JPH0531115B2 - - Google Patents
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- JPH0531115B2 JPH0531115B2 JP57210736A JP21073682A JPH0531115B2 JP H0531115 B2 JPH0531115 B2 JP H0531115B2 JP 57210736 A JP57210736 A JP 57210736A JP 21073682 A JP21073682 A JP 21073682A JP H0531115 B2 JPH0531115 B2 JP H0531115B2
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
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- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
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- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、磁界の空間的均一度を高めるため
の、磁界分布の補正技術を使用した均一磁場発生
装置に関するものである。
の、磁界分布の補正技術を使用した均一磁場発生
装置に関するものである。
従来、この種の装置として第１図に示すものが
あつた。図において、１は永久磁石、１aは、こ
の永久磁石１の磁極表面、２は、上記永久磁石１
の磁極表面１aに隣接する平面内にとりつけられ
た磁界補正コイル、３は、上記磁極表面１a間の
中心にある高均一磁界領域であり、球によりこの
高均一磁界領域を表わす。また、座標軸Ｘ−Ｙ−
Ｚも図示したが、座標の原点は２個の磁極表面１
ａの中心面にとる。永久磁石１はＺ軸の正の方向
に主磁界成分が現われるような極性である。磁極
発面１aと、磁界補正コイル２の取付けられた表
面とはお互に平行である。
あつた。図において、１は永久磁石、１aは、こ
の永久磁石１の磁極表面、２は、上記永久磁石１
の磁極表面１aに隣接する平面内にとりつけられ
た磁界補正コイル、３は、上記磁極表面１a間の
中心にある高均一磁界領域であり、球によりこの
高均一磁界領域を表わす。また、座標軸Ｘ−Ｙ−
Ｚも図示したが、座標の原点は２個の磁極表面１
ａの中心面にとる。永久磁石１はＺ軸の正の方向
に主磁界成分が現われるような極性である。磁極
発面１aと、磁界補正コイル２の取付けられた表
面とはお互に平行である。
磁界補正コイル２は、シムコイルとも呼ばれ、
NMR（核磁気共鳴）を用いた分析装置などの高
均一磁界を必要とする装置には不可欠のコイルで
ある。第１図に示した磁界補正コイルは、Ｚ軸方
向の磁界Hzが、座標Ｚに比例して変化する場合
に、このような成分を打消すような出力を発生さ
せるコイルであり、一般にはZ1シムコイルと呼ば
れ様々な種類があるシムコイルの中の１種であ
る。また第１図に示した２個の磁界補正コイルの
アンペアターンは等しく、電流は、図中に矢印で
示したように、逆向きである。
NMR（核磁気共鳴）を用いた分析装置などの高
均一磁界を必要とする装置には不可欠のコイルで
ある。第１図に示した磁界補正コイルは、Ｚ軸方
向の磁界Hzが、座標Ｚに比例して変化する場合
に、このような成分を打消すような出力を発生さ
せるコイルであり、一般にはZ1シムコイルと呼ば
れ様々な種類があるシムコイルの中の１種であ
る。また第１図に示した２個の磁界補正コイルの
アンペアターンは等しく、電流は、図中に矢印で
示したように、逆向きである。
次に動作について説明する。２個の永久磁石１
がつくる磁界はＺ軸方向に主磁界成分Hzをもつ
が、磁極表面は有限の大きさであるから、磁力線
（図示しない）がＺ軸とは全て平行とはならない。
そのため、Hzが空間的に変化し、空間的な磁界均
一度を高くすることができないので、均一度の高
い磁界を得るために磁界補正コイル２を用いる。
磁界補正コイル２は、主磁界成分Hz中にＺに比例
して変化するような微弱な成分ΔHz・Ｚのみが含
まれ、永久磁石１の作る全磁界が、Ho＋ΔHz・
Ｚと表わせる場合に磁界の補正が可能なコイルで
ある。ここで、Hoは空間的に変化しない主磁界
成分、ΔHzは直線的に変化する微弱な磁界成分の
傾きである。磁界補正コイル２のアンペアターン
を調整することにより、磁界補正コイル２の出力
磁界が−ΔHz・Ｚとすれば、永久磁石１と、磁界
補正コイル２との合成磁界のＺ成分は、Ho＋Δ
Hz・Ｚ−ΔHz・Ｚ＝Hoとなるので、Ｚ軸と共に
全く変化しない磁界を発生させることができる。
但し、磁界補正コイル２がＺに比例した磁界を発
生できる領域は限られており、磁界補正コイル２
の近くではＺと比例した磁界出力は得られない。
従つて、必要とする高均一磁界領域３は、磁界補
正コイル２から十分離れねばならぬ。
がつくる磁界はＺ軸方向に主磁界成分Hzをもつ
が、磁極表面は有限の大きさであるから、磁力線
（図示しない）がＺ軸とは全て平行とはならない。
そのため、Hzが空間的に変化し、空間的な磁界均
一度を高くすることができないので、均一度の高
い磁界を得るために磁界補正コイル２を用いる。
磁界補正コイル２は、主磁界成分Hz中にＺに比例
して変化するような微弱な成分ΔHz・Ｚのみが含
まれ、永久磁石１の作る全磁界が、Ho＋ΔHz・
Ｚと表わせる場合に磁界の補正が可能なコイルで
ある。ここで、Hoは空間的に変化しない主磁界
