圆柱超导磁体线圈结构及其制造和组装方法技术

一种圆柱形超导线圈组件，包括堆叠在一起并由保持结构保持在适当位置的多个单独线圈单元，每个线圈单元包括树脂浸渍的环形超导线圈，其在其轴向末端处与非铁磁材料的相应环结合。

Cylindrical superconducting magnet coil structure, manufacturing and assembling method thereof

A cylindrical superconducting coil assembly includes stacked together and by keeping the structure remains in a separate unit coil position, each coil unit includes an annular coil resin impregnated, the binding in the corresponding ring at the end of the axial and non ferromagnetic material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】圆柱超导磁体线圈结构及其制造和组装方法
本专利技术提供了例如在磁共振成像(MRI)系统中使用的圆柱形超导磁体线圈结构。这样的磁体必须被冷却到低于所使用的超导线的转变温度，这需要将超导磁体线圈结构放置在低温恒温器中以将其与环境温度隔离。
技术介绍
图1示出了包括致冷剂容器12的低温恒温器的示例常规布置。超导磁体包括位于致冷剂容器12内的线圈结构10，其本身保持在外部真空室(OVC)14内。一个或多个热辐射屏16设置在在致冷剂容器12和外部真空室14之间的真空空间内。在一些已知的布置中，制冷机17安装在位于为此目的而设置的转台18中的制冷机套15中，并朝向低温恒温器的侧部。可选地，制冷机17可位于访问塔19内，其保持安装在低温恒温器顶部的访问颈(通风管)20。制冷机17提供主动制冷以冷却致冷剂容器12内的致冷剂气体，在一些布置中，通过将其冷凝成液体来冷却致冷剂气体。制冷机17还可以用于冷却辐射屏16。如图1所示，制冷机17可以是两级制冷机。第一冷却级热连接到辐射屏蔽16，并且提供到第一温度的冷却，通常在80-100K的范围内。第二冷却级将致冷剂气体冷却到低得多的温度，通常在4-10K的范围内。
技术实现思路
本专利技术提供了一种如上所述的超导磁体线圈结构10，其可以放置在致冷剂容器12内，或者通过其它方式冷却。在常规超导磁体结构的示例中，线圈缠绕到限定在(例如铝制的)圆柱形线圈架的径向外表面上的腔中。然后用热固性树脂浸渍线圈。在多个线圈卷绕和同时浸渍的任何这样的方法中，存在不能校正一个线圈中的制造缺陷的风险，导致整个浸渍结构的废弃。制造缺陷(如电短路和浸渍故障)是已知的，但是直到浸渍完成并且将结构从其模具中移除后，制造缺陷才会变得明显。有利的是提供一种用于制造超导线圈组件的方法，其中可以检查单个线圈的缺陷，并且如果需要，单个线圈可在浸渍步骤之后更换。本专利技术提供了一种超导磁体线圈结构，其解决了上述传统结构的一些缺点。本专利技术特别涉及所谓的“串联结合(seriallybonded)”结构的超导线圈组件。在这种布置中，线圈通过间隔件连接，以保持期望的轴向间隔和轴向对准。线圈和间隔件结合在一起以形成自支撑结构。本专利技术还寻求提供一种结构和组装技术，其允许线圈正确对准，并且允许在制造期间通过使用单独的线圈单元更换有缺陷的线圈，并且允许调整线圈的相对位置。因此，本专利技术提供如所附权利要求中限定的结构和方法。附图说明从下面结合附图的某些实施例的描述中，本专利技术的上述和进一步的目的、特征和优点将变得更加明显，其中：图1示意性地示出了超导磁体在低温恒温器内的常规布置；图2示意性地示出了可以应用本专利技术的串联结合的线圈组件的半横截面；图3示意性地示出了根据本专利技术的实施例的部分卷绕线圈单元；图4示意性地示出了根据本专利技术的实施例的线圈单元的制造中的后续步骤；图5A-5E示意性地示出了根据本专利技术的方法中的某些步骤制造线圈单元的方法中的步骤；图6示意性地示出了根据本专利技术的一个方面的线圈单元；图7示意性地示出了根据本专利技术实施例的线圈结构；图8示意性地示出根据本专利技术的另一实施例的部分卷绕线圈单元；图9示意性地示出了根据本专利技术实施例的线圈单元的制造中的后续步骤；图10示意性地示出根据本专利技术的实施例的线圈单元；图11-13示意性地示出根据本专利技术的某些实施例的线圈结构；图14示意性地示出了根据本专利技术的实施例的线圈组件的透视图；图15示意性地示出形成在线圈单元的轴向端面中的互补的凹部和突起；和图16示意性地示出了根据本专利技术的实施例的一个方面的多线圈单元的制造中的步骤。具体实施方式本专利技术涉及串联结合的线圈结构。串联结合的线圈结构10的一个例子在图2中示出为示意性半截面。该结构基本上关于轴线A-A旋转对称。术语“径向”和“轴向”和类似术语在本文中将用于表示分别为“垂直于轴线A-A并在包含轴线A-A的平面中延伸”和“与轴线A-A平行或重合”的方向和尺寸。类似地，诸如“外”和“内”的术语是指与轴A-A的中心的相对接近性。对于MRI磁体，尺寸r通常为约50cm，尺寸z通常为约150cm，对于典型的NMR磁体，尺寸z为更小的尺寸。提供多个超导线材的线圈100，每个线圈100用诸如热固性树脂的材料浸渍，如本身常规的那样。线圈100由间隔件102隔开。间隔件可以由诸如电阻性铜线的线构成，缠绕成线圈并用浸渍材料(例如热固性树脂)浸渍；或者可以由诸如玻璃纤维布或长丝的惰性材料构成，缠绕并用类似的浸渍材料浸渍。线圈具有确定为实现其作为磁场源的功能并且允许鲁棒且不过度麻烦的制造的轴向和径向尺寸，这对于本领域技术人员将是显而易见的。对于本领域技术人员显而易见的是，同质区域的磁场强度、场均匀性和尺寸的给定目标可以通过具有不同尺寸、间距和数量的多个不同的线圈布置来实现。设计者将基于所讨论的设计特有的其他约束来选择适当的布置。根据本专利技术的一个方面的制造这种串联结合的线圈结构10的示例性方法可以如下进行。在本专利技术的实施例中，线圈组件10不是由通过热固性树脂或类似物结合在一起的单独的线圈100和间隔件102形成，而是单独形成和浸渍的线圈单元可以堆叠在一起并且通过保持结构保持在适当位置。优选地，在这种布置中，提供一些对准结构以确保线圈和间隔件在组装期间被正确对准，并且在其整个使用寿命期间保持正确对准。例如，如图14所示，互补的凹部80和突起82可以形成在线圈单元的轴向端面中。在优选的布置中，如图13所示，在所有线圈单元的轴向端面中设置凹部38，其中榫钉40放置在相邻的线圈单元的凹部内，以确保所需的对准。一旦组装，根据本专利技术的某些实施例，线圈单元可以彼此结合。在本专利技术的其它实施例中，线圈单元可以机械地固定在一起，例如通过压缩或通过螺栓布置。图3示出了根据本专利技术的一个方面的特别优选的组装方法中的步骤。部分完成的线圈单元的所示轴向半剖面关于轴线A-A对称。GRP、PTFE或类似物的非铁磁性环30被预成形，并被放置在模具32中以限定待缠绕的线圈的轴向末端。模具32可以是如图所示的多零件模具，其可以在完成时拆卸以移除模制结构。然后将超导线材34在环30之间缠绕在模具中，以形成线圈100，如图3中部分完整地示出。如图4所示，一旦线圈完成，然后闭合模具，然后用使或允许硬化的热固性树脂或类似物浸渍所得的环/线圈结构36。所得到的结构包括自支撑的浸渍线圈100，其在其轴向末端结合到非铁磁环30。这在本文中将被称为“线圈单元”。间隔环30可以使用与用于磁体线圈相同的工具制造。例如，工具可以在两阶段工艺中使用，首先将卷绕的玻璃布或可选的纤维材料(诸如玻璃原丝或碳纤维布)卷绕和浸渍到模具中，然后移除工具的浸渍玻璃布的任一侧的部分，并且将超导线材缠绕在已经浸渍的间隔环之间。在间隔环中使用的浸渍材料可以在超导线材缠绕在环间之前引起或允许其硬化。可选地，可以在间隔环中使用的浸渍材料未固化的状态下，缠绕超导线，执行单个固化步骤以使或允许环或线圈的浸渍材料硬化在一起。这种方法的优点是减少制造间隔环的时间和成本，并且提高精度。这样的实施例在图5A-5E中示出。图5A示出了多零件模具32，超导线圈100和间隔环30将被缠绕和浸渍到该多零件模具32中。在图5A所示的构造中，留出用于形成间隔环30的空腔33。图5B示出缠绕到图5A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱形超导线圈组件(10)，包括堆叠在一起并由保持结构(80、82；38、40；52、54)保持在适当位置的多个单独线圈单元(36；44；46)，每个线圈单元包括在其轴向末端处结合到非铁磁材料的相应环(30)的树脂浸渍的环形超导线圈(100)，其中所述保持结构包括形成在所述线圈单元的轴向端面中的互补的凹部(80)和突起(82)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.07 GB 1413974.51.一种圆柱形超导线圈组件(10)，包括堆叠在一起并由保持结构(80、82；38、40；52、54)保持在适当位置的多个单独线圈单元(36；44；46)，每个线圈单元包括在其轴向末端处结合到非铁磁材料的相应环(30)的树脂浸渍的环形超导线圈(100)，其中所述保持结构包括形成在所述线圈单元的轴向端面中的互补的凹部(80)和突起(82)。2.一种圆柱形超导线圈组件(10)，包括堆叠在一起并由保持结构(80、82；38、40；52、54)保持在适当位置的多个单独线圈单元(36；44；46)，每个线圈单元包括在其轴向末端处结合到非铁磁材料的相应环(30)的树脂浸渍的环形超导线圈(100)，其中所述保持结构包括设置在相邻线圈单元的轴向端面中的相应位置处的凹部(38)并且其中榫钉(40)被放置在相邻线圈单元的凹部内。3.根据权利要求1或2所述的圆柱形超导组件，其中所述线圈单元中的至少一个线圈单元(86)包括多个线圈(100a；100b)，使非铁磁材料的环(30)位于相邻线圈之间。4.根据权利要求2所述的圆柱形超导组件，其中所述榫钉(40)中的每个榫钉短于其中放置有所述榫钉的凹部(38)的深度的总和。5.根据权利要求2或4所述的圆柱形超导组件，其中所述榫钉和凹部具有圆形横截面。6.根据权利要求2、4或5所述的圆柱形超导组件，其中所述榫钉(40)紧密地配合到所述凹部(38)中。7.根据权利要求2、4至6中任一项所述的圆柱形超导组件，其中所述凹部(38)和榫钉(40)在相应的线圈单元(36)内定位在在所述线圈(100)的径向量内。8.根据任一前述权利要求所述的圆柱形超导组件，其中在所述线圈单元中的至少一个线圈单元中，所述超导线圈(100)仅部分地填充所述环(30)的径向量。9.根据权利要求8所述的圆柱形超导组件，其中在所述线圈(100)的径向外表面上设置树脂浸渍填充材料(42)，所述树脂浸渍填充材料(42)填充所述环(30)之间的空间。10.根据权利要求2所述的圆柱形超导组件，其中，在所述线圈单元中的至少一个线圈单元中，所述超导线圈(100)仅部分地填充所述环(30)的径向量；在所述线圈(100)的径向外表面上设置树脂浸渍填充材料(42)，所述树脂浸渍填充材料(42)填充所述环(30)之间的空间，并且所述凹部(38)和所述榫钉(40)定位在线圈单元(44)的填充材料(42)的径向量f内。11.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱形超导组件，其中所述线圈单元彼此结合。12.根据权利要求1-10中任一项所述的圆柱形超导组件，其中所述线圈单元彼此不结合，对所述线圈结构(10)的轴向端部施加机械压缩以确保所有线圈单元保持在适当位置。13.根据权利要求12所述的圆柱形超导组件，其中所述机械压缩通过设置在所述线圈结构(10)周围的机械框架施加。14.根据权利要求12所述的圆柱形超导组件，其中所述机械压缩通过张力带施加。15.根据权利要求8所述的圆柱形超导组件，其中，关于至少一个线圈单元，所述环(30)具有比所述线圈(100)的外径更大的外径，所述环的径向外部部分(48)设有通孔(50)，张力杆(52)穿过所述通孔并且在所述线圈结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·戴维斯，M·J·朗菲尔德，D·W·福特，
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