JPS6058562B2 - 超電導マグネツトの磁界分布調整方法 - Google Patents
超電導マグネツトの磁界分布調整方法Info
- Publication number
- JPS6058562B2 JPS6058562B2 JP52013167A JP1316777A JPS6058562B2 JP S6058562 B2 JPS6058562 B2 JP S6058562B2 JP 52013167 A JP52013167 A JP 52013167A JP 1316777 A JP1316777 A JP 1316777A JP S6058562 B2 JPS6058562 B2 JP S6058562B2
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- Japan
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- coil
- magnetic field
- field distribution
- current
- coils
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電源操作と永久電流スイッチの操作により
磁界分布を変化せしめて所望の磁界分布を得る超電導マ
グネットの磁界分布調整方法に関する。
磁界分布を変化せしめて所望の磁界分布を得る超電導マ
グネットの磁界分布調整方法に関する。
通常、超電導マグネットは電源によりコイル電流を供
給し所望の磁界を発生させるか、ある発生磁界で永久電
流状態にするかして使用されてきた。
給し所望の磁界を発生させるか、ある発生磁界で永久電
流状態にするかして使用されてきた。
いずれの場合も、コイル形状によつて磁界分布が決定さ
れるため、磁界分布を変化させたい場合には次の二つの
方法が採用されてきた。 第１の方法は二個以上のコイ
ルによりそれぞれのコイルに結線された電源で所望の磁
界分布を得るよう電流を設定する方法である。
れるため、磁界分布を変化させたい場合には次の二つの
方法が採用されてきた。 第１の方法は二個以上のコイ
ルによりそれぞれのコイルに結線された電源で所望の磁
界分布を得るよう電流を設定する方法である。
この方法では、二台以上の電源を必要とすること、ある
相対的な磁界分布て磁界の絶対値を変化させる場合には
二台以上の電源の電流のマッチングを取らねばならない
ことに欠点がある。 第２の方法は、二台以上のコイル
の配置を変える方法で、一台の電源で直列運転する方法
であ”る。
相対的な磁界分布て磁界の絶対値を変化させる場合には
二台以上の電源の電流のマッチングを取らねばならない
ことに欠点がある。 第２の方法は、二台以上のコイル
の配置を変える方法で、一台の電源で直列運転する方法
であ”る。
この方法では、直列に接続されたコイルであるため、超
電導マグネットの運転される液体ヘリウム中で外部から
操作するのが極めて困難である。したがつて１囲の冷却
で一種類の磁界分布しか作ることができないし別の磁界
分布を得るためにはその都度電流リードの接続作業をし
なければならない。 本発明はかかる欠点に鑑みなされ
たもので、電源操作によつて運転されるコイルＡと、こ
れと磁気的なりツプリングを持ち永久電流で動作するコ
イルＢを用い、コイルＡによる磁界とコイルＡのコイル
電流を変化させることによりコイルＢに誘起された電流
による磁界との合成磁界により新しい磁界分布を作り出
す磁界分布調整方法を提供するものである。
電導マグネットの運転される液体ヘリウム中で外部から
操作するのが極めて困難である。したがつて１囲の冷却
で一種類の磁界分布しか作ることができないし別の磁界
分布を得るためにはその都度電流リードの接続作業をし
なければならない。 本発明はかかる欠点に鑑みなされ
たもので、電源操作によつて運転されるコイルＡと、こ
れと磁気的なりツプリングを持ち永久電流で動作するコ
イルＢを用い、コイルＡによる磁界とコイルＡのコイル
電流を変化させることによりコイルＢに誘起された電流
による磁界との合成磁界により新しい磁界分布を作り出
す磁界分布調整方法を提供するものである。
第１図に示す概念図で、本発明の基本的な概念を説明す
る。
る。
ます永久電流スイッチ２を開状態（電気抵抗の高い状態
も含む）にしておき、コイルＡに電源１により設定電流
（零も含み）Ｌ，を流す。
も含む）にしておき、コイルＡに電源１により設定電流
（零も含み）Ｌ，を流す。
