(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流がコイルを通過すると強磁場として知られる磁場を発生し得るコイルの製造方法であって、導電性および超電導体の材料から作製される管体に切欠線に沿って巻回を形成する工程を含む製造方法において、
前記製造方法が、
前記コイルの少なくとも１つの巻回の縁部に前記管体の内部及び外部の間に形成された開口である少なくとも１つの窪みを形成する少なくとも１つの工程と、
前記窪みを含む巻回と隣接する巻回との間に絶縁材料を配置する工程と
を含み、
前記窪みは、前記絶縁材料と共に、前記管体の内部および外部の間に冷却流体を通過させるチャンネルを形成するように、前記縁部に形成される、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの窪みを形成する工程が、前記コイルの少なくとも１つの巻回の縁部に少なくとも１つの第１窪みを形成することと、隣接する巻回の縁部に、少なくとも１つの第２窪みを、前記第１窪みが前記第２窪みに面するように形成することとを含み、その場合、前記隣接する両巻回に作製される第１および第２窪みが、前記管体の内部および外部の間のチャンネルを形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法が、前記第１窪みを含む巻回上に少なくとも１つの凸部を形成することと、前記第２窪みを含む巻回上に、少なくとも１つの凹部を、前記凸部が前記凹部の一方に伸びるように形成することとをさらに含み、それによって、電磁力および熱起源の機械的な力によって惹起される機械的応力を吸収する、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１窪みが、凸部の形状の輪郭のレベルにおいて前記巻回の縁部に形成され、前記第２窪みは、凹部の形状の輪郭のレベルにおいて前記巻回の縁部に形成される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記凸部および前記第１窪みの形成が同時に行われ、かつ、前記凹部および前記第２窪みの形成が同時に行われる、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が、前記１つ以上の凸部および対応する前記１つ以上の凹部と、前記窪みとを事前に最適化する工程を含む、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記最適化する工程が、少なくとも次の工程、
前記巻回と、前記１つ以上の凸部と、前記対応する１つ以上の凹部とのメッシングを決定する工程と、
前記メッシングから温度上昇および電磁場をシミュレーションする工程と、
前記温度上昇および前記電磁場を、凸部を有しないおよび凹部を有しない基準メッシングのそれらと比較する工程と、
前記巻回の電磁的および熱的負荷の下での変位を、凸部を有しないおよび凹部を有しないいわゆる基準モデルのそれらと比較する工程と、
から構成される、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記巻回と、前記凸部および対応する凹部と、前記窪みとが、円筒状の管体を全螺旋状の切欠線に沿って切り出すことによって形成される、ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記絶縁材料が、複数の薄い絶縁シート（８）が重ね合わされた絶縁プレート（７）の形態で、２つの隣接する巻回の間の切欠線内に堆積される、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
電流がコイルを通過すると強磁場として知られる磁場を発生し得るコイルであって、導電性および超電導体の材料から作製される少なくとも１つの管体（２）であり巻回（３）を形成するために切欠線（４）に沿って切り出された少なくとも１つの管体（２）を含むコイル（１）において、
前記コイルが、前記切欠線（４）を少なくとも部分的にカバーする絶縁材料を含むこと、および、少なくとも１つの巻回（３）が、前記絶縁材料に向き合う前記巻回（３）の縁部に前記管体の内部及び外部の間に形成された開口として形成される少なくとも１つの窪み（１０）を含み、
前記窪み（１０）は、前記絶縁材料と共に、前記管体（２）の内部および外部の間に冷却流体を通過させるチャンネルを形成すること、を特徴とするコイル。
【請求項１１】
少なくとも１つの巻回（３）が、前記巻回の縁部に形成される少なくとも１つの第１の窪み（１０）であって隣接する巻回（３）の縁部に形成される第２の窪み（１１）に面する第１の窪み（１０）を含み、前記第１窪み（１０）と、前記隣接する巻回に作製される第２窪み（１１）とは、前記管体（２）の内部および外部の間のチャンネルを形成する、ことを特徴とする請求項１０に記載のコイル。
【請求項１２】
前記第１の窪み（１０）を含む巻回（３）が、さらに、前記第２窪み（１１）を含む隣接する巻回（３）に形成される対応する形状の凹部（６）の一方に広がる少なくとも１つの凸部（５）を含み、前記第１窪み（１０）および第２窪み（１１）は、それぞれ凸部（５）および凹部（６）の形状の輪郭のレベルにおいて、前記対応する巻回（３）の縁部に形成される、ことを特徴とする請求項１１に記載のコイル。
【請求項１３】
１つの巻回（３）の前記隣接する凸部（５）が角度的にずれている、ことを特徴とする請求項１２に記載のコイル。
【請求項１４】
前記コイルが複数の凸部（５）および凹部（６）を含み、その屈曲部は同じ方向に向けられている、ことを特徴とする請求項１２または１３のいずれかに記載のコイル。
【請求項１５】
前記コイルが複数の凸部（５）および凹部（６）を含むこと、および、少なくとも１つの凸部（５）の屈曲部は、少なくとも１つの第２凸部（５）の屈曲部の方位と反対向きの方位を有すること、を特徴とする請求項１２または１３のいずれかに記載のコイル。
【請求項１６】
各窪み（１０、１１）が、半円形または三角形または正方形または長方形または台形の形状を有する、ことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のコイル。
【請求項１７】
前記巻回（３）がいくつかの窪みを含み、１つの巻回（３）の隣接する窪みは角度的にずれている、ことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のコイル。
【請求項１８】
前記絶縁材料が、複数の薄い絶縁シート（８）が重ね合わされた絶縁プレート（７）を含む、ことを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか一項に記載のコイル。
【請求項１９】
前記コイルが固体の超電導体材料から作製される、ことを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか一項に記載のコイル。
【請求項２０】
前記コイルが、超電導体材料から形成されるリボンまたはワイヤをさらに含み、前記リボンまたはワイヤは前記管体（２）の内面または外面に固定される、ことを特徴とする請求項１０〜１９のいずれか一項に記載のコイル。
【請求項２１】
請求項１０〜２０のいずれか一項に記載のコイルを備えることを特徴とする超電導磁石。
【請求項２２】
請求項１０〜２０のいずれか一項に記載のコイルを備えることを特徴とする核磁気共鳴装置のソレノイド傾斜磁場コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に強磁場の発生および／または大きな機械的応力の下での性能発揮に適した磁場発生コイルと、そのコイルの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁場生成の分野においては、強い電流が通過する１つ以上のコイルから構成される「磁石」であってそのコイルが冷却される「磁石」によって、強磁場を発生することはよく知られている。
【０００３】
コイルは、一般的に、導電性または超電導体の材料から作製される円筒状管体によって構成され、その円筒状管体は、巻回を形成するために、全螺旋状の切欠線に沿って一定または不等のピッチで切り出されている。
【０００４】
強磁場用のこのコイルは、現在、専ら強磁場研究分野で用いられており、例えば、磁気共鳴によって撮像するＮＭＲ（「核磁気共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）」の略語）装置において利用可能である。
【０００５】
このＮＭＲ装置は、通常、トンネル形の構造を有する。この構造は、患者用に確保される中央空間と環状構造とを備えており、この環状構造は、中央の観測空間内に均一かつ強力な主磁場を形成する手段と、中央の観測空間内に位置する患者の身体から励起シーケンスに反応して信号を再放射させるための高周波励起手段および高周波処理手段との両者を統合する。反応において送信される高周波信号を識別して画像を形成するために、この装置は、均一な強磁場の上に付加磁場を重ね合わせるための傾斜磁場コイルとして知られるコイルをも備えている。その付加磁場の値は、それが用いられる空間座標の位置に応じて変化する。
【０００６】
このようなＮＭＲ装置が、例えば仏国特許第２８９２５２４号明細書に開示されている。
【０００７】
さらに、誘導コイルを記述している米国特許第２５９２８０２号明細書、欧州特許第０１４６４９４号明細書および米国特許第３４６６７４３号明細書も知られる。
【０００８】
米国特許第２５９２８０２号明細書は誘導コイルを記述しているが、この誘導コイルは導電材料から作製される管体を含む。この管体は、巻回間の分離を確実にする垂直部分によって分離される巻回を形成するために、いくつかの全螺旋状の切欠線に沿って切り出され、この分離部分は、円筒状の穿孔の両側に１対のスペーサ部材を形成するように切り出されている。この円筒状の穿孔に、絶縁材料から作製される軸棒を挿入すると有利であり、この軸棒が巻回間のいかなる接触をも避けるためのスペーサとして作用する。
【０００９】
欧州特許第０１４６４９４号明細書は、円筒状の管体内に作製される不完全な環状の切り出し体を含む誘導コイルを記述している。この不完全な環状の切り出し体は２つの垂直な切り出し体によって結合される。このタイプの誘導コイルは原子炉におけるスペーサの移動用として想定され、強磁場を形成するために高強度の電流を受け入れるようには想定されていない。
【００１０】
米国特許第３４６６７４３号明細書は、導電材料から作製される管体であって、巻回を形成するために全螺旋状の切欠線に沿って切り出された管体を含むコイルを記述している。この巻回は、管体に沿って最初に作製される穿孔を貫通しており、この切欠線および／または穿孔には、非常に高強度の電流がコイルを流れる際にいかなる変形をも防止するために、しかしまた巻回間の分離を維持するためにも、絶縁材料が充填される。特に、絶縁スペーサが穿孔のレベルに配置される場合は、スペーサがこの穿孔を完全に充填すると共に隣接する巻回を広げるように、スペーサは穿孔より大きい寸法を有する。
【００１１】
上記の特許文献に記載されるいずれのコイルも、強磁場として知られる（すなわち１Ｔより高い）磁場を形成するように、あるいは強磁場内に置かれるように想定されておらず、従って、その構造はそのような用途には適していない。
【００１２】
特に、傾斜磁場コイルまたは強磁場発生コイルは、コイルの巻回の変形を生じるような機械的応力をもたらす強力な電磁力を受ける。巻回の変形は、装置の信頼性の欠如、および／または、高品質の撮像遂行に有害な磁場の不均一性を惹起する可能性がある。このため、２００９年４月３０日に公開された国際公開第２００９／０５３４２０号パンフレットは、導電材料から作製される管体であって、複数の巻回を形成するために全螺旋状の線に沿って切り出された管体を含むコイルを用いることを提案している。このコイルにおいては、少なくとも１つの巻回が、隣接する巻回内に形成される対応する形状の窪みの右側に広がる少なくとも１つの凸部を備えている。このような形態は、それが、電磁力および熱起源の機械的な力によって惹起される機械的応力を吸収するという点で有利である。
【００１３】
しかし、超電導磁石のような多数の用途の場合には、コイル構造を、特に冷却流体、好ましくは極低温流体（例えば、窒素、ヘリウムまたは水素に基づく）の循環によって恒久的に冷却できることが必要である。また、この冷却は、構造においてできるだけ均一でなければならない。このような冷却は、遷移もしくは抵抗転移（「クエンチ」）の場合に構造が受ける熱的増大を補償するのに特に有用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の１つの目的は、特に、超電導磁石を形成するための強磁場の発生に適したコイルまたはコイル群と、簡単かつ低コスト設計のそのようなコイルの製造方法とを提案することによって、以上述べたすべての不利な点を解消することにある。
【００１５】
さらに正確には、本発明の目的は、熱的に制御し、かつ容易に製造するのに適したコイルまたはコイル群であって、電磁力および／または熱起源の機械的な力によってコイルの巻回に生じる機械的応力を好適に吸収するコイルまたはコイル群を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的のために、かつ本発明に沿って、電流が通過すると強磁場として知られる磁場を発生し得るコイルの製造方法であって、導電性および超電導体の材料から作製される管体に巻回を形成する工程を含む製造方法が提案される。この方法は、そのコイルの少なくとも１つの巻回の縁部に前記管体の内部及び外部の間に形成された開口である少なくとも１つの窪みを形成する少なくとも１つの工程を含むことを特徴とする。この窪みは、管体の内部および外部の間に冷却流体を通過させるチャンネルを形成する。
【００１７】
さらに詳細には、窪みを含む巻回と隣接する巻回との間に絶縁材料が配置される場合、コイルに応力が掛かると、前記窪みが、絶縁材料と共に、管体の外部および内部の間の通路を形成するように、縁部に作製される。
【００１８】
この方法の好ましいが非限定的な態様は次のとおりである。これらは、単独でも、あるいは組合せにおいても取り上げることができる。
