DE3719306A1

DE3719306A1 - Magnet for NMR tomographs and process for the production thereof

Info

Publication number: DE3719306A1
Application number: DE19873719306
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Westphal
Original assignee: Bruker Analytische Messtechnik GmbH
Current assignee: Bruker Biospin GmbH
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1988-12-22
Also published as: DE3719306C2

Abstract

The NMR tomography devices hitherto used in practice use either resistive or superconducting magnets, although resistive magnets have a high energy consumption and superconducting magnets require considerable technical effort because of the necessary cooling. Nevertheless, permanent magnets have not hitherto been able to gain wide use because of the difficulties associated with their production. The invention makes possible the simple production of a permanent magnet suitable for NMR tomography, by starting from a permanent magnetic material (44) in the form of a flexible strip (44) which is magnetised with a direction and intensity prescribed for each point of the strip and is then wound up into a body (43) forming at least one section of the permanent magnet and is fixed in the position then achieved, preferably by adhesive bonding (glueing). The magnetisation of the strip (44) is set in such a way that, in the wound body (43), the local magnetisations of the wound up material add up to a total magnetisation which gives at least a prescribed proportion of the magnetic field to be achieved with the permanent magnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Magneten für NMR-Tomographen, der mindestens ein permanentmagnetisches felderzeugendes Element enthält.The invention relates to a magnet for NMR tomographs at least one permanent magnetic field-generating element contains.

Obwohl Permanentmagnete für NMR-Tomographen in verschiedenen Ausführungsformen aus den DE-OSen 33 12 626 und 35 18 852, den EP-OSen 01 61 782, 01 67 639 und 01 70 318 sowie auch aus der US-PS 46 14 930 bekannt sind, haben sie in der Praxis bisher keine nennenswerte Anwendung gefunden, weil hierzu magnetische Werkstoffe mit hoher Koerzitivkraft benötigt werden, die ein heitliche Körper mit sehr hoher Homogenität bilden müssen. Die Kosten der Werkstoffe, nämlich spezieller hochkoerzitiver Legie rungen, und die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung und der Magnetisierung solcher sehr große Abmessungen und damit auch ein sehr hohes Gewicht aufweisenden Magnete haben dazu geführt, daß solche Magnete in der Praxis bisher kaum Anwendung gefunden haben. Zwar ist schon versucht worden, durch Zusammensetzen der Magnete aus einzeln magnetisierten Segmenten, wie es aus den EP-OSen 01 67 639 und 01 70 318 bekannt ist, die Schwierig keiten bei der Herstellung solcher Magnete zu vermindern, jedoch sind praktische Ausführungsformen der dort angeführten Magnet typen bisher nicht bekannt geworden. Die Magnete für sich im Einsatz befindliche NMR-Tomographen werden vorwiegend von resi stiven oder supraleitenden Spulensystemen gebildet, obwohl der Betrieb solcher Spulensysteme wegen des hohen Energieverbrauchs und der dadurch bedingten Kühlungsmaßnahmen bzw. des Verbrauchs an Kühlmitteln sehr kostspielig ist. Da im Gegensatz dazu Per manentmagnete zum Aufrechterhalten des Magnetfeldes keinen Einsatz von Energie oder Kühlmitteln erfordern, entstehen bei ihrer Verwendung keine laufenden Betriebskosten von nennenswer ter Höhe, so daß der Einsatz von Permanentmagneten bei NMR- Tomographen sehr zweckmäßig wäre. Ein weiterer Vorteil solcher Permanentmagnete bestünde darin, daß sich bei ihnen das Magnet feld, sofern es nicht den Meßraum durchsetzt, im wesentlichen im Eisen verläuft, so daß keine nennenswerten Streufelder vor handen sind, die besondere Abschirmmaßnahmen erfordern würden. Aus all diesen Gründen wäre es sehr vorteilhaft, wenn ein für den Einsatz bei NMR-Tomographen geeigneter Permanentmagnet zur Verfügung stünde.Although permanent magnets for NMR tomographs in different Embodiments from DE-OSen 33 12 626 and 35 18 852, the EP-OSen 01 61 782, 01 67 639 and 01 70 318 and also from US-PS 46 14 930 are known, they have so far in practice No noteworthy application found, because magnetic Materials with a high coercive force are needed form uniform bodies with very high homogeneity. The Cost of the materials, namely special highly coercive alloy stances, and the difficulties in editing and Magnetization of such very large dimensions and therefore also very heavy magnets have led to that such magnets have so far hardly been used in practice to have. Attempts have been made to put them together the magnet made up of individually magnetized segments like it the EP-OSen 01 67 639 and 01 70 318 is known, the difficult speed in the manufacture of such magnets, however are practical embodiments of the magnet listed there types not yet known. The magnets in themselves NMR tomographs in use are mainly from resi tripod or superconducting coil systems, although the Operation of such coil systems because of the high energy consumption and the resulting cooling measures or consumption of coolants is very expensive. In contrast, since Per no magnet to maintain the magnetic field Require use of energy or coolants no ongoing operating costs of their use ter height, so that the use of permanent magnets in NMR Tomographs would be very useful. Another advantage of such Permanent magnets would consist in the fact that the magnet field, provided that it does not penetrate the measuring space, essentially runs in the iron, so that there are no significant stray fields that would require special shielding measures. For all of these reasons, it would be very beneficial if one for permanent magnet suitable for use in NMR tomographs Would be available.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen solchen Permanentmagneten zu schaffen.Accordingly, the invention is based on the object To create permanent magnets.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Magnet wenigstens einen Abschnitt aufweist, der als ein aus einem strangförmigen, flexiblen, permanentmagnetischen Material mit vorgegebener Magnetisierung gewickelter Körper ausgebildet ist.This object is achieved in that the Magnet has at least one section that as one a strand-shaped, flexible, permanent magnetic material bodies wound with predetermined magnetization is.

Durch die Erfindung werden die Schwierigkeiten vermieden, die sich bezüglich einer reproduzierbaren Magnetisierung großer Volumina und der Beherrschung der beim Zusammenbau der Teile solcher Magnete auftretenden, sehr großen Kräfte ergeben, die einerseits durch das hohe Gewicht und andererseits durch die durch die starke Magnetisierung entstehenden großen magnetischen Kräfte bedingt sind, indem von einem strangförmigen, flexiblen, permanentmagnetischen Material ausgegangen wird, das in belie bigen Richtungen leicht magnetisierbar ist und bei dessen Auf wickeln auch keine großen magnetischen Kräfte auftreten. Auch die Masse des Magneten selbst ist leicht beherrschbar, da beim Herstellen eines gewickelten Körpers stets eine einwandfreie Abstützung des gesamten Körpers möglich ist.The invention avoids the difficulties that large in terms of reproducible magnetization Volumes and mastery of assembling the parts such very large forces that occur on the one hand by the high weight and on the other hand by the large magnetic resulting from the strong magnetization Forces are caused by a strand-shaped, flexible, permanent magnetic material is assumed that in belie direction is easily magnetized and when it is open no large magnetic forces occur. Also the mass of the magnet itself is easy to control, since the Making a wound body is always a flawless one Support of the entire body is possible.

Es lassen sich nach der Erfindung Permanentmagnete unterschied licher Konfiguration herstellen, insbesondere Permanentmagnete mit durch ein Joch verbundenen Polstücken, zwischen denen sich der ausnutzbare homogene Bereich des Magnetfeldes befindet, wie auch Ringmagneten mit teilweise radialer Magnetisierung. Im ersten Fall können insbesondere die Polstücke als gewickelte Körper ausgebildet sein, während im zweiten Fall der Ringmagnet selbst als spulenartig gewickelter Körper ausgebildet sein kann. Dabei können auch auf einem Träger mehrere spulenartig gewickelte Körper in Axialrichtung hintereinander angeordnet sein. Außerdem sind auch Kombinationen mit weiteren felderzeu genden Elementen in Form von resistiven oder sogar supraleiten den Spulen möglich.Permanent magnets can be distinguished according to the invention Licher configuration, especially permanent magnets with pole pieces connected by a yoke, between which there are the usable homogeneous area of the magnetic field is located, as well as ring magnets with partially radial magnetization. In the first case, the pole pieces in particular can be wound Be formed body, while in the second case the ring magnet itself be designed as a coil-like wound body can. In this case, several can also be coil-like on a carrier wound body arranged one behind the other in the axial direction be. Combinations with other fields are also possible elements in the form of resistive or even superconductors the coils possible.

Als strangförmiges, flexibles, permanentmagnetisches Material können entsprechende Drähte und Bänder aus hochkoerzitiven Legierungen verwendet werden, aber auch Kunststoffbänder, die ein permanentmagnetisches Material, insbesondere eine Legierung aus seltenen Erden, Eisen und Bor, enthalten. Soweit Drähte Verwendung finden, sollten sie einen ebene Anlageflächen bilden den und vorzugsweise rechteckigen Querschnitt haben, damit sie in der Wicklung in bezug auf ihre Längsachse eine definierte Winkellage haben, wie es zum Erzielen des gewünschten Magnetfel des erforderlich ist.As a strand-shaped, flexible, permanent magnetic material can make corresponding wires and tapes from highly coercive Alloys are used, but also plastic straps that a permanent magnetic material, especially an alloy from rare earths, iron and boron. As far as wires Should be used, they should form a flat contact surface the and preferably rectangular cross-section so that they a defined one in the winding with respect to its longitudinal axis Have angular position as it is to achieve the desired magnetic field that is required.

Ein für die Erfindung geeignetes Material ist beispielsweise in der EP-OS 1 95 219 beschrieben. Ein solches Band kann einen Füllfaktor bezüglich des permanentmagnetischen Materials von bis zu 90% haben, so daß die für Permanentmagneten für NMR- Tomographen erforderliche, hohe Koerzitivfeldstärke mit einem solchen Material erreichbar ist. Dabei ist von besonderem Vor teil, daß das in das Kunststoffband eingebettete permanentmagne tische Material zunächst unmagnetisiert und amorph ist, wodurch eine sehr hohe Homogenität des Materials gewährleistet ist, die sich später auf die Homogenität eines unter Verwendung eines solchen Bandes hergestellten Magneten günstig auswirkt. Es bestehen auch keinerlei Probleme, solche Bänder in einer beliebigen Richtung zu magnetisieren, also wahlweise mit vorge gebener Stärke in Bandlängsrichtung, in Richtung der Dicke und/oder in Richtung der Bandbreite, so daß durch eine Kombina tion der Magnetisierungen, die in den genannten drei Richtungen unterschiedliche Stärken haben, eine Magnetisierung des Bandes in jeder beliebigen Richtung und auch, bis zum Erreichen der Sättigungsgrenze, in jeder beliebigen Stärke möglich ist. Diese Magnetisierung kann von Ort zu Ort verschieden und so vorausbe rechnet sein, daß sich die individuell magnetisierten Volumen elemente des Bandes im gewickelten Magneten zu einer Gesamtmag netisierung ergänzen, welche im Inneren des Ringmagneten oder zwischen den Polschuhen eines H- oder C-Magneten ein Magnetfeld der gewünschten Stärke und Homogenität ergibt.A material suitable for the invention is, for example in EP-OS 1 95 219. Such a band can do one Filling factor with regard to the permanent magnetic material of up to 90%, so that for permanent magnets for NMR High coercivity required with a tomograph such material is available. This is of particular importance part that the permanent magnet embedded in the plastic band table material is initially unmagnetized and amorphous, whereby a very high homogeneity of the material is guaranteed, which later referred to the homogeneity of one magnet produced by such a tape has a favorable effect. There are also no problems with such tapes in one magnetize in any direction, so optionally with pre given strength in the longitudinal direction of the tape, in the direction of the thickness and / or in the direction of the bandwidth, so that by a combination tion of the magnetizations in the three directions mentioned have different strengths, a magnetization of the tape in any direction and also until reaching the Saturation limit, in any strength is possible. These Magnetization can vary from location to location and so be ahead be calculated that the individually magnetized volume elements of the tape in the wound magnet to a total mag netization, which inside the ring magnet or a magnetic field between the pole pieces of an H or C magnet the desired strength and homogeneity.

