DE4105999A1 - Folienspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Folienspule und insbesondere eine Folienspule, die in einer supraleitenden Vorrichtung verwendet wird.

Herkömmliche Folienspulen werden in kleinen Elektromotoren verwendet, wie es in der JP-U 63-22 646 beschrieben ist. Die herkömmliche Folienspule umfaßt ein isolierendes Substrat und eine Leitungsspule, die auf dem isolierenden Substrat gebildet ist. Die Leitungsspule ist in ihrer äußeren Form quadratisch ausgebildet und hat Nuten oder Rillen mit einem gegenseitigen Abstand von einigen 10 µm. Die Leitungsspule hat eine Dicke von etwa einigen 10 µm bis 1 mm und eine Breite in der Größenordnung von einigen 100 mm.

Bei der Herstellung der herkömmlichen Folienspule wird eine Leitungsschicht auf dem isolierenden Substrat durch Aufdampfen eines leitenden Materials einer gasförmigen Phase, einer Flüssigphase usw. ausgebildet und dann durch Ätzen eines Spiralmusters in eine quadratische Form ge­ bracht.

Wenn die herkömmliche Folienspule in einem kleinen Elektromotor verwendet wird, wird ein magnetischer Fluß durch die Folienspulen durch Anlegen eines elektrischen Stromes an die Folienspulen erzeugt, sodann wird der kleine Elektromotor durch ein durch den magnetischen Fluß erzeugtes Drehmoment angetrieben. Die magnetische Fluß­ dichte ist proportional zu den Ampere-Windungen (Produkt der Anzahl der Windungen einer Spule des elektrischen Stromes, der durch die Spule fließt).

Bei der herkömmlichen Folienspule besteht jedoch ein Nachteil darin, daß die Folienspule für eine Vorrichtung unbrauchbar ist, die mit einem großen elektrischen Strom betrieben wird, aufgrund der Tatsache, daß die Quer­ schnittsfläche der Leitungsspule klein ist, da die Leitungsfläche durch Aufdampfen gebildet worden ist. Somit wird die Folienspule nicht bei einer supraleitenden Vorrichtung, wie einem NMR-CT (MRI) (nuclear magnetic resonance computertomograph), einem Linearmotor usw. eingesetzt. Da eine supraleitende Spule im supraleitenden Zustand keinen Widerstand hat, ist es ausreichend, wenn die Querschnittsfläche der Leitungsspule klein ist. Im Übergangszustand zum Normalleitungszustand jedoch ist es notwendig, daß die supraleitende Spule eine große Quer­ schnittsfläche aufweist, so daß ein großer elektrischer Strom hindurchfließen kann, zusätzlich zu der Eigenschaft eines geringen Widerstands.

Bei der herkömmlichen Folienspule ist auch ein weiterer Nachteil, daß eine solche Folienspule nicht mit hoher Produktivität herstellbar ist, weil das Aufdampfen nicht mit großer Geschwindigkeit vorgenommen werden kann.

Bei der herkömmlichen Folienspule besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die Folienspule an Größe zunimmt, wenn sie ein magnetisches Feld mit einer komplizierten Ausrichtung erzeugt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Folienspule zur Verfügung zu stellen, die kompakt aufgebaut ist und eine hohe magnetische Flußdichte liefern kann.

Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Folien­ spule zur Verfügung zu stellen, die ein kompliziert aus­ gerichtetes Feld auf einfache Weise liefern kann.

Auch ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Folienspule zu schaffen, die mit hoher Produktivität hergestellt werden kann.

Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine Folienspule eine Vielzahl isolierender Substrate aus einem Material, das nicht geätzt wird, wobei eine Vielzahl von Leitungsspulen, die durch Ätzen von Leitungsplatten gebildet sind, auf eine Oberfläche der isolierenden Substrate aufgebracht werden, wobei die Vielzahl isolierender Substrate und die Vielzahl von Leitungsspulen abwechselnd geschichtet sind und die Vielzahl von Leitungsspulen durch Leitungsmaterial verbunden sind, das durch das jeweilige isolierende Substrat verläuft.

Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird die Folienspule zylinderartig ausgebildet, so daß eine zylindrische Folienspule geschaffen wird.

Im folgenden wird die Erfindung lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Folienspule in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linien der Y-Y in Fig. 1;

Fig. 3 und Fig. 4 jeweils erläuternde Diagramme, die eine Ver­ bindung der Leitungsspulen darstellen;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Fahrzeuges mit Linearmotor darstellt in dem eine Folienspule gemäß der Erfindung verwendet ist;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die eine Folien­ spule in einer zweiten bevorzugten Aus­ führungsform gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 7 eine Seitenansicht, die eine Folienspule der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 8 eine Seitenansicht, die einen Teil einer Folienspule der zweiten bevorzugten Aus­ führungsform gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht, die eine geschichtete Folienspule der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, und Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y aus Fig. 1. Die geschichtete Folienspule 10 umfaßt drei isolierende Substrate 20, 22 und 24, vier Leitungsspulen 12, 14, 16 und 18 aus leitenden Schichten, die auf Oberflächen der isolierenden Substrate gebildet sind, und Leitungsmaterialien 26, die durch die isolierenden Substrate verlaufen, um die Leitungsspulen zu verbinden.

Die Leitungsspulen 12 bis 18 sind spiralig ausgebildet, indem Spiralnuten 30 durch Ätzen aus Kupferplatten 28 ausgetragen sind. Die Kupferplatten 28 haben eine Dicke von 1,2 mm und sind auf die Oberflächen der isolierenden Substrate 20 bis 24 mit einem thermoplastischen Haftmittel geklebt. Die Kupferplatten 28 sind dicker als die isolierenden Substrate 20 bis 24. Aluminium kann als Material für die Leitungsspulen 12 bis 18 anstelle von Kupfer verwendet werden. Die Spiralnuten 30 haben unter­ schiedlich bemessene Abstände in horizontaler und vertikaler Richtung, d. h. die Abstände sind eng in der Richtung von rechts nach links und weit in der Richtung von oben nach unten, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Daher sind die magnetischen Flußdichten in diesen zwei Richtungen unterschiedlich, wenn die geschichtete Folien­ spule 10 in gebogener Form verwendet wird, somit ist die geschichtete Folienspule in einem NMR-CT oder einem Linearmotor verwendbar.

Fig. 3 zeigt eine Verbindung der Leitungsspulen. Die Leitungsspulen 12 bis 18 haben dieselbe Anzahl von Windungen oder Wicklungen. Die Windungsrichtung der Leitungsspulen 12 und 16 ist im Uhrzeigersinn, anderer­ seits ist die der Spulen 14 und 18 entgegen dem Uhrzeiger­ sinn gerichtet. Die Leitungsspulen 12 bis 18 sind mit Verbindungsanschlüssen 12a, 12b, 14a, 14b, 16a, 16b, 18a, 18b an beiden Enden der Spulen versehen, wobei die Leitungsspulen 12 bis 18 durch Verbinden der entsprechenden Verbindungsanschlüsse 12a bis 18b in Reihe geschaltet sind. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Eingangsanschluß 12a der Spule 12 mit einem Plus-Anschluß einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, der Aus­ gangsanschluß 12b der Spule 12 ist mit dem Eingangsan­ schluß 14a der Spule 14 verbunden, der Ausgangsanschluß 14b der Spule 14 ist mit dem Eingangsanschluß 16a der Spule 16 verbunden, der Ausgangsanschluß 16b der Spule 16 ist mit dem Eingangsanschluß 18a der Spule 18 verbunden und der Ausgangsanschluß 18b der Spule 18 ist mit einem Minus-Anschluß der Spannungsquelle verbunden. Die Leitungsspulen 12 bis 18, können wie in Fig. 4 ge­ zeigt, parallel geschaltet sein. Die Größe des elektri­ schen Stroms, der durch die geschichtete Folienspule fließt, kann durch die Parallelschaltung der Leitungs­ spulen 12 bis 18 erhöht werden.

Die Dicke der Kupferplatten 28 ist nicht auf 1,2 mm beschränkt, wie oben beschrieben, jedoch ist eine Dicke zwischen 1,0 mm bis 3,0 mm erforderlich, da, wenn die Dicke der Kupferplatte geringer ist als 1,0 mm, die Breite der Leitungsspulen 12 bis 18 groß sein muß, damit ein ausreichender Anteil eines elektrischen Stromes durchfließen kann, daher wird die geschichtete Folienspule in ihren Abmessungen groß. Andererseits, wenn die Dicke der Kupferplatte 28 größer ist als 3,0 mm, ist es un­ möglich, die Leitungsspulen 12 bis 18 durch Ätzen hoch­ präzise auszubilden.

Die isolierenden Substrate 20 bis 24 sind aus flexiblem Glasepoxyharz hergestellt und quadratisch ausgebildet. Die isolierenden Substrate 20 bis 24 haben eine Dicke von 0,4 mm und sind auf eine Größe von 1200 mm × 700 mm gebracht. Die isolierenden Substrate 20 bis 24 können auch anstelle aus Glasepoxyharz aus irgendeinem anderen Material hergestellt werden, das isolierende Eigen­ schaften, Flexibilität usw. hat und nicht geätzt werden kann. Die Größe der isolierenden Substrate 20 bis 24 ist nicht auf die vorgenannte Größe beschränkt. Die isolierenden Substrate 20 bis 24 sind mit Durchbohrungen (nicht gezeigt) an Stellen versehen, die Verbindungsanschlüssen entsprechen, so daß die Leitungs­ materialien 26 eingefüllt werden können.

Bei der Herstellung der geschichteten Folienspule 10 wird zunächst das Leitungsmaterial 26 in die Durchbohrungen der isolierenden Substrate 20 gefüllt, dann wird das thermoplastische Haftmittel auf die Oberfläche des isolierenden Substrates 20 aufgebracht, und die Kupfer­ platte 28 wird auf das thermoplastische Haftmittel auf­ gesetzt und durch Erwärmen verklebt. Als nächstes wird eine Widerstandsschicht (nicht gezeigt) auf die Oberfläche der Kupferplatte 28 gebracht, dann wird auf die Kupfer­ platte ein Spiralmuster aufbelichtet, und die Spiralnut 30 wird eingeätzt. Als nächstes wird eine Kupferplatte 28 auf die rückwärtige Oberfläche des isolierenden Substrates 20 geklebt, dann wird die Leitungsspule 14 durch Ätzen gebildet. Danach werden die Leitungsspulen 12 bis 18 und die isolierenden Substrate 20 bis 24 abwechselnd durch Wiederholen des vorgeschriebenen Verfahrens aufge­ schichtet. Die geschichtete Folienspule 10, die mit Hilfe des obigen Verfahrens hergestellt ist, wird in einer gekrümmten oder flachen Form verwendet.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines Fahrzeuges 50 mit Linearmotor in dem eine geschichtete supraleitende Spule 60 gemäß der Erfindung verwendet wird. Das Fahrzeug 50 mit Linearmotor umfaßt die geschichteten supraleitenden Spulen 60, Dauerstrom­ schalter 62, Leitungsanschlüsse 64 zum Liefern einer elektrischen Spannung an die supraleitenden Spulen 60, eine Kühlvorrichtung 66, einen Heliumtank 68 und flüssiges Helium 70 zum Kühlen der supraleitenden Spulen 60.

Die supraleitende Spule 60 ist aus einer Niob-Titan- Legierung, Tri-Niob-Zinn, Tri-Vanadium-Gallium usw. herge­ stellt. Wenn Tri-Vanadium-Gallium verwendet wird, wird Kupfer hinzugefügt. Das Fahrzeug 50 mit Linearmotor wird dann angetrieben und vorwärtsbewegt, indem ein starkes magnetisches Feld um die supraleitenden Spulen 20 erzeugt wird.

Die Folienspule gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch in einem medizinischen Pionenstrahl-Bestrahlungsgerät (nicht gezeigt), einem NMR-CT (nicht gezeigt) usw. ver­ wendet werden. Bei dem Pionenstrahl-Bestrahlungsgerät strahlen Pionenstrahlen unter einem Winkel von 120° von einem Generator aus, und die Pionenstrahlen werden aus­ gehend von dem Winkel in eine horizontale Richtung durch eine erste supraleitende Spule gelenkt und dann aus der horizontalen Richtung in die vertikale Richtung durch eine zweite supraleitende Spule abgelenkt, so daß die Pionenstrahlen auf den angegriffenen Bereich eines Patienten gerichtet werden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen geschichtete Folienspulen 10 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die zu einer zylindrischen Folienspule 40 aus 8 Stücken der geschichteten Folienspule 10 zusammengesetzt sind, welche viertelkreisförmig gekrümmt sind, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Die zylindrische Folienspule 40 wird in einer Vorrichtung wie einem NMR-CT (nicht gezeigt) usw. verwendet. Wenn die Folienspule 40 in dem NMR-CT verwendet wird, wird die zylindrische Folienspule 40 um einen Patienten gelegt. Wenn nun ein elektrischer Strom an die Folienspule 40 angelegt wird, wird ein magnetisches Feld auf Atomkerne mit einem magnetischen Moment aufgebracht, so daß die Atomkerne in Resonanz versetzt werden. Damit wird das Innere des Körpers des Patienten durch Erfassen der Menge der freigesetzten Energie und einer Relaxations­ zeit aufgezeichnet. Die Form der geschichteten Folienspule 10 kann in Abhängigkeit von der Form der Vorrichtung, in der die geschichtete Folienspule verwendet wird, modifiziert werden.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform, selbst wenn die geschichtete Folienspule 10 in einer gekrümmten Form verwendet wird, werden die isolierenden Substrate 20 bis 24 und die Kupferplatten 28 nicht getrennt, da sie fest laminiert sind. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist es weiterhin möglich, daß die Leitungsspulen 12 bis 18 so ausgebildet sind, daß sie eine andere geeignete Form haben, da die Spiralnuten 30 durch Ätzen gebildet sind. Weiterhin ist nach dieser bevorzugten Ausführungs­ form die Produktivität für die geschichteten Folienspulen 10 verglichen mit den herkömmlichen sehr verbessert.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (4)

1. Folienspule, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Vielzahl isolierender Substrate (20, 22, 24), die jeweils aus einem Material hergestellt sind, das nicht geätzt ist, und einer Vielzahl von Leitungsspulen (12, 14, 16, 18), die durch Ätzen von Leitungsplatten (28) gebildet sind, die auf Oberflächen der isolierenden Substrate aufgebracht sind, aufgebaut ist,
wobei die Vielzahl isolierender Substrate (20, 22, 24) und die Vielzahl von Leitungsspulen (12, 14, 16, 18) abwechselnd geschichtet sind und
wobei die Vielzahl von Leitungsspulen (12, 14, 16, 18) durch Leitungsmaterial (26) verbunden sind, die durch die jeweiligen isolierenden Substrate (20, 22, 24) verlaufen.

2. Folienspule, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein isolierendes Substrat (20, 22, 24) aus einem Material, das nicht geätzt ist, und wenigstens eine Leitungsspule (12, 14, 16, 18), die durch Ätzen einer Leitungsplatte (28), welche auf einer Oberfläche des isolierenden Substrates (20, 22, 24) aufgebracht ist, gebildet ist, aufweist, wobei die Folienspule zylinderartig ausgebildet ist, um eine zylindrische Folienspule herzustellen.

3. Folienspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Folienspule durch Zusammensetzen einer Vielzahl von Folienspulenstücken, wobei jedes bogenförmig ist, zylindrisch ausgebildet ist.

4. Folienspule nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei isolierende Substrate und wenigstens zwei Leitungsspulen vorgesehen sind, wobei die Vielzahl isolierender Substrate (20, 22, 24) und die Vielzahl von Leitungsspulen (12, 14, 16, 18) abwechselnd geschichtet sind und die Vielzahl von Leitungsspulen (12, 14, 16, 18) durch Leitungsmaterial (26) ver­ bunden sind, das sich durch die jeweiligen isolierenden Substrate erstreckt.