本實用新型涉及用來通過容器的壁提供導(dǎo)電路徑的電流饋通件(current feed-through)，該路徑與容器本身電性隔離。

背景技術(shù)：

特別地，本實用新型涉及這樣的電流饋通件，其適合于向真空容器或冷凍劑容器內(nèi)超導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供電流、并且從真空容器或冷凍劑容器內(nèi)超導(dǎo)結(jié)構(gòu)移除電流。

特別地，例如，在用于MRI系統(tǒng)的現(xiàn)代超導(dǎo)磁體的情況下，可能需要提供來自被包含在一個致冷劑容器中的超導(dǎo)線圈組件的電流路徑、和可以在冷凍劑容器外部提供或甚至圍合在第二冷凍劑容器內(nèi)的超導(dǎo)開關(guān)。

盡管MRI磁體提供了本實用新型的使用的可能的領(lǐng)域的示例，但是本實用新型并不限于使用這種領(lǐng)域，并且可以在許多其它情況下被應(yīng)用。

在以下各項中描述了電流饋通件的示例：MESSER GRIESHEIM GMBH MESG-S歐洲專利EP 0 510 397；MDC Vacuum Ltd目錄(www.mdcvacuum.co.uk)的第6.5章節(jié)；以及M.Kuchnir在http://1ss.fnal.gov/archive/tm/TM-0596.pdf的“Fabrication of Cryogenic Electrical Feedthroughs”FERMILAB TM-596 8/8/75。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

優(yōu)選的是，這樣的饋通應(yīng)當在超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)開關(guān)的操作溫度下具有最小可能電阻。饋通必須能夠支撐一側(cè)上的真空和另一側(cè)上的制冷劑壓力。因此，本實用新型提供了如在所附權(quán)利要求定義的結(jié)構(gòu)和裝置。

本公開的一個方面提供了一種電流饋通件，包括：-安裝特征件(10)；-構(gòu)件(18)，能夠從安裝特征件(10)的兩側(cè)訪問；-電隔離件(20)，連接相應(yīng)位置中的安裝特征件和構(gòu)件，以確保安裝特征件和構(gòu)件之間的機械完整性和電性隔離，其特征在于，構(gòu)件包括孔(24)，其中，超導(dǎo)線(30)位于孔(24)中并且能夠從安裝特征件(10)的兩側(cè)訪問。

根據(jù)本公開的一個實施例，孔具有以預(yù)先確定的間隙與超導(dǎo)線(30)的橫截面緊密匹配的橫截面。

根據(jù)本公開的一個實施例，孔(24)具有大致為矩形的橫截面。

根據(jù)本公開的一個實施例，構(gòu)件(18)是導(dǎo)電的。

根據(jù)本公開的一個實施例，導(dǎo)電構(gòu)件在構(gòu)件和超導(dǎo)線之間提供有電性隔離層。

根據(jù)本公開的一個實施例，構(gòu)件(18)由陶瓷制成。

根據(jù)本公開的一個實施例，超導(dǎo)線(30)被焊接或釬焊到構(gòu)件以提供密封。

根據(jù)本公開的一個實施例，超導(dǎo)線通過樹脂被結(jié)合并且密封到構(gòu)件。

根據(jù)本公開的一個實施例，安裝特征件(10)和電隔離件(20)是單件的電性隔離材料。

根據(jù)本公開的一個實施例，該電流饋通件還包括將電隔離件(20)鏈接到構(gòu)件(18)的帽件(22)，帽件(22)被密封到構(gòu)件和電隔離件。

根據(jù)本公開的一個實施例，電隔離件(20)被直接結(jié)合到構(gòu)件(18)。

根據(jù)本公開的一個實施例，構(gòu)件(18)在其長度的一部分上是中空的，具有超導(dǎo)線(30)所通過的內(nèi)部腔體(34)。

根據(jù)本公開的一個實施例，在腔體內(nèi)提供保持件(33)，以保持超導(dǎo)線相對于構(gòu)件(18)相對固定。

根據(jù)本公開的一個實施例，提供填充材料以保持超導(dǎo)線在腔體內(nèi)的適當位置。

根據(jù)本公開的一個實施例，填充材料包括焊料或熱固性樹脂。

根據(jù)本公開的一個實施例，構(gòu)件(18)的一個端部提供有由圍堰或唇緣(37)所包圍的卡部(35)。

本公開的一個方面還提供了一種電流饋通件，包括：-安裝特征件(10)；-電隔離件(20)，連接到安裝特征件并且包括通孔；其特征在于：超導(dǎo)線(30)位于通孔中并且穿過其中，超導(dǎo)線(30)被密封到電隔離件并且能夠從安裝特征件(10)的兩側(cè)訪問。

根據(jù)本公開的一個實施例，通孔具有以預(yù)先確定的間隙與超導(dǎo)線(30)的橫截面緊密匹配的橫截面。

本公開的一個方面還提供了一種電流饋通件，包括：-安裝特征件(10)；-構(gòu)件(18)，能夠從安裝特征件(10)的兩側(cè)訪問；-電隔離件(20)，連接相應(yīng)位置中的安裝特征件和構(gòu)件以確保安裝特征件和構(gòu)件之間的機械完整性和電性隔離，其特征在于，構(gòu)件包括形成在構(gòu)件的外周的凹槽(36)，其中，放置超導(dǎo)線(30)并且提供填充材料(32)以保持超導(dǎo)線在適當位置，使得超導(dǎo)線能夠從安裝特征件(10)的兩側(cè)訪問。

根據(jù)本公開的一個實施例，構(gòu)件(18)在其長度的一部分上具有減少的直徑(d')，并且在其長度的另一部分上具有較大的直徑(d)。

根據(jù)本公開的一個實施例，僅在較大的直徑的部分中形成凹槽(36)。

根據(jù)本公開的一個實施例，管子(38)在構(gòu)件(18)周圍被提供并且被結(jié)合到構(gòu)件。

根據(jù)本公開的一個實施例，該電流饋通件還包括管子(38)，管子(38)在構(gòu)件(18)和超導(dǎo)線(30)周圍、并且被結(jié)合到構(gòu)件和超導(dǎo)線。

附圖說明

結(jié)合附圖，本實用新型的上述和進一步的目的、特點和優(yōu)勢將從其某些實施例的以下描述變得更加清楚，其中：

圖1A至圖1E示出了可以通過本實用新型改善的示例電流饋通件；

圖2A至圖2F以軸向橫截面示出了根據(jù)本實用新型的相應(yīng)的實施例的修改的導(dǎo)電構(gòu)件；

圖2G示出了在諸如圖2D、圖2F所示的實施例中任選地使用的間隔件的軸向視圖；

圖3A至圖3F示出了與相應(yīng)的圖2A至圖2F所示的布置相對應(yīng)的修改的導(dǎo)電構(gòu)件的端視圖；

圖4示出了本實用新型的實施例的電流饋通件的軸向剖視圖；

圖5示出了本實用新型的另一實施例的電流饋通件的軸向剖視圖；

圖6示出了在組裝諸如圖5所示的電流饋通件中的早期步驟；

圖7示出了本實用新型的另一變型的示例的軸向橫截面；

圖8示出了圖7的實施例的軸向端視圖；和

圖9示出了本實用新型的又一變型的軸向剖視圖。

具體實施方式

根據(jù)本實用新型，提供了一種超導(dǎo)電流饋通件，由此可以在位于冷凍劑容器內(nèi)的超導(dǎo)磁體線圈和位于該冷凍劑容器外部(可能位于另一冷凍劑容器內(nèi))的超導(dǎo)開關(guān)之間建立連續(xù)超導(dǎo)回路(circuit)。

為了啟動這種回路，本實用新型提供了一種電流饋通件，其能夠以冷凍劑密封方式密封住冷凍劑容器的壁并且在其操作溫度下是超導(dǎo)的。

所期望的是，連續(xù)超導(dǎo)路徑將超導(dǎo)開關(guān)接合到超導(dǎo)磁體線圈。這可能需要至少兩個超導(dǎo)饋通件以穿過氣密屏障，該氣密屏障是制冷劑密封的并且電性地隔離超導(dǎo)電流路徑和該屏障。

在圖1A至圖1E中示出了不是根據(jù)本實用新型的電流饋通件的示例。在每一種情況下，該結(jié)構(gòu)繞軸線A-A轉(zhuǎn)動地對稱的。安裝凸緣10被提供。它承載密封12和使其能夠安裝到密封屏障16的安裝特征件(諸如通孔14)，該密封屏障16可以是冷凍劑容器的壁。密封可以由聚合物、銦、銅或任何合適的材料制成。導(dǎo)電構(gòu)件18提供可從安裝凸緣10的兩側(cè)、并且一旦被安裝則可從密封屏障16的兩側(cè)訪問的電流路徑。電隔離件(isolator)20保持凸緣和導(dǎo)電構(gòu)件在它們相應(yīng)位置中，在它們之間提供氣密密封，并且確保凸緣和導(dǎo)電構(gòu)件之間的電性隔離。在一些實施例中，可以以涂層的形式在導(dǎo)電構(gòu)件18上提供電隔離件20。通過示例，這種涂層可以是陶瓷涂層、或聚合物涂層或陽極氧化。電隔離件可以由陶瓷或其它機械堅固的電性絕緣材料制成。在一些布置中，凸緣10可以由電性絕緣材料制成。在一些這樣的布置中，如附圖所圖示的，電隔離件20和凸緣10可以組合成單件。在其它布置中，凸緣10和電隔離件20可以是不同的部件。在諸如圖1A、圖1B所示的重新布置中，電隔離件20可以直接被結(jié)合到導(dǎo)電構(gòu)件18，例如，通過焊料、樹脂、釬焊。圖1C示出了備選結(jié)構(gòu)，其中，安裝特征件包括可以螺紋連接到在密封屏障16中提供的螺紋接口13上的螺紋套環(huán)(collar)11。擰緊螺紋套環(huán)11壓縮安裝凸緣10和螺紋接口13之間的密封12。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的，可以采用其它安裝特征件。

可替代地，如同在諸如圖1D、圖1E所示的結(jié)構(gòu)中一樣，可以提供優(yōu)選由金屬制成的帽件22以將電隔離件20鏈接到導(dǎo)電構(gòu)件18。帽件22必須被氣密地密封到導(dǎo)電構(gòu)件18和電隔離件20兩者。這可以例如通過焊料、樹脂、釬焊來實現(xiàn)。

上文所描述的結(jié)構(gòu)中的至少一些結(jié)構(gòu)類似于上文所提及的現(xiàn)有技術(shù)中所描述的結(jié)構(gòu)中的一些結(jié)構(gòu)。

上述結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電構(gòu)件18，典型地由銅或鋁制成。然而，如上文所討論的，本實用新型的目的是啟動允許組裝橫穿氣密屏障16(諸如冷凍劑容器的壁)的完整超導(dǎo)回路路徑的電流饋通件。本實用新型提供一種具有適合于包括在超導(dǎo)回路中的超導(dǎo)電流路徑的電流饋通件，該超導(dǎo)回路包括橫穿氣密屏障16(諸如冷凍劑容器的壁)的完整超導(dǎo)電流路徑。

超導(dǎo)線通常以載體材料(諸如銅或鋁)的形式，其包含細股超導(dǎo)材料。盡管其它橫截面(諸如圓形)是可用的，但是這種線的橫截面通常大致為矩形。

這在導(dǎo)電構(gòu)件被組裝到電流饋通件之前或之后，通過將一段超導(dǎo)線嵌入在諸如上文所描述的導(dǎo)電構(gòu)件內(nèi)由諸如上文所描述的饋通件的修改來實現(xiàn)。

在某些實施例中，電流饋通件可以被安裝在密封屏障16上，超導(dǎo)回路被組裝，并且超導(dǎo)線通過導(dǎo)電構(gòu)件中的孔以在原位被密封在適當位置。在其它實施例中，饋通件使用一段嵌入在導(dǎo)電構(gòu)件中的超導(dǎo)線材進行組裝，但是從其每個端部突出，使得可以提供本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)接頭以完成超導(dǎo)回路。在又一實施例中，饋通件使用一段嵌入導(dǎo)電構(gòu)件中的超導(dǎo)線材進行組裝，而沒有從其每個端部突出，使得可以提供本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何結(jié)構(gòu)的接頭以完成回路，可能包括穿過導(dǎo)電構(gòu)件的材料(不是超導(dǎo)的而是電阻非常低的)的一短段電流路徑。

在以下描述中，本實用新型的實施例僅參照對諸如圖1A至圖1E所圖示的饋通件的導(dǎo)電性構(gòu)件18做出的修正進行描述。根據(jù)本實用新型修正的導(dǎo)電構(gòu)件可以并入到類似于上文所描述并且圖1A至圖1E所圖示的那些的若干個不同饋通件中。

圖2A至圖2F示出了根據(jù)本實用新型的示例的導(dǎo)電構(gòu)件18的軸向橫截面。

圖3A至圖3F示出了X方向上的對應(yīng)的軸向視圖。

圖2A圖示了被修改成具有中心孔24的導(dǎo)電構(gòu)件18的基本示例。超導(dǎo)線30穿過該孔。超導(dǎo)線30通過焊料32或其它合適的密封材料被密封到孔。圖3A-圖3AA示出了沿X方向截取的某些實施例的示例視圖，其以橫截面的形式示出了導(dǎo)電構(gòu)件18、超導(dǎo)線30和焊料32。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所眾所周知的，超導(dǎo)線典型地包括嵌入在電阻護套材料(諸如銅或鋁)內(nèi)的超導(dǎo)細絲(filament)31。

在圖3A-圖3AA所圖示的示例中，孔24的橫截面是圓形的，而超導(dǎo)線30的橫截面可以是圓形的或矩形的，使用焊料或其它密封材料32被密封到孔中。

圖2B和圖3B示出了另一示例的對應(yīng)視圖。在該示例中，孔24的橫截面大致為矩形：實際上，帶圓角的矩形的形狀。這與超導(dǎo)線30的橫截面緊密匹配，意味著矩形橫截面的超導(dǎo)線可以容納有厚度一致的焊料層。其它橫截面形狀的超導(dǎo)線可以類似地容納在對應(yīng)形狀的孔24內(nèi)。

圖2C和圖3C示出了類似于圖2B和圖3B所示的視圖的示例，但是，其中超導(dǎo)線30沒有突出超過導(dǎo)電構(gòu)件18的端部。圖3C所示的方向X上的視圖與圖3B所示的視圖相對應(yīng)。

圖2D示出了其中導(dǎo)電構(gòu)件18在其長度的一部分上是中空的示例，如圖所示，超導(dǎo)線30可以通過的內(nèi)部腔體34沒有被支撐(如圖示的)，或可以提供填充材料(諸如焊料或熱固性樹脂)以將超導(dǎo)線保留在適當位置?？s短的孔24以類似于參照圖2A至圖2C所討論的方式延伸穿過導(dǎo)電構(gòu)件的其它方式封閉的部分。在圖3D中再次示出了方向X上的視圖。中空段可以被定位在饋通件的致冷劑側(cè)上，以使腔體34的內(nèi)部表面與冷卻劑(其可以以氣體或液體形式)接觸，并且因此被非常良好冷卻。孔24的有限長度減少了所需要的焊料或其它密封材料的量。更短的孔還在導(dǎo)電構(gòu)件18和線30之間引起更一致的密封的形成，潤濕性更好并且空隙更少。這部分地是因為孔24較短，所以只需要形成較短的密封；并且部分地是因為導(dǎo)電構(gòu)件18的降低的質(zhì)量意味著它更容易加熱到有效焊接所需要的溫度。只有包含孔24的導(dǎo)電構(gòu)件18的該部分需要被加熱，不同于其中導(dǎo)電構(gòu)件18的整個長度需要被加熱用于有效焊接的上文所描述的實施例。

可以在腔體34內(nèi)提供保持件(retainer)33，以保持超導(dǎo)線30相對于導(dǎo)電構(gòu)件18相對固定。該保持件的材料相對不重要，但應(yīng)該在冷凍溫下是穩(wěn)定的。銅、PTEF或其它聚合物可以是合適的。圖2G示出了示例間隔件33的軸向視圖，具有中心孔33a以容納超導(dǎo)線，其具有通路33b以允許冷卻劑通過、進入并且離開腔體34。

圖2E、圖3E示出了備選布置，其中，凹槽36被形成在導(dǎo)電構(gòu)件18的外周上，超導(dǎo)線30被放置到凹槽中并且提供諸如焊料或樹脂之類的密封材料32以將超導(dǎo)線保持在適當位置。

圖2F和圖3F示出了圖2D的布置的改進變型，其中，導(dǎo)電構(gòu)件18的一端提供有由圍堰(bund)或唇緣(lip)37圍繞的卡部(detent)35，卡部35用于將超導(dǎo)線30組裝到導(dǎo)電構(gòu)件18中。導(dǎo)電構(gòu)件豎直最高布置有卡部35。然后，超導(dǎo)線30通過孔24。預(yù)先確定數(shù)量的焊料被放置在卡部中并且結(jié)構(gòu)被加熱。優(yōu)選地，超導(dǎo)線30緊密配合在孔24內(nèi)，在孔的壁和超導(dǎo)線的表面之間有預(yù)先確定的間隙。應(yīng)當選擇孔24的橫截面以匹配超導(dǎo)線24的橫截面。一旦被加熱，熔融焊料就吸附到超導(dǎo)線30和孔24的壁之間。預(yù)先確定數(shù)量的焊料可以是測量質(zhì)量、或測量長度的已知規(guī)格的焊線。通過控制所采用的焊料的質(zhì)量，可以確保提供足夠的焊料以在超導(dǎo)線30和導(dǎo)電構(gòu)件18之間進行密封，但不會太多以致于過量的焊料呈現(xiàn)困難?？梢詫崿F(xiàn)一致密封，因為清楚的是合適數(shù)量的焊料是否已經(jīng)吸附到間隙中。

圖4示出了本實用新型的實施例的電流饋通件的軸向剖視圖，并入類似于以橫截面示出的參照圖2F所討論的那個的導(dǎo)電構(gòu)件18?？?4內(nèi)的臺階特征件23減少了焊料或樹脂沿著孔24之外的超導(dǎo)線30吸附的趨勢，并且?guī)椭ㄟ^確保在孔24內(nèi)提供已知數(shù)量的焊料或其它密封劑來提供可靠密封。凸緣10可以被布置成用于使用密封12(諸如聚合物、銦或銅)夾緊。

圖5示出了本實用新型的實施例的饋通件的軸向剖視圖，并入類似于參照圖2F所討論的那個的導(dǎo)電性構(gòu)件18。在該布置中，包括容納超導(dǎo)線30的凹槽36的導(dǎo)電構(gòu)件18被放置在管子38內(nèi)。該管子38可以是導(dǎo)電的，例如，由銅或鋁制成。它可以被密封到帽件22或電隔離件20，并且還通過一層焊料、樹脂或另一密封材料32被密封到導(dǎo)電構(gòu)件18。它可以被認為是導(dǎo)電構(gòu)件18的一部分。可替代地，管子38可以由陶瓷或另一電性隔離材料制成，在這種情況下，管子38可以替代電隔離件20。

圖6示出了在組裝諸如圖5所示的電流饋通件中的早期步驟。在該實施例中，如同圖5一樣，導(dǎo)電構(gòu)件18的直徑d'在其長度的一部分上減少，并且直徑d在其長度的另一部分上較大。在該示例中，只在較大直徑部分中形成凹槽，而超導(dǎo)線30沿著小直徑部分擱置在導(dǎo)電構(gòu)件的外周上。導(dǎo)電構(gòu)件18和超導(dǎo)線30可以通過焊接或在如上文所描述的電流饋通件中添加樹脂被組裝在一起。

管子38可以被密封到帽件22或電隔離件20。圖6所示的子組件可以在管子38內(nèi)部滑動，并且通過適當?shù)姆椒?諸如焊接、樹脂結(jié)合或釬焊)被密封到該管子。在其它實施例中，構(gòu)件18(諸如圖1A至圖4所示)可以被放置在管子38內(nèi)部并且以適當?shù)姆绞?諸如通過焊接、樹脂結(jié)合或釬焊)被密封到管子38。

在特別優(yōu)選的實施例中，本實用新型提供了具有實心導(dǎo)電構(gòu)件的電流饋通件，其中，凹槽36或孔24被切割以與超導(dǎo)線的橫截面相對應(yīng)，該超導(dǎo)線以用于有效吸附焊料或其它密封材料的預(yù)先確定的間隙被放置在凹槽或孔中。

必須謹慎選擇密封材料32，以使超導(dǎo)線沒有被過高溫度損壞；以使材料在環(huán)境溫度下提供了可靠密封，而在尚未遭受長期蠕變的冷凍溫度下保持延展性。

合適的材料包括具有在低溫下保持延展性的高鉛(Pb)含量的焊料。

在另一實施例中，如圖7中的軸向橫截面和圖8中的軸向端視圖所示，電流導(dǎo)通件可以縮放使得不再需要構(gòu)件18，并且超導(dǎo)線30 本身可以被密封到至帽件22的饋通件中。

圖9示出了其中不使用帽件22、并且超導(dǎo)線通過焊料或其它密封材料32直接被密封到電隔離件20的示例。

可以發(fā)現(xiàn)，倘若特別小心將線密封到電隔離件20或帽件22上，則盡管可以使用矩形或其他截面的超導(dǎo)線，但是如果使用具有圓形橫截面的超導(dǎo)線30，則諸如圖7至圖9所圖示的實施例更易于制造。

優(yōu)選地，電隔離件20或帽件22提供有孔，其具有的孔的尺寸提供與超導(dǎo)線有預(yù)先確定的間隙，以使得能夠通過焊料、樹脂、釬焊等進行有效密封。電隔離件20實際上可以作為導(dǎo)電構(gòu)件18上的涂層提供，并且通過將電隔離件密封到凸緣20或甚至引導(dǎo)到密封屏障16來完成饋通件。該涂層可以例如由陶瓷或聚合物制成，但是必須在冷凍溫度下電性絕緣且穩(wěn)定。

在所有情況下，超導(dǎo)線30的長度可以例如為5-10米，從而允許大量導(dǎo)線用以接合到超導(dǎo)回路的其它部分。

盡管上述實施例已經(jīng)參照導(dǎo)電構(gòu)件進行了討論，但是在備選實施例中，該導(dǎo)電構(gòu)件18可以被非導(dǎo)電性構(gòu)件(諸如陶瓷)取代。超導(dǎo)線30可以通過焊接、釬焊或樹脂密封到陶瓷構(gòu)件。使用焊接到超導(dǎo)線的導(dǎo)電構(gòu)件18具有的優(yōu)勢是如果饋通件中的超導(dǎo)線驟冷(quench)，則提供電阻非常低的電流路徑的優(yōu)點。然而，在不需要這樣的電流路徑的情況下，使用陶瓷構(gòu)件可以提供一種重量輕并且廉價的備選物。

在又一實施例中，還可以使用導(dǎo)電構(gòu)件，但是與超導(dǎo)線電性隔離。這可以使用陽極氧化鋁構(gòu)件、或涂覆有陶瓷或氧化物的銅構(gòu)件來實現(xiàn)。

盡管本實用新型已經(jīng)參照有限數(shù)目的示例性實施例進行了描述，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，其它實施例在由所附權(quán)利要求限定的本實用新型的范圍內(nèi)將是清楚的。