JPH057562A - マグネツト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発生磁界強度の均一度を改善する。 【構成】 ボビンの鍔部の内側に複数の凹部を設けて、
それらの凹部に巻き線の巻き始め端を順次入り込ませた
上で、俵巻き方式で巻き線を巻き付けていく。この各凹
部の高さ方向位置は、各巻き線層の厚さに対応して変化
させ、周囲方向位置はそれらが鍔部周囲の３６０゜を実
質的に均等に分けるような位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、核磁気共鳴装置等に
用いられる超電導磁石などに好適なマグネット装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ボビンに巻き線を巻き付け、こ
れに電流を流すことによって構成されるマグネット装置
において、巻き線の巻き付け方に、整列巻きと称される
ものと俵巻きと称されるものとがある。

【０００３】これを超電導磁石について説明すると、超
電導磁石は超電導線を絶縁材を介してボビンに巻き付け
液体ヘリウムが充填された容器内に入れて冷却すること
によって構成されるのであるが、この巻き付け方に整列
巻きと俵巻きとがある。図７に示すように、ボビン１０
の円筒部１１の両端に鍔部１２、１３を設け、その鍔部
１２、１３の間において円筒部１１の周囲に超電導線よ
りなる巻き線３０を巻き付ける。整列巻きではこの図７
に示すように巻き線３０の各層にわたって各巻き線３０
の位置が一致しており、整列している。このように整列
させるためには、巻き線３０が断面円形のものである場
合、各層の間に絶縁シートを配置して各層の表面を平面
状にしてその上につぎの層の巻き線３０を巻き付ける必
要がある。

【０００４】これに対して、俵巻きでは図８に示すよう
に、隣接する層の間で巻き線３０の位置がボビン１０の
軸方向に巻き線３０の太さの半分だけずれている。鍔部
１２、１３の間隔は巻き線３０の太さの（整数プラス１
／２）倍となっている。この場合、各層の表面を平面状
にするための層間絶縁シートが不要であり簡単に巻くこ
とができるとともに、一つの層の各巻き線３０が形成す
る線間凹部に、その上の層の各巻き線３０が位置するこ
とになって各巻き線３０の位置が強固に固定されるとい
う利点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この俵
巻きの場合、ある層からつぎの層に移る際に、下の層の
巻き線を乗り越えて巻き線を巻き付ける必要があり、そ
のときの盛り上がり部分がつねにボビンの円周方向の一
部に生じ、それが磁界の歪の原因となっている。とくに
ボビンの直径が大きい場合、盛り上がりが生じる部分が
必ず円周方向の同一箇所で発生する。核磁気共鳴装置に
用いる超電導磁石のように磁界（ボビンの内部空間にお
ける）の均一度を非常に高くすることが要求される場
合、問題である。

【０００６】この俵巻きについて盛り上がりが円周方向
の同一箇所に常に生じることをすこし詳しく説明する。
図９には、ボビン１０の円筒部１１に巻き線３０を巻き
付けていく際の最初の段階が示されている。鍔部１２に
穴２９などを設けてこの穴２９に巻き線３０の巻き始め
端３１を挿入して巻き線３０を巻き始めていくことにな
る。この図９に示すように、各巻き線３０は巻き始め端
３１が穴２９から出てきた箇所に相当するａ部（円周方
向の一部）で曲がりながら巻き付けられる。

【０００７】他の鍔部１３にまで巻き付けられていく
と、図１０のようになる。鍔部１３までの残りの幅が巻
き線３０の太さの１／２となったとき、現在の巻き終端
３２がａ部において、すでに巻き付けられた巻き線３０
を乗り越え、その上に巻き付けられて、第２層目に入
る。つまり、図１１のように鍔部１３までの隙間に位置
するようにして巻き線３０が巻き付けられ、第２層目の
巻き付けが開始される。

【０００８】そして、図１２で示すようにａ部で左方向
に曲がりながら第２層目の巻き線３０が順次左側に向け
て１回ずつ巻き付けられていき、左端の鍔部１２に至っ
たとき図１３のようになる。ここで、鍔部１２との間が
巻き線３０の太さの１／２になると、既巻き線３０を乗
り越えて新たな第３層目の巻き付けが行われる。

【０００９】こうして図１４、図１５に示すように第３
層目の巻き付けが左側から右側へと行われる。第３層目
に入る際の巻き線３０の乗り越えは、ａ部で発生し、ま
た第３層目における巻き線３０の曲がり位置もａ部とな
る。そのため、図示しないが第４層目に入るときの乗り
越えもａ部で発生する。このように、ある層からつぎの
層へ移る際の乗り越えがつねに同一箇所ａ部で発生する
ことになる。これをボビン１０の軸に直角な面で断面し
て模式的に示せば図１６のようになり、巻き線３０の盛
り上がりがつねにａ部で生じる。このように盛り上がり
部が円周方向の一箇所に集中し、その影響が積算される
ため、ボビン１０の円筒部１１の内部の磁界均一度評価
空間で、磁界の円周方向における均一性が得られなくな
る。

【００１０】この発明は、上記に鑑み、巻き線がつぎの
層に移る際の盛り上がり部が円周方向に均等に生じるよ
うにすることによって磁界の均一度を改善したマグネッ
ト装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるマグネット装置においては、ボビン
の少なくとも一方の鍔部の内側に複数の凹部を設けて、
それらの凹部に巻き線の巻き始め端を順次入り込ませた
上で、俵巻き方式で巻き線を巻き付けていく。この各凹
部の高さ方向位置は、各巻き線層の厚さに対応してお
り、かつ周囲方向位置はそれらが鍔部周囲の３６０゜を
実質的に均等に分けるような位置とされる。巻き線の巻
き始め端は凹部と凹部との間で鍔部の内側に突出するこ
とになり、その突出部によって各層の巻き線を曲げる。
凹部の位置が上記のようなものであるため、その突出部
及び、各層において曲げられる箇所が３６０゜方向に均
等に分配される。この曲がり箇所に応じて、ある層から
次の層への巻き線の乗り越えが生じるため、その乗り越
えのための盛り上がり部が周囲方向の一箇所にかたまる
ことなく、周囲方向に均等に分配される。そのため磁界
の均一度が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。この実施例では、図１に示
すように、絶縁体で形成されたボビン１０の一方の鍔部
１２の内側の面に多数の凹部２１、２２、２３、…が形
成されている。凹部２１の凹部２２側端部の高さ（円筒
部１１からの距離）及び凹部２２の凹部２１側端部の高
さをｈ１、凹部２２の凹部２３側端部の高さ及び凹部２
３の凹部２２側端部の高さをｈ２とし、以下同様につぎ
つぎにｈ３、ｈ４、…とすると、ｈ１は巻き線３０の第
３層目の厚さに相当し、ｈ２は第５層目の、ｈ３は第７
層目の、…、それぞれ厚さに相当するように定められ
る。また、円周方向の位置は、これら凹部２１、２２、
２３、…が円周方向に均等に分配されるように定められ
る。

【００１３】そして、これらの凹部２１、２２、２３、
…に、図２に示すように巻き線３０の巻き始め端３１が
挿入される。巻き線３０は、ここでは表面に絶縁被覆を
有する断面円形の導電線とする。凹部と凹部と間では巻
き始め端３１は鍔部１２の内側面に沿うことになるの
で、巻き線３０の太さ分だけ内側に突出する突出部が形
成されることになる。凹部２１、２２間の突出部の高さ
方向の位置は第３層目に相当し、凹部２２、２３間の突
出部の高さ方向の位置は第５層目に相当する。

【００１４】そのため、第１層目と第２層目は、従来の
第１層目と第２層目と同じに巻き線３０が巻き付けられ
る（図９、図１０、図１１、図１２、図１３を参照）。
さらに第３層目に移る際も従来と同じであり（図１４を
参照）、第３層目の最初の１ターンで図２のような状態
となる。この最初の１ターンの巻き付けが進んでいく
と、第３層目の高さで突出している、凹部２１、２２間
の巻き始め端３１による突出部によって、巻き線３０が
図３のように右方向に曲げられ、２ターン目に入る。こ
の第３層目では各巻き線３０は上記の突出部の箇所に相
当するｂ部で曲がりながら巻き付けられる。

【００１５】そして図４のように、右端の鍔部１３にま
で巻き付けが進み、鍔部１３までの残幅が巻き線３０の
太さの１／２になると、現在の巻き終端３２がｂ部にお
いて、すでに巻き付けられた巻き線３０を乗り越え、そ
の上に巻き付けられて、第４層目に入る。つまり、鍔部
１３までの隙間に位置するようにして巻き線３０が巻き
付けられ、第４層目の１ターンが開始される。この第４
層目の２ターン目以降ではｂ部で左側に曲げられて巻き
付けられていく。

【００１６】こうして左端に至ったとき図５のようにな
り、ｂ部で乗り越えて第５層目に入る。この第５層目以
降は図示しないが、第３層目の場合と同様に巻き始め端
３１による突出部によって、円周方向のさらに異なる位
置で右側に曲げられて巻き付けられる。このように、第
３層目、第５層目、第７層目、…で曲げられる位置（円
周方向位置）が円周方向に移動していくので、乗り越え
のための盛り上がり部は図６に示すようにａ部、ｂ部、
…と円周方向に移っていくことになる。

【００１７】たとえば３０層巻き付けるとすると２９個
の盛り上がり部ができる。奇数層とそれに続く偶数層と
では曲げられる位置（円周方向位置）は同じであるから
その位置は１５通りとなり、盛り上がり部の（円周方向
での）位置も１５通りとなる。この場合、凹部と凹部と
の間の突出部が１５個できるようにし、かつそれらの位
置を３６０゜を１５等分した各位置とすると、上記１５
個の盛り上がり部が全円周に均等に配置されることにな
る。この盛り上がり部はボビン１０の中心軸から同じ半
径上で形成されるわけではなく、その点でなお不均一性
の原因が除去されていないとも思われるが、円周方向に
は均等に形成されることの効果が実際には大きく、ボビ
ン１０の中心軸付近の磁界均一度評価空間での磁界の均
一度を大きく向上させることができる。また、巻き始め
端３１は凹部に入ったり出たりして曲がることになる
が、その曲がり箇所も円周方向に均等にばらまかれるの
で、均一性に対する悪影響が生じることがない。これら
の結果、通常の俵巻きの場合の数十ｐｐｍの磁界強度不
均一をほとんど零にすることができる。

【００１８】なお、上記の実施例では、２層ごとに突出
部を形成して、２層ごとに曲げ位置（つまり盛り上がり
位置）を移動させるようにしたが、４層ごとあるいは６
層ごとなどとすることも可能である。このように曲げ位
置移動させる単位の層数を増やす場合、全層数が同じで
あれば、突出部の数は少なくて済み、凹部の数も少ない
ものとなるので、構造が簡単になる。ただし、少ない数
の突出部を全円周に均等に配置する必要はあるため、そ
の数が少ないだけ、各突出部の間の角度を大きくする必
要がある。

【００１９】

【発明の効果】以上実施例について述べたように、この
発明のマグネット装置によれば、層間絶縁シートなどの
特別の部材を用いることなく、巻き線のみで俵巻きする
ことによっても、均一な磁界を発生することができる。
従来では俵巻きによると均一な磁界を発生できなかった
ので、整列巻きを採用せざるを得ず、そのため材料と工
程とが増える結果となっていたが、このように俵巻きに
よって均一磁界発生が可能となったため、材料及び工数
の削減によるコストダウンが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるボビンの模式的な
斜視図。

【図２】巻回工程における同実施例の、一部を断面した
側面図。

【図３】つぎの巻回工程における同実施例の、一部を断
面した側面図。

【図４】さらにそのつぎの巻回工程における同実施例
の、一部を断面した側面図。

【図５】その後の巻回工程における同実施例の、一部を
断面した側面図。

【図６】ボビンの中心軸に直角な断面で断面した、実施
例の模式的な断面図。

【図７】整列巻きによる従来例の半断面斜視図。

【図８】俵巻きによる従来例の断面図。

【図９】最初の巻回工程における従来例の、一部を断面
した側面図。

【図１０】それに続く巻回工程における従来例の、一部
を断面した側面図。

【図１１】さらにその後の巻回工程における従来例の、
一部を断面した側面図。

【図１２】そのつぎの巻回工程における従来例の、一部
を断面した側面図。

【図１３】さらにその後の巻回工程における従来例の、
一部を断面した側面図。

【図１４】その工程に続く巻回工程における従来例の、
一部を断面した側面図。

【図１５】その工程の後の巻回工程における従来例の、
一部を断面した側面図。

【図１６】ボビンの中心軸に直角な断面で断面した、従
来例の模式的な断面図。

【符号の説明】

１０ ボビン １１ 円筒部 １２、１３ 鍔部 21,22,23 凹部 ２９ 穴 ３０ 巻き線 ３１ 巻き始め端 ３２ 現在の巻き終端

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年９月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。この実施例では、図１に示
すように、絶縁体で形成されたボビン１０の一方の鍔部
１２の内側の面に多数の凹部２１、２２、２３、…が形
成されている。これらの凹部２１、２２、２３、…は、
円筒部１１からの距離が０（ゼロ）、ｈ１、ｈ２、ｈ
３、…の位置から鍔部１２の外周端にまで延びるよう形
成されている。ｈ１は巻き線３０の第３層目の厚さに相
当し、ｈ２は第５層目の、ｈ３は第７層目の、…、それ
ぞれ厚さに相当するように定められる。また、これらの
凹部２１、２２、２３、…の内側端部（円筒部１１側の
端部）の円周方向での位置は、円周方向に均等に分配さ
れるように定められる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】そして、これらの凹部２１、２２、２３、
…に、図２に示すように巻き線３０の巻き始め端３１が
挿入される。すなわち、凹部２１に挿入される巻き線３
０は、高さｈ１で隣の凹部２２に移され、さらにこの凹
部２２に入っている巻き線３０は高さｈ２でさらに隣の
凹部２３に移される。巻き線３０はここでは表面に絶縁
被覆を有する断面円形の導電線とする。凹部と凹部と間
では巻き始め端３１は鍔部１２の内側面に沿うことにな
るので、巻き線３０の太さ分だけ内側に突出する突出部
が形成されることになる。凹部２１、２２間の突出部の
高さ方向の位置（ｈ１）は第３層目に相当し、凹部２
２、２３間の突出部の高さ方向の位置（ｈ２）は第５層
目に相当する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】まず、第１層目と第２層目とを巻き付ける
とき、巻き線３０の巻き始め端３１は凹部２１に挿入さ
れて鍔部１２の外周方向に突出した状態とされている。
この状態で、従来の第１層目と第２層目と同じに巻き線
３０が巻き付けられる（図９、図１０、図１１、図１
２、図１３を参照）。さらに第３層目に移る際も従来と
同じであり（図１４を参照）、第３層目の最初の１ター
ンで図２のような状態となる。このときに巻き始め端３
１を高さｈ１の位置で折り曲げてつぎの凹部２２に入
れ、巻き線３０の巻き始め端３１が凹部２２の外周端か
ら鍔部１２の外方に出てくる状態とする。この高さｈ１
（第３層目の高さ）の位置で、巻き線３０が凹部２１と
２２との間の鍔部１２を乗り越えるとき、突出部が形成
される。この第３層目の最初の１ターンの巻き付けが進
んでいくと、第３層目の高さの上記の突出部によって、
巻き線３０が図３のように右方向に曲げられ、２ターン
目に入る。この第３層目では各巻き線３０は上記の突出
部の箇所に相当するｂ部で曲がりながら巻き付けられ
る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】こうして左端に至ったとき図５のようにな
り、ｂ部で乗り越えて第５層目に入る。この第５層目以
降は図示しないが、第３層目の場合と同様に巻き始め端
３１がつぎの凹部へ乗り越えさせられることによって形
成された突出部により、円周方向のさらに異なる位置で
右側に曲げられて巻き付けられる。このように、第３層
目、第５層目、第７層目、…で曲げられる位置（円周方
向位置）が円周方向に移動していくので、乗り越えのた
めの盛り上がり部は図６に示すようにａ部、ｂ部、…と
円周方向に移っていくことになる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ボビンの一端の鍔部と他端の鍔部との間
   に巻き線が俵巻きされてなるマグネット装置において、
   少なくとも一方の鍔部の内側に、複数の凹部を、巻き線
   層の厚さに応じた高さ方向の位置で、かつそれらが鍔部
   周囲の３６０゜を実質的に均等に分けるような周囲方向
   の位置において設け、これらの凹部に巻き線の巻き始め
   端を順次入り込ませたことを特徴とするマグネット装
   置。