CN109243753B - 超导磁体及其线圈的固定结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种超导磁体及其线圈的固定结构。该固定结构包括绕线架，绕线架设有线槽，线槽用于容置线圈组件；限位结构，设置于绕线架且与线圈组件连接，限位结构用于使线圈组件能够沿绕线架的轴向相对于线槽固定，且使线圈组件能够沿绕线架的径向相对于线槽运动预设的距离。通过设置限位结构，极大减小了在磁体生产过程中，因搬运、翻转磁体而导致线圈在线槽内随意移动的现象，避免磁体在励磁过程中失超。且限位结构能够在一定范围内允许线圈相对于线槽沿绕线架的径向移动，因而可保证线圈具有一定的膨胀空间，避免线圈与限位结构之间产生较大应力导致的磁体失超现象。

Description

超导磁体及其线圈的固定结构

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种超导磁体及其线圈的固定结构。

背景技术

磁共振成像设备中一般采用带有线槽的绕线架，将超导线缠绕在线槽中形成超导磁体。超导线绕制成环形圈后一般会采用灌胶工艺将同一线槽内的超导线圈粘结成一体。通常超导线为金属材料，粘胶为树脂材料，两者物理特性的不同导致灌胶后的超导磁体呈现出各向异性的特征，最明显的是收缩率。通常在预冷后，超导线圈在绕线架的轴向和径向上都会与线槽分离，形成一定的间隙。

在超导磁体的生产过程中，不可避免地对超导磁体进行搬运、翻转等操作，由于冲击或重力的作用，超导线圈会在线槽内移动。同时，在超导线圈通电后，超导线圈将承受圆周方向和轴向电磁力。圆周方向的电磁力会使得超导线圈向外膨胀，从而进一步拉大超导线圈与线槽之间的径向间隙。轴向电磁力的量级更大，会使得超导线圈有轴向移动。通常的理论认为，这种超导线圈的移动会使得超导磁体在励磁(ramping)的过程中失超(quench)，造成液氦的极大损失。而经过一次或多次的励磁，超导线圈的变形或移动可达到最终的状态，再次励磁就不会失超。

另一方面，磁共振成像设备通常需要在工厂内进行测试，保证其能达到设定的磁场，然后再运输到指定的场地(一般是医院)。由于上述冷却后的超导线圈与线槽有间隙，运输过程中不可避免的振动会使得超导线圈又相对线槽移动。这样，在场地励磁时，超导线圈又会在电磁力的作用下移动，可能导致超导磁体再次失超。更严重的情况是，在中高场磁体中，超导线圈的自由移动会导致每次励磁后超导线圈位置的微小差别，使得需要的均匀区中的磁场均匀度不同，引起场漂问题。

目前有一种解决办法是，采用线圈箍来减少超导线圈的移动。该线圈箍一般为薄板或带材，它需要布置在超导线圈的外周面上，两者之间通常还布置一些非金属填充材料。线圈箍需预先施加一定的预紧力，最后通过螺钉或铆钉等方式固定在绕线架上。这样，线圈箍可将超导线圈在圆周方向抱住。由于线圈箍与绕线架固定，预冷后线圈箍随绕线架收缩，故在低温下线圈箍还是能将超导线圈抱紧。这样即可限制超导线圈在运输过程中的位移。但是，超导线圈和绕线架在低温下收缩，而励磁时电磁力会使得超导线圈向外膨胀而与线圈箍产生相互应力，依然存在导致超导磁体失超的可能性。

发明内容

基于此，有必要针对超导磁体易出现失超现象的问题，提供一种能有效避免超导磁体失超现象的超导磁体线圈的固定结构。同时还提供了一种超导磁体。

一种超导磁体线圈的固定结构，包括：绕线架，绕线架设有线槽，线槽用于容置线圈组件；

限位结构，设置于绕线架且与线圈组件连接，限位结构用于使线圈组件能够沿绕线架的轴向相对于线槽固定，且使线圈组件能够沿绕线架的径向相对于线槽运动预设的距离。

在其中一个实施例中，限位结构包括：

限位座，设置于绕线架；

限位件，活动设置于限位座且与线圈组件连接，限位件能够沿绕线架的轴向相对于限位座固定，且限位件能够沿绕线架的径向相对于限位座运动预设的距离。

在其中一个实施例中，限位座设有限位孔，限位件穿设于限位孔内，限位件的一端设有与限位座配合连接的连接件，限位件的另一端与线圈组件连接，限位件能够沿绕线架的轴向相对于限位孔固定，且限位件能够沿绕线架的径向相对于限位孔运动预设的距离。

在其中一个实施例中，限位孔的轴线方向平行于绕线架的轴向，限位孔沿绕线架的径向的尺寸大于限位件沿绕线架的径向的尺寸，限位件能够沿绕线架的径向在限位孔内运动预设的距离，限位件沿限位孔的轴线方向相对于限位孔固定。

在其中一个实施例中，线圈组件设有第一固定孔，第一固定孔的轴线与限位孔的轴线重合，限位件远离限位座的一端固定于第一固定孔内。

在其中一个实施例中，线圈组件设有第一固定座，第一固定座设有第二固定孔，第二固定孔的轴线与限位孔的轴线重合，限位件远离限位座的一端穿设于第二固定孔且与第一固定座连接。

在其中一个实施例中，限位座与连接件接触的表面为凹球面，连接件与限位座接触的表面为与凹球面配合的凸球面。

在其中一个实施例中，限位件远离限位座的一端设有卡钩部，线圈组件设有与卡钩部配合的卡合部，卡钩部与卡合部相互卡接配合。

在其中一个实施例中，线圈组件包括线圈本体和固定层，固定层连接于线圈本体的远离线槽的侧壁，限位结构与固定层连接。

一种超导磁体，包括如上任一项所述的超导磁体线圈的固定结构。

本发明的有益效果包括：

通过设置限位结构，使得线圈组件不会相对于线槽在绕线架的轴向上产生移动，极大减小了在磁体生产过程中，因搬运、翻转磁体而导致线圈在线槽内随意移动的现象，避免磁体在励磁过程中失超。且限位结构使线圈组件能够沿绕线架的径向相对于线槽运动预设距离，即限位结构能够在一定范围内允许线圈相对于线槽沿绕线架的径向移动，因而可保证线圈具有一定的膨胀空间，避免线圈与限位结构之间产生较大应力导致的磁体失超现象。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的超导磁体的结构剖视图；

图2为图1所示结构的主视示意图；

图3为本发明一实施例提供的超导磁体线圈的固定结构的剖视示意图；

图4为本发明一实施例提供的超导磁体线圈的固定结构的剖视示意图；

图5为本发明一实施例提供的超导磁体线圈的固定结构的剖视示意图；

图6为本发明一实施例提供的超导磁体线圈的固定结构的剖视示意图；

图7为本发明一实施例提供的超导磁体线圈的固定结构的剖视示意图。

其中：

100-绕线架；

110-线槽；

200-限位结构；

210-限位座；211-限位孔；

220-限位件；221-卡钩部；

230-连接件；

300-线圈组件；

301-线圈本体；302-固定层；

310-第一固定孔；

320-第一固定座；321-第二固定孔；

330-第二固定座；

340-卡合部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的超导磁体及其线圈的固定结构进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

磁共振成像(MRI)设备已广泛应用于医疗诊断领域，其基本原理是利用磁体产生均匀的主磁场，将诊断对象体内的氢原子极化。然后由体射频线圈发射无线电射频脉冲激发氢原子核，引起核共振，并吸收能量。在由梯度线圈产生特定的梯度场的配合下，对在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接收器收录，经电子计算机处理后获得图像。

医学上的核磁共振的基本原理:是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。核磁共振成像也称磁共振成像，是利用核磁共振原理，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，据此可以绘制成物体内部的结构图像。

当前常用的磁体为超导磁体，所述超导磁体通常为环形筒状结构。超导磁体包括绕线架和绕制于绕线架的线槽内的超导线圈。目前的超导磁体易出现失超现象，即超导磁体失去超导磁性。这样，大量的电磁能量将转变为焦耳热并释放，此时需要消耗大量的液氦来冷却超导磁体。否则，如果不及时冷却超导磁体，磁体线圈中会产生高温高压对超导磁体产生不可逆转的损害，甚至使超导磁体报废。

本发明一实施例提供的超导磁体线圈的固定结构，能够避免出现线圈相对于线槽自由移动而引起的磁体失超现象。请参见图1至图3所示，超导磁体线圈的固定结构包括：绕线架100和设置于绕线架100的限位结构200。绕线架100设有线槽110，线槽110用于容置线圈组件300。限位结构200与线圈组件300连接。限位结构200用于使线圈组件300能够沿绕线架100的轴向相对于线槽110固定，且使线圈组件300能够沿绕线架100的径向相对于线槽110运动预设的距离。

