多线圈整体内骨架及传导冷却式超导磁体组件的制作方法

本发明涉及一种应用在传导冷却式超导磁体内的骨架，特别是针对多线圈磁体结构的整体式骨架，以及由此形成的超导磁体组件，属于超导磁体。

背景技术：

1、超导磁体技术，是利用超导体制成线圈在超低温下(液氦温度，4k，-269.15℃)无导线电阻，故无电损耗，可以允许通过超高电流，从而产生超高磁场，利用超高磁场进行一些应用的技术。

2、在超导磁体技术中，有一类多线圈技术，共用一个骨架来缠绕超导线圈，常用于磁共振成像中。同时，为了摆脱对液氦制冷剂的依赖，近年来小型磁共振成像超导磁体也已从液氦浸泡式冷却转向传导式冷却，技术日益成熟。

3、目前，在单螺线管线圈领域，可以方便地采用整体外骨架的方式简化冷质量结构；但，多螺线管线圈如果采用整体外骨架的方式，反而使得冷质量结构更加复杂，不利于降低冷质量的重量，来提高冷却效率。

4、针对多螺线管线圈技术，往往采用整体内骨架的结构形式。而为了尽可能获得均匀的温度分布，整体骨架必须采用高导热率的金属材料，常用材料有铜、黄铜、铝及铝合金。一方面，这些材料的冷缩量大于超导线圈自身的冷缩量，使线圈骨架均匀挤压，避免因超导线圈形变而增加磁场的不均匀性，是结构设计的难点之一；另一方面，除了运输、安装对冷质量悬吊式支撑结构坚固性的要求以外，磁场的高稳定性还进一步要求对悬吊式支撑结构施加较高的预紧力以提高支撑结构的整体刚度，但这与骨架材料的“软”机械性质之间构成了一对儿矛盾。

5、故，目前还没有合适的多线圈整体内骨架工程应用解决方案，有必要进一步进行研究、设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多线圈整体内骨架及传导冷却式超导磁体组件，由高导热率金属材料整体锻造、整体加工而成，能够满足多线圈缠绕的需求；同时改进固定结构，满足悬吊支撑的强度要求，提高运输、使用的机械可靠性。

2、为达到上述发明目的，本发明第一方面，提供了一种多线圈整体内骨架，由高导热率金属材料制成；

3、内侧为圆柱形空腔，外侧设有若干法兰板，间隔出若干线圈导体的缠绕槽；

4、法兰板，包括两侧的端法兰，及若干间隔法兰；

5、在法兰板的立面上设有线圈引线导出槽，所述线圈引线导出槽从缠绕槽的槽底延伸到槽顶；

6、在法兰板上设有失超触发加热器组件的安装凹槽，加热器安装槽与线圈引线导出槽位于法兰板的不同角度上；

7、加热器安装槽在法兰板的立面内形成嵌装凹槽；加热器安装槽在法兰板的外表面形成让位凹槽；

8、在两端的法兰板上设有若干安装支撑结构用的固定通孔；所述固定通孔贯穿法兰板的径向，从外表面一直延伸到内筒壁面；所述固定通孔在内筒壁面上设有沉孔；

9、法兰板上设有若干安装螺孔；

10、多线圈整体内骨架的外表面设有若干安装平面；

11、所述安装平面包括4个均布的支撑结构安装平面；支撑结构安装平面内的法兰板上设有固定通孔及安装螺孔；每块法兰板上均设有固定通孔或安装螺孔；

12、4个支撑结构安装平面之间形成4个其他部件设置区域；

13、所述安装平面还设有接线板安装平面、及失超保护二极管组件安装平面，相对设置在其他部件设置区域内；

14、接线板安装平面内的每块法兰板上均设有安装螺孔；失超保护二极管组件安装平面内的每块法兰板上均设有安装螺孔；

15、另外2个其他部件设置区域内设有所述加热器安装槽；

16、多线圈整体内骨架的外表面设有绝缘层。

17、作为本发明的进一步改进，每个缠绕槽两侧的法兰板的立面内均设有起码1条线圈引线导出槽。

18、作为本发明的进一步改进，另外2个其他部件设置区域内均设有1个以上的加热器安装槽。

19、进一步的，另外2个其他部件设置区域内均设有2个加热器安装槽，1个用于安装失超触发加热器组件，另一个作为备用安装槽。

20、作为本发明的进一步改进，所述固定通孔位于端法兰，及紧邻端法兰的第一间隔法兰上；

21、所述固定通孔以4个为一组，设置在4个支撑结构安装平面的两端，共设有8组。

22、作为本发明的进一步改进，所述绝缘层为绝缘漆，喷涂在多线圈整体内骨架的金属外表面；

23、绝缘漆的漆层厚度50～100μm。

24、进一步的，多线圈整体内骨架上的安装平面区域不喷涂绝缘漆。

25、本发明第二方面，提供了一种传导冷却式超导磁体组件，在上述多线圈整体内骨架的各个缠绕槽内缠绕上导线形成超导线圈；

26、超导线圈的外表面与嵌装凹槽的槽底面接近；

27、在超导线圈的外表面设置线圈外层绝缘；

28、在线圈外层绝缘的外表面紧贴安装失超触发加热器组件；

29、所述失超加热器组件包括的失超加热器，其整体为“u”形不锈钢薄板；

30、所述失超加热器的底板为弧形，紧贴所述线圈外层绝缘的圆柱外表面；

31、所述失超加热器的两侧的立板嵌入到加热器安装槽内，贴近嵌装凹槽的立面；

32、所述失超加热器的两侧的立板的上部凸出在所述让位凹槽内；

33、所述失超加热器的两侧的立板的上部内侧设有接线铜排；

34、立板及接线铜排上开设有用于电连接的连接孔；

35、所述失超加热器的外侧还设有若干绝缘体；

36、在失超加热器的“u”形槽内缠绕结构加强层；

37、在上述多线圈整体内骨架的外表面安装支撑板；

38、在4个支撑结构安装平面上分别安装冷端支撑座；

39、所述冷端支撑座的主体为平板，所述冷端支撑座主体平板采用与所述线圈整体内骨架所用材质主体金属相应金属的硬质合金制成；

40、每个所述冷端支撑座主体平板的两端分别设有悬吊支撑安装件，沿悬吊支撑安装件四周分别设有固定安装孔，所述固定安装孔与所述固定通孔相对应；

41、不锈钢螺钉同时穿过所述固定安装孔及所述固定通孔，将所述冷端支撑座的两端固定在所述多线圈整体内骨架上，不锈钢螺钉的螺帽头，或相匹配的不锈钢螺母位于所述固定通孔的沉孔内，且不突出在多线圈整体内骨架的内侧圆筒区域内；

42、每个所述冷端支撑座主体平板上设有若干连接安装孔，与安装螺孔相对应；

43、所述冷端支撑座主体平板通过紧固件与每块法兰板相连接；

44、在接线板安装平面上安装接线板；

45、所述接线板为金属材质，其主要金属分成与所述多线圈整体内骨架的金属成分相同；

46、所述接线板用于连接超导线圈的引出线头或抽头；

47、所述接线板上设有安装部，用于安装高导热连接件，最终与制冷机的冷头相连接；

48、在失超保护二极管组件安装平面上安装下支撑板；

49、所述下支撑板为金属材质，其主要金属分成与所述多线圈整体内骨架的金属成分相同；

50、所述下支撑板用于固定失超保护二极管组件；

51、所述接线板、所述下支撑板上设有安装孔，通过紧固件，与每块法兰板上的安装螺孔相连接。

52、作为本发明的进一步改进，所述悬吊支撑安装件为吊耳，所述吊耳内设有吊孔；

53、在吊孔内穿设有吊杆；沿多线圈整体内骨架外侧的每个支撑结构安装平面方向均设有2根相对设置的吊杆；共计设有8根、4组相对的吊杆。

54、作为本发明的进一步改进，所述冷端支撑座、所述接线板、所述下支撑板与所述多线圈整体内骨架的每块法兰板外表面的安装平面之间，设有高导热软金属箔片。

55、本发明的多线圈整体内骨架及传导冷却式超导磁体组件，具有以下优点：

56、1、内骨架的结构形式便于绕制多线圈和安装、固定各线圈引线；

57、2、内骨架与安装在其上的冷端支撑座、接线板、下支撑板，主要金属成分相同，故冷缩量相近，且冷缩量大于超导线圈，各支撑板与整体骨架组装后在运行温度(4k，-269.15℃)上为各超导线圈提供均匀的轴向压紧力；

58、3、多线圈整体内骨架及超导磁体组件，导热率高、结构坚固可靠、温度分布均匀，有利于提高超导导体的临界电流，进而增加超导磁体的稳定裕度；

59、4、在悬吊式支撑冷端承力点周围采用不锈钢对不锈钢的螺纹连接方式，比不锈钢对高导热率金属螺纹的连接方式承受更大的悬吊式支撑预紧力，能够为磁共振成像仪提供更加稳定的均匀磁场。

60、本发明整体结构简单，易于制作及组装，可满足磁共振成像仪用传导冷却式超导磁体组件的高效生产、制造。