EP0215043B1 - Procede de fabrication d'une bobine d'un aimant solenoidal - Google Patents

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EP0215043B1
EP0215043B1 EP86901414A EP86901414A EP0215043B1 EP 0215043 B1 EP0215043 B1 EP 0215043B1 EP 86901414 A EP86901414 A EP 86901414A EP 86901414 A EP86901414 A EP 86901414A EP 0215043 B1 EP0215043 B1 EP 0215043B1
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General Electric CGR SA
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • H01F7/202—Electromagnets for high magnetic field strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S29/00—Metal working
    • Y10S29/022—Method or apparatus using indium

Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a Bitter type coil, more particularly forming a large magnet capable of being used in a nuclear magnetic resonance (NMR) imaging installation; the invention also relates to a solenoidal magnet comprising at least one coil of the Bitter type constructed by implementing this method.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • NMR imaging installations require a large magnet capable of generating a uniform magnetic field in a determined region of space. Typically, it is necessary to generate a magnetic field of 0.15 to 0.5 teslas with a homogeneity of 1 to 10 parts per million (ppm) in a sphere of at least 40 cm in diameter.
  • Bitter coils are well known for the production of strong magnetic fields.
  • the structure proposed by Bitter is a coil made up of metallic annular discs (generally made of copper or aluminum), split to form as many turns and connected to define a substantially helical winding with flat turns.
  • the stack of discs is maintained by a plurality of tie rods.
  • This structure is advantageous because it allows efficient cooling of the magnet, by making turns in the discs (and in the insulators separating these discs), these holes being arranged in the same configuration from one disc to another to materialize as a set of channels parallel to the axis of the coil, in which circulates a cooling fluid, for example deionized water, kerosene or oil.
  • a cooling fluid for example deionized water, kerosene or oil.
  • the invention mainly relates to a method of manufacturing a Bitter type coil consisting in forming a helical winding of turns in the form of split flat metal annular discs, in producing a contiguous stack of such discs, and in connecting end to end at the other ends of such discs or of parts of such discs by welding with addition of indium, characterized in that the addition of indium is carried out prior to welding by electrolytic deposition on portions to be assembled.
  • indium welding can be carried out at relatively low temperature (of the order of 200 ° C.) to avoid deformation of the discs or portions of discs, which makes it possible to obtain a particularly regular winding with contiguous turns.
  • indium has the additional advantage of excellent electrical conductivity.
  • the welding then takes place by heating said portions in the assembly position, for example by means of an "HF turn".
  • the portions to be assembled are provided with dimples of complementary shapes and dimensions and the deposition of indium is carried out on these dimples.
  • each coil consists of the end-to-end assembly of parts 12 of flat annular discs.
  • Each disc part 12 comprises, in the example shown, opposite recesses 14, 15, of complementary shapes and dimensions, at each of its ends respectively.
  • the recess 14 of a disc part can be assembled by welding to the recess 15 of another neighboring disc part and so on with the interposition of insulation between the turns, until a coil of Complete bitter.
  • each disc part 12 comprises all 16 in a predetermined configuration which, with the corresponding holes in the disc parts of the other turns, reconstitute the coolant circulation channels parallel to the axis of the coil.
  • Others all 17 of larger diameter are also provided in each disc part for the passage of the tie rods ensuring the winding with contiguous turns, according to the conventional technique defined by Bitter.
  • the welds of the disc parts 12 are carried out with the addition of indium by heating to a relatively low temperature, which avoids deformations of the Bitter discs whose thickness is only around 2 mm for a diameter. outside of the order of a meter.
  • indium 18 was previously electrolytically deposited on the surfaces to be assembled, i.e. here on the surfaces of the recesses 14 and 15.
  • the electrolytic deposition of indium on a piece of copper is within the reach of those skilled in the art.
  • each of them represents a fraction of turn of the coil, here close to a third of turn. More precisely, the portions of discs are all identical and each represents a not whole fraction of a complete turn (that is to say different from a half, a third, a quarter, ...) so that the zones welded from the stack are distributed in a helix, and not grouped along one or more generators of the coil.

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Abstract

Procédé de fabrication d'une bobine de Bitter par soudures à l'indium. Selon l'invention, des disques de Bitter ou parties (12) de tels disques sont soudés avec apport d'indium, de préférence déposé électrolytiquement sur les portions (14, 15) à assembler. Application à la RMN.

Description

  • L'invention concerne un procédé de fabrication d'une bobine de type Bitter, entrant plus particulièrement dans la constitution d'un aimant de grandes dimensions susceptible d'être utilisé dans une installation d'imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN); l'invention concerne aussi un aimant solénoïdal comportant au moins une bobine de type Bitter construite par mise en oeuvre de ce procédé.
  • On sait que les installations d'imagerie par RMN nécessitent un aimant de grande dimension capable d'engendrer un champ magnétique uniforme dans une région déterminée de l'espace. Typiquement, il est nécessaire d'engendrer un champ magnétique de 0,15 à 0,5 teslas avec une homogénéité de 1 à 10 parties par million (ppm) dans une sphère de 40 cm de diamètre au moins.
  • Par ailleurs, les bobines de Bitter sont bien connues pour la production de champs magnétiques intenses. La structure proposée par Bitter est un bobinage constitué de disques annulaires métalliques (généralement en cuivre ou en aluminium), fendus pour former autant de spires et raccordés pour définir un enroulement sensiblement hélicoïdal à spires plates. L'empilement de disques est maintenu par une pluralité de tirants. Cette structure est avantageuse car elle permet un refroidissement efficace de l'aimant, en pratiquant des tours dans les disques (et dans les isolants séparant ces disques), ces trous étant disposés suivant une même configuration d'un disque à l'autre pour matérialiser en ensemble de canaux parallèles à l'axe de la bobine, dans lesquels circule un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau désionisée, du kérozène ou de l'huile.
  • Il est possible de calculer un aimant délivrant un champ magnétique d'homoénéité requise dans un certain volume au voisinage de son centre de symétrie et constitué d'un certain nombre de telles bobines de Bitter agencées le long d'un axe longitudinal commun. Des modes de calcul de tels aimants sont par exemple explicités dans d'autres demandes de brevet de la Demanderesse. Il est par ailleurs connu de souder des parties mètalliques ensemble par des soudures à basse température. Mais le problème à résoudre ici revient à éviter les nombreux court-circuits que provoque une soudure globale de toute une bobine en une fois. La demande FR-A-2 175 530 utilise par exemple, entre autres, de l'indium pour réaliser des soudures.
  • L'invention concerne principalement un procédé de fabrication d'une bobine de type Bitter consistant à former un enroulement hélicoïdal de spires en forme de disques annulaires métalliques plats fendus, à réaliser un empilement jointif de tels disques, et à raccorder bout à bout les uns aux autres des extrémités de tels disque ou de parties de tels disques par soudure avec apport d'indium, caractérisé en ce que l'apport d'indium est effectué préalablement à la soudure par dépôt électrolytique sur des portions à assembler.
  • La soudure à l'indium peut s'effectuer à relativement basse température (de l'ordre de 200°C) pour éviter les déformations des disques ou portions de disques, ce qui permet d'obtenir un enroulement particulièrement régulier à spires jointives. De plus, l'indium présente l'avantage supplémentaire d'une excellente conductivité électrique.
  • La soudure d'seffectue ensuite en chauffant lesdites portions en position d'assemblage, par exemple au moyen d'une "spire HF". Selon un mode de réalisation possible, les portions à assembler sont munies d'embrèvements de formes et dimensions complémentaires et le dépôt d'indium est effectué sur ces embrèvements.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres d'avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé dans lequel:
    • - la figure 1 représente une partie de disque utilisée pour la réalisation d'une bobine de type Bitter;
    • - la figure 2 est une vue en détail ilustrant l'assemblage de deux parties de disque semblables, après le dépôt d'indium et avant la soudure desdites parties.
  • En se reportant aux dessins, on a représenté la structure de base utilisée selon l'invention, pour réaliser une bobine de Bitter de grandes dimensions utilisable, notamment, dans une installation d'imagerie par RMN pour engendrer un champ magnétique uniforme de grande homogénéité. Chaque bobine est constituée de l'assemblage bout à bout de parties 12 de disques annulaires plats. Chaque partie de disque 12 comporte, dans l'exemple représenté, des embrèvements 14, 15 opposés, de formes et dimensions complémentaires, à chacune de ses extrémités respectivement. Ainsi, l'embrèvement 14 d'une partie de disque pourra être assemblé par soudure à l'embrèvement 15 d'une autre partie de disque voisine et ainsi de suite avec interposition d'isolant entre les spires, jusqu'à reconstituer une bobine de Bitter complète. Comme représenté, chaque partie de disque 12 comporte des tous 16 suivant une configuration prédéterminée qui, avec les trous correspondants de parties de disque des autres spires, reconstituent des cannaux de circulation de fluide de refroidissement parallèles à l'axe de la bobine. D'autres tous 17 de plus grand diamètre sont également prévus dans chaque partie de disque pour le passage des tirants assurant le bobinage à spires jointives, selon la technique classique définie par Bitter.
  • Selon l'invention les soudures des parties de disque 12 sont effectuées avec apport d'indium par chauffage à relativement basse température, ce qui évite les déformations des disques de Bitter dont l'épaisseur est de l'ordre de 2 mm seulement pour un diamètre extérieur de l'ordre du mètre. On peut par exemple interposer une fine plaquette d'indium entre les embrèvements en position d'assemblage et chauffer pour faire fondre l'indium. O à constaté cependant que la précision de positionnement des parties à assembler et la qualité de la soudure étaient notablement améliorés si l'indium 18 est préalablement déposé électrolytiquement sur les surfaces à assembler, c'est-à-dire ici sur les surfaces des embrèvements 14 et 15. Le dépôt électrolytique d'indium sur une pièce de cuivre est à la portée de l'homme du métier. Il s'effectuera de préférence après polissage électrolytique des portions comportant lesdits embrèvements. Le prédécoupage des parties de disques est tel que, comme représenté, chacune d'elle représente une fraction de spire de la bobine, ici voisine d'un tiers de spire. Plus précisément, les portions de disques sont toutes identiques et chacune représente une fraction non entière d'une spire complète (c'est-à-dire différente d'un demi, un tiers, un quart, ...) pour que les zones soudées de l'empilement soient réparties en hélice, et non regroupées le long d'une ou plusieurs génératrices de la bobine.

Claims (8)

1. Procédé de fabrication d'une bobine de type Bitter consistant à former un enroulement hélicoïdal de spires en forme de disques annulaires métalliques plats fendus, à réaliser un empilement jointif de tels disques, et à raccorder bout à bout les uns aux autres des extrémités de tels disque ou de parties (12) de tels disques par soudure avec apport d'indium, caractérisé en ce que l'apport d'indium est effectué préalablement à la soudure par dépôt électrolytique sur des portions (14, 15) à assembler.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste, les portions à assembler comportant chaque fois des embrèvements de formes et dimensions complémentaires, à placer de l'indium sur au moins l'un desdits embrèvements avant d'effectuer la soudure par chauffage desdites portions en position d'assemblage.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on assemble successivement ds parties de disque annulaires représentant moins qu'une spire.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on assemble successivement des parties égales de disques annulaires, chacune de ces parties étant différente d'une fraction entière d'une spire complète, une fraction entière étant une partie correspondant à une spire complète divisée un nombre entier de fois, pour que les zones soudées dudit empilement soient réparties en hélice.
5. Aimant solénoïdal à disques annulaires plats de type Bitter, comportant un enroulement hélicoïdal de spires en forme de disques, ou de portion de disques, annulaires métalliques, plats, fendus, empilés jointivement, et raccordés les uns aux autres à leur extrémité par soudure avec support d'indium, caractérisé en ce qu'à chaque jonction soudée, l'indium se présente sous la forme d'une couche uniforme résultant de la fusion de deux dépôts électrolytiques (18) d'indium sur les extrémités assemblées.
6. Aimant solénoïdal selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'indium recouvre des embrèvements (14, 15) de formes et dimensions complémentaires, pratiqués aux extrémités des parties assemblées.
7. Aimant solénoïdal selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce qu'il est matérialisé par l'assemblage bout à bout de parties égals de disques annulaires plats représentant chacune moins qu'une spire, de préférence voisine d'un tiers de spire.
8. Aimant solénoïdal selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque partie de disque annulaire représente une fraction non entière d'une spire complète, une fraction non entière s'opposant à une fraction entière qui elle correspond à une spire complète divisée un nombre entier de fois, afin que les zones soudées de l'aimant solenoïdal soient réparties en hélice.
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