EP2561521B1 - Bobine améliorée apte à générer un champ magnétique intense et procédé de fabrication de ladite bobine - Google Patents

Bobine améliorée apte à générer un champ magnétique intense et procédé de fabrication de ladite bobine Download PDF

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EP2561521B1
EP2561521B1 EP11714783.5A EP11714783A EP2561521B1 EP 2561521 B1 EP2561521 B1 EP 2561521B1 EP 11714783 A EP11714783 A EP 11714783A EP 2561521 B1 EP2561521 B1 EP 2561521B1
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EP
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removal
coil
indentation
turn
turns
Prior art date
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Application number
EP11714783.5A
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EP2561521A1 (fr
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François DEBRAY
Jean Dumas
Rolf Pfister
Christophe Trophime
Jean-Marc Tudela
Nadine Vidal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Publication date
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    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Definitions

  • the present invention relates to a coil adapted to generate a magnetic field particularly suitable for the generation of intense magnetic fields and / or for withstanding significant mechanical forces and a method of manufacturing said coil.
  • magnets consisting of one or more coils crossed by an intense electric current, said coils being cooled.
  • the said coils may consist of cylindrical tubes obtained in a conductive or superconductive material and cut along a generally helical cut line, with a constant pitch or not, to form turns.
  • NMR machines usually have a tunnel-like structure with a central space reserved for the patient and an annular structure which integrates on the one hand means for creating in the central observation space a homogeneous and intense main magnetic field and on the other hand radiofrequency excitation means and radiofrequency signal processing reemitted by the body of the patient placed in the central observation space, in response to the excitation sequences.
  • these machines also comprise so-called gradient coils for superimposing on the intense homogeneous field additional magnetic fields the value of which depends on the spatial coordinates of their place of application.
  • the document US 2,592,802 discloses an induction coil consisting of a tube obtained in a conductive material and cut along several generally helicoidal lines to form turns which are separated by a vertical portion ensuring a separation between the turns. Said separation part is cut to form a pair of spacing members on either side of a cylindrical hole in which is advantageously inserted a rod obtained in an insulating material, this rod serving as a spacer to avoid any contact between the turns.
  • EP 0146494 discloses an induction coil made of incomplete annular cutouts in a cylindrical tube, said incomplete annular cutouts being connected by two vertical cuts. This type of induction coil is intended to allow the displacement of the spacers in the nuclear reactors and is not intended to receive high intensity currents for the formation of intense fields.
  • the document US 3,466,743 discloses a coil made of a tube obtained in a conductive material and cut along a generally helicoidal line to form turns, said turns passing through holes initially made along the tube, the cutting line and / or the holes being filled with an insulating material to prevent any deformation when the coil is traversed by currents of very high intensities, but also to maintain a separation between the turns.
  • an insulating spacer is positioned at a hole, the spacer has larger dimensions than the hole to completely fill the hole and to separate the adjacent turns.
  • the magnetic field gradient coils or generating an intense magnetic field are subjected to intense electromagnetic forces that induce mechanical forces leading to a deformation of the turns of the coil.
  • the deformation of the turns can induce a lack of reliability of the machine and / or an inhomogeneity of the detrimental magnetic field for the realization of good quality imaging.
  • This is how it was proposed in the application WO 2009/053420 published on April 30, 2009 to use coils made of a tube obtained in a conductive material and cut along a generally helical line to form a plurality of turns, wherein at least one turn comprises at least one boss extending in line with a correspondingly shaped depression formed in an adjacent turn.
  • Such a configuration is advantageous in that it makes it possible to recover the mechanical forces induced by the electromagnetic forces and the mechanical forces of thermal origin.
  • the coil structure can be permanently cooled, in particular by the circulation of a cooling fluid, preferably a cryogenic fluid (nitrogen-based, for example). helium or hydrogen for example).
  • a cooling fluid preferably a cryogenic fluid (nitrogen-based, for example). helium or hydrogen for example).
  • This cooling must also be as homogeneous as possible in the structure. Such cooling is particularly useful to compensate for the thermal increase experienced by the structure in case of transit or resistive transition ("quench" in English).
  • One of the aims of the invention is therefore to overcome all these drawbacks by proposing a coil or a set of coils suitable for generating an intense magnetic field, in particular for forming superconducting magnets, and a method for manufacturing said coil of simple design and inexpensive.
  • an object of the present invention is to provide a coil or a set of coils adapted to be thermally controlled and simple to manufacture, and preferably providing a recovery of the mechanical forces induced on the coils of the coils by the electromagnetic forces and / or mechanical forces of thermal origin.
  • a method of manufacturing a coil capable of generating a so-called intense field magnetic field according to claim 1. More specifically, when an insulating material is positioned between the coil comprising the recess by removal of material and an adjacent turn, said indentation recess is spared in the ridge so that it forms with the insulating material a passage between the inside and the outside of the tube when the coil is constrained.
  • the coil according to the invention will advantageously be used to form a magnet for intense or homogeneous field, such as for example a superconducting magnet.
  • Such a coil may also be used as a solenoid gradient coil of a nuclear magnetic resonance machine.
  • the coil 1 comprises a tube 2, preferably generally hollow cylindrical, in which turns 3 have been formed by cutting, by any appropriate means, along a cutting line 4, preferably helical, said tube 2 being obtained from a material electrically conductive, such as metals or preferably a massive superconductor (such as Bismuth alloys or compounds of Ytrium or MgB2 for example) and said coil optionally comprising an insulating material filling the cutting line 4 in a well-known manner by the skilled person.
  • a material electrically conductive such as metals or preferably a massive superconductor (such as Bismuth alloys or compounds of Ytrium or MgB2 for example) and said coil optionally comprising an insulating material filling the cutting line 4 in a well-known manner by the skilled person.
  • the tube 2 provided with turns 3 can constitute the coil 1 as such.
  • the tube with the turns constitutes a support for a coil, this support + coil assembly forming said coil.
  • the winding may for example be formed of a tape or a superconducting wire (consisting for example of an alloy of NbTi, Nb3Sn, Nb3Al, or YBaCuO type) surrounding the cut tube. spiral.
  • the tube serves as a mechanical support for the tape and is further used in the thermal regulation of the superconducting magnet.
  • the tape or the superconducting wire is fixed in abutment on the inner face of the helically cut tube.
  • the coil may consist of a plurality of tubes 2.
  • At least one recess 10 is formed in the edge of at least one of the turns 3, such a recess being provided to form an opening, that is to say a passage or channel, between the 2.
  • the recess 10 alone forms the opening, that is to say the passage or channel, between the inside and the outside of the tube 2, when the coil is constrained but also when it is not.
  • the recess 10 corresponds to a removal of material in the tube 2.
  • the recess 10 does not comprise a corresponding shape formed in the edge of the coil adjacent to the turn comprising said recess. This removal of material constituting the recess 10 thus makes it possible to create an opening through the coil irrespective of the position of the turns relative to each other, that is to say whether they are constrained or not relative to one another. to others, that an element (such as an insulating material) is interposed or not between the adjacent turns.
  • the passage thus formed between the inside and the outside of the tube makes it possible to circulate a cooling fluid through the coil, such as, for example, water or a cryogenic fluid (eg nitrogen-based fluid). helium or hydrogen).
  • a cooling fluid such as, for example, water or a cryogenic fluid (eg nitrogen-based fluid). helium or hydrogen).
  • a cryogenic fluid eg nitrogen-based fluid. helium or hydrogen.
  • Such a cooling possibility is particularly advantageous for providing the heat transfer necessary to compensate for any thermal increase experienced by a superconducting coil in the event of transit or transition from the superconducting state to the resistive state ("quench" in English).
  • the fact of being able to thermally regulate the coil by the passage of cooling fluid between the inside and the outside of the tube is also particularly advantageous for reducing the mechanical deformations that may be of thermal origin.
  • the recess or recesses are formed in the region of the edges of the turns located opposite the insulating material.
  • this insulating material forms a barrier preventing the circulation of the heat transfer fluid between two adjacent turns, and this results in a local heating present in the normal operation of resistive magnets and in the case of a "quench" for a superconductor.
  • the recess 10 forms with the insulating material a passage between the inside and the outside of the tube 2 when the coil is constrained. The formation of a recess facing the insulating material therefore makes it possible to thermally regulate the coil at said insulating material through the cooling fluid passage, so as to avoid local heating.
  • the recesses formed in the ridges of each of the turns may have any shape, for example semicircular, triangular, square, rectangular, trapezoidal, or any other shape to create a passage for a cooling fluid. It should be noted that the shape and the size of the recess will be optimized to allow the passage of the cooling fluid and to control its flow velocity while guaranteeing the physical properties (especially mechanical and electrical) of the turns (taking into account for example the minimum width of the turns).
  • a plurality of turns 3 of the coil 1 comprises a recess 10 facing a complementary recess 11 formed in an adjacent turn 3, so that the cooperation of these recesses (10, 11 ) forms the opening between the inside and the outside of the tube 2 for the passage of a cooling fluid.
  • Complementary recess means a recess with a similar shape, that is, a recess with similar removal of material.
  • the opening between the inside and the outside of the tube 2 comprises, when the coil is constrained, two passages formed by the insulating material and respectively the recess 10 and the complementary recess 11.
  • Such an embodiment is particularly preferred when the width of the turns must remain low, which allows to distribute the size of the opening on two adjacent turns, and therefore avoids too much weaken the turns at the recesses.
  • the recesses formed in several adjacent turns may advantageously have an angular offset.
  • each turn 3 is constant; however, the width of all or part of the turns may be variable, the width of the space between two adjacent turns being preferably constant including the recesses.
  • the turns 3 are preferably formed in a generally cylindrical tube 2 by cutting along a helical cutting line 4.
  • a plurality of turns 3 of the coil 1 comprises a boss 5 extending in line with a recess 6 of corresponding shape formed in an adjacent turn 3 making it possible to take up the mechanical forces induced by the electromagnetic couples on the turns 3 when they are traversed by a current of strong intensity.
  • a recess 10 in the edge of the turn 3 at the boss-shaped profile 5 and optionally but preferred, a complementary recess 11 in the edge of the turn 3 at the level of the boss. 6.
  • Each recess is formed in the boss-shaped profile of a turn so as to face the complementary recess formed in the hollow-shaped profile of the adjacent coil. In this way, when the boss 5 extends to the right of the corresponding recess 6, the recesses (10, 11) cooperate to form a passage or channel between the inside and outside of the tube, which can be used to the passage of the cooling fluid.
  • the fact of placing the recesses at the bosses and recesses is particularly advantageous since it makes it possible to machine said recesses concomitantly with the corresponding bosses and recesses (for example by a wire cutting method by electroerosion), and does not come to complicate the machining process of the coil, while greatly improving the thermal properties of said coil.
  • all the bosses 5 and the recesses 6 of the turns 3 are generally aligned along a longitudinal straight line.
  • bosses 5 of two adjacent turns can be angularly offset.
  • the upper part of the coil 1, arbitrarily represented vertically on the figure 2 , has a plurality of bosses 5 and recesses 6 whose concavity is oriented in the same direction towards the lower end of said coil 1.
  • the lower part of the coil 1 also comprises a plurality of bosses 5 and recesses 6 whose concavity is oriented in the same direction, for example towards the upper end of said coil 1, opposite the direction to the orientation of the concavity of the bosses 5 of the turns 3 of the upper part of said coil.
  • the coil 1 may comprise only one boss and a single hollow or a plurality of bosses and recesses on one or more turns, the concavity of at least one boss may have an opposite orientation to the orientation of the concavity of at least one second boss.
  • each boss 5, and therefore each recess 6, has a generally semicircular shape; however, it is obvious that each boss 5 may have any shape such as a triangular shape, square or rectangular, for example.
  • f (t) may be substituted by f (t, ⁇ ) to adjust the angle of the cut along Oz in a radial plane.
  • the bosses 5 and the recesses 6 will then have a generally conical shape, that is to say that their edges will not be perpendicular to the axis of revolution of the tube 2.
  • the coil according to the invention is constituted in the same manner as previously of a generally cylindrical tube 2 in which turns 3 have been formed by cutting along a generally helical cut line 4, said turns comprising bosses 5 and recesses 6 of corresponding shapes. , a recess being further formed at each boss and hollow turns.
  • said bosses 5 and said recesses 6 have a trapezoidal shape while the recesses have a rectangular shape.
  • the section of the bosses 5 and recesses 6 may decrease from the outer wall to the inner wall of the tube 3.
  • This form of bosses and hollows is particularly suitable for the implementation of thin turns and / or for the isolation of insulation.
  • insulating boards such as, for example, pre-impregnated pre-preg fiberglass boards or polyimide insulating sheets, may be positioned between two adjacent turns 3, said plates preferably having a shape of annular section.
  • the turns 3 are separated by any appropriate means ( figure 3 ).
  • These insulating plates 7 advantageously consist of several superimposed thin insulating sheets 8, preferably at least three superimposed insulating thin sheets 8.
  • this superposition of thin sheets of insulation 8 provides a reduction of internal stresses to the insulator.
  • the intermediate sheet 8 is never in direct contact with the metal or the superconducting material of the turns 3 thus ensuring increased electrical safety.
  • the insulating plates 7 may comprise any number of sheets 8 and that they may be obtained in any insulating material without departing from the scope of the invention.
  • the positioning of the or recesses (10,11) formed at the bosses 5 and recesses 6 in the zone comprising the insulating plates 8 is particularly advantageous since the opening formed by these recesses. allows to guarantee a heat transfer in this zone, which would form in the opposite case a hot spot in the coil what is to be avoided to be able to have a homogeneous thermal regulation.
  • the setting of insulating plates between bosses 5 and successive recesses 6 can allow the passage of coolant between two zones comprising a boss 5 and a recess 6 ( figure 4 ).
  • the insulating plates come away from the turns 3 formed in the tube 2, thus creating days 9 between two zones having a boss 5 and a recess 6, these days 9 also allowing a circulation of a cooling fluid between inside and outside the tube and vice versa.
  • Said cooling liquid consisting for example in water in the case of resistive magnets, or in helium or liquid nitrogen in the case of superconducting materials.
  • Such an arrangement therefore allows for increased thermal regulation, since it is performed not only by the days 9 formed between the recesses 6 and bosses 5, but also at the level of the passages formed by the recesses (10,11).
  • a geometric model of the turns is made using computer-aided design (CAD) software such as CATIA® or Open Cascade marketed by the company Open Cascade SAS.
  • CAD computer-aided design
  • a mesh of the turns 3 and the boss or bosses 5 and corresponding hollow or recesses 6, and recesses (10, 11) is produced, in a step 200, from the CAD model by means of a suitable software such as, for example, the CATIA® software or a mesher Ghs3d® from the company Distene, then in a step 300, a simulation of thermal heating and / or electromagnetic fields and / or mechanical behavior corresponding to the previous mesh is performed.
  • CAD computer-aided design
  • Said thermal heating and / or electromagnetic fields and / or mechanical deformations obtained by this mesh are compared, in a step 400, with a so-called reference model having no bosses and hollows, and / or having no recesses. . Modifications can be made if necessary on the geometry of the turns. The procedure is then repeated until a suitable model is obtained.
  • the steps 100 to 400 are then repeated until a mesh is obtained having a minimum thermal heating and / or a homogeneous or almost homogeneous magnetic field and / or a minimization of the displacements consecutive to the electromagnetic and thermal loadings.
  • the parameterized curve corresponding to the selected cutout thus determined is then transmitted to a digital cutting machine, which cuts the turns 3, bosses 5 and recesses 6, and recesses (10,11) in the tube 2, in a step 500.
  • a digital cutting machine which cuts the turns 3, bosses 5 and recesses 6, and recesses (10,11) in the tube 2, in a step 500.
  • bosses 5 and the recesses 6 cooperate to ensure a centering of the turns.
  • the tube 2 may consist of a set of tubes, said tube 2 or the set of tubes being preferably formed of a solid conducting and / or superconductive material.
  • the tube 2 may consist of a support tube obtained in copper or stainless steel for example and on which are secured, for example by welding, son or superconducting cables.
  • the support tube provided with the bosses 5 and recesses 6 and recesses according to the invention then has a function of recovery of the electromagnetic forces and a heat dissipation function in case of "quench", that is to say of return in the normal accidental state or not of the superconducting part.

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne une bobine apte à générer un champ magnétique particulièrement adaptée pour la génération de champs magnétiques intenses et/ou pour la tenue à des efforts mécaniques importants et un procédé de fabrication de ladite bobine.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Dans le domaine de la production des champs magnétiques, il est bien connu de générer un champ magnétique intense par des "aimants" constitués d'une ou plusieurs bobines traversées par un courant électrique intense, lesdites bobines étant refroidies.
  • Les dites bobines peuvent être constituées de tubes cylindriques obtenus dans un matériau conducteur ou supraconducteur et découpés suivant une ligne de découpe globalement hélicoïdale, à pas constant ou non, pour former des spires.
  • Ces bobines pour champs intenses sont actuellement presque exclusivement utilisées dans les laboratoires de champs magnétiques intenses et pourraient, par exemple, être utilisées utilement dans des machines de RMN selon l'acronyme « Résonance Magnétique Nucléaire » pour la réalisation d'imagerie par résonance magnétique.
  • Ces machines RMN présentent usuellement une structure du type tunnel avec un espace central réservé au patient et une structure annulaire qui intègre d'une part des moyens pour créer dans l'espace central d'observation un champ magnétique principal homogène et intense et d'autre part des moyens d'excitation radiofréquence et de traitement des signaux radiofréquence réémis par le corps du patient placé dans l'espace central d'observation, en réponse aux séquences d'excitation. Afin de différencier les signaux radiofréquence émis en réponse et créer une image, ces machines comportent également des bobines dites de gradient pour superposer au champ homogène intense des champs magnétiques additionnels dont la valeur dépend des coordonnées spatiales de leur lieu d'application.
  • Une telle machine RMN est par exemple décrite dans la demande de brevet français FR 2 892 524 .
  • On connaît par ailleurs les documents US 2,592,802 , EP 0146494 et US 3,466,743 qui décrivent des bobines d'induction.
  • Le document US 2,592,802 décrit une bobine d'induction constituée d'un tube obtenu dans un matériau conducteur et découpé suivant plusieurs lignes globalement hélicoidales pour former des spires qui sont séparées par une portion verticale assurant une séparation entre les spires. Ladite partie de séparation est découpée pour former une paire de membres d'espacement de part et d'autre d'un trou cylindrique dans lequel est avantageusement inséré une tige obtenue dans un matériau isolant, cette tige servant d'espaceur pour éviter tout contact entre les spires.
  • Le document EP 0146494 décrit une bobine d'induction constituée de découpes annulaires incomplètes pratiquées dans un tube cylindrique, lesdites découpes annulaires incomplètes étant reliées par deux découpes verticales. Ce type de bobine d'induction est destiné à permettre le déplacement des espaceurs dans les réacteurs nucléaires et n'est pas destiné à recevoir des courants de haute intensité pour la formation de champs intenses.
  • Le document US 3,466,743 décrit une bobine constituée d'un tube obtenu dans un matériau conducteur et découpé suivant une ligne globalement helicoidale pour former des spires, lesdits spires passant par des trous initialement pratiqués le long du tube, la ligne de coupe et/ou les trous étant remplis d'un matériau isolant afin de prévenir toute déformation lorsque la bobine est traversée par des courants de très hautes intensités, mais également pour maintenir une séparation entre les spires. En particulier, lorsque un espaceur isolant est positionné au niveau d'un trou, l'espaceur a des dimensions plus importantes que le trou afin de remplir totalement ce trou et pour écarter les spires adjacentes.
  • Aucune des bobines décrites dans ces documents n'est toutefois destinée à la formation de champs magnétiques dits intenses (c'est-à-dire supérieur à 1 T), ou à être placé dans un champ magnétique intense, et leur structure n'est pas adaptée pour de telles applications.
  • En particulier, les bobines de gradient de champs magnétiques ou générant un champ magnétique intense sont soumises à des forces électromagnétiques intenses qui induisent des efforts mécaniques conduisant à une déformation des spires de la bobine. La déformation des spires peut induire un manque de fiabilité de la machine et/ou une inhomogénéité du champ magnétique préjudiciable pour la réalisation d'imagerie de bonne qualité. C'est ainsi qu'il a été proposé dans la demande WO 2009/053420 publiée le 30 avril 2009 d'utiliser des bobines constituées d'un tube obtenu dans un matériau conducteur et découpé suivant une ligne globalement hélicoïdale pour former une pluralité de spires, dans laquelle au moins une spire comporte au moins un bossage s'étendant au droit d'un creux de forme correspondante formé dans une spire adjacente. Une telle configuration est avantageuse en ce qu'elle permet de reprendre les efforts mécaniques induits par les forces électromagnétiques et les forces mécaniques d'origine thermique.
  • Toutefois, pour de nombreuses applications comme les aimants supraconducteurs, il est nécessaire que la structure de bobine puisse être refroidie en permanence, notamment par la circulation d'un fluide de refroidissement, de préférence un fluide cryogénique (à base d'azote, d'hélium ou d'hydrogène par exemple). Ce refroidissement doit en outre être le plus homogène possible dans la structure. Un tel refroidissement est particulièrement utile pour compenser l'augmentation thermique subie par la structure en cas de transit ou transition résistive (« quench » en anglais).
  • L'un des buts de l'invention est donc de remédier à tous ces inconvénients en proposant une bobine ou un ensemble de bobines adaptées pour la génération d'un champ magnétique intense, notamment pour former des aimants supraconducteurs, et un procédé de fabrication de ladite bobine de conception simple et peu onéreuse.
  • Plus précisément un but de la présente invention est de fournir une bobine ou un ensemble de bobines adapté pour être régulé thermiquement et simple de fabrication, et procurant de préférence une reprise des efforts mécaniques induits sur les spires des bobines par les forces électromagnétiques et/ou les forces mécaniques d'origine thermique.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une bobine apte à générer un champ magnétique dit champ intense selon la revendication 1. Plus précisément, lorsqu'un matériau isolant est positionné entre la spire comprenant le renfoncement par enlèvement de matière
    et une spire adjacente, ledit renfoncement par enlèvement de matière
    est ménagé dans l'arête de manière telle qu'il forme avec le matériau isolant un passage entre l'intérieur et l'extérieur du tube lorsque la bobine est contrainte.
  • Des aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants :
    • l'étape de formation d'au moins un renfoncement par enlèvement de matière comprend la formation d'au moins un premier renfoncement par enlèvement de matière dans une arête d'au moins une spire de ladite bobine et d'au moins un deuxième renfoncement par enlèvement de matière dans une arête d'une spire adjacente de manière à ce que le premier renfoncement fasse face au deuxième renfoncement, les premier et deuxième renfoncements ménagés dans les spires adjacentes formant le passage entre l'intérieur et l'extérieur du tube.
    • le procédé comprend en outre la formation d'au moins un bossage sur la spire comprenant le premier renfoncement et la formation d'au moins un creux sur la spire comprenant le deuxième renfoncement de manière à ce que le bossage s'étende au droit dudit creux, permettant de reprendre les efforts mécaniques induits par les forces électromagnétiques et les forces mécaniques d'origine thermique.
    • le premier renfoncement est formé dans l'arête de la spire au niveau du profil en forme de bossage et le deuxième renfoncement est formé dans l'arête de la spire au niveau du profil en forme de creux.
    • les formations du bossage et du premier renfoncement sont faites de manière concomitante, et en ce que les formations du creux et du deuxième renfoncement sont faites de manière concomitante.
    • le procédé comporte une étape préalable d'optimisation du ou des bossages et du ou des creux correspondants, et des renfoncements.
    • l'étape d'optimisation consiste au moins dans les étapes suivantes de :
      • ∘ détermination d'un maillage des spires, du ou des bossages et du ou des creux correspondants, et des renfoncements,
      • ∘ simulation des échauffements thermiques et/ou des champs électromagnétiques à partir du maillage,
      • ∘ comparaison des échauffements thermiques et/ou des champs électromagnétiques avec ceux d'un maillage dit de référence ne comportant pas de bossages et/ou ne comportant pas de renfoncements,
      • ∘ comparaison des déplacements sous les chargements électromagnétiques et thermiques des spires avec ceux d'un modèle dit de référence ne comportant pas de bossages et/ou ne comportant pas de renfoncements.
    Dans un exemple non revendiqué, les spires, les bossages et les creux correspondants, et les renfoncements sont formés par une découpe d'un tube cylindrique suivant une ligne de coupe globalement hélicoïdale. Dans un autre exemple non revendiqué, un matériau isolant est déposé dans la ligne de découpe entre deux spires adjacentes, ce matériau isolant pouvant se présenté sous forme de plaques d'isolant comprenant une pluralité de feuilles fines d'isolant superposées.
  • Selon un autre aspect de l'invention il est proposé une bobine apte à générer un champ magnétique dit champ intense lorsqu'elle est traversée par un courant électrique, selon la revendication 8. Des aspects préférés mais non limitatifs de cette bobine, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants :
    • au moins une spire comporte au moins un premier renfoncement par enlèvement de matière formé dans une arête de ladite spire et faisant face un deuxième renfoncement par enlèvement de matière formé dans une arête d'une spire adjacente, les premier et deuxième renfoncements ménagés dans les spires adjacentes formant le passage entre l'intérieur et l'extérieur du tube.
    • la spire comprenant le premier renfoncement comprend en outre au moins un bossage s'étendant au droit d'un creux de forme correspondante formé dans la spire adjacente comprenant le deuxième renfoncement, les premier et deuxième renfoncements étant formés dans l'arête des spires correspondantes au niveau du profil en forme de bossage et de creux respectivement.
    Dans un example non revendiqué les bossages adjacents d'une spire sont décalés angulairement. Dans un autre example non revendiqué la bobine comporte une pluralité de bossages et de creux dont la concavité est orientée dans une même direction. Dans un autre example non revendiqué la bobine comporte une pluralité de bossages et de creux et en ce que la concavité d'au moins un bossage présente une orientation opposée à l'orientation de la concavité d'au moins un second bossage.
    • chaque renfoncement présente une forme générale hémicirculaire ou triangulaire ou carrée ou rectangulaire ou trapézoïdale.
    • les spires comprennent plusieurs renfoncements, les renfoncements adjacents d'une spire étant décalés angulairement.
    Dans un autre example non revendiqué la bobine comporte un matériau isolant comblant au moins partiellement la ligne de découpe, au moins un renfoncement étant ménagé dans une arête de spire en regard dudit matériau isolant. Dans un autre example non revendiqué le matériau isolant comprend une plaque d'isolant ayant une pluralité de feuilles fines d'isolant superposées. Dans un autre example non revendiqué la bobine est obtenue dans un matériau supraconducteur massif.
    • la bobine comprend en outre un ruban ou fil formé dans un matériau supraconducteur, ledit ruban ou fil étant fixé sur la face interne et/ou externe du tube.
  • La bobine selon l'invention sera avantageusement utilisée pour former un aimant pour champ intense ou homogène, comme par exemple un aimant supraconducteur.
  • Une telle bobine pourra également être utilisée comme bobine de gradient solénoïdale d'une machine à résonance magnétique nucléaire.
    • DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, une bobine apte à générer un champ magnétique et particulièrement aptes à la génération d'un champ magnétique intense et un procédé de fabrication de ladite bobine conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est vue en perspective d'une bobine selon un premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 2 est une vue en perspective d'une bobine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 3 est une vue en perspective d'un détail d'une bobine selon un troisième mode de réalisation de l'invention, avant compression des plaques d'isolant,
    • la figure 4 est une vue en perspective d'un détail de la bobine selon le troisième mode de réalisation de l'invention, après compression des plaques d'isolant,
    • la figure 5 est un diagramme représentant les étapes de fabrication d'une bobine conforme à l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • En référence à la figure 1, la bobine 1 comprend un tube 2, de préférence globalement cylindrique creux, dans lequel des spires 3 ont été formées par une découpe, par tout moyen approprié, selon une ligne de découpe 4 de préférence hélicoïdale, ledit tube 2 étant obtenu dans un matériau électriquement conducteur, tel que des métaux ou de préférence un supraconducteur massif (tel que des alliages au Bismuth ou des composés d'Ytrium ou de MgB2 par exemple) et ladite bobine comportant éventuellement un matériau isolant comblant la ligne de découpe 4 de manière bien connue par l'Homme du Métier.
  • Le tube 2 pourvu de spires 3 peut constituer la bobine 1 en tant que telle. Toutefois, selon un autre mode de réalisation, le tube avec les spires constitue un support pour un bobinage, cet ensemble support + bobinage formant ladite bobine. Dans le cas d'un aimant supraconducteur, le bobinage peut par exemple être formé d'un ruban ou d'un fil supraconducteur (constitué par exemple d'un alliage de type NbTi, Nb3Sn, Nb3Al, ou YBaCuO) entourant le tube découpé en spirale. Ainsi, le tube sert de support mécanique au ruban et est en outre utilisé dans la régulation thermique de l'aimant supraconducteur. Dans une autre variante le ruban ou le fil supraconducteur est fixé en appui sur la face interne du tube découpé en hélice. Par ailleurs, la bobine peut être constituée d'une pluralité de tubes 2.
  • Selon l'invention, au moins un renfoncement 10 est ménagé dans l'arête d'au moins une des spires 3, un tel renfoncement étant prévu pour former une ouverture, c'est-à-dire un passage ou canal, entre l'intérieur et l'extérieur du tube 2. Le renfoncement 10 forme à lui seul l'ouverture, c'est-à-dire le passage ou canal, entre l'intérieur et l'extérieur du tube 2, lorsque la bobine est contrainte mais également lorsqu'elle ne l'est pas.
  • A cet égard, le renfoncement 10 correspond à un enlèvement de matière dans le tube 2. En particulier, le renfoncement 10 ne comprend pas de forme correspondante ménagée dans l'arête de la spire adjacente à la spire comprenant ledit renfoncement. Cet enlèvement de matière constituant le renfoncement 10 permet ainsi de créer une ouverture à travers la bobine quel que soit la position des spires les unes par rapport aux autres, c'est-à-dire qu'elles soient contraintes ou non les unes par rapport aux autres , qu'un élément (tel qu'un matériau isolant) soit interposé ou non entre les spires adjacentes.
  • Le passage ainsi formé entre l'intérieur et l'extérieur du tube permet de faire circuler un fluide de refroidissement à travers la bobine, tel que par exemple de l'eau ou un fluide cryogénique (e.g. fluide à base d'azote, d'hélium ou d'hydrogène). Cela permet donc d'avoir un refroidissement permanent de la structure, que le tube serve de support à un bobinage pour former la bobine ou qu'il constitue la bobine en tant que telle.
  • Une telle possibilité de refroidissement est particulièrement avantageuse pour assurer les transferts thermiques nécessaires pour compenser toute augmentation thermique subie par une bobine supraconductrice en cas de transit ou transition de l'état supraconducteur vers l'état résistif (« quench » en anglais).
  • Le fait de pouvoir réguler thermiquement la bobine par le passage de fluide de refroidissement entre l'intérieur et l'extérieur du tube est également particulièrement avantageux pour réduire les déformations mécaniques qui peuvent être d'origine thermique.
  • De manière préférée, le ou les renfoncements sont ménagés dans la zone des arêtes des spires située en regard du matériau isolant. En effet, lorsqu'un matériau isolant est placé dans la ligne de découpe 4, comblant tout ou partie de cette ligne de découpe 4, ce matériau isolant forme une barrière empêchant la circulation du fluide caloporteur entre deux spires adjacentes, et il en résulte un échauffement local présent dans le fonctionnement normal des aimants résistifs et dans le cas d'un « quench » pour un supraconducteur. Lorsqu'au moins l'une des spires 3 en regard du matériau isolant présente un renfoncement 10 au niveau de son arête, un tel renfoncement forme une ouverture qui va permettre le transfert thermique recherché. Le renfoncement 10 forme donc avec le matériau isolant un passage entre l'intérieur et l'extérieur du tube 2 lorsque la bobine est contrainte. La formation d'un renfoncement en regard du matériau isolant permet donc de réguler thermiquement la bobine au niveau dudit matériau isolant par le passage de fluide de refroidissement, de sorte à éviter tout échauffement local.
  • Les renfoncements ménagés dans les arêtes de chacune des spires peuvent avoir une forme quelconque, par exemple hémicirculaire, triangulaire, carrée, rectangulaire, trapézoïdale, ou toute autre forme permettant de créer un passage pour un fluide de refroidissement. Il est à noter que la forme et la taille du renfoncement seront optimisées pour permettre le passage du fluide de refroidissement et pour contrôler sa vitesse d'écoulement tout en garantissant les propriétés physiques (notamment mécanique et électrique) des spires (en tenant par exemple compte de la largeur minimale des spires).
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une pluralité de spires 3 de la bobine 1 comporte un renfoncement 10 faisant face à un renfoncement complémentaire 11 formé dans une spire 3 adjacente, de sorte que la coopération de ces renfoncements (10,11) forme l'ouverture entre l'intérieur et l'extérieur du tube 2 pour le passage d'un fluide de refroidissement. Par renfoncement complémentaire, on entend un renfoncement présentant une forme similaire, c'est-à-dire un renfoncement avec un enlèvement de matière semblable.
  • Dans le cas où le matériau isolant est entre les deux spires adjacentes présentant le renfoncement 10 et le renfoncement complémentaire 11, l'ouverture entre l'intérieur et l'extérieur du tube 2 comprend, lorsque la bobine est contrainte, deux passages formés par le matériau isolant et respectivement le renfoncement 10 et le renfoncement complémentaire 11.
  • Un tel mode de réalisation est en particulier préféré lorsque la largeur des spires doit rester faible, ce qui permet de répartir la taille de l'ouverture sur deux spires adjacentes, et évite donc de trop fragiliser les spires au niveau des renfoncements. Dans ce cas, les renfoncements ménagés dans plusieurs spires adjacentes peuvent avantageusement présenter un décalage angulaire.
  • Dans l'exemple particulier de réalisation présenté à la figure 1, la largeur de chaque spire 3 est constante ; toutefois, la largeur de tout ou partie des spires pourra être variable, la largeur de l'espace séparant deux spires adjacentes étant de préférence constante y compris au niveau des renfoncements.
  • Comme indiqué précédemment, les spires 3 sont de préférence formées dans un tube 2 globalement cylindrique par découpe suivant une ligne de découpe hélicoïdale 4. La découpe hélicoïdale 4 est obtenue suivant les équations paramétriques dans un système cartésien orthonormé ou l'axe Oz est confondu avec l'axe de révolution du tube 2 :
    x = Rcos t , y = Rsin t , z = kt où k désigne une constante donnée strictement positive. R et t correspondent aux coordonnées cylindriques dans un plan OXOY.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention tel qu'illustré à la figure 2, une pluralité de spires 3 de la bobine 1 comporte un bossage 5 s'étendant au droit d'un creux 6 de forme correspondante formé dans une spire 3 adjacente permettant de reprendre les efforts mécaniques induits par les couples électromagnétiques sur les spires 3 lorsqu'elles sont traversées par un courant de forte intensité. Comme précédemment, il est en outre prévu un renfoncement 10 dans l'arête de la spire 3 au niveau du profil en forme de bossage 5, et de manière optionnelle mais préférée, un renfoncement complémentaire 11 dans l'arête de la spire 3 au niveau du profil en forme de creux 6. Chaque renfoncement est formé dans le profil en forme de bossage d'une spire de manière à faire face au renfoncement complémentaire ménagé dans le profil en forme de creux de la spire adjacente. De cette manière, lorsque le bossage 5 s'étend au droit du creux 6 correspondant, les renfoncements (10, 11) coopèrent pour former un passage ou canal entre l'intérieur et l'extérieur du tube, celui-ci pouvant être utilisé pour le passage du fluide de refroidissement.
  • Un tel agencement de bossage et de creux associés aux renfoncements dans chacune des spires est très avantageux pour compenser les déformations mécaniques d'origine thermique d'une part, et celles dues aux forces électromagnétiques. Cet effet combiné vient s'ajouter à l'effet initial des renfoncements en termes de régulation thermique.
  • En outre, le fait de placer les renfoncements au niveau des bossages et creux est particulièrement avantageux puisque cela permet d'usiner lesdits renfoncements de manière concomitante avec les bossages et creux correspondants (par exemple par une méthode de découpe au fil par électroérosion), et ne vient donc pas complexifier le processus d'usinage de la bobine, tout en améliorant grandement les propriétés thermiques de ladite bobine.
  • Dans l'exemple particulier de réalisation présenté, tous les bossages 5 et les creux 6 des spires 3 sont globalement alignés le long d'une droite longitudinale.
  • Néanmoins, il est bien évident que les bossages 5 de deux spires adjacentes peuvent être décalés angulairement.
  • La partie supérieure de la bobine 1, arbitrairement représentée verticalement sur la figure 2, comporte une pluralité de bossages 5 et de creux 6 dont la concavité est orientée dans une même direction, vers l'extrémité inférieure de ladite bobine 1.
  • Par ailleurs, la partie inférieure de la bobine 1 comporte également une pluralité de bossages 5 et de creux 6 dont la concavité est orientée dans une même direction, par exemple vers l'extrémité supérieure de ladite bobine 1, opposée à la direction à l'orientation de la concavité des bossages 5 des spires 3 de la partie supérieure de ladite bobine.
  • Il va de soi que la bobine 1 pourra ne comprendre qu'un seul bossage et un seul creux ou une pluralité de bossages et de creux sur une ou plusieurs spires, la concavité d'au moins un bossage pouvant présenter une orientation opposée à l'orientation de la concavité d'au moins un second bossage.
  • Dans l'exemple de réalisation présenté, chaque bossage 5, et par conséquent chaque creux 6, présente une forme générale hémicirculaire ; toutefois, il est bien évident que chaque bossage 5 pourra présenter une forme quelconque telle qu'une forme triangulaire, carrée ou rectangulaire par exemple.
  • La découpe hélicoïdale 4 est obtenue suivant les équations paramétriques dans un système orthonormé où l'axe Oz est confondu avec l'axe de révolution du tube 2 :
    x = Rcos f(t), y = Rsin f(t), z = k g(t) où R et k sont des constantes données strictement positives.
  • On notera que f(t) pourra être substituée par f(t,θ) pour régler l'angle de la découpe suivant Oz dans un plan radial. Les bossages 5 et les creux 6 présenteront alors une forme globalement conique, c'est-à-dire que leurs bords ne seront pas perpendiculaires à l'axe de révolution du tube 2.
  • La fonction g(t) est de préférence une fonction trigonométrique de la forme par exemple : x = Rcos (t), y = Rsin (t) z = t / 2 * π * 1 + a * cos 4 t
    Figure imgb0001
  • Ainsi, la découpe hélicoïdale 4 forme des bossages 5 et des creux 6 dans les spires 3 par rapport à une découpe hélicoïdale de référence obtenue selon les équations paramétriques :
    x = Rcos t , y = Rsin t , z = kt où k est une constante donnée strictement positive.
  • On entend ici par bossage une partie saillante d'une spire 3 par rapport à une spire obtenue par une ligne de découpe hélicoïdale de référence.
  • Selon une autre variante d'exécution la bobine conforme à l'invention, en référence aux figures 3 et 4, cette dernière est constituée de la même manière que précédemment d'un tube 2 globalement cylindrique dans lequel des spires 3 ont été formées par découpe suivant une ligne de découpe globalement hélicoïdale 4, lesdites spires comportant des bossages 5 et des creux 6 de formes correspondantes, un renfoncement étant en outre formée au niveau de chaque bossage et creux des spires. Dans l'exemple de réalisation présenté, lesdits bossages 5 et lesdits creux 6 présentent une forme trapézoïdale tandis que les renfoncements ont une forme rectangulaire.
  • La section des bossages 5 et des creux 6 peut décroître depuis la paroi extérieure vers la paroi intérieure du tube 3.
  • Cette forme de bossages et de creux est particulièrement adaptée pour la mise en oeuvre de spires fines et/ou pour le calage d'isolant.
  • De plus, on notera que cette technique peut s'appliquer au design de bobines à densité de courant non uniforme.
  • Par ailleurs, en référence à la figure 3, des plaques d'isolant telles que par exemple des plaques de fibre de verre pré-imprégnée dites « pre-preg », selon l'acronyme anglo-saxon « pre-impregnated » ou des feuilles d'isolants de type polyimide, peuvent être positionnées entre deux spires 3 adjacentes, lesdites plaques présentant de préférence une forme de section annulaire. Afin de permettre l'introduction de ces plaques d'isolant 7, les spires 3 sont écartées par tous moyens appropriés (figure 3). Ces plaques d'isolant 7 sont avantageusement constituées de plusieurs feuilles fines d'isolant 8 superposées, de préférence au moins trois feuilles fines d'isolant 8 superposées. De cette manière, l'isolant une fois comprimé, en référence à la figure 4, se conforme au dessin de la spire 3 sans casser. En effet, cette superposition de feuilles fines d'isolant 8 procure une diminution des contraintes internes à l'isolant. Par ailleurs, la feuille intermédiaire 8 n'est jamais en contact direct avec le métal ou le matériau supraconducteur des spires 3 assurant ainsi une sécurité électrique accrue.
  • Il est bien évident que les plaques d'isolant 7 pourront comprendre un nombre quelconque de feuilles 8 et qu'elles pourront être obtenues dans un matériau isolant quelconque sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
  • Le positionnement du ou les renfoncements (10,11) ménagés au niveau des bossages 5 et creux 6 dans la zone comprenant les plaques d'isolant 8, est particulièrement avantageux puisque l'ouverture ménagée par ces renfoncements permet de garantir un transfert thermique dans cette zone, qui formerait dans le cas contraire un point chaud dans la bobine ce que l'on cherche à éviter pour pouvoir avoir une régulation thermique homogène.
  • Il est par ailleurs à préciser que le calage de plaques d'isolants entre des bossages 5 et des creux 6 successifs peut permettre le passage de liquide de refroidissement entre deux zones comportant un bossage 5 et un creux 6 (figure 4). En effet, les plaques d'isolant viennent écarter les spires 3 formées dans le tube 2, créant ainsi des jours 9 entre deux zones comportant un bossage 5 et un creux 6, ces jours 9 permettant également une circulation d'un fluide de refroidissement entre l'intérieur et l'extérieur du tube et inversement. Ledit liquide de refroidissement consistant par exemple dans de l'eau dans le cas d'aimants résistifs, ou dans de l'hélium ou de l'azote liquide dans le cas des matériaux supraconducteurs. Un tel agencement permet donc d'avoir une régulation thermique accrue, puisqu'elle est effectuée non seulement par les jours 9 ménagés entre les creux 6 et bossages 5, mais également au niveau des passages formés par les renfoncements (10,11).
  • On expliquera maintenant le procédé de fabrication d'une bobine conforme à l'invention, en référence à la figure 5.
  • Dans une première étape 100, un modèle géométrique des spires est réalisé à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) tel que CATIA® ou Open Cascade commercialisé par la société Open Cascade SAS. Un maillage des spires 3 et du ou des bossages 5 et du ou des creux 6 correspondants, et des renfoncements (10,11) est réalisé, dans une étape 200, à partir du modèle CAO au moyen d'un logiciel adapté tel que, par exemple, le logiciel CATIA® ou un mailleur Ghs3d® de la société Distène, puis dans une étape 300, une simulation des échauffements thermiques et/ou des champs électromagnétiques et/ou du comportement mécanique correspondant au précédent maillage est réalisée.
  • Lesdits échauffements thermiques et/ou les champs électromagnétiques et/ou des déformations mécaniques obtenus par ce maillage sont comparés, dans une étape 400, avec un modèle dit de référence ne comportant pas de bossages et de creux, et/ou ne comportant pas de renfoncements. Des modifications peuvent être effectuées si nécessaire sur la géométrie des spires. La procédure est alors répétée jusqu'à obtenir un modèle adapté.
  • La même procédure peut être utilisée pour l'optimisation des contraintes mécaniques.
  • Les étapes 100 à 400 sont alors réitérés jusqu'à l'obtention d'un maillage présentant un échauffement thermique minimal et/ ou un champ magnétique homogène ou quasi homogène et/ou une minimisation des déplacements consécutifs aux chargements électromagnétiques et thermiques.
  • La courbe paramétrée correspondant à la découpe retenue ainsi déterminée est alors transmise à une machine de découpe numérique, qui procède à la découpe des spires 3, des bossages 5 et des creux 6, et des renfoncements (10,11) dans le tube 2, dans une étape 500. Lorsque les renfoncements (10,11) sont positionnés au niveau des bossages 5 et creux 6, leur découpe peut être faite en même temps que les découpes des bossages 5 et creux 6 correspondants ce qui est très avantageux en termes d'usinage.
  • On observera que préalablement à l'étape de maillage 100, une étape de détermination du nombre de spires, de la largeur des spires et des dimensions du tube dont sa longueur, son épaisseur et son diamètre externe est opérée conformément aux enseignement de la publication « Magnet Calculations at the Grenoble High Magnetic Field Laboratory », Christophe Trophime, Konstantin Egorov, François Debray, Walter Joss and Guy Aubert, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY. VOL. 12, NO 1, MARCH 2002.
  • Par ailleurs, on observera que les bossages 5 et les creux 6 coopèrent pour assurer un centrage des spires.
