CN103714937B - 超导磁体用电流引线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁体用电流引线结构，涉及一种电流引线结构，提供一种既能通电，又能通过冷却剂的超导磁体用电流引线结构。这种超导磁体用电流引线结构包括轴向对接的移动部分和固定部分；固定部分包括相互绝缘并嵌套设置的第一固定电极和第二固定电极，第二固定电极内部空间为冷却剂接收通道；移动部分包括相互绝缘并嵌套设置的第一移动电极和第二移动电极，第二移动电极内部空间为冷却剂导流通道；第一移动电极端部与第一固定电极端部通过接触导通，第二移动电极端部与第二固定电极端部通过接触导通且封闭并使冷却剂导流通道和冷却剂接收通道连通。超导线圈接电源充磁、泄能和往容纳超导线圈的低温封闭容器中加、减冷却剂均可通过本发明实现。

Description

超导磁体用电流引线结构

技术领域

本发明涉及一种电流引线结构，尤其涉及一种用于向超导磁体通电的电流引线结构。

背景技术

当前，高场超导MR磁体在国内医疗影像行业中的应用已非常普遍。其基本原理是利用一些合金材料在超低温下(一般是液氦温度)显示出的超导特性，将使用这类线材绕制的线圈置于一个封闭的容器中，通过冷却、真空隔热及其他绝热手段创造出比较稳定的低温环境，使位于其中的线圈维持超导状态。但实际上所谓的低温容器也不是严格意义的密封，它需要在装配完成后向其中加注冷却剂(液氮，液氦等)，并在冷却完成后向超导线圈加电流充磁或利用外接电路泄能,因此需要留有冷却剂通道及正、负两极电流通道。目前一般的应用是将冷却剂通道和电流通道分开，甚至正极和负极电流通道也分开，这样不仅需要在操作台上留多个插孔，增加了漏热，不利于低温状态的保持和降低容器中冷却剂的蒸发率，而且操作起来比较繁琐：操作时在完成冷却剂加注后需要将导管取出，再插入正、负极电流导杆进行充磁操作，结束后拔出正、负极电流导杆；如果需要泄能或抽取冷却剂，则须重复以上操作，效率不高。

对于所述的电流通道，在低温容器中，需要由外界室温端向内部低温端过渡,其中连接外部室温端电源电缆和内部低温端超导线的中间部分称为电流引线。目前的电流引线结构有固定式和移动式两种,固定式即在充磁前后无需拆除,一般为螺栓或直接焊接固定；而移动式分为螺纹连接和面接触。由于螺纹连接的螺纹容易损坏,而且有被冰冻难以插拔的隐患，相较之下面接触方式可以避免这些问题，应用潜力更大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种既能通电，又能通过冷却剂的超导磁体用电流引线结构。

一种超导磁体用电流引线结构包括轴向对接的移动部分和固定部分；固定部分包括相互绝缘的第一固定电极和第二固定电极，第一固定电极形状为空心柱形，第二固定电极形状为空心柱形且和第一固定电极同心设置，第二固定电极内部空间为冷却剂接收通道；移动部分包括相互绝缘的第一移动电极和第二移动电极，第一移动电极形状为空心柱形，第二移动电极形状为空心柱形且和第一移动电极同心设置，第二移动电极内部空间为冷却剂导流通道；第一移动电极端部与第一固定电极端部通过接触导通，第二移动电极端部与第二固定电极端部通过接触导通且封闭并使冷却剂导流通道和冷却剂接收通道连通。

进一步的是：第一移动电极形状为圆筒形，第一移动电极的靠近第一固定电极部分沿第一移动电极轴向设置有扩张槽；第一固定电极形状为空心圆锥形，第一固定电极较小一端朝向第一移动电极；第一移动电极内侧与第一固定电极外侧接触。

进一步的是：第一移动电极内侧面设置有限位凸起，第一固定电极外侧面设置有限位槽，限位凸起嵌入限位槽。

进一步的是：第二移动电极上的与第二固定电极接触的面为圆球面，第二固定电极上的与第二移动电极接触的面为圆锥面。

进一步的是：固定部分包括沿固定部分轴向间隔设置于第一固定电极和第二固定电极之间的至少两件固定绝缘环；移动部分包括沿移动部分轴向间隔设置于第一移动电极和第二移动电极之间的至少两件移动绝缘环。

进一步的是：移动绝缘环和固定绝缘环上均设置有冷气孔。

进一步的是：第一移动电极外侧面包覆有绝缘层。

进一步的是：第一移动电极包括电极主体和靠近第一固定电极的电极触头，电极主体与电极触头可拆卸连接。

进一步的是：移动部分还包括设置于第一移动电极外部的固定盖和固定座，固定盖与第一移动电极连接并可相对第一移动电极旋转及轴向移动，固定盖与固定座螺纹连接。

进一步的是：第二移动电极内在远离第二固定电极一端设置有可拆卸的封堵。

进一步的是：第一固定电极和第二固定电极包含相互绝缘隔离的底座，分别连通线圈的两端线头。

本发明的有益效果是：超导线圈充磁、泄能和往容纳超导线圈的低温封闭容器中加、减冷却剂均可通过本发明实现。这一结构减少了与封闭容器连接的电流接口、冷却剂接口数量，可以减少外界向低温容器的漏热从而减少冷却剂的蒸发率，还可以减少插拔次数，简化电流和冷却剂的充、放操作。

附图说明：

图1是超导磁体用电流引线结构示意图；

图2是第一移动电极的电极触头横截面示意图；

图3是移动绝缘环和固定绝缘环结构示意图；

图中标记为：第二移动电极1、第一移动电极主体2、移动绝缘环3、第一移动电极触头4、第一超导线5、第二超导线6、固定盖7、固定座8、冷却剂导流通道9、绝缘层10、第一移动电极11、限位凸起12、限位槽13、第一固定电极14、绝缘支撑板15、冷却剂接收通道16、第二固定电极17、固定绝缘环18、扩张槽19、冷气孔20。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

一种超导磁体用电流引线结构包括轴向对接的移动部分和固定部分；固定部分包括相互绝缘的第一固定电极14和第二固定电极17，第一固定电极14形状为空心柱形，第二固定电极17形状为空心柱形且和第一固定电极14同心设置，第二固定电极17内部空间为冷却剂接收通道16；移动部分包括相互绝缘的第一移动电极11和第二移动电极1，第一移动电极11形状为空心柱形，第二移动电极1形状为空心柱形且和第一移动电极11同心设置，第二移动电极1内部空间为冷却剂导流通道9；第一移动电极11端部与第一固定电极14端部通过接触导通，第二移动电极1端部与第二固定电极17端部通过接触导通且封闭并使冷却剂导流通道9和冷却剂接收通道16连通。

超导线圈充磁、泄能和往容纳超导线圈的封闭容器中加、减冷却剂均可通过本发明实现，减少了与封闭容器连接的电流接口、冷却剂接口数量，可以减少外界向低温容器的漏热从而减少冷却剂的蒸发率，还可以减少插拔次数，简化电流和冷却剂的充、放操作。冷却剂通过冷却剂导流通道9和冷却剂接收通道16可以对第二移动电极1和第二固定电极17进行冷却。

移动部分和固定部分类似于插头和插座。固定部分固定在超导线圈容器内，第一固定电极14和第二固定电极17分别与超导线圈连接，冷却剂接收通道16通向冷却剂容腔底部。第一固定电极14和第二固定电极17可以分别通过第一超导线5和第二超导线6与超导线圈连接。需要加电流充磁时，将移动部分和固定部分连接，具体就是使第一移动电极11与第一固定电极14接触，第二移动电极1与第二固定电极17接触。接触方式最好是面接触，以使导电及密封效果良好。为了使第一移动电极11和第二移动电极1成为一个整体，并为了绝缘及便于手持等，移动部分显然还需要如同普通插头一般用绝缘材料将第一移动电极11和第二移动电极1连成一个整体。第一移动电极11和第二移动电极1需要通电时，可以在电极上连接导线，导线的端部连接插头；也可以在移动部分上设置插座，插座的电极与第一移动电极11和第二移动电极1连接。第一固定电极14和第二固定电极17最好也制成一个整体通过底座固定在低温容器内。如同普通插头和插座的连接，移动部分和固定部分接触后，移动部分不能自由活动，否则会与固定部分脱开。本发明移动部分和固定部分接触后，可以通过专门固定装置限位，也可以通过移动部分和固定部分自身的机构限位。各电极推荐材料为铜，铜不仅有很好的导电性，质地也较软且在低温下具有较好的韧性，利于提高各电极的接触效果。为增强导电及耐磨性，各电极材料也可以采用镀金、镀银或镀锡铜材料。各电极轴向长度应严格控制，保证第一移动电极11与第一固定电极14、第二移动电极1与第二固定电极17同时接触。

第一移动电极11和第一固定电极14具体设置方式推荐如下：第一移动电极11形状为圆筒形，第一移动电极11的靠近第一固定电极14部分沿第一移动电极11轴向设置有扩张槽19；第一固定电极14形状为空心圆锥形，第一固定电极14锥型较小一端朝向第一移动电极11；第一移动电极11内侧与第一固定电极14外侧接触。第一移动电极11上设置扩张槽19，在插入时第一移动电极11可以张开，因材料的弹性作用，张开后的第一移动电极11会有回弹的趋势，使第一移动电极11对第一固定电极14保持一定的夹紧力，提高二者接触效果。如果第二移动电极1和与第二固定电极17的接触面横截面也为圆形，则移动部分与固定部分可以任意角度连接，因此推荐第二移动电极1和与第二固定电极17具体设置方式如下：第二移动电极1上的与第二固定电极17接触的面为圆球面，第二固定电极17上的与第二移动电极1接触的面为圆锥面。圆球面和圆锥面接触有利于提高接触效果和二者间的密封效果。第一移动电极11与第一固定电极14以及第二移动电极1与第二固定电极17的接触方式都是面接触，导电及密封效果良好。

为了进一步保证接触效果，且使移动部分和固定部分不会自由移动，第一移动电极11内侧面设置有限位凸起12，第一固定电极14外侧面设置有限位槽13，对接时限位凸起12嵌入限位槽13。限位凸起12嵌入限位槽13使移动部分和固定部分不会自动分开。限位凸起12可以是环形凸起，限位槽13可以是环形槽。

第一固定电极14和第二固定电极17及第一移动电极11和第二移动电极1之间是绝缘的，绝缘方式有多种，可以使二者之间气体自由流通即可。为了提高绝缘效果及便于限制二者之间的位置，固定部分包括沿固定部分轴向间隔设置于第一固定电极14和第二固定电极17之间的至少两件固定绝缘环18；移动部分包括沿移动部分轴向间隔设置于第一移动电极11和第二移动电极1之间的至少两件移动绝缘环3。固定绝缘环18和移动绝缘环3是由绝缘材料制成的圆环形零件。根据第一固定电极14和第二固定电极17的具体形状，还可以设置绝缘支撑板15进行固定和绝缘。

由于通电时电极会发热，为了能够进一步冷却各电极，移动绝缘环3和固定绝缘环18上均设置有冷气孔20。电流引线工作时冷却剂或其气化后的冷气流通过各绝缘环的冷气孔20到第一固定电极14和第二固定电极17之间及第一移动电极11和第二移动电极1之间对各电极进行冷却。

为避免移动部分移动过程中第一移动电极11与人体或别的导体接触，造成不必要损伤，第一移动电极11外侧面包覆有绝缘层10。

为了减小第一移动电极11损坏后的维修成本，第一移动电极11包括电极主体2和靠近第一固定电极14的电极触头4，电极主体2与电极触头4可拆卸连接。电极触头4损坏后可以更换，不必更换整个第一移动电极11或移动部分，减少第一移动电极11损坏后的损失。