超导磁体的绕线架100通常为环形筒状结构。绕线架100的外侧壁沿绕线架100的轴向可间隔设置有若干个线槽110，超导线分别缠绕于线槽110中。线圈组件300可以包括由若干超导线绕制而成的线圈本体301，以及将线圈本体301粘结成一体的粘胶。在一些实施例中，线圈组件300还可包括固定层302，固定层302连接于线圈本体301的远离线槽110的侧壁，限位结构200与固定层302连接。固定层302可采用环氧树脂或电木板等材料，固定层302也可以采用不锈钢等金属材料。较佳地使固定层302的材料具有与线圈本体301材料相接近的热膨胀性能，这样可减少线圈组件300的热应力。固定层302可以是通过树脂灌胶等方式与线圈本体301固化为一体。固定层302的宽度可以是与线圈本体301的宽度一致。

通过在线圈本体301上设置固定层302，使限位结构200与固定层302连接，便于限位结构200的结构布置。可以理解，线圈本体301远离线槽110的侧壁，指的是线圈本体301远离线槽110的槽底的侧壁，即线圈本体301的外壁。通常情况下，线圈本体301的外壁相对于线槽110的槽口还有一定距离，即线圈本体301的厚度小于线槽110的槽深。通过设置固定层302，线圈组件300可以稍微凸出于线槽110的槽口，可便于限位结构200与线圈组件300的连接，以实现对线圈组件300的限位作用。

如前所述的，绕线架100上设置有多个用于绕线的线槽110，因此绕线架100可对应每个线槽110分别设有一个限位结构200。通过对应每个线槽110设置的限位结构200以限定相应线槽110内的线圈组件300相对于该线槽110的自由移动。通过背景技术中介绍的我们知道，线圈相对于线槽110的自由移动主要是线圈沿绕线架100的轴向的位移，以及沿绕线架100的径向的膨胀位移。

本发明实施例的超导磁体线圈的固定结构，通过设置限位结构200使得线圈组件300不会相对于线槽110在绕线架100的轴向上产生移动，极大减小了在超导磁体生产过程中，因搬运、翻转超导磁体而导致线圈组件300在线槽110内随意移动的现象，避免超导磁体在励磁过程中失超。且限位结构200使线圈组件300能够沿绕线架100的径向相对于线槽110运动预设距离，即限位结构200能够在一定范围内允许线圈相对于线槽110沿绕线架100的径向移动，因而可保证线圈组件300具有一定的膨胀空间，避免线圈组件300与限位结构200之间产生较大应力导致的磁体失超现象。本发明实施例的超导磁体线圈的固定结构，可极大地减小超导磁体失超的可能性，保证超导磁体的正常使用，延长超导磁体的使用寿命。

所述限位结构200的结构形式可以为多种，只要能够实现阻止线圈组件300沿绕线架100轴向移动，以及允许线圈组件300沿绕线架100的径向移动预设距离的目的的结构均可。参见图3，作为一种可实施的方式，限位结构200包括限位座210和限位件220。限位座210设置于绕线架100，限位件220活动设置于限位座210且与线圈组件300连接。限位件220能够沿绕线架100的轴向相对于限位座210固定，且限位件220能够沿绕线架100的径向相对于限位座210运动预设的距离。通过限位座210和限位件220之间的相互限制来限定线圈组件300相对于线槽110的运动，结构简单，易于实现对线圈组件300的限位作用。

限位座210设置于绕线架100，限位座210设置的位置可以为多种。例如，限位座210可设置于绕线架100的靠近线槽110的槽口的位置。这样可便于限位件220与位于线槽110内的线圈组件300连接。在一个实施例中，限位座210设置于绕线架100的靠近线槽110的槽口的边沿，且限位座210位于线槽110面向线圈组件300受力方向的一侧。需要说明的是，线圈组件300的受力方向指的是线圈组件300在励磁过程中受到的电磁力的方向。可以理解，每个线圈组件300的受力方向均是确定的。将限位座210设置于线槽110面向线圈组件300受力方向的一侧，限位座210通过限位件220与线圈组件300连接，因而限位结构200对线圈组件300施加的沿绕线架100轴向的作用力方向，与线圈组件300的受力方向是一致的。在超导磁体励磁时，线圈组件300在电磁里的作用下会向限位座210所在一侧的线槽110压紧，由于此前已将线圈组件300与限位座210之间沿绕线架100轴向的位置相对固定，此时线圈组件300在励磁过程中不会与限位座210之间产生较大应力，也不会因为移动引起磁体失超。

此外，限位座210至少为一个。当限位座210为两个及以上多个时，若干限位座210沿线槽110的周向均匀布置。可以理解，限位件220与限位座210是一一对应的。通过均匀布置的多个限位件220和限位座210，使圈组件施加的作用力较为均匀，提升限位效果。限位座210可以是一体成型地设置于绕线架100，其也可以是通过焊接、铆接或者螺接等方式安装于绕线架100，只要限位座210在其安装位置相对于绕线架100固定即可。

限位件220活动设置于限位座210的结构形式可以有多种。在一个实施例中，限位座210设有限位孔211，限位件220穿设于限位孔211内，限位件220的一端设有与限位座210配合连接的连接件230，限位件220的另一端与线圈组件300连接，限位件220能够沿绕线架100的轴向相对于限位孔211固定，且限位件220能够沿绕线架100的径向相对于限位孔211运动预设的距离。限位件220穿设于限位孔211内，且限位件220的一端连接于限位座210，另一端与线圈组件300连接。通过限位孔211对限位件220的运动路径进行限定，使得线圈组件300相对于限位座210仅能具有规定路径的运动自由度。即线圈组件300能够沿绕线架100的轴向相对于线槽110固定，且线圈组件300能够沿绕线架100的径向相对于线槽110运动预设的距离，避免磁体失超现象的产生。

根据限位孔211设置的方式不同，实现限位件220沿限定路径运动的方式也不同。参见图3至图6，在一个实施例中，限位孔211的轴线方向平行于绕线架100的轴向，限位孔211沿绕线架100的径向的尺寸大于限位件220沿绕线架100的径向的尺寸，限位件220能够沿绕线架100的径向在限位孔211内运动预设的距离，限位件220沿限位孔211的轴线方向相对于限位孔211固定。这样，限位件220仅能沿绕线架100的径向运动预设的距离，使得线圈组件300也仅能沿绕线架100的径向相对于线槽110运动预设的距离。

参见图7，在另一个实施例中，限位孔211的轴线方向平行于绕线架100的径向，限位件220能够沿限位孔211的轴线方向运动预设的距离，且限位件220沿绕线架100的轴向相对于限位孔211固定。限位件220仅能沿绕线架100的径向运动预设的距离，使得线圈组件300也仅能沿绕线架100的径向相对于线槽110运动预设的距离。例如，可使限位件220的横截面呈圆形，限位孔211的横截面也呈圆形，且使得限位件220的外径与限位孔211的孔径相适配，限位件220不能够沿着限位孔211的径向移动。

限位件220与线圈组件300的连接方式可以为多种。以限位孔211的轴线方向平行于绕线架100的轴向的实施方式为例，如图3所示，在一个实施例中，线圈组件300设有第一固定孔310，第一固定孔310的轴线与限位孔211的轴线重合，限位件220远离限位座210的一端固定于第一固定孔310内。例如，第一固定孔310可以是具有内螺纹的螺孔，限位件220的端部设有与前述内螺纹向配合的外螺纹。限位件220的该端部通过螺纹配合连接固定于第一固定孔310内。限位件220通过第一固定孔310直接与线圈组件300固定连接，限位件220的运动带动线圈组件300运动。而限位件220仅能沿绕线架100的径向运动预设的距离，因此线圈组件300也仅能沿绕线架100的径向移预设的距离。由此限位孔211和限位件220能够允许线圈组件300相对于线槽110沿绕线架100的径向具有一定的可移动空间，从而不会出现因为线圈组件300在励磁时的膨胀而与限位座210之间产生较大应力，导致超导磁体失超的现象。

此外，在一个实施例中，限位座210与连接件230接触的表面为凹球面，连接件230与限位座210接触的表面为与凹球面配合的凸球面。通过将限位座210和连接件230相互配合的表面设计为球面接触，可使限位件220与限位座210的连接在沿绕线架100的径向方向上具有一定的灵活性。在保证线圈组件300沿绕线架100的轴向相对于线槽110固定的同时，不会产生其他应力，避免因为其他应力的产生而导致的磁体失超现象。

