JPH09283322A - マグネット・アセンブリ - Google Patents
マグネット・アセンブリInfo
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- JPH09283322A JPH09283322A JP8349185A JP34918596A JPH09283322A JP H09283322 A JPH09283322 A JP H09283322A JP 8349185 A JP8349185 A JP 8349185A JP 34918596 A JP34918596 A JP 34918596A JP H09283322 A JPH09283322 A JP H09283322A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- coil support
- magnet
- magnet assembly
- cylindrical wall
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
- G01R33/3815—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/42—Screening
- G01R33/421—Screening of main or gradient magnetic field
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
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- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的軽量で且つＭＲＩシステムの励磁及び
動作の間に加えられる磁気的及び熱的負荷に耐えること
のできるマグネット・アセンブリを提供する。 【解決手段】 主コイル・カートリッジ（２６）及びバ
ッキング・コイル・カートリッジ（２８）の製造の間
に、それぞれのコイル支持体構造の外径が高精度で機械
加工される。ヘリウム容器の各々の端フランジ（２４）
の内側表面に、２つの同心状の溝の直径が、室温でカー
トリッジ（２６、２８）がこれらの溝に滑らかに滑り込
めるように、主コイル支持体構造及びバッキング・コイ
ル支持体構造の外径と合うよう精密に機械加工される。
ヘリウム容器を液体ヘリウムで満たすと、ヘリウム容器
の端フランジ（２４）は、アルミニウム合金と繊維強化
エポキシ樹脂の材料との収縮差により、カートリッジ
（２６、２８）を所定量の締めしろでしっかりと保持す
る。これにより、カートリッジ（２６、２８）に対する
機械的支持が行われ、それらは確実に同心関係となる。
動作の間に加えられる磁気的及び熱的負荷に耐えること
のできるマグネット・アセンブリを提供する。 【解決手段】 主コイル・カートリッジ（２６）及びバ
ッキング・コイル・カートリッジ（２８）の製造の間
に、それぞれのコイル支持体構造の外径が高精度で機械
加工される。ヘリウム容器の各々の端フランジ（２４）
の内側表面に、２つの同心状の溝の直径が、室温でカー
トリッジ（２６、２８）がこれらの溝に滑らかに滑り込
めるように、主コイル支持体構造及びバッキング・コイ
ル支持体構造の外径と合うよう精密に機械加工される。
ヘリウム容器を液体ヘリウムで満たすと、ヘリウム容器
の端フランジ（２４）は、アルミニウム合金と繊維強化
エポキシ樹脂の材料との収縮差により、カートリッジ
（２６、２８）を所定量の締めしろでしっかりと保持す
る。これにより、カートリッジ（２６、２８）に対する
機械的支持が行われ、それらは確実に同心関係となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導マグネットのた
めの支持構造に関する。更に詳しく述べると、本発明
は、能動マグネット・シールド・システムのマグネット
・コイルを支持する構造に関する。
めの支持構造に関する。更に詳しく述べると、本発明
は、能動マグネット・シールド・システムのマグネット
・コイルを支持する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、コイル付きマグネット
は、ある特性を有している線で巻かれていれば、極めて
低温の環境に入れることにより、例えば低温保持装置
（クライオスタット）、又は液体ヘリウム等の冷凍剤を
収容している圧力容器に封入することにより、超伝導性
にすることができる。極度の低温によって、マグネット
・コイルの抵抗が無視できるレベルまで小さくなる。最
初（ある期間の間、例えば１０分間）、コイルに電源を
接続してコイルに電流を導入すると、電源を除去した後
も無視できる抵抗のために、コイルに電流が流れ続け
る。これにより、磁界が維持される。超伝導マグネット
は、磁気共鳴イメージング（（magnetic resonance ima
ging）以後、「ＭＲＩ」と表す。）の分野で広範な用途
がある。
は、ある特性を有している線で巻かれていれば、極めて
低温の環境に入れることにより、例えば低温保持装置
（クライオスタット）、又は液体ヘリウム等の冷凍剤を
収容している圧力容器に封入することにより、超伝導性
にすることができる。極度の低温によって、マグネット
・コイルの抵抗が無視できるレベルまで小さくなる。最
初（ある期間の間、例えば１０分間）、コイルに電源を
接続してコイルに電流を導入すると、電源を除去した後
も無視できる抵抗のために、コイルに電流が流れ続け
る。これにより、磁界が維持される。超伝導マグネット
は、磁気共鳴イメージング（（magnetic resonance ima
ging）以後、「ＭＲＩ」と表す。）の分野で広範な用途
がある。
【０００３】近代的なＭＲＩシステムでは、大きなイメ
ージング体積内に高強度の一様な磁界、例えば直径が４
０〜５０ｃｍの球形体積にわたって不均一度が１００万
分の２、３である磁界が必要とされる。ＭＲＩの信号対
雑音比は、イメージング領域における磁界の強さに比例
する。高品質の画像を得るために、ＭＲＩのための磁界
