CN103515048B - 一种径向超导匀场线圈的制作工艺 - Google Patents

Abstract

一种径向超导匀场线圈的制作工艺。首先在膜基底（3）上绘制展开成平面尺寸的径向超导匀场线圈（1）的线圈轮廓；然后将膜基底（3）铺覆固定在绕线圆筒（4）上；基于所述的线圈轮廓缠绕超导线（7）；通过环氧薄片（6）和玻纤织物预浸料（9）来固定支撑超导线（7），同时在缠绕过程中采用UV胶（10）来进一步加固；依次按顺序制作得到径向超导匀场线圈（1）的多个鞍型线圈；最后在烘箱中加热使其完全固化，移除绕线圆筒（4）后制作得到一组径向超导匀场线圈。

Description

一种径向超导匀场线圈的制作工艺

技术领域

本发明涉及一种超导线圈的制作方法，特别涉及一种用于校正径向磁场不均匀分量的超导匀场线圈的制作工艺。

背景技术

高均匀度超导磁体系统用于核磁共振谱仪（NMR）、核磁共振成像（MRI）和其它科学仪器，其能够在所需区域产生一定均匀度的高磁场。一般，核磁共振谱仪要求的磁场均匀度达到10^-8（0.01ppm），核磁共振成像和其它科学仪器要求的磁场均匀度约为10^-6（1ppm）。

通常，通过电磁设计能够获得具有很高磁场均匀度的超导磁体系统。但是，由于加工、制造和装配会引入各种偏差，导致实际线圈尺寸与设计尺寸有差别；此外，超导磁体工作在温度约为-269摄氏度的低温环境中，线圈的冷缩变形会导致线圈尺寸和位置的变化；对于磁体周围存在铁磁材料的应用，铁磁材料的磁化会对磁场均匀度产生一定的影响。因此，实际建造的超导磁体的磁场均匀度要低于设计值。这时就需要采用各种磁场校正技术来提高所需区域的磁场均匀度，主要有被动匀场、室温匀场和超导匀场技术。被动匀场采用各种小尺寸的磁化材料产生相应的磁场来补偿不均匀分量；室温匀场通过布置一系列室温条件下的电阻线圈来补偿磁场不均匀分量；超导匀场则是一系列工作在低温环境下的具有不同电流的闭环超导线圈。由于具有较高的磁场校正强度和稳定性，超导匀场是高均匀度高场超导磁体系统普遍采用的磁场校正技术。

将所需区域的磁场进行级数展开，获得各阶磁场不均匀分量，可将其分为轴向不均匀分量和径向不均匀分量。对应于各阶不均匀分量，设置相应的超导线圈。轴向不均匀分量的超导匀场线圈由多个螺线管线圈组成，其绕制比较简单。径向不均匀分量的超导匀场线圈一般由多个鞍型线圈组成，如图1所示，由4个鞍型线圈(1a、1b、1c和1d)构成的第一径向超导匀场线圈，对于更高阶的径向不均匀分量，则需要布置更多的鞍型线圈，图2给出了由8个鞍型线圈（2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g和2h）构成的第二径向超导匀场线圈。

由于鞍型线圈存在不稳定的直线段，绕制时需要进行特别的支撑，所以必须要发展可行的绕制装置和制作工艺。中国专利CN102290188A提出了一种匀场超导线圈的绕制装置和绕制方法，其首先在平面上绕制成平面跑道形线圈，然后弯曲、固定在圆柱面上形成鞍型线圈。该方法在线圈弯曲过程中容易发生翘曲和导线剥离，而且一次只能绕制一个鞍型线圈，导致线圈接头数目的增加。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有方法制作精度差、操作繁琐、难以批量化生产的缺点，提出了一种径向超导匀场线圈的制作工艺。本发明的操作过程简单，能实现径向超导匀场线圈的快速生产。采用本发明提出的方法制作的产品具有很高的尺寸和位置精度，并且具有线圈间接头数目少的优点。

所述的制作工艺为直接在绕线圆筒表面绕制完成一组径向超导匀场线圈；通过玻纤织物预浸料和UV胶的固化来支撑固定超导线。

本发明所述的一组径向超导匀场线圈由多个鞍型线圈组成。在所述的制作工艺中，根据鞍型线圈的几何尺寸，将三维空间的径向超导匀场线圈展开到矩形平面内，绘制得到多个平面内鞍型线圈的矩形环，所述矩形环组成径向超导匀场线圈的线圈轮廓；在膜基底上打印出实际尺寸的径向超导匀场线圈的线圈轮廓、进线路径、走线路径和出线路径，所述的膜基底为透明的聚酯薄膜或类似的绝缘膜。

本发明采用在绕线圆筒的圆柱面上直接绕制鞍型线圈的方法。首先将绘制有径向匀场线圈轮廓的膜基底铺覆固定在一个绕线圆筒表面，得到柱面矩形环组成的线圈轮廓，所述膜基底的纵向接缝通过聚酰亚胺胶带粘接，所述绕线圆筒的周长等于膜基底的一个边长。紧挨着线圈轮廓粘贴一层环氧薄片，所述环氧薄片的厚度大于或等于超导线的直径，所述环氧薄片用以支撑定位每个鞍型线圈的第一匝超导线。

所述的制作工艺采用圆形截面的超导线来绕制鞍型线圈，一次性能够完成一组匀场线圈的制作，所述一组匀场线圈由一根超导线连续绕制完成。

本发明采用玻纤织物预浸料和UV胶的固化来固定支撑超导线，玻纤织物预浸料的粘接性能和UV胶的部分固化提供缠绕过程中的超导线的支撑。在所述的制作工艺中，在膜基底上对应于线圈轮廓位置铺覆玻纤织物预浸料；通过手工或计算机控制的设备来缠绕超导线，同时在超导线间涂UV胶，并且用紫外灯从UV胶的正上方照射，使UV胶在紫外灯发出的紫外光的作用下在几秒时间内发生部分固化。

所述的制作工艺中，根据膜基底上绘制的进线路径、走线路径和出线路径，依次按顺序缠绕出径向超导匀场线圈的各个鞍型线圈。将缠绕完成的径向超导匀场线圈连同膜基底和绕线圆筒置于烘箱中加热，根据所用玻纤织物预浸料的性能来确定加热温度和加热时间。待玻纤织物预浸料中的树脂完全固化后，撕去粘接膜基底纵向接缝的胶带，移除绕线圆筒后，得到包含膜基底的径向超导匀场线圈。

附图说明

图1为4个鞍型线圈构成的一组径向超导匀场线圈；

图2为8个鞍型线圈构成的一组径向超导匀场线圈；

图3为膜基底上绘制的径向超导匀场线圈的平面线圈轮廓；

图4为线圈制作的示意图；

图5为超导线缠绕和部分固化的示意图。

图中：1第一径向超导匀场线圈，1a、1b、1c、1d组成第一径向超导匀场线圈的4个鞍型线圈，2第二径向超导匀场线圈，2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h组成第二径向超导匀场线圈的8个鞍型线圈，1'i进线路径，1'e出线路径，1'e1～1'e3走线路径，1'a鞍型线圈1a的矩形环，1'b鞍型线圈1b的矩形环，1'c鞍型线圈1c的矩形环，1'd鞍型线圈1d的矩形环，3膜基底，4绕线圆筒，5膜基底的纵向接缝，6环氧薄片，7超导线，8旋转轴，9玻纤织物预浸料，10UV胶，11紫外灯，12紫外光。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

本实施例是针对4个鞍型线圈构成的第一径向超导匀场线圈的制作方法。

本发明制作第一径向超导匀场线圈的步骤如下：

1、将图1所示的三维空间的径向超导匀场线圈1展开到矩形平面内，绘制得到平面内4个鞍型线圈的矩形环，在膜基底3上打印出实际尺寸的径向超导匀场线圈的平面线圈轮廓图，如图3所示，包括四个鞍型线圈的矩形环1'a、1'b、1'c和1'd，以及进线路径1'i、出线路径1'e和走线路径1'e1～1'e3，膜基底的材料为透明的聚酯薄膜；把印刷有线圈轮廓的膜基底3铺覆固定在绕线圆筒4上，膜基底的纵向接缝5通过聚酰亚胺胶带或类似的胶带粘接固定。

