稳定磁场的超高场磁体的制作方法

本发明涉及超导磁体技术领域，特别是涉及稳定磁场的超高场磁体。

背景技术：

超导磁体是在超导线圈里维持持续的电流来产生磁场的。目前的超导磁体的磁场线圈是由低温的超导线绕制而成。以闭环方式工作的磁体，在励磁电源加载电流（励磁过程）以后，关闭磁体里的超导开关，形成一个没有电阻的纯超导闭环电路，电流可以在包括磁场线圈在内的超导闭环电路里，长时间持续稳定地流动，从而维持一个非常稳定的磁场。在工业中最长见的磁体的超导线是铌钛（nbti）合金材料，其具有很高的临界电流密度和临界磁场。但是，随着磁场强度的上升，铌钛超导线的临界电流密度就会下降，当磁场达到10特斯拉左右，临界电流密度会降为零，不能用来产生磁场。所以，铌钛超导线不在适合产生10特斯拉以上的磁场。

螺线管型电磁铁的磁场主要集中在螺线管的内部。所以靠近磁体中心区域的超导线更加容易达到临界条件，对于大型的磁体，可以将磁体分区选择超导线，以达到更大的经济效益。本磁体的超导线圈由两部分线圈构成，即外部线圈和内部线圈。外部线圈具有比较大的半径，处于磁体的低磁场区域，这部分超导线圈采用铌钛超导线材。内部线圈处于外部线圈的中心部位，是在磁体的高磁场区域，在这里铌钛超导线材的临界电流已经到达或接近零，必须采用其他材料。铌三锡（nb3sn）、铌三铝（nb3al）等合金和高温超导（hts）线材是可选项。铌三锡等材料的临界磁场超过20特斯拉，高温超导的临界磁场可以更高。

但是由于高温超导线材价格比较昂贵，而且机械性能不及低温超导线材，如铌钛超导线，所以其线圈一般绕制成相对独立的碟状线圈单元，但是相对独立的叠状线圈单元在安装应用之后，由于降温收缩引起的碟状线圈单元之间出现的松动现象，会造成不必要的失超现象，影响超导场磁体的使用。因为在磁体线圈上任何的机械不稳定性不是不允许的，因为线圈的任何局部移动都会诱发不必要的失超，进而形象超导效果。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种超高场磁体，其中高磁场区的高温超导线圈由若干个碟状线圈单元组装在一个同轴的磁场支撑筒体结构中，并在若干个碟状线圈单元的两端设置有预加压元件施加压力，将它们紧密地固定在一起。从而实现消除由于降温收缩引起的碟状线圈单元之间出现的松动现象。最终避免了失超和磁场畸变的产生，得到超高磁场强度且稳定的磁场。

本发明所采用的技术方案是：稳定磁场的超高场磁体，包括磁场支撑筒体以及套在磁场支撑筒体外侧的高温超导线圈，

高温超导线圈，由若干个环状线圈单元排列而成，套在磁场支撑筒体的外侧；

每个环状线圈单元，由一对高温超导线盘组成，每个高温超导线盘设有多层超导线圈，每层超导线圈由一圈高温超导带状线材绕制而成；

磁场支撑筒体，位于若干个环状线圈单元的两端部分别设有左限位法兰和右限位法兰；

左限位法兰和右限位法兰，与若干个环状线圈单元的端部之间分别设有一个预加压元件；

每一个所述预加压元件，由第一压环和第二压环，以及其间被夹紧的若干碟形弹性片制成。

优选地，左限位法兰和右限位法兰，与若干个环状线圈单元的端部之间分别设有一个预加压元件。

优选地，所述左限位法兰和右限位法兰突出于磁场支撑筒体外的高度h高于预加压元件突出于磁场支撑筒体的高度m,即h>m。

优选地，预加压元件的第一压环和第二压环的外径小于环状线圈单元的外径。

优选地，每一个所述预加压元件的若干碟形弹性片，一个侧面全部固定在第一压环和第二压环相对的其中一面，另一个侧面活动接触与第一压环和第二压环相对的另一面连接。

优选地，每一个所述预加压元件的若干碟形弹性片，一部分蝶形弹性片固定在第一压环上，另一部分固定在第二压环上。

优选地，每一个所述预加压元件的若干碟形弹性片均匀地自由排布于第一压环和第二压环之间，且均匀分布于一个压环上的凹坑内。

优选地，碟形弹性片由有弹性的无磁材料制作而成。

优选地，碟形弹性片为金属材料制成的弹性片。

优选地，碟形弹性片的材料为铍铜或磷铜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.使用临界磁场和临界电流更高的高温超导线材制作磁场线圈，从而提高磁体的磁场强度，使之高于传统的低温超导线圈磁体所能达到的最高磁场（10特斯拉）。

2.自动有效地避免超导场区高温超导线圈的失超，将高磁场区的高温超导线圈由若干个碟状线圈单元组装在一个同轴的磁场支撑筒体结构中，并在若干个碟状线圈单元的两端设置预加压元件施加压力，将它们紧密地固定在一起。

3.预加压元件自身磁场均匀性好，由第一压环和第二压环之间夹紧若干碟形弹性片制成，通过其第一压环和第二压环与碟形弹性片的各种连接结构，可以实现适应不同压紧位置、不同磁场强度的适应性更改，从而达到更好的稳定超导磁体的高场区域的磁场的目的，避免由于降温收缩引起的碟状线圈单元之间出现的松动造成的不必要的失超现象，保证了超高场磁体的正常使用。同时避免了由于线圈松动位移而造成的磁场畸变和不均匀。

综上所述，本发明的超高场磁体，由于将高磁场区的高温超导线圈由若干个碟状线圈单元组装在一个同轴的磁场支撑筒体结构中，并在若干个碟状线圈单元的两端设置预加压元件施加压力，同时对预加压元件进行了有效地限位，消除了超高场区由于降温收缩引起的线圈单元之间出现的松动现象，保证了超导场磁体的稳定性和均匀性。

附图说明

图1为稳定磁场的超高场磁体的一个实施例的结构图；

图2为预加压元件的一个实施例的结构图；

图3为环状线圈单元51的一个实施例的结构图；

图4为超高场磁体在临界磁场超过20特斯拉的磁共振成像仪6中应用的一个实施例的结构图；

其中：1-磁场支撑筒体，2-左限位法兰，3-右限位法兰，4-预加压元件，41-第一压环，42-第二压环，43-碟形弹性片；5-高温超导线圈，51-环状线圈单元；6-磁共振成像仪，7-低温杜瓦外壳，8-冷屏，9-低温度杜瓦液氦容器，10-低温超导线圈，11-病人检查通道，12-冷头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

如图1所示，稳定磁场的超高场磁体，包括磁场支撑筒体1以及套在磁场支撑筒体1外侧的高温超导线圈5。

高温超导线圈5，由若干个环状线圈单元51排列而成，套在磁场支撑筒体1的外侧；具体的高温超导线圈5的实施例，如图2所示，高温超导线圈5由若干个环状线圈单元51串联排列而成。

磁场支撑筒体1，位于若干个环状线圈单元51的两端部分别设有左限位法兰2和右限位法兰3；

每个环状线圈单元51，由一对高温超导线盘组成，每个高温超导线盘设有多层超导线圈，每层超导线圈由一圈高温超导带状线材绕制而成；

左限位法兰2和右限位法兰3，与若干个环状线圈单元51的端部之间分别设有一个预加压元件4，用于实现在各个环状线圈单元51之间出现松动时自动压紧，保证超高场磁体的磁场的稳定性和均匀性；

如图2所示，每一个所述预加压元件4，由第一压环41和第二压环42及其之间被夹紧若干碟形弹性片43制成。

超高场磁体的左限位法兰2和右限位法兰3，与若干个环状线圈单元51的端部之间分别设有一个预加压元件4，用于实现在各个环状线圈单元51之间出现松动时自动压紧，保证超高场磁体的磁场具有更为稳定性和均匀性，由弹簧的弹性自动压紧线圈，效果可靠。

超高场磁体的左限位法兰2和右限位法兰3突出于磁场支撑筒体1外的高度h高于预加压元件4突出于磁场支撑筒体1的高度m,即h>m，从而保证左、右限位法兰对预加压元件具有全截面的限位作用。

超高场磁体的预加压元件4的第一压环41和第二压环42的外径小于环状线圈单元51的外径，从而保证预加压元件能够较好地套装。

超高场磁体的预加压元件4的一个实施例是，每一个所述预加压元件4的若干碟形弹性片43，一个侧面全部固定在第一压环41和第二压环42相对的其中一面，另一个侧面活动接触与第一压环41和第二压环42相对的另一面连接，这样设计的好处是，提高预加压元件的整体对环状线圈单元之间的受力的敏感程度，同时不会出现因弹片位移造成的压力均匀，提升了自动压紧效果。

超高场磁体的预加压元件4的另一个实施例是，每一个所述预加压元件4的若干碟形弹性垫片43，一部分蝶形弹性垫片43固定在第一压盘41上，另一部分固定在第二压盘42上，均将碟形弹性垫片交叉地分别固定在第一压盘和第二压盘上，这样的好处是，受力均匀，节省材料、制造以及安装和维护的时间。

更优的实施例为，每一个所述预加压元件4的若干碟形弹性片43均匀地沿圆周分布且固定在第一压环41和第二压环42之间，进一步保证预加压元件对环状线圈单元在整个圆周上能够均匀地施加压力，更好地保证超高场磁体的稳定性，高温超导线圈能够得到更好的均匀磁场。

超高场磁体的碟形弹性片43可以由有弹性的无磁材料制作而成，保证其在预加压元件对蝶形弹性片加压，以进一步对高温超导线圈加压时，不会因磁化而产生干扰磁场。

更优的方案是碟形弹性片43为金属材料制成的弹性片，诸如无磁钢也叫无磁性钢和非磁性钢，实际上指没有铁磁性而不能被磁化的钢，要求磁导率μ≤1.319×10-6亨利/米，广泛应用于大中型变压器、电磁铁、等设备中的无磁结构材料。碟形弹性片43的材料还可以是铍铜或磷铜，其也具有较好的使用效果，不管是产生弹性形变还是无磁方面，使用效果均较好。

本发明的稳定磁场的超高场磁体，应用在磁共振成像仪6上时，从附图4中可以看出来，磁共振成像仪6具有低温杜瓦外壳7和冷头12，高温超导线圈5布置在其靠近病人检查通道11和冷屏8的中心筒的外侧。低温超导线圈10布置在高温超导线圈5的外侧，具体地和高温超导线圈5一起，位于冷屏8和低温度杜瓦液氦容器9的内部。由于超高场在很多场合是必要的。例如，磁共振的信号随着磁场强度的提高而提高，要得到更高的磁共振图像质量和空间分辨率，就需要超高场磁体。磁体的均匀性和稳定性对人体的检测尤为重要，使用了本发明的稳定磁场的超高场磁体，可以更好地制作磁共振成像系统，大大提高成像的信噪比和分辨率，检查人体更细微的病变，如大脑血管和神经系统的早期病变。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。