JPH03141619A - 広領域均一磁場発生用マグネット - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は広い領域にわたって均一磁場を発生するための
マグネットに関し、例えばＭＲＩ（核磁気共鳴撮像装置
）等における均一磁場の発生に適したマグネットに関す
る。

〈従来の技術〉 ＭＲＩ等においては、被撮像体を均一な磁場内に置く必
要があり、広い領域での均一磁場が要求される。

従来、均一磁場を発生するマグネットとして、ヘルムホ
ルツコイル型マグネットが知られている。

ヘルムホルツコイル型マグネットは、円筒状のコイルを
同軸上に軸方向にある間隔をあけて並べたもので、その
中心部付近に均一磁場を発生させることができる。

また、通常のソレノイドコイルでも、径や長さを大きく
することにより、その中心部付近に均一な磁場が得られ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来のへルムホルツコイル型マグネットやソレノイドコ
イルでは、得られる均一磁場は中心部付近に限られ、特
にコイルの径方向にあまり広い領域で均一な磁場を得る
ことは期待できない。

本発明の目的は、従来に比してより広い領域で均一磁場
を得ることができ、更には、その磁場の均一度について
も向上させることのできるマグネットを提供することに
ある。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明では、基本的実施例
図面である第１図に例示するように、第１のコイル１の
内側に、これと同軸上に第２のコイル２を設け、この第
１と第２のコイル１と２には、互いに逆向きの電流を流
すように構成している。

〈作用〉 本発明の原理は、コイルに電流を流すことによって生ず
る磁場のコイルの径方向の磁束密度分布の形に鑑み、同
軸上の外側と内側のコイルに逆向きの磁場を発生させて
これらを重ね合わせることにより、１つのコイルが作る
磁場の不均一性を相殺させ、均一な磁場領域の拡大を計
るものである。

すなわち、第４図は本発明の定性的な作用説明図で、こ
の図を参照しつつ詳細に説明すると、外側の第１のコイ
ル１が発生する磁場（磁束密度のコイル軸方向成分、以
下同じ）が第４図（ａ）に示す通りであれば、その内側
に同軸に配設され、かつ、逆向きの電流が流される第２
のコイル２は同図（ｂ）に示すようにこれと逆向きの磁
場を発生する。

この２つのコイルの近傍の空間の磁場は、これらが発生
する磁場を重ね合わせたものとなるから、第１と第２の
コイル１と２に流す電流もしくは各コイルのターン数を
適当に選択すれば、磁場の強さは第１のコイル１だけの
場合に比べて減少するものの、全体として第４図（Ｃ）
に示すように広い領域に均一な磁場を得ることができる
。

〈実施例〉 本発明は種々の形のコイルに適用することができ、第１
図乃至第３図に各形状のコイルに本発明を適用した実施
例をそれぞれ中央縦断面図で示す。

第１図は単コイル状のものに本発明を適用した基本的な
実施例である。

第１のコイル１の内側には、これと同軸に第２のコイル
２が配設されている。そして、この第１と第２のコイル
１と２には、それぞれに設けられた電源（図示せず）か
ら図に示すように互いに逆向きの電流が流される。

また、第２図はソレノイドコイル状のものに本発明を適
用した例で、第１のソレノイドコイル１１の内側に、同
軸に第２のソレノイドコイル１２を配設し、それぞれに
互いに逆向きの電流を流すように構成している。

更に、第３図はへルムホルッコイル状のものに本発明を
適用した例である。

この例では、第１のコイル２１の内側に同軸に第２のコ
イル２２を設け、更にこれらと同軸に軸方向にある間隔
をあけて、これらと全く同様な第１のコイル３１と第２
のコイル３２を設けている。

そして、２つの第１のコイル２１と３１には同じ向きの
電流を、また第２のコイル２２と３２にはこれと逆向き
の電流を流すように構成している。

以上の各実施例において、それぞれ外側のコイルのみを
設けた場合に比してより均一度の高い、かつ、より広い
領域で均一磁場が得られる。

第５図（ａ）は第１図に示した基本的な単コイル状のモ
デルでコンピュータシミュレーションを行った結果を示
すグラフで、横軸はコイルの軸心を原点とする半径方向
の位置を示し、縦軸は磁束密度のコイル軸方向成分Ｂｙ
を示している。

