用于筒状超导线圈结构的支撑结构制造技术

一种用于支撑筒状超导线圈结构(10)的装置，包括在线圈结构的轴向端表面中的凹部(106)和突出到凹部内的支撑托架(110)，使得在支撑托架上的竖直载荷(143)支承线圈结构(10)的重量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供了用于支撑例如在磁共振成像(MRI)系统中使用的筒状超导磁体的支撑结构。这样的磁体必须被冷却至所使用的超导导线的转变温度以下、例如至近似4K的温度，这可以通过液体氦的使用来获得，这要求超导磁体被放置在低温恒温器中以使其与环境温度隔离。
技术介绍
图1示出包括低温制冷剂器皿12的低温恒温器的示例传统布置。被冷却的超导磁体包括在低温制冷剂器皿12内的线圈结构10，低温制冷剂器皿自身被保持在外真空室(OVC)14内。一个或多个热辐射屏蔽16被设置在低温制冷剂器皿12与外真空室14之间的真空空间中。在一些已知布置中，致冷机17被朝向低温恒温器的一侧安装在位于为此目的而设置的转塔(turret)18中的致冷机套15中。可替代地，致冷机17可以位于访问转塔19内，该访问转塔保持着被安装在低温恒温器的顶部处的访问颈部(通气管)20。致冷机17提供主动致冷以使低温制冷剂器皿12内的低温制冷剂气体冷却，在一些布置中通过将其重新冷凝成液体。致冷机17也可以用于使辐射屏蔽16冷却。如图1中图示出的，致冷机17可以是两级致冷机。第一冷却级被热连结至辐射屏蔽16，并且将冷却提供至第一温度、典型地在80K至100K的区域中。第二冷却级将低温制冷剂气体的冷却提供至低得多的温度、典型地在4K至10K的区域中。其他布置是已知的。值得注意的是，某些布置不要求低温制冷剂器皿12围绕线圈结构10设置。
技术实现思路
本专利技术提供一种支撑诸如以上所讨论等的超导磁体10的线圈的支撑结构，其在允许线圈的归因于线圈与支撑结构之间的热失配而在径向和轴向方向上相对于支撑结构相对移动以及线圈的归因于磁载荷而径向和轴向膨胀或收缩的状态下，允许在所有温度下维持线圈至支撑结构的同心度。现有技术包含解决了类似问题的支撑结构的数个示例。在一个这样的布置中，线圈被卷绕到在例如铝的筒状线圈架(former)的径向外表面上限定出的空腔内。线圈接着被用热固性树脂浸渍。当被冷却至操作温度时，线圈架趋向于与线圈相比收缩至的更大程度。这导致线圈松动地悬挂在线圈架上—基本上仅在一个周向点处碰触线圈架—或者线圈可以用线圈夹子被保持到线圈架上，线圈夹子以周向间隔接触线圈的外径向表面，并且可能导致线圈的径向内表面根本没有碰触线圈架。利用这样的解决方案，难以以高精度预测冷时线圈中心的位置。该传统结构的特征使从支撑结构至线圈的点载荷或应力集中在本专利技术中被避免。本专利技术提供一种用于支撑超导电磁体线圈结构的装置。本专利技术特别解决了所谓的“串联结合”(serially bonded)构造的超导线圈组件。在这样的布置中，环形线圈通过间隔件接合，然后保持处于期望的轴向间距和轴向对齐。线圈和间隔件被接合到一起以形成自支撑结构。没有使用线圈架。这样的布置的示例被描述在WO2011/148163中。本专利技术也可以应用于其他线圈结构。本专利技术相应地提供了如随附权利要求中所述的设备。在某些实施例中，专利技术提供了被接合至线圈结构的轴向末端的支撑环。径向槽被切割到支撑环内，并且被布置成支撑线圈结构的重量的托架突出到径向槽内，使得支撑环的竖直载荷支承线圈结构的重量。线圈与环之间的剪切载荷被最小化，因为在环与线圈之间提供了大的接合面积。附图说明本专利技术的以上和进一步的目的、特征和优点将从结合附图进行的其某些实施例的以下描述中变得更加明显，其中：图1示出在低温恒温器内的超导磁体的传统布置；图2示出可以应用本专利技术的串联结合的线圈结构的半截面；图3示出适用于专利技术的实施例中的线圈结构的端环；图4示出根据专利技术的实施例的支撑结构的某些组成部件的轴向视图；图5示意性地图示出穿过根据专利技术的实施例的支撑结构的一部分的截面；图6示意性地图示出沿着图4中的线VII-VII穿过根据本专利技术的实施例的支撑结构的截面；图7示意性地图示出根据本专利技术的实施例被允许的轴向移动dx的范围；图8示意性地图示出根据本专利技术的实施例被允许的径向移动dr的范围；图9和图10示意性地图示出本专利技术的可替代的实施例；图11图示出其中线圈结构由低温制冷剂器皿的孔管支撑的专利技术的实施例的特征；和图12图示出其中线圈结构由低温制冷剂器皿的端板支撑的专利技术的实施例的特征。具体实施方式本专利技术特别地但非排他性地涉及串联结合的线圈结构。本专利技术也可以应用于其他线圈结构。例如，甚至卷绕到铝的或复合材料的线圈架(former)的线圈结构也可以通过使线圈架由这里所描述的设备来支撑而从本专利技术获益。串联结合的线圈结构10的示例作为示意性半截面被示出在图2中。结构基本上关于轴线A-A转动地对称。术语“径向”和“轴向”及类似术语将在这里被用于分别表示：“垂直于轴线A-A并且在包含
轴线A-A的平面中延伸”；和“平行于轴线A-A或与之重合”的方向和尺寸。尺寸d典型地为大约50cm，并且尺寸z典型地为大约150cm。提供了超导导线的大量线圈100，均用诸如本身是传统的热固性树脂等的材料浸渍。线圈100通过间隔件102分开。间隔件可以由卷绕成线圈并且用诸如热固性树脂等的浸渍材料浸渍的、诸如电阻铜导线等的导线组成；或者可以由卷绕起来并且用类似浸渍材料浸渍的、诸如玻璃纤维布或长丝等的非活性材料组成。线圈的轴向和径向尺寸被确定为满足它们的作为磁场的源的功能并允许坚固且非过分有麻烦的制造，如对于本领域技术人员来说显而易见的。如对于本领域技术人员来说也是显而易见的，磁场强度、场均匀性和均匀区域的尺寸的给定目标可以通过具有不同尺寸、间距和数量的许多不同布置的线圈来获得。设计者将基于对于所谈论的设计特定的其他约束来选取合适的布置。如图2中所示，除了线圈100和间隔件102之外，磁惰性端环104被设置在线圈结构10的轴向末端上。这些端环104可以是树脂浸渍的玻璃纤维长丝。它们可以具有大约40mm的轴向尺寸和等于邻近的线圈100的径向尺寸的径向尺寸。它们可以由卷绕的玻璃纤维或玻璃珠(glass bead)填料材料或类似物的浸渍形成。端环104或其等效物形成根据本专利技术的支撑结构的一部分。图3示出在如图2中示出的方向III上的端环104的轴向视图。根据明的实施例的特征，凹部106被设置在端环104的轴向最外侧端面中。在图示实施例中，凹部106是围绕端环104在四个位置处被竖直和水平地沿径向指向的槽。这是优选布置，如下面将讨论的，但其他布置也可能在本专利技术的范围内。可以根据期望使用任何数量的槽，例如三个或六个。它们被优选地但不是一定围绕端环104等间隔地布置。槽可以具有例如20mm至30mm的轴向尺寸。图4示出与端环104类似尺寸的支撑板108的轴向视图。图4中示出的视图是将邻近于端环104的轴向外表面放置的面，并因此对应
于在图2中示出的方向IV上的视图。支撑板108可以典型地由诸如不锈钢或铝等的非磁性结构材料形成。支撑托架110从支撑板108的表面突出。它们例如通过焊接被牢固地固定在适当位置。支撑托架的位置对应于在端环104中机加工出的槽106的位置。图5示出穿过完全组装好时的支撑托架110和周围结构的示意性截面。图5中的视图对应于穿过图4中的V-V的部分截面。图5图示出根据本专利技术的实施例的完整结构的一部分。线圈结构10的线圈100的轴向端部被示出在图5中，具有附接的端环104。示出了水平指向的槽10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括由支撑结构支撑的筒状超导线圈结构(10)的组件，其中：‑凹部(106)被设置在所述线圈结构的轴向端表面中；和‑所述支撑结构包括突出到所述凹部(106)内的支撑托架(110)，使得在所述支撑托架上的竖直载荷(143)支承所述线圈结构(10)的重量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 GB 1322808.51.一种包括由支撑结构支撑的筒状超导线圈结构(10)的组件，其中：-凹部(106)被设置在所述线圈结构的轴向端表面中；和-所述支撑结构包括突出到所述凹部(106)内的支撑托架(110)，使得在所述支撑托架上的竖直载荷(143)支承所述线圈结构(10)的重量。2.根据权利要求1所述的组件，其中所述线圈结构包括筒状线圈架，线圈卷绕到限定在所述筒状线圈架的径向外表面上的空腔内，并且所述凹部(106)被限定在所述线圈架的轴向端表面上。3.根据权利要求1所述的组件，其中所述线圈结构包括分别通过间隔件(102)分开的多个环形线圈(100)。4.根据权利要求1或3所述的组件，其中所述线圈结构在所述线圈结构(10)的轴向端部处包括端环(104)，并且所述凹部被限定在所述端环中。5.根据权利要求4所述的组件，其中所述端环(104)具有等于邻近的线圈(100)的径向尺寸的径向尺寸。6.根据前述任一项权利要求所述的组件，其中所述凹部包括径向槽(106)。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述径向槽在围绕所述线圈结构的所述轴向端表面的四个位置处被竖直且水平地指向。8.根据前述任一项权利要求所述的组件，其中至少一个凹部设置有金属件(139)以提供用于与所述支撑托架(110)接触的机械上坚固的界面表面(144)。9.根据权利要求8所述的组件，其中所述支撑托架(110)和/或所述金属件(139)被涂覆有低摩擦表面涂层。10.根据前述任一项权利要求所述的组件，进一步包括非磁性材料的支撑板(108)，所述支撑板承载从所述支撑板的轴向端表面突
\t出的所述支撑托架(110)，使得所述支撑托架的位置对应于所述凹部(106)的位置。11.根据权利要求10所述的组件，其中所述支撑板(108)被安装在包含所述线圈结构的低温制冷剂器皿(12)的孔管(120)上。12.根据权利要求10或11所述的组件，其中设置了背衬板(122)，并且支撑板(108)被机械地支撑在所述背衬板上。13.根据权利要求12所述的组件，其中所述背衬板(122)被安装在包含所述线圈结构的低温制冷剂器皿(12)的孔管(120)上。14.根据权利要求10或11所述的组件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·戴维斯，高蕴昕，M·H·亨普斯特德，M·J·朗菲尔德，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB