JPS6050043B2 - コイル構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコイル構造に関するものである。

特に一般構造の上に複数の独特のコイルを施し、相互に
直角方向をなす磁場を形成する構造に関するものである
。コイル支持の構造に関しては、インダクタンス及び変
圧器について、１つのコイルによつてつくられた磁場を
他のコイルに結合する機能を含めて種々異なつた配列が
知られている。

併し、磁場の直接結合が意味ある範囲まで起らず、また
磁場の方向付けに非常に正確性を要求せられるコイル構
造の場合は、殆んど研究がなされていなかつた。従つて
、本発明は少くとも２つの相互に直角の方向に正確に方
向づけられた磁場を形成するコイル構造に対する要求を
満たそうとするものである。本発明においては、円筒形
又は縦軸を有する回転面よりなるコイル支持体を構成し
、２つの周溝即ち放射状平面を占有する円形溝とコイル
形成体．の母線に沿つてのびる軸方向溝とを有するコイ
ル形成体が用いられている。

軸方向磁場の形成による強力な電磁結合は上記円形溝内
に巻かれたワイヤーによつて与えられ、上記コイル形成
体内の区域に結合のための横方向磁場は縦方向即ちコイ
ル！形成体内で軸方向にのびる溝内に収容され、該溝に
沿つて下方、後方に走るワイヤーを含むコイルによつて
与えられる。上記コイル形成体が核磁気共鳴ジャイロス
コープに用いられるときは、核磁気共鳴ガスサンプルの
様な磁楊共鳴物質をコイルく内に取付けることができる
。この場合には相互に直角をなす２つの磁場が通常１対
のコイルによつて与えられ、その各々はコイル形成体中
の軸方向の溝に沿つてのびるワイヤーを含み、それらの
コイルはコイル成形体内の物質がコイル形成体を通して
照明をおくること等によつて直接に照らされ得るように
透明であることができる。この結果つくられた結合配列
は３つの相互直角方向に沿う結合を供与するもので、そ
の１つはコイルの軸の方向てある。本発明は外面が導電
体を収容する溝を有する回転面を含む支持体を有する特
に核磁気共鳴ジャイロスコープに用いるコイル構造にお
いて、上記のフ溝の１組の溝の各々が回転軸に関し放射
状に方向付けられた平面を占有し、且つ少くとも１つの
個別導電体を収容する他の溝が少くとも１つの軸方向に
方向付けられた平面を占有し、それによつて、付勢され
たとき、少くとも２つの相互に直角７の磁場を形成する
少くとも２つの分離コイルを形成することを特徴とする
コイル構造を供与する。

本発明に実施態様において、回転面は円筒形表面であつ
てもよい。支持体は中空の円筒形が適しており、放射状
に方向付けられた平面を占有するノ溝は円形で、軸方向
に方向付けられた平面を占有する溝は上記円筒形表面の
母線に沿つてのびることが適切である。更に本発明の実
施態様の特徴によれば、放射状に方向付けられた平面を
占有する溝の中に収容された導電体は多数の事実上完全
な巻線を形成し各巻回は個別の放射状平面内に置かれて
おり、隣接巻回の各対は軸方向に方向付けされた平面を
占有する溝の短い長さ内に収容された導電体の短い長さ
によつて相互連結されている。

更に軸方向に方向付けられた平面を占有する溝内に収容
された導電体は適切には一方の軸方向の１つの溝を通じ
てのび反対の軸方向の他の溝を通じて連続することによ
りコイルを形成している。このようにして１対の平行コ
イルを用いることができ、各コイルは支持体の対称的に
相対する側部において軸方向溝を通つてのびる導電体に
よつて形成される。更に、特に２つの個別の横の直角の
磁場を得るためには、２つのコイルが供与され得る。そ
の２つのコイルの各コイルは２つの軸方向平面の１つを
占有し、更に該各コイルは他方コイルの平面に関し垂直
に方向づけられた軸方向を占有する溝の中に収容された
導電体によつて形成される。実際的には、上記導電体は
通常ワイヤーてある。

又、個別コイル間の干渉を防止するためには、放射状に
方向付けられた平面を占有する溝の深さは軸方向の平面
を占有する溝の深さと異なつているのがよい。核磁気共
鳴ジャイロスコープに用いられるときは、核磁気共鳴セ
ルがコイル構造内に取付けられ−るが、コイル支持体は
透明物質にてつくることができ、その透明構造を通して
照される。

さて、上記コイル形成体即ち支持体の軸に沿う正確な磁
場の方向付は、適切には円形を有し、且つ上記コイル形
成体の軸に直角に方向付けられた平面を占有する溝の内
の導電体を用いることと、軸方向溝の１つに沿つて該導
体一通常ワイヤーをそのコイルの隣接巻回間の短い距離
通過させることにより、完成されるコイルの隣接巻回間
の連結とにより供与せられるものとみることができる。

本発明を図面を参照して詳細に説明することとする。第
１図は支持体１２を構成するコイル形成体を示す、これ
は１実施例では長さ約２５４７ｍ（１０インチ）、外径
約１０２萌（４インチ）である。

該支持体は中空円筒形をなし、その壁の厚さは約３．７
７ｒ０ｆＬ（４）．１５０インチ）である。上記円筒形
状物即ち支持体１２の外表面には放射状にのびる平面を
占有する多数の円形の溝１４と上記円筒形状物の母線に
沿つて軸方向にのびる１鉢の溝１６Ａ，１６Ｂとが設け
られている。

これら放射状及び軸方向の溝には細い絶縁導電体一ワイ
ヤが適当−が巻かれており、付勢するとき、上記支持体
軸に共軸的に且つその横方向に方向付けられた磁場が形
成させられる。第２図はコイル支持体１２を図表式に示
した端面図であり、磁場共鳴セル１８及び照明源２０を
図表式に示している。

該照明源は若しコイル支持体が透明ならば矢印４２にて
示す通りコイル支持体を通してセル１８の上に光を注ぐ
ことがてきる。これにつき米国特許出願第７１４９７８
号の部継続特許出願第８４２３６８号、出願日１９７７
年１０月１４阻現在米国特許第４１５７４９５号、発行
日１９７師６月５日、Ｉｎｔ．Ｃｌ．ＧＯｌＲ３８／０
８．が参照される。

本発明に開示されているコイル形成体は上記米国特許出
願に記載されているＶｂを装置に用いて、第２図に示す
如き核磁気共鳴セル１８との連結を供与すること即ち磁
場を与えることができる。上述の通り、支持体１２の周
囲には一定間隔をおいて１２Ｘ．の軸方向溝１６Ａ及び
１６Ｂがある。

第４及び５図に関連して以下に述べる通り、４つの溝１
６Ａは比較的広いが、８つの溝１６Ｂ−１，１６Ｂ−２
，１６Ｂ−４，１６Ｂ−５，１６Ｂ−７，１６Ｂ−８，
１６Ｂ−１０，１６Ｂ−１１、は稍々狭い。第２図から
見ることができるように、１２本の溝は時計の文字盤に
ほぼ同じ位置にコイル支持体の周囲に一定間隔をおいて
つくられている。広い溝１６Ａは時計の文字盤の３、６
、９、１２時の位置に相当し、狭い溝１６Ｂは１、２、
４、５、７、８、１０１１１時の位置に相当している。

第３図は周の構成即ち支持体１２の周りにのびる放射状
溝１４を示す断面詳細図である。上述の通り支持体１２
の厚さは約３．８順（０．１５インチ）である。溝１４
は深さ約０．３ＴｗＬ（０．０１２インチ）であり、巾
も大体これと同じあり得る。溝１４の内に直径０．２５
４？（０．０１０インチ）、厚さ約０．０１２？（４）
．０００５インチ）の絶縁層をもつ細い銅線をおく。こ
れにより絶縁銅線２２の全直径は約０．２７８薗（イ）
．０１１インチ）となる。第４及び５図は夫々軸方向溝
１６Ｂの１本及び軸方向溝１６Ａの１本の断面図てあ。

これら軸方向溝１６Ａ及び１６Ｂの夫々は巾約０．７６
２噸（４）．０３０インチ）てある。溝１６Ａ及び１６
Ｂの深さは事実上放射状溝１４の深さより深い。これに
よつて、溝１６Ａ及び１６Ｂに先にワイヤーを挿入し、
その後で放射状円形溝１４の中にワイヤー２２を挿入し
てコイル巻きをしても、溝１６Ａ及ｊび１６Ｂ中に最初
巻いたワイヤーの不当な突出の結果としてワイヤーの妨
害変形なくして巻くことができる。上述の通り、核磁気
共鳴ジャイロスコープに適用するためにはコイル支持体
１２の軸に直角方向；に比較的弱い磁場を得ることが望
ましい。

セル１８に適用する弱い磁場て支持体１２に直角方向を
なす磁場をつくるため第１のコイルを軸方向溝１６Ｂ−
２に沿つてのび、軸方向溝１６Ｂ−１０に沿つて後方へ
かえるワイヤーを用いて形成する。溝１６フＢ−２は狭
くて時計の文字盤になぞらえて示した数字２の位置にお
かれた１６Ｂ−タイプの溝てある。同様に溝１６Ｂ−１
０は時計の１叫の位置におかれた狭い１ω一タイプの溝
てある。溝１６Ｂ−４と１６Ｂ−８中のワイヤーによつ
て形成される第２コイルは溝１６Ｂ−２と１６Ｂ−１０
中のワイヤーの第１コイルの磁場を補強する磁場を供与
する。故に、第２図の図面において垂直に磁場が与えら
れるときは上方及び下方のコイルは、上述の通り付勢さ
れてコイル支持体１２の中央において、次いでセル１８
の近傍にて補強磁場を与える。回路の連続性保持のため
、１６Ｂ溝中の軸方向ワイヤの対応する対はワイヤー全
長の周弧によつて相互連結される。

