一种真空直通组件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种真空直通组件及其制造方法，所述真空直通组件包括：导体，所述导体具有螺纹外径端；塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
【专利说明】一种真空直通组件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种真空直通(feed-through)组件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]真空直通组件用于需要在真空环境中直通电力或电流的任何系统或应用中。现有技术的真空直通组件基于将不锈钢管或波纹管的一端铜焊到陶瓷环的外径，所述陶瓷环铜焊到铜棒的外径。将这些部件连接在一起以使真空紧密接合而所需的铜焊操作十分复杂、耗时并且昂贵。此外，陶瓷环非常易碎，当接头承受震动或振动负载时，陶瓷通常断裂或者连接失败。
[0003]在烘箱中执行铜焊十分昂贵且耗时，并且陶瓷十分昂贵。某些情况下，尤其是在用于低温组件中时，如果发生移动和侧向负载，则陶瓷会断裂并且发生故障。故障十分严重，因为不再真空。在使用陶瓷密封件时发生破裂和泄漏问题是不可接受的。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方面，提供一种真空直通组件，包括:导体，所述导体具有螺纹外径端；塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
[0005]进一步的，所述的真空直通组件包括:外壳，所述外壳具有螺纹内径端；以及其中所述塑料密封件包括螺纹外径，所述螺纹外径与所述外壳的所述螺纹内径端匹配，并且所述外壳容纳所述塑料密封件和所述导体。
[0006]进一步的，所述塑料密封件的所述螺纹外径通过环氧树脂粘合到所述外壳的所述螺纹内径。
[0007]进一步的，所述外壳包括波纹管。
[0008]进一步的，所述波纹管包括不锈钢波纹管。
[0009]进一步的，所述外壳和所述波纹管包括不锈钢。
[0010]进一步的，所述塑料密封件包括玻璃钢。
[0011]进一步的，所述环氧树脂包括陶瓷填充环氧树脂。
[0012]进一步的，所述导体包括铜。
[0013]进一步的，所述导体包括挠性导体和刚性导体中的一者。
[0014]根据本发明的另一个方面，提供一种制造真空直通组件的方法，所述方法包括:将环氧树脂涂到导体的螺纹外径端、塑料密封件的螺纹内径、所述塑料密封件的螺纹外径以及外壳的螺纹内径端；将所述导体的所述螺纹外径端与所述塑料密封件的所述螺纹内径螺纹接合；以及将所述塑料密封件的所述螺纹外径与所述外壳的所述螺纹内径端螺纹接合。
[0015]进一步的，所述外壳包括波纹管。
[0016]进一步的，所述的方法包括:在所述导体的一端的外径上形成螺纹以形成所述螺纹外径端；在所述外壳的一端的内径上形成螺纹以形成所述螺纹内径端；在所述塑料密封件的内径上形成与所述导体的所述外径端的螺纹相匹配的螺纹，以形成所述塑料密封件的所述螺纹内径；在所述塑料密封件的外径上形成与所述外壳的所述内径端的螺纹相匹配的螺纹，以形成所述塑料密封件的所述螺纹外径。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供一种用于超导磁体的电流引线组件，所述电流引线组件包括:真空室，所述真空室具有通孔；超导磁体，所述超导磁体布置在所述真空室的内部并且具有磁体引线；以及真空直通组件，所述真空直通组件包括:导体，所述导体具有螺纹外径端以及穿过所述通孔延伸到所述真空室内的一端；塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
[0018]进一步的，所述真空直通组件包括:外壳，所述外壳具有螺纹内径端；其中所述塑料密封件包括螺纹外径，所述螺纹外径与所述外壳的所述螺纹内径端匹配；以及其中所述外壳容纳所述塑料密封件和所述导体。
[0019]进一步的，所述塑料密封件的所述螺纹外径通过环氧树脂粘合到所述外壳的所述螺纹内径。
[0020]进一步的，所述外壳包括波纹管。
[0021]根据本发明的另一个方面，提供一种磁共振成像MRI系统，包括:真空室，所述真空室包围真空空间并且包括通孔；超导磁体，所述超导磁体布置在所述真空室的内部并且具有磁体引线；以及真空直通组件，所述真空直通组件包括:导体，所述导体具有螺纹外径端以及穿过所述通孔延伸到所述真空室内的一端；塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明实施例的这些和其他特征以及方面，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中:
[0023]图1A-1D示出了根据一个实施例的真空直通组件的图；
[0024]图2示出了根据本发明一个实施例的真空直通组件制造方法的流程图；
[0025]图3是根据一个实施例的超导磁体的电流引线组件的图；以及
[0026]图4是根据本发明一个实施例的成像系统的方框图，所述成像系统具有超导磁体，所述超导磁体包括图1和3中所示的电流引线组件。
【具体实施方式】
[0027]本说明书中公开的实施例提供了一种真空直通组件及其制造方法。根据本发明的实施例，所述真空直通组件包括瓦楞(corrugated)波纹管，所述瓦楞波纹管在一端处螺纹旋入其内径中并且通过环氧树脂粘合到塑料或环氧玻璃复合材料环或密封件的螺纹外径，其中所述塑料或环氧玻璃复合材料环或密封件螺纹接合在其内径处并且通过环氧树脂粘合到带螺纹导体。所述瓦楞波纹管是可选的。可以使用不带所述瓦楞波纹管的管或外壳。所述导体可以是铜或者任何合适的导体材料。本发明的实施例提供了一种低成本真空直通组件，所述组件能够通过强劲有力的接头将高电流从环境压力传输到高真空，其中所述接头能够承受震动和振动负载而不致故障或泄漏。如上所述，所述真空直通组件可以是挠性或刚性的。所述真空直通组件的实施例实现了真空环境中的电流供应，包括在多达500安培或以上范围的高电流。
[0028]除非另作说明，否则本说明书中所用的科技术语与所属领域中的技术人员通常理解的意义相同。本说明书中所用的术语“第一”、“第二”等并不指示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分不同元素。此外，除非另作说明，否则术语“一个”和“一种”并不指示数量限制，而是指示存在至少一个所引用项，并且诸如“前部”、“后部”、“下部”、“上部”和/或“端部”等术语仅用于方便说明，并不用于限制任意位置或空间方向。此外，术语“连接”和“连通”并不用于区分两个部件之间的直接或间隔连接/连通。相反，除非另作说明，否则此类部件可以直接或间隔连接/连通。
[0029]参考图1A-1D，示出了根据本发明一个实施例的真空直通组件的图。如图1A所示，真空直通组件I包括导体2、塑料密封件3和外壳4。导体2、塑料密封件3和外壳4可以具有任何合适的形状。在图示的示例性实施例中，导体2、塑料密封件3和外壳4为圆柱形。外壳4容纳导体2和塑料密封件3。导体2可以是铜或者任何合适的导电材料。例如，塑料密封件3可以是塑料，例如GlO ;环氧玻璃复合材料；或者增强塑料，例如陶瓷增强塑料。在本说明书中公开的实施例中，外壳4是不锈钢并且包括瓦楞不锈钢波纹管5。但是，外壳4也可以是刚性的并且由其他合适的材料制成。
[0030]导体2的端2a的外径(即外直径)包括螺纹6，用于形成导体2的带螺纹端，如图1B所示。参见图1C，塑料密封件3包括螺纹内径(即内直径)7，所述螺纹内径具有与导体2的螺纹外径端2a的螺纹6匹配的螺纹。塑料密封件3的外径包括螺纹8。外壳4的端4a的内径包括螺纹9，如图1D所示。塑料密封件3的外径的螺纹8与外壳4的内径的螺纹9匹配。带螺纹组件通过环氧树脂粘合以形成环氧化螺纹10，如图1A所示。
[0031]根据本说明书中所述的实施例，塑料密封件十分强劲，并且保护真空直通组件免于出现任何破裂或结构故障。此外，所述塑料密封件具有一些灵活性，因此能够承受震动、振动和负载而不致断裂。此外，所述塑料密封件的成本效率远高于传统组件中的陶瓷密封件。本发明的实施例通过提供一种低成本、强劲且抗故障的密封件和真空直通组件对现有技术做出了改进。根据本说明书中所公开的实施例，具有或不具有波纹管5的外壳4上具有螺纹，导体2上具有螺纹，并且塑料密封件3也具有螺纹，所述螺纹经过环氧化以形成所述组件。环氧树脂置于螺纹6、7、8和9上，所述螺纹接合并固化以形成真空直通组件I。大多数环氧树脂可以在环境温度和合理时间内固化。根据本发明实施例的真空直通可以应用于将电流输送过真空接口和/或温度非常低的接口的任何应用或装置中。