Zur Fixierung des strangförmigen, flexiblen Materials in dem gewickelten Körper genügt es, die aneinander anliegenden Ab schnitte dieses Materials miteinander zu verkleben. Es bestünde aber auch die Möglichkeit, den gewickelten Körper in eine nicht ferromagnetische Masse, insbesondere in Kunststoff, einzubetten. Dabei könnten sich die Maßnahmen eines Verklebens und eines Vergießens ohne weiteres ergänzen.To fix the strand-like, flexible material in the wound body is enough to abut the ab cuts of this material to glue together. It would exist but also the possibility of not wrapping the body into one Embed ferromagnetic mass, especially in plastic. The measures of gluing and one could Completely add potting.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Magneten für die NMR-Tomographie. Nach diesem Verfahren wird ein strangförmiges, flexibles, permanentmagnetisches Mate rial mit für jede Stelle des Stranges vorgegebener Richtung und Intensität magnetisiert und dann zu einem wenigstens einen Abschnitt des Magneten bildenden Körper aufgewickelt und in der dann erreichten Lage fixiert, derart, daß sich in dem ge wickelten Körper die örtlichen Magnetisierungen des aufgewickel ten Materials zu einer Gesamtmagnetisierung ergänzen, die wenig stens einen vorgegebenen Anteil des mit dem Magneten zu erzeu genden Magnetfeldes ergibt. The invention also relates to a method for producing a such magnets for NMR tomography. According to this procedure becomes a strand-shaped, flexible, permanently magnetic mate rial with the direction specified for each point on the strand and intensity magnetized and then to at least one Section of the magnet forming body is wound up and in the position then reached fixed in such a way that in the ge body wrapped the local magnetizations of the wound to add a total magnetization that little least a predetermined proportion to be generated with the magnet magnetic field results.

Wie bereits oben angegeben, läßt sich die Magnetisierung eines strangförmigen Materials, also insbesondere eines flachen Ban des, leicht dadurch bewirken, daß das Band vor dem Aufwickeln eine Magnetisierungseinrichtung durchläuft, deren Feldstärke ausreicht, das permanentmagnetische Material aufzumagnetisieren. Dabei kann die aufgeprägte Magnetisierung kontinuierlich nach Stärke und Richtung verändert werden. Dabei bietet das Magneti sieren des Bandes vor dem Wickeln verschiedene Korrekturmöglich keiten.As already stated above, the magnetization of a strand-like material, in particular a flat ban of, easily by causing the tape to be wound up passes through a magnetizing device whose field strength is sufficient to magnetize the permanent magnetic material. The imprinted magnetization can continuously follow Strength and direction are changed. The Magneti offers various corrections before winding keiten.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das von dem gewickelten Körper erzeugte Magnetfeld während des Wickelns gemessen und die Magnetisierung des strangförmigen Materials während des Aufwickelns in Abhängigkeit von dem ge messenen Magnetfeld bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, jede Abweichung des von dem gewickelten Körper erzeugten Magnet feldes von dem Sollwert zu registrieren und dann durch eine entsprechende Erhöhung oder Verminderung der Magnetisierung der folgenden Abschnitte des Bandes zu kompensieren. Auf diese Weise läßt sich ein Magnetfeld sehr großer Homogenität erzeugen.In one embodiment of the method according to the invention the magnetic field generated by the wound body during of the winding measured and the magnetization of the strand-shaped Material during winding depending on the ge measured magnetic field. In this way it is possible any deviation in the magnet produced by the wound body field of the setpoint and then through a corresponding increase or decrease in magnetization of the following sections of the volume to compensate. To this A magnetic field of very great homogeneity can be generated in this way.

Es wäre aber auch möglich, das strangförmige Material selbst nach dem Hindurchführen durch eine erste Magnetisierungszone zu vermessen und die dabei festgestellten Abweichungen von einem Sollwert entweder in einer folgenden, zweiten Magnetisierungs zone zu korrigieren oder durch eine entsprechende Änderung der Magnetisierung in der ersten Zone zu kompensieren. Prinzipiell wäre es auch möglich, die Korrektur in der gleichen Magnetisie rungszone vorzunehmen wie die Erstmagnetisierung, indem man das Band vor dem Aufwickeln zum Magneten ein zweites Mal diese Magnetisierungszone passieren läßt. Zur Korrektur des Magnet feldes kann eine mechanische Behandlung, eine Wärmebehandlung oder auch eine zusätzliche Magnetisierung verwendet werden.But it would also be possible to use the strand-shaped material itself after passing through a first magnetization zone to measure and the deviations from a Setpoint either in a subsequent, second magnetization correct the zone or by changing the Compensate for magnetization in the first zone. In principle it would also be possible to make the correction in the same magnetisie zone like the first magnetization by using the tape a second time before winding it up to the magnet Magnetization zone passes. To correct the magnet can be a mechanical treatment, a heat treatment or an additional magnetization can be used.

Zur Herstellung des Wickelkörpers wird das Band zweckmäßig unter Zugspannung auf einen Träger aufgewickelt. Ein solcher Träger kann je nach der gewünschten Form des Wickelkörpers einen kreisrunden, ovalen oder auch prismatischen Querschnitt haben. Durch Verwendung unterschiedlicher Wickelformen lassen sich nach der Erfindung Magnete mit unterschiedlichstem Aufbau herstellen, die entweder in einem Hohlkörper einen quer zur Hohlkörperachse gerichtetes Feld oder aber ein Feld zwischen gegeneinander gerichteten Polschuhen erzeugen. Dabei läßt die Erfindung die verschiedensten Kombinationen zu. Es versteht sich, daß nach der Erfindung ausgebildete Permanentmagnete mit Korrektur- und Zusatzspulen, Shimringen u. dgl. versehen sein können, um die Homogenität des Magnetfeldes zu verbessern. Ebenso können resistive Zusatzspulen vorhanden sein, die eine Kompensation von durch äußere Einflüsse bedingte Schwankungen der Feldstärke ermöglichen, wie auch permanentmagnetische Shim ringe u. dgl. Mittel, wie sie auch bei herkömmlichen Magneten zur Verbesserung der Konstanz und der Homogenität des Magnet feldes angewendet werden.The tape is useful for producing the winding body wound on a carrier under tension. Such a Carrier can depend on the desired shape of the winding body a circular, oval or prismatic cross-section to have. Leave by using different wrap shapes According to the invention magnets with a wide variety of structures produce that either in a hollow body transversely to Hollow axis directed field or a field between generate opposing pole pieces. The leaves Invention the most diverse combinations. It understands themselves that permanent magnets designed according to the invention Correction and additional coils, shim rings and. Like. Provided can to improve the homogeneity of the magnetic field. Resistive additional coils can also be present, the one Compensation for fluctuations caused by external influences the field strength, as well as permanent magnetic shim rings u. Like. Means, as in conventional magnets to improve the constancy and homogeneity of the magnet field can be applied.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläu tert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich und zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen: The invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments described and explained in more detail tert. Those to be found in the description and the drawing Features may be in other embodiments of the invention individually and in any combination Find application. Show it:

Fig. 1 die Ansicht eines ersten Permanentmagneten nach der Erfindung von der Stirnseite her, Fig. 1 is a view of a first permanent magnet according to the invention from the front side,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 einer weiteren Ausfüh rungsform eines solchen Magneten, Fig. 2 is a view similar to FIG. 1 of another exporting approximate shape of such a magnet,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen nach der Erfindung ausgebildeten Permanentmagneten mit drei axial hinter einander angeordneten, spulenartig gewickelten Kör pern, Shows a longitudinal sectional arranged. 3 by a trained according to the invention permanent magnet with three axially one behind the other, coil-like wound Kör pern,

Fig. 4 teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, einen H-Magneten mit als gewickelte Körper ausgebil deten Polschuhen, Fig. 4 partly in side view and partially in section, of a H-magnet as wound body ausgebil Deten pole shoes,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen der Polschuhe des Magneten nach Fig. 4 in Richtung des Pfeiles V in vergrößertem Maßstab, Fig. 5 is a plan view of one of the pole pieces of the magnet of FIG. 4 in the direction of arrow V in an enlarged scale,

Fig. 6 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 6 is a schematic representation of an apparatus for performing the method according to the invention and

Fig. 7 die schematische Darstellung einer Magnetisierungszone der Vorrichtung nach Fig. 6. Fig. 7 is a schematic representation of a magnetization zone of the device according to Fig. 6.

Fig. 1 zeigt einen Permanentmagneten, der einen rohrförmigen Körper 1 aufweist, der durch Aufwickeln eines flexiblen perma nentmagnetischen Bandes auf einen rohrförmigen Grundkörper 2 entstanden ist. Das auf den Grundkörper 2 aufgewickelte, fle xible, permanentmagnetische Material ist vor dem Aufwickeln so magnetisiert worden, daß sich in dem gewickelten Körper 1 die durch die Pfeile 3 und 4 wiedergegebene Gesamtmagnetisierung ergibt, die zur Ausbildung eines quer zur Achse des rohrförmigen Körpers gerichteten Magnetfeld 5 im Inneren des Grundkörpers 2 führt. Dieses Magnetfeld kann in einem für die NMR-Tomographie ausreichend großen Bereich die erforderliche Homogenität von 10^-4 und besser aufweisen. Fig. 1 shows a permanent magnet, which has a tubular body 1 , which is created by winding a flexible permanent magnetic tape on a tubular base body 2 . The wound on the base body 2 , fle xible, permanent magnetic material has been magnetized before winding so that in the wound body 1, the total magnetization shown by the arrows 3 and 4 results to form a magnetic field directed transversely to the axis of the tubular body 5 leads inside the base body 2 . This magnetic field can have the required homogeneity of 10 ^-4 and better in an area sufficiently large for NMR tomography.

Um diese Homogenität zu erreichen, ist es notwendig, daß das den gewickelten Körper 1 bildende Band eine im Verlauf seiner Länge wechselnde Magnetisierung aufweist, die ständig zwischen einer Magnetisierung in Längsrichtung des Bandes und einer senkrecht zur Bandoberfläche gerichteten Magnetisierung und umgekehrt wechselt, wobei der Magnetisierungsvektor aufeinander folgende Drehungen von 180° beschreibt und die durch die Drehung des Magnetisierungsvektors bestimmte Periode für die immer weiter außen liegenden Lagen des flexiblen Materials zunimmt. Die erforderliche Änderung der Magnetisierung läßt sich leicht vorher berechnen und dann vor dem Wickeln des Körpers 1 dem diesen Körper bildenden strangförmigen Material aufprägen. Bei diesem Material handelt es sich vorzugsweise um ein Kunststoff band, in das ein amorphes, permanentmagnetisches Material mit hohem Füllfaktor eingebettet ist, so daß dieses Band trotz der Einbettung des permanentmagnetischen Materials, beispielsweise einer Legierung, die mindestens eine Seltene Erde, Eisen und Bor enthält, in das Kunststoffband eine sehr hohe und gleich mäßige Magnetisierbarkeit mit hohem Koerzitivfeld aufweist.In order to achieve this homogeneity, it is necessary for the band forming the wound body 1 to have a magnetization which changes over the course of its length and which constantly alternates between magnetization in the longitudinal direction of the band and magnetization directed perpendicular to the band surface and vice versa, the magnetization vector describes successive rotations of 180 ° and the period determined by the rotation of the magnetization vector increases for the layers of the flexible material that are always further out. The required change in magnetization can easily be calculated beforehand and then impressed on the strand-like material forming this body before the body 1 is wound. This material is preferably a plastic band, in which an amorphous, permanent magnetic material with a high fill factor is embedded, so that this band despite the embedding of the permanent magnetic material, for example an alloy containing at least one rare earth, iron and boron , in the plastic band has a very high and uniform magnetizability with a high coercive field.

