本發(fā)明提供了以成本有效的方式支撐超導線圈的布置，同時該布置使線圈與支撐結構之間的不期望的相互作用最小化，業(yè)已知道，該相互作用是不期望的自發(fā)失超的主要原因。失超是當超導線圈快速恢復到其非超導狀態(tài)時造成存儲在磁體中的能量的耗散和隨之發(fā)生的結構加熱的事件。

背景技術：

圖1示意性地表示穿過用于mri(磁共振成像)系統(tǒng)的傳統(tǒng)主動屏蔽超導磁體的徑向截面。磁體基本上關于軸線a-a旋轉對稱。在本文檔中，術語“軸向”將用來描述平行于軸線a-a的方向，而術語“徑向”將用來描述在穿過該軸線的平面中延伸的垂直于軸線a-a的方向。

磁體線圈組件10被安裝在冷卻劑器皿12內(nèi)。冷卻劑器皿12被安裝并包含在外部真空容器(ovc)14內(nèi)。熱輻射屏蔽16提供在ovc與冷卻劑器皿12之間。

磁體線圈組件10自身包括內(nèi)部磁體組件20和屏蔽線圈組件22。屏蔽線圈組件22自身包括屏蔽線圈24和屏蔽線圈安裝結構26。內(nèi)部磁體組件20包括通過內(nèi)部線圈安裝結構32連接的端部線圈28和內(nèi)部線圈30。

在使用中，端部線圈28、內(nèi)部線圈30和屏蔽線圈24被提供有電流以在成像區(qū)21中生成強的均勻場。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明尤其涉及屏蔽線圈安裝結構26和內(nèi)部線圈安裝結構32。

當前和未來的mri系統(tǒng)的成本壓力意味著新設計要求減少的材料和勞動力貢獻，以使得最終系統(tǒng)成本能夠保持在可接受的限度內(nèi)。傳統(tǒng)線圈支撐結構消耗大量不銹鋼、鋁或諸如玻璃纖維增強塑料(grp)等的復合材料，以將各種超導線圈支撐在例如筒狀線圈架中?？梢园l(fā)現(xiàn)在未來的系統(tǒng)上生產(chǎn)和安裝這樣的結構極其昂貴。

本發(fā)明利用樹脂浸漬線圈的固有強度。樹脂浸漬線圈自身用作機械自支撐結構的一部分，而不是依賴于例如由不銹鋼或鋁的機加工線圈架提供的支撐。

本發(fā)明還提供一種超導磁體結構，其中超導線圈使其大部分表面自由且暴露至液體、超流體和/或氣態(tài)低溫制冷流體所提供的潤濕。

在優(yōu)選的實施例中，超導磁體結構還可拆卸使得材料可以容易地從廢棄的系統(tǒng)回收，且使得如果需要，可以在超電磁體的使用壽命期間移除和更換單獨的線圈。還期望允許線圈中的至少一些的調(diào)整，使得可以在制造期間獲得所要求的磁場均勻性。

本發(fā)明因此提供了如隨附權利要求中所限定的方法和設備。

附圖說明

本發(fā)明的以上和進一步的目的、特性和優(yōu)點將從參照附圖通過僅示例的方式給出的其某些實施例的以下描述變得更加顯而易見。

圖1示出用于mri系統(tǒng)的傳統(tǒng)主動屏蔽超導磁體的示意性徑向橫截面；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例構造的超導磁體的細節(jié)；

圖3示出如圖2中圖示出的端部線圈處于制造中的某一階段的橫截面；

圖4示出如圖2中圖示出的端部線圈處于制造中的后一階段的橫截面；

圖5圖示出在沿著超導磁體的軸向方向上的最佳電流密度分布，并且圖示出使用本發(fā)明的實施例如何可以有助于實現(xiàn)電流密度分布接近最佳電流密度分布；

圖6示意性地圖示出本發(fā)明的實施例的線圈的橫截面；

圖7示出穿過根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的屏蔽線圈的示意性橫截面；

圖8a示出如圖7中表示的本發(fā)明的實施例的透視圖；

圖8b示出用于將圖7和圖8a中示出的線圈組件與磁體的其余部分交界的合適的連接器的視圖；

圖9a至圖9b示出在諸如圖7至圖8中所示的線圈的制造過程中的階段；

圖10示出在諸如圖7至圖8中所示的線圈的制造過程中的進一步的階段；

圖11示出穿過本發(fā)明的主動屏蔽超導磁體的示意性局部軸向橫截面；

圖12示出圖11的實施例的細節(jié)；

圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的線圈組件的示意性部分軸向橫截面；

圖14示出本發(fā)明的部分拆解的示意性截面；

圖15示出當圖14的實施例組裝起來時的示意性截面；

圖16示出根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例的線圈的示意性局部徑向橫截面；

圖17示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的磁體組件的局部軸向橫截面；

圖18示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的磁體組件的局部軸向橫截面；

圖19示出圖18中示出的實施例的部件的透視圖；

圖20示出圖2的實施例的變型；

圖21示出其中支撐元件支承在冷卻劑器皿的孔管上的本發(fā)明的實施例；以及

圖22圖示出其中提供了徑向指向的支撐構件的本發(fā)明的實施例。

具體實施方式

圖2示出本發(fā)明的實施例的細節(jié)，包括樹脂浸漬端部線圈28、樹脂浸漬內(nèi)部線圈30和安裝在線圈之間且將它們接合到一起的支撐元件32。

本發(fā)明采用包含非線圈區(qū)域的浸漬的線圈結構，其隨后被機加工以使得能夠實現(xiàn)磁體的組件。

在各線圈的情況中，浸漬的材料的矩形橫截面包括線圈繞組的區(qū)域34和非線圈區(qū)域36。線圈繞組的區(qū)域34由多匝超導線構成，而非線圈區(qū)域36由諸如玻璃纖維布等的非導電填充材料構成，整體被一起樹脂浸漬成單個的整體式結構。這可以通過在通常用于超導線圈的制造、且相應地為本領域技術人員所熟悉的過程中，通過將超導線和非導電填充材料以適當?shù)捻樞蚝土恳黄鹄p繞到模具中、用熱固性樹脂浸漬所得到的結構、允許或引起樹脂硬化、并且將所得到的整體式樹脂浸漬結構從模具上移除來獲得。

超導線被纏繞到多孔填充材料的體積上和多孔填充材料之間，以產(chǎn)生具有非矩形截面的線圈匝的體積34。在選擇的位置中，可以添加進一步的玻璃纖維布、或玻璃纖維塊、或其他多孔材料以提供固定點。多孔材料可以作為預制體積添加?？蛇x地，帶或繩可以纏繞到工具上。

每個線圈的非線圈區(qū)域36的數(shù)目可以根據(jù)情況修改，以適應諸如所要求的承載的負載和可用大小等的約束。

如圖示實施例中所示，各線圈28、30可以在其軸向端部中的每一個軸向端部處被支撐，并且支撐元件32不需要徑向延伸超過線圈的徑向范圍。

圖3示出端部線圈28的橫截面，示出了線圈繞組的區(qū)域34和非線圈區(qū)域36。由于線圈繞組和非線圈區(qū)域36是在單個步驟中浸漬，所以本身沒有像這樣的粘合的接口：單個樹脂體將線圈繞組和非線圈區(qū)域36的非導電填充材料圈住。

圖4示出圖3的端部線圈28在制造過程中的后一階段的橫截面?？?0在端部線圈的軸向端部表面上被軸向地鉆入非線圈區(qū)域36中。優(yōu)選地，如果需要，這些孔是被攻螺紋的42并且相鄰的軸向端面可以是平坦的機加工平面44。所產(chǎn)生的孔40提供了用于支撐元件32的安裝結構。如圖2中所示，支撐元件32可以通過使用螺釘或螺栓46或其他機械緊固件被緊固至非線圈區(qū)域36中的孔40。

內(nèi)部線圈30以類似的方式構造，但是在內(nèi)部線圈的情況中，非線圈區(qū)域36優(yōu)選地提供在兩個軸向表面上，使得支撐元件32可以附于內(nèi)部線圈的兩個軸向端部表面。對應地，非線圈區(qū)域36位于內(nèi)部線圈30的各軸向端部處，以提供用于支撐元件32的安裝結構，例如呈諸如圖4中圖示的螺紋孔的形式，以接收螺釘或螺栓46或類似的機械緊固件。

取決于浸漬的線圈30的尺寸精度以及所使用的模制成型技術，可能有必要將線圈軸向端部表面區(qū)域的圍繞各孔40的面進行機加工，以獲得線圈的正確定位和具有可接受的均勻性的最終磁體。這樣的機加工優(yōu)選地在形成螺絲孔42之前執(zhí)行，但可以之后執(zhí)行。

如圖2中圖示出的，線圈的軸向端部表面可以提供有單個環(huán)形非線圈區(qū)域36，或兩個或更多的環(huán)形非線圈區(qū)域36。其他實施例當然是可能的。例如，如圖20中圖示出的，與非線圈體積的連續(xù)區(qū)域相對，可以提供非線圈體積的間斷區(qū)域以減少材料消耗。本領域技術人員可以設想到適當?shù)墓ぞ呒庸そ鉀Q方案以提供制造該部件的能力。

支撐元件32必須在軸向方向上精確地形成尺寸以確保線圈的精確間距，但支撐元件32的其他尺寸不是關鍵的。這意味著間隔元件可以由很多制造商中的任何一個制造商通過諸如鋁或復合材料的鑄造、注射模制成型或從一塊材料機加工，或者在一些實施例中通過從一片材料切割等的廉價過程來全球地生產(chǎn)，這取決于它們必須支撐的負載。所使用的材料的仔細選擇可以提供顯著的益處，允許部件之間的差別的熱收縮的控制。在將磁體從處于約300k的環(huán)境溫度冷卻到約4.2k的磁體操作溫度時，這可能是個顯著問題。

一旦用廉價方法生產(chǎn)出間隔件，就可以施加單個機加工步驟以獲得正確的軸向尺寸。然后可以將支撐元件的軸向端部表面與線圈的軸向端部表面接觸地安裝到所提供的機加工面44上。

可以將支撐元件32優(yōu)化以給出高的軸向壓縮強度和相對低的徑向剛度，以提供用以在不同的溫度和環(huán)箍負載下容納相鄰線圈的徑向撓曲，這意味著線圈的物理大小將隨時間的推移而變化。

圖2中圖示出的結構可以重復使得所有的內(nèi)部線圈30和端部線圈28通過本發(fā)明的支撐元件32被附接到一起。所產(chǎn)生的組件可以通過任何適當?shù)膫鹘y(tǒng)手段安裝在冷卻劑器皿23內(nèi)。

屏蔽線圈24也可以構造成具有與圖3、圖4中示出的那個類似的橫截面，并且通過緊固件46的類似布置安裝至支撐結構26。可以圍繞各屏蔽線圈提供若干支撐元件32，以將屏蔽線圈附接至支撐結構26；可選地，支撐結構26可以合適地形成形狀和尺寸，以使用如上面所討論的合適的緊固件和非線圈體積36與屏蔽線圈24直接交界。用于屏蔽線圈的支撐結構26可以安裝在內(nèi)部磁體組件20的支撐元件32上。

根據(jù)本發(fā)明，歸因于支撐元件32的直接定位在線圈28、30之間，與使用線圈架和類似物的傳統(tǒng)布置相比，減少了超導磁體線圈結構10的制造中的材料使用。本發(fā)明的裝置還使支撐元件32上的彎曲應力最小化。

線圈28、30與支撐結構32之間的機械的相互作用在本發(fā)明的結構中被簡化，意味著這種磁體的性能將會在失超速率方面與使用線圈架和類似物的傳統(tǒng)磁體結構相比更一致且可重復，這是因為減小了線圈與支撐結構之間接觸力和接觸面積的變化。

線圈繞組的區(qū)域34與支撐元件32之間的接口力通過作為在樹脂浸漬中包括非導電填充材料的復合材料的區(qū)域的非線圈區(qū)域36來施加。與線圈和諸如線圈架等的支撐結構之間的直接機械接口相比，這在線圈繞組的邊界處提供了更加均勻和分布的應力。

由于本發(fā)明提供了包括線圈體積34和非線圈體積36的線圈結構28、30，所以諸如圖示出的端部線圈28和圖示出的內(nèi)部線圈30的線圈的軸向電流分布不是恒定的。這可以有利地用于更高效地分布用于磁體的線圈繞組，如下面參照圖5描述的。

已知并且傳統(tǒng)的是，對于固定的內(nèi)部線圈直徑和電流密度，用于成像區(qū)21(圖1)中的場強度和均勻性的最佳電流分布將沿著系統(tǒng)的長度而變化，以給出所要求的磁場均勻性。圖5中的曲線50示出了示例優(yōu)化電流密度。

纏繞或提供分布成匹配圖示出的50處的優(yōu)化電流密度的線圈是不實際的。然而，如圖5中圖示出的，根據(jù)本發(fā)明的線圈28、30具有軸向外部的非線圈區(qū)域36，這具有降低對應的軸向位置處的電流密度的效果。曲線52圖示出當電流施加至線圈28、30時所產(chǎn)生的軸向電流密度。雖然不匹配曲線50的優(yōu)化電流密度，但所產(chǎn)生的軸向電流密度提供了與利用矩形截面的磁體線圈28、30可能的電流密度相比更接近的近似值。

雖然圖2中圖示出的組件表示筒狀超導磁體10的內(nèi)部磁體結構20，但本發(fā)明的方法和結構可以應用于在用于mri系統(tǒng)的筒狀超導磁體中傳統(tǒng)使用的主動屏蔽線圈24。在這樣的磁體中，磁體的電特性可以確保，保持著主動屏蔽線圈24的支撐元件32承受拉力而同時內(nèi)部磁體結構中的支撐元件32受壓。

通過修改支撐元件設計，例如以使得支撐元件能夠在徑向方向上延伸，本發(fā)明可以應用于保持連接元件，以支撐屏蔽線圈結構22，并且通過將磁體10與冷卻劑器皿12接合或者與系統(tǒng)的另一部件(如果未提供冷卻劑器皿)接合來支撐磁體10。

圖21示出其中支撐元件32提供有突起210的示例實施例。那些突起支承在冷卻劑器皿12的孔管120上。突起210應該圍繞孔管的圓周分布，為線圈結構提供徑向支撐。

支撐元件32還可以結合有使得磁體能夠被牢固固定在冷卻劑器皿內(nèi)的特征。突起210可以作為分離的部件被制造，分離的部件附接至支撐元件32以提供與冷卻劑器皿孔管120的接口。

圖22示出該原理的進一步發(fā)展，其中徑向指向的支撐構件222被提供、安裝或支承在支撐元件32，并以相對于冷卻劑器皿孔管120所要求的位置來保持屏蔽線圈128?？梢允褂米陨硪阎姆治黾夹g來計算使用時徑向指向的支撐元件222的所要求的承載能力，以確保所要求的負載可以由支撐元件32、突起120和冷卻劑器皿孔管120安全地支承。

本發(fā)明的結構中所采用的支撐元件是相對小的部件，與現(xiàn)有的線圈支撐結構相比，其可以相對便宜且容易地全球采購。

在圖示為圖6中的線圈截面的可選的實施例中，非線圈區(qū)域36可以徑向延伸穿過線圈，這將會降低纏繞線圈的復雜性。然而，結果是需要為線圈28設置矩形截面的一個或兩個線圈體積34，在空間方面效率可能不像如上面所描述的非矩形橫截面的線圈體積34那樣有效。也沒有以參照圖5所描述的方式調(diào)節(jié)軸向電流分布的機會。

本發(fā)明提供了用于通過在線圈結構內(nèi)一體形成的復合非線圈區(qū)域，將樹脂浸漬超導線圈直接支撐的方法和結構。使用這些區(qū)域與用于將線圈機械地接合到一起的支撐元件32交界。

本發(fā)明的某些實施例可以提供以下優(yōu)點中的一個或多個。

-用于支撐結構的材料和勞動力要求被最小化并因此減少了材料使用和成本。

-支撐元件(32)的生產(chǎn)方法是的簡單的，使得它們可以在很多全球制造商中的任何一個處廉價地生產(chǎn)。

-線圈繞組不直接與支撐元件交界，意味著降低的可能引起線圈失超的機械擾動的風險。

-制造過程可以通過橫跨若干產(chǎn)品的、諸如支撐元件32等的許多標準部件的使用而被簡化。支撐元件32可以被設計并尺寸做成使得它們可以被機加工成數(shù)個軸向長度中的任何一個軸向長度，使得能夠提供各種各樣的軸向長度的支撐元件32，而不需要制造并貯備許多不同大小的支撐元件32。

-避免了異質材料的到線圈的粘合。線圈體積34自身已經(jīng)是包含至少熱固性樹脂和金屬線的復合材料。線圈體積往往還包含諸如玻璃纖維或玻璃珠等的填充材料。通過將支撐元件32緊固至線圈，消除或至少減少了到線圈的粘合接頭的使用。粘合接頭要求清潔、表面處理和薄甚至要求粘合劑的施加以避免分層。已發(fā)現(xiàn)這些要求在生產(chǎn)環(huán)境中難以重復地實現(xiàn)。本發(fā)明的方法和布置代替地具有機械緊固的結構，其沒有這樣的苛刻要求。

-在失超期間，各個線圈將以不同的速率升溫。本發(fā)明的裝置在各線圈與對應的線圈支撐結構之間使用了機械緊固接頭。這樣的機械緊固接頭可以在沒有劣化的情況下容納線圈之間、以及線圈與支撐結構之間的熱膨脹上的差異。通過圍繞線圈的圓周使用多個分離的支撐元件32，相關聯(lián)的線圈可以在不會在支撐元件中引入任何周向應變的情況下熱膨脹和收縮。

-如果需要更換線圈，將各支撐元件32保持到線圈上的機械接頭可以簡單地拆解下來，并且將受影響的線圈移除并更換。這意味著如果線圈要求更換的話相對低的返工成本。

-本發(fā)明的線圈組裝技術使得能夠實現(xiàn)用于有效軸向電流分布輪廓的線圈設計。由本發(fā)明促進的線圈形狀提供了用于給定電流密度的改進的導線效率。

-本發(fā)明的裝置不要求復雜的工具加工，因為它可以使用傳統(tǒng)的線圈纏繞和浸漬方法隨后是簡單的機械機加工步驟來生產(chǎn)。

-由本發(fā)明提供的磁體結構是簡單的，并容易組裝。

-可以從有限數(shù)目的“標準”線圈大小和支撐元件大小生產(chǎn)出磁體的不同設計。線圈制造變得更易于管理，因為將以有限數(shù)目的“標準”大小生產(chǎn)出模制成型的線圈。

-在浸漬步驟期間不存在支撐結構32，并且所以沒有樹脂進入到支撐結構內(nèi)的風險，并且支撐結構的部件可以根據(jù)需要安全地形成復雜形狀?？梢园瑧覓禳c和其他特征，這在傳統(tǒng)布置和方法中可能難以或不可能實現(xiàn)，其中不期望的樹脂入侵是個問題。

-本發(fā)明的線圈支撐結構可以在線圈之間包括有限數(shù)目的輕量的鑄造支撐元件，取決于線圈之間的預期的洛倫茲力，每個線圈可能有最少3個支撐元件。各鑄造支撐元件重量可以小于10kg。

-可以通過調(diào)整線圈的相對位置來執(zhí)行所產(chǎn)生的磁場的勻場。一旦將包括端部線圈28、內(nèi)部線圈30和屏蔽線圈24的磁體線圈結構10組裝起來，諸如1a等的相對小的電流就會通過線圈然后測量所產(chǎn)生的磁場的均勻性。然后可以執(zhí)行自身是傳統(tǒng)的計算，以確定對于提高被測磁場的均勻性來說合適的調(diào)整。在線圈與支撐結構32之間的緊固接頭中的每一個緊固接頭處，可以使用機械勻場以更改線圈間隔并因此執(zhí)行計算出的調(diào)整。如果要求更動態(tài)的解決方案，那么線圈支撐中的每一個線圈支撐可以設計成可在不用分離緊固接頭的情況下調(diào)整，例如通過在支撐元件的結構內(nèi)提供螺絲扣式調(diào)整。

-一些非線圈區(qū)域可以用于通過孔和諸如螺釘或螺栓的機械緊固件的類似布置來固定末端裝置或其他輔助部件。

在圖7至圖19中圖示出進一步的一組實施例。在這些實施例中，不是像上面描述的實施例中那樣嵌入線圈結構內(nèi)的非線圈區(qū)域，參照圖7至圖19描述的實施例具有嵌入線圈結構內(nèi)的張力支撐構件，或者具有嵌入線圈結構內(nèi)的用于安裝張力支撐結構的通道。

圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的屏蔽線圈128的橫截面。屏蔽線圈128包括線圈繞組的兩個區(qū)域134、張力支撐構件110和用于將區(qū)域134中的線圈繞組與導電張力支撐構件110電絕緣的電絕緣層112。張力支撐構件典型地是金屬的。如果張力支撐構件110是諸如玻璃纖維復合材料等的非導電材料的，則絕緣層112可以不是必要的。絕緣層112可以包括各自的玻璃纖維層，其在單個浸漬步驟中與線圈繞組一起被樹脂浸漬。

張力支撐構件110優(yōu)選地是彎曲的，以適應在定位張力支撐構件位置處的線圈繞組的曲率半徑。在圖示實施例中，張力支撐構件110的嵌入屏蔽線圈128中、并且在線圈附近的區(qū)段114是彎曲的，而遠離線圈的區(qū)段116是平面的。另外，在平面區(qū)段116內(nèi)，變薄的部分可以被提供作為撓曲部118，以容納由于在磁體線圈結構的冷卻期間的差別的熱收縮、以及歸因于通電時的機械力和線圈失超而產(chǎn)生的熱膨脹引起的屏蔽線圈的膨脹而產(chǎn)生的相對徑向移動。所選取的支撐系統(tǒng)的另一期望和預期的特征在于，除了具有充分的順應性以允許線圈自由移動的徑向自由度之外，所有自由度包括旋轉和平移兩者被很好地約束。在其他實施例中，張力支撐構件110可以沿著其整個長度是平面的，或者可以沿著其整個長度是彎曲的，盡管撓曲部118在這樣的彎曲實施例中可能不合適，但是如果將短平面區(qū)段壓入如圖9a所示以其他方式彎曲的支撐件中，則仍然可以容易地合并。安裝特征120被提供到張力支撐構件110。在圖示實施例中，安裝特征可以是張力支撐構件中用于附接到連接叉銷的簡單孔。設置了多個張力支撐構件，其以充分的數(shù)目圍繞屏蔽線圈128的圓周間隔開，以提供適當?shù)臋C械保持并且將線圈彎曲控制在所要求的限度內(nèi)。圍繞屏蔽線圈128的圓周，提供有間隔件122以填充張力支撐構件110之間的間隙，使得在張力支撐構件100的徑向位置處，間隔件122和徑向支撐構件110交替。如果使用諸如摻入氧化鋁的那些(例如，stycast)填充樹脂的系統(tǒng)，那么間隔件可以刪除，因為任何間隙都會被填充樹脂填充。所公開的線圈結構可以通過真空浸漬或者通過濕法纏繞方法來形成。

圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明的該實施例的屏蔽線圈的透視圖。在該實施例中，圍繞線圈的圓周間隔開地提供了六個張力支撐構件110。間隔件122填充張力支撐構件110之間的間隙。箭頭126圖示出在使用時作用在線圈上的總體電磁力的方向。顯然，在使用中，張力支撐構件110必須抵抗該電磁力。另外，張力支撐構件110還必須始終支撐屏蔽線圈128上的重力，包括在航運或綁定(安裝)期間磁體移動所產(chǎn)生的負載以及安裝后的可能的地震事件。

圖8b示出了適于安裝屏蔽線圈128的連接叉結構130。連接叉裝置130形成了屏蔽線圈安裝結構26的一部分。連接叉裝置130自身是傳統(tǒng)的，包括：通過可調(diào)布置136保持在桿134上的連接叉132，在該情況中可調(diào)布置136包括在該連接叉內(nèi)的螺紋孔中的桿134的螺紋端部，和鎖定螺母；保持銷138，以裝配到并橫穿張力支撐構件110中的孔120和保持器140，在該情況中保持器140是卡圈，用于將保持銷保持在適當位置。

連接叉將起作用以抵抗由箭頭126表示的電磁力保持張力支撐構件110承受拉力，并且抵抗屏蔽線圈128上的重力支撐張力支撐構件110承受壓力。在完整的電磁線圈組件10中，應提供對應數(shù)目的連接叉裝置130和張力支撐構件?？梢栽趦蓚€屏蔽線圈24處提供對應的結構。在一些磁體線圈組件中，可以提供多于或少于兩個的屏蔽線圈128，由張力支撐元件110、連接叉裝置130和桿134構成的安裝布置適合于適應在該情況中。結合到連接叉組件中的可調(diào)元件允許容易且成本有效地調(diào)整線圈位置以優(yōu)化磁場均勻性。

圖9a至圖9b示意性地圖示出用于諸如圖8a中圖示出的端部線圈128的制造的過程中的兩個階段的橫截面。如傳統(tǒng)的那樣，提供了可拆卸的線圈模具142，其包括筒狀件144和端件146。

如圖9a中圖示出的并且根據(jù)本發(fā)明的方法的特征，在對應于張力支撐構件110的所要求的位置的圓周位置中設置缺口148，并且從端件146的徑向外部末端150延伸，缺口148足夠深以延伸跨越張力支撐構件110的所要求的徑向位置。如圖示出的，線圈繞組的第一體積134以傳統(tǒng)方式提供，直到張力支撐構件110的所要求的徑向位置。然后在線圈繞組上面提供絕緣層112。這可以是玻璃纖維布層。線圈繞組和絕緣層可以是干法纏繞或濕法纏繞的，如傳統(tǒng)布置中那樣。接下來，將張力支撐構件110在所要求的位置處放置在絕緣層112上的適當位置，并且將間隔件122定位在張力支撐構件之間以提供大致連續(xù)的表面149。

然后將第二絕緣層112放置在張力支撐構件110上面，并且優(yōu)選地也放置在間隔件122上面。線圈繞組的第二體積134以傳統(tǒng)方式設置在第二絕緣層112上面以完成線圈。圖9b示出了在該階段的模具中的端部線圈128。在線圈和絕緣層被濕法纏繞的情況下，引起或允許樹脂硬化。優(yōu)選地，提供簡單的機械布置以將張力支撐構件110相對于線圈模具保持在它們各自的固定位置。在線圈和絕緣層已經(jīng)被干法纏繞的情況下，現(xiàn)在必須將線圈繞組、絕緣層112、張力支撐構件110和間隔件122的纏繞組件浸漬。

圖10示出了穿過用于浸漬本發(fā)明的端部線圈128的布置的示意性橫截面。將可稱為“夾具”的機械支撐布置150被提供并附接到模具142，以將張力支撐構件110保持在相對于模具142的所要求的位置。將浸漬槽152附接到模具142，并且在線圈的徑向外表面上面提供一層脫模布154。如本身傳統(tǒng)的那樣，設置了密封件155，以防止樹脂從槽中的泄漏。

如本身傳統(tǒng)的那樣，樹脂在真空下將樹脂槽淹沒到溢流水平線156。然后，引起或允許樹脂硬化，并且當樹脂已膠凝時將其從槽152中移除，使用脫模布154以使線圈的徑向外表面與大部分樹脂分離。

圖11示出了安裝在冷卻劑器皿中的本發(fā)明的屏蔽線圈128的更詳細的局部橫截面。圖8的連接叉裝置130被安裝至屏蔽線圈支撐結構26。屏蔽線圈128由張力支撐構件110支撐并保持在適當位置。如圖示出的，由于不要求線圈架或軸頸來支撐屏蔽線圈128，所以它們可以在其最有效的可用位置中靠近冷卻劑器皿12的軸向和徑向末端放置。與不能位于靠近冷卻劑器皿12的軸向和徑向末端的位置的軸頸中的等效線圈相比，這具有使昂貴的超導線的使用最小化的效果；和/或可以在給定的空間包絡內(nèi)更有效地優(yōu)化磁體的雜散場。

傳統(tǒng)線圈軸頸制造昂貴且重，并阻止屏蔽線圈放置在其最佳位置：靠近冷卻劑器皿12的軸向和徑向末端。在該最佳位置，可以減少屏蔽線圈中的匝數(shù)，降低線圈成本。屏蔽線圈的定位不像對于內(nèi)部磁體20的線圈那樣關鍵，所以可以允許安裝布置中的一些公差。

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于屏蔽線圈的安裝布置的細節(jié)。在該實施例中，張力支撐構件110軸向地延伸穿過線圈128并且在其軸向外表面處從線圈突出。這可以被容納在圖9a至圖10的、只是在模具142的兩個端件146中設置類似的缺口148的制造過程中。

如圖12中所示，可以在冷卻劑器皿的內(nèi)表面上設置凹部158，以容納張力支撐構件110的突出端部。凹部158優(yōu)選地不是緊密配合至張力支撐構件110的突出端，而是提供了對其移動范圍的限制，在搬運期間或在其他高沖擊機械事件期間提供了對端部線圈128的軸向和徑向保持。張力支撐構件110的突出端部和凹部158協(xié)作以提供緩沖-限位布置，以或者直接地(如圖所示)或者經(jīng)由交界部件抵著冷卻劑器皿的端部起反作用，這對于本領域技術人員將是顯而易見的。

圖13圖示出與包含連接叉裝置130的屏蔽線圈安裝結構26相比的屏蔽線圈128的相對移動。這樣的相對移動可能歸因于屏蔽線圈128與屏蔽線圈安裝結構26之間的熱膨脹和收縮上的差異，或者歸因于由有時稱為“環(huán)箍力”的電磁力引起的屏蔽線圈128的膨脹。另外，線圈將在失超事件期間趨向于膨脹，并且該移動也將被所公開的支撐系統(tǒng)有效地容納。屏蔽線圈被示出處于其“擱置”位置，并且被以虛線示出處于“膨脹的”位置—不過，“膨脹的”位置實際上可能歸因于屏蔽線圈安裝結構26的收縮大于屏蔽線圈128的收縮。在圖示實施例中，張力支撐構件110在平面區(qū)段116中包含兩個撓曲部118。在該實施例中，并且優(yōu)選地，在彎曲區(qū)段114中沒有設置撓曲部118。

如圖示出的，屏蔽線圈128和屏蔽線圈安裝結構26的相對徑向移動由張力支撐構件110在撓曲部118處的彎曲容納。這確實造成屏蔽線圈朝向磁體的軸向中點的一些軸向位移，但是在磁體的設計階段期間，并且當為了成像區(qū)域中的磁場均勻性，對磁體進行勻場時，可以考慮該位移。

在圖13中，箭頭160圖示出徑向作用在屏蔽線圈128上的電磁力。組合效應可以是徑向膨脹，但是線圈匝也被徑向地壓緊，這有助于維持屏蔽線圈128與張力支撐構件110之間的粘合的完整性。特別地，作用在屏蔽線圈128的匝的層上的徑向力160用于壓緊張力支撐構件110，提高了線圈區(qū)域134與張力支撐構件110之間的粘合的耐久性。

圖示出屏蔽線圈上的軸向力的箭頭126被分開以表示作用在屏蔽線圈128上的不同徑向位置的相對軸向力。徑向內(nèi)匝趨向于經(jīng)受比徑向外匝更大的軸向力。如圖示出的，張力支撐構件110在屏蔽線圈128內(nèi)的位置可以被朝向屏蔽線圈128的軸向內(nèi)表面移位，以減小線圈上的扭矩，否則可能由屏蔽線圈128的繞組上的軸向力的變化分布而引起線圈上的扭矩，在該方向上張力支撐構件110是剛性的。

張力支撐構件110在徑向方向上是柔性的，但在所有其他方向上是剛性的。它們是剛性到足以在重力作用下支撐線圈128的重量，但足夠柔性以允許其歸因于差別的熱膨脹或收縮或者電磁力而徑向膨脹。歸因于張力支撐構件110在徑向方向上的柔性，線圈128的重量可以在線圈的側面處很大程度上由張力支撐構件支撐，在線圈的該側面，線圈重量被經(jīng)受為作用在張力支撐構件110上的橫向彎曲力矩。

可以對張力支撐構件110進行表面處理以提供樹脂的有效粘合。例如，這可以是通過鋁張力支撐構件的陽極氧化、噴砂、滾花、磨損或其他表面紋理?？梢栽趶埩χ螛嫾刑峁汉刍蛲祝蕴峁┯行У妮S向保持。

圖14圖示出本發(fā)明的另一組實施例的示例。這里，代替張力支撐元件被粘合到線圈，提供了軸向穿過屏蔽線圈228的通道200。提供分離的張力支撐構件210，并且其滑動通過通道以提供用于屏蔽線圈228的安裝布置。提供了間隔件122和絕緣層112，如對于圖9a至圖9b的實施例那樣。

通道200可以通過以與圖9a至圖10的張力支撐構件110嵌入的方式差不多相同的方式嵌入可移除件中，然后一旦樹脂固化就移除可去除件而形成。可移除件可以在脫模劑中被涂覆以確保其不會與樹脂粘合。通道200可以是彎曲的，以匹配線圈繞組的曲率。可選地，張緊元件和推力塊可以用諸如ptfe的脫模材料涂覆，允許它們在制造期間被結合到線圈中。線圈完成并且樹脂固化之后，元件將在線圈中自由滑動。進一步的可能性是通過在作為纏繞的結構中包含諸如蠟的相對低熔點材料的間隔件，并且一旦浸漬樹脂固化就將其熔化掉。類似地，這樣的間隔件可以由可溶性材料提供，一旦浸漬樹脂固化，該可溶性材料就被適當?shù)娜軇┤芙狻?/p>

張力支撐構件210可以沿其整個長度是彎曲的114以匹配通道200的曲率，以使其能夠通過通道200。推力塊220被提供在張力支撐構件210的軸向外側端部處，以提供用于屏蔽線圈228的保持表面222。推力塊220優(yōu)選地設置在張力支撐構件210的徑向內(nèi)部和徑向外部表面兩者上，并且保持表面222應該設置有諸如ptfe的低摩擦表面覆蓋物。

如用點劃線指示出的，在使用中，張力支撐構件210被插入穿過通道200，直到止推塊220的保持表面222接觸屏蔽線圈128的軸向外表面。張力支撐構件210不應該緊密地配合到通道200中，也不應該如此松動以至于允許過度的移動?？梢砸陨厦嫠枋龅姆绞教峁┯糜诟浇拥奖３纸Y構的孔120。由于張力支撐構件210沒有被粘合到屏蔽線圈128，所以應提供保持器以防止張力支撐構件210從線圈中掉落。如圖示出的，該保持器可以是呈現(xiàn)穿過了張力支撐構件210中的孔232、并且通過保持套筒234和保持銷236被保持在適當位置的線圈保持銷230的形式。推力塊220可以包括通過保持銷240保持在一起的兩個塊。

圖15示出了組裝到一起的圖14的部件的橫截面。由于張力支撐構件210沒有被粘合到線圈結構，所以發(fā)現(xiàn)該布置可能更適合于其中張力支撐構件210的熱收縮不同于線圈的熱收縮的布置，或者適合于受到高軸向應力的屏蔽線圈，因為在該布置中線圈將處于軸向壓緊，而不是軸向張緊。

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的變型的線圈328的示意性部分徑向橫截面。在該變型中，張力支撐構件310具有成形的徑向截面：基本上是彎曲的以適應線圈繞組的曲率，但在其圓周邊緣處呈錐形。線圈繞組可以纏繞在這樣的張力支撐構件上，而在張力支撐構件的各周向邊緣處僅留下小樹脂填充體積302。取決于為張力支撐構件310選取的材料，可以提供絕緣層112。如果選取了諸如玻璃增強塑料(grp)材料的非導電材料，那么可以省略絕緣層?？梢匀缟厦嫠枋龅臑閺埩χ螛嫾?10提供表面處理，其可以包括壓痕、陽極氧化、紋理化或通孔。在這樣的布置中，線圈的徑向外表面不再是環(huán)形的，而是在放置張力支撐構件310的位置處包括變形304。在屏蔽線圈的情況下，這樣的變形不太可能成為問題，并且在用于成像區(qū)域21中的最佳均勻性的磁體的建模和勻場期間，這樣的變形無論如何都可以考慮在內(nèi)。

圖17示出了本發(fā)明的另一實施例。在該實施例中，超導端部線圈28和內(nèi)部線圈30提供有根據(jù)本發(fā)明的實施例的支撐構件410，以形成安裝在冷卻劑器皿12內(nèi)的內(nèi)部磁體結構20。線圈28、30中的每一個線圈提供有若干支撐構件410，其中的每一個支撐構件軸向上橫穿相關聯(lián)的線圈。接頭350將張力支撐構件中的對應的那些彼此連接以構造內(nèi)部線圈組件。接頭中的每一個接頭可以包括連接叉裝置，或者可以被螺栓或粘合到一起的，或者是對于本領域技術人員顯而易見的任何其他合適的布置。典型地，如對于本領域技術人員顯而易見的，內(nèi)部線圈組件20的線圈28、30將受到由電磁效應引起的軸向向內(nèi)指向的力。中心內(nèi)部線圈30a可能受到零凈軸向力，而軸向外部的內(nèi)部線圈30b可能受到例如約七十噸的軸向向內(nèi)的力，并且端部線圈28可能經(jīng)受例如約八十噸的軸向向內(nèi)的力。在該實施例中，支撐構件410受壓，并且它們的結構和接頭350的結構必須適于承受這樣的壓縮軸向負載。

通過與參照圖12描述的那個類似的布置提供了用于內(nèi)部線圈組件的機械支撐。支撐構件410突出超過端部線圈28中的每一個端部線圈28的軸向末端，并且被接收在形成于冷卻劑器皿12的對應的內(nèi)表面中以容納支撐構件410的突出端部的凹部158中。為了防止內(nèi)部磁體組件20移動或向冷卻劑器皿12施加軸向張緊，優(yōu)選的是，在冷卻劑器皿的一個軸向端部處，支撐構件410的對應的突出端部通過諸如粘合、螺栓連接、焊接等的合適的方法被附接到冷卻劑器皿，并且在另一軸向端部處，支撐構件410的突出端部擱置在對應的凹部158內(nèi)，但是能夠軸向移動。這允許內(nèi)部磁體結構20由冷卻劑器皿12上的支撐構件410支撐。在可選的實施例中，線圈28、30可以擱置在冷卻劑器皿12的孔管12a上，使得它們的重量由孔管12a支承，但是線圈保持對齊并由支撐構件410軸向保持。

支撐構件410應在其長度的一些(如果不是全部)的長度上是彎曲的，這在軸向方向上提供了附加的機械強度并抵抗屈曲。冷卻劑器皿中的各凹部158為相關聯(lián)的支撐構件410創(chuàng)建了端部約束。由于支撐構件410的軸向突出端部可以相對短，所以其可以是在機械上是強的，這進而允許各端部線圈28用作用于下一軸向相鄰的支撐構件410組的剛性端部約束。

相關線圈上的軸向力朝向磁體結構的軸向中心線c-l積聚。在示例中，端部線圈28上的大約八十噸的軸向力和內(nèi)部線圈30b上的大約十五噸的軸向力累加在一起，使得九十五噸的力必須由將中心線圈30a與相鄰的內(nèi)部線圈30b連接的支撐結構410支承。為了支撐這個合力，與諸如將端部線圈28與相鄰的內(nèi)部線圈30b連接的、提供在軸向外部位置的支撐構件410相比，可以提供更多的將中心線圈30a與相鄰的內(nèi)部線圈30b連接的支撐構件410。