2、紧挨着第一鞍型线圈的矩形环1'a粘接环氧薄片6，如图4所示，环氧薄片6的厚度大于或等于超导线7的直径；裁切出与第一鞍型线圈的矩形环1'a尺寸相同的玻纤织物预浸料9；对应于所述的矩形环1'a的位置，在膜基底3的表面铺覆玻纤织物预浸料9，如图5所示；根据进线路径1'i，通过手工或计算机控制的设备来缠绕圆形截面的超导线7，第一匝超导线紧贴着环氧薄片6，其后缠绕的超导线与前一匝超导线紧密贴合，同时在超导线间涂UV胶10，在UV胶10正上方的紫外灯11发出的紫外光12的作用下，UV胶10在几秒钟内发生部分固化，如图5所示；绕制完成所有匝数后，制作得到第一鞍型线圈1a。

3、根据走线路径1'e1～1'e3和出线路径1'e，按照步骤2描述的操作步骤，依次顺序制作得到其余的三个鞍型线圈1b、1c和1d。

4、将以上步骤制得的包含4个鞍型线圈1a、1b、1c和1d的一组径向超导匀场线圈1连同膜基底3和绕线圆筒4一起置于烘箱中加热4小时，加热温度约为100摄氏度，实际操作时以选用的玻纤织物预浸料的性能来确定；撕去纵向接缝5处的聚酰亚胺胶带，移除绕线圆筒4，得到成型后的一组径向超导匀场线圈。

图2所示的8个鞍型线圈构成的第二径向超导匀场线圈，其制作工艺与前述记载的第一径向超导匀场线圈的制作工艺步骤相同。

本发明提出的制作工艺操作简单，制作得到的产品精度高，适于批量化生产。

Claims (3)

1.一种径向超导匀场线圈的制作工艺，其特征在于所述的制作工艺为直接在绕线圆筒(4)表面绕制完成一组径向超导匀场线圈(1)；通过玻纤织物预浸料(9)和UV胶(10)的固化来支撑固定超导线(7)；所述的一组径向超导匀场线圈(1)由多个鞍型线圈组成，

所述的制作工艺步骤如下：

(1)首先将一组由鞍型线圈(1a、1b、1c、1d)组成的径向超导匀场线圈(1)的几何尺寸展开成平面尺寸；绘制得到平面的鞍型线圈的矩形环(1'a、1'b、1'c、1'd)；然后将所述径向超导匀场线圈(1)的线圈轮廓打印到透明的膜基底(3)上，所述膜基底(3)为聚酯薄膜；

(2)将所述膜基底(3)铺覆固定在绕线圆筒(4)的外表面，获得由柱面矩形环组成的径向超导匀场线圈的线圈轮廓，所述膜基底(3)的纵向接缝(5)用聚酰亚胺胶带粘接固定；

(3)在所述膜基底(3)上粘贴环氧薄片(6)；裁切出与所述线圈轮廓的尺寸相同的玻纤织物预浸料(9)；将所述玻纤织物预浸料(9)铺覆在膜基底(3)上，其位置对应于所述线圈轮廓；

(4)根据进线路径(1'i)，沿着第一矩形环(1'a)缠绕超导线(7)，其中第一匝的超导线紧贴着环氧薄片(6)，其后缠绕的超导线与前一匝超导线紧密贴合；缠绕每一匝导线时在超导线(7)间涂UV胶(10)，同时用紫外灯(11)照射，在紫外光(12)的照射下所述UV胶(10)发生部分固化；完成所有匝数的缠绕后，制作得到第一鞍型线圈(1a)；

(5)根据走线路径(1'e1、1'e2、1'e3)和出线路径(1'e)，按照所述步骤(4)的方法依次制作，得到其余鞍型线圈(1b、1c、1d)；

(6)将上述步骤(1)至(5)制得的径向超导匀场线圈(1)连同绕线圆筒(4)和膜基底(3)一起放置到烘箱中加热；待UV胶(10)和玻纤织物预浸料(9)中的树脂完全固化后，将粘贴纵向接缝(5)的胶带撕去，移除绕线圆筒(4)，便得到一组包含膜基底(3)的径向超导匀场线圈(1)。

2.根据权利要求1所述的径向超导匀场线圈的制作工艺，其特征在于所述的环氧薄片(6)的厚度大于或等于超导线(7)的直径。

3.根据权利要求1所述的径向超导匀场线圈的制作工艺，其特征在于所述的超导线(7)的截面为圆形。