用于MRI系统的超导线圈的支撑

摘要

一种树脂浸渍超导线圈(28；30；128)，包括轴向延伸的线圈安装装置，该线圈安装装置包括在线圈的匝的层之间的、嵌入树脂浸渍超导线圈的结构中的特征。

说明书

技术领域

本发明提供了以成本有效的方式支撑超导线圈的布置，同时该布置使线圈与支撑结构之间的不期望的相互作用最小化，业已知道，该相互作用是不期望的自发失超的主要原因。失超是当超导线圈快速恢复到其非超导状态时造成存储在磁体中的能量的耗散和随之发生的结构加热的事件。

背景技术

图1示意性地表示穿过用于MRI(磁共振成像)系统的传统主动屏蔽超导磁体的径向截面。磁体基本上关于轴线A-A旋转对称。在本文档中，术语“轴向”将用来描述平行于轴线A-A的方向，而术语“径向”将用来描述在穿过该轴线的平面中延伸的垂直于轴线A-A的方向。

磁体线圈组件10被安装在冷却剂器皿12内。冷却剂器皿12被安装并包含在外部真空容器(OVC)14内。热辐射屏蔽16提供在OVC与冷却剂器皿12之间。

磁体线圈组件10自身包括内部磁体组件20和屏蔽线圈组件22。屏蔽线圈组件22自身包括屏蔽线圈24和屏蔽线圈安装结构26。内部磁体组件20包括通过内部线圈安装结构32连接的端部线圈28和内部线圈30。

在使用中，端部线圈28、内部线圈30和屏蔽线圈24被提供有电流以在成像区21中生成强的均匀场。

发明内容

本发明尤其涉及屏蔽线圈安装结构26和内部线圈安装结构32。

当前和未来的MRI系统的成本压力意味着新设计要求减少的材料和劳动力贡献，以使得最终系统成本能够保持在可接受的限度内。传统线圈支撑结构消耗大量不锈钢、铝或诸如玻璃纤维增强塑料(GRP)等的复合材料，以将各种超导线圈支撑在例如筒状线圈架中。可以发现在未来的系统上生产和安装这样的结构极其昂贵。

本发明利用树脂浸渍线圈的固有强度。树脂浸渍线圈自身用作机械自支撑结构的一部分，而不是依赖于例如由不锈钢或铝的机加工线圈架提供的支撑。

本发明还提供一种超导磁体结构，其中超导线圈使其大部分表面自由且暴露至液体、超流体和/或气态低温制冷流体所提供的润湿。

在优选的实施例中，超导磁体结构还可拆卸使得材料可以容易地从废弃的系统回收，且使得如果需要，可以在超电磁体的使用寿命期间移除和更换单独的线圈。还期望允许线圈中的至少一些的调整，使得可以在制造期间获得所要求的磁场均匀性。

本发明因此提供了如随附权利要求中所限定的方法和设备。

附图说明

本发明的以上和进一步的目的、特性和优点将从参照附图通过仅示例的方式给出的其某些实施例的以下描述变得更加显而易见。

图1示出用于MRI系统的传统主动屏蔽超导磁体的示意性径向横截面；

图2示出根据本发明的实施例构造的超导磁体的细节；

图3示出如图2中图示出的端部线圈处于制造中的某一阶段的横截面；

图4示出如图2中图示出的端部线圈处于制造中的后一阶段的横截面；

图5图示出在沿着超导磁体的轴向方向上的最佳电流密度分布，并且图示出使用本发明的实施例如何可以有助于实现电流密度分布接近最佳电流密度分布；

图6示意性地图示出本发明的实施例的线圈的横截面；

图7示出穿过根据本发明的另一实施例的屏蔽线圈的示意性横截面；

图8A示出如图7中表示的本发明的实施例的透视图；

图8B示出用于将图7和图8A中示出的线圈组件与磁体的其余部分交界的合适的连接器的视图；

图9A至图9B示出在诸如图7至图8中所示的线圈的制造过程中的阶段；

图10示出在诸如图7至图8中所示的线圈的制造过程中的进一步的阶段；

图11示出穿过本发明的主动屏蔽超导磁体的示意性局部轴向横截面；

图12示出图11的实施例的细节；

图13示出根据本发明的实施例的线圈组件的示意性部分轴向横截面；

图14示出本发明的部分拆解的示意性截面；

图15示出当图14的实施例组装起来时的示意性截面；

图16示出根据本发明的进一步实施例的线圈的示意性局部径向横截面；

图17示出根据本发明的实施例的磁体组件的局部轴向横截面；

图18示出根据本发明的另一实施例的磁体组件的局部轴向横截面；

图19示出图18中示出的实施例的部件的透视图；

图20示出图2的实施例的变型；

图21示出其中支撑元件支承在冷却剂器皿的孔管上的本发明的实施例；以及

图22图示出其中提供了径向指向的支撑构件的本发明的实施例。

具体实施方式

图2示出本发明的实施例的细节，包括树脂浸渍端部线圈28、树脂浸渍内部线圈30和安装在线圈之间且将它们接合到一起的支撑元件32。

本发明采用包含非线圈区域的浸渍的线圈结构，其随后被机加工以使得能够实现磁体的组件。

在各线圈的情况中，浸渍的材料的矩形横截面包括线圈绕组的区域34和非线圈区域36。线圈绕组的区域34由多匝超导线构成，而非线圈区域36由诸如玻璃纤维布等的非导电填充材料构成，整体被一起树脂浸渍成单个的整体式结构。这可以通过在通常用于超导线圈的制造、且相应地为本领域技术人员所熟悉的过程中，通过将超导线和非导电填充材料以适当的顺序和量一起缠绕到模具中、用热固性树脂浸渍所得到的结构、允许或引起树脂硬化、并且将所得到的整体式树脂浸渍结构从模具上移除来获得。

超导线被缠绕到多孔填充材料的体积上和多孔填充材料之间，以产生具有非矩形截面的线圈匝的体积34。在选择的位置中，可以添加进一步的玻璃纤维布、或玻璃纤维块、或其他多孔材料以提供固定点。多孔材料可以作为预制体积添加。可选地，带或绳可以缠绕到工具上。

每个线圈的非线圈区域36的数目可以根据情况修改，以适应诸如所要求的承载的负载和可用大小等的约束。

如图示实施例中所示，各线圈28、30可以在其轴向端部中的每一个轴向端部处被支撑，并且支撑元件32不需要径向延伸超过线圈的径向范围。

图3示出端部线圈28的横截面，示出了线圈绕组的区域34和非线圈区域36。由于线圈绕组和非线圈区域36是在单个步骤中浸渍，所以本身没有像这样的粘合的接口：单个树脂体将线圈绕组和非线圈区域36的非导电填充材料圈住。

图4示出图3的端部线圈28在制造过程中的后一阶段的横截面。孔40在端部线圈的轴向端部表面上被轴向地钻入非线圈区域36中。优选地，如果需要，这些孔是被攻螺纹的42并且相邻的轴向端面可以是平坦的机加工平面44。所产生的孔40提供了用于支撑元件32的安装结构。如图2中所示，支撑元件32可以通过使用螺钉或螺栓46或其他机械紧固件被紧固至非线圈区域36中的孔40。

内部线圈30以类似的方式构造，但是在内部线圈的情况中，非线圈区域36优选地提供在两个轴向表面上，使得支撑元件32可以附于内部线圈的两个轴向端部表面。对应地，非线圈区域36位于内部线圈30的各轴向端部处，以提供用于支撑元件32的安装结构，例如呈诸如图4中图示的螺纹孔的形式，以接收螺钉或螺栓46或类似的机械紧固件。

取决于浸渍的线圈30的尺寸精度以及所使用的模制成型技术，可能有必要将线圈轴向端部表面区域的围绕各孔40的面进行机加工，以获得线圈的正确定位和具有可接受的均匀性的最终磁体。这样的机加工优选地在形成螺丝孔42之前执行，但可以之后执行。

如图2中图示出的，线圈的轴向端部表面可以提供有单个环形非线圈区域36，或两个或更多的环形非线圈区域36。其他实施例当然是可能的。例如，如图20中图示出的，与非线圈体积的连续区域相对，可以提供非线圈体积的间断区域以减少材料消耗。本领域技术人员可以设想到适当的工具加工解决方案以提供制造该部件的能力。

支撑元件32必须在轴向方向上精确地形成尺寸以确保线圈的精确间距，但支撑元件32的其他尺寸不是关键的。这意味着间隔元件可以由很多制造商中的任何一个制造商通过诸如铝或复合材料的铸造、注射模制成型或从一块材料机加工，或者在一些实施例中通过从一片材料切割等的廉价过程来全球地生产，这取决于它们必须支撑的负载。所使用的材料的仔细选择可以提供显著的益处，允许部件之间的差别的热收缩的控制。在将磁体从处于约300K的环境温度冷却到约4.2K的磁体操作温度时，这可能是个显著问题。

一旦用廉价方法生产出间隔件，就可以施加单个机加工步骤以获得正确的轴向尺寸。然后可以将支撑元件的轴向端部表面与线圈的轴向端部表面接触地安装到所提供的机加工面44上。

可以将支撑元件32优化以给出高的轴向压缩强度和相对低的径向刚度，以提供用以在不同的温度和环箍负载下容纳相邻线圈的径向挠曲，这意味着线圈的物理大小将随时间的推移而变化。

图2中图示出的结构可以重复使得所有的内部线圈30和端部线圈28通过本发明的支撑元件32被附接到一起。所产生的组件可以通过任何适当的传统手段安装在冷却剂器皿23内。

屏蔽线圈24也可以构造成具有与图3、图4中示出的那个类似的横截面，并且通过紧固件46的类似布置安装至支撑结构26。可以围绕各屏蔽线圈提供若干支撑元件32，以将屏蔽线圈附接至支撑结构26；可选地，支撑结构26可以合适地形成形状和尺寸，以使用如上面所讨论的合适的紧固件和非线圈体积36与屏蔽线圈24直接交界。用于屏蔽线圈的支撑结构26可以安装在内部磁体组件20的支撑元件32上。

根据本发明，归因于支撑元件32的直接定位在线圈28、30之间，与使用线圈架和类似物的传统布置相比，减少了超导磁体线圈结构10的制造中的材料使用。本发明的装置还使支撑元件32上的弯曲应力最小化。

线圈28、30与支撑结构32之间的机械的相互作用在本发明的结构中被简化，意味着这种磁体的性能将会在失超速率方面与使用线圈架和类似物的传统磁体结构相比更一致且可重复，这是因为减小了线圈与支撑结构之间接触力和接触面积的变化。

线圈绕组的区域34与支撑元件32之间的接口力通过作为在树脂浸渍中包括非导电填充材料的复合材料的区域的非线圈区域36来施加。与线圈和诸如线圈架等的支撑结构之间的直接机械接口相比，这在线圈绕组的边界处提供了更加均匀和分布的应力。

由于本发明提供了包括线圈体积34和非线圈体积36的线圈结构28、30，所以诸如图示出的端部线圈28和图示出的内部线圈30的线圈的轴向电流分布不是恒定的。这可以有利地用于更高效地分布用于磁体的线圈绕组，如下面参照图5描述的。

已知并且传统的是，对于固定的内部线圈直径和电流密度，用于成像区21(图1)中的场强度和均匀性的最佳电流分布将沿着系统的长度而变化，以给出所要求的磁场均匀性。图5中的曲线50示出了示例优化电流密度。

缠绕或提供分布成匹配图示出的50处的优化电流密度的线圈是不实际的。然而，如图5中图示出的，根据本发明的线圈28、30具有轴向外部的非线圈区域36，这具有降低对应的轴向位置处的电流密度的效果。曲线52图示出当电流施加至线圈28、30时所产生的轴向电流密度。虽然不匹配曲线50的优化电流密度，但所产生的轴向电流密度提供了与利用矩形截面的磁体线圈28、30可能的电流密度相比更接近的近似值。

虽然图2中图示出的组件表示筒状超导磁体10的内部磁体结构20，但本发明的方法和结构可以应用于在用于MRI系统的筒状超导磁体中传统使用的主动屏蔽线圈24。在这样的磁体中，磁体的电特性可以确保，保持着主动屏蔽线圈24的支撑元件32承受拉力而同时内部磁体结构中的支撑元件32受压。

通过修改支撑元件设计，例如以使得支撑元件能够在径向方向上延伸，本发明可以应用于保持连接元件，以支撑屏蔽线圈结构22，并且通过将磁体10与冷却剂器皿12接合或者与系统的另一部件(如果未提供冷却剂器皿)接合来支撑磁体10。

图21示出其中支撑元件32提供有突起210的示例实施例。那些突起支承在冷却剂器皿12的孔管120上。突起210应该围绕孔管的圆周分布，为线圈结构提供径向支撑。

支撑元件32还可以结合有使得磁体能够被牢固固定在冷却剂器皿内的特征。突起210可以作为分离的部件被制造，分离的部件附接至支撑元件32以提供与冷却剂器皿孔管120的接口。

图22示出该原理的进一步发展，其中径向指向的支撑构件222被提供、安装或支承在支撑元件32，并以相对于冷却剂器皿孔管120所要求的位置来保持屏蔽线圈128。可以使用自身已知的分析技术来计算使用时径向指向的支撑元件222的所要求的承载能力，以确保所要求的负载可以由支撑元件32、突起120和冷却剂器皿孔管120安全地支承。

本发明的结构中所采用的支撑元件是相对小的部件，与现有的线圈支撑结构相比，其可以相对便宜且容易地全球采购。

在图示为图6中的线圈截面的可选的实施例中，非线圈区域36可以径向延伸穿过线圈，这将会降低缠绕线圈的复杂性。然而，结果是需要为线圈28设置矩形截面的一个或两个线圈体积34，在空间方面效率可能不像如上面所描述的非矩形横截面的线圈体积34那样有效。也没有以参照图5所描述的方式调节轴向电流分布的机会。

本发明提供了用于通过在线圈结构内一体形成的复合非线圈区域，将树脂浸渍超导线圈直接支撑的方法和结构。使用这些区域与用于将线圈机械地接合到一起的支撑元件32交界。

本发明的某些实施例可以提供以下优点中的一个或多个。

-用于支撑结构的材料和劳动力要求被最小化并因此减少了材料使用和成本。

-支撑元件(32)的生产方法是的简单的，使得它们可以在很多全球制造商中的任何一个处廉价地生产。

-线圈绕组不直接与支撑元件交界，意味着降低的可能引起线圈失超的机械扰动的风险。

-制造过程可以通过横跨若干产品的、诸如支撑元件32等的许多标准部件的使用而被简化。支撑元件32可以被设计并尺寸做成使得它们可以被机加工成数个轴向长度中的任何一个轴向长度，使得能够提供各种各样的轴向长度的支撑元件32，而不需要制造并贮备许多不同大小的支撑元件32。

-避免了异质材料的到线圈的粘合。线圈体积34自身已经是包含至少热固性树脂和金属线的复合材料。线圈体积往往还包含诸如玻璃纤维或玻璃珠等的填充材料。通过将支撑元件32紧固至线圈，消除或至少减少了到线圈的粘合接头的使用。粘合接头要求清洁、表面处理和薄甚至要求粘合剂的施加以避免分层。已发现这些要求在生产环境中难以重复地实现。本发明的方法和布置代替地具有机械紧固的结构，其没有这样的苛刻要求。

-在失超期间，各个线圈将以不同的速率升温。本发明的装置在各线圈与对应的线圈支撑结构之间使用了机械紧固接头。这样的机械紧固接头可以在没有劣化的情况下容纳线圈之间、以及线圈与支撑结构之间的热膨胀上的差异。通过围绕线圈的圆周使用多个分离的支撑元件32，相关联的线圈可以在不会在支撑元件中引入任何周向应变的情况下热膨胀和收缩。

-如果需要更换线圈，将各支撑元件32保持到线圈上的机械接头可以简单地拆解下来，并且将受影响的线圈移除并更换。这意味着如果线圈要求更换的话相对低的返工成本。

-本发明的线圈组装技术使得能够实现用于有效轴向电流分布轮廓的线圈设计。由本发明促进的线圈形状提供了用于给定电流密度的改进的导线效率。

-本发明的装置不要求复杂的工具加工，因为它可以使用传统的线圈缠绕和浸渍方法随后是简单的机械机加工步骤来生产。

-由本发明提供的磁体结构是简单的，并容易组装。

-可以从有限数目的“标准”线圈大小和支撑元件大小生产出磁体的不同设计。线圈制造变得更易于管理，因为将以有限数目的“标准”大小生产出模制成型的线圈。

-在浸渍步骤期间不存在支撑结构32，并且所以没有树脂进入到支撑结构内的风险，并且支撑结构的部件可以根据需要安全地形成复杂形状。可以包含悬挂点和其他特征，这在传统布置和方法中可能难以或不可能实现，其中不期望的树脂入侵是个问题。

-本发明的线圈支撑结构可以在线圈之间包括有限数目的轻量的铸造支撑元件，取决于线圈之间的预期的洛伦兹力，每个线圈可能有最少3个支撑元件。各铸造支撑元件重量可以小于10kg。

-可以通过调整线圈的相对位置来执行所产生的磁场的匀场。一旦将包括端部线圈28、内部线圈30和屏蔽线圈24的磁体线圈结构10组装起来，诸如1A等的相对小的电流就会通过线圈然后测量所产生的磁场的均匀性。然后可以执行自身是传统的计算，以确定对于提高被测磁场的均匀性来说合适的调整。在线圈与支撑结构32之间的紧固接头中的每一个紧固接头处，可以使用机械匀场以更改线圈间隔并因此执行计算出的调整。如果要求更动态的解决方案，那么线圈支撑中的每一个线圈支撑可以设计成可在不用分离紧固接头的情况下调整，例如通过在支撑元件的结构内提供螺丝扣式调整。

-一些非线圈区域可以用于通过孔和诸如螺钉或螺栓的机械紧固件的类似布置来固定末端装置或其他辅助部件。

在图7至图19中图示出进一步的一组实施例。在这些实施例中，不是像上面描述的实施例中那样嵌入线圈结构内的非线圈区域，参照图7至图19描述的实施例具有嵌入线圈结构内的张力支撑构件，或者具有嵌入线圈结构内的用于安装张力支撑结构的通道。

图7示意性地示出根据本发明的实施例的屏蔽线圈128的横截面。屏蔽线圈128包括线圈绕组的两个区域134、张力支撑构件110和用于将区域134中的线圈绕组与导电张力支撑构件110电绝缘的电绝缘层112。张力支撑构件典型地是金属的。如果张力支撑构件110是诸如玻璃纤维复合材料等的非导电材料的，则绝缘层112可以不是必要的。绝缘层112可以包括各自的玻璃纤维层，其在单个浸渍步骤中与线圈绕组一起被树脂浸渍。

张力支撑构件110优选地是弯曲的，以适应在定位张力支撑构件位置处的线圈绕组的曲率半径。在图示实施例中，张力支撑构件110的嵌入屏蔽线圈128中、并且在线圈附近的区段114是弯曲的，而远离线圈的区段116是平面的。另外，在平面区段116内，变薄的部分可以被提供作为挠曲部118，以容纳由于在磁体线圈结构的冷却期间的差别的热收缩、以及归因于通电时的机械力和线圈失超而产生的热膨胀引起的屏蔽线圈的膨胀而产生的相对径向移动。所选取的支撑系统的另一期望和预期的特征在于，除了具有充分的顺应性以允许线圈自由移动的径向自由度之外，所有自由度包括旋转和平移两者被很好地约束。在其他实施例中，张力支撑构件110可以沿着其整个长度是平面的，或者可以沿着其整个长度是弯曲的，尽管挠曲部118在这样的弯曲实施例中可能不合适，但是如果将短平面区段压入如图9A所示以其他方式弯曲的支撑件中，则仍然可以容易地合并。安装特征120被提供到张力支撑构件110。在图示实施例中，安装特征可以是张力支撑构件中用于附接到连接叉销的简单孔。设置了多个张力支撑构件，其以充分的数目围绕屏蔽线圈128的圆周间隔开，以提供适当的机械保持并且将线圈弯曲控制在所要求的限度内。围绕屏蔽线圈128的圆周，提供有间隔件122以填充张力支撑构件110之间的间隙，使得在张力支撑构件100的径向位置处，间隔件122和径向支撑构件110交替。如果使用诸如掺入氧化铝的那些(例如，Stycast)填充树脂的系统，那么间隔件可以删除，因为任何间隙都会被填充树脂填充。所公开的线圈结构可以通过真空浸渍或者通过湿法缠绕方法来形成。

