JPS61281503A - 円筒形電磁石装置 - Google Patents

円筒形電磁石装置

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JPS61281503A
JPS61281503A JP60122477A JP12247785A JPS61281503A JP S61281503 A JPS61281503 A JP S61281503A JP 60122477 A JP60122477 A JP 60122477A JP 12247785 A JP12247785 A JP 12247785A JP S61281503 A JPS61281503 A JP S61281503A
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JP
Japan
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magnetic
cylindrical
magnetic field
magnetic flux
electromagnet device
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Pending
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JP60122477A
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English (en)
Inventor
Takeshi Miyajima
宮島 剛
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は強磁性円筒状磁路を持ち通電されるコイルによ
る磁場発生装置に係り特に導磁管内の均一な磁場し°−
する・ 〔発明の背景〕 NMRイメージング(以下MHIと略称)装置′1に用
いる磁場発生装置(以下磁石と略称)は、その磁場発生
空間にXYZ方向の傾斜磁場を発生させる傾斜磁場コイ
ル(以下GCと略称)及び人体又は人間の頭部を収容す
るNMR検出コイル及び照射コイル、そして人体を保持
する患者テーブル、それに磁場均一度の補正を行う補正
コイル等を収容する。従って第1図、空芯4コイル常電
導形電磁石装置(RM)では磁場発生空間7はJ′最小
内径90−φは必要であり、人体を収容讐るため磁石開
口部の内径は最小60anφが必要である。加えて磁場
発生空間は磁場を発生するだけでなく、少なくとも40
 exa dsv”で15 X 10−’、30cIl
ldsvで5 X 10−’の磁場均一度が必要である
。従ってNMRイメジーング装置に用いる磁石は巨大に
なる。現在市販されている磁石の代表例を例挙すると i’)RMでは、0.1.57  (テラス)の磁場を
発、生、磁石開口部80■φ、磁場発生空間内径約10
0印φで、磁場均一・度]、 5 X 1. O−5/
40andsv、5 X 1.0−’/ 30ancl
 s v重量約3トン、消費電力AC約50KVA、冷
却水約50 。
Q1分要(第1図参照)。
1超電導磁石(SCM)では、’0.5〜2.0T(テ
ラス)の任意の磁場発生、内径的1. OOcxnφ、
重置駒4.5 トン、液体He置駒800Q、液体N2
量約500Q、冷媒消費量、液体HeO,5Q/時、液
体N22 n /時と大量の冷媒を消費する(第2図参
照)。
RMは普遍的な技術及び材料により製作可能であり製作
コストもSCMの1/3以下等の理由で普及形MHI装
置に多く用いられているが、以下の大きな欠点がある。
i)0.15 T以上のMRI用RMは得られない。
it)漏洩磁場が広範囲に及ぶ。
i)に関しては、0.2 Tも発生可能であるが、消費
電力増大、冷却水量増大、磁石温度上昇による磁場強度
及び磁場均一度の不安定化等でMRT用として、不適で
ある。現状ではMRI用として0’、15Tが限度であ
上記RMクラスを0.2Tで動作させるにはDC電力は
42KW→75KW以上、AC′ll力は50KVA→
85KVA以上(コイルの温度上昇による抵抗変化がな
いと己て)又冷却水は50El/分→90Q/分以上と
増大し電力設備冷却水設備は膨大となり電力料金も約i
倍となる。
it)に関しては、第3図(a)に示す如く広範囲に漏
洩磁場が広がっているが(第3図でaニガウス)これは
従来のRMは空芯であり強磁性材1よる磁路を保持しな
いからである。現在病院に設置されいているMRI用R
Mは隣室や階上のモニタTV用画象を歪ませ、あカーあ
色ずれX線イメージインテンシファイヤへの妨害等のト
ラブルを起こし問題化している。
少数派ではあるが磁路付電磁石もMRI用として市販さ
れている。以下これらに言及する。
i)従来からNMR用に最もよく使用されているのがW
E形の鉄磁路を持つ電磁石である。これは磁場発生空間
が狭い一合は良い磁場均一度が得やすい等の理由で採用
されるが、MkI用として採用する場谷1j空隙寸法が
′IOσ程度必要となるので均一度がi 5 x 10
−5/40国dsv程度を得るには、ポールピース直径
は、少なくとも2■φ以上必要となり、磁石は巨人化す
る。従ってWE形電電磁石MRT用としては採石し難い
(第7図参照)。
■)他にRMに鉄材による電気シールドを保持する電磁
石カーある。(特開昭58−1437)詳細説明はここ
では省略するが、コイル設計は従来のRMと同一で形状
に制めが多く、捲線精度もRMと面一にきびしい。従っ
て全体として製作費、調整費がかさむ欠点があり且つ重
量も増大の割には、磁場強度/消費電力が悪い。
現在この形の磁石は、殆ど採用されていない。
〔発明の目的〕
上述の従莱i術による常電溝形磁石の欠点を除きMRI
で使用できる比較的軽量で磁場均一性が良く、且つ磁気
シールド効果を保持する常電導電磁石装置(以下C−R
M−YGと略称する)を提供する。
〔発明の概要〕
本発明では、円筒状強磁性体磁路を用い、その両端に磁
場発生源用の通電するコイルを配置し円筒中心軸(2軸
)を貫通して磁場発生空間を設ける。そして両端の通電
するコイル間に発生する磁束を有効に2軸附近に封じ込
め、且つ均一にするために両端の通電するコイル間に、
比較的厚さの薄い強磁材から構成される磁束誘導用円筒
(以下導磁管)を設け、これらを磁気飽和させその内部
を高磁束密度に保つことにより、磁場発生空間中央部分
の高磁場と高均一性を保持する。
〔発明の実施例〕
第4図は本発明の一実施例を示す。図に従い説明する。
C−RM−YGの両端に磁束の発生源であるコイル10
.10’ が設けられる。10.10’はアルマイト電
気絶縁処理を施したアルミ材の帯が捲かれており直流電
流を流す事により、ポールピース11.11’ を介し
て磁場発生空間に磁束が流れ磁場を発生する。10,1
0’は捲き方向は同じである。直流電流を同一方向に流
す事によってアンペア左ねじの法則(Ampere s
’ r、aw )に従い磁場方向が決定される磁束が1
0から10’に向う場合先ず円筒状ポールピース11を
介し磁場、空間13を径で円筒状ポールピース11′に
流入し円環状磁路17′、円筒状磁路9、円環状磁路1
7を得て、11に戻る磁束流路が形成されている。9,
11.11’ 、17.17’はいずれも強磁性材(一
般に鉄)で構成される。これらは磁気飽和しない様充分
な磁束流路断面を保ち、一般には鉄磁路で磁束密度(B
)は1.0−1..5Tである。この場合比透磁率(μ
)≧1000となり従って上述の開ループ磁気面路から
外部空間への磁束漏洩は極めて少なくなる事は明らかで
ある。
このCRM  YGは円筒磁路中心軸に貫通して磁場発
生空間13及び磁石開口部に、12′を設け、MR,、
Iに於ける被検体の挿入を可能にしている。11.11
’ はその高い透磁率により10゜10′により発生す
る磁束の均等化を行う。11の15から13に向って放
出された磁束は、もし導磁管14がなければ、13内の
空間だけでなく9との間の広い空間に拡散し9に戻る。
この場合には人3内の磁場強度は抵、下し且つその均一
度も又劣化する事は明らかである。
強磁性材で構、成される導磁管14を新しく導入する。
その肉厚と比較的薄くして磁束の一部分で磁気飽和させ
、高磁束密度に保持させる。例えば、鉄の場合  2.
1テスラ 鉄粉形成品 0.8テスラ ソフトフェライト混入ゴム、0.25 テスラである。
この場合には、磁束の大部分は14の内部の空間に封じ
込められ、13は14の内部空間と考えてよい。MRI
用には14の内径(D)は9゜〔φ〜100a++φで
充分でありその長さく T、 )は90〜100cI1
1でよい。第6図WE形における空隙寸法に対するポー
ルピース直径を3倍以上にする制約がないので磁石が小
形化できる。13における磁場均一度は14により向−
Lできるので、■7/D二1でもMRIを行うに充分な
磁場均一度が得られる。
上述の説明により、本発明のCRM  jGは従来のR
Mの欠点であるi)高磁場が得られない。
ji)漏洩磁場が、広範囲に及ぶ。問題が著しく改善で
きる一事が!解できる。即ちj)に対しては、RMでは
0.1jT程度が限度であったがC−RM−VGではコ
イル10.10’は(RMにおける如き、コイル形状、
捲線寸法、精度の制約が一切ない)磁束発年源であれば
よいので、極めて低抵抗に設計できるので電力損失が少
なくRMと同一電力消費で前出RMではO,,15Tで
D(’、40す)でCR,、M  YGではRMの約2
倍以上の磁場(Ho)、が磁場発生空間13で得ること
が可能となる。、そして磁石重量も10トン以下が可能
となる。
ji)についてはRMでは前出第3図(、)に示す如き
、漏洩磁場であるのに対しC,、、、RM  YGでは
磁束は開ループ内を流れるので漏洩で極めて少なく前述
の隣室2階上等への妨害磁場の問題は解消する。ここで
コイル、アセンブリについて筒単に触れる。コイル1.
0’、 1.0 ’は夫々の円筒状捲き芯19.19’
上に捲かれており材質はガラス強化エポキン樹脂(GF
RP)でも、電気絶縁を施工したアルミ材でもよい。円
環状1円板18゜18′は電気絶縁性゛よく熱伝導性の
よいシリコンパウンド等を隔てて10.10’ を保持
する側板である。一般には熱伝導性の良いアルミ材が採
用される。側板の内部には、冷却水を流すための銅パイ
プが埋め込まれ、コイル10,1.0’に通電する事に
より発生する熱を冷却水で外部に排出する。又18,1
8’ t’ 19’、19’は9,11゜11’ 、1
7.17’に固定される。本発明の実施例では10.1
0’はアルミ帯で構成されているが銅の帯、又は銅の中
空パイプ(パイプの内部に冷却水を流す)でもよい。又
CRM  YGの変形として第6図に示す如き、磁路を
構成しても同様の特徴を持つ磁石が得られる。又SCM
への応用も可能である。第3図(b)に示す如く、SC
Mも強磁性磁路を保持しないので漏洩磁場は広範囲に及
ぶ欠点がある。CRM  YGのコイル10,1.0’
 をSCMにおける超電導コイルシステム(勿論Lig
、 N2、Lig、)(eの冷却構造要)で、置換する
ことにより、SCMの漏洩磁場の問題も1−述のRM−
+C−RM−YGと同様に解決できる事は明らかである
〔発明の効果〕
以」−のごとく、本発明によれば、比較的軽量で磁場均
一性が良い磁気シールド効果の高い電磁石装置を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の空芯4コイル常電導形電磁石装置(RM
) 、第2図は超電尊影磁石装置(SCM)、第3図(
a)は0.1E)T(テラス)発生するRMの漏洩磁場
分布図、第3図(b)は0.5T(テスラ)発生するS
CMの漏洩磁場、分布図で、(a)。 (b)共、磁石中心軸(Z)を含む水平面上(2−X面
)での値、Z−X面に垂直な2を含む面(Z−Y面)で
も(a)、(b)共夫々z−x面分布図を等しくなる。 担し鉄の影響は無視している。第4図(a)、(b)は
本発明に関する円管形電磁石装置(C−RM−YG)の
一実施例、第5図(a、b)は本発明に関するC−RM
’−YGの変形応用例、ここでは4分割コイル方式の例
を示すが、更に多数分割でもよい。円筒状ガラス゛□に
関する本発明の他の実施例である。 1〜4・・・欠番、5.6・・・空芯コイル、7・・・
RMにおける磁場発生空間、8・・・RMにおける磁石
開口部、9・・・強磁性材構成の円筒状磁路、10,1
0’・・・AQ帯帯線線よるコイル、11’、 11”
・・・強磁性材構成の円筒状ポールピース、12,12
’・・・磁石開口部、13・・・磁場発生空間、14・
・・磁束誘導筒(導磁管と略称) 、1’5’、 15
’・・・ポールピース内面、16,16’・・・ポール
ピース外端面、17.17’・・・強磁性材構成の円環
状磁路、18゜18′・・・円環状アルミ材側板、1”
9.19’・・・円筒状ガラス、強化エポキシ樹脂材j
G F RP )ボビン、20・・・SCMの磁場発生
空間、21・・・SCMの超電導線主コイル、22・・
・SCMの超電導線補助コイル、23・・・液体ヘリウ
ム(Lig、He)24・・・液体窒素(Lig、 N
2)、25・・・真空断熱空間、26・・・アルミ製真
空容器、27・・・ヘリウムガス排出管、28′・・・
窒素ガス排出管、30・・・強磁性材構成による円柱状
磁路、31・・・WE形電磁石の鉄磁材路I (ヨーク
)、32・・・WE形電磁石の鉄磁材路■(コア)、3
3・・・WE形電磁石のコイル、34・・・WE形電磁
石の磁場発生間(空隙部)、35・・・WE形電磁石の
鉄材ポールピース、36・・・RM、37・・・SCM
、38・・・MRI用患者テーブル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、強磁性材により構成される円筒形状の磁路を具備し
    、且つ該磁路の両端部に通電されるコイルより構成され
    る磁束発生源を具備し、且つ該円筒形状磁路断面の中心
    軸の中心対称に両端を貫ぬいて円筒状の磁場発生空間を
    有し、且つ該円筒状空間内に強磁性材で構成される磁束
    誘導用円筒を内在せしめ該磁束誘導用円筒の内部に約一
    な磁場を発生せしめることを特徴とする円筒形電磁石装
    置。 2、前記磁束誘導用円管の材質はその内部に交番磁場が
    存在する場合該管壁に渦電流が発生する事を防止する為
    高周波フェライト材及び/又は強磁性粉末形材である事
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の円筒形電磁石
    装置。 3、発生する磁束を均一化する為通電するコイルに内在
    せしめる強磁性材円筒状ポールピースを具備する事を特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の円管形電磁石装置
    。 4、ポールピース形状は該外観は円筒状であり且つZ軸
    方向では磁束が磁場発生空間内部に流出し易くする為Z
    軸方向の磁石中心に向って円筒の内径が大きくなる構成
    とした事を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の円管
    形電磁石装置。 5、円筒状ポールピースはZ軸方向の外端形状は磁石装
    置の外部空間に洩れる磁束を集束せしめてZ軸方向磁場
    均一度の低下を防止する為外部に向って円筒内径が大き
    くなる様テーパを付ける構成とした事を特徴とする特許
    請求の範囲第4項記載の円管形電磁石装置。 6、円筒形電磁石装置の開口部は、最少50cmφ、最
    大100cmφの範囲である事を特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の円管形電磁石装置。 7、前記磁石誘導用円管の内径は最小70cmφ最大1
    20cmφの範囲である事を特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の円管形電磁石装置。
JP60122477A 1985-06-07 1985-06-07 円筒形電磁石装置 Pending JPS61281503A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04500583A (ja) * 1988-10-14 1992-01-30 オックスフォード メディカル リミテッド 磁界発生組成体及び方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04500583A (ja) * 1988-10-14 1992-01-30 オックスフォード メディカル リミテッド 磁界発生組成体及び方法

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