JPH04174504A - 超電導マグネット - 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〕 この発明は、被検体の断層を撮像して医療診断するため
の超電導核磁気共鳴装置や、サイクロトロン共鳴メーザ
の原理を利用した高出力の発信器である高電力発信管（
ジャイラトロン）などに使用される超電導マグネットに
関する。

〔従来の技術］ ａＳＳ核磁気共鳴装置の超電導マグネットは被検体の断
層を撮像する位置で０．５１テスラ以上、ジャイラトロ
ンでは通常１〜１０テスラの高磁場が生成されるととも
に、これらの超電導マグネットが生成する磁場には高均
一度の磁場分布が要求される。高磁場を得るためには周
知のようにｓｉｘマグネットが適しており、更に高均一
度の磁場を得るためには超電導マグネットを複数の超電
導コイルで構成し、これら超電導コイルそれぞれの径寸
法、位置及び巻数を適切に設計することによって所要の
均一度の高い磁場部分布が得られる。

第２図は従来のジャイラトロンの超電導マグネントを示
す断面図である。この図において、高均一度の高磁場を
発生する主コイル】は主コイル１１゜１２の２つの超ｔ
Ｓコイルからなって（゛てそれぞれが共通の巻枠４に設
けられた溝に別個に装着されている。同し巻枠に電子銃
コイル３が設けられていて、この電子銃コイル３は図の
Ｐ点に所定の磁場を生成して電子ビームを発生させるた
めのものであり、主コイルｌに比べて１０分の１から２
０分の１程度のアンペアターンの小さな＃５電導コイル
である。高均一磁場を形成するためにはそれぞれのコイ
ルのアンペアターンの比率が正確である必要があるが、
そのためにはそれぞれのコイルを共通の超電導線で直列
に接続して同じｔ流を流すような構成が採用される。し
たがって、電子銃コイル３はアンペアターンに比例して
小さな巻数のＭｉｔ導コイルである。

第３図は電子銃コイル２の拡大断面図である。

この図において電子銃コイル２は巻枠４に設けられた溝
２０の中に超電導線２１が整然と巻回されており、図の
左右方向である軸方向に並べて巻回して１層を巻回した
後、この層の上に更に巻回して２層目を形成し、これを
繰り返すことによって所定の巻数を持つ起電導コイルと
しての電子銃２が構成される。超電導線２１の巻回時に
は接着剤が塗布されまた巻回終了後モールド樹脂２２が
充填され加熱硬化されて超電導コイル全体が機械的に一
体化されている。生コイル１１．１２も溝の大きさ、巻
数や層の数などは電子銃コイル２と異なるが基本的には
’Ｒ４′ｇｌの構成である。高均一磁場を形成するため
のｌｔｌマグネットでは、アンペアターンの配分やコイ
ル寸法の精度などが考慮されて通常］−径程度の丸線又
は同し断面積程度の平角線からなる超を導線が使用され
る。この超電導線は周知のように、超電導材からなる細
線を安定化銅で包み込んだような構成になっていて、ｍ
ｔ導材が局部的に常電導に移行しても熱が安定化銅に拡
散して温度上昇が制限されて超電導コイル全体が常電導
状態に移行するいわゆるクエンチの発生が抑制される超
電ｓｓになっており、安定化銅という名称もここから来
ている。起電導マグ２ソトはタライオスタットと称され
る低温容器に収納されて液体ヘリウムで冷却されて約４
にの極低温に保持されて超電導状態になっており、この
状態で外部から直流電圧を印加して電流を流すという励
磁が行われ、所定の電流値に到達したところで内蔵され
ている永久電流スイッチが閉じられ直流電源から切り離
されて電流が半永久的に閉回路を流れ続ける永久電流モ
ードとして使用される。

励磁時には電流値の増大にともなってＭｉ電導線には電
流値の二乗に比例する電磁力が働く、この電磁力によっ
て起電導線が僅かでも動くと局部的に超！！状態が破れ
て常電導状態に移行し、これが起電導コイル全体に波及
してクエンチが生ずることになる。このようなりエンチ
の発生を回避するために、前述のような安定化銅だけで
は充分ではなく、電磁力がかかっても起電導線が微動し
ないように前述のように接着剤を塗布して巻回したり巻
回終了後モールド樹脂を充填して硬化さセる構成がとら
れる。