Ein besonderer Vorteil von nach der Erfindung ausgebildeten Permanentmagneten besteht darin, daß die hier angewendete Wickeltechnik ohne größere Schwierigkeiten die Erzeugung von Magneten mit unterschiedlichen Querschnitten gestattet. So zeigt Fig. 2 einen rohrförmigen Magneten ähnlich Fig. 1, der jedoch keinen kreisförmigen, sondern einen elliptischen Quer schnitt hat. Die Querschnittsform dieses Magneten entsteht einfach dadurch, daß der Grundkörper 12 einen elliptischen Querschnitt hat, so daß auch der darauf gewickelte Körper 11 den gleichen Querschnitt annimmt. Es ist ohne weiteres ersicht lich, daß hier die durch die Pfeile 13 und 14 wiedergegebene Magnetisierung des den gewickelten Körper 11 bildenden perma nentmagnetischen Bandes eine andere Verteilung haben muß als bei dem Permanentmagneten nach Fig. 1. Auch hier läßt sich diese Verteilung rechnerisch bestimmen und mit hoher Genauigkeit dem ferromagnetischen Band vor dem Wickeln aufprägen. Als Beson derheit weist der Permanentmagnet nach Fig. 2 außer dem ge wickelten Körper 11 auch noch einen weichmagnetischen Mantel 16 auf, der ebenfalls aus einem ferromagnetischen, flexiblen Mate rial gewickelt ist, das jedoch nicht permanentmagnetisch, son dern weichmagnetisch ist. Hierdurch wird ein Rückschluß für das Magnetfeld außerhalb des gewickelten Körpers 11 geschaffen, der sich sowohl auf die Stärke und Homogenität des innerhalb des rohrförmigen Grundkörpers 12 erzeugten Magnetfeldes 15 wie auch auf das Vermeiden äußerer Streufelder günstig auswirkt.A particular advantage of permanent magnets designed according to the invention is that the winding technique used here allows the production of magnets with different cross sections without major difficulties. So Fig. 2 shows a tubular magnet similar to Fig. 1, but which has no circular, but an elliptical cross-section. The cross-sectional shape of this magnet is created simply by the fact that the base body 12 has an elliptical cross section, so that the body 11 wound thereon also assumes the same cross section. It is readily apparent that the magnetization of the wound body 11 which forms the wound body 11 and which is represented by the arrows 13 and 14 must have a different distribution than the permanent magnet according to FIG. 1. Here, too, this distribution can be determined by calculation and Imprint the ferromagnetic tape with high accuracy before winding. As a specialty, the permanent magnet according to FIG. 2, in addition to the ge-wound body 11, also has a soft magnetic jacket 16 , which is also wound from a ferromagnetic, flexible material, but which is not permanently magnetic, but is soft magnetic. This creates a conclusion for the magnetic field outside the wound body 11 , which has a favorable effect both on the strength and homogeneity of the magnetic field 15 generated within the tubular base body 12 and on the avoidance of external stray fields.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Permanentmagneten können eine beliebige axiale Länge haben. Dabei kann das zum Herstellen der gewickelten Körper 1 und 11 sowie auch des Weicheisenmantels 16 verwendete Material eine Breite haben, die der axialen Länge der Permanentmagneten gleich ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine Anzahl von solchen Körpern in Axialrichtung nebeneinander anzuordnen. Dabei ist es nicht notwendig, daß die Körper in Axialrichtung aneinander anschließen, sondern es können mehrere spulenartig gewickelte Körper 21, 22 mit Abstand voneinander angeordnet sein, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der Fall ist. Dabei haben die Spulen 21 und 22 eine unterschiedliche radiale Ausdehnung und erzeugen damit auch Felder unterschiedlicher Stärke, die sich im Innern des die gewickelten Körper 21, 22 tragenden Grundkörpers 23 zu dem gewünschten Magnetfeld 25 ergänzen. Dabei sind die spulenartig gewickelten Körper 21, 22 in entsprechenden Nuten 24 des Grund körpers 23 angeordnet. Für die Magnetisierung des die gewickel ten Körper 21 bildenden permanentmagnetischen, flexiblen Bandes gilt sinngemäß das gleiche, was für die die gewickelten Körper 1 und 11 der Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 gesagt worden ist.The permanent magnets shown in FIGS. 1 and 2 can have any axial length. The material used to produce the wound bodies 1 and 11 and also the soft iron jacket 16 can have a width that is the same as the axial length of the permanent magnets. However, there is also the possibility of arranging a number of such bodies next to one another in the axial direction. It is not necessary for the bodies to connect to one another in the axial direction, but a plurality of coils 21 , 22 wound in the manner of a coil can be arranged at a distance from one another, as is the case in the embodiment according to FIG. 3. The coils 21 and 22 have a different radial extent and thus also generate fields of different strength, which complement one another in the interior of the base body 23 carrying the wound bodies 21 , 22 to form the desired magnetic field 25 . The coil-like wound body 21 , 22 are arranged in corresponding grooves 24 of the base body 23 . For the magnetization of the permanent magnetic, flexible tape forming the body 21 , the same applies analogously to what has been said for the wound body 1 and 11 of the embodiments according to FIGS. 1 and 2.

Als weitere Ausführungsform eines Permanentmagneten nach der Erfindung zeigen die Fig. 4 und 5 einen H-Magneten, der an den Polflächen seines Joches 31 gewickelte Körper 32 aufweist, die wiederum aus einem flexiblen, permanentmagnetischen Material bestehen, wie beispielsweise aus einem dünnen, blechartigen Band aus einer permanentmagnetischen Legierung oder wiederum aus einem mit einem permanentmagnetischen Pulver gefüllten Kunststoff. In diesem Fall ist die Magnetisierung 33 parallel zur Achse des gewickelten Körpers 32 und damit quer zur Längs richtung des aufgewickelten Bandes gerichtet. An die Stelle einer Richtungsänderung, wie sie bei den vorhergehenden Bei spielen vorhanden war, tritt hier eine solche Änderung der Magnetisierung in Abhängigkeit vom radialen Abstand von der Achse des gewickelten Körpers 32, daß in dem Bereich zwischen den von den gewickelten Körpern 32 gebildeten Polschuhen ein möglichst homogenes Magnetfeld herrscht. In diesem Fall ist das den Körper 32 bildende Band auf einen Kern 34 aufgewickelt, der ebenfalls aus einem permanentmagnetischen Material bestehen kann. As a further embodiment of a permanent magnet according to the invention, FIGS. 4 and 5 show an H magnet which has bodies 32 wound on the pole faces of its yoke 31 , which in turn consist of a flexible, permanent magnetic material, such as a thin, sheet-like strip from a permanent magnetic alloy or again from a plastic filled with a permanent magnetic powder. In this case, the magnetization 33 is parallel to the axis of the wound body 32 and thus directed transversely to the longitudinal direction of the wound tape. In place of a change in direction, as was present in the previous games, here occurs such a change in magnetization depending on the radial distance from the axis of the wound body 32 that occurs in the area between the pole pieces formed by the wound body 32 the magnetic field is as homogeneous as possible. In this case, the band forming the body 32 is wound on a core 34 , which can also consist of a permanent magnetic material.

