 Ｘ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主コイルと、この主コイルに対して磁気的結合状
   態に配置された一対以上のソレノイドコイルの組み合わ
   せで構成されて上記主コイルで発生した磁界の中心磁界
   の誤差成分を補正する補正コイルとを備えてなる磁界発
   生装置において、前記補正コイルは、この補正コイルに
   通電した際に生じる主コイルの磁束変化に伴う前記中心
   磁界の変化を打消す０次の磁界成分を含む磁界を発生す
   るものであることを特徴とする磁界発生装置。
2. （２）前記主コイルの中心における励磁率をΔＢ＿ｍ、
   前記補正コイルの中心における励磁率をΔＢ＿ｃ、上記
   主コイルの自己インダクタンスをＬ＿ｍ、上記主コイル
   と上記補正コイルとの間の相互インダクタンスをＭとし
   たとき、 ΔＢ＿ｃ＝（−Ｍ×ΔＢ＿ｍ）／Ｌ＿ｍ の関係に設定されてなる請求項１に記載の磁界発生装置
   。
3. （３）前記補正コイルは、２次または４次の誤差成分を
   打ち消すためのものである請求項１に記載の磁界発生装
   置。
4. （４）前記主コイルは、永久電流モードで運転される超
   電導コイルによって構成されている請求項１に記載の磁
   界発生装置。