(57)【要約】【課題】パワーリード線に接続していない超電導コイルを磁石化し、外部からの熱侵入をなくすことで冷却機の動力を削減する。【解決手段】磁場発生体と、両端を短絡させた超電導コイルと、該超電導コイルを超電導状態とする冷却手段を備え、常電導状態としている前記超電導コイルを前記磁場発生体の磁場中に配置し、この状態で前記超電導コイルを前記冷却手段で冷却して超電導状態に転移させ、ついで、前記磁場発生体の磁場を消失させ、前記超電導コイルに磁場保持用の電流を発生させて、磁石化している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場発生体と、両端を短絡させた超電導コイルと、該超電導コイルを超電導状態とする冷却手段を備え、
常電導状態としている前記超電導コイルを前記磁場発生体の磁場中に配置し、この状態で前記超電導コイルを前記冷却手段で冷却して超電導状態に転移させ、
ついで、前記磁場発生体の磁場を消失させ、前記超電導コイルに磁場保持用の電流を発生させて、磁石化していることを特徴とする超電導磁石の形成方法。
【請求項２】
前記磁場発生体は、電源に接続している常電導線あるいは超電導線からなり、電源の通電を遮断して前記超電導コイルに磁場を発生させると共に、前記冷却手段で超電導状態に保持した状態で前記超電導コイルを、前記磁場発生体から外している請求項１に記載の超電導磁石の形成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法で超電導コイルを磁石化している超電導磁石であって、
前記冷却手段は、断熱性および透磁性を有するケース内に超電導温度の冷媒を封入しており、
前記ケース内に前記磁石化した超電導コイルを超電導温度で保持し、前記ケースを通して外部磁場を発生させていることを特徴とする超電導磁石。
【請求項４】
前記超電導コイルより発生させる外部磁場は２Ｔ以上である請求項３に記載の超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導磁石およびその形成方法に関し、両端を短絡した超電導コイルを磁石化するものであって、例えばＭＲＩ等に好適に用いることができるものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴によって生体組織を画像化する磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）では、磁場が強い程、生体組織の画像が鮮明となる。そのため、近年では、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）の電磁石には、高磁場を発生させることが可能な超電導線からなる超電導コイルが用いられている。超電導線を用いた超電導コイルは、超電導状態において抵抗が０となるため大きな電流を流すことができ、安定した強い磁場を発生することができる。
通常用いられている超電導コイルは、超電導線の両端を電源からのパワーリード線に接続している。超電導コイルを超電導状態に転移させて抵抗を０とし、超電導コイルに電源からパワーリード線を介して一時的に電流を供給することで、超電導コイルを通電状態とし、長時間に亘って安定した高磁場を発生させることができる。
【０００３】
超電導コイルを用いた超電導磁石装置として、例えば、特開２００５−１１６９５６号公報（特許文献１）が提供されている。
前記超電導磁石装置は、図９に示すように、上部の超電導コイル１と下部の超電導コイル２と、上部の超電導コイル１および下部の超電導コイル２を収容する真空容器３と、該上部の超電導コイル１と下部の超電導コイル２を冷却する冷凍機４を備えており、上部の超電導コイル１と下部の超電導コイル２とを冷凍機４で超電導状態に転移させ、上部の超電導コイル１と下部の超電導コイル２との間の空間Ｓに磁場を発生させ、患者を検査するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１６９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記超電導磁石装置では、上部の超電導コイル１および下部の超電導コイル２を冷却機４で冷却して超電導に転移させ抵抗を０とした状態で、上部の超電導コイル１および下部の超電導コイル２に接続しているパワーリード線で一時的に電流を与える必要がある。
