JPH0738333B2 - 磁界発生装置 - Google Patents
磁界発生装置Info
- Publication number
- JPH0738333B2 JPH0738333B2 JP62167651A JP16765187A JPH0738333B2 JP H0738333 B2 JPH0738333 B2 JP H0738333B2 JP 62167651 A JP62167651 A JP 62167651A JP 16765187 A JP16765187 A JP 16765187A JP H0738333 B2 JPH0738333 B2 JP H0738333B2
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- magnet
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- superconducting
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は磁界の時間的な微小変動を安定化させ、極め
て安定度の高い磁界を発生させれる装置に関するもので
ある。
て安定度の高い磁界を発生させれる装置に関するもので
ある。
第６図は例えば特開昭60−218808号公報に示された従来
の磁界発生装置を示す断面図であり、１は極低温領域、
２は座標軸、３はメインコイル、４と５はサブコイルで
ある。3,4,5は全て液体ヘリウムを寒剤とする超電導コ
イルであり、６はこれらのコイルを励磁した時の発生磁
界であり、記号Ｂで表わす。
の磁界発生装置を示す断面図であり、１は極低温領域、
２は座標軸、３はメインコイル、４と５はサブコイルで
ある。3,4,5は全て液体ヘリウムを寒剤とする超電導コ
イルであり、６はこれらのコイルを励磁した時の発生磁
界であり、記号Ｂで表わす。
第７図は第６図の装置の電気結線図の一例である。７は
接続部、８は直流電源である。
接続部、８は直流電源である。
第８図は第６図の装置のコイルを永久電流モードで運転
する場合の電気結線図である。９は永久電流スイッチで
あり、これは常電導状態においてRN（Ω）の抵抗をもつ
超電導体10と、ヒータ11から構成されている。12はヒー
タ11に通電するためのヒータ電源である。
する場合の電気結線図である。９は永久電流スイッチで
あり、これは常電導状態においてRN（Ω）の抵抗をもつ
超電導体10と、ヒータ11から構成されている。12はヒー
タ11に通電するためのヒータ電源である。
第９図は第８図の結線によって永久電流モード運転して
いる場合の等価回路を示す。
いる場合の等価回路を示す。
第10図は第９図の回路によって得られた磁界減衰の一例
を示し、B0は時間ｔ＝０における発生磁界B(t)を表わ
し、B0＝Ｂ（ｔ＝０）である。13は得られた磁界減衰曲
線Ｉである。
を示し、B0は時間ｔ＝０における発生磁界B(t)を表わ
し、B0＝Ｂ（ｔ＝０）である。13は得られた磁界減衰曲
線Ｉである。
次に動作について説明する。
液体ヘリウムなどの寒剤により、極低温領域１を超電導
コイル3,4,5の臨界温度以下の温度にして超電導状態に
した後、直流電源８により各コイルに通電し、磁界B6を
発生させる。第７図の結線として通電した場合には、発
生磁界B6の磁界の時間的な安定度は、直流電源８の主電
流安定度により定まる。直流電源の安定度は通常、10-3
〜10-4/hrである。この値よりも安定度を良好にするた
めには電源内に複雑なフィードバック機構を備える必要
があり、電源が高価なものとなる欠点がある。フィード
バック機構を備えた場合においては、安定度は10-5〜10
-6/hrである。
コイル3,4,5の臨界温度以下の温度にして超電導状態に
した後、直流電源８により各コイルに通電し、磁界B6を
発生させる。第７図の結線として通電した場合には、発
生磁界B6の磁界の時間的な安定度は、直流電源８の主電
流安定度により定まる。直流電源の安定度は通常、10-3
〜10-4/hrである。この値よりも安定度を良好にするた
めには電源内に複雑なフィードバック機構を備える必要
があり、電源が高価なものとなる欠点がある。フィード
バック機構を備えた場合においては、安定度は10-5〜10
-6/hrである。
また、発生磁界B6の安定度を更に良くするためには、永
久電流モード運転を用いる。第８図のように超電導体10
とヒータ11を巻回した永久電流スイッチ９をコイル3,4,
5に並列に設置する。ヒータ電源12によりヒータ11に通
電した場合、超電導体10は臨界温度以上となって、抵抗
値RN（Ω）を有す。しかしヒータ11への通電をやめる
と、超電導体10は臨界温度以下となり、RN＝０（Ω）と
なる。ヒータ11に通電して、直流電源８によりコイル3,
4,5を励磁した後、ヒータ11への通電をやめてRN＝０
（Ω）とした場合の永久電流ループの等価回路を第９図
に示す。永久電流スイッチ９の抵抗は完全に０（Ω）で
あるから等価回路に描く必要がない。
久電流モード運転を用いる。第８図のように超電導体10
とヒータ11を巻回した永久電流スイッチ９をコイル3,4,
5に並列に設置する。ヒータ電源12によりヒータ11に通
電した場合、超電導体10は臨界温度以上となって、抵抗
値RN（Ω）を有す。しかしヒータ11への通電をやめる
と、超電導体10は臨界温度以下となり、RN＝０（Ω）と
なる。ヒータ11に通電して、直流電源８によりコイル3,
4,5を励磁した後、ヒータ11への通電をやめてRN＝０
（Ω）とした場合の永久電流ループの等価回路を第９図
に示す。永久電流スイッチ９の抵抗は完全に０（Ω）で
あるから等価回路に描く必要がない。
同図より、超電導コイル3,4,5相互間及び永久電流スイ
ッチ９と超電導コイル4,5間に、それぞれの接続部７の
微弱な接続抵抗が存在するのみである。同図の等価回路
における発生磁界B6の時間変化の一例を第10図に磁界減
衰曲線I13として示す。同図により、磁界の減衰率は１
×10-7/hrであることがわかる。磁界の減衰はコイルの
全イングタンスと接続部の全抵抗で決まる時定数により
定まり、接続部抵抗が小さいほど減衰が少ない。接続部
の抵抗値はハンダ接続を行う場合、１接続部当たり10-9
（Ω）以下の微弱な抵抗値である。しかし、更に安定な
磁界が装置の利用上必要となる場合があり、このコイル
のインダクタンスが小さい場合には同一の接続抵抗値で
あっても磁界減衰が速いという問題があるので、接続部
を低抵抗化する要求は極めて強いものである。この抵抗
値を更に小さくして磁界減衰を小さくする場合、スポッ
ト溶接法などの特殊な技術を必要とするので、接続抵抗
値のばらつきが大きくなったり、また、接続部の臨界電
流が低下したりする問題が発生し、装置の信頼性に大き
な問題が残ってしまう。
ッチ９と超電導コイル4,5間に、それぞれの接続部７の
微弱な接続抵抗が存在するのみである。同図の等価回路
における発生磁界B6の時間変化の一例を第10図に磁界減
衰曲線I13として示す。同図により、磁界の減衰率は１
×10-7/hrであることがわかる。磁界の減衰はコイルの
全イングタンスと接続部の全抵抗で決まる時定数により
定まり、接続部抵抗が小さいほど減衰が少ない。接続部
の抵抗値はハンダ接続を行う場合、１接続部当たり10-9
（Ω）以下の微弱な抵抗値である。しかし、更に安定な
磁界が装置の利用上必要となる場合があり、このコイル
のインダクタンスが小さい場合には同一の接続抵抗値で
あっても磁界減衰が速いという問題があるので、接続部
を低抵抗化する要求は極めて強いものである。この抵抗
値を更に小さくして磁界減衰を小さくする場合、スポッ
ト溶接法などの特殊な技術を必要とするので、接続抵抗
値のばらつきが大きくなったり、また、接続部の臨界電
流が低下したりする問題が発生し、装置の信頼性に大き
な問題が残ってしまう。
このように、永久電流モードという超電導独特の特性を
用いても磁界減衰は避けることができないものである。
用いても磁界減衰は避けることができないものである。
例えば、磁気共鳴イメージング用超電導マグネットは永
久電流モードで運転されている。イメージングの性能向
上のために、磁界の安定性を支配する接続部の低抵抗化
に多大の努力が払われている。接続抵抗を小さくするの
は、発生磁界を時間的に安定にするためであり、当然の
ことながら、接続抵抗値を小さくすることが最終目標で
はない。磁界を安定化するために、接続抵抗値低下以外
の方法が見出されるならば、装置の信頼性は飛躍的に向
上するといえる。
久電流モードで運転されている。イメージングの性能向
上のために、磁界の安定性を支配する接続部の低抵抗化
に多大の努力が払われている。接続抵抗を小さくするの
は、発生磁界を時間的に安定にするためであり、当然の
ことながら、接続抵抗値を小さくすることが最終目標で
はない。磁界を安定化するために、接続抵抗値低下以外
の方法が見出されるならば、装置の信頼性は飛躍的に向
上するといえる。
従来の磁界発生装置は以上のように構成されているの
で、磁界の安定度が悪く、かつ安定度を向上させようと
する際に信頼性が低下するという問題点があった。
で、磁界の安定度が悪く、かつ安定度を向上させようと
する際に信頼性が低下するという問題点があった。
この発明は以上ような問題点を解消するためになされた
もので、磁界の安定度を向上できる、つまり安定な磁界
を発生できる信頼性の高い磁界発生装置を得ることを目
的とする。
もので、磁界の安定度を向上できる、つまり安定な磁界
を発生できる信頼性の高い磁界発生装置を得ることを目
的とする。
この発明は係る磁界発生装置は磁界を発生するマグネッ
トの内側に、該発生磁界により誘導電流を誘起して磁界
を発生させる超電導リングを配設したものである。
トの内側に、該発生磁界により誘導電流を誘起して磁界
を発生させる超電導リングを配設したものである。
この発明においては、マグネットの内側に超電導リング
を配設したから、マグネットの発生磁界の低下分を、こ
れらの磁界と鎖交した超電導リングに誘起する誘導電流
による磁界で補うことにより減衰のほとんどない安定な
磁界を発生できる。
を配設したから、マグネットの発生磁界の低下分を、こ
れらの磁界と鎖交した超電導リングに誘起する誘導電流
による磁界で補うことにより減衰のほとんどない安定な