の強さは通常、０．５Ｔよりも大きく、２Ｔ又は３Ｔ以
下でなければならない。他方、このような大きな寸法の
マグネットの環境の影響を最小限にするために、このよ
うなマグネットによって発生される漂遊磁界を小さな体
積に制限しなければならない。例えば、ＭＲＩシステム
は病院に据え付けられることが多く、病院ではＭＲＩシ
ステムの位置を種々の電子装置及び外来の磁界が取り囲
んでいるので、装置はＭＲＩの磁界から隔離されていな
ければならないと共に、ＭＲＩシステムは、周囲の磁界
からシールドされていなければならない。一般に、ＭＲ
Ｉマグネットの５ガウスの線は、半径方向に約２．５
ｍ、及び軸方向に４．０ｍを超えることはできない。前
述の設計目標に適合するために、能動（アクティブ）シ
ールド超伝導マグネット技術が開発されてきた。
ージング体積内に高強度の一様な磁界、例えば直径が４
０〜５０ｃｍの球形体積にわたって不均一度が１００万
分の２、３である磁界が必要とされる。ＭＲＩの信号対
雑音比は、イメージング領域における磁界の強さに比例
する。高品質の画像を得るために、ＭＲＩのための磁界
の強さは通常、０．５Ｔよりも大きく、２Ｔ又は３Ｔ以
下でなければならない。他方、このような大きな寸法の
マグネットの環境の影響を最小限にするために、このよ
うなマグネットによって発生される漂遊磁界を小さな体
積に制限しなければならない。例えば、ＭＲＩシステム
は病院に据え付けられることが多く、病院ではＭＲＩシ
ステムの位置を種々の電子装置及び外来の磁界が取り囲
んでいるので、装置はＭＲＩの磁界から隔離されていな
ければならないと共に、ＭＲＩシステムは、周囲の磁界
からシールドされていなければならない。一般に、ＭＲ
Ｉマグネットの５ガウスの線は、半径方向に約２．５
ｍ、及び軸方向に４．０ｍを超えることはできない。前
述の設計目標に適合するために、能動（アクティブ）シ
ールド超伝導マグネット技術が開発されてきた。
【０００４】典型的な能動シールド・マグネットは、２
組（セット）の超伝導コイルで構成されている。内側の
コイル・セットは通常、主マグネット・コイルと呼ばれ
ており、イメージング体積内に大きさの大きな一様な磁
界を発生する。主マグネット・コイルに対する従来の支
持構造は、円筒形のアルミニウムのドラムである。主コ
イルはステンレス鋼ボビンの周りに別々に巻かれてお
り、ドラムに機械加工された溝内に配置されていると共
に、ドラムの内側に沿って軸方向に間隔を置いて配置さ
れている。もう１つのセットの外側マグネット・コイル
は通常、バッキング・コイルと呼ばれており、主コイル
から間隔を置いて配置されていると共に主コイルを取り
囲んでおり、ドラムに固定された構造によって支持され
ている。マグネットの外側の漂遊磁界を相殺するよう
に、主コイルが通す電流の方向と反対の方向に、バッキ
ング・コイルは電流を通す。これは、能動（アクティ
ブ）マグネット・シールドと呼ばれる。
組（セット）の超伝導コイルで構成されている。内側の
コイル・セットは通常、主マグネット・コイルと呼ばれ
ており、イメージング体積内に大きさの大きな一様な磁
界を発生する。主マグネット・コイルに対する従来の支
持構造は、円筒形のアルミニウムのドラムである。主コ
イルはステンレス鋼ボビンの周りに別々に巻かれてお
り、ドラムに機械加工された溝内に配置されていると共
に、ドラムの内側に沿って軸方向に間隔を置いて配置さ
れている。もう１つのセットの外側マグネット・コイル
は通常、バッキング・コイルと呼ばれており、主コイル
から間隔を置いて配置されていると共に主コイルを取り
囲んでおり、ドラムに固定された構造によって支持され
ている。マグネットの外側の漂遊磁界を相殺するよう
に、主コイルが通す電流の方向と反対の方向に、バッキ
ング・コイルは電流を通す。これは、能動（アクティ
ブ）マグネット・シールドと呼ばれる。
【０００５】しかしながら、マグネットを励磁する、即
ちマグネットを磁界まで上げるプロセスで、そしてコイ
ルを超伝導温度まで冷却する際に、コイルはかなりの熱
的及び電磁的な負荷を受ける。その結果、能動マグネッ
ト・シールドは構造的な支持の点で困難な問題を生じ
る。受動シールドされたシステムと比べて、能動シール
ドされたマグネットを使用する主な理由は、受動シール
ドされたシステムでは、マグネットの周りに大量の磁気
材料、例えば鉄が必要とされるので、システムの重量及
び体積が共にかなり大きくなるからである。バッキング
・コイルを使用して重量及び体積を最小にし、こうして
能動磁気シールドの目的を実現するためには、バッキン
グ・コイル用の支持構造が比較的軽量であり、しかもＭ
ＲＩシステムの励磁及び動作の間にそれに加わるかなり
の磁気的及び熱的負荷に耐えることが重要である。又、
ＭＲＩの初期動作又は冷却の間のかなりの熱負荷にかか
わらず、且つ励磁及び動作の間に発生する電磁負荷にか
かわらず、バッキング・コイルが綿密な位置の正確さを
維持することも重要である。その結果、互いに相容れな
い熱的、磁気的及び機械的な考慮及び要因があり、これ
らの釣り合いと妥協とを図ることにより、許容可能なバ
ッキング・コイル・アセンブリを得なければならない。
ちマグネットを磁界まで上げるプロセスで、そしてコイ
ルを超伝導温度まで冷却する際に、コイルはかなりの熱
的及び電磁的な負荷を受ける。その結果、能動マグネッ
ト・シールドは構造的な支持の点で困難な問題を生じ
る。受動シールドされたシステムと比べて、能動シール
ドされたマグネットを使用する主な理由は、受動シール
ドされたシステムでは、マグネットの周りに大量の磁気
材料、例えば鉄が必要とされるので、システムの重量及
び体積が共にかなり大きくなるからである。バッキング
・コイルを使用して重量及び体積を最小にし、こうして
能動磁気シールドの目的を実現するためには、バッキン
グ・コイル用の支持構造が比較的軽量であり、しかもＭ
ＲＩシステムの励磁及び動作の間にそれに加わるかなり
の磁気的及び熱的負荷に耐えることが重要である。又、
ＭＲＩの初期動作又は冷却の間のかなりの熱負荷にかか
わらず、且つ励磁及び動作の間に発生する電磁負荷にか
かわらず、バッキング・コイルが綿密な位置の正確さを
維持することも重要である。その結果、互いに相容れな
い熱的、磁気的及び機械的な考慮及び要因があり、これ
らの釣り合いと妥協とを図ることにより、許容可能なバ
ッキング・コイル・アセンブリを得なければならない。
【０００６】従って、従来の能動シールド・マグネット
は、構造が非常に複雑であり、製造費が高かった。公知
の能動シールド・マグネットの一例が、米国特許第５、
２３７、３００号に記載されている。本明細書の図１に
示すその構成によれば、複数の主マグネット・コイル４
ａ〜４ｆが大きさの大きな非常に一様な磁界を発生す
る。主コイルは、機械加工されたポケット、即ち溝内の
円筒形のドラム２によって支持されている。ドラム２は
典型的には、アルミニウム合金で作成されている。一対
のバッキング・コイル１０ａ及び１０ｂがドラム２の部
分及び主マグネット・コイル４ａ−４ｆを同心状に取り
囲んでいる。バッキング・コイルは、主マグネット・コ
イルが電流を通す方向と反対の方向に電流を通す。これ
により、ＭＲＩシステムの外側の領域で磁界が相殺され
る。バッキング・コイルは、バッキング・コイル支持シ
リンダ又はバンド６及び８によってそれぞれ支持されて
いる。バッキング・コイルに対する支持体は、複数の支
柱（ストラット）又はプレート１２を含んでおり、これ
らの支柱又はプレート１２は、ドラム２から、即ちドラ
ムの周りのバンド１６からバッキング・コイル支持シリ
ンダ６及び８へと斜め外側に伸びている。バッキング・
コイル支持シリンダ相互の間に軸方向に、スペーシング
・ロッド１４が伸びている。
は、構造が非常に複雑であり、製造費が高かった。公知
の能動シールド・マグネットの一例が、米国特許第５、
２３７、３００号に記載されている。本明細書の図１に
示すその構成によれば、複数の主マグネット・コイル４
ａ〜４ｆが大きさの大きな非常に一様な磁界を発生す
る。主コイルは、機械加工されたポケット、即ち溝内の
円筒形のドラム２によって支持されている。ドラム２は
典型的には、アルミニウム合金で作成されている。一対
のバッキング・コイル１０ａ及び１０ｂがドラム２の部
分及び主マグネット・コイル４ａ−４ｆを同心状に取り
囲んでいる。バッキング・コイルは、主マグネット・コ
イルが電流を通す方向と反対の方向に電流を通す。これ
により、ＭＲＩシステムの外側の領域で磁界が相殺され
る。バッキング・コイルは、バッキング・コイル支持シ
リンダ又はバンド６及び８によってそれぞれ支持されて
いる。バッキング・コイルに対する支持体は、複数の支
柱（ストラット）又はプレート１２を含んでおり、これ
らの支柱又はプレート１２は、ドラム２から、即ちドラ
ムの周りのバンド１６からバッキング・コイル支持シリ
ンダ６及び８へと斜め外側に伸びている。バッキング・
コイル支持シリンダ相互の間に軸方向に、スペーシング
・ロッド１４が伸びている。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、改善された能動シールドされ
た超伝導マグネットであり、この超伝導マグネットで
は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂で作成された円筒形の
コイル支持体構造の外周表面に、主コイルが直接巻かれ
ている。同様に、ガラス繊維強化エポキシ樹脂で作成さ
れていると共に、主コイル支持体構造の直径よりも大き
い直径を有しているもう１つの円筒形のコイル支持体構
造の外周表面に、バッキング・コイルが直接巻かれてい
る。数層のアルミニウム・オーバラップ・テープが主コ
イル巻線及びバッキング・コイル巻線の上面上に巻かれ
ており、マグネットの励磁の間のコイルの半径方向外側
への変位を抑制する。
た超伝導マグネットであり、この超伝導マグネットで
は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂で作成された円筒形の
コイル支持体構造の外周表面に、主コイルが直接巻かれ
ている。同様に、ガラス繊維強化エポキシ樹脂で作成さ
れていると共に、主コイル支持体構造の直径よりも大き
い直径を有しているもう１つの円筒形のコイル支持体構
造の外周表面に、バッキング・コイルが直接巻かれてい
る。数層のアルミニウム・オーバラップ・テープが主コ
イル巻線及びバッキング・コイル巻線の上面上に巻かれ
ており、マグネットの励磁の間のコイルの半径方向外側
への変位を抑制する。
【０００８】本発明の好ましい一実施例によれば、ヘリ
ウム容器の対向端に配置されている一対のフランジを介
して、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル
・カートリッジは、固定された同心関係に保持されてい
る。主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・
カートリッジの製造の間に、それぞれのコイル支持体構
造の外径が高精度で機械加工される。又、ヘリウム容器
の各々の端フランジの内側表面に、２つの同心状の溝が
機械加工で形成されている。これらの２つの溝のそれぞ
れの直径は、室温で主コイル・カートリッジ及びバッキ
ング・コイル・カートリッジがこれらの溝に滑らかに滑
り込めるように、主コイル支持体構造及びバッキング・
コイル支持体構造の外径と合うよう精密に機械加工され
ている。
ウム容器の対向端に配置されている一対のフランジを介
して、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル
・カートリッジは、固定された同心関係に保持されてい
る。主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・
カートリッジの製造の間に、それぞれのコイル支持体構
造の外径が高精度で機械加工される。又、ヘリウム容器
の各々の端フランジの内側表面に、２つの同心状の溝が
機械加工で形成されている。これらの２つの溝のそれぞ
れの直径は、室温で主コイル・カートリッジ及びバッキ
ング・コイル・カートリッジがこれらの溝に滑らかに滑
り込めるように、主コイル支持体構造及びバッキング・
コイル支持体構造の外径と合うよう精密に機械加工され
ている。
【０００９】ヘリウム容器はアルミニウム合金で作成さ
れており、その熱膨張係数は、繊維強化エポキシ樹脂の
コイル支持体構造の熱膨張係数よりも大きい。ヘリウム
容器を液体ヘリウムで満たすと、ヘリウム容器の端フラ
ンジは、アルミニウム合金と繊維強化エポキシ樹脂の材
料との収縮差により、主コイル・カートリッジ及びバッ
キング・コイル・カートリッジを所定量の締めしろ（イ
ンタフェアレンス）でしっかりと保持している。これに
より、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル
・カートリッジに対する機械的支持が行われるのみでな
く、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・
カートリッジの半径方向の相対的位置が完全に固定され
るので、これらのカートリッジは、確実に同心関係とな
る。
れており、その熱膨張係数は、繊維強化エポキシ樹脂の
コイル支持体構造の熱膨張係数よりも大きい。ヘリウム
容器を液体ヘリウムで満たすと、ヘリウム容器の端フラ
ンジは、アルミニウム合金と繊維強化エポキシ樹脂の材
料との収縮差により、主コイル・カートリッジ及びバッ
キング・コイル・カートリッジを所定量の締めしろ（イ
ンタフェアレンス）でしっかりと保持している。これに
より、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル
・カートリッジに対する機械的支持が行われるのみでな
く、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・
カートリッジの半径方向の相対的位置が完全に固定され
るので、これらのカートリッジは、確実に同心関係とな
る。
【００１０】同じ動作原理を用いて、主コイル・カート
リッジ及びバッキング・コイル・カートリッジの軸方向
の相対的位置が固定される。ヘリウム容器の端フランジ
上の溝の深さについても精密に機械加工される。マグネ
ットの組み立て中に、ヘリウム容器の一方の端フランジ
が先ず、平らなプラットホームの上に配置される。次
に、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・
カートリッジの各々は、フランジの溝に垂直に挿入され
て配置された後に、一組のキーによって固定される。次
に、ヘリウム容器の内側及び外側のシリンダ、並びに他
方の端フランジが一緒に組み立てられて、溶接される。
ヘリウム容器及びマグネット・アセンブリの冷却後に、
アルミニウム合金のヘリウム容器と繊維強化エポキシ樹
脂コイル支持体構造との間の軸方向の収縮差により、ヘ
リウム容器の端フランジとコイル支持体構造との間の軸
方向のどの間隙も閉じて、主コイル・カートリッジ及び
バッキング・コイル・カートリッジが堅固に支持され
る。
リッジ及びバッキング・コイル・カートリッジの軸方向
の相対的位置が固定される。ヘリウム容器の端フランジ
上の溝の深さについても精密に機械加工される。マグネ
ットの組み立て中に、ヘリウム容器の一方の端フランジ
が先ず、平らなプラットホームの上に配置される。次
に、主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・
カートリッジの各々は、フランジの溝に垂直に挿入され
て配置された後に、一組のキーによって固定される。次
に、ヘリウム容器の内側及び外側のシリンダ、並びに他
方の端フランジが一緒に組み立てられて、溶接される。
ヘリウム容器及びマグネット・アセンブリの冷却後に、
アルミニウム合金のヘリウム容器と繊維強化エポキシ樹
脂コイル支持体構造との間の軸方向の収縮差により、ヘ
リウム容器の端フランジとコイル支持体構造との間の軸
方向のどの間隙も閉じて、主コイル・カートリッジ及び
バッキング・コイル・カートリッジが堅固に支持され
る。
【００１１】次に、ヘリウム容器／マグネット・アセン
ブリが、磁気共鳴画像作成のための周辺装置を取り付け
た典型的な低温真空エンクロージャ内に据え付けられ
る。
ブリが、磁気共鳴画像作成のための周辺装置を取り付け
た典型的な低温真空エンクロージャ内に据え付けられ
る。
【００１２】
【実施例】図２に示すように、本発明の好ましい実施例
によるマグネット・アセンブリは、液体ヘリウム等の冷
凍剤で満たされた漏れの無い容器（以後、「ヘリウム容
器」と呼ぶ。）を含んでいる。ヘリウム容器は、互いに
平行で対向した一対の端フランジ２４を含んでいる。図
面には、１つの端フランジ２４のみが示されている。各
々の端フランジは環状のプレートであり、アルミニウム
合金で作成されていることが好ましい。ヘリウム容器は
更に、外側の円筒形の壁２０と、内側の円筒形の壁２２
とを含んでおり、外側及び内側の円筒形の壁２０及び２
２も、アルミニウム合金で作成されている。壁２０及び
２２は互いに同心状であり、壁２０の半径は壁２２の半
径よりも大きい。図３に示すように、壁２０の両端は、
端フランジ２４の外周にそれぞれ溶接（溶接Ｗ１）され
ているが、壁２２の両端は、端フランジの内周にそれぞ
れ溶接（溶接Ｗ２）されている。最終的に封入され、溶
接されたアセンブリは、全体的に円環状（ドーナツ形
状）を有している。
によるマグネット・アセンブリは、液体ヘリウム等の冷
凍剤で満たされた漏れの無い容器（以後、「ヘリウム容
器」と呼ぶ。）を含んでいる。ヘリウム容器は、互いに
平行で対向した一対の端フランジ２４を含んでいる。図
面には、１つの端フランジ２４のみが示されている。各
々の端フランジは環状のプレートであり、アルミニウム
合金で作成されていることが好ましい。ヘリウム容器は
更に、外側の円筒形の壁２０と、内側の円筒形の壁２２
とを含んでおり、外側及び内側の円筒形の壁２０及び２
２も、アルミニウム合金で作成されている。壁２０及び
２２は互いに同心状であり、壁２０の半径は壁２２の半
径よりも大きい。図３に示すように、壁２０の両端は、
端フランジ２４の外周にそれぞれ溶接（溶接Ｗ１）され
ているが、壁２２の両端は、端フランジの内周にそれぞ
れ溶接（溶接Ｗ２）されている。最終的に封入され、溶
接されたアセンブリは、全体的に円環状（ドーナツ形
状）を有している。
【００１３】本発明の好ましい実施例によれば、ヘリウ
ム容器は、主コイル・カートリッジ２６と、バッキング
・コイル・カートリッジ２８とを収納している（図２を
参照）。両方のカートリッジとも全体的に円筒形であ
り、カートリッジ２８の半径は、カートリッジ２６の半
径よりも大きい。主コイル・カートリッジ２６は内周表
面を有しており、その半径は、ヘリウム容器の内側の円
筒形の壁２２の外周表面の半径よりも大きい。同様に、
バッキング・コイル・カートリッジ２８は外周表面を有
しており、その半径は、ヘリウム容器の外側の円筒形の
壁２０の内周表面の半径よりも小さい。
ム容器は、主コイル・カートリッジ２６と、バッキング
・コイル・カートリッジ２８とを収納している（図２を
参照）。両方のカートリッジとも全体的に円筒形であ
り、カートリッジ２８の半径は、カートリッジ２６の半
径よりも大きい。主コイル・カートリッジ２６は内周表
面を有しており、その半径は、ヘリウム容器の内側の円
筒形の壁２２の外周表面の半径よりも大きい。同様に、
バッキング・コイル・カートリッジ２８は外周表面を有
しており、その半径は、ヘリウム容器の外側の円筒形の
壁２０の内周表面の半径よりも小さい。
【００１４】図３に示すように、主コイル・カートリッ
ジ２６は、主マグネット・コイル支持体２７と、複数
（典型的には、６つ又はそれ以上）の主マグネット・コ
イルとを含んでいる。主マグネット・コイルは、主マグ
ネット・コイル支持体２７の外周表面に形成されている
環状の溝内に配置されている。図３には、それらの主マ
グネット・コイルのうちの３つのみが参照番号３６ａ、
３６ｂ及び３６ｃで示されている。主マグネット・コイ
ルは、指定された引っ張り（典型的には、３０〜６０ポ
ンド）でコイル支持体２７の上に直接巻かれている。同
様に、バッキング・コイル・カートリッジ２８は、バッ
キング・マグネット・コイル支持体２９と、複数（典型
的には、２つ又はそれ以上）のバッキング・マグネット
・コイルとを含んでいる。バッキング・マグネット・コ
イルは、バッキング・マグネット・コイル支持体２９の
外周表面に形成されている環状の溝内に配置されてい
る。図３には、それらのバッキング・マグネット・コイ
ルのうちの１つのみが参照番号３８で示されている。バ
ッキング・マグネット・コイルは、同じ指定された引っ
張りでコイル支持体２９の上に直接巻かれている。コイ
ル支持体構造２７及び２９は共に、ガラス繊維強化エポ
キシ樹脂で作成されている。数層（典型的には、４層か
ら８層）のアルミニウム・オーバラップ・テープが、主
コイル巻線及びバッキング・コイル巻線の上面上に巻か
れており、マグネットの励磁の間のコイルの半径方向外
側への変位を抑制する。
ジ２６は、主マグネット・コイル支持体２７と、複数
（典型的には、６つ又はそれ以上）の主マグネット・コ
イルとを含んでいる。主マグネット・コイルは、主マグ
ネット・コイル支持体２７の外周表面に形成されている
環状の溝内に配置されている。図３には、それらの主マ
グネット・コイルのうちの３つのみが参照番号３６ａ、
３６ｂ及び３６ｃで示されている。主マグネット・コイ
ルは、指定された引っ張り（典型的には、３０〜６０ポ
ンド）でコイル支持体２７の上に直接巻かれている。同
様に、バッキング・コイル・カートリッジ２８は、バッ
キング・マグネット・コイル支持体２９と、複数（典型
的には、２つ又はそれ以上）のバッキング・マグネット
・コイルとを含んでいる。バッキング・マグネット・コ
イルは、バッキング・マグネット・コイル支持体２９の
外周表面に形成されている環状の溝内に配置されてい
る。図３には、それらのバッキング・マグネット・コイ
ルのうちの１つのみが参照番号３８で示されている。バ
ッキング・マグネット・コイルは、同じ指定された引っ
張りでコイル支持体２９の上に直接巻かれている。コイ
ル支持体構造２７及び２９は共に、ガラス繊維強化エポ
キシ樹脂で作成されている。数層（典型的には、４層か
ら８層）のアルミニウム・オーバラップ・テープが、主
コイル巻線及びバッキング・コイル巻線の上面上に巻か
れており、マグネットの励磁の間のコイルの半径方向外
側への変位を抑制する。
【００１５】コイル支持体２７及び２９は、ヘリウム容
器の両端に配置されている端フランジ２４によって、固
定された同心関係に保持されている。主コイル・カート
リッジ及びバッキング・コイル・カートリッジの製造の
間に、それぞれのコイル支持体２７及び２９の外径は高
精度に機械加工される。又、ヘリウム容器の各々の端フ
ランジ２４の内側表面に、同心状の２つの溝が機械加工
で形成される。これらの２つの溝のそれぞれの直径は、
室温で主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル
・カートリッジがこれらの溝に滑らかに滑り込めるよう
に、主コイル支持体２７及びバッキング・コイル支持体
２９の外径と合うよう精密に機械加工される。主マグネ
ット・コイル支持体２７の両端は、それぞれの端フラン
ジ２４に形成されている環状の溝であって、半径が小さ
い方の環状の溝に挿入される。バッキング・マグネット
・コイル支持体２９の両端は、それぞれの端フランジに
形成されている環状の溝であって、半径が大きい方の環
状の溝に挿入される。図３では、一方の端フランジにつ
いてのみ示されている。
器の両端に配置されている端フランジ２４によって、固
定された同心関係に保持されている。主コイル・カート
リッジ及びバッキング・コイル・カートリッジの製造の
間に、それぞれのコイル支持体２７及び２９の外径は高
精度に機械加工される。又、ヘリウム容器の各々の端フ
ランジ２４の内側表面に、同心状の２つの溝が機械加工
で形成される。これらの２つの溝のそれぞれの直径は、
室温で主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル
・カートリッジがこれらの溝に滑らかに滑り込めるよう
に、主コイル支持体２７及びバッキング・コイル支持体
２９の外径と合うよう精密に機械加工される。主マグネ
ット・コイル支持体２７の両端は、それぞれの端フラン
ジ２４に形成されている環状の溝であって、半径が小さ
い方の環状の溝に挿入される。バッキング・マグネット
