ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение в общем относится к сверхпроводящим катушкам для магнита, например, в криогенной окружающей среде. В частности, настоящее изобретение относится к устройству или конструкции для поддерживания сверхпроводящих катушек при подаче питания для получения большой напряженности магнитного возбуждения и способу поддерживания таких сверхпроводящих катушек.
ПРЕДПОСЫЛКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сверхпроводящие магнитные системы используются в различных областях, включая анализ методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и магнитно-резонансную томографию (МРТ). Для реализации сверхпроводимости магнит удерживаться в криогенной окружающей среде при температуре, близкой к абсолютному нулю. Обычно магнитная система включает в себя одну или более электропроводящих катушек, функционирующих в качестве одного или более магнитов, которые расположены в криостате и охлаждаются криогенной текучей средой, например, жидким гелием, для поддержания сверхпроводимости.
Некоторые сверхпроводящие магнитные системы имеют множество сверхпроводящих катушек или секций катушек в различных аксиальных местах, а также имеющих разные радиусы. Например, в некоторых случаях сверхпроводящая магнитная система для аппарата МРТ может включать в себя основную сверхпроводящую катушку (иногда называемую катушкой возбуждения), имеющую множество секций основной катушки (или секций катушки возбуждения) в разных аксиальных положениях, которые имеют первый радиус, а также сверхпроводящую экранирующую катушку, имеющую множество секций экранирующей катушки в разных аксиальных положениях, которые имеют второй радиус больший, чем первый радиус катушки возбуждения.
При подаче питания сверхпроводящие катушки или секции катушек, диаметры которых, например, могут быть порядка одного или двух метров, создают большие магнитные силы между ними, а также большие внутренние магнитные напряжения. Дополнительно при подаче питания на сверхпроводящие катушки секции катушек радиально расширяются на небольшую величину (например, 1 мм или более), и эта величина радиального расширения может варьироваться в соответствии с диаметром катушки. Однако в аппарате МРТ сверхпроводящие катушки должны быть позиционированы относительно друг друга в пределах долей миллиметра для создания магнитных полей, подходящих для визуализации. Таким образом, радиальное расширение катушек при подаче питания представляет проблему.
Кроме того, сверхпроводящие катушки также должны содержаться при очень низких температурах, например, находиться в криостате, для сохранения сверхпроводимости. Любая конструкция, поддерживающая сверхпроводящие катушки, должна размещать сверхпроводящие катушки в пределах определенных допусков при больших магнитных нагрузках, как рассмотрено выше, при этом, не создавая никакого высвобождения энергии в катушки, которое может нагревать их или окружающую область, и тем самым влиять на их характеристики сверхпроводимости.
Граница между сверхпроводящими катушками и опорной конструкцией или устройством может представлять несколько проблем. Удержание сверхпроводящих катушек и позиционирование катушек может создавать большие касательные напряжения на границе между сверхпроводящими катушками и опорной конструкцией. При этом большие аксиальные силы в сочетании с большими силами, действующими по окружности, могут вызывать высвобождение энергии на границе(ах) между катушкой(ами) и опорной конструкцией посредством трения или разрушенных связей, и эта энергия может гасить сверхпроводящие катушки.
Для МРТ сверхпроводящие катушки часто используют проволоку, изготовленную с небольшими нитями из NbTi, которая проводит высокие токи без сопротивления. Нити заделаны в медную матрицу, что позволяет равномерное распределение тока и обеспечивает стабильность. Часто в проволоке используется дополнительная медь для дополнительной стабилизации катушек от внешних высвобождений энергии, а также для снижения уровней напряжения на границе между катушками и опорной конструкцией. Однако добавление дополнительной меди в сверхпроводящие катушки делает их менее эффективными в отношении магнитных свойств, повышает их теплоемкость (что увеличивает время их охлаждения) и повышает их стоимость.
Соответственно необходимо обеспечить аппарат, такой как машина МРТ, который включает в себя опорную конструкцию для системы сверхпроводящих катушек. Дополнительно необходимо обеспечить такую опорную конструкцию, которая может удерживать положения сверхпроводящих катушек относительно друг друга в пределах жестких допусков при подаче питания. Еще дополнительно необходимо обеспечить такую опорную конструкцию, которая может решить эти задачи без создания большого количества энергии трения и связанного теплорассеяния.
В одном аспекте настоящего изобретения аппарат содержит: по меньшей мере первую электропроводящую катушку, имеющую по меньшей мере первую и вторую секции катушки, которые отделены и разнесены друг от друга; и опорную конструкцию, расположенную для поддерживания первой и второй секций катушки. Опорная конструкция выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций катушки зафиксированными при подаче питания и отключении питания на первой электропроводящей катушке и позволять радиальное расширение каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания.
В некоторых вариантах осуществления аппарат дополнительно может содержать: по меньшей мере вторую электропроводящую катушку, причем первая электропроводящая катушка может представлять собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка может представлять собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка может иметь по меньшей мере первую и вторую секции экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка может иметь диаметр больший, чем диаметр катушки возбуждения, и причем ось экранирующей катушки может проходить через окружность, образованную катушкой возбуждения. Опорная конструкция может быть выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания и отключении питания на первой электропроводящей катушке и позволять радиальное расширение каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления опорная конструкция может содержать: первый опорный элемент, который может иметь первый участок, расположенный в первом местоположении на первой секции катушки, и второй участок, расположенный в первом местоположении на второй секции катушки, причем первый опорный элемент может аксиально, радиально и вращательно фиксировать первое местоположение на первой секции катушки относительно первого местоположения на второй секции катушки; второй опорный элемент, который может иметь первый участок, расположенный во втором местоположении на первой секции катушки, и второй участок, расположенный во втором местоположении на второй секции катушки, причем второй опорный элемент может аксиально и вращательно фиксировать второе местоположение на первой секции катушки относительно второго местоположения на второй секции катушки и позволять радиальное перемещение первой и второй секций катушки; третий опорный элемент, который может иметь первый участок, расположенный в третьем местоположении на первой секции катушки, и второй участок, расположенный в третьем местоположении на второй секции катушки, причем третий опорный элемент может аксиально фиксировать третье местоположение на первой секции катушки относительно третьего местоположения на второй секции катушки и позволять радиальное и вращательное перемещение в третьих местоположениях первой и второй секций катушки; и четвертый опорный элемент, который может иметь первый участок, расположенный в четвертом местоположении на первой секции катушки, и второй участок, расположенный в четвертом местоположении на второй секции катушки, причем четвертый опорный элемент может аксиально фиксировать четвертое местоположение на первой секции катушки относительно четвертого местоположения на второй секции катушки и позволять радиальное и вращательное перемещение в четвертых местоположениях первой и второй секций катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления опорная конструкция может дополнительно содержать электроизолирующее опорное кольцо, имеющее ось, которая простирается параллельно оси первой электропроводящей катушки, причем электроизолирующее опорное кольцо может быть жестко прикреплено к первому опорному элементу, и причем каждый из третьего и четвертого опорных элементов может иметь расположенный в нем паз, причем первый участок электроизолирующего опорного кольца может быть расположен в пазу в третьем опорном элементе, а второй участок электроизолирующего опорного кольца может быть расположен в пазу в четвертом опорном элементе.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления электроизолирующее опорное кольцо может включать в себя по меньшей мере один ограничитель вращения, причем второй опорный элемент может иметь расположенный в нем паз, причем третий участок опорного кольца может быть расположен в пазу во втором опорном элементе, и причем второй опорный элемент может быть вращательно зафиксирован по меньшей мере одним ограничителем вращения.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления аппарат может дополнительно содержать по меньшей мере первый и второй выступы, простирающиеся от электроизолирующего опорного кольца, причем второй опорный элемент может иметь расположенный в нем паз, причем третий участок опорного кольца может быть расположен в пазу во втором опорном элементе, и причем второй опорный элемент может быть вращательно зафиксирован между первым и вторым выступами.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления аппарат может дополнительно содержать по меньшей мере вторую электропроводящую катушку, причем первая электропроводящая катушка может представлять собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка может представлять собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка может иметь по меньшей мере первую и вторую секции экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка может иметь диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, причем ось экранирующей катушки может проходить через окружность, образованную катушкой возбуждения, и причем опорная конструкция может быть выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания и отключении питания на первой электропроводящей катушке и может позволять радиальное расширение каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления опорная конструкция может быть выполнена с возможностью обусловливать невыставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при отключении питания на по меньшей мере одной из катушки возбуждения и экранирующей катушки, и обусловливать коаксиальное выставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при подаче питания на обе из катушки возбуждения и экранирующей катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления первый опорный элемент может иметь третий участок, расположенный в первом местоположении на первой секции экранирующей катушки, и четвертый участок, расположенный в первом местоположении на второй секции экранирующей катушки, причем первый опорный элемент может аксиально, радиально и вращательно фиксировать первое местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно первого местоположения на второй секции экранирующей катушки, и опорная конструкция может дополнительно содержать: пятый опорный элемент, который имеет первый участок, расположенный во втором местоположении на первой секции экранирующей катушки, и второй участок, расположенный во втором местоположении на второй секции экранирующей катушки, причем пятый опорный элемент может аксиально и вращательно фиксировать второе местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно второго местоположения на второй секции экранирующей катушки и позволять радиальное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки; шестой опорный элемент, который имеет первый участок, расположенный в третьем местоположении на первой секции экранирующей катушки, и второй участок, расположенный в третьем местоположении на второй секции экранирующей катушки, причем шестой опорный элемент может аксиально фиксировать третье местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно третьего местоположения на второй секции экранирующей катушки и позволять радиальное и вращательное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки; и седьмой опорный элемент, который имеет первый участок, расположенный в четвертом местоположении на первой секции экранирующей катушки, причем седьмой опорный элемент может аксиально фиксировать четвертое местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно четвертого местоположения на второй секции экранирующей катушки и позволять радиальное и вращательное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления каждый из шестого и седьмого опорных элементов может иметь расположенный в нем паз, причем четвертый участок опорного кольца может быть расположен в пазу в шестом опорном элементе, а пятый участок опорного кольца может быть расположен в пазу в седьмом опорном элементе.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления аппарат может дополнительно содержать по меньшей мере третий и четвертый выступы, простирающиеся от электроизолирующего опорного кольца, причем пятый опорный элемент может иметь расположенный в нем паз, причем шестой участок опорного кольца может быть расположен в пазу в пятом опорном элементе, и причем пятый опорный элемент может быть вращательно зафиксирован между третьим и четвертым выступами.
В некоторых вариантах осуществления первая электропроводящая катушка может содержать медь и сверхпроводящий материал.
В некоторых вариантах осуществления опорная конструкция может содержать: по меньшей мере одно опорное кольцо, имеющее ось, которая простирается параллельно оси первой электропроводящей катушки; множество опорных балок, соединенных с опорным кольцом; множество первых опорных элементов, каждый из которых соединен с первой секцией катушки; и множество вторых опорных элементов, каждый из которых соединен со второй секцией катушки; множество пар шарнирных элементов, причем каждая пара шарнирных элементов соединяет один из первых и вторых опорных элементов с одной из опорных балок, причем первые и вторые опорные элементы могут быть выполнены с возможностью предотвращать вращательное и аксиальное перемещение первой и второй секций катушки относительно друг друга, и причем пары шарнирных элементов могут позволять радиальное перемещение первой и второй секций катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления аппарат может содержать по меньшей мере вторую электропроводящую катушку, причем первая электропроводящая катушка может представлять собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка может представлять собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка может иметь по меньшей мере первую и вторую секции экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка может иметь диаметр больше диаметра катушки возбуждения, причем ось экранирующей катушки может проходить через окружность, образованную катушкой возбуждения, и причем опорная конструкция может быть выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания и отключении питания на первой электропроводящей катушке и позволять радиального расширения каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления опорная конструкция может дополнительно содержать: множество третьих опорных элементов, каждый из которых соединен с первой секцией экранирующей катушки; множество четвертых опорных элементов, каждый из которых соединен со второй секцией экранирующей катушки; и множество пар вторых шарнирных элементов, причем каждая пара вторых шарнирных элементов соединяет один из третьих и четвертых опорных элементов с одной из опорных балок, причем третьи и четвертые опорные элементы могут быть выполнены с возможностью предотвращать вращательное и аксиальное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки относительно друг друга, и причем пары вторых шарнирных элементов могут позволять радиальное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечен способ поддерживания по меньшей мере первой электропроводящей катушки, имеющей по меньшей мере первую и вторую секции катушки, которые отделены и разнесены друг от друга. Способ содержит: удерживание относительных аксиальных положений первой и второй секций катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке; и обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно содержать: аксиальное, радиальное и вращательное фиксирование первого местоположения на первой секции катушки относительно первого местоположения на второй секции катушки; аксиальное и вращательное фиксирование второго местоположения на первой секции катушки относительно второго местоположения на второй секции катушки, при этом позволяют радиальное перемещение первой секции катушки во втором местоположении на первой секции катушки и позволяют радиальное перемещение второй секции катушки во втором местоположении на второй секции катушки; аксиальное фиксирование третьего местоположения на первой секции катушки относительно третьего местоположения на второй секции катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции катушки в третьем местоположении на первой секции катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции катушки в третьем местоположении на второй секции катушки; и аксиальное фиксирование четвертого местоположения на первой секции катушки относительно четвертого местоположении на второй секции катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции катушки в четвертом местоположении на первой секции катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции катушки в четвертом местоположении на второй секции катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления способ может дополнительно содержать поддерживание по меньшей мере второй электропроводящей катушки, причем первая электропроводящая катушка может представлять собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка может представлять собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка может иметь по меньшей мере первую и вторую секции экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка может иметь диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, причем ось экранирующей катушки может проходить через окружность, образованную катушкой возбуждения. Способ дополнительно содержит: удерживание относительных аксиальных положений первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке и обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления способ может дополнительно содержать невыставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при отключении питания на по меньшей мере одной из катушки возбуждения и экранирующей катушки и коаксиальное выставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при подаче питания на обе из катушки возбуждения и экранирующей катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления способ может дополнительно содержать: аксиальное, радиальное и вращательное фиксирование первого местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно первого местоположения на второй секции экранирующей катушки; аксиальное и вращательное фиксирование второго местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно второго местоположения на второй секции экранирующей катушки, при этом позволяют радиальное перемещение первой секции экранирующей катушки во втором местоположении на первой секции экранирующей катушки и позволяют радиальное перемещение второй экранирующей катушки во втором местоположении на второй секции экранирующей катушки; аксиальное фиксирование третьего местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно третьего местоположения на второй секции экранирующей катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции экранирующей катушки в третьем местоположении на первой секции экранирующей катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции экранирующей катушки в третьем местоположении на второй секции экранирующей катушки; и аксиальное фиксирование четвертого местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно четвертого местоположения на второй секции экранирующей катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции экранирующей катушки в четвертом местоположении на первой секции экранирующей катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции экранирующей катушки в четвертом местоположении на второй секции экранирующей катушки.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания посредством множества шарнирно соединенных опорных элементов, каждый из которых соединен с одной из первой секции катушки и второй секции катушки.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления способ может дополнительно содержать: поддерживание по меньшей мере второй электропроводящей катушки, причем первая электропроводящая катушка может представлять собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка может представлять собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка может иметь по меньшей мере первую и вторую секции экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка может иметь диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, причем ось экранирующей катушки может проходить через окружность, образованную катушкой возбуждения. Способ может дополнительно содержать удерживание относительных аксиальных положений первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке и обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания посредством множества дополнительных шарнирно соединенных опорных элементов, каждый из которых соединен с одной из первой секции экранирующей катушки и второй секции экранирующей катушки.
В еще одном аспекте изобретения аппарат содержит: электропроводящую катушку возбуждения; электропроводящую экранирующую катушку, причем экранирующая катушка имеет диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, и причем ось экранирующей катушки проходит через окружность, образованную катушкой возбуждения; и опорную конструкцию, расположенную с возможностью поддерживать катушку возбуждения и экранирующую катушку. Опорная конструкция выполнена с возможностью обусловливать невыставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при отключении питания на по меньшей мере одной из катушки возбуждения и экранирующей катушки, и обусловливать коаксиальное выставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при подаче питания на обе из катушки возбуждения и экранирующей катушки.
В некоторых вариантах осуществления катушка возбуждения может иметь по меньшей мере первую и вторую секции катушки возбуждения, которые отделены и разнесены друг от друга, и катушка возбуждения может иметь по меньшей мере первую и вторую секции катушки возбуждения, которые отделены и разнесены друг от друга.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления опорная конструкция может быть выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций катушки возбуждения зафиксированными при подаче питания и отключении питания на электропроводящей катушке возбуждения и позволять радиальное расширение каждой из первой и второй секций катушки возбуждения при подаче питания, и опорная конструкция может быть дополнительно выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания и отключении питания на электропроводящей экранирующей катушке и позволять радиальное расширение каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
В некоторых модификациях этих вариантов осуществления опорная конструкция может дополнительно содержать: электроизолирующее опорное кольцо, имеющее ось, которая простирается параллельно оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки; и множество опорных элементов, функционально зацепленных с катушкой возбуждения, экранирующей катушкой и электроизолирующим опорным кольцом так, чтобы фиксировать аксиальные положения катушки возбуждения и экранирующей катушки относительно друг друга, при этом позволяя радиальное расширение катушки возбуждения и радиальное расширение экранирующей катушки, причем величина радиального расширения катушки возбуждения отличается от величины радиального расширения экранирующей катушки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет более понятно из подробного описания примерных вариантов осуществления, представленных ниже, которые рассмотрены в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:
Фиг. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления аппарата магнитно-резонансной томографии (МРТ);
Фиг. 2 представляет собой функциональную схему, иллюстрирующую один примерный вариант осуществления сверхпроводящей магнитной системы, которая может быть применена в аппарате МРТ.
Фиг. 3 представляет собой концептуальную иллюстрацию части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 4 представляет собой первый вид в перспективе части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 5 представляет собой второй вид в перспективе части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 6 представляет собой вид сбоку части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 7 представляет собой вид спереди части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 8 представляет собой вид сверху части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 9 представляет собой вид снизу части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 10 представляет собой вид крупным планом части дна одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 11 представляет собой первую схему, иллюстрирующую функционирование первого примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 12 представляет собой вторую схему, иллюстрирующую функционирование первого примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 13 представляет собой первую схему, иллюстрирующую функционирование второго примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 14 представляет собой вторую схему, иллюстрирующую функционирование второго примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе части другого примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 16 представляет собой вид крупным планом части примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы, показанной на Фиг. 15.
Фиг. 17 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую вариант осуществления способа поддерживания одной или более электропроводящих катушек сверхпроводящей магнитной системы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение далее будет описано более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны варианты осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть выполнено в различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное изложенными в настоящем документе вариантами осуществления. Точнее, эти варианты осуществления обеспечены в качестве обучающих примеров изобретения. В настоящем раскрытии и формуле изобретения, когда что-либо указывается как имеющее приблизительно определенное значение, это означает, что оно имеет значение в пределах 10% от этого значения, а когда что-либо указывается как имеющее значение около определенного значения, это означает, что оно имеет значение в пределах 25% от этого значения.
Фиг. 1 иллюстрирует примерный вариант осуществления аппарата 100 магнитно-резонансной томографии (МРТ). Аппарат 100 МРТ включает в себя магнитную систему 102; стол 104 для пациента, выполненный с возможностью размещения пациента 10; градиентные катушки 106, выполненные с возможностью по меньшей мере частичного окружения по меньшей мере участка тела пациента 10, для которого аппарат 100 МРТ генерирует изображение; радиочастотную катушку 108, выполненную с возможностью приложения радиочастотного сигнала к по меньшей мере участку тела пациента 10, изображение которого получают, и изменения настройки магнитного поля. Общее функционирование аппарата МРТ хорошо известно, и в связи с этим не будет повторно рассматриваться в настоящем документе.
Фиг. 2 иллюстрирует один примерный вариант осуществления сверхпроводящей магнитной системы 200, которая может быть применена в аппарате МРТ, таком как аппарат 100 МРТ. В частности, сверхпроводящая магнитная система 200 может представлять собой один вариант осуществления магнитной системы 102 в аппарате 100 МРТ. Следует понимать, что в общем сверхпроводящая магнитная система 200 может включать в себя множество других компонентов, которые не проиллюстрированы на Фиг. 2. Некоторые компоненты опущены на Фиг. 2 для простоты иллюстрации, чтобы не перекрывать аспекты настоящего изобретения, рассмотренные ниже.
Сверхпроводящая магнитная система 200 включает в себя криостат 210, имеющий корпус или внешний вакуумный контейнер 211, и теплозащитный экран 213, расположенный в корпусе 211, и резервуар 212 с гелием.
Сверхпроводящая магнитная система 200 включает в себя одну или более электропроводящих катушек 230, и переключатель 240 незатухающего тока, расположенный в резервуаре с гелием криостата 210, и источник 250 питания, расположенный снаружи криостата 210 (внешний). Сверхпроводящая магнитная система 200 дополнительно включает в себя холодную головку 260, приводимую в действие компрессором 270, для повторной конденсации гелия из резервуара 212 с гелием. Сверхпроводящая магнитная система 200 дополнительно включает в себя магнитный контроллер 280, который может управлять различными операциями сверхпроводящей магнитной системы 200.
Сверхпроводящая магнитная система 200 дополнительно включает в себя первый и второй электропровода 201 и 202, и третий и четвертый электропровода 203 и 204. Первый и второй электропровода 201 и 202 соединены друг с другом на электрическом контакте 205, а третий и четвертый электропровода 203 и 204 соединены друг с другом на электрическом контакте 206. Первый электропровод 201 соединен с источником 250 питания через переключатель 215. Третий электропровод 203 также соединен с источником 250 питания. Второй и четвертый электропровода 202 и 204 соединены с противоположными концами электропроводящей(их) катушки(ек) 230.
Предпочтительно сверхпроводящая магнитная система 200 представляет собой систему типа гелиевой ванны. В некоторых вариантах осуществления резервуар 212 с гелием может содержать относительно небольшое количество криогенной текучей среды по сравнению объемами гелия в типичных системах типа гелиевых ванн, например, 50-100 литров (или меньше) жидкого гелия.
Переключатель 240 незатухающего тока расположен в резервуаре 212 с гелием и может содержать часть сверхпроводящей проволоки, подключенной к противоположным концам электропроводящей(их) катушки(ек) 230 через второй и четвертый электропровода 202 и 204, прикрепленные к небольшому нагревателю.
Сверхпроводящая магнитная система 200 может иметь один или более датчиков (не показаны на Фиг. 2) для измерения различных рабочих параметров, таких как температуры в различных местах, уровни криогенной текучей среды (например, жидкого гелия), определять работают ли компоненты, например, компрессор 270, должным образом, не прекращена ли подача энергии, например, вследствие отключения электроэнергии, и т.д. Каждый датчик может быть соединен с магнитным контроллером 280 и подавать соответствующий сигнал датчика магнитному контроллеру 280.
Магнитный контроллер 280 может содержать процессор и память, включая энергонезависимую память и энергозависимую память. Энергонезависимая память может хранить программный код или инструкции (программное обеспечение), чтобы заставлять процессор выполнять один или более алгоритмов для управления операциями сверхпроводящей магнитной системы 200. В некоторых вариантах осуществления каждый из первого и третьего электропроводов 201 и 203 может быть выдвижным.
Во время операции запуска сверхпроводящей магнитной системы 200 выдвижные провода 201 и 203 вставляются в резервуар 212 с гелием, и проволока в переключателе 240 незатухающего тока нагревается выше ее температуры перехода так, что она становится резистивной. В некоторых вариантах осуществления каждый из первого и третьего электропроводов 201 и 203 может иметь выступающий штырь на его конце, который может быть принят и введен в гнездо, обеспеченное в каждом из электрических контактов 205 и 206.
Электропроводящая(ие) катушка(и) 230 первоначально питается/питаются от внешнего источника 250 питания, пропускающего ток через электропроводящую(ие) катушку(и) 230. Так как проволока в переключателе 240 незатухающего тока нагревается во время операции запуска, ее сопротивление становится значительно больше сопротивления электропроводящей(их) катушки(ек) 230, поэтому ток от внешнего источника питания проходит через электропроводящую катушку 230.
Для перехода к работе в незатухающем режиме ток через электропроводящую(ие) катушку(и) 230 регулируется до тех пор, пока не будет получено требуемое магнитное поле, затем нагреватель в переключателе 240 незатухающего тока выключается. После выключения нагревателя сверхпроводящая проволока в переключателе 240 незатухающего тока остывает до ее температуры сверхпроводимости, замыкая электропроводящую(ие) катушку(и) 230, которые, как отмечено выше, также являются сверхпроводящими. Ток в источнике питания падает, и провода 201 и 203 втягиваются назад из резервуара 212 с гелием.
Фиг. 3 представляет собой концептуальную иллюстрацию части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы 300. В частности, Фиг. 3 концептуально иллюстрирует сечение части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы 300, которая может быть применена в аппарате МРТ, таком как аппарат 100 МРТ, для получения одного или более изображений исследуемой области 12, например, ткани пациента. Для простоты иллюстрации некоторые компоненты МР-томографа, такие как градиентные катушки, РЧ-катушка и т.д., опущены на Фиг. 3. Сверхпроводящая магнитная система 300 может представлять собой один вариант осуществления магнитной системы 102 в аппарате 100 МРТ.
Сверхпроводящая магнитная система 300 включает в себя криостат 320, имеющий внутреннюю камеру 322, которая окружена или практически (т.е. по меньшей мере на 90%) окружена вакуумной областью 321. Во внутренней камере 322 находятся: сверхпроводящий магнит, содержащий одну или более сверхпроводящих катушек 328 (называемых ниже «катушка 328 возбуждения»), и криогенная текучая среда 323. В некоторых вариантах осуществления криогенная текучая среда 323 может содержать жидкий гелий. В некоторых вариантах осуществления во внутренней камере 322 криостата 320 также может находиться криогенная текучая среда из газообразного гелия. В некоторых вариантах осуществления во внутренней камере 322 также находится одна или более экранирующих катушек 318. В некоторых вариантах осуществления в криостате 320 может не быть экранирующей катушки 318.
Как концептуально проиллюстрировано на Фиг. 3, катушка 328 возбуждения включает в себя первую, вторую, третью и четвертую секции 328а, 328b, 328c и 328d катушки возбуждения, которые отделены и разнесены друг от друга, но электрически соединены друг с другом (не показано на Фиг. 3) для образования единой катушки. Хотя Фиг. 3 изображает вариант осуществления, в котором число секций катушки возбуждения составляет четыре, в других вариантах осуществления число секций катушки возбуждения может быть отличным от четырех. Подобным образом экранирующая катушка 318 включает в себя первую и вторую секции 318a и 318b экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, но электрически соединены друг с другом (не показано на Фиг. 3) для образования единой катушки. Хотя Фиг. 3 изображает вариант осуществления, в котором число секций экранирующей катушки составляет две, в других вариантах осуществления число секций экранирующей катушки может быть отличным от двух.
Фиг. 4-10 представляют собой различные виды частей одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции 400 для сверхпроводящей магнитной системы. В некоторых вариантах осуществления сверхпроводящая магнитная система с Фиг. 4-10 может содержать магнитную систему 102, сверхпроводящую магнитную систему 200 и/или сверхпроводящую магнитную систему 300.
В частности: Фиг. 4 представляет собой первый вид в перспективе части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции 400 для сверхпроводящей магнитной системы; Фиг. 5 представляет собой второй вид в перспективе части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы; Фиг. 6 представляет собой вид сбоку части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы; Фиг. 7 представляет собой вид спереди части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы; Фиг. 8 представляет собой вид сверху части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы; Фиг. 9 представляет собой вид снизу части одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы; и Фиг. 10 представляет собой вид крупным планом части дна одного примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Различные элементы опорной конструкции 400, которые более подробно описаны ниже, могут быть проиллюстрированы на одной или более Фиг. 4-10, но не все элементы обозначены на каждом чертеже для простоты иллюстрации. Различные направления, которые будут использоваться в следующем далее описании, обозначены на одном или более чертежах на Фиг. 4-10. В частности, Фиг. 4-10 в общем иллюстрируют направления X, Y, Z и R (направление R показано только на Фиг. 7). В следующем далее описании направление X будет называться аксиальным направлением, а направление R будет называться направлением вращения. Расширение или перемещение элемента или компонента в плоскости Y-Z будет называться радиальным расширением или радиальным перемещением.
Опорная конструкция 400 иллюстрирует общий вариант осуществления, который выполнен с элементами или компонентами для поддерживания как первой электропроводящей катушки (например, катушки 328 возбуждения), так и второй электропроводящей катушки (например, экранирующей катушки 318). Однако в других вариантах осуществления модификации опорной конструкции 400 могут включать в себя только элементы или компоненты для поддерживания только катушки 328 возбуждения или только экранирующей катушки 318. Кроме того, модификации опорной конструкции 400 могут быть выполнены с возможностью поддерживать больше или меньше четырех секций катушки возбуждения и/или больше двух секций экранирующей катушки.
Как описано более подробно ниже, опорная конструкция 400 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать первую и вторую секции 328а и 328b катушки возбуждения и удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения зафиксированными при подаче питания и отключении питания на катушке 328 возбуждения, при этом позволяя радиальное расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения при подаче питания. Подобным образом опорная конструкция 400 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать третью и четвертую секции 328c и 328d катушки возбуждения и удерживать относительные аксиальные положения третьей и четвертой секций 328c и 328d катушки возбуждения зафиксированными при подаче питания и отключении питания на катушке 328 возбуждения, при этом позволяя радиальное расширение третьей и четвертой секций 328c и 328d катушки возбуждения при подаче питания. Дополнительно опорная конструкция 400 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать первую и вторую секции 318a и 318b экранирующей катушки и удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций 318a и 318b экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на экранирующей катушке 318, при этом позволяя радиальное расширение первой и второй секций 328а и 328b экранирующей катушки при подаче питания. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления опорная конструкция 400 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать катушку 328 возбуждения и экранирующую катушку 318 так, что ось катушки 328 возбуждения и ось экранирующей катушки 318 не выставлены или смещены друг от друга при отключении питания на катушке 328 возбуждения и/или экранирующей катушке 318, и обусловливать коаксиальное выставление оси катушки 328 возбуждения и оси экранирующей катушки 318 друг с другом при подаче питания на катушку 328 возбуждения и экранирующую катушку 318.
Опорная конструкция 400 включает в себя первый опорный элемент 402, второй опорный элемент 420a, третий опорный элемент 420b и четвертый опорный элемент 420c. Предпочтительно каждый из первого, второго, третьего и четвертого опорных элементов 402, 420a, 420b и 420c может содержать неэлектропроводный или электроизолирующий материал. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере каждый из второго опорного элемента 420a, третьего опорного элемента 420b и четвертого опорного элемента 420c может содержать гибкий компонент, который может в некоторой степени деформироваться в направлениях X, Y, Z и R. В некоторых вариантах осуществления первый опорный элемент 402 может иметь более жесткую конструкцию. В некоторых вариантах осуществления первый опорный элемент 402 может быть жестко прикреплен (непосредственно или опосредованно) к внутренней стенке криостата, например, криостата 210 и/или криостата 320.
Опорная конструкция 400 дополнительно включает в себя опорное кольцо 410, которое может быть электроизолирующим. Опорное кольцо 410 выставлено практически параллельно катушке 328 возбуждения и экранирующей катушке 318. В частности, ось опорного кольца 410 простирается в направлении X параллельно оси катушки 328 возбуждения и оси экранирующей катушки 318. В некоторых вариантах осуществления при подаче питания на катушку 328 возбуждения и экранирующую катушку 318 ось опорного кольца 410 может быть коаксиально выставлена с осями катушки 328 возбуждения и экранирующей катушки 318. Опорное кольцо 410 жестко прикреплено к первому опорному элементу 402 посредством изолирующего соединительного элемента 412 кольца. Как наилучшим образом видно на Фиг. 10, опорное кольцо, имеет связанное с ним множество пар выступов 450a, 450b и 450c обычно на его «донном» участке, функция и цель которых будут описаны ниже.
Первый опорный элемент 402 имеет первый участок, расположенный в первом местоположении на первой секции 328а катушки возбуждения (например, на «вершине» первой секции 328а катушки возбуждения), и второй участок, расположенный в первом местоположении на второй секции 328b катушки возбуждения (например, на «вершине» второй секции 328b катушки возбуждения). Первый опорный элемент 402 аксиально (направление X), радиально (плоскость Y-Z) и вращательно (направление R) фиксирует первое местоположение на первой секции 328а катушки возбуждения (например, «вершину» первой секции 328а катушки возбуждения) относительно первого местоположения на второй секции 328b катушки возбуждения (например, «вершины» второй секции 328b катушки возбуждения). То есть в варианте осуществления с Фиг. 4-10 вершины первой секции 328а катушки возбуждения и второй секции 328b катушки возбуждения аксиально, радиально и вращательно зафиксированы в положении относительно друг друга первым опорным элементом 402.
Второй опорный элемент 420a имеет первый участок, расположенный во втором местоположении на первой секции 328а катушки возбуждения (например, на «дне» первой секции 328а катушки возбуждения), и имеет второй участок, расположенный во втором местоположении на второй секции 328b катушки возбуждения (например, на «дне» второй секции 328b катушки возбуждения). Как лучше всего видно на Фиг. 4 и 10, второй опорный элемент 420a дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение второго опорного элемента 420a сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Как наилучшим образом видно на Фиг. 10, второй опорный элемент 420a вращательно (направление R) зафиксирован относительно опорного кольца 410 парой выступов 450b. То есть пара выступов 450b служит для сдерживания или предотвращения вращательного перемещения второго опорного элемента 420a. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, второй опорный элемент 420a аксиально (направление X) и вращательно (направление R) фиксирует второе местоположение на первой секции 328а катушки возбуждения (например, дно первой секции 328а катушки возбуждения) относительно второго местоположения на второй секции 328b катушки возбуждения (например, дна второй секции 328b катушки возбуждения), но позволяет радиальное (по существу в направлении Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих вторых местоположениях (например, на дне каждой из них), позволяя радиальное скольжение опорного кольца 410 в пазу во втором опорном элементе 420a.
Третий опорный элемент 420b имеет первый участок, расположенный в третьем местоположении на первой секции 328а катушки возбуждения (например, первое местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» первой секции 328а катушки возбуждения), и второй участок, расположенный в третьем местоположении на второй секции 328b катушки возбуждения (например, первое местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» второй секции 328b катушки возбуждения). Как наилучшим образом видно на Фиг. 4, третий опорный элемент 420b дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение третьего опорного элемента 420b сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, третий опорный элемент 420b аксиально (направление X) фиксирует третье местоположение на первой секции 328а катушки возбуждения относительно третьего местоположения на второй секции 328b катушки возбуждения, но позволяет вращательное (направление R) и радиальное (по существу в направление Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих третьих местоположениях (например, в их первых местоположениях), позволяя радиальное и вращательное скольжение опорного кольца 410 в пазу в третьем опорном элементе 420b.
Четвертый опорный элемент 420c подобен по конструкции и функционированию третьему опорному элементу 420b. В частности, четвертый опорный элемент 420c имеет первый участок, расположенный в четвертом местоположении на первой секции 328а катушки возбуждения (например, второе местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» первой секции 328а катушки возбуждения), и второй участок, расположенный в четвертом местоположении на второй секции 328b катушки возбуждения (например, второе местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» второй секции 328b катушки возбуждения). Четвертый опорный элемент 420c дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение четвертого опорного элемента 420c сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, четвертый опорный элемент 420c аксиально (направление X) фиксирует четвертое местоположение на первой секции 328а катушки возбуждения относительно четвертого местоположения на второй секции 328b катушки возбуждения, но позволяет вращательное (направление R) и радиальное (практически в направлении Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих четвертых местоположениях (например, на их вторых сторонах), позволяя радиальное и вращательное скольжение опорного кольца 410 в пазу в четвертом опорном элементе 420c.
Как отмечено выше, в некоторых вариантах осуществления опорная конструкция может поддерживать только пару секций катушки, в таком случае дополнительные элементы, показанные на Фиг. 4-10 и еще не описанные выше, могут быть опущены. Однако конкретная опорная конструкция 400, проиллюстрированная на Фиг. 4-10, выполнена с возможностью поддерживать катушку 328 возбуждения, имеющую четыре секции 328а, 328b 328c и 328d катушки возбуждения, и дополнительно с возможностью поддерживать экранирующую катушку 318, имеющую две секции 318a и 318b экранирующей катушки. С этой целью опорная конструкция 400 включает в себя дополнительные элементы или компоненты, которые описаны ниже.
В частности, опорная конструкция 400 включает в себя пятый опорный элемент 430a, шестой опорный элемент 430b и седьмой опорный элемент 430c для поддерживания третьей и четвертой секций 328c и 328d катушки возбуждения. Предпочтительно каждый из пятого, шестого и седьмого опорных элементов 430a, 430b, 430c может содержать неэлектропроводный или электроизолирующий материал. В некоторых вариантах осуществления каждый из пятого, шестого и седьмого опорных элементов 430a, 430b 430c может содержать гибкий компонент, который может в некоторой степени деформироваться в направлениях X, Y, Z и R. Кроме того, опорная конструкция 400 включает в себя восьмой опорный элемент 440a, девятый опорный элемент 440b и десятый опорный элемент 440c для поддерживания первой и второй секций 318a и 318b экранирующей катушки. Предпочтительно каждый из восьмого, девятого и десятого опорных элементов 440a, 440b, 440c может содержать неэлектропроводный или электроизолирующий материал.
Пятый опорный элемент 430a имеет первый участок, расположенный во втором местоположении на третьей секции 328c катушки возбуждения (например, «дно» третьей секции 328c катушки возбуждения), и имеет второй участок, расположенный во втором местоположении на четвертой секции 328d катушки возбуждения (например, «дно» четвертой секции 328d катушки возбуждения). Как лучше всего видно на Фиг. 4, 6 и 10, пятый опорный элемент 430a дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение пятого опорного элемента 430a сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Как наилучшим образом видно на Фиг. 10, пятый опорный элемент 430a вращательно (направление R) зафиксирован относительно опорного кольца 410 парой выступов 450c. То есть пара выступов 450c служит для сдерживания или предотвращения вращательного перемещения пятого опорного элемента 430a. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, пятый опорный элемент 430a аксиально (направление X) и вращательно (направление R) фиксирует второе местоположение на третьей секции 328c катушки возбуждения (например, дно третьей секции 328c катушки возбуждения) относительно второго местоположения на четвертой секции 328d катушки возбуждения (например, дно четвертой секции 328d катушки возбуждения), но позволяет радиальное (по существу в направлении Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответственных вторых местоположениях (например, на дне каждой из них), позволяя радиальное скольжение опорного кольца 410 в пазу в пятом опорном элементе 430a.
Шестой опорный элемент 430b имеет первый участок, расположенный в третьем местоположении на третьей секции 328c катушки возбуждения (например, первое местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» третьей секции 328c катушки возбуждения), и второй участок, расположенный в третьем местоположении на четвертой секции 328d катушки возбуждения (например, первое местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» четвертой секции 328d катушки возбуждения). Как лучше всего видно на Фиг. 4, 5, 6, 8 и 9, шестой опорный элемент 430b дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение шестого опорного элемента 430b сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, шестой опорный элемент 430b аксиально (направление X) фиксирует третье местоположение на третьей секции 328c катушки возбуждения относительно третьего местоположения на третьей секции 328b катушки возбуждения, но позволяет вращательное (направление R) и радиальное (по существу в направление Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих третьих местоположениях (например, на их первых сторонах), позволяя радиальное и вращательное скольжение опорного кольца 410 в пазу в шестом опорном элементе 430b.
Седьмой опорный элемент 430c подобен по конструкции и функционированию шестому опорному элементу 430b. В частности, седьмой опорный элемент 430c имеет первый участок, расположенный в четвертом местоположении на третьей секции 328c катушки возбуждения (например, второе местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» третьей секции 328c катушки возбуждения), и второй участок, расположенный в четвертом местоположении на четвертой секции 328d катушки возбуждения (например, второе местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» четвертой секции 328d катушки возбуждения). Как лучше всего видно на Фиг. 8 и 9, седьмой опорный элемент 430c дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение седьмого опорного элемента 430c сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, седьмой опорный элемент 430c аксиально (направление X) фиксирует четвертое местоположение на третьей секции 328c катушки возбуждения относительно четвертого местоположения на четвертой секции 328d катушки возбуждения, но позволяет вращательное (направление R) и радиальное (по существу в направлении Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих четвертых местоположениях (например, на их вторых сторонах), позволяя радиальное и вращательное скольжение опорного кольца 410 в пазу в седьмом опорном элементе 430c.
Восьмой опорный элемент 440a имеет первый участок, расположенный во втором местоположении на первой секции 318a экранирующей катушки (например, «дно» первой секции 318a экранирующей катушки), и имеет второе участок, расположенный во втором местоположении на второй секции 318b экранирующей катушки (например, «дне» второй секции 318b экранирующей катушки). Как лучше всего видно на Фиг. 4 и 10, восьмой опорный элемент 440a дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещения восьмого опорного элемента 440a сдерживается посредством участком опорного кольца 410, вставленного в его паз. Как наилучшим образом видно на Фиг. 10, восьмой опорный элемент 440a вращательно (направление R) зафиксирован относительно опорного кольца 410 парой выступов 450a. То есть пара выступов 450a служит для сдерживания или предотвращения вращательного перемещения восьмого опорного элемента 440a. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, восьмой опорный элемент 440a аксиально (направление X) и вращательно (направление R) фиксирует второе местоположение на первой секции 318a экранирующей катушки (например, дно первой секции 318a экранирующей катушки) относительно второго местоположения на второй секции 318b экранирующей катушки (например, дно второй секции 318b экранирующей катушки), но позволяет радиальное (по существу в направлении Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих вторых местоположениях (например, на дне каждой из них), позволяя радиальное скольжение опорного кольца 410 в пазу во втором опорном элементе 420a.
Девятый опорный элемент 440b имеет первый участок, расположенный в третьем местоположении на первой секции 318a экранирующей катушки (например, первое местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» первой секции 318a экранирующей катушки), и второй участок, расположенный в третьем местоположении на второй секции 318b экранирующей катушки (например, первое местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» второй секции 318b экранирующей катушки). Как наилучшим образом видно на Фиг. 4, девятый опорный элемент 440b дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение девятого опорного элемента 440b сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, девятый опорный элемент 440b аксиально (направление X) фиксирует третье местоположение на первой секции 318a экранирующей катушки относительно третьего местоположения на третьей секции 328b катушки возбуждения, но позволяет вращательное (направление R) и радиальное (по существу в направление Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих третьих местоположениях (например, в их первых местоположениях), позволяя радиальное и вращательное скольжение опорного кольца 410 в пазу в девятом опорном элементе 440b.
Десятый опорный элемент 440c подобен по конструкции и функционированию девятому опорному элементу 440b. В частности, десятый опорный элемент 440c имеет первый участок, расположенный в четвертом местоположении на первой секции 318a экранирующей катушки (например, второе местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» первой секции 318a экранирующей катушки), и второй участок, расположенный в четвертом местоположении на второй секции 318b экранирующей катушки (например, второе местоположение, которое повернуто приблизительно на 90 градусов от «вершины» второй секции 318b экранирующей катушки). Десятый опорный элемент 440c дополнительно имеет расположенный в нем паз, и участок опорного кольца 410 расположен в пазу. Аксиальное (направление X) перемещение десятого опорного элемента 440c сдерживается посредством участка опорного кольца 410, вставленного в его паз. Путем его взаимодействия с опорным кольцом 410, как описано выше, десятый опорный элемент 440c аксиально (направление X) фиксирует четвертое местоположение на первой секции 318a экранирующей катушки относительно четвертого местоположения на второй секции 318b экранирующей катушки, но позволяет вращательное (направление R) и радиальное (по существу в направлении Y) перемещение или расширение первой и второй секций 328а и 328b катушки возбуждения в их соответствующих четвертых местоположениях (например, в их вторых местоположениях), позволяя радиальное и вращательное скольжение опорного кольца 410 в пазу в десятом опорном элементе 440c.
Как отмечено выше, при подаче на каждую из катушки 328 возбуждения и экранирующей катушки 318 существенного электрического тока для получения сильного магнитного поля, каждая из них может испытывать радиальное расширение, и величина этого радиального расширения может отличаться для катушки 328 возбуждения и экранирующей катушки 318. Для иллюстрации этого на примере в одной примерной магнитной системе катушка возбуждения может иметь диаметр примерно 1 метр, тогда как экранирующая катушка может иметь диаметр примерно 1,7 метров. Кроме того, в этом примере при подаче питания каждая из катушки возбуждения и экранирующей катушки может испытывать радиальное расширение примерно 1 мм. При отсутствие каких-либо запасов для компенсации этого расширения в опорной(ых) конструкции(ях) для магнитной системы это расширение приведет к небольшому изменению относительного выставления катушки возбуждения и экранирующей катушки. Однако обычно выставление катушек и секций катушек в магнитной системе должно быть очень точным, например, порядка долей миллиметра.
Соответственно в некоторых вариантах осуществления опорная конструкция 400 может решать эту проблему и удерживать требуемое выставление между катушкой 328 возбуждения и экранирующей катушкой 318 путем взаимодействия опорного кольца 410 и первого-десятого опорных элементов 402, 420a-c, 430a-c, 440a-c и выступов 450a-c. В частности, как будет проиллюстрировано более подробно ниже в отношении Фиг. 13 и 14, опорная конструкция 400 может быть выполнена с возможностью обусловливать невыставление оси катушки 328 возбуждения и оси экранирующей катушки 318 или их смещение друг от друга на небольшую величину (например, меньше миллиметра) при отключении питания на катушке 328 возбуждения и/или экранирующей катушке 318. Таким образом, опорная конструкция 400 выполнена с возможностью обусловливать коаксиальное выставление осей катушки 328 возбуждения и экранирующей катушки 318 относительно друг друга, когда на катушку 328 возбуждения и экранирующую катушку 318 подано питание, и они радиально расширены.
Фиг. 11-14 помогает проиллюстрировать, как опорная конструкция, например, опорная конструкция 400, может удерживать относительные аксиальные положения секций катушки возбуждения и/или секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на катушке возбуждения и/или экранирующей катушке, при этом позволяя радиальное расширение секций катушки возбуждения и/или секций экранирующей катушки при подаче питания. Кроме того, Фиг. 13 и 14 иллюстрируют, как опорная конструкция, например, опорная конструкция 400, может обусловливать невыставление осей катушки возбуждения и экранирующей катушки или их смещение друг от друга при отключении питания на катушке возбуждения и/или экранирующей катушке, и обусловливать коаксиальное выставление осей катушки возбуждения и экранирующей катушки относительно друг друга при подаче питания на обе катушки.
Фиг. 11 представляет собой первую схему, иллюстрирующую функционирование первого примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы, а Фиг. 12 представляет собой вторую схему, иллюстрирующую функционирование первого примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции для сверхпроводящей магнитной системы.
Как проиллюстрировано на Фиг. 11 и 12, катушка 1128 поддерживается сверху, снизу и по бокам четырьмя опорными элементами 1102, 1120a, 1120b и 1120c соответственно. В различных вариантах осуществления также могут быть использованы другие опорные элементы, не показанные на Фиг. 11 и 12. Здесь опорный элемент 1102 аксиально, радиально и вращательно фиксирует положения секций 1128a и 1128b катушки относительно друг друга. Опорный элемент 1120a фиксирует относительные аксиальные (направление X) положения и вращательные (направление R) положения секций 1128a и 1128b катушки относительно друг друга, но позволяет радиальное расширение секций 1128a и 1128b катушки (обычно в направлении Y). Каждый их опорных элементов 1120b и 1120c фиксирует относительные аксиальные (направление X) положения секций 1128a и 1128b катушки относительно друг друга, но позволяет секциям 1128a и 1128b катушки поворачивать (направление R) положения радиального расширения (в плоскости Y-Z).
Фиг. 11 и 12 иллюстрируют положения катушки 1128 и секций 1128a и 1128b катушки (сплошные линии) и опорных элементов 1102, 1120a, 1120b и 1120c до подачи питания на катушку 1128, и положения катушки 1128 и секций 1128a и 1128b катушки (пунктирные линии) и опорных элементов 1102, 1120a, 1120b и 1120c после подачи питания на катушку 1128. Разница положений до подачи питания и после подачи питания преувеличена на Фиг. 11 и 12 для более четкого отражения разницы. На Фиг. 11 и 12 можно увидеть, что в результате радиального расширения катушки 1128 при подаче питания, ось катушки 1128 сместилась в направлении Y. То есть обесточенная катушка 1128 имеет ось 1129a, тогда как катушка 1128 при подаче питания имеет ось 1129b.
Фиг. 13 представляет собой первую схему, иллюстрирующую функционирование второго примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции сверхпроводящей магнитной системы, а Фиг. 14 представляет собой вторую схему, иллюстрирующую функционирование второго примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции сверхпроводящей магнитной системы.
Как проиллюстрировано на Фиг. 13 и 14, первая катушка 1328 (например, катушка возбуждения) имеет четыре секции 1328a, 1328b, 1328c и 1328d катушки, которые поддерживаются сверху, снизу и по бокам опорными элементами 1302, 1320a, 1330a, 1320b, 1320c и другими боковыми опорными элементами, не показанными на Фиг. 13 и 14. Подобным образом вторая катушка 1318 (например, экранирующая катушка) имеет две секции 1318a и 1318b катушки, которые поддерживаются сверху, снизу и по бокам опорными элементами 1302, 1340a, 1340b, 1340c соответственно.
Здесь опорный элемент 1302 аксиально, радиально и вращательно фиксирует положения секций 1328a-d катушки относительно друг друга, а также аксиально, радиально и вращательно фиксирует положения секций 1318a и 1318b катушки относительно друг друга. Опорный элемент 1320a фиксирует относительные аксиальные (направление X) положения и вращательные (направление R) положения секций 1328a и 1328b катушки относительно друг друга, но позволяет радиальное расширение секций 1328a и 1328b катушки (обычно в направлении Y). Опорный элемент 1330a фиксирует относительные аксиальные (направление X) положения и вращательные (направление R) положения секций 1328c и 1328d катушки относительно друг друга, но позволяет радиальное расширение секций 1328c и 1328d катушки (обычно в направлении Y).
Каждый их опорных элементов 1320b и 1320c фиксирует относительные аксиальные (направление X) положения секций 1328a и 1328b катушки относительно друг друга, но позволяет секциям 1328a и 1328b катушки поворачивать (направление R) положения радиального расширения (в плоскости Y-Z). Каждый из других боковых опорных элементов, не показанных на Фиг. 13 и 14, фиксирует относительные аксиальные (направление X) положения секций 1328c и 1328d катушки относительно друг друга, но позволяет секциям 1328c и 1328d катушки поворачивать (направление R) положения радиального расширения (в плоскости Y-Z).
Фиг. 13 и 14 иллюстрируют положения катушки 1318, катушки 1328 и секций 1328a-d и 1318a-b катушек (сплошные линии), и опорных элементов 1302, 1320a-c, 1330a и 1340a-c до подачи питания на катушки 1318 и 1328, и положения катушки 1318, катушки 1328 и секций 1328a-d и 1318a-b катушек (пунктирные линии), и опорных элементов 1302, 1320a-c, 1330a и 1340a-c после подачи питания на катушки 1318 и 1328. Разница положений до подачи питания и после подачи питания преувеличена на Фиг. 13 и 14 для более четкого отражения разницы. На Фиг. 13 и 14 можно увидеть, что в результате радиального расширения катушек 1318 и 1328 при подаче питания оси катушек 1318 и 1328 сместились в направлении Y. То есть оси катушек 1318 и 1328 не выставлены или смещены относительно друг друга при отключении питания на катушках 1318 и 1328, но оси катушек 1318 и 1328 коаксиально выставлены друг с другом при подаче питания на катушки 1318 и 1328.
Хотя варианты осуществления, проиллюстрированные выше в отношении Фиг. 4-14, включают в себя четыре опорных элемента для каждой пары секций катушки возбуждения и экранирующей катушки, разнесенных на угол 90 градусов относительно друг друга, следует понимать, что в других вариантах осуществления или модификациях этих вариантов осуществления, опорная конструкция может включать в себя более четырех опорных элементов для каждой пары секций катушки, например, шесть опорных элементов (которые могут быть разнесены друг от друга, например, на 60 градусов) или восемь опорных элементов (которые могут быть разнесены друг от друга, например, на 45 градусов), и т.д.
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе части другого примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции 1500 для сверхпроводящей магнитной системы.
Фиг. 16 представляет собой вид крупным планом части примерного варианта осуществления сверхпроводящей магнитной системы и опорной конструкции 1500, более подробно иллюстрирующий область, показанную пунктирной окружностью на Фиг. 15. В некоторых вариантах осуществления сверхпроводящая магнитная система с Фиг. 15 и 16 может содержать магнитную систему 102, сверхпроводящую магнитную систему 200 и/или сверхпроводящую магнитную систему 300.
Опорная конструкция 1500 включает в себя множество подобных или идентичных конструкций, и не все из этих конструкций обозначены для простоты иллюстрации. Как и в случае Фиг. 4-10, Фиг. 15 и 16 иллюстрируют направления X, Y, Z и R, направление X представляет собой аксиальное направление, направление R представляет собой направление вращения, а радиальное расширение или перемещение возникает в плоскости Y-Z.
Опорная конструкция 1500 иллюстрирует конкретный вариант осуществления, который выполнен с элементами или компонентами для поддерживания как первой электропроводящей катушки (например, катушки 328 возбуждения), так и второй электропроводящей катушки (например, экранирующей катушки 318). Однако в других вариантах осуществления опорная конструкция 1500 может включать в себя только элементы или компоненты для поддерживания только катушки 328 возбуждения или только экранирующей катушки 318. Дополнительно, хотя для простоты иллюстрации на Фиг. 15 показано только две секции 328c и 328d катушки возбуждения, как правило, опорная конструкция 1500 также может поддерживать секции 328а и 328b катушки возбуждения, как показано на Фиг. 3. Кроме того, модификации опорной конструкции 1500 могут быть выполнены с возможностью поддерживать больше или меньше четырех секций катушки возбуждения и/или больше двух секций экранирующей катушки.
Как и опорная конструкция 400, опорная конструкция 1500 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать первую и вторую секций 318a и 318b экранирующей катушки и удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций 318a и 318b экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на экранирующей катушке 318, при этом позволяя радиальное расширение первой и второй секций 328а и 328b экранирующей катушки при подаче питания. Также опорная конструкция 1500 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать секции 328c и 328d катушки возбуждения и удерживать относительные аксиальные положения секций 328c и 328d катушки возбуждения зафиксированными при подаче питания или отключении питания на катушке возбуждения, при этом позволяя радиальное расширение секций 328c и 328d катушки возбуждения при подаче питания. Подобным образом опорная конструкция 1500 среди прочего может быть выполнена с возможностью поддерживать секции 328а и 328b катушки возбуждения и удерживать относительные аксиальные положения секций 328а и 328b катушки возбуждения зафиксированными при подаче питания и отключении питания на катушке возбуждения, при этом позволяя радиальное расширение секций 328а и 328b катушки возбуждения при подаче питания.
Опорная конструкция 1500 включает в себя множество опорных балок 1502, первые опорные элементы 1530a, вторые опорные элементы 1530b, третьи опорные элементы 1540a и четвертые опорные элементы 1540b. Как проиллюстрировано на Фиг. 15, опорная конструкция 1500 включает в себя 12 опорных балок 1502, 12 первых опорных элементов 1530a, 12 вторых опорных элементов 1530b, 12 третьих опорных элементов 1540a и 12 четвертых опорных элементов 1540b. Однако для упрощения не все из 12 опорных балок 1502, 12 первых опорных элементов 1530a, 12 вторых опорных элементов 1530b, 12 третьих опорных элементов 1540a и 12 четвертых опорных элементов 1540b обозначены на Фиг. 15. Кроме того, модификации опорной конструкции 1500 могут иметь больше или меньше 12 опорных балок 1502, 12 первых опорных элементов 1530a, 12 вторых опорных элементов 1530b, 12 третьих опорных элементов 1540a и 12 четвертых опорных элементов 1540b. В некоторых вариантах осуществления опорные балки 1502 содержат жесткие конструктивные элементы. В некоторых вариантах осуществления опорные балки 1502 могут содержать алюминий или другой немагнитный металл. В других вариантах осуществления опорные балки 1502 могут содержать графит.
В некоторых вариантах осуществления каждый из первого, второго, третьего и четвертого опорных элементов 1530a, 1530b, 1530c и 1530d может содержать неэлектропроводный или электроизолирующий материал. В некоторых вариантах осуществления каждый из опорных элементов 1530a, 1530b, 1530c и 1530d может содержать жесткую конструкцию.
Опорная конструкция 1500 дополнительно включает в себя первый и второй опорные кольца 1510a и 1510b. Опорные кольца 1510a и 1510b выставлены практически параллельно катушке 328 возбуждения и экранирующей катушке 318. В частности, оси колец 1510a и 1510b простираются в направлении X параллельно оси катушки 328 возбуждения и оси экранирующей катушки 318. В некоторых вариантах осуществления оси опорных колец 1510a и 1510b могут быть коаксиально выставлены с осями катушки 328 возбуждения и экранирующей катушки 318. В некоторых вариантах осуществления опорные кольца 1510a и 1510b могут быть жестко прикреплены (непосредственно или опосредованно) к внутренней стенке криостата, например, криостата 210 и/или криостата 320. Модификации опорной конструкции 1500 могут включать в себя только одно опорное кольцо или могут включать в себя более двух опорных колец.
Каждая опорная балка 1512 соединена с первым и вторым опорными кольцами 1510a и 1510b, например, эпоксидной смолой или сварным соединением. Каждая опорная балка 1512 также соединена с каждым из соответствующего одного из первых опорных элементов 1530a, соответствующего одного из вторых опорных элементов 1530b, соответствующего одного из третьих опорных элементов 1540a и соответствующего одного из четвертых опорных элементов 1540b посредством пары шарнирных элементов, включая первый и второй шарнирные элементы 1610a и 1610b, которые лучше всего видны на Фиг. 16.
Каждый из первых опорных элементов 1530a соединен с секцией 328c катушки возбуждения в соответствующем местоположении на секции 328а катушки возбуждения, например, эпоксидной смолой. Подобным образом каждый из вторых опорных элементов 1530b соединен с секцией 328d катушки возбуждения в соответствующем местоположении на секции 328c катушки возбуждения, каждый из третьих опорных элементов 1540a соединен с секцией 318a экранирующей катушки в соответствующем местоположении на секции 318a катушки возбуждения, и каждый из четвертых опорных элементов 1540b соединен с секцией 318b экранирующей катушки в соответствующем местоположении на секции 318b экранирующей катушки.
В сочетании с опорными балками 1502 и первым и вторым опорными кольцами 1510a и 1510b каждый из третьих опорных элементов 1540a и четвертых опорных элементов 1540b аксиально (направление X) и вращательно (направление R) фиксирует соответствующие местоположения на секции 318a экранирующей катушки и секции 318b экранирующей катушки относительно друг друга, но позволяет радиальное расширение секции 318a экранирующей катушки и секции 318b экранирующей катушки (плоскость X-Y), либо независимо, либо вместе, например, в ответ на подачу питания на экранирующую катушку 318.
В связи с этим использование пар 1610a и 1620b шарнирных элементов для крепления каждой опорной балки 1502 к третьим опорным элементам 1540a, например, создает четыре точки 1600 шарнирного крепления относительно каждого третьего опорного элемента 1540a. В результате поворотное действие каждой пары 1610a и 1620b шарнирных элементов вызывает перемещение каждого третьего опорного элемента 1540a для удерживания в радиальном направлении, как лучше всего видно на Фиг. 16. Подобная ситуация применяется в отношении четвертых опорных элементов 1540b.
Подобным образом в сочетании с опорными балками 1502 и первым и вторым опорными кольцами 1510a и 1510b каждый из первых опорных элементов 1530a и вторых опорных элементов 1530b аксиально (направление X) и вращательно (направление R) фиксирует соответствующие местоположения на секции 328c катушки возбуждения и секции 328d катушки возбуждения относительно друг друга, но позволяет радиальное расширение секции 328c катушки возбуждения и секции 328d катушки возбуждения (плоскость X-Y), либо независимо, либо вместе, например, в ответ на подачу питания на катушку 328 возбуждения.
В связи с этим использование пар 1610a и 1620b шарнирных элементов для крепления каждой опорной балки 1502 к первым опорным элементам 1530a, например, создает четыре точки 1600 шарнирного крепления относительно каждого первого опорного элемента 1530a. В результате поворотное действие пары 1610a и 1620b шарнирных элементов вызывает перемещение каждого первого опорного элемента 1530a для удерживания в радиальном направлении. Подобная ситуация применяется в отношении вторых опорных элементов 1530b.
В некоторых вариантах осуществления опорная конструкция 1500 может включать в себя одну или более стяжек 1503. Каждая стяжка 1503 может простираться поперек соответствующей одной из опорных балок 1502 и может увеличивать прочность и структурную целостность опорных балок 1502 и опорной конструкции 1500. Другие варианты осуществления могут не иметь стяжку(и) 1503.
Фиг. 17 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую вариант осуществления способа 1700 поддерживания одной или более электропроводящих катушек сверхпроводящей магнитной системы. Способ 1700 может быть реализован различными опорными конструкциями, проиллюстрированными выше в отношении Фиг. 4-16.
Способ 1700 включает в себя этап 1710 удерживания относительных аксиальных положений первой и второй секций катушки каждой электропроводящей катушки зафиксированными относительно друг друга при подаче питания и отключении питания на первой электропроводящей катушке, и этап 1720 обеспечения возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания. В зависимости от типа реализованной опорной конструкции способ может включать в себя один из дополнительных этапов 1730a или 1730b.
При выполнении этапа 1730a опорная конструкция: аксиально, радиально и вращательно фиксирует первое местоположение на первой секции катушки относительно первого местоположения на второй секции катушки; аксиально и вращательно фиксирует второе местоположение на первой секции катушки относительно второго местоположения на второй секции катушки, при этом позволяя радиальное перемещение первой секции катушки во втором местоположении на первой секции катушки и позволяя радиальное перемещение второй секции катушки во втором местоположении на второй секции катушки; аксиально фиксирует третье местоположение на первой секции катушки относительно третьего местоположения на второй секции катушки, при этом позволяя радиальное и вращательное перемещение первой секции катушки в третьем местоположении на первой секции катушки и позволяя радиальное и вращательное перемещение второй секции катушки в третьем местоположении на второй секции катушки; и аксиально фиксирует четвертое местоположение на первой секции катушки относительно четвертого местоположения на второй секции катушки, при этом позволяя радиальное и вращательное перемещение первой секции катушки в четвертом местоположении на первой секции катушки и позволяя радиальное и вращательное перемещение второй секции катушки в четвертом местоположении на второй секции катушки.
В некоторых вариантах осуществления, в которых опорная конструкция поддерживает первую катушку (катушку возбуждения) и вторую катушку (экранирующую катушку), при выполнении этапа 1730a ось катушки возбуждения и ось экранирующей катушки могут быть не выставлены при отключении питания на по меньшей мере одной из катушки возбуждения и экранирующей катушки, и ось катушки возбуждения и ось экранирующей катушки могут быть коаксиально выставлены при подаче питания на обе из катушки возбуждения и экранирующей катушки.
При выполнении этапа 1730b опорная конструкция позволяет радиальное расширение каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания посредством множества шарнирно соединенных опорных элементов, каждый из которых соединен с первой секцией катушки или второй секцией катушки.
Хотя в настоящем документе раскрыты предпочтительные варианты осуществления, возможно множество модификаций, которые остаются в пределах концепции и объема охраны изобретения. Например, варианты осуществления описаны выше в контексте системы типа гелиевой ванны. Однако в других вариантах осуществления, возможно, что раскрытые в настоящем документе принципы могут быть адаптированы к использованию в системе без криогенного вещества или герметичной системе. Такие модификации станут понятны специалисту в области техники после изучения описания, чертежей и формулы изобретения. В связи с этим настоящее изобретение не должно быть ограничено, за исключением пределов объема охраны приложенной формулы изобретения.
Группа изобретений относится к сверхпроводящим катушкам для магнита. Аппарат включает в себя первую электропроводящую катушку, имеющую первую и вторую секции катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, и опорную конструкцию, расположенную с возможностью поддерживать первую и вторую секции катушки. Опорная конструкция и соответствующий способ поддерживания электропроводящей катушки удерживают относительные аксиальные положения первой и второй секций катушки зафиксированными при подаче питания и отключении питания на первой электропроводящей катушке. Технический результат – повышение эффективности катушки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 17 ил.
1. Аппарат для поддерживания сверхпроводящей катушки, содержащий:
по меньшей мере первую электропроводящую катушку (328), имеющую по меньшей мере первую (328a) и вторую (328b) секции катушки, которые аксиально отделены и разнесены друг от друга; и
опорную конструкцию (400), расположенную для поддерживания первой и второй секций катушки,
причем опорная конструкция выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на электропроводящей катушке и позволять радиальное расширение каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания;
первый опорный элемент (402), который имеет первый участок, расположенный в первом местоположении на первой секции (328a) катушки, и второй участок, расположенный в первом местоположении на второй секции (328b) катушки, причем первый опорный элемент аксиально, радиально и вращательно фиксирует первое местоположение на первой секции катушки относительно первого местоположения на второй секции катушки;
второй опорный элемент (420a), который имеет первый участок, расположенный во втором местоположении на первой секции (328a) катушки, и второй участок, расположенный во втором местоположении на второй секции катушки, причем второй опорный элемент аксиально и вращательно фиксирует второе местоположение на первой секции катушки относительно второго местоположения на второй секции катушки и позволяет радиальное перемещение первой и второй секций катушки;
третий опорный элемент (420b), который имеет первый участок, расположенный в третьем местоположении на первой секции (328a) катушки, и второй участок, расположенный в третьем местоположении на второй секции (328b) катушки, причем третий опорный элемент аксиально фиксирует третье местоположение на первой секции катушки относительно третьего местоположения на второй секции катушки и позволяет радиальное и вращательное перемещение в третьих местоположениях первой и второй секциях катушки; и
четвертый опорный элемент (420c), который имеет первый участок, расположенный в четвертом местоположении на первой секции (328a) катушки, и второй участок, расположенный в четвертом местоположении на второй секции (328b) катушки, причем четвертый опорный элемент аксиально фиксирует четвертое местоположение на первой секции катушки относительно четвертого местоположения на второй секции катушки и позволяет радиальное и вращательное перемещение в четвертых местоположениях первой и второй секций катушки.
2. Аппарат по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере вторую электропроводящую катушку,
причем первая электропроводящая катушка представляет собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка представляет собой экранирующую катушку,
причем экранирующая катушка имеет по меньшей мере первую и вторую секции экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга,
причем экранирующая катушка имеет диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения,
причем ось экранирующей катушки проходит через окружность, образованную катушкой возбуждения, и
причем опорная конструкция выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке и позволяет радиальное расширение каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
3. Аппарат по 1, причем опорная конструкция дополнительно содержит опорное кольцо (410), имеющее ось, которая простирается параллельно оси первой электропроводящей катушки, причем электроизолирующее опорное кольцо жестко прикреплено к первому опорному элементу, и
причем каждый из третьего и четвертого опорных элементов имеет расположенный в нем паз, причем первый участок электроизолирующего опорного кольца расположен в пазу в третьем опорном элементе, а второй участок электроизолирующего опорного кольца расположен в пазу в четвертом опорном элементе.
4. Аппарат по 3, причем опорное кольцо включает в себя по меньшей мере один ограничитель вращения, причем второй опорный элемент имеет расположенный в нем паз, причем третий участок опорного кольца расположен в пазу во втором опорном элементе, и причем второй опорный элемент вращательно зафиксирован по меньшей мере одним ограничителем вращения.
5. Аппарат по 3, дополнительно содержащий по меньшей мере вторую электропроводящую катушку (318),
причем первая электропроводящая катушка представляет собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка представляет собой экранирующую катушку,
причем экранирующая катушка имеет по меньшей мере первую и вторую секции (318a, 318b) экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга,
причем экранирующая катушка имеет диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, и
причем опорная конструкция выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке и позволяет радиальное расширение каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания, причем первый опорный элемент имеет третий участок, расположенный в первом местоположении на первой секции экранирующей катушки, и четвертый участок, расположенный в первом местоположении на второй секции экранирующей катушки, причем первый опорный элемент аксиально, радиально и вращательно фиксирует первое местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно первого местоположения на второй секции экранирующей катушки, и
причем опорная конструкция дополнительно содержит:
пятый опорный элемент (430a), который имеет первый участок, расположенный во втором местоположении на первой секции (328a) экранирующей катушки, и второй участок, расположенный во втором местоположении на второй секции (328b) экранирующей катушки, причем пятый опорный элемент аксиально и вращательно фиксирует второе местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно второго местоположения на второй секции экранирующей катушки и позволяет радиальное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки;
шестой опорный элемент (430b), который имеет первый участок, расположенный в третьем местоположении на первой секции (328a) экранирующей катушки, и второй участок, расположенный в третьем местоположении на второй секции (328b) экранирующей катушки, причем шестой опорный элемент аксиально фиксирует третье местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно третьего местоположения на второй секции экранирующей катушки и позволяет радиальное и вращательное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки; и
седьмой опорный элемент (430c), который имеет первый участок, расположенный в четвертом местоположении на первой секции (328a) экранирующей катушки, причем седьмой опорный элемент аксиально фиксирует четвертое местоположение на первой секции экранирующей катушки относительно четвертого местоположения на второй секции (328b) экранирующей катушки и позволяет радиальное и вращательное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки.
6. Аппарат по п. 1, причем опорная конструкция содержит:
по меньшей мере одно опорное кольцо (410), имеющее ось, которая простирается параллельно оси первой электропроводящей катушки;
множество опорных балок (1502), соединенных с опорным кольцом;
множество первых опорных элементов (1530a), каждый из которых соединен с первой секцией катушки;
множество вторых опорных элементов (1530b), каждый из которых соединен со второй секцией катушки; и
множество пар (1610a, 1620b) шарнирных элементов, причем каждая пара шарнирных элементов соединяет один из первых и вторых опорных элементов с одной из опорных балок,
причем первые и вторые опорные элементы выполнены с возможностью предотвращать вращательное и аксиальное перемещение первой и второй секций катушки относительно друг друга, и
причем пары шарнирных элементов позволяют радиальное перемещение первой и второй секций катушки.
7. Аппарат по 6, дополнительно содержащий по меньшей мере вторую электропроводящую катушку (318),
причем первая электропроводящая катушка представляет собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка представляет собой экранирующую катушку,
причем экранирующая катушка имеет по меньшей мере первую и вторую секции (318a, 318b) экранирующей катушки, которые отделены и разнесены друг от друга,
причем экранирующая катушка имеет диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, и
причем опорная конструкция выполнена с возможностью удерживать относительные аксиальные положения первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке и позволяет радиальное расширение каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
8. Аппарат по 7, причем опорная конструкция дополнительно содержит:
множество третьих опорных элементов (1540a), каждый из которых соединен с первой секцией экранирующей катушки;
множество четвертых опорных элементов (1540b), каждый из которых соединен со второй секцией экранирующей катушки; и
множество пар (1610a, 1610b) вторых шарнирных элементов, причем каждая пара вторых шарнирных элементов соединяет один из третьих и четвертых опорных элементов с одной из опорных балок,
причем третьи и четвертые опорные элементы выполнены с возможностью предотвращать вращательное и аксиальное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки относительно друг друга, и
причем пары вторых шарнирных элементов позволяют радиальное перемещение первой и второй секций экранирующей катушки.
9. Способ поддерживания по меньшей мере первой электропроводящей катушки (328), имеющей по меньшей мере первую (328a) и вторую (328b) секции катушки, которые отделены и разнесены друг от друга, причем способ содержит:
удерживание относительных аксиальных положений первой и второй секций катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке; и
обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания;
аксиальное, радиальное и вращательное фиксирование первого местоположения на первой секции (328a) катушки относительно первого местоположения на второй секции (328b) катушки;
аксиальное и вращательное фиксирование второго местоположения на первой секции (328a) катушки относительно второго местоположения на второй секции (328b) катушки, при этом позволяют радиальное перемещение первой секции катушки во втором местоположении на первой секции катушки и позволяют радиальное перемещение второй секции катушки во втором местоположения на второй секции катушки;
аксиальное фиксирование третьего местоположения на первой секции (328a) катушки относительно третьего местоположения на второй секции (328b) катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции катушки в третьем местоположении на первой секции катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции катушки в третьем местоположении на второй секции катушки; и
аксиальное фиксирование четвертого местоположения на первой секции (328a) катушки относительно четвертого местоположения на второй секции (328b) катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции катушки в четвертом местоположении на первой секции (328a) катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции катушки в четвертом местоположении на второй секции (328b) катушки.
10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий поддерживание по меньшей мере второй электропроводящей катушки (318), причем первая электропроводящая катушка представляет собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка представляет собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка имеет по меньшей мере первую и вторую секции (318a, 318b), которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка имеет диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, причем способ дополнительно содержит:
удерживание относительных аксиальных положений первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке, и
обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий невыставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при отключении питания на по меньшей мере одной из катушки возбуждения и экранирующей катушки и коаксиальное выставление оси катушки возбуждения и оси экранирующей катушки при подаче питания на обе из катушки возбуждения и экранирующей катушки.
12. Способ по п. 10, дополнительно содержащий:
аксиальное, радиальное и вращательное фиксирование первого местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно первого местоположения на второй секции экранирующей катушки;
аксиальное и вращательное фиксирование второго местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно второго местоположения на второй секции экранирующей катушки, при этом позволяют радиальное перемещение первой секции экранирующей катушки во втором местоположении на первой секции экранирующей катушки и позволяют радиальное перемещение второй экранирующей катушки во втором местоположении на второй секции экранирующей катушки;
аксиальное фиксирование третьего местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно третьего местоположения на второй секции экранирующей катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции экранирующей катушки в третьем местоположении на первой секции экранирующей катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции экранирующей катушки в третьем местоположении на второй секции экранирующей катушки; и
аксиальное фиксирование четвертого местоположения на первой секции экранирующей катушки относительно четвертого местоположения на второй секции экранирующей катушки, при этом позволяют радиальное и вращательное перемещение первой секции экранирующей катушки в четвертом местоположении на первой секции экранирующей катушки и позволяют радиальное и вращательное перемещение второй секции экранирующей катушки в четвертом местоположении на второй секции экранирующей катушки.
13. Способ по п. 9, дополнительно содержащий обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций катушки при подаче питания посредством множества шарнирно соединенных опорных элементов, каждый из которых соединен с одной из первой секции катушки и второй секции катушки.
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий поддерживание по меньшей мере второй электропроводящей катушки (318), причем первая электропроводящая катушка представляет собой катушку возбуждения, а вторая электропроводящая катушка представляет собой экранирующую катушку, причем экранирующая катушка имеет по меньшей мере первую и вторую секции (318a, 318b), которые отделены и разнесены друг от друга, причем экранирующая катушка имеет диаметр, который больше диаметра катушки возбуждения, причем ось экранирующей катушки проходит через окружность, образованную катушкой возбуждения, причем способ дополнительно содержит:
удерживание относительных аксиальных положений первой и второй секций экранирующей катушки зафиксированными при подаче питания или отключении питания на первой электропроводящей катушке, и
обеспечение возможности радиального расширения каждой из первой и второй секций экранирующей катушки при подаче питания посредством множества дополнительных шарнирно соединенных опорных элементов, каждый из которых соединен с одной из первой секции экранирующей катушки и второй секции экранирующей катушки.
| US 4896128 A, 23.01.1990 | |||
| US 4467303 A, 21.08.1984 | |||
| US 4591790 A, 27.05.1986 | |||
| RU 2011147122 A, 27.05.2013. |