磁界を発生できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する、第１
図において、第６図と同一符号は同一のものを示し、21
は低温領域、22,23は低温領域21中のコイル３〜５の内
側に配設され、液体窒素を寒剤とする第1,第２の酸化物
超電導リングＩ及びIIで、この超電導リングはマグネッ
トを構成する各コイル３〜５に対応して配設されてい
る。第２図において、24はメインコイル３と第１の酸化
物超電導リングＩとの鎖交磁束を、25はサブコイル４又
は５と第２の酸化物超電導リング23との鎖交磁束を表わ
す。第２図は第１図の装置の結線の一例であり、永久電
流モード運転のための結線を示している。また第３図は
第２図の等価回路を、第４図は第３図の等価回路により
得られた特性を示し、26はこの時得られた磁界減衰曲線
IIである。
図において、第６図と同一符号は同一のものを示し、21
は低温領域、22,23は低温領域21中のコイル３〜５の内
側に配設され、液体窒素を寒剤とする第1,第２の酸化物
超電導リングＩ及びIIで、この超電導リングはマグネッ
トを構成する各コイル３〜５に対応して配設されてい
る。第２図において、24はメインコイル３と第１の酸化
物超電導リングＩとの鎖交磁束を、25はサブコイル４又
は５と第２の酸化物超電導リング23との鎖交磁束を表わ
す。第２図は第１図の装置の結線の一例であり、永久電
流モード運転のための結線を示している。また第３図は
第２図の等価回路を、第４図は第３図の等価回路により
得られた特性を示し、26はこの時得られた磁界減衰曲線
IIである。
次に作用効果について説明する。
第1,第２の酸化物超電導リング22,23の臨界温度以上に
低温領域21を保った状態で、従来例と同様にして永久電
流モード運転を行い発生磁界B6を得る。上記酸化物超電
導リング22,23にはコイル3,4,5の発生する磁束のほとん
どが鎖交し、つまりメインコイル３と第１のリングI22
との鎖交磁束φ124、サブコイル４及び５と第２のリン
グII23との鎖交磁束φ225が生じる。これらのリング22,
23は常電導状態にあり、有限の抵抗値を有しているの
で、コイル3,4,5の励磁中の磁束変化にともなうリング2
2,23への誘導電流は、完全にジュール損として消費され
ている。従って励磁完了後のリング22,23に流れている
電流は０である。
低温領域21を保った状態で、従来例と同様にして永久電
流モード運転を行い発生磁界B6を得る。上記酸化物超電
導リング22,23にはコイル3,4,5の発生する磁束のほとん
どが鎖交し、つまりメインコイル３と第１のリングI22
との鎖交磁束φ124、サブコイル４及び５と第２のリン
グII23との鎖交磁束φ225が生じる。これらのリング22,
23は常電導状態にあり、有限の抵抗値を有しているの
で、コイル3,4,5の励磁中の磁束変化にともなうリング2
2,23への誘導電流は、完全にジュール損として消費され
ている。従って励磁完了後のリング22,23に流れている
電流は０である。
次に低温領域21をリング22,23の臨界温度以下に冷却す
る。例えばＹ−Ba−Cu−Ｏ系の酸化物超電導体（Y1Ba2C
u3O5〜7）の場合、液体窒素の１気圧下のふっ点77Kにす
れば十分である。この操作により、リング22,23の抵抗
値は完全に０となる。
る。例えばＹ−Ba−Cu−Ｏ系の酸化物超電導体（Y1Ba2C
u3O5〜7）の場合、液体窒素の１気圧下のふっ点77Kにす
れば十分である。この操作により、リング22,23の抵抗
値は完全に０となる。
抵抗が全くない超電導リング内にトラップされた磁束は
完全に一定に保たれることがよく知られている。磁束が
−Δφだけ変化しようとすれば、変化した磁束相当分を
補うように超電導リングに誘導電流が流れ、＋Δφの磁
束を発生する。＋Δφの磁束を発生した超電導リングに
は抵抗が全くないため、＋Δφの磁束は永久に保たれ
る。
完全に一定に保たれることがよく知られている。磁束が
−Δφだけ変化しようとすれば、変化した磁束相当分を
補うように超電導リングに誘導電流が流れ、＋Δφの磁
束を発生する。＋Δφの磁束を発生した超電導リングに
は抵抗が全くないため、＋Δφの磁束は永久に保たれ
る。
コイル３と、これに密接したリング22との磁束のカップ
リング係数が１の時、即ち、コイル３の発生磁束の全て
がリング22と鎖交する時には、コイル３とリング22の発
生する総磁束は全く変化しない。同様のことが、各サブ
コイル４及び５とリング23の間においてもいえる。従っ
て発生磁界B6は全く変化しない。ところが、100％のカ
ップリング係数を得ることは一般に困難と考えた方がよ
い。我々の実験によれば、酸化物超電導リングI22又はI
I23をＹ方向に薄い円リングの組み合わせで作成した結
果、該各薄い円リング間にわずかな磁束のもれが発生
し、第４図のような極めてわずかではあるが磁束が減衰
する結果を得た。第４図に示す磁界減衰曲線II26によれ
ば、従来例の場合より約１桁磁界減衰率を改善している
ことがわかる。
リング係数が１の時、即ち、コイル３の発生磁束の全て
がリング22と鎖交する時には、コイル３とリング22の発