图8A示出了根据本发明的该实施例的屏蔽线圈的透视图。在该实施例中，围绕线圈的圆周间隔开地提供了六个张力支撑构件110。间隔件122填充张力支撑构件110之间的间隙。箭头126图示出在使用时作用在线圈上的总体电磁力的方向。显然，在使用中，张力支撑构件110必须抵抗该电磁力。另外，张力支撑构件110还必须始终支撑屏蔽线圈128上的重力，包括在航运或绑定(安装)期间磁体移动所产生的负载以及安装后的可能的地震事件。

图8B示出了适于安装屏蔽线圈128的连接叉结构130。连接叉装置130形成了屏蔽线圈安装结构26的一部分。连接叉装置130自身是传统的，包括：通过可调布置136保持在杆134上的连接叉132，在该情况中可调布置136包括在该连接叉内的螺纹孔中的杆134的螺纹端部，和锁定螺母；保持销138，以装配到并横穿张力支撑构件110中的孔120和保持器140，在该情况中保持器140是卡圈，用于将保持销保持在适当位置。

连接叉将起作用以抵抗由箭头126表示的电磁力保持张力支撑构件110承受拉力，并且抵抗屏蔽线圈128上的重力支撑张力支撑构件110承受压力。在完整的电磁线圈组件10中，应提供对应数目的连接叉装置130和张力支撑构件。可以在两个屏蔽线圈24处提供对应的结构。在一些磁体线圈组件中，可以提供多于或少于两个的屏蔽线圈128，由张力支撑元件110、连接叉装置130和杆134构成的安装布置适合于适应在该情况中。结合到连接叉组件中的可调元件允许容易且成本有效地调整线圈位置以优化磁场均匀性。

图9A至图9B示意性地图示出用于诸如图8A中图示出的端部线圈128的制造的过程中的两个阶段的横截面。如传统的那样，提供了可拆卸的线圈模具142，其包括筒状件144和端件146。

如图9A中图示出的并且根据本发明的方法的特征，在对应于张力支撑构件110的所要求的位置的圆周位置中设置缺口148，并且从端件146的径向外部末端150延伸，缺口148足够深以延伸跨越张力支撑构件110的所要求的径向位置。如图示出的，线圈绕组的第一体积134以传统方式提供，直到张力支撑构件110的所要求的径向位置。然后在线圈绕组上面提供绝缘层112。这可以是玻璃纤维布层。线圈绕组和绝缘层可以是干法缠绕或湿法缠绕的，如传统布置中那样。接下来，将张力支撑构件110在所要求的位置处放置在绝缘层112上的适当位置，并且将间隔件122定位在张力支撑构件之间以提供大致连续的表面149。

然后将第二绝缘层112放置在张力支撑构件110上面，并且优选地也放置在间隔件122上面。线圈绕组的第二体积134以传统方式设置在第二绝缘层112上面以完成线圈。图9B示出了在该阶段的模具中的端部线圈128。在线圈和绝缘层被湿法缠绕的情况下，引起或允许树脂硬化。优选地，提供简单的机械布置以将张力支撑构件110相对于线圈模具保持在它们各自的固定位置。在线圈和绝缘层已经被干法缠绕的情况下，现在必须将线圈绕组、绝缘层112、张力支撑构件110和间隔件122的缠绕组件浸渍。

图10示出了穿过用于浸渍本发明的端部线圈128的布置的示意性横截面。将可称为“夹具”的机械支撑布置150被提供并附接到模具142，以将张力支撑构件110保持在相对于模具142的所要求的位置。将浸渍槽152附接到模具142，并且在线圈的径向外表面上面提供一层脱模布154。如本身传统的那样，设置了密封件155，以防止树脂从槽中的泄漏。

如本身传统的那样，树脂在真空下将树脂槽淹没到溢流水平线156。然后，引起或允许树脂硬化，并且当树脂已胶凝时将其从槽152中移除，使用脱模布154以使线圈的径向外表面与大部分树脂分离。

图11示出了安装在冷却剂器皿中的本发明的屏蔽线圈128的更详细的局部横截面。图8的连接叉装置130被安装至屏蔽线圈支撑结构26。屏蔽线圈128由张力支撑构件110支撑并保持在适当位置。如图示出的，由于不要求线圈架或轴颈来支撑屏蔽线圈128，所以它们可以在其最有效的可用位置中靠近冷却剂器皿12的轴向和径向末端放置。与不能位于靠近冷却剂器皿12的轴向和径向末端的位置的轴颈中的等效线圈相比，这具有使昂贵的超导线的使用最小化的效果；和/或可以在给定的空间包络内更有效地优化磁体的杂散场。

传统线圈轴颈制造昂贵且重，并阻止屏蔽线圈放置在其最佳位置：靠近冷却剂器皿12的轴向和径向末端。在该最佳位置，可以减少屏蔽线圈中的匝数，降低线圈成本。屏蔽线圈的定位不像对于内部磁体20的线圈那样关键，所以可以允许安装布置中的一些公差。

图12示出了根据本发明的另一实施例的用于屏蔽线圈的安装布置的细节。在该实施例中，张力支撑构件110轴向地延伸穿过线圈128并且在其轴向外表面处从线圈突出。这可以被容纳在图9A至图10的、只是在模具142的两个端件146中设置类似的缺口148的制造过程中。