第２図で例えば主コイル１１にクエンチが発生したとし
て、主コイル１１と主コイル１２とは図示しない超電導
線で接続されており、この接続用の起電導線は液体ヘリ
ウムに直接冷却されているので主コイル１１に発生した
クエンチの波及はこの接続用超Ｔ！ＬｉＩ線で阻止され
て王コイル１２にまで波及することはない、したがって
、ＢＴｉｌｌｔマグｌｌ上全体が蓄積していた磁気エネ
ルギーはクエンチが発生した主コイル１１が全部を消費
することになり、主コイル１１の温度が上昇し、極端な
場合にはＭＡ電導線が焼損することが考えられる。実際
の主コイル１１の場合は巻数が比較的大きいために実際
には焼損に至るということはない。

【発明が解決しようとするｉ！題］ 電電子コイル２は前述のように主コイル１の１゜分の１
以下の大きさであり、小さな起電導コイルは磁場強度も
概ね小さいので主コイル１のように大きな起電導コイル
に比べてクエンチが発生しにくいという関係があるので
電子銃コイル２にクエンチが発生する可能性は小さいの
であるが、いったんクエンチが発生すると主コイル１の
磁気エネルギーも含めて超電導マグネットが蓄積してい
た磁気エネルギー全てをこの小さな電子銃コイル２が消
費することになるので前述のような焼損の危険性が大で
あるという問題がある。

この発明の目的はこのような問題を解決し、巻数が小さ
い起電導コイルでもクエンチの発生による焼損などの故
障が発生しない信頼性の高い超電導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］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、共通の超
電導線によって電気的に直列接続されてなる複数の超電
導コイルが共通の巻枠に設けられた溝にそれぞれ装着さ
れてなる起電導マグネットにおいて、前記起電導コイル
の少なくとも１つが、正常方向に巻回された正常方向コ
イルとこの正常コイルの巻数より小さな所定の巻数で反
対方向に巻回した反対方向コイルとからなるものとし、
また、反対方向コイルを有する起電導コイルが、超電導
マグネットの中で最も巻数の小さな最小起電導コイルで
あるものとし、また、反対方向コイルを有する起電導コ
イルの反対方向コイルが正常方向コイルの外径側に配置
されてなるものとする。

〔作用］ この発明の構成において、超電導マグネットを構成する
複数の超電導コイルのうちの少なくとも１つの超電導コ
イルを、正常方向に巻回した正常方向コイルと所定の巻
数だけ反対方向に巻回した反対方向コイルとで構成する
ことによって、この超電導コイルの電気的な巻数を反対
方向コイルを設けないときの巻数に合わせるために反対
方向コイルの巻数分だけ正常方向コイルの巻数を多くす
ることができる。その結果、この起電導コイルの体積及
び質量は反対方向コイルの２倍分増大することになり、
これにともなってこの超ｍ１ｌｌコイルの熱容量が増大
し、万一この超電導コイルにクエンチが発生して温度上
昇したときの最終温度を所定の値以下に抑制することが
できこの起電導コイルの信頼性を向上させることができ
る。また、超電導マグネットを構成する複数のＭ電導コ
イルの中で最も巻数の小さなａｔ電導コイルクエンチに
よる温度上昇値が最も大きいので、この最小の起電導コ
イルに前述の反対方向コイルを設けるコイル構成を採用
することにより、超［１マグネット全体の信頼性を向上
させることができる。また、所要の磁場を発生させる場
所は超電導マグネットの内径部中心軸近傍なので、正常
方向コイルを内径側にし、反対方向コイルを外径側にす
ることによって反対方向コイルによる磁場強度の低減が
緩和される。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す超電導マグネットの断面図であり
、第２図と共通の部材については同一の参照符号を付す
ことにより詳細な説明を省略する。この図において、電
子銃コイル２０は正常方向コイル２＾と反対方向コイル
２Ｂの２つのコイルからなっていて、正常方向コイル２
Ａは第２図に示す従来の電子銃コイル２と同し方向に巻
回しているのに対して反対方向コイル２Ｂは反対方間に
巻回している。

