专利名称：超导磁体用的紧急停止单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及超导磁体用的紧急停止单元，并且尤其、但并非排他地涉及用于i^a在超导磁体中安全启动失超的这种装置，其中该超导磁体用于在磁共振成像(MRI)扫描仪中对患者进行检查。
背景技术：
典型地，超导磁体系统包括缠绕在安装于密封低温环境中的适当模子上的 超导材料线圈。这些系统产生非常强烈的磁场并且要求准确和仔细的控制，特 别是(例如)为了留意己计戈啲维护、或者为了实现修理、或者为了满足改变 操作要求而需要有意地消除磁场时。为了这些有计划的操作，通常m受控的斜降(ramping down)来消除磁场也就是，M31穿过电连接至臓体的电流引线 抽取电流，使在磁体线圈中流动的电流逐渐减少为零或向 少。这需要一段 时间并且需要适当的、有效的控制。然而，可能出现紧急情形，其中有必要fflit消除磁场禾口/或当控制系统不运 行时消除磁场。例如，这样的情形可以包括为了释放不小心被吸弓倒磁体上 的磁性零件，可能使人接近该系统；或者为了避免金属零件被吸引的风险，例 如当消防员必须禾U用他们的全部设备誕有源磁体时，其中所述全部设备包括 大的磁性部件。对于这种紧急操作来说，重要的是，在没有电源电功率的情况 下，停止单元(run-downunit)应当旨,有效地在磁体中启动失超。在比如火灾 发生的情形下，电源电功率很可能失去。在人受陷于磁体的情况下，反射性反 应可能是切断电源电功率，错误地认为这种行为可以切断磁场。因此，有必要 提供可靠的、不依赖于电源的失超启动装置作为紧急停止单元，作为受控失超 系统的一部分或者附加地作为受控失超系统。对于这种紧急停止单元通常是启 动局部失超事件，然后在旨系统中，失超事件的，分布。也有这样的情况这种超导磁体可以响应于突然的、不可逆的磁场衰弱而 自失超，其中该突然的、不可逆的磁场衰弱由任何能导致超导状态局部干扰的 事件所引起剧变。众所周知，为了降低对磁体线圈的局部、可能7乂久性破坏的风险，应该 在失超事件开始后立刻经由系统的线圈尽可能宽地分布该失超。典型地，SM 过4顿作为幾^^统一部分的失超传播装置、典型的是电加热器来实现。典型地，舰提供作为爐启动或者传播體的临近磁体线圈的小电加热 器總力于两种可能性。安排对加热器通电，从而加热磁体线圈使其摆脱超导 状态并且因此增加磁体线圈的电阻。通电可以响应于指示意外失超开始的一个 或多个激励准则自动地或者在紧急情形下手动地实现，在所述紧急情形下要求 失超，尽管磁体正确地工作。启动失超所需要的功率量是非常少的处于每秒两瓦的数量级，即2J的能量输入。从电源(mains)功率供应来提供该功率量是简单的，但是正如上面所讨论的那样，安全性要求是甚至在电源供应失败期间可以由本发明的紧急停止单元启动失超。在公知的布置中，典型地提供备用电池，用于在电源失败的 情况下给失超加热器通电。然而，提供并且维护安全可靠的备用动力电池出现 困难和重大费用，并且此外环境考虑对电池的f柳产生影响。本发明旨在解决一个或多个上述问题。本发明尤其是避开对电池使用的主要依赖，其中在所述电池中存储电能，1til在需要的时间产生所要求的功率。因此，本发明不仅不需要备用电池，而且也避免了提供可靠维护程序的费用，并且避免与其负责的处置相关的问题。特别是，本发明规定，在需要引起磁体线圈失超时，禾U用所存储的机械能或者 由操作者的肌肉动作而施加的肯巨魏产生电能。发明内容本发明提供一种用于超导磁体组件的紧急停止单元，所述紧急停止单元包括与超导磁体线圈相关联的至少一个电阻；以及给所述电阻提供电能的失超 启动装置；其中所述，启动装置包括电能发生器和用于在线圈失超时通过以 下之一启动所述电能产生的设备i)释放所存储的机械能，以及ii)直接手动、、 该发生器可以包含至少第一和第二部件，其被布置用来响应于在所述第一 和第二部件之间的至少预定程度的相对运动来产生电能。在这种布置中，所述 第一和第二部件中的一个可以包括用于产生静态磁场的设备，所述第一和第二 部件中的另一个被布置用以相对于所述的一个*^动，由此产生所述电能。在这种布置中，用于产生静态磁场的设备可以是超导磁体组件。可替代地，所述 磁场可以由专用的永磁性磁体部ft^供。该第一和第二部件之间的相对运动可以是旋转的或者可以是线性的。该第一和第二部件之间的相对运动可以由传动^a来加强。该发生器可以被适配用以在激励后被重置，然后被重新利用。可替代地， 该发生器也可以是可替换的并且适于一次性使用。该发生器可以包含能够响应于机械应力而产生电能的发生器部件；以及 与所述发生器部件相关联并且在与发生器部件的第一和第二操作关系之间可激 励的执行机构设备；其中所述执行机构设备被配置用以使所述发生器部件在所 述第一和第二关系的转变期间承受变化程度的应力，从而在所述转变期间产生 所述电能。这样的布置可以进一步包括易碎构件，其在完整无缺时将所述执行 机构设备保持在所述第一关系，并且在破裂时允许所述执行机构设备采用所述 第二关系。该易碎设备可以适于被手动打破。该发生器部件可以借助于易碎链 接而被维持在预应力条件下，由此，易碎链路的,从所述发生器部件释放应 力。该发生器部件可以包括压电材料。本发明的某些实施例中，电阻也被布置用以接收来自电源电功率或电池的 电能并且所述电能发生器可以被提供为备用系统，该备用系统在电源电功率 或电池失败时可操作。本发明也提供用于超导磁体组件的紧急停止单元，所述紧急停止单元包括: 至少一个超导磁体线圈；用于给所述线圈供应足够的能量以使线圈失超的设备以及用于在要求时碰撞线圈以产生足以诱发失超的交互作用的激励装置；其中所述mij装置包括外部弓l入的物体和一股气流之一，其中该外部弓l入的物体被布置用以撞击该线圈，由此给予机械冲击，该股气流在温度高于线圈材料的超 导转变温度时被引向线圈。本发明的某些实施例进一步包含视觉可感知设备，用于明显可挪也再现其、
为了使本发明可以清楚地理解和有效地实施，现在将仅以举例的方式参考 附图描述一些实施例，其中图1以示意图的形式示出根据本发明一个实施例的用于超导磁体组件的紧急停止单元，其包括发生器；图2示出根据本发明的用于超导磁体组件的紧急停止单元的另一实施例， 所述紧急停止单元包括发生器；图3示出在图1中所示的发生器的实施例的示意性框图；图4示出在图1中所示的发生器的另一实施例；以及图5示出根据本发明的实施例用于启动图1的超导磁体失超的可替f^几械 装置。
具体实施方式
现在参考附图，如图i所示，超导磁体系统包含多个^lz:的磁体线圈11至14，所述磁体线圈具有相应的相关联的电阻性加热器15至18，所鹏导磁体系 统在矩形外形线10中示意性示出，该矩形外形线代表密封低温室，在所述室中 安装线圈用于操作。电阻性加热器15至18可以被接线用于與虫通电，或者所 述电阻性加 可以根据设计和域如功能要求所指示的那样以串联、或并联或 以不同的串軟并联组合的方式被接线。虽然优选的是每一个线圈应该具有与其 相关联的至少一个加热器，但是本发明可以应用于不是这种情况的布置。线圈 11至14可以以本领域技术人员公知的任意合适的方式方j(g并耦合，以实现其所 期望的功能性。根据本发明的某些实施例，发生器装置20与系统10相关联，该发生， 置用来被驱动用以产生施加于加热器15至18中的一个或多个的电能，使得启 动失超。(当然，也可能将发生器20 i體为备用系统，所述备用系统在电源或 者电池21失败的情况可工作，如图1的虚线所示)。该发生器装置20可以采取多种可能形式中的任意一种。例如，如在图2 中所示，该发生器装置可以是简单的发电机或者带有在预定时间在静态磁场内 被驱动的转子的其他发生器；fflil手动操作执行机构(诸如绳索或者电缆30) 来启动驱动器，其中执行机构初始缠绕在转子或者与转子lil接的支撑物上，并 且被拉动用以使转子旋转并从而产生电能，所述电能耦合至与超导磁体系统10 的线圈11至14相关联的电阻性加热器15至18中的一个或多个。该发生器20可以是完整的装置，包括线圈和永久磁体，所述7乂久磁体f戯义 置得适当远离超导磁体柳或者恰当被屏蔽，以便不干扰由磁体线圈11-14所产 生的磁场。可替代地， 一组一隨性导电导线(比如铜或铝)的转子线圈可以被皿在非磁性模子上并且非磁性地被安装在线圈11-14的场内。当'^r活发生器 20时，操作者使转子线圈在线圈11-14的磁场中旋转，由此产生所需的电能， 所述电能可以被传导至电阻性加热器15-18。这种布置更简单，因为不需要提供 7乂久磁体，并且该发生器可以靠近磁体放置。而且，出于该目的对一 性导线 和结构部件的使用使由转子线圈引起的与由线圈11-14产生的主磁场的潜在干 扰最小化。正如前面提到的，功率需求非常小(例如2瓦)并且需要仅擀卖大约片刻; 这样该发生器20的操作要求是非常容易实现的。如果有必要，可以i顿传动装 置来增加执行机构的机械运动对转子的相对效应。应理解的是，如在图3中示意性所示，可以采用各种替代设备，因为用于 驱动这种发生器的軒的执行机构20a是可行的，例如在时钟机构布置中i顿 预加载的发条；重物被ISS用以在要求时例如通il牵引手柄30 (图2)的手动 操作而下落，其中该手柄附着在围绕转子或者链接到转子上的支撑物所缠绕的 绳索长度上。作为传统发电机的替代方案，所需的电能可以由线圈或引起横穿 磁力线的其他移动^g产生，例如允许非磁性导体上的非磁性重物穿过磁体的 磁场下落或摆动(所有的都可以示意性地表示为转子20b)。一 说，如在图1中所示的实施例提供紧急停止单元，其可以形自导 磁体系统10的受控，系统的一部分。在这些实施例中，该紧急停止单元具有 与至少一，导磁体线圈(如11)相关联的至少一个电动力电阻性加热器(如 15)，以及发生器装置20，用于经由输出线25将足够的电能施加至咖热器15 用以产生足够的热**使相关联的线圈11 ，并且因此整体上使系统失超。如 在图3中所示，典型地，该发生器20具有第一和第二部件、例如转子20b和用 于产生静态磁场的一些设备20c、以及一些适宜的设备，例如受拉拽的绳索或电 缆30、或者发条缠绕的装置，其用f^l行机构20a，用以至少实现在两个部件 之间最小程度的相对运动用以产生所需的电能。正如在图3中通过磁场发生器3示意性示出的那样，静态磁场可以包括由 超导磁体系统10本身所产生的磁场，但是可^15i永久磁体^^虫来产生，例如 用以允许在可能远离超导磁体的某一适宜的位置自由放置紧急停止单元。某些 发生器具有7乂久磁体转子和静态线圈。这些发生器也可以被用于本发明紧急停 止单元。如在图4中所示的本发明另一实施例，发生器20包括有源发生器部件、例 如压电元件20e。在这些实施例中，该发生器部件被保持在具有易碎元件20g的 密封容器20f内的应力下，该易碎元件20g在破碎时释方娘力，由i!W发生器部 件施加机械冲击足以引起该元件释放电能来施加给一个或多个电阻性加热器 (如15)。在这种情况下，如前所述，本发明提供用于超导磁体组件10的紧急停 止单元，其具有与超导磁体线圈(如11)相关联的至少一个电动力电阻性加热 器(如15)和用于将足够的电能施加于加热器15以产生足够的热戟使线圈失 超的发生器装置20。然而，在该实施例中，该发生器20包括能够响应于机械应 力而产生电能的有源发生器部件(例如上述的压电元件)。该实施例的，包括 以下布置，在所述布置中可以使重物(例如锤子)撞击发生器部件来产生所需 的电能。一皿说，在这些实施例中，提f皿行机构20h (图4)，其与发生器部件 相关联，并且该执行机构从与发生器部件的第一操作关系转为与发生器部件的 第二操作关系。在从第一转变为与发生器部件的第二操作关系期间，该执行机 构4跌生器部件承受变化程度的应力，从而产^^f需的电能。在一个实施例中，采用易碎设备20g，所述易碎设备在完整时，保持该执 行机构设备处于其第一操作关系，并且在破碎时，允许该执行机构设备采用其 第二操作关系，因此改 加于所述发生器部件的机械应力并且^^件产生所 需的电能。另外，发生器部件的简单手动变形也提供所需的倉疆。这种发生器部件的一个示例是压电发生器装置。可适用于这种实施例的一 次性使用的、可替换的压电发生，置己在英国专利GB1485739以及相应的美 国专利3,976,898中示出，其公开内容由此被并入作为参考(尤其是，美国专利 的第2歹ij、第1行到第5列第18行以及图1-3)。如可由本发明的紧急停止单元启动的故意失超通常是很少发生的事件，但 是紧急停止单元必须可靠itt作，以便确信在需要时可以启动紧急停止(失超)。 这类似于许多与安全性相关的系统，比如灭火器和机动车辆中的，。为了保 证这种可靠性，具有在一次性使用之后被替换的可任意处理的紧急停止单元可 能是有吸引力的。应理解的是，本发明尤其用M免提供电池来给电阻性加热器供应电力的 必要性；由此节约为其提供可靠的维护程序的相关费用；与废电池的可靠处理相关的费用柳蹄ij，以及M^、设计缺陷，该设计缺陷与强加于相对于系统封装 的电池安置的技术限制相关联。本发明设想了用所存储的或者所产生的机械能替换以电池形式所存储的电能。同样地，存在许多在本发明中可以l顿的替fW置。例如，如在图5中示意性所示，ffiil省略电阻性加热器，并且代替提供对至少一个线圈的直接接入(access) 24 (在附图中以虚线所示)，可以布置物体或介质23用以撞击线圈以 产生足以弓l发失超的相互作用。这些实施例例如可以包括通过外部引入的物体 冲击该线圈而引起的机械碰撞；对准线圈一部分的红外源；或者在高于线圈的 超导转变温度的温度处的一股气体可以在压力下从管、球状物、或者小玻璃瓶 中喷出，其中当需要失超时，可以手动或自动地打破该管、球状物或小玻璃瓶， 所有这些都在图5的方框23中示意性示出。仅仅线圈的一部分中的约2K的温 度升高典型地就足以弓l起失超开始。另外的实施例包括在线圈附近火花的产生。由降落在线圈上的火花所提供 的热量可以足以引发失超。在这些实施例中，可以在线圈的至少一部分上方提 供导热屏蔽，用以防止火^t线圈的损坏。火花可以由火花产生装置以公知的 方式M31手动操作或者通过释方妙;f存储的机械能的操作来提供。也有利的是提 供视觉可感知指示器26，其显示该紧急停止单元已经被激励。其他的实施例通过在磁体的磁场中释放磁性重物来在需要时启动紧急停止 (失超)，来利用磁场中所存储的能量。随后的动作可以用于磁体的机械撞击， 或者用于驱动导体穿过磁场来产生电育^用以施加给加皿15-18。当然，必要时，任何一个磁体系统都可以根据本发明配备两个或多个相似 的或不同的失超启动装置，例如一个由所存储的机械能激活，并且一个由手动 操作激舌；或者一个靠近磁体，并且一^离磁体而易接,作者。该紧急停止单元应该im地这样构造，使得其操作方法即使对于未经培训 的人员来说也是显而易见的，该人员在无该系统的先验知识或在其使用方面未 经培训的情况下就可以被要求启动磁体的紧急停止(失超)单元。在任何情况下，优选的是如此构造该紧急停止单元，使得在视觉上显然该 紧急停止单元已经被操作，用以育,^l艮务/维修人员容易识别失超启动事件。在包括电能产生的本发明实施例中，其中所述电能被施加给电动力加热器 以便启动所需的失超，所述电加热器可以这样被布置，使得所述电加热器可以M本发明的紧急停止单元以及m:电源电功率或电池来激活。这样，本发明的紧急停止单元可与传统的失超，组合，也可以用作这种传统，装置的备 用系统。通常应理解的是，失超事件弓胞了重大的安全顾虑，包括需要快速排出沸 腾的7賴卩剂蒸汽，以及需要包含由^iM弓胞的磁场快棘弱所产生的强大杂 散磁场。适当的蒸汽控律係统和用于容纳强大杂散场的设备是公知的，本发明 不论及。正如本领域公知的那样，失超事件可以自发发生，并且传统上提供设 备用于在磁体失超期间确保安全的环境。阐述公开仅用于举例说明本发明，并不意在限制。由于对于本领域技 术人员可以发生结合本发明精神和本质的对公开实施例的修改，因此本发明应i刻率释为包含所附权利要求禾唭等效方案的范围内的所有瞎况。
权利要求
1、超导磁体组件用的紧急停止单元，所述紧急停止单元包括与超导磁体的线圈(11-14)相关联的至少一个电阻；以及失超启动装置，其给所述电阻提供电能；其中所述失超启动装置包括电能发生器和用于在线圈失超时通过以下之一来启动所述电能的产生的设备i)释放所存储的机械能，以及ii)直接手动激励。
2、 如^5l利要求1所述的紧急停止单元，其中，该发生器包括至少第一和第二部件，其被布置用来响应于在所述第一和第二部件之间的至少预定程度的相 对运动来产生电能。
3、 如权利要求2所述的紧急停止单元，其中，所述第一和第二部件中的一 个包括用于产生静态磁场的设备，所述第一和第二部〗牛中的另一个被布置用以 相对于所述的一个^ii动，由此产生所述电能。
4、 如权利要求3所述的紧急停止单元，其中，用于产生静态磁场的设备是 超导磁体组件。
5、 如权利要求3所述的紧急停止单元，其中，所述磁场由专用的7lc久磁体 部條供。
6、 如权利要求2所述的紧急停止单元，其中，所述第一和第二部件之间的 相对运动是旋转运动和统性运动之一。
7、 如权利要求6所述的紧急停止单元，其中，所述第一和第二部件之间的相对运动由传动装置来加强。
8、 如丰又利要求1所述的紧急停止单元，其中，所述发生器被适配用以在激 励后被重置并且然后被重复使用。
9、 如权利要求1所述的紧急停止单元，其中，所述发生器是可替换的并且 适于一次性舰。
10、 如权利要求1所述的紧急停止单元，其中，所述发生器包括.-发生器部件，其肖,响应于机鹏力产生电能；以及 执行机构设备，其与所述发生器部件相关联，并且可在与发生器部件的第一和第二操作关系之间被激励；其中所述执行机构设备被配置用以使所述发生器部件在所述第一和第二关系之 间转变期间承受变化程度的应力，由此在所述转变期间产生所述电能。
11、 如权利要求io所述的紧急停止单元，进一步包括易碎构件，所述易碎构件在其完整时使所述执行机构设备保持于所述第一关系，在,时允许所述 执行机构设备采用所述第二关系。
12、 如权利要求ll所述的紧急停止单元，其中，所述易碎设备适于被手动 打破。
13、 如权利要求ll所述的紧急停止单元，其中，所述发生器部件通过易碎 ^g而维持在预应力条件下，由此易碎链接的^l^人所述发生器部件释放应力。
14、 如权禾腰求10所述的紧急停止单元，其中，该发生器部件包括压电材料。
15、 如权利要求1所述的紧急停止单元，其中也布置该电阻用以接收从电源电功率和电池之一所得到的电能以及提供所述电能发生器作为备用系统，该备用系统在电源电功率或电池失败 的情况下可工作。
16、 超导磁体组件用的紧急停止单元，所述紧急停止单元包括 超导磁体的至少一个线圈；用于给所述线圈施加足够的能翻以使线圈失超的设备；以及 ma装置，用于在需要时撞击线圈用以产生足以弓胞失超的相互作用；其 中所述激励装置包括外部弓l入的物体和被弓I向线圈的在高于线圈材料的超导转 变温度的温度下的一股气体之一，其中所述外部弓l入的物体被布置用以撞击该 线圈，由此会好机械冲击。
17、 如权利要求1所述的紧急停止单元，进一步包括视觉可感知设备，用 于明显可视地再现该紧急停止单元的激励。
全文摘要
本发明涉及超导磁体用的紧急停止单元，在超导磁体组件的紧急停止单元中，通过释放所存储的机械能或通过直接手动激励来引起磁体中的失超。
文档编号G01R33/38GK101246204SQ20081009203
公开日2008年8月20日 申请日期2008年1月10日 优先权日2007年1月10日
发明者M·L·格布哈德特, R·J·麦格雷戈尔 申请人:西门子磁体技术有限公司