生する総磁束は全く変化しない。同様のことが、各サブ
コイル４及び５とリング23の間においてもいえる。従っ
て発生磁界B6は全く変化しない。ところが、100％のカ
ップリング係数を得ることは一般に困難と考えた方がよ
い。我々の実験によれば、酸化物超電導リングI22又はI
I23をＹ方向に薄い円リングの組み合わせで作成した結
果、該各薄い円リング間にわずかな磁束のもれが発生
し、第４図のような極めてわずかではあるが磁束が減衰
する結果を得た。第４図に示す磁界減衰曲線II26によれ
ば、従来例の場合より約１桁磁界減衰率を改善している
ことがわかる。
このように本実施例では超電導コイル３〜５の磁束と鎖
交するように酸化物超電導リング22,23を配設したの
で、発生磁界がほとんど減衰しない高安定な磁界発生装
置を得ることができ、しかも超電導コイル３〜５とは別
の領域に超電導リング22,23を配設しているため、超電
導コイルの設置領域の被冷却重量が増加せず、コイルを
容易にかつ安価な装置で冷却できる効果もある。
交するように酸化物超電導リング22,23を配設したの
で、発生磁界がほとんど減衰しない高安定な磁界発生装
置を得ることができ、しかも超電導コイル３〜５とは別
の領域に超電導リング22,23を配設しているため、超電
導コイルの設置領域の被冷却重量が増加せず、コイルを
容易にかつ安価な装置で冷却できる効果もある。
なお、上記実施例では、低温領域21の温度を実験中に変
える操作を行ったが、第５図のように、酸化物超電導リ
ング22の一部にヒータ27を取りつけ、コイル３励磁中に
おける励磁電流の変化時には、ヒータ電源28によりヒー
タ27を加熱し、リング22の一部を常電導に転移させて有
限の抵抗値をもたせるようにしてもよい。この場合には
領域21そのものは常に各リング22,23の臨界温度以下と
する。さらに、ヒータ27を取り付けるリングはリング22
に限らず、これはリング23でもよい。
える操作を行ったが、第５図のように、酸化物超電導リ
ング22の一部にヒータ27を取りつけ、コイル３励磁中に
おける励磁電流の変化時には、ヒータ電源28によりヒー
タ27を加熱し、リング22の一部を常電導に転移させて有
限の抵抗値をもたせるようにしてもよい。この場合には
領域21そのものは常に各リング22,23の臨界温度以下と
する。さらに、ヒータ27を取り付けるリングはリング22
に限らず、これはリング23でもよい。
また、超電導リングはコイルの外周上に取り付けてもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
以上のようにこの発明によれば、磁界を発生するマグネ
ットの内側に、該発生磁界により誘導電流を誘起して磁
界を発生する超電導リングを配設したので、磁界の安定
度を向上できる、つまり安定な磁界を発生できる信頼性
の高い磁界発生装置を得ることができる。
ットの内側に、該発生磁界により誘導電流を誘起して磁
界を発生する超電導リングを配設したので、磁界の安定
度を向上できる、つまり安定な磁界を発生できる信頼性
の高い磁界発生装置を得ることができる。
第１図はこの発明の一実施例による磁界発生装置の主要
部断面側面図、第２図は本磁界発生装置の電気結線図、
第３図は該装置の永久電流モード運転中の等価回路図、
第４図はこの発明の一実施例によって得られた磁界減衰
特性を示す図、第５図はこの発明の他の実施例による磁
界発生装置を説明するための斜視図、第６図は従来の磁
界発生装置を示す主要部断面側面図、第７図は従来の磁
界発生装置の電気結線図、第８図は従来の磁界発生装置
の永久電流モード運転時の結線図、第９図は第８図の永
久電流モード運転時の等価回路図、第10図は第９図の等
価回路により得られた磁界減衰特性を示す図である。 ３…メインコイル、4,5…サブコイル、22,23…第1,第２
の酸化物超電導リングI,II。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
部断面側面図、第２図は本磁界発生装置の電気結線図、
第３図は該装置の永久電流モード運転中の等価回路図、
第４図はこの発明の一実施例によって得られた磁界減衰
特性を示す図、第５図はこの発明の他の実施例による磁
界発生装置を説明するための斜視図、第６図は従来の磁
界発生装置を示す主要部断面側面図、第７図は従来の磁
界発生装置の電気結線図、第８図は従来の磁界発生装置
の永久電流モード運転時の結線図、第９図は第８図の永
久電流モード運転時の等価回路図、第10図は第９図の等
価回路により得られた磁界減衰特性を示す図である。 ３…メインコイル、4,5…サブコイル、22,23…第1,第２
の酸化物超電導リングI,II。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8825−4Ｃ Ａ６１Ｂ 5/05 ３３１
Claims (9)
- 【請求項１】磁界を発生するマグネットと、 このマグネットの発生磁界により誘導電流を誘起して磁
界を発生する超電導リングとを備えたことを特徴とする
磁界発生装置。 - 【請求項２】上記マグネットと超電導リングとを別々の
温度領域に設置したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の磁界発生装置。 - 【請求項３】上記マグネットは液体ヘリウムを寒剤とす
る超電導マグネットであり、上記超電導リングは液体窒
素を寒剤とする酸化物超電導体からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の磁界発生装
置。 - 【請求項４】上記マグネットは永久電流運転モードで動
作するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいずれかに記載の磁界発生装置。 - 【請求項５】上記マグネットを構成するコイルの数と、
超電導リングの数とは同じであり、各コイルはそれぞ
れ、これらに対応する超電導リングを有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の磁界発生装置。 - 【請求項６】上記マグネットは、直流電源による定電流
通電により励磁されている常電導マグネットであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁界発生装
置。 - 【請求項７】上記超電導リングは、すき間のない一体も
のでつくられたものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の磁界発生装置。 - 【請求項８】上記超電導リングはマグネットの励磁後に
全体を臨界温度以下に温度設定するものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁界発生装置。 - 【請求項９】上記超電導リングをマグネットの内周内に
設置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
磁界発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167651A JPH0738333B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 磁界発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167651A JPH0738333B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 磁界発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6411308A JPS6411308A (en) | 1989-01-13 |
| JPH0738333B2 true JPH0738333B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=15853713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62167651A Expired - Lifetime JPH0738333B2 (ja) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | 磁界発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738333B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8801162A (nl) * | 1988-05-04 | 1989-12-01 | Philips Nv | Supergeleidend magneetstelsel met supergeleidende cylinders. |
| DE10041672C2 (de) * | 2000-08-24 | 2002-07-11 | Bruker Ag Faellanden | Magnetanordnung mit einem zusätzlichen stromführenden Spulensystem und Verfahren zu deren Dimensionierung |
| DE102014003536A1 (de) | 2014-03-13 | 2015-09-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH Fachbereich Patente | Supraleitender Magnetfeldstabilisator |
| JP6473623B2 (ja) * | 2015-01-08 | 2019-02-20 | 株式会社日立製作所 | 超電導磁石装置および磁気共鳴撮像装置 |
-
1987
- 1987-07-03 JP JP62167651A patent/JPH0738333B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6411308A (en) | 1989-01-13 |
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