电流馈通件的制作方法

本实用新型涉及用来通过容器的壁提供导电路径的电流馈通件(current feed-through)，该路径与容器本身电性隔离。

背景技术：

特别地，本实用新型涉及这样的电流馈通件，其适合于向真空容器或冷冻剂容器内超导结构提供电流、并且从真空容器或冷冻剂容器内超导结构移除电流。

特别地，例如，在用于MRI系统的现代超导磁体的情况下，可能需要提供来自被包含在一个致冷剂容器中的超导线圈组件的电流路径、和可以在冷冻剂容器外部提供或甚至围合在第二冷冻剂容器内的超导开关。

尽管MRI磁体提供了本实用新型的使用的可能的领域的示例，但是本实用新型并不限于使用这种领域，并且可以在许多其它情况下被应用。

在以下各项中描述了电流馈通件的示例：MESSER GRIESHEIM GMBH MESG-S欧洲专利EP 0 510 397；MDC Vacuum Ltd目录(www.mdcvacuum.co.uk)的第6.5章节；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。

技术实现要素：

优选的是，这样的馈通应当在超导磁体和超导开关的操作温度下具有最小可能电阻。馈通必须能够支撑一侧上的真空和另一侧上的制冷剂压力。因此，本实用新型提供了如在所附权利要求定义的结构和装置。

本公开的一个方面提供了一种电流馈通件，包括：-安装特征件(10)；-构件(18)，能够从安装特征件(10)的两侧访问；-电隔离件(20)，连接相应位置中的安装特征件和构件，以确保安装特征件和构件之间的机械完整性和电性隔离，其特征在于，构件包括孔(24)，其中，超导线(30)位于孔(24)中并且能够从安装特征件(10)的两侧访问。

根据本公开的一个实施例，孔具有以预先确定的间隙与超导线(30)的横截面紧密匹配的横截面。

根据本公开的一个实施例，孔(24)具有大致为矩形的横截面。

根据本公开的一个实施例，构件(18)是导电的。

根据本公开的一个实施例，导电构件在构件和超导线之间提供有电性隔离层。

根据本公开的一个实施例，构件(18)由陶瓷制成。

根据本公开的一个实施例，超导线(30)被焊接或钎焊到构件以提供密封。

根据本公开的一个实施例，超导线通过树脂被结合并且密封到构件。

根据本公开的一个实施例，安装特征件(10)和电隔离件(20)是单件的电性隔离材料。

根据本公开的一个实施例，该电流馈通件还包括将电隔离件(20)链接到构件(18)的帽件(22)，帽件(22)被密封到构件和电隔离件。

根据本公开的一个实施例，电隔离件(20)被直接结合到构件(18)。

根据本公开的一个实施例，构件(18)在其长度的一部分上是中空的，具有超导线(30)所通过的内部腔体(34)。

根据本公开的一个实施例，在腔体内提供保持件(33)，以保持超导线相对于构件(18)相对固定。

根据本公开的一个实施例，提供填充材料以保持超导线在腔体内的适当位置。

根据本公开的一个实施例，填充材料包括焊料或热固性树脂。

根据本公开的一个实施例，构件(18)的一个端部提供有由围堰或唇缘(37)所包围的卡部(35)。

本公开的一个方面还提供了一种电流馈通件，包括：-安装特征件(10)；-电隔离件(20)，连接到安装特征件并且包括通孔；其特征在于：超导线(30)位于通孔中并且穿过其中，超导线(30)被密封到电隔离件并且能够从安装特征件(10)的两侧访问。

根据本公开的一个实施例，通孔具有以预先确定的间隙与超导线(30)的横截面紧密匹配的横截面。

本公开的一个方面还提供了一种电流馈通件，包括：-安装特征件(10)；-构件(18)，能够从安装特征件(10)的两侧访问；-电隔离件(20)，连接相应位置中的安装特征件和构件以确保安装特征件和构件之间的机械完整性和电性隔离，其特征在于，构件包括形成在构件的外周的凹槽(36)，其中，放置超导线(30)并且提供填充材料(32)以保持超导线在适当位置，使得超导线能够从安装特征件(10)的两侧访问。

根据本公开的一个实施例，构件(18)在其长度的一部分上具有减少的直径(d')，并且在其长度的另一部分上具有较大的直径(d)。

根据本公开的一个实施例，仅在较大的直径的部分中形成凹槽(36)。

根据本公开的一个实施例，管子(38)在构件(18)周围被提供并且被结合到构件。

根据本公开的一个实施例，该电流馈通件还包括管子(38)，管子(38)在构件(18)和超导线(30)周围、并且被结合到构件和超导线。

附图说明

结合附图，本实用新型的上述和进一步的目的、特点和优势将从其某些实施例的以下描述变得更加清楚，其中：

图1A至图1E示出了可以通过本实用新型改善的示例电流馈通件；

图2A至图2F以轴向横截面示出了根据本实用新型的相应的实施例的修改的导电构件；

图2G示出了在诸如图2D、图2F所示的实施例中任选地使用的间隔件的轴向视图；

图3A至图3F示出了与相应的图2A至图2F所示的布置相对应的修改的导电构件的端视图；

图4示出了本实用新型的实施例的电流馈通件的轴向剖视图；

图5示出了本实用新型的另一实施例的电流馈通件的轴向剖视图；

图6示出了在组装诸如图5所示的电流馈通件中的早期步骤；

图7示出了本实用新型的另一变型的示例的轴向横截面；

图8示出了图7的实施例的轴向端视图；和

图9示出了本实用新型的又一变型的轴向剖视图。

具体实施方式

根据本实用新型，提供了一种超导电流馈通件，由此可以在位于冷冻剂容器内的超导磁体线圈和位于该冷冻剂容器外部(可能位于另一冷冻剂容器内)的超导开关之间建立连续超导回路(circuit)。

为了启动这种回路，本实用新型提供了一种电流馈通件，其能够以冷冻剂密封方式密封住冷冻剂容器的壁并且在其操作温度下是超导的。

所期望的是，连续超导路径将超导开关接合到超导磁体线圈。这可能需要至少两个超导馈通件以穿过气密屏障，该气密屏障是制冷剂密封的并且电性地隔离超导电流路径和该屏障。

在图1A至图1E中示出了不是根据本实用新型的电流馈通件的示例。在每一种情况下，该结构绕轴线A-A转动地对称的。安装凸缘10被提供。它承载密封12和使其能够安装到密封屏障16的安装特征件(诸如通孔14)，该密封屏障16可以是冷冻剂容器的壁。密封可以由聚合物、铟、铜或任何合适的材料制成。导电构件18提供可从安装凸缘10的两侧、并且一旦被安装则可从密封屏障16的两侧访问的电流路径。电隔离件(isolator)20保持凸缘和导电构件在它们相应位置中，在它们之间提供气密密封，并且确保凸缘和导电构件之间的电性隔离。在一些实施例中，可以以涂层的形式在导电构件18上提供电隔离件20。通过示例，这种涂层可以是陶瓷涂层、或聚合物涂层或阳极氧化。电隔离件可以由陶瓷或其它机械坚固的电性绝缘材料制成。在一些布置中，凸缘10可以由电性绝缘材料制成。在一些这样的布置中，如附图所图示的，电隔离件20和凸缘10可以组合成单件。在其它布置中，凸缘10和电隔离件20可以是不同的部件。在诸如图1A、图1B所示的重新布置中，电隔离件20可以直接被结合到导电构件18，例如，通过焊料、树脂、钎焊。图1C示出了备选结构，其中，安装特征件包括可以螺纹连接到在密封屏障16中提供的螺纹接口13上的螺纹套环(collar)11。拧紧螺纹套环11压缩安装凸缘10和螺纹接口13之间的密封12。如本领域技术人员应当理解的，可以采用其它安装特征件。

可替代地，如同在诸如图1D、图1E所示的结构中一样，可以提供优选由金属制成的帽件22以将电隔离件20链接到导电构件18。帽件22必须被气密地密封到导电构件18和电隔离件20两者。这可以例如通过焊料、树脂、钎焊来实现。

上文所描述的结构中的至少一些结构类似于上文所提及的现有技术中所描述的结构中的一些结构。

上述结构包括导电构件18，典型地由铜或铝制成。然而，如上文所讨论的，本实用新型的目的是启动允许组装横穿气密屏障16(诸如冷冻剂容器的壁)的完整超导回路路径的电流馈通件。本实用新型提供一种具有适合于包括在超导回路中的超导电流路径的电流馈通件，该超导回路包括横穿气密屏障16(诸如冷冻剂容器的壁)的完整超导电流路径。

超导线通常以载体材料(诸如铜或铝)的形式，其包含细股超导材料。尽管其它横截面(诸如圆形)是可用的，但是这种线的横截面通常大致为矩形。

这在导电构件被组装到电流馈通件之前或之后，通过将一段超导线嵌入在诸如上文所描述的导电构件内由诸如上文所描述的馈通件的修改来实现。

在某些实施例中，电流馈通件可以被安装在密封屏障16上，超导回路被组装，并且超导线通过导电构件中的孔以在原位被密封在适当位置。在其它实施例中，馈通件使用一段嵌入在导电构件中的超导线材进行组装，但是从其每个端部突出，使得可以提供本领域技术人员所知的任何结构的超导接头以完成超导回路。在又一实施例中，馈通件使用一段嵌入导电构件中的超导线材进行组装，而没有从其每个端部突出，使得可以提供本领域技术人员所知的任何结构的接头以完成回路，可能包括穿过导电构件的材料(不是超导的而是电阻非常低的)的一短段电流路径。

在以下描述中，本实用新型的实施例仅参照对诸如图1A至图1E所图示的馈通件的导电性构件18做出的修正进行描述。根据本实用新型修正的导电构件可以并入到类似于上文所描述并且图1A至图1E所图示的那些的若干个不同馈通件中。

图2A至图2F示出了根据本实用新型的示例的导电构件18的轴向横截面。

图3A至图3F示出了X方向上的对应的轴向视图。

图2A图示了被修改成具有中心孔24的导电构件18的基本示例。超导线30穿过该孔。超导线30通过焊料32或其它合适的密封材料被密封到孔。图3A-图3AA示出了沿X方向截取的某些实施例的示例视图，其以横截面的形式示出了导电构件18、超导线30和焊料32。如本领域技术人员所众所周知的，超导线典型地包括嵌入在电阻护套材料(诸如铜或铝)内的超导细丝(filament)31。

在图3A-图3AA所图示的示例中，孔24的横截面是圆形的，而超导线30的横截面可以是圆形的或矩形的，使用焊料或其它密封材料32被密封到孔中。

图2B和图3B示出了另一示例的对应视图。在该示例中，孔24的横截面大致为矩形：实际上，带圆角的矩形的形状。这与超导线30的横截面紧密匹配，意味着矩形横截面的超导线可以容纳有厚度一致的焊料层。其它横截面形状的超导线可以类似地容纳在对应形状的孔24内。

图2C和图3C示出了类似于图2B和图3B所示的视图的示例，但是，其中超导线30没有突出超过导电构件18的端部。图3C所示的方向X上的视图与图3B所示的视图相对应。

图2D示出了其中导电构件18在其长度的一部分上是中空的示例，如图所示，超导线30可以通过的内部腔体34没有被支撑(如图示的)，或可以提供填充材料(诸如焊料或热固性树脂)以将超导线保留在适当位置。缩短的孔24以类似于参照图2A至图2C所讨论的方式延伸穿过导电构件的其它方式封闭的部分。在图3D中再次示出了方向X上的视图。中空段可以被定位在馈通件的致冷剂侧上，以使腔体34的内部表面与冷却剂(其可以以气体或液体形式)接触，并且因此被非常良好冷却。孔24的有限长度减少了所需要的焊料或其它密封材料的量。更短的孔还在导电构件18和线30之间引起更一致的密封的形成，润湿性更好并且空隙更少。这部分地是因为孔24较短，所以只需要形成较短的密封；并且部分地是因为导电构件18的降低的质量意味着它更容易加热到有效焊接所需要的温度。只有包含孔24的导电构件18的该部分需要被加热，不同于其中导电构件18的整个长度需要被加热用于有效焊接的上文所描述的实施例。

可以在腔体34内提供保持件(retainer)33，以保持超导线30相对于导电构件18相对固定。该保持件的材料相对不重要，但应该在冷冻温下是稳定的。铜、PTEF或其它聚合物可以是合适的。图2G示出了示例间隔件33的轴向视图，具有中心孔33a以容纳超导线，其具有通路33b以允许冷却剂通过、进入并且离开腔体34。

图2E、图3E示出了备选布置，其中，凹槽36被形成在导电构件18的外周上，超导线30被放置到凹槽中并且提供诸如焊料或树脂之类的密封材料32以将超导线保持在适当位置。

图2F和图3F示出了图2D的布置的改进变型，其中，导电构件18的一端提供有由围堰(bund)或唇缘(lip)37围绕的卡部(detent)35，卡部35用于将超导线30组装到导电构件18中。导电构件竖直最高布置有卡部35。然后，超导线30通过孔24。预先确定数量的焊料被放置在卡部中并且结构被加热。优选地，超导线30紧密配合在孔24内，在孔的壁和超导线的表面之间有预先确定的间隙。应当选择孔24的横截面以匹配超导线24的横截面。一旦被加热，熔融焊料就吸附到超导线30和孔24的壁之间。预先确定数量的焊料可以是测量质量、或测量长度的已知规格的焊线。通过控制所采用的焊料的质量，可以确保提供足够的焊料以在超导线30和导电构件18之间进行密封，但不会太多以致于过量的焊料呈现困难。可以实现一致密封，因为清楚的是合适数量的焊料是否已经吸附到间隙中。

