專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制造螺線管磁鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造螺線管電磁鐵線圈的方法，并涉及螺線管電磁鐵線圈本身。具體而言，本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生高強(qiáng)度磁場(chǎng)的這種線圈，其可以應(yīng)用在例如核磁共振(NMR)或磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
圖1A-1B分別顯示了用于核磁共振(NMR)或磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的傳統(tǒng)螺線管磁鐵裝置的橫向剖視圖和軸向剖視圖。大量的超導(dǎo)導(dǎo)線線圈纏繞在線圈架1上。所形成的組件封裝在制冷劑儲(chǔ)槽2內(nèi)部，該儲(chǔ)槽至少部分地填充了處于其沸點(diǎn)的液態(tài)制冷劑2a。線圈因此保持在低于其臨界點(diǎn)的溫度。
線圈架1通常由鋁構(gòu)造而成，其通過(guò)機(jī)加工來(lái)確保線圈架的精確尺寸，從而確保纏繞在線圈架上的線圈的精確尺寸和位置。這種精確度在確保所得磁場(chǎng)的均勻性和可靠性時(shí)是十分必要的。即使一圈線圈的微量移動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)磁鐵淬火(quench)。因此線圈架必須具有很好的剛性。這些要求結(jié)合起來(lái)，就使得線圈架的生產(chǎn)十分昂貴。
圖1A-1B還顯示了外真空容器4和隔熱罩3。眾所周知，這些起到將制冷劑罐與周?chē)諝飧魺岬淖饔谩８魺岵牧?可以放置在外真空容器和隔熱罩之間的間隙中。然而，如圖1A-1B所示，這些元件也減小了螺線管磁鐵的有效內(nèi)徑4a。由于螺線管磁鐵的內(nèi)徑4a需要具有容許病人可進(jìn)入的一定尺寸，因此，外真空容器4和隔熱罩3的存在就有效地加大了電磁線圈和線圈架1的直徑，從而增加了整個(gè)裝置的成本。
如圖1A-1B所示并且如上所述的線圈架1的制造成本由基本相等的人工成本和材料成本組成。連同其它目標(biāo)一起，本發(fā)明致力于降低制造螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)中涉及的人力成本。
美國(guó)專(zhuān)利5,917,393描述了一種螺線管超導(dǎo)磁鐵裝置，其中，各種線圈安裝在導(dǎo)熱圓柱線圈架的內(nèi)表面或外表面上，由此可以通過(guò)線圈架的材料來(lái)進(jìn)行冷卻。線圈與圓柱線圈架的材料導(dǎo)熱、但電絕緣地連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在減少現(xiàn)有技術(shù)中的至少一些問(wèn)題，并提供了一種相對(duì)便宜、輕型的線圈架，其可以承受使用時(shí)施加在其上面的力，并提供了螺線管磁鐵線圈的精確和穩(wěn)定的定位。
因此，本發(fā)明提供了所附權(quán)利要求中所限定的裝置和方法。


參考下面描述的僅作為示例的某些實(shí)施例并結(jié)合附圖，將可以清楚地認(rèn)識(shí)到本發(fā)明上述的以及進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1A-1B顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的封裝在低溫恒溫器中的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的線圈和狹板組件的整體透視圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的線圈和狹板組件的軸向視圖；圖4顯示了用于將外線圈與內(nèi)線圈保持同軸的裝置；圖5顯示了穿過(guò)狹板的剖視圖，其中，狹板具有從中穿過(guò)的冷卻通道；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的用于模制浸漬線圈的模具；圖7顯示了用于將線圈裝配到其支撐狹板上的裝置；
圖8A-8D顯示了制造玻璃增強(qiáng)塑料GRP方案的內(nèi)線圈架的方法的步驟；圖9顯示了冷卻回路制冷裝置。
具體實(shí)施例方式
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的線圈20和狹板22組件的整體透視圖。線圈分成內(nèi)線圈20a和外線圈20b。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的線圈20和狹板22組件的軸向視圖。在圖3中，所示狹板22僅部分地環(huán)繞內(nèi)線圈20a。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，在所示實(shí)施例中，線圈架環(huán)繞內(nèi)線圈20a的整個(gè)周邊。狹板22不必連續(xù)地環(huán)繞線圈20a的整個(gè)周邊，而是可以如圖所示間隔開(kāi)一定距離地對(duì)稱(chēng)放置。然而，應(yīng)當(dāng)具有足夠數(shù)量和強(qiáng)度的狹板22來(lái)確保線圈架20精確并且剛性地定位，從而有效地承受施加在線圈上的力。
外線圈20b與內(nèi)線圈20a保持同軸對(duì)準(zhǔn)。圖4顯示了用于實(shí)現(xiàn)該對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)示例裝置。內(nèi)線圈20a通過(guò)狹板22保持其正確的相對(duì)位置。外線圈20b類(lèi)似地通過(guò)狹板22保持其正確的相對(duì)位置。為了最小化螺線管磁鐵組件的總體尺寸，狹板22可以放置在內(nèi)線圈20a的外圓周和外線圈20b的內(nèi)圓周上。然而，出于任意優(yōu)選理由的考慮，可以將狹板22放置在其中任何線圈的外圓周或內(nèi)圓周上。為了將內(nèi)線圈和外線圈保持在所需相對(duì)位置上，輻板24連接在線圈內(nèi)組和外組的相應(yīng)狹板22之間。如圖4所示，這些輻板24可以采取諸如鋁或玻璃增強(qiáng)塑料(GRP)固體材料的板的形式，其連接在狹板22之間。為了方便這些輻板的固定，狹板22可以制造成具有固定凸耳26。于是可以在合適的點(diǎn)處鉆穿固定凸耳，來(lái)獲得固定孔，通過(guò)穿過(guò)固定凸耳的螺栓或類(lèi)似固定機(jī)構(gòu)28，來(lái)連接該輻板?？蛇x的是，可以設(shè)置并安裝機(jī)械夾具來(lái)將輻板24和固定凸耳26夾緊在一起?？蛇x的是，可以設(shè)置機(jī)械夾具，用來(lái)將輻板24與狹板22的主體直接夾在一起，從而避免了使用固定凸耳26的必要性。
如圖2所示，可以設(shè)置本發(fā)明的螺線管磁鐵，而使內(nèi)線圈20a的直徑可以比圖1A-1B所示現(xiàn)有技術(shù)的裝置中的更小。這是因?yàn)閳D1A-1B中現(xiàn)有技術(shù)裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)依賴(lài)于線圈架1的抗壓強(qiáng)度來(lái)支撐線圈。這樣的結(jié)果是，線圈架1必須位于內(nèi)線圈的內(nèi)徑以?xún)?nèi)，這樣要么會(huì)導(dǎo)致用于容納病人的內(nèi)徑4a減小，要么會(huì)導(dǎo)致內(nèi)線圈直徑的增加，從而增加線圈以及磁鐵組件整體的成本。
本發(fā)明的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)可以通過(guò)沉浸在制冷劑容器中進(jìn)行冷卻，這與圖1A-1B所示的現(xiàn)有技術(shù)裝置類(lèi)似。可選的是，可以通過(guò)設(shè)置中空狹板22并使制冷劑在狹板中循環(huán)，來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。在該實(shí)施例中，線圈20必須與冷卻的狹板22實(shí)現(xiàn)有效的熱接觸，其整體應(yīng)當(dāng)與環(huán)境溫度充分隔離，從而容許超導(dǎo)線圈冷卻至低于其臨界點(diǎn)。在該實(shí)施例中，可以將需要等溫面的超導(dǎo)開(kāi)關(guān)和其它元件安裝在狹板上。由于通過(guò)狹板實(shí)現(xiàn)冷卻，因此不必再設(shè)置圖1A-1B中2所指的制冷劑儲(chǔ)槽。這進(jìn)一步減小了最終系統(tǒng)的尺寸、重量以及成本。
圖5顯示了穿過(guò)狹板22的剖視圖，其中，該狹板特別適合該實(shí)施例。狹板22是中空的，具有穿過(guò)其中的冷卻通道30。有利的是，該冷卻通道的內(nèi)表面具有凸棱32，其增加了與制冷液體接觸的冷卻通道的內(nèi)表面面積，從而增強(qiáng)了線圈架冷卻的效果。屏蔽線圈支撐件和其它支撐件可以伸入到線圈架的輪廓內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，盡管沿線圈架材料的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了線圈架的冷卻，但是，還可以進(jìn)行設(shè)置來(lái)冷卻狹板22。在該實(shí)施例中，線圈架可以通過(guò)直接制冷來(lái)冷卻，或者通過(guò)冷卻回路來(lái)進(jìn)行冷卻。圖9圖解說(shuō)明了一個(gè)冷卻回路裝置，其用于使液態(tài)制冷劑78在制冷劑管道20中循環(huán)。在制冷劑管路中設(shè)有相對(duì)小的制冷劑罐80。此外還提供了再冷凝制冷器82。在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，制冷劑管道20中的一些液態(tài)制冷劑78吸收制冷劑管道20的熱量，并從而吸收線圈架1的熱量。這將使得一些液態(tài)制冷劑78汽化至氣態(tài)。汽化后的制冷劑氣體84會(huì)向制冷劑管路的頂部上升并進(jìn)入再冷凝制冷器82中。再冷凝制冷器82運(yùn)轉(zhuǎn)，從而冷卻制冷劑氣體84，將其再冷凝成為液態(tài)制冷劑78，并從系統(tǒng)中帶走熱量。如圖9所示，液態(tài)制冷劑基本在所示管路的右邊汽化，然后上升到再冷凝制冷器82。制冷器82提供的再冷凝后的液態(tài)制冷劑通過(guò)所示管道20的左邊下降。因此，該裝置提供了制冷劑的連續(xù)循環(huán)和有效制冷。盡管需要制冷劑罐80，但是，與現(xiàn)有技術(shù)中允許磁鐵沉浸在液態(tài)制冷劑的制冷劑儲(chǔ)槽2相比，液態(tài)制冷劑78所需的容積大大減少了。
本發(fā)明裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，消除了圖1A-1B所示的在線圈和線圈架之間的摩擦界面34。由于與線圈架摩擦接觸的線圈移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生足夠多的局部加熱從而發(fā)生淬火，因此該摩擦界面在現(xiàn)有技術(shù)裝置中會(huì)導(dǎo)致發(fā)生淬火。由于在本發(fā)明中裝置中沒(méi)有該摩擦界面，因此該風(fēng)險(xiǎn)就不存在了。體積力，即作用在線圈上的電磁力，由線圈與狹板或其它機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)之間的剪切結(jié)合強(qiáng)度來(lái)限定。根據(jù)本發(fā)明別處描述的任一種方法，線圈由機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)制造并保持，并且該制造模式在不需要線圈架的前提下，提供了所需的剪切體積力。當(dāng)承受電磁載荷時(shí)，在線圈和狹板之間所需用于保持其位置的界面抗剪強(qiáng)度為大約3MPa，其通常為線圈內(nèi)部的結(jié)合方法所獲得的剪切強(qiáng)度的10％，以防止單圈線圈移動(dòng)，因此該抗剪強(qiáng)度處于現(xiàn)有技術(shù)的能力范圍內(nèi)。
在MRI系統(tǒng)中，可以通過(guò)減小磁鐵的長(zhǎng)度，來(lái)同時(shí)改善病人的舒適度和臨床醫(yī)師的可接近性。在保持場(chǎng)質(zhì)量的同時(shí)，容許這種長(zhǎng)度減小的線圈裝置可能引起線圈體積力的產(chǎn)生，其作用在軸向遠(yuǎn)離磁鐵中心的方向上。限制這些力的傳統(tǒng)方法要求在線圈末端設(shè)置另外的線圈架材料，這增加了磁鐵系統(tǒng)的長(zhǎng)度。通過(guò)利用在線圈與狹板或其它機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)之間的界面處的剪切強(qiáng)度，就可以避免使用所述另外的材料，從而獲得更短的磁鐵系統(tǒng)的長(zhǎng)度。
本發(fā)明特別提供了一種用于制造螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的方法。下面將討論本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
首先，需要使用精密模具來(lái)繞制線圈。由于不設(shè)置線圈架，因此線圈的精確尺寸和相對(duì)間隔由該模具限定，該模具必須由耐用材料非常精確地制成，從而允許使用單個(gè)模具來(lái)生產(chǎn)大量的磁鐵結(jié)構(gòu)。模具設(shè)計(jì)為可分拆式的。超導(dǎo)線纜繞制在模具中的限定位置上。通常，這些位置是模具表面上的凹槽。通過(guò)將加強(qiáng)材料繞制在線圈上，然后如下所述地浸漬樹(shù)脂，就可以將諸如狹板22的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)放置在線圈上來(lái)這樣繞制，或者將諸如加強(qiáng)樹(shù)脂合成管的支撐結(jié)構(gòu)成形在線圈上來(lái)這樣繞制。另一模具可以放置在線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上，從而形成閉合的模腔。模具內(nèi)的線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)被熱固性樹(shù)脂整體地浸漬。在樹(shù)脂硬化后，樹(shù)脂浸漬的線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)作為單一固體零件從模具中取出。浸漬步驟優(yōu)選在真空中進(jìn)行，從而避免了可能在繞制中夾帶空氣或其它氣體的氣泡，從而在最終的零件上產(chǎn)生應(yīng)力。圖6更詳細(xì)地顯示了合適的模具40。模具可以設(shè)有襯里、例如聚四氟乙烯PTFE襯里，來(lái)幫助釋放脫出最終零件。
構(gòu)造螺線管線圈裝置方法的一項(xiàng)特別優(yōu)點(diǎn)在于，線圈通過(guò)模具的形狀來(lái)精確地限定尺寸并彼此相對(duì)定位。由于線圈的定位由模具限定，并且機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)僅僅用來(lái)將線圈牢固地保持在由模具限定的其相對(duì)位置上，因此，在線圈上形成的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)本身不必具有精確的尺寸。