成分、ΔHzは直線的に変化する微弱な磁界成分の
傾きである。磁界補正コイル２のアンペアターン
を調整することにより、磁界補正コイル２の出力
磁界が−ΔHz・Ｚとすれば、永久磁石１と、磁界
補正コイル２との合成磁界のＺ成分は、Ho＋Δ
Hz・Ｚ−ΔHz・Ｚ＝Hoとなるので、Ｚ軸と共に
全く変化しない磁界を発生させることができる。
但し、磁界補正コイル２がＺに比例した磁界を発
生できる領域は限られており、磁界補正コイル２
の近くではＺと比例した磁界出力は得られない。
従つて、必要とする高均一磁界領域３は、磁界補
正コイル２から十分離れねばならぬ。
上記のような従来の技術の磁界補正コイル２
は、高均一磁界領域３から、できる限り離れた位
置に取付けられ、また対をなすコイルは、Ｚ＝０
面に対して対称配置となつている。
は、高均一磁界領域３から、できる限り離れた位
置に取付けられ、また対をなすコイルは、Ｚ＝０
面に対して対称配置となつている。
但しＺ軸の両端には永久磁石１があるので、磁
極表面１aより外側に磁界補正コイルを取付ける
ことはできない。
極表面１aより外側に磁界補正コイルを取付ける
ことはできない。
１個の磁界補正コイル２は４本の直線導体によ
り構成されているが、Ｚ軸に比例するような磁界
出力を発生させるのに必要となる導体は、Ｙ軸に
平行な２本の導体のみであり、Ｘ軸に平行な２本
の導体は、ここでは単に渡り線としての意味しか
ない。
り構成されているが、Ｚ軸に比例するような磁界
出力を発生させるのに必要となる導体は、Ｙ軸に
平行な２本の導体のみであり、Ｘ軸に平行な２本
の導体は、ここでは単に渡り線としての意味しか
ない。
上記の従来技術による磁界補正コイル２とし
て、Ｚ軸に比例する磁界出力を有するZ1シムコイ
ルについてのみ記述したが、Ｚ軸方向の磁界変化
分には、他にもZ2に比例するもの、Z3に比例する
もの等種々有り、これらの磁界変化分に対応した
磁界補正コイルが別に必要となる。
て、Ｚ軸に比例する磁界出力を有するZ1シムコイ
ルについてのみ記述したが、Ｚ軸方向の磁界変化
分には、他にもZ2に比例するもの、Z3に比例する
もの等種々有り、これらの磁界変化分に対応した
磁界補正コイルが別に必要となる。
従来の磁界補正コイル２は以上のように構成さ
れているので、磁界補正コイル２は、永久磁石１
の磁極表面１a間にしか設置できないので、多種
類の磁界補正コイル２を取付けると、そのために
広い空間を必要とし磁極表面１a間に存在する高
均一磁界領域３が狭められてしまい、高均一磁界
領域３中におく、被測定試料（図示しない）の大
きさが著しく制限される。もちろん、永久磁石１
を大型化し、磁極間距離を長くすれば、上記の問
題は解決するが、この場合には、永久磁石１が著
しく高価になるので、改良の対象となる方法では
ない。
れているので、磁界補正コイル２は、永久磁石１
の磁極表面１a間にしか設置できないので、多種
類の磁界補正コイル２を取付けると、そのために
広い空間を必要とし磁極表面１a間に存在する高
均一磁界領域３が狭められてしまい、高均一磁界
領域３中におく、被測定試料（図示しない）の大
きさが著しく制限される。もちろん、永久磁石１
を大型化し、磁極間距離を長くすれば、上記の問
題は解決するが、この場合には、永久磁石１が著
しく高価になるので、改良の対象となる方法では
ない。
また、磁界補正効果を発揮するためには、磁極
表面１aに隣接した平面内に磁界補正コイルを集
中して設置する必要があり、高均一磁界領域３を
できる限り広くとるという観点からしてＺ軸上に
広く分布して磁界補正コイル群を取付けることは
できないので、コイル取付時の作業性が著しく悪
い。
表面１aに隣接した平面内に磁界補正コイルを集
中して設置する必要があり、高均一磁界領域３を
できる限り広くとるという観点からしてＺ軸上に
広く分布して磁界補正コイル群を取付けることは
できないので、コイル取付時の作業性が著しく悪
い。
また、従来の磁界補正コイル２が、磁界の補正
を行い得る高均一磁界領域は狭く、一般には、直
径１０mm程度であり、これ以上の領域を高均一磁
界化するのには適さない。
を行い得る高均一磁界領域は狭く、一般には、直
径１０mm程度であり、これ以上の領域を高均一磁
界化するのには適さない。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、同じ直径をもつ
円形コイルをＺ軸上に広く分布させることによ
り、被測定試料の大きさを磁界補正コイル自身が
制限することがなく、また、コイル取付時の作業
性を著しく向上させた磁界補正コイルを提供する
ことを目的としている。
除去するためになされたもので、同じ直径をもつ
円形コイルをＺ軸上に広く分布させることによ
り、被測定試料の大きさを磁界補正コイル自身が
制限することがなく、また、コイル取付時の作業
性を著しく向上させた磁界補正コイルを提供する
ことを目的としている。
以下、この発明の一実施例を第２図、第３図に
ついて説明する。第２図において、２１は円筒形
状を成す主ソレノイドコイルであり、その内部に
軸方向の磁場を発生するように成されている。２
２は主ソレノイドコイル２１の外周囲上に巻回さ
れた磁界補正コイルである。また、主ソレノイド
コイルの中心に高均一磁界領域３を示すと共に、
座標軸Ｚ−Ｘを示した。なお主ソレノイドコイル
２１が原点から等距離の点に作る不均一磁界の大
きさは、Ｚ軸上で最大であることが判つているの
で、以下の磁界補正の説明は全てＺ軸上のみで行
うことにする。
ついて説明する。第２図において、２１は円筒形
状を成す主ソレノイドコイルであり、その内部に
