JPH04225502A - 超電導磁石装置 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は周囲への磁界の漏れを
抑える磁気シールドを改良した超電導磁石装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】超電導磁石装置は従来の核磁気共鳴画像
診断装置（略称ＭＲＩ装置）、磁気浮上列車用又は半導
体引上げ用、電磁推進船用等の装置など、強磁界を発生
する装置に用いられている。超電導磁石の特長は広い空
間に強い磁界を容易に発生できることであり、産業への
応用もこの特徴を生かしたものが多い。

【０００３】しかし、これらへ応用する超電導磁石はそ
の特徴の当然の結果として周囲への漏洩磁界が大きく、
この漏洩磁界をシールドすることが欠くことのできない
要請になっている。特に最近は磁気カード類が数多く普
及されており、また心臓のペースメーカーも磁界の影響
を受けるものであり例えばＭＲＩ装置を例にとると装置
の中心から５ｍ以内では２０ガウス、２．５ｍ以内では
５ガウス以下という基準が設けられ、それを満たす磁気
シールドが施されている。

【０００４】ＭＲＩ装置以外の応用についても同様であ
り、特に磁気浮上列車では不特定多数客が利用するもの
であり、磁界のシールドは一段と強い条件が課される。

【０００５】従来これらの磁気シールドとして使われて
いるものは高い透磁率を持った磁気材料であり経済的な
点から軟鉄が使われるのが普通である。高い透磁率を持
つ材料からだけみると、パーマロイがあるがこれは磁界
が低い領域で透磁率の高い材料であり、高磁界のシール
ドには余り効果がない。

【０００６】軟鉄の飽和磁界は２テスラ程度であり、こ
の磁界以下のシールド材として広く使われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の磁気シールド技
術では、それなりに目的を達成することは出来、市場に
も広く使用されているが、磁気シールド部材として大量
の軟鉄を必要とするため装置が非常に重くなることであ
る。ＭＲＩ装置の場合を例にとると、超電導磁石を使っ
たものでは磁石自体の重量とほぼ同じ程度の磁気シール
ド部材の重量となる。従って、ＭＲＩ装置全体として５
トンとか１０トンという大重量となり、設置場所に制限
を受ける。

【０００８】ＭＲＩ装置は病院に設置するものであるか
ら、この重量の制限は大きな障害になる。設置建物を新
しく建築する場合には必要に応じて対策を講じることが
できるが、既設に建物に設置しようとする場合には床強
度が設置に耐える強度で施工されていない場合が多く、
設置しようにも設置できない場合がでてくる。従って、
磁気シールド部材の重量を軽減することがＭＲＩ装置の
普及にとって大きな課題となっている。また、磁気浮上
列車用超電導磁石装置などについても事情は同じである
。

【０００９】そこで、本発明の目的は磁気シールド部材
の重量を軽減した超電導磁石装置を提供することにある
。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、超電導導体から成る主コイルの磁
力線の中で遠くへ達する磁力線とのみ鎖交する位置に、
超電導導体からなり両端を短絡したシールドコイルを設
ける。

【００１２】

【作用】上記のように構成すると、シールドコイルには
鎖交した磁力線を打消すように電流が誘起され、磁石用
主コイルの発生する磁力線を打消す。シールドコイルは
コイルの両端を電気的に短絡しているため誘起された電
流が減衰することはない。従って磁気シールド部材とし
て軽量のシールドコイルを使用することにより重量を軽
減した超電導磁石装置を提供できる。

