一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件的制作方法与工艺

本发明涉及磁共振成像系统技术领域，特别是涉及一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件。

背景技术：
梯度放大器是磁共振成像(简称MRI，MagneticResonanceImaging)系统的核心部件之一，它负责给梯度线圈供电，使梯度线圈在成像空间产生一个线性变化的梯度磁场，以实现磁场的空间编码。为了获得稳定高质量的图像，不仅要求梯度放大器能输出精确的电流等技术指标，而且要求其系统稳定可靠。因此，制造过程中每一台梯度放大器装配完成后，不仅要进行空载运行，还必须进行长时间的负载运行。现有技术中，一般以梯度线圈的电感值为主要参数制作生产试运行的线圈组件，作为梯度放大器试运行时的负载。现有技术中的线圈组件包括两种结构形式：盘式缠绕平面线圈结构和螺线管绕制线圈结构。对于盘式缠绕平面线圈结构而言，考虑线圈制作的工艺性，铜导线的截面尺寸不易过大，否则线圈制作困难。由于受铜导线截面尺寸的限制，当需要制作电感值较大的线圈组件时，就需要增加线圈的匝数，使得线圈结构的尺寸很大，或者说，线圈电感值的大小对线圈结构有直接影响。如1.5T超导磁体的梯度线圈，其单一线圈的电感值在400微亨左右，当采用盘式缠绕平面线圈结构时，其表面直径在1500mm左右，线圈成本高。工作时，梯度线圈输入的是不断快速变化的交流电，通电线圈不仅会产生大量的热，还会在其周边产生交变磁场；而盘式缠绕平面线圈结构使用时需要装入箱体中，此时，箱体的活动盖板大体处于垂直于磁感线的方向，会承受较大的磁场力，当线圈通电后，将产生很大的振动。对于螺线管绕制线圈结构而言，可以控制磁感线的方向与活动盖板大致平行，以降低振动，但是，由于有绕制框架的存在，结构件多，同时需兼顾线圈的工作条件及运行过程中对梯度放大器的影响，设计时需综合各方面因素进行优化。现有技术中，对于大尺寸结构的螺线管绕制线圈组件,考虑到成本以及各方面因素，其应用具有很大的局限性。因此，如何设计一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件，以便在降低成本的同时简化结构，提高线圈组件的普适性，并降低通电运行时的振动，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件，其结构简单，成本低，通电运行时的振动小，能够满足梯度放大器性能测试的要求，具有普遍实用性，尤其适用于大尺寸结构。为解决上述技术问题，本发明提供一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件，所述线圈组件包括绕制框架和导线，所述绕制框架包括两个相对设置的法兰组件以及若干第一支撑杆，各所述第一支撑杆的两端分别与两个所述法兰组件固定连接；各所述第一支撑杆围成多边形棱柱状的第一框架，所述导线螺旋缠绕在所述第一框架上；所述绕制框架还包括用于限制所述导线相对所述第一框架移动的定位件。本发明的线圈组件，包括两个相对设置的法兰组件，然后在两个法兰组件之间连接若干第一支撑杆，各第一支撑杆围成多边形棱柱状的第一框架，可以将导线螺旋缠绕在第一框架上，通过导线的缠绕力实现导线的各向定位；同时，为有效减小线圈通电时产生的振动，还可以设置定位件，以提高导线的定位可靠性。可见，本发明的线圈组件，不仅结构简单，便于实现导线的绕制；而且，本发明的线圈组件采用螺旋绕制的方式，与现有技术中盘式缠绕形成的平面线圈结构相比，用于承载本发明线圈组件的箱体的活动盖板可以大致平行于磁力线，线圈通电后振动较小；更为重要的是，本发明还通过定位件对导线进行定位加强，以减小线圈组件在使用过程中的振动，更好地满足梯度放大器性能测试的需求；尤其是，当需要绕制形成大尺寸的线圈组件时，绕制框架也能够保证导线缠绕的可靠性，使得本发明的线圈组件能够适用于大尺寸结构，具有普遍适用性。可选地，所述定位件包括至少两个与所述第一支撑杆对应设置的固定板，所述固定板与相应的所述第一支撑杆夹紧所述导线，以固定所述导线。可选地，所述固定板与所述第一支撑杆同向延伸，并与所述第一支撑杆一一对应。可选地，所述第一支撑杆的个数大于等于六。可选地，所述绕制框架还包括若干在所述第一框架的纵向间隔分布的加强组件，所述加强组件内置在所述第一框架中并横向支撑所述第一框架，所述加强组件具有纵向贯通的通道。可选地，所述加强组件包括至少一个条形的加强板，所述加强板的两端分别与两个间隔设置的所述第一支撑杆连接，并将所述第一框架的内腔划分为至少两个所述通道。可选地，所述加强组件包括偶数个所述加强板，各所述加强板呈“十字形”或“井字形”交叉设置。可选地，所述第一支撑杆具有与所述加强板对应设置的插槽，所述加强板的端部插入相应的所述插槽后通过耐热的胶结剂粘结。可选地，所述绕制框架还包括若干第二支撑杆，所述法兰组件为多边形框，各所述第二支撑杆的两端分别与两个所述法兰组件的对应顶点固定连接，以围成多边形棱柱状的第二框架。可选地，所述第一框架套装在所述第二框架内。附图说明图1为本发明所提供线圈组件在一种具体实施方式中的立体结构示意图；图2为图1所示线圈组件的A向示意图；图3为图2所示线圈组件中加强组件的结构示意图；图4为图1所示线圈组件中第一支撑杆的局部示意图，其中，图4a为第一支撑杆设有插槽部分的侧视图，图4b为图4a中B-B方向的剖视图；图5为图1所示线圈组件的绕制框架在导线绕制前的结构示意图；图6为图1所示线圈组件的绕制框架在导线绕制完成后的结构示意图。图1-6中：绕制框架1、第一框架11、第二框架12、法兰组件2、连接孔位21、第一支撑杆3、插槽31、第二支撑杆4、加强组件5、通道51、加强板52、固定板6、导线7、连接杆8。具体实施方式本发明的核心是提供一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件，其结构简单，成本低，通电运行时的振动小，能够满足梯度放大器的性能要求，具有普遍实用性，尤其适用于大尺寸结构。以下结合附图，对本发明的用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。本文所述的内外、纵向和横向等方位均以线圈组件为参照，线圈组件的延伸方向或者说长度方向为本文所述的纵向，即图1中的A向；垂直于纵向的平面为线圈组件的横截面，处于横截面内的任意方向为本文所述的横向；在横向上，靠近线圈组件纵向中轴线的方向为内，远离线圈组件纵向中轴线的方向为外；在纵向上，靠近线圈组件纵向中心点的方向为内，远离线圈组件纵向中心点的方向为外。本文所述的第一、第二等词，仅为了区分结构相同或类似的不同部件或者不同结构，不表示对顺序的某种特殊限定。本文所述的若干是指数量不确定，通常为两个以上的多个；而且，由于本文所述的若干是指数量不确定，即使采用若干定义多个部件或者结构的个数，也不能理解为这些部件或者结构的个数是相等的。本发明提供了一种用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件，如背景技术所述，为保证MRI梯度放大器(以下简称梯度放大器)的可靠性，本申请提供了一种线圈组件，作为梯度放大器性能测试的专用负载，使得梯度放大器在负载状态下进行运行测试。如图1所示，所述线圈组件包括绕制框架1和导线7，绕制框架1可以包括两个相对设置的法兰组件2以及连接在两个法兰组件2之间的若干第一支撑杆3，各第一支撑杆3的一端与其中一个法兰组件2固定连接，另一端与另一个法兰组件2固定连接，以便第一支撑杆3固定连接在两个法兰组件2之间；各第一支撑杆3大致在周向上环绕，可以大致平行，以围成多边形棱柱状的第一框架11；第一框架11构成导线7的绕制框架1，导线7可以螺旋地缠绕在第一框架11上。至此，完成导线7的缠绕，第一框架11通过两个法兰组件2进行支撑，导线7缠绕在第一框架11上，形成大致为中空柱状的线圈体，如图6所示。此时，导线7紧密缠绕在第一框架11上，缠绕力作用于第一框架11，在横向上产生向内挤压第一框架11的作用力，以实现导线7与第一框架11的横向定位连接；在纵向上，导线7缠绕在第一框架11的整个纵向，导线7与第一框架11具有较大的接触面积，而且，缠绕力在垂直于纵向的方向作用于第一框架11，使得第一框架11与导线7之间存在较大的纵向摩擦力；同理，也存在大致处于周向的摩擦力，能够实现导线7与第一框架11在缠绕方向上的定位。但是，由于线圈组件在使用过程中会产生振动，本发明的绕制框架1还包括定位件，用于限制导线7相对第一框架11的移动。定位件的形式多样，可以设置卡扣，具体可以设置为与第一框架11的横截面相似的结构，从而将导线7横向夹紧在第一框架11上，以提高导线7与第一框架11的摩擦力，进而提高定位可靠性；还可以对导线7和第一框架11的结构进行改进，设置相互配合的限位凸起和限位凹槽，以形成定位部，提高定位可靠性。本申请中，所述定位件具体可以包括若干与第一支撑杆3对应设置的固定板6；在横向上，第一支撑杆3由内而外支撑导线7，固定板6可以由外而内地压紧导线7，第一支撑杆3和固定板6可以将导线7横向夹紧，以固定导线7。还可以调节第一支撑杆3与固定板6的横向夹紧力适应不同的定位需求。所述固定板6与第一支撑杆3对应设置是指，固定板6与第一支撑杆3处于同一个横向延长线上，以便仅在横向上对导线7施加夹紧力。而且，导线7通常采用铜导线，强度较低，固定板6与第一支撑杆3对应设置时可以避免导线7在其他方向产生变形，使得导线7缠绕形成规则的多边形棱柱状，最终得到所设定的电感值。而且，当第一支撑杆3设置为多个时，固定板6的个数可以与第一支撑杆3一致，形成第一支撑杆3与固定板6一一对应的结构，如图1所示；也可以设置至少两个固定板6，两个固定板6间隔分布，从而在第一框架11上形成两个固定点，可以在一定程度上提高导线7的定位可靠性。可以理解，当设置与第一支撑杆3一一对应的固定板6时，会形成多个固定点，固定力的分布更加均匀，定位可靠性也更高。再者，固定板6还可以与第一支撑杆3同向延伸，此时的第一支撑杆3和固定板6相当于两个平行夹板，将导线7夹紧；此时，在第一框架11的整个纵向分布了与导线7圈数一致的若干固定点，能够对每圈导线7均进行定位，无需为每圈导线7单独设置定位结构，还可以保证导线7在整个纵向上的定位可靠性。由于线圈通电后会产生大量的热能，为利于散热，可以使得各第一支撑杆3围成近圆形的内腔，以增大散热面积，通过内腔进行散热。通常，第一支撑杆3的个数可以大于等于六个，当然，第一支撑杆3的个数也不能过多，第一支撑杆3的个数过多时，不仅会增加绕制框架1的结构复杂性，还会使得相邻的第一支撑杆3之间的间距过小，也会影响散热。图1-6中以设置八个第一支撑杆3，形成八边形棱柱的第一框架11为例进行说明。在上述基础上，本申请还可以包括加强组件5，具体可以在第一框架11的纵向间隔设置若干加强组件5，加强组件5内置在第一框架11中，并对第一框架11进行横向支撑，具体为由内而外地横向支撑第一框架11；加强组件5还具有纵向贯通的通道51，以便第一框架11内部的热能能够通过通道51流通，实现散热。请进一步参考图2-4，如图2所示，加强组件5可以包括至少一个加强板52，加强板52可以横向延伸，并可以其两端分别与两个间隔设置的第一支撑杆3连接。导线7缠绕在第一框架11上时，缠绕力在横向上向内挤压第一框架11，并通过第一框架11挤压加强板52，加强板52产生反作用力，以由内而外抵顶第一框架11和导线7，从而提高第一框架11的强度和可靠性，避免导线7压溃第一框架11。当设置一个加强板52时，加强板52将第一框架11的内腔分割为两个所述通道51，此时，单个通道51的面积较大，利于散热；当设置两个以上的加强板52时，加强板52占用的空间相应增大，相应地，通道51的个数会增加，单个通道51的面积减小。因此，加强板52需兼顾加强效果以及散热需求。通常，加强板52的个数可以根据第一框架11所形成多边形的边数进行设置，加强板52的个数通常为第一框架11所形成多边形的边数的一半，用于连接两个相对设置的顶点。当然，加强板52的个数也可以大于第一框架11所形成多边形的边数的一半，以增强加强效果；或者，可以少于第一框架11所形成多边形的边数的一半，以改善散热效果。当加强板52的个数可以为偶数时，可以形成十字形和井字形交叉结构。以八棱柱为例，可以设置四个加强板52，加强板52可以呈井字形交叉布置，如图2和图3所示；此时，也可以设置两个加强板52，形成十字形交叉结构，也就是说，本领域技术人员可以根据需要选择交叉形式。当采用加强板52的结构形式时，加强板52具体可以为条形板，一方面，条形板的宽度较窄，可以减少对于第一框架11内腔的阻挡，以尽可能的增大通道51的面积，加强散热；另一方面，相对于杆状结构而言，条形板具有更大的面积，能够保证强度以及连接可靠性。