CN201674471U - 一种带超导接头的热控式超导开关 - Google Patents
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Abstract
一种带超导接头的热控式超导开关，包括线圈骨架(1)、设置在线圈骨架(1)上的中心孔(3)、设置在线圈骨架(1)端部的超导开关线出线槽(4)和加热器出线槽(5)，其特征是所述线圈骨架(1)端部设有绕线柱(2)，绕线柱(2)上饶有超导线圈线(11)，超导线圈线(11)的两个接头从超导开关线出线槽(4)引出，超导线圈线(11)的两个接头各自通过一个超导接头(12)与两根超导开关线(10)电气连接。本实用新型工艺简单易行，克服了低铜超比的铜镍基多丝扭转NbTi线绕制的无感线圈超导开关稳定性差的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及超导磁体用超导开关，特别适用于持续电流模式工作的超导磁共振设备，具体是一种带超导接头的热控式超导开关。
背景技术
医用磁共振成像(MRI)是现在医院常用的高科技诊断设备，它是利用无损伤的磁共振方法对人体任意断面进行成像的一种先进技术。MRI系统根据磁体不同可分为常导型、永磁型和超导型。用超导材料制成的线圈在通过强大的电流产生强大的磁场，超导磁体励磁结束后，可通过超导开关切断供电电源，此后强大的电流便在超导线圈中永无休止地流动，从而产生高稳定度的强磁场，其磁场稳定性可达到10-7/h以上，超导物理中把这种工作状态称为持续电流模式
为了实现持续电流模式运行，超导开关与超导磁体连接于励磁电源两端，并处于液氦中，励磁时，超导开关处于常导态，励磁结束后超导开关转变成超导态，然后使电流由电源转到超导开关中，即与磁体形成闭合回路。如图1，闭环运行要配置合适的电流引线，超导开关和二极管保护电路，从而能对磁体进行励磁和闭环操作，并在保证磁体和开关安全的前提下尽可能减小能量损耗，超导开关应具备超导性，同时又能够在正常态和超导态之间易于转换并保持稳定，制作超导开关的线材为铜镍合金为基体的多丝扭转NbTi线。根据超导开关所处位置的磁场强度和开关线材的短样特性来选择合适的线材规格，使开关的载流能力大于磁体的载流能力。
由于电路中的超导开关是利用其阻抗效应，欲消除其对电路和环境的感抗影响，需要将超导开关绕制成无感线圈，即使其感应系数为零或尽量接近于零。通常无感线圈采用双绕法绕制，将用于绕制的一段线材由中点并在一起，先将该中点固定在线圈骨架端部的某个位置上，然后两股线同时绕制，绕制结束后，线圈的输入端和输出端同时引出。即为无感线圈。这样的无感线圈可看成两个绕制方向相反的线圈组合。双绕法制作的超导开关简单易行，但由于两股线由放线架到线圈骨架的输送长度存在微小差异，在绕制时两股线的张力不易保持为相同值。容易降低制成品的稳定性。
由铜镍合金为基体的多丝扭转NbTi线由于铜超比小，其绕制的无感线圈超导开关稳定性较差，特别是在没有树脂固化的开关线的输入端和输出端部分。
发明内容
本实用新型提出一种带超导接头的热控式超导开关，该种带接头的超导开关具有更好的稳定性。
本实用新型的技术方案是：
一种带超导接头的热控式超导开关，包括线圈骨架、设置在线圈骨架上的中心孔、设置在线圈骨架端部的超导开关线出线槽和加热器出线槽，所述线圈骨架端部设有绕线柱，绕线柱上饶有超导线圈线，超导线圈线的两个接头从超导开关线出线槽引出，超导线圈线的两个接头各自通过一个超导接头与两根超导开关线电气连接。
所述两个超导接头分别设置在第一接线盒和第二接线盒内。所述第一接线盒和第二接线盒设置在走线板上，走线板通过紧固螺钉固定在线圈骨架端部。所述第一接线盒和第二接线盒上分别设有引线孔。超导线圈线从超导开关线出线槽引出后进入引线孔，在第一接线盒或第二接线盒内通过超导开关线电气连接，超导开关线再从引线孔中引出，与闭合回路连接。
所述第一接线盒和第二接线盒的材质为黄铜。所述超导线圈线的材质为铜镍合金为基体的NbTi线。所述超导开关线的材质为铜为基体的NbTi线。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提出一种带超导接头的热控式超导开关是对双绕法绕制无感线圈超导开关，在其开关线的输入和输出端最接近的位置，安排两个超导开关线和大铜超比的超导线圈线超导接头。超导接头放置在金属接线盒里，然后以低熔点金属固定。这样超导开关线的输入端线和输出端线就被牢牢的固定住。然后以大铜超比的超导线圈线与磁体中的超导线圈线做成超导接头。本实用新型工艺简单易行，克服了低铜超比的铜镍基多丝扭转NbTi线绕制的无感线圈超导开关稳定性差的问题。
附图说明
图1为超导开关在闭合回路中的连接关系示意图。
图2为本实用新型的线圈骨架和绕线柱的结构示意图。
图3为本实用新型的线圈骨架的立体结构示意图。
图4为本实用新型的整体结构示意图。
图5为本实用新型的超导开关线和超导线圈线的结构示意图。
图6为本实用新型的超导接头的结构示意图。
图中：1、线圈骨架，2、绕线柱，3、中心孔，4、超导开关线出线槽，5、加热器出线槽，6、第一接线盒，7、第二接线盒，8、走线板，9、紧固螺钉，10、超导开关线，11、超导线圈线，12、超导接头，13、引线孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述：
一种带超导接头的热控式超导开关，包括线圈骨架1、设置在线圈骨架1上的中心孔3、设置在线圈骨架1端部的超导开关线出线槽4和加热器出线槽5，线圈骨架1端部设有绕线柱2，绕线柱2上饶有超导线圈线11，超导线圈线11的两个接头从超导开关线出线槽4引出，超导线圈线11的两个接头各自通过一个超导接头12与两根超导开关线10电气连接。
两个超导接头12分别设置在第一接线盒6和第二接线盒7内。
第一接线盒6和第二接线盒7设置在走线板8上，走线板8通过紧固螺钉9固定在线圈骨架1端部。
第一接线盒6和第二接线盒7上分别设有引线孔13。超导线圈线11从超导开关线出线槽4引出后进入引线孔13，在第一接线盒6或第二接线盒7内通过超导开关线10电气连接，超导开关线10再从引线孔13中引出，与闭合回路连接。
第一接线盒6和第二接线盒7的材质为黄铜。
超导线圈线11的材质为铜镍合金为基体的NbTi线。
超导开关线10的材质为铜为基体的NbTi线。
本实用新型介绍热控式超导开关的设计和制作，采用本实用新型制作的超导开关具有更好的稳定性能。
开关的设计原则如下，
1.超导开关所处位置的磁场强度和开关线材的短样特性来选择合适的线材规格，使开关的载流能力大于磁体的载流能力
2.开关的常态电阻不应过小。由于在给超导磁体励磁和退磁的过程中，开关需处于常导态，根据P＝U^2/R，加在开关两端的电压恒定，开关电阻越小，消耗的能量越大，以至于引起过多液氦挥发。
3.保护电路二极管堆电压要小于开关失超时的端电压
4.选用合适的开关加热器。开关在正常态和超导态之间转化时间决定于开关的冷质量，加热器的位置及功率，绝缘层的厚度等因素。
热控式超导开关类似一个小型螺线管线圈，由绕在开关骨架1上的超导线圈线11和紧贴超导线圈线11的加热器组成。超导线一般选用以铜镍合金为基体的多丝扭转NbTi线。超导开关采用双绕法绕制成无感线圈。选用具有一定常态电阻的超导开关线10，将用于绕制的一段线材由中点并在一起，先将该中点固定在线圈骨架1端部的绕线柱2上，如图2所示，然后两股线同时绕制，每绕一层，均匀的在表面刷上树脂，绕制结束后，线圈的输入端和输出端同时从超导开关线出线槽4引出。在开关线圈的底层和表面层各布置一个加热器。为了减小超导开关的热触发时延，加热器的加热丝也需要无感绕制。在加热器的外表面的线圈骨架1上缠绕多层玻璃丝布，在每层玻璃丝布上刷上树脂，等树脂固化，从绕线机上拆下所制作的开关。在离超导开关线出线槽4最近位置，设置两个容纳超导接头12的金属接线盒，分别为第一接线盒6和第二接线盒7，如图4所示。在靠近第一接线盒6和第二接线盒7的底部侧面开出两个圆形小孔，作为引线孔13。引线孔13的大小分别以足够通过两根超导线为宜。每个超导接头12的一根超导线是超导开关线10的输出端或输入端线，另外一根是以铜为基体的NbTi超导线圈线11。以铜镍合金为基体的NbTi线，即超导线圈线11，和以铜为基体NbTi线，即超导开关线10，做成超导接头12，放在第一接线盒6和第二接线盒7里，然后以低熔点金属固定。这样超导开关线10的输入端线和输出端线就被牢牢的固定住。开关和外界的连接线变成以铜为基体的NbTi线，即超导开关线10，如图5所示，而以铜为基体的NbTi线，即超导开关线10，由于有较大的铜超比，超导线更加稳定，不易于失超。
Claims (7)
1.一种带超导接头的热控式超导开关，包括线圈骨架(1)、设置在线圈骨架(1)上的中心孔(3)、设置在线圈骨架(1)端部的超导开关线出线槽(4)和加热器出线槽(5)，其特征是所述线圈骨架(1)端部设有绕线柱(2)，绕线柱(2)上饶有超导线圈线(11)，超导线圈线(11)的两个接头从超导开关线出线槽(4)引出，超导线圈线(11)的两个接头各自通过一个超导接头(12)与两根超导开关线(10)电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种带超导接头的热控式超导开关，其特征在于所述两个超导接头(12)分别设置在第一接线盒(6)和第二接线盒(7)内。
3.根据权利要求2所述的一种带超导接头的热控式超导开关，其特征在于所述第一接线盒(6)和第二接线盒(7)设置在走线板(8)上，走线板(8)通过紧固螺钉(9)固定在线圈骨架(1)端部。
4.根据权利要求2所述的一种带超导接头的热控式超导开关，其特征在于所述第一接线盒(6)和第二接线盒(7)上分别设有引线孔(13)。
5.根据权利要求2所述的一种带超导接头的热控式超导开关，其特征在于所述第一接线盒(6)和第二接线盒(7)的材质为黄铜。
6.根据权利要求1所述的一种带超导接头的热控式超导开关，其特征在于所述超导线圈线(11)的材质为铜镍合金为基体的NbTi线。
7.根据权利要求1所述的一种带超导接头的热控式超导开关，其特征在于所述超导开关线(10)的材质为铜为基体的NbTi线。
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