JPH0332004A - 電磁石装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、磁気共鳴イメージング装置に利用される均
一な静磁界を一生させる電磁石装置に関するものである
。

［従来の技術］ 第８図は例えば従来の磁気共鳴イメージング装置に用い
られる超電導磁石装置の斜視破断図であり、図において
（１）は静磁界を発生させる静磁界発生コイル部、（２
）は静磁界発生コイル部（１〉を液体ヘリウムの中に浸
潤させるための液体ヘリウム槽、（３）は極低温の液体
ヘリウムが外部からの熱侵入により気化することを抑制
するための断熱容器、（４）は断熱容器（３）を貫通し
液体ヘリウム槽（２〉と外部とをつなぐサービスポート
で液体ヘリウムの供給や、気化したヘリウムガスの排気
、及び磁界発生コイルの励消磁のための電流リードを通
す役割を果たす、また、（５）はこの超電ｔ＃電磁石装
置より得られる高強度、高均一な磁界空間を示す。

第９図は第８図の静磁界発生コイル部（１）を取り出し
て縦方向の断面を示した図である０図において、（ｌａ
）、　（ｌｂ）、　（ｌｅ）、　（ｌｄ）、　（ｌｅ）
は要求される空間（５）に均一な静磁界を発生させるた
めに配置された円筒形の超電導コイル、（６）は超電導
コイル（１ａ）〜（１ｅ）を巻回するための巻枠で、超
電導コイルの発生する磁界により磁化されて空間（５）
に不均一な磁界を発生することの無いよう非磁性材料例
えばオーステナイト系熱間圧延ステンレス１（ＪＩＳ呼
称ＳＯＳ　）を材料として使用している。

以上のように構成された磁気共鳴イメージング装置に用
いられる超電導磁石装置では、巻枠（６）の磁化による
不均一成分の発生が無く均一な磁界を発生させる超電導
コイル（１ａ）〜（１ｅ〉を製作し励磁することにより
、例えば、直径が３５ｃｍ球の空間（５〉に磁界強度５
０００ガウス磁界均一度ｔｏｐｐｍの高強度、高均一な
磁気共鳴イメージングに必要なｆｆ？磁界を得ることが
できる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の超電導磁石装置は以上のように構成されているの
で、巻枠（６）の材料に静磁界の均一性を乱すことの無
いように高価な非磁性材料を使用しなければならないと
いう問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、安価な磁性を有する材料を静磁界発生コイ
ル部の巻枠に使用できる電磁石装置を得ることを目的と
する。

「課題を解決するための手段］ この発明に係る電磁石装置は、静磁界発生コイル部が巻
回された巻枠に磁性を有する材料を適用するとともに、
巻枠が磁化されることにより発生する磁界の不均一成分
を打ち消す逆の不均一成分を含む静磁界を発生する静磁
界発生コイル部を備えたものである。

［作　　用コ この発明における静磁界発生コイル部は、磁性を有する
巻枠の磁化により発生する磁界の不均一成分を打ち消す
出力を含む静磁界を発生する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明に係わる超電導磁石装置の斜視破断図であ
り、図において〈１１）は静磁界発生コイル部、〈１２
）は磁性を有する材料例えば−殻構造用圧延鋼材（ＪＩ
Ｓ呼＃Ｙｓｓ）を使用した巻枠を示す。

〈５〉は電磁石装置によって高強度、高均一な磁界が発
生する空間を示し、この空間で実現される磁界は例えば
３５ｅ＋＋直径球空間で強度５０００ガウス、均一度１
０ｐｐｍである。

第２図は第１図の静磁界発生コイル部（１１）と巻枠（
１２）との断面図を示したものであり、巻枠（１２）を
含む静磁界発生コイル部（１１）の周辺領域（１３〉は
静磁界発生コイル部（１１）に近接することから極めて
高い磁化力が存在する領域となる０例えば、空間（５〉
に上記５０００ガウスを発生するマグネットでは領域（
１３）での磁化力は１×１０ｓ＾／１１オーダーとなる
。

これに対し、第３図は巻枠（１２）に使用する一般構造
用圧延鋼材の磁気特性（Ｉｉ！ｆヒカに対する比透磁率
）を示す。第３図において一般構造用圧延鋼材は磁化力
Ｈ＝　１．５ｘ　１０’八／論程度から飽和現象が見ら
れ比透磁率がほぼ一定値となる。従って、磁性を有する
一般構造用圧延鋼材を使用した巻枠（１２）は電磁石装
置の運転時〈静磁界発生時〉巻枠（１２）の全べての部
分で磁界が飽和した状態となる。

そして、第４図に示すように巻枠が飽和した状態では静
磁界発生コイル部（１１）の磁界（１４）に対して巻枠
（１２）の一方の端面（１５）がＮ極、他方の端面（１
６〉がＳ極となる磁荷が現れることとなる。これは、第
５図に示すように巻枠（１２）内の分子磁石（１７）が
ｎ磁界発生コイル部（１１）の磁界（１４）により飽和
し方向がそろうことで巻枠（１２）の内部では隣接分子
磁石（１７）同士がその出力を打ち消し合うために磁荷
が現れず、端面（１５Ｌ（１６）のみ片側に打ち消し効
果を生じる分子磁石（１７）が無いので、磁荷が現れる
。

このようにして巻枠（１２）の端面（１５〉、（１６）
にリング状に現れた磁荷のつくる磁界の場合に、磁気共
鳴イメージング装置用電磁石装置において均一度が要求
される軸方向の磁界成分に着目すると、超電導磁石装置
の中心付近では次式（Ａ）の如くその中心からの軸方向
の距ＮＺの関数で表現された各次数の磁界成分の発生が
ある。

Ｂ”（Ｚ″磁界成分）＝ ここにおいてｎは正の整数、以下第６図に記載のとおり
ｔは巻枠（１２）の厚さ、ａは巻枠（１２）の半径、Ｈ
ｚは巻枠（１２〉のＺ方向の磁化力、μ。は真空の透磁
率、μ８は巻枠（１２）の飽和時化透磁率、ｐ、。

（ｃｏｓα）はＬｅｇｅｎｄｒｅの多項式、α１は測定
点Ｚより見たＮ極の磁荷が現れた巻枠（１２〉の端面（
１５）の角度、α２は測定点Ｚから見たＳ極の磁荷が現
れた巻枠（１２）の端面〈１２〉の角度である。

なお、上記（Ａ）式はＲｅｖ、Ｓｅｔ、Ｉｎｓｔｒｕｍ
、５６（１）。

Ｊａｎｕａｒｙ　１９８５に掲載されたｒ　Ｓｈｉｍｍ
ｉｎｇ　ａｓｕｐｅｒｅｏｎｄｕｃｔｉｎｇｎｕｃｌｅ
ａｒ−ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅｎａｇｉ
ｎｇ　ｍａｇｎｅｔ　ｗｉｔｈ　５ｔｅｅｌ」　　の論
文内に解説された式を基に導出し得るものである。

今、　ｔ　　＝１２ｍｍ、　ａ　　＝６２０ｍｍ、　Ｚ
　　＝　１７５ｍ１　　μ　、＝１００、Ｉｔ２＝　ｌ
ｘ　１０’＾／閣、α＋＝１５０”、α２−４４°とな
る一般構造用圧延鋼材の巻枠（１２）を仮定するとＬｅ
ｇｅｎｄｒｅの多項式が下記の通りであることから（Ａ
）式よりＺ　＝　１７５ｎ＋＋ａの位置で巻枠（１２）
から発生する磁界の不均一成分は族１の通りとなる。

Ｌｅｇｅｎｄｒｅの多項式 ％式％） ） ） ） ） ） なお、ｚ’、ｚ’、ｚ’、・・・の奇数次成分について
は巻枠が評価点（Ｚ　＝　１７５＋ｕ＋　）から見てほ
ぼ対象となっている（α、！−１１８０”−αｌ）こと
から値が小さくなるため族１には記載してない。また、
Ｚ６を越える高次の成分についても（Ａ）式における（
ｔ）°の値が小さくなるため出力値として小さく族１に
は記載していない。

以上、巻枠（１２）の発生する磁界の不均一成分につい
て特性及び−例を示した。一方、静磁界発生コイル部（
１１〉は一般的に第１図に示すように複数の円筒形をし
た超電導コイル＜１１ａ）〜（ｌｉｅ）より構成される
。そして、これらの超電導コイル（１１ｍ）〜（ｌｉｅ
）は各々の大きさ、アンペアターン、相互のコイル間隔
を適切に選ぶことにより従来では均一な静磁界を所望空
間に発生させるものとしていた。

しかしながら、上記実施例では、上記のように巻枠（１
２）に磁性を有する材料を使用した場合、巻枠（１２）
の磁化により所望空間に不均一な磁界が発生ずる。その
ため、静磁界を発生する超電導コイル（ｌｌａ）〜（ｌ
ｉｅ）が巻枠（１２）の磁化により発生する前記（Ａ）
式に従って求められる不均一な磁界成分を打ち消す逆符
号の不均一な磁界成分を発生するように、各々の超電導
コイル（１１ｇ）〜（ｌｉｅ）の大きさ、アンペアター
ン、超電導コイル（ｌｌａ）〜（ｌｉｅ）の相互間隔を
適切に選定構成する。この結果、静磁界発生コイル部（
１１）の励磁時、巻枠（１２）の発生する不均一磁界と
静磁界発生コイル部（１１）の発生する不均一磁界とが
相殺されることとなり、所望の磁界空間（５）に均一な
磁界を得ることが可能となる。

なお、上記実施例では巻枠（１２）に対し静磁界発生コ
イル部（１１）を外巻きしたものを示したが第７図に示
すように内巻きのちのでありもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明のｔｍ石装置は、磁性を
有する材料を巻枠に用いることができるので、安価に製
作できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視破断図、第２図
は第１図の側断面図、第３図は一般構造用圧延鋼材の磁
気特性図、第４図は第１図の超電導磁石装置の磁界を示
す図、第５図は第４図の巻枠のＳ荷を示す図、第６図は
巻枠の各位置を示す図、第７図はこの発明の他の実施例
を示すＩＩＩＩＩｉＪｒ面図、第８図は従来の超電導磁
石装置の一例を示す斜視破断図、第９図は第８図の側断
面図である。 図において、（５）は磁界空間、（１１）は静磁界発生
コイル部、（１２）の巻枠である。 なお、 各図中、 同一符号は同一または相当部分 を示す。 １２：４粋 第 図 第 図 磁化力 （Ａ／ｆｆＩ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　巻枠に巻回された静磁界発生コイル部により高均一で
   高い磁束密度を有する静磁界を発生させる電磁石装置に
   おいて、前記巻枠を磁性を有する材料で構成し、巻枠が
   磁化されることにより発生する磁界の不均一成分に対し
   て前記静磁界発生コイル部では逆の不均一成分を含む静
   磁界を発生するようになっていることを特徴とする電磁
   石装置。