軸方向の磁場を発生するように成されている。２
２は主ソレノイドコイル２１の外周囲上に巻回さ
れた磁界補正コイルである。また、主ソレノイド
コイルの中心に高均一磁界領域３を示すと共に、
座標軸Ｚ−Ｘを示した。なお主ソレノイドコイル
２１が原点から等距離の点に作る不均一磁界の大
きさは、Ｚ軸上で最大であることが判つているの
で、以下の磁界補正の説明は全てＺ軸上のみで行
うことにする。
第３図は、第２図の磁界補正コイル２の１種類
を詳細に示した図である。図において、２aは、
Z1シムコイルであり、Z1シムコイルは各々円形コ
イル（電流ループ）であり、Ｚ＝０面を対称面と
する面対称配置とされている。同図には、Z1シム
コイル２aの取付距離2.Z0、直径２ａを示したが、
Z1シムコイルの位置は｜Z01／ａ｜＝0.866もしく
は、この｜Z01／ａ｜に十分近い値をもつ。Z1シ
ムコイル２aは有限の断面積をもつているが、断
面の中心を基準として、Z01およびａを定める。
２個のZ1シムコイル２aのアンペアターンは等し
く、電流の向きは各々のコイルで逆向きである。
電流の向きは第３図のZ1シムコイル２a中に矢印
で示した。主ソレノイドコイル２１と、Z1シムコ
イル２aとは同軸である。
を詳細に示した図である。図において、２aは、
Z1シムコイルであり、Z1シムコイルは各々円形コ
イル（電流ループ）であり、Ｚ＝０面を対称面と
する面対称配置とされている。同図には、Z1シム
コイル２aの取付距離2.Z0、直径２ａを示したが、
Z1シムコイルの位置は｜Z01／ａ｜＝0.866もしく
は、この｜Z01／ａ｜に十分近い値をもつ。Z1シ
ムコイル２aは有限の断面積をもつているが、断
面の中心を基準として、Z01およびａを定める。
２個のZ1シムコイル２aのアンペアターンは等し
く、電流の向きは各々のコイルで逆向きである。
電流の向きは第３図のZ1シムコイル２a中に矢印
で示した。主ソレノイドコイル２１と、Z1シムコ
イル２aとは同軸である。
次に、本発明によるZ1シムコイルの取付位置を
定めるための解析方法を説明する。以下の説明で
は、磁界に透磁率を乗じた磁速密度を用いる。
定めるための解析方法を説明する。以下の説明で
は、磁界に透磁率を乗じた磁速密度を用いる。
Ｚ＝Z0面に取付けられた円電流ループが、Ｚ軸
上の任意点ＺにつくるＺ軸方向の磁速密度Bz
（ｚ）は、次式で表わされる。
上の任意点ＺにつくるＺ軸方向の磁速密度Bz
（ｚ）は、次式で表わされる。
Bz（ｚ）＝μ0Ia2／２｛a2＋（Ｚ−Z0）2｝3/2……
ここで、Ｉは円電流ループに流れる全電流値
で、アンペアターンに等しい。ａは円電流ループ
の半径、μ0は、、真空中の透磁率である。
で、アンペアターンに等しい。ａは円電流ループ
の半径、μ0は、、真空中の透磁率である。
式を用い、１個の円電流ループがｚ＝０近傍
につくる磁速密度をテイラー展開を用いて表わす
と、次式となる Bz（ｚ）＝∞ 〓 〓n=0 １／ｎ〓〔∂nBz（ｚ）／∂Zn〕z=0Zn＝Bo｛ε0＋ε
1（Ｚ／ａ）＋ε2（Ｚ／ａ）2＋ε3（Ｚ／ａ）3＋…｝
…… 但し、 Bo＝μ0I／2a１／（１＋β2）3/2 …… β＝Zo／ａ ε0＝１ ε1＝3β／１＋β2 …… ε2＝３（１−4β2）／２（１＋β2）2 …… ε3＝−５／２ β（３−4β2）／（１＋β2）3…… ε4以上の各係数も〜式と同様にして求めた
が、必要な係数だけを本文中に記入してある。
式により、１個の円電流ループがＺ軸上の任意点
につくる磁束密度が得られた。ここで述べる一実
施例においては、Z1シムコイルについて扱うが、
このシムコイルは、出力がBoε1（Ｚ／ａ）の形とな り、座標Ｚに比例する出力のみをもつシムコイル
である。一般に、シムコイルは指定した変数例え
ば変数Ｚの特定次数出力のみを発生させる必要が
ある。指定しない出力が同時に発生する場合に
は、その出力が、磁界の補正とは全く逆に、磁界
の均一度を悪化させる可能性がある為である。
につくる磁速密度をテイラー展開を用いて表わす
と、次式となる Bz（ｚ）＝∞ 〓 〓n=0 １／ｎ〓〔∂nBz（ｚ）／∂Zn〕z=0Zn＝Bo｛ε0＋ε
1（Ｚ／ａ）＋ε2（Ｚ／ａ）2＋ε3（Ｚ／ａ）3＋…｝
…… 但し、 Bo＝μ0I／2a１／（１＋β2）3/2 …… β＝Zo／ａ ε0＝１ ε1＝3β／１＋β2 …… ε2＝３（１−4β2）／２（１＋β2）2 …… ε3＝−５／２ β（３−4β2）／（１＋β2）3…… ε4以上の各係数も〜式と同様にして求めた
が、必要な係数だけを本文中に記入してある。
式により、１個の円電流ループがＺ軸上の任意点
につくる磁束密度が得られた。ここで述べる一実
施例においては、Z1シムコイルについて扱うが、
このシムコイルは、出力がBoε1（Ｚ／ａ）の形とな り、座標Ｚに比例する出力のみをもつシムコイル
である。一般に、シムコイルは指定した変数例え
ば変数Ｚの特定次数出力のみを発生させる必要が
ある。指定しない出力が同時に発生する場合に
は、その出力が、磁界の補正とは全く逆に、磁界
の均一度を悪化させる可能性がある為である。
従つて、複数種のシムコイルを取付ける場合に
も、各々のシムコイル出力は全く独立でなければ
ならぬ。主ソレノイドコイル２１の形の対称性か
ら考え、不均一磁界もＺ＝０面に対して対称にな
る可能性が強いので磁界補正コイル２の出力は、
Ｚ＝０面に対して対称でなければならない。従つ
て、磁界補正コイル２は、Ｚ＝０面に対し、面対
称に設置する。例えば、位置±Zoにある２個の
円電流ループがＺ＝０近傍につくる磁束密度Bz
（ｚ）は次式となる。但し、各コイルのアンペア
ターンは同一とする。
も、各々のシムコイル出力は全く独立でなければ
ならぬ。主ソレノイドコイル２１の形の対称性か
ら考え、不均一磁界もＺ＝０面に対して対称にな
る可能性が強いので磁界補正コイル２の出力は、
Ｚ＝０面に対して対称でなければならない。従つ
て、磁界補正コイル２は、Ｚ＝０面に対し、面対
称に設置する。例えば、位置±Zoにある２個の
円電流ループがＺ＝０近傍につくる磁束密度Bz
（ｚ）は次式となる。但し、各コイルのアンペア
ターンは同一とする。
Bz（ｚ）＝Bo+｛ε0 +＋ε1 +（Ｚ／ａ）＋ε2 +（Ｚ／ａ
）2＋…｝＋Bo-｛ε0 -＋ε1 -（Ｚ／ａ＋ε2 -（Ｚ／ａ）
2＋…｝…… 式の添字、+と-は、各々Ｚ座標が正の位置に
あるコイル、Ｚ座標が負の位置にあるコイルに対
応していることを表わす。
）2＋…｝＋Bo-｛ε0 -＋ε1 -（Ｚ／ａ＋ε2 -（Ｚ／ａ）
2＋…｝…… 式の添字、+と-は、各々Ｚ座標が正の位置に
あるコイル、Ｚ座標が負の位置にあるコイルに対
応していることを表わす。
円電流ループの電流の向きが逆の場合には、
式を用いて次のような出力を得る。
式を用いて次のような出力を得る。
Bz＝2Bo+｛ε1 +（Ｚ／ａ）＋ε3 +（Ｚ／ａ）3ε5 +（Ｚ
／ａ）5＋…｝ …… 同様にして、円電流ループの電流が同じ向きに
流れる場合は次式となる。
／ａ）5＋…｝ …… 同様にして、円電流ループの電流が同じ向きに
流れる場合は次式となる。
Bz＝2Bo+｛ε0 +＋ε2 +（Ｚ／ａ）2＋ε4 +（Ｚ／ａ）4＋
…｝ …… ，式中のBoとεn（ｎ＝０，１，２，…）のつ
いている添字＋を省略すると、〜式と同一と
なる。以後＋記号は簡単の為略す。
…｝ …… ，式中のBoとεn（ｎ＝０，１，２，…）のつ
いている添字＋を省略すると、〜式と同一と
なる。以後＋記号は簡単の為略す。
ここで説明するZ1シムコイル２ａをつくるため
には、式中の右辺第１項、2Boε1（Ｚ／ａ）のみを 発生させねばならない。そこで、第１項に最も影
響の大きい３次の項ε3（Ｚ／ａ）3を消去する必要があ る。そのためには、ε3＝０であればよいが、式
より、次式を満すβが存在すればよいとわかる。
には、式中の右辺第１項、2Boε1（Ｚ／ａ）のみを 発生させねばならない。そこで、第１項に最も影
響の大きい３次の項ε3（Ｚ／ａ）3を消去する必要があ る。そのためには、ε3＝０であればよいが、式
より、次式を満すβが存在すればよいとわかる。
β（３−4β2）＝０ ……
但し、
β＝Zp1／ａ
式で示す所は、式よりε1をも０にしてしま
い、ここで必要とする出力が得られないので、こ
こでは用いることはできない。従つてZ1シムコイ
ル２ａの位置は式の解を用いて次式で示され
る。
い、ここで必要とする出力が得られないので、こ
こでは用いることはできない。従つてZ1シムコイ
ル２ａの位置は式の解を用いて次式で示され
る。
β＝Zp1／ａ＝±√３／２0.866 ……
式のβを用いた場合のZ1シムコイル２ａの出
力は次式となる。
力は次式となる。
Bz＝2Bo｛ε1（Ｚ／ａ）＋ε5（Ｚ／ａ）5＋……｝…
… 式より、Z1シムコイル２ａは、１次出力だけ
ではなく、５次以上の寄数次出力も発生させる。
しかし、｜Ｚ／ａ｜＜0.3となるようなＺ＝０近傍
についてのみ用いる場合には、１次の項と５次の
項の間には、４次の次数差（Ｚ／ａ）4があるので、 ５次の項は１次の項の１％未満の大きさとなり、
実用上は全く問題とはならない。ただしε1とε5は
同程度の大きさであるとわかつている。
… 式より、Z1シムコイル２ａは、１次出力だけ
ではなく、５次以上の寄数次出力も発生させる。
しかし、｜Ｚ／ａ｜＜0.3となるようなＺ＝０近傍
についてのみ用いる場合には、１次の項と５次の
項の間には、４次の次数差（Ｚ／ａ）4があるので、 ５次の項は１次の項の１％未満の大きさとなり、
実用上は全く問題とはならない。ただしε1とε5は
同程度の大きさであるとわかつている。
上記の説明では、磁界補正コイル２の断面積に
ついては触れてはいないが、例えば有限の断面を
もつZ1シムコイル２aを考える場合には、コイル
断面の中心が式を満すように設置すれば、初期
の目的が達成できる。
ついては触れてはいないが、例えば有限の断面を
もつZ1シムコイル２aを考える場合には、コイル
断面の中心が式を満すように設置すれば、初期
の目的が達成できる。
以上のようにして、適切な位置に取付けられた
Z1シムコイル２aの各々のコイルに、アンペアタ
ーンが等しく、向きが逆の電流を流す。また、ア
ンペアターンは、高均一磁界領域３内の１次の不
均一磁界、すなわち、座標Ｚに比例するような不
均一磁界が、最小となるように調整する。場合に
よつては当初設定した電流の向きを全て逆転させ
る必要がある。
Z1シムコイル２aの各々のコイルに、アンペアタ
ーンが等しく、向きが逆の電流を流す。また、ア
ンペアターンは、高均一磁界領域３内の１次の不
均一磁界、すなわち、座標Ｚに比例するような不
均一磁界が、最小となるように調整する。場合に
よつては当初設定した電流の向きを全て逆転させ
る必要がある。
説明文中では、電流値とアンペアターンを同じ
意味で用いているので、コイルが複数巻の場合の
電流値とは、コイル導体１本当りに流れる電流に
コイル巻数を乗じたものである。
意味で用いているので、コイルが複数巻の場合の
電流値とは、コイル導体１本当りに流れる電流に
コイル巻数を乗じたものである。
なお、上記実施例では、Z1シムコイル２aにつ
いて説明したが、２次の磁界成分を補正するZ2シ
ムコイルについても上記実施例と同様に製作でき
る。
いて説明したが、２次の磁界成分を補正するZ2シ