このとき、超電導コイくレＢには全く電流が流れないか
、または永久電流スイッチ１が開状態で電気抵抗を有す
る場合は電流が減衰して零に近づくまでＩｂｌが流れる
。次に永久電流スイッチを閉状態（電気抵抗が零の状態
）として、電源１の操作によりコイルＡの電流をＬ１か
ら１ａ２に変化させれば、コイルＢにはコイルＡによつ
て発生した磁束の変化により電流１ｂ２が誘起される。
コイルＢは短絡状態にあるからその電気抵抗が十分小さ
ければ殆んどＩゃは減衰しない。したがつて両コイルに
より得られる磁界はコイルＡによる磁界とコイルＢによ
る磁界との合成磁界となり、その磁界が結果として維持
されることになる。第２図に第１図の等価回路を示した
。
、または永久電流スイッチ１が開状態で電気抵抗を有す
る場合は電流が減衰して零に近づくまでＩｂｌが流れる
。次に永久電流スイッチを閉状態（電気抵抗が零の状態
）として、電源１の操作によりコイルＡの電流をＬ１か
ら１ａ２に変化させれば、コイルＢにはコイルＡによつ
て発生した磁束の変化により電流１ｂ２が誘起される。
コイルＢは短絡状態にあるからその電気抵抗が十分小さ
ければ殆んどＩゃは減衰しない。したがつて両コイルに
より得られる磁界はコイルＡによる磁界とコイルＢによ
る磁界との合成磁界となり、その磁界が結果として維持
されることになる。第２図に第１図の等価回路を示した
。
Ｌ．、Ｌ，、ＭはそれぞれコイルＡの自己インダクタン
ス、コイルＢの自己インダクタンス、相互インダクタン
スである。Ｌ，，ＩｂはそれぞれコイルＡとコイルＢの
コイル電流である。これらの記号を用いて次の回路方程
式が与えられる。この式を積分しＬを１ａ１から１ａ２
に変えさせた時１ｂがＩｂｌからＩｂ２に変化したとす
ると、次式が得られる。この式からも明らかなように、
しをＬ１から■１２に変化させる以前はＩｂｌは永久電
流スイッチ２が開状態のときの電流てあるため通常は零
であるので、Ｉｂ２が流れ続けることとなる。
ス、コイルＢの自己インダクタンス、相互インダクタン
スである。Ｌ，，ＩｂはそれぞれコイルＡとコイルＢの
コイル電流である。これらの記号を用いて次の回路方程
式が与えられる。この式を積分しＬを１ａ１から１ａ２
に変えさせた時１ｂがＩｂｌからＩｂ２に変化したとす
ると、次式が得られる。この式からも明らかなように、
しをＬ１から■１２に変化させる以前はＩｂｌは永久電
流スイッチ２が開状態のときの電流てあるため通常は零
であるので、Ｉｂ２が流れ続けることとなる。
実際にはコイルＢの回路には若干の電気抵抗Ｒｂがある
ため、Ｉｂ２はＬ，／Ｒ，の時定数で減衰する。Ｌ，を
十分大きくＲ，を十分小さくすると、Ｉｂ２の減衰を極
めて少なくすることができ、長時間にわたつて安定な磁
界を得ることができる。実施例１ 銅安定化ニオブチタン超電導線を用いて二つのコイルを
製作した。
ため、Ｉｂ２はＬ，／Ｒ，の時定数で減衰する。Ｌ，を
十分大きくＲ，を十分小さくすると、Ｉｂ２の減衰を極
めて少なくすることができ、長時間にわたつて安定な磁
界を得ることができる。実施例１ 銅安定化ニオブチタン超電導線を用いて二つのコイルを
製作した。
線材は０．０５４Ｔｆａ．ｆのニオブチタン８妬が０．
５０！！Ａｆの銅マトリックス中心に均等に分散された
断面を有し、ホルマール絶縁被覆が施された最外径は０
．５２ｗ！ｆである。コイルの概念寸法はコイルＡでは
内径６．８Ｗｒ１Ｒ１外径１４．５０１長さ加０で、コ
イルＢでは内径７（７ｆｔ１外径１２．泗、長さ２．５
０で、いずれのコイルも層間紙なしで完全整列のソレノ
イド巻きである。両方のコイルは第３図に示すように共
通の軸Ｘを有しており、その軸上でのコイル中心点の間
隔は約１３ｃｍである。コイルＡを直流安定化電源に接
続し、コイルＢは永久電流スイッチに接続した。永久電
流スイッチは、ニオブチタン芯０．０２７？Ｆ８Ｏ本が
キユプロニツケル合金中に埋込まれ、ホルマール絶縁被
覆を施した状態で最外径０．３７？の超電導線の上に、
０．２３ｍｆの綿巻マンガニン線が巻きつけられたもの
である。両方のコイルは液体ヘリウム中に浸漬されたの
ち励磁し、ホール素子により中心軸上の磁界分布を測定
した。なお前記初回の冷却励磁には不要であるが、確認
のために次の操作を行つてもよい。この操作とは、マン
ガニン線の電流を０．２Ａと設定し、すなわち、永久電
流スイッチを開状態（常電導状態であるから電気抵抗が
存在する）にしてコイルＡの電流を萌とし、前記ホール
素子により磁界が発生していないことを確認する。（１
）まずマンガニン線の電流をいと設定し、すなわち永久
電流スイッチは閉状態（超電導状態であるから電気抵抗
は零）とし、電源によりコイルＡの電流を４０Ａにした
のち磁界分布を測定した。
５０！！Ａｆの銅マトリックス中心に均等に分散された
断面を有し、ホルマール絶縁被覆が施された最外径は０
．５２ｗ！ｆである。コイルの概念寸法はコイルＡでは
内径６．８Ｗｒ１Ｒ１外径１４．５０１長さ加０で、コ
イルＢでは内径７（７ｆｔ１外径１２．泗、長さ２．５
０で、いずれのコイルも層間紙なしで完全整列のソレノ
イド巻きである。両方のコイルは第３図に示すように共
通の軸Ｘを有しており、その軸上でのコイル中心点の間
隔は約１３ｃｍである。コイルＡを直流安定化電源に接
続し、コイルＢは永久電流スイッチに接続した。永久電
流スイッチは、ニオブチタン芯０．０２７？Ｆ８Ｏ本が
キユプロニツケル合金中に埋込まれ、ホルマール絶縁被
覆を施した状態で最外径０．３７？の超電導線の上に、
０．２３ｍｆの綿巻マンガニン線が巻きつけられたもの
である。両方のコイルは液体ヘリウム中に浸漬されたの
ち励磁し、ホール素子により中心軸上の磁界分布を測定
した。なお前記初回の冷却励磁には不要であるが、確認
のために次の操作を行つてもよい。この操作とは、マン
ガニン線の電流を０．２Ａと設定し、すなわち、永久電
流スイッチを開状態（常電導状態であるから電気抵抗が
存在する）にしてコイルＡの電流を萌とし、前記ホール
素子により磁界が発生していないことを確認する。（１
）まずマンガニン線の電流をいと設定し、すなわち永久
電流スイッチは閉状態（超電導状態であるから電気抵抗
は零）とし、電源によりコイルＡの電流を４０Ａにした
のち磁界分布を測定した。
得られた磁界分布を第３図中に点線１て示す。（２）次
にマンガニン線に０．２Ａ，の電流を流し、永久電流ス
イッチを開状態として、コイルＡの電流を電源により４
０Ａまで上げた状態で磁界強度が安定するのを確認して
から、磁界分布の測定をした。この場合コイルＢに誘起
された電流は十分に減衰して零となつておりコイルＡの
みによる磁界分布を示していると考えられる。この結果
を第３図中に実線２で示した。（３）次に永久電流スイ
ッチを開状態にしてコイルＡの電流を２０Ａまで上げた
のち、磁界強度が安定するのを確認してから永久電流ス
イッチを閉状態にし、コイルＡの電流をさらに４０Ａま
で上げたのち磁界分布を測定した。得られた結果を第３
図中に一点鎖線３で示す。（４）次に永久電流スイッチ
を開状態にしてコイルＡの電流を−２０Ａにし、磁界強
度が安定するのを確認してから永久電流スイッチを閉状
態にし、コイルＡの電流を＋４０Ａまで上げたのち磁界
分布を測定した。得られた結果を第３図中に二点鎖線４
で示す。以上４種類の励磁方法により４種類の磁界分布
が一台まの励磁電源で簡便な操作により得られた。この
ような方法によりコイルＡ近傍の磁界分布を低くできる
ことは、物性研究用のマグネット等において、磁気的に
敏惑なりーボン温度計が半導体素子等を高磁界を発生す
るコイルＡの隣接空間で使用せざるを得ない場合に極め
て有益である。尚コイルＢは永久電流スイッチとの接合
部に若干の電気抵抗を有しているため、永久電流の減衰
による磁界分布の変化が懸念されたがその時定数は約１
０叫間と十分に長く磁界分布測定上も、物性測定上も殆
んど支障がないことが分つた。
にマンガニン線に０．２Ａ，の電流を流し、永久電流ス
イッチを開状態として、コイルＡの電流を電源により４
０Ａまで上げた状態で磁界強度が安定するのを確認して
から、磁界分布の測定をした。この場合コイルＢに誘起
された電流は十分に減衰して零となつておりコイルＡの
みによる磁界分布を示していると考えられる。この結果
を第３図中に実線２で示した。（３）次に永久電流スイ
ッチを開状態にしてコイルＡの電流を２０Ａまで上げた
のち、磁界強度が安定するのを確認してから永久電流ス
イッチを閉状態にし、コイルＡの電流をさらに４０Ａま
で上げたのち磁界分布を測定した。得られた結果を第３
図中に一点鎖線３で示す。（４）次に永久電流スイッチ
を開状態にしてコイルＡの電流を−２０Ａにし、磁界強
度が安定するのを確認してから永久電流スイッチを閉状
態にし、コイルＡの電流を＋４０Ａまで上げたのち磁界
分布を測定した。得られた結果を第３図中に二点鎖線４
で示す。以上４種類の励磁方法により４種類の磁界分布
が一台まの励磁電源で簡便な操作により得られた。この
ような方法によりコイルＡ近傍の磁界分布を低くできる
ことは、物性研究用のマグネット等において、磁気的に
敏惑なりーボン温度計が半導体素子等を高磁界を発生す
るコイルＡの隣接空間で使用せざるを得ない場合に極め
て有益である。尚コイルＢは永久電流スイッチとの接合
部に若干の電気抵抗を有しているため、永久電流の減衰
による磁界分布の変化が懸念されたがその時定数は約１
０叫間と十分に長く磁界分布測定上も、物性測定上も殆
んど支障がないことが分つた。
実施例２実施例１で述べたコイルＡに用いた線材と相似
形の線材（最外径０．１４顛）を用いてコイルＢ″を製
作した。
形の線材（最外径０．１４顛）を用いてコイルＢ″を製
作した。
コイルＢ″の概略寸法は内径２ｃｍ１外径２．５ＣｒＩ
１１長さ６ｃｍであり完全整列のソレノイド巻きである
。実施例１で述べたコイルＡの中にコイルＢ″を挿入し
、第４図に示すように両コイルが共通の軸Ｘを有しコイ
ル中心点が同一点になるように同軸状に重ねて配置した
。コイルＡには電源、コイルＢには永久電流スイッチを
接続した。永久電流スイッチは実施例１と同様のもので
ある。両コイルとも液体ヘリウム中に浸漬し、中心軸線
上の磁界分布を測定した。（１）まず永久電流スイッチ
を開状態としてコイルＡの電流を４０Ａまで上げたのち
、磁界強度が安定するのを確認してから磁界分布を測定
した。
１１長さ６ｃｍであり完全整列のソレノイド巻きである
。実施例１で述べたコイルＡの中にコイルＢ″を挿入し
、第４図に示すように両コイルが共通の軸Ｘを有しコイ
ル中心点が同一点になるように同軸状に重ねて配置した
。コイルＡには電源、コイルＢには永久電流スイッチを
接続した。永久電流スイッチは実施例１と同様のもので
ある。両コイルとも液体ヘリウム中に浸漬し、中心軸線
上の磁界分布を測定した。（１）まず永久電流スイッチ
を開状態としてコイルＡの電流を４０Ａまで上げたのち
、磁界強度が安定するのを確認してから磁界分布を測定
した。
（２）次いで永久電流スイッチを閉状態として、さらに
コイルＡの電流を４１Ａまで上げて磁界分布を測定した
。前者と後者の磁界分布を第４図中にそれぞれ実線１と
点線２で示した。この結果から明らかなようにコイルＡ
のみで得られた磁界分布を大幅に改善することができた
。
コイルＡの電流を４１Ａまで上げて磁界分布を測定した
。前者と後者の磁界分布を第４図中にそれぞれ実線１と
点線２で示した。この結果から明らかなようにコイルＡ
のみで得られた磁界分布を大幅に改善することができた
。
例えば磁界の変化が５％以下の均質性が要求される場合
、その軸上距離はコイルＡで約８Ｃｒｆ１であるが、一
方コイルＢ″の採用により約１１０となりその効果は明
らかである。すなわち、このようにして適当なコイル形
状を選び永久電流スイッチの切替える時の電流値を適当
に選べばより均質性の高い分布が得られる。本発明によ
つて得られた高均質マグネットは、核磁気共鳴装置、メ
スバウアー効果測定装置等のマグネットとして使用でき
る。以上主として二個の超電導コイルについて説明して
きたが、本発明は種々の変形も可能である。実施例１お
よび２のコイルＡを能動コイル、コイルＢまたはＢ″を
受動コイルと考えると、本発明は能動コイルの操作によ
り受動コイルが追従運転されることに着目している。し
たがつて、能動コイルは超電導コイルでなくてもよい。
また、能動コイルと受動コイルはそれぞれ複数個であつ
ても良い。以上の説明で明らかなように、本発明の効果
は、簡便な操作により磁界分布を変化させることができ
、磁界勾配を急にしたり、均質性を高めたり、局所的に
磁界を下げたりできることである。
、その軸上距離はコイルＡで約８Ｃｒｆ１であるが、一
方コイルＢ″の採用により約１１０となりその効果は明
らかである。すなわち、このようにして適当なコイル形
状を選び永久電流スイッチの切替える時の電流値を適当
に選べばより均質性の高い分布が得られる。本発明によ
つて得られた高均質マグネットは、核磁気共鳴装置、メ
スバウアー効果測定装置等のマグネットとして使用でき
る。以上主として二個の超電導コイルについて説明して
きたが、本発明は種々の変形も可能である。実施例１お
よび２のコイルＡを能動コイル、コイルＢまたはＢ″を
受動コイルと考えると、本発明は能動コイルの操作によ
り受動コイルが追従運転されることに着目している。し
たがつて、能動コイルは超電導コイルでなくてもよい。
また、能動コイルと受動コイルはそれぞれ複数個であつ
ても良い。以上の説明で明らかなように、本発明の効果
は、簡便な操作により磁界分布を変化させることができ
、磁界勾配を急にしたり、均質性を高めたり、局所的に
磁界を下げたりできることである。
複数のコイルに別々の電源から電流を供給するのではな
く、少なくても一台は永久電流によつて流すことが可能
であり、経費の節減にもなる。また複数のコイルは磁気
的なりツプリングにより結合されており、相互の電気的
接続がないので、電磁力に耐えるだけの機械的接続のみ
でコイルの組立ができ、コイルの取り替えも容易である
。このことによソー台のコイルに多様性を持たすことが
可能となる。
く、少なくても一台は永久電流によつて流すことが可能
であり、経費の節減にもなる。また複数のコイルは磁気
的なりツプリングにより結合されており、相互の電気的
接続がないので、電磁力に耐えるだけの機械的接続のみ
でコイルの組立ができ、コイルの取り替えも容易である
。このことによソー台のコイルに多様性を持たすことが
可能となる。
第１図は本発明を説明するための概念図、第２図は第１
図の等価回路図、第３図及び第４図は本発明の実施例１
及び２によつて得られた磁界分布をコイル配置と共に示
すグラフである。
図の等価回路図、第３図及び第４図は本発明の実施例１
及び２によつて得られた磁界分布をコイル配置と共に示
すグラフである。
Claims (1)
- １ 電源によつて運転される少なくとも一個のコイルＡ
と、永久電流スイッチを具備して永久電流によつて運転
される少なくとも一個の超電導コイルＢからなる超電導
マグネットを用い、永久電流スイッチの開状態でコイル
Ａの電流を設定したのち、永久電流スイッチを閉状態に
してコイルＡの電流を変化せしめることによりコイルＢ
に電流を誘起せしめ、両者の磁界により所望の磁界分布
を得ることを特徴とする超電導マグネットの磁界分布調
整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52013167A JPS6058562B2 (ja) | 1977-02-09 | 1977-02-09 | 超電導マグネツトの磁界分布調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52013167A JPS6058562B2 (ja) | 1977-02-09 | 1977-02-09 | 超電導マグネツトの磁界分布調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5398795A JPS5398795A (en) | 1978-08-29 |
| JPS6058562B2 true JPS6058562B2 (ja) | 1985-12-20 |
Family
ID=11825607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52013167A Expired JPS6058562B2 (ja) | 1977-02-09 | 1977-02-09 | 超電導マグネツトの磁界分布調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6058562B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0620011B2 (ja) * | 1983-12-29 | 1994-03-16 | 株式会社日立製作所 | 超電導磁界発生装置 |
| US4656447A (en) * | 1984-06-27 | 1987-04-07 | General Electric Company | Superconducting filter coils for high homogeneity magnetic field |
| US5710531A (en) * | 1996-05-29 | 1998-01-20 | Abolafia; Andrew | Static field converter |
| CN110412489B (zh) * | 2019-07-29 | 2020-08-14 | 大连理工大学 | 一种永磁耦合器内部复合磁场估算方法 |
-
1977
- 1977-02-09 JP JP52013167A patent/JPS6058562B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5398795A (en) | 1978-08-29 |
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