従って、超電導コイルが冷却されて超電導状態となった後も、パワーリード線が超電導コイルに接続しているため、該パワーリード線を伝わってくる熱侵入を防ぐことができず、その分冷凍機の動力を上げなければならないため、冷凍機が大型化すると共に、コスト高となっていた。
【０００６】
また、超電導コイル自体は抵抗が０であるが、パワーリード線は抵抗を持っているため、パワーリード線の抵抗により超電導コイルを流れる電流が減衰してしまい、結果として安定した強い磁場を長時間亘って発生させることができなかった。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、パワーリード線に接続していない超電導コイルを磁石化し、外部からの熱侵入をなくすことで冷却機の動力を削減することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、磁場発生体と、両端を短絡させた超電導コイルと、該超電導コイルを超電導状態とする冷却手段を備え、
常電導状態としている前記超電導コイルを前記磁場発生体の磁場中に配置し、この状態で前記超電導コイルを前記冷却手段で冷却して超電導状態に転移させ、
ついで、前記磁場発生体の磁場を消失させ、前記超電導コイルに磁場保持用の電流を発生させて、磁石化していることを特徴とする超電導磁石の形成方法を提供している。
【０００９】
前記構成とすると、磁場発生体の磁場中で超電導コイルを常電導から超伝導に転移させることで、超電導コイルが超電導状態に転移してから、磁場発生体の磁場変化の影響をうけるため超電導コイルに磁場が発生するため、パワーリード線に接続していない超電導コイルを励磁して磁石化することができる。従って、超電導コイルに電流を供給するパワーリード線が不要となり、パワーリード線から超電導コイルへの熱侵入を無くすことができるため、冷却手段の動力を削減することができると共に、冷却手段を小型化することができ、コスト削減にもつながる。
【００１０】
また、超電導コイルはパワーリード線に接続する必要がないため、回路全体では超電導線の両端を短絡している部分の抵抗しかなく、電流の減衰を抑制することができるため、長時間安定した強い磁場を発生させることができる。
【００１１】
前記磁場発生体は、電源に接続している常電導線あるいは超電導線からなり、電源の通電を遮断して前記超電導コイルに磁場を発生させると共に、前記冷却手段で超電導状態に保持した状態で前記超電導コイルを、前記磁場発生体から外しているのが好ましい。
【００１２】
磁場発生体の通電の遮断によって超電導コイルを励磁しているが、超電導コイルの励磁される磁場の強さは、磁場発生体の磁場の強さおよび磁場発生体と超電導コイルとの距離に影響を受ける。
よって、磁場発生体を超電導線で形成すると、磁場発生体にはより強い磁場を発生させるため、超電導コイルを強く励磁することができ、強磁場の超電導コイルを得ることができる。また、磁場発生体と超電導コイルの距離を変化させることで、超電導コイルに影響を与える磁場の強さを変化させ所望の磁場強さの磁石を取得することができる。
【００１３】
前記した本発明の方法で超電導コイルを磁石化している超電導磁石であって、
前記冷却手段は、断熱性および透磁性を有するケース内に超電導温度の冷媒を封入しており、
前記ケース内に前記磁石化した超電導コイルを超電導温度で保持し、前記ケースを通して外部磁場を発生させている。
【００１４】
前記構成の超電導磁石は、パワーリード線のない超電導コイルを磁石化することができるため、超電導コイルに電流を供給するパワーリード線が不要となり、パワーリード線から超電導コイルへの熱侵入を無くすことができるため、ケース内に封入する冷媒を削減することができ、ケースを小型化することができると共に、コストを削減することができる。
また、超電導コイルにパワーリード線を接続することなくＭＲＩなどの装置に取り付けることができるため、装置全体を小型化することができると共に、超電導磁石の配置位置などの設計に制約がなくなる。
ケースは強度のある樹脂あるいはＦＲＰが適しており、冷却手段の冷媒は超電導コイルを超電導温度に冷却できる液体窒素、ネオン、窒素、水素等が用いられる。
【００１５】
前記超電導コイルより発生させる外部磁場は２Ｔ以上となる。
このように外部磁場が２Ｔ以上であると、ＭＲＩにおいて、非常に鮮明な生体画像を提供することができる。
本発明の超電導コイルでは２０Ｔの磁場を発生させることも可能であり、一般に永久磁石の磁場の強さは２Ｔを超えないため、永久磁石の１０倍の強さの磁場を発生させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
前述したように、本発明によれば、パワーリード線に接続していない超電導コイルを励磁して磁石化することで、外部からの超電導コイルへの熱侵入をなくすことができ、冷却手段の動力を削減することができると共に、冷却手段を小型化することができ、コスト削減にもつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図７は本発明の第１実施形態を示す。
本発明の超電導磁石１０は、図１（Ａ）に示すように、磁石化した超電導コイル１１を冷却手段１２で冷却して超電導状態を維持し、外部磁場Ｂ１を発生し続けるものである。該冷却手段１２は冷媒Ｓを封入したケース１３からなり、該ケース１３内に超電導コイル１１を収容している。
【００１８】
ケース１３は中空円筒形状で超電導コイル１１が収容できる大きさとし、断熱性および透磁性を備えるＦＲＰで形成している。前記冷媒Ｓは液体窒素とし、該液体窒素で超電導コイル１１を超電導温度に冷却して、超電導状態に転移させている。
【００１９】
超電導コイル１１は、図１（Ｂ）に示すように、ビスマス系超電導線からなる超電導コイル１１である。本実施形態の超電導コイル１１は、内径７０ｍｍ、外形１６０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、巻き数３００ターンのダブルパンケーキコイルである。
前記超電導コイル１１は超電導線１１ａの両端を半田付けして短絡しており、半田付け部分Ｈの長さで抵抗値を調整することができる。
超電導コイル１１は超電導状態に転移しているため、図３に示すように、半田付け部分Ｈの抵抗ｒｃしか存在せず、長時間に渡って外部磁場Ｂ１を発生し続ける。
【００２０】
次に、第１実施形態の超電導磁石１０の形成方法を説明する。
超電導磁石１０の形成方法は、図２に示す載置台２０と載置台２０に配置した磁場発生体１４（以下一次コイルとする）と冷却手段１２を用いており、超電導コイル１１（以下二次コイルとする）を磁石化して、超電導磁石１０としている。
【００２１】
載置台２０は、図２に示すように、台座２１の上面にガイド軸２２が立設しており、ガイド軸２２には一次コイル１４を貫通して配置している。
前記一次コイル１４は、ビスマス系超電導線からなる超電導コイルからなる。本実施形態では、一次コイル１４は、内径７０ｍｍ、外形１６０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、巻き数３００ターンのダブルパンケーキコイルとしている。
【００２２】
一次コイル１４は常電導状態とし、超電導線の両端はパワーリード線Ｗを介して電源３０に接続している。一次コイル１４には銅等の常電導線を用いることも可能である。
前記電源３０は、図３に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ２・・ＳＷｎを複数個備えており、オンにするスイッチの個数を調整することで、一次コイル１４に流れる電流量を変化させ、一次コイル１４に発生する外部磁場Ｂ２の強さを調整することができる。
【００２３】
図４は第１工程を示し、載置台２０のガイド軸２２に常電導状態の一次コイル１４を貫通させて配置し、該一次コイル１４に電源３０から電流を流して通電させることにより外部磁場Ｂ２を発生させる。
常電導状態としている二次コイル１１を冷媒Ｓを封入していないケース１３に収容し、一次コイル１４の上部からガイド軸２２に貫通させ、前記一次コイル１４と二次コイル１１とを軸線方向に対向配置すると共に、二次コイル１１を収容したケース１３を一次コイル１４に当接させ、二次コイル１１を一次コイル１４が発生させている外部磁場Ｂ２内に配置する。
このとき、二次コイル１１には一次コイル１４がもたらす外部磁場Ｂ２によって電磁誘導が起き、瞬間的に電流が流れるが、二次コイル１１は常電導状態であり抵抗を有しているため、電流は直に減衰してしまい、通電していない元の状態に戻る。
【００２４】
図５は第２工程を示し、通電していない常電導状態の二次コイル１１を収容しているケース１３内に冷媒Ｓを封入して二次コイル１１を超電導温度２０Ｋまで冷却して常電導状態から超電導状態に転移させる。このとき、二次コイル１１に錯交している一次コイル１４の外部磁場Ｂ２に変化はないため、超電導状態に転移した二次コイル１１には電磁誘導による電流は流れず、外部磁場も発生しない。
【００２５】
図６は第３工程を示し、電源３０と前記一次コイル１４との通電を遮断して一次コイル１４の外部磁場Ｂ２を消失させることで、超伝導状態の二次コイル１１に一次コイル１４の外部磁場Ｂ２を保持しようとして電流が流れ、一次コイル１４が発生していた外部磁場Ｂ２と同じ向きの外部磁場Ｂ１が発生する。このとき発生する外部磁場Ｂ１は、二次コイル１１が超電導状態であるため減衰しない。
具体的には、二次コイル１１の両端の超電導線１１ａ、１１ａを短絡している半田Ｈの抵抗をｒｃ、インダクタンスをＬとすると、Ｌ／ｒｃ秒で１／ｅとなる。本実施形態では、ｒｃは５０ｎΩ、Ｌは２４ｍＨとし、約１３０時間電流が流れ続ける。
【００２６】
図７は第４工程を示し、外部磁場が消失した一次コイル１４から磁石化している二次コイル１１を離反させて載置台２０のガイド軸２２から取り外し、冷媒Ｓで超電導状態を保持し、二次コイル１１を磁石化させて、超電導磁石１０を完成させる。
【００２７】
前記構成とすると、パワーリード線Ｗに接続していない二次コイル１１を励磁して磁石化することで、パワーリード線Ｗから二次コイル１１への熱侵入をなくすことができ、ケース１３内に封入する冷媒Ｓを削減することができると共に、冷却手段１２のケース１３を小型化することができ、コスト削減にもつながる。
【００２８】
図８（Ａ）（Ｂ）は超電導磁石１０の形成方法の第２実施形態を示す。
本実施形態では、液体窒素を貯留して内部を超電導温度にまで冷却している冷却容器４０を用いていると共に、二次コイル１１を収容するケース１３にヒータ５０を設置している構成を第１実施形態と相違させている。
【００２９】
冷却容器４０に一次コイル１４を配置している載置台２０を挿入する。図８（Ｂ）に示すように、二次コイル１１を収容しているケース１３内にはヒータ５０を設置しておき、冷却容器４０内に配置している一次コイル１４の上部から、ヒータ５０で常電導状態に保たれた二次コイル１１を収容したケース１３を当接させる。
ついで、ケース１３のヒータ５０を切り、ケース１３内に冷媒を封入して温度を超電導温度に冷却し、二次コイル１１を超電導状態に転移させる。その後、二次コイル１１を一次コイル１４から離反させる。
【００３０】
前記方法によっても、第１実施形態と同様の原理で二次コイル１１に外部磁場Ｂ１が発生する。詳しくは、一次コイル１４から発生する外部磁場Ｂ２内にヒータで常電導状態となっている二次コイル１１を配置し、ついで、二次コイル１１を超電導状態に転移させ二次コイル１１を一次コイル１４から離反させることで、二次コイル１１に錯交する外部磁場Ｂ２が変化し、該外部磁場Ｂ２を保持しようとして二次コイル１１に電流が流れ、二次コイル１１は外部磁場Ｂ１を発生し続ける。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
なお、本発明は、前記実施形態は限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の超電導磁石１０は磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）や磁気浮上式車両の超電導磁石に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、（Ａ）は超電導磁石の斜視図であり、（Ｂ）は超電導磁石の超電導コイルの斜視図である。
【図２】超電導磁石の形成方法に用いる載置台に配置した一次コイルおよび二次コイルを示す斜視図である。
【図３】一次コイルおよび二次コイルの回路図である。
【図４】超電導磁石の形成方法の第１工程を示す図である。
【図５】超電導磁石の形成方法の第２工程を示す図である。
【図６】超電導磁石の形成方法の第３工程を示す図である。
【図７】超電導磁石の形成方法の第４工程を示す図である。
【図８】第２実施形態を示す図であり、（Ａ）は冷却容器、一次コイルを載置した載置台および二次コイルの斜視図であり、（Ｂ）は超電導磁石の形成方法の一過程を示す図である。
【図９】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  超電導磁石
１１  二次コイル（超電導コイル）
１２  冷却手段
１３  ケース
１４  一次コイル（磁場発生体）
３０  電源
Ｂ１  二次コイルが発生させる外部磁場
Ｂ２  一次コイルが発生させる外部磁場
Ｓ  冷媒
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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