如图12中所示，可以在冷却剂器皿的内表面上设置凹部158，以容纳张力支撑构件110的突出端部。凹部158优选地不是紧密配合至张力支撑构件110的突出端，而是提供了对其移动范围的限制，在搬运期间或在其他高冲击机械事件期间提供了对端部线圈128的轴向和径向保持。张力支撑构件110的突出端部和凹部158协作以提供缓冲-限位布置，以或者直接地(如图所示)或者经由交界部件抵着冷却剂器皿的端部起反作用，这对于本领域技术人员将是显而易见的。

图13图示出与包含连接叉装置130的屏蔽线圈安装结构26相比的屏蔽线圈128的相对移动。这样的相对移动可能归因于屏蔽线圈128与屏蔽线圈安装结构26之间的热膨胀和收缩上的差异，或者归因于由有时称为“环箍力”的电磁力引起的屏蔽线圈128的膨胀。另外，线圈将在失超事件期间趋向于膨胀，并且该移动也将被所公开的支撑系统有效地容纳。屏蔽线圈被示出处于其“搁置”位置，并且被以虚线示出处于“膨胀的”位置—不过，“膨胀的”位置实际上可能归因于屏蔽线圈安装结构26的收缩大于屏蔽线圈128的收缩。在图示实施例中，张力支撑构件110在平面区段116中包含两个挠曲部118。在该实施例中，并且优选地，在弯曲区段114中没有设置挠曲部118。

如图示出的，屏蔽线圈128和屏蔽线圈安装结构26的相对径向移动由张力支撑构件110在挠曲部118处的弯曲容纳。这确实造成屏蔽线圈朝向磁体的轴向中点的一些轴向位移，但是在磁体的设计阶段期间，并且当为了成像区域中的磁场均匀性，对磁体进行匀场时，可以考虑该位移。

在图13中，箭头160图示出径向作用在屏蔽线圈128上的电磁力。组合效应可以是径向膨胀，但是线圈匝也被径向地压紧，这有助于维持屏蔽线圈128与张力支撑构件110之间的粘合的完整性。特别地，作用在屏蔽线圈128的匝的层上的径向力160用于压紧张力支撑构件110，提高了线圈区域134与张力支撑构件110之间的粘合的耐久性。

图示出屏蔽线圈上的轴向力的箭头126被分开以表示作用在屏蔽线圈128上的不同径向位置的相对轴向力。径向内匝趋向于经受比径向外匝更大的轴向力。如图示出的，张力支撑构件110在屏蔽线圈128内的位置可以被朝向屏蔽线圈128的轴向内表面移位，以减小线圈上的扭矩，否则可能由屏蔽线圈128的绕组上的轴向力的变化分布而引起线圈上的扭矩，在该方向上张力支撑构件110是刚性的。

张力支撑构件110在径向方向上是柔性的，但在所有其他方向上是刚性的。它们是刚性到足以在重力作用下支撑线圈128的重量，但足够柔性以允许其归因于差别的热膨胀或收缩或者电磁力而径向膨胀。归因于张力支撑构件110在径向方向上的柔性，线圈128的重量可以在线圈的侧面处很大程度上由张力支撑构件支撑，在线圈的该侧面，线圈重量被经受为作用在张力支撑构件110上的横向弯曲力矩。

可以对张力支撑构件110进行表面处理以提供树脂的有效粘合。例如，这可以是通过铝张力支撑构件的阳极氧化、喷砂、滚花、磨损或其他表面纹理。可以在张力支撑构件中提供压痕或通孔，以提供有效的轴向保持。

图14图示出本发明的另一组实施例的示例。这里，代替张力支撑元件被粘合到线圈，提供了轴向穿过屏蔽线圈228的通道200。提供分离的张力支撑构件210，并且其滑动通过通道以提供用于屏蔽线圈228的安装布置。提供了间隔件122和绝缘层112，如对于图9A至图9B的实施例那样。

通道200可以通过以与图9A至图10的张力支撑构件110嵌入的方式差不多相同的方式嵌入可移除件中，然后一旦树脂固化就移除可去除件而形成。可移除件可以在脱模剂中被涂覆以确保其不会与树脂粘合。通道200可以是弯曲的，以匹配线圈绕组的曲率。可选地，张紧元件和推力块可以用诸如PTFE的脱模材料涂覆，允许它们在制造期间被结合到线圈中。线圈完成并且树脂固化之后，元件将在线圈中自由滑动。进一步的可能性是通过在作为缠绕的结构中包含诸如蜡的相对低熔点材料的间隔件，并且一旦浸渍树脂固化就将其熔化掉。类似地，这样的间隔件可以由可溶性材料提供，一旦浸渍树脂固化，该可溶性材料就被适当的溶剂溶解。

张力支撑构件210可以沿其整个长度是弯曲的114以匹配通道200的曲率，以使其能够通过通道200。推力块220被提供在张力支撑构件210的轴向外侧端部处，以提供用于屏蔽线圈228的保持表面222。推力块220优选地设置在张力支撑构件210的径向内部和径向外部表面两者上，并且保持表面222应该设置有诸如PTFE的低摩擦表面覆盖物。

如用点划线指示出的，在使用中，张力支撑构件210被插入穿过通道200，直到止推块220的保持表面222接触屏蔽线圈128的轴向外表面。张力支撑构件210不应该紧密地配合到通道200中，也不应该如此松动以至于允许过度的移动。可以以上面所描述的方式提供用于附接到保持结构的孔120。由于张力支撑构件210没有被粘合到屏蔽线圈128，所以应提供保持器以防止张力支撑构件210从线圈中掉落。如图示出的，该保持器可以是呈现穿过了张力支撑构件210中的孔232、并且通过保持套筒234和保持销236被保持在适当位置的线圈保持销230的形式。推力块220可以包括通过保持销240保持在一起的两个块。

图15示出了组装到一起的图14的部件的横截面。由于张力支撑构件210没有被粘合到线圈结构，所以发现该布置可能更适合于其中张力支撑构件210的热收缩不同于线圈的热收缩的布置，或者适合于受到高轴向应力的屏蔽线圈，因为在该布置中线圈将处于轴向压紧，而不是轴向张紧。

图16示出了根据本发明的变型的线圈328的示意性部分径向横截面。在该变型中，张力支撑构件310具有成形的径向截面：基本上是弯曲的以适应线圈绕组的曲率，但在其圆周边缘处呈锥形。线圈绕组可以缠绕在这样的张力支撑构件上，而在张力支撑构件的各周向边缘处仅留下小树脂填充体积302。取决于为张力支撑构件310选取的材料，可以提供绝缘层112。如果选取了诸如玻璃增强塑料(GRP)材料的非导电材料，那么可以省略绝缘层。可以如上面所描述的为张力支撑构件310提供表面处理，其可以包括压痕、阳极氧化、纹理化或通孔。在这样的布置中，线圈的径向外表面不再是环形的，而是在放置张力支撑构件310的位置处包括变形304。在屏蔽线圈的情况下，这样的变形不太可能成为问题，并且在用于成像区域21中的最佳均匀性的磁体的建模和匀场期间，这样的变形无论如何都可以考虑在内。

图17示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，超导端部线圈28和内部线圈30提供有根据本发明的实施例的支撑构件410，以形成安装在冷却剂器皿12内的内部磁体结构20。线圈28、30中的每一个线圈提供有若干支撑构件410，其中的每一个支撑构件轴向上横穿相关联的线圈。接头350将张力支撑构件中的对应的那些彼此连接以构造内部线圈组件。接头中的每一个接头可以包括连接叉装置，或者可以被螺栓或粘合到一起的，或者是对于本领域技术人员显而易见的任何其他合适的布置。典型地，如对于本领域技术人员显而易见的，内部线圈组件20的线圈28、30将受到由电磁效应引起的轴向向内指向的力。中心内部线圈30a可能受到零净轴向力，而轴向外部的内部线圈30b可能受到例如约七十吨的轴向向内的力，并且端部线圈28可能经受例如约八十吨的轴向向内的力。在该实施例中，支撑构件410受压，并且它们的结构和接头350的结构必须适于承受这样的压缩轴向负载。

通过与参照图12描述的那个类似的布置提供了用于内部线圈组件的机械支撑。支撑构件410突出超过端部线圈28中的每一个端部线圈28的轴向末端，并且被接收在形成于冷却剂器皿12的对应的内表面中以容纳支撑构件410的突出端部的凹部158中。为了防止内部磁体组件20移动或向冷却剂器皿12施加轴向张紧，优选的是，在冷却剂器皿的一个轴向端部处，支撑构件410的对应的突出端部通过诸如粘合、螺栓连接、焊接等的合适的方法被附接到冷却剂器皿，并且在另一轴向端部处，支撑构件410的突出端部搁置在对应的凹部158内，但是能够轴向移动。这允许内部磁体结构20由冷却剂器皿12上的支撑构件410支撑。在可选的实施例中，线圈28、30可以搁置在冷却剂器皿12的孔管12a上，使得它们的重量由孔管12a支承，但是线圈保持对齐并由支撑构件410轴向保持。

支撑构件410应在其长度的一些(如果不是全部)的长度上是弯曲的，这在轴向方向上提供了附加的机械强度并抵抗屈曲。冷却剂器皿中的各凹部158为相关联的支撑构件410创建了端部约束。由于支撑构件410的轴向突出端部可以相对短，所以其可以是在机械上是强的，这进而允许各端部线圈28用作用于下一轴向相邻的支撑构件410组的刚性端部约束。

相关线圈上的轴向力朝向磁体结构的轴向中心线C-L积聚。在示例中，端部线圈28上的大约八十吨的轴向力和内部线圈30b上的大约十五吨的轴向力累加在一起，使得九十五吨的力必须由将中心线圈30a与相邻的内部线圈30b连接的支撑结构410支承。为了支撑这个合力，与诸如将端部线圈28与相邻的内部线圈30b连接的、提供在轴向外部位置的支撑构件410相比，可以提供更多的将中心线圈30a与相邻的内部线圈30b连接的支撑构件410。

图18示出了本发明的内部磁体组件20的另一实施例。该实施例类似于图14至图15的实施例，其中支撑元件穿过形成在线圈结构内的通道。线圈、通道和间隔件的构造如参照图14至图15描述的那样，但是显著区别在于线圈支撑杆430延伸穿过多个线圈的事实。在图示实施例中，各线圈支撑杆430在冷却剂器皿12的两个端壁之间延伸。各线圈支撑杆430可以在其两端处被焊接或以其他方式牢固地附接到冷却剂器皿。在图17中，支撑元件被结合到线圈中，使得难以将支撑元件焊接或以其他方式附接到冷却剂器皿。要求精确定位到冷却剂器皿中，并且令人满意的，其使线圈与冷却剂器皿很大程度地分离，并且因此避免了不希望的相互作用。支撑构件410和线圈支撑杆430可以或者是固定的或者自由地在凹部158内移动。在图18的实施例中，线圈在某种程度上在线圈支撑杆430上自由滑动，所以即使支撑件被刚性地固定到冷却剂器皿，也避免了线圈与冷却剂器皿之间的不期望的相互作用。在某些实施例中，线圈支撑杆430可以在两端处刚性地附接到冷却剂器皿，以便也加强冷却剂器皿并承受轴向线圈负载。

各线圈支撑杆430分别滑动穿过多个线圈30a、30b、28，并且保持装置根据情况装配以将线圈保持在线圈支撑杆430上的正确位置。在与图14至图15中示出的布置类似的布置中，提供了推力块220以抵抗归因于电磁效应的轴向力而保持线圈，而诸如具有保持套筒234和保持销236的保持销230的保持器被提供，以将线圈保持在不需要抵抗电磁负载的位置中。由于中心线圈30a未受到任何轴向电磁力，所以仅需要在两侧上由保持器保持，并且未提供任何承载推力块。当然，线圈可以设置有推力块220，即使在机械上不必要并且保持器已充分的情况下。可以省略保持器，这依赖于当操作中将线圈定位在相邻于它们的推力块220的正确位置中时在线圈上的轴向力。

图19示出了可以在如图18中图示出的本发明的实施例中采用的线圈支撑杆430的示例。线圈支撑杆430是弯曲的，以匹配线圈绕组的曲率。线圈位置432被限定在线圈支撑杆上，并且可以没有通孔。线圈支撑杆430可以涂覆有成本计算成避免线圈突然移动的任何粘滑问题的低摩擦表面，否则该可能引起失超。可以在针对推力块220指定的位置中提供通孔434组，这些孔旨在允许保持销240横穿线圈支撑杆430以保持推力块。可以设置进一步的通孔436用于保持器的安装。

在组装过程期间，内线圈组件20的线圈28、30被对齐，并且使线圈支撑杆430穿过线圈中的对应通道200，并且通过推力块220和保持器的安装，将线圈和线圈支撑杆430固定在其相对位置。

然后优选地在构造冷却剂器皿时，通过焊接或以其他方式将线圈支撑杆430牢固附接到冷却剂器皿的端壁，而将所得到的内部磁体组件安装到冷却剂器皿中。这可以通过在冷却剂的端壁中提供合适的凹部158来协助。

在诸如图7至图19所示的实施例中，张力支撑构件110、210、310、410、430优选地并且如图示地位于线圈区域34、134之间，接近对应的线圈的径向中点。在诸如其中张力支撑构件被粘合至线圈体积的图7至图13、图17所示的实施例中，图13中图示出的径向压缩力将张力支撑构件压紧，降低了在张力支撑构件的表面处的分层的风险。在其中张力支撑构件可以粘合到线圈的径向或轴向末端的可选的结构中，剪切力将作用在张力支撑构件的接口上，并且可能导致线圈与张力支撑构件之间的粘合的分层和失效。

在所有实施例中，优选的是，张力支撑构件和用于张力支撑构件的任何通道应朝向对应的线圈的径向中点设置。考虑到电线性能，这是相对稳定的位置。这样的定位的优点在于，如果出现故障，例如归因于在与线圈支撑构件或用于线圈支撑构件的通道的接口处的浸渍树脂中形成的龟裂，则由此导致的失超的风险与在线圈的径向内部或外部末端附近的接口处形成的龟裂相比被降低，因为线圈的径向内部或外部末端附近的磁场强度大于朝向对应线圈的径向中点的磁场强度。

因此在诸如图7至图19所示的实施例中，提供了具有张力支撑构件的强的接口，使得不太可能发生粘合的龟裂或分层，并且在这样的龟裂是归因于在张力支撑构件的位置处的朝向对应线圈的径向中点的减小的磁场强度的情况下，由此导致的失超的风险被降低。

本发明因此提供了一种线圈安装结构的多个实施例，其中线圈安装装置包括与线圈的匝相邻地嵌入线圈结构内的特征。优选地，嵌入树脂浸渍超导线圈的结构内的特征位于线圈的匝的层之间。在某些实施例中，嵌入的特征包括可用于附接支撑元件的非线圈区域。这样的实施例可以在其中线圈之间的支撑元件在使用时受压的磁体系统中特别有用。在其他实施例中，嵌入的特征是张力支撑元件，其在匝的层之间被粘合到线圈的结构中。该实施例可以在其中线圈在使用中受到轴向向外的电磁力的实施例中特别有用的。嵌入的拉伸支撑件的可选方案具有嵌入在线圈的结构内的通道，这些通道用于安装设有推力块以将线圈保持在适当位置的张力支撑元件。这样的实施例也可以在其中线圈在使用时受到轴向向外的电磁力的情况中特别有用。该实施例的变型具有安装在共享线圈支撑杆上的多个线圈，共享的线圈支撑杆根据磁体结构的设计适当地提供有推力块。磁体组件可以由本发明的各种实施例的线圈构造，根据它们的功能而定。张力支撑元件分别是轴向指向的，并且优选地位于树脂浸渍线圈结构中的匝的层之间。