這點(diǎn)是特別有利的，因?yàn)楸仨毦哂芯_尺寸并且相對(duì)昂貴的模具必須重復(fù)使用多次，以便用來(lái)生產(chǎn)大量的相同螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)。到目前為止，機(jī)械支撐裝置本身已經(jīng)成為具有精確尺寸的昂貴元件。采用本發(fā)明的方法使用精確加工的模具來(lái)限定線圈的尺寸和相對(duì)位置，將允許以與現(xiàn)有制造方法相比更低的成本、更短的制造時(shí)間來(lái)生產(chǎn)精確的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)。
在生產(chǎn)具有內(nèi)勵(lì)磁線圈20a(圖2)和外屏蔽線圈20b的螺線管磁鐵時(shí)，屏蔽線圈之間的相對(duì)位置以及勵(lì)磁線圈之間的相對(duì)位置，要比屏蔽線圈與勵(lì)磁線圈之間的相對(duì)位置更重要。勵(lì)磁線圈和屏蔽線圈可以通過(guò)上述方法而分別制造并安裝在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上。
圖4顯示了機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，其可以用于將屏蔽線圈20b組件相對(duì)于勵(lì)磁線圈20a組件固定。狹板22可各自具有用于該裝配用途的固定凸耳26(如圖4所示)，其中，在固定凸耳上鉆孔，從而提供固定螺栓的孔。可選的是，孔和螺栓可以穿過(guò)狹板22本身的主體。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)熱固性樹(shù)脂用于整體封裝整個(gè)組件從而生產(chǎn)單一固體制品時(shí)，狹板22在浸漬步驟前被放置在模具中而與線圈20接觸。通常采用真空浸漬方法。線圈20可以用浸漬有熱固性樹(shù)脂的織物與狹板22連接在一起。此外，模具可以設(shè)有襯里、例如聚四氟乙烯PTFE襯里，用來(lái)輔助脫出最終零件。
在一些可選的實(shí)施例中，可以使用樹(shù)脂浸漬增強(qiáng)材料(wet lay-up)工藝，其中，樹(shù)脂作為線圈導(dǎo)體上的涂層并作為機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的一部分，它不是作為狹板上的涂層，就是作為浸漬織物或類(lèi)似材料。
狹板22傳統(tǒng)上采用擠壓鋁型材制造，其相對(duì)便宜，但具有對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)足夠的機(jī)械剛度和熱傳導(dǎo)性?？蛇x的是，狹板可以由軋制和焊接的管、或細(xì)絲繞制的管構(gòu)成。
通常在螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)中，某些線圈具有與其它線圈不同的內(nèi)徑或外徑。在這種情況下，將所有線圈都統(tǒng)一為相同的直徑從而使得軸線線圈都直接連接到直狹板上，這是十分必要的。另一種選擇是提供對(duì)應(yīng)于各種線圈直徑的成形狹板。但是，目前認(rèn)為該選擇是不經(jīng)濟(jì)的。圖3A-3B分別顯示了適用于該應(yīng)用中的直狹板和成形狹板。線圈的相應(yīng)直徑差異可以通過(guò)使用樹(shù)脂浸漬織物外包裝的填料層來(lái)校正，通常使用玻纖外包裝。這可以在線圈處于模具中時(shí)，作為樹(shù)脂浸漬織物或?qū)⒃谀＞咧薪n的干織物來(lái)添加。
根據(jù)上述方法，線圈20在模具的相應(yīng)部分內(nèi)繞制。在模具中，諸如樹(shù)脂浸漬玻纖的填料材料繞制在線圈上，從而填充到模具頂部。例如，該填料材料的深度可以在5-10mm。如圖6所示，模具可以包括具有至少一個(gè)可拆式分段42的可分拆式芯棒(mandrel)，從而允許模具從模制線圈20的內(nèi)部拆去并取出。
通過(guò)使用精密模具，使得對(duì)線圈使用相對(duì)不精確的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)和模制樹(shù)脂成為可能，其中，該支撐結(jié)構(gòu)是擠壓鋁型材或管制造的狹板。螺線管結(jié)構(gòu)特征的所有重要的相對(duì)位置由模具或其它裝配工具來(lái)限定，使得可以以相對(duì)低的單位成本生產(chǎn)螺線管磁鐵裝置，同時(shí)，可以多次重復(fù)使用相對(duì)便宜的模具和工具，用來(lái)生產(chǎn)大量螺線管磁鐵線圈組件。
可以進(jìn)一步加強(qiáng)最終結(jié)構(gòu)，以防止所使用狹板的任何嚴(yán)重變形。
如果使用采用冷卻回路的制冷器，那么就可以避免在線圈和冷卻回路之間插入可結(jié)合在狹板內(nèi)的玻纖填料層。這可以通過(guò)使用圖3B所示的成形狹板來(lái)實(shí)現(xiàn)，否則，將需要重新設(shè)計(jì)螺線管線圈結(jié)構(gòu)，以避免使用不同外徑的線圈。盡管狹板用于冷卻和機(jī)械支撐目的，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)使用12根或更多的狹板來(lái)用于機(jī)械支撐，其中至少需要6根狹板才能足夠用于冷卻用途。
在某些優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)械支撐件可以添加在組件的末端線圈上。由于所生成的磁場(chǎng)的作用，末端線圈承受著最大的機(jī)械載荷。該支撐件可以采用軋制擠出件或樹(shù)脂浸漬玻纖支撐環(huán)的形式。這些支撐件可以?shī)A持在屏蔽線圈上。
盡管總的趨勢(shì)是設(shè)計(jì)盡可能短的螺線管磁鐵，但是，長(zhǎng)度會(huì)達(dá)到一個(gè)極限，此時(shí)，末端線圈處于傾向于將其推離磁鐵主體的排斥力下。在這種情況下，線圈的外表面上需要安裝機(jī)械保持裝置，其至少部分地阻止了通過(guò)將末端線圈放置就位所獲得的尺寸減小。
包括外屏蔽線圈及其支撐狹板的組件可以以下面的方式來(lái)裝配，如圖7的剖視圖所示。線圈架50設(shè)置有空腔52，用于容納狹板22的至少部分長(zhǎng)度。狹板22放置在線圈架50的空腔52內(nèi)，線圈20b繞制在線圈架50上且位于狹板22之上。在上述用于其它線圈的模式的單一工藝中，對(duì)線圈20b進(jìn)行浸漬并且將線圈與狹板連接在一起?？梢栽O(shè)置支柱或輻板將兩個(gè)組件機(jī)械保持在一起第一組件包括用狹板保持在一起的勵(lì)磁線圈，以及用另外的狹板保持在一起的屏蔽線圈。上面參考附圖4論述了合適的裝置。在某些實(shí)施例中，狹板可以用加強(qiáng)材料、例如玻纖織物構(gòu)造而成，其在上述方法中浸漬在樹(shù)脂中，以便提供加強(qiáng)樹(shù)脂狹板。
圖8A-8D顯示了本發(fā)明的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的制造方法的步驟的幾個(gè)視圖，其中，機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)由加強(qiáng)樹(shù)脂管102構(gòu)成。圖8A和圖8B分別顯示了在制造本發(fā)明螺線管磁鐵線圈組件的過(guò)程中用線圈和支撐結(jié)構(gòu)填充的模具的局部端視圖和部分軸向剖視圖，該螺線管磁鐵線圈具有加強(qiáng)樹(shù)脂管的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)102。模具包括用于夾持工具分段82、84的內(nèi)管部件80。管部件80可以是完整的圓柱管，或分割成幾段。在使用中，管部件80和工具分段82、84通過(guò)可分離機(jī)械保持機(jī)構(gòu)、例如所示螺栓86而保持在一起，從而形成模具的大致圓柱形內(nèi)表面。
如圖8B所示，工具分段具有空腔88和空腔92，其中，空腔88用于在線圈繞制在模具上時(shí)保持線圈90，空腔92用于保持導(dǎo)線和其它服務(wù)構(gòu)件?？梢灾圃鞂?zhuān)用裝置來(lái)容納末端線圈94。如圖所示，臺(tái)階96可以分為工具分段82、84的末端和扁平的工具尾端件98，從而在繞制線圈時(shí)封閉起容納末端線圈94的空腔，其中扁平工具尾端件連接在管部件80的末端。填料材料襯套104在內(nèi)線圈繞制后壓入，從而提供了用于末端線圈繞組的支撐。
在線圈90、導(dǎo)線和服務(wù)構(gòu)件92頂部的上方放置有填料材料104。該填料材料104通常是玻纖織物，但可以是與所用樹(shù)脂兼容的其它類(lèi)型的填料材料，其具有可接受的熱膨脹系數(shù)。提供了模具外部100，用于環(huán)繞工具分段，并與工具分段82、84和尾端件98(如果有的話(huà))一起限定模腔99。盡管工具分段82、84必須精確成形并精確放置，但是，不必對(duì)模具外部100的位置和形狀使用該等級(jí)的精度。
如圖8B所示，模腔99由工具分段82、84和模具外部100和尾端件98(如果有的話(huà))來(lái)限定。模腔的開(kāi)口設(shè)置在某個(gè)位置108、例如在其末端。開(kāi)口可能穿過(guò)模具外部。浸漬槽110環(huán)繞模具結(jié)構(gòu)而固定，浸漬樹(shù)脂從浸漬槽通過(guò)開(kāi)口108而壓入模具中，從而整體地浸漬線圈90、導(dǎo)線和服務(wù)構(gòu)件92以及填料材料104，以便制造包括線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的螺線管磁鐵的單一固定零件。一旦完全浸漬好組件并且填充好樹(shù)脂后，從形成的模制結(jié)構(gòu)上取下各種模具零件82、84、98、100。首先，從模具中取出浸漬槽108和尾端件98。模具外部100也可以在該階段同時(shí)取下，或稍后取下。參考圖8A、8B，管部件80通常從工具分段上分離。如果管部件80是單一件，則它可以從組件的中心孔中滑出。如果管部件80分成段，則這些段可以在拆卸之后從孔中取出。然后從模制零件中取出工具分段82、84。在圖8A所示的示例中，工具分段82在遠(yuǎn)離模具孔中心的方向上縮減變窄。所以，應(yīng)該首先取出該段，從而提供取出其余工具分段84的間隙。
圖8C顯示了使用上述方法生產(chǎn)的螺線管線圈組件111的示例。線圈90浸漬在樹(shù)脂中并具有由工具分段82、84的精確曲面所限定的尺寸。他們通過(guò)浸漬樹(shù)脂結(jié)合成機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)112，并且由充滿(mǎn)填料材料的浸漬樹(shù)脂組成。由樹(shù)脂浸漬提供的在線圈和狹板之間的機(jī)械連接的剪切強(qiáng)度在兩個(gè)方向上是等效的。線圈因此通過(guò)機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)而剛性地固定在精確的相對(duì)位置上。末端線圈94由另一個(gè)不同的結(jié)構(gòu)保持。提供了更厚的填料層114，用來(lái)與末端線圈相鄰并通過(guò)浸漬樹(shù)脂結(jié)合于其上。在末端線圈的外圓周上設(shè)置有另一個(gè)填料層116，其通過(guò)浸漬樹(shù)脂與末端線圈相結(jié)合。
圖8D顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的屏蔽線圈設(shè)置的部分截面。屏蔽線圈118浸漬在樹(shù)脂中，并通過(guò)樹(shù)脂與機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)120相結(jié)合。圖中顯示該結(jié)構(gòu)安裝在設(shè)有定位機(jī)構(gòu)124的容器122內(nèi)部。
在涉及圖8A-8D所描述的各種方法中，可以設(shè)置填料材料104和模具100，使得與圖2或圖7所示相類(lèi)似的裝置中生產(chǎn)大量的加強(qiáng)樹(shù)脂狹板，而不是生產(chǎn)完整的加強(qiáng)樹(shù)脂管102，其中，該狹板不是位于線圈90的外表面上就是位于其內(nèi)表面上。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考應(yīng)用于諸如核磁共振(NMR)或磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的螺線管磁鐵進(jìn)行了具體描述，但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于制造螺線管磁鐵線圈和螺線管磁鐵線圈本身的任何應(yīng)用，特別是那些需要精確的線圈對(duì)準(zhǔn)的應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1.一種制造螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的方法，包括下面的步驟提供其中用來(lái)繞制線圈的可分拆式模具(40)；在所述模具中將導(dǎo)線繞制到限定位置(88)；將機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(104、22)放置在這樣繞制成的線圈上；將線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)用熱固性樹(shù)脂來(lái)浸漬；使熱固性樹(shù)脂硬化；分拆模具，將包括樹(shù)脂浸漬線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的所得螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)作為單一固體零件從所述模具中取出。
2.一種制造螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的方法，包括下面的步驟提供其中用來(lái)繞制線圈的可分拆式模具(40)；將機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(104、22)放置到模具中的限定位置(52)上；將導(dǎo)線(20b)繞制在這樣放置的所述機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上；將所述線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)用熱固性樹(shù)脂來(lái)浸漬；使熱固性樹(shù)脂硬化；分拆模具，將包括樹(shù)脂浸漬線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的所得螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)作為單一固體零件從所述模具中取出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述模具包括具有至少一個(gè)可拆式分段(42、82)的可分拆式芯棒，從而允許所述模具可以拆卸并從螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)部取出。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在所述模具中設(shè)置有用于保持導(dǎo)線和其它服務(wù)構(gòu)件的空腔(92)。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述限定位置是模具表面上的凹槽。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)線是超導(dǎo)體。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，將另一模具(100)放置在線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上，從而形成閉合模腔(99)。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，浸漬步驟在真空中進(jìn)行。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，模具設(shè)置有襯里，幫助用于將螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)從模具中脫出。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，浸漬步驟通過(guò)樹(shù)脂浸漬增強(qiáng)材料工藝來(lái)執(zhí)行，其中，熱固性樹(shù)脂作為涂層而涂覆在導(dǎo)線上并且作為機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的一部分，它是作為狹板(22)上的涂層或浸漬織物(104)或類(lèi)似的材料。
11.一種制造螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的方法，該螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)具有大致圓柱形的線圈(20a、98)內(nèi)組，以及同心地環(huán)繞所述內(nèi)組的大致圓柱形的線圈(20b、118)外組，該方法包括下面的步驟根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，來(lái)生產(chǎn)包括所述線圈內(nèi)組的第一螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)(111)；根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，來(lái)生產(chǎn)包括所述線圈外組的第二螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)(120)；將第一和第二螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)用合適的另一機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(24、26、28)而機(jī)械連接在一起。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)包括設(shè)置成平行于螺線管結(jié)構(gòu)的軸線的狹板(22)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，狹板被制成為擠壓鋁型材、或軋制且焊接的管、或細(xì)絲繞制的管。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，某些線圈具有與其它線圈不同的直徑，這些線圈的相關(guān)直徑差異通過(guò)填料層的使用來(lái)補(bǔ)償。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述填料層包括樹(shù)脂浸漬織物外包裝層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，當(dāng)線圈處于模具中時(shí)，樹(shù)脂浸漬織物外包裝層作為樹(shù)脂浸漬織物或?qū)⒃谀＞咧薪n的干織物來(lái)添加。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的末端線圈通過(guò)與末端線圈相鄰的填料層(114)而保持在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上，并通過(guò)浸漬樹(shù)脂與其結(jié)合，另一個(gè)位于末端線圈外圓周上的填料層(116)通過(guò)浸漬樹(shù)脂與末端線圈相結(jié)合。
18.一種螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，包括繞制成線圈的導(dǎo)線；位于線圈上的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(104、22)，整個(gè)結(jié)構(gòu)整體地用熱固性樹(shù)脂來(lái)浸漬。
19.一種螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(104、22)；在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上繞制成線圈(20b)的導(dǎo)線，整個(gè)結(jié)構(gòu)整體地用熱固性樹(shù)脂來(lái)浸漬。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，另外的電導(dǎo)線保持在熱固性樹(shù)脂內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)線是超導(dǎo)體。
22.根據(jù)權(quán)利要求18-21中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)具有大致圓柱形的線圈(20a、98)內(nèi)組，以及同心地環(huán)繞所述內(nèi)組的大致圓柱形的線圈(20b、118)外組，所述螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)包括根據(jù)權(quán)利要求18-22中任一權(quán)利要求所述的，包括所述線圈內(nèi)組的第一螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)(111)；根據(jù)權(quán)利要求18-22中任一權(quán)利要求所述的，包括所述線圈外組的第二螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)(120)；和合適的另外的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)(24、26、28)，其將所述第一和第二螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)機(jī)械連接起來(lái)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18-22中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)包括設(shè)置成平行于所述螺線管結(jié)構(gòu)的軸線的狹板(22)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，狹板被制成為擠壓鋁型材、或軋制且焊接的管、或細(xì)絲繞制的管。
25.根據(jù)權(quán)利要求23-24中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，狹板具有加強(qiáng)樹(shù)脂，其由浸漬有熱固性樹(shù)脂的填料材料組成。
26.根據(jù)權(quán)利要求18-22中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)包括加強(qiáng)樹(shù)脂管。
27.根據(jù)權(quán)利要求18-26中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，一些線圈具有與其它線圈不同的直徑，線圈的相關(guān)直徑差異通過(guò)填料層的使用來(lái)補(bǔ)償。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述填料層包括樹(shù)脂浸漬織物外包裝層。
29.根據(jù)權(quán)利要求18-28中任一權(quán)利要求所述的螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)，其特征在于，螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的末端線圈通過(guò)與末端線圈相鄰的填料層(114)而保持在機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)上，并通過(guò)浸漬樹(shù)脂與其相結(jié)合，另一位于末端線圈外圓周上的填料層(116)通過(guò)浸漬樹(shù)脂與末端線圈相結(jié)合。
全文摘要
一種制造螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)的方法，包括下面的步驟提供其中用來(lái)繞制線圈的可分拆式模具；在所述模具中將導(dǎo)線繞制到限定位置；將機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)放置在這樣繞制成的線圈上；將線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)用熱固性樹(shù)脂來(lái)浸漬；使熱固性樹(shù)脂硬化；分拆模具，將包括樹(shù)脂浸漬線圈和機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)的所得螺線管磁鐵結(jié)構(gòu)作為單一固體零件從所述模具中取出。
文檔編號(hào)G01R33/28GK101075497SQ200710097199
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者S·J·卡爾弗特, J·諾伊斯, A·M·托馬斯 申請(qǐng)人:西門(mén)子磁體技術(shù)有限公司