为了进一步使移动部分和固定部分对接后不会相对移动。该超导磁体用电流引线结构包括设置于第一移动电极11外部的固定盖7和固定座8，固定盖7与第一移动电极11连接并可相对第一移动电极11旋转及轴向移动，固定盖7与固定座8螺纹连接。固定盖7与第一移动电极11具体连接方式可以是通过在绝缘层10或第一移动电极11上设置环形槽，固定盖7内侧放置于该环形槽中。固定座8应固定于超导线圈容器上。固定盖7与固定座8螺纹连接时通过环形槽对第一移动电极11产生压力，从而对整个移动部分产生朝向固定部分的压力。

为了防止异物进入冷却剂导流通道9和冷却剂接收通道16，第二移动电极1内在远离固定电极17一端设置有可拆卸的封堵。在加减冷却剂的时候拆下封堵，在充磁和泄能的时候加上封堵，使被加热的冷却气体从绝缘环的冷气孔20中逸出至低温容器之外容器。

在电流引线不工作时，也就是既不加减冷却剂也不充磁泄能时，电流引线的移动部分可以拔出，用密封盖拧在固定座8上封闭电流引线插口。

Claims (9)

1.超导磁体用电流引线结构，其特征在于：包括轴向对接的移动部分和固定部分；固定部分包括相互绝缘的第一固定电极(14)和第二固定电极(17)，第一固定电极(14)形状为空心柱形，第二固定电极(17)形状为空心柱形且和第一固定电极(14)同心设置，第二固定电极(17)内部空间为冷却剂接收通道(16)；移动部分包括相互绝缘的第一移动电极(11)和第二移动电极(1)，第一移动电极(11)形状为空心柱形，第二移动电极(1)形状为空心柱形且和第一移动电极(11)同心设置，第二移动电极(1)内部空间为冷却剂导流通道(9)；第一移动电极(11)端部与第一固定电极(14)端部通过接触导通，第二移动电极(1)端部与第二固定电极(17)端部通过接触导通且密闭使冷却剂导流通道(9)和冷却剂接收通道(16)连通；

第一移动电极(11)形状为圆筒形，第一移动电极(11)的靠近第一固定电极(14)部分沿第一移动电极(11)轴向设置有扩张槽(19)；第一固定电极(14)形状为空心圆锥形，第一固定电极(14)较小一端朝向第一移动电极(11)；第一移动电极(11)内侧与第一固定电极(14)外侧接触。

2.根据权利要求1所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：第一移动电极(11)内侧面设置有限位凸起(12)，第一固定电极(14)外侧面设置有限位槽(13)，限位凸起(12)嵌入限位槽(13)。

3.根据权利要求2所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：第二移动电极(1)上的与第二固定电极(17)接触的面为圆球面，第二固定电极(17)上的与第二移动电极(1)接触的面为圆锥面。

4.根据权利要求1至3任一项所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：固定部分包括沿固定部分轴向间隔设置于第一固定电极(14)和第二固定电极(17)之间的至少两件固定绝缘环(18)；移动部分包括沿移动部分轴向间隔设置于第一移动电极(11)和第二移动电极(1)之间的至少两件移动绝缘环(3)。

5.根据权利要求4所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：移动绝缘环(3)和固定绝缘环(18)上均设置有冷气孔(20)。

6.根据权利要求1至3任一项所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：第一移动电极(11)外侧面包覆有绝缘层(10)。

7.根据权利要求1至3任一项所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：第一移动电极(11)包括电极主体(2)和靠近第一固定电极(14)的电极触头(4)，电极主体(2)与电极触头(4)可拆卸连接。

8.根据权利要求1至3任一项所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：包括设置于第一移动电极(11)外部的固定盖(7)和固定座(8)，固定盖(7)与第一移动电极(11)连接并可相对第一移动电极(11)旋转及轴向移动，固定盖(7)与固定座(8)螺纹连接。

9.根据权利要求1至3任一项所述的超导磁体用电流引线结构，其特征在于：第二移动电极(1)内在远离第二固定电极(17)一端设置有可拆卸的封堵。