CN108447646A - 一种对称温孔型超导磁体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称温孔型超导磁体，包括一圆筒形线圈骨架和设置在所述线圈骨架的超导线圈，在超导线圈骨架外周部设置有八个凹槽，八个凹槽关于线圈骨架中心点对称分布，在凹槽内设置有对应的超导线圈，共设置有八个超导线圈。由于超导磁体需要产生一定强度以及一定范围的磁场，通过将超导线圈的个数从六个提升到八个，可以有效减少单个超导线圈的宽度以及厚度，从而减少磁场对超导线圈的受力，进而减少超导线圈对线圈骨架所施加的压力；由于超导磁体的成像区域位于中空的线圈骨架的内腔，减小超导线圈的厚度有利于更加充分利用超导线圈外侧的导线，从而减少超导线材的浪费，减少了超导线圈的制作成本。

Description

一种对称温孔型超导磁体

技术领域

本发明涉及超导技术领域，特别是涉及一种对称温孔型超导磁体。

背景技术

着几年来科技不断的进步，超导磁体在人们日常生活中的应用也越来越广泛。例如安装在核磁共振设备中的超导线圈单元、安装在除铁器中的超导线圈单元等等，超导体的应用也越来越广泛。

以应用在核磁共振系统的超导磁体为例，该超导磁体需要在成像区域内形成高均匀度的空间磁场分布，以便为核磁共振系统提供扫描视野。通常情况下，应用在核磁共振系统的超导磁体会有一个线圈骨架，在线圈骨架上会设置有多个超导线圈，多个超导线圈会相互作用来实现高均匀度的空间磁场分布，将杂散场分布约束在限制在响应的区域内。

在现有技术中，线圈骨架的外周部会设置有多个凹槽，同时在凹槽内设置超导线圈。但是多个超导线圈在产生一定强度的磁场的同时，磁场同时也会对超导线圈施加一定的力以挤压线圈骨架外周部中凹槽的侧壁。在现阶段经常会出现线圈骨架受力过大，从而使得线圈骨架产生形变以及破损，进而影响超导磁体所产生的磁场的参数，例如影响磁场均匀度的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种对称温孔型超导磁体，可以有效减少超导线圈对线圈骨架所施加的压力。

为解决上述技术问题，本发明提供一种对称温孔型超导磁体，所述超导磁体包括一圆筒形线圈骨架和设置在所述线圈骨架的超导线圈；

所述线圈骨架外周部沿所述线圈骨架轴向方向依次设置有环形的八个凹槽，所述凹槽分别为第一凹槽至第八凹槽；其中，所述第一凹槽至所述第八凹槽共八个所述凹槽关于所述线圈骨架中心点对称分布，所述第一凹槽至所述第八凹槽中对应设置有第一超导线圈至第八超导线圈，所述第一超导线圈至所述第八超导线圈共八个所述超导线圈关于所述线圈骨架中心点对称分布。

可选的，所述超导磁体还包括两个环形屏蔽骨架，两个所述屏蔽骨架分别套设于所述线圈骨架两端部，一所述屏蔽骨架设置有环形的第九凹槽，另一所述屏蔽骨架设置有环形的第十凹槽，所述第九凹槽与所述第十凹槽关于所述线圈骨架中心点对称分布；所述第九凹槽设置有对应的第九超导线圈，所述第十凹槽设置有对应的第十超导线圈。

可选的，所述第九凹槽中固定有具有通孔的挡壁，所述第九超导线圈穿过所述通孔固定于所述第九凹槽。

可选的，所述第九凹槽中固定有多个所述挡壁，多个所述挡壁均匀分布在所述第九凹槽中。

可选的，所述第十凹槽中固定有具有通孔的挡壁，所述第十超导线圈穿过所述通孔固定于所述第十凹槽。

可选的，所述第十凹槽中固定有多个所述挡壁，多个所述挡壁均匀分布在所述第十凹槽中。

可选的，所述第二凹槽与所述第三凹槽之间的侧壁为加强筋结构，所述第六凹槽与所述第七凹槽之间的侧壁为加强筋结构。

本发明所提供的一种对称温孔型超导磁体，包括一圆筒形线圈骨架和设置在所述线圈骨架的超导线圈，在超导线圈骨架外周部设置有八个凹槽，八个凹槽关于线圈骨架中心点对称分布，在凹槽内设置有对应的超导线圈，共设置有八个超导线圈。由于超导磁体需要产生一定强度以及一定范围的磁场，通过将超导线圈的个数从六个提升到八个，可以有效减少单个超导线圈的宽度以及厚度，从而减少磁场对超导线圈的受力，进而减少超导线圈对线圈骨架所施加的压力；由于超导磁体的成像区域位于中空的线圈骨架的内腔，减小超导线圈的厚度有利于更加充分利用超导线圈外侧的导线，从而减少超导线材的浪费，减少了超导线圈的制作成本。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种对称温孔型超导磁体的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种具体的对称温孔型超导磁体的结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为本发明实施例所提供的一种超导线圈轴向受力示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种具体的屏蔽骨架的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种具体的屏蔽骨架的侧视图。

图中：1.线圈骨架、11.第一凹槽、12.第二凹槽、13.第三凹槽、14.第四凹槽、15.第五凹槽、16.第六凹槽、17.第七凹槽、18.第八凹槽、21.第一超导线圈、22.第二超导线圈、23.第三超导线圈、24.第四超导线圈、25.第五超导线圈、26.第六超导线圈、27.第七超导线圈、28.第八超导线圈、3.屏蔽骨架、31.第九凹槽、32.第十凹槽、33.挡壁、41.第九超导线圈、42.第十超导线圈。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种对称温孔型超导磁体。在现有技术中，在线圈骨架上会设置有六个超导线圈，而线圈骨架的内腔为超导磁体的成像区域。为了产生一定强度一定范围的高均匀度磁场，需要将超导线圈制作的较宽较厚。将超导线圈制作的较厚之后，会使得超导线圈内外磁场的值相差较大。同时由于超导磁体的成像区域位于超导线圈内侧，所以现阶段位于超导线圈外侧的导线就得不到充分的利用，从而造成超导线材的浪费。由于现阶段超导线圈的体积较大，在一定的磁场中，磁场会对超导线圈施加较大的力，从而使得超导线圈压迫线圈骨架，使得线圈骨架受力过大而导致线圈骨架发生形变或破损，最终影响到超导磁体所产生的磁场的均匀性。

而本发明所提供的一种对称温孔型超导磁体，包括一圆筒形线圈骨架和设置在所述线圈骨架的超导线圈，在超导线圈骨架外周部设置有八个凹槽，八个凹槽关于线圈骨架中心点对称分布，在凹槽内设置有对应的超导线圈，共设置有八个超导线圈。由于超导磁体需要产生一定强度以及一定范围的磁场，通过将超导线圈的个数从六个提升到八个，可以有效减少单个超导线圈的宽度以及厚度，从而减少磁场对超导线圈的受力，进而减少超导线圈对线圈骨架所施加的压力；由于超导磁体的成像区域位于中空的线圈骨架的内腔，减小超导线圈的厚度有利于更加充分利用超导线圈外侧的导线，从而减少超导线材的浪费，减少了超导线圈的制作成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2，图3与图4，图1为本发明实施例所提供的一种对称温孔型超导磁体的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的一种具体的对称温孔型超导磁体的结构示意图；图3为图2的A-A向剖视图；图4为本发明实施例所提供的一种超导线圈轴向受力示意图。

参见图1，在本发明实施例中，所述超导磁体包括一圆筒形线圈骨架1和设置在所述线圈骨架1的超导线圈(图中未标出)；所述线圈骨架1外周部沿所述线圈骨架1轴向方向依次设置有环形的八个凹槽，所述凹槽分别为第一凹槽11至第八凹槽18；其中，所述第一凹槽11至所述第八凹槽18共八个所述凹槽关于所述线圈骨架1中心点对称分布，所述第一凹槽11至所述第八凹槽18中对应设置有第一超导线圈21至第八超导线圈28，所述第一超导线圈21至所述第八超导线圈28共八个所述超导线圈关于所述线圈骨架1中心点对称分布。

上述线圈骨架1为圆筒形线圈骨架1，该线圈骨架1具有一圆柱形内腔，该内腔为超导磁体的成像区域，本发明所提供的超导磁体可以在该内腔中形成具有一定强度的高均匀度的磁场。

在本发明实施例中通常选用由06Cr19Ni10制作而成的线圈骨架1，即本发明中线圈骨架1的材质为06Cr19Ni10。06Cr19Ni10是一种不锈钢，有该种材料制备而成的线圈骨架1具有良好的机械性能，尤其是在低温条件下具有良好的机械性能；同时由06Cr19Ni10制备而成的线圈骨架1不会受到磁场影响。由于超导线圈通常需要在4.2K左右的温度下才能体现出超导性，所以在本发明实施例中线圈骨架1通常也会处在低温条件下，此时需要线圈骨架1在低温条件下同样具有良好的机械性能。

上述线圈骨架1的外周部设置有八个环形凹槽，即每个凹槽均沿线圈骨架1的周向环绕线圈骨架1一周设置。通常情况下。八个凹槽沿线圈骨架1的轴向方向依次设置，所述凹槽分为第一凹槽11、第二凹槽12、第三凹槽13、第四凹槽14、第五凹槽15、第六凹槽16、第七凹槽17和第八凹槽18。在本发明实施例中，所述第一凹槽11至所述第八凹槽18共八个所述凹槽关于所述线圈骨架1中心点对称分布。即第一凹槽11与第八凹槽18的结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布、第二凹槽12与第七凹槽17的结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布、第三凹槽13与第六凹槽16的结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布、第四凹槽14与第五凹槽15的结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布。

在本发明实施例中，所述第一凹槽11至所述第八凹槽18中对应设置有第一超导线圈21至第八超导线圈28，所述第一超导线圈21至所述第八超导线圈28共八个所述超导线圈关于所述线圈骨架1中心点对称分布。

上述每个凹槽中均对应设置有一个超导线圈，其中超导线圈的形状与凹槽的形状相对应。例如，第一凹槽11内设置有第一超导线圈21、第二凹槽12内设置有第二超导线圈22、第三凹槽13内设置有第三超导线圈23、第四凹槽14内设置有第四超导线圈24、第五凹槽15内设置有第五超导线圈25、第六凹槽16内设置有第六超导线圈26、第七凹槽17内设置有第七超导线圈27、第八凹槽18内设置有第八超导线圈28。由于每个超导线圈均设置在对应的凹槽中，同时由于第一凹槽11至第八凹槽18共八个凹槽的结构相同且关于所述线圈骨架1中心点对称分布，相应的第一超导线圈21至第八超导线圈28共八个超导线圈也会结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布。

为了限制设置在线圈骨架1外周部的超导线圈所产生的磁场的扩散范围，可以选择被动屏蔽或者是主动屏蔽的方法对超导线圈所产生的磁场进行屏蔽。所述被动屏蔽是通过比较厚的铁质外壳体包裹线圈骨架1以及超导线圈，从而完成对超导线圈所产生的磁场进行屏蔽；所述主动屏蔽是通过在线圈骨架1外侧设置屏蔽骨架3，并在屏蔽骨架3上设置超导线圈，设置在屏蔽骨架3上的超导线圈所产生的磁场与设置在线圈骨架1上的超导线圈所产生的磁场方向相反，从而实现对设置在线圈骨架1上的超导线圈所产生的磁场进行屏蔽。

参见图2与图3，由于使用主动屏蔽可以有效减少超导磁体的体积，有利于超导磁体的小型化，在本发明实施例中优选为通过主动屏蔽的方法限制设置在线圈骨架1上的超导线圈所产生的磁场的扩散范围。在本发明实施例中具体为：所述超导磁体还包括两个环形屏蔽骨架3，两个所述屏蔽骨架3分别套设于所述线圈骨架1两端部，一所述屏蔽骨架3设置有环形的第九凹槽31，另一所述屏蔽骨架3设置有环形的第十凹槽32，所述第九凹槽31与所述第十凹槽32关于所述线圈骨架1中心点对称分布；所述第九凹槽31设置有对应的第九超导线圈41，所述第十凹槽32设置有对应的第十超导线圈42。

上述两个屏蔽骨架3分别套设于上述线圈骨架1的两端部，在本发明实施例中需要保证两个屏蔽骨架3关于线圈骨架1中心点对称分布。其中一个屏蔽骨架3上设置有第九凹槽31，另一个屏蔽骨架3上设置有第十凹槽32，所述第九凹槽31与所述第十凹槽32同样需要结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布；相应的设置在第九凹槽31内的第九超导线圈41以及设置在第十凹槽32内的第十超导线圈42之间的结构相同且关于线圈骨架1中心点对称分布。

参见图,4，在磁场中，分别位于线圈骨架1中心点两侧的超导线圈在沿线圈骨架1轴向方向会受到朝向线圈骨架1中心点的力；同时位于屏蔽骨架3中的第九超导线圈41与第十超导线圈42在沿线圈骨架1轴向方向会受到背向线圈骨架1中心点的力。为了实现高均匀度的磁场，上述第二超导线圈22以及上述第七超导线圈27的厚度较厚，体积较大。由于本发明实施例中在线圈骨架1外周部设置有多个超导线圈，同时在屏蔽骨架3上共设置有两个超导线圈，当超导线圈产生磁场时，每个超导线圈都会受到其他超导线圈所施加的力，可以抽象成每个线圈都会受到超导磁体所产生的均匀磁场的力。由于第二超导线圈22与第七超导线圈27的体积较大，相应的第二超导线圈22与第七超导线圈27的受力也比较大，所以上述第二凹槽12与第三凹槽13之间的侧壁的结构强度需要较强，即该侧壁的厚度需要较厚；相应的第六凹槽16与第七凹槽17之间的侧壁的结构强度也需要较强，该侧壁的厚度同样需要较厚。

作为优选的，在本发明实施例中，所述第二凹槽12与所述第三凹槽13之间的侧壁为加强筋结构，所述第六凹槽16与所述第七凹槽17之间的侧壁为加强筋结构。加强筋结构可以增加线圈骨架1轴向方向对超导线圈的支撑强度，是超导线圈的结构更加的稳定。相比于单纯的增加凹槽之间的侧壁厚度，将第二凹槽12与第三凹槽13之间的侧壁设置为加强筋结构，同时将第六凹槽16与第七凹槽17之间的结构设置成加强筋结构，可以使得线圈骨架1结构轻量化，在制备线圈骨架1时，可以选用较薄的板材，从而大大降低线圈骨架1的制作成本。

本发明实施例所提供的一种对称温孔型超导磁体，包括一圆筒形线圈骨架1和设置在所述线圈骨架1的超导线圈，在超导线圈骨架1外周部设置有八个凹槽，八个凹槽关于线圈骨架1中心点对称分布，在凹槽内设置有对应的超导线圈，共设置有八个超导线圈。由于超导磁体需要产生一定强度以及一定范围的磁场，通过将超导线圈的个数从六个提升到八个，可以有效减少单个超导线圈的宽度以及厚度，从而减少磁场对超导线圈的受力，进而减少超导线圈对线圈骨架1所施加的压力；由于超导磁体的成像区域位于中空的线圈骨架1的内腔，减小超导线圈的厚度有利于更加充分利用超导线圈外侧的导线，从而减少超导线材的浪费，减少了超导线圈的制作成本。

有关上述屏蔽骨架3的具体结构将在下述发明实施例中进行详细介绍。

请参考图5与图6，图5为本发明实施例所提供的一种具体的屏蔽骨架的结构示意图；图6为本发明实施例所提供的一种具体的屏蔽骨架的侧视图。

区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对屏蔽骨架的结构进行具体限定。其余内容已在上述发明实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图5与图6，在本发明实施例中，套设在线圈骨架1一端的屏蔽骨架3具有第九凹槽31，在所述第九凹槽31中固定有具有通孔的挡壁33，所述第九超导线圈41穿过所述通孔固定于所述第九凹槽31。

在第九凹槽31内设置具有通孔的挡壁33，并将第九超导线圈41穿过该通孔可以有效将第九超导线圈41固定于第九凹槽31，在第九凹槽31内设置挡壁33可以有效增加设置有第九凹槽31的屏蔽骨架3的结构强度，使得这一屏蔽骨架3的结构更加稳定。

进一步的，可以在所述第九凹槽31中固定有多个所述挡壁33，多个所述挡壁33均匀分布在所述第九凹槽31中。在第九凹槽31中设置多个挡壁33可以进一步增加屏蔽骨架3的结构强度，同时多个挡壁33均匀分布在第九凹槽31中可以使得这一屏蔽骨架3的受力更加均匀。设置有多个挡壁33使得这一屏蔽骨架3具有类似于加强筋的结构，该结构可以使得屏蔽骨架3结构轻量化，在制备屏蔽骨架3时，可以选用较薄的板材，从而大大降低屏蔽骨架3的制作成本。

相类似的，在本发明实施例中，套设在线圈骨架1另一端的屏蔽骨架3具有第十凹槽32，在所述第十凹槽32中同样固定有具有通孔的挡壁33，所述第十超导线圈42穿过所述通孔固定于所述第十凹槽32。

在第十凹槽32内设置具有通孔的挡壁33，并将第十超导线圈42穿过该通孔可以有效将第十超导线圈42固定于第十凹槽32，在第十凹槽32内设置挡壁33可以有效增加设置有第十凹槽32的屏蔽骨架3的结构强度，使得这一屏蔽骨架3的结构更加稳定。

进一步的，可以在所述第十凹槽32中固定有多个所述挡壁33，多个所述挡壁33均匀分布在所述第十凹槽32中。在第十凹槽32中设置多个挡壁33可以进一步增加屏蔽骨架3的结构强度，同时多个挡壁33均匀分布在第十凹槽32中可以使得这一屏蔽骨架3的受力更加均匀。设置有多个挡壁33使得这一屏蔽骨架3具有类似于加强筋的结构，该结构可以使得屏蔽骨架3结构轻量化，在制备屏蔽骨架3时，可以选用较薄的板材，从而大大降低屏蔽骨架3的制作成本。

本发明实施例所提供的一种对称温孔型超导磁体，通过在屏蔽骨架3的凹槽内设置具有通孔的挡壁33，对应该屏蔽骨架3的超导线圈会穿过该通孔固定于凹槽中，可以在屏蔽骨架3中有效固定超导线圈的同时，有效增加屏蔽线圈的结构强度，大大降低屏蔽骨架3的制作成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种对称温孔型超导磁体进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种对称温孔型超导磁体，其特征在于，所述超导磁体包括一圆筒形线圈骨架和设置在所述线圈骨架的超导线圈；

所述线圈骨架外周部沿所述线圈骨架轴向方向依次设置有环形的八个凹槽，所述凹槽分别为第一凹槽至第八凹槽；其中，所述第一凹槽至所述第八凹槽共八个所述凹槽关于所述线圈骨架中心点对称分布，所述第一凹槽至所述第八凹槽中对应设置有第一超导线圈至第八超导线圈，所述第一超导线圈至所述第八超导线圈共八个所述超导线圈关于所述线圈骨架中心点对称分布。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述超导磁体还包括两个环形屏蔽骨架，两个所述屏蔽骨架分别套设于所述线圈骨架两端部，一所述屏蔽骨架设置有环形的第九凹槽，另一所述屏蔽骨架设置有环形的第十凹槽，所述第九凹槽与所述第十凹槽关于所述线圈骨架中心点对称分布；所述第九凹槽设置有对应的第九超导线圈，所述第十凹槽设置有对应的第十超导线圈。

3.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述第九凹槽中固定有具有通孔的挡壁，所述第九超导线圈穿过所述通孔固定于所述第九凹槽。

4.根据权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述第九凹槽中固定有多个所述挡壁，多个所述挡壁均匀分布在所述第九凹槽中。

5.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述第十凹槽中固定有具有通孔的挡壁，所述第十超导线圈穿过所述通孔固定于所述第十凹槽。

6.根据权利要求5所述的超导磁体，其特征在于，所述第十凹槽中固定有多个所述挡壁，多个所述挡壁均匀分布在所述第十凹槽中。

7.根据权利要求2至6任一项权利要求所述的超导磁体，其特征在于，所述第二凹槽与所述第三凹槽之间的侧壁为加强筋结构，所述第六凹槽与所述第七凹槽之间的侧壁为加强筋结构。