CN113161100B - 主磁场产生单元、升降场单元和超导磁体及升降场方法 - Google Patents

Abstract

超导磁体的主磁场产生单元，包括磁体线圈(10)、超导开关(20)、二极管(30)、转换开关(40)、充电电池(50)和控制开关(60)。磁体线圈具有电流输入端(11)和电流输出端(12)。超导开关和二极管均与磁体线圈并联。转换开关能够在第一模式和第二模式间切换。充电电池连接转换开关。在第一模式的情况下，充电电池的正极连接电流输入端，充电电池的负极连接电流输出端。在第二模式的情况下，充电电池的正极连接电流输出端，充电电池的负极连接电流输入端。控制开关与并联的磁体线圈、超导开关和二极管串联。该主磁场产生单元通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能。此外还提供了超导磁体及升降场方法。

Description

主磁场产生单元、升降场单元和超导磁体及升降场方法

技术领域

本发明涉及一种超导磁体的主磁场产生单元，尤其是一种利于节能的主磁场产生单元及包括该主磁场产生单元的超导磁体。此外，还涉及一种升降场单元及一种利于节能的超导磁体的升降场方法。

背景技术

磁共振成像装置作为目前主流的医疗成像设备，在临床诊断和患者检查方面作用突出。超导磁体的主磁场产生单元为磁共振成像装置的重要功能部件，其用于形成检测所需的主磁场。在使用过程中，主磁场产生单元会经历升场(即励磁)和降场(即退磁)的过程。目前，常用的主磁场产生单元需要配备升/降场电源进行升场，在降场过程中通过升/降场电源中的二极管将电能转换成热能散掉，从而降低电路中的电流，达到降场的目的。这种方式较为浪费能源，且散出的热量需另外配备冷却系统来吸收，增加了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导磁体的主磁场产生单元，其较为节能。

本发明的另一个目的是提供一种超导磁体的升降场单元，其利于降低能耗。

本发明的再一个目的是提供一种超导磁体，其较为节能。

本发明的还一个目的是提供一种超导磁体的升降场方法，其利于节能。

本发明提供了一种超导磁体的主磁场产生单元，其包括一个磁体线圈、一个超导开关、一个二极管、一个转换开关、一个充电电池和一个控制开关。磁体线圈具有一个电流输入端和一个电流输出端，电流能够在磁体线圈中从电流输入端流向电流输出端以形成预定静磁场。超导开关与磁体线圈并联。二极管与磁体线圈并联，且其阴极连接电流输入端，其阳极连接电流输出端。转换开关能够在一个第一模式和一个第二模式间切换。充电电池连接转换开关。在转换开关处于第一模式的情况下，充电电池的正极连接电流输入端，充电电池的负极连接电流输出端。在转换开关处于第二模式的情况下，充电电池的正极连接电流输出端，充电电池的负极连接电流输入端。控制开关与并联的磁体线圈、超导开关和二极管串联。

该主磁场产生单元通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

在超导磁体的主磁场产生单元的另一种示意性实施方式中，主磁场产生单元还包括一个电压转换器，其连接转换开关。在转换开关处于第一模式的情况下，充电电池的正极连接电压转换器的输入端，电压转换器的输出端连接电流输入端。在转换开关处于第二模式的情况下，充电电池的正极连接电压转换器的输出端，电压转换器的输入端连接电流输出端。借此提高稳定性。

在超导磁体的主磁场产生单元的再一种示意性实施方式中，转换开关的结构形式设置为分立式或集成式。

在超导磁体的主磁场产生单元的还一种示意性实施方式中，主磁场产生单元还包括一个补电模块，其能够连接充电电池。补电模块用于连接电网，以给充电电池充电。借此补充充电电池在充放电过程中的损耗。

本发明提供了一种超导磁体的升降场单元，其包括一个第一接线端、一个第二接线端、一个二极管、一个转换开关、一个充电电池和一个控制开关。二极管的阴极连接第一接线端，阳极连接第二接线端。转换开关连接第一接线端和第二接线端，并能够在一个第一模式和一个第二模式间切换。充电电池连接转换开关。在转换开关处于第一模式的情况下，充电电池的正极连接第一接线端，充电电池的负极连接第二接线端。在转换开关处于第二模式的情况下，充电电池的正极连接第二接线端，充电电池的负极连接第一接线端。控制开关串联于第一接线端或第二接线端与转换开关之间。该升降场单元通过充电电池充放电来实现主磁场产生单元的降场和升场，节省了电能。

本发明还提供了一种超导磁体，其包括一个上述的主磁场产生单元。该超导磁体的主磁场产生单元通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

本发明还提供了一种超导磁体的升降场方法，超导磁体的磁体线圈具有一个电流输入端和一个电流输出端，电流能够在磁体线圈中从电流输入端流向电流输出端以形成预定静磁场。一个超导开关并联于磁体线圈的两端，以通过闭合保持磁体线圈中的电流。升降场方法中的降场步骤包括：将充电电池通过控制开关与并联的磁体线圈和超导开关连通，其中充电电池的负极连接电流输入端，充电电池的正极连接电流输出端；将二极管并联于磁体线圈的两端；断开超导开关，使磁体线圈中的电流通过二极管，以在二极管上建立充电电压，充电电压大于充电电池的电压；闭合控制开关，使磁体线圈中的电流通过充电电池，以给充电电池充电；以及当电路中电流为零时，断开控制开关。该升降场方法通过充电电池充电来实现降场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

在超导磁体的升降场方法的另一种示意性实施方式中，升降场方法中的升场步骤包括：将充电电池通过控制开关与并联的磁体线圈和超导开关连通，其中充电电池的正极连接电流输入端，充电电池的负极连接电流输出端；将二极管并联于磁体线圈的两端；闭合控制开关，使充电电池与磁体线圈形成励磁回路；当励磁回路中的电流达到预定值时，断开控制开关，使磁体线圈中的电流通过二极管续流；以及立刻关闭超导开关，以保持磁体线圈中的电流。该升降场方法通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

在超导磁体的升降场方法的再一种示意性实施方式中，在分别执行升场步骤和降场步骤时，通过转换开关切换充电电池与磁体线圈的连接方向。借此可便于操作。

在超导磁体的升降场方法的还一种示意性实施方式中，在升场步骤中，通过电压转换器调整充电电池的输出电压。在降场步骤中，通过电压转换器调整充电电池的输入电压。借此可提高稳定性。

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为超导磁体的主磁场产生单元的一种示意性实施方式的结构示意图。

图2至图4为图1所示的主磁场产生单元的使用状态图。

图5为超导磁体的主磁场产生单元的再一种示意性实施方式的结构示意图。

图6为图5所示的主磁场产生单元的使用状态图。

图7为超导磁体的升降场方法的一种示意性实施方式的升场步骤的流程图。

图8为超导磁体的升降场方法的一种示意性实施方式的降场步骤的流程图。

标号说明

10 磁体线圈

11 电流输入端

12 电流输出端

20 超导开关

30 二极管

40 转换开关

50 充电电池

60 控制开关

41 第一触点

42 第二触点

43 第三触点

44 第四触点

45 第五触点

46 第六触点

47 第七触点

48 第八触点

49 第九触点

51 第一接线端

52 第二接线端

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。

在本文中，“第一”、“第二”等并非表示其重要程度或顺序等，仅用于表示彼此的区别，以利文件的描述。

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为超导磁体的主磁场产生单元的一种示意性实施方式的结构示意图。如图1所示，超导磁体的主磁场产生单元包括一个磁体线圈10、一个超导开关20、一个二极管30、一个转换开关40、一个充电电池50和一个控制开关60。

磁体线圈10具有一个电流输入端11和一个电流输出端12，电流能够在磁体线圈10中从电流输入端11流向电流输出端12以形成预定静磁场。超导开关20与磁体线圈10并联。二极管30与磁体线圈10并联，且其阴极连接电流输入端11，其阳极连接电流输出端12。控制开关60与并联的磁体线圈10、超导开关20和二极管30串联。

