CN103578682A

CN103578682A - 可伸缩电流引线组件

Info

Publication number: CN103578682A
Application number: CN201310319929.6A
Authority: CN
Inventors: S.迈恩; E.T.拉斯卡里斯; P.S.M.S.汤普森
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: GB2506009B; GB201313115D0; US20140028316A1; JP2014027273A; CN103578682B; US9182464B2; GB2506009A

Abstract

本发明公开一种用于将传导冷却式超导磁体在升流运作期间的热负载降至最小的可伸缩电流引线组件；所述电流引线组件包括真空室，所述真空室具有通孔，使得具有可伸缩触点的可伸缩电流引线能够穿透所述真空室内；超导磁体布置在所述真空室内并且包括磁体引线；电流触点布置在所述真空室内的所述通孔下方处，并且经由热连接器连接到所述磁体引线；所述电流触点由连接到所述真空室的内壁的隔热支撑结构支撑；设有致动器组件，以使所述可伸缩触点与所述电流触点接触，其中连接在环境温度下发生于所述隔热支撑结构内。

Description

可伸缩电流引线组件

技术领域

本发明涉及一种超导磁体系统，具体地，涉及一种超导磁体系统的电流引线组件。

背景技术

只要维持在适当的低温下，以下称“超导温度”，超导磁体即能够以零电阻有效导电。低温系统用于确保超导磁体在超导温度下工作。

超导磁体通常包括超导线圈，所述超导线圈通过将电流输送到超导线圈的电流引线与电源电连接。这些电流引线各自包括与超导线圈电连接的一端，以及与电源电连接的另一端。超导磁体在升流运作期间连接到电源，以便使磁体达到特定的场强，然后使其进入持久模式。超导磁体等低温装置可能需要上百安培到数千安培的电流，这些电流将被输送到低温恒温器的低温区域中。电流引线将产生大量热量，这些热量可能不可避免地蔓延到超导线圈。因此，电流引线必须被设计成最小化低温区域内的热流动或损失。

一些电流引线组件包括可拆卸电流引线，其中所述电流引线与电源之间的连接将在磁体获得电流供应或者进入持久模式时通过分离或拆卸电流引线的触点来断开。由于需要冷却连接到超导线圈的电流引线，因此将可拆卸电流引线用于传导冷却式超导磁体系统中是非常复杂的。在传导冷却式超导磁体系统中，导线的连接在低温下发生于真空室内，例如在50°K下。在真空条件的这些温度下产生的电触点通常会导致高触点电阻，产生这种现象的原因可能在于因材料在真空中除气作用而导致冰冻污染物沉积在触点上。由于难以实现良好接触，因此低温连接还将产生高电阻和高热负载，因为触点温度非常低并且十分坚硬，柔度非常小，因而难以建立电连接。因此，引线充当超导磁体上的热负载。因此，冷却设备用于冷却电流引线中与超导线圈电连接的一端，通常称作“冷端”。与电源电连接的另一端通常称为“热端”。在传导冷却式超导磁体中建立良好电连接并最小化热负载仍然存在巨大挑战。

发明内容

本发明提供一种用于将传导冷却式超导磁体在场升流运作期间的热负载降至最小的电流引线组件。所述电流引线组件包括真空室，所述真空室拥有通孔，使得具有可伸缩触点的可伸缩电流引线能够穿透到真空室内。超导磁体布置在真空室内并且包括磁体引线。电流触点布置在真空室内的通孔下方处，并且经由热连接器连接到磁体引线。电流触点由连接到真空室内壁的隔热支撑结构支撑。设有致动器组件，以使可伸缩触点与电流触点接触，其中连接在环境温度下发生于隔热支撑结构内。

作为优选的技术方案，所述致动器组件被布置成在磁体升流操作完成后将所述可伸缩电流引线的所述可伸缩触点与所述电流触点分离。

作为优选的技术方案，所述热连接器用于将所述可伸缩触点与所述电流触点的所述接触而产生的、向所述磁体引线传导的热降至最小。

作为优选的技术方案，所述热连接器是柔性的。

作为优选的技术方案，所述热连接器是柔性的铜电缆。

作为优选的技术方案，所述可伸缩触点、所述热连接器和所述电流触点包括导热材料。

作为优选的技术方案，所述导热材料是铜。

作为优选的技术方案，所述可伸缩触点与所述可伸缩电流引线形成一体。

作为优选的技术方案，所述隔热支撑结构包括隔热材料。

作为优选的技术方案，所述隔热材料是玻璃纤维。

作为优选的技术方案，所述隔热支撑结构提供所述可伸缩触点的隔热。

作为优选的技术方案，所述隔热支撑结构将所述可伸缩触点维持在环境温度。

作为优选的技术方案，可伸缩电流引线的一端连接到电源，并且其中从500安培到至少1000安培的电流通过所述可伸缩触点与所述电流触点的连接而供应到所述超导磁体。

一种制造用于超导磁体的电流引线组件的方法，所述方法包括：

提供真空室，所述真空室包括包封内部体积并且具有通孔的外壳；

提供超导磁体，所述超导磁体位于所述真空室内并且具有磁体引线；

将电流触点布置在所述真空室内所述通孔下方；

将热连接器附接在所述磁体引线与所述电流触点之间；

将隔热支撑结构附接到所述真空室的内壁，以支撑所述通孔下方的所述电流触点；

将具有可伸缩触点的可伸缩电流引线布置成以密封方式经由所述通孔穿透所述真空室；以及

将致动器组件连接到所述真空室和所述可伸缩电流引线，以使所述可伸缩触点与所述电流触点接触，其中所述接触在环境温度下发生于所述真空室外。

作为优选的技术方案，进一步包括：

将所述致动器组件布置成在激活模式完成后使所述可伸缩电流引线的所述可伸缩触点与所述电流触点分离。

作为优选的技术方案，进一步包括：

选择所述热连接器以将因所述可伸缩触点与所述电流触点的所述接触而发生向所述磁体引线的热传导降至最小。

作为优选的技术方案，进一步包括：

使所述可伸缩触点与所述真空室的所述内部体积隔热。

一种磁共振成像(MRI)系统，包括：

真空室，所述真空室包封真空空间并且包括通孔；

超导磁体，所述超导磁体布置在所述真空室内并且具有磁体引线；

电流触点，所述电流触点布置在所述真空室内的所述通孔下方处；

热连接器，所述热连接器具有连接到所述磁体引线的一端以及连接到所述电流引线的另一端；

隔热支撑结构，所述隔热支撑结构连接到所述真空室的内壁，以支撑所述通孔下方的所述电流触点；

可伸缩电流引线，所述可伸缩电流引线以可密封方式经由所述通孔穿透所述真空室，并且具有可伸缩触点；以及

致动器组件，所述致动器组件连接到所述真空室和所述可伸缩电流引线，用于使所述可伸缩触点与所述电流触点接触，其中所述接触在环境温度下发生。

作为优选的技术方案，所述致动器组件用于在激活模式完成后将所述可伸缩引线的所述可伸缩触点与所述电流触点分离。

作为优选的技术方案，所述热连接器用于将因所述可伸缩触点与所述电流触点的所述接触而产生的向所述磁体引线的热传导降至最小

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明实施例的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：

图1是根据一个实施例的超导磁体的电流引线组件的图解；以及

图2是根据本发明一个实施例的显像系统的方框图，其中所述显像系统具有包括图1所示电流引线组件的超导磁体。

具体实施方式

本说明书中公开的实施例提供一种用于传导冷却式超导磁体的可伸缩电流引线组件，其中连接电流引线以向超导磁体供电是在一定时间内，例如在超导磁体的场升流期间，在环境温度下发生。根据本发明的实施例，可伸缩电流引线组件包括隔热支撑结构，所述隔热支撑结构布置在容纳超导磁体的真空室的内壁上。具有可伸缩触点的可伸缩电流引线穿透到隔热支撑结构内，所述隔热支撑结构还支撑经由热连接器连接到超导磁体的磁体引线的电流触点。可伸缩电流引线经由真空室中的通孔安置在隔热支撑结构内。隔热支撑结构提供与真空室内的低温温度热隔离的内部。因此，可伸缩触点与电流引线的连接在环境温度下发生于隔热支撑结构内。对连接到电流触点和磁体引线的热连接器进行选择，以便将因隔热支撑结构内可伸缩触点与电流触点之间的热传导而加诸于超导磁体上的热负载降至最小。可伸缩电流引线组件的实施例实现在环境温度(例如，室温)下连接，以便在将高达500安培及以上的强电流供应到超导磁体以使磁体升流的同时，将磁体上的热负载维持在最低水平。

除非另作规定，否则本说明书中所用的科技术语与所属领域中的普通技术人员所公知的意义相同。本说明书中所用的术语“第一”、“第二”等并不说明任何顺序、数量或重要性，而是用于区别不同元件。此外，术语“一”和“一个”并不构成数量限制，而是说明存在至少一个参考项目，并且除非另作规定，否则“前”、“后”、“下”和/或“上”等术语仅用于简便说明，并不限于任一位置或空间取向。此外，术语“连接”和“联接”并且意图区分两个部件之间的直接或间接连接/联接。相反，除非另作规定，这些部件可以直接或间隔连接/联接。

参见图1，其中示出了根据本发明一个实施例的电流引线组件的图解。尽管电流引线组件包括两个如图1所示运作的可伸缩电流引线，但为了便于说明，下文将仅介绍可伸缩电流引线组件的一侧。真空室12中设有超导磁体14、由低温冷却器(未图示)冷却的隔热罩16以及电流引线组件10。超导磁体14通常被冷却到约4K的温度，而隔热罩通常被冷却到约50K的温度。但是，本发明的实施例并不限于这些示例性温度，预期还包括其他温度。

电流引线组件10包括经由真空室12内的通孔20延伸到真空室12内的可伸缩电流引线18。可伸缩电流引线18通过紧固件24固定到盖22。可伸缩电流引线18包括可伸缩触点17。致动器组件26用于以可伸缩方式与可伸缩触点接合并分离。可伸缩电流引线18和可伸缩触点17可以形成为一体(如图所示)，或者分成制动杆和触点部分等多个部分。可以根据各种技术对致动器组件26进行布置，以使得可伸缩电流引线18能够以可伸缩方式延伸到真空室12中。在图1所示的实施例中，致动器组件26包括连接到紧固件24和螺钉27的支撑杆25。螺钉27使得可伸缩电流引线18能够与可伸缩触点17接合并分离。真空密封件28设于可伸缩电流引线18与风箱30之间。密封件28与风箱30接触，以便维持风箱30内的真空状态。可以设置诸如塑料等绝缘体29，以便在风箱30与可伸缩电流引线18之间形成电绝缘。盖22与风箱30通过任何合适的技术固定在一起，例如均焊接到真空室12上。

电流引线组件10还包括布置在真空室12内的电流触点32。电流触点32经由热连接器36连接到磁体引线34。接纳热连接器36的热力站35经由电绝缘层37固定(例如，用螺栓固定)到隔热罩16。电绝缘层37的导热性高，因而热力站的温度与隔热罩16的温度接近。电绝缘层37的材料实例包括具有真空润滑油的卡普顿(Kapton)，或者玻璃充填的环氧树脂。可以使用其他合适的材料。电流触点32通过隔热支撑结构38支撑在真空室12内。隔热支撑结构38由能够实现隔热，同时强度足以支撑电流触点32并承受连接处的高负载的材料制成。此类材料的实例包括具有环氧树脂的玻璃纤维、诸如G10等塑料绝缘体，或者其他合适的材料。隔热支撑结构38在可伸缩触点17缩回时使得电流触点32与环境温度之间隔热，以便电流触点32与隔热罩16的温度几乎相同。因此，当可伸缩电流引线18与电流触点32之间的接触或连接断开时，电流触点32、热连接器36和隔热罩16均维持在约50K，并且与环境温度下的真空容器隔热。

对热连接器36进行选择，以便将因可伸缩触点17与电流触点32连接以向磁体供电而加诸于超导磁体14上的热负载降至最小，即使供应电流高达500安培至1000安培及以上。具体来说，对热连接器36的特性，例如材料、长度、直径、面积、面积长度比等进行选择，以便将热传导降至最低。例如，热连接器36可以是铜或黄铜电缆或线材，并且可以具有刚性或柔性。热连接器36使得能够在环境温度下以最小热量负载或者转移到超导磁体14的低温或超导温度连接到电源。

超导磁体能够得益于较高的电流，因为在制造超导线圈的超导线材越大时，人力和材料方面的成本效益越高。具体来说，用于较高电流的较大线材的每安培米单位成本低于通常用于100安培至200安培等较低电流的较小线材。此外，磁体所需的线圈匝数较少。迄今为止，这些较高电流是在氦蒸汽或氦浴环境而不是真空环境中被供应到超导磁体中。本说明书中公开的实施例通过将磁体上的热负载降至最小，使得超导磁体能够在真空环境中使用强电流。

此外，现有技术传导冷却式超导磁体中的电流引线组件在低温下闭合触点。由于难以实现良好接触，因此在诸如50°K及以下等低温下闭合触点还将产生高电阻和高热负载，因为触点温度非常低并且十分坚硬且受到污染，柔度非常小，因而难以建立电连接。在本说明书中公开的实施例中，磁体与电源的电连接在环境温度下实现，以便通过在触点处施加压力来以触点清洁且电阻极低的形式建立非常好的电连接。

具体来说，由隔热支撑结构38提供的隔热使得电流触点32能够在电流引线18缩回时维持在约50K的低温，或者在电流引线18的电流触点17与触点32时维持在环境温度。此外，隔热支撑结构38的强度足以促使在接触区域上施加高负载。当可伸缩电流引线18与电流触点32分离时，由于电流触点32经由热连接器36和磁体引线34连接到磁体14，因此所述触点维持在低温。但是，每当可伸缩电流引线18与电流触点32之间建立连接时，电流触点32的温度将升高到实现良好电连接并开始导热和导电的环境温度。在环境温度下，随着电流触点32的温度在与可伸缩电流引线18接触时升高，因冷冻除气材料而形成于电流触点32上的任何污染物都将消失。隔热支撑结构38大体上消除了施加到真空室12内的隔热罩16中的任何热负载。当可伸缩电流引线18与电流触点32之间的接触断开时，电流触点32的位置将在隔热支撑结构38的作用下保持不变，并且电流触点32在再次冷却到低温。由于接触发生在环境温度下，因此这种布置使得可伸缩电流引线18和电流触点32能够在不影响各自性质的情况下接合和分离。

参见图2，其中示出了根据本发明实施例的磁共振成像系统，所述系统中包括可伸缩电流引线组件。MRI系统通常使用超导磁体，所述超导磁体通常具有用于生成均匀磁场的多个线圈。在MRI系统中运作的示例性超导磁体系统需要超导磁体偶发升流，以便向用于MRI系统的磁体充电。在超导磁体升流之后，用于磁体升流的电流源将断开并且不再需要，除非必须进行进一步磁体升流，例如，以便在定期服务、磁体失超等之后使超导磁体退磁或者使超导磁体再磁化。

图2所示MRI系统50的运作由操作员控制台52进行控制，所述操作员控制台包括键盘或其他数据装置54、控制面板56以及显示屏58。控制台52通过链路60与单独的计算机系统62通信，所述计算机系统使得操作员能够控制显示屏58上的图像产生和显示。计算机系统62包括若干模块，这些模块通过底板62a彼此通信。这些模块中包括图像处理器模块64、CPU模块66和存储器模块68，所述存储器模块在所述领域中被称作存储图像数据阵列的帧缓冲区。计算机系统62连接到磁盘存储器70和移动存储器72，以便存储图像数据和程序，并且通过高速串行链路76与单独的系统控制器74通信。输入装置54可以包括鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球、触控屏、光棒、语音控制或者任何类似或等效输入装置，并且可以用于交互式几何指示。

系统控制器74包括通过底板74a连接在一起的一系列模块。这些模块包括CPU模块76和脉冲发生器模块78，所述脉冲发生器模块通过串行链路80连接到操作员控制台52。系统控制器74通过链路80从操作员接收指示即将执行的扫描序列的命令。脉冲发生器模块78管理各系统部件执行所需的扫描序列，并且生成关于以下内容的数据：所生成射频脉冲的定时、强度和形状，以及数据采集窗的定时和长度。脉冲发生器模块78连接到一系列梯度放大器82，以便指示在扫描期间生成的梯度脉冲的时序和形状。脉冲发生器模块78还可以从生理参数采集控制器88接收患者数据，所述生理参数采集控制器从连接到患者的若干不同传感器接收信号，例如从附接到患者的电极接收ECG信号。最后，脉冲发生器模块78连接到扫描室接口电路86，所述扫描室接口电路从与患者状态和磁体系统关联的多个传感器接收信号。患者定位系统84也通过扫描室接口电路86接收将患者移动到所需扫描位置的命令。