参见图4，在另一个实施中，线圈组件300设有第一固定座320，第一固定座320设有第二固定孔321，第二固定孔321的轴线与限位孔211的轴线重合，限位件220远离限位座210的一端穿设于第二固定孔321且与第一固定座320连接。例如，限位件220远离限位座210的一端穿设于第二固定孔321，限位件220的端部可设有外螺纹，利用螺母连接于限位件220的端部且与第一固定座320相互抵接，使得限位件220与第一固定座320形成连接。限位件220仅能沿绕线架100的径向运动预设的距离，因此线圈组件300也仅能沿绕线架100的径向移预设的距离。由此限位孔211和限位件220能够允许线圈组件300相对于线槽110沿绕线架100的径向具有一定的可移动空间，从而不会出现因为线圈组件300在励磁时的膨胀而与限位座210之间产生较大应力，导致超导磁体失超的现象。可以理解，在该实施例中，限位座210和连接件230相互配合的表面也可设计为球面接触。而前述螺母与第一固定座320相互接触配合的表面也设计为球面接触。从而使得限位件220在沿绕线架100径向的方向具有更灵活的运动形式，避免限位件220与线圈组件300之间，以及限位件220与限位座210之间产生其他应力。进而尽可能地减小了超导磁体失超的可能性。

参见图5，在又一个实施例中，线圈组件300设有第二固定座330，限位件220远离限位座210的一端与第二固定座330连接。限位件220与第二固定座330可以是转动连接，也可以是固定连接。例如，限位件220远离限位座210的一端转动连接于第二固定座330。限位件220与第二固定座330为转动连接，可使得限位件220的该端具有较为灵活的运动形式。此外，连接件230与限位座210也可以是相互成球面接触，这样可以使限位件220与限位座210的连接在沿绕线架100的径向方向上具有一定的灵活性。在保证线圈组件300沿绕线架100的轴向相对于线槽110固定的同时，不会产生其他应力，避免因为其他应力的产生而导致的磁体失超现象。

参见图6，在其他一些实施例中，限位件220远离限位座210的一端设有卡钩部221，线圈组件300设有与卡钩部221配合的卡合部340，卡钩部221与卡合部340相互卡接配合。限位件220的该端通过卡钩部221与线圈组件300卡合连接，卡钩部221与卡合部340之间可以是弧形接触连接。

本发明一实施例还提供了一种超导磁体，包括以上任一实施例所述的超导磁体线圈的固定结构。该超导磁体具有不易发生失超现象的优点，其使用寿命较长。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，包括：绕线架，所述绕线架设有线槽，所述线槽用于容置线圈组件；

限位结构，设置于所述绕线架且与所述线圈组件连接，所述限位结构用于使所述线圈组件能够沿所述绕线架的轴向相对于所述线槽固定，且使所述线圈组件能够沿所述绕线架的径向相对于所述线槽运动预设的距离；

所述限位结构包括：

限位座，设置于所述绕线架；

限位件，活动设置于所述限位座且与所述线圈组件连接，所述限位件能够沿所述绕线架的轴向相对于所述限位座固定，且所述限位件能够沿所述绕线架的径向相对于所述限位座运动预设的距离。

2.根据权利要求1所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述限位座设有限位孔，所述限位件穿设于所述限位孔内，所述限位件的一端设有与所述限位座配合连接的连接件，所述限位件的另一端与所述线圈组件连接，所述限位件能够沿所述绕线架的轴向相对于所述限位孔固定，且所述限位件能够沿所述绕线架的径向相对于所述限位孔运动预设的距离。

3.根据权利要求2所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述限位孔的轴线方向平行于所述绕线架的轴向，所述限位孔沿所述绕线架的径向的尺寸大于所述限位件沿所述绕线架的径向的尺寸，所述限位件能够沿所述绕线架的径向在所述限位孔内运动预设的距离，所述限位件沿所述限位孔的轴线方向相对于所述限位孔固定。

4.根据权利要求3所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述线圈组件设有第一固定孔，所述第一固定孔的轴线与所述限位孔的轴线重合，所述限位件远离所述限位座的一端固定于所述第一固定孔内。

5.根据权利要求3所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述线圈组件设有第一固定座，所述第一固定座设有第二固定孔，所述第二固定孔的轴线与所述限位孔的轴线重合，所述限位件远离所述限位座的一端穿设于所述第二固定孔且与所述第一固定座连接。

6.根据权利要求4或5所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述限位座与所述连接件接触的表面为凹球面，所述连接件与所述限位座接触的表面为与所述凹球面配合的凸球面。

7.根据权利要求3所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述限位件远离所述限位座的一端设有卡钩部，所述线圈组件设有与所述卡钩部配合的卡合部，所述卡钩部与所述卡合部相互卡接配合。

8.根据权利要求1所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述线圈组件包括线圈本体和固定层，所述固定层连接于所述线圈本体的远离所述线槽的侧壁，所述限位结构与所述固定层连接。

9.根据权利要求8所述的超导磁体线圈的固定结构，其特征在于，所述固定层通过树脂灌胶的方式与所述线圈本体固化为一体。

10.一种超导磁体，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的超导磁体线圈的固定结构。

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