【００１３】

【実施例】実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について、図１を参照して
説明する。

【００１４】この実施例１は円筒形の超電導コイルを用
いる。図１は軸対称であるため上半部のみを断面にして
示した。

【００１５】図１において、（１）は真空容器、（２）
は輻射シールド、（３）はヘリウム容器、（４）は超電
導導体を円筒状に巻回した主コイル（５）は主コイルの
外側にて主コイルと同心に超電導導体を円筒状に巻回し
たシールドコイルである。（６）は漏れ磁束を遮る二重
保護のために設けた薄肉軽量の鉄シールドであるが、無
くてもよい。（７）は超電導磁石装置の中心線である。 主コイル（４）とシールドコイル（５）はヘリウム容器
（３）の中に収納されており、液体ヘリウムで冷却され
、超電導状態に保たれている。主コイル（４）は中心線
（７）方向の磁界を発生し、またシールドコイル（５）
も主コイル（４）の励磁により誘起される電流が中心線
（７）方向の磁界を発生するように巻かれている。勿論
シールドコイル（５）の両端は電気的に短絡されている
。

【００１６】次に上記実施例１の作用を説明する。

【００１７】真空容器（１）は主コイル（４）及びシー
ルドコイル（５）を極低温に保持するために真空断熱す
る最外側の容器である。輻射シールド（２）は輻射によ
り極低温部に侵入する熱を除去するためのもので普通８
０ｋあるいは２０ｋの温度で冷却されている。輻射シー
ルド（２）は８０ｋの温度１段のものも、また、８０ｋ
と２０ｋの２段を持ったものもあるが、図１には１段の
ものを示した。１段でも２段でも本発明の要旨には本質
的には関係しない。ヘリウム容器（３）は主コイル（４
）とシールドコイル（５）を超電導状態に保持するため
に、この中に図示しない液体ヘリウムが貯えられている
。

【００１８】主コイル（４）は磁界発生コイルである。 この主コイル（４）に外部の図示しない直流電源から電
流を流すことによってコイルボアー部に磁界を発生する
ことができる。外部の直流電源から電流を通すためには
直流電源と主コイル（４）を接続する電流リードが必要
であるが、本発明の要旨と直接関係はないので煩雑を避
けるため省略した。また、ヘリウム容器（３）にヘリウ
ムを貯液するために必要な諸々の装置部品も省略した。 シールドコイル（５）はコイルの両端を短絡した超電導
コイルであり、主コイル（４）が励磁されていない場合
には、シールドコイル（５）には誘起電流は流れていな
い。

【００１９】主コイル（４）に通電を始めると、図２の
（ａ）又は（ｂ）のように主コイル（４）により作られ
る磁力線（８）の１部分又は大部分はシールドコイル（
５）と鎖交することなく主コイル（４）のボアー部に磁
界を発生する。主コイル（４）の発生する磁力線（８）
の一部分又は大部分はシールドコイル（５）と鎖交し、
鎖交した磁力線（８）はシールドコイル（５）に誘起さ
れる電流によって作られる磁力線で打消される。

【００２０】シールドコイル（５）と主コイル（４）が
磁気的に密に結合していることは好ましくない。図２（
ａ）に密に結合している場合、また図２（ｂ）に主コイ
ル（４）とシールドコイル（５）が空間的に離れている
場合を示した。

【００２１】図２（ａ）の場合には主コイル（４）の発
生する磁力線（８）の大部分がシールドコイル（５）と
鎖交するため、主コイル（４）が正味に発生する磁力線
はほとんどなくなってしまう。図２（ｂ）の場合には主
コイル（４）の発生する磁力線（８）の中の大部分はシ
ールドコイル（５）と鎖交することがない。鎖交するの
は遠くの経路を通る磁力線のみであり、この磁力線はシ
ールドコイル（５）によって打消されてしまう。

【００２２】従って、図２（ｂ）のように、主コイル（
４）が作る磁力線（８）の中で遠くの経路を通る磁力線
のみと鎖交する位置にシールドコイル（５）を配置して
おけば主コイル（４）の磁力線が遠方にまで達すること
はできなく、シールドの目的が達成される。

