具体实施方式

本申请涉及一种适用于安装在电磁体组件中的电磁体，该电磁体组件在轴向上和周向上限制电磁体，从而防止电磁体装置沿着或围绕其组件轴线A-A变形(如下所述)。

图1示出了根据本公开的电磁体组件10的透视图的示意图。

在使用中，电磁体组件10形成磁共振成像(MRI)装置(或“扫描仪”)的一部分。为了这一目的，电磁体组件可以被包含在外壳内，在操作中，该外壳中包含用作冷却剂的惰性气体，例如氦。因此，外壳形成冷却剂室，这使得电磁体组件能够被冷却至足够低的温度以优化性能。

电磁体组件10通常是旋转对称/周向对称的，其限定有组件轴线A-A，径向方向以及周向方向。因此，“轴向”指的是平行于组件轴线的方向，而“径向”指的是垂直于组件轴线的方向，而“周向”指的是垂直于组件轴线和径向方向且围绕组件轴线A-A的方向。电磁体组件沿着组件轴线轴向地延伸。

电磁体组件10包括一对电磁体100和构造成承载电磁体的支撑结构200。

支撑结构200被设置成将电磁体100保持在特定的空间(即，相对隔开的)设置中，以防止每个电磁体沿着组件轴线A-A运动或围绕组件轴线旋转。为此，电磁体被以机械方式固定至支撑结构。根据本示例，电磁体100被安装到支撑结构的至少两个托架201、202上。在替代的例子中，可以提供不同数量的托架。例如，可以提供三个以上的托架。所使用的托架的数量可以(至少部分地)取决于预期负载和电磁体的允许偏转。

图2示出了电磁体组件10的剖视图，其中，电磁体100安装在支撑结构200上。

根据本示例，电磁体100被配置为产生磁场，该磁场在使用中主动屏蔽由磁共振成像装置中的主磁体所产生的磁场。每个电磁体100包括被配置成产生磁场的线圈110(或“屏蔽线圈”)。

此外，每个电磁体包括可安装在磁共振成像装置中的支撑构件120。支撑构件被构造成限制线圈以对抗例如由于线圈之间的电磁相互作用而引起的作用力。对于本示例，假设电磁相互作用在每个线圈上产生相对于电磁体组件10的向外的力。也就是说，每个线圈经受将该线圈压向其相应的支撑构件的力。此外，支撑构件还限制线圈以对抗例如在运输过程中可能产生的旋转力。

线圈110由缠绕成环形结构的超导线形成。因此，线圈基本上是旋转对称的。线圈可以按照轴向方向、径向方向和周向方向来描述。当在磁共振成像装置的上下文中考虑时，这些方向对应于上文中关于磁共振成像装置而整体描述的那些方向。特别地，线圈具有关于组件轴线A-A的旋转对称性。

图3和4示出了线圈110和支撑构件120。

线圈110具有第一轴向端面112和与其相对的第二轴向端面114。该一对轴向端面限定线圈沿轴向方向的范围。类似地，线圈具有第一径向表面116(或“内部径向表面”)和与其相对的第二径向表面118(或“外部径向表面”)。该一对径向表面限定线圈沿径向方向的范围。

支撑构件120固定至线圈110，并提供用于将线圈安装在磁共振成像装置中(更具体地，安装至支撑结构200)的装置。支撑构件具有结合至线圈的结合面122。支撑构件、或者至少结合面被构造成使用适合低温应用的粘合剂结合。根据本示例，支撑构件结合至线圈的第一轴向端面112。

支撑构件120具有一对配合表面124、126，该一对配合表面被构造成与支撑结构200邻接/接触。根据本示例，配合表面124、126基本上是平的，以便于平靠支撑结构200的相应部分。

根据本示例，其中，支撑构件120结合至第一轴向端面122，配合表面间隔开的距离大于线圈110的径向范围(或“径向厚度”)。因此，线圈的曲率可以在配合表面之间适应。由于通电而产生的线圈径向膨胀也通过适当地间隔开配合表面来适应。

支撑构件120被构造为用于将线圈安装至支撑结构200。因此，支撑构件120包括用于以机械方式固定至支撑结构200的装置。可以使用任何合适的装置，例如螺栓、销或其他合适的机械元件。在本示例中，支撑构件包括用于接收销的孔128，从而与支撑结构形成销连接。举例来说，图13中示出了销300。然而，为了清楚起见，销(或其他机械元件)未在图2至12中示出。

图5和6示出了包括安装在支撑结构200中的线圈110的电磁体100。更具体地，图5示出了支撑结构、线圈110和支撑构件120的径向截面，而图6示出了相应的切向截面。

支撑结构200包括被构造成接收电磁体100的单个支撑板220。根据本示例，支撑板220包括基本平坦的部分222，该部分与支撑构件的基本平坦的配合表面116、118相匹配。如参考图1所解释的，示例的电磁体组件10包括至少两个托架201、202。每个托架包括单个支撑板220。

单个支撑板可以具有形成于其中或添加至其上的特征，以提高轴向刚度。单个支撑板可以位于线圈的径向外侧(A2)或径向内侧(A1)。对于线圈的径向内侧或径向外侧的选择可以由预期的线圈变形力、以及对于减小磁线圈组件外径的要求来决定。如果单个支撑板位于线圈的径向内侧，则支撑板不会占据径向空间。如果单个支撑板位于线圈的径向外侧，则周围的结构如冷却剂室或热辐射屏蔽的直径需要增加以容纳支撑板。

支撑板220可以是平的或成形的，以确定所需的刚度，从而必要时控制应力和偏转，以为超导线圈提供最佳操作条件。

根据本示例，其中一对电磁体100由单个支撑板220承载，每个支撑板从第一电磁体100延伸到第二电磁体100’。

当被接收在单个支撑板220上时，支撑构件120被锚固至支撑板。每个支撑板220中适当地设置有孔206。为了固定支撑构件，支撑构件120的孔128与支撑板的孔206对齐。而后，销300(图13A、13B)穿过对齐的孔206及孔128装配，从而将电磁体组件10从周向解锁构型转为周向锁定/固定构型。可以提供其他机械连接装置以代替销300，以实现周向锁定功能。在周向锁定构型中，支撑构件120和支撑结构200之间的相对运动受到限制(或“禁止”)。

可以提供支撑元件230。该支撑元件的尺寸和/或位置被选择成在必要时改变支撑构件220的刚度，以便于适应作用在电磁体组件10上的预期负载。这种负载可能是由电磁体组件将要进行操作的地方所存在的含铁建筑材料(例如地板和墙壁中的金属加强杆或大梁)所引起的。其他负载可能是由内部引起的，特别是由于磁场之间的相互作用。更具体地，每个电磁体10上可能会产生向内作用的压缩同轴力。也就是说，如果电磁负载方向相反，电磁体组件10也可以被构造为在压缩状态下操作。需要对单个支撑板220提供足够的支撑以防止屈曲，并且可以适当地设置支撑元件230的尺寸并且/或者对支撑元件230进行适当地定位。

对于与磁共振成像相关的应用，在运输至目的地之前完全地或尽可能多地组装磁共振成像装置被认为是方便的。这可能会节省几天或几周的组装时间。此外，在不需要初始组装和最终组装的情况下，这可以减少所需的冷却剂量，从而节省宝贵的资源，产生“更加绿色”的最终产品。然而，在完全或部分组装的设备的运输过程中，旋转载荷可能会作用在线圈110上。如果不进行检查，作用力会使得线圈错位或变形，从而对组件的性能产生不利影响。

然而，根据本发明的结合的支撑构件120的设置对每个电磁体100提供相对于支撑结构200的轴向约束和旋转(或“周向”)约束。

此外，在操作期间，线圈110之间的电磁相互作用受到支撑构件120和支撑结构200的相互作用的限制，从而防止线圈的相对轴向运动和相对径向运动，从而优化设备的性能。

因此，本公开的结合的支撑构件120为线圈110提供抵抗旋转(周向)载荷的支撑，以抑制组件在运输及操作过程中的变形或旋转，从而增加优化最终的产品性能的机会。

根据本公开的示例性电磁体100可以使用任何合适的制造工艺来制造。

用于制造电磁体100的示例的工艺涉及已知的树脂浸渍工艺。作为该工艺的一部分，超导导线被缠绕到模具中。支撑构件120与如此形成的线圈设置在一起，支撑构件被定位成抵靠线圈的外表面。当多个支撑构件定位在外表面上时，它们可以等间距地间隔开。

然后用热固性树脂浸渍所得到的结构，并允许或使得树脂凝固。随后，电磁体以整体结构从模具中取出。

根据所描述的示例过程，通过缠绕超导导线而形成线圈这一步骤基本上不受后来添加支撑构件120的影响。也就是说，线圈形成为针对性能而优化的形状，而基本上不考虑用于结合至支撑构件或由支撑构件承载。

线圈110和支撑构件120之间的结合也可以在形成线圈的同时，或者一旦线圈形成之后，使用树脂浸渍来实现。已知树脂浸渍能为线圈提供很大的结构强度，但是根据本公开，所述的结构强度也用于结合线圈和支撑构件。值得注意的是，可以例如通过向树脂中添加玻璃纤维来增强结合，从而为预期的应用提供足够强的结合。具体而言，可以使得该结合足够强以承受可能由电磁体100之间的电磁相互作用的逆转而引起的张力。

替代地，支撑构件120在单独的制造步骤中被固定至树脂浸渍的线圈110。在需要时，这可以使用适合低温应用的粘合剂来实现。

准备好的电磁体100被安装至支撑结构200，以形成电磁体组件10。该过程包括将支撑构件120定位到支撑板220上，将支撑构件的孔128与支撑板的孔206对准，并将销300穿过对准的孔。支撑构件120和单个支撑板220设置有合适的特征以容纳销300，或者在不使用销的情况下容纳等同的机械紧固件。应当注意的是，在相应的孔中的销，特别是圆形销的形状匹配可以有效地实现高精度。这能够提供可预测的负载分布，以确保电磁体的最佳性能。根据负载条件，可以为单个支撑构件120提供多个销。销的尺寸和位置也可以根据负载条件来进行选择。销300应该与孔128及孔206紧密配合，以确保可再现的应力分布。可以使用其他类型的紧固件来提供等效的机械功能。

特别地，对于包括磁共振成像在内的涉及低温应用的应用，电磁体100被冷却至临界温度以下，在该温度下线圈110进入超导状态。将线圈的大表面积暴露于冷却剂对于进行有效的冷却来说是有益的。方便的是，根据本公开的电磁体10允许使用相对小的支撑构件120，从而使得每个线圈110的相对大的表面积保持暴露。

图7、8和9示出了电磁体组件10的替代性设置，特别地，该电磁体组件10被构造成抵抗压缩载荷。

图7是电磁体组件10的径向截面图，而图8是电磁体组件的平面图，图9示出了电磁体100的切向截面。类似于图5和6，图7和8是局部视图，其仅示出了电磁体组件10的右侧。也就是说，图中省略了基本相同的左侧。

根据图7和8所示的例子，单个支撑板220仅延伸一对电磁体100、100’之间的一部分。这与图5所示的例子形成对比，在图5中，单个支撑板从第一电磁体100一直延伸至第二电磁体100’。换句话说，在图7、8所示的例子中，每个电磁体100设置有其各自的单个支撑板220。每个单个支撑板220设置有支撑元件230。杆240(也可以在上述示例中提供)在支撑元件230之间延伸。杆240可以以机械方式安装至磁体组件的内部结构。单个支撑板220必须足够坚固从而能防止屈曲。这可以通过控制单个支撑板220的材料，形状和/或厚度来实现。

图7、8和9所示的例子还示出了支撑构件120的替代形状。根据该示例，结合面122的刚度朝向限定该结合面的外周而降低。也就是说，支撑构件120形成为在其结合面122上朝向结合面的外周比朝向结合面的中心区域更具柔性，该中心区域由外周界定。这种设置适用于最小化“边缘效应”。“边缘效应”可以由施加在线圈110上的应力产生，而不管是压缩载荷还是拉伸载荷。对于使得线圈110压靠在结合面122上的压缩载荷，边缘效应可能会导致结合面外周(或“边缘”)的应力集中，这可能会对线圈或支撑构件造成损坏。对于使得线圈沿着轴向方向被拉离结合面的拉伸载荷，结合面外周的应力集中可能会导致线圈与结合面之间的结合损坏。因此，减少边缘效应也会减少支撑构件120与线圈100之间的结合失效的可能性。

在进一步的实施例中，支撑构件可以安装在线圈的轴向内侧，从而被构造为用于在压缩状态下操作。图16以类似于上述图5和图4的视图示出了这种构型。在图16所示的实施例中，线圈110仅在轴向内部设置有支撑构件120’。图17示出了这种实施例的另一视图，其类似于图6所示的视图。

图10示出了根据本公开的电磁体组件10’的替代性示例的一部分的径向剖视图。根据图10所示的例子，电磁体组件被构造为在压缩状态下操作。也就是说，在使用中，电磁负载方向将线圈100和线圈100’沿着组件轴线A-A引向一起。为了提高抗屈曲性，支撑板220和支撑元件230一体地形成。支撑板220和支撑元件230可以包括实心或空心部分。例如，支撑板220和支撑元件230可以是实心截面挤出件或空心截面挤出件。此外，通道/空腔215对应于局部切口，该局部切口的尺寸适于仅容纳支撑构件120。因此，这种设置提供相对较大的支撑构件和相对较小的通道215，以在压缩状态下提供特别高的抗屈曲性。通过适当的构型和/或对材料的选择，例如线圈表面112和结合面122的构型和/或材料的选择，该示例的电磁体组件也可以在张力下操作，其中，一体的支撑元件230支撑感应负载。

图11示出了支撑构件120的替代的形状。根据该示例，支撑构件具有大致梯形的截面形状。梯形形状的支腿(或不平行的侧边)是凸形的，从而进一步降低朝向外周的刚度。

图12示出了被构造成减少边缘效应的支撑构件120的另一替代的形状。根据该示例，该支撑构件包括朝向结合面122的外周的切除部分，该切除部分为结合面的外周提供了更大的柔性。

图13A和13B示出了根据本公开的电磁体组件10”的替代性示例。根据该示例，电磁体100安装至支撑结构200，从而使得在将系统冷却至超导体线圈110的临界温度以下之后，由销连接所施加的压缩负载得以保持。在支撑构件120具有比销300或用于形成销连接的销更高的热收缩系数的情况下，当系统被冷却时，无法保持压缩，从而无法完全固定电磁体。根据本示例，延伸管310围绕销安装，其中，延伸管(或“套管”)具有比销低的热收缩系数。延伸管被构造成抵靠支撑板220和销300，从而即使在冷却时也能将支撑板压靠至支撑构件，从而保持压缩。图13A示出了延伸管310位于支撑板220的与支撑构件120相对的一侧的例子，而图13B示出了延伸管310位于支撑板220的与支撑构件120相同的一侧的例子。

图14示出了电磁体100的变型的透视图。在上述示例中，至少一个支撑构件120结合至第一轴向端面112。在其他示例中，至少一个支撑构件120可以结合至每个轴向端面112，114，或者更一般地，结合至线圈的每对相对的外表面。也就是说，第一支撑构件结合至线圈的第一外表面，第二支撑构件结合至与第一外表面相对的第二外表面的相应位置。根据图14，第一支撑构件120结合至第一轴向端面112，而第二支撑构件120’结合至第二轴向端面114。

当支撑结构和线圈被冷却并且/或者线圈被通电时，提供被构造为沿着组件轴线A-A压缩线圈的支撑结构被认为是方便的。为此，支撑结构200可以被构造为沿轴向方向具有比线圈的热收缩率更大的热收缩率。附加地或替代地，支撑结构和线圈被构造为当通电时，线圈的膨胀使得支撑结构将支撑构件压靠在线圈上。便利地，所描述的设置可以减少通电时的线圈的错位，并且可以提高结合的耐久性。

关于支撑构件120、120’结合至轴向端面的例子，第一支撑构件位于第一轴向端面112的周向上的特定位置，第二支撑构件位于第二轴向端面114的周向上的基本相同的位置。

在支撑构件120结合至径向表面的情况下，所述的支撑构件的结合面122根据其所安装到的特定径向表面而适当地弯曲，凸起或凹陷。此外，支撑结构适于将具有一个或多个支撑构件120的电磁体100安装在一个或多个径向表面116、118上(图3)。

例如，如图15所示，在构造用于构成磁共振成像系统的内部(主)磁体的线圈时，可以采用类似于上文所述结构的结构。当用于内部(主)磁体时，优选的是，单个支撑板220应当设置在线圈的径向外表面(A2)上。这可以避免减小线圈的可用内径，从而确保最终磁共振成像系统的开孔尽可能大。通常地，内部(主)磁体的线圈在使用中处于压缩状态，线圈受到趋向于将它们推向磁体中心的轴向力。出于这个原因，使用类似于上文描述的图16、17所示的结构可能是合适的，其中，在每个线圈110的轴向内部设置有支撑构件120’。这种实施例的其他特征如上文中参考其他实施例所描述的那样。图15示出了部分截面，在其中，磁体的四分之一被表示出。其余的结构将基本上关于轴线A-A和中心线C-C对称。在优选的实施例中，各个线圈通过相似的销接头连接到纵向的压缩支撑板上。销接结构使得线圈与内部磁体结构的其余部分之间的相互作用最小化。

应当注意与本申请相关的与本说明书同时提交或在此之前提交并与本说明书一起公开供公众查阅的所有文献和文件，所有这些文献和文件的内容通过引用并入本文。

本说明书(包括任何所附的权利要求书，摘要和附图)中公开的所有特征、和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何组合进行结合，除非组合中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的。

除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附的权利要求书，摘要和附图)中所公开的每个特征可以由用于相同，等同或类似目的的替代的特征来代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅仅是一系列等同或相似特征的一个例子。

本发明不限于前述实施例中的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附的权利要求书，摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖点的一个或任何新颖点的组合，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖点的一个或任何新颖点的组合。

本发明与在PCT/EP2018/075940中所公开的发明的不同之处在于，每个线圈仅设置有单个支撑板220。在PCT/EP2018/075940中，为每个线圈设置两个支撑板，一个邻近于相应的轴向内表面，一个邻近于相应的轴向外表面。本发明提供的优点是，所需的部件更少，同时能节省重量和材料成本。此外，如本发明所提供的，使用单个支撑板可以允许使用更小的部件，例如隔热罩和外部真空容器，这是因为不需要将支撑板220设置在外部线圈的径向外部，或者内部(主)线圈的径向内部。进而，这可能意味着，与PCT/EP2018/075940的发明中的实施例相比，最终磁共振成像系统的净孔可以被扩大，或者对于给定的孔的尺寸，可以使用更小直径的线圈，从而降低材料成本和磁体的重量。