转换开关40例如为双刀双掷开关。转换开关40具有一个第一触点41、一个第二触点42、一个第三触点43、一个第四触点44、一个第五触点45和一个第六触点46。第一触点41连接电流输入端11；第二触点42连接充电电池50的正极；第三触点43连接充电电池50的负极；第四触点44连接电流输出端12；第五触点45连接充电电池50的负极；第六触点46连接充电电池50的正极。充电电池50可以是由多个电池通过串联、并联或串并联结合的方式形成的电池组，也可以是单个的电池。

转换开关40能够在一个第一模式(图1所示)和一个第二模式(图3所示)间切换。在转换开关40处于第一模式的情况下，第一触点41连接第二触点42，第四触点44连接第五触点45，充电电池50的正极连接电流输入端11，充电电池50的负极连接电流输出端12。在转换开关40处于第二模式的情况下，第一触点41连接第三触点43，第四触点44连接第六触点46，充电电池50的正极连接电流输出端12，充电电池50的负极连接电流输入端11。

该主磁场产生单元在升场过程中，最初，如图1所示，超导开关20和控制开关60均处于断开状态，转换开关40处于第一模式；然后，关闭控制开关60，磁体线圈10中的电流值开始上升，当达到预定值(磁场达到预定静磁场)，断开控制开关60，磁体线圈10中的电流通过二极管30续流；最后，立刻闭合超导开关20，以保持磁体线圈10中的电流，升场完毕(如图2所示)。

该主磁场产生单元在降场过程中，最初，如图2所示，超导开关20处于闭合状态，磁体线圈10中有电流流过，控制开关60处于断开状态；然后，将转换开关40切换至第二模式，再断开超导开关20(图3所示)，磁体线圈10中的电流通过二极管30并在二极管30上建立充电电压(该充电电压大于充电电池50的电压)；最后，闭合控制开关60(如图4所示)，电流就通过充电电池50，以给充电电池50充电，直到电流接近零时断开控制开关60，降场完毕。

该主磁场产生单元通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

在本示意性实施方式中，主磁场产生单元设置为一体式结构。但不限于此，在其他示意性实施方式中，也可以设置为分体式结构，例如将二极管30、转换开关40、充电电池50和控制开关60组成一个升降场单元(如图1中虚线框出的部分)，该升降场单元通过一个第一接线端51和一个第二接线端52可拆卸地连接于磁体线圈10和超导开关20，以形成图1所示的连接关系。借此可提高使用的灵活性。

在本示意性实施方式中，通过控制开关60来连通或断开充电电池50与磁体线圈10的连接。但不限于此，在其他示意性实施方式中，控制开关60也可替换成两个接线端子。

在示意性实施方式中，转换开关40的结构形式设置为分立式或集成式。

在示意性实施方式中，主磁场产生单元还包括一个补电模块(图中未绘出)，其能够连接充电电池50。补电模块用于连接电网，以给充电电池50充电，补充损耗。

图5为超导磁体的主磁场产生单元的另一种示意性实施方式的结构示意图。本示意性实施方式的主磁场产生单元与图1所示的主磁场产生单元相同或相似之处在此不再赘述，与之不同之处如下所述。

在图5所示的示意性实施方式中，主磁场产生单元还包括一个电压转换器70。转换开关40具有一个第一触点41、一个第二触点42、一个第三触点43、一个第四触点44、一个第五触点45、一个第六触点46、一个第七触点47、一个第八触点48和一个第九触点49。第一触点41连接电流输入端11，第二触点42连接电压转换器70的输出端，第三触点43连接充电电池50的负极，第四触点44连接电流输出端12，第五触点45连接充电电池50的负极，第六触点46连接电压转换器70的输入端，第七触点47连接充电电池50的正极，第八触点48连接电压转换器70的输入端，第九触点49连接电压转换器70的输出端。

在转换开关40处于第一模式(图5所示)的情况下，第一触点41连接第二触点42，第四触点44连接第五触点45，第七触点47连接第八触点48，充电电池50的正极连接电压转换器70的输入端，电压转换器70的输出端连接电流输入端11。在转换开关40处于第二模式(图6所示)的情况下，第一触点41连接第三触点43，第四触点44连接第六触点46，第七触点47连接第九触点49，充电电池50的正极连接电压转换器70的输出端，电压转换器70的输入端连接电流输出端12。

该主磁场产生单元在升场过程中，进一步通过电压转换器70调整充电电池50的输出电压。该主磁场产生单元在降场过程中，进一步通过电压转换器70调整充电电池50的输入电压。借此可提高主磁场产生单元的稳定性。

本发明还提供了一种超导磁体，在其一种示意性实施方式中，其包括一个图1或图5所示的主磁场产生单元、一个匀场单元和一个制冷单元。其超导磁体的主磁场产生单元通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

本发明还提供了一种超导磁体的升降场方法，其中超导磁体的磁体线圈10具有一个电流输入端11和一个电流输出端12，电流能够在磁体线圈10中从电流输入端11流向电流输出端12以形成预定静磁场。一个超导开关20并联于磁体线圈10的两端，以通过闭合保持磁体线圈10中的电流。

在升降场方法的一种示意性实施方式中，如图7所示，升降场方法中的升场步骤包括：

S101：将充电电池通过控制开关与并联的磁体线圈和超导开关连通，其中充电电池的正极连接电流输入端，充电电池的负极连接电流输出端；

S102：将二极管并联于磁体线圈的两端；

S103：闭合控制开关，使充电电池与磁体线圈形成励磁回路；

S104：当励磁回路中的电流达到预定值时，断开控制开关，使磁体线圈中的电流通过二极管续流；以及

S105：立刻关闭超导开关，以保持磁体线圈中的电流。

如图8所示，升降场方法中的降场步骤包括：

S201：将充电电池通过控制开关与并联的磁体线圈和超导开关连通，其中充电电池的负极连接电流输入端，充电电池的正极连接电流输出端；

S202：将二极管并联于磁体线圈的两端；

S203：断开超导开关，使磁体线圈中的电流通过二极管，以在二极管上建立充电电压，充电电压大于充电电池的电压；

S204：闭合控制开关，使磁体线圈中的电流通过充电电池，以给充电电池充电；以及

S205：当电路中电流为接近零时，断开控制开关。

该升降场方法可通过图1所示的主磁场产生单元来实现，具体操作方法参见上文所述，在此不再赘述。但不限于此，在其他示意性实施方式中，该升降场方法也可通过其他主磁场产生单元来实现。

该升降场方法通过充电电池充放电来实现降场和升场，节省了电能，且降低了冷却设备所需的成本。

在示意性实施方式中，在分别执行升场步骤和降场步骤时，通过转换开关切换充电电池与磁体线圈的连接方向。借此可便于操作。

在示意性实施方式中，在升场步骤中，通过电压转换器调整充电电池的输出电压。在降场步骤中，通过电压转换器调整充电电池的输入电压。借此可提高稳定性。该方法可通过图5所示的主磁场产生单元来实现，具体操作方法参见上文所述，在此不再赘述。但不限于此，在其他示意性实施方式中，该升降场方法也可通过其他主磁场产生单元来实现。

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.超导磁体的主磁场产生单元，其特征在于，包括：

一个磁体线圈(10)，其具有一个电流输入端(11)和一个电流输出端(12)，电流能够在所述磁体线圈(10)中从所述电流输入端(11)流向所述电流输出端(12)以形成预定静磁场；

一个超导开关(20)，其与所述磁体线圈(10)并联；

一个二极管(30)，其与所述磁体线圈(10)并联，且其阴极连接所述电流输入端(11)，其阳极连接所述电流输出端(12)；

一个转换开关(40)，其能够在一个第一模式和一个第二模式间切换；

一个充电电池(50)，其连接所述转换开关(40)；在所述转换开关(40)处于所述第一模式的情况下，所述充电电池(50)的正极连接所述电流输入端(11)，所述充电电池(50)的负极连接所述电流输出端(12)；在所述转换开关(40)处于所述第二模式的情况下，所述充电电池(50)的正极连接所述电流输出端(12)，所述充电电池(50)的负极连接所述电流输入端(11)；以及

一个控制开关(60)，其与并联的所述磁体线圈(10)、所述超导开关(20)和所述二极管(30)串联。

2.如权利要求1所述的主磁场产生单元，其特征在于，所述的主磁场产生单元还包括一个电压转换器(70)，其连接所述转换开关(40)；在所述转换开关(40)处于所述第一模式的情况下，所述充电电池(50)的正极连接所述电压转换器(70)的输入端，所述电压转换器(70)的输出端连接所述电流输入端(11)；在所述转换开关(40)处于所述第二模式的情况下，所述充电电池(50)的正极连接所述电压转换器(70)的输出端，所述电压转换器(70)的输入端连接所述电流输出端(12)。

3.如权利要求2所述的主磁场产生单元，其特征在于，所述转换开关(40)的结构形式设置为分立式或集成式。

4.如权利要求1所述的主磁场产生单元，其特征在于，所述的主磁场产生单元还包括一个补电模块，其能够连接所述充电电池(50)；所述补电模块用于连接电网，以给所述充电电池(50)充电。

5.超导磁体的升降场单元，其特征在于，包括：

一个第一接线端(51)；

一个第二接线端(52)；

一个二极管(30)，其阴极连接所述第一接线端(51)，其阳极连接所述第二接线端(52)；

一个转换开关(40)，其连接所述第一接线端(51)和所述第二接线端(52)，并能够在一个第一模式和一个第二模式间切换；

一个充电电池(50)，其连接所述转换开关(40)；在所述转换开关(40)处于所述第一模式的情况下，所述充电电池(50)的正极连接所述第一接线端(51)，所述充电电池(50)的负极连接所述第二接线端(52)；在所述转换开关(40)处于所述第二模式的情况下，所述充电电池(50)的正极连接所述第二接线端(52)，所述充电电池(50)的负极连接所述第一接线端(51)；以及

一个控制开关(60)，其串联于所述第一接线端(51)或所述第二接线端(52)与所述转换开关(40)之间。

6.超导磁体，其特征在于，包括一个如权利要求1至4中任一项所述的主磁场产生单元。

7.超导磁体的升降场方法，所述超导磁体的磁体线圈具有一个电流输入端和一个电流输出端，电流能够在所述磁体线圈中从所述电流输入端流向所述电流输出端以形成预定静磁场；

一个超导开关并联于所述磁体线圈的两端，以通过闭合保持所述磁体线圈中的电流；其特征在于，所述的升降场方法中的降场步骤包括：

将充电电池通过控制开关与并联的所述磁体线圈和所述超导开关连通，其中所述充电电池的负极连接所述电流输入端，所述充电电池的正极连接所述电流输出端；

将二极管并联于所述磁体线圈的两端；

断开所述超导开关，使所述磁体线圈中的电流通过所述二极管，以在所述二极管上建立充电电压，所述充电电压大于所述充电电池的电压；

闭合所述控制开关，使所述磁体线圈中的电流通过所述充电电池，以给所述充电电池充电；以及

当电路中电流为零时，断开所述控制开关。

8.如权利要求7所述的升降场方法，其特征在于，所述的升降场方法中的升场步骤包括：

将所述充电电池通过所述控制开关与并联的所述磁体线圈和所述超导开关连通，其中所述充电电池的正极连接所述电流输入端，所述充电电池的负极连接所述电流输出端；

将所述二极管并联于所述磁体线圈的两端；

闭合所述控制开关，使所述充电电池与所述磁体线圈形成励磁回路；

当所述励磁回路中的电流达到预定值时，断开所述控制开关，使所述磁体线圈中的电流通过所述二极管续流；

立刻关闭所述超导开关，以保持所述磁体线圈中的电流。

9.如权利要求8所述的升降场方法，其特征在于，在分别执行所述升场步骤和所述降场步骤时，通过转换开关切换所述充电电池与所述磁体线圈的连接方向。

10.如权利要求8所述的升降场方法，其特征在于，在所述升场步骤中，通过电压转换器调整所述充电电池的输出电压；在所述降场步骤中，通过所述电压转换器调整所述充电电池的输入电压。

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