平行、简化、无线圈架的多线圈超导磁体结构制造方法技术

本发明专利技术涉及平行、简化、无线圈架的多线圈圆柱形超导磁体结构制造方法。用于制造无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体的方法，以及可以通过这样的方法形成的无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体结构。柱形超导磁体结构。柱形超导磁体结构。

【技术实现步骤摘要】
平行、简化、无线圈架的多线圈超导磁体结构制造方法


[0001]本专利技术涉及制造无线圈架的(formerless)多线圈圆柱形超导磁体的方法，以及通过这样的方法制造的圆柱形超导磁体。这样的磁体可以用作磁共振成像(MRI)系统中的主磁场发生器。

技术介绍

[0002]常规地，圆柱形超导磁体是使用成形器制造的；或者是使用外部套筒制造的。由交替的环形线圈和环形间隔件组成的最近的无线圈架的磁体是已知的，但是该无线圈架的磁体可能是通过复杂且不可靠的制造方法制造的。本专利技术旨在提供用于制造无线圈架的圆柱形超导磁体的更简单、更可靠的制造方法，并且提供改进的无线圈架的圆柱形超导磁体。
[0003]铝或复合材料成形器通常用于“湿”磁体(通过与液态冷冻剂直接接触而冷却的磁体)和“干”磁体(没有通过与液态冷冻剂直接接触而冷却的磁体)。例如，超导导线卷绕在成形器上并且可以保持未浸渍，或者可以使用环氧树脂浸渍。这样的磁体结构也可以是湿卷绕的，也就是说，使用已经涂覆有环氧树脂的导线进行卷绕，而不是在卷绕之后进行真空浸渍。虽然这样的成形器的使用在线圈尺寸、形状和位置方面提供了良好的精度，但是成形器价格昂贵，并且必须占据线圈的径向内表面上的空间，从而增加了线圈的所需直径，并且使线圈远离成像体积。这两种影响都会增加所需的导线匝数。考虑到线圈布局所需的几何形状，线圈直径的增加带来了增加线圈之间的轴向间距的需要。这些影响增加了导线成本以及磁体的总长度和质量。
[0004]已经采用外部套筒线圈，在该外部套筒线圈中，螺线管具有外部机加工套筒以约束它们并且减少环向应力。所需的套筒制造起来往往很昂贵，特别是当由锻件制成时。所需的线圈机加工也很昂贵。包括多个线圈的组件也可以在外部套上套筒，但是这样的布置甚至具有更高的成本和复杂性，这是因为套筒通常形成为若干件以使得能够进行组装，并且所有线圈必须以非常高的精度加工或模制。
[0005]某些无线圈架的线圈是已知的，并且可以例如被称为“串联粘结磁体”或“SBM磁体”。SBM磁体可以使用堆叠有环形间隔件的各个线圈进行组装，但是这样的方法会导致制造时间长和磁体组件中制造公差堆叠，从而使得该方法不适用于批量制造的磁体。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术寻求提供制造无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体的方法，所述方法比已知方法更简单且更精确，并且与已知方法相比可以以降低的成本使用。本专利技术还提供可以通过这样的方法生产的无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体。
[0007]因此，本专利技术提供了根据本
技术实现思路
的方法和装置。
附图说明
[0008]根据以下结合附图以非限制性示例的方式给出的对本专利技术的某些实施方式的讨
论，本专利技术的以上以及其他目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
[0009]图1示出了可以在本专利技术的实施方式中使用的心轴的示例；心轴具有卷绕在其上的标记为14的薄复合包裹物，该包裹物可以使用树脂浸渍织物或湿卷绕方法卷绕在心轴上；然后在组装其他部件之前，将该包裹物固化并且机加工成圆柱体；
[0010]图2示出了本专利技术的方法中的步骤，其中，将间隔环装配至图1的心轴；将端部凸缘24装配至心轴的端部；对准梳形工具26确保了间隔环在将它们固定至包裹物之前处于正确的轴向位置；
[0011]图3A和图3B示出了本专利技术的将间隔环固定至包裹物的方法，其中，将间隔环在预定的轴向位置附接至心轴；
[0012]图4示出了本专利技术的方法中的后续步骤，其中，已经将超导线圈卷绕至心轴上，形成由间隔环限定的体积；
[0013]图5示出了可以通过本专利技术的方法制造的完整的无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体；示出了完整的磁体，已浸渍并且移除了工具；
[0014]图6A示出了用于使包裹物14装配至如图2所示的心轴的湿卷绕或树脂浸渍材料的详细视图；
[0015]图6B示出了通过使用螺旋卷绕的薄复合条带形成薄包裹物的替选实施方式；
[0016]图6C示出了通过使用未对准的复合树脂浸渍织物材料条带形成薄包裹物的另一替选实施方式；
[0017]图7示出了根据本专利技术的另一实施方式的替选方法中的步骤，其中，使用易碎销72将间隔环20固定至心轴，并且使用端板78代替端部凸缘24；
[0018]图8示出了可以通过本专利技术的方法制造的完整的无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体90，其中，使用易碎销72固定间隔环；易碎销72在心轴拔出期间被剪切，并且优选地例如通过凹槽被削弱，以确保易碎销72在心轴拔出期间在正确位置处被剪切；
[0019]图9示出了可以用于在根据本专利技术的方法的步骤中使用的装置中对准间隔件的易碎销72的细节；以及
[0020]图10示出了下述示例实施方式，在该示例实施方式中，在卷绕线圈之前将织物层66施加至心轴10，以便在不需要心轴的直径变化的情况下增加线圈的直径。
[0021]图8被示出为轴向横切，而其余附图被示出为全轴向或部分轴向截面。
具体实施方式
[0022]存在用于制造SBM磁体的已知方法。它们通常涉及阶梯式心轴，其中，心轴的外径向表面是阶梯式的；制造适当尺寸的间隔环，并且对接抵靠这些阶梯，以确保正确定位，并且线圈卷绕在如此定位的间隔环之间。
[0023]然而，心轴的阶梯式有效地增加了其厚度，并且导致线圈的内径增加，进而增加了导线的成本，并且相应地增加了磁体的轴向长度、质量和成本。通过简单地将间隔件抵靠在阶梯上来依靠间隔件的定位，在线圈卷绕期间可能会发生间隔件的一些移动，从而导致磁体的线圈不能精确地定位在成品结构中。本专利技术能够使用无阶梯心轴。正确定位的间隔件确保了线圈在成品磁体结构中的正确位置和间距。
[0024]本专利技术旨在提供一种“平行”SBM磁体，即具有恒定或近似恒定内径的SBM磁体。这
可以通过使用无阶梯的但具有平行壁或略微锥形的壁的心轴来实现，以帮助心轴拔出。这样的结构提供了某些优点，例如，与形成在阶梯式心轴上的磁体相比，降低了导线成本，并且消除了成品结构中已经发现会导致高应力区域的阶梯。通过在卷绕线圈之前在心轴上添加玻璃纤维织物层，可以略微增加各个线圈的内径，同时保持整个结构的恒定或略微锥形的内径。这可能需要实现所需的均匀性，同时优化所需的导线数量。下面在图10的描述中提供了该可选布置的更多细节。
[0025]图1以轴向截面示出了可以在本专利技术的方法中使用的示例心轴。心轴基本上关于轴线A
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A旋转对称，并且关于中心平面C
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C反射对称。心轴具有平行的边、或带有小锥形的近似平行的边。在本描述中，“轴向”和类似术语将表示平行于轴线A
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A的方向，而“径向”和类似术语将表示垂直于轴线A
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A的方向。
[0026]心轴10本身是中空圆柱体，在一些实施方式中具有略微的圆锥形。心轴可以是铝、不锈钢或能够保持精细光洁度的一些其他材料。心轴可以具有平行的径向外表面，或者圆柱形外表面12可以是略微锥形的。这样的锥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造无线圈架的、多线圈、圆柱形超导磁体的方法，包括以下步骤：
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提供基本上圆柱形心轴(10)；
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提供多个间隔环(20)，所述多个间隔环(20)在各自的预定轴向位置中附接至所述心轴的基本上圆柱形外表面(12)，从而限定至少一个间隙(22)，所述至少一个间隙(22)限定用于线圈卷绕的预定尺寸的体积；
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将超导导线卷绕至所述间隙中以形成线圈(50)；
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使用热固性树脂浸渍所述线圈；
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使所述热固性树脂固化或允许所述热固性树脂固化；以及
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将所述心轴(10)从所得组件拔出。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在附接所述间隔环(20)之前通过释放层(16)涂覆所述心轴(10)的圆柱形外表面(12)。3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述心轴(10)的基本上圆柱形外表面(12)以多达1度成圆锥形。4.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在卷绕所述超导导线之前将端部凸缘(24)或端板(78)固定至所述心轴(10)的轴向端部的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，其中，固定端部凸缘或端板的步骤还限定了相邻间隙(22)，并且其中，超导导线卷绕至所述相邻间隙中以形成线圈。6.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在附接所述间隔环(20)之前在所述心轴(10)的圆柱形外表面(12)上施加包裹物(14)的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述包裹物(14)在所述线圈的径向内表面上提供电绝缘。8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，所述包裹物(14)在所述线圈的径向内表面上提供免受机械损坏的保护。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，将所述包裹物(14)结合至所述间隔环(20)和所述线圈(50)，从而防止在线圈(50)与间隔环(20)之间的接口处开裂。10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，提供在各自的预定轴向位置中附接至所述心轴的圆柱形外表面(12)的多个间隔环(20)的步骤包括：使用多个梳形工具(26)将所述间隔环(20)布置在其各自的预定轴向位置中，每个梳形工具(26)具有与所述各自的预定轴向位置对应的凹部。11.根据权利要求10和权利要求4所述的方法，其中，所述梳形工具(26)通过其中的另外的凹部(32)对准，所述另外的凹部(32)与所述端部凸缘(24)或所述端板(78)接合，从而限定用于环形间隔环(20)的预定位置。12.根据权利要求6或根据从属于权利要求6的任一权利要求所述的方法，其中，通过将树脂浸渍织物(60)的层卷绕在所述心轴(10)的径向外表面(12)上来形成所述包裹物(14)。13.根据权利要求6或根据从属于权利要求6的任一权利要求所述的方法，其中，通过将树脂浸渍织物(60)的预成型条带(62)卷绕在所述心轴(10)的径向外表面(12)上来形成所述包裹物(14)。14.根据权利要求12所述的方法，其中，提供至少两层树脂浸渍织物(60)，每层包括在所述心轴(10)的长度上螺旋卷绕的单个条带(62)，其中，第二层条带以与卷绕第一层条带
的方向相反的方向螺旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙，
申请(专利权)人：英国西门子医疗系统有限公司，
类型：发明
国别省市：