專利名稱：超導(dǎo)磁體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁體裝置，上述超導(dǎo)磁體裝置在利用由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生靜磁場的靜 磁場源(以下，稱為主線圈)內(nèi)發(fā)生的磁共振現(xiàn)象的醫(yī)療用斷層攝像裝置(以下，稱為MRI 裝置)中，具有用于對MRI攝像帶來不良影響的干擾磁場進行補償?shù)木€圈(以下，稱為干擾 磁場補償線圈)。
背景技術(shù)：
作為產(chǎn)生MRI裝置所需要的靜磁場的靜磁場源，一般可列舉出永磁體、常導(dǎo)磁體、 及超導(dǎo)磁體等，但現(xiàn)狀是若從靜磁場的大小或時間的穩(wěn)定性等的觀點來考慮，超導(dǎo)磁體已 成為主流。在利用超導(dǎo)磁體的靜磁場源中，由于產(chǎn)生的磁場為強力磁場，因此主要采用兩種 方式來作為防止磁場向外部泄漏的方法，由此，磁體的種類可大致分為兩種。一種是以鐵體 覆蓋磁體主體的方法(無源屏蔽)，另一種是配置極性相反的超導(dǎo)線圈以取代鐵體的方法 (有源屏蔽)。其中，關(guān)于有源屏蔽方式的磁體，由于其主體的重量輕、緊湊性等而成為主 流。另一方面，MRI裝置的設(shè)置場所、環(huán)境各不相同，有與道路相鄰的情況，也有接近電 車或供電用的電力電纜等的情況。在這種情況下，由于接近較大的鐵體、或交流磁場的影響 等，而在MRI攝像中從外部向攝像空間內(nèi)流入大小無法忽視的變動磁場(以下，稱為干擾磁 場)。若是上述無源屏蔽方式的超導(dǎo)磁體時，則由于鐵體具有自屏蔽效果，因而大多不出現(xiàn) 問題，若是有源屏蔽方式的超導(dǎo)磁體時，如果照原來的樣子，則大部分的干擾磁場會流入攝 像空間，可能會對MRI攝像帶來較大的不良影響。因此，為了抑制(補償)上述的干擾磁場的影響，除了主線圈之外，而配置有干擾 磁場補償專用的超導(dǎo)線圈(干擾磁場補償線圈)。干擾磁場補償線圈是在干擾磁場流入的 情況下，在干擾磁場補償線圈內(nèi)感應(yīng)出電流來產(chǎn)生補償磁場，通過利用上述干擾磁場補償 線圈進行的補償和利用主線圈進行的補償(盡管比較微弱)來進行抵消，能將攝像空間內(nèi) 的磁場變動量抑制為流入的干擾磁場量的百分之幾以下。上述主線圈是超導(dǎo)線圈，通常以持續(xù)電流模式流過大電流，但是若由于某種理由 而使超導(dǎo)狀態(tài)被破壞(以下，稱為失超)，則一下子會放出很大的能量。盡管該能量的大部 分作為熱量而放出，但在主線圈和干擾磁場補償線圈發(fā)生磁耦合的情況下，將以電磁感應(yīng) 的形式對干擾磁場補償線圈放出能量。此時，在干擾磁場補償線圈中，也根據(jù)磁耦合的程度感應(yīng)出比較大的電流，由于此 時主線圈產(chǎn)生的磁場大多尚未充分衰減，因此對干擾磁場補償線圈主體施加非常大的電磁 力。其原因在于，干擾磁場補償線圈由于成本或設(shè)置空間等問題而比主線圈的匝數(shù)少，因而 根據(jù)情況干擾磁場補償線圈中可能感應(yīng)出主線圈的電流(例如400至700A)以上的電流。 盡管如此，由于干擾磁場補償線圈的匝數(shù)少、體積小，因此難以提供足夠的強度。因此，為了盡量不在干擾磁場補償線圈中感應(yīng)出較大的電流，需要使其例如不流 過數(shù)IOA以上的電流等的措施。然而，由于干擾磁場補償線圈通常由超導(dǎo)線圈構(gòu)成，因此即
3使使用性能非常低的超導(dǎo)線材，仍然很容易地流過數(shù)10A。用超導(dǎo)線圈來構(gòu)成的原因在于 即，由于干擾磁場在鐵體接近時也可照原樣保持靜止不變等的狀況，因此若采用銅線等來 構(gòu)成，則感應(yīng)出的電流迅速衰減，因而無法進行長時間補償。干擾磁場補償線圈也考慮了這 樣的衰減時間常數(shù)來進行構(gòu)成。因而，重要的是盡量在設(shè)計階段就盡可能減小主線圈和干擾磁場補償線圈的磁耦 合。此外，由于MRI用超導(dǎo)磁體要求較高的靜磁場的均勻性，因此主線圈大多由多個線圈串 聯(lián)構(gòu)成。