電導マグネットのうち、最も小さな電子銃コイル２０に
前述のように反対方向に巻回する反対方向コイルを設け
たことによって、クエンチによる影響の最も大きなコイ
ルが横坑などの故障を生じないようにすることができる
ことから、信頼性の高いＭｉｔａマグネットになる。

起電導核磁気共鳴装置の起電導マグネットの場合も巻数
が異なる複数の超電導コイルが起電導線で直列接続され
た構成になっている点で第１図のジャイラトロン用の超
電導マグネットと類似であり、したがって、起電導核磁
気共鳴装置の起電導マグネットを構成する超電導コイル
にこの発明を適用しても目的を達成することができる。

［発明の効果］ この発明は前述のように、超電導マグネットを構成する
少なくとも１つの起電導コイルを、正常方向コイルと所
定の巻数だけ反対方向に巻回した反対方向コイルとで構
成してしかも電気的な巻数を反対方向コイルを設けない
ときの巻数に合わせるために、反対方向コイルの巻数分
だけ正常方向コイルの巻数を多くすることになる。その
結果、この超電導コイルの体積及び質量が反対方向コイ
ルの２倍分増大することになり、これにともなってこの
超電導コイルの熱容量が増大し、万一この趙ｔｓコイル
にクエンチが発生した場合の最終温度上昇値を所定の値
以下に抑制して焼損の恐れのない信頼性の高いＩｔ導コ
コイルすることができ、ひいては軽を導マグネットの信
頼性を向上するという効果が得られる。また、ｉｔｓｔ
グネットの中で最も巻数の小さなｓｉｘコイルがクエン
チによる温度上昇値が最も大きいので、この最小の超電
導コイルに前述の反対方向コイルを設けるコイル構成を
採用することにより、ｆｉ！！マグネット全体の信頼性
を最も効果的に向上させることができる。また、所要の
磁場を発生させる場所は超電導マグネットの内径部中心
軸近傍なので、正常方向コイルを内径側にし、反対方向
コイルを外径側にすることによって反対方向コイルによ
る磁場強度の低減が緩和されるのでこのＭＡ電導コイル
の巻数を減らし趙ｘｓ線の使用量を節約することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すジャイラトロンの超電
導マグネットの断面図、第２図は従来例を示すジャイラ
トロンの超電導マグネットの断面図、第３図は第２図の
電子銃コイルの拡大断面図である。 １．１１．１２・・・主コイル、２，２０・・・電子銃
コイル、２Ａ・・・正常方向コイル、２Ｂ・・・反対方
向コイル、４．４０・・・巻枠、、−一 代理人弁理士　山　口　　鳳　　　１．−一、９５２′ 第１図 把２０ 第３図 手続補正書　（自発） 平成　　２年　１１月　１９日 平成２年１１月７日付特許願（８） ２　発　明　の　名　称　　　超電導マグネット３、補
正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　　　所　　川崎市川両区田辺新田１＠１号名　　　
称　　（５２３）　　富士電機株式会社４代理人 ５　補　正　命令の日付　　　　平成　　年　　月　　
日（自発）６、補　正　の　対　象　　　　図面（第１
図〜第３図訂正）７　補　正　の　内　容　　　　別紙
のとおり第り図から第３図を第１目 第２図 某３！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）共通の超電導線によって電気的に直列接続されてな
   る複数の超電導コイルが共通の巻枠に設けられた溝にそ
   れぞれ装着されてなる超電導マグネットにおいて、 前記超電導コイルの少なくとも１つが、正常方向に巻回
   された正常方向コイルとこの正常コイルの巻数より小さ
   な所定の巻数で反対方向に巻回した反対方向コイルとか
   らなることを特徴とする超電導マグネット。 ２）反対方向コイルを有する超電導コイルが、超電導マ
   グネットの中で最も巻数の小さな最小超電導コイルであ
   ることを特徴とする請求項１記載の超電導マグネット。 ３）反対方向コイルを有する超電１コイルの反対方向コ
   イルが正常方向コイルの外径側に配置されてなることを
   特徴とする請求項１又は２記載の超電導マグネット。