−少なくとも１つの窪みを形成する工程は、前記コイルの少なくとも１つの巻回の縁部に少なくとも１つの第１窪みを形成することと、隣接する巻回の縁部に、少なくとも１つの第２窪みを、第１窪みが第２窪みに面するように形成することとを含み、その場合、隣接する両巻回に作製される第１および第２窪みが、管体の内部および外部の間の通路を形成する。
−この方法は、第１窪みを含む巻回上に少なくとも１つの凸部を形成することと、第２窪みを含む巻回上に、少なくとも１つの凹部を、その凸部がその凹部の右側に広がるように形成することとをさらに含み、それによって、電磁力および熱起源の機械的な力によって惹起される機械的応力を吸収する。
−第１窪みは、凸部の形状の輪郭のレベルにおいて巻回の縁部に形成され、第２窪みは、凹部の形状の輪郭のレベルにおいて巻回の縁部に形成される。
−凸部および第１窪みの形成は同時に行われ、かつその場合、凹部および第２窪みの形成が同時に行われる。
−この方法は、１つ以上の凸部および対応する１つ以上の凹部と、窪みとを事前に最適化する工程を含む。
−この最適化の工程は、少なくとも以下の工程から構成される。すなわち少なくとも、
巻回と、１つ以上の凸部と、対応する１つ以上の凹部とのメッシングを決定する工程と、
そのメッシングから温度上昇および電磁場をシミュレーションする工程と、
その温度上昇および電磁場を、凸部を有しないおよび凹部を有しない基準メッシングのそれらと比較する工程と、
巻回の電磁的および熱的負荷の下での変位を、凸部を有しないおよび凹部を有しない基準モデルのそれらと比較する工程と、
から構成される。
−巻回と、凸部および対応する凹部と、窪みとは、円筒状の管体を全螺旋状の切欠線に沿って切り出すことによって形成される。
−絶縁材料は２つの隣接する巻回の間の切欠線内に堆積される。この絶縁材料は、複数の薄い絶縁シートが重ね合わされた絶縁プレートの形態にすることができる。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、電流が通過すると強磁場として知られる磁場を発生し得るコイルが提案される。このコイルは、導電性および超電導体の材料から作製される少なくとも１つの管体または管体群であって、巻回を形成するために切欠線に沿って切り出された少なくとも１つの管体または管体群を含む。このコイルにおいて、少なくとも１つの巻回が、その巻回の縁部に前記管体の内部及び外部の間に形成された開口として形成される少なくとも１つの窪みを含み、この窪みは管体の内部および外部の間に冷却流体を通過させるチャンネルを形成することが特徴である。
【００２０】
このコイルは、切欠線を少なくとも部分的にカバーする絶縁材料を含むことが望ましい。この場合、窪みはその絶縁材料に向き合う巻回の縁部に形成され、その窪みは、コイルに応力が掛かると、絶縁材料と共に、管体の内部および外部の間のチャンネルを形成する。
【００２１】
このコイルの好ましいが非限定的な態様は次のとおりである。これらは、単独でも、あるいは組合せにおいても取り上げることができる。
−少なくとも１つの巻回が、その巻回の縁部に形成される少なくとも１つの第１の窪みであって隣接する巻回の縁部に形成される第２の窪みに面する第１の窪みを含み、この第１窪みと、隣接する巻回に作製される第２窪みとは、管体の内部および外部の間のチャンネルを形成する。
−第１窪みを含む巻回は、さらに、第２窪みを含む隣接する巻回に形成される対応する形状の凹部の右側に広がる少なくとも１つの凸部を含み、その場合、第１および第２窪みは、それぞれ凸部および凹部の形状の輪郭のレベルにおいて、対応する巻回の縁部に形成される。
−１つの巻回の隣接する凸部は角度的にずれている。
−コイルは複数の凸部および凹部を含み、その屈曲部は同じ方向に向けられている。
−コイルは複数の凸部および凹部を含み、その場合、少なくとも１つの凸部における屈曲部は、少なくとも１つの第２凸部における屈曲部の方位と反対向きの方位を有する。
−各窪みは、一般的な半円形または三角形または正方形または長方形または台形の形状を有する。
−巻回はいくつかの窪みを含み、１つの巻回の隣接する窪みは角度的にずれている。
−コイルは切欠線を少なくとも部分的にカバーする絶縁材料を含み、少なくとも１つの窪みは、その絶縁材料に向き合う巻回の縁部に作製される。
−絶縁材料は、複数の薄い絶縁シートが重ね合わされた絶縁プレートを含む。
−コイルは固体の超電導体材料から作製される。
−コイルは、さらに、超電導体材料に形成されるリボンまたはワイヤを含み、そのリボンまたはワイヤは管体の内面または外面に固定される。
【００２２】
本発明によるコイルは、例えば、超電導磁石のような強磁場または均一磁場用の磁石の形成に使用すると有利である。
【００２３】
このコイルは、また、核磁気共鳴装置のソレノイド傾斜磁場コイルとしても用いることができる。
【００２４】
他の利点および特性は、非限定的な事例として提示されるいくつかの異なる実施態様に関する以下の説明から明らかになるであろう。これらの実施態様は、すなわち、添付の図面に示される、磁場を発生し得るコイル、特に強磁場を発生し得るコイルと、本発明によるコイルの製造方法とである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施態様によるコイルの透視図である。
【図２】本発明の第２実施態様によるコイルの透視図である。
【図３】本発明の第３実施態様によるコイルの、絶縁プレート圧縮前の詳細部分の透視図である。
【図４】本発明の第３実施態様によるコイルの、絶縁プレート圧縮後の詳細部分の透視図である。
【図５】本発明によるコイルの作製工程を表現する図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１を参照すると、コイル１が、好ましくは全中空の円筒状管体２を含み、この管体２において、巻回３が、任意の適切な切り出し手段を用いて、好ましくは螺旋状の切出線４に沿って形成されている。この管体２は、金属、あるいは好ましくはバルク超電導体（例えば、ビスマスの合金、またはイットリウム化合物、またはＭｇＢ２）のような導電材料から作製される。また、このコイルは、場合によっては、当業者に知られる方法で切出線４をカバーする絶縁材料含む。
【００２７】
巻回３が設けられた管体２は、それ自体としてコイル１を構成することが可能である。しかし、別の実施態様によれば、巻回を含む管体は巻線用の支持体を構成し、この「支持体＋巻線」アセンブリがコイルを形成する。超電導磁石の場合には、巻線を、例えば、螺旋状の管体の切りだし体を取り巻く超電導体のバンドまたはワイヤ（例えば、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３ＡｌまたはＹＢａＣｕＯのタイプの合金を含む）から形成できる。従って、管体は、バンドまたはワイヤ用の機械的支持体としての役割を果たし、また、超電導磁石の熱制御にも用いられる。別の変形態様においては、超電導体のバンドまたはワイヤが、螺旋状の管体の切りだし体の内面に固定して支持される。さらに、コイルは、複数の管体２から作製することが可能である。
【００２８】
本発明によれば、少なくとも１つの巻回３の縁部に、少なくとも１つの窪み１０が作製される。この窪みは、管体２の内部および外部の間に、開口、すなわち通路もしくはチャンネルを形成するように設けられる。窪み１０は、それ自体で、コイルに応力が掛かる時に、しかしまた掛からない時にも、管体２の内部および外部の間に、開口、すなわち通路またはチャンネルを形成する。
【００２９】
この点に関して、窪み１０は、管体２における材料の除去に相当する。特に、窪み１０は、その窪みを含む巻回に隣接する巻回の縁部に作製される対応する形状を有していない。従って、窪み１０を構成する材料の除去は、巻回の相互の相対位置に関係なく、すなわち、コイル相互に応力が掛かっているか否か、あるいは、隣接する巻回の間に（絶縁材料のような）要素が差し込まれているか否かに関係なく、コイルを貫通する開口を作り出す。
【００３０】
管体の内部および外部の間にかくして形成される通路によって、例えば水または極低温流体（例えば、窒素、ヘリウムまたは水素に基づく流体）のような冷却流体がコイルを通って循環する。従って、これによって、管体がコイルを形成するためのコイル巻線の支持体として機能する場合であれ、あるいは、それがコイルそのものを構成する場合であれ、構造の恒久的な冷却が可能になる。
【００３１】
このような冷却の可能性は、超電導状態から抵抗状態への遷移もしくは転移（「クエンチ」）の場合に、超電導体コイルが受けるいかなる熱的増大をも補償するのに必要な熱伝達を確実にするために、特に有利である。
【００３２】
管体の内部および外部の間に冷却流体を通過させることによってコイルを熱的に制御し得る事実は、熱起源の可能性がある機械的変形を低減するのにも特に有利である。
【００３３】
好ましい形態として、１つ以上の窪みが、絶縁材料の向かい側に位置する巻回の縁部の領域内に作製される。実際のところ、絶縁材料が、切欠線４内に配置されてこの切欠線４のすべてまたは一部をカバーすると、この絶縁材料は、２つの隣接する巻回間の加熱流体の循環を防止する障壁を形成し、常伝導磁石の通常の機能に存在しかつ超電導体に対する「クエンチ」の場合に存在する局所加熱を結果的にもたらす。絶縁材料に向き合う巻回３の少なくとも１つが、その縁部のレベルに窪み１０を有すると、その窪みは、好ましい熱伝達を可能にする開口を形成する。従って、窪み１０は、コイルに応力が掛かると、絶縁材料と共に、管体２の内部および外部の間の通路を形成する。このため、絶縁材料の向かい側に窪みを形成すると、その絶縁材料のレベルにおいて、いかなる局所的加熱をも避けるように、冷却流体の通路を介してコイルが熱的に制御される。
【００３４】
それぞれの巻回の縁部に作製される窪みは任意の形状とすることができる。例えば、半円形、三角形、正方形、長方形、台形、あるいは冷却流体用の通路を作り出す任意の他の形状とすることができる。この窪みの形状および寸法は、冷却流体の通路を可能にすると共にその流量を制御するために、かつ一方では、巻回の（特に機械的および電気的な）物理的特性を確保するために、最適化されるように留意するべきである（例えば巻回の最小幅が与えられる場合）。
【００３５】
本発明の好ましい一実施態様によれば、コイル１の複数の巻回３が、隣接する巻回３に形成される補完的な窪み１１に面する窪み１０を含み、この両窪み（１０、１１）の組合せによって、管体２の内部および外部の間の開口が、冷却流体の通路用として形成される。「補完的な窪み」というのは、類似の形状を有する窪み、すなわち類似の材料除去を伴う窪みを意味する。
【００３６】
窪み１０および補完窪み１１を有する２つの隣接する巻回間に絶縁材料が存在する場合に、コイルに応力が掛かると、管体２の内部および外部の間の開口は、絶縁材料と、それぞれ窪み１０および補完窪み１１とによって形成される２つの通路を含む。
【００３７】
このような実施態様は、巻回の幅を小さく保持しなければならない場合に特に好ましい。この方式は、開口の寸法を２つの隣接する巻回に配分し、従って、窪みのレベルにおいて巻回が脆化し過ぎることが避けられるからである。この場合、いくつかの隣接する巻回に作製される窪みは角度的なずれを有することができるが、それが有利である。
【００３８】
図１に示す特定の実施態様においては、各巻回３の幅は一定であるが、全巻回のすべてまたはその一部分の幅は変化させることができる。この場合、２つの隣接する巻回を分離する空間の幅は、窪みのレベルにおけるそれを含めて一定であることが望ましい。
【００３９】
先に指摘したように、巻回３は、全円筒状の管体２に、螺旋状の切欠線４に沿って切り出すことによって形成することが望ましい。螺旋状の切欠線４は、デカルト直交座標系におけるパラメータ方程式によって形成され、あるいは、そのＯｚ軸は管体２の回転軸と結合される。すなわち、
ｘ＝Ｒｃｏｓｔ、ｙ＝Ｒｓｉｎｔ、ｚ＝ｋｔ、但し、ｋは必ず正の所定の定数を示し、Ｒおよびｔは、平面ＯＸＯＹにおける円筒座標に対応する。
【００４０】
図２に表現される本発明の好ましい一実施態様によれば、コイル１の複数の巻回３が凸部５を含む。この凸部５は、隣接する巻回３に形成される対応する形状の凹部６の右側に広がっている。これは、高強度の電流が巻回３を通過する際に、電磁的偶力によって巻回３上に惹起される機械的応力を吸収するためのものである。前記のように、巻回３の縁部には、凸部５の形状の輪郭のレベルにおいて窪み１０も設けられる。また、場合によっては、但し好ましい方式として、補完的な窪み１１も、凹部６の形状の輪郭のレベルにおいて巻回３の縁部に設けられる。各窪みは、隣接する巻回の凹部の形状の輪郭に作製される補完窪みに面するように、巻回の凸部の形状の輪郭に形成される。この方法で、凸部５が対応する凹部６の右側に広がる場合、両窪み（１０、１１）の組合せによって、管体の内部および外部の間の通路またはチャンネルが形成され、これを、冷却流体の通路用として利用できる。
【００４１】
窪みを付属した凸部および凹部を各巻回ごとにこのように配置することは、一方では熱起源の機械的変形を、かつ電磁力による機械的変形を補償するのにきわめて有利である。この組合せ効果は、熱的制御の点における窪みの当初の効果に付加される。
【００４２】
さらに、窪みを凸部および凹部のレベルに配置するという事実が特に有利である。それは、その配置によって、その窪みを、対応する凸部および凹部と共に同時に機械加工する（例えば電食ワイヤによる切り出し法によって）ことになり、従って、コイルの機械加工工程が複雑化せず、同時にそのコイルの熱的特性が大きく改善されるからである。
【００４３】
この特定の実施態様においては、巻回３のすべての凸部５および凹部６が、全体として縦方向の直線に沿って配列される。
【００４４】
しかし、それにも拘らず、２つの隣接する巻回の凸部５を角度的にずらすことが可能であるが明らかである。
【００４５】
図２に任意に垂直に表現されているコイル１の上部部分は複数の凸部５および凹部６を含んでおり、それらの屈曲部は、同じ方向、すなわちそのコイル１の下端部の方に向けられている。
【００４６】
さらに、コイル１の下部部分も複数の凸部５および凹部６を含んでおり、それらの屈曲部は、同じ方向、例えば、そのコイル１の上端部の方に、すなわちそのコイルの上部部分の巻回３の凸部５の屈曲部の方位と反対向きに向けられている。
【００４７】
コイル１は、１つ以上の巻回上に、単一の凸部および単一の凹部、あるいは複数の凸部および凹部を含むことが可能であり、少なくとも１つの凸部における屈曲部は、少なくとも１つの第２凸部における屈曲部の方位とは反対向きに向けられていることが理解される。
【００４８】
この実施態様においては、各凸部５と、従って各凹部６とは一般的な半円形を有するが、各凸部５が、例えば、三角形、正方形または長方形のような任意の形状を有し得ることは明らかである。
【００４９】
螺旋状の切欠線４は、軸Ｏｚが管体２の回転軸に合致する直交座標系におけるパラメータ方程式によって得られる。すなわち、
ｘ＝Ｒｃｏｓｆ（ｔ）、ｙ＝Ｒｓｉｎｆ（ｔ）、ｚ＝ｋｇ（ｔ）、但し、Ｒおよびｋは必ず正の所定の定数である。
【００５０】
半径面におけるＯｚに沿って切り出し角度を調整するため、ｆ（ｔ）をｆ（ｔ、θ）で置換できることは明らかである。この場合、凸部５および凹部６は全円錐形状を有する。すなわち、その縁部は、管体２の回転軸に垂直にはならない。
【００５１】
関数ｇ（ｔ）は、好ましくは、次の形の三角関数である。すなわち、例えば、
ｘ＝Ｒｃｏｓ（ｔ）、ｙ＝Ｒｓｉｎ（ｔ）、
ｚ＝ｔ／（２＊π）＊（１＋ａ＊ｃｏｓ（４ｔ））
である。
【００５２】
従って、螺旋状の切欠線４は、次のパラメータ方程式に従って得られる基準の螺旋状切欠線に対して、巻回３における凸部５および凹部６を形成する。
ｘ＝Ｒｃｏｓｔ、ｙ＝Ｒｓｉｎｔ、ｚ＝ｋｔ、但し、ｋは必ず正の所定の定数である。
【００５３】
本明細書において、「凸部」は、螺旋状の切欠基準線によって作られる巻回に対して突出した巻回３の部分を意味する。
【００５４】
本発明のコイルのさらに別の変形態様によれば、図３および４を参照すると、このコイルは、前記のように、全円筒状の管体２を含み、その管体２に、巻回３が、全螺旋状の切欠線４に沿って切り出されて形成される。その巻回は、凸部５と、対応する形状の凹部６とを含み、巻回の各凸部および凹部のレベルには窪みも形成される。図示の実施態様においては、その凸部５および凹部６は台形を有し、一方、窪みは長方形である。
【００５５】
凸部５および凹部６の横断面積は、管体３の外壁面から内壁の方向に減少することが可能である。
【００５６】
凸部および凹部のこの形状は、薄い巻回を用いる場合および／または割り込み式の絶縁材に対して特に適合している。
【００５７】
また、この技術は不均一の電流密度のコイルの設計に適用し得ることが明らかである。
【００５８】
さらに、図３を参照すると、「予備含浸された（ｐｒｅ−ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ）」の英語の略語によって「プリプレグ（ｐｒｅ−ｐｒｅｇ）」として知られる予備含浸ガラス繊維プレート、あるいはポリイミドタイプの絶縁シートのような絶縁プレートを、２つの隣接する巻回３の間に配置できる。このプレートは環状断面の形状を有することが望ましい。この絶縁プレート７の導入を可能にするため、巻回３を任意の適切な手段によって拡張する（図３）。この絶縁プレート７は、重ね合わされたいくつかの薄いシート８、少なくとも３枚の重ね合わされた薄いシート８を含むことが有利である。この方法で、図４に示すように絶縁材が一旦圧縮されると、絶縁材は、破断することなく巻回３の外形線に順応する。実際、このような薄い絶縁シート８の重ね合わせは、絶縁体の内部応力の軽減をもたらす。さらに、中間シート８は、巻回３の金属または超電導体材料と直接接触しないので、電気的な安全性が高められる。
【００５９】
絶縁プレート７が任意枚数のシート８を含み得ること、および、それらを、本発明の範囲から逸脱することなく任意の絶縁材料から作製し得ることが明らかである。
【００６０】
凸部５および凹部６のレベルにおいて作製される１つ以上の窪み（１０、１１）を、絶縁プレート８を含む領域内に位置決めすることが特に有利である。その理由は、これらの窪みが形成する開口によって、この領域内における熱伝達が保証されるからである。これらの窪みがない場合には、コイル内に高温箇所が形成される可能性があり、これは、均一な熱制御を実現し得るためには避けるべきである。
【００６１】
さらに、連続する凸部５および凹部６の間に絶縁プレートを差し込むと、凸部５および凹部６を含む２つの領域の間における冷却液の通路が可能になる（図４）。実際、絶縁プレートは、管体２に形成される巻回３を拡張して、凸部５および凹部６を含む２つの領域の間に開口９を作り出し、この開口９も、管体の内部および外部の間、並びにその逆の間における冷却液の循環を可能にする。この冷却液は、常伝導磁石の場合には例えば水を含み、あるいは超電導体材料の場合にはヘリウムまたは液体窒素を含む。従って、この構成においては、凹部６および凸部５の間に形成される開口９によるだけでなく、両窪み（１０、１１）によって形成される通路のレベルにおいても有効作用を受けるので、熱制御が強化される。
【００６２】
ここで、本発明によるコイルの製造方法を、図５を参照して説明する。
【００６３】
最初の工程１００において、ＣＡＴＩＡ（登録商標）、あるいはＯｐｅｎ  Ｃａｓｃａｄｅ  ＳＡＳ社が販売しているＯｐｅｎ  Ｃａｓｃａｄｅのようなコンピュータ支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ：ＣＡＤ）ソフトウェアを用いて、巻回の幾何学モデルを作成する。続いて、工程２００において、巻回３と、１つ以上の凸部５と、対応する１つ以上の凹部６と、窪み（１０、１１）とのメッシングを、ＣＡＤモデルによって、例えばＣＡＴＩＡ（登録商標）ソフトウェア、あるいはＤｉｓｔｅｎｅ社が販売するＧｈｓ３ｄ（登録商標）メッシャーのような適合ソフトウェアを用いて実行する。続く工程３００において、前記メッシングに対応する温度上昇および／または電磁場および／または機械的挙動のシミュレーションを実行する。
【００６４】
引き続いて工程４００において、このメッシングによって生成される前記温度上昇および／または電磁場および／または機械的変形を、凸部および凹部のいずれをも有しない基準モデルと比較する。必要な場合には、巻回の幾何学的形状に修正を加えることができる。以後、この手順を適合モデルが得られるまで繰り返す。
【００６５】
同じ手順は、機械的応力の最適化に対しても用いることができる。
【００６６】
工程１００〜４００は、最低の温度上昇、および／または均一または擬均一な磁場、および／または電磁的および熱的負荷による変位の最小化が得られるまで繰り返される。
【００６７】
工程５００において、この方法で決定された保持切欠線に対応するパラメータ化曲線がデジタル切断装置に送信され、そのデジタル切断装置が、管体２における巻回３と、凸部５および凹部６と、窪み（１０、１１）との切り出しを進行させる。凸部５および凹部６のレベルに窪み（１０、１１）を配置する場合には、その窪み（１０、１１）の切り出しを、対応する凸部５および凹部６の切り出しと同時に行うことが可能であり、それが、機械加工の点で非常に有利である。
【００６８】
メッシング工程１００に先立って、巻回の個数と、巻回の幅と、長さ、厚さおよび外径を含む管体の寸法とを決定する工程が実行されることは明らかである。この工程は、刊行文献「Ｇｒｅｎｏｂｌｅ高磁場研究所における磁石の計算（Ｍａｇｎｅｔ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｇｒｅｎｏｂｌｅ  Ｈｉｇｈ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）」、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｔｒｏｐｈｉｍｅ、Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ  Ｅｇｏｒｏｖ、Ｆｒａｎｃｏｉｓ  Ｄｅｂｒａｙ、Ｗａｌｔｅｒ  ＪｏｓｓおよびＧｕｙ  Ａｕｂｅｒｔ著、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ、ＶＯＬ．１２、ＮＯ．１、２００２年３月、の考え方に沿うものである。
【００６９】
さらに、凸部５および凹部６が組み合わされて巻回のセンタリングを確実にすることが明らかである。
【００７０】
管体２が管体群を含み得ることが理解される。この管体２または管体群は、導電材料および／またはバルク超電導体材料から作製される。代替的に、管体２が、例えば銅またはステンレス鋼から作製される支持管体であって、超電導体のワイヤまたはケーブルが例えばハンダ付けによって接続される支持管体を構成することが可能である。その場合、この支持管体に本発明による凸部５および凹部６を装備すると、電磁力と、「クエンチ」現象時の熱散逸とを吸収することが可能になる。「クエンチ」は、偶発的にまたは非偶発的に超電導体の一部が常伝導状態に戻る現象である。
【００７１】
最後に、以上記述したコイルは、例えば、実験目的、あるいは核磁気共鳴撮像用の磁場発生の分野において非常に多数の用途を有し得ること、および、上記の例は単なる特定の例示であって、本発明の応用分野に関する制限を課すものではないことが明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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