超导磁体组件制造技术

一种超导磁体装置包括：磁场线圈组件，其具有线圈绕组，所述线圈绕组在工作时是电超导的，所述磁场线圈组件在连接端口之间电路连接以用于电压供应；以及切换模块，其将所述磁场线圈组件的线圈绕组的子段在其电超导状态和电阻状态之间切换，所述子段形成在所述连接端口之间电路连接的切换线圈。在切换线圈和(一个或多个)磁场线圈都超导的并承载恒定电流的工作状态下，(一个或多个)磁场线圈和切换线圈共同生成稳定磁场。根据本发明专利技术，开关绕组对磁场有显著贡献。磁场线圈组件的线圈绕组可以在其电超导状态和电阻状态之间切换，从而形成切换线圈。也就是说，切换线圈形成磁场线圈组件的部分并对由磁场线圈组件生成的磁场有显著贡献。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超导磁体组件
本专利技术涉及包括磁场线圈组件的超导磁体装置，该磁场线圈组件具有线圈绕组，该线圈绕组在工作时是电超导的并且以持久模式工作。特别地，本专利技术涉及用于磁共振检查系统的超导磁体。
技术介绍
M.Wilson在他的著作《超导磁体》(牛津大学出版社，1983年，ISBN0-19-854805-2)的11.2节中解释了超导磁体的持久模式工作。通过将超导开关与超导磁场生成线圈串联连接来实现超导磁体的持久模式工作。该开关包括一定长度的超导线材，该超导线材缠绕在支撑结构上，不会对磁体的磁场产生影响。在持久工作中，超导磁体承载全部的磁体电流。将开关加热到超导转变温度以上的温度会使开关变为电阻性开关。然后能够使用与开关并联连接的电源来改变磁场生成线圈中的电流。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供制造成本较低的超导磁体。根据本专利技术，通过一种超导磁体装置来实现该目的，所述超导磁体装置包括：磁场线圈组件，其具有线圈绕组，所述线圈绕组在工作时是电超导的，所述磁场线圈组件在连接端口之间电路连接以用于电压供应；以及切换模块，其用于将所述磁场线圈组件的线圈绕组的子段在其电超导状态和电阻状态之间切换，所述子段形成在所述连接端口之间电路连接的切换线圈。本专利技术的磁体装置的工作类似于Wilson描述的持久模式工作，不同之处在于：超导开关的功能是由磁场生成线圈段或能够被加热的线圈绕组来执行的。与现有技术的工作的主要区别在于以下事实：现有技术的超导开关不会生成任何显著的磁场，也不会生成任何显著的电感，而切换线圈确实会影响磁体的磁场，并且确实会具有显著的电感。磁场线圈组件的线圈绕组的子段可以在其电超导状态和电阻状态之间切换，从而形成切换线圈。通过将切换线圈设置到其电阻状态并且在切换线圈两端连接电源，能够使本专利技术的磁体装置的磁场斜坡上升。可以将任选地可拆卸的电源连接到连接端口，以在(一个或多个)切换线圈两端施加电压。电源可以被布置为在连接端口两端以正电压或负电压提供电流。在连接端口两端施加电压会引起磁路的超导部分中的电流，从而以与电压成比例的比率增加。温暖的(即，电阻性)切换线圈没有承载大量电流。当通过(一个或多个)磁场线圈的电流达到其预设最终值时，连接端口两端的电压被设置为零，切换线圈被设置到其超导状态，并且由电源供应的电流斜坡下降到零。当切换线圈处于其超导状态时，它与其他磁场生成线圈形成完全超导的闭环，持久的电流能够在该闭环中循环。随着来自电源的电流减小到零，切换线圈中的电流会增加，直到达到最终状态，在最终状态下，所有线圈(即，包括磁体的切换线圈的磁场线圈)都承载相同的电流。在该最终状态下，磁路中的循环电流通常将低于使切换线圈超导时的电流。为了获得期望的最终电流，必须将斜坡结束处的最大电流设置得更高一些。在来自电源的电流减小到零之后，能够将电源热断开和电断开。能够使用继电器开关来断开电源引线。在切换线圈和(一个或多个)磁场线圈都超导并承载恒定电流的工作状态下，(一个或多个)磁场线圈和切换线圈共同生成稳定磁场。根据本专利技术，这些开关绕组对磁场有显著影响。换句话说，根据本专利技术，可以将磁场线圈组件的线圈绕组在其电超导状态和电阻状态之间切换，从而形成切换线圈。或者，切换线圈形成磁场线圈组件的部分并且对由磁场线圈组件生成的磁场有显著影响。切换线圈可以是串联连接的若干切换线圈的组件。如果大致5-10％的磁体线材形成(一个或多个)切换线圈，则该构思最为有效。该长度能够是MRI磁体的一个或多个完整的线圈段。替代地，该长度也能够仅是单个完全绕组段的部分。优选使磁体系统中的(一个或多个)切换线圈和非切换线圈的配置相对于z＝0的中平面镜像对称，因为这样允许使用现有的失超检测和保护方法。正如Wilson所描述的那样，除了在外部电源的斜坡下降期间磁体电流发生变化之外，将磁体带入磁场并将磁体置于持久模式的流程与使常规的持久模式磁体的斜坡上升相同。优选地，(一个或多个)切换线圈和(一个或多个)磁场线圈被几何地布置并且具有相应数量的绕组，使得稳定磁场在空间上是均匀的。这使得超导磁体系统适合用于磁共振检查系统。用于将切换线圈(组件)在其电阻状态和超导状态之间切换的切换模块能够被实施为可切换加热器，以将(一个或多个)切换线圈的绕组的温度在其超导临界温度以上的值与在其超导临界温度以下的值之间调节。替代地，可以向(一个或多个)切换线圈施加局部射频电磁场，以将(一个或多个)切换线圈从其超导状态改变为其电阻状态。除了启动加热器之外，抑制对(一个或多个)待切换的线圈段的主动冷却来防止磁体的冷却系统过载将是有利的。(一个或多个)切换线圈可以与其他线圈充分热隔离，从而能够使其不超导，而不会有使(一个或多个)其他磁场线圈失超的风险。因此，该构思最适合用于超导线圈位于真空空间并通过制冷系统冷却的磁体中。本专利技术使得能够在不需要单独的持久电流开关的情况下使超导磁体装置斜坡上升和斜坡下降。因此，不需要采取步骤来避免持久电流开关的任何磁场干扰稳定磁场。而是，本专利技术使得(一个或多个)切换线圈能够增加稳定磁场的场强和均匀性，并且/或者有助于主动地将环境与磁体的杂散磁场屏蔽。也就是说，(一个或多个)切换线圈和(一个或多个)磁场线圈共同工作以生成稳定磁场。使用磁场生成线圈作为开关元件的主要优点在于：可以以相对较低的成本实现开关元件的高电阻态电阻。斜坡变化期间的耗散等于斜坡变化的电压的平方除以该开路电阻；例如，为了将这种耗散限制在1W以下，对于高达10V的典型的斜坡变化电压，该电阻约为100Ω。切换线圈的开路电阻直接与开关中的线材的长度成比例。常规的持久电流开关被形成为不生成磁场的单独电路元件，这样的常规的持久电流开关将需要较长的开关线材长度，这只会增加成本。使用线圈线材实现开关功能的另一优点在于：无需使用具有高电阻率矩阵的特殊开关线材即可获得较高的常态电阻。(一个或多个)切换线圈能够被标准的纯铜稳定导体缠绕，从而提高了磁体在正常工作中的稳定性并降低了自发失超的风险。可以以相反的顺序运行斜坡上升流程，从而使磁体斜坡下降。在连接外部电源之后，其电流必须斜坡上升以将(一个或多个)切换线圈中的电流减小到接近零的值。然后使(一个或多个)切换线圈不超导，在此之后，外部电流缓慢减小到零。这需要在磁体的连接端口(端子)两端的与电流流动相反的电压。能够通过将耗散元件(电阻器、二极管)与电源串联连接或者通过利用二极管对电源进行旁路处理并然后中断通过电源的电流来获得该负电压。这样的二象限电源的许多实施例本身是已知的，并且在常规的MRI磁体上使用的任何这样的电源将适合用于本专利技术的磁体组件，该磁体组件利用基于(一个或多个)切换线圈的开关的构思。如果无法接通外部电源以将(一个或多个)切换线圈中的电流减小到零(例如，在(主)电源故障的情况下)，则可以连接移能电阻器或二极管并激活(一个或多个)切换线圈(具有电池供应的备用电源)中的加热器。这会使切换线圈失超，但是如果切换线圈的内部能量足够小，以至于该事件不会导致其余线圈段完全失超，则系统磁体将自动进入其放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导磁体装置，包括：/n磁场线圈组件，其具有线圈绕组，所述线圈绕组在工作时是电超导的，/n所述磁场线圈组件在连接端口之间电路连接以用于电压供应；以及/n切换模块，其用于将所述磁场线圈组件的线圈绕组的子段在其电超导状态和电阻状态之间切换，所述子段形成在所述连接端口之间电路连接的切换线圈。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171114 EP 17201479.71.一种超导磁体装置，包括：
磁场线圈组件，其具有线圈绕组，所述线圈绕组在工作时是电超导的，
所述磁场线圈组件在连接端口之间电路连接以用于电压供应；以及
切换模块，其用于将所述磁场线圈组件的线圈绕组的子段在其电超导状态和电阻状态之间切换，所述子段形成在所述连接端口之间电路连接的切换线圈。


2.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其中，所述切换线圈的电感小于所述磁场线圈组件的电感。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的超导磁体装置，包括承载所述磁场线圈组件的支撑结构，其中，在所述切换线圈与所述支撑结构之间提供热隔离。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的超导磁体装置，其中，当处于其超导状态时，所述切换线圈与所述磁场线圈组件以串联方式电路连接。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的超导磁体装置，其中，所述磁场线圈组件包括多个磁场线圈，所述多个磁场线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·奥弗韦格，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL