用于给HTS匀场装置充电的方法和磁体布置系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于利用充电装置(1)给设置在带有室温孔(4)的低温恒温器(3)中的超导电磁线圈的HTS匀场装置(2)充电的方法，所述HTS匀场装置(2)包括至少一个超导闭合的HTS匀场导体线路(C)和用于在HTS匀场导体线路(C)的一个部段中暂时中断超导状态的匀场开关(S)，其特征在于，所述充电装置(1)包括至少一个具有至少一个常导的充电线圈(P)的初级电路并且所述HTS匀场导体线路(C)构成次级电路，通过由充电线圈(P)产生的穿过由次级电路的磁通量的变化实现次级电路中的电流变化，在第一阶段中按任意的顺序至少暂时断开匀场开关(S)，用于在HTS匀场导体线路(C)的一个部段中中断超导状态，将充电线圈(P)定位到室温孔(4)中，并且至少对初级线圈中的电流进行改变；在第二阶段中，通过闭合所述匀场开关(S)使HTS匀场导体线路(C)超导闭合；并且在第三阶段中，在所述匀场开关(S)闭合的情况下，改变初级线圈中的电流和/或将充电线圈(P)从室温孔(4)中移出。

【技术实现步骤摘要】
用于给HTS匀场装置充电的方法和磁体布置系统
本专利技术涉及一种用于利用充电装置给设置在具有室温孔的低温恒温器中的超导电磁线圈系统的HTS(＝高温超导体)匀场装置充电的方法，所述HTS匀场装置具有至少一个超导闭合的HTS匀场导体线路和用于在HTS匀场导体线路的一个部段中暂时中断超导状态的匀场开关。此外，本专利技术还涉及一种用于执行根据本专利技术的方法的磁体布置系统。
技术介绍
在[03]中记载了一种HTS匀场装置和用于给所述HTS匀场装置充电的方法。例如由[01]、[02]、[03]和[09]已知超导闭合的HTS线圈，所述HTS线圈可以在电磁线圈系统中作为主磁体或主磁体的部分用于产生主磁场。为了给作为主磁体在电磁线圈系统中使用的超导线圈充电，已知不同的充电方法。根据[05]、[06]、[07]、[08]和[10]，为了给主磁体充电例如可以使用磁通泵。通过使用磁通泵将充电过程分成多个循环。但这会导致出现高充电时长。[12]公开了一种用于MRI主磁体的充电方法，其中，初级电路包括第一线圈，所述第一线圈的供电装置与第一开关并联。与第一线圈并联地连接第二线圈，第二线圈可以通过第二开关接通。第一线圈在一个实施形式中可以设置在低温恒温器中。第二线圈总是设置在低温恒温器之外，就是说设置在室温区域中并且与主线圈感应耦合。即使在利用[12]中记载的方法执行多个充电斜坡(Laderampe)之后也可能无法在主磁体中实现明显的电流提高。由[13]已知一种磁体布置系统，所述磁体布置系统具有主磁体，所述主磁体既具有LTS(＝低温超导体)线圈，也具有HTS线圈，所述HTS线圈通过感应耦合利用LTS线圈充电。HTS线圈特别是也用作匀场线圈，用于使主磁场均匀化，因为由HTS材料制成的匀场线圈能够改进HTS主磁体的磁场均匀度，其工作场或工作温度不允许将LTS材料用于匀场线圈。特别是由HTS涂层的导体线路[01]、[02]、[03]制成的超导闭合的匀场线圈的优点是，这种匀场线圈能够承载持续的电流，就是说不需要用于保持电流的电源装置。通过直接连接到电源装置上实现给这种线圈充电。为此，中断超导的匀场电流循环，其方式是，断开超导开关。利用与超导开关并联的电源装置直接将电流送入匀场电流循环中。在超导开关闭合之后，电流在匀场电流循环中持续流动并且电源装置的电流降低。由HTS涂层的导体线路组成的持久的匀场线圈由于其较小的电感，与具有多匝绕圈的卷绕的匀场线圈相比，通常需要明显更大的电流用来产生确定的场强。由[03]已知的充电方法因此具有这样的缺点，即，尺寸相应较大的供电线路会将很多热量从外部导入低温恒温器上。此外，在至少部分常导的供电线路中的高电流在充电过程期间附加地产生焦耳热。在浴冷却的低温恒温器中，这会导致低温浴更为快速的蒸发。在主动冷却的低温恒温器中，必须使用具有相应更高冷却功率的低温冷却器。[11]公开了一种具有匀场线圈的布置系统，所述匀场线圈感应式地由主磁体充电，从而避免了通过供电线路发生的热输入。由于HTS涂层的导体线路的特殊的拓扑结构(相对于由金属丝绕成的匀场线圈)，实际上无法实现多个这种导体线路之间良好的感应脱耦，因此，多个匀场线圈的充电难以进行。在[04]中公开了一种超导的磁体布置系统和一种充电方法，所述磁体布置系统和充电方法使得可以通过共同的电流供应线路同时给多个感应耦合的匀场线圈充电。但这种电路需要专门的适用于低温的半导体开关(例如MOSFET)以及附加的用于调节最终电流的测量电阻。由于附加的信号和控制线路导致的布线和对匀场线圈的控制非常复杂。此外，精确的电流调整所需的对超导开关时间上精确的切换也很难实现。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，提出一种用于给持续的HTS匀场装置充电的方法，其中可以抑制相低温恒温器中的热输入并且利用少量材料消耗就实现了以确定的期望电流对HTS匀场导体线路进行高效充电。此外，应提出一种具有充电装置的磁体布置系统，利用所述充电装置能相应地给HTS匀场装置充电。根据本专利技术，所述目的通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求9的磁体布置系统来实现。根据本专利技术，所述充电装置包括常导的充电线圈、至少一个供电装置和供电线路，并且所述充电装置构成至少一个初级电路。所述HTS匀场装置包括HTS匀场导体线路和匀场开关并且构成次级电路。在次级电路中，感应式地通过由充电线圈产生的通过由HTS匀场导体线路包围的面的磁通量的变化实现改变电流(次级电流变化)，在第一阶段中按任意的顺序至少暂时断开匀场开关，以便在HTS匀场导体线路的一个部段中中断超导状态，将充电线圈定位到低温恒温器的室温孔中，并且至少对初级线圈中的电流进行改变。在第二阶段中，通过闭合所述匀场开关使HTS匀场导体线路超导地闭合。在第三阶段中，在所述匀场开关闭合的情况下，改变初级线圈中的电流和/或将充电线圈从室温孔中移出。在第一和第二阶段中初级电路中电流的改变在下面称为初级电流调整。通过所述方法，这样充电的HTS匀场装置的磁场与电磁线圈系统的主磁体的磁场叠加，从而对电磁线圈系统在工作空间中产生的磁场的空间分布和/或空间均匀性进行调整。根据按本专利技术的方法，感应式地给HTS匀场装置充电。为此，使用常导的充电线圈，所述充电线圈设置在低温恒温器的室温孔中。由此，除了匀场开关的热量，防止出现向低温恒温器中的热输入。所述充电线圈由供能装置供电，所述供能装置位于低温恒温器之外。将充电线圈定位在室温孔中优选通过在第一阶段中将充电线圈导入室温孔来实现或者这样来实现，即充电线圈在前面的充电过程中没有从室温孔中移出。在断开匀场开关时，尽管次级电流保持电短接，但在匀场开关的区域中是常导或有电阻的。这例如可以通过在匀场开关的区域中进行温度加载来实现。备选或附加地，也可以使超导的次级电路中断，其方式是，在匀场开关的范围内产生强磁场或电磁交变场。在匀场开关闭合时，次级电路超导闭合。向次级电路中送入电流、即实际的充电过程在第三阶段中在匀场开关闭合的情况下进行。这里作为改变由充电线圈产生的通过HTS匀场导体线路包围的面的磁通量的结果感应式地调整次级电路中的电流。第一阶段用于对在第二阶段之后或在第三阶段之前穿过由超导闭合的HTS匀场导体线路包围的面的磁通量进行适配调整。这个磁通量由充电线圈和HTS匀场导体线路之间的互感与在充电线圈中流动的电流(初级电流)的乘积得出。这样，例如可以利用初级电流调整在第一阶段中将磁通量调整到这样的值，所述值在完全消除这个磁通量时(通过充电线圈完全放电和/或从室温孔中移除充电线圈)在第三阶段中在匀场开关闭合时恰好导致在HTS匀场导体线路中感应生成希望的期望电流。必要时，在第一阶段中可以附加地进行初级电流调整，以便检查次级电路的放电(见下文)。为了在磁体线圈系统中实现希望的磁场分布必须在匀场线圈中流动的期望电流通常如下所述确定。利用磁场传感器(例如霍尔传感器或NMR试样)首先测量在工作空间中由主磁体产生的磁场。然后基于匀场线圈的几何形状计算，以怎样的电流使不同的匀场线圈产生按希望对在工作空间中测得的磁场进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于利用充电装置(1、1’)给设置在带有室温孔(4)的低温恒温器(3)中的超导电磁线圈的HTS匀场装置(2)充电的方法，所述HTS匀场装置(2)包括至少一个超导闭合的HTS匀场导体线路(C、C

【技术特征摘要】
20181210 DE 102018221322.41.用于利用充电装置(1、1’)给设置在带有室温孔(4)的低温恒温器(3)中的超导电磁线圈的HTS匀场装置(2)充电的方法，所述HTS匀场装置(2)包括至少一个超导闭合的HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)和用于在HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)的一个部段中暂时中断超导状态的匀场开关(S、S1、…、Sn)，
其特征在于，
所述充电装置(1、1’)包括至少一个常导的充电线圈(P、P1、...、Pm)、至少一个供能装置(7)和供电线路(6)并且所述充电装置构成至少一个初级电路，并且所述HTS匀场装置(2)构成至少一个次级电路，
通过由充电线圈(P、P1、...、Pm)产生的穿过由HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)包围的面的磁通量的变化感应式地使次级电路中的电流变化，
在第一阶段(Ph1)中按任意的顺序至少暂时断开所述匀场开关(S、S1、…、Sn)，以便在HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)的一个部段中中断超导状态，将充电线圈(P、P1、...、Pm)定位到低温恒温器(3)的室温孔(4)中，并且至少使初级电路中的电流发生改变；
在第二阶段(Ph2)中，通过闭合所述匀场开关(S、S1、…、Sn)使HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)超导闭合；并且
在第三阶段(Ph3)中，在所述匀场开关(S、S1、…、Sn)闭合的情况下，改变初级线圈中的电流和/或将充电线圈(P、P1、...、Pm)从室温孔(4)中移出。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一阶段(Ph1)中，为了调整初级电路中的电流，使初级电路中的电流升高，并且
为了适应性调整初级电路中的电流，在第三阶段(Ph3)中使初级电路中的电流降低。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了对次级电路进行放电，在第一阶段(Ph1)中，在次级电路超导短路闭合时，这样调整充电线圈(P、P1、...、Pm)中的电流，使得次级电路中的电流降低到0。


4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在第一阶段(Ph1)中，在匀场开关(S、S1、…、Sn)断开之后实现初级电路中的电流的至少一次改变。


5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
所述HTS匀场装置(2)包括n>1个HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)，这些HTS匀场导体线路分别与一个匀场开关(S、S1、…、Sn)形成一个次级电路，所述次级电路的各所述HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)感应式地相互耦合，
确定各次级电路的匀场开关(S、S1、…、Sn)的开关断开和开关闭合的次序和初级电路中的电流变化的次序，在
所确定的次序之内，一个次级电路的匀场开关(S、S1、…、Sn)的每个最后一次闭合之后，执行对初级电路中的电流的改变，
对于各过程的所确定的次序，这样来计算在初级电路中的电流变化的大小，即，使得所有通过改变初级电路中的电流和通过开关断开而在每个次级电路中感应产生的电流对应于期望电流，此时对HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)相互间的感应耦合和充电线圈(P、P1、...、Pm)与HTS匀场导体线路(C、C1、…、Cn)之间的感应耦合加以考虑。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在一个次级电路的匀场开关(S、S1、…、Sn)在所述次序之内的最后一次闭合之后，在另一个次级电路的匀场开关(S、S1、…、Sn)在所述次序之内最后一次闭合之前，对初级电路中的电流进行改变。


7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·古恩特，R·绍韦克尔，
申请(专利权)人：布鲁克瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH