KR20160099493A - 패시브 적응성 퀀치 전파 회로 - Google Patents

패시브 적응성 퀀치 전파 회로 Download PDF

Info

Publication number
KR20160099493A
KR20160099493A KR1020160014844A KR20160014844A KR20160099493A KR 20160099493 A KR20160099493 A KR 20160099493A KR 1020160014844 A KR1020160014844 A KR 1020160014844A KR 20160014844 A KR20160014844 A KR 20160014844A KR 20160099493 A KR20160099493 A KR 20160099493A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heaters
coils
subset
diode
series
Prior art date
Application number
KR1020160014844A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101806287B1 (ko
Inventor
휴 알렉산더 블랙케즈
Original Assignee
지멘스 헬스케어 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 헬스케어 리미티드 filed Critical 지멘스 헬스케어 리미티드
Publication of KR20160099493A publication Critical patent/KR20160099493A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101806287B1 publication Critical patent/KR101806287B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
    • G01R33/3815—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/288—Provisions within MR facilities for enhancing safety during MR, e.g. reduction of the specific absorption rate [SAR], detection of ferromagnetic objects in the scanner room
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/3804—Additional hardware for cooling or heating of the magnet assembly, for housing a cooled or heated part of the magnet assembly or for temperature control of the magnet assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/003—Methods and means for discharging superconductive storage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/02—Quenching; Protection arrangements during quenching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
    • Y02E40/68—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

패시브 적응성 퀀치 전파 회로
초전도 자석과 결합된 적응성 패시브 퀀치 전파 회로는, 전원 단자(+V)와 접지 기준 전압 단자(0V) 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 초전도 코일들(1-8); 폐루프(closed-loop) 지속적 초전도 회로를 제공하기 위해, 전원 단자(+V)와 접지 기준 전압 단자(0V)를 전기적으로 연결하도록 배열된 초전도 스위치(30); 복수의 저항성 가열기들(101-108) ―저항성 가열기들(101-108) 각각은 코일들(1-8) 중 하나의 코일과 열 접촉함―; 두 개의 전기적으로 인접한 코일들(1-8) 사이에 위치된 탭핑 지점(120); 및 탭핑 지점과 기준 전압(0V) 사이에 연결된 퀀치 전파 회로를 포함한다.

Description

패시브 적응성 퀀치 전파 회로{PASSIVE ADAPTIVE QUENCH PROPAGATION CIRCUIT}
본 발명은 초전도 자석들, 예컨대, 자기 공명 이미징(MRI;magnetic resonance imaging) 시스템(system)에 대한 안정적인 배경 자기장을 생성하는데 사용되는 초전도 자석들에 관한 것이다.
이러한 유형의 통상적 초전도 자석에서는, 초전도 와이어(wire)의 다수의 동심 코일(coil)들이 크라이오스탯(cryostat)에 배열되고, 그리고 초전도 동작을 가능하게 하기에 충분히 낮은 온도로 냉각된다. 4K의 구역에서 동작 온도를 유지시키는데 액체 헬륨(helium)이 보통 사용된다.
참조를 위해, 도 1은 이러한 자석에서의 예시적 코일 어레인지먼트(arrangement)를 개략적으로 예시한다. 코일들은 코일 축 Z를 중심으로 회전 대칭적이고, 그리고 이 어레인지먼트는 중심 평면 C를 중심으로 반사 대칭을 갖는다. 그러나, 본 발명은 다른 설계들에 대해 형성된 초전도 자석들에 적용될 수 있다.
1과 2로 라벨링된(labelled) 코일들은 차폐 코일들이고, 그리고 초전도 자석으로부터의 표유자계가 특정한 한계치를 초과하는 것을 막도록 동작한다. 이 차폐 코일들은 통상적으로, 전류를 역방향으로 운반한다.
3과 4로 라벨링된 코일들은 구동 코일들이고, 그리고 역방향에 반대인 순방향으로 전류를 운반한다. 구동 코일들이 자석의 자기장 세기의 대부분을 산출하지만, 산출되는 필드(field)는 특히 균질하지 않다.
코일들(5, 6, 7, 8)은 내부 코일들이다. 이 내부 코일들은 전류를 순방향으로 운반함으로써 자석의 자기장 세기에 기여할 수 있지만, 특정한 내부 코일들은 전류를 역방향으로 운반할 수 있다. 내부 코일들은 구동 코일들에 의해 생성되는 자기장의 균질성을 증가시킨다.
임의의 특정한 코일 설계는 예시된 개수보다 더 많거나 또는 더 적은 개수의 각각의 유형의 코일을 가질 수 있고, 그리고 본 발명은 차폐, 구동 및 내부 코일들의 임의의 결합에 적절하도록 적응될 수 있다.
코일들(1-8)은, 터닝된 알루미늄 포머(turned aluminium former) 또는 유사한 구조물 상에 장착됨으로써 제자리에 기계적으로 유지될 수 있거나, 또는 직접적으로든 또는 환상의 또는 원주방향으로 이격된 스페이서(spacer)들을 통해서든 서로 본딩(bonded)됨으로써 제자리에 유지될 수 있다. 스페이서들 자체는 임의의 또는 다양한 재료들, 예컨대, 유리섬유-강화 수지, 수지 함침 금속 폼(foam), 수지 함침 와이어 등을 가질 수 있다.
기술분야의 당업자들에게 잘 알려진 바와 같이, 이러한 초전도 자석들은 퀀치(quench)에 민감하다. 퀀치에서, 초전도 코일의 작은 부분은 자신의 초전도 특성을 잃는다. 그 이유는, 그 작은 부분의 온도가 너무 높게 되거나, 또는 그 작은 부분이 과도한 세기의 자기장을 받기 때문일 수 있다. 그 작은 부분이 자신의 초전도 특성을 잃을 때, 그 작은 부분은 저항성이 되고, 그리고 그 작은 부분을 통해 흐르는 전류는 오옴 가열(ohmic heating)을 유발한다. 이 가열은 코일의 추가의 부분들이 퀀칭(quench)되게 하고, 그리고 코일은 코일에 손상을 줄 위험이 있는 온도들로 가열될 수 있는데, 그 이유는 초전도 자석의 자기장에 이전에 저장된 에너지(energy)가 열로 변환되기 때문이다.
통상적으로, 임의의 하나의 코일이 과도하게 뜨거워지는 것으로 인한 손상의 위험을 감소시키기 위해, 퀀치의 시작은 다른 코일과 열 접촉하게 배치된 작은 전열기들의 가열을 유발한다. 작은 전열기들에 의해 제공되는 가열은 다른 코일들에서 퀀치를 유발한다. 초전도 자석의 자기장에 이전에 저장된 에너지는 열로 여전히 변환되지만, 결과적 열은 모든 코일들에 걸쳐 분산되고, 이는 임의의 하나의 코일이 과도한 온도에 의해 손상될 가능성을 감소시킨다. 이러한 어레인지먼트들은 퀀치 전파 회로들로서 알려지고, 그리고 본 발명은 퀀치 전파 회로에 관한 것이다.
통상적 패시브(passive) 퀀치 전파 회로들은 모든 코일들과 열 접촉하는 퀀치 가열기들을 사용하고, 그리고 동일한 타이밍(timing)들 및 전력들로 일제히 이 퀀치 가열기들에 에너지를 공급한다. 현재 초전도 자석 설계들은 비교적 와이어 질량이 거의 없이 비교적 높은 저장 에너지를 요구하는 경향이 있다.
이들 경향들은 각각의 코일의 열 질량을 감소시키고, 코일들 사이의 퀀치 전파 속력을 증가시킨다. 이는 특히, 코일들이 서로 본딩되는 어레인지먼트들에 대해 그러하다.
도 2는, 다이오드(diode)들(110-116)에 의해 형성된 브릿지(bridge) 정류기 내에 있으며 덤프(dump) 저항기(122)를 통해 단일 탭핑 지점(tapping point)(120)에 연결되는 퀀치 가열기들(101-108)을 포함하는 퀀치 전파 회로(10)의 통상적 어레인지먼트를 개략적으로 표현한다. 가열기들(101-108)은 코일들(1-8)과 각각 열 접촉한다. 브릿지 정류기의 다른 노드(node)는 접지 기준 전압(0V)에 연결된다. 클램프(clamp) 다이오드들(124)이 각각의 퀀치 가열기 양단에 제공되고, 이는 각각의 가열기 양단의 전압 강하를 하나의 다이오드 순방향 강하로 제한시킨다. 위에서 논의된 코일들(1-8)은 통상적 심볼(symbol)에 의해 표현되고, 적절한 라벨(label)로 식별된다. 통상적 심볼의 길이는 일반적으로, 각각의 코일에 대한 상대적 턴(turn)들의 개수를 나타낸다. 예시된 바와 같이, 코일(8)이 접지 기준 전압(0V)에 연결되는 반면에, 코일(1)은 공급 전압(+V)에 연결된다. 이는 일반적으로, 램프 업(ramp up) 및 램프 다운(ramp down) 동작들 동안의 경우일 것이지만, 안정 상태 지속적 동작 동안에는, 완벽한 초전도 루프(loop)를 제공하기 위해 초전도 스위치(switch)(130)가 닫히고, 그리고 접지 기준 전압(0V)이 연결된 채로 남아 있을 수 있더라도, 공급 전압(+V)은 제거된다. 통상적으로, 공급 전압(+V)은 대략 10-20V이다.
이러한 어레인지먼트에서, 모든 코일들(1-8)은 직렬로 연결된다. 내부 코일들(5-8)이 탭핑 지점(120)과 접지 기준 전압(0V) 사이에 연결되는 반면에 구동 및 차폐 코일들(1-4)이 공급 전압(+V)과 탭핑 지점(120) 사이에 연결되도록, 탭핑 지점(120)이 위치된다. 다른 어레인지먼트들이 가능하고, 그리고 본 발명으로부터 이득을 얻을 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 브릿지 정류기 어레인지먼트(110-116)에 대한 통상적 대안에서는, 클램프 다이오드들(124)이 역 병렬(inverse-parallel)(백-투-백(back-to-back)) 연결된 다이오드 쌍들(124, 128)로 교체될 수 있지만, 도 2의 브릿지 정류기 어레인지먼트가 다이오드 요건들에서 더욱 경제적일 수 있는데, 그 이유는 많은 다이오드들이 가열기들(101-108)을 클램핑(clamp)하기 위해 역 병렬 쌍들(124, 128)을 제공할 필요가 있을 것이기 때문이다.
탭핑 지점(120)은 두 개의 전기적으로 인접한 코일들(1-8) 사이의 노드에 배치된다. 적절한 노드의 선택은, 모든 퀀치 시나리오(scenario)들 하에서, 요구되는 시간에 가열기들(101-108) 전부에 충분한 전압을 제공하여 충분히 신속하게 전력을 공급하는 능력에 의해 결정된다.
탭핑 지점과 접지 기준 전압 사이의 내부 코일들(5-8)이 전기적으로 연결되고 탭핑 지점과 공급 전압(+V) 사이에 더 큰 코일들(1-4)이 전기적으로 연결된 도 2 및 도 3에 도시된 탭핑 지점의 선택에 대해, 내부 코일들(5-8) 중 임의의 내부 코일이 퀀칭된다면, 퀀칭(quenching) 코일에서의 저항으로 인해 포지티브(positive) 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타난다. 유사하게, 더 큰 코일들(1-4) 중 하나의 코일이 퀀칭된다면, 네거티브(negative) 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타난다. 이에 따라, 가열기들(101-108)이 에너지를 공급받고, 그리고 제1 코일 퀀치의 대략 1초 내에 다른 코일들 전부가 퀀칭된다.
각각의 코일의 통상 상이한 퀀치 전파 속도들 및 질량들로 인해, 퀀치에 의해 각각의 코일에서 생성되는 전압들이 또한 상이하고, 그리고 서로 이상(out of phase)이다. 위의 예에서, 내부 코일들(5-8)은 전부 매우 신속하게 퀀칭되고, 그리고 이 내부 코일들(5-8)이 직렬로 연결되기 때문에, 통상적으로는 수 ㎸까지, 이 내부 코일들(5-8)의 포지티브 전압들이 전부 서로 합산되고 탭핑 지점(120) 상에서 나타난다. 이에 따라, 퀀치 전파 회로 컴포넌트(component)들은 수백 ㎾일 수 있는 동반된 전력을 소멸시켜야 한다. 또한, 네 개의 더 큰 코일들(1-4)은 퀀칭될 것이지만, 탭핑 지점(120) 상에서 네거티브 전압을 생성하는 경향이 있다. 그러한 코일들이 통상적으로 훨씬 더 크고 그리고 훨씬 더 느리게 퀀칭되기 때문에, 탭핑 지점(120) 상에서의 총 전압은 포지티브로 남아 있다. 코일들이 크기 및 안정성이 더욱 동일하다면, 코일 전압들의 합들이 0을 향하는 경향이 있으므로, 탭핑 지점 상에서의 전압이 더욱 균형잡히는 경향이 있음을 알 수 있다. 각각의 코일은, 자신의 저항, 및 붕괴 전류(collapsing current)에 의해 유도성으로 생성되는 반대 전압에 의해 유발되는 전압을 생성하고 있다.
내부 코일(5-8)이 먼저 퀀칭되는 첫 번째 시나리오에서는, 이 내부 코일(5-8)이 탭핑 지점(120)에서 큰 포지티브 전압을 신속하게 생성하고, 이 포지티브 전압은 신속하게 퀀칭되는 다른 내부 코일들에 의해 강화되며, 그리고 탭핑 지점(120)에서의 큰 포지티브 전압은 퀀치 전파 회로(10)의 컴포넌트들에 의해 소멸되어야 하는데, 그 이유는 더 큰 코일들이 이것을 오프셋(offset)시키기 위한 큰 동상(in-phase)의 네거티브 전압을 생성하지 않기 때문이다.
두 번째 시나리오에서는, 더 큰 코일들(1-4) 중 하나의 코일이 먼저 퀀칭된다. 큰 네거티브 전압은, 처음에 탭핑 지점(120) 상에서 나타나지만, 내부 코일들(5-8) 전부가 이후 단시간 퀀칭됨으로써 생성되는 포지티브 전압들에 의해 신속하게 오프셋된다.
이 두 번째 시나리오는 탭핑 지점(120)에서 훨씬 더 낮은 총 전압을 생성한다. 큰 코일(1-4)이 먼저 퀀칭되는 두 번째 시나리오에서는, 내부 코일들로부터의 포지티브 전압이 처음에 퀀칭되는 코일에 의해 생성된 네거티브 전압을 오프셋시키므로, 내부 코일들 전부를 퀀칭하는 것이 장점임을 알 수 있다.
그러나, 내부 코일(5-8)이 먼저 퀀칭되는 첫 번째 시나리오에서는, 다른 내부 코일들 전부를 퀀칭하는 것이 단점인데, 그 이유는 이들 전부가 신속하게 퀀칭되어, 더 큰 코일들로부터 생성되는, 오프셋이 거의 없는 큰 합산된 포지티브 전압을 생성하기 때문이다.
본 발명은, 어느 코일이 먼저 퀀칭되는지에 따라 퀀치 전파 회로의 응답을 '조정(tune)'하는 것을 목표로 함으로써, 개별 코일들의 전파 속도 및 열 질량 사이의 미스매치(mismatch)에 의해 유발되는 이러한 단점들을 감소시키는 것을 목표로 한다. 본 발명은, 알려진 액티브(active) 퀀치 전파 시스템들의 복잡성 없이, 더 낮은 노드의 전압(nodal voltage)들 및 더 낮은 온도 기울기(gradient)들을 달성할 수 있는 '조정된' 또는 '적응성' 패시브 퀀치 전파 회로(passive quench propagation circuit)들을 제공하는 것을 목표로 한다.
본 발명의 양상들에 따라, 어느 코일들이 퀀치 전파 회로 및 퀀치의 상대적 타이밍(timing)에 의해 퀀칭되는지를 결정하기 위해, 초전도 자석의 코일들로의 퀀치 전파가 제어될 수 있다. 어느 코일이 먼저 퀀칭되는지에 따라, 다른 코일들로의 선택적 그리고/또는 타이밍된(timed) 퀀치 전파가 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 이는, 퀀치 전파 회로의 가열기들 중 일부 또는 전부와 병렬로 또는 직렬로 배치된 다이오드들의 사용에 의해 달성된다. 심지어 패시브 회로에 의해 달성되더라도, 가열기들의 반응 및 코일들의 후속 퀀칭이 예측 가능하고 그리고 반복 가능하다. 이는, 가열기들에 전력을 공급하는데 사용되는 코일들 사이의 단 한 개의 탭핑 지점을 이용하여, 그리고 통상적 다이오드들 및 덤프 저항기를 사용하여 달성될 수 있다. 각각의 가열기가 자신과 연관된 코일을 퀀칭하기에 충분한 에너지를 방출할 때에 관한 상대적 타이밍을 결정하기 위하여, 퀀치 전파 회로의 가열기들은 직렬로, 병렬로, 또는 직렬과 병렬의 선택된 결합으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 가열기가 자신과 연관된 코일을 퀀칭할 때에 관한 상대적 타이밍들을 제어하기 위해, 가열기 저항들이 선택되고 그리고/또는 다이오드들이 배열될 수 있다. 이로부터 생기는 장점들은 더 낮은 차동 및 노드의 전압들, 더 낮은 피크(peak) 온도들, 그리고 서로 본딩될 수 있는 코일들 사이의 더 낮은 온도 차동들이다. 이 방법은, 어느 코일이 먼저 퀀칭되는지에 관계없이 단순히 다른 코일들전부를 가능한 한 빨리 퀀칭하는 표준 패시브 및 액티브 시스템들보다 성능이 뛰어날 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 첨부된 청구항들에서 정의된 장치를 제공한다.
본 발명의 위의 그리고 추가의 목적들, 특성들 및 장점들은, 첨부된 도면들과 함께, 본 발명의 특정한 실시예들의 하기의 설명의 고려에 의해 더욱 명백해질 것이며, 도면에서:
도 1은 MRI 시스템을 위한 초전도 자석에서 초전도 코일들의 통상적 어레인지먼트를 개략적으로 표현한다;
도 2는 통상적 퀀치 전파 회로를 개략적으로 표현한다;
도 3은 대안적인 통상적 퀀치 전파 회로를 도시한다;
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 패시브 퀀치 전파 회로들을 도시하고, 패시브 퀀치 전파 회로들 각각은 도 2 및 도 3의 패시브 퀀치 전파 회로의 수정에 각각 대응한다;
도 6-도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 적응성 퀀치 전파 회로들의 대안적인 형태들을 도시한다; 그리고
도 9는 퀀치 전파 회로가 다상 브릿지 정류기에 의해 다수의 탭핑 지점들에 연결되는 어레인지먼트를 예시한다.
위에서 설명된 바와 같이, 통상적 회로는 어느 코일이 먼저 퀀칭되는지에 따라 상이하게 반응한다.
그러므로, 본 발명은, 이들 두 개의 상이한 시나리오들에 응답하여 상이하게 동작하는 패시브 퀀치 전파 회로를 제공하는 것을 목표로 한다.
도 4 및 도 5 각각은 도 2 또는 도 3의 통상적 퀀치 전파 회로에 각각 기초한 본 발명의 패시브 '적응성' 퀀치 전파 회로를 도시한다.
도 4의 실시예에서, 패시브 퀀치 전파 회로(150)가 제공되고, 여기서 두 개의 가장 작은 내부 코일들(7, 8)과 연관된 가열기들(107, 108)을 다이오드들(110-116)에 의해 제공되는 브릿지 정류기의 밖으로 가져감으로써, 도 2의 어레인지먼트가 수정된다. 가열기들(107, 108)은, 덤프 저항기(122) 및 직렬 다이오드(132)와 함께, 탭핑 지점(120)과 브릿지 정류기(110-116) 사이에서 직렬 어레인지먼트로 배치된다. 리턴(return) 다이오드(134)가 가열기들(107, 108)의 직렬 어레인지먼트와 병렬로 배치되고, 그리고 리턴 전류 경로를 제공한다.
이제 설명될 바와 같이, 두 개의 가장 작은 코일들(7, 8)에 대해 배치된 두 개의 가열기들(107, 108)은 이제 '지향성'이다.
- 탭핑 지점(120)에서의 포지티브 전압의 경우, 전류는 리턴 다이오드(134)를 통과할 것이고, 그리고 가열기들(107, 108)을 우회할 것이다. 리턴 다이오드(134) 양단에서의 단일 순방향 다이오드 전압 강하는 직렬 다이오드(132)에 의해 차단될 것이고, 그리고 어떠한 전압도 가열기들(107, 108)에 인가되지 않을 것이다.
- 탭핑 지점(120)에서의 네거티브 전압의 경우, 전류는 직렬 다이오드(132) 및 가열기들(107, 108)을 통과할 것이며, 이 가열기들(107, 108) 각각은 그들의 개개의 클램핑(clamping) 다이오드(136)의 순방향 전압에 의해 클램핑된다(clamped).
이에 따라, 내부 코일(5-8)이 먼저 퀀칭된다면, 포지티브 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타날 것이고, 그리고 가열기들(107, 108)은 에너지를 공급받지 않을 것이다. 차폐 및 구동 코일들과 연관된 가열기들(101-104)은 브릿지 정류기(110-116)를 통해 에너지를 공급받을 것이고, 이는 탭핑 지점에서 네거티브 전압을 생성하는 경향이 있는 그러한 코일들에 퀀치를 전파한다. 몇몇 내부 코일들은 차폐 및 구동 코일들의 가열기들(101-104)과 직렬로 그들의 가열기들(105-106)을 갖고, 그러한 내부 코일들은 또한 퀀칭될 것이며, 이는 탭핑 지점에서 포지티브 전압을 생성하는 경향이 있다. 결과가 탭핑 지점(120)에서의 전압에 합산되고, 이는 도 2-도 3의 통상적 어레인지먼트에서보다 더 작은 규모를 갖는다.
대안적으로, 큰 코일(1-4)이 먼저 퀀칭된다면, 네거티브 퀀치 전압이 탭핑 지점(120)에서 생성되고, 모든 퀀치 가열기들(101-108)이 에너지를 공급받으며, 이는 이에 따라 원하는 모든 코일들에 퀀치를 전파한다.
본 발명의 장점을 증명하기 위한 예에서, 단 세 개의 내부 코일들(5, 6, 8)만이 퀀칭된다면, 예컨대, 4kV가 탭핑 지점(120) 상에서 나타나는 대신에(이 예에서는, 내부 코일(5-8)마다 1㎸임), 단지 2.5㎸만이 생성될 것인데, 그 이유는 퀀칭되지 않는 내부 코일(7)이 퀀칭되는 코일에서의 저항으로 인해 포지티브 유도성 전압 대신에 네거티브 유도성 전압에 기여할 것이기 때문이다. 이에 따라, 퀀칭되지 않는 코일(7)은 탭핑 지점에 대한 포지티브 전압에 기여하지 않을 뿐만 아니라, 실제로는 그로부터 차감하지도 않을 것이다. 이에 따라, 예컨대, 이 적응성 회로에 의해, 탭핑 지점(120)에서, 4㎸가 2.5㎸로 감소될 것이다. 후속하여 요구되는 전력 소멸이 이 전압의 제곱에 비례하기 때문에, 패시브 퀀치 전파 회로(150)의 컴포넌트들의 요구되는 전력 소요량들이 크게 감소된다.
추가의 장점으로서, 완전한 초전도 자석만이 이러한 더 낮은 전압에 대해 전기적으로 절연되어야 하고, 이는 전기 절연 요건들을 크게 완화시킨다.
본 발명의 패시브 퀀치 전파 회로에 의해, 더 적은 전류가 인출되고, 이는 코일들 사이의 전류 불균형들 및 이에 따른 표유자계 버스트(stray field burst)를 감소시킨다.
가능한 한 균등하고 신속하게 퀀치 에너지를 의도적으로 확산시키지 않는 것이 반직관적으로 보일 수 있지만, 이 예에서는 가장 작은 코일들(7, 8)에만 전파되지 않으며, 그리고 이 가장 작은 코일들(7, 8)은 통상적으로 자석의 총 질량의 단지 작은 부분(fraction)일 뿐이기 때문에, 이 가장 작은 코일들(7, 8)은 방출된 에너지의 비교적 작은 부분만을 흡수할 수 있고, 그리고 이에 따라 이는 처음에 퀀칭된 코일의 최종 온도와 거의 차이를 만들지 않는다.
이 예에서, 내부 코일들(5-8) 중 하나의 내부 코일에서의 첫 퀀치의 경우, 단지 여섯 개의 가열기들(101-106)만이 전력을 공급받지만, 연관된 코일들(1-6)로의 전파는 여덟 개의 가열기들 전부가 전력을 공급받을 때보다 더 신속할 수 있다. 이 각별한 퀀치 속력은 몇몇 퀀칭되지 않는 코일들(7, 8)의 영향들을 훨씬 능가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 대안적인 실시예를 표현하며, 이 대안적인 실시예는 도 3의 통상적 패시브 퀀치 전파 회로의 적응물인 개선된 패시브 퀀치 전파 회로(152)를 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 도 2 및 도 3의 통상적 패시브 퀀치 전파 회로들이 관련되는 경우, 다이오드들(110-116)의 브릿지 정류기가 제공되지 않고, 대신에, 개개의 클램핑 다이오드들(124)과 역 병렬로 배치된 역 병렬 다이오드들(128)로 교체된다는 점에서, 도 5의 실시예는 도 4의 실시예와 상이하다. 이 회로는 도 4의 회로와 본질적으로 동일한 방식으로 동작한다.
- 탭핑 지점(120)에서의 포지티브 전압의 경우, 전류는 리턴 다이오드(134)를 통과할 것이고, 그리고 가열기들(107, 108)을 우회할 것이다. 리턴 다이오드(134) 양단에서의 단일 순방향 다이오드 전압 강하는 직렬 다이오드(132)에 의해 차단될 것이고, 그리고 어떠한 전압도 가열기들(107, 108)에 인가되지 않을 것이다. 전류는 연관된 클램프 다이오드(124)에 의해 클램핑된 전압들에서 가열기들(101-106)을 통과할 것이고, 이는 연관된 코일들(1-6)에서 퀀치를 유도한다.
- 탭핑 지점(120)에서의 네거티브 전압의 경우, 전류는 직렬 다이오드(132) 및 가열기들(107, 108)을 통과할 것이고, 가열기들(107, 108) 각각은 그들의 개개의 클램핑 다이오드(136)의 순방향 전압에 의해 클램핑되며, 이는 연관된 코일들(7-8)에서 퀀치를 유도한다. 또한, 전류는 연관된 클램프 다이오드(124)에 의해 클램핑된 전압들에서 가열기들(101-106)을 통과할 것이고, 이는 연관된 코일들(1-6)에서 퀀치를 유도한다.
본 발명의 패시브 퀀치 전파 회로는 하기를 크게 감소시키기에 유용하다:
1. 퀀치 이벤트(event)들 동안의 최대 노드의 전압, 및 이에 따른 절연 요건들.
2. 최대 전력 소요량, 및 이에 따른 전파 회로 컴포넌트들의 크기 및 비용.
3. 코일 전류 미스매치 및 이에 따른 표유자계 버스트.
통상적 포머를 사용하지 않는 초전도 자석 구조물에서 서로 본딩된 코일들 사이의 온도 차동들을 감소시키기 위해, 본 발명의 '적응성' 패시브 퀀치 전파 회로의 동일한 원리들이 적용될 수 있다.
본딩된 코일 구성들에서, 피크 전압 및 피크 온도를 감소시키는 앞서 논의된 요건들과 함께, 퀀치 전파 회로의 부가적인 목표는, 차동 열 팽창에 의해 유발될 수 있는 코일들 사이의 본드(bond)에서의 기계적 전단 응력을 감소시키기 위하여, 서로 본딩되는 코일들 사이의 온도 차동들을 감소시키는 것이다. 이 목표는, 단순히 코일들 전부를 퀀칭함으로써 즉각 달성되는 것은 아닌데, 그 이유는 이것이 모든 코일들이 단순히, 자신들의 개별 질량들 및 안정성들에 의해 좌우되는 상이한 온도들로 상승함을 야기하는 경향이 있기 때문이다.
예컨대, 더 작은 내부 코일들(7, 8) 중 하나의 내부 코일이 퀀칭된다면, 일반적으로 위에서 논의된 경우와 같이, 최종 전체 온도를 전체적으로 감소시키기 위해 자석의 나머지로의 전파를 지연시키는 것이 아니라, 물리적으로 인접한 코일들을 가능한 한 신속하게 퀀칭하여 이 물리적으로 인접한 코일들 사이의 기계적 본드 양단의 온도 차동을 최소화시키는 것이 바람직하다.
일단 인접한 코일들로의 이러한 퀀치 전파가 달성된다면, 회로는 그러한 코일들에 인접한 코일들을 동일한 이유로 퀀칭해야 하는 식이다.
코일들 전부를 동시에 퀀칭하기 위해 이용 가능한 가열기 전력 전부를 사용하는 통상적 회로는 인접한 코일들을 퀀칭할 수 없을 것인데, 그 이유는 빠르고 이에 따라 더 높은 온도 차동들이 야기될 것이기 때문이다.
유사하게, 본딩된 자석의 가장 큰 코일들 중 하나의 코일이 먼저 퀀칭되어야 한다면, 코일들 전부를 즉각 퀀칭하려고 시도하는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 가장 작은 코일들이 신속하게 퀀칭될 것이고 그리고 더 큰 코일들은 지연될 것이기 때문이다. 이는 본드 응력을 최소화시키지 않는다. 큰 코일에서의 첫 번째 퀀치가 다른 큰 코일들을 먼저 퀀칭함으로써 응답되어야 하고, 이에 따라 이 다른 큰 코일들이 붕괴 자기장의 에너지의 대부분을 흡수하고, 그 다음 더 작은 코일들이 에너지를 흡수하여, 최종 퀀치 온도들의 더 나은 균형 및 최소화된 본드 응력이 달성된다.
도 6은 코일들 사이의 기계적 본드들 양단에 열적으로 유도되는 응력을 최소화시킨다는 면에서 개선된 성능을 제공하는 적응성 패시브 퀀치 전파 회로(154)의 예를 도시한다. 이러한 실시예들의 동작 원리들은, 탭핑 지점(120)에서의 포지티브 또는 네거티브 전압의 개개의 경우들에서 상이하게 퀀치 전파를 제어하기 위해 퀀치 가열기들이 다이오드들에 의해 단락되거나 또는 차단되고, 그리고 이에 따라, 어느 코일이 먼저 퀀칭되는지에 따른 적응적인 점에서, 위에서 설명된 도 4, 도 5의 실시예들과 동일하다. 가열기들 중 일부의 가열기들은 병렬 연결되고, 다른 가열기들은 직렬 연결된다. 이러한 어레인지먼트들은 다른 형태의 적응성 퀀치 전파를 제공한다.
또한, 몇몇 가열기들을 단락시키거나 또는 차단하는 것은 더 많은 전력이 전력을 공급받은 가열기들을 구동하게 한다. 이는 중요한데, 그 이유는 매우 유도성의 자석 회로가, 가열기와 자석 회로 사이의 임피던스(impedance) 불균형이 필연적으로 크므로, 퀀치 시작의 처음 수백 밀리초(millisecond)에서 추출될 수 있는 전류량을 제한하기 때문이다.
예시된 실시예에서, 직렬 및 리턴 다이오드들(332-338)이 제공되고, 이에 따라, 탭핑 지점(120)에서 나타나는 포지티브 전압에 응답하여, 가열기들(105-108)의 직렬 어레인지먼트 및 가열기들(101-104)의 병렬 어레인지먼트는 직렬 다이오드(332)를 통해 에너지를 공급받는다. 각각의 가열기에는 병렬 클램핑 다이오드(224)가 제공되고, 이는 개개의 가열기 양단의 전압을 하나의 다이오드 순방향 강하로 제한시킨다. 병렬 연결된 가열기들(101-104)의 경우, 단일 클램핑 다이오드(224)가 전체 병렬 어레인지먼트에 제공될 수 있다. 탭핑 지점(120)에서 나타나는 네거티브 전압에 응답하여, 가열기들(101-104)의 직렬 어레인지먼트 및 가열기들(105-108)의 병렬 어레인지먼트는 직렬 다이오드(336)를 통해 에너지를 공급받는다. 각각의 가열기에는 병렬 클램핑 다이오드(224)가 제공되고, 이는 개개의 가열기 양단의 전압을 하나의 다이오드 순방향 강하로 제한시킨다. 병렬 연결된 가열기들(101-104)의 경우, 단일 클램핑 다이오드(224)가 전체 병렬 어레인지먼트에 제공될 수 있다.
각각의 경우, 직렬 및 병렬 연결된 가열기들의 사용되지 않은 결합이 개개의 리턴 다이오드(334, 338)에 의해 우회되는 반면에, 전류는 개개의 직렬 다이오드(332, 336)에 의해, 직렬 및 병렬 연결된 가열기들의 사용된 결합으로 운반된다.
각각의 경우, 직렬로 있는 가열기들은 매우 신속하게 그들의 개개의 코일들을 퀀칭하기에 충분한 전력에 도달할 것인데, 그 이유는 이용 가능한 퀀치 전압의 거의 전부 및 이에 따른 가열기 전력이 이들 가열기들에 우선적으로 전달될 것이기 때문이다. 병렬로 있는 가열기들은 나중까지도 그들의 코일들을 퀀칭하지 않을 것인데, 그 이유는 이 가열기들이 이용 가능한 가열기 전력을 그들 사이에서 공유해야 하기 때문이다. 전파 과정의 처음 두 번째 정도 동안, 개개의 가열기 전력 및 이에 따른 전파 시간은, 개별 가열기 저항들 및/또는 연결 어레인지먼트에 따라 분산되는 이용 가능한 전압 및 전류에 의해 설정될 것이다. 이 예에서, 직렬 가열기들이 전류 전부를 얻는 반면에, 병렬로 있는 가열기들은 전류의 사 분의 일을 얻을 것이다. 나중에, 클램핑 다이오드들이 가열기들을 보호할 때의 퀀치 동안, 각각의 가열기는 연관된 클램핑 다이오드(224)의 순방향 다이오드 강하로 제한된 전압 및 자신의 저항에 의해 결정된 전력을 얻는다.
시간 지연은 직렬/병렬로 있는 가열기들의 개수에 의해 설정된다. 이는, 위에서 설명된 이유들로 전파의 타이밍을 제어하기 위해 수행된다.
코일들(5-8) 중 임의의 코일에 대한 첫 퀀치의 경우, 포지티브 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타날 것이다. 전류는 직렬 다이오드(332)를 통해 흐를 것이고, 가열기들(105-108)을 퀀칭하기 위해 전체 이용 가능한 전력을 인가할 것이며, 이는 코일들(5-8) 중 나머지 코일들에서의 퀀치를 신속하게 유도한다. 가열기들(101-104)은 병렬로 연결되고, 그리고 퀀치 가열기들에 이용 가능한 전력을 공유한다. 코일들(1-4)에 대해서는 퀀치가 더 느리게 유도된다. 이는, 퀀치가 내부 코일들(5-8)에서는 비교적 신속하게 유도(이는, 이 내부 코일들(5-8) 사이의 열적 차이들을 최소화시킴)되고 그리고 주요 및 차폐 코일들(1-4)로는 더 느리게 유도됨을 의미하며, 여기서 처음에 퀀칭되는 코일과의 열적 차이는 크지 않다. 이후, 가열기들(101-104)의 병렬 어레인지먼트로부터의 전류는 리턴 다이오드(338)를 통해 접지(0V)로 흐른다.
코일들(1-4) 중 임의의 코일에 대한 첫 퀀치의 경우, 네거티브 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타날 것이다. 전류는 리턴 다이오드(334), 및 직렬 다이오드(336)를 통해 흐를 것이고, 가열기들(101-104)을 퀀칭하기 위해 전체 이용 가능한 전력을 인가할 것이며, 이는 코일들(1-4) 중 나머지 코일들에서의 퀀치를 신속하게 유도한다. 가열기들(105-108)은 병렬로 연결되고, 그리고 퀀치 가열기들에 이용 가능한 전력을 공유한다. 퀀치가 차폐 및 구동 코일들(1-4)의 나머지에 대해서는 비교적 신속하게 유도된다. 퀀치가 내부 코일들(5-8)에 대해서는 비교적 느리게 유도되어, 이 내부 코일들(5-8)은 붕괴 자기장에서의 에너지의 많은 부분이 차폐 및 구동 코일들(1-4)에 의해 흡수된 후에만 퀀칭된다. 이는, 내부 코일들의 과도한 가열을 막고, 그리고 이 내부 코일들이 서로 퀀칭됨을 보장하며, 이는 이 내부 코일들 사이의 열적 차이들을 최소화시킨다.
이러한 어레인지먼트들에서는, 코일들(1-8) 각각이 두 개의 퀀치 전파 가열기들(101-108)을 요구한다.
상이한 저항들의 퀀치 전파 가열기들을 사용함으로써, 유사한 효과가 달성될 수 있다.
도 7에 도시된 어레인지먼트에서, 적응성 퀀치 전파 회로(156)는 두 개의 대안적 브랜치(branch)들을 포함한다. 각각의 브랜치는 덤프 저항기(122)를 통해 접지 기준 전압(0V) 및 탭핑 지점(120)에 연결된다. 각각의 브랜치는 직렬 다이오드(332; 336) 및 직렬 연결된 가열기들(101-108)을 포함하고, 가열기들(101-108) 각각은 연관된 클램프 다이오드(224)에 의해 클램핑된다. 하나의 브랜치는 탭핑 지점에서의 전압이 포지티브일 때 전류를 운반하고; 다른 하나의 브랜치는 탭핑 지점(120)에서의 전압이 네거티브일 때 전류를 운반한다. 직렬 연결은 전류가 모든 가열기들에서 동일함을 보장하고, 이에 따라, 각각의 가열기에서 소멸되는 전력은 가열기의 저항에 비례한다. 도 8에 도시된 대안적 어레인지먼트에서, 적응성 패시브 퀀치 전파 회로(158)는 병렬로 연결되는 가열기들(101-108)을 포함한다. 그 경우, 각각의 가열기 양단의 전압은 동일하고, 그리고 각각의 가열기에서 소멸되는 전력은 가열기의 저항에 반비례한다.
그러나, 도 7에 예시된 직렬 연결이 임피던스 매칭(matching) 이유들로 선호되는 것으로 현재 여겨진다.
내부 코일들(5-8) 중 임의의 내부 코일에 대한 첫 퀀치의 경우, 포지티브 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타날 것이다. 전류는 예시된 좌측 브랜치를 통하는 직렬 다이오드(332)를 통해 흐를 것이고, 그리고 우측 브랜치로부터 직렬 다이오드(336)에 의해 차단될 것이다. 각각의 가열기에 의해 소멸되는 전력은 가열기의 저항에 의해 결정될 것이며: 주어진 전류에 대해, 더 낮은 저항이 더 낮은 전력 소멸을 유도한다.
좌측 브랜치에서는, 가열기들(101-104)이 저항(R1)을 갖는 반면에, 가열기들(105-108)은 저항(R2)을 가지며, 여기서 R1<R2이다. 퀀치가 내부 코일들(5-8)에서는 비교적 신속하게 유도(이는, 이 내부 코일들(5-8) 사이의 열적 차이들을 최소화시킴)되고, 그리고 주요 및 차페 코일들(1-4)로는 더 느리게 유도되며, 여기서 처음에 퀀칭되는 코일과의 열적 차이는 크지 않다. 이에 따라, 가열기들(105-108)은 가열기들(101-104)보다 더 많은 전력을 소멸시킬 것이고, 이는 내부 코일들 전부가 거의 동시에 퀀칭됨을 보장하기 위해 코일들(5-8)에서 더 신속한 퀀치 전파를 유도한다.
차폐 및 구동 코일들(1-4) 중 임의의 코일에 대한 첫 퀀치의 경우, 네거티브 전압이 탭핑 지점(120)에서 나타날 것이다. 전류는 예시된 우측 브랜치를 통하는 직렬 다이오드(336)를 통해 흐를 것이고, 그리고 좌측 브랜치로부터 직렬 다이오드(332)에 의해 차단될 것이다. 각각의 가열기에 의해 소멸되는 전력은 가열기의 저항에 의해 결정될 것이며: 주어진 전류에 대해, 더 높은 저항이 더 높은 전력 소멸을 유도한다. 우측 브랜치에서는, 가열기들(101-104)이 저항(R2)을 갖는 반면에, 가열기들(105-108)은 저항(R1)을 가지며, 여기서 R1<R2이다. 퀀치가 차폐 및 구동 코일들(1-4)에서는 비교적 신속하게 유도되고, 그리고 주요 및 차폐 코일들(5-8)로는 더 느리게 유도되어, 이 주요 및 차폐 코일들(5-8)은 붕괴 자기장에서의 에너지의 많은 부분이 차폐 및 구동 코일들(1-4)에 의해 흡수된 후에만 퀀칭된다. 이는, 내부 코일들의 과도한 가열을 막고, 그리고 이 내부 코일들이 함께 퀀칭됨을 보장하며, 이는 이 내부 코일들 사이의 열적 차이를 최소화시킨다.
이러한 어레인지먼트들에서는, 코일들(1-8) 각각이 두 개의 퀀치 전파 가열기들(101-108)을 요구한다.
모든 다이오드들이 저전압, 저전류 유형들만을 필요로 하는데, 그 이유가 모든 각각의 다이오드가 역 병렬 다이오드에 의해 항상 단락되고 그리고 전파 이후 덤프 저항기가 퀀치 전파 회로를 통과하는 전류를 제한시키기 때문임을 알 수 있다.
또한, 다수의 탭핑 지점 실시예들이 구현될 수 있고, 이는 훨씬 더 나은 성능을 산출한다. 예컨대, 위에서 설명된 적응성 퀀치 전파 회로들 중 임의의 적응성 퀀치 전파 회로는 하나보다 많은 탭핑 지점에서 복제될 수 있다. 대안적으로, 도 9에 예시된 바와 같이, 적응성 퀀치 전파 회로들(160)은 초전도 코일들(1-8)의 전기적 직렬 연결 내의 다수의 탭핑 지점들(121, 123, 125)에 연결된 다상 브릿지 정류기에 통합될 수 있다. 이 실시예에서, 도 7의 실시예에서와 같이, 가열기들(101-108)은 개별 코일들(1-8)에서 유도되는 퀀치들 사이의 특정한 타이밍 차이들을 제공하기 위해 상이한 저항들을 가질 수 있다. 클램핑 다이오드들(224)과 가열기들(101-108)의 직렬 연결은 도 8에 예시된 바와 같은 가열기들의 병렬 어레인지먼트로 교체될 수 있다.
단일 다이오드가 인용되는 각각의 경우, 이 단일 다이오드는 실제로는, 직렬로 있는 다이오드 컴포넌트들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 위에서 인용된 각각의 다이오드는 직렬로 연결된 열 개의 다이오드들로 구성될 수 있다.
포지티브 및 네거티브 전압들의 표기법, 및 논의된 전류들의 방향은, 예컨대, 공급 전압 및 기준 접지 전압 단자들(+V, 0V)의 극성들을 반전시키고 그리고 회로에 있는 모든 다이오드들의 연결 극성을 반전시킴으로써, 임의의 특정한 실시예에서 전체에 걸쳐 인버팅될(inverted) 수 있다.
이에 따라, 본 발명은, 액티브하게(actively) 제어되는 퀀치 전파 회로의 비용 및 복잡성 없이 적절하게 제어되는 퀀치를 제공하기 위해, 어느 코일이 처음으로 퀀칭되는지에 따라 반응하는, 다수의 코일들을 포함하는 초전도 자석들에 대한 적응성 패시브 퀀치 전파 회로들을 제공한다.

Claims (10)

  1. 초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(passive quench propagation circuit)로서,
    전원 단자(+V)와 접지 기준 전압 단자(0V) 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 초전도 코일(coil)들(1-8);
    폐루프(closed-loop) 지속적 초전도 회로를 제공하기 위해, 상기 전원 단자(+V)와 상기 접지 기준 전압 단자(0V)를 전기적으로 연결하도록 배열된 초전도 스위치(switch)(130);
    복수의 저항성 가열기들(101-108) ―상기 저항성 가열기들(101-108) 각각은 상기 코일들(1-8) 중 하나의 코일과 열 접촉함―;
    두 개의 전기적으로 인접한 코일들(1-8) 사이에 위치된 탭핑 지점(tapping point)(120); 및
    상기 탭핑 지점과 기준 전압(0V) 사이에 연결된 퀀치 전파 회로(150)
    를 포함하고,
    상기 퀀치 전파 회로는, 어느 코일들이 상기 퀀치 전파 회로 및 퀀치의 상대적 타이밍(timing)에 의해 퀀칭될지를 결정하기 위해, 어느 코일이 먼저 퀀칭(quench)되는지에 따라 다른 코일들로의 선택적 및/또는 타이밍된(timed) 퀀치 전파를 제공하는 방식으로, 개개의 퀀치 가열기들에 대한 전력의 인가를 제어하도록, 상기 탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압 사이에서 흐르는 전류를 지향시키게 배열된 다이오드(diode)들(132, 134, 232, 234, 332, 334, 336, 338)을 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이오드들은,
    개개의 가열기들 양단에 순방향 바이어스(bias)로 연결된 클램프 다이오드 어레인지먼트(clamp diode arrangement)들 ―상기 가열기 양단의 전압을 상기 클램프 다이오드 어레인지먼트의 순방향 전압으로 제한시킴―;
    탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에서, 전류가 특정한 가열기들을 통해 흐르도록 허용하는 순방향 다이오드들(132, 232, 332, 336); 및
    탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에서 흐르는 전류를 특정한 가열기들 주위에서 단락시키는 리턴(return) 다이오드들(134, 234, 334, 338)
    을 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열기들 중 일부 가열기들은 상기 가열기들 중 일부 다른 가열기들보다 더 큰 저항을 갖는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퀀치 전파 회로는 다이오드들(110, 112, 114, 116)의 브릿지(bridge) 정류기 어레인지먼트를 포함하고, 직렬 연결된 가열기들의 서브세트(subset)(101-106)는 상기 브릿지 정류기의 포지티브(positive) 단자와 네거티브(negative) 단자 사이에 연결되고, 상기 브릿지 정류기의 다른 단자들은 상기 브릿지 정류기를 덤프(dump) 저항기(122), 직렬 다이오드(132) 그리고 가열기들의 제2 서브세트(107-108)와 직렬로 연결시키도록 연결되며, 리턴 다이오드(134)가, 상기 직렬 다이오드와 역 병렬로, 상기 직렬 다이오드(132)와 상기 가열기들의 제2 서브세트(107-108)의 결합 양단에 연결되는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(150).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퀀치 전파 회로(152)는 상기 탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에 직렬로 연결된 하기의 하위회로들:
    직렬로 연결된, 상기 가열기들의 제1 서브세트(101-106) ―상기 가열기들의 제1 서브세트의 각각의 가열기는 자신의 양단에 역 병렬로 연결된 한 쌍의 다이오드들(124, 128)을 가짐―; 및
    직렬로 연결된, 가열기들의 제2 서브세트(107-108) 및 직렬 다이오드(132) ―상기 가열기들의 제2 서브세트의 각각의 가열기는 자신의 양단에 역 병렬로 연결된 한 쌍의 다이오드들(136)을 갖고, 리턴 다이오드(134)가, 상기 직렬 다이오드와 역 병렬로, 상기 직렬 다이오드(132)와 상기 가열기들의 제2 서브세트(107-108)의 결합 양단에 연결됨―; 및
    덤프 저항기(122)
    를 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(152).
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퀀치 전파 회로(154)는 상기 탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에 직렬로 연결된 하기의 하위회로들:
    직렬로 연결된, 가열기들의 서브세트(105-108) 및 직렬 다이오드(232) ―상기 가열기들의 서브세트의 각각의 가열기들은 자신의 양단에 연결된 클램프 다이오드(224)를 갖고, 리턴 다이오드(234)가, 상기 직렬 다이오드와 역 병렬로, 상기 직렬 다이오드(232)와 상기 가열기들의 서브세트(105-108)의 결합 양단에 연결됨―; 및
    덤프 저항기(122)
    를 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(152).
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퀀치 전파 회로(154)는 상기 탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에 직렬로 연결된 하기의 하위회로들:
    직렬로 연결된, 가열기들의 제1 서브세트(105-108) 및 제1 직렬 다이오드(332) ―상기 가열기들의 서브세트의 각각의 가열기들은 자신의 양단에 연결된 클램프 다이오드(224)를 가짐―, 병렬로 연결된, 가열기들의 제2 서브세트(101-104)를 포함하는 제1 하위회로 ―클램프 다이오드(224)가 병렬 연결 가열기들의 양단에 연결되고, 상기 병렬 연결 가열기들은 상기 가열기들의 제1 서브세트(105-108)와 직렬로 연결되며, 리턴 다이오드(334)가, 제1 직렬 다이오드(332)와 역 병렬로, 상기 직렬 다이오드(232), 상기 가열기들의 제1 서브세트(105-108) 및 상기 가열기들의 제2 서브세트(101-104)의 결합 양단에 연결됨―; 및
    직렬로 연결된, 가열기들의 제1 서브세트(105-108) 및 제1 직렬 다이오드(332) ―상기 가열기들의 서브세트의 각각의 가열기들은 자신의 양단에 연결된 클램프 다이오드(224)를 가짐―, 병렬로 연결된, 가열기들의 제2 서브세트(101-104)를 포함하는 제2 하위회로 ―클램프 다이오드(224)가 병렬 연결 가열기들의 양단에 연결되고, 상기 병렬 연결 가열기들은 상기 가열기들의 제1 서브세트(105-108)와 직렬로 연결되며, 리턴 다이오드(334)가, 제1 직렬 다이오드(332)와 역 병렬로, 상기 직렬 다이오드(232), 상기 가열기들의 제1 서브세트(105-108) 및 상기 가열기들의 제2 서브세트(101-104)의 결합 양단에 연결됨―; 및
    덤프 저항기(122)
    를 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(152).
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퀀치 전파 회로(154)는 상기 탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에 직렬로 연결된 하기의 하위회로들:
    덤프 저항기(122); 및
    제1 병렬 브랜치(branch) 및 제2 병렬 브랜치를 포함하는 하위회로
    를 포함하고,
    각각의 브랜치는 가열기들의 직렬 연결을 포함하고, 가열기들 각각은 상기 코일들(1-8) 중 하나의 코일과 열 접촉하며, 클램프 다이오드(224)가 상기 가열기들의 각각의 가열기 양단에 연결되고, 가열기들의 제1 서브세트(101-104)의 각각의 가열기는 가열기들의 제2 서브세트(105-108)의 각각의 가열기의 전기 저항보다 더 큰 전기 저항을 갖고, 상기 제1 브랜치의 제1 서브세트 및 제2 서브세트의 멤버(member)들은 상기 제2 브랜치의 제1 서브세트 및 제2 서브세트의 멤버들과 상이하며, 상기 제1 브랜치의 다이오드들은 상기 제2 브랜치의 다이오드들과 반대 극성으로 연결되는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(152).
