KR0135210B1

KR0135210B1 - 자기공명영상장치(mri)용 자기장 발생장치

Info

Publication number: KR0135210B1
Application number: KR1019940036526A
Authority: KR
Inventors: 기미하루 오타; 마사아키 아오키
Original assignee: 오카모토 유지; 스미토모 도쿠슈 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-24
Publication date: 1998-04-22
Also published as: CN1051375C; EP0660129B1; DE69428765T2; DE69428765D1; US5557205A; CN1116311A; JPH07201557A; JP3150248B2; KR950016663A; EP0660129A1

Abstract

원통형 요우크와, 서로의 자극면 사이에서 한정되는 이미 결정된 갭을 가지고 상기 원통형 요우크 내에서 서로 평행하게 마주보는 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석들과, 그리고 자기장 공간이 사다리꼴 단면의 영구자석들의 자극면들과 삼각형 단면의 영구자석의 자극면들에 의해서 한정되어 종방향에 대해 수직으로 육각형 단면을 가지게 상기 한쌍의 사다리꼴 영구자석의 양측면에 인접한 삼각형 단면의 영구자석들로 이루어진 MRI용 자기장 발생장치에 있어서, 상기 사다리꼴 단면의 영구자석들은 회토류계 영구자석들로 이루어지고 그것의 자화방향이 자기장 공간내 자기장 방향과 일치하고 상기 삼각형 단면의 영구자석들은 페라이트계 영구자석으로 이루어지고, 그것의 자화방향이 자기장 공간쪽 대향면에 90°방향이고, 그리고 사다리꼴 단면의 영구자석의 요우크 접촉면에서의 최선단이 삼각형 영구자석의 요우크 접촉면에서의 최선단과 일치한다.

Description

자기공명영상장치(MRI)용 자기장 발생장치

제1도는 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치의 일실시예를 설명하는 축척 1/4의 종단면도.

제2도는 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치의 다른 실시예를 설명하는 축척 1/4의 종단면도.

제3도는 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치의 또다른 실시예를 설명하는 종단면도.

제4a도는 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치의 또다른 실시예를 설명하는 축척 1/4의 종단면도이고, b는 삼각형 영구자석의 자화방향과 자기장 공간쪽 대향면간의 각도 관계를 설명하는 축척 1/4의 설명도.

제5도는 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치의 또다른 실시예를 설명하는 축척 1/4의 종단면도.

제6도는 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치의 또다른 실시예를 설명하는 축척 1/4의 종단면도.

제7도는 종래 기술에서의 MRI용 자기장 발생장치를 설명하는 투시도 및 종방향도.

제8도는 종래 기술에서의 MRI용 자기장 발생장치를 설명하는 투시도 및 종방향도.

제9도는 본 발명과 종래 기술에 따른 MRI용 자기장 발생장치 사이의 자석구성에 있어서 자석 크기의 차이를 도식적으로 보여주는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 원통형 요우크 2a : 사다리꼴 영구자석

3a : 삼각형 영구자석 4 : 자기장공간

M₁,M₂,M₃: 자화방향

본 발명은 의학적 치료용 및 유사한 용도를 위한 자기공명영상장치(이하 MRI라 칭함)용 자기장 발생장치의 개량에 관한 것으로, 특히, 향상된 자기효율을 가지고, 자기장 발생장치의 크기가 감소되며, 그리고 자기장 발생원으로서의 영구자석의 재료 및 배열을 최적화하여, 비용의 감소를 가능케하는 MRI 자기장 발생 장치에 관한 것이다.

MRI란 강력한 자기장을 형성하는 자기장 발생장치의 자기공간내에 진단할 사람을 삽입하여 물체의 단층촬영 영상을 얻기 위한 장치이며, 제7도와 제8도에 도시된 바와 같이 자기장 발생원으로서 영구자석을 이용한 구성이 공지되어 있다.

제7도에 도시된 자기장 발생장치에서는 사다리꼴 단면인 한쌍의 영구자석(2a,2b)이 그들의 자극면 사이에서 한정된 이미 결정된 갭(Gap)을 가지고 육각원통형 요우크(1)내에서 서로 평행하게 마주보고 있으며, 삼각형 단면인 영구자석(3a, 3b, 3c, 3d)은 사다리꼴 영구자석(2a, 2b)의 양쪽 측면과 인접하여 배치되어 있고, 따라서 종방향에 수직인 방향으로 육각형 단면을 가지는 자기공간(4)은 사다리꼴 영구자석(2a,2b)의 자극면과 삼각형 영구자석(3a,3b,3c,3d)의 자극면에 의해서 한정되며, 그에따라 자기장 공간에서는 도면의 Y방향으로 자기장이 형성된다(참고 : 일본국 특허 공개번호 평성 5-257047호).

이러한 구성에서는 이미 결정된 방향으로 자기장을 형성하도록 사다리꼴 단면을 가지는 사다리꼴 영구자석(2a,2b)은 공간내 자기장 방향과 일치된 자화방향을 이룬다. 한편 삼각형 단면을 갖는 영구자석(3a,3b,3c,3d)은 공간내 자기장 방향에 대해 90°방향(수직방향)에서 자화방향을 이룬다. 그리고 Fe-B-R형 영구자석처럼 큰 최대에너지 생성량((BH)max)을 갖는 희토류계 영구자석이 크기와 무게의 절감목적에서 각각의 영구자석으로 사용되어져 왔다.

또한, 전술한 구조를 갖는 MRI 자기장 발생장치에서 자기장 공간(4)에서의 자기장의 균일성을 증진시키기 위해서, 이미 결정된 재료로 만들어지고 이미 결정된 형태(설명안됨)를 가진 극편들을, 자기공간(4)에 대해 사다리꼴 단면인 한쌍의 영구자석(2a,2b)의 대향면에 배치시키는 것이 또한 제안되어져 왔다(일본국 특허 공개번호 평성 5-291026호).

제8도에 나타난 MRI 자기장 발생장치에서는 한쌍의 플레이트형 요우크(11a,11b)가 이미 결정된 자기장 공간(12)을 한정하기 위해서 복수개(보통 4개)의 기둥요우크(13)를 거쳐서 서로 마주보고 있고, 그리고 영구자석(14a,14b)은 자기장 공간(12)에서 도면의 Y방향으로 자기장을 한정하기 위해서 자기장 공간(12)쪽으로 플레이트형 요우크(11a,11b)의 대향면에 배치되어 있다. 도면에서 극편(17)은 자기장 공간(12)에서 자기장의 균일성을 더욱 증진시키기 위한 목적으로 배치되어 있다.

설명된 구조는 향상된 자기효율을 가진, 크기가 감소된, 그리고 Fe-B-R계 영구자석들과 같이 큰 최대 에너지 생성량((BH)max)을 갖는 희토류계 영구자석(15a,15b)과 희토류계 영구자석(15a,15b)보다는 작은 최대 에너지 생성량((BH)max)을 갖지만 훨씬 비용이 저렴한 페라이트계 영구자석(16a,16b)을 동축방향으로 배열함으로써 비용감소가 가능한 자기장 발생장치를 보여중다(일본국 실용신안 공개 공보 평성 3-14011호 및 평성 3-14012호).

상기에서 설명한 구성에서는 희토류영구자석(15a,15b)과 페라이트 영구자석(16a,16b)에 대한 각 자화는 자기장 공간(12)내 자기장의 방향과 같은 방향을 갖는다.

자기장 발생원으로서 영구자석을 사용하는 전형적인 자기장 발생장치의 구성에 대해서 설명이 이루어졌다. MRI 자기장 발생장치의 일반적 사용을 달성하기 위해서 크기, 무게 및 비용면에서의 감소가 요구되어 왔고, 그리고 최근에는 예를 들어 제8도에 보이는 구성과 비교하여 보다 적은 자기누설과 보다 높은 자기효율의 관점에서 제7도에 나타난 구성의 자기장 발생장치에 대한 개량이 이루어져 왔다.

그러나 제7도에 나타난 구성의 자기장 발생장치에 대해서는 단지 상기에서 설명된 것처럼 최대에너지 생성량((BH)max)이 큰 희토류계 영구자석들만을 가지는 구성에 대해서만 고려되어 왔고, 제8도에 나타난 자기장 발생장치의 구성에서처럼 페라이트계 영구자석과 같이 저렴한 영구자석들을 결합하여 배치하는 것에 대해서는 고려되지 않아 왔다.

제7도에 나타난 구성의 자기장 발생장치와 제8도에 나타난 구성의 자기장 발생장치는 자로(magneticpath)의 관점에서 기본적 기술개념이 서로 다르기 때문에 단순히 사다리꼴 단면의 영구자석(2a,2b)과 삼각형 단면의 영구자석(3a,3b,3c,3d)의 하나에서 희토류계 영구자석을 페라이트계 영구자석으로 대체하는 것만으로는 자기장 공간에서 목적된 높은 균일성의 자기장을 달성할 수는 없고, 단지 장치의 크기가 감소되는 결과가 있을 뿐이다.

본 발명의 목적은 복수개의 영구자석들의 자극면들에 둘러싸여 형성된 육각형 횡단면의 자기장 공간을 가진 MRI 자기장 발생장치에서 상이한 최대에너지 생성량((BH)max)을 가진 희토류계 영구자석들 및 페라이트계 영구자석들과 같이 상이한 재료로 만들어진 영구자석들을 효과적으로 배열함으로써 상기의 문제를 극복하고, 그리고 향상된 자기 효율을 갖고 자기장 발생장치의 크기가 감소된 또한 비용감소를 가능케 하는 MRI용 자기장 발생장치를 제공하자는데 있다.

본 출원의 발명자는 상기의 목적을 달성하기 위하여 여러가지 실험을 해왔으며, 그 결과로서 각 영구자석들의 배열조건은 MRI 자기장 발생장치에서 형성된 자기장 공간에서의 자기장 방향에 대한 희토류계 영구자석들과 페라이트계 영구자석들의 자화방향에 따라 다르다는 것을 발견했고, 또한 그러한 다른 재료로 만들어진 영구자석들의 배열에 대한 최적조건에 대한 인식에 기초하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 사다리꼴 단면인 한쌍의 영구자석들이 각 자극면 사이에 한정된 이미 결정된 갭을 가지고 원통형 요우크내에서 서로 평행하게 마주보고 있고, 또한 삼각형 단면인 영구자석들이 사다리꼴 단면인 영구자석들의 양 측면과 인접하여 배치되어 있고, 따라서 종 방향에 수직인 방향으로 육각형단면을 가지는 자기공간이 사다리꼴 단면인 영구자석들과 삼각형 단면인 영구자석들의 자극면들에 의해서 한전되는 MRI용 자기장 발생장치에 있어서, 사다리꼴 단면의 영구자석들은 희토류계 영구자석들로 만들어지고 이에 따라 자화방향은 자기장 공간내 자기장 방향과 일치하며, 한편 삼각형 단면의 영구자석들은 페라이트계 영구자석으로 만들어지고 이에 따라 자화방향은 자기장 공간쪽 대향면에 대해 90방향에 있으며, 그리고 사다리꼴단면의 영구자석들의 요우크 접촉면에서의 최선단은 삼각형 단면의 영구자석들의 요오크 접촉면에서의 최선단과 일치한다.

본 발명의 또다른 형태에 따르면, 사다리꼴 단면인 한쌍의 영구자석들이 각 자극면 사이에 한정된 이미 결정된 갭을 가지고 원통형 요우크 내에서 서로 평행하게 마주보고 있고, 또한 삼각형 단면인 영구자석들이 사다리꼴 단면인 영구자석들의 양측면과 인접하여 배치되어 있고, 따라서 종방향에 수직인 방향으로 육각형 단면을 가지는 자기공간이 사다리꼴 단면인 영구자석들과 삼각형 단면인 영구자석들의 자극면들에 의해서 한정되는 MRI용 자기장 발생장치에 있어서, 사다리꼴 단면의 영구자석들은 희토류계 영구자석들로 만들어지고 이에따라 자화방향은 자기장 공간내 자기장 방향과 일치하며, 한편 삼각형 단면의 영구자석들은 페라이트계 영구자석으로 만들어지고 이에따라 자화방향은 자기장 공간쪽 대향면에 대해 90°보다 작은 범위내에서 90°방향에 있으며, 삼각형 단면의 공간이 사다리꼴 단면의 영구자석과 삼각형 단면의 영구자석 사이의 인접부분에서 형성되며, 그리고 요우크에 대면하는 사다리꼴 영구자석들의 요우크 접촉면에서의 최선단이 요우크에 대면하는 삼각형 단면의 영구자석의 요우크 접촉면에서의 최선단으로부터 삼각형 단면의 공간을 가로질러서 연장한 선과 요우크에 대면하는 사다리꼴 단면의 영구자석의 요우크 접촉면과의 교차위치에 바깥쪽에 위치한다.

또다른 MRI용 자기장 발생장치의 바람직한 실시예로서, 사다리꼴 단면인 한쌍의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면에 극편이 배치되는 MRI용 자기장 발생장치가 제공된다.

본 발명에서는 사다리꼴 단면의 영구자석(이후에는 간단히 사다리꼴 영구자석이라 칭함)들을 구성하는 희토류계 자석이 되도록이면 희토류코발트계 영구자석과 Fe-B-R계 영구자석처럼 큰 최대에너지 생성량((BH)max)(예로 30MGOe 보다 큰, 더 나을때는 40MGOe 보다 큰)을 가진 공지된 비등방성 희토류계 영구자석들로 이루어진다.

한편 삼각형 단면의 영구자석(이후에는 간단히 삼각형 영구자석이라 칭함)을 구성하는 페라이트계 영구자석은 되도록이면 스트론튬 페라이트 자석과 바륨페라이트 자석처럼 저렴하면서 상대적으로 큰 최대에너지 생성량((BH)max)(예로 30MGOe 보다 큰, 더 나을때는 40MGOe 보다 큰)을 가진 공지된 비등방성 페라이트계 영구자석들로 이루어진다.

각 상기한 재료들로 만들어진 사다리꼴 단면의 영구자석과 삼각형 단면의 영구자석은 복수개의 영구자석 블록(Block)들을 적층하여 구성되며, 그리고 각 영구자석 블록들의 비등방성 방향을 후에 기술될 사다리꼴 영구자석들 및 삼각형 영구자석들의 자화방향과 일직선이 되게 하는 것이 바람직하다.

또한 사디리꼴 영구자석들과 삼각형 영구자석들은 각자 종방향에 대해 수직인 횡단면 구성을 보여주고 있다. 그렇지만 그들 둘이 오직 사다리꼴 및 삼각형 형태를 완성시키도록 제한되는 것은 아니며, 만약 전체 구성이 대체적으로 사다리꼴 또는 삼각형 형태를 이루고 있다면 비록 극편의 배열로 야기되는 극편 접촉부의 형태의 변화 및 적층의 방법에 따라 야기되는 각 영구자석 블록들의 형태변화에서 처럼 약간의 형태의 변화가 있다 할지라도 본 발명의 유리한 효과가 줄어드는 것은 아니다.

내부 주위 표면에 각 영구자석들이 배치된 원통형 요우크의 최적 형상은, 후에 기술될 바람직한 실시예에서 나타난 것처럼, 각 영구자석들의 자화방향에 따라 변화하기 때문에 그 형상에 따라 영구자석 접촉면의 형태를 선택하는 것이 필요하다.

각 영구자석들로부터 발생되는 자속이 요우크내에서 포화되지 않는 그러한 범위내에서 형태와 크기가 결정되는 것이 바람직하며, 그리고, 산업적 규모의 생산에 있어서는, 운용성과 같은 것을 고려하여 최종적으로 그들을 결합시키는 쪽으로 복수개의 요우크들을 결합하는 구성을 채택하는 것이 효과적이다. 또한 재료에 관해서는, 예를들어 순수철과 철합금과 같은 연질 자성체에 규소강 플레이트를 더한 것 같은 박판을 사용함으로써 요우크내에서 발생되는 와류를 감소시킬 수 있다.

또한 한쌍의 사다리꼴 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면에 요구되는 만큼의 극편을 배치시키는 것이 가능하며, 그리고 극편은 자기장 공간내 자기장의 균일성을 개선시킬 수 있다. 더우기, 사디리꼴 영구자석이 상대적으로 낮은 전기저항을 갖고 또한 와류를 발생시키는 경향이 있는 회토류계 영구자석으로 이루어지기는 하지만, 적어도 규소강 플레이트 또는 연질 페라이트의 박판과 같이 상대적으로 높은 전기저항을 가진 재료를 극편의 자기장 공간내 대향면에 배열하여 그것에 의해 펄스(Pulse)전류가 구배가 있는 자기장 코일(coil)에 공급되었을때 자기회로에서 발생되는 와류들에 의해 야기되는 구배성 자기장 파형에 관한 바람직하지 못한 효과들을 막을 수 있는 그러한 구성을 채택함으로써 와류를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 MRI 자기장 발생장치의 기능은 제1도 내지 제6도에 나타난 바람직한 실시예들을 통하여 상세히 설명될 것이다. 각 도면들은 자기장 발생장치의 수직면 또는 종방향에 대한 횡단면에 대한 축적 1/4인 설명도이다.

본 발명의 MRI 자기장 발생장치에서는, 기본적인 구성에 따라 각 영구자석들의 자기 특성들을 고려하여, 큰 최대에너지 생성량((BH)max)을 갖는 회토류계 영구자석들은 갭길이가 긴 부분에 배치되고, 반면에 작은 최대 에너지 생성량((BH)max)을 갖는 페라이트계 영구자석들은 갭길이가 짧은 부분에 배치된다.

특히, 각 극편면 사이에 한정되는 미리 정해진 갭을 가지고 서로 평행하게 대향배치된 사다리꼴 영구자석은 회토류계 영구자석으로 구성되고, 사디리꼴 영구자석의 양측면에 인접 배치된 삼각형 영구자석은 페라이트계 영구자석으로 구성된다.

또한, 각각의 구성에서, 회토류계 영구자석으로 만들어지는 사다리꼴 영구자석의 자화방향은 자기장 공간내의 자기장의 방향과 동일하게 만들어진다.

이후의 설명에서는, 자기장 공간의 형태가 상기한 구성을 만족하도록 일정하게 만들어지고, 그리고 자기장 공간의 중앙부에서 자기장 세기가 변화하는 경우에 각 영구자석들의 배열에 있어서 본 발명의 특징이 더욱 선명해질 수 있도록 분명하게 설명이 이루어질 것이다. 또한 자기장 공간의 형태는 다음과 같이 한정된다. 즉 높이(갭 길이 Lg)=650mm, 폭(W)=1170mm, 그리고 삼각형 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면과 자기장 공간내 자기장 방향(Y)에 수직인 방향(X)과의 사이에서 한정되는 각도(θ₀)는 45°이다(제1도 참고).

제1도부터 제3도에 나타난 구성들은 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석의 자화방향이 자기장 공간쪽 대향면에 대해 90°방향(수직방향)인 구성을 설명하고 있고, 특히 제1도는 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기가 0.2T(20000G)인 구성을 나타내며, 제2도는 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기가 0.3T(3000G)인 구성을 나타내고, 또한 제3도는 제2도의 조건하에서 극편들이 배치된 구성을 나타낸다.

제1도에는 원통형 요우크(1), 회토류계 영구자석으로 만들어진 사디리꼴 영구자석(2a), 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a), 그리고 자기장 공간(4)이 도시되어 있다.

이미 설명한 것처럼 영구자석(2a,2b)의 각 자화방향(M₁,M₂)은 회토류계 영구자석으로 만들어진 사다리꼴 영구자석(2a)의 자화방향(M₁)이 자기장 공간내 자기장의 방향(그림에서 Y방향 : 설명된 실시예에서 각 영구자석들의 자극면의 극성은 화살표(Bg)에서 나타난 것처럼 자속이 곧장 위로 향하도록 결정된다)과 일치하고, 그리고 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a)의 자화방향(M₂)이 자기장 공간쪽 대향면에 대해서 90°방향(수직방향)이다.

이 실시예에서 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(22a)에서의 최선단 (그림에서 A점)이 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)과 일치한다. 사다리꼴 영구자석(2a)과 삼각형 영구자석(3a)의 접촉면(22b,23b)은 서로 본질적인 갭이 없이 접촉해 있다.

제2도에서는 원통형 요우크(1), 회토류계 영구자석으로 만들어진 사디리꼴 영구자석(2a), 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a)이 도시되어 있으며, 영구자석(2a,3a)의 각 자화방향(M₁,M₂)이 제1도의 구성에서와 같다.

그러나 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기가 제2도의 구성에서는 제1도의 그것과 비교하여 볼때 증가되므로, 각 영구자석(2a,3a)의 크기가 증가되고, 또한 삼각형 영구자석의 요우크 접촉면(23a)과 자기장 공간쪽 대향면 사이의 각도(θ₁)가 증가된다.

또한 제2도의 구성에서는, 제1도에서처럼 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 A점)이 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)과 일치하고, 그리고 사다리꼴 영구자석(2a)과 삼각형 영구자석(3a)의 인접면(22b,23b)은 서로 본질적인 갭이 없이 접촉해 있다.

또한, 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기를 증가시키기 위해서는 각 영구자석(2a,3a)의 크기가 증가되며, 그리고 삼각형 영구자석의 요우크 접촉면과 자기장 공간쪽 대향면 사이의 각도(θ₁)는 제2도에 나타난 구성과 비교할때 더 증가된다. 사디리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 A점)과 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)이 일치할때 본 발명의 목적이 달성된다.

제3도는 제2도에서 나타난 구성에 극편(5a)을 부가적으로 배치시킨 실시예를 보여주며, 여기서 사디리꼴 영구자석(2a)과 대체적으로 삼각형 단면인 영구자석(3a) 및 원통형 요우크(1)의 모양과 배열은 본질적으로는 제2도의 구성에서의 그것들과 동일하다. 특히 극편(5a)과 대체적으로 삼각형 단면인 영구자석(3a)사이의 각 접촉면(25a,23c)이 대체적으로 삼각형 단면인 영구자석(3a)의 요우크 접촉면과 평행이 되도록 만듬으로써 극편 배치의 효과가 가장 효과적으로 이용될 수 있다.

제4도 내지 제6도는 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석의 자화방향이 자기장 공간쪽 대향면에 대해서는 90°보다 작은 범위내에 있고 또한 자기장 공간내 자기장 방향에 대해서는 90°보다 작은 범위내에 있는 구성들을 나타내며, 특히 제4도는 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기가 0.2T(2000G)인 구성을 나타내며, 제5도는 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기가 0.3T(3000G)인 구성을 나타내고, 나아가 제6도는 제5도와 같은 조건하에서 한 극편이 배치된 구조를 보여준다.

제4도에는 원통형 요우크(1), 회토류계 영구자석으로 만들어진 사다리꼴 영구자석(2a), 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a), 그리고 자기장 공간(4)이 도시되어 있다.

이미 설명되어져 온 것처럼 영구자석(2a,3a)의 각 자화방향(M₁,M₃)은 회토류계 영구자석으로 만들어진 사다리꼴 영구자석(2a)의 자화방향(M₁)이 자기장 공간내 자기장의 방향(그림에서 Y방향)과 일치하고, 그리고 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a)의 자화방향(M₃)이 자기장 공간쪽 대향면에 대해서 90°보다 작은 범위내에 있고 또한 자기장 공간내 자기장의 방향에 대해서 90˚보다 작은 범위내에 있다.

제4b도를 참조하여 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a)의 자화방향(M₃)에 대해 보다 명확히 언급하자면, 자기장 공간쪽 대향면에 대해 90°보다 작은 범위란 도면에서 화살표(c)방향부터 화살표(d) 방향까지의 θ₃에 의해서 지시된 범위이며, 한편 자기장 공간내 자기장 방향에 대해서 90°보다 작은 범위란 도면에서 화살표(a) 방향부터 화살표(b) 방향까지의 θ₂에 의해 지시되는 범위이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 자화방향이 상기한 범위의 중복부분인, 도면에서 화살표(c)방향부터 화살표(b) 방향까지의 θ₄에 의해 지시되는 범위내에 존재하는 것이 필요하다. 이 실시예에서, 화살표(c)에 의해 나타난 구성은 제1도 내지 제3도에서 나타난 구성과 일치하며, 반면에 화살표(b)에 의해 나타난 구성은 본 발명의 범위내에 포함되지 않는다.

제4도 내지 제6도는 자기장 공간쪽 대향면에 대해 67.5°방향에서, 즉 자기장 공간내 자기장의 방향에 대해서도 역시 67.5°방향(그림에서 θ₅=67.5°)에서 자화방향(M₃)을 갖는 페라이트계 영구자석이 배치된 구성을 나타낸다.

이 실시예에서 사디리꼴 영구자석(2a)과 삼각형 영구자석(3a)의 인접면(22b,23b)은 그들 사이에서 형성되어 있는 삼각형 공간(6)과 함께 서로 마주보고 있다. 또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 A점)이 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)으로부터 요우크 접촉면(23a)을 따라 삼각형 단면 공간(6)을 가로질러서 연장한 선과 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(22a)과의 교차위치(그림에서 C점)의 바깥쪽에 위치하는 것이 필요하다.

제5도에는 원통형 요우크(1), 회토류계 영구자석으로 만들어진 사다리꼴 영구자석(2a), 그리고 페라이트계 영구자석으로 만들어진 삼각형 영구자석(3a)이 도시되어 있고, 영구자석(2a,3a)의 각 자화방향(M₁,M₃)은 제4도에서 나타난 구성과 일치한다.

그러나 자기장 공간 중앙부의 자기장 세기가 제4도와 비교하여 제5도의 구성에서는 증가되므로, 각 영구자석(2a,3a)의 크기가 증가되고, 그리고 삼각형 영구자석의 요우크 접촉면(23a)과 자기장 공간쪽 대향면 사이의 각도(θ₁)가 증가된다.

또한 제5도의 구성에서는, 제4도에서처럼, 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면에서의 최선단(그림에서 A점)이 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)으로부터 요우크 접촉면(23a)을 따라 삼각형 공간(6)을 가로질러서 연장한 선과 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(22a)과의 교차위치(그림에서 C점)의 바깥쪽에 위치한다.

또한, 자기장 공간의 중앙부에서의 자기장 세기를 증가시키기 위해서는, 각 영구자석(2a,3a)의 크기가 증가되고, 그리고 삼각형 영구자석의 요우크 접촉면(23a)과 자기장 공간쪽 대향면 사이의 각도(θ₁)가 증가된다. 그러나 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 A점)이 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)으로부터 요우크 접촉면(23a)을 따라 공간(6)을 가로질러서 연장한 선과 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(22a)과의 교차위치(그림에서 C점)의 바깥쪽에 위치할때 본 발명의 목적이 달성된다.

제6도는 제5도의 구성에 극편(5a)이 부가되어 배치된 구성을 나타내며, 여기서는 사다리꼴 영구자석(2a), 대체적으로 삼각형 단면인 영구자석(3a), 그리고 원통형 요우크(1)의 모양과 배열이 본질적으로 제5도의 그것들과 일치한다. 특히 극편(5a)과 대체적으로 삼각형 단면인 영구자석(3a) 사이의 각 접촉면(25a,23c)이 대체적으로 삼각형 단면인 영구자석(3a)의 요우크 접촉면과 평행이 되도록 만들 뿐만 아니라, 대략 삼각형인 공간(6)에 대한 극편(5a)의 대향면(25b)을 대체적으로 삼각형인 공간(6)에 대한 요우크의 대향면(21a)과 평행이 되도록 만듬으로써 극편배치의 효과가 가장 효과적으로 이용될 수 있다. 즉, 자기장의 자기장 분포를 혼란시키지 않으면서 극편들이 배열될 수 있다.

제4도 내지 제6도에서는 단면인 페라이트계 영구자석의 자화방향(M₃)이 자기장 공간내 자기장 방향에 대해 67.5˚의 방향에 있는 경우에 설명이 이루어졌다. 각도가 더 작아짐에 따라서, 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(22a)에서의 최선단(그림에서 A점)은 안쪽으로 움직이며, 삼각형 영구자석(3a)의 요우크 접촉면(23a)에서의 최선단(그림에서 B점)은 요우크 접촉면(23a)을 따라서 연장된 방향에서 움직이며, 그래서 결과적으로 사다리꼴 영구자석(2a)의 요우크 접촉면(22a)에서의 위치(그림에서 C점)와 A점은 더 가깝게 만들어기고, 특히 자화방향(M₃)이 자기장 공간내 자기장 방향에 대해 45˚방향(자기장 공간쪽 대향면에 대해서는 90˚이다)인 경우에는 A점과 C점(B점)이 삼각형 공간(6)을 구성하지 않게끔 서로 일직선에 맞춰진다.

또한, 삼각형 영구자석의 자화방향(M₃)이 자기장 공간내 자기장 방향으로 감소될때, 즉 자기장 공간쪽 대향면에 대해 90˚를 초과할때는, 균일한 자기장을 얻을 수 없기 때문에 목적된 MRI 자기장 발생장치를 얻을 수 없음이 확실해졌다.

또한, 삼각형 영구자석의 자화방향(M₃)이 자기장 공간내 자기장 방향에 대해 90°방향(도면에서 X방향)에서 설정될 때는 A점이 크게 바깥면쪽으로 움직이고(본질적으로는 무한히), 목적된 MRI 자기장 발생장치를 얻을 수 없음이 확실해졌다.

삼각형 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면과 자기장 공간내 자기장 방향(Y방향)에 수직인 방향(X방향) 사이의 각도(θ₀)를 설정하는 경우에 대해서, 제1도 내지 제6도까지에 나타난 각 구성에 대한 설명이 이루어져왔다. 그러나 그 각도는 또한 자기장 공간의 필요한 정도에 따라서도 맞춰질 수 있다. 발명자의 실험에 따르면, 45°범위내에서 각도(θ₀)를 설정하는 것이 바람직하며, 나아가서, 그렇게 결정된 구성에서는 삼각형 페라이트계 영구자석의 자화방향이 자기장 공간쪽 대향면에 대해서 90˚가 되는 경우(제1도 내지 제3도에 나타난 구성)에 가장 자기적으로 효율적으로 비용이 저렴한 MRI 자기장 발생장치를 얻을 수 있음이 확실해졌다.

본 발명에서는, 상기 설명되어진 것처럼, 자기장 방향에 대한 회토류계 영구자석들과 페라이트계 영구자석들의 자화방향을 MRI 자기장 발생장치로 형성된 자기장 공간에서 이미 결정된 범위내로 설정하고 그리고 이미 결정된 구성하에서 각 영구자석들을 배치함으로써, 자기적으로 효율적이고, 자기장 발생장치의 크기가 감소되고 그리고 비용의 감소가 가능한 MRI용 자기장 발생장치를 제공하는 것이 가능하다.

제1도 내지 제6도에 나타난 본 발명에 따른 MRI 자기장 발생장치의 일실시예와 제7도에 나타난 종래 기술에서의 MRI 자기장 발생장치에 대해서 자기장 공간의 형태를 동일하게 만듬으로써 본 발명의 효과는 보다 분명해지고, 그리고 표에서는 각 자기장 공간들의 중앙부 반경 200mm의 구형공간에서 자기장의 균일성을 50ppm으로 설정하는 동안에 사용된 자석들의 무게를 비교한 것이 종방향(Z방향)에서 1m당 자석무게료 표시되어 있다.

앞서 설명된 것처럼, 자기장 공간의 형상은 높이(갭 길이 Lg)가 650mm, 폭(W)이 1170mm, 그리고 삼각형 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면과 자기장 공간내 자기장의 방향(Y방향)에 수직인 방향(X방향) 사이의 각도(θ₀)는 45°가 되도록 결정된다.

또한, 사용된 회토류계 영구자석은 최대에너지 생성량((BH)max)이 41.6MGOe인 Fe-B-R계 영구자석이었고, 반면에 사용된 페라이트계 영구자석은 최대에너지 생성량((BH)max)이 4MGOe인 스트론튬 페라이트계 영구자석이었다.

( )내의 숫자는 전체 자석중량에 기초한 회토류 자석의 중량을 나타내다.

표 1로부터, 사용된 회토류계 영구자석의 양이 본 발명에 따른 MRI용 자기장 발생장치에서는 감소될 수 있고, 특히 삼각형 영구자석이 자화방향이 자기장 공간내 자기장의 방향에 대해서 90˚보다 작은 범위내 방향에 있는 것을 확실할 수 있고, 그리고 각도가 더 작게 만들어지고 또한 자기장 공간쪽 대향면에 대해 90˚부근에서 설정됨에 따라서 그 효과가 더욱 증가되는 것을 확실할 수 있음이 명백하다.

표 1은 본 발명과 종래 기술(비교예)사이에서 자석무게의 차이를 보여주며, 그리고 제9도는 위에서 설명된 것들과 같은 크기를 갖는 자기장 공간에서 자기장 세기가 0.3T로 설정된 경우에 자석크기에 대한 차이를 도식적으로 보여준다.

즉, 제2도에 따른 본 발명의 자석구성은 실선들로 나타나고(32a : 회토류계 영구자석, 33a : 페라이트계 영구자석), 단지 회토류계 영구자석만을 사용하는 제7도에 따른 종래 기술의 자석구성(32b : 회토류계 영구자석, 33b : 회토류계 영구자석)은 점선에 의해 나타나며, 그리고 단지 페라이트계 영구자석만을 사용하는 종래 기술의 자석 구성(32c : 페라이트계 영구자석, 33c : 페라이트계 영구자석)은 이점쇄선으로 나타난다.

제9도에서는 본 발명의 자석구성이 종래 기술의 자석구성과 비교하여 크기가 증가하지 않음이 보인다(도면에서 해칭된 부분).

본 발명에 따르면, 바람직한 실시예로부터 명백한 것처럼, 자기장 발생원으로 단지 회토류계 영구자석들을 사용하는 종래 기술의 MRI용 자기장 발생장치와 비교하여 페라이트계 영구자석은 본질적으로 자기장 발생장치의 크기를 증가시키지 않고서 효과적으로 배열될 수 있고, 전체 자석들에서 회토류계 영구자석들의 양이 감소될 수 있고 그리고 전체 MRI용 자기장 발생장치에 대한 비용이 감소될 수 있다.

즉, 본 발명은, 상이한 최대에너지 생성량((BH)max)들을 갖는 회토류계 영구자석들과 페라이트계 영구자석들처럼 상이한 재료들을 포함하는 영구자석들을 효과적으로 배열함으로써, 향상된 자기효율을 갖고, 자기장 발생장치의 크기가 감소된 그리고 비용감소가 가능한 MRI용 자기장 발생장치를 제공하는데, 여기에서는 다수의 영구자석들의 대향면으로 둘러싸인 육각형 단면의 자기장 공간이 형성된다.

Claims

원통형 요우크와, 서로의 자극면 사이에서 한정된 이미 결정된 갭을 가지고 상기 원통형 요우크 내에서 서로 평행하게 마주보는 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석들과, 그리고 자기장 공간이 사다리꼴 단면의 영구자석들의 자극면들과 삼각형 단면의 영구자석의 자극면들에 의해서 한정되어 종방향에 대해 수직으로 육각형 단면을 가지게 상기 한쌍의 사다리꼴 영구자석의 양측면에 인접한 삼각형 단면의 영구자석들로 이루어진 MRI용 자기장 발생장치에 있어서, 상기 사다리꼴 단면의 영구자석들은 회토류계 영구자석들로 이루어지고, 그것의 자화방향이 자기장 공간내 자기장 방향과 일치하고, 상기 삼각형 단면의 영구자석들은 페라이트계 영구자석으로 이루어지고, 그것의 자화방향이 자기장 공간쪽 대향면에 90˚방향이고, 그리고 사다리꼴 단면의 영구자석의 요우크 접촉면에서의 최선단이 삼각형 영구자석의 요우크 접촉면에서의 최선단과 일치하는 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제1항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석들이 Re-Fe-B계 영구자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제1항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석들이 회토류 코발트계 영구자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제1항에 있어서, 원통형 요우크가 순수철 또는 철합금과 같은 연질 자기 재료로 만들어진 몸체로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제1항에 있어서, 원통형 요우크가 실리콘 강철 플레이트의 라미네이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제1항에 있어서, 극편이 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석의 자기용 공간쪽 대향면에 배치된 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제6항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면이 실리콘 강철 플레이트의 라미네이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제6항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면에 배치된 극편의 자기장 공간쪽 대향면이 연질 페라이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제1항에 있어서, 삼각형 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면과 자기장 공간내 자기장 방향에 수직인 방향 사이의 각도(θ₀)가 40°내지 50˚의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
원통형 요우크와, 서로의 자극면 사이에서 한정되는 이미 결정된 갭을 가지고 상기 원통형 요우크내에서 서로 평행하게 마주보는 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석들과, 그리고 자기장 공간이 사다리꼴 단면의 영구자석들의 자극면들과 삼각형 단면의 영구자석의 자극면들에 의해서 한정되어 종방향에 대해 수직으로 육각형 단면을 가지게 상기 한쌍의 사다리꼴 영구자석의 양측면에 인접한 삼각형 단면의 영구자석들로 이루어진 MRI용 자기장 발생장치에 있어서, 상기 사다리꼴 단면의 영구자석들이 회토류계 영구자석들로 이루어지고, 그것의 자화방향이 자기장 공간내 자기장의 방향과 일치하고, 상기 삼각형 단면의 영구자석들이 페라이트계 영구자석들로 이루어지고, 그것의 자화방향이 자기장 공간쪽 대향면에 90°방향이고, 삼각형 단면의 갭부분이 사다리꼴 단면의 영구자석과 삼각형 단면의 영구자석 사이의 인접부분에서 형성되고, 그리고 요우크에 대면하는 사다리꼴 단면의 영구자석의 요우크 접촉면에서의 최선단이 삼각형 단면의 공간을 가로질러서 요우크에 대면하는 삼각형 단면의 영구자석의 요우크 접촉면 최선단으로부터 연장된 선과 요우크에 대면하는 사다리꼴 단면의 영구자석의 접촉면 간의 교차위치의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제10항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석이 회토류 코발트계 영구자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제10항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석이 Re-Fe-B계 영구자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제10항에 있어서, 원통형 요우크가 순수철 또는 철합금과 같은 연질 자기재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제10항에 있어서, 원통형 요우크가 실리콘 강철 플레이트의 라미네이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제10항에 있어서, 극편이 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면에 배치된 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제15항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면이 실리콘 강철 플레이트의 라미네이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제15항에 있어서, 한쌍의 사다리꼴 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면에 배치된 극편의 자기장 공간쪽 대향면이 연질 페라이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.
제15항에 있어서, 삼각형 단면의 영구자석의 자기장 공간쪽 대향면과 자기장 공간내 자기장 방향에 수직인 방향 사이의 각도(θ₀)가 40내지 50의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 MRI용 자기장 발생장치.