ムコイルについても上記実施例と同様に製作でき
る。
Z2シムコイルは、円電流ループに同方向の電流
を流した場合の式が基準となる。ε3をもつ２次
の項に最も影響の大きい不必要項は０次の項と、
４次の項である。まず、４次の項を消去する方法
を示す。この項を消去するためには、ε4＝０とす
る必要がある。ε4は、式で示した各項と同様に
して求めると次式となる。
を流した場合の式が基準となる。ε3をもつ２次
の項に最も影響の大きい不必要項は０次の項と、
４次の項である。まず、４次の項を消去する方法
を示す。この項を消去するためには、ε4＝０とす
る必要がある。ε4は、式で示した各項と同様に
して求めると次式となる。
ε4＝15／８（１−12β2＋8β4）／（１＋β2）4……
従つてε4＝０となるβは次式より求まる。
従つてε4＝０となるβは次式より求まる。
１−12β2＋8β4＝０ ……
上式をβについて解くと、次式を得る。
β1 2＝３＋√７／４
〓β1＝Zp1／ａ±1.188 ……
β2 2＝３−√７／４
〓β2±0.298 ……
従つて、４次の項が消去されたZ2シムコイルは
式、又は式を満す１対の円形コイルがあれば
よいが、しかし、次に０次の項も消去せねばなら
ない。０次項を消去するためには、Zp1/aにあるコ
イル対と、Zp2/aにあるコイル対に、逆向きの電流
を流すことにより、０次項を相殺する方法をと
る。この時、ここで必要とする２次の磁界成分
は、２組のコイル対の出力の差としてとり出せ
る。式より、０次の出力を発生させない条件
は、次式を満す電流比であることがわかる。
式、又は式を満す１対の円形コイルがあれば
よいが、しかし、次に０次の項も消去せねばなら
ない。０次項を消去するためには、Zp1/aにあるコ
イル対と、Zp2/aにあるコイル対に、逆向きの電流
を流すことにより、０次項を相殺する方法をと
る。この時、ここで必要とする２次の磁界成分
は、２組のコイル対の出力の差としてとり出せ
る。式より、０次の出力を発生させない条件
は、次式を満す電流比であることがわかる。
μ0／2a｛I1／（１＋β1 2）3/2＋I2／（１＋β2 2）3/2
｝＝０…… 式を解くと、 I1およびI2は、各々位置Zp1／ａ，Zp2／ａにあるコイ ルのアンペアターンを表わす。
｝＝０…… 式を解くと、 I1およびI2は、各々位置Zp1／ａ，Zp2／ａにあるコイ ルのアンペアターンを表わす。
以上の結果を第４図にまとめる。第４図におい
て２bはZ2シムコイル、Z2シムコイル２bには電流
値I1，I2と、各々のコイルの電流の向きを矢印で
示した。また、Z2シムコイル２bの位置を、2Zp1，
2Zp2により示した。Z2シムコイル２bの設置によ
り、Z2に比例するような不均一磁界成分を補正す
ることができる。Z2シムコイル２bの出力には、
磁界補正に必要となる２次の項の他に、６次以上
の偶数次項が含まれるが、２次の項に比し４次以
上の次数差があるので、Z1シムコイルの場合と同
様に｜Ｚ／ａ｜＜0.3程度の高均一磁界領域とするな ら、実用上全く問題はない。
て２bはZ2シムコイル、Z2シムコイル２bには電流
値I1，I2と、各々のコイルの電流の向きを矢印で
示した。また、Z2シムコイル２bの位置を、2Zp1，
2Zp2により示した。Z2シムコイル２bの設置によ
り、Z2に比例するような不均一磁界成分を補正す
ることができる。Z2シムコイル２bの出力には、
磁界補正に必要となる２次の項の他に、６次以上
の偶数次項が含まれるが、２次の項に比し４次以
上の次数差があるので、Z1シムコイルの場合と同
様に｜Ｚ／ａ｜＜0.3程度の高均一磁界領域とするな ら、実用上全く問題はない。
次に、３次の磁界成分、すなわち、Z3に比例す
る不均一磁界成分を補正するシムコイルについて
も、上記実施例と同様に製作でき、Z3に比例する
不均一磁界成分に対し、上記実施例と同様の効果
を奏する。第５図に、このような磁界補正コイル
を示す。図において、２cは、Z3シムコイルで、
Z3に比例して変化する不均一磁界成分を除去する
効果がある磁界補正コイルである。Z3シムコイル
２cの構成について説明する。式において、ε3
をもつ３次の値に絶対項が最も近いのは、５次の
項と１次の項である。従つて、３次の項に対し最
も影響の大きい項が、５次の項と１次の項といえ
るので、まず、５次の項がとり除かれたコイル配
置を考える。ε5は、式で示した各項と同様にし
て求めると次式となる。
る不均一磁界成分を補正するシムコイルについて
も、上記実施例と同様に製作でき、Z3に比例する
不均一磁界成分に対し、上記実施例と同様の効果
を奏する。第５図に、このような磁界補正コイル
を示す。図において、２cは、Z3シムコイルで、
Z3に比例して変化する不均一磁界成分を除去する
効果がある磁界補正コイルである。Z3シムコイル
２cの構成について説明する。式において、ε3
をもつ３次の値に絶対項が最も近いのは、５次の
項と１次の項である。従つて、３次の項に対し最
も影響の大きい項が、５次の項と１次の項といえ
るので、まず、５次の項がとり除かれたコイル配
置を考える。ε5は、式で示した各項と同様にし
て求めると次式となる。
ε5＝３／８β（35−140β2＋56β4）（１＋β2）5…
… 従つて、ε5＝０となるβは、次式となる。
… 従つて、ε5＝０となるβは、次式となる。
β＝０ ……
35−140β2＋56β4＝０ ……23
式は、ε3をも０にしてしまうので、ここで必
要とする３次の出力磁界も０にするので用いるこ
とはできない。23式をβについて解くと次式を得
る。
要とする３次の出力磁界も０にするので用いるこ
とはできない。23式をβについて解くと次式を得
る。
β1 2＝５＋√15／４
〓β1＝Zp1／ａ1.489 ……
β2 2＝５−√15／４
〓β2＝Zp2／ａ±0.531 ……〓〓
従つて、５次の項が消去されたZ3シムコイル２
ｃは、24式か又は、25式を満す１対の円形コイル
があればよいが、しかし、次に１次の項も消去せ
ねばならない。１次の項を消去するためには、第
５図に矢印で示すように隣り合うコイルの電流が
全て逆向きとなるように各コイル電流を流すこと
により、位置Zp1／ａにあるコイル対が発生する１次 の項を、位置Zp2／ａにあるコイル対が相殺する方法 とする。式より、１次の出力を発生させない条
件は、次式を満す電流比であることがわかる。
ｃは、24式か又は、25式を満す１対の円形コイル
があればよいが、しかし、次に１次の項も消去せ
ねばならない。１次の項を消去するためには、第
５図に矢印で示すように隣り合うコイルの電流が
全て逆向きとなるように各コイル電流を流すこと
により、位置Zp1／ａにあるコイル対が発生する１次 の項を、位置Zp2／ａにあるコイル対が相殺する方法 とする。式より、１次の出力を発生させない条
件は、次式を満す電流比であることがわかる。
3μ0／2a｛I1β1／（１＋β1 2）5/2＋I2β2／（１＋β2
2）5/2｝＝０……〓〓 26式を解くと、 I1およびI2は、各々、位置Zp1／ａ，Zp2／ａに
あるコイルのアンペアターンを表わす。
2）5/2｝＝０……〓〓 26式を解くと、 I1およびI2は、各々、位置Zp1／ａ，Zp2／ａに
あるコイルのアンペアターンを表わす。
z3シムコイル２ｃの出力には、３次の項の他
に、７次以上の奇数次項が含まれるが、Z1シムコ
イルの場合と同様に、｜Ｚ／ａ｜＜0.3程度の高均一 磁界領域３とするなら実用上全く問題はない。
に、７次以上の奇数次項が含まれるが、Z1シムコ
イルの場合と同様に、｜Ｚ／ａ｜＜0.3程度の高均一 磁界領域３とするなら実用上全く問題はない。
次に、０次の磁界成分、すなわち、高均一磁界
領域３中の均一磁界の値をわずかに変化させるZ0
シムコイルについても、上記実施例と同様に製作
でき、上記実施例と同様の効果を奏する。
領域３中の均一磁界の値をわずかに変化させるZ0
シムコイルについても、上記実施例と同様に製作
でき、上記実施例と同様の効果を奏する。
Z0シムコイルは、第４図に示した２次のシムコ
イル２ｂの２対のコイルのうち、位置Zp1／ａにある １対のコイル、又は位置Zp1／ａにある１対のコイル のいずれかを用いる。
イル２ｂの２対のコイルのうち、位置Zp1／ａにある １対のコイル、又は位置Zp1／ａにある１対のコイル のいずれかを用いる。
１対のコイルを用いた場合には、０次の項と２
項の項の両者が発生することを前述しているが、
ここでは、まず、０次の項が必要な値になるまで
電流値を変化させた上で、同時に発生している２
次の項を、Z2シムコイル２ｂで補正する方法を用
いることにより、０次項のみを発生するシムコイ
ルが実現できた。６次以上の偶数次の不均一磁界
が発生するが、実用上何ら問題にはならないの
は、上記実施例や上記変形例と同様の理由によつ
ている。
項の項の両者が発生することを前述しているが、
ここでは、まず、０次の項が必要な値になるまで
電流値を変化させた上で、同時に発生している２
次の項を、Z2シムコイル２ｂで補正する方法を用
いることにより、０次項のみを発生するシムコイ
ルが実現できた。６次以上の偶数次の不均一磁界
が発生するが、実用上何ら問題にはならないの
は、上記実施例や上記変形例と同様の理由によつ
ている。
また、２対のコイルから成るZ2シムコイルを、
形状を変えることなくそのままZ0シムコイルにも
用い得る。ただし、この場合には、各対のコイル
間のアンペアターン比は、次式を満さねばならな
い。
形状を変えることなくそのままZ0シムコイルにも
用い得る。ただし、この場合には、各対のコイル
間のアンペアターン比は、次式を満さねばならな
い。
I2／I1＝−（１＋β2 2／１＋β1 2）7/2（１−4β1 2／１
−4β2 2） Z2シムコイルのβ1とβ2を用いると、I2／I1は次の
具体値となる 上記のZ0シムコイルは、２次の項と４次の項を
もたず、０次項を発生した際に付随して発生する
不必要磁界は、６次以上の偶数次となる。
−4β2 2） Z2シムコイルのβ1とβ2を用いると、I2／I1は次の
具体値となる 上記のZ0シムコイルは、２次の項と４次の項を
もたず、０次項を発生した際に付随して発生する
不必要磁界は、６次以上の偶数次となる。
なお、特許請求の範囲第１〜９項のうち、第
１，２項は第３図のZ1シムコイルに関するもので
あり、第３〜５項は第４図のZ2シムコイルに関す
るものであり、第６，７項は第５図のZ3シムコイ
ルに関するものである。また、第８，９項は第４
図のZ2シムコイルをZ0シムコイルとして用いる場
合に関するものである。
１，２項は第３図のZ1シムコイルに関するもので
あり、第３〜５項は第４図のZ2シムコイルに関す
るものであり、第６，７項は第５図のZ3シムコイ
ルに関するものである。また、第８，９項は第４
図のZ2シムコイルをZ0シムコイルとして用いる場
合に関するものである。
以上のように、この発明によれば、磁界補正コ
イルを円筒形の主ソレノイドコイルの外周上に同
軸的に全て同一直径として設置したので、シムコ
イルの存在により、被試料空間である高均一磁界
領域３を狭めることが全くなく、大きな試料を用
いることができる効果がある。また、シムコイル
を、Ｚ軸上に広く分布して設置するので、コイル
を取付ける際に隣り合うコイルがじやまになつて
コイル取付の作業性が悪くなるということがな
く、極めて容易にコイル取付作業ができる効果が
ある。また、各シムコイルの直径が全て等しいの
で、ターン数を等しく製作して置くことにより、
アンペアターンの変更が必要な場合には、通電電
流を変化させる方式とすることができ、このため
コイルの形状、巻数を全く同一に製作することが
でき、従つて大量、一かつ生産方式に適し、コイ
ル価格を著しく安くすることができる効果があ
る。
イルを円筒形の主ソレノイドコイルの外周上に同
軸的に全て同一直径として設置したので、シムコ
イルの存在により、被試料空間である高均一磁界
領域３を狭めることが全くなく、大きな試料を用
いることができる効果がある。また、シムコイル
を、Ｚ軸上に広く分布して設置するので、コイル
を取付ける際に隣り合うコイルがじやまになつて
コイル取付の作業性が悪くなるということがな
く、極めて容易にコイル取付作業ができる効果が
ある。また、各シムコイルの直径が全て等しいの
で、ターン数を等しく製作して置くことにより、
アンペアターンの変更が必要な場合には、通電電
流を変化させる方式とすることができ、このため
コイルの形状、巻数を全く同一に製作することが
でき、従つて大量、一かつ生産方式に適し、コイ
ル価格を著しく安くすることができる効果があ
る。
なお、上述した解析の結果得られた磁界補正コ
イルの位置（比で示してある）の値での使用は、
効果が最大であるが、実用上は、その値の近傍で
適用してもよく、この発明の技術思想の範囲に含
まれるものである。
イルの位置（比で示してある）の値での使用は、
効果が最大であるが、実用上は、その値の近傍で
適用してもよく、この発明の技術思想の範囲に含
まれるものである。
第１図は、従来の磁界補正コイルを示す斜視
図、第２図は、この発明の一実施例を示す断面
図、第３図は、第２図の詳細図、第４図と第５図
は、この発明の他の実施例を示す斜視図である。 ２……磁界補正コイル、２ａ……Z1シムコイ
ル、２ｂ……Z2シムコイル、２ｃ……Z3シムコイ
ル。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分
を示す。
図、第２図は、この発明の一実施例を示す断面
図、第３図は、第２図の詳細図、第４図と第５図
は、この発明の他の実施例を示す斜視図である。 ２……磁界補正コイル、２ａ……Z1シムコイ
ル、２ｂ……Z2シムコイル、２ｃ……Z3シムコイ
ル。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分
を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 円筒形状を有し内部に軸方向の磁場を発生す
るように成された主ソレノイドコイルと、上記主
ソレノイドコイルの外周囲に同軸的に巻回され且
つこの主ソレノイドコイルの中心点から互いに反
対方向に等距離の位置に設けられ且つ同一半径及
び同一アンペアターンを有し且つ互いに逆向きの
電流方向を有し上記磁場を均一に補正する磁場を
発生するように成された一対の磁界補正コイルと
を備えた均一磁場発生装置。 ２ 上記一対の磁界補正コイルの半径をａとする
ときこと一対の磁界補正コイルが上記主ソレノイ
ドコイルの中心点から互いに３−４（Zo／ａ）2＝０ をほぼ満たすZoの距離に置かれたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の均一磁場発生装
置。 ３ 円筒形状を有し内部に軸方向の磁場を発生す
るように成された主ソレノイドコイルと、上記主
ソレノイドコイルの外周囲に同軸的に巻回され且
つこの主ソレノイドコイルの中心点から互いに反
対方向に等距離の位置に設けられ且つ同一半径ａ
及び同一アンペアターンI1及び同一電流方向を有
し上記磁場を均一に補正する磁場を発生するよう
に成された第１の一対の磁界補正コイルと、上記
主ソレノイドコイルの外周囲に同軸的に巻回され
且つこの主ソレノイドコイルの中心点から互いに
反対方向に上記等距離とは異る等距離の位置に設
けられ且つ同一半径ａ及び同一アンペアターン
【式】を有し且つ上記第１の 一対の磁界補正コイルの電流方向とは逆向きの同
一電流方向を有し上記磁場を均一に補正する磁場
を発生するように成された第２の一対の磁界補正
コイルとを備えた均一磁場発生装置。 ４ 上記第１及び第２の磁界補正コイルが上記主
ソレノイドコイルの中心から互いに１−12（Zo／ａ）2 ＋８（Zo／ａ）4＝０をほぼ満たすZoの距離に置かれ ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の均一磁場発生装置。 ５ 上記第１の一対の磁界補正コイルのアンペア
ターンがI1以上又は第２の一対の磁界補正コイル
のアンペアターンがI2以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項記載の均一磁場発生装
置。 ６ 円筒形状を有し内部に軸方向の磁場を発生す
るように成された主ソレノイドコイルと、上記主
ソレノイドコイルの外周囲に同軸的に巻回され且
つこの主ソレノイドコイルの中心点から互いに反
対方向に等距離の位置に設けられ且つ同一半径ａ
及び同一アンペアターンI1を有し且つ互いに逆向
きの電流方向を有し上記磁場を均一に補正する磁
場を発生するように成された第１の一対の磁界補
正コイルと、上記主ソレノイドコイルの外周囲に
同軸的に巻回され且つこの主ソレノイドコイルの
中心点から互いに反対方向に上記等距離とは異る
等距離の位置に設けられ且つ同一半径ａ及び同一
アンペアターン を有し且つ上記第１の一対の磁界補正コイルと隣
り合うコイルどうしの電流方向が互いに逆向きと
なるような互いに逆向きの電流方向を有し上記磁
場を均一に補正する磁場を発生するように成され
た第２の一対の磁界補正コイルとを備えた均一磁
場発生装置。 ７ 上記第１及び第２の一対の磁界発生コイルが
上記主ソレノイドコイルの中心点から互いに35−
140（Zo／ａ）2＋56（Zo／ａ）4＝０をほぼ満たすZoの
距離 に置かれていることを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の均一磁場発生装置。 ８ 円筒形状を有し内部に軸方向の磁場を発生す
るように成された主ソレノイドコイルと、上記主
ソレノイドコイルの外周囲に同軸的に巻回され且
つこの主ソレノイドコイルの中心点から互いに反
対方向に等距離の位置に設けられ且つ同一半径ａ
及び同一アンペアターンI1及び同一電流方向を有
し上記磁場を均一に補正する磁場を発生するよう
に成された第１の一対の磁界補正コイルと、上記
主ソレノイドコイルの外周囲に同軸的に巻回され
且つこの主ソレノイドコイルの中心点から互いに
反対方向に上記等距離とは異る等距離の位置に設
けられ且つ同一半径ａ及び同一アンペアターン を有し、且つ上記第１の一対の磁界補正コイルの
電流方向と同一電流方向を有し上記磁場を均一に
補正する磁場を発生するように成された第２の一
対の磁界補正コイルとを備えた均一磁場発生装
置。 ９ 上記第１及び第２の一対の磁界補正コイルが
上記主ソレノイドコイルの中心点から互いに１−
12（Zo／ａ）2＋８（Zo／ａ）4＝０をほぼ満たすZoの距
離 に置かれていることを特徴とする特許請求の範囲
第８項記載の均一磁場発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57210736A JPS5999708A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 均一磁場発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57210736A JPS5999708A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 均一磁場発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5999708A JPS5999708A (ja) | 1984-06-08 |
| JPH0531115B2 true JPH0531115B2 (ja) | 1993-05-11 |
Family
ID=16594252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57210736A Granted JPS5999708A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 均一磁場発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5999708A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4506247A (en) * | 1984-05-23 | 1985-03-19 | General Electric Company | Axisymmetric correction coil system for NMR magnets |
| JPH0799724B2 (ja) * | 1985-01-28 | 1995-10-25 | 三菱電機株式会社 | 均一磁界発生装置 |
| JP2593435B2 (ja) * | 1985-07-29 | 1997-03-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 一様性の高い磁界を発生する磁石 |
| JPS6343306A (ja) * | 1986-08-09 | 1988-02-24 | Fuji Electric Co Ltd | 空心形均一磁場発生装置 |
| JPH01144005U (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-03 | ||
| JPH063529Y2 (ja) * | 1989-05-26 | 1994-02-02 | 吉伸 中村 | 自律神経バランス測定計 |
| DE10040333A1 (de) * | 2000-08-17 | 2002-02-28 | Hilti Ag | Elektrowerkzeug mit Verriegelungsmechanismus |
| DE10040332B4 (de) * | 2000-08-17 | 2009-03-05 | Hilti Aktiengesellschaft | Elektrowerkzeug mit rotierend angetriebenem Werkzeug und einer Bremsvorrichtung |
-
1982
- 1982-11-29 JP JP57210736A patent/JPS5999708A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5999708A (ja) | 1984-06-08 |
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