另外，與此相應(yīng)的是，干擾磁場補償線圈也幾乎具有相同數(shù)量的線圈，它們一般也 是串聯(lián)的。此外，上述主線圈和干擾磁場補償線圈構(gòu)成相互獨立的閉合電路。為了減小主線圈和干擾磁場補償線圈的磁耦合，拉開相互的距離也是一種方法， 但由于空間或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的問題，基本上以相互電絕緣的狀態(tài)進行配置，使(干擾磁場補償 線圈)重疊于各主線圈上，通過適當(dāng)?shù)剡x擇主線圈和干擾磁場補償線圈的卷繞匝數(shù)(卷繞 匝數(shù)比)，來減小磁耦合(參照專利文獻1)。表1表示上述的一個例子。此外，在本例中，主線圈及干擾磁場補償線圈分別具有 6對的數(shù)量，配置所有的干擾磁場補償線圈，使其重疊于主線圈之上。(未記載詳細的位置 尺寸) 表1有技術(shù)中的主線圈和干擾磁場補償線圈的各自的卷繞匝數(shù)例此時，若根據(jù)干擾磁場補償線圈No. 1至No. 6的相對匝數(shù)比來進行理論計算，則攝 像空間內(nèi)的磁場變動量為流入的干擾磁場量的約4. 2%，滿足一般的目標值5%以下。另外此時，主線圈和干擾磁場補償線圈的自感及互感分別如下所示。主線圈的自感37.790H(亨利)干擾磁場補償線圈的自感3. 095H (亨利)兩個線圈的互感0.014H(亨利)圖7示出了在主線圈失超后的、流過各線圈內(nèi)的電流變化的示意圖。如上所述，由 于兩個線圈的互感非常小，例如在穩(wěn)定時流過500A的電流的主線圈發(fā)生了失超而變?yōu)镺A 時，即使不考慮由熱量引起的消耗等，也僅在干擾磁場補償線圈中感應(yīng)出約2. 3A的電流， 因此幾乎沒有上述那樣的由感應(yīng)電流而產(chǎn)生的電磁力的煩惱。接著，根據(jù)圖8來說明已有的超導(dǎo)磁體的主要結(jié)構(gòu)。圖中，該超導(dǎo)磁體100具有主 線圈200和干擾磁場補償線圈310，上述主線圈200在MRI裝置的攝像空間內(nèi)產(chǎn)生靜磁場， 上述干擾磁場補償線圈310對流入攝像空間內(nèi)的干擾磁場的影響進行抑制(補償)，它們分 別由超導(dǎo)線圈構(gòu)成。主線圈200、干擾磁場補償線圈310都構(gòu)成閉合環(huán)路，且相互電絕緣。 干擾磁場補償線圈310基本上配置于主線圈200的各線圈上。此外，圖中記入在主線圈200 及干擾磁場補償線圈310的各線圈內(nèi)的標號[+]、[_]表示各線圈的卷繞方向。主線圈200使用二極管221來分割為由能量比較小的線圈組210(線圈201a、201b、202a、202b、203a、203b、204a、204b)、和能量比較大的線圈組 211 (線圈 205a,205b, 206a、206b)構(gòu)成的兩個電路，由此降低用體積(熱容量)較小的線圈來消耗較大能量的危 險性，對失超時產(chǎn)生的電壓或能量消耗(線圈的發(fā)熱)進行保護。然而，無論哪個線圈發(fā)生失超，都無可否認在兩個二極管電路中會產(chǎn)生很大的電 流差。該電流差由于發(fā)生失超的線圈、及失超消除方式等而各不相同，圖9示出了在主線圈 發(fā)生失超后的兩個線圈的電流示意圖的一個例子。在本例中，將表1中的No. 1至NO. 4作 為能量較小的線圈組，將No. 5、No. 6作為能量較大的線圈組，但是在這種情況下，從圖中可 知，能量較大的組和能量較小的組的電流差最大可達到300A左右。由此，在干擾磁場補償 線圈中也過渡性地感應(yīng)出較大的電流，最大可達到200A左右。即已知，無論如何減小主線圈和干擾磁場補償線圈的磁耦合(互感)，但若主線圈 的能量較小的線圈組及能量較大的線圈組分別和干擾磁場補償線圈的磁耦合(互感)較 大，則在發(fā)生失超時，暫時在干擾磁場補償線圈內(nèi)也感應(yīng)出較大的電流。在本例中，主線圈 的各線圈組和干擾磁場補償線圈的互感如下所示。主線圈的能量較小的線圈組和干擾磁場補償線圈的互感2. 206H(亨利)主線圈的能量較大的線圈組和干擾磁場補償線圈的互感-2. 192H(亨利)(總計)主線圈和干擾磁場補償線圈的互感0.014H(亨利)由上述結(jié)果可知，主線圈的各組和干擾磁場補償線圈的互感的大小為主線圈和干 擾磁場補償線圈的互感的約160倍。由此，在干擾磁場補償線圈中最大可感應(yīng)出200A左右 的電流。此時，對干擾磁場補償線圈產(chǎn)生有較大的電磁力，表2示出了該具體例。 表2已有的失超例中的向干擾磁場補償線圈施加的最大電磁力從表2中可知，No. 6線圈的R方向電磁力特別大。No. 6線圈由于配置的關(guān)系，大 多在外周部無多余的空間，因而難以采取R方向電磁力的措施，因此將謀求降低該電磁力 作為最優(yōu)先的課題。另外，根據(jù)表1，No. 6的干擾磁場補償線圈的卷繞匝數(shù)為515匝，同樣 由于空間上的問題，而將降低該卷繞匝數(shù)也列為課題。然而，在通常的干擾磁場補償線圈的 設(shè)計中，若希望減小其與主線圈的磁耦合，則無論如何都會導(dǎo)致No. 6線圈的卷繞數(shù)匝成為 比較大的值，而難以降低。另一方面，根據(jù)上述內(nèi)容，雖說希望減小主線圈的能量較小的線圈組及能量較大 的線圈組分別與干擾磁場補償線圈的磁耦合(互感)，可是也希望同時減小主線圈(整體) 和干擾磁場補償線圈的互感。其原因在于，對干擾磁場補償線圈而言，不僅需要將主線圈發(fā) 生失超時所感應(yīng)出的電流作為考慮對象，也需要將對主線圈進行勵磁或消磁時、或在設(shè)置 于超導(dǎo)磁體內(nèi)的持續(xù)電流開關(guān)(PCS) 220 (參照圖8)的超導(dǎo)部發(fā)生失超時所感應(yīng)出的電流
5作為考慮對象，在這種情況下，由主線圈(整體)和干擾磁場補償線圈的互感來決定感應(yīng)電 流。專利文獻專利文獻1日本國專利第3043478號

發(fā)明內(nèi)容
如上述說明的那樣，在包括用于抑制從MRI裝置外部流入的變動磁場的干擾磁場 補償線圈的超導(dǎo)磁體裝置中，存在以下問題即，例如即使為了使主線圈發(fā)生失超時所產(chǎn)生 的感應(yīng)電流最小、而使主線圈整體和干擾磁場補償線圈的互感為最小，但在主線圈具有多 個保護二極管電路的情況下，由于當(dāng)失超時在各二級管電路間產(chǎn)生電流差，因此導(dǎo)致由于 各二極管電路和干擾磁場補償線圈的互感而產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流。本發(fā)明的目的在于解決上述那樣的問題，在主線圈發(fā)生失超的情況下，盡可能安 全地保護干擾磁場補償線圈，并使其不易發(fā)生不良情況。本發(fā)明所涉及的超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，具有主線圈和干擾磁場補償線圈，上 述主線圈用于在攝像空間內(nèi)產(chǎn)生靜磁場，上述干擾磁場補償線圈在攝像空間中抑制(補 償)從外部流入的變動磁場的影響，上述主線圈可至少分割為兩個二級管電路，上述干擾 磁場補償線圈至少具有一個反繞線圈，以使得與上述主線圈的各二極管電路的互感為最 小。根據(jù)本發(fā)明，由于不僅能降低主線圈整體和干擾磁場補償線圈的磁耦合，還能降 低主線圈內(nèi)的各二極管電路和干擾磁場補償線圈的磁耦合，因此即使在主線圈發(fā)生失超、 各二極管間產(chǎn)生電流差的情況下，也由于能抑制在干擾磁場補償線圈中感應(yīng)出的電流，還 能抑制隨之而產(chǎn)生的電磁力，因而不易向干擾磁場補償線圈產(chǎn)生特別的機械上的不良情 況。另外，由于通過干擾磁場補償線圈中感應(yīng)的電流下降，也能降低干擾磁場補償線 圈本身發(fā)生失超的可能性，因此也能減輕隨之進行的熱、電處理。


圖1是表示使用本發(fā)明的超導(dǎo)磁體的MRI裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式1的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式2的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式3的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。圖5是表示本發(fā)明的實施方式4的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。圖6是本發(fā)明的實施方式1中的主線圈發(fā)生失超后的各線圈組的電流示意圖(兩 個二極管電路的情況)。圖7是表示已有技術(shù)中的主線圈發(fā)生失超后的主線圈的電流示意圖(一個二極管 電路的情況)。圖8是表示已有的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。圖9是表示已有的主線圈發(fā)生失超后的各線圈組的電流示意圖(兩個二極管電路 的情況)的一個例子。
標號說明
10患者(受檢者)
100超導(dǎo)磁體
200主線圈
210,211線圈組
221 二極管
300干擾磁場補償線圈
400真空隔熱容器
500冷卻容器
600傾斜磁場線圈
700RF發(fā)送線圈
800RF接收線圈
900控制裝置
具體實施例方式實施方式1以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖1是表示使用本發(fā)明的超導(dǎo)磁體 的MRI裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。超導(dǎo)磁體100容納于真空隔熱容器400內(nèi)的冷卻容器500內(nèi)。 一般在插入到超導(dǎo)磁體100所產(chǎn)生的靜磁場內(nèi)的攝像空間中的患者(受檢者)10的周圍配 置有傾斜磁場線圈600、RF發(fā)送線圈700、及RF接收線圈800，它們由控制裝置900進行控 制?？刂蒲b置900具有傾斜磁場電源901、RF發(fā)送系統(tǒng)902、RF接收系統(tǒng)903、序列發(fā)生器 904、CPU905、及顯示器、鍵盤等的控制臺906等。圖2是表示如上所述的MRI裝置中所使用的超導(dǎo)磁體100的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。 該超導(dǎo)磁體100包括主線圈200和干擾磁場補償線圈300，上述主線圈200在MRI裝置的 攝像空間內(nèi)產(chǎn)生靜磁場，上述干擾磁場補償線圈300對流入攝像空間內(nèi)的干擾磁場的影響 進行抑制(補償)，各電路分別電絕緣。主線圈200是超導(dǎo)線圈，構(gòu)成一個閉合環(huán)路。主線 圈200通常在冷卻容器500內(nèi)浸入到液體氦等的制冷劑中而成為超導(dǎo)狀態(tài)，由此在MRI裝 置的攝像空間內(nèi)產(chǎn)生強力且穩(wěn)定的靜磁場。在主線圈200的超導(dǎo)環(huán)路內(nèi)，配置有超導(dǎo)開關(guān) 220(PCS =Persistent Current Switch 持續(xù)電流開關(guān))，盡管未圖示，但在用外部的靜磁場 電源使主線圈200產(chǎn)生磁場后，起到斷開靜磁場電源、在主線圈200內(nèi)封閉電流的作用。主線圈200有時由于微小的破裂所引起的內(nèi)部發(fā)熱等而從超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到常導(dǎo) 狀態(tài)，成為所謂的失超狀態(tài)。主線圈200由于失超所生成的電阻而急劇產(chǎn)生電壓，且由于線 圈內(nèi)的能量消耗而發(fā)熱。為了防止由此而引起的主線圈200內(nèi)的不良情況，而使用二極管 221進行保護。以兩個方向為一組設(shè)置二極管221，使其在任一方向上都進行動作。此外，在 圖2中，為了方便起見，各電路、各方向上都分別各配置一個二極管221，但并不限于一個， 可也根據(jù)用二極管控制的電壓而串聯(lián)多個來進行配置。還有，在此處，主線圈200利用上述二極管221而分割為能量比較小的線圈組210 和能量比較大的線圈組211這兩個電路。由此可降低用體積(熱容量)較小的線圈來消耗 較大的能量的危險性。能量比較小的線圈組210具有總計8個線圈201a、201b、202a、202b、203a、203b、204a、204b，能量比較大的線圈組211具有總計4個線圈205a、205b、206a、206b。 各線圈的a及b分別沿主線圈200的軸向?qū)ΨQ配置，成對地作為靜磁場輸出。另一方面，干擾磁場補償線圈300也是超導(dǎo)線圈，構(gòu)成一個閉合環(huán)路。干擾磁場 補償線圈300也和主線圈200相同，具有總計12個超導(dǎo)線圈301a、301b、302a、302b、303a、 303b、304a、304b、305a、305b、306a、及306b，基本上配置于主線圈200的各個線圈上。但是， 僅僅是結(jié)構(gòu)上配置于主線圈200上，而是電絕緣。此處，之所以將干擾磁場補償線圈300配 置于主線圈200上，是為了盡量簡化超導(dǎo)磁體100的結(jié)構(gòu)，但并不一定需要將其配置于主線 圈200上。另外，盡管未圖示，但有時對干擾磁場補償線圈300也與主線圈200相同，配置 超導(dǎo)開關(guān)及保護用二極管。如上所述，干擾磁場補償線圈300是根據(jù)來自超導(dǎo)磁體外部的干擾磁場而自動地 感應(yīng)出電流，對攝像空間中的影響進行補償。另一方面，若從攝像空間的磁場均勻性的觀點 來看，若在干擾磁場補償線圈300中感應(yīng)出電流，則由此產(chǎn)生的誤差磁場可能會引起攝像 空間的磁場均勻性的惡化。根據(jù)通常所能考慮的干擾磁場的量，雖然其感應(yīng)電流非常小，但 在長期使用超導(dǎo)磁體的期間中，感應(yīng)電流發(fā)生聚積，可能遲早會帶來無法忽視的不良影響。干擾磁場補償線圈300通常在初始狀態(tài)時不流過電流，僅在從外部流入變動磁場 的情況下而感應(yīng)出相抵電流以補償變動磁場。一般設(shè)計該電流，使得即使在變動磁場流入 的情況下也只有IA以下的微小電流。另外，由于由干擾磁場補償線圈對攝像空間的磁場均 勻性的影響并未在設(shè)計方面進行考慮，且若干擾磁場補償線圈中流過電流，則非?？赡軙?成為攪亂磁場均勻性的因素，因此最好使初始狀態(tài)的電流為零。因此，盡管未圖示，但可在 干擾磁場補償線圈的環(huán)路的某處，僅以熱接觸的方式來設(shè)置具有足夠的電阻以使電流為零 的加熱器，從而使得初始狀態(tài)下的電流為零。再有，由于隨著繼續(xù)運行MRI裝置，而有時在 干擾磁場補償線圈中感應(yīng)出的電流發(fā)生重疊并增大，因此有時采用定期地對加熱器進行通 電、以使電流為零的方法。本來，若能對干擾磁場補償線圈進行優(yōu)化設(shè)計，使其不對攝像空間的磁場均勻性 帶來影響，則不會有特別的問題，但在實際的現(xiàn)狀中，極難實現(xiàn)高度的優(yōu)化設(shè)計。然而，已有的干擾磁場補償線圈采用全部由正繞構(gòu)成，但若使其中的一部分線圈 為反繞，則利用正繞和反繞，由于在原理上也產(chǎn)生消除誤差磁場的效果，因此可能可以較好 地消除產(chǎn)生的誤差磁場。因而，本實施方式1的干擾磁場補償線圈300，通過配置反繞的干擾磁場補償線 圈，以實現(xiàn)綜合性的優(yōu)化，使得既降低了其與主線圈的磁耦合，且也只生成不對攝像空間帶 來不良影響的范圍內(nèi)的誤差磁場。此外，記入在圖1中的主線圈200及干擾磁場補償線圈300的各線圈內(nèi)的[+]、[-] 的標號，表示各線圈的卷繞方向。[+]是正方向卷繞的線圈(正繞線圈)，在電流流過時，在 攝像空間內(nèi)產(chǎn)生正方向(與靜磁場的方向相同)的磁場。另一方面，[_]是反方向卷繞的 線圈(反繞線圈)，在電流流過時，在攝像空間內(nèi)產(chǎn)生負方向(與靜磁場的方向相反)的磁 場。與圖8的已有的干擾磁場補償線圈310相比，本實施方式1的干擾磁場補償線圈 300的不同點在于，將303a、303b作為反繞線圈，并將它們分別配置于正繞線圈203a、203b 之上。表3中示出了本實施方式中的主線圈200和干擾磁場補償線圈300的卷繞方向及卷
8繞匝數(shù)的例子。由于主線圈200及干擾磁場補償線圈300如上所述分別具有12個(6對沿 軸向?qū)ΨQ)的線圈，因此，在表3中，記為No. 1至No. 6這6對。在表3中，主線圈的各No. 1至No. 6分別對應(yīng)于201(a&b)、202(a&b)、203(a 及b)、204 (a及b)、205 (a及b)、及206 (a及b)，干擾磁場補償線圈的各No. 1至No. 6分別 對應(yīng)于 301 (a 及 b)、302 (a 及 b)、303 (a 及 b)、304 (a 及 b)、305 (a 及 b)、及 306 (a 及 b)。另
外，表內(nèi)的[_]標號表示反繞的線圈。
負表示反方向 的卷繞匝 總計840匝X2 干擾磁場補償 線圈表3本發(fā)明的實施方式1中的主線圈和干擾磁場補償線圈的各自的卷繞匝數(shù)的例子。另一方面，在已有的技術(shù)中，如表1及圖8所示的那樣，干擾磁場補償線圈310不 具有反繞的線圈。此外，為了明確地比較本發(fā)明和已有的技術(shù)的差異，表1和表3的主線圈 是完全相同的線圈，且使干擾磁場補償線圈的總計卷繞匝數(shù)相同。此時，若從干擾磁場補償線圈No. 1至No. 6的相對匝數(shù)比來進行理論計算，則相對 于從外部流入的變動磁場的攝像空間內(nèi)的磁場變動量為約4. 45%，與表1的已有的技術(shù)例 相同，滿足一般的目標值5%以下。另外，主線圈200和干擾磁場補償線圈300的自感及互 感分別如下所示。主線圈的自感37. 790H (亨利)干擾磁場補償線圈的自感1. 37IH(亨利)兩個線圈的互感-0.015H(亨利)如上所述，與已有的技術(shù)例相同，兩個線圈的互感非常小，在主線圈200發(fā)生失 超、從穩(wěn)定時的500A降為OA的情況下，可計算出在干擾磁場補償線圈300中只感應(yīng)出約 5. 5A的電流。但是，這是在主線圈200的電流同樣減少的情況、且未考慮由熱量等引起的能 量消耗的情況下得出的。接著說明上述實施方式1的超導(dǎo)磁體裝置的動作。如上所述，本發(fā)明中的主線圈200為了保護失超時的線圈，而具有能量比較小的 線圈組210和能量比較大的線圈組211這兩個二極管電路。在由于某種原因而引起主線圈 200的任一個線圈發(fā)生失超的情況下，在發(fā)生了失超的線圈中產(chǎn)生電阻，由于發(fā)熱而消耗主 線圈200內(nèi)部的能量，同時主線圈200的電流發(fā)生衰減。同時，利用與其他線圈的互感而使 能量分散，因而在各處產(chǎn)生不同的電壓。利用該電壓，在二極管221進行動作(導(dǎo)通)的情 況下，各線圈組210及211內(nèi)的電流產(chǎn)生差異，同時電流進一步衰減。另一方面，由于此時干擾磁場補償線圈300成為閉合環(huán)路，因此即使其與主線圈 200的磁耦合非常小，但在其與線圈組210或211具有某種程度的磁耦合的情況下，伴隨著 線圈組210及211內(nèi)的電流差異而對干擾磁場補償線圈300感應(yīng)出電流。圖6示出了這種
No.lNo.2No.3No.4No.5No.6主線圈247546969-4202700-1376干擾磁場補償線圈26143“15590104322
9情況下的主線圈發(fā)生了失超后的各線圈的電流變化。圖6與已有技術(shù)的圖9相同，示出了 各種失超事例中、對干擾磁場補償線圈產(chǎn)生最大電磁力的事例。表4示出了對此時的干擾磁場補償線圈300產(chǎn)生的電磁力。表4對應(yīng)于表2中示 出的已有例。通過比較表2和表4可知，在已有例(表2)中特別大的No. 6線圈的R方向 電磁力在本發(fā)明(表4)中降低為約70%，電磁力降低了約24. 3噸。此外，在比較圖9和圖 6的情況下，本發(fā)明的圖6的干擾磁場補償線圈300中產(chǎn)生的感應(yīng)電流雖然略大，但另一方 面由于No. 6線圈的匝數(shù)較小，因此結(jié)果是電磁力降低。 表4本發(fā)明的實施方式1中的圖5的失超例中的向干擾磁場補償線圈施加的最大 電磁力由此，對于R方向電磁力的結(jié)構(gòu)性、機械性的措施變簡單，另一方面，也不易生成 伴隨著該電磁力而產(chǎn)生的不良情況。此外，盡管本發(fā)明會在其他線圈中產(chǎn)生較大的電磁力， 但是由于遠小于No. 6線圈的R方向電磁力，因而容易應(yīng)對，不會特別成為問題。另外，No. 6線圈由于配置的關(guān)系，大多在線圈上部不太有多余的空間，因此從設(shè)置 空間的觀點來看，也最好像本發(fā)明例那樣使匝數(shù)大幅地減少至約63%。由此，如本實施方式1那樣，通過將圖1中的303a、303b那樣的反繞的干擾磁場補 償線圈配置于203a、203b那樣的正繞的主線圈上，不僅能使各線圈組210、211和干擾磁場 補償線圈的磁耦合最佳(最小)，還由于能容易地實現(xiàn)減少已有技術(shù)中配置于反繞的主線 圈206a、206b上的干擾磁場補償線圈306a、306b的匝數(shù)的設(shè)計，因此能減少設(shè)置空間。實施方式2接著，基于圖3說明本發(fā)明的實施方式2。根據(jù)本發(fā)明的實施方式2，不僅是像實施方式1那樣將反繞的干擾磁場補償線圈 (303a、303b)配置于正繞的主線圈(203a、203b)上，還將反繞的干擾磁場補償線圈(304a、 304b)配置于反繞的主線圈(204a、204b)上。其原因在于，若僅用干擾磁場補償線圈303a、303b來優(yōu)化與主線圈的磁耦合，則 可能會導(dǎo)致線圈的寬度所要求的匝數(shù)過多、或過少而使繞線性顯著下降。例如，在優(yōu)先考慮 繞線性而過度減小由303a、303b所進行的磁耦合等的情況下，通過進一步使304a、304b作 為反繞并將其配置于反繞的主線圈(204a、204b)上，來進行增大其與主線圈的磁耦合等的 調(diào)整，從而能實現(xiàn)優(yōu)化。實施方式3接著，基于圖4說明本發(fā)明的實施方式3。如上所述，由于本發(fā)明中的干擾磁場補償線圈300形成為一個閉合環(huán)路，因此需
要將各線圈(301a、301b、…、306a、306b)進行串聯(lián)。但是，由于連接操作其本身需要一定
的時間，因此從成本上來考慮而盡可能減少連接部位也很重要。因此，最好盡可能地不切斷
導(dǎo)線而連續(xù)地卷繞多個線圈。但是，若如本發(fā)明那樣混和存在反繞的干擾磁場補償線圈，則只能進行切斷，需要在線圈繞線后進行連接。由于干擾磁場補償線圈300與各線圈的連接順序無關(guān)，因此若如圖4所示的那樣， 分別統(tǒng)一地連續(xù)對正繞的線圈和反繞的線圈進行繞線并連接，則能以最少的連接部位數(shù)來 完成。另外，若對實施方式2的情況也實施相同的連接方法，則能相同地用最少的連接部位 數(shù)來完成。此外，在這種情況下，干擾磁場補償線圈的功能、動作與實施方式1(圖1)所示 的線圈完全相同。實施方式4接著，基于圖5說明本發(fā)明的實施方式4。如上所述，即使進行設(shè)計以使得主線圈整體和干擾磁場補償線圈的磁耦合為最 小，但在主線圈發(fā)生失超的情況下，由于各二極管電路的電流差而在干擾磁場補償線圈中 感應(yīng)出較大的電流，因此也需要減小主線圈的各二極管電路和干擾磁場補償線圈的磁耦 合，因而敘述了反繞的干擾磁場補償線圈是有用的的情況。但是，在對主線圈進行勵磁或消磁的情況下，由于各二級管電路不發(fā)生電流差，因 此在干擾磁場補償線圈中感應(yīng)出的電流由主線圈整體和干擾磁場補償線圈的磁耦合所決 定。在該磁耦合較大的情況下，在主線圈的勵磁或消磁中，感應(yīng)電流對干擾磁場補償線圈發(fā) 生聚積，干擾磁場補償線圈遲早會發(fā)生失超。盡管由于失超而引起電流暫時衰減，但由于在 衰減而回復(fù)到超導(dǎo)狀態(tài)后、感應(yīng)電流再次進行聚積，因此根據(jù)情況有可能在一次的勵磁或 消磁中，干擾磁場補償線圈發(fā)生數(shù)次失超。一般而言，線圈頻繁地發(fā)生失超也會導(dǎo)致熱應(yīng)力 頻繁地產(chǎn)生，對線圈而言并不是最好。另外，如上所述那樣的狀況中，主線圈的勵磁能量的一部分由干擾磁場補償線圈 吸收，該能量也可由于失超而作為熱能來消耗，能量效率也不是很好。因此，有時也在主 線圈的勵磁或消磁中，利用設(shè)置在干擾磁場補償線圈的一部分的加熱器來預(yù)先產(chǎn)生常導(dǎo)狀 態(tài)，使得感應(yīng)電流不會過大。然而，由于對加熱器進行持續(xù)通電會導(dǎo)致對于低溫容器增加熱量，并牽連到過量 地消耗制冷劑，因此盡可能應(yīng)該避免。如上所述，盡管也希望如本發(fā)明那樣將主線圈整體和干擾磁場補償線圈的磁耦合 減至最小，但在這種情況下，即使如已有技術(shù)(圖8)那樣使干擾磁場補償線圈全部都為正 繞，但由于主線圈中有反繞的線圈，因此使磁耦合成為最小本身是可能的。但是，為此需要 在圖8的206a、206b那樣的能量較大的反繞的線圈上配置匝數(shù)比較多的干擾磁場補償線圈 (316a,316b)。另一方面，在像206a、206b那樣的用于降低向磁體外部泄漏的磁場而配置的反繞 的線圈上，大多沒有多余的空間。因此，也需要盡可能減少上述干擾磁場補償線圈的需要的 匝數(shù)。因此，在本實施方式4中，通過增加圖5所示的303a、303b的反繞的線圈的匝數(shù)， 使其多于其他實施例，由此能夠降低其與主線圈整體的磁耦合，因此，該增加的部分是減少 306a,306b 的匝數(shù)。
權(quán)利要求
一種超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，包括主線圈，所述主線圈用于在攝像空間內(nèi)產(chǎn)生靜磁場；及干擾磁場補償線圈，所述干擾磁場補償線圈在攝像空間中抑制從外部流入的變動磁場的影響，所述主線圈可至少分割為兩個二極管電路，所述干擾磁場補償線圈具有至少一個反繞線圈，以降低與各所述二極管電路的互感。
2.如權(quán)利要求項1所述的超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，優(yōu)化所述主線圈和干擾磁場補償線圈的互感，以降低所述主線圈整體和干擾磁場補償 線圈的磁耦合，并降低所述主線圈內(nèi)的各二極管電路和干擾磁場補償線圈的磁耦合。
3.如權(quán)利要求項1所述的超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，所述主線圈具有包括正繞或反繞的多個線圈的閉合環(huán)路，將所述反繞的干擾磁場補償 線圈配置于所述正繞的主線圈上。
4.如權(quán)利要求項1所述的超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，所述主線圈具有包括正繞或反繞的多個線圈的閉合環(huán)路，將所述反繞的干擾磁場補償 線圈配置于所述反繞的主線圈上。
5.如權(quán)利要求項1至4的任一項所述的超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，所述干擾磁場補償線圈在將所有的正極性匝的線圈作為第一組進行串聯(lián)繞線或連接、 且將所有的反極性匝的線圈作為第二組進行串聯(lián)繞線或連接的基礎(chǔ)上，將第一組和第二組 相互串聯(lián)。
6.如權(quán)利要求項1至5的任一項所述的超導(dǎo)磁體裝置，其特征在于，所述干擾磁場補償線圈減少了配制空間少的線圈的匝數(shù)，而不是增加了反極性匝線圈 的匝數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種超導(dǎo)磁體裝置，該超導(dǎo)磁體裝置在主線圈發(fā)生失超的情況下，盡可能安全地保護干擾磁場補償線圈，使其不易發(fā)生不良的情況。所述超導(dǎo)磁體裝置包括主線圈和干擾磁場補償線圈，所述主線圈用于產(chǎn)生攝像空間內(nèi)的靜磁場，所述干擾磁場補償線圈在攝像空間中抑制從外部流入的變動磁場的影響，所述主線圈可至少分割為兩個二級管電路，所述干擾磁場補償線圈至少具有一個反繞的線圈，使得與所述主線圈的各二極管電路的互感為最小。
文檔編號G01R33/20GK101900794SQ20101012095
公開日2010年12月1日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者田邊肇 申請人:三菱電機株式會社