  • Il va de soi que le tube 2 pourra consister en un ensemble de tubes, ledit tube 2 ou l'ensemble de tubes étant formé de préférence dans un matériau conducteur et/ou supraconducteur massif. Alternativement, le tube 2 pourra consister en un tube support obtenu dans du cuivre ou de l'inox par exemple et sur lequel sont solidarisés, par soudure par exemple, des fils ou des câbles supraconducteurs. Le tube support muni des bossages 5 et des creux 6 et des renfoncements conformes à l'invention a alors une fonction de reprise des efforts électromagnétiques et une fonction de dissipation thermique en cas de "quench", c'est-a-dire de retour à l'état normal accidentel ou non de la partie supraconductrice.
  • Enfin, il est bien évident que les bobines décrites précédemment pourront trouver de nombreuses applications dans les domaines de la génération de champs magnétiques à des fins expérimentales, ou de l'imagerie à résonance magnétique nucléaire par exemple, et que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention, telle que définie dans les revendications.

Claims (15)

  1. Procédé de fabrication d'une bobine apte à générer un champ magnétique dit champ intense lorsqu'elle est traversée par un courant électrique comportant une étape de formation de spires dans un tube obtenu dans un matériau conducteur et/ou supraconducteur caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de formation d'au moins un renfoncement par enlèvement de matière dans une arête d'au moins une spire de ladite bobine, et une étape de positionnement d'un matériau isolant entre la spire comprenant le renfoncement par enlèvement de matière et une spire adjacente, ledit renfoncement par enlèvement de matière étant ménagé dans l'arête pour former, avec le matériau isolant placé en regard dudit renfoncement par enlèvement de matière, un canal entre l'intérieur et l'extérieur du tube lorsque la bobine est contrainte.
  2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de formation d'au moins un renfoncement par enlèvement de matière comprend la formation d'au moins un premier renfoncement par enlèvement de matière dans une arête d'au moins une spire de ladite bobine et d'au moins un deuxième renfoncement par enlèvement de matière dans une arête d'une spire adjacente de manière à ce que le premier renfoncement par enlèvement de matière fasse face au deuxième renfoncement par enlèvement de matière, les premier et deuxième renfoncements par enlèvement de matière ménagés dans les spires adjacentes formant le canal entre l'intérieur et l'extérieur du tube.
  3. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'au moins un bossage sur la spire comprenant le premier renfoncement par enlèvement de matière et la formation d'au moins un creux sur la spire comprenant le deuxième renfoncement par enlèvement de matière de manière à ce que le bossage s'étende au droit dudit creux, permettant de reprendre les efforts mécaniques induits par les forces électromagnétiques et les forces mécaniques d'origine thermique.
  4. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que le premier renfoncement par enlèvement de matière est formé dans l'arête de la spire au niveau du profil en forme de bossage et le deuxième renfoncement par enlèvement de matière est formé dans l'arête de la spire au niveau du profil en forme de creux.
  5. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que les formations du bossage et du premier renfoncement par enlèvement de matière sont faites de manière concomitante, et en ce que les formations du creux et du deuxième renfoncement par enlèvement de matière sont faites de manière concomitante.
  6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable d'optimisation du ou des bossages et du ou des creux correspondants, et des renfoncements par enlèvement de matière.
  7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'étape d'optimisation consiste au moins dans les étapes suivantes de :
    - détermination d'un maillage des spires, du ou des bossages et du ou des creux correspondants, et des renfoncements par enlèvement de matière,
    - simulation des échauffements thermiques et/ou des champs électromagnétiques à partir du maillage,
    - comparaison des échauffements thermiques et/ou des champs électromagnétiques avec ceux d'un maillage dit de référence ne comportant pas de bossages et/ou ne comportant pas de renfoncements par enlèvement de matière,
    - comparaison des déplacements sous les chargements électromagnétiques et thermiques des spires avec ceux d'un modèle dit de référence ne comportant pas de bossages et/ou ne comportant pas de renfoncements par enlèvement de matière.
  8. Bobine apte à générer un champ magnétique dit champ intense lorsqu'elle est traversée par un courant électrique, ladite bobine (1) comprenant au moins un tube (2) ou un ensemble de tubes obtenu dans un matériau conducteur et/ou supraconducteur et découpé suivant une ligne de découpe (4) pour former des spires (3), caractérisée en ce qu'elle comporte un matériau isolant comblant au moins partiellement la ligne de découpe (4), et en ce qu'au moins une spire (3) comporte au moins un renfoncement (10) formé par enlèvement de matière dans une arête de ladite spire (3) en regard dudit matériau isolant, ledit renfoncement par enlèvement de matière (10) formant avec le matériau isolant un canal entre l'intérieur et l'extérieur du tube (2) lorsque la bobine est contrainte.
  9. Bobine selon la revendication 8 caractérisée en ce qu'au moins une spire (3) comporte au moins un premier renfoncement par enlèvement de matière (10) formé dans une arête de ladite spire et faisant face à un deuxième renfoncement par enlèvement de matière (11) formé dans une arête d'une spire (3) adjacente, les premier (10) et deuxième (11) renfoncements par enlèvement de matière ménagés dans les spires adjacentes formant le canal entre l'intérieur et l'extérieur du tube (2).
  10. Bobine selon la revendication 9 caractérisée en ce que la spire (3) comprenant le premier renfoncement par enlèvement de matière (10) comprend en outre au moins un bossage (5) s'étendant au droit d'un creux (6) de forme correspondante formé dans la spire (3) adjacente comprenant le deuxième renfoncement par enlèvement de matière (11), les premier (10) et deuxième (11) renfoncements par enlèvement de matière étant formés dans l'arête des spires (3) correspondantes au niveau du profil en forme de bossage (5) et de creux (6) respectivement.
  11. Bobine selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 caractérisée en ce que chaque renfoncement par enlèvement de matière (10,11) présente une forme générale hémicirculaire ou triangulaire ou carrée ou rectangulaire ou trapézoïdale.
  12. Bobine selon l'une des revendications 8 à 11 caractérisée en ce que les spires (3) comprennent plusieurs renfoncements par enlèvement de matière, les renfoncements par enlèvement de matière adjacents d'une spire (3) étant décalés angulairement.
  13. Bobine selon l'une quelconque des revendications 8 à 12 caractérisé en ce qu'elle comprend en outre un ruban ou fil formé dans un matériau supraconducteur, ledit ruban ou fil étant fixé sur la face interne et/ou externe du tube (2).
  14. Application de la bobine suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13 à un aimant supraconducteur.
  15. Application de la bobine suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13 à une bobine de gradient solénoïdale d'une machine à résonance magnétique nucléaire.
EP11714783.5A 2010-04-19 2011-04-19 Bobine améliorée apte à générer un champ magnétique intense et procédé de fabrication de ladite bobine Not-in-force EP2561521B1 (fr)

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