DE2152006A1

DE2152006A1 - Elektrische Schaltungsanordnung aus einer Vielzahl von getrennten elektrischen Kreisen

Info

Publication number: DE2152006A1
Application number: DE19712152006
Authority: DE
Inventors: Gang Robert Edward; Kabler Donald Jack; Reeser Jun William Owen
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1972-04-27
Also published as: GB1354398A; NL7114598A; IT939106B; US3735306A; JPS5539778B1; DE2152006C2; CH541220A; FR2113110A5

Description

Hlai ergrund der Srfindung:

Sehr- gleichförmige, homogene und kräftig j unidir optionale Magnetfelder werden In bestimmten modernen wissenschaftlichen Instrumenten benötigt» beispielsweise Spektrometer^ für die magnetische Kernresonanz mit hoher Auflösung·

sind verschiedene Techniken dazu verwendet worden, unerwünschte Magnetfeldgradienten im Magnetspalt zwischen den Polen eines permanenten Magneten oder Elektromagneten zu kontrollieren» darunter elektrische Trimmer oder Spulen» die an bestimmten Stellen in Magnetspalt angeordnet sind und mit kontrollierten elektrischen Strömen gespeist werden, um unerwünschte Feldgradienten zu eliminieren. Bs let eine Anzahl getrennter Trimmspulenkreise verwendet worden, die unabhängig und orthogonal zueinander arbeiten, so daß jeder Gradient unabhängig von den anderen Gradienten kontrolliert werden kann (OS-Patentschriften.3 469 180 j 3 488 561 und 3 515 979)·

Elektrische Trimmer der bekannten Art haben die Fora von zwei voneinander entfernten, parallelen Spulenstrukturen, von denen jede aus einer Anzahl von elektrischen Spulenkreißen besteht, die jeweils eine oder mehrere Spulen umfassen, wobei j odor Spulenkreie unabhängig von den anderen Spulenkreisen des Gesamtaufbaus 1st und mit diesen nicht verbunden ist« Die Spulenkreiee in einer Struktur weisen ähnliche, passende Spulenkreise in der anderen Struktur auf, die zusammengehörigen Spulenkreise in den beiden Strukturen sind miteinander verbunden, und jeder Spulenlose lsi etui KMflwntiftiicftlTforf fffin und Miteinander verbundenen Spulen ist mit einer Stromquelle verbunden, die von den anderen Stromquellen unabhängig ist, die mit den anderen zusammengehörigen Spulenkreleen verbunden 1st·

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Ura öle Dieks der Spulenstruktur so klein wie möglich zu fcaltea, so dai3 ein möglichst kleiner Raum des Magnetspptltes eingenommen wird, werden nur die Spulenkreise verwendet, die die wichtigsten Ergebnisse liefern, und sie werden mit dünnem Draht auf Isolierplatten in flachen Ebenen gewickelt.

Zum einwandfreien Betrieb 1st es notwendig, daß jeder Spulenkreis richtig in der Struktur orientiert ist, und daß jeder Spulenkreis elektrisch mit dem zugehörigen Kreis der anderen Struktur verbunden ist. tto das zu erreichen, iet bei der Herstellung der Spulensätze sehr große Sorgfalt erforderlich, und ein fehlerhafter Anschluß macht den Gesamtaufbau unbrauchbar.

Zusammenfassung der Erfindung t

Ex*f indungßgemSß wird eine neuartige Struktur bei der Herstellung von Trimraspulensätzen verwendet, die eine minimale Starke des Spulenaufbaus ergibt und gewährleistet, daß die Spulenkreise im Gesamtaufbau nicht falsch positioniert werden können.

Jeder getrennte Spulenkreis wird auf einer dünnen Platte f-us Isoliermaterial nach der bekannten Technik der gedruckten Scheltungen hergestellt, die einzelnen Platten werden dann mit einem Sprühklebör in einem Stapel aneinander befestigt, wobei die Flatten die einzelnen Kreise von den im Stapel benachbarten isolieren. Die .Anschlüsse jedes Kreises sind an eine Kante der zugehörigen Platte herausgeführt, diese Anschlußkanten sind ausgefluchtet, und die Anschlüsse jeder Platte sind an einer anderen Stelle angeordnet als die Anschlüsse der übrigen Kreise im Stapel. Jede der Platten im Stapel, unter der eine

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oder iUcthrere Flatten azigecrdnet sind, weist an der AnschJußkante eine Aussparung auf₉ die alle Anschlüsse der darunter befindlichen Platten freilaßt« Nach dem Stapeln sind dadurch alle Anschlüsse längs einer Kante des Stapels angeordnet und alle Anschlüsse liegen frei, so daß sie löicht verdrahtet werden können» Wenn die beiden Spulenaufbauten im richtigen Abstand parallel zueinander angeordnet sind, sind darüber hinaus die Anschlüsse der zusammengehörige Spulenkreise, die miteinander verbunden werden sollen» zueinander ausgefluchtet.

Diese Keratellungsweise gewährleistet, daß die einseinen Spulenkreise nicht verkehrt herum im Stapel positioniert ■v/erden köimen, und daß die Spulenkreise in einem Stapel nicht falsch an dia Spulenkreise im anderen Stapel angepaßt «ind» Die Herstellung gewährleistet auch einen relativ düsm&si SpulenauTbau, so daß zusätzliche Spulen, die eins weitergehend© Kontrolle ermöglichen_c eingebaut werden kiinnenϊ mit mir geringerer Erhöhung d.er Gesamtstärke»

Diese Technik kann bei dar Herstellung von Magnetspulentnerdnungen zur Verwendung bei dor Erzeugung von Magnetfeld vektoren verwendet werden, die zu anderen Zwecken als W dom Triamen von unidirektionalen liagnotfelüern bestiramt sind? beiöpiclsweiße beim Aufbau, von elektrischen Spulen» ftnordmmgen f'üi· dio Kontrolle des Magnetfeldes zur Elektronenstrahlausrichtung und -fokussierung k?5maen Spulenanordmmgen verwendet werden, die erfindungsgemäß hergestellt

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden» es zeigern

Fig. 1 schematisch einen Satz Trizamspulen, die

beidseits der Probensonde in einem Magnet-

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g^tLii. .."IL/ dl« si&spri« tische a^^ordnet sind* wobei die anoi'dnmig erflndungsgesiäß aufgebaut 1st?

FIg- 2 eins auselnandergezogene pörspektivische Darstellung des arflndungsgemäßen Spulen

Figo 3 eins perßpektivischs Ansicht einer auf die Sonde montierten Triamspulenanoi»dnung; und

FIg. 4 eine perspektivische Darstellung einer zylindrisch geformten Spulenstruktur nach der Erfindung«

Figuren 1 und 3 weist ein übliches Kemresonanzeiaötei¹ einen Magneten auf, der durch die Magnetpole und 1?. dargeöbellt ist, und eine Sonde 13» die die öe^ clea Probesiäplnnör, Vorvoratärker und diö IIF-Antrlebs·

aufweist, die alle bekannt und deshalb nicht näher fc_ti.teilt sind.» Der Sender-Ecipfönger-Kreis 14 liefert die fe'öiVjendti Hochfrequenz an die Sondenspule, und das dötoktterte Ma^etrösonanzsignal wird dem Schreiber 15 Zwei -voneJ=UmIdOr entfernte _s parallele Trimm-16 und 17 sind zwischen den Polen 11₉ 12 ait^öoräiifcte öle getrennten SpixLerikrels© in den Anord» ;ü. sind elsfct,rXßch miteinander verbunden ■«■« beispiela-.bi Reihe geschaltet₉ wie durch Leitung 18 angedeutet a'-adas Paar SpviXoiikreise xilrd mit uaabhängigen Strom« •_tjiöi:i..3u Iu d&T Trimmkoyitrollic¹ 19 kontrolliert. Sweep-Spu« ΐχ,ϋί die EUi¹ Modulation des Magnetfeldes verwendet werden, können ebenfalls in die Trimmspulenanordnungen eingebaut worden und werden von dor Sweep-Schaltung 21 kontrolliert. X)Ie Spiilenanordnungen 16 und 17 sind allgemein auf beiden Selten der Sonde 13 befestigt und in geeigneter Weise gegenseitig und mit der Probe ausgefluchtet·

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Sine auseia&saergezogene Darstellung der Trimmspulenanordmi-ii? Ist in Fig, 2 dargestellt; sie "weist zwei getrennte, üfMlich sine rechte und. eine linke» Spulenstruktur 16 biw« 17 auf« Nach der Montage sind die Laniinataufbauten 16 uad 17 so montiert, daß sie zueinander parallel sind, wie in Fi^. 3 dargestellt ist, sie befinden sich dann nicht in der linearen Ausfluchtung die in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei der dargestellten Ausführimgsform besteht jede Anordnung aus sechs Spulenkreisen» das heißt einer YZ-Gradienten-Spule 22, einer X-Gradienten-Spule Z3, einer Sweep-Modulations-Spule 24, einer Z-Spule 25 9 Krümmungsspulenkreisen 26 _f Y~Gradienten-Krels 27 und zwei End^Abschirmungea 28 vsxä 29. Die Endplatten 28 und 29 bestehen aus einer 0,051 FiIQ (2 mil) starken Grundplatte} aus Capton, einem Pßlyiiflid-Film, und einem 0,03 nsm (1,2 mil) starkem Kupfsrlaminat auf den Außenflächen. Die Platten 31, die die Spulezücreiee 22 bis 27 tragen, sind ebenfalls mit Kupier laninierte Captoa-Filme oder -Platten, und die Kreise sind aus dem Kupf erlaminat nach der Technik gedruckter Schaltungen gebildet» Die Kreise sind auf den oberen Seiten der Platten 31 gebildet, gesehen in der Zeichnung.

Dia- Anschlüsse 32 für die Spulenkreise sind an einer Kante 35 jeder Platte 31 gebildet» und die Anschlüsse sind jeweils an tieferen Stellen der Xanten für die Kreise 22 bis 27 angeordnet, vicbai die Anschlüsse für den Kreis 22 ale höchste Stelle einnehmen und die Anschlüsse für den. Kreis 27 die tiefste. Die Anschlüsse der zusammengehörigen Spulenkreise der rechten und linken Seite sind in der gleichen Höhe angeordnet und ausgefluchtet.

Die den Spulenkreis 23 tragende Platte ueist eine Aussparung 34 auf, die In Kante 33 derart eingeschnitten 1st, daS sie

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mit den Anschlüssen des darunter befindlichen Kreises 22 ausgefluchtet ist. Die den Kreis 24 tragende Platte weist eine Aussparung 35 in der Kante 33 auf, die groß genug ist, um die Anschlüsse der beiden darunter befindlichen Kreise 22 und 23 freizulassen. Die Aussparungen 36, 37 und 38 in den die Kreise 25» 26 bzw. 27 tragenden Platten lassen die Anschlüsse aller Kreise in den darunter befindlichen Lagen frei.

Die Spulen jedes Kreises sind an ihren inneren Anschlüssen oder Enden, soweit notwendig, mit 0,051 mm (2 mil) starken Kupferstreifen oder Brücken 41 verbunden, die sich zwischen den inneren Kreisenden erstrecken; die Streifen sind mit einer geeigneten Isolierung, etwa einem Capton-FiIm von 0,076 mm (3 mil) Stärke von den Spulenkreisen isoliert, und elektrisch mit don Spulenkreisenden verbunden, beispielsweise durch Schweißen, unter Druck und Wärme.

Alle Platten des Satzes sind in einem Laminatstapel aneinander befestigt, in dem ein dünner Film Klebstoff» beispielsweise Ablestik, auf die Oberflächen gesprüht wird, etwa 0,005 mm (0,0002 ⁿ) stark, dann wird ein Druck von 0»7 kg/cm (10 lbs/sq. in.) bei einer Temperatur von J25°r« (275 ⁰F) etwa eins Stunde lang ausgeübt. Jeder laminierte Spulenaufbau 16, 17 ist nach dem Formen etwa 0,94 mm (0,037 ⁿ) stark, was bedeutend dünner 1st als bekannte Spulenaufbauten, was wegen des begrenzten Raumes, der für den Spulenaufbau im Magnetspalt zur Verfügung steht, sehr wichtig ist·

Ein Spulenkreis vom rechten Aufbau kann nicht versehentlich in die linke Struktur eingesetzt werden und umgekehrt, weil die Anschlüsse 32 dann in die falsche Richtung zeigen wurden und mit der Platte 31 überdeckt wurden, auf der der

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Spulenkreis gebildet ist· Jeder Spulenkreis muß auch an seine richtige Position oder Lage im Stapel gebracht werden, andernfalls werden die Anschlüsse mit einer anderen Platte abgedeckt, und das ist bei der Montage klar sichtbar.

Dio Auefluchtanschlüsse 32 der zusammengehörigen Paare von Spulenkreisen im linken und rechten Aufbau, die in Reihe geschaltet werden sollen, werden, wie durch Leitungen 42 angedeutet ist, verdrahtet, nachdem die Aufbauten 16, 17 im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind, und die übrigen Anschlüsse werden mit Leitungen 43 verdrahtet, die vom Aufbau zu einem Steckeranschluß 44 zum Anschluß an die Trimmkontrollsohaltung 19 und die Sweep-Schaltung führen. Das Anechlußende des Aufbaus wird dann mit einem geeigneten Isoliermaterial 45 vergossen.Die Kupferfilme auf den End-Abschirmungen werden ebenfalls elektrisch miteinander verbunden und geerdet·

Die Spulensätze wie 22-22 in Flg. 2 sind zwar als elektrisch in Reihe geschaltet dargestellt, selbstverständlich können die SpulensätzG für bestimmte Am/endungsfälle auch parallel geschaltet werden, oder sie können auch voneinander getrennt bleiben und jeder Satz Anschlüsse zu einem AuSenanschluß herausgeführt werden, wenn das für die spezielle Verwendung des Kreises erwünscht ist·

Der neuartige elektrische Aufbau ist zwar in Verbindung mit dem Aufbau von elektrischen Trimmspulen zur Kontrolle der Homogenität eines unldlrektionalen Magnetfeldes ww\ zur Bildung von Sweep-Spulen für das Fold beschrieben worden, andere Arten von elektrischen Kreisen zur Verwendung in Anwendungsfällen, in denen hohe Dichte gefordert wird, können jedoch nach dieser Laminattechnik ebenfalls aufgebaut werden. Beispielsweise wird bei vielen

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Systemen di.e Ausrichtung und/oder Fokussierung von Elektro-„lenstr&lüen durch die Einwirkung von Magnetfeldkoiaponenten auf den Strahl gefordert. Sin ein Magnetfeld lieferndes System, bei dein elektrische Leiter oder Spulen verwendet werden und das nach der hier beschriebenen Technik hergestellt ist» kann den dünnen Laminataufbau ausnutzen ebenso wJ.e die deutliche Verringerung der Fehlmontagen der Platten des einzelnen Stapels. Die beiden Laminate 16 und 17 sind zwar in Fig, 3 als flache Strukturen dargestellt, der laminierte Stapel kann jedoch auch andere Formen annehmen» Die getrennten Teile 16» und 17' können beispielsweise Jeweils halbzylindrisch ausgebildet werden, wie in Fig· 4 dargestellt ist, so daß die beiden getrennten Teile gemeinsam ein zylindrisches Volumen umschließen. Das ist sehr nützlich für einen elektrischen Spulenaufbau zur Kontrolle eines Elektronenstrahls, der axial durch den Zylinder hindurchtritt.

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Claims

Patentansprüche

lyElektrische Schaltungsanordnung, bestehend aus einer Vielzahl von getrennten elektrischen Kreisen, die auf eine Vielzahl von Isolierplatten montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte elektrische Kreise jeweils auf eine Seite einer anderen Isolierplatte montiert sind, die Isolierplatten derart aufeinander gestapelt sind, daß die elektrischen Kreise auf einer Seite einer Platte unter der anderen Seite der dem Stapel benachbarten Platte angeordnet sind, die elektrischen Anschlüsse dor Kreise auf jeder Platte an wenigstens eine Anschlußkante der Platte herausgeführt sind, die Anschlußkanten der Platten in einem Stapel ausgefluchtet sind, die Anschlüsse an jeder Platte an einer anderen Stelle längs der Anschlußkante lokalisiert sind als die Anschlüsse der anderen Platten im Stapel, und jede Platte im Stapel eine Aussparung an der Anschlußkante aufweist, die die Anschlüsse an den Anschlußkanten jeder Platte unterhalb der betreffenden Platte in Stepel frei läßt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Kreise aus gedruckten Leitern auf den Isolierplatton bestehen·
3. Schaltungsanordnimg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß elektrische Verbindungen zwischen getrennten Kreisen auf einer Platte dadurch

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hergestellt sind, daß leitende Brücken an Tronenanschlüsse der Leitungen befestigt sind und gegen andere Leiter auf der Platte isoliert sind·
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Platten Jeweils ein dünner Klebstoff lim angeordnet ist, mit dem die Flatten im Stapel befestigt sind.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweilige Aussparung die Anschlüsse der darunterliegenden Platte und die Aussparung in dieser freiläßt und die Anschlüsse jeder Platte neben der jeweiligen Aussparung angeordnet sind·
C, Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Kreise elektrische Spulen sind.
7. Elektrische Schaltungaanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die die elektrischen Kreise tragenden Platten zu zwei Sätzen zusammengefaßt sind, die jeweils einem Kreis im anderen Satz zugeordnete Kreise aufweisen» und daß die einander zugeordneten Kreise elektrisch verbunden sind.

8, Schaltungsanordnung nach Anspruch 7» dadurch g e k β η η zeichnet , daß die beiden Sätze aus auf elnandergestapelten Platten In Abstand voneinander derart montiert sind, daß ihre Aivy<#)"h*ek»P"frf"i parallel verlaufen·

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