  9. 초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로로서,
    전원 단자(+V)와 접지 기준 전압 단자(0V) 사이에 직렬로 전기적으로 연결된 복수의 초전도 코일들(1-8);
    폐루프 지속적 초전도 회로를 제공하기 위해, 상기 전원 단자(+V)와 상기 접지 기준 전압 단자(0V)를 전기적으로 연결하도록 배열된 초전도 스위치(30);
    복수의 저항성 가열기들(101-108) ―상기 저항성 가열기들(101-108) 각각은 상기 코일들(1-8) 중 하나의 코일과 열 접촉함―;
    다수의 탭핑 지점들(121, 123, 125) ―상기 탭핑 지점들(121, 123, 125) 각각은, 전기적으로 인접한 코일들(2, 3; 4, 5; 6, 7)의 개개의 쌍들 사이에 위치됨―; 및
    다상 브릿지 정류기의 포지티브 노드(node)와 네거티브 노드 사이에 연결된 퀀치 전파 회로(160)
    를 포함하고,
    상기 퀀치 전파 회로는, 어느 코일들이 상기 퀀치 전파 회로 및 퀀치의 상대적 타이밍에 의해 퀀칭될지를 결정하기 위해, 어느 코일이 먼저 퀀칭되는지에 따라 다른 코일들로의 선택적 및/또는 타이밍된 퀀치 전파를 제공하는 방식으로, 개개의 퀀치 가열기들에 대한 전력의 인가를 제어하도록, 하나의 탭핑 지점과 다른 탭핑 지점 사이에서 흐르는 전류를 지향시키게 배열된 다이오드들을 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퀀치 전파 회로는 상기 탭핑 지점(120)과 상기 기준 전압(0V) 사이에 직렬로 연결된 하기의 하위회로들:
    (a) 덤프 저항기(122); 및
    (b) 제1 병렬 브랜치 및 제2 병렬 브랜치를 포함하는 하위회로
    를 포함하고,
    각각의 브랜치는,
    (i) 개개의 반대 방향들로 배열된 직렬 다이오드(332); 및
    (ⅱ) 병렬 연결 가열기들(101-108) ―가열기들(101-108) 자체는 순방향 클램프 다이오드(224)와 병렬임―
    의 직렬 연결을 포함하는,
    초전도 자석과 결합된 패시브 퀀치 전파 회로(158).
KR1020160014844A 2015-02-12 2016-02-05 패시브 적응성 퀀치 전파 회로 KR101806287B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1502343.5 2015-02-12
GB1502343.5A GB2535198B (en) 2015-02-12 2015-02-12 Passive adaptive quench propagation circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160099493A true KR20160099493A (ko) 2016-08-22
KR101806287B1 KR101806287B1 (ko) 2017-12-07

Family

ID=52781486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160014844A KR101806287B1 (ko) 2015-02-12 2016-02-05 패시브 적응성 퀀치 전파 회로

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10197647B2 (ko)
KR (1) KR101806287B1 (ko)
CN (1) CN105895293B (ko)
GB (1) GB2535198B (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201618333D0 (en) 2016-10-31 2016-12-14 Tokamak Energy Ltd Quench protection in superconducting magnets
CN108922724B (zh) * 2018-08-24 2023-10-03 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于陶瓷电阻的可调节高能量移能电阻系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6147844A (en) * 1998-12-30 2000-11-14 General Electric Company Quench protection for persistant superconducting magnets for magnetic resonance imaging
US7079364B2 (en) 2001-09-26 2006-07-18 Scroll Technologies Overload status indicator for a refrigeration unit
GB0412091D0 (en) * 2004-05-29 2004-06-30 Oxford Magnet Tech Capacitor coupled quench propagation circuit
JP4319602B2 (ja) 2004-08-31 2009-08-26 株式会社日立製作所 クエンチ保護回路を備える超電導マグネット装置
DE102005062581B3 (de) * 2005-12-27 2007-03-01 Siemens Ag Supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quenchschutz sowie ein MRT-Gerät damit
JP4802762B2 (ja) * 2006-02-28 2011-10-26 株式会社日立製作所 多コイル系超伝導マグネット
GB2456308B (en) * 2008-01-09 2011-01-26 Gen Electric Method and apparatus for actively controlling quench protection of a superconducting magnet
CN101552077B (zh) * 2008-12-11 2010-10-27 中国科学院电工研究所 一种用于产生高磁场高均匀度的超导磁体系统
GB2470063B (en) * 2009-05-08 2011-09-28 Siemens Magnet Technology Ltd Quench propagation circuit for superconducting magnets
US8780510B2 (en) * 2009-09-23 2014-07-15 General Electric Company Passive quench protection circuit for superconducting magnets
DE102012201485B4 (de) 2012-02-02 2019-02-21 Siemens Healthcare Gmbh Medizinische Bildgebungsvorrichtung mit einer eine Verkleidungsschale aufweisende Gehäuseeinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verkleidungsschale der medizinischen Bildgebungsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN105895293A (zh) 2016-08-24
US10197647B2 (en) 2019-02-05
US20160238680A1 (en) 2016-08-18
GB2535198B (en) 2017-02-08
GB201502343D0 (en) 2015-04-01
KR101806287B1 (ko) 2017-12-07
GB2535198A (en) 2016-08-17
CN105895293B (zh) 2018-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102326938B1 (ko) 초전도 자석 시스템용 급냉 보호 장치
US6147844A (en) Quench protection for persistant superconducting magnets for magnetic resonance imaging
US7477492B2 (en) Superconducting magnet system
US4689707A (en) Superconductive magnet having shim coils and quench protection circuits
US20040027737A1 (en) Balanced quench protection circuit
US4559576A (en) Protection device for a superconducting magnetic coil assembly
US8345392B2 (en) Quench energy dissipation for superconducting magnets
US6507259B2 (en) Actively shielded superconducting magnet with protection means
KR101806287B1 (ko) 패시브 적응성 퀀치 전파 회로
JP2010503237A (ja) マグネット保護のための誘導クエンチ
JP4319602B2 (ja) クエンチ保護回路を備える超電導マグネット装置
JP2012084874A (ja) 超伝導マグネットコイル向けのクエンチ保護回路
JP2002203713A (ja) アクティブ・シールド超伝導磁石コイル系とクエンチの場合の浮遊磁場抑制のための付加的電流路を備えた磁石装置
JP4933034B2 (ja) 超伝導コイルの保護装置、ｎｍｒ装置及びｍｒｉ装置
US11869709B2 (en) Superconducting magnet system and quench protection circuit thereof
US20110065584A1 (en) Superconducting magnet coil system with quench protection for the prevention of excessive localized currents
US4812796A (en) Quench propagation device for a superconducting magnet
US7969695B2 (en) Superconducting magnetic coil with a quench protection circuit, and MRT apparatus embodying same
JP2007059920A (ja) 接続可能な抵抗要素を備えた超伝導磁石構造
WO2022160796A1 (zh) 一种基于分布式加热器网络的超导磁体系统失超保护电路
EP3711072A1 (en) Superconducting magnet assembly
FI65520C (fi) Vaogformsgenereringskrets
JPH04125021A (ja) 超電導マグネット保護装置
JP2000014173A (ja) 耐障害電源回路
JPS6086808A (ja) 超電導装置の保護装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant