超导磁体系统及其失超保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超导磁体系统,特别涉及超导磁体系统设计中的一种失超保护装置。
【背景技术】
[0002]随着超导技术和超导材料的蓬勃发展,超导磁体有着广阔的应用前景。由于超导磁体体积小、电流密度高、能耗低、磁场强度高等优点,在基础科学研究、医疗卫生、交通运输、国防工业等领域越来越多的被应用。例如,在磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging, MRI)系统中,超导磁体就被应用来产生一个均勻磁场。
[0003]当工作中的超导磁体由超导状态回复到电阻状态时,称之为失超(Quench)。这可能是由于温度、外界磁场的强度或承载电流的密度等某个参数超出其临界值而引起的。超导磁体失超的部分将不再是超导的,而是进入电阻状态,任何流经该电阻部分的电流都会导致局部焦耳发热,由于超导磁体存储了大量的能量,此时该失超的部分会快速的变热,从而可能会烧坏该失超的部分,例如熔化该失超的部分上的超导线。
[0004]因此,需要提供一些失超保护装置来避免失超现象而导致的超导磁体损坏的情况发生。已知可以通过扩展失超过程来避免有害的热量集中,这就需要恰当地控制失超过程。该失超保护装置的工作原理主要是在超导磁体的某处发生失超时,将超导线圈的热点温度控制在安全范围内。控制热点温度的实质就是控制储能在热点的沉积,通过扩展失超过程来避免有害的热量集中,以便在尽可能多的可用超导线圈上消耗所产生的热量,也就是说,快速地控制失超发生于整个超导磁体,这就意味着整个超导磁体的任一部分超导线圈都不会达到危险的温度。
[0005]在现有的失超保护装置中,通常的保护装置是侦测每一个超导线圈上的温度,并当任意一个超导线圈上的温度超出预设范围,也就是其发生失超时,产生相应的控制信号以触发失超保护装置工作。通常该失超保护装置包括大量与超导线圈热接触的加热器及大量与超导线圈电性连接的卸能电阻(Dump resistor),通过这些加热器加热所有的超导线圈以使整个超导磁体失超,同时通过这些卸能电阻辅助卸掉超导线圈上的能量。但是,传统的失超保护装置需要单独设置侦测温度或电压的侦测单元及设置大量的卸能电阻,并且所应用的加热器的数量通常也非常多,进而导致整个失超保护装置设计复杂,成本过高。
[0006]所以,需要提供一种结构简单且成本低的失超保护装置来解决上述问题。
【发明内容】
[0007]现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解,其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览,且并非旨在标识本发明的某些要素,也并非旨在划出其范围。相反,该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。
[0008]本发明的一个方面在于提供一种失超保护装置。该失超保护装置包括:
[0009]N个电性串联耦合的超导线圈;
[0010]加热器矩阵模块,包括N个加热器单元,该N个加热器单元分别与该N个超导线圈电性并联耦合连接,其中,
[0011 ] M个加热器单元中每个加热器单元包括至少N个加热器,每个超导线
[0012]圈与该加热器单元中的至少一个加热器热耦合;及
[0013]N-M个加热器单元中每个加热器单元包括至少一个加热器,与该M个加热器单元相耦合的M个超导线圈中的每个超导线圈与该N-M个加热器单元中每个加热器单元的至少一个加热器热I禹合。
[0014]本发明的另一个方面在于提供一种超导磁体系统。该超导磁体系统包括:
[0015]真空容器,中心形成一个磁场区域;
[0016]热屏蔽罩,同中心嵌套在该真空容器内;
[0017]冷却系统,设置在该热屏蔽罩内;
[0018]N个电性串联耦合的超导线圈;及
[0019]加热器矩阵模块,包括N个加热器单元,该N个加热器单元分别与该N个超导线圈电性并联耦合连接,其中,
[0020]M个加热器单元中每个加热器单元包括至少N个加热器,每个超导线圈与该加热器单元中的至少一个加热器热耦合;及
[0021]N-M个加热器单元中每个加热器单元包括至少一个加热器,与该M个加热器单元相耦合的M个超导线圈中的每个超导线圈与该N-M个加热器单元中每个加热器单元的至少一个加热器热I禹合。
[0022]本发明的又一方面在于提供一种失超保护装置。该失超保护装置包括:
[0023]N个电性串联耦合的超导线圈;
[0024]与每个超导线圈电性耦合的N个加热器,每个超导线圈与电性耦合至每个超导线圈的一个加热器热I禹合。
[0025]本发明的超导磁体系统的失超保护装置,通过与超导线圈热接触加热器感应该若干超导线圈上的电压,当某一个超导线圈失超后,其上加热器被感应的失超电压触发工作,进而加热与对应加热器热耦合的超导线圈以使其他还未失超的超导线圈失超。如此所有的超导线圈即在极短的时间内完成了整体失超的过程,也即达到了失超保护的目的。通过上述设置,该失超保护装置可以在低触发能量(Actuat1n energy)的条件下提供一个可靠及快速响应的失超保护。此外,相对于传统的失超保护装置,本发明失超保护装置没有应用任何额外的单独设置侦测温度或电压的侦测单元,也没有设置卸能电阻,如此可大大简化失超保护装置并且降低了成本。
【附图说明】
[0026]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述,可以更好地理解本发明,在附图中:
[0027]图1为超导磁体系统的一个实施方式沿中心线的切面示意图;
[0028]图2为图1超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的电路示意图;
[0029]图3为图1超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈热耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的示意图;
[0030]图4为超导磁体系统的另一个实施方式沿中心线的切面示意图;
[0031]图5为图4超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的电路示意图;
[0032]图6为图4超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈热耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的$意图;
[0033]图7为图1超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块另一个实施方式的电路示意图;
[0034]图8为图1超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块又一个实施方式的电路不意图;
[0035]图9为超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的电路示意图;
[0036]图10为图9失超保护装置中与多个超导线圈热耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的示意图;
[0037]图11为超导磁体系统的又一个实施方式沿中心线的切面示意图;
[0038]图12为图11超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的电路不意图;
[0039]图13为图11超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈相电性耦合的加热器矩阵模块另一个实施方式的电路示意图;
[0040]图14为图11超导磁体系统中与失超保护装置的多个超导线圈热耦合的加热器矩阵模块一个实施方式的示意图;
[0041]图15为超导磁体系统的再一个实施方式沿中心线的切面示意图;
[0042]图16为超导磁体系统的一个实施方式沿图15所示线5-5的切面示意图;
[0043]图17为超导磁体系统的再一个实施方式沿中心线的切面示意图;及
[0044]图18为超导磁体系统的一个实施方式沿图17所示线7-7的切面示意图。
【具体实施方式】
[0045]以下将描述本发明的【具体实施方式】,需要指出的是,在这些实施方式的具体描述过程中,为了进行简明扼要的描述,本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是,在任意一种实施方式的实际实施过程中,正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中,为了实现开发者的具体目标,为了满足系统相关的或者商业相关的限制,常常会做出各种各样的具体决策,而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外,还可以理解的是,虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的,然而对于与本发明公开的内容相关的本领域