周囲円周溝相互結合をもつ溝１６Ｂ−７及び１６Ｂ−１
１内のワイヤーの第１コイル及び軸方向溝１６Ｂ−１及
び１６Ｂ−５を沿つてのびるワイヤーの第２コイルを含
むコイルの他の１対は第２図の図面において水平方向に
沿つて磁楊をつくる役目をなす。

従つて上述の如き構造はコイル支持体１２の軸に沿う比
較的強い磁場と２つの比較的弱い結合配列を供与し、こ
れによつて３つの相互に直角の磁場即ち回路を結合する
磁場を形成する。第６図は軸方向溝１６Ａの１本が放射
状溝１４の１組に交わる状態を示したものである。

第６図には溝１４が放射状にのびる平面を占有したとき
の該溝の方向付けがはつきり示されている。螺旋状溝を
もち１つの巻回より次の隣接する巻回にきめられた転移
点もなく連続的に移つてゆくのではなく本発明の配列で
は溝１４が完全に円形であり，正確に放射状平面の中に
置かれ、隣接する巻回の対はすべて溝１６Ａの中に収容
されているワイヤーの短い長さによつて相互連結されて
いる。更に特に絶縁銅線巻回２６は２８の点にて２回曲
けられ、上記銅線の巻回３０として次の隣接する放射！
状溝にすすんている。同様に、巻，回３０は溝１４の１
つの中て支持体１２の周りを殆んど完全に１回まわつた
後３２の点で２回曲がり、次の隣接する放射状溝１４の
中で巻回３４として続いてい＊る。ΣＨｘ（Ｘ．．Ｏ）
＝４１ｂ〔（（ｘ−ａ）２＋Ｂ２）−１十８る。

更に補足すると巾広い溝１６Ａ中の２８，３２等の点に
おける結合長さは、若し除去しておかなければ、コイル
支持体１２内に望ましくない磁場の横方向成分をつくる
であろうところの軸方向電流成分をもつことに留意する
必要がある。

従つて、溝１４の中にワイヤーを置いてコイルを巻く前
後に反対方向に電流を流動するためのワイヤーの追加長
さが第６図に示される巾広の溝１６Ａのノ全長に沿つて
置かれる。これによつて２８，３２等の点にて短い相互
したワイヤー長さによつてつくられる磁場は正確に除去
されることとなる。第７図は溝１６Ｂの中におかれた上
述のワイヤーの様な軸方向のワイヤーにてつくられたコ
イルによつて生ずる磁場を解析するに用うる図表である
。更に特に第７図においては４一導体形状のものが考え
られ、その結果の磁場は原点０における均一度に対して
解析される。そしてそれはコイル支持体１２の中央に相
当する。第７図において上部２つの導体が一方の方向に
電流を搬送し、プラスの符号にて示され、下部の１つの
導体が反対の方向へ電流を搬送し、マイナスの符号にて
示されている。これは溝１６Ｂ−７及び１６Ｂ−１１の
中にワイヤーを入れたコイルを溝１６Ｂ−１及び１６Ｂ
−５の中にワイヤーを入れたコイルとを用いた水平磁場
にほぼ該当している。これを数学的に示すと次の通りで
ある。Ｘ軸に沿う点Ｘにおける磁場を考えると、次の式
にてあられされる。

さて、吾々は主として２つのコイルの中央を通る磁場に
興味を有するので、Ｙ＝０と置き、Ｘｌｌｔｈクに沿う
磁場に注意を限定することとする。

そこでＹ＝０とすると式（２）は次式（３）に等しいこ
ととなさてＸに関して磁場Ｈｘの第２図函数をとり、吾
々が第２導函数即ち傾斜における変化が０である位置に
興味あることを示すためにｘ＝０とおき式を解くとｂ（
５ａの関係が次式の如くなることがわかる。 ｂ
＝Ｊ？ （４）勿論、（４）式に
記載された関係は３０゜の角度に限定されており、これ
は溝１６Ｂ−７及び１６Ｂ−１１中に軸方向にのびるコ
イルと溝１６Ｂ−１に沿う方向にのび溝１６Ｂ−５に沿
つてもとにもどるコイルとの関係である。

故に、これら放射状溝とその中におかれたコイルは磁場
の方向に沿う磁郷の傾斜が０であるのみならず第２導函
数損ち磁場特徴の変曲点がまたＯに等しい磁場を供与す
べく配列される。従ってそのコイルは適正の状態でおか
れている。結局、こ）に開示した実施態様は相互に直角
をなす弱い磁場のみならす強い軸方向磁場を励起するに
適していることは明らかである。

又正確な構造から出発していることも明らかである。例
えば、本発明は放射状溝より深い軸方向溝をもつのでな
く、その反対が用いられ、巻線間の干渉を避けるように
なつている。更に円筒形の代りに、釣合のとれた円錐形
扁球又は球形の１対を用うることがてきる、其の他外部
に溝を設けた表面をもつ簡単な回転体を用うことができ
る。更に若し要求−あれは横磁場コイルのための溝は放
射状にのびるより寧ろ曲げるｔとができる。又少数の放
射状溝をい用いることができることに注意せられたい。
例えば僅か４つの溝にて、弱い垂直及び水平の磁場に対
する４つのコイルのすべてを上記溝の中におくことがで
き、転移部分即ち２８，３２等の位置における相互結合
長さをまた上記溝の１つの中におくことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコイル構造の一実施例の側面図であり
、第２図は第１図のコイルの端面図にて照明源と核磁気
共鳴セルを示し、第３図〜第５図はコイルの外面中の放
射状及び軸方向溝の形を示す詳細断面図であり、第６図
は次の隣接旋回に対する放射状コイルの旋回の連結を示
す詳細図であり、第７図に横磁場形状の分析に用いられ
るダイヤグラムを示す。 〔主要なる符号の説明〕、１２：コイル支持体、１４：
回転軸に関し、放射状に方向付けられた平面を占有する
溝、１６Ａ，１６Ｂ：回転軸方向に方向付けられた平面
を占有する溝、２２：導体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外面が導電体を収容する溝を有する回転面を含む支
   持体を有する特に核磁気共鳴ジャイロスコープに用いう
   るコイル構造において、上記の溝の１組の溝１４の各々
   が回転軸に関し放射状に方向付けられた平面を占有し、
   且つ少なくとも１つの個別導電体を収容する他の溝１６
   Ａ、１６Ｂが少なくとも１つの軸方向に方向付けられた
   平面を占有し、それによつて、付勢されたとき少くとも
   ２つの相互に直角の磁場を形成する少くとも２つの分離
   コイルを形成することを特徴とするコイル構造。 ２ 上記回転面が円筒形面であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項によるコイル構造。 ３ 上記支持体が中空で円筒形であり、放射状に方向付
   けられた平面を占有する溝１４が円形をなしていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項によるコイル構造。 ４ 軸方向に方向付けられた平面を占有する上記溝１６
   Ａ、１６Ｂが円筒形面の母線に沿つてのびていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項によるコ
   イル構造。５ 放射状に方向付けられた平面を占有する
   上記溝１４内に収容されている導電体が複数の事実上完
   全な巻回３０、３２、３４を構成し、各巻回は個別の放
   射状平面内に位置し、燐接巻回の各対が軸方向に方向付
   けられた平面を占有する溝１６Ａの短い長さ内に収容さ
   れている上記導電体の短い長さ２８、３２によつて相互
   連結されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第４項の何れかの１項によるコイル構造。 ６ 軸方向に方向付けられた平面と占有する溝１６Ｂ内
   に収容されている導電体が一方の軸方向における溝１６
   Ｂ＿２または１６Ｂ＿４を通つてのび反対の軸方向にお
   ける他の溝１６Ｂ＿１＿０または１６Ｂ＿−＿８を通つ
   て連続することによつてコイルを形成することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れか１項によ
   るコイル構造。 ７ １対の平行コイルを有し、その各々が上記支持体の
   対称的に相対する部において軸方向溝１６Ｂ＿−＿２、
   １６Ｂ＿−＿１＿０及び１６Ｂ＿−＿４、１６Ｂ＿−＿
   ２を通つてのびる導体によつて形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項によるコイル構造。 ８ ２つのコイルを有し、その各々が２つの軸方向平面
   の１つを占有し、且つ他のコイルの平面に関して垂直に
   方向付けられている軸方向の平面を占有する溝中に収容
   されている導電体によつて形成せられることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項または第７項によるコイル構造
   。 ９ 上記導電体がワイヤーであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第８項の何れか１項によるコイル
   構造。 １０ 放射状に方向付けられた平面を占有する溝の深さ
   が軸方向に方向付けられた平面を占有する溝１６Ａ、１
   ６Ｂの深さと異なることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第９項の何れか１項によるコイル構造。 １１ 上記支持体が透明な物質にてつくられることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１０項の何れか１
   項によるコイル構造。 １２ 上記コイル構造内に核磁気共鳴セルを取付けてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項
   の何れか１項によるコイル構造。