シミュレーションの条件は、第１のコイル１の電流密度
を５００Ａ／ｃｆｆｌ、第２のコイル２の電流密度を一
５１０Ａ／ｃ＋（とし、また、各コイルの寸法は第５図
（ｂ）に示す通りとし、第２のコイル２には第１のコイ
ル１の約％の電流が流れるようにした。

この結果より、軸心から半径約１０．５ｃｍの領域で極
めて均一な磁場が得られた。

これに対し、比較例として、外側の第１のコイル１のみ
を設けた場合のシミュレーション結果を第６図に示す。

この比較例において、コイルの電流密度は第５図と同様
に５００Ａ／ｃ［とじ、寸法も第６図（ｂ）に示すよう
に第５図と同様とした。

この比較例では、軸心から半径約３ｃｍ程度しか有効な
均一磁場を得ることができなかった。

この第５図と第６図から明らかなように、本発明の構成
によって、従来の構成に比してより広領域の均一磁場が
得られることが実証され、しかも、本発明を適用した場
合にはコイルの内側の磁束密度分布のフラット性が顕著
であり、均一度の向上が認められた。ただし、互いに逆
向きの磁場を重ね合わせる関係上、発生する磁場の強さ
は中心付近で約％に減少する。

第７図は第３図に示したヘルムホルツコイル状のモデル
を使ったコンピュータシミュレーションの結果の説明図
である。

この第７図において（ａ）は−刃側の第１と第２のコイ
ル２１と２２の中心部の半径方向の磁束密度分布を示す
グラフ、（ｂ）はコイル２１．２２とコイル３１．３２
の中央部（空間部）における半径方向の磁束密度分布を
示すグラフで、また（Ｃ）はコイル２１．２２とコイル
３１．３２間を結ぶ軸心に沿う磁束密度分布を示すグラ
フであり、各コイルの寸法は（ｄ）に示す通りとした。

各グラフにおいて、縦軸は磁束密度のコイル軸方向成分
Ｂｙで、横軸は（ａ）と（ｂ）がコイルの軸心を原点と
する半径方向の位置、（Ｃ）はコイルの軸心上の（ｄ１
図に示す点Ｐを原点とした軸方向の位置を示している。

この例でも、第１のコイル２１と３１の電流密度を５０
０Ａ／ｃ＋ｆｌ、第２のコイル２２と３２の電流密度を
一５１０Ａ／ｃｒＭとした。

この第７図の各グラフから明らかなように、本発明をヘ
ルムホルツコイル型のマグネットに適用しても、各コイ
ルの中心部分の均一磁場領域はもとより、各コイルの間
の空間における均一磁場領域も半径方向に拡大されると
ともに、軸方向にも磁場の均一性が保たれることが実証
された。

本発明のマグネットは、対象となるものの要求仕様によ
り、第１と第２のコイルの巻数および各電流値を決定し
、最適条件を得ればよい。

なお、以上の各側において、第１と第２のコイルを逆向
きに巻回して直列に接続し、１つの電源から同じ電流を
流すようにしてもよい。この場合、磁場の均一度を得る
ための最適な条件設定は、各コイルのターン数で調節す
ればよい。

また、コイルの材料は通常の金属のほか、超電導材料を
使用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、第１のコイルの
内側に同軸上に第２のコイルを設け、これらに互いに逆
向きに電流を流すことにより、それぞれが発生する磁場
の不均一性を相殺させて高均一度でしかも広領域で均一
磁場を得ることができ、ＭＨＩ等の広い領域での均一磁
場が要求される装置等に対して有効なマグネットが得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明実施例の構成を示す
中央縦断面図、第４図は本発明の作用説明図、第５図は
本発明の第１図に示した構造の実施例のコンピュータシ
ミュレーション結果の説明図、第６図は比較例のコンピ
ュータシミュレーション結果の説明図、第７図は本発明
の第３図に示した構造の実施例のコンピュータシミュレ
ーション結果の説明図である。 １．１１．２１．３１・・・・第１のコイル２．１２，
２２．３２・・・・第２のコイル第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１のコイルの内側に、第２のコイルが同軸上に配設さ
   れ、その第１と第２のコイルに互いに逆向きの電流が流
   れるように構成されてなる、広領域均一磁場発生用マグ
   ネット。