圖18示出了本發(fā)明的內(nèi)部磁體組件20的另一實施例。該實施例類似于圖14至圖15的實施例，其中支撐元件穿過形成在線圈結構內(nèi)的通道。線圈、通道和間隔件的構造如參照圖14至圖15描述的那樣，但是顯著區(qū)別在于線圈支撐桿430延伸穿過多個線圈的事實。在圖示實施例中，各線圈支撐桿430在冷卻劑器皿12的兩個端壁之間延伸。各線圈支撐桿430可以在其兩端處被焊接或以其他方式牢固地附接到冷卻劑器皿。在圖17中，支撐元件被結合到線圈中，使得難以將支撐元件焊接或以其他方式附接到冷卻劑器皿。要求精確定位到冷卻劑器皿中，并且令人滿意的，其使線圈與冷卻劑器皿很大程度地分離，并且因此避免了不希望的相互作用。支撐構件410和線圈支撐桿430可以或者是固定的或者自由地在凹部158內(nèi)移動。在圖18的實施例中，線圈在某種程度上在線圈支撐桿430上自由滑動，所以即使支撐件被剛性地固定到冷卻劑器皿，也避免了線圈與冷卻劑器皿之間的不期望的相互作用。在某些實施例中，線圈支撐桿430可以在兩端處剛性地附接到冷卻劑器皿，以便也加強冷卻劑器皿并承受軸向線圈負載。

各線圈支撐桿430分別滑動穿過多個線圈30a、30b、28，并且保持裝置根據(jù)情況裝配以將線圈保持在線圈支撐桿430上的正確位置。在與圖14至圖15中示出的布置類似的布置中，提供了推力塊220以抵抗歸因于電磁效應的軸向力而保持線圈，而諸如具有保持套筒234和保持銷236的保持銷230的保持器被提供，以將線圈保持在不需要抵抗電磁負載的位置中。由于中心線圈30a未受到任何軸向電磁力，所以僅需要在兩側上由保持器保持，并且未提供任何承載推力塊。當然，線圈可以設置有推力塊220，即使在機械上不必要并且保持器已充分的情況下?？梢允÷员３制?，這依賴于當操作中將線圈定位在相鄰于它們的推力塊220的正確位置中時在線圈上的軸向力。

圖19示出了可以在如圖18中圖示出的本發(fā)明的實施例中采用的線圈支撐桿430的示例。線圈支撐桿430是彎曲的，以匹配線圈繞組的曲率。線圈位置432被限定在線圈支撐桿上，并且可以沒有通孔。線圈支撐桿430可以涂覆有成本計算成避免線圈突然移動的任何粘滑問題的低摩擦表面，否則該可能引起失超?？梢栽卺槍ν屏K220指定的位置中提供通孔434組，這些孔旨在允許保持銷240橫穿線圈支撐桿430以保持推力塊?？梢栽O置進一步的通孔436用于保持器的安裝。

在組裝過程期間，內(nèi)線圈組件20的線圈28、30被對齊，并且使線圈支撐桿430穿過線圈中的對應通道200，并且通過推力塊220和保持器的安裝，將線圈和線圈支撐桿430固定在其相對位置。

然后優(yōu)選地在構造冷卻劑器皿時，通過焊接或以其他方式將線圈支撐桿430牢固附接到冷卻劑器皿的端壁，而將所得到的內(nèi)部磁體組件安裝到冷卻劑器皿中。這可以通過在冷卻劑的端壁中提供合適的凹部158來協(xié)助。

在諸如圖7至圖19所示的實施例中，張力支撐構件110、210、310、410、430優(yōu)選地并且如圖示地位于線圈區(qū)域34、134之間，接近對應的線圈的徑向中點。在諸如其中張力支撐構件被粘合至線圈體積的圖7至圖13、圖17所示的實施例中，圖13中圖示出的徑向壓縮力將張力支撐構件壓緊，降低了在張力支撐構件的表面處的分層的風險。在其中張力支撐構件可以粘合到線圈的徑向或軸向末端的可選的結構中，剪切力將作用在張力支撐構件的接口上，并且可能導致線圈與張力支撐構件之間的粘合的分層和失效。

在所有實施例中，優(yōu)選的是，張力支撐構件和用于張力支撐構件的任何通道應朝向對應的線圈的徑向中點設置。考慮到電線性能，這是相對穩(wěn)定的位置。這樣的定位的優(yōu)點在于，如果出現(xiàn)故障，例如歸因于在與線圈支撐構件或用于線圈支撐構件的通道的接口處的浸漬樹脂中形成的龜裂，則由此導致的失超的風險與在線圈的徑向內(nèi)部或外部末端附近的接口處形成的龜裂相比被降低，因為線圈的徑向內(nèi)部或外部末端附近的磁場強度大于朝向對應線圈的徑向中點的磁場強度。

因此在諸如圖7至圖19所示的實施例中，提供了具有張力支撐構件的強的接口，使得不太可能發(fā)生粘合的龜裂或分層，并且在這樣的龜裂是歸因于在張力支撐構件的位置處的朝向對應線圈的徑向中點的減小的磁場強度的情況下，由此導致的失超的風險被降低。

本發(fā)明因此提供了一種線圈安裝結構的多個實施例，其中線圈安裝裝置包括與線圈的匝相鄰地嵌入線圈結構內(nèi)的特征。優(yōu)選地，嵌入樹脂浸漬超導線圈的結構內(nèi)的特征位于線圈的匝的層之間。在某些實施例中，嵌入的特征包括可用于附接支撐元件的非線圈區(qū)域。這樣的實施例可以在其中線圈之間的支撐元件在使用時受壓的磁體系統(tǒng)中特別有用。在其他實施例中，嵌入的特征是張力支撐元件，其在匝的層之間被粘合到線圈的結構中。該實施例可以在其中線圈在使用中受到軸向向外的電磁力的實施例中特別有用的。嵌入的拉伸支撐件的可選方案具有嵌入在線圈的結構內(nèi)的通道，這些通道用于安裝設有推力塊以將線圈保持在適當位置的張力支撐元件。這樣的實施例也可以在其中線圈在使用時受到軸向向外的電磁力的情況中特別有用。該實施例的變型具有安裝在共享線圈支撐桿上的多個線圈，共享的線圈支撐桿根據(jù)磁體結構的設計適當?shù)靥峁┯型屏K。磁體組件可以由本發(fā)明的各種實施例的線圈構造，根據(jù)它們的功能而定。張力支撐元件分別是軸向指向的，并且優(yōu)選地位于樹脂浸漬線圈結構中的匝的層之間。