JP7320218B2 - 傾斜磁場コイルの設計方法および傾斜磁場コイル - Google Patents
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Description
(項1)
対向して配置される複数のコイル間に性能値評価点を設定し、前記性能値評価点およびターゲットフィールド法に基づいて、コイル面内の電流密度分布の大きさの単純和の項を含む多項式の評価関数の値が減少するように流れ関数を決定するステップと、
決定した前記流れ関数の等高線に基づいて、連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップと、
を含む、傾斜磁場コイルの設計方法。
(項2)
前記連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップは、
前記連続した電流経路の領域を画定する連続した第1の貫通溝を、前記コイル面内の前記等高線間に配置する、項1に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
(項3)
前記連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップは、さらに、
前記連続した第1の貫通溝に交差する第2の貫通溝を、前記コイル面に配置し、
前記連続した第1の貫通溝または前記第2の貫通溝に向けてコイル端から延伸する第3の貫通溝を、前記コイル面に配置する、項2に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
(項4)
前記連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップは、
前記連続した電流経路として機能する線状の導体を、前記コイル面内の前記等高線に沿って配置する、項1に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
(項5)
前記性能値評価点を、対向して配置される湾曲した板状の前記複数のコイル間に設定する、項1から4のいずれか一項に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
(項6)
前記性能値評価点を、湾曲した板状の前記複数のコイルによって規定される円筒状の空洞の長軸に沿った、前記空洞の中央から端部側へオフセットした位置に設定する、項5に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
(項7)
対向して配置される複数のコイルを備え、
それぞれの前記コイルは、ターゲットフィールド法に基づいて、コイル面内の電流密度分布の大きさの単純和の項を含む多項式の評価関数の値が減少するように決定された流れ関数の等高線に基づいて配置が決定されている連続した電流経路を、前記コイル面に備えている、傾斜磁場コイル。
(項8)
それぞれの前記コイルは、前記連続した電流経路の領域を画定する連続した第1の貫通溝を、前記コイル面内の前記等高線間に備える、項7に記載の傾斜磁場コイル。
(項9)
それぞれの前記コイルは、
前記連続した第1の貫通溝に交差する第2の貫通溝と、
前記連続した第1の貫通溝または前記第2の貫通溝に向けてコイル端から延伸する第3の貫通溝と、
をさらに備える、項8に記載の傾斜磁場コイル。
(項10)
それぞれの前記コイルは、前記連続した電流経路として機能する線状の導体を、前記コイル面内の前記等高線に沿って備える、項7に記載の傾斜磁場コイル。
(項11)
対向して配置される湾曲した板状の前記複数のコイルを備える、項7から10のいずれか一項に記載の傾斜磁場コイル。
(項12)
磁場強度が線形に変化する線形領域を、湾曲した板状の前記複数のコイルによって構成される円筒状の空洞の長軸に沿った、前記空洞の中央から端部側へオフセットした位置に備える、項11に記載の傾斜磁場コイル。
(項13)
対向して配置される湾曲した板状の前記複数のコイルは、前記長軸に垂直な横断面に傾斜磁場を生成する横断面傾斜コイルを構成し、
前記連続した電流経路は、
前記コイル面の中央に配置される、前記長軸に対称な、前記連続した電流経路が存在しない略矩形状の領域と、
前記長軸に沿って前記略矩形状の領域と共に前記コイル面に配置される、前記長軸に対称な、前記連続した電流経路が存在しない略台形状の領域と、
を画定しており、
前記略矩形状の領域は、前記略台形状の領域が有する短辺および長辺のうち、前記長辺側に位置している、項12に記載の傾斜磁場コイル。
(項14)
前記略矩形状の領域は、
前記長軸の方向の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる輪郭の寸法の10%から15%の範囲であり、
前記長軸に垂直な方向の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の16%から22%の範囲であり、
前記略台形状の領域は、
前記長軸の方向の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の10%から15%の範囲であり、
前記長軸に垂直な方向の前記短辺の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の18%から24%の範囲であり、
前記長軸に垂直な方向の前記長辺の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の31%から37%の範囲である、項13に記載の傾斜磁場コイル。
(項15)
横断面における傾斜磁場効率は、135から145[μT/m/A]の範囲であり、
直流電流に対するインダクタンスは、213から233[μH]の範囲であり、
直流電流に対する抵抗値は、80から90[mΩ]の範囲である、項14に記載の傾斜磁場コイル。
(項16)
前記長軸に沿った方向に傾斜磁場を生成する一対の連続した電流経路を有する一対の軸方向傾斜コイルをさらに備え、
前記一対の軸方向傾斜コイルは、前記長軸に沿って、前記線形領域の中心を挟んで対称に配置され、電流の向きは互いに逆向きであり、
前記一対の連続した電流経路は、前記線形領域の中心を挟んだ一方側および他方側のうち少なくともいずれかにおいて、前記長軸に沿った電流密度分布が二峰性を有するように配置されている、項12から15のいずれか一項に記載の傾斜磁場コイル。
(項17)
前記電流密度分布において、前記線形領域の中心から遠い側に位置する峰の電流密度の強度は、前記線形領域の中心に近い側に位置する峰の電流密度の強度の10倍から15倍である、項16に記載の傾斜磁場コイル。
[発明の概略]
[傾斜磁場コイルの構成]
本発明の一実施形態では、目標とする性能値として磁場の線形性を設定し、設定した性能値の範囲内における最適な流れ関数を決定する。本実施形態では、目標とする性能値として設定する磁場の線形性は、許容可能な磁場の非線形性の最大値として設定する。流れ関数は、コイル面内の電流密度分布の大きさの単純和の項を含む多項式の評価関数の値が減少するように決定する。好ましくは、流れ関数は、コイル面内の電流密度分布の大きさの単純和の項を含む多項式の評価関数の値が最小化するように決定する。
本発明では、電流密度を代表するコイルの巻き線パターンは、流れ関数の一定ステップ毎の等高線に基づいて決定する。コイルの巻き線パターンは、コイル面に配置する連続した一続きの電流経路として決定する。一続きの電流経路は、所定の幅を有する切り込みまたは切り欠きを、板状の導電性部材に形成することにより設けることができる。あるいは、一続きの電流経路は、線状の導体を用いて設けることができる。
[効果]
[その他の形態]
2(2a,2b) 第1のシールドコイル(板状シールドコイル)
3(3a,3b) 第2のメインコイル(板状メインコイル)
4(4a,4b) 第2のシールドコイル(板状シールドコイル)
5(5a,5b) 第3のメインコイル
6(6a,6b) 第3のシールドコイル
7 貫通孔
8(8a,8b,8c) 冷却管
9(9a,9b,9c) 支持体
81 第1の貫通溝
82 第2の貫通溝
83 第3の貫通溝
85 略矩形状の領域
86 略台形状の領域
91(91a,91b) 仮想的なコイル面
97 性能値評価点
98 性能値評価点を設定する空間領域
99 線形領域
100 傾斜磁場コイル
101 等高線パターン
Claims (17)
- 対向して配置される複数のコイル間に性能値評価点を設定し、前記性能値評価点およびターゲットフィールド法に基づいて、コイル面内の電流密度分布の大きさの単純和の項を含む多項式の評価関数の値が減少するように流れ関数を決定するステップと、
決定した前記流れ関数の等高線に基づいて、連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップと、
を含む、傾斜磁場コイルの設計方法。 - 前記連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップは、
前記連続した電流経路の領域を画定する連続した第1の貫通溝を、前記コイル面内の前記等高線間に配置する、請求項1に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。 - 前記連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップは、さらに、
前記連続した第1の貫通溝に交差する第2の貫通溝を、前記コイル面に配置し、
前記連続した第1の貫通溝または前記第2の貫通溝に向けてコイル端から延伸する第3の貫通溝を、前記コイル面に配置する、請求項2に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。 - 前記連続した電流経路を前記コイル面に配置するステップは、
前記連続した電流経路として機能する線状の導体を、前記コイル面内の前記等高線に沿って配置する、請求項1に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。 - 前記性能値評価点を、対向して配置される湾曲した板状の前記複数のコイル間に設定する、請求項1から4のいずれか一項に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
- 前記性能値評価点を、湾曲した板状の前記複数のコイルによって規定される円筒状の空洞の長軸に沿った、前記空洞の中央から端部側へオフセットした位置に設定する、請求項5に記載の傾斜磁場コイルの設計方法。
- 対向して配置される複数のコイルを備え、
それぞれの前記コイルは、ターゲットフィールド法に基づいて、コイル面内の電流密度分布の大きさの単純和の項を含む多項式の評価関数の値が減少するように決定された流れ関数の等高線に基づいて配置が決定されている連続した電流経路を、前記コイル面に備えている、傾斜磁場コイル。 - それぞれの前記コイルは、前記連続した電流経路の領域を画定する連続した第1の貫通溝を、前記コイル面内の前記等高線間に備える、請求項7に記載の傾斜磁場コイル。
- それぞれの前記コイルは、
前記連続した第1の貫通溝に交差する第2の貫通溝と、
前記連続した第1の貫通溝または前記第2の貫通溝に向けてコイル端から延伸する第3の貫通溝と、
をさらに備える、請求項8に記載の傾斜磁場コイル。 - それぞれの前記コイルは、前記連続した電流経路として機能する線状の導体を、前記コイル面内の前記等高線に沿って備える、請求項7に記載の傾斜磁場コイル。
- 対向して配置される湾曲した板状の前記複数のコイルを備える、請求項7から10のいずれか一項に記載の傾斜磁場コイル。
- 磁場強度が線形に変化する線形領域を、湾曲した板状の前記複数のコイルによって構成される円筒状の空洞の長軸に沿った、前記空洞の中央から端部側へオフセットした位置に備える、請求項11に記載の傾斜磁場コイル。
- 対向して配置される湾曲した板状の前記複数のコイルは、前記長軸に垂直な横断面に傾斜磁場を生成する横断面傾斜コイルを構成し、
前記連続した電流経路は、
前記コイル面の中央に配置される、前記長軸に対称な、前記連続した電流経路が存在しない略矩形状の領域と、
前記長軸に沿って前記略矩形状の領域と共に前記コイル面に配置される、前記長軸に対称な、前記連続した電流経路が存在しない略台形状の領域と、
を画定しており、
前記略矩形状の領域は、前記略台形状の領域が有する短辺および長辺のうち、前記長辺側に位置している、請求項12に記載の傾斜磁場コイル。 - 前記略矩形状の領域は、
前記長軸の方向の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる輪郭の寸法の10%から15%の範囲であり、
前記長軸に垂直な方向の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の16%から22%の範囲であり、
前記略台形状の領域は、
前記長軸の方向の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の10%から15%の範囲であり、
前記長軸に垂直な方向の前記短辺の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の18%から24%の範囲であり、
前記長軸に垂直な方向の前記長辺の寸法が、前記連続した電流経路によって囲まれる前記輪郭の寸法の31%から37%の範囲である、請求項13に記載の傾斜磁場コイル。 - 横断面における傾斜磁場効率は、135から145[μT/m/A]の範囲であり、
直流電流に対するインダクタンスは、213から233[μH]の範囲であり、
直流電流に対する抵抗値は、80から90[mΩ]の範囲である、請求項14に記載の傾斜磁場コイル。 - 前記長軸に沿った方向に傾斜磁場を生成する一対の連続した電流経路を有する一対の軸方向傾斜コイルをさらに備え、
前記一対の軸方向傾斜コイルは、前記長軸に沿って、前記線形領域の中心を挟んで対称に配置され、電流の向きは互いに逆向きであり、
前記一対の連続した電流経路は、前記線形領域の中心を挟んだ一方側および他方側のうち少なくともいずれかにおいて、前記長軸に沿った電流密度分布が二峰性を有するように配置されている、請求項12から15のいずれか一項に記載の傾斜磁場コイル。 - 前記電流密度分布において、前記線形領域の中心から遠い側に位置する峰の電流密度の強度は、前記線形領域の中心に近い側に位置する峰の電流密度の強度の10倍から15倍である、請求項16に記載の傾斜磁場コイル。
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2020
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Patent Citations (1)
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Title |
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