ハルバッハMRI磁気コンポーネントの設計コンセプトと磁場最適化解析

2025 年 7 月 14 日

MRI用磁気部品の設計において、磁場強度と均一性は重要な性能指標です。理論分析とシミュレーションモデル化により、磁場性能に影響を与える主な要因は以下のようにまとめられます。

1. 磁化パターン設計

このコンポーネントは、NS交互磁化配置を採用しています（図1参照）。この配置では、従来のハルバッハ構造と比較して表面磁場がわずかに低くなりますが、磁場の遷移がスムーズになり、磁場の均一性と制御性に優れています。12セグメントの磁石構造（図2）が採用されており、これはシミュレーション結果と文献の両方で確認されています。今後の研究では、実機試験を通じて16セグメント構造と比較する予定です。

2. 磁石のサイズ設計：内径と外径

磁石の内径と外径は磁場の強度に大きな影響を与えます。

あ 内径が小さい結果的に より高い磁場チューニングの重要なパラメータです。
その間 外径を大きくする最初は磁場が改善されますが、ある一定の点を超えると利点は減少し、サイズが大きすぎると材料の無駄になります。

したがって、一般的な磁石のアスペクト比のガイドラインに従うことをお勧めします。 長さ/直径 > 0.5、できれば > 0.7パフォーマンスとコストのバランスをとるためです。

3. 磁石の高さ効果

磁石の高さは磁場の強度と均一性の両方に影響します。製造上の制約により、単一の磁石では必要な高さに達することができないため、 セグメント化されたスタック構造 デザインを強化するために使用されます。

4. 磁石の性能と安定性

動作環境を考慮すると、磁石は安定した耐熱性を示す必要があります。この設計では、 100℃ 長期にわたる信頼性の高い運用を保証します。

5. 磁気偏角制御

磁化角度の偏差（磁気偏角）は磁場の均一性に影響を与えます。多くの磁石は斜めに磁化されるため、高い精度が求められます。当社では、製造工程を最適化することで、 許容範囲内で角度偏差を制御する.

6. 円形磁石アレイにおける組立ギャップ処理

各磁気リング層は、円形に配置された12個の磁石セグメントで構成されています。これらの接合部の精度は磁場に直接影響します。累積誤差を低減するために、以下の対策を講じています。

私たちは 負と正の許容差を持つ磁石のペアより良い位置合わせのため。
厳しく管理しています 角度偏差各ピースの 組み立てエラーを最小限に抑える.

7. スタック平坦度制御

積層された磁石リングの端面が不均一だと、設置時に隙間が生じ、磁場の均一性が損なわれます。当社では、以下の点を徹底するため、磁石リングの両端面を研削盤で加工しています。

平らな表面。
平行な端面。
緊密なスタッキング統合。

8. 取り付け角度と中心軸の調整

方向のずれによって磁場が不安定になるのを防ぐには、磁気リング間の正確な位置合わせが必要です。

外輪は 事前に設定された位置決めピン穴一貫した設置角度を確保するため。

その 中心軸磁場分布シミュレーションが行われ（図3参照）、 40mmのマージン磁場の変動を一定の範囲内に抑えるために設計されています。 ターゲットSR領域（20mm） 最小限に抑えます。

参考文献と拡張計画
参考ジャーナル: 応用物理学ジャーナル、第104巻、013910、2008年
記事タイトル: ハルバッハシリンダー設計の最適化と改善
著者: R. ビョーク、CRH Bahl、A. スミス、N. プリズ
DOI: 10.1063/1.2952537

理論値と測定値（単位：T / ガウス）

地域	理論値	測定値	誤差範囲
SR10	0.4954T、±20G	0.4853T、±46G	よくコントロールされているが、若干の改善の余地あり
SR1	0.4956T、±0.2G（≈40ppm）	0.4853T、±3G（≈618ppm）	センターの安定性にはさらなる最適化が必要