图4示出了本实用新型的实施例的电流馈通件的轴向剖视图，并入类似于以横截面示出的参照图2F所讨论的那个的导电构件18。孔34内的台阶特征件23减少了焊料或树脂沿着孔24之外的超导线30吸附的趋势，并且帮助通过确保在孔24内提供已知数量的焊料或其它密封剂来提供可靠密封。凸缘10可以被布置成用于使用密封12(诸如聚合物、铟或铜)夹紧。

图5示出了本实用新型的实施例的馈通件的轴向剖视图，并入类似于参照图2F所讨论的那个的导电性构件18。在该布置中，包括容纳超导线30的凹槽36的导电构件18被放置在管子38内。该管子38可以是导电的，例如，由铜或铝制成。它可以被密封到帽件22或电隔离件20，并且还通过一层焊料、树脂或另一密封材料32被密封到导电构件18。它可以被认为是导电构件18的一部分。可替代地，管子38可以由陶瓷或另一电性隔离材料制成，在这种情况下，管子38可以替代电隔离件20。

图6示出了在组装诸如图5所示的电流馈通件中的早期步骤。在该实施例中，如同图5一样，导电构件18的直径d'在其长度的一部分上减少，并且直径d在其长度的另一部分上较大。在该示例中，只在较大直径部分中形成凹槽，而超导线30沿着小直径部分搁置在导电构件的外周上。导电构件18和超导线30可以通过焊接或在如上文所描述的电流馈通件中添加树脂被组装在一起。

管子38可以被密封到帽件22或电隔离件20。图6所示的子组件可以在管子38内部滑动，并且通过适当的方法(诸如焊接、树脂结合或钎焊)被密封到该管子。在其它实施例中，构件18(诸如图1A至图4所示)可以被放置在管子38内部并且以适当的方式(诸如通过焊接、树脂结合或钎焊)被密封到管子38。

在特别优选的实施例中，本实用新型提供了具有实心导电构件的电流馈通件，其中，凹槽36或孔24被切割以与超导线的横截面相对应，该超导线以用于有效吸附焊料或其它密封材料的预先确定的间隙被放置在凹槽或孔中。

必须谨慎选择密封材料32，以使超导线没有被过高温度损坏；以使材料在环境温度下提供了可靠密封，而在尚未遭受长期蠕变的冷冻温度下保持延展性。

合适的材料包括具有在低温下保持延展性的高铅(Pb)含量的焊料。

在另一实施例中，如图7中的轴向横截面和图8中的轴向端视图所示，电流导通件可以缩放使得不再需要构件18，并且超导线30 本身可以被密封到至帽件22的馈通件中。

图9示出了其中不使用帽件22、并且超导线通过焊料或其它密封材料32直接被密封到电隔离件20的示例。

可以发现，倘若特别小心将线密封到电隔离件20或帽件22上，则尽管可以使用矩形或其他截面的超导线，但是如果使用具有圆形横截面的超导线30，则诸如图7至图9所图示的实施例更易于制造。

优选地，电隔离件20或帽件22提供有孔，其具有的孔的尺寸提供与超导线有预先确定的间隙，以使得能够通过焊料、树脂、钎焊等进行有效密封。电隔离件20实际上可以作为导电构件18上的涂层提供，并且通过将电隔离件密封到凸缘20或甚至引导到密封屏障16来完成馈通件。该涂层可以例如由陶瓷或聚合物制成，但是必须在冷冻温度下电性绝缘且稳定。

在所有情况下，超导线30的长度可以例如为5-10米，从而允许大量导线用以接合到超导回路的其它部分。

尽管上述实施例已经参照导电构件进行了讨论，但是在备选实施例中，该导电构件18可以被非导电性构件(诸如陶瓷)取代。超导线30可以通过焊接、钎焊或树脂密封到陶瓷构件。使用焊接到超导线的导电构件18具有的优势是如果馈通件中的超导线骤冷(quench)，则提供电阻非常低的电流路径的优点。然而，在不需要这样的电流路径的情况下，使用陶瓷构件可以提供一种重量轻并且廉价的备选物。

在又一实施例中，还可以使用导电构件，但是与超导线电性隔离。这可以使用阳极氧化铝构件、或涂覆有陶瓷或氧化物的铜构件来实现。

尽管本实用新型已经参照有限数目的示例性实施例进行了描述，但是对于本领域技术人员而言，其它实施例在由所附权利要求限定的本实用新型的范围内将是清楚的。