JPS6213007A - 均一磁場マグネツト - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は核磁気共鳴コンピュータ断層像撮影装置（以下
ＮＭＲ−ＣＴと略称する）に用いられるコア形の均一磁
場マグネットに関する。

〔従来技術とその問題点〕

ＮＭＲ−ＣＴにおいては被検体である人体を収納しうる
空間部のほぼ中央部の直径約５０ｃｍ程度の例えば球形
の領域内に磁場強度ＢＯが少くとも０．１Ｔを超え、磁
場強度の均一性が数百ＰＰｍ以下といった均一磁場を発
生しうる均一磁場マグネットが求められる。

第８図および第９図は従来のコア形均−磁場マグネット
の一例を示す側面図および平面図であシ、励磁コイル５
および６を備えた継鉄２に結合され中心軸１０１に対し
て同心状に、かつ間隙長ｔなる空間部１０を保持するよ
う配された強磁性体からなる円板状の磁極３および４を
備えるよう構成されておシ、人体７を収納する空間部１
０のほぼ中央部の破線で囲った中央部に均一磁場８を発
生させるよう構成されている。

第１０図は第８図で示されるマグネットにおける磁束分
布図であり、第８図における中心線１０１および間隙長
ｔの２分の１を通る対称面１０２を含む右斜め上の角度
領域の磁束分布図を示したものである。図において、１
１０，１１１．１１２等は磁束線でｓｂ、半径Ｒなる磁
極６０周縁部において径方向に大きく脹らんだ漏れ磁束
１１０が発生するために、空間部１０に対向した磁極面
１３の外周部９から出入りする磁束線１１１もその影響
を受けて変歪する。この影響は空間部１０の中央部にお
いて均一磁場８を形成する磁束線１１２にも影響を及は
し、磁場強度の均一性を阻害するという問題を生ずる。

第１１図は改良された均一磁場マグネットの一例を示す
要部の断面および磁束分布図であシ、発明者等によって
既に提案されたものである（特願昭５９−１９３１１５
）。図において、円板状の磁極乙の外周部には空間部１
０側に突出したリング状の凸部２１および凸部２１の内
径側に形成されたリング状の凹所２２とからなる磁場強
度の均シ、径方向に変歪した磁束線１１１の変歪を低減
させるよう構成することにより、空間部１０の中央部の
磁束線１１２を直線化して均一磁場８における磁場強度
の均一性を向上させるよう工夫されている。

上述のように構成された均一磁場マグネットにおいては
、均等化手段によって均一磁場の均一度を向上できるの
で、第１Ｄ図に示した従来のマグネットに比べて磁極６
の直径を縮小することができ、したがって磁気回路を軽
量化できるとともに、磁極面積の縮小に伴なって総発生
磁束量が減ることによシ使用電力量および発生損失を低
減することができる。

ところで、強磁性体からなる円板状の磁極３と空間部１
０との界面す々わち磁極面２６においては、強磁性体の
透磁率が有限であるために、磁極面２３に沿った径方向
に磁束密度の変化を生じ、これが原因で空間部１０内の
磁束線例えば１１２が磁極面２３の近傍で変歪すること
が知られている。

第１２図は磁極面における磁束線の状態を示す説明図で
ある。図において、凹所２２より内径側の平坦な磁極面
２３に沿った磁極３側の径方向の磁束密度をＢｆ、Ｂｆ
　によって空間部１０側に生ずる径方向の磁束密度をＢ
ａとする。この二つの磁束密度ＢｆとＢａとの関係は磁
極６を構成する強磁性体固有の磁気特性であるＢ−Ｈ％
性に基づいて一義的に決まシ、次式で表わされる。

Ｂａ　＝μ、Ｈ（Ｂｆ）　　・・・・・・・・・・・・
・・・・　（１）ただし、μ０は真空中の透磁率、Ｈ＝
　Ｈ（Ｂ）はＢ　−Ｈ特性の関数である。仮に、磁極６
が軟鋼で形成されたものとし、その比透磁率をμｆ””
’　　５　ｏ　ＯＨＢｆ　＝　１Ｔとすると、空間部１
０側の径方向の磁束密度Ｂａは（１）式から２ｔｒＬＴ
　　となる。一方均一磁場の磁束密度をＢｏ　＝　Ｄ、
　Ｉ　Ｔとすると、ＢＯに対するＢａの比率は２％とな
る。このように均一磁場Ｂ９　に対するＢａの割合は僅
かであるが、第１２図に誇張して示すようにＢｏとＢａ
のベクトル和Ｂｏａは磁極面２３に対して垂直ではなく
なり、とれが原因で磁束ａ１１２が磁極面近傍で湾曲す
る。したがって数百ＰＰｍ以下といった磁場強度の　　
　　□均一性を必要とする均一磁場マグネットにおいて
は、上述の僅かな径方向の磁束密度の変化によって生ず
る均一磁場の乱れも無視できないという問題がある。

第１３図は第１２図における半径方向位置と径方向の磁
束密度Ｂｆとの関係を示す特性線図であシ、曲線１２０
に示すような山形特性を示している。また上述の説明か
ら明らかなように、磁極６をけい素鋼、フェライトなど
の高透磁率材料を用いて構成すれば、Ｂｆ　を低減する
ことができ、磁場強度の均一度の低下をある程度阻止す
ることが可能であるが、直流磁場マグネットを高価な高
透磁率材料で構成することによシ、経済的不利益をもた
らす欠点があシ、経済的にも有利な改善方法が求められ
ている。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、安価な強
磁性材料を用いて優れた磁場強度の均一性が得られる均
一磁場マグネットを提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、均一磁場の方向に垂直な磁極面に沿った方向
の空間側の磁束密度Ｂａを均一磁場の磁束密度Ｂｏで割
ることによって得られる比率に等しい曲率を有するごと
く形成された湾曲した磁極面を備えるよう構成したこと
によシ、傾斜した磁極面に沿った方向の磁束成分と磁極
面に垂直な方向の磁束成分とのベクトル和からなる磁束
線の方向および大きさを均一磁場のそれに一致させて、
均一磁場の乱れを阻止するようにしたものであ４〔発明
の実施例〕 以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す要部の断面図であシ、第
１０図における中心線１０１１対称面１０２を含む右斜
め上の角度領域を示したものである。図において、継鉄
部２に結合された軟鋼等の安価な強磁性体からなる円板
状の磁極３０からなる磁気回路３５の磁極３０の外周側
には空間部１０側にリング状に突出した凸部２１、力ら
びにこの凸部の内径側に形成された凹所２２からなる磁
場強度の均等化手段２０が設けられるとともに、凹所２
２の内縁Ｃから中心０に至る領域には湾曲した磁極面３
３が設けられておシ、この磁極面６３は凹所２２の内縁
Ｃ側でΔ２だけ空間部１０側に突出した反空間部側に凹
な湾曲面を形成しておシ、中心Ｏからの半径をｒ、突出
寸法を２とした場合、湾曲面の曲率ｄｚ／ｄｒは次式を
満足するよう、すなわち磁極面′５乙に沿った空間部側
の磁束密度Ｂａを均一磁場の磁束密度Ｂｏで割ることに
よって得られる比率に等しくなるよう決められ４ｄｚ　
／ｄｒ　＝　　Ｂａ　／Ｂｏ　　＝０　　−、、−、、
　　（２）−万事極面に沿った方向の磁極側の磁束密度
Ｂｆの半径ｒ方向の分布は第２図に曲線１２１で示すよ
うに、磁極面３６を湾曲させても第１３図の曲線１２０
とほとんど変らない特性を示すので、曲線１２１および
（１）式とを用いて求めた空間部側の磁束密度ＢａをＢ
ｏで割った値を半径ｒに関して積分することによυ、半
径ｒ方向の２寸法の分布を求めるととができる。

