[發(fā)明專利]超導磁體的便攜式磁體電源和從超導磁體去除能量的方法

有效

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• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN101950959A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設計）人: 休·A·布萊克斯
• 申請（專利權(quán)）人: 英國西門子公司
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H05B3/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 謝強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于超導磁體的便攜式磁體電源，包括用于存儲從超導磁體釋放的能量的存儲器，其在對從超導磁體釋放的停止運轉(zhuǎn)的能量(rundownenergy)的受控的管理中是有用的。具體地，本發(fā)明涉及在便攜式磁體電源內(nèi)部存儲這樣的能量以用于隨后消散的裝置。

背景技術(shù)

超導磁體是公知的，并且被應用于磁共振(MRI)系統(tǒng)、粒子加速器、核磁共振(NMR)光譜學、能量存儲和其它應用中。在使用中，電流在閉合的超導電路中基本上無損耗地流動。在某些時候需要將電流從超導磁體中去除，例如，以使得能夠維修操作。這樣有目的的去除電流公知為斜降(ramping?down)。

圖1示出了超導磁體的示意性近似等效電路。在低溫外殼10內(nèi)部提供了超導導線的至少一個線圈12，具有可到達的電接頭14、16。超導開關(guān)18與線圈12并聯(lián)。超導開關(guān)包括超導導線的一段，典型地被覆蓋于電阻性的金屬外線(metalouter)18b中。典型地橫跨該開關(guān)連接保護二極管(或二極管的組合)18c。與超導導線18a熱接觸地提供小的發(fā)熱器18d。當需要時，電流通過發(fā)熱器18d，該發(fā)熱器充分加熱超導導線以使得其失超(quench)，變成電阻性。于是，通過開關(guān)18的電流必須經(jīng)過電阻覆蓋層(sheathing)或經(jīng)過失超的超導體。

通常地，通過將便攜式磁體電源連接到橫跨磁體的接線端上來進行斜降，并且斷開在磁體內(nèi)的超導開關(guān)以使得磁體電流流過磁體電源。典型地，在磁體電源內(nèi)部提供了非常高功率的二極管裝置，其產(chǎn)生在磁體電流路徑內(nèi)部的電壓降。該電壓降與流過其的磁體電流結(jié)合導致能量作為熱消散。該熱從二極管被傳輸?shù)綖榇四康脑诖朋w單元內(nèi)部配備的散熱器(heat?sink)。由于熱在二極管中消散，所以散熱器變熱，并且主要通過對流、但是也通過輻射和傳導將熱消散到周圍環(huán)境。散熱器必須大并且笨重，以便按照由二極管產(chǎn)生熱的速率來消散熱。該通常的裝置要求大且重的二極管和散熱器布置，以保證當消散存儲在超導磁體中的能量時不會過熱。在當前典型的例子中，1.5T超導磁體可以存儲4MJ能量，磁體電源被設計為在大約30分鐘內(nèi)消散該能量。這代表了2.2kW的平均消散功率，但是尖峰消散功率要高得多。使用相同的停止運轉(zhuǎn)負載(run-download)，3T磁體的能量可以花3倍長的時間。在某些已知的磁體電源中，二極管被電阻器替代。

圖2示意性示出了常規(guī)的便攜式磁體電源20的近似等效電路。電源20具有外部可達的接頭24、26用于連接到磁體10的接頭14、16。功率轉(zhuǎn)換器22接收三相主功率24并且將其轉(zhuǎn)換為低電壓、高電流的DC輸出。與大的散熱器30熱接觸地提供停止運轉(zhuǎn)負載28。散熱器30典型地是金屬塊(mental?block)，并且通常配備有散熱片(fin)32和風扇34以輔助冷卻。模式開關(guān)36允許用戶在斜降模式(ramping?mode)和停止運轉(zhuǎn)模式(run?down?mode)之間切換，在斜降模式中功率轉(zhuǎn)換器22被連接橫跨磁體10，在停止運轉(zhuǎn)模式中負載28被連接橫跨磁體。

公知的便攜式磁體電源又大又笨重，典型地重約85kg。維修技術(shù)人員將這些電源在世界范圍運輸以提供給包含超導磁體的系統(tǒng)，諸如MRI系統(tǒng)。期望減小這樣的電源的尺寸和重量。使得磁體電源的尺寸和重量最小是重要的，因為運輸成本代表了維修請求成本的一大部分。

在美國專利申請2002/0020174和日本專利申請JP60189021中描述了使用相變(phase-change)材料用于溫度穩(wěn)定的裝置。對這樣的應用的其它討論可以在“Thermal?Management?Using“Dry”Phase?Change?Materials”，Proc.Fifteenth?IEEESemiconductor?Thermal?Measurement?and?Management?Symposium，March?9-11，1999，San?Diego?CA?pp74-82IEEE?No.99CH36306中找到。本發(fā)明不關(guān)心溫度穩(wěn)定，而是關(guān)心熱存儲和消散。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供用于超導體磁體的便攜式磁體電源，該便攜式包括用于存儲從超導體磁體釋放的能量的存儲器，和用于從超導體磁體去除所存儲的能量的方法和裝置。

附圖說明

本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點從以下結(jié)合附圖