KR102581940B1 - Mri 시스템들을 위한 초전도성 코일들의 지지 - Google Patents

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Abstract

수지-함침 초전도성 코일(28; 30; 128)은 축방향으로 연장하는 코일 장착 어레인지먼트들을 포함하고, 축방향으로 연장하는 코일 장착 어레인지먼트들은 코일의 턴들의 층들 사이에서 수지-함침 초전도성 코일의 구조 내에 매립된 피처들을 포함한다.

Description

MRI 시스템들을 위한 초전도성 코일들의 지지{SUPPORT OF SUPERCONDUCTING COILS FOR MRI SYSTEMS}
본 발명은, 바람직하지 않은 자연적 초전도깨짐(spontaneous quenching)의 주요 원인인 것으로 알려져 있는, 초전도성 코일(superconducting coil)들과 지지 구조 사이의 바람직하지 않은 상호작용들을 최소화하면서, 비용-효율적 방식으로 초전도성 코일들을 지지하기 위한 어레인지먼트(arrangement)들을 제공한다. 초전도깨짐(quench)은, 초전도성 코일들이 자신들의 비-초전도성 상태로 급속히 되돌아가고, 그에 따른 자석에 저장된 에너지(energy)의 소산 및 구조의 결과적 가열을 초래하는 이벤트(event)이다.
도 1은 자기 공명 이미징(MRI; Magnetic Resonance Imaging) 시스템(system)을 위한 종래의 능동-차폐 초전도성 자석(actively-shielded superconducting magnet)의 반경방향 단면도를 개략적으로 표현한다. 자석은 본질적으로 축(A-A)을 중심으로 회전적으로 대칭적이다. 본원에서, 용어 "축방향"은 축(A-A)과 평행한 방향들을 설명하기 위해 사용되는 한편, 용어 "반경방향"은 축(A-A)을 관통하는 평면으로 연장되는, 축(A-A)에 수직하는 방향들을 설명하기 위해 사용될 것이다.
자석 코일 조립체(10)는 한제 베셀(cryogen vessel)(12) 내에 장착된다. 한제 베셀(12)은 외측 진공 컨테이너(OVC; outer vacuum container)(14) 내에 장착되어 포함된다. 열 방사 차폐(16)가 OVC와 한제 베셀(12) 사이에 제공된다.
자석 코일 조립체(10) 자체는 내측 자석 조립체(20) 및 차폐 코일 조립체(22)를 포함한다. 차폐 코일 조립체(22) 자체는 차폐 코일들(24) 및 차폐 코일 장착 구조(26)를 포함한다. 내측 자석 조립체(20)는 내측 코일 장착 구조(32)에 의해 연결된 내측 코일들(30) 및 단부 코일들(28)을 포함한다.
사용시, 강하고 균질한 필드(field)를 이미징 구역(imaging region)(21)에 생성하기 위해, 단부 코일들(28), 내측 코일들(30) 및 차폐 코일들(24)에 전류가 제공된다.
본 발명은 특히, 차폐 코일 장착 구조(26) 및 내측 코일 장착 구조(32)에 관한 것이다.
현재의 그리고 미래의 MRI 시스템들에 대한 비용 압박들은, 최종 시스템 비용을 수용가능한 한계들 내에서 유지하는 것을 가능하게 하기 위해 재료 및 노동 기여들을 감소시키는 새로운 설계들이 요구된다는 것을 의미한다. 종래의 코일 지지 구조들은, 예컨대 원통형 포머(former)들 내에 다양한 초전도성 코일들을 지지하기 위해, 많은 양들의 스테인리스강(stainless steel), 알루미늄(aluminium) 또는 복합 재료들, 이를테면, 유리섬유-강화 플라스틱(GRP; glassfibre-reinforced plastic)을 소비한다. 이러한 구조들은 미래의 시스템들 상에서 생성 및 설치하기에는 엄청나게 고비용이라는 것이 확인될 수 있다.
본 발명은 수지-함침 코일(resin-impregnated coil)들의 고유한 강도를 이용한다. 수지-함침 코일들 자체들은 예컨대 스테인리스강 또는 알루미늄의 기계가공된 포머에 의해 제공되는 지지에 의존하기보다는 기계적 자립형 구조(self-supporting structure)의 부분으로서 사용된다.
본 발명은 또한, 초전도성 자석 구조를 제공하며, 초전도성 자석 구조에서 초전도성 코일들은 자신들의 표면들 중 큰 비율이 자유롭고 액체, 초유체(superfluid) 및/또는 기체 극저온 유체에 의한 습윤(wetting)에 노출되는 표면들을 갖는다.
바람직한 실시예들에서, 초전도성 자석 구조는 또한 탈착가능하여서, 재료들이 스크랩 시스템(scrap system)들로부터 용이하게 재생될 수 있고, 초전도성 자석의 서비스 수명(service life) 동안 필요한 경우 개별 코일들이 제거 및 교체될 수 있다. 제조 동안 요구되는 자기장 균일성이 달성될 수 있도록, 코일들 중 적어도 일부의 조정을 허용하는 것이 또한 바람직하다.
따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들에서 정의되는 바와 같은 방법들 및 장치를 제공한다.
본 발명의 앞서의 그리고 추가의 목적들, 특징들 및 장점들은, 첨부 도면들을 참조하여, 단지 예시들로서 주어진 본 발명의 특정 실시예들의 아래의 설명으로부터 더 명백해질 것이며, 도면들에서:
도 1은 MRI 시스템을 위한 종래의 능동-차폐 초전도성 자석의 개략적인 반경방향 단면도를 도시하고;
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 초전도성 자석의 세부사항을 도시하고;
도 3은 특정 제조 단계에서의 도 2에 예시된 바와 같은 단부-코일의 단면도를 도시하고;
도 4는 나중의 제조 단계에서의 도 2에 예시된 바와 같은 단부-코일의 단면도를 도시하고;
도 5는 초전도성 자석을 따르는 축 방향에서의 최적의 전류 밀도 분포를 예시하고, 전류 밀도 분포가 최적의 전류 밀도 분포에 접근하는 것을 달성하는 데 기여하기 위해 본 발명의 실시예가 어떻게 사용될 수 있는지를 예시하고;
도 6은 본 발명의 실시예의 코일의 단면도를 개략적으로 예시하고;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차폐 코일의 개략적 단면도를 도시하고;
도 8a는 도 7에 표현된 바와 같은 본 발명의 실시예의 사시도를 도시하고;
도 8b는 도 7 및 도 8a에 도시된 코일 조립체를 자석의 나머지와 인터페이싱(interfacing)하기 위한 적절한 커넥터(connector)의 도면을 도시하고;
도 9a 및 도 9b는 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같은 코일의 제조 프로세스(process)의 단계들을 도시하고;
도 10은 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같은 코일의 제조 프로세스의 추가의 단계를 도시하고;
도 11은 본 발명의 능동-차폐 초전도성 자석의 개략적 부분적 축방향 단면도를 도시하고;
도 12는 도 11의 실시예의 세부사항을 도시하고;
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 코일 조립체의 개략적 부분적-축방향 단면도를 도시하고;
도 14는 본 발명의 부분적으로 분해된 실시예의 개략적 단면도를 도시하고;
도 15는 도 14의 실시예의 조립되었을 때의 개략적 단면도를 도시하고;
도 16은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 코일의 개략적 부분적 반경방향 단면도를 도시하고;
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 자석 조립체의 부분적 축방향 단면도를 도시하고;
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자석 조립체의 부분적 축방향 단면도를 도시하고;
도 19는 도 18에 도시된 실시예의 컴포넌트(component)의 사시도를 도시하고;
도 20은 도 2의 실시예의 변형을 도시하고;
도 21은 지지 엘리먼트(support element)들이 한제 베셀의 보어 튜브(bore tube) 상에 지탱되는 본 발명의 실시예를 도시하고; 그리고
도 22는 반경방향-지향 지지 부재(radially-directed support member)들이 제공되는 본 발명의 실시예를 예시한다.
도 2는, 수지-함침 단부 코일(28), 수지 함침 내측 코일(30), 및 코일들 사이에 장착되고 코일들을 서로 연결하는 지지 엘리먼트들(32)을 포함하는 본 발명의 실시예의 세부사항을 도시한다.
본 발명은 비-코일 구역(non-coil region)들을 포함하는 함침 코일 구조들을 이용하며, 비-코일 구역들은 자석의 조립을 가능하게 하기 위해 후속하여 기계가공된다.
각각의 코일의 경우, 함침 재료의 직사각형 단면은 코일 권선들의 구역들(34) 및 비-코일 구역들(36)을 포함한다. 코일 권선들의 구역들(34)은 초전도성 와이어(superconducting wire)의 다수의 턴(turn)들로 이루어지는 반면, 비-코일 구역들(36)은 유리섬유 직물(glassfibre cloth)과 같은 비-전도성 필러 재료(filler material)로 이루어지며, 그 전체는 단일의 모놀리식(monolithic) 구조로 함께 수지 함침된다. 이는, 초전도성 코일들의 제조를 위해 공통적인 프로세스에서, 초전도성 와이어 및 비-전도성 필러 재료를 함께 적절한 순서 및 양으로 몰드(mould)에 감고, 결과적인 구조를 열경화성 수지로 함침하고, 수지가 경화되도록 허용하거나 경화되게 야기하고, 결과적인 모놀리식 수지 함침 구조를 몰드로부터 제거함으로써 달성될 수 있으며, 따라서 이는 당업자들에게 익숙할 것이다.
비-직사각형 단면을 갖는 코일 턴들의 볼륨(volume)(34)을 생성하기 위해, 초전도성 와이어가 다공성 필러 재료의 볼륨들 상에 그리고 다공성 필러 재료의 볼륨들 사이에 감겨진다. 선택된 위치들에서, 고정 포인트(fixing point)들을 제공하기 위해, 추가의 유리 섬유 직물 또는 유리 섬유 블록(glass fibre block)들 또는 다른 다공성 재료가 추가될 수 있다. 다공성 재료는 미리 형성된 볼륨들로서 추가될 수 있다. 대안적으로, 테이프(tape) 또는 코드(cord)가 툴(tool) 상에 감겨질 수 있다.
코일 당 비-코일 구역들(36)의 수는 요구되는 로드 베어링(load bearing) 및 이용가능한 크기와 같은 제약들에 적합하도록 적절하게 수정될 수 있다.
예시된 실시예에서 도시되는 바와 같이, 각각의 코일(28, 30)은 그것의 축방향 단부들 각각에서 지지될 수 있고, 지지 엘리먼트들(32)은 코일들의 반경방향 범위를 넘어 반경방향으로 연장될 필요가 없다.
도 3은 코일 권선들의 구역들(34) 및 비-코일 구역들(36)을 도시하는, 단부 코일(28)의 단면도를 도시한다. 코일 권선들 및 비-코일 구역들(36)이 단일 단계에서 함침되기 때문에, 어떠한 본딩된(bonded) 인터페이스(interface)들도 존재하지 않으며, 이로써, 단일 수지 몸체가 코일 권선들 및 비-코일 구역들(36)의 비-전도성 필러 재료를 밀봉한다.
도 4는 제조 프로세스의 나중 단계에서의 도 3의 단부 코일(28)의 단면도를 도시한다. 단부 코일의 축방향 단부-표면에서 축방향으로 비-코일 구역들(36) 내로 구멍(hole)들(40)이 천공된다(drilled). 바람직하게, 이들 구멍들은 테이핑되고(tapped)(42), 필요한 경우, 인접한 축방향 단부면은 평평하게 기계가공될 수 있다(44). 결과적인 구멍들(40)은 지지 엘리먼트들(32)을 위한 장착 구조를 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 엘리먼트들(32)은 스크루(screw)들 또는 볼트(bolt)들(46) 또는 다른 기계적 체결구(fastener)의 사용에 의해 비-코일 구역들(36)의 구멍들(40)에 체결될 수 있다.
내측 코일(30)은 유사한 방식으로 구성되지만, 내측 코일들의 경우, 바람직하게는 비-코일 구역들(36)이 축방향 표면들 모두 상에 제공되어서, 지지 엘리먼트들(32)이 내측 코일의 축방향 단부 표면들 모두에 부착될 수 있다. 대응적으로, 비-코일 구역들(36)은, 스크루들 또는 볼트들(46) 또는 유사한 기계적 체결구들을 수용하기 위해 예컨대, 도 4에 예시된 것과 같은 테이핑된 구멍들의 형태로 지지 엘리먼트들(32)을 위한 장착 구조들을 제공하도록 내측 코일(30)의 각각의 축방향 단부에 로케이팅된다(located).
사용되는 몰딩 기법(moulding technique) 및 함침 코일(30)의 치수 정확도에 따라, 수용가능한 균질성을 갖는 최종 자석 및 코일들의 정확한 포지셔닝(positioning)을 달성하기 위해서는 각각의 구멍(40) 둘레의 코일 축방향 단부-표면 영역의 면을 기계가공하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 기계가공은 바람직하게, 테이핑된 구멍들(42)을 형성하기 전에 수행되지만, 그 후에 수행될 수도 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 코일의 축방향 단부 표면들에는 단일 환형 비-코일 구역(36) 또는 2개 이상의 환형 비-코일 구역들(36)이 제공될 수 있다. 물론 다른 실시예들도 가능하다. 예컨대, 도 20에 예시된 바와 같이, 비-코일 볼륨의 연속적인 구역들과 대조적으로, 재료 소비를 감소시키기 위해 비-코일 볼륨의 간헐적 구역들(202)이 제공될 수 있다. 이러한 컴포넌트를 제조할 능력을 제공하기 위해 적절한 툴링 솔루션(tooling solution)이 당업자들에 의해 구상될 수 있다.
지지 엘리먼트들(32)은 코일들의 정확한 간격을 보장하기 위해 축 방향으로 정확하게 치수화되어야 하지만, 지지 엘리먼트들(32)의 다른 치수들은 중대하지 않다. 이는, 스페이서 엘리먼트(spacer element)들이 지지해야 하는 로드(load)에 따라, 알루미늄 또는 복합 재료의 주조(casting), 사출 성형(injection moulding) 또는 재료의 블록으로부터의 기계가공과 같은 저렴한 프로세스에 의해 또는 일부 실시예들에서는 재료의 시트(sheet)로부터 절삭에 의해, 전세계적으로 많은 수의 제조자들 중 임의의 제조자에 의해 스페이서 엘리먼트들이 생성될 수 있다는 것을 의미한다. 사용되는 재료들의 신중한 선택은, 컴포넌트들 사이의 차별적인 열 수축의 제어를 허용하는 상당한 이익들을 제공할 수 있다. 이는, 대략 300K의 주변 온도로부터 대략 4.2K의 자석 동작 온도로 자석을 냉각시킬 때, 중요한 문제일 수 있다.
일단 스페이서들이 저렴한 방법에 의해 생성되면, 정확한 축방향 치수를 달성하기 위해 단일 기계가공 단계가 적용될 수 있다. 그 후에, 지지 엘리먼트들의 축방향 단부-표면들은, 제공될 때 코일들의 축방향 단부-표면들과 접촉되게, 기계가공된 면들(44) 상에 장착될 수 있다.
지지 엘리먼트들(32)은, 상이한 온도들 및 후프 로드(hoop load)들에서 인접한 코일들을 수용하기 위한 반경방향 만곡부(flexure)를 제공하기 위해 높은 축방향 압축 강도 및 비교적 낮은 반경방향 강성도(stiffness)를 제공하도록 최적화될 수 있으며, 이는 코일의 물리적 크기가 시간에 따라 변화될 것임을 의미한다.
도 2에 예시된 구조는, 모든 내측 코일들(30) 및 단부 코일들(28)이 본 발명의 지지 엘리먼트들(32)에 의해 서로 부착되도록, 반복될 수 있다. 결과적인 조립체는 임의의 적절한 종래의 수단에 의해 한제 베셀(12) 내에 장착될 수 있다.
도 3, 도 4에 도시된 것과 유사한 단면을 갖는 차폐 코일들(24)이 또한 구성되고, 체결구들(46)의 유사한 어레인지먼트에 의해 지지 구조(26)에 장착될 수 있다. 다수의 지지 엘리먼트들(32)은 차폐 코일을 지지 구조(26)에 부착하기 위해 각각의 차폐 코일 둘레에 제공될 수 있으며; 대안적으로, 지지 구조들(26)은 위에서 논의된 바와 같은 비-코일 볼륨들(36) 및 적절한 체결구들을 사용하여 차폐 코일들(24)과 직접적으로 인터페이싱(interface)하도록 적절하게 형상화 및 치수화될 수 있다. 차폐 코일들을 위한 지지 구조(26)는 내측 자석 조립체(20)의 지지 엘리먼트들(32) 상에 장착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 초전도성 자석 코일 구조(10)의 제조에서의 재료 사용은, 코일들(28, 30) 사이에서 일직선인(directly) 지지 엘리먼트들(32)의 포지션(position)으로 인해, 포머들 등을 사용한 종래의 어레인지먼트들과 비교하여 감소된다. 본 발명의 어레인지먼트는 또한, 지지 엘리먼트들(32) 상의 벤딩 응력(bending stress)을 최소화할 것이다.
본 발명의 구조에서 코일들(28, 30)과 지지 구조(32) 사이의 기계적 상호작용은 단순화되는데, 이는 이러한 종류의 자석의 성능이, 포머들 등을 사용한 종래의 자석 구조들보다 초전도깨짐 속도(quench rate)의 측면들에서 더 일관적이고 반복가능할 것이라는 것을 의미하는데, 그 이유는 코일과 지지 구조 사이의 접촉력 및 면적의 변화가 감소되기 때문이다.
지지 엘리먼트들(32)과 코일 권선들의 구역들(34) 사이의 인터페이스 힘(interface force)들은, 수지 함침에서 비-전도성 필러 재료를 포함하는 복합 재료의 구역들인 비-코일 구역들(36)을 통해 인가된다. 이는, 포머와 같은 지지 구조와 코일 사이의 직접적인 기계적 인터페이스보다 코일 권선들의 경계에서 더 균일하고 그리고 분산된 응력을 제공한다.
본 발명이 코일 볼륨들(34) 및 비-코일 볼륨들(36)을 포함하는 코일 구조들(28, 30)을 제공하기 때문에, 예시된 단부 코일(28) 및 예시된 내측 코일(30)과 같은 코일들의 축방향 전류 분포는 일정하지 않다. 이는, 도 5를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 자석을 위한 코일 권선들을 더 효율적으로 분배하기 위해 유리하게 이용될 수 있다.
고정된 내측 코일 직경 및 전류 밀도의 경우, 요구되는 자기장 균질성을 제공하기 위해, 이미징 구역(21)(도 1)의 필드 세기 및 균질성에 대한 최적의 전류 분포가 시스템의 길이를 따라 변화될 것이라는 것이 알려져 있고 통상적이다. 도 5의 곡선(50)은 예시적인 최적화된 전류 밀도를 도시한다.
50에서 예시된 최적화된 전류 밀도와 매칭(match)되도록 분포된 코일들을 제공하거나 또는 감는 것은 실용적이지 않다. 그러나, 도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코일들(28, 30)은, 대응하는 축방향 위치들에서 전류 밀도를 감소시키는 효과를 갖는 축방향-외측의 비-코일 구역들(36)을 갖는다. 곡선(52)은 전류가 코일들(28, 30)에 인가될 때의 결과적인 축방향 전류 밀도를 예시한다. 곡선(50)의 최적화된 전류 밀도에 매칭(matching)되지 않더라도, 결과적인 축방향 전류 밀도는 직사각형 단면의 자석 코일들(28, 30)을 이용하여 가능한 것보다 더 가까운 근사를 제공한다.
도 2에 예시된 조립체가 원통형 초전도성 자석(10)의 내측 자석 구조(20)를 표현하지만, 본 발명의 방법 및 구조는, MRI 시스템들을 위한 원통형 초전도성 자석들에서 통상적으로 사용되는 능동 차폐 코일(active shield coil)들(24)에 적용될 수 있다. 이러한 자석에서, 자석의 전기적 특징들은, 내측 자석 구조의 지지 엘리먼트들(32)이 압축상태(compression)에 있는 동안, 능동 차폐 코일들(24)을 유지하는 지지 엘리먼트들(32)이 장력상태(tension)에 있다는 것을 결정할 수 있다.
예컨대, 지지 엘리먼트가 반경 방향으로 연장되는 것을 가능하게 하기 위해, 지지 엘리먼트 설계를 수정함으로써, 본 발명은, 차폐 코일 구조(22)를 지지하도록 그리고 자석(10)을 한제 베셀(12)과 또는 한제 베셀이 제공되지 않는 경우에는 시스템의 다른 부분과 연결함으로써 자석(10)을 지지하도록 연결 엘리먼트들을 유지하기 위해 적용될 수 있다.
도 21은 지지 엘리먼트들(32)에 돌출부들(210)이 제공되는 예시적 실시예를 도시한다. 그러한 돌출부들은 한제 베셀(12)의 보어 튜브(120) 상에 지탱된다. 돌출부들(210)은 보어 튜브의 원주 둘레에 분포되어 반경방향 지지를 코일 구조에 제공해야 한다. 지지 엘리먼트들(32)은 또한, 자석이 한제 베셀 내에 고정되는 것을 가능하게 하기 위한 피처(feature)들을 포함할 수 있다. 돌출부들(210)은 지지 엘리먼트들(32)에 부착된 분리된 컴포넌트들로서 제조되어, 한제 베셀 보어 튜브(120)와의 인터페이스를 제공할 수 있다.
도 22는 이러한 원리의 추가의 전개를 도시하며, 여기서 반경방향-지향 지지 부재들(222)이 지지 엘리먼트들(32)에 제공되거나 지지 엘리먼트들(32) 상에 장착되거나 또는 지지 엘리먼트들(32) 상에 지탱되고, 차폐 코일들(128)을 한제 베셀 보어 튜브(120)에 대해 요구되는 포지션에 유지한다. 그 자체로 알려진 분석 기법들은, 요구되는 로드가 지지 엘리먼트들(32), 돌출부들(120) 및 한제 베셀 보어 튜브(120)에 의해 안전하게 지탱될 수 있다는 것을 보장하기 위해, 사용시 반경방향-지향 지지 부재들(222)의 요구되는 로드-베어링 능력을 계산하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 구조들에서 이용되는 지지 엘리먼트들은, 기존의 코일 지지 구조들에 비해, 비교적 저렴하고 용이하게 전세계적으로 소싱될(sourced) 수 있는 비교적 작은 컴포넌트들이다.
도 6에서 코일 단면도들로서 예시된 대안적 실시예들에서, 비-코일 구역들(36)은 코일을 통해 반경방향으로 연장될 수 있으며, 이는 코일을 감는 복잡성을 감소시킬 것이다. 그러나, 그 결과는, 공간의 관점들에서, 위에서 설명된 바와 같은 비-직사각형 단면의 코일 볼륨들(34)만큼 효율적이지 않을 수 있는 직사각형 단면의 하나 또는 2개의 코일 볼륨들(34)을 갖는 코일(28)을 제공하는 것일 것이다. 또한, 도 5를 참조하여 설명된 방식으로 축방향 전류 분포를 변조할 기회가 없다.
본 발명은 코일 구조 내에 일체형으로 형성된 복합 비-코일 구역들에 의해 수지-함침 초전도 코일들을 직접적으로 지지하기 위한 방법 및 구조를 제공한다. 이들 구역들은 코일들을 서로 기계적으로 연결하기 위해 사용되는 지지 엘리먼트들(32)과 인터페이싱(interface)하는 데 사용된다.
본 발명의 특정 실시예들은 다음의 장점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다.
- 지지 구조를 위한 재료 및 노동 요건들이 최소화되며, 그에 따라 재료 사용 및 비용이 감소된다.
- 지지 엘리먼트들(32)의 생성 방법이 단순하여서, 지지 엘리먼트들(32)이 많은 수의 전세계 제조자들 중 임의의 제조자에게서 저렴하게 생성될 수 있다.
- 코일 권선들이 지지 엘리먼트들과 직접적으로 상호작용하지 않으며, 이는 코일이 초전도가 깨지도록 야기할 수 있는 기계적 교란들의 감소된 위험을 의미한다.
- 제조 프로세스가 다수의 제품들에 걸쳐 지지 엘리먼트들(32)과 같은 다수의 표준 컴포넌트들의 사용에 의해 단순화될 수 있다. 지지 엘리먼트들(32)은, 지지 엘리먼트들(32)이 몇몇 축방향 길이들 중 임의의 축방향 길이에 대해 기계가공될 수 있도록 설계 및 치수화될 수 있어서, 다수의 상이한 크기들의 지지 엘리먼트들(32)을 제조 및 비축할 필요 없이, 다양한 축방향 길이들의 지지 엘리먼트들(32)이 제공되는 것을 가능하게 한다.
- 코일들에 대한 다른 재료들의 본딩(bonding)이 회피된다. 코일 볼륨들(34) 자체들은 이미, 적어도 열경화성 수지 및 금속 와이어들을 포함한 복합 재료들이다. 코일 볼륨은 종종 유리 섬유 또는 유리 비드(glass bead)들과 같은 필러 재료를 또한 포함한다. 지지 엘리먼트들(32)을 코일들에 체결함으로써, 코일들에 본딩되는 연결부들의 사용이 제거되거나 또는 적어도 감소된다. 본딩된 연결부들은 박리(delamination)를 회피하기 위해 청결(cleanliness), 표면 처리(surface preparation), 및 시닝(thin), 심지어 접착제의 도포를 필요로 한다. 이러한 요건들은 제조 환경에서 반복적으로 달성하기 어려운 것으로 확인되었다. 본 발명의 방법 및 어레인지먼트는 대신에, 기계적으로 체결된 연결부들을 가지며, 이는 이러한 번거로운 요건들을 갖지 않는다.
- 초전도깨짐 동안, 각각의 코일들은 상이한 속도들로 가열될 것이다. 본 발명의 어레인지먼트는, 각각의 코일과 대응 코일 지지 구조 사이에 기계적으로 체결된 연결부들을 사용한다. 이러한 기계적으로 체결된 연결부들은 열화 없이 코일들 사이의 그리고 코일들과 지지 구조 사이의 열 팽창의 차이들을 수용할 수 있다. 코일의 원주 둘레에 다수의 분리된 지지 엘리먼트들(32)을 사용함으로써, 연관된 코일들은 지지 엘리먼트들에서 어떠한 원주방향 변형도 도입함이 없이 열적으로 팽창 및 수축될 수 있다.
- 코일이 변경되어야 할 필요가 있는 경우, 각각의 지지 엘리먼트(32)를 코일 상에 유지하는 기계적 연결부는 간단히 분해될 수 있고, 영향받은 코일은 제거되고 교체될 수 있다. 이는, 코일을 교체할 필요가 있는 경우, 비교적 낮은 재작업 비용을 의미한다.
- 본 발명의 코일 조립 기법은 효과적인 축방향 전류 분포 프로파일(axial current distribution profile)을 위한 코일 설계를 가능하게 한다. 본 발명에 의해 촉진되는 코일 형상은 주어진 전류 밀도에 대한 개선된 와이어 효율을 제공한다.
- 단순한 기계적 기계가공 단계들이 뒤따르는 종래의 코일 감기 및 함침 방법들을 사용하여 본 발명의 어레인지먼트가 생성될 수 있기 때문에, 본 발명의 어레인지먼트는 복잡한 툴링(tooling)을 필요로 하지 않는다.
- 본 발명에 의해 제공되는 자석 구조는 단순하고, 조립하기 용이하다.
- 제한된 수의 "표준" 코일 크기들 및 지지 엘리먼트 크기들로부터 상이한 설계들의 자석이 생성될 수 있다. 몰딩된 코일(moulded coil)들이 제한된 수의 "표준" 크기들로 생성될 것이기 때문에, 코일 제조는 관리하기 더 단순해진다.
- 지지 구조(32)는 함침 단계 동안 존재하지 않으며, 따라서 지지 구조 내로의 수지 유입은 위험이 되지 않고, 필요한 경우, 지지 구조의 컴포넌트들은 안전하게 복잡한 형상을 가질 수 있다. 바람직하지 않은 수지 유입이 문제가 되는 종래의 어레인지먼트들 및 방법들에서 달성하기 어렵거나 불가능할 수 있는 서스펜션 포인트(suspension point)들 및 다른 피처들이 포함될 수 있다.
- 본 발명의 코일 지지 구조는, 코일들 사이에 예상되는 로렌츠 힘(Lorentz force)에 따라, 제한된 수의 경량 주조 지지 엘리먼트(lightweight cast support element)들, 아마도 코일 당 최소 3개의 지지 엘리먼트들을 코일들 사이에 포함할 수 있다. 각각의 주조 지지 엘리먼트는 무게가 10kg 미만일 수 있다.
- 코일들의 상대적 위치들을 조정함으로써, 결과적인 자기장의 시밍(shimming)을 수행하는 것이 가능하다.
단부 코일들(28), 내측 코일들(30) 및 차폐 코일들(24)을 포함하는 자석 코일 구조(10)가 일단 조립되면, 1A와 같은 비교적 작은 전류가 코일들을 통과할 수 있고, 그 후에 결과적인 자기장이 균질성에 대해 측정된다. 그 후에, 측정된 자기장의 균질성을 개선하기에 적합한 조정들을 결정하기 위해, 그 자체로 통상적인 계산들이 수행될 수 있다. 코일과 지지 구조(32) 사이에 체결된 연결부들 각각에서, 기계적 심(mechanical shim)들을 사용하여 코일 분리를 변경하고 그에 따라 계산된 조정들을 수행할 수 있다. 더 동적인 솔루션이 요구되는 경우, 예컨대, 지지 엘리먼트들의 구조 내에서 턴버클-스타일 조정(turnbuckle-style adjustment)을 제공함으로써, 체결된 연결부들을 분리함이 없이 조정가능하도록, 코일 지지부들 각각이 설계될 수 있다.
- 일부 비-코일 구역들은, 스크루들 또는 볼트들과 같은 기계적 체결들 및 구멍들의 유사한 어레인지먼트에 의해, 종결 수단 또는 다른 보조 컴포넌트들을 고정하는 데 활용될 수 있다.
추가의 세트(set)의 실시예들이 도 7 내지 도 19에 예시된다. 이들 실시예들에서, 위에서-설명된 실시예들에서와 같이 코일 구조 내에 매립된 비-코일 구역보다는, 도 7 내지 도 19를 참조하여 설명되는 실시예들은, 코일 구조 내에 매립된 장력 지지 부재(tensile support member)를 갖거나 코일 구조 내에 매립된 장력 지지 부재의 장착을 위한 통로를 갖는다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차폐 코일(128)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 차폐 코일(128)은 코일 권선들의 2개의 구역들(134), 장력 지지 부재(110) 및 전기 절연층들(112)을 포함하며, 전기 절연층들(112)은 구역들(134)의 코일 권선들을 전기-전도성 장력 지지 부재(110)로부터 전기적으로 절연하는 역할을 한다. 장력 지지 부재는 통상적으로 금속으로 이루어진다. 장력 지지 부재(110)가 유리섬유 복합물과 같은 전기적 비-전도성 재료로 이루어지는 경우, 절연층들(112)은 필요하지 않을 수 있다. 절연층들(112)은 코일 권선들과의 단일 함침 단계에서 수지 함침되는 유리섬유 직물의 각각의 층들을 포함할 수 있다.
장력 지지 부재(110)는 바람직하게, 장력 지지 부재가 포지셔닝되는(positioned) 위치에서 코일 권선들의 곡률의 반경에 적합하도록 만곡된다. 예시된 실시예에서, 차폐 코일(128)에 매립된 그리고 코일 부근의 장력 지지 부재(110)의 섹션(114)은 만곡된 반면, 코일로부터 떨어져 있는 섹션(116)은 평면형이다. 부가하여, 평면형 섹션(116) 내에서, 얇아진 부분들은, 코일 초전도깨짐으로부터 초래된 열 팽창뿐만 아니라 에너지화(energisation)에 대한 기계적 힘들로 인한 차폐 코일의 팽창 및 자석 코일 구조의 냉각 동안의 차별적인 열 수축으로부터 초래되는 상대적 반경방향 움직임을 수용하기 위한 만곡부들(118)로서 제공될 수 있다. 선택된 지지 시스템의 다른 바람직하고 의도된 피처는, 코일이 자유롭게 움직이도록 허용하기 위해 충분한 컴플라이언스(compliance)를 갖는 반경방향 자유도를 제외하고는, 회전 및 병진 둘 모두의 모든 자유도들이 양호하게 제한된다는 것이다. 다른 실시예들에서, 장력 지지 부재(110)는 장력 지지 부재(110)의 전체 길이를 따라 평면형일 수 있거나, 또는 장력 지지 부재(110)의 전체 길이를 따라 만곡될 수 있지만, 만곡부들(118)은 이러한 만곡된 실시예에서는 부적절할 수 있는데, 그러나 도 9a에 도시된 바와 같이 짧은 평면형 섹션들이 다른 만곡된 지지부들에 프레싱되는(pressed) 경우에는 여전히 용이하게 통합될 수 있다. 장착 피처(120)가 장력 지지 부재(110)에 제공된다. 예시된 실시예에서, 장착 피처는 클레비스 핀(clevis pin)에 대한 부착을 위한 장력 지지 부재의 단순한 구멍일 수 있다. 차폐 코일(128)의 원주 둘레에서 이격된 다수의 장력 지지 부재들이, 적절한 기계적 유지(mechanical retention)를 제공하고 그리고 요구되는 제한들 내에서 코일 벤딩(coil bending)을 제어하기에 충분한 수로 제공된다. 차폐 코일(128)의 원주 둘레에는, 장력 지지 부재들(110) 사이의 갭(gap)들을 충전(fill)하기 위해, 장력 지지 부재들(100)의 반경방향 위치에서 스페이서들(122) 및 반경방향 지지 부재들(110)이 교호하도록, 스페이서들(122)이 제공된다. 알루미늄 산화물(예컨대, Stycast)을 포함하는 것들과 같은 충전-수지 시스템(filled-resin system)들이 사용되는 경우, 임의의 갭들이 충전-수지로 충전될 것이기 때문에, 스페이서들은 소거될 수 있다. 개시된 코일 구조는 진공 함침에 의해 또는 습식-감기 방법(wet-winding method)에 의해 형성될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 이러한 실시예에 따른 차폐 코일의 사시도를 도시한다. 이 실시예에서, 코일의 원주 둘레에서 이격된 6개의 장력 지지 부재들(110)이 제공된다. 스페이서들(122)이 장력 지지 부재들(110) 사이의 갭들을 충전한다. 화살표(126)는, 사용시 코일에 작용하는 전체적인 전자기력의 방향을 예시한다. 명백히, 사용시, 장력 지지 부재들(110)은 이러한 전자기력에 저항해야 한다. 부가하여, 장력 지지 부재들(110)은 또한, 출하 동안 또는 장치 동안(설치 동안)뿐만 아니라 설치 후의 가능한 진동성 이벤트(seismic event)들 동안 자석 움직임으로부터 초래되는 로드들을 포함하여 언제나 차폐 코일(128) 상의 중력을 지지해야 한다.
도 8b는 차폐 코일(128)을 장착하기에 적절한 클레비스 어레인지먼트(clevis arrangement)(130)를 도시한다. 클레비스 어레인지먼트(130)는 차폐 코일 장착 구조(26)의 부분을 형성한다. 클레비스 어레인지먼트(130)는 그 자체로 통상적이며, 클레비스 어레인지먼트(130)는, 조정가능한 어레인지먼트(136)에 의해 막대(134) 상에 유지되는 클레비스(clevis)(132) ― 이 경우, 조정가능한 어레인지먼트(136)는 클레비스 내의 나사형성된 구멍에 나사결합된 막대(134)의 단부 및 로킹 너트(locking nut)를 포함함 ―; 장력 지지 부재(110)의 구멍들(120)에 끼워져(fit) 통과되는 유지 핀(retaining pin)(138) 및 유지 핀을 제 위치에 홀딩(holding)하기 위한 리테이너(retainer)(140) ― 이 경우 서클립(circlip) ― 을 포함한다.
클레비스는 화살표(126)에 의해 표현된 전자기력에 대해 장력 지지 부재(110)를 장력상태(tension)로 유지하는 역할을 할 것이며, 차폐 코일(128) 상의 중력에 대해 장력 지지 부재(110)를 압축상태(compression)로 지지할 것이다. 전체 자석 코일 조립체(10)에서, 대응하는 수의 클레비스 어레인지먼트들(130) 및 장력 지지 부재들이 제공되어야 한다. 대응하는 구조들이 차폐 코일들(24) 모두에 제공될 수 있다. 일부 자석 코일 조립체들에서, 2개보다 더 많은 수의 또는 2개보다 더 적은 수의 차폐 코일들(128)이 제공될 수 있으며, 이 경우 장력 지지 엘리먼트들(110), 클레비스 어레인지먼트(130) 및 막대(134)로 이루어진 장착 어레인지먼트는 적합하도록 적응될 수 있다. 클레비스 조립체들 내로 통합된 조정가능 엘리먼트들은, 자기장 균일성을 최적화하도록 코일 포지션들의 용이하고 비용 효율적인 조정을 허용한다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a에 예시된 것과 같은 단부 코일(128)의 제조를 위한 프로세스의 2개의 단계들의 단면도들을 개략적으로 예시한다. 종래와 같이, 원통형 피스(cylindrical piece)(144) 및 단부 피스들(146)을 포함하는 탈착가능 코일 몰드(142)가 제공된다.
도 9a에 예시된 바와 같이 그리고 본 발명의 방법의 피처에 따라, 컷아웃(cutout)들(148)들은 장력 지지 부재들(110)의 요구되는 위치들에 대응하는 원주방향 위치들에 제공되고, 장력 지지 부재들(110)의 요구되는 반경방향 포지션에 걸쳐 연장되기에 충분히 깊은 단부 피스(146)의 반경방향 외측 말단(extremity)(150)으로부터 연장된다. 예시된 바와 같이, 코일 권선들의 제1 볼륨(134)은 장력 지지 부재들(110)의 요구되는 반경방향 포지션까지 종래의 방식으로 제공된다. 그 후에, 절연층(112)이 코일 권선들 위에 제공된다. 절연층(112)은 유리섬유 직물 층일 수 있다. 코일 권선들 및 절연층은 종래의 어레인지먼트들에서와 같이 건식으로 감겨지거나 또는 습식으로 감겨질 수 있다. 그 다음, 장력 지지 부재들(110)은 요구되는 위치들에서 절연층(112) 위의 제 포지션에 위치되며, 스페이서들(122)은 대략적으로 연속적인 표면(149)을 제공하기 위해 장력 지지 부재들 사이에 포지셔닝된다.
그 후에, 제2 절연층(112)이 장력 지지 부재들(110) 위에 그리고 바람직하게는 또한 스페이서들(122) 위에 위치된다. 코일 권선들의 제2 볼륨(134)은, 코일을 완성하기 위해 제2 절연층(112) 위에 종래의 방식으로 제공된다. 도 9b는 이 단계에서의 그것의 몰드 내의 단부 코일(128)을 도시한다. 코일 및 절연층들이 습식으로 감겨진 경우, 수지가 경화되게 야기되거나 경화되도록 허용된다. 바람직하게, 장력 지지 부재들(110)을 코일 몰드에 대한 그들의 각각의 고정된 포지션들에 유지하기 위해 간단한 기계적 어레인지먼트가 제공된다. 코일 및 절연층들이 건식으로 감겨진 경우, 코일 권선들의 감겨진 조립체, 절연층들(112), 장력 지지 부재들(110) 및 스페이서들(122)은 이제 함침되어야 한다.
도 10은 본 발명의 단부 코일(128)을 함침하기 위한 어레인지먼트의 개략적 단면도를 도시한다. 장력 지지 부재들(110)을 몰드(142)에 대해 요구되는 포지션들에 유지하기 위해, "지깅 픽스처(jigging fixture)들"로 알려져 있을 수 있는 기계적 지지 어레인지먼트들(150)이 제공되어 몰드(142)에 부착된다. 함침 트로프(impregnation trough)(152)가 몰드(142)에 부착되고, 릴리스 직물(release cloth)(154)의 층이 코일의 반경방향 외측 표면 위에 제공된다. 트로프로부터의 수지의 누설을 방지하기 위해, 그 자체로 통상적인 시일(seal)들(155)이 제공된다.
그 자체로 통상적인 바와 같이, 수지는 진공 하에서 수지 트로프(resin trough)를 플러딩(flood)하여 플러드 레벨(flood level)(156)에 이른다. 그 후에, 수지가 경화되게 야기되거나 경화되도록 허용되며, 수지가 겔화될(gelled) 때, 수지의 벌크(bulk)로부터 코일의 반경방향 외측 표면을 분리하기 위해 릴리스 직물(154)을 사용하여 트로프(152)로부터 제거된다.
도 11은 한제 베셀에 장착된 본 발명의 차폐 코일(128)의 더 상세한 부분 단면도를 도시한다. 도 8의 클레비스 어레인지먼트(130)는 차폐 코일 지지 구조(26)에 장착된다. 차폐 코일들(128)은 장력 지지 부재들(110)에 의해 제 포지션에 지지 및 유지된다. 예시된 바와 같이, 차폐 코일들(128)을 지지하기 위해 어떠한 포머(former)나 저널(journal)도 요구되지 않기 때문에, 차폐 코일들(128)은 차폐 코일들(128)의 가장 효과적인 이용가능한 포지션에서 한제 베셀(12)의 축방향 및 반경방향 말단들 가까이 위치될 수 있다. 이는, 한제 베셀(12)의 축방향 및 반경방향 말단들 가까이 로케이팅될 수 없는 저널들의 등가 코일들과 비교하여, 고비용의 초전도성 와이어의 사용을 최소화하는 효과를 갖고; 그리고/또는 자석의 스트레이 필드(stray field)가 주어진 공간 엔벨로프(space envelope) 내에서 더 효과적으로 최적화될 수 있다.
종래의 코일 저널들은 제조하기에는 고비용이고 무거우며, 차폐 코일들을 차폐 코일들의 최적의 포지션, 즉, 한제 베셀(12)의 축방향 및 반경방향 말단들 가까이 위치시키는 것을 방해한다. 이러한 최적의 포지션에서, 차폐 코일의 턴들의 수가 감소되어, 코일 비용들을 감소시킬 수 있다. 차폐 코일들의 포지셔닝은 내측 자석(20)의 코일들에 대해서만큼 중대하지 않으므로, 장착 어레인지먼트에서 어느 정도의 허용오차가 허용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차폐 코일을 위한 장착 어레인지먼트의 세부사항을 도시한다. 이 실시예에서, 장력 지지 부재(110)는 코일(128)을 통해 축방향으로 연장되고, 코일의 축방향 외측 표면에서 코일로부터 돌출된다. 이는, 단순히 몰드(142)의 단부 피스들(146) 모두에서 유사한 컷아웃들(148)을 제공하는 도 9a 내지 도 10의 제조 프로세스에서 수용될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 장력 지지 부재(110)의 돌출 단부를 수용하기 위해 한제 베셀의 내측 표면 상에 리세스(recess)(158)가 제공될 수 있다. 리세스(158)는 바람직하게, 장력 지지 부재(110)의 돌출 단부에 억지 끼워맞춤(tight fit)되지는 않지만, 돌출 단부의 움직임의 범위에 대한 제한을 제공하여서, 수송(transit) 동안 또는 다른 큰 충격의 기계적 이벤트들 동안 축방향 및 반경방향 유지를 단부 코일들(128)에 제공한다. 장력 지지 부재(110)의 돌출 단부와 리세스(158)는, 당업자들에게 명백할 바와 같이, (도시된 바와 같이) 직접적으로 또는 인터페이싱 컴포넌트(interfacing component)들을 통해 한제 베셀의 단부들에 대해 반응하도록 범프-스톱 어레인지먼트(bump-stop arrangement)를 제공하기 위해 협력한다.
도 13은 클레비스 어레인지먼트(130)를 포함하는 차폐 코일 장착 구조(26)와 비교하여 차폐 코일(128)의 상대적 움직임을 예시한다. 이러한 상대적 움직임은, 차폐 코일(128)과 차폐 코일 장착 구조(26) 사이의 열 팽창과 수축의 차이들로 인한 것이거나 또는 때때로 "후프 힘(hoop force)들"로 알려지는 전자기력들로 인한 차폐 코일(128)의 팽창으로 인한 것일 수 있다. 부가적으로, 코일은 초전도깨짐 이벤트 동안 팽창되는 경향이 있을 것이고, 이러한 움직임은 또한, 개시된 지지 시스템에 의해 효과적으로 수용될 것이다. 차폐 코일은 차폐 코일의 "휴지(rest)" 포지션에 있는 것으로 도시되고, 가상선으로는 "팽창" 포지션에 있는 것으로 도시되지만, "팽창" 포지션은 실제로는 차폐 코일(128)의 수축보다 많이, 차폐 코일 장착 구조(26)의 수축으로 인한 것일 수 있다. 예시된 실시예에서, 장력 지지 부재(110)는 평면형 섹션(116)에 2개의 만곡부들(118)을 포함한다. 이 실시예에서 그리고 바람직하게, 만곡된 섹션(114)에는 어떠한 만곡부들(118)도 제공되지 않는다.
예시된 바와 같이, 차폐 코일(128) 및 차폐 코일 장착 구조(26)의 상대적 반경방향 움직임은 만곡부들(118)에서의 장력 지지 부재들(110)의 벤딩에 의해 수용된다. 이는 자석의 축방향 중간점(mid-point)을 향하는 차폐 코일들의 약간의 축방향 변위를 초래하지만, 이러한 변위는 자석의 설계 단계 동안 그리고 이미징 구역에서의 자기장 균질성을 위해 자석을 시밍(shimming)할 때 고려될 수 있다.
도 13에서, 화살표들(160)은 차폐 코일(128) 상에 반경방향으로 작용하는 전자기력들을 예시한다. 조합된 효과는 반경방향 팽창일 수 있지만, 코일 턴들이 또한 반경방향으로 압축되며, 이는 차폐 코일(128)과 장력 지지 부재(110) 사이의 본드(bond)의 완전성을 유지하는데 도움이 된다. 특히, 차폐 코일(128)의 턴들의 층들 상에 작용하는 반경방향 힘들(160)은 장력 지지 부재(110)를 압축하는 역할을 하여, 코일 구역들(134)과 장력 지지 부재(110) 사이의 본드의 내구성을 개선한다.
차폐 코일 상의 축방향 힘을 예시하는 화살표(126)는 차폐 코일(128) 상의 상이한 반경방향 포지션들에서 작용하는 상대적 축방향 힘을 표현하기 위해 분할된다. 반경방향 내측 턴들은 반경방향 외측 턴들보다 더 큰 축방향 힘을 경험하는 경향이 있다. 예시된 바와 같이, 차폐 코일(128) 내의 장력 지지 부재(110)의 포지션은, 그렇지 않으면 차폐 코일(128)의 권선들 상의 축방향 힘들의 변화되는 분포에 의해 야기될 수 있는 코일 상의 토크(torque)를 감소시키기 위해 차폐 코일(128)의 축방향 내측 표면을 향해 변위될 수 있으며, 이 방향에서 장력 지지 부재들(110)은 강성이다.
장력 지지 부재들(110)은 반경 방향에서는 유연하지만, 모든 다른 방향들에서는 강성이다. 장력 지지 부재들(110)은 중력 하에서 코일(128)의 중량을 지지하기에 충분히 강성이지만, 차별적인 열 팽창 또는 수축 또는 전자기력들로 인해 코일(128)이 반경방향으로 팽창하도록 허용하기에 충분히 유연하다. 반경 방향에서의 장력 지지 부재들(110)의 유연성으로 인해, 코일(128)의 중량은 코일의 측부들에서 장력 지지 부재들에 의해 주로 지지될 수 있고, 여기서 코일 중량은 장력 지지 부재들(110) 상의 가로방향 벤딩 모멘트(transverse bending moment)로서 경험된다.
장력 지지 부재들(110)은 수지의 효과적인 접착을 제공하도록 표면 처리될 수 있다. 예컨대, 이는 알루미늄 장력 지지 부재들의 애노다이징(anodising), 샌드 블래스팅(sand blasting), 널링(knurling), 어브레이전(abrasion) 또는 다른 표면 텍스처링(texturing)에 의한 것일 수 있다. 효과적인 축방향 유지를 제공하기 위해, 인덴테이션(indentation)들 또는 관통-구멍(through-hole)들이 장력 지지 부재들에 제공될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들의 다른 세트의 예를 예시한다. 여기서, 장력 지지 엘리먼트들이 코일에 본딩되는 대신에, 통로들(200)이 차폐 코일(228)을 통해 축방향으로 제공된다. 분리된 장력 지지 부재들(210)이 제공되고, 차폐 코일들(228)을 위한 장착 어레인지먼트를 제공하기 위해 통로들을 통해 슬라이딩된다(slid). 도 9a 및 도 9b의 실시예에 대해서와 같이, 스페이서들(122) 및 절연층들(112)이 제공된다.
통로(200)는 도 9a 내지 도 10의 장력 지지 부재(110)가 매립된 것과 대체로 동일한 방식으로 제거가능 피스를 매립한 다음, 일단 수지가 경화되면 제거가능 피스를 제거함으로써 형성될 수 있다. 제거가능 피스는, 제거가능 피스가 수지에 본딩되지 않는 것을 보장하기 위해 릴리스 에이전트(release agent)로 코팅될(coated) 수 있다. 통로(200)는 코일 권선들의 곡률과 매칭되도록 만곡될 수 있다. 대안적으로, 장력 엘리먼트들 및 스러스트 블록(thrust block)들은, 제조 동안 장력 엘리먼트들 및 스러스트 블록들이 코일에 통합되도록 허용하는 PTFE와 같은 릴리스 재료로 코팅될 수 있다. 코일이 완성되고 수지가 경화된 후에, 엘리먼트들은 코일에서 자유롭게 슬라이딩(slide)될 것이다. 추가의 가능성은, 감겨진 바와 같은 구조에서 왁스(wax)와 같은 비교적 낮은 용융점 재료의 스페이서를 포함시키고, 일단 함침 수지가 경화되면 그 스페이서를 용융시켜 제거하는 것이다. 유사하게, 일단 함침 수지가 경화되면 적절한 용매에 의해 용해되는 용해가능 재료로 이루어진 이러한 스페이서가 제공될 수 있다.
장력 지지 부재(210)는, 장력 지지 부재(210)가 통로(200)를 통과하는 것을 가능하게 하기 위해, 통로(200)의 곡률과 매칭되도록 장력 지지 부재(210)의 전체 길이를 따라 만곡(114)될 수 있다. 차폐 코일(228)을 위한 유지 표면(222)을 제공하기 위해 장력 지지 부재(210)의 축방향 외측 단부에 스러스트 블록(220)이 제공된다. 스러스트 블록(220)은 바람직하게, 장력 지지 부재(210)의 반경방향 내측 및 반경방향 외측 표면들 모두 상에 제공되며, 유지 표면(222)에는 PTFE와 같은 저 마찰 표면 커버링(low friction surface covering)이 제공되어야 한다.
쇄선에 의해 표시된 바와 같이, 사용시, 장력 지지 부재(210)는, 스러스트 블록(220)의 유지 표면(222)이 차폐 코일(128)의 축방향 외측 표면과 접촉할 때까지 통로(200)를 통해 삽입된다. 장력 지지 부재(210)는 통로(200)에 억지 끼워맞춤되지 않아야 하고 너무 느슨해서 그것이 과도한 움직임을 허용해서도 안된다. 구멍(120)은 위에서 설명된 방식으로 유지 구조에 대한 부착을 위해 제공될 수 있다. 장력 지지 부재(210)가 차폐 코일(128)에 본딩되지 않기 때문에, 장력 지지 부재(210)가 코일로부터 떨어지는 것을 방지하기 위해 리테이너가 제공되어야 한다. 이 리테이너는 예시된 바와 같이, 장력 지지 부재(210)의 구멍(232)을 통과하고 그리고 유지 슬리브(retaining sleeve)(234) 및 유지 핀(236)에 의해 제 위치에 홀딩되는(held) 코일 유지 핀(230)의 형태일 수 있다. 스러스트 블록(220)은 유지 핀들(240)에 의해 서로 홀딩되는 2개의 블록들을 포함할 수 있다.
도 15는 함께 조립된 도 14의 컴포넌트들의 단면도를 도시한다. 장력 지지 부재(210)가 코일 구조에 본딩되지 않기 때문에, 이러한 어레인지먼트는 장력 지지 부재(210)의 열 수축이 코일의 열 수축과 상이한 어레인지먼트들을 위해 또는 높은 축방향 응력을 받는 차폐 코일들을 위해 더 적합한 것으로 밝혀질 수 있는데, 그 이유는 코일이 이러한 어레인지먼트에서 축방향 장력보다는 축방향 압축 하에 있을 것이기 때문이다.
도 16은 본 발명의 변형에 따른 코일(328)의 개략적 부분적-반경방향 단면도를 도시한다. 이러한 변형에서, 장력 지지 부재(310)는 형상화된 반경방향 단면을 갖는데: 본질적으로는 코일 권선들의 곡률에 적합하도록 만곡되지만, 장력 지지 부재(310)의 원주방향 에지(circumferential edge)들에서는 테이퍼링된다(tapered). 코일 권선들은 이러한 장력 지지 부재들에 걸쳐 감겨지지만, 장력 지지 부재의 각각의 원주방향 에지에 작은 수지-충전 볼륨(resin-filled volume)(302)만을 남길 수 있다. 장력 지지 부재들(310)을 위해 선택된 재료에 따라, 절연층들(112)이 제공될 수 있다. 유리-강화 플라스틱(GRP; glass-reinforced plastic) 재료와 같은 비-전기 전도성 재료가 선택되는 경우, 절연층들은 생략될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 인덴테이션들, 애노다이징, 텍스처링 또는 관통-구멍들을 포함할 수 있는 표면 처리가 장력 지지 부재(310)에 제공될 수 있다. 이러한 어레인지먼트에서, 코일의 반경방향 외부 표면은 더 이상 환형이 아니지만, 장력 지지 부재들(310)이 위치되는 위치들에 변형부(deformation)들(304)을 포함한다. 이러한 변형부는 차폐 코일들의 경우에 문제가 될 가능성이 없으며, 어느 경우이든 이미징 구역(21)의 최적의 균질성을 위해 자석의 시밍(shimming) 및 모델링(modelling) 동안 고려될 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 한제 베셀(12) 내에 장착된 내측 자석 구조(20)를 형성하기 위해, 초전도성 단부 코일들(28) 및 내측 코일들(30)에는 본 발명의 실시예에 따른 지지 부재들(410)이 제공된다. 코일들(28, 30) 각각에는 다수의 지지 부재들(410)이 제공되며, 다수의 지지 부재들(410) 각각은 연관된 코일을 축방향으로 통과한다. 연결부들(350)은 내측 코일 조립체를 구성하기 위해 장력 지지 부재들 중 대응하는 장력 지지 부재들을 서로 연결한다. 연결부들 각각은 클레비스 어레인지먼트를 포함할 수 있거나, 또는 서로 볼팅되거나(bolted) 본딩될 수 있거나, 또는 당업자들에게 명백할 바와 같은 임의의 다른 적절한 어레인지먼트일 수 있다. 통상적으로, 당업자들에게 명백할 바와 같이, 내측 코일 조립체(20)의 코일들(28, 30)은 전자기 효과들에 의해 야기되는 축방향으로-내향으로 지향된 힘(axially-inwardly directed force)들을 받을 것이다. 중앙 내측 코일(30a)은 제로 네트 축방향 힘(zero nett axial force)을 받을 수 있는 반면, 축방향-외측의 내측 코일(axially-outer inner coil)(30b)은 예컨대 약 70 톤(tonnes)의 축방향 내향 힘을 받을 수 있고, 단부 코일(28)은 예컨대, 약 80 톤의 축방향 내향 힘을 받을 수 있다. 이 실시예에서, 지지 부재들(410)은 압축상태에 있고, 지지 부재들(410)의 구조 및 연결부들(350)의 구조는 이러한 압축성 축방향 로드들을 견디기에 적절해야 한다.
내측 코일 조립체를 위한 기계적 지지는 도 12를 참조하여 설명된 어레인지먼트와 유사한 어레인지먼트에 의해 제공된다. 지지 부재(410)는 단부 코일들(28) 각각의 축방향 말단을 넘어서 돌출되고, 지지 부재(410)의 돌출 단부를 수용하기 위한 한제 베셀(12)의 대응하는 내측 표면에 형성된 리세스(158)에 수용된다. 내측 자석 조립체(20)가 움직이는 것 또는 축방향 장력을 한제 베셀(12)에 인가하는 것을 방지하기 위해, 한제 베셀의 하나의 축방향 단부에서는 지지 부재(410)의 대응하는 돌출 단부가 본딩(bonding), 볼팅(bolting), 용접 등과 같은 적절한 방법에 의해 한제 베셀에 부착되고, 다른 축방향 단부에서는 지지 부재(410)의 돌출 단부가 대응하는 리세스(158) 내에 놓이지만 축방향으로 움직일 수 있는 것이 바람직하다. 이는, 내측 자석 구조(20)가 한제 베셀(12) 상의 지지 부재들(410)에 의해 지지되도록 허용한다. 대안적 실시예들에서, 코일들(28, 30)은, 한제 베셀(12)의 보어 튜브(12a) 상에 놓일 수 있어서, 그들의 중량이 보어 튜브(12a)에 의해 지탱되지만, 코일들은 가지런하게 홀딩되고 지지 부재들(410)에 의해 축방향으로 유지된다.
지지 부재들(410)은 자신들의 길이의 전부가 아니라면 일부에 걸쳐 만곡되어야 하는데, 이는 축 방향으로 부가적인 기계적 강도 및 버클링(buckling)에 대한 내성을 제공한다. 한제 베셀의 각각의 리세스(158)는 연관된 지지 부재들(410)에 대한 단부 구속(end constraint)을 생성한다. 지지 부재(410)의 축방향 돌출 단부가 비교적 짧기 때문에, 이는 기계적으로 강할 수 있으며, 이는 결국 각각의 단부 코일(28)이 지지 부재들(410)의 다음 축방향 인접 세트에 대한 강성 단부 구속의 역할을 하도록 허용한다.
자석 구조의 축방향 중심선(C-L)을 향하여, 관련 코일들에 대한 축방향 힘들이 축적된다. 예에서, 단부 코일(28)에 대한 약 80 톤의 축방향 힘 및 내측 코일(30b)에 대한 약 15 톤의 축방향 힘이 서로 합해져서, 95 톤의 힘이, 중앙 코일(30a)과 인접 내측 코일(30b)을 링크시키는(linking) 지지 부재들(410)에 의해 지탱되어야 한다. 이러한 합해진 힘을 지지하기 위해서는, 단부 코일(28)을 인접 내측 코일(30b)과 링크시키는 것과 같은 축방향-외측 포지션들에 제공되는 것보다 더 많은, 중앙 코일(30a)과 인접한 내측 코일(30b)을 링크시키는 지지 부재들(410)이 제공될 수 있다.
도 18은 본 발명의 내측 자석 조립체(20)의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는, 도 14 및 도 15의 실시예와 비슷하며, 지지 엘리먼트는 코일 구조 내에 형성된 통로를 통과한다. 코일들, 통로들 및 스페이서들의 구성은 도 14 및 도 15를 참조하여 설명된 바와 같지만, 코일 지지 바(coil support bar)들(430)이 복수의 코일들을 통해 연장된다는 점에서 상당한 차이가 있다. 예시된 실시예에서, 각각의 코일 지지 바(430)는 한제 베셀(12)의 단부 벽들 둘 모두 사이에서 연장된다. 각각의 코일 지지 바(430)는 한제 베셀의 단부들 둘 모두에서 한제 베셀에 용접되거나 또는 다른 방식으로 견고하게 부착될 수 있다. 도 17에서, 지지 엘리먼트들은 코일들 내로 통합되어, 지지 엘리먼트들을 한제 베셀에 용접하거나 또는 다른 방식으로 부착하는 것이 어려울 것이다. 한제 베셀 내로의 정확한 위치가 요구되고 바람직하며, 이는 코일들을 한제 베셀로부터 충분히 디커플링(decouple)하고 그에 따라, 원하지 않는 상호작용들을 회피한다. 지지 부재들(410) 및 코일 지지 바들(430)은 리세스들(158) 내에서 자유롭게 움직이거나 고정될 수 있다. 도 18의 실시예에서, 코일들은 어느 정도까지는 코일 지지 바들(430) 상에서 자유롭게 슬라이딩(slide)하므로, 지지부들이 한제 베셀에 강성으로 고정되더라도, 코일들과 한제 베셀 사이의 원하지 않는 상호작용들은 회피된다. 특정 실시예들에서, 코일 지지 바들(430)은 단부들 둘 모두에서 한제 베셀에 강성으로 부착되어, 한제 베셀을 또한 강화하고 축방향 코일 로드들을 견딜 수 있다.
각각의 경우에서, 각각의 코일 지지 바(430)는 다수의 코일들(30a, 30b, 28)을 통해 슬라이딩되고(slid), 코일 지지 바들(430) 상의 정확한 포지션에 코일들을 홀딩(hold)하기 위해 유지 수단이 적절하게 끼워진다(fitted). 도 14 및 도 15에 도시된 것과 유사한 어레인지먼트들에서, 스러스트 블록들(220)은 전자기 효과들로 인한 축방향 힘들에 대해 코일들을 유지하기 위해 제공되는 반면, 유지 슬리브(234) 및 유지 핀(236)을 갖는 유지 핀들(230)과 같은 리테이너들은 전자기 로드들에 견딜 필요가 없는 포지션에서 코일들을 유지하기 위해 제공된다. 중앙 코일(30a)이 어떠한 축방향 전자기력도 받지 않기 때문에, 중앙 코일(30a)은 양측 상에서 리테이너들에 의해 유지되는 것만을 필요로 하고, 중앙 코일(30a)에는 어떠한 로드-베어링 스러스트 블록들도 제공되지 않는다. 물론, 코일들에는, 심지어 기계적으로 필요하지 않고 리테이너로 충분했을 곳에도 스러스트 블록들(220)이 제공될 수 있다. 코일들을 그들의 스러스트 블록들(220)에 인접한 정확한 포지션들에 로케이팅(locate)하기 위해, 동작 중일 때 코일들에 대한 축방향 힘들에 의존하여, 리테이너들을 생략하는 것이 가능할 수 있다.
도 19는 도 18에서 예시된 바와 같은 본 발명의 실시예에서 이용될 수 있는 코일 지지 바(430)의 예를 도시한다. 코일 지지 바(430)는 코일 권선들의 곡률에 매칭되도록 만곡된다. 코일 위치들(432)은 코일 지지 바 상에 정의되고, 관통-구멍들이 없을 수 있다. 코일 지지 바(430)는, 회피되지 않으면 초전도깨짐을 야기할 수 있는, 코일들이 갑작스럽게 움직이는 것으로 인한 소정의 스틱-슬립 문제(stick-slip issue)를 회피하기 위해 비용이 드는 저-마찰 표면으로 코팅될 수 있다. 관통-구멍들(434)의 세트들은 스러스트 블록들(220)을 위해 지정된 위치들에 제공될 수 있으며, 이들 구멍들은 스러스트 블록들을 유지하기 위해 유지 핀들(240)이 코일 지지 바(430)를 통과하도록 허용하기 위해 의도된 것이다. 리테이너들의 장착을 위해 추가의 관통-구멍들(436)이 제공될 수 있다.
조립 프로세스 동안, 내측 코일 조립체(20)의 코일들(28, 30)이 정렬되고, 코일 지지 바들(430)이 코일들의 대응하는 통로들(200)을 통과하고, 코일들 및 코일 지지 바들(430)은 스러스트 블록들(220) 및 리테이너들의 설치에 의해 그들의 상대적 포지션들에 고정된다.
그 후에, 결과적인 내측 자석 조립체는, 바람직하게는 한제 베셀이 구성될 때, 코일 지지 바(430)를 한제 베셀의 단부 벽들에 용접하거나 또는 다른 방식으로 견고하게 부착함으로써, 한제 베셀 내로 설치된다. 이는 한제의 단부 벽들에서의 적절한 리세스들(158)의 공급에 의해 보조될 수 있다.
도 7 내지 도 19에 도시된 것과 같은 실시예들에서, 장력 지지 부재들(110, 210, 310, 410, 430)은 바람직하게 그리고 예시된 바와 같이, 대응하는 코일의 반경방향 중간점에 가까운 코일 구역들(34, 134) 사이에 로케이팅된다. 도 7 내지 도 13 및 도 17에 도시된 것과 같은 실시예들에서, 장력 지지 부재들이 코일 볼륨들에 본딩되는 경우, 도 13에 예시된 반경방향 압축력들은 장력 지지 부재를 압축하여, 장력 지지 부재의 표면에서의 박리의 위험을 감소시킨다. 대안적인 구조에서, 장력 지지 부재가 코일의 반경방향 또는 축방향 말단에 본딩될 수 있는 경우, 전단력이 장력 지지 부재의 인터페이스 상에 작용할 것이며, 코일과 장력 지지 부재 사이의 본드의 박리 및 파손을 초래할 수 있다.
모든 실시예들에서, 장력 지지 부재 및 장력 지지 부재를 위한 임의의 통로가, 대응하는 코일의 반경방향 중간점을 향해 로케이팅되어야 하는 것이 바람직하다. 이는 와이어 성능을 고려할 때 비교적 안정적인 위치이다. 예컨대, 코일 지지 부재와의 인터페이스 또는 코일 지지 부재를 위한 통로에서 함침 수지의 균열 형성으로 인해 파손이 발생하는 경우, 코일의 반경방향 내측 또는 외측 말단 가까이의 자기장 세기가, 대응하는 코일의 반경방향 중간점을 향하는 자기장 세기보다 더 크기 때문에, 코일의 반경방향 내측 또는 외측 말단 가까이의 인터페이스에서의 균열 형성과 비교하여, 결과적인 초전도깨짐의 위험이 감소되는 점에서, 이러한 포지셔닝의 이점이 발생한다.
따라서, 도 7 내지 도 19에 도시된 것과 같은 실시예들에서, 장력 지지 부재들과의 강한 인터페이스가 제공되어, 본드의 박리 또는 균열이 발생할 가능성이 없으며, 대응하는 코일의 반경방향 중간점을 향하는 장력 지지 부재들의 위치에서의 감소된 자기장 세기로 인해 이러한 균열의 경우에서 결과적인 초전도깨짐의 위험이 감소된다.
따라서, 본 발명은 코일 장착 구조들의 몇몇 실시예들을 제공하며, 코일 장착 구조들에서, 코일 장착 어레인지먼트들은 코일의 턴들에 인접한, 코일의 구조 내에 매립된 피처들을 포함한다. 바람직하게, 수지-함침 초전도 코일의 구조 내에 매립된 피처들은 코일의 턴들의 층들 사이에 로케이팅된다. 특정 실시예들에서, 매립된 피처들은 지지 엘리먼트들을 부착하는 데 사용될 수 있는 비-코일 구역들을 포함한다. 이러한 실시예들은, 사용시, 코일들 사이의 지지 엘리먼트들이 압축상태에 있는 자석 시스템들에서 특히 유용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 매립된 피처는 턴들의 층들 사이에서 코일의 구조 내로 본딩되는 장력 지지 엘리먼트이다. 이러한 실시예는, 사용시, 코일들이 축방향-외향 전자기력을 받는 실시예들에서 특히 유용할 수 있다. 매립된 장력 지지 부재에 대한 대안은 코일의 구조 내에 매립된 통로들을 가지며, 이들 통로들은 코일을 제 위치에 유지하기 위해 스러스트 블록들이 제공되는 장력 지지 엘리먼트들을 장착하는 데 사용된다. 이러한 실시예들은 또한, 사용시, 코일들이 축방향-외향 전자기력을 받는 경우에 특히 유용할 수 있다. 이러한 실시예의 변형들은 자석 구조의 설계에 적절하게 스러스트 블록들이 제공되는 공유 코일 지지 바들 상에 장착된 몇몇 코일들을 갖는다. 자석 조립체들은 자석 조립체들의 기능에 적합하게, 본 발명의 다양한 실시예들의 코일들로부터 구성될 수 있다. 장력 지지 엘리먼트들은 각각의 경우에서 축방향으로-지향되고, 바람직하게는 수지-함침 코일 구조의 턴들의 층들 사이에 로케이팅된다.

Claims (39)

  1. 수지-함침(resin-impregnated) 초전도성 코일 구조체로서,
    수지-함침 초전도성 코일; 및
    축방향으로 연장하는 코일 장착 어레인지먼트를 포함하고,
    상기 축방향으로 연장하는 코일 장착 어레인지먼트는 상기 수지-함침 초전도성 코일 내에 매립된 적어도 하나의 피처(feature)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 매립된 피처는 상기 수지-함침 초전도성 코일의 턴(turn)들의 층들 사이에 그리고 상기 턴들의 층들에 인접하게 되도록 매립되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일 내에 매립된 축방향으로 연장하는 구조(36)에 의해 상기 수지-함침 초전도성 코일에 기계적으로 링크된 축방향으로 지향된 지지 엘리먼트들(32)이 제공되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일은 코일 권선들의 구역들(34) 및 비-코일 구역(non-coil region)들(36)을 포함하고,
    상기 비-코일 구역들(36)은 상기 축방향으로 연장하는 구조(36)를 형성하고 그리고 전기 절연 필러 재료(electrically insulating filler material)를 포함하고,
    상기 전기 절연 필러 재료 및 상기 코일 권선들은 단일 수지 함침에서 단일의 모놀리식(monolithic) 구조로 수지 함침되고, 그리고
    상기 축방향으로 지향된 지지 엘리먼트들(32)은 상기 비-코일 구역들(36)에 장착되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비-코일 구역들(36) 중 적어도 하나는 환형이고 그리고 상기 수지-함침 초전도성 코일의 원주 둘레로 연장되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  6. 축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체로서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일 구조체들 각각은 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 따른 코일 구조체이고,
    상기 조립체는 단부 코일(28) 및 내측 코일(30)을 포함하고,
    상기 단부 코일(28)은 상기 단부 코일(28)의 하나의 축방향 단부에 비-코일 구역들(36)을 포함하고,
    상기 내측 코일(30)은 상기 내측 코일(30)의 양쪽 축방향 단부들 모두에 비-코일 구역들(36)을 포함하고, 그리고
    상기 단부 코일(28)과 상기 내측 코일(30) 사이에 연결되는 적어도 하나의 지지 엘리먼트(32)는 상기 비-코일 구역들(36)에 장착되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내측 코일(30) 및 상기 단부 코일(28)의 원주 둘레에 배열된 다수의 분리된 지지 엘리먼트들(32)을 포함하는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(32)은 정확한 축방향 치수를 제공하도록 기계가공되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  9. 수지-함침 초전도성 코일 구조체 및 한제 베셀(cryogen vessel)로서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일 구조체는 제4항에 따른 코일 구조체이고,
    상기 수지-함침 초전도성 코일은 상기 수지-함침 초전도성 코일과 상기 한제 베셀(12) 사이에 연결되는 적어도 하나의 지지 엘리먼트(32)에 의해 상기 한제 베셀(12) 내에 장착되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체 및 한제 베셀.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 코일을 통해 반경방향으로 연장되는 비-코일 구역들을 포함하고,
    상기 비-코일 구역들은 전기 절연 필러 재료를 포함하고,
    상기 전기 절연 필러 재료 및 상기 코일 권선들은 단일 수지 함침에서 단일의 모놀리식 구조로 수지 함침되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  11. 축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체로서,
    제4항 또는 제10항에 따른 제1 수지-함침 초전도성 코일 구조체 및 차폐 코일(24)을 포함하고,
    상기 차폐 코일은 비-코일 구역들(36)에 장착된 지지 엘리먼트들에 의해 상기 제1 수지-함침 초전도성 코일 구조체에 부착되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들은 반경 방향으로 연장되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  13. 제4항에 있어서,
    비-코일 구역에 부착된 보조 컴포넌트(ancillary component)를 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수지-함침 코일 초전도성 구조체에서 상기 코일의 턴들의 층들 사이에 위치된, 상기 수지-함침 코일 내에 부분적으로 매립된 축방향으로 지향된 장력 지지 부재(110)를 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 장력 지지 부재(110)에는 장착 피처(mounting feature)(120)가 제공되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일의 원주 둘레에서 이격되고 그리고 상기 코일 구조 내에 축방향으로 매립되고 그리고 각각에 장착 피처(120)가 제공되는 다수의 장력 지지 부재들(110)을 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 장력 지지 부재들(110)의 반경방향 위치에서 스페이서들(122)과 상기 장력 지지 부재들(110)이 번갈아 나오도록, 상기 장력 지지 부재들(110)의 원주방향 사이에 상기 스페이서들(122)을 더 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  18. 제14항에 있어서,
    사용시, 상기 턴들의 층들에 대해 작용하는 반경방향 힘들은 상기 턴들의 층들 사이에서 상기 장력 지지 부재(110)를 압축하는 역할을 하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  19. 제2항에 있어서,
    수지-함침 코일 구조의 턴들의 층들 사이에 로케이팅된, 상기 수지-함침 코일 내에 매립된 축방향으로 지향된 통로(200)를 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  20. 제18항에 있어서,
    스러스트 블록(thrust block)(220)이 제공된 장력 지지 부재(210)를 더 포함하고,
    상기 장력 지지 부재는, 상기 스러스트 블록(220)의 유지 표면(222)이 상기 수지-함침 초전도성 코일의 축방향 단부-표면과 접촉하도록, 통로(200)를 통해 삽입되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 스러스트 블록(220)은 상기 장력 지지 부재(210)의 반경방향 내측 표면과 반경방향 외측 표면 양쪽 모두에 제공되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일은, 상기 장력 지지 부재의 재료를 통해, 관통-구멍(through-hole)인 장착 피처(120)에 의해 대응하는 장력 지지 부재를 각각 유지하는 다수의 클레비스 어레인지먼트(clevis arrangement)들(130)에 의해 지지 구조(26)에 장착되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일은 한제 베셀 내에 장착되고,
    상기 장력 지지 부재는, 상기 코일의 범위를 넘어서, 상기 한제 베셀의 벽에 형성된 리세스(recess)(158) 내로 축방향으로 연장되고, 그리고
    상기 코일은 상기 한제 베셀의 벽에 형성된 상기 리세스(158)와 상기 장력 지지 부재 사이의 기계적 상호작용에 의해 중력에 대해 지지되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  24. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장력 지지 부재는 전기 전도성이고, 그리고
    상기 코일은 상기 코일 권선들을 상기 장력 지지 부재로부터 전기 절연하는 전기 절연층들(112)을 더 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  25. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장력 지지 부재는,
    상기 수지-함침 초전도성 코일에 매립되고 그리고 상기 코일의 부근에서 만곡된 단면을 갖는 섹션(section)(114), 및
    상기 코일로부터 떨어져 있는, 평면형의 섹션(116)을 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  26. 제25항에 있어서,
    가늘어진 부분(thinned part)들이 상기 장력 지지 부재의 평면형 섹션(116) 내에 만곡부(flexure)들(118)로서 제공되는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체.
  27. 수지-함침 초전도성 코일 구조체의 제조 방법으로서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일 구조체는 제1항에 따른 코일 구조체이고,
    상기 방법은,
    환형 몰드 캐비티(annular mould cavity)를 정의하는 2개의 단부 피스(end piece)들(146) 및 원통형 피스(144)를 포함하는 탈착가능 코일 몰드(demountable coil mould)(142)를 제공하는 단계 ― 상기 단부 피스들(146) 중 하나 또는 둘 모두에는, 단부 피스(146)의 반경방향 외측 말단(radially outer extremity)(150)으로부터 연장되고 그리고 장력 지지 부재들(110)의 요구되는 위치들에 대응하는 원주방향 위치들에 컷아웃(cutout)들(148)이 제공됨 ―;
    코일 권선들의 제1 볼륨(volume)(134)을, 상기 장력 지지 부재들(110)의 요구되는 반경방향 포지션(radial position)까지, 상기 탈착가능 코일 몰드에 감는 단계;
    장력 지지 부재들(110)을 요구되는 원주방향 위치들에서 제 포지션에 위치시키는 단계;
    상기 장력 지지 부재들 사이에 스페이서들(122)을 위치시키는 단계;
    상기 장력 지지 부재들(110) 및 상기 스페이서들(122)에 걸쳐 코일 권선들의 제2 볼륨(134)을 감는 단계를 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일 구조체의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    사용시, 상기 코일 권선들에 대해 작용하는 반경방향 힘들은 상기 코일 권선들의 제1 볼륨과 상기 코일 권선들의 제2 볼륨 사이에서 상기 장력 지지 부재들(110)을 압축하는 역할을 하는,
    수지-함침 초전도성 코일의 제조 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 감는 단계 동안 경화되지 않은 수지(uncured resin)로 코팅되는(coated) 상기 코일 권선들은 습식으로-감겨지고(wet-wound), 그리고
    상기 방법은,
    상기 수지가 경화되게 야기하거나 경화되도록 허용하는 단계를 더 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일의 제조 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 코일 권선들을 수지 함침하고 그리고 상기 수지가 경화되게 야기하거나 경화되도록 허용하는 단계를 더 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일의 제조 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 장력 지지 부재들을 위치시키는 단계 전에 상기 코일 권선들의 제1 볼륨(134) 위에 절연층(112)을 제공하는 단계, 및
    상기 코일 권선들의 제2 볼륨(134)을 감는 단계 전에 상기 장력 지지 부재들 위에 절연층(112)을 위치시키는 단계를 더 포함하는,
    수지-함침 초전도성 코일의 제조 방법.
  32. 제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 몰드(142)의 양쪽 단부 피스들(146) 모두에 유사한 컷아웃들(148)이 제공되고, 그리고
    장력 지지 부재들(110)은 상기 몰드 캐비티의 양쪽 축방향 말단들 모두로부터 돌출되도록 포지셔닝되는(positioned),
    수지-함침 초전도성 코일의 제조 방법.
  33. 축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체로서,
    상기 수지-함침 초전도성 코일 구조체들 각각은 제14항에 따른 코일 구조체이고,
    인접한 수지-함침 초전도성 코일들의 대응하는 장력 지지 부재들은 서로 기계적으로 연결되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 조립체는 한제 베셀(12) 내에 장착되고,
    단부 코일은 장력 지지 부재들(410)을 포함하고,
    상기 장력 지지 부재들(410)은, 상기 단부 코일의 축방향 단부-표면을 넘어서, 상기 한제 베셀의 벽에 형성된 리세스(158) 내로 축방향으로 돌출되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 조립체는 한제 베셀(12) 내에 장착되고,
    단부 코일은 장력 지지 부재들(410)을 포함하고,
    상기 장력 지지 부재들(410)은 상기 단부 코일의 축방향 단부-표면을 넘어서 축방향으로 돌출되고, 그리고
    장력 지지 부재(410)의 돌출 단부는 상기 한제 베셀에 부착되는,
    축방향-정렬된 수지-함침 초전도성 코일 구조체들의 조립체.
  36. 복수의 수지-함침 초전도성 코일 구조체들(28, 30)을 포함하는 조립체로서,
    상기 복수의 수지-함침 초전도성 코일 구조체들(28, 30) 각각은 제17항에 따른 코일 구조체이고,
    상기 조립체는 복수의 코일 지지 바(coil support bar)들(430)을 더 포함하고,
    상기 복수의 코일 지지 바들(430) 각각은 상기 수지-함침 초전도성 코일들 각각의, 각각의 통로(200)를 통해 삽입되고,
    각각의 스러스트 블록(220)의 유지 표면(222)이 상기 복수의 수지-함침 초전도성 코일들 중 대응하는 수지-함침 초전도성 코일의 축방향 단부-표면과 접촉하도록, 상기 코일 지지 바들(430)에는 각각의 대응하는 복수의 스러스트 블록들(220)이 제공되는,
    조립체.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 조립체는 한제 베셀(12) 내에 장착되고,
    각각의 코일 지지 바(430)는 상기 한제 베셀(12)의 단부 벽들 사이에서 연장되는,
    조립체.
  38. 제36항에 있어서,
    중앙 코일(30a)을 더 포함하고,
    상기 중앙 코일(30a)은 양측 모두에서 리테이너(retainer)들에 의해 유지되고, 그리고
    상기 중앙 코일(30a)에는 스러스트 블록들(220)이 제공되지 않는,
    조립체.
  39. 제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 지지 바(430)는 상기 수지-함침 초전도성 코일들의 곡률에 매칭(match)되도록 만곡되는,
    조립체.
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