CN112151230A - 超导磁体的导电组件及超导磁体 - Google Patents

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Abstract

超导磁体的导电组件，其用于在超导磁体的真空容器的外部和低温装置的内部间输送电能。导电组件包括一个连接件(10)、一个管状的导电体(20)、一个导热绝缘体(30)、和一个填充体(40)。连接件(10)具有一个通孔(11)。导电体(20)通过通孔(11)穿设于连接件(10)并与连接件(10)间隔设置。导热绝缘体(30)插设于通孔(11)。填充体(40)填充于连接件(10)、导电体(20)、和导热绝缘体(30)之间的间隙。该导电组件结构简单，制造成本较低。此外还提供了该导电组件的制造方法及包括该导电组件的超导磁体。

Description

超导磁体的导电组件及超导磁体
技术领域
本发明涉及导电组件，尤其是用于在超导磁体的真空容器的外部和低温装置的内部间输送电能的导电组件，及包括该导电组件的超导磁体。
背景技术
超导磁体常用于磁共振成像系统。超导磁体包括真空容器和低温装置。低温装置内容纳有冷却剂如液氦，超导线圈浸泡在冷却剂中。低温装置被安装在真空容器内，以降低与外界的热交换。在某些紧急情况下，超导磁体需要被失超以失去其超导性，这种情况下部分液氦蒸发形成氦气，大量氦气需通过特定的路径排出，以维持低温装置内稳定的压力。超导磁体上设置有连通低温装置的内部和真空容器的外部的连通管，用于排出氦气。
超导磁体还设置有导电组件，以给低温装置内的超导线圈提供电能。导电组件包括连接件和导电体，导电体穿设于连通管并通过连接件固定连接连通管。常用的连接件例如铜块，其用于连接冷源，以冷却导电体，以此降低通过导电体传导至低温装置的热量。连接件和导电体之间需要电绝缘并保持良好的导热性能。为达到此目的，目前常用的导电组件的制造工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种超导磁体的导电组件，其成本较低。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造导电组件的方法，其工艺简单，制造成本低。
本发明的还一个目的是提供一种超导磁体，其成本较低。
本发明提供了一种超导磁体的导电组件，其用于在超导磁体的真空容器的外部和低温装置的内部间输送电能。导电组件包括一个连接件、一个管状的导电体、一个导热绝缘体、和一个填充体。连接件具有一个通孔。导电体通过通孔穿设于连接件并与连接件间隔设置。导热绝缘体插设于通孔。填充体填充于连接件、导电体、和导热绝缘体之间的间隙。
该导电组件结构简单，制造成本较低。
在超导磁体的导电组件的另一种示意性实施方式中，连接件和导热绝缘体之间以及导电体和导热绝缘体之间的间隙不超过0.2mm，以提高导热性能。
在超导磁体的导电组件的再一种示意性实施方式中，导电组件设置有至少三个导热绝缘体，至少三个导热绝缘体环绕导电体设置，以便于加工。
在超导磁体的导电组件的还一种示意性实施方式中，至少三个导热绝缘体接触并抵靠连接件和导电体，以固定连接件、导电体、和导热绝缘体之间的相对位置，以便于加工。
在超导磁体的导电组件的还一种示意性实施方式中，导电体为圆管，通孔的孔壁为内圆柱面。导电体和通孔同轴设置。导热绝缘体呈沿导电体的周向延伸的弧形片状。以利于在多个径向方向上保持基本一致的导热性能和绝缘性能。
在超导磁体的导电组件的还一种示意性实施方式中，导热绝缘体为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷具有良好的导热性能和绝缘性能。
在超导磁体的导电组件的还一种示意性实施方式中，填充体主要由环氧树脂组成，以便于加工。
在超导磁体的导电组件的还一种示意性实施方式中，填充体还包含氧化铝粉、氮化铝粉、氮化硼粉和石英粉中的一种或多种的组合，以提高填充体的导热性能。
本发明还提供了一种用于制造上述超导磁体的导电组件的方法，包括以下步骤：将导电体插入连接件的通孔；将导热绝缘体插入连接件和导电体之间，以固定连接件、导电体、和导热绝缘体之间的相对位置；将用于形成填充体的液态材料灌注到连接件、导电体、和导热绝缘体之间的间隙中；以及将液态材料固化，以形成填充体。该用于制造超导磁体的导电组件的方法工艺简单，制造成本较低。
本发明还提供了一种超导磁体，其包括一个真空容器、一个低温装置、一个连通管、和一个上述的导电组件。真空容器具有一个容腔。低温装置设置于容腔内。连通管连接真空容器和低温装置，以连通低温装置的内部和真空容器的外部。导电体穿设于连通管并通过连接件固定连接连通管。该超导磁体的导电组件结构简单，制造成本较低。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1和图2为超导磁体的导电组件的一种示意性实施方式的结构示意图。
图3为图2中Ⅳ部的放大图。
图4为图1所示的导电组件的部分结构的分解图。
图5用于说明图1所示的导电组件的制造过程中液态材料灌注前的状态。
图6为超导磁体的一种示意性实施方式的结构示意图。
标号说明
10 连接件
11 通孔
20 导电体
30 导热绝缘体
40 填充体
50 真空容器
51 容腔
60 低温装置
70 连通管
80 导电组件
L1，L2 间隙
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
图1和图2为超导磁体的导电组件的一种示意性实施方式的结构示意图，其中图1为立体图，图2为俯视图。如图1和图2所示，超导磁体的导电组件80包括一个连接件10、一个管状的导电体20、八个导热绝缘体30、和一个填充体40。该导电组件用于在超导磁体的真空容器的外部和低温装置的内部间输送电能。
图4为图1所示的导电组件的部分结构的分解图。如图4所示，连接件10具有一个通孔11。参见图1和图2，导电体20通过通孔11穿设于连接件10。导电体20与连接件10间隔设置，以避免接触导电。
导热绝缘体30由具有良好的导热性能和绝缘性能的材料构成，例如为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷，但不限于此。导热绝缘体30插设于通孔11。在本示意性实施方式中，八个导热绝缘体30环绕导电体20设置。但不限于此，在其他示意性实施方式中，导热绝缘体30还可以根据需要采用其他排列方式。
填充体40主要由环氧树脂组成，其能够由液体材料固化成型，便于加工。填充体40填充于连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的间隙，以作为连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的导热媒介，并固定连接件10、导电体20、和导热绝缘体30的相对位置。填充体40例如以液体材料的形式灌注入连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的间隙，然后固化而成。
用于制造该导电组件的方法例如包括以下步骤：
1、将导电体20插入连接件10的通孔11；
2、将导热绝缘体30插入连接件10和导电体20之间，固定连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相对位置(状态如图5所示)；其中在本示意性实施方式中，固定通过工装来实现，在其他示意性实施方式中，也可以通过连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相互抵靠来实现固定，具体地说，导热绝缘体30的大小使得在插入导热绝缘体30的同时实现了连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相对位置的固定；
3、将用于形成填充体40的液态材料灌注到连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的间隙中；
4、将液态材料固化，以形成填充体40。
该导电组件在导电体20和连接件10之间设置导热绝缘体30，并通过填充体40填充连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的间隙，借此利于保证导电体20和连接件10之间的导热性能和绝缘性能。该导电组件结构简单，制造成本较低。
在本示意性实施方式中，导电组件设置有八个导热绝缘体30。但不限于此，在其他示意性实施方式中，导热绝缘体30的数量可根据需要调整，例如仅设置一个。
在示意性实施方式中，导热绝缘体30可设置为至少三个，其环绕导电体20设置。至少三个导热绝缘体30接触并抵靠连接件10和导电体20，以固定连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相对位置。借此，当用于形成填充体40的液态材料灌注之前，无需通过其他工装固定连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相对位置，使其更易加工。
在本示意性实施方式中，导电体20为圆管，但不限于此。在其他示意性实施方式中，导电体20的具体形状可根据需要调整。在本示意性实施方式中，通孔11的孔壁为内圆柱面，导电体20和通孔11同轴设置，以与圆管型的导电体20在各个径向方向上保持基本一致的间隔，这样有利于保证两者之间的绝缘性能。但不限于此，在其他示意性实施方式中，通孔11的形状可随着导电体20的形状相应地调整。
在示意性实施方式中，导热绝缘体30呈沿导电体20的周向延伸的弧形片状，以适应圆管型的导电体20和通孔11的呈内圆柱面的孔壁，这样利于在多个径向方向上保持基本一致的导热性能和绝缘性能。但不限于此。
图3为图2中Ⅳ部的放大图。如图3所示，在示意性实施方式中，连接件10和导热绝缘体30之间的间隙L1以及导电体20和导热绝缘体30之间的间隙L2不超过0.2mm，以提高导热性能。但不限于此，在其他示意性实施方式中，可根据实际需求调整间隙的大小。
在示意性实施方式中，填充体40还包含氧化铝粉、氮化铝粉、氮化硼粉和石英粉中的一种或多种的组合，以提高填充体40的导热性能。但不限于此。
在其他示意性实施方式中，导电组件还可以设置多个连接件10，每个连接件10和导电体20之间均插设有导热绝缘体30，以提高导热效率。
在示意性实施方式中，连接件10由无氧铜材料制成，其具有较高的导热性。但不限于此，在其他示意性实施方式中，连接件10还可以由其他高导热性材料制成，如银、铝等金属，也可以是氮化铝、氮化硼陶瓷、碳纤维复合材料等等，在此不作限制。
本发明还提供了一种用于制造超导磁体的导电组件的方法，在其一种示意性实施方式中，该方法用于制造图1所示的导电组件，并包括以下步骤：
1、将导电体20插入连接件10的通孔11；
2、将导热绝缘体30插入连接件10和导电体20之间，固定连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相对位置(状态如图5所示)；其中在本示意性实施方式中，固定通过工装来实现，在其他示意性实施方式中，也可以通过连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相互抵靠来实现固定，具体地说，导热绝缘体30的大小使得在插入导热绝缘体30的同时实现了连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的相对位置的固定；
3、将用于形成填充体40的液态材料灌注到连接件10、导电体20、和导热绝缘体30之间的间隙中；
4、将液态材料固化，以形成填充体40；其中固化例如为高温固化。
该用于制造超导磁体的导电组件的方法工艺简单，制造成本较低。
本发明还提供了一种超导磁体，图6为超导磁体的一种示意性实施方式的结构示意图。如图6所示，超导磁体包括一个真空容器50、一个低温装置60、一个连通管70、和一个图1所示的导电组件80。真空容器50具有一个容腔51。低温装置60设置于容腔51内。连通管70连接真空容器50和低温装置60，以连通低温装置60的内部和真空容器50的外部。导电体20穿设于连通管70并通过连接件10固定连接连通管70。连接件10用于连接冷源，以冷却导电体20，以此降低通过导电体20传导至低温装置60的热量。在本示意性实施方式中，导电体20和连通管70用于分别连接电源正极和电源负极，但不限于此。该超导磁体的导电组件80结构简单，制造成本较低。
在其他示意性实施方式中，超导磁体还可以设置两个导电组件80，一个用于连接电源正极，另一个用于连接电源负极。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.超导磁体的导电组件，其用于在超导磁体的真空容器的外部和低温装置的内部间输送电能，其特征在于，所述的导电组件包括：
一个连接件(10)，其具有一个通孔(11)；
一个管状的导电体(20)，其通过所述通孔(11)穿设于所述连接件(10)并与所述连接件(10)间隔设置；
一个导热绝缘体(30)，其插设于所述通孔(11)；以及
一个填充体(40)，其填充于所述连接件(10)、所述导电体(20)、和所述导热绝缘体(30)之间的间隙。
2.如权利要求1所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述连接件(10)和所述导热绝缘体(30)之间以及所述导电体(20)和所述导热绝缘体(30)之间的间隙不超过0.2mm。
3.如权利要求1所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述的导电组件设置有至少三个所述导热绝缘体(30)，所述至少三个导热绝缘体(30)环绕所述导电体(20)设置。
4.如权利要求3所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述至少三个导热绝缘体(30)接触并抵靠所述连接件(10)和所述导电体(20)，以固定所述连接件(10)、所述导电体(20)、和所述导热绝缘体(30)之间的相对位置。
5.如权利要求3所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述导电体(20)为圆管，所述通孔(11)的孔壁为内圆柱面；所述导电体(20)和所述通孔(11)同轴设置；所述导热绝缘体(30)呈沿所述导电体(20)的周向延伸的弧形片状。
6.如权利要求1所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述导热绝缘体(30)为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。
7.如权利要求1所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述填充体(40)主要由环氧树脂组成。
8.如权利要求7所述的超导磁体的导电组件，其特征在于，所述填充体(40)还包含氧化铝粉、氮化铝粉、氮化硼粉和石英粉中的一种或多种的组合。
9.用于制造如权利要求1至8中任一项所述的超导磁体的导电组件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述导电体(20)插入所述连接件(10)的所述通孔(11)；
将所述导热绝缘体(30)插入所述连接件(10)和所述导电体(20)之间，以固定所述连接件(10)、所述导电体(20)、和所述导热绝缘体(30)之间的相对位置；
将用于形成所述填充体(40)的液态材料灌注到所述连接件(10)、所述导电体(20)、和所述导热绝缘体(30)之间的间隙中；以及
将所述液态材料固化，以形成所述填充体(40)。
10.超导磁体，其特征在于，包括：
一个真空容器(50)，其具有一个容腔(51)；
一个低温装置(60)，其设置于所述容腔(51)内；
一个连通管(70)，其连接所述真空容器(50)和所述低温装置(60)，以连通所述低温装置(60)的内部和所述真空容器(50)的外部；以及
一个如权利要求1至8中任一项所述的导电组件，所述导电体(20)穿设于所述连通管(70)并通过所述连接件(10)固定连接所述连通管(70)。
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