插拔式电流引线结构及超导磁体的制作方法

文档序号:17968260发布日期:2019-06-21 23:01
插拔式电流引线结构及超导磁体的制作方法

本实用新型涉及超导磁体技术领域,特别涉及一种插拔式电流引线结构及超导磁体。



背景技术:

超导是指某些物质在一定温度条件下(一般为较低温度)电阻降为零的性质,利用材料的超导性可制作超导磁体。其中,超导磁体中超导线圈借由电流引线与外部回路导通,以产生磁场并储能。

然而,常见的电流引线有永久电流引线和临时电流引线两种。其中,永久电流引线不论在励磁或降场过程中还是完成任何操作之后,一直保持在磁体内部,因此易产生额外的热传导;而临时电流引线在与超导磁体内部接头连接过程中(由于从300K环境进入4K环境)会出现结合处接触不紧密,导致结合处电阻大于安全值,从而加大励磁和降场过程中超导磁体失超的风险。



技术实现要素:

基于此,提供一种降低额外热传导及失超风险的插拔式电流引线结构及超导磁体。

一种插拔式电流引线结构,装配于超导磁体上,所述插拔式电流引线结构包括:

固定设置于所述超导磁体中冷屏上的固定接头;

可插拔地设置于所述超导磁体中超导磁体外壳上的移动接头;以及

具有作用腔的作用容器,所述作用容器配置于所述超导磁体外壳与所述冷屏之间;

其中,所述固定接头构造为一端伸入所述作用腔内,所述移动接头插入所述作用腔内与所述固定接头连通时,所述作用腔用作冷却腔;

所述移动接头拔出所述作用腔后与所述固定接头断开时,所述作用腔用作真空腔。

在其中一个实施例中,所述超导磁体外壳和/或所述作用容器上开设有供所述移动接头出入的插拔口,所述插拔式电流引线结构包括第一密封堵头,所述第一密封堵头在所述作用腔为真空腔时封堵所述插拔口。

在其中一个实施例中,所述作用容器包括连通外界与所述作用腔的颈管,所述超导磁体外壳上开设与所述作用腔连通的通孔,所述颈管的一端密封设置于所述通孔的外周并与所述通孔连通,另一端开设所述插拔口。

在其中一个实施例中,所述插拔式电流引线结构包括管道及第二密封堵头,所述管道构造为允许作用介质进出所述作用腔,所述第二密封堵头在所述作用腔为真空腔时封堵所述管道。

在其中一个实施例中,所述作用介质为用于冷却的气体或液体。

在其中一个实施例中,所述移动接头内部开设有用于气体挥发的输出通道,所述输出通道连通外界与所述作用腔。

在其中一个实施例中,所述作用容器包括底壁及侧壁,所述底壁与所述冷屏之间具有一定间距,所述侧壁连接于所述底壁与所述超导磁体外壳之间;所述固定接头的一端固定设置于所述冷屏上,所述固定接头的另一端穿过所述底壁伸入所述作用腔内。

在其中一个实施例中,所述底壁与所述固定接头之间绝缘且密封设置。

在其中一个实施例中,所述侧壁由热的不良导体形成。

一种超导磁体,其包括超导线圈、用于为所述超导线圈提供超导温度的低温冷却单元以及用于实现所述超导线圈与外部回路导通的电流引线结构;所述低温冷却单元包括超导磁体外壳、冷屏内部结构以及冷屏,所述冷屏设置于所述超导磁体外壳与所述冷屏内部结构之间;所述电流引线结构为上述所述的电流引线结构。

本申请提供的插拔式电流引线结构及超导磁体,插拔式电流引线结构,固定接头设置于冷屏(50K环境)上,从而降低从300K环境进入4K环境(如传统临时电流引线)而导致结合处接触不紧密、结合处电阻大于安全值的问题;同时由于冷屏(50K组件)的热容大于冷屏内部结构(4K)的热容,从而降低励磁和降场过程中超导磁体失超的风险。此外,作用腔在移动接头与固定接头不同状态时用作具有不同功能的腔,降低热传导并达到良好绝热性能。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中超导磁体的插拔式电流引线结构连通的示意图;

图2为图1所示超导磁体的插拔式电流引线结构断开的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在两者之间的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在两者之间的元件。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

随着科学技术的发展,超导技术在工业和科研中得到更为广泛的应用。具体地,利用超导材料制作的超导磁体可应用于电机、磁悬浮运输、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称:MRI)、核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简称:NMR)等技术领域。其中,以医用超导磁体为代表,医用超导磁体已成为现代高场磁共振成像系统(Magnetic Resonance Imaging,MRI)的重要组成部分,主要作用是为MRI的工作提供高强度、高稳定性的背景磁场,便于实现快速、高对比度和高清晰度的成像。

超导磁体主要由超导线圈、超导开关、低温单元、辅助电路以及电流引线组成。其中,超导线圈通电流产生磁场,为主要储存能量的元件;超导开关保证超导线圈稳定工作于闭环和开环状态,低温单元保证所有需要超导态工作的部件处于超导温度,辅助电路主要完成超导磁体的失超保护等功能,使得超导磁体在失超过程中不会出现高电压或者高温损坏线圈;电流引线用于将超导线圈与外部回路导通,实现超导线圈的励磁及降场。

其中,临时电流引线只在对超导磁体进行操作时使用,如励磁或降场时提供电流通道;当完成既定操作后,会将电流引线与超导磁体分离并拿出。而临时电流引在与超导磁体内部接头连接过程中(由于从300K环境进入4K环境),会出现结合处接触不紧密导致结合处电阻大于安全值,从而加大励磁和降场过程中超导磁体失超的风险。

永久电流引线不论在励磁或降场过程中还是完成任何操作之后,是一直保持在超导磁体内部,其一端与超导磁体内部电路相连,另一端在超导磁体外部用以和电源电缆相连。即永久电流引线会一直与超导磁体内部电路相连,虽然与外部电路连接时不存在从300K进入4K这一过程,可以避免临时电流引线带来的不利因素,但一直保持在磁体内部,易产生额外的热传导。

为解决上述临时电流引线与永久电流引线存在的上述问题,本实用新型提供一种插拔式电流引线结构,以解决上述问题。

为了便于理解,首先就超导磁体的结构进行简单介绍。由于低温超导磁体必须运行在4K(-269℃)左右的低温温区。因此,为维持低温超导磁体的工作环境,通常将低温超导磁体设计成一个高真空、高绝热性能的杜瓦容器。

其中,杜瓦容器包括冷屏内部结构、超导磁体外壳以及冷屏。冷屏内部结构内充满液氦及氦气,超导磁体中超导线圈浸于液氦内。超导磁体外壳设置在冷屏内部结构外部,并与冷屏内部结构之间形成双层壁结构。同时,在壁间抽成高真空以减小气体的传热,双层壁相对的两个表面镀银或抛光以降低辐射率,从而使辐射传热尽可能地减小。冷屏(50K环境)设置于冷屏内部结构与超导磁体外壳之间,并在表面包裹多层高分子绝热膜,用于尽量减少超导磁体外壳(外部为室温300K)向冷屏内部结构(4K环境)的热传递(即漏热)。

请参看图1和图2,本实用新型一实施例中,插拔式电流引线结构100装配于超导磁体上,用于将超导线圈与外部回路导通,以产生磁场,实现超导线圈的储能。插拔式电流引线结构100包括固定接头10、移动接头30以及作用容器50。

固定接头10固定设置于超导磁体中冷屏200上,移动接头30可插拔地设置于超导磁体中超导磁体外壳400上,作用容器50具有作用腔51,且配置于超导磁体外壳400与冷屏200之间。

具体地,固定接头10构造为一端伸入作用腔51内,移动接头30插入作用腔51内与固定接头10连通时,作用腔51用作冷却腔,以对移动接头30进行降温冷却;而当移动接头30拔出作用腔51后与固定接头10断开时,作用腔51用作真空腔,以保证超导磁体外壳400(300K组件)和冷屏200(50K组件)之间良好的绝热性能。

也就是说,插拔式电流引线结构100被分为两个部分,一部分固定设置于冷屏200上(即固定接头10),另一部分相对超导磁体外壳400可插拔设置(即移动接头30)。同时,超导磁体内部还设置有作用腔51;使得在移动接头30与固定接头10连通时,用于对移动接头30冷却;而在移动接头30与固定接头10断开时,用于保持真空状态,达到良好绝热性能。

本申请中插拔式电流引线结构100,固定接头10设置于冷屏200(50K环境)上,从而降低从300K环境进入4K环境(如传统临时电流引线)而导致结合处接触不紧密、结合处电阻大于安全值的问题;同时由于冷屏200(50K组件)的热容大于冷屏内部结构(4K)的热容,从而降低励磁和降场过程中超导磁体失超的风险。此外,作用腔51在移动接头30与固定接头10不同状态时用作具有不同功能的腔,降低热传导并达到良好绝热性能。

具体地,作用容器50包括底壁52及侧壁53,底壁52与冷屏200之间具有一定间距,侧壁53连接于底壁52与超导磁体外壳400之间。固定接头10的一端固定设置于冷屏200上,固定接头10的另一端穿过底壁52伸入作用腔51内。

其中,为了保证作用腔51的密封性能,底壁52与固定接头10之间绝缘且密封设置。此外,侧壁53由热的不良导体形成,以减少热传导。

可以理解地,在其它实施例中,底壁52亦可与冷屏200的外表面合二为一,即底壁52即由冷屏200的外表面构成,侧壁53直接密封形成于冷屏200外表面与超导磁体外壳400之间;只需要作用容器50为形成于超导磁体外壳400与冷屏200之间的密封容器即可,在此不作限定。

超导磁体外壳400和/或作用容器50上开设有供移动接头30出入的插拔口510,插拔式电流引线结构100包括第一密封堵头70(如图2所示),第一密封堵头70在作用腔51为真空腔时封堵插拔口510。

在其中一个实施例中,插拔口510与超导磁体外壳400上设置供移动接头30出入的通孔合二为一,移动接头30由插拔口510进入作用腔51与固定接头10连通,且当移动接头30由作用腔51中拔出,作用腔51被抽成真空腔后,第一密封堵头70封堵插拔口510。

在本具体实施例中,作用容器50包括连通外界与作用腔51的颈管55,超导磁体外壳400上开设与作用腔51连通的通孔401。颈管55的一端密封设置于通孔401的外周并与通孔401连通,另一端开设插拔口510。也就是说,超导磁体外壳400上自身开设有仅供移动接头30进出的通孔401,颈管55一体或分体式的设置于超导磁体外壳400上,并与通孔401连通形成一条供移动接头30进出的通道。当作用腔51被抽成真空腔后,第一密封堵头70封堵颈管55上的插拔口510。其中,颈管55与超导磁体外壳400的连接方式可以为超声波焊接、密封胶连接等多种方向,只需要实现密封连接即可,在此不作限定。

可以理解地,在其它实施例中,颈管55可直接密封套设于通孔401内,使通孔401仅用于容纳颈管55,而移动接头30的出入完全通过颈管55的插拔口510即可,当作用腔51被抽成真空腔后,第一密封堵头70封堵颈管55上的插拔口510。

进一步地,插拔式电流引线结构100还包括管道80及第二密封堵头90(如图2所示),管道80构造为允许作用介质进出作用腔51,第二密封堵头90在作用腔51为真空腔时封堵管道80。具体地,管道80的一端插入超导磁体外壳400与作用容器50进入作用腔51内,另一端外露。如图1所示,在进行励磁或降场时,拔出第一密封堵头70和第二密封堵头90,移动接头30插入作用腔51与固定接头10接触,作用腔51内通过管道80通入液氮,以对移动接头30冷却降温;如图2所示,而当操作完成后,移动接头30由作用腔51拔出,将第一密封堵头70封堵插拔口510,并通过管道80对作用腔51进行抽空呈真空腔后,通过第二密封堵头90封堵管道80,以保证达到良好绝热性能。

上述作用介质为用于冷却的气体或液体,优选地为液氮。对应地,移动接头30内部开设有用于气体挥发的输出通道31,输出通道31连通外界与作用腔51使得受热呈气态的氮气可经输出通道31排出。

本申请中提供的电流引线结构100,具有以下有益效果:

1、本申请中插拔式电流引线结构100的移动接头30与固定接头10的结合为由300K环境进入50K环境,从而降低从300K环境进入4K环境(如传统临时电流引线)而导致结合处接触不紧密、结合处电阻大于安全值的问题;同时由于冷屏200(50K组件)的热容大于冷屏内部结构(4K)的热容,从而降低励磁和降场过程中超导磁体失超的风险;

2、作用腔51在移动接头30与固定接头10不同状态时用作具有不同功能的腔,降低热传导并达到良好绝热性能。

3、降低使用过程的热传导,在励磁及降场过程完成后,移动接头30与固定接头10会由作用腔51内部拔出,切断了热传导通道,减少了从300K环境向4K环境的热传导。

本实用新型实施例一提供的超导磁体,因其具有上述插拔式电流引线结构100全部的技术特征,故具有与上述插拔式电流引线结构100相同的技术效果。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

再多了解一些
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