(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リボン状の超電導線材を巻回して形成されたパンケーキコイルを複数個備えたコイル群がコイルＺ軸を揃えて配列された超電導マグネットであって、
前記パンケーキコイルは、リボン状の超電導線材が層間紙を介して巻回されており、
前記パンケーキコイルの厚さは、前記層間紙の層数によって調整されており、
コイルＺ軸の中心部に位置する第１のコイル群に属する前記パンケーキコイルのコイル厚さは、前記コイルＺ軸の最外端部に位置する第２のコイル群に属する前記パンケーキコイルに用いられる層間紙の厚さよりも薄い層間紙を用いて調整され、
前記第１のコイル群に属する前記パンケーキコイルのコイル厚さの分散値が、
前記第２のコイル群に属する前記パンケーキコイルのコイル厚さの分散値よりも大きいことを特徴とする超電導マグネット。
【請求項２】
前記コイル群は、前記コイル厚さが同じパンケーキコイル同士を並べたダブルパンケーキコイルが複数配列されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項３】
前記コイル群のうち、前記コイルＺ軸方向の最外端部に位置する第２のコイル群が、前記コイル厚さが一定である複数のダブルパンケーキコイルを含むことを特徴とする請求項２に記載の超電導マグネット。
【請求項４】
前記コイル群は、前記コイルＺ軸の中心であるＺ軸中心を通りＺ軸に垂直な面に対して対称であることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項５】
前記コイルＺ軸方向の中心側に位置する前記第１のコイル群では、パンケーキコイル毎に前記層間紙の位置または厚さが独立して設定されており、
前記コイルＺ軸方向の最外端部に位置する前記第２のコイル群のパンケーキコイルでは、２個のパンケーキコイルの前記層間紙の厚さもしくは位置が同じであることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項６】
前記層間紙の合計の厚さは前記最外端部に位置する前記第２のコイル群の各パンケーキコイルで等しいことを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項７】
前記複数のパンケーキコイルが、同一形状のパンケーキコイルを含み、
前記同一形状のパンケーキコイルは、
形状実測値に基づき、Ｚ軸最外端部に位置する前記第２のコイル群ではコイルＺ軸中心に比べ設計値からのずれが大きいパンケーキコイルが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項８】
前記コイルＺ軸中心をＺ＝０としたとき、Ｚ＞０位置に配されたコイル群とＺ＜０位置に配されたコイル群とで、前記コイル厚さの平均値が等しくなるように配列されたことを特徴とする請求項６に記載の超電導マグネット。
【請求項９】
前記コイル群のうち、前記コイルＺ軸中心側に位置する前記第１のコイル群において、前記コイルＺ軸中心の最内側に位置するパンケーキコイルの厚さが、最も小さいことを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネット。
【請求項１０】
リボン状の超電導線材を巻回して形成されたパンケーキコイルがコイルＺ軸を揃えて複数配列される超電導マグネットの製造方法であって、
設計情報に基づき、前記複数のパンケーキコイルを製造する工程と、
前記製造する工程で得られた前記複数のパンケーキコイルの形状を測定する工程と、
前記測定する工程で得られた形状実測値と、前記設計情報とに基づき、前記パンケーキコイルを配列する工程と、
磁界均一度計算を行い、磁界均一度が許容値を満足するように前記パンケーキコイルの配列順序を入れ替える工程とを含むことを特徴とする超電導マグネットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リボン状の超電導線材で構成された複数のコイルを配置した超電導マグネットおよび超電導マグネットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超電導コイルを用いた超電導マグネットは、磁気共鳴画像（ＭＲＩ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置だけでなく、核磁気共鳴装置、大型加速器マグネット、リニア鉄道などの分野でも技術開発が進められている。【０００３】
例えば、特許文献１では、幅広リボン状の高温超電導線材をパンケーキ状に巻回して形成した複数のダブルパンケーキコイルをコイルＺ軸に沿って配置し、超電導マグネットを形成している。高温超電導線材は、低温超電導線材と比較して臨界電流密度、動作温度が高い。このため、高温超電導コイルは、従来の低温超電導コイルに比べて更に省エネルギー性や熱的安定性に優れている。【０００４】
ところでＭＲＩ装置に用いられる超電導マグネットでは、空間的に均一な磁界が必要である。そこで特許文献２あるいは特許文献３では、ＮｂＴｉからなる超電導線材を用いて形成した、超電導コイルを用いて、超電導マグネットが用いられている。【０００５】
このような超電導線材の場合は、一般にソレノイド巻と呼ばれる巻線方法でコイルを形成している。超電導線材は線材が細いため、径方向およびコイル幅方向すなわちＺ軸方向のコイル形状の自由度が高く、コイル形状を自由に設定でき、コイル位置によってコイル幅を調整し、空間的な均一磁界を得易く、容易に目標とする磁界均一度を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平１０−５０７５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−１３６５３１号公報
【特許文献３】特開昭６１−２３６１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のような高温超電導マグネットでは、コイルを構成するイットリウム（Ｙ）系の高温超電導線材はリボン状である。この高温超電導線材の場合、パンケーキ状に巻回したパンケーキコイルが用いられている。リボン状の超電導線材では、特許文献２あるいは特許文献３のように径方向およびコイル幅方向のコイル形状を調整する手法を採用することが困難であり、目標とする磁界均一度を得ることが難しいという問題があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リボン状の超電導線材を用いて高均一磁界をもつ、超電導マグネットを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、リボン状の超電導線材を巻回して形成されたパンケーキコイルを複数個備えたコイル群がコイルＺ軸を揃えて配列された超電導マグネットであって、パンケーキコイルは、リボン状の超電導線材が層間紙を介して巻回されており、パンケーキコイルの厚さは、層間紙の層数によって調整されており、コイルＺ軸の中心部に位置する第１のコイル群に属するパンケーキコイルのコイル厚さは、前記コイルＺ軸の最外端部に位置する第２のコイル群に属するパンケーキコイルに用いられる層間紙の厚さよりも薄い層間紙を用いて調整され、第１のコイル群に属するパンケーキコイルのコイル厚さの分散値が、第２のコイル群に属するパンケーキコイルのコイル厚さの分散値よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リボン状の超電導線材を用いて高均一磁界をもつ、超電導マグネットを得ることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる超電導マグネットを示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる超電導マグネットのＺ軸を通る断面を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１の超電導マグネットを構成するダブルパンケーキコイルを示す図であり、（ａ）はＸＹ断面図、（ｂ）はＹＺ断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる超電導マグネットを構成するコイルの断面図
【図５】本発明の実施の形態１の超電導マグネットにおける誤差磁界係数のＺ位置依存性を示す図
【図６】本発明の実施の形態１の超電導マグネットにおける誤差磁界係数のＺ位置依存性を示す図
【図７】本発明の実施の形態１の超電導マグネットにおけるＺ１０次誤差磁界係数と、Ｚ２次誤差磁界係数についてコイルＺ軸であるＺ方向に沿った磁界分布を示す図
【図８】本発明の実施の形態２の超電導マグネットのＺ軸を通る断面を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態３の超電導マグネットを示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態４の超電導マグネットを示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態５の高温超電導マグネットを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＺ軸中心側に位置する第１のコイル群を構成する１個のダブルパンケーキコイルの断面図、（ｃ）はＺ軸外側に位置する第２のコイル群を構成する１個のダブルパンケーキコイルの断面図
【図１２】本発明の実施の形態６の高温超電導マグネットを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＺ軸中心側に位置するダブルパンケーキコイルの断面図、（ｃ）はＺ軸外側に位置するダブルパンケーキコイルの断面図
【図１３】本発明の実施の形態７の超電導マグネットの断面図
【図１４】本発明の実施の形態７の超電導マグネットの要部拡大断面図
【図１５】本発明の実施の形態７の超電導マグネットの製造工程を示すフローチャート
【図１６】本発明の実施の形態８の超電導マグネットの要部拡大断面図
【図１７】本発明の実施の形態９の超電導マグネットの製造工程を示すフローチャート
【図１８】本発明の実施の形態１０の超電導マグネットを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態にかかる超電導マグネットおよび超電導マグネットの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる超電導マグネット１を示す斜視図、図２は同超電導マグネット１のＺ軸を通る断面を示す断面図である。図３は、実施の形態１の超電導マグネットを構成するダブルパンケーキコイルを示す図であり、（ａ）はＸＹ断面図、（ｂ）はＹＺ断面図である。ダブルパンケーキコイルとはコイル厚さが同じパンケーキコイルをコイルＺ軸方向に沿って２個並べたものである。本実施の形態の超電導マグネット１は、中心部に均一磁界を有する磁界空間Ｏを形成するもので、ＭＲＩ装置において、この均一な磁界空間Ｏに被験者を配置することで、人体の断層画像を取得するための、磁界生成部として用いられるものである。
【００１４】
ＭＲＩ装置では、きわめて高精度の磁場強度の均一性が必要とされるため、要求される磁場分布は、パンケーキコイルを製作および励磁した後に磁場を精度よく調整する必要がある。製作誤差による誤差磁場は均一磁場に要求される許容誤差磁場に比べて１０００倍以上大きい場合がある。パンケーキコイルを製作後、ＭＲＩ装置にダブルパンケーキコイルを据え付ける時に要求される磁場調整は数１００ｐｐｍから数ｐｐｍへの誤差磁場の低減を行うことになり、きわめて高精度の磁場調整が要求される。ここで、磁界均一度とは誤差磁場を中心の磁場強度で除した値とする。従って磁界強度の均一性が高いとは、磁界均一度が小さいことをいう。
【００１５】
本実施の形態１の超電導マグネット１は、図２に示すように、コイルＺ軸２を中心軸とし、当該コイルＺ軸２に沿って、配列された４つのダブルパンケーキコイル１０ｄから成る第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂが、コイルＺ軸２の中心であるＺ軸中心Ｚ0を通りＺ軸に垂直な面に対して対称となる位置に２組ずつ、計４群配列されて構成される。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内のダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さＴのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きいことを特徴とする。分散値は、各コイル厚さと、コイル厚さの平均値との差の２乗を加算したものを加算数で割った値である。分散値が大きいとは、平均値からのばらつきが大きいことを意味する。ここでＺ軸中心Ｚ0とはコイルＺ軸２上の中心点であるＺ＝０の点をいうものとする。コイル厚さはコイル外径値からコイル内径値を減じた値である。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂを構成する各ダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さを含むコイル構造は、Ｚ軸中心Ｚ0を通りＺ軸に垂直な面に対して対称となっている。コイル幅は全コイルに対して一定である。
【００１６】
つまり超電導マグネット１は、Ｚ軸中心Ｚ0に近いコイル群である第１のコイル群１０Ａと、Ｚ軸中心Ｚ0から離れた端部側の第２のコイル群１０Ｂで構成される。更にこれら第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂは、図３（ａ）および（ｂ）に示すようにコイルＺ軸２方向に厚くコイル径方向に薄い扁平な超電導線材３を層間紙４を介して渦巻き状に径方向に順次巻回したパンケーキコイル１０ｉをコイル軸であるコイルＺ軸方向に沿って２個重ね、内側で相互接続したダブルパンケーキコイル１０ｄで構成される。ダブルパンケーキコイル１０ｄとしては、２つのパンケーキコイル１０ｉが、巻回の最内側で予め電気的に接続されて対となったものを用いているが、巻回の最外側で電気的に接続されて対となったものでもよい。また、コイル群内のダブルパンケーキコイル１０ｄ間は相互に直列接続され、かつコイル群間についても直列接続されている。なお図３（ａ）および（ｂ）では接続部分の図示を省略しているが、低抵抗を維持できるように、適宜接続を行う。