Auch wenn bei einem solchen Magneten die von den gewickelten Körpern 32 gebildeten, permanentmagnetischen und stark magneti sierten Polschuhe ausreichen, um in dem Bereich 35 zwischen den Polflächen ein Magnetfeld der gewünschten Stärke und Homo genität zu erzielen, so können doch auch hier zusätzlich die bei den Magneten für NMR-Tomographen allgemein üblichen Maßnah men zur Korrektur der Homogenität und Stärke des Magnetfeldes Anwendung finden. So sind in Fig. 4 schematisch auf dem Joch 31 angeordnete Spulen 36 dargestellt, die es ermöglichen, das im Bereich 35 herrschende Magnetfeld in seiner Stärke konstant zu halten oder auch bis zum Erreichen vorgegebener NMR-Resonanz frequenzen zu variieren. Weiterhin erlaubt auch die Erfindung den Einsatz üblicher Shimsysteme sowohl in Form stromdurchflos sener Spulen als auch von magnetischen Körpern, die dazu dienen, durch Fertigungstoleranzen bedingte Homogenitätsfehler zu besei tigen. Da es sich bei den dargestellten Permanentmagneten um solche für die NMR-Tomographen handelt, müssen in ihrem Inneren auch die Einrichtungen zur Erzeugung von Gradientenfeldern sowie Anregen und Empfangen von Resonanzsignalen vorhanden sein. Alle diese Einrichtungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt, weil sie nicht zur eigentlichen Erfindung, nämlich den Aufbau des Permanentmagneten, gehören.Even if with such a magnet, the permanent magnet and strongly magnetized pole shoes formed by the wound bodies 32 are sufficient to achieve a magnetic field of the desired strength and homogeneity in the region 35 between the pole faces, it is also possible here for the two Magnets for NMR tomographs are generally used to correct the homogeneity and strength of the magnetic field. Thus, in Fig. 4 schematically arranged on the yoke 31 coils 36 are shown, which make it possible to keep the strength of the magnetic field prevailing in the region 35 constant or to vary frequencies until predetermined NMR resonance is reached. Furthermore, the invention also allows the use of conventional shim systems both in the form of current-carrying coils and of magnetic bodies which serve to eliminate homogeneity errors caused by manufacturing tolerances. Since the permanent magnets shown are those for NMR tomographs, the devices for generating gradient fields and for exciting and receiving resonance signals must also be present inside. All these devices are not shown in the drawing because they do not belong to the actual invention, namely the structure of the permanent magnet.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Permanentmagnete geeignetes strangförmiges, flexibles, permanentmagnetisches Material kann in vielen Formen hergestellt werden. Es kann sich dabei um draht- oder bandartige Formen sehr großer Länge handeln, aus denen spiralförmige Wickel hergestellt werden, aber auch um kürzere Stücke, die beim Aufwickeln aneinander stoßen und vorzugsweise gerade die Länge des Umfanges der jewei ligen Lage haben, so daß beim Herstellen des gewickelten Körpers ringförmig geschlossene Lagen entstehen. Es versteht sich, daß diese Stücke auch beim Wickeln von einem längeren Strang jeweils abgeschnitten werden können. Ferner ist zu erwähnen, daß auch Drähte einen rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt haben sollten, damit sie in dichter Packung gewickelt werden und sich nicht unter dem Einfluß der magnetischen Kräfte verdrillen und dadurch zu unkontrollierbaren Veränderungen des Magnetfeldes Anlaß geben können.For the manufacture of the permanent magnets according to the invention suitable strand-shaped, flexible, permanent magnetic Material can be made in many forms. It can wire or ribbon-like shapes of very great length act from which spiral coils are made, but also about shorter pieces that come together when winding butt and preferably just the length of the circumference of each position, so that when manufacturing the wound body layers closed in a ring form. It is understood that these pieces also when winding a longer strand each can be cut off. It should also be mentioned that also Wires have a rectangular or polygonal cross section should so that they are wrapped in a tight package and do not twist under the influence of magnetic forces and thereby to uncontrollable changes in the magnetic field Can give cause.

Die permanentmagnetischen Drähte, Bänder, Folien u. dgl. können aus ferromagnetischen Legierungen bestehen oder aber auch aus mit ferromagnetischem Material gefüllten oder beschichteten Kunststoffbändern. Solche Kunststoffbänder werden als besonders geeignet angesehen, weil sie sich sehr gut verarbeiten lassen und durch Einbetten eines amorphen Materials sowohl eine äußerst gute Homogenität aufweisen als auch keinerlei Vorzugsrichtung bezüglich der Magnetisierung haben. Werden lange Bänder verwen det, können sie in Form von Wickeln des noch unmagnetisierten Materials bereitgestellt werden. Bei der schematisch in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung ist ein solcher Bandwickel 41 vorhan den. Das bandförmige ferromagnetische Material wird von dem Bandwickel 41 mittels üblicher, nicht näher dargestellter Vor richtungen abgezogen und unter Spannung oder radialer Anpressung auf einen Grundkörper 42 aufgewickelt, so daß der viele Lagen des aufgewickelten bandförmigen Materials 44 aufweisende ge wickelte Körper 43 entsteht. Auf dem Weg vom Bandwickel 41 zum gewickelten Körper 43 passiert das bandförmige Material 44 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Magnetisie rungsstufe 45, eine Einrichtung 46 zum Messen der Magnetisierung des bandförmigen Materials 44 und eine weitere Magnetisierungs stufe 47. In der Magnetisierungsstufe 45 können, wie in Fig. 7 angedeutet, axial hintereinander drei Einrichtungen 48, 49, 50 angeordnet sein, die dazu dienen, zueinander senkrechte Magnet felder zu erzeugen. Diese Einrichtungen werden jeweils von einem Elektromagneten gebildet, der zwischen seinen Polschuhen ein Magnetfeld 51 bzw. 52 bzw. 53 erzeugt, von denen das erste ähnlich wie bei dem Schreibkopf eines Magnetbandgerätes parallel zur Bandoberfläche in dessen Längsrichtung verläuft, wogegen das zweite senkrecht zur Bandoberfläche und das dritte zwar wiederum parallel zur Bandoberfläche, aber quer zum Band gerich tet ist. Durch Einstellen der relativen Stärke dieser drei zueinander senkrechten Komponenten des Magnetfeldes lassen sich Magnetisierungen in jeder beliebigen Richtung in bezug auf das bandförmige Material 44 erzeugen. Die Magnetisierungs einrichtung 45 kann in nicht näher dargestellten Weise von einem Rechner derart gesteuert werden, daß sie in jedem Ab schnitt des bandförmigen Materials 44 diejenige Magnetisierung erzeugt, die an der Stelle, an der dieser Abschnitt in dem gewickelten Körper 43 zu liegen kommt, denjenigen Beitrag zur Gesamtmagnetisierung leistet, der erforderlich ist, um im Inne ren des gewickelten Körpers das gewünschte homogene Magnetfeld zu erzeugen. Um hierbei die größte Genauigkeit zu erzielen, sieht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 vor, daß die mittels der Magnetisierungsstufe 45 erzeugte Magnetisierung mittels der Einrichtung 46 gemessen wird. Werden Abweichungen von dem genannten Sollwert festgestellt, so können diese Abweichungen mittels der zweiten Magnetisierungsstufe 47 korrigiert werden. Die zweite Magnetisierungsstufe 47 kann den gleichen Aufbau haben wie die erste und in Abhängigkeit von der Einrichtung 46 wiederum durch einen Mikroprozessor o. dgl. gesteuert sein.The permanent magnetic wires, tapes, foils u. The like. Can consist of ferromagnetic alloys or of plastic tapes filled or coated with ferromagnetic material. Such plastic tapes are considered to be particularly suitable because they can be processed very well and, by embedding an amorphous material, both have extremely good homogeneity and have no preferred direction with regard to magnetization. If long tapes are used, they can be provided in the form of coils of the still unmagnetized material. In the device shown schematically in FIG. 6, such a tape roll 41 is present. The band-shaped ferromagnetic material is withdrawn from the band winding 41 by means of conventional, not shown, before devices and wound under tension or radial pressure on a base body 42 , so that the many layers of the wound band-shaped material 44 having GE wound body 43 is formed. On the way from the tape roll 41 to the wound body 43 , the tape-shaped material 44 in the illustrated embodiment passes a first magnetization step 45 , a device 46 for measuring the magnetization of the tape-like material 44 and a further magnetization step 47 . In the magnetization stage 45 , as indicated in FIG. 7, three devices 48 , 49 , 50 can be arranged axially one behind the other, which serve to generate magnetic fields perpendicular to one another. These devices are each formed by an electromagnet, which generates a magnetic field 51 or 52 or 53 between its pole pieces, the first of which runs parallel to the tape surface in its longitudinal direction, similar to the write head of a magnetic tape device, whereas the second runs perpendicular to the tape surface and the third, in turn, is parallel to the surface of the strip, but is directed across the strip. By adjusting the relative strength of these three mutually perpendicular components of the magnetic field, magnetizations can be generated in any direction with respect to the band-shaped material 44 . The magnetization device 45 can be controlled in a manner not shown by a computer in such a way that in each section of the band-shaped material 44 it generates the magnetization that comes to the point at which this section lies in the wound body 43 Contributes to the total magnetization required to generate the desired homogeneous magnetic field inside the wound body. In order to achieve the greatest accuracy here, the exemplary embodiment according to FIG. 6 provides that the magnetization generated by means of the magnetization stage 45 is measured by means of the device 46 . If deviations from the specified target value are determined, these deviations can be corrected by means of the second magnetization stage 47 . The second magnetization stage 47 can have the same structure as the first and, depending on the device 46, can in turn be controlled by a microprocessor or the like.

Eine andere Möglichkeit, die Magnetisierung des bandförmigen Materials zu korrigieren, bestünde darin, das sich innerhalb des Grundkörpers 42 ergebende Magnetfeld zu messen und in Ab hängigkeit davon die durch die erste Magnetisierungsstufe 45 bewirkte Magnetisierung so einzustellen, daß Abweichungen von dem Sollwert des resultierenden Magnetfeldes durch die Magneti sierung der nächsten Lage stets korrigiert werden. Weiterhin wäre es auch möglich, das bandförmige Material 44 zunächst einmal von dem ersten Bandwickel 41 auf einen zweiten Bandwickel umzuspulen und dabei zu magnetisieren. Beim Wickeln des Körpers 43 könnte dann die aktuelle Magnetisierung mit einer Einrich tung, wie sie in Fig. 6 bei 46 angedeutet ist, gemessen und durch eine Magnetisierungsstufe korrigiert werden, bei der es sich um die gleiche Magnetisierungsstufe handeln könnte, die zum ersten Magnetisieren des bandförmigen Materials 44 verwendet worden ist und die auch beim zweiten Durchgang des Materials zum Einsatz kommt.Another possibility to correct the magnetization of the band-shaped material would be to measure the magnetic field resulting within the base body 42 and, depending on this, to adjust the magnetization caused by the first magnetization stage 45 such that deviations from the desired value of the resulting magnetic field occur the magnetization of the next layer should always be corrected. Furthermore, it would also be possible to first rewind the band-shaped material 44 from the first band reel 41 to a second band reel and thereby magnetize it. When winding the body 43 , the current magnetization could then be measured with a device, as indicated in FIG. 6 at 46, and corrected by a magnetization level, which could be the same magnetization level that was used for the first magnetization of the band-shaped material 44 has been used and which is also used in the second pass of the material.

Es sei noch erwähnt, daß eine Magnetisierungseinrichtung auch eine einzige, frei drehbare Magnetanordnung aufweisen könnte, um das strangförmige Material in beliebiger Richtung zu magneti sieren. Eine solche Magnetanordnung könnte wiederum vorteilhaft nach dem Prinzip eines Schreibkopfes ausgebildet sein, wenng leich auch mit entsprechend vergrößerten Dimensionen und zur Erzeugung einer sehr viel höheren Feldstärke. Weiterhin ist eine Modifizierung der Magnetisierung durch mechanische und insbesondere auch durch thermische Beeinflussung möglich, bei spielsweise durch eine örtliche Erwärmung mittels eines Lasers. Außerdem sind Korrekturen der im Inneren eines gewickelten Körpers oder der an der Fläche eines Polschuhes herrschenden Magnetfeldstärke durch Verändern des Abstandes zwischen den einzelnen Windungen des Körpers möglich. It should also be mentioned that a magnetizing device too could have a single, freely rotatable magnet arrangement, to magneti the strand-like material in any direction sieren. Such a magnet arrangement could in turn be advantageous be designed according to the principle of a write head, if lightweight also with correspondingly enlarged dimensions and for Generation of a much higher field strength. Furthermore is a modification of the magnetization by mechanical and in particular also possible due to thermal influence for example by local heating using a laser. Also, corrections are made inside a wrapped Body or that prevailing on the surface of a pole piece Magnetic field strength by changing the distance between the individual turns of the body possible.

Um dem gewickelten Körper die notwendige mechanische Stabilität zu verleihen, werden die einzelnen Lagen beim Wickeln vorzugs weise direkt miteinander verklebt. Ein solches Verkleben ist besonders dann problemlos, wenn es sich bei dem strangförmigen Material um ein Kunststoffband mit eingebettetem permanentmag netischen Material handelt. Dabei kann ein dem Bandmaterial ähnlicher Kleber verwendet werden, so daß es zu einer Art An lösen und Verschweißen des bandförmigen Materials kommt. Es können aber auch metallische Wickel durch Imprägnieren und Eingießen in Kunststoff zu einem stabilen Block geformt werden.The necessary mechanical stability around the wound body to lend, the individual layers are preferred during winding glued directly to each other. Such gluing is especially easy if it is the strand-shaped Material around a plastic band with an embedded permanent mag netic material. One can use the strip material Similar glue can be used so that it becomes a kind of an loosen and weld the band-shaped material comes. It but can also metallic coils by impregnation and Pouring plastic into a stable block.

Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, daß dem Fachmann viele Möglichkeiten zur Verfügung stehen, die Erfindung zu verwirklichen, die darin besteht, aus einem strangförmigen, flexiblen, permanentmagnetischen Material, das in vorgegebener Weise längs des Stranges magnetisiert ist, durch Aufwickeln einen Magneten mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen, wobei dann der gewickelte Körper den vollständigen Magneten oder auch nur ein Teil davon bilden kann. Dabei sind dann Kom binationen solcher Teile mit allen Komponenten möglich, wie sie bei Magneten für NMR-Tomographen Anwendung finden.The above statements make it clear that the person skilled in the art many options are available to the invention realize, which consists of a strand-shaped, flexible, permanent magnetic material, which in predetermined Is magnetized along the strand by winding to manufacture a magnet with the desired properties, then the wound body the complete magnet or even form part of it. Then there are com combinations of such parts with all components possible, such as they are used in magnets for NMR tomographs.

Claims

1. Magnet for NMR tomographs, which contains at least one permanent magnetic field-generating element, characterized in that the permanent magnetic element is formed as a ge from a strand-shaped, flexible, permanent magnetic material ( 44 ) with a given magnetization body ( 43 ).

2. Magnet according to claim 1 with pole pieces connected by a yoke, characterized in that the pole pieces are designed as a wound body ( 32 ).

3. Magnet according to claim 1 in the form of a ring magnet with partial radial magnetization, characterized in that the ring magnet is designed as a coil-like wound body ( 43 ).

4. Magnet according to claim 3, characterized in that a plurality of coil-like wound bodies ( 21 , 22 ) are arranged one behind the other in the axial direction.

5. Magnet according to claim 3 or 4, characterized in that the coil-like wound body ( 11 ) is surrounded by a soft magnetic, preferably also wound from a flexible, strand-like material jacket ( 16 ).

6. Magnet according to one of the preceding claims, characterized characterized in that he also has at least one field producer ing element in the form of a resistive or superconducting Has coil.

7. Magnet according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the permanent magnetic, strand-shaped Contain material from a permanent magnetic material tend plastic tape.

8. Magnet according to claim 7, characterized in that the permanent magnetic material at least one rare Contains earth, iron and boron.

9. Magnet according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the abutting sections of the strand-like mate forming the wound body rials are glued together.

10. Magnet according to one of the preceding claims, characterized characterized that the wrapped body is not in a ferromagnetic mass, especially in plastic is bedded.

11. A method for producing a magnet for NMR tomography according to one of the preceding claims, characterized in that a strand-shaped, flexible, permanent magnetic material ( 44 ) magnetized with a given direction and intensity for each point of the strand and then magnetized to one at least a portion of the permanent magnet-forming body ( 43 ) is wound up and fixed in the position then reached in such a way that in the wound body ( 43 ) the local magnetizations of the wound material ( 44 ) add to a total magnetization, which is at least one predetermined portion of the magnetic field to be generated with the magnet.

12. The method according to claim 11, characterized in that the magnetic field generated by the wound body during of the winding measured and the magnetization of the strand shaped material during winding depending is determined by the measured magnetic field.

13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the strand-like material ( 44 ) continuously passed through a first magnetization zone ( 45 ), then measure the magnetization generated by direction and amount ge and in the event of deviations from a predetermined setpoint either in the first Magnetization zone ( 45 ) the magnetization is carried out to a modified value and / or the magnetization generated in the first magnetization zone is corrected in a second magnetization zone ( 47 ) by thermal, mechanical or magnetic treatment.