第３図は上述のようにして求められたｚ−ｒ　ｓ性腺図
でおる。なお、実際の２寸法は空間部１０の間隙長に対
して無視できる程度に小さいので、マグネットの設計に
おいてはｚ＝Ｏとして磁界計算を行なってＢａを求めて
よく、また湾曲面の加工にあたっては曲面を細かいステ
ップの接線あるいは階段状で近似してもよい。

第４図は上述のように構成された均一磁場マグネットに
おいて均一磁場が形成される原理的説明図であり、点ｒ
、　、　ｒ、　　は磁極面６３の半径ｒ方向の微小距離
Δｒを隔てた２点を示し、との２点間では磁極側、空間
部側それぞれの半径方向の磁束密度Ｂｆ　、　Ｂａ　は
一定と見なせるものと仮定する。いま、Ｚ寸法ΔＺに対
応する直線ｒｔ　−ｒ、の傾斜角をθ（ラジアン）とし
、磁極面近傍におけるＺ方向の磁束密度はＢｏに等しい
と仮定する。

θは小さく、したがって径方向の磁束密度はＢｏ・山θ
牛θ・ＢＯとなシ、（２）式におけるＢａｒ　＝θ・Ｂ
ｏ　　と一致するので、空間部１０におけるＺ方向の磁
束密度をＢｏ一定とした仮定が正しいことがわかる。す
なわち、湾曲した磁極面６３の曲率を（２）式に基づい
てθだけ傾斜させることによシ、湾曲した磁極面３３に
沿った空間部側の磁束密度成分Ｂａθと磁極面６３に垂
直な磁束密度成分ＢＯθの合成値Ｂｏａの方向および大
きさを均一磁場の磁束密度ＢＯおよび磁束線１００の方
向に一致させることができることによシ、磁束線１００
の変歪。

ならびにこれによって生ずる均一磁場８の磁場強度の均
一性の低下を阻止することができる。

上述の原理に基づけば、湾曲した磁極面６３近傍の空間
部における磁束密度はＢＯ一定であシ、一対の磁極面５
３に狭まれた空間部１０全体に均一磁場が形成されるこ
とになシ、他の要因による磁場の乱れを別にすれば、軟
鋼等の強磁性体の比透磁率が小さい（有限）ことに起因
する磁場の乱れを排除することができる。

第５図は本発明の異なる実施例を示す均一磁場マグネッ
トの概略側断面図であシ、発明者のうちの一人によって
先に提案されたコア形均−磁場マグネットへの適用例を
示したものである。図において、均一磁場空間４０を包
囲するよう方形の筒状に形成された強磁性体からなるコ
ア４２の互いに平行な二つの内壁面には筒状コアの長さ
方向（紙面に垂直な方向）に沿って伸びるよう均等に分
布して配列されたコイル導体列４５Ａ、４５Ｂが設けら
れ、両溝体列に流れる電流の向きが互いに逆向きになる
よう相互に導電接続されてなるコイル４５によシ、均一
磁場空間４０内にコイル面に平行な方向の磁束線１１４
を発生させるよう構成されている。４３Ａ、４３Ｂは湾
曲した磁極面であシ、磁極内４６のコイル導体列４５Ｂ
側の端Ｘ１を起点にして右側に向かってＸ方向位置をと
った場合、均一磁場空間の磁極面４６に沿った方向の磁
束密度Ｂａｘはコア４２内における磁束線１１５が幅方
向の中央位置Ｘ、を境にして左右に分流することにより
、第６図の特性線図に示すように位置ＸｌにおけるＢａ
ｘを零として左右対象な磁束密度Ｂａｘの分布状態を示
す。

第７図はＸ方向位置と２寸法との関係を示す特性線図で
あシ、Ｘ方向における２寸法の分布がＸ。

に対して左右対称な逆放物線状となるよう磁極面４３Ａ
、４３Ｂの湾曲面を形成することによシ、均一磁場空間
４０における磁束線１１４の磁極面近傍における変歪を
排除して均一磁場の均一性を向上することができる。な
お、２寸法の絶対量は強磁性体のＢ−Ｈ特性およびコア
内の磁束密度等を考慮して決めることができる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、軟鋼等からなる磁気回路の中間
に形成された均一磁場を発生する空間部に対向して配さ
れた均一磁場に垂直な一対の磁極面を、磁極面に沿った
方向の空間部側の磁束密度を均一磁場の磁束密度で除す
ることによって得られる比率に等しい曲率に々るごとく
湾曲した磁極面とするよう構成した。その結果、軟鋼等
の強磁性体の透磁率が十分大きくないことによって磁極
内に生ずる沿面方向の磁束密度の変化と、それに伴なっ
て空間部側に生ずる沿面方向の磁束密度の変化とによっ
て空間部の磁束線が変歪し、これが原因で均一磁場の磁
場強度の均一性が阻害されるという従来の問題点が排除
され、磁極面を湾曲加工するという比較的簡単な対策に
よシ安価な軟鋼を用いて磁場強度の均一性が高度に均一
な均一磁場マグネットを提供することができる。また、
湾曲した一対の磁極面に狭まれた空間内に占める均一磁
場空間を拡張できることによシ、マグネットを小形かつ
軽量化できるとともに、空間部内の総発生磁束量を低減
できるので、安価な強磁性材料を使用できることと併せ
て均一磁場マグネットを経済的に有利に提供できる利点
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部の側断面図、第２図
は実施例における径方向の磁束密度の半径方向の分布特
性線図、第３図はＺ寸法対坐径特性線図、第４図は実施
例の原理的説明図、第５図は異なる実施例を示す概略断
面図、第６図は異なる実施例における沿面方向磁束密度
の分布特性線図、第７図はＺ寸法対半径特性線図、第８
図および第９図は均一磁場マグネットの一例を示す側面
図および平面図、第１０図は第８図の従来技術における
磁束分布図、第１１図は改良された従来のコア形均−磁
場マグネットの構造および磁束分布図、第１２図は第１
１図の要部の磁束分布図、第１６図は径方向磁束密度の
分布図である。 ２・・・継鉄部、３，４．３０・・・磁極、５．６．４
５・・・コイル、１０．４０・・・空間部、８・・・均
一磁場、１３・・・磁極面、２１・・・凸部、２２・・
・凹所、２０・・・均等化手段、３３，４３，４３Ａ、
４３Ｂ・・・湾曲した磁極面、３５・・・磁気回路、４
２・・・コア、１Ｄｏ、１１［）、１１１，１１２・・
・磁束線、Ｂｏ・・・均一磁場の磁束密度、　Ｂｆ・・
・沿面方向磁束密度（磁極側）、Ｂａ・・・沿面方向磁
束密度（空間部細工第１３図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）強磁性体からなる磁気回路に形成された互いに並行
   な一対の磁極面に挟まれた空間部に前記磁極面に垂直な
   方向の均一磁場を発生させるものにおいて、前記磁極面
   に沿った方向の空間部側の磁界強度を空間部側の均一磁
   場強度で除して得られる比率に等しい曲率の湾曲面とな
   るごとく形成された磁極面を備えたことを特徴とする均
   一磁場マグネット。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、強磁性
   体からなる磁気回路が反空間部側が励磁コイルを有する
   継鉄部に結合された円板状の一対の磁極からなり、互い
   に同心状の一対の磁極面の外周部に空間部側に突出した
   リング状の凸部およびその内径側に形成されたリング状
   の凸所とからなる磁場強度の均等化手段を有するととも
   に、この均等化手段の内径側に湾曲した磁極面が形成さ
   れたことを特徴とする均一磁場マグネット。 ３）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、磁気回
   路が空間部を包囲するよう中空の方形筒状に形成され、
   均一磁場の方向に垂直な互いに平行な二つの内壁面に湾
   曲した一対の磁極面が形成されたことを特徴とする均一
   磁場マグネット。