【００２３】主コイル（４）の通電々流を増していって
も上記の現象はくり返され、シールドコイル（５）と鎖
交する磁力線は打消される。主コイル（４）が定格電流
に達し一定値で保持されても状況は同じである。シール
ドコイル（５）と鎖交する磁力線は主として遠くの経路
を通る磁力線であるため、この磁力線は打消されなくな
ってしまう。

【００２４】シールドコイル（５）は両端を短絡したコ
イルであるため積極的に電流を流さなくても主コイル（
４）の発生磁界に応じて自動的に磁気シールドを行うこ
とができる。また、主コイルの冷却と同時に冷却され超
電導状態にすることができるため特別な装置器具を必要
としない。さらに、従来の鉄シールドに比較して大幅に
軽量化することができる。

【００２５】尚、上記実施例１で述べた円筒形シールド
コイル（５）は、コイルでなくて円形リングを複数個並
べて、シールドコイル（５）と見做したものでもよい。 また、シールドコイル（５）は円形でなくてもよい。 実施例２ 次に第２の実施例について図３を参照して説明する。

【００２６】これはシールドコイル（５）のコイル開口
部（５ａ）はパンケーキ形に巻線し、胴部（５ｂ）は円
筒形に巻線し、これらのコイルの巻き始めと巻き終りを
短絡したものでシールドコイルを形成する。他は実施例
１と同様である。

【００２７】このようにすればシールドの効果が大にな
るほか、実施例１と同様な作用効果が得られる。 実施例３ 実施例１及び２では円筒形のシールドコイルについて述
べたが平面の場合も同様の原理でシールドできる。

【００２８】図４に示したように主コイル（４）の発生
する磁界を主コイル（４）の中心線（７）に垂直なシー
ルドコイル配置平面（９）に設けたシールドコイル（５
）でシールドする場合にはシールドコイル（５）を渦巻
き状に巻線し、巻き始めと巻き終りを短絡すればよい。

【００２９】このようにすれば主コイル（４）の発生す
る磁力線の中でシールドコイルを突抜けて外部に出る磁
力線はこのシールドコイル（５）で打消される。 実施例４ 実施例３の渦巻き形シールドコイル（５）は図５に示し
たように超電導のリングをシールドコイル（５）と見做
し同心円状に多数配置したものでも作用効果は同じであ
る。

【００３０】実施例３、４ともに形状は円形でなくても
、シールドしようとする領域の形状に合ったものでよい
。

【００３１】尚本発明においては、シードコイルはコイ
ル巻線の線間を絶縁したものでなく線間の絶縁をなくし
たものでもよい。また、主コイルとシールドコイルを同
一のヘリウム容器に収納しなくても、主コイルが冷却さ
れた巻枠の上に巻かれ、巻枠との間の熱伝導により冷却
される間接冷却コイルの場合のように、ヘリウム容器を
持たない場合にはシールドコイルも主コイルと同様に間
接冷却方式のコイルでもよい。そのようにする場合には
シールドコイルについては巻線間の絶縁が必要ないため
効率よく冷却できる利点がでてくる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁気シールド部材は鉄シールドをシールドコイルと併用
しても軽量ですみ、シールドコイルが磁気シールドをす
るので、重量を軽減した超電導磁石装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の超電導磁石装置の第１の実施例を示
す上半部縦断立面図である。

【図２】この発明に用いたシールドコイルの位置による
特性を示す説明図であって、（ａ）はシールドコイルと
主コイルが密に結合している場合を示し、（ｂ）はシー
ルドコイルと主コイルが空間的に離れている場合を示す
。

【図３】この発明の第２の実施例を示す要部縦断面図で
ある。

【図４】この発明の第３の実施例を示す斜視図である。

【図５】この発明の第４の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

４…主コイル ５…シールドコイル ６…磁力線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超電導導体から成る主コイルの作る磁
   力線の中で遠くへ達する磁力線とのみ鎖交する位置に、
   超電導導体からなり両端を短絡したシールドコイルを設
   けたことを特徴とする超電導磁石装置。