脉冲发生器模块78生成的梯度波形将施加到具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系统82。每个梯度放大器促使一般梯度线圈组件90中的相应物理梯度线圈生成用于空间编码采集信号的磁场梯度。梯度线圈组件90形成磁体组件92的一部分，所述磁体组件包括极化磁体94和全身射频线圈96。系统控制器74中的收发器模块98生成由射频放大器100放大的脉冲，并且连接到通过发射/接收开关102连接到射频线圈96。由患者体内的激发原子核放出的所得信号将由同一射频线圈96进行感测，并且通过发射/接收开关102耦合到前置放大器104。放大所得的MR信号将在收发器98的接收器部分中进行解调、滤波和数字化。发射/接收开关102由来自脉冲发生器模块78的信号进行控制，以在发射模式期间将射频放大器100电连接到线圈96，并且在接收模式期间将前置放大器104连接到线圈96。发射/接收开关102还可以使得单独的射频线圈(例如，表面线圈)能够用于发射或者接收模式。

由射频线圈96采集的MR信号由收发器模块98数字化，并且传输到系统控制器74中的存储器模块106。扫描将在存储器模块106中已得到原始K空间数据时完成。该原始K空间数据将被重排成与即将重构的每幅图像对应的单独K空间数据阵列，并且这些阵列将被各自输入到阵列处理器108中，所述阵列处理器执行相关操作以将数据傅里叶变换成图像数据阵列。所述图像数据将通过串行链路76传输到计算机系统62，并存储在所述计算机系统中的存储器中，例如磁盘存储器70中。根据从操作员控制台52接收的命令，所述图像数据可以被归档在诸如移动存储器72等长期存储器中，或者可以由图像处理器64f进行进一步处理，并传输到操作员控制台52并显示到显示器58。

尽管本说明书中仅说明并描述了本发明的某些特征，但所属领域的技术人员能够做出许多修改和改变。因此，应了解，随附权利要求书涵盖落在本发明实际精神内的所有此类修改和改变。

Claims

1.一种用于超导磁体的电流引线组件，包括：

具有通孔的真空室；

热连接器，所述热连接器具有连接到所述磁体引线的一端以及连接到所述电流触点的另一端；

致动器组件，所述致动器组件连接到所述真空室和所述可伸缩电流引线，被布置成使所述可伸缩触点与所述电流触点接触，其中所述接触在环境温度下发生于所述隔热支撑结构内。

2.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述致动器组件被布置成在磁体升流操作完成后将所述可伸缩电流引线的所述可伸缩触点与所述电流触点分离。

3.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述热连接器用于将所述可伸缩触点与所述电流触点的所述接触而产生的、向所述磁体引线传导的热降至最小。

4.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述热连接器是柔性的。

5.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述热连接器是柔性的铜电缆。

6.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述可伸缩触点、所述热连接器和所述电流触点包括导热材料。

7.根据权利要求6所述的电流引线组件，其中所述导热材料是铜。

8.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述可伸缩触点与所述可伸缩电流引线形成一体。

9.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述隔热支撑结构包括隔热材料。

10.根据权利要求9所述的电流引线组件，其中所述隔热材料是玻璃纤维。

11.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述隔热支撑结构提供所述可伸缩触点的隔热。

12.根据权利要求11所述的电流引线组件，其中所述隔热支撑结构将所述可伸缩触点维持在环境温度。

13.根据权利要求1所述的电流引线组件，其中所述可伸缩电流引线的一端连接到电源，并且其中从500安培到至少1000安培的电流通过所述可伸缩触点与所述电流触点的连接而供应到所述超导磁体。

14.一种制造用于超导磁体的电流引线组件的方法，所述方法包括：

将电流触点布置在所述真空室内所述通孔下方；

将热连接器附接在所述磁体引线与所述电流触点之间；

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

使所述可伸缩触点与所述真空室的所述内部体积隔热。

18.一种磁共振成像(MRI)系统，包括：

真空室，所述真空室包封真空空间并且包括通孔；

19.根据权利要求18所述的MRI系统，其中所述致动器组件用于在激活模式完成后将所述可伸缩引线的所述可伸缩触点与所述电流触点分离。

20.根据权利要求18所述的MRI系统，其中所述热连接器用于将因所述可伸缩触点与所述电流触点的所述接触而产生的向所述磁体引线的热传导降至最小。