【００１７】
ダブルパンケーキコイル１０ｄを構成する各パンケーキコイル１０ｉは図４に断面図を示すような幅広で薄いリボン状の条材である超電導線材３を巻回して構成される。超電導線材３には、高温超電導ＨｉＴｃ線材が用いられている。超電導線材３は、幅５から１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度である。そして、超電導線材３は、例えば、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材質である基板３ｄと、基板３ｄの上に形成された、マグネシウム等の配向性材料からなる配向層３ａと、配向層３ａの上に形成されるＹ系の酸化物からなる超電導層３ｂと、保護層３ｃとが順次積層されて構成される。また基板３ｄの裏面側には、銅またはアルミニウムなどの良導電性の金属めっき層であり超電導層３ｂへの過剰電流の迂回経路となってクエンチ現象を防止する保護層３ｅが形成されている。なおここで用いられている各材料については上記に限定されるものではなく適宜選択可能である。
【００１８】
本実施の形態で用いられる高温超電導線材は幅広で薄いリボン状であるため、Ｚ軸方向の線材位置は、線径の細いＮｂＴｉあるいはＮｂ3Ｓｎ等の低温超電導線材ほどには、精度よく位置制御することができず、粗い間隔でしか設定できない。従って、均一な磁界分布を得るための、コイルの位置調整を高精度化するのは困難である。一方、線材の厚さは薄く、コイル高さ方向は精度よく調整可能である。従って、パンケーキコイルの目的とする磁界均一度を得るための位置調整を、各ダブルパンケーキコイルの径方向の厚さを変えることで行う。
【００１９】
この条件で均一磁界を得ようとするには、Ｚ軸中心Ｚ0に近いコイル群である第１のコイル群１０Ａの隣り合うコイル厚さの差の分散値が最外端部に位置する第２のコイル群１０Ｂの厚さの差の分散値よりも大きくなるように形成することで磁界均一化をはかるものである。以下でこの理由を説明する。
【００２０】
誤差磁界は、計測磁界と、均一磁場に調整する時に調整する目標磁界との差である。計測データは複数で、全体として列ベクトルとなる。本実施の形態では、この誤差磁界を、できるだけ小さくするように補正を行うことで均一磁界に近づけることができる。
【００２１】
例えば、第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂを構成する各ダブルパンケーキコイルのＺ軸上の位置に対する、誤差磁界は、０次から１０次の誤差磁界の和であり、各次数を持つ誤差磁界は、誤差磁界係数を、次式（１）で示すことができると考える。Ｆ0〜Ｆ10は、それぞれＺ０次からＺ１０次の誤差磁界係数を示す数式ｆ0（β）〜ｆ10（β）である。βはＺをコイル内径すなわちコイル半径ａで規格化した値であり、β＝Ｚ／ａであらわされる。
【００２２】
【数１】
0005826442.tif 000002
【００２３】
図５および図６は、式（１）に基づいて算出した、Ｒ、Ｚ位置にある円形コイル線が作るＺ０次からＺ１０次の誤差磁界係数のコイルのＺ位置依存性を示している。図５，６において、横軸はコイル内径Ｒi一定でコイルのＺ位置をコイル内径Ｒi＝ａで規格化した値、縦軸は誤差磁界の強度である。また、式（１）の第２項及び第４項は、それぞれＺ軸に沿って２次で増加する磁界、Ｚ軸に沿って４次で増加する磁界である。
【００２４】
図５のＡ0は、Ｚが０次であるＺ０次磁界で位置によらない空間的に均一な磁界成分ｆ0（β）である。Ｆ0で示すように、式ｆ0（β）はＺが０次である項である。即ち、Ｚ０次磁界成分のみで他の磁界成分がなければ、空間的に均一な磁界を得る。図５のＡ2，Ａ4はそれぞれＺが２次であるＺ２次誤差磁界成分、Ｚが４次であるＺ４次誤差磁界成分である。図６のＡ6，Ａ8，Ａ10はそれぞれＺが６次であるＺ６次誤差磁界成分、Ｚが８次であるＺ８次誤差磁界成分、Ｚが１０次であるＺ１０次誤差磁界成分である。これらＺ２次以上の誤差磁界成分がゼロの場合、完全に均一な磁界が得られる。ここで誤差磁界成分について述べる。図７は誤差磁界成分の内、Ｚ１０次誤差磁界係数Ａ10と、Ｚ２次誤差磁界係数Ａ2についてコイルＺ軸であるＺ方向に沿った磁界分布を示した図である。図７において、横軸はＺ軸方向の位置、縦軸は磁界強度である。Ｚ２次誤差磁界係数Ａ2はＺ軸に沿って２次で増加する誤差磁界すなわちコイルＺ軸方向の磁界成分Ｂzであり、Ｚ１０次誤差磁界成分はＺ軸に沿って１０次で増加する磁界成分Ｂzである。
【００２５】
一般に、誤差磁界係数の内、Ｚ２次からＺ６次ぐらいの誤差磁界成分は、低次の誤差磁界係数と呼ばれ、鉄シムなどの微小鉄片あるいは補正用のコイルで容易に補正することができる。一方、Ｚ８次以上の誤差磁界成分は、高次の誤差磁界係数と呼ばれ、磁界均一度補正用微小鉄片からなる鉄シム、あるいは補正コイルでも補正しにくい項である。
【００２６】
空間的に均一性の高い磁界を得るには、この誤差磁界成分を打ち消すように各パンケーキコイルの半径、数、位置が最適となるように配置することが必要である。なお、コイルはＺ軸を中心に対称配置とすることを仮定しているので、Ｚ１次など奇数成分は発生しない。但し、コイル位置誤差があると発生する。図５から図６に示すように、Ｚ軸ゼロすなわちＺ軸中心Ｚ0に近いコイルの方の場合、特に高次の誤差磁界成分はＺ軸に対する変動が大きい。例えばＺ１０次の誤差磁界係数は曲線Ａ10で示すようにＺ／ＲすなわちＺ／ａ＝０で−３、Ｚ／ａ＝０．２で＋２、Ｚ／ａ＝０．５で−０．５とＺ軸に沿って振動しながらかつ振動のピークが徐々に小さくなりながら変化する。Ｚ／ａ＝０．７以上ではほぼゼロである。このＺ１０次の誤差磁界成分を打ち消そうとすると、この誤差磁界成分はＺ軸に沿って符号が変化しかつそのピークの大きさも変化するため、Ｚ／ａ＝０．５以下で高さすなわち厚さの異なるコイルを多数配置する必要がある。一方、Ｚ／ａ＝０．７以上ではコイルはＺ１０次の誤差磁界成分は、０となり、ほとんど発生しないので、どの高さであってもよい。
【００２７】
次に、低次のＺ２次の誤差磁界係数について述べる。Ｚが大きい場合、上記で述べたようにＺ１０次等の高次の誤差磁界係数は小さいが、Ｚ２次の誤差磁界係数は発生する。２次の誤差磁界成分は図５に曲線Ａ2で示すようにＺ方向の位置依存性は、図６に曲線Ａ10で示すＺ１０次の誤差磁界係数に比べて少なくＺ／ａ＝０．５以上ではマイナス、Ｚ／ａ＝０．５以下でプラスであり、いずれもＺ方向の依存性が小さい。この点から、Ｚ／ａ＝０．５以下とＺ／ａ＝０．５以上で、複数のコイルで構成するコイル群を２個とし、コイル群間のコイル厚さは異なるが、コイル群内のパンケーキコイルの厚さはほぼ一定になるように構成すれば、曲線Ａ2で示すＺ２次の誤差磁界係数を打ち消すことが可能である。
【００２８】
Ｚ４次からＺ８次の誤差磁界係数は上記の中間になる。高次の誤差磁界係数になるほどＺ軸中心ＺOで変化が激しく、Ｚが大きくなると誤差磁界係数は０に近づき、磁界が発生しないことはＺ１０次と共通である。
【００２９】
上記実施の形態ではＺ２次からＺ１０次の例について述べたが、Ｚ２次からＺ１０次あるいはＺ１０次以上の誤差磁界係数を打ち消し、所望の磁界均一度を得るには、計算機にて最適化手法を用いて自動的にコイル配置を求めることが必要になる。
【００３０】
なお、誤差磁界係数については、式（１）について説明したが、他の誤差磁界係数を持つ場合にも、おおむね同様の傾向をもつ。
【００３１】
以上の結果から、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂのコイル厚さについて考察する。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂには複数個のダブルパンケーキコイル１０ｄが含まれる。図２に示すＺ軸中心ＺO付近の第１のコイル群１０Ａの各コイルは、高次の誤差磁界成分の位置依存性が大きい。従って、磁界均一度を得るためには、Ｚ軸中心ＺO付近の第１のコイル群１０Ａの各コイルでは、Ｚ軸方向に沿った隣り合うコイルの厚さすなわちＲ方向高さの差ｈAが大きくなる。一方、Ｚ軸端部の第２のコイル群１０Ｂの各コイルは、誤差磁界成分のＺ方向位置依存性は小さい。即ちＺ方向に沿った各コイルのＲ方向高さの差ｈBは小さくても良い。即ち、Ｚ軸中心に最も近い第１のコイル群１０ＡとＺ軸中心から遠い第２のコイル群１０Ｂとで、隣り合うコイル間高さの差ｈA，ｈBのコイル群内での平均値が第１のコイル群１０Ａの方が大きくなるように構成する。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、コイルの内径Ｒiを一定としたため、高さの変化はコイル厚さの変化に相当する。従って、Ｚ軸中心に最も近い第１のコイル群１０Ａで、Ｚ軸中心ＺOから遠い第２のコイル群１０Ｂよりも、コイル厚さの分散値が大きくなるように構成する。ここでは、図２に示したように、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂとはコイル内径Ｒiを同一としており、第１のコイル群１０Ａはコイル外径ＲoA1〜ＲoA4の凹凸が大きく、第２のコイル群１０Ｂはコイル外径ＲoB1〜ＲoB4の凹凸が小さくなる。つまり、ダブルパンケーキコイル毎に内径が異なる。
【００３３】
上記構成によれば、超電導マグネット１に用いるダブルパンケーキコイル１０ｄは、幅広リボン状の高温超電導線条材であるため、線材の厚さは薄く、コイル高さ方向を精度よく調整可能である。また、コイル高さ方向を精度よく調整可能であるため、コイル厚さもまた精度よく調整可能である。従って、パンケーキコイルの磁界均一度を得るための位置調整は、各ダブルパンケーキコイルの径方向の高さを変えることで容易に高精度化が実現可能である。
【００３４】
これに対し、従来のＮｂＴｉあるいはＮｂ3Ｓｎ等の超電導線材は幅が狭いため、Ｚ軸方向とＲ方向のコイル高さを同時に調整することで、最適なコイル配置を得るのに対し、リボン状の高温超電導線条材の場合は、Ｚ軸方向の線材位置を、従来の超電導線材のように、精度よく調整することはできず、粗い間隔でしか設定できない。このため、リボン状の高温超電導線条材では、均一な磁界分布を得るためのコイルの位置調整も精度よくできなかった。本実施の形態によれば、コイル厚さの調整によって、リボン状の高温超電導線材の磁界均一度を容易に調整することが可能となる。
【００３５】
なお、図１に示した第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂを構成するダブルパンケーキコイル１０ｄは内径が同一であるように構成したが、コイル厚さを制御することで、生成される磁界を調整することができる。つまり、均一な磁界分布を形成するための条件は、コイル厚さであり、コイル外径値からコイル内径値を減じた値を制御することで、生成される磁界を調整することができる。コイル厚さはコイル外径値からコイル内径値を減じた値である。ただし、層間紙を含む場合には、正確には、コイル厚さはコイル外径値からコイル内径値を減じた値から層間紙の総厚さを減じた値であるが、層間紙の厚さを無視しても良い場合もある。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１では、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂを構成するダブルパンケーキコイルの内径が同一であるように構成したが、本実施の形態では、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂを構成するダブルパンケーキコイルの外径が同一であるように構成したことを特徴とする。外径が同一である点以外は、実施の形態１の超電導マグネット１と同様、第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内のダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心Ｚ0側にある第１のコイル群１０Ａで大きいことを特徴とするものである。図８は、実施の形態２の超電導マグネット１のＺ軸を通る断面を示す断面図である。
【００３７】
本実施の形態の超電導マグネット１は、実施の形態１の超電導マグネット１と同様、図８に示すように、コイルＺ軸２を中心軸とし、当該コイルＺ軸２に沿って、配列された４つのダブルパンケーキコイル１０ｄから成る第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂが、コイルＺ軸２の中心であるＺ軸中心Ｚ0を通りＺ軸に垂直な面に対して対称となる位置に２組ずつ、計４群配列されて構成される。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内のダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心Ｚ0側にある第１のコイル群１０Ａで大きいことを特徴とする。望ましくは隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さの差の平均値が第２のコイル群１０Ｂで小さくなるように構成する。つまり、徐々にコイル厚さが変化するようにするのが望ましい。
【００３８】
図８に示すように、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂとはコイル外径Ｒoを同一としており、第１のコイル群１０Ａはコイル内径ＲiA1〜ＲiA4の凹凸が大きく、第２のコイル群１０Ｂはコイル内径ＲiB1〜ＲiB4の凹凸が小さくなる。つまり、ダブルパンケーキコイル毎に内径が異なる。即ち、コイルを巻回するための巻枠を変える必要がある。内径が小さいコイルの場合、ダブルパンケーキコイル間の接続がしにくい。しかしながら外径を揃えることで、ダブルパンケーキコイル間の接続はより容易になる。特に内径を変化させ、外径をそろえることで、ダブルパンケーキコイル間の接続を容易にすることができるという効果がある。
【００３９】
なお、前記実施の形態１および２は、コイル群を２種とし、２種のコイル群を対称配置することで、均一性の高い磁界を得るように構成したが、コイル群数は３個あるいはそれ以上でも良い。
【００４０】
実施の形態３．
図９は実施の形態３の超電導マグネットを示す断面図であり、コイル群を３群とした場合の例を示しており、実施の形態２において、図８で示した第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂの間に第３のコイル群１０Ｃを配置した例である。本実施の形態の超電導マグネットにおいても、コイルのＺ軸中心Ｚ0側最内側に位置する第１のコイル群１０ＡとコイルのＺ軸中心Ｚ0から最も遠い最端部に位置する第２のコイル群１０Ｂとで、コイル厚さの分散値が、第１のコイル群１０Ａの方が大きくなるように配置している。
【００４１】
上記構成により、Ｚ軸方向に沿ってより均一性の高い磁界を得ることが可能となる。
【００４２】
なお、コイル群数がｎ群存在する場合でも、Ｚ軸中心Ｚ0に最も近い第１のコイル群１０Ａと軸中心からもっともはずれた第２のコイル群１０Ｂとで、コイル厚さの分散値が、第１のコイル群１０Ａの方が大きくなるように配置している。
【００４３】
また本実施の形態では、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂとの間を、各コイル群の平均厚さよりもコイル厚さが薄く、磁界をさほど発生しない第３のコイル群１０Ｃで埋めても良い。これにより、磁界分布を変えることなく磁界強度のみを大きくすることができるという効果がある。但し、この場合にはコイル数が多くなりコストの高騰を招く場合もあり注意が必要である。
【００４４】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４の超電導マグネットを示す断面図である。図１０に示すように、本実施の形態では、第２のコイル群１０Ｂ、つまりコイルＺ軸中心ＺOから最も離れたコイル群のダブルパンケーキコイル１０ｄはコイル厚さが一定となるように構成している。すなわち、Ｚ軸中心ＺO側に位置するコイル群を構成するダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さは異なるように設定するが、Ｚ軸中心ＺOから最も離れた、最外端部側のコイル群である第２のコイル群１０Ｂを構成するダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さｔを揃えるように構成する。
【００４５】
これにより、コイルの厚さが同一であるため、同一のダブルパンケーキコイル１０ｄを複数個作成すればよく、製造が容易となる。また、Ｚ軸中心ＺOから最も離れた最外端部側のコイル群におけるダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さを同じに設定することで、コイル高さが高くなると誤差磁界が大きくなることに起因する磁界の不均一性を抑制できる。
【００４６】
なお、図１０において第２のコイル群１０Ｂを構成するダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さがすべて同一である例を示したが、一部のダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さが同一であって良い。
【００４７】
また本実施の形態では、第１のコイル群１０Ａと第２のコイル群１０Ｂとの間を、各コイル群の平均厚さよりもコイル厚さが薄く、磁界をさほど発生しない第３のコイル群１０Ｃで埋めている。これにより、磁界分布を変えることなく磁界強度のみを大きくすることができるという効果がある。但し、この場合にはコイル数が多くなりコストの高騰を招く場合もあり注意が必要である。なお、本実施の形態において、第３のコイル群１０Ｃを除いた構成をとるようにしてもよい。
【００４８】
また、図２に示した実施の形態１において、第２のコイル群１０Ｂのコイル厚さをそろえても良い。
【００４９】
実施の形態５．
図１１（ａ）から（ｃ）は、実施の形態５の高温超電導マグネットを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＺ軸中心側に位置する第１のコイル群１０Ａを構成する１個のダブルパンケーキコイルの断面図、（ｃ）はＺ軸外側に位置する第２のコイル群１０Ｂを構成する１個のダブルパンケーキコイルの断面図である。
【００５０】
図１１（ｂ）および（ｃ）からあきらかなように、各ダブルパンケーキコイル１０ｄ1，１０ｄ8は、高温超電導材からなる超電導線材３間に層間紙４を挿入しながら巻回したもので、Ｚ軸中心ＺOに近い第１のコイル群１０Ａのダブルパンケーキコイル１０ｄは、第２のコイル群１０Ｂに比べて薄い層間紙４を使用し、より高精度にコイル厚さを制御していることを特徴とする。ここで用いられる層間紙４は、パンケーキコイルの間に挿入する非金属体であり超電導線材３間の絶縁も兼ねる。各コイルの厚さＴ1，Ｔ8はコイル厚さでコイル外径Ｒoからコイル内径Ｒiを引いた値である。
【００５１】
本実施の形態の超電導マグネット１は、コイルの全体構造としては、図１１（ａ）に示すように、実施の形態１の超電導マグネット１と同様、コイルＺ軸２を中心軸とし、当該コイルＺ軸２に沿って、配列された４つのダブルパンケーキコイル１０ｄから成る第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂが、Ｚ軸中心Ｚ0を中心として２組対称となる位置に計４群配列されて構成される。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内の隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きい。
【００５２】
本実施の形態によれば、第１のコイル群１０Ａのダブルパンケーキコイル１０ｄ1は、第２のコイル群１０Ｂのダブルパンケーキコイル１０ｄ8に比べて、より薄い層間紙４を用いて高精度にコイル厚さＴ1を制御しているため、所望の磁界均一度を得ることができた。
【００５３】
第１のコイル群１０Ａのダブルパンケーキコイル１０ｄ1はＺ軸中心ＺOに近いため、中心磁界への影響も大きく、目的の磁界均一度を得るにはより高精度でコイルを作成する必要がある。一方、第２のコイル群１０Ｂのダブルパンケーキコイル１０ｄ8はＺ軸中心ＺOから遠く、コイル厚さが仮に同じである場合には中心の磁界への影響は小さい。従って、第２のコイル群１０Ｂのダブルパンケーキコイル１０ｄ8のコイルの製作精度はダブルパンケーキコイル１０ｄ1ほどは必要でない。
【００５４】
ダブルパンケーキコイルの位置精度として、内径誤差、外径誤差、Ｚ位置誤差がある。コイルを試作したところ、高精度に製作できる巻枠にコイルを巻回するため、内径誤差は小さいが、多くのターンを巻回する外径の誤差が大きいことが判明した。特に、コイル厚さが薄い超電導線材３を多層となるように巻回することで、誤差が集積されコイル厚さの誤差が大きくなることによる。
【００５５】
コイル外径すなわちコイル高さを精度良く作成するには、一般に、コイル高さ調整用の層間紙４をコイル間に挿入しながら超電導線材３を巻き、高さを調整することが行われる。
【００５６】
コイル位置精度、特にコイル厚さＴ1からＴ8の精度は、Ｚ軸中心ＺOに近いダブルパンケーキコイルの方が、Ｚ軸中心ＺOから離れたダブルパンケーキコイルよりも高度である必要がある。このため、図１１（ｂ）に示すように、ダブルパンケーキコイルを構成する超電導線材３の間に薄い層間紙４を精度よく何層も挿入する。また、ダブルパンケーキコイルを構成するコイル１０ｄ1aとコイル１０ｄ1bとで、層間紙４を入れる位置も独立して調整している。これにより、Ｚ軸中心ＺOに近いコイルはより高精度でコイル設計値に近いコイルを製作でき、より高均一となり、小さい磁界均一度を得ることが可能である。
【００５７】
一方、第２のコイル群１０Ｂを構成するダブルパンケーキコイル１０ｄ8はＺ軸中心ＺOから遠いコイルであるため、コイル厚さに多少の誤差が存在しても許容できる。従って、層間紙４を数枚から数十枚一度に積み重ねたものを間欠的に挿入する、あるいは厚い層間紙を間欠的に入れればよい。更に、図１１（ｃ）に示すように２個のパンケーキコイルの層間紙の配置を同じにしても良い。これによりコイル位置誤差による不均一磁界の発生の影響を同じにでき、高速にコイルを巻くことが可能になる。
【００５８】
ところで、層間紙４の合計の厚さが同じであるとコイル高さも同じになるはずである。実際のコイルも上記要件を満足するように製作すればよい。
【００５９】
なお、コイル高さが高くなると大きな磁界を発生するため誤差磁界も大きくなる。コイル位置精度も重要になる。このため、コイル高さが高くなるほど層間紙４の調整を精度よくする必要がある。
【００６０】
更に、上記実施の形態５では、層間紙４を高精度に調整しつつ挿入したダブルパンケーキコイルは第１のコイル群１０Ａに属し、層間紙４を粗く挿入したダブルパンケーキコイルは第２のコイル群１０Ｂに属していたが、この限りではない。層間紙４を粗く挿入したダブルパンケーキコイルは第１のコイル群１０ＡのＺ軸中心Ｚ0から離れた側のコイルであっても良い。
【００６１】
なお、本実施の形態の構成は、第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内の隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きい構成をとらない場合にも有効であることはいうまでもない。
【００６２】
実施の形態６．
図１２（ａ）から（ｃ）は、実施の形態６の高温超電導マグネットを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＺ軸中心側に位置するダブルパンケーキコイルの断面図、（ｃ）はＺ軸外側に位置するダブルパンケーキコイルの断面図である。
【００６３】
前記実施の形態５ではコイル群を構成するダブルパンケーキコイルについて述べたが、コイル群を構成するコイルに限定することなく、複数のダブルパンケーキコイルが等間隔で配列された高温超電導マグネットにも適用可能である。
【００６４】
本実施の形態の高温超電導マグネットは、図１２（ｂ）および（ｃ）からあきらかなように、各ダブルパンケーキコイルは、高温で超電導性を呈する超電導線材３間に層間紙４を挿入しながら巻回したもので、Ｚ軸中心ＺOに近い最内側のダブルパンケーキコイル１０ｄ1は、最外端部側のダブルパンケーキコイル１０ｄ8に比べて薄い層間紙４を使用し、より高精度にコイル厚さを制御していることを特徴とする。ここで用いられる層間紙４についても実施の形態５と同様であり、パンケーキコイルの間に挿入する非金属体であり超電導線材３間の絶縁も兼ねる。他の構成については、コイル群を構成することなく、Ｚ軸に沿って、独立した１６個のダブルパンケーキコイルがＺ軸中心Ｚ0を中心として一定間隔で連続的に配列されている点以外は、各ダブルパンケーキコイルは、前記実施の形態５と同様に形成されている。
【００６５】
上記構成によれば、薄い層間紙４を使用することで、コイル高さの微調整が可能となる。従って、層間紙４を調整することで高精度にコイル厚さを制御すれば、Ｚ軸中心Ｚ0に近いコイルはより高精度でコイル設計値に近くなるように製作することができ、より高均一磁界とすることができる結果、磁界均一度を小さくすることが可能である。
【００６６】
実施の形態７．
図１３は、実施の形態７の超電導マグネットの断面図である。本実施の形態の超電導マグネットは、製造を容易にするために、コイルＺ軸中心Ｚ0から離れた最外端部側に、コイル外径が等しい第２のコイル群１０Ｂを用いたものである。実測を行ってみると、図１４に要部拡大図を示すように、コイル厚さにはばらつきがある。そこでコイル群内においても、内側に配されるダブルパンケーキコイルが、より設計値に近くなるように、再配列したものである。図１４では、最外端部側に配される第２のコイル群１０Ｂのみを拡大して示す。即ち、第１のコイル群１０Ａは表示していない。図１４において、第２のコイル群１０Ｂ+はＺ＞０のコイル群相当であり、第２のコイル群１０Ｂ-はＺ＜０のコイル群相当である。第２のコイル群１０Ｂ+は、ダブルパンケーキコイル１０ｄ9，１０ｄ10，１０ｄ11，１０ｄ12で構成される。また第２のコイル群１０Ｂ-は、ダブルパンケーキコイル１０ｄ-9，１０ｄ-10，１０ｄ-11，１０ｄ-12で構成される。
【００６７】
実施の形態６でＺ軸中心に近いコイルほど高さの精度が必要であると述べたが本実施の形態においても、実測後、配列を調整するだけで、均一性の高い磁場を生成することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態の構成は、前述した各実施の形態にも適用可能である。例えば実施の形態４において、各パンケーキコイルの高さが一定とした場合に特に有効である。Ｒdはコイル厚さ、Ｒiはコイル内径、Ｒoはコイル外径である。また、コイル厚さＲdは設計外径であり、ＲSは最外端部すなわちＺ軸中心Ｚ0から最も離れた位置のパンケーキコイルの製作誤差の一例である。
【００６９】
次に、本実施の形態の超電導マグネットの製造方法について説明する。図１５は、同製造工程を示すフローチャートである。本実施の形態では、設計情報に基づき、複数のパンケーキコイルを製造する工程と、製造する工程で得られた複数のパンケーキコイルの形状を測定する工程と、測定工程で得られた形状実測値に基づき、同一形状のパンケーキコイルのうち、Ｚ軸端部ではコイルＺ軸中心に比べ設計値からのずれが大きいパンケーキコイルが配されるように、実装する工程とを有することを特徴とする。
【００７０】
まず、ステップＳ１００１でコイル群を構成する各コイルの高さあるいはコイル外径を実測する。
【００７１】
ステップＳ１００２でこのコイル外径の実測値に基づき、設計外径との誤差を算出する。
【００７２】
ステップＳ１００３でコイル外径の実測値に基づき、最も設計外径に近く誤差が小さいものをＺ軸中心側に近い側に配置し、設計外径からの製作誤差が大きいものをＺ軸から最も遠い位置に配置する。
【００７３】
これにより、誤差磁界が少ない精度の良いコイルがＺ軸中心側に配置されることになる。
【００７４】
なお、本実施の形態では位置精度についてコイル高さに限定して述べたが、コイル軸方向すなわちＺ方向の幅であっても良い。即ち、コイルのＺ方向幅の誤差が小さいものをＺ軸中心側に配置する。また、誤差の測定項目は内径であっても良い。即ち、コイル形状が設計値に最も近いものをＺ軸中心側に配置する。
【００７５】
ところで、実施の形態１で述べたように、図５および図６から高次誤差はＺが大きくなると少なくなることがわかる。位置誤差の大きいコイルをＺが大きいＺ軸端部に近い位置に配置すると補正しにくい高次の誤差磁界は少なく、補正が容易な低次の誤差磁界を発生することになる。補正が容易でより高均一な磁界を得易い効果もある。
【００７６】
実施の形態８．
実施の形態８は、Ｚ＞０とＺ＜０の場合のコイル群内のコイル厚さの平均値が等しくなるようにしたことを特徴とする。ここでは、磁気設計がＺ＞０とＺ＜０が同じもの、対称を仮定したものである。
【００７７】
コイル群内の複数個のコイル高さあるいはコイル外半径すなわち外径の平均値ＲaveがＺ＞０の第２のコイル群１０Ｂ+とＺ＜０の第２のコイル群１０Ｂ-とで同じになるように、コイル外径の実測結果に基づきコイルを配置する。これにより以下の奇数次の誤差磁界の発生を抑制できる。
【００７８】
Ｚ＞０の第２のコイル群１０Ｂ+とＺ＜０の第２のコイル群１０Ｂ-と平均値がＺ＞０とでコイルの平均高さが異なると、Ｚ＞０とＺ＜０とで平均としてのコイル形状が異なることから、Ｚ軸方向に沿って奇数で変化する誤差磁界、即ち、奇数次の誤差磁界が発生し磁界均一度が悪化する。
【００７９】
図１６は、実施の形態８の超電導マグネットを示す要部拡大図であり、図１３および図１４の超電導マグネットと同じコイルを用いてＺ＞０とＺ＜０とでコイル群の平均のコイル高さが異なる組合せの例である。この場合には第１のコイル群１０Ｂ+でコイル高さが高く、Ｚ＜０の第２のコイル群１０Ｂ-ではコイル高さが低い。Ｚ＜０のコイル群の高さが高いと中心位置から遠くなるため、Ｚ＞０のコイル群に比べ磁界が弱くなる。従って、Ｚ軸に沿って磁界分布を計算すると正の奇数次の磁界が発生する。
【００８０】
上記の例ではコイル外径のみに着目したが、コイル内径も同様である。即ち、コイル内径とコイル外径の両方の平均がＺ＞０とＺ＜０とで等しくなるように構成することでさらなる磁界均一度の向上をはかることができる。
【００８１】
なお、図示は省略したが、本実施の形態においても、Ｚ軸中心Ｚ0側にも第１のコイル群１０Ａを有しており、図２に示した実施の形態１と同様、コイルＺ軸２を中心軸とし、当該コイルＺ軸２に沿って、配列された４つのダブルパンケーキコイル１０ｄから成る第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂが、Ｚ軸中心Ｚ0を通りＺ軸に垂直な面に対して対称となる位置に２組ずつ計４群配列されて構成される。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内の隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きい構成となっている。
【００８２】
なお、本実施の形態の構成は、第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内の隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きい構成をとらない場合にも有効であることはいうまでもない。
【００８３】
実施の形態９．
実施の形態４の超電導マグネットではコイル高さがすべて同じであるコイル群でなければ効果が得られない。実際の設計では第１のコイル群１０Ａの中に、第２のコイル群１０Ｂの高さとほぼ同じコイル高さになるものがある場合もありうる。更には、これらを含めて、コイル位置特にコイル外径の実測結果を元にコイルを入れ替えながら磁界均一度を計算で評価し、最も良い磁界均一度とする、あるいは磁界均一度が許容値を満足するように、コイル配置を計算でもとめ、この配置になるように実際のコイルを組み立てる方法が考えられる。
【００８４】
次に、本実施の形態の超電導マグネットの製造方法について説明する。本実施の形態では、コイルＺ軸を中心軸とし、当該コイルＺ軸に沿って、複数のパンケーキコイルが、複数配列される超電導マグネットを製造する。図１７は、同製造工程を示すフローチャートである。この方法は、設計情報に基づき、複数のパンケーキコイルを製造する工程と、製造する工程で得られた複数のパンケーキコイルの形状を測定する工程と、測定工程で得られた形状実測値と、設計情報とに基づき、パンケーキコイルを配列する工程と、磁界均一度計算を行い、磁界均一度が許容値を満足するように前記パンケーキコイルの配列順序を入れ替える工程とを含むことを特徴とする。
【００８５】
なお、図示は省略したが、本実施の形態においても、Ｚ軸中心Ｚ0側にも第１のコイル群１０Ａを有しており、図２に示した実施の形態１と同様、コイルＺ軸２を中心軸とし、当該コイルＺ軸２に沿って、配列された４つのダブルパンケーキコイル１０ｄから成る第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂが、Ｚ軸中心Ｚ0を通りＺ軸に垂直な面に対して対称となる位置に２組ずつ計４群配列されて構成される。第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内の隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きい構成となっている。
【００８６】
まず、ステップＳ２００１でコイル群を構成する各コイルのコイル外径を実測する。
【００８７】
ステップＳ２００２でこのコイル外径の実測値に基づき、各コイルを配列し、配列順序を記憶装置に格納する。
【００８８】
ステップＳ２００３で、磁界均一度を測定する。ここで磁界均一度は、式（１）で一例を示したような誤差係数の関数を用いてＺ軸上の位置における誤差係数を求めることにより、得る。
【００８９】
ステップＳ２００４で、コイル配列と磁界均一度を対応付けて保存する。
【００９０】
ステップＳ２００５で、コイルを入れ替え配列を変更する。
【００９１】
ステップＳ２００６で、繰り返し回数があらかじめ決められた回数を超えたか否かを判断する。
【００９２】
ステップＳ２００６がＹＥＳであると判断されたとき、ステップＳ２００７で磁界均一度が最少である配列を選択し決定する。
【００９３】
ステップＳ２００６がＮＯであると判断されたとき、再度ステップ２００２に戻り、ステップＳ２００３，Ｓ２００４，Ｓ２００５を繰り返す。このようにして磁界均一度が最少である配列を探索する。
【００９４】
以上のようにして、ステップＳ２００７で配列を決定する。
【００９５】
このようにして、磁界均一度が最も小さくなる配列を決定する。これにより、更に良い磁界均一度を得ることができる。なお、磁界均一度の許容値は被測定物により異なる。人体の断層画像の場合には、５０ｃｍ球空間で数ｐｐｍとされる。
【００９６】
前記実施の形態では、設計値のコイル高さが同じ場合を仮定したが、設計値のコイル高さが多少異なっても実測値に基づきコイルを入れ替えながら最も良い磁界均一度が得られる配置を計算すればよく、最も良い磁界均一度が得られる位置に各コイルを配置すれば良い。あるいは磁界均一度があらかじめ決められた値を超えるまでステップＳ２００３，Ｓ２００４，Ｓ２００５を繰り返すようにしてもよい。
【００９７】
なお、本実施の形態の構成は、第１および第２のコイル群１０Ａ，１０Ｂ内の隣り合うダブルパンケーキコイル１０ｄのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側の第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心側にある第１のコイル群１０Ａで大きい構成をとらない場合にも有効であることはいうまでもない。
【００９８】
実施の形態１０．
図１８（ａ）および（ｂ）は実施の形態１０の超電導マグネットを示す図および要部拡大図である。図１８（ｂ）は図１８（ａ）の破線内を拡大したものである。図１８（ａ）および（ｂ）においてＺ軸中心ＺOに最も近い第１のコイル群１０Ａ中でコイルＺ軸中心に最も近いコイル１０ａから、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと外側にいくにつれて、コイルの高さが最内側でｈ1から順次高くなり、最外端部側でｈ4となっている。
【００９９】
Ｚ軸中心ＺOにもっとも近いコイル群は、均一磁界領域であるＺ軸中心ＺOに最も近いため、コイル誤差の影響が大きく、さらに左記コイル群の中でもＺ軸中心ＺOにもっとも近いコイルは最もコイル誤差の影響が大きい。コイル群の中でも最も遠いコイルはコイル群の中でも影響は小さい。従って、最もＺ軸中心に近いコイルの高さを低く設定できれば位置誤差の影響を少なくできる。最も遠いコイルは大きな電流を発生しても良い。即ち、コイル高さが高くても良い。理想的には図１８に示すようにＺ軸中心ＺOから離れるに従い、コイル高さが徐々に高くなるのが良い。すなわち、コイル群のうち、コイルＺ軸中心側に位置する第１のコイル群１０Ａにおいて、コイルＺ軸中心ＺOの最内側に位置するパンケーキコイルの厚さが、最も小さくなるようにする。さらに、隣り合うコイルの高さの差が外側に行くほど大きい。つまりｈA＜ｈBである。かかる構成をとることでより磁界の均一性を得ることができる。
【０１００】
特許文献３ではコイル高さは一定でコイルＺ軸が大きくなるに従い、コイル幅が広くなっている。幅広の高温超電導線材の場合にはＺ軸方向の調整がしにくく、このようにＺ軸の幅を徐々に広げる方法の採用は不可能である。高温超電導線材の場合は、厚さは薄いため、コイル高さを自由に設定可能である。このため、コイル高さをＺ軸が大きくなるに従い、大きくなるように設定するのが良い。
【０１０１】
なお、前記各実施の形態では、ダブルパンケーキコイルについて説明したが、シンプルパンケーキコイルにも適用可能であることはいうまでもない。また、高温超電導を呈する線材だけでなく、リボン状の超電導線材を用いたパンケーキコイルを用いて超電導マグネットを形成する場合には前記各実施の形態の構成を適用可能である。基本的には超伝導線材の幅が一定となるように構成したが、幅を変える場合には、Ｚ軸方向のコイル位置も変化するため、誤差磁界係数も異なる関数を用いることになるが、誤差磁界係数を適宜選択することで調整可能である。
【０１０２】
また、前記各実施の形態では、層間紙を介してコイルを巻回したが、図４に示したように高温で超電導を呈するリボン状の超電導線材３は両面に保護層３ｃ，３ｅを有しているため、層間紙をはさむことなく直接巻回した領域を含んでいてもよい。
【０１０３】
また、前記実施の形態では、実施の形態６を除き、各パンケーキコイルがコイル群を構成する場合について説明したが、実施の形態６のようにコイル群を構成しない場合についても他の実施の形態を適用することにより、より高精度の均一磁界を生成することが可能となる。
【０１０４】
また、前記実施の形態では、ＭＲＩ装置に用いられる超電導マグネットについて説明したが、ＭＲＩ装置に限定されることなく、リニアモーターカーなど、他の超電導マグネットを必要とする分野にも適用可能であることはいうまでもない。各実施の形態において、高精度電源、コイル各部の温度を均一に制御する冷却機を備え、超電導コイルシステムを構成するものとする。
【０１０５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  超電導マグネット、２  コイルＺ軸、３  超電導線材、３ａ  配向層、３ｂ  Ｙ系の酸化物からなる超電導層、３ｃ  保護層、３ｄ  基板、３ｅ  保護層、４  層間紙、Ｚ0  Ｚ軸中心、１０Ａ  第１のコイル群、１０Ｂ  第２のコイル群、１０ｉ  パンケーキコイル、１０ｄ  ダブルパンケーキコイル、ｈA  隣り合うコイルの高さの差、ｈB  隣り合うコイルの高さの差、Ｒi，ＲiA1，ＲiA2，ＲiA3，ＲiA4，ＲiB1，ＲiB2，ＲiB3，ＲiB4  コイル内径、Ｒo，ＲoA1，ＲoA2，ＲoA3，ＲoA4，ＲoB1，ＲoB2，ＲoB3，ＲoB4  コイル外径。
【要約】
リボン状の超電導線材を用いて高均一磁界をもつ、超電導マグネットを得ることを目的とするもので、コイルＺ軸２を中心軸とし、リボン状の超電導線材３をコイルＺ軸２に沿って配列された複数のパンケーキコイル１０iからなるコイル群が、複数配列され、コイル群内のパンケーキコイルのコイル厚さのコイル群内における分散値が、コイルＺ軸端部側に位置する第２のコイル群１０Ｂに比べ、コイルＺ軸中心Ｚ0側に位置する第１のコイル群１０Ａで大きいことを特徴とする。【図１】
0005826442.tif 000003
【図２】
0005826442.tif 000004
【図３】
0005826442.tif 000005
【図４】
0005826442.tif 000006
【図５】
0005826442.tif 000007
【図６】
0005826442.tif 000008
【図７】
0005826442.tif 000009
【図８】
0005826442.tif 000010
【図９】
0005826442.tif 000011
【図１０】
0005826442.tif 000012
【図１１】
0005826442.tif 000013
【図１２】
0005826442.tif 000014
【図１３】
0005826442.tif 000015
【図１４】
0005826442.tif 000016
【図１５】
0005826442.tif 000017
【図１６】
0005826442.tif 000018
【図１７】
0005826442.tif 000019
【図１８】
0005826442.tif 000020