[0032]图2是示出示例性真空直通组件制造方法的流程图。在步骤SI中，将环氧树脂施加到导体2的螺纹外径端(即“带螺纹外直径端”)2a上、塑料密封件3的螺纹内径(即“带螺纹内直径”)7上、塑料密封件3的螺纹外径(即“带螺纹外直径”)8上以及外壳的螺纹内径端(即“带螺纹内直径端”)4a上。在步骤S2中，导体2的螺纹外径端2a与塑料密封件3的螺纹内径7螺纹接合。在步骤S3中，塑料密封件3的螺纹外径8与外壳4的螺纹内径端4a螺纹接合。
[0033]图3是根据本发明一个实施例的超导磁体的电流引线组件中的真空直通组件I的一个实施例的图。尽管电流引线组件包括两个用于操作的可伸缩电流引线，但是为便于说明，将只描述可伸缩电流引线组件的一侧。真空室12容纳超导磁体14、通过低温冷却机(未图示)冷却的热屏障16以及电流引线组件11。超导磁体14通常冷却到约4K的温度，而热屏障通常冷却到约50K的温度。但是，实施例并不限于这些示例性温度，也可以使用其他温度。
[0034]电流引线组件11包括可伸缩电流引线或导体2，所述可伸缩电流引线或导体通过真空室12中的通孔20延伸到真空室12中。可伸缩电流引线18通过紧固件24固定到盖22。可伸缩电流引线2包括可伸缩触点17。提供了致动器组件26，以便以可伸缩方式接合和脱离所述可伸缩触点。可伸缩电流引线2和可伸缩触点17可以形成一体(如图所示)，或者分割成多个部分，例如致动杆和触点部分。致动器组件26可以根据多种技术进行布置，以使可伸缩电流引线2能够以可伸缩方式延伸到真空室12中。在图3所示的实施例中，致动器组件26包括连接到紧固件24的支撑杆25和螺钉27。螺钉27使可伸缩电流引线2能够接合和脱离可伸缩触点17。真空直通组件I包括可伸缩电流引线2、塑料密封件3和波纹管5。
[0035]电流引线组件11还包括布置在真空室12内的电流触点32。电流触点32通过热连接器36连接到磁体引线34。接纳热连接器36的热力站35通过电气绝缘层37固定(例如，螺栓连接)到热屏障16。电气绝缘层37具有高导热性，以便热力站的温度接近热屏障16的温度。电气绝缘层37的材料实例包括具有真空润滑脂的卡普顿材料或者玻璃充填的环氧树脂。也可以使用其他合适的材料。电流触点32通过热绝缘支撑结构38支撑在真空室12内。热绝缘支撑结构38由提供热绝缘的材料支撑，同时具有足够的强度以支撑电流触点32并承受连接时的高负载。此类材料的实例包括具有环氧树脂的玻璃纤维、诸如GlO的塑料绝缘体或者其他合适的材料。热绝缘支撑结构38在可伸缩触点17缩回时提供电流触点32与环境温度之间的热绝缘，以便电流触点32的温度与热屏障16的温度大致相同。因此，当可伸缩电流引线2与电流触点32之间的接触或连接断开时，电流触点32、热连接器36和热屏障16全部维持在约50K，在环境温度与真空容器热绝缘。
[0036]热连接器36经过选择以将可伸缩触点17与电流触点32连接以向磁体供电而形成的超导磁体14的热负载降至最小，即使是在500安培到1000安培及以上的供电电流情形下。具体来说，热连接器36的特性，例如材料、长度、直径、面积长度比，经过选择以将导热性降至最低。例如，热连接器36可以是铜或铜缆或电线，并且可以是刚性或挠性的。热连接器36使得能够以最小热负载在环境温度连接到电源，或者转换到低温或超导磁体14的超导温度。
[0037]较高的电流对超导磁体有益，因为相对于用于制造超导线圈的较小线材而言，较大的超导线材在人力和材料方面的成本效益更高。具体来说，用于较高电流的较大线材的每安培米的单位成本小于较小线材，所述较小线材通常用于较低电流，例如100安培到200安培。此外，磁体线圈绕组所需的匝数较少。迄今为止，这些较高电流在氦蒸汽或浴环境而非在真空环境中供应到超导磁体。本说明书中公开的实施例能够通过将至磁体的热负载降至最低而在真空环境中对超导磁体使用高电流。
[0038]此外，现有技术传导性冷却超导磁体中的电流引线组件在低温接通。在诸如50° K及以下的低温接通可能导致高阻抗和高热负载，因为难以实现良好接通，这是因为由于触点温度极低、坚硬、受污染以及不符合要求，因此难以建立电接触。在本说明书中所公开的实施例中，磁体在环境温度与电源电接触，以便能够通过在触点处施加压力而建立具有清洁触点和极低接触电阻的非常良好的电接触。
[0039]具体来说，热绝缘支撑结构38提供的热绝缘使电流触点32能够在电流引线2缩回时维持在约50K的低温，或者在电流引线2的电流触点17与触点32接合时维持在环境温度。此外，热绝缘支撑结构38足够强劲以便向接触区域施加高负载。当可伸缩电流引线2脱离电流触点32时，电流触点32是冷的，因为其通过热连接器36和磁体引线34连接到磁体14。但是每次在可伸缩电流引线2与电流触点32之间建立接通时，电路触电32的温度升高到环境温度以便实现良好的电接通并且开始传导热量和电力。在环境温度，可由电流触点32上的冷冻除气材料形成的任何污染将随着电流触点32在与可伸缩电流引线2接触后温度升高而消失。热绝缘支撑结构38基本上避免任何热负载进入真空室12的低温区15内。当可伸缩电流引线2与电流触点32之间的接触断裂时，热绝缘支撑结构38维持电流触点32的位置并且电流触点32再次冷却到低温。此布置使可伸缩电流引线2和电流触点32能够接合和脱离，而不影响其性质，因为接触在环境温度发生。
[0040]参见图4，磁共振成像系统图示为包括根据本发明实施例的真空直通组件。MRI系统通常使用超导磁体，通常具有多个线圈以产生均匀的磁场。在MRI系统中运行的示例性超导磁体系统需要超导磁体偶然斜升(ramp)以将磁体用于MRI系统中。超导磁体斜升后，用于磁体斜升的电流供应断开连接，并且在进一步磁体斜升之前不再需要使用，例如，在计划服务、磁体失磁(quench)等之后将超导磁体去磁或者超导磁体再磁化。
[0041]图2中所示的MRI系统50的操作由操作员控制台52控制，所述操作员控制台包括键盘或其他输入装置54、控制板56和显示屏58。控制台52通过链路60与单独的计算机系统62通信，以使操作员控制图像的产生并在显示屏58上控制图像的显示。计算机系统62包括多个模块，所述模块通过背板62a而彼此通信。这些包括图像处理器模块64、CPU模块66和存储器模块68，在所属领域中称为帧缓冲器，以用于存储图像数据阵列。计算机系统62连接到磁盘存储器70和可移动存储器72，以用于储存图像数据和程序，并且通过高速串行链路76与单独的系统控制器74通信。输入装置54可以包括鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球、触摸激活屏幕、光棒、语言控制或者任何类型或等效的输入装置，并且可用于交互性几何结构。
[0042]系统控制器74包括通过背板74a连接在一起的一组模块。这些包括CPU模块76和脉冲发生器模块78，所述脉冲发生器模块通过串行链路80连接到操作员控制台52。系统控制器74通过链路80从操作员接收指示要执行的扫描序列的命令。脉冲发生器模块78操作系统部件执行所需的扫描序列并且产生数据，所述数据指示所产生的射频脉冲的定时、强度和形状，以及数据采集窗的定时和长度。脉冲发生器模块78连接到一组梯度放大器82，以指示在扫描期间产生的梯度脉冲的定时和形状。脉冲发生器模块78还可以从生理采集控制器84接收患者数据，所述生理采集控制器从连接到患者的多个不同传感器接收信号，例如来自连接到患者的电极的ECG信号。最后，脉冲发生器模块78连接到扫描室接口电路86，所述扫描室接口电路从与患者和磁体系统的条件相关的多个传感器接收信号。患者定位系统88通过扫描室接口电路86接收将患者移动到所需扫描位置的命令。
[0043]脉冲发生器模块78产生的梯度波形应用到梯度放大器系统82，所述梯度放大器系统具有Gx、Gy和Gz放大器。每个梯度放大器激励梯度线圈组件90内的相应物理梯度线圈，以产生用于空间编码采集信号的磁场梯度。梯度线圈组件90形成磁体组件92的一部分，所述磁体组件包括极化磁体94和整体射频线圈96。系统控制器74中的收发器模块98产生脉冲，所述脉冲通过射频放大器100放大并且通过收发开关102连接到射频线圈96。从患者内的激发细胞核发出的信号可以由相同的射频线圈96感测并且通过收发开关102连接到前置放大器104。放大的MR信号在收发器98的接收器部分中解调、过滤和数字化。收发开关102受从脉冲发生器模块78发出的信号控制，以在发射模式期间将射频放大器100电连接到线圈96并且在接收模式期间将前置放大器104连接到线圈96。收发开关102还可以使单独的射频线圈(例如，表面线圈)能够同时用于发射或接收模式中。
[0044]射频线圈96采集的MR信号通过收发器模块98数字化并且传输到系统控制器74中的存储器模块106。当存储器模块106中采集到原始K空间数据时，扫描完成。所述原始K空间数据将针对要重构的每幅图像重构成单独的K空间数据，并且每个数据输入到阵列处理器108中，所述阵列处理器操作性地将数据傅里叶变换成图像数据阵列。所述图像数据通过串行链路76传输到计算机系统62中，并存储在存储器中，例如磁盘存储器70中。响应于从操作员控制台52接收的命令，所述图像数据可以存档在长期存储器中，例如可移动存储器72上，或者可以由图像处理器64进一步处理，并且传输到操作员控制台52并且呈现在显示器58上。
[0045]尽管本发明只有特定特征已在本说明书中图示和描述，但是所属领域中的技术人员将看出许多修改和变化。因此，应了解，随附的权利要求书旨在涵盖在本发明实际精神内的所有此类修改和变化。
【权利要求】
1.一种真空直通组件，包括: 导体，所述导体具有螺纹外径端； 塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及 环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
2.根据权利要求1所述的真空直通组件，进一步包括: 外壳，所述外壳具有螺纹内径端；以及 其中所述塑料密封件进一步包括螺纹外径，所述螺纹外径与所述外壳的所述螺纹内径端匹配，并且所述外壳容纳所述塑料密封件和所述导体。
3.根据权利要求2所述的真空直通组件，其中所述塑料密封件的所述螺纹外径通过环氧树脂粘合到所述外壳的所述螺纹内径。
4.根据权利要求3所述的真空直通组件，其中所述外壳进一步包括波纹管。
5.根据权利要求4所述的真空直通组件，其中所述波纹管包括不锈钢波纹管。
6.根据权利要求4所述的真空直通组件，其中所述外壳和所述波纹管包括不锈钢。
7.根据权利要求1所述的真空直通组件，其中所述塑料密封件包括玻璃钢。
8.根据权利要求`1所述的真空直通组件，其中所述环氧树脂包括陶瓷填充环氧树脂。
9.根据权利要求1所述的真空直通组件，其中所述导体包括铜。
10.根据权利要求1所述的真空直通组件，其中所述导体包括挠性导体和刚性导体中的一者。
11.一种制造真空直通组件的方法，所述方法包括: 将环氧树脂涂到导体的螺纹外径端、塑料密封件的螺纹内径、所述塑料密封件的螺纹外径以及外壳的螺纹内径端； 将所述导体的所述螺纹外径端与所述塑料密封件的所述螺纹内径螺纹接合；以及 将所述塑料密封件的所述螺纹外径与所述外壳的所述螺纹内径端螺纹接合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述外壳包括波纹管。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括: 在所述导体的一端的外径上形成螺纹以形成所述螺纹外径端； 在所述外壳的一端的内径上形成螺纹以形成所述螺纹内径端； 在所述塑料密封件的内径上形成与所述导体的所述外径端的螺纹相匹配的螺纹，以形成所述塑料密封件的所述螺纹内径； 在所述塑料密封件的外径上形成与所述外壳的所述内径端的螺纹相匹配的螺纹，以形成所述塑料密封件的所述螺纹外径。
14.一种用于超导磁体的电流引线组件，所述电流引线组件包括: 真空室，所述真空室具有通孔； 超导磁体，所述超导磁体布置在所述真空室的内部并且具有磁体引线；以及 真空直通组件，所述真空直通组件包括: 导体，所述导体具有螺纹外径端以及穿过所述通孔延伸到所述真空室内的一端； 塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及 环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
15.根据权利要求14所述的电流引线组件，其中所述真空直通组件进一步包括: 外壳，所述外壳具有螺纹内径端； 其中所述塑料密封件进一步包括螺纹外径，所述螺纹外径与所述外壳的所述螺纹内径端匹配；以及 其中所述外壳容纳所述塑料密封件和所述导体。
16.根据权利要求15所述的电流引线组件，其中所述塑料密封件的所述螺纹外径通过环氧树脂粘合到所述外壳的所述螺纹内径。
17.根据权利要求15所述的电流引线组件，其中所述外壳进一步包括波纹管。
18.一种磁共振成像MRI系统，包括: 真空室，所述真空室包围真空空间并且包括通孔； 超导磁体，所述超导磁体布置在所述真空室的内部并且具有磁体引线；以及 真空直通组件，所述真空直通组件包括: 导体，所述导体具有螺纹外径端以及穿过所述通孔延伸到所述真空室内的一端； 塑料密封件，所述塑料密封件具有螺纹内径，所述螺纹内径与所述导体的所述螺纹外径端匹配；以及 环氧树脂，所述环氧树脂将所述塑料密封件的所述螺纹内径粘合到所述导体的所述螺纹外径端。
【文档编号】H01R13/52GK103872505SQ201310685049
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2012年12月14日
【发明者】E.T.拉斯卡里斯, G.孔特, S.迈恩 申请人:通用电气公司