如图4所示，为实现加强板52与第一支撑杆3的连接，具体可以在第一支撑杆3上设置若干插槽31，插槽31在第一框架11的纵向间隔分布，形成若干加强杆的连接位。如图4a所示，根据加强板52的端部结构，具体可以设置方形的插槽31；还可以控制插槽31的深度，以保证第一支撑杆3的强度，如图4b所示，插槽31的深度以不超过第一支撑杆3的厚度的1/4为宜。连接时，可以首先将加强杆的端部插入插槽31中，然后采用耐热性好的胶结剂粘结固定，这种类似榫卯的连接方式不仅连接方便可靠，还可以有效简化结构。当然，本领域技术人员还可以采用螺栓、销钉或者铆钉等连接件实现加强板52与第一支撑杆3的连接，也可以采用过盈配合等方式实现连接，不限于上述榫卯的结构形式。加强组件5的结构形式不限于上述加强板52，还可以为加强杆或者是加强筋等其他结构形式，当设置为加强杆等其他连接构件时，可以参照上文关于加强板52的结构形式进行设置，此处不再赘述。在上述基础上，本发明的绕制框架1还可以包括若干第二支撑杆4，法兰组件2可以为多边形框，第二支撑杆4的一端连接在其中一个法兰组件2的一个顶点处，另一端连接在另一个法兰组件2的对应顶点处，如此依次完成各第二支撑杆4的连接，使得各第二支撑杆4连接在两个法兰组件2之间，围成多边形棱柱状的第二框架12，各第二支撑杆4构成第二框架12的棱边，两个法兰组件2构成第二框架12的两个面。第二支撑杆4具体可以为单个杆件，也可以为拼接形成的构件，如图1所示，第二支撑杆4的横截面可以大致呈L型设置，通过两个大致垂直的两个杆件采用焊接等形式组合而成，可以提高第二支撑杆4的强度；而且，当采用L型结构时，第二支撑杆4L型的横边与法兰组件2搭接，然后通过螺栓等连接件进行连接固定，可以提高第二支撑杆4与法兰组件2的连接可靠性和便捷性。其中，第一框架11可以套装在第二框架12内，如图5所示。请结合图1和图2，以第二框架12为中空结构的四棱柱、第一框架11为中空的八棱柱为例，第二框架12具体可以为中空的长方体状，此时，法兰组件2为四边形的方框，为实现第一支撑杆3的连接，可以在方框内设置连接杆8，连接杆8的两端可以与法兰组件2的内边连接，并拼接形成八边形，构成第一框架11的面；各第一支撑杆3可以分别连接在连接杆8的两端，并沿纵向延伸，以形成八棱柱的棱边，形成图5所示的结构。各连接杆8可以焊接在法兰组件2的内框中，也可以采用螺栓等连接件进行连接；然后，可以将第一支撑杆3通过焊接或者螺栓连接等方式与连接杆8固定连接。为实现导线7的绕制，可以在法兰组件2的端面上设置螺栓孔等连接孔位21，用于与特定的线架工件连接，以实现线架工具的安装定位，进而借助线架工具实现导线7的绕制。以下结合图5和图6，对于本申请线圈组件的绕制过程进行详细说明。如图5所示，第二框架12可以横向放置，两个法兰组件2与第一支撑杆3和加强组件5连接成一体后，通过两个法兰组件2两端的连接孔位21将特制的线架工具安装定位，通过线架工具进行导线7绕制，将导线7螺旋缠绕在第一框架11上，绕制完成后形成图6所示的结构；接着，为了防止导线7振动，当导线7缠绕完成后，在每个第一支撑杆3对应位置的导线7外侧设置固定板6，固定板6与第一支撑杆3可以采用螺栓等连接件夹紧固定，将导线7固定；最后，为加强整个线圈组件的刚性，可以将第二支撑杆4通过螺栓等连接件固定在两个法兰组件2之间，形成如图1所示的线圈组件。其中，第二框架12构成线圈组件的基础支撑结构，第二框架12构成线圈组件的绕制结构；在形成第二框架12时，以强度为主，因此，第二框架12中的法兰组件2以及第二支撑杆4可以采用金属型材焊接成型；在形成第一框架11时，以散热和减少磁场影响为主，因此，第一支撑杆3、加强组件5和固定板6均可以采用耐热的非金属材料制成，例如环氧层压玻璃布板，而且，在保证内部支撑强度以及刚度的前提下，第一支撑杆3的宽度应尽可能窄，以减小第一支撑杆3与导线7的接触面积，利于导线7缠绕形成的线圈进行散热。此外，本文所述的第一框架11和第二框架12均可以设置为正棱柱或者其他结构形式的棱柱，本文仅以正棱柱为例进行说明，当设置为其他结构形式时，也可以参照正棱柱的结构进行改进，此处不再详述。以上对本发明所提供用于MRI梯度放大器性能测试的线圈组件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。