・コイル支持体２９の両端は、それぞれの端フランジに
形成されている環状の溝であって、半径が大きい方の環
状の溝に挿入される。図３では、一方の端フランジにつ
いてのみ示されている。
【００１６】ヘリウム容器はアルミニウム合金で作成さ
れており、その熱膨張係数は、繊維強化エポキシ樹脂の
コイル支持体構造の熱膨張係数よりも大きい。ヘリウム
容器を液体ヘリウムで満たすと、ヘリウム容器及びその
内部のマグネット・カートリッジの温度が低下するの
で、それぞれの材料が収縮する。アルミニウム合金とガ
ラス繊維強化エポキシ樹脂との収縮差により、ヘリウム
容器はコイル支持体よりも大きく収縮する。この熱収縮
の差の１つの結果として、ヘリウム容器の各々の端フラ
ンジ２４は、主コイル・カートリッジ２６及びバッキン
グ・コイル・カートリッジ２８を所定量の締めしろでし
っかりと保持する。これにより、主コイル・カートリッ
ジ及びバッキング・コイル・カートリッジに対する機械
的支持が行われると共に、主コイル・カートリッジ及び
バッキング・コイル・カートリッジの半径方向の相対的
位置が固定されて、これらのカートリッジは、確実に同
心関係となる。
れており、その熱膨張係数は、繊維強化エポキシ樹脂の
コイル支持体構造の熱膨張係数よりも大きい。ヘリウム
容器を液体ヘリウムで満たすと、ヘリウム容器及びその
内部のマグネット・カートリッジの温度が低下するの
で、それぞれの材料が収縮する。アルミニウム合金とガ
ラス繊維強化エポキシ樹脂との収縮差により、ヘリウム
容器はコイル支持体よりも大きく収縮する。この熱収縮
の差の１つの結果として、ヘリウム容器の各々の端フラ
ンジ２４は、主コイル・カートリッジ２６及びバッキン
グ・コイル・カートリッジ２８を所定量の締めしろでし
っかりと保持する。これにより、主コイル・カートリッ
ジ及びバッキング・コイル・カートリッジに対する機械
的支持が行われると共に、主コイル・カートリッジ及び
バッキング・コイル・カートリッジの半径方向の相対的
位置が固定されて、これらのカートリッジは、確実に同
心関係となる。
【００１７】この熱収縮の差のもう１つの結果として、
主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・カー
トリッジの軸方向の相対的位置が固定される。ヘリウム
容器の端フランジの製造中に、各々の端フランジ２４上
の環状の溝の深さについて精密に機械加工される。マグ
ネットの製造中に、ヘリウム容器の一方の端フランジは
プラットホームの上に平らに配置される。次に、主コイ
ル・カートリッジ及びバッキング・コイル・カートリッ
ジの各々は、それぞれの環状の溝に垂直に挿入され、コ
イル支持体の挿入端の半径方向の端面が端フランジ内の
環状の溝の下部壁上に位置する。次に、図２に示すよう
に、主マグネット・コイル・カートリッジ２６の外周の
回りに複数のラッチ３０を据え付けることにより、主マ
グネット・コイル・カートリッジ２６は端フランジ２４
に固定される。
主コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・カー
トリッジの軸方向の相対的位置が固定される。ヘリウム
容器の端フランジの製造中に、各々の端フランジ２４上
の環状の溝の深さについて精密に機械加工される。マグ
ネットの製造中に、ヘリウム容器の一方の端フランジは
プラットホームの上に平らに配置される。次に、主コイ
ル・カートリッジ及びバッキング・コイル・カートリッ
ジの各々は、それぞれの環状の溝に垂直に挿入され、コ
イル支持体の挿入端の半径方向の端面が端フランジ内の
環状の溝の下部壁上に位置する。次に、図２に示すよう
に、主マグネット・コイル・カートリッジ２６の外周の
回りに複数のラッチ３０を据え付けることにより、主マ
グネット・コイル・カートリッジ２６は端フランジ２４
に固定される。
【００１８】図５に示すように、各々のラッチ３０は、
ねじ山の付いた締め金具４４によって端フランジ２４に
取り付けられている。ラッチ３０は突出部を有してお
り、この突出部は、締め金具４４を十分に締めると、リ
ップ２７ａに当接する。従って、その位置で突出部は、
端フランジから離れる方向への内側コイル支持体２７の
軸方向の変位を阻止する。外周の回りに間隔を置いて複
数のラッチ３０を据え付けること（図２を参照）によ
り、主マグネット・コイル・カートリッジ２６は端フラ
ンジ２４に対する軸方向の変位に対して固定されると共
に、後続の組み立て手順の間に、容器の中心線に対する
カートリッジ２６の片揺れ（ヨーイング）が防止され
る。
ねじ山の付いた締め金具４４によって端フランジ２４に
取り付けられている。ラッチ３０は突出部を有してお
り、この突出部は、締め金具４４を十分に締めると、リ
ップ２７ａに当接する。従って、その位置で突出部は、
端フランジから離れる方向への内側コイル支持体２７の
軸方向の変位を阻止する。外周の回りに間隔を置いて複
数のラッチ３０を据え付けること（図２を参照）によ
り、主マグネット・コイル・カートリッジ２６は端フラ
ンジ２４に対する軸方向の変位に対して固定されると共
に、後続の組み立て手順の間に、容器の中心線に対する
カートリッジ２６の片揺れ（ヨーイング）が防止され
る。
【００１９】バッキング・マグネット・コイル・カート
リッジ２８は、図４の側面図に示されたＴ字形のキー３
４によって、端フランジ２４に対して軸方向に保持され
ている。端フランジと向かい合っているキー・ヘッドの
側面は、面取り部を有している。この面取り部は、キー
３４と端フランジ２４とを接合する溶接Ｗ３を形成する
ように溶接材料で満たされている溶接溝の画定してい
る。キー３４のシャフトは、バッキング・マグネット・
コイル支持体２８に機械加工された円形断面の半径方向
の中孔４６にきちんと嵌まる。従って、キー３４を端フ
ランジ２４に溶接したときに、端フランジ２４から離れ
る方向への外側コイル支持体２９の軸方向の変位がその
位置で阻止される。外周の回りに間隔を置いて複数のラ
ッチ３０を据え付けること（図２を参照）により、バッ
キング・マグネット・コイル・カートリッジ２８は端フ
ランジ２４に対する軸方向の変位に対して固定されると
共に、後続の組み立て手順の間に、容器の中心線に対す
るカートリッジ２８の片揺れが防止される。
リッジ２８は、図４の側面図に示されたＴ字形のキー３
４によって、端フランジ２４に対して軸方向に保持され
ている。端フランジと向かい合っているキー・ヘッドの
側面は、面取り部を有している。この面取り部は、キー
３４と端フランジ２４とを接合する溶接Ｗ３を形成する
ように溶接材料で満たされている溶接溝の画定してい
る。キー３４のシャフトは、バッキング・マグネット・
コイル支持体２８に機械加工された円形断面の半径方向
の中孔４６にきちんと嵌まる。従って、キー３４を端フ
ランジ２４に溶接したときに、端フランジ２４から離れ
る方向への外側コイル支持体２９の軸方向の変位がその
位置で阻止される。外周の回りに間隔を置いて複数のラ
ッチ３０を据え付けること（図２を参照）により、バッ
キング・マグネット・コイル・カートリッジ２８は端フ
ランジ２４に対する軸方向の変位に対して固定されると
共に、後続の組み立て手順の間に、容器の中心線に対す
るカートリッジ２８の片揺れが防止される。
【００２０】図２に示すように、一対のバー形状のキー
３２を据え付けることにより、マグネット・コイル・カ
ートリッジ２６及び２８の相対的な円周方向の変位が防
止される。ねじ山の付いた一対の締め金具４２（図４を
参照）によって、各々のキー３２は端フランジ２４に取
り付けられている。キー３２には、半径方向の丸いスロ
ット５２が設けられており、締め金具４２のシャフトは
スロット５２を通過している。据え付けられた位置で、
キー３２の一端は、内側コイル支持体２７のリップ２７
ａに形成されている軸方向の溝４８と噛み合っている。
キー３２の他端は、端フランジ内の半径方向外側の環状
の溝と接触している外側コイル支持体２９の端面に形成
されている半径方向の溝５０と噛み合っている。
３２を据え付けることにより、マグネット・コイル・カ
ートリッジ２６及び２８の相対的な円周方向の変位が防
止される。ねじ山の付いた一対の締め金具４２（図４を
参照）によって、各々のキー３２は端フランジ２４に取
り付けられている。キー３２には、半径方向の丸いスロ
ット５２が設けられており、締め金具４２のシャフトは
スロット５２を通過している。据え付けられた位置で、
キー３２の一端は、内側コイル支持体２７のリップ２７
ａに形成されている軸方向の溝４８と噛み合っている。
キー３２の他端は、端フランジ内の半径方向外側の環状
の溝と接触している外側コイル支持体２９の端面に形成
されている半径方向の溝５０と噛み合っている。
【００２１】カートリッジ２６及び２８が端フランジ２
４に固定された後に、ヘリウム容器の内側の円筒形の壁
２２、外側の円筒形の壁２０、及び他方の端フランジが
一緒に組み立てられて、溶接される。ヘリウム容器及び
マグネット・アセンブリの冷却後に、アルミニウム合金
のヘリウム容器と繊維強化エポキシ樹脂コイル支持体と
の間の軸方向の収縮差により、ヘリウム容器の端フラン
ジとコイル支持体との間の軸方向のどの間隙も閉じ、主
コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・カート
リッジは堅固に支持される。
４に固定された後に、ヘリウム容器の内側の円筒形の壁
２２、外側の円筒形の壁２０、及び他方の端フランジが
一緒に組み立てられて、溶接される。ヘリウム容器及び
マグネット・アセンブリの冷却後に、アルミニウム合金
のヘリウム容器と繊維強化エポキシ樹脂コイル支持体と
の間の軸方向の収縮差により、ヘリウム容器の端フラン
ジとコイル支持体との間の軸方向のどの間隙も閉じ、主
コイル・カートリッジ及びバッキング・コイル・カート
リッジは堅固に支持される。
【００２２】説明のため、本発明の好ましい実施例を開
示してきた。本発明の広い概念から逸脱しない変更及び
変形は、能動シールドされた超伝導マグネットの設計の
当業者はに容易に考え付き得る。このような変更及び変
形をすべて包含するように、特許請求の範囲は記述され
ている。
示してきた。本発明の広い概念から逸脱しない変更及び
変形は、能動シールドされた超伝導マグネットの設計の
当業者はに容易に考え付き得る。このような変更及び変
形をすべて包含するように、特許請求の範囲は記述され
ている。
【図１】従来の能動シールドされた超伝導マグネット・
アセンブリの概略側断面図である。
アセンブリの概略側断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例によるヘリウム容器／
マグネット・アセンブリの概略内部端図である。
マグネット・アセンブリの概略内部端図である。
【図３】図２に示すヘリウム容器／マグネット・アセン
ブリの、線３−３に沿って断面を見たときの概略部分断
面図である。
ブリの、線３−３に沿って断面を見たときの概略部分断
面図である。
【図４】図２に示すヘリウム容器／マグネット・アセン
ブリの、線４−４に沿って断面を見たときの概略部分断
面図である。
ブリの、線４−４に沿って断面を見たときの概略部分断
面図である。
【図５】図２に示すヘリウム容器／マグネット・アセン
ブリの、線５−５に沿って断面を見たときの概略部分断
面図である。
ブリの、線５−５に沿って断面を見たときの概略部分断
面図である。
２０ ヘリウム容器の外側の円筒形の壁 ２２ ヘリウム容器の内側の円筒形の壁 ２４ 一対の端フランジ ２７ 主マグネット・コイル支持体 ２９ バッキング・マグネット・コイル支持体 ３６ａ 主マグネット・コイル ３８ バッキング・マグネット・コイル Ｗ１、Ｗ２ 溶接
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・エフ・ロックナー アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、ヤング・チャールス・ドラ イブ、3200番
Claims (10)
- 【請求項１】 対向している第１及び第２の端フランジ
（２４）であって、該端フランジの各々は、内面に形成
されている環状の溝を有している、第１及び第２の端フ
ランジ（２４）と、該第１及び第２の端フランジにそれ
ぞれ接続されている第１及び第２の端を有している外側
の円筒形の壁（２０）と、前記第１及び第２の端フラン
ジにそれぞれ接続されている第１及び第２の端とを有し
ている内側の円筒形の壁（２２）であって、前記外側の
円筒形の壁により取り囲まれている内側の円筒形の壁
（２２）とを含んでいる容器と、 該容器内に収納されていると共に、前記第１及び第２の
端フランジの前記環状の溝にそれぞれ挿入されている第
１及び第２の端を有している円筒形のコイル支持体（２
７）であって、外側表面に形成されている円周状の溝を
有しているコイル支持体（２７）と、 前記コイル支持体の前記円周状の溝に配置されているマ
グネット・コイル（３６ａ）とを備えたマグネット・ア
センブリ。 - 【請求項２】 前記コイル支持体は、ガラス繊維強化エ
ポキシ樹脂で作成されている請求項１に記載のマグネッ
ト・アセンブリ。 - 【請求項３】 前記内側の円筒形の壁、前記外側の円筒
形の壁、並びに前記第１及び第２の端フランジは、アル
ミニウム合金で作成されている請求項２に記載のマグネ
ット・アセンブリ。 - 【請求項４】 前記マグネット・コイルは、前記コイル
支持体上に直接巻かれている請求項１に記載のマグネッ
ト・アセンブリ。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の端フランジの各々
は、半径方向外側の周囲と、半径方向内側の周囲とを有
している環状のプレートであり、前記外側の円筒形の壁
の前記第１及び第２の端は、前記第１及び第２の端フラ
ンジの前記半径方向外側の周囲にそれぞれ溶接（Ｗ１）
されており、前記内側の円筒形の壁の前記第１及び第２
の端は、前記第１及び第２の端フランジの前記半径方向
内側の周囲にそれぞれ溶接（Ｗ２）されている請求項１
に記載のマグネット・アセンブリ。 - 【請求項６】 互いに同心状の内側及び外側の円筒形の
壁（２０、２２）を含んでいる容器であって、前記内側
の円筒形の壁と前記外側の円筒形の壁との間の環状の体
積が、該内側及び外側の円筒形の壁に接続されている第
１及び第２の環状プレート（２４）により閉じられてい
る、容器と、 該容器内に収納されていると共に、前記第１及び第２の
環状プレートにそれぞれ接触している第１及び第２の端
面を有している円筒形の外側コイル支持体（２９）であ
って、外側表面に形成されている円周状の溝を有してい
る円筒形の外側コイル支持体（２９）と、 前記容器内に収納されていると共に、前記第１及び第２
の環状プレートにそれぞれ接触している第１及び第２の
端面を有している円筒形の内側コイル支持体（２７）で
あって、外側表面に形成されている円周状の溝を有して
いる円筒形の内側コイル支持体（２９）と、 前記内側コイル支持体の前記円周状の溝に配置されてい
る第１のマグネット・コイル（３６ａ）と、 前記外側コイル支持体の前記円周状の溝に配置されてい
る第２のマグネット・コイル（３８）とを備えており、 前記内側及び外側の円筒形の壁は、第１の熱膨張係数を
有している第１の材料で作成されており、前記内側及び
外側コイル支持体は、第２の熱膨張係数を有している第
２の材料で作成されており、前記第２の熱膨張係数は、
前記第１の熱膨張係数よりも小さいマグネット・アセン
ブリ。 - 【請求項７】 前記第１の材料は、金属合金であり、前
記第２の材料は、強化エポキシ樹脂である請求項６に記
載のマグネット・アセンブリ。 - 【請求項８】 前記金属合金は、アルミニウム合金であ
り、前記強化エポキシ樹脂は、ガラス繊維で強化されて
いる請求項７に記載のマグネット・アセンブリ。 - 【請求項９】 前記第１のマグネット・コイルは、前記
内側コイル支持体上に直接巻かれており、前記第２のマ
グネット・コイルは、前記外側コイル支持体上に直接巻
かれている請求項６に記載のマグネット・アセンブリ。 - 【請求項１０】 前記第１及び第２の環状プレートの各
々は、一方の側面に形成されている互いに同心の第１及
び第２の環状の溝を有しており、前記内側コイル支持体
は、前記第１及び第２の端フランジの前記第１の環状の
溝にそれぞれ挿入されている第１及び第２の端を有して
おり、前記外側コイル支持体は、前記第１及び第２の端
フランジの前記第２の環状の溝にそれぞれ挿入されてい
る第１及び第２の端を有している請求項６に記載のマグ
ネット・アセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/581,100 US5668516A (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Simplified active shield superconducting magnet assembly for magnetic resonance imaging |
| US08/581100 | 1995-12-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283322A true JPH09283322A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3940454B2 JP3940454B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=24323884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34918596A Expired - Fee Related JP3940454B2 (ja) | 1995-12-29 | 1996-12-27 | マグネット・アセンブリ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5668516A (ja) |
| EP (1) | EP0782006B1 (ja) |
| JP (1) | JP3940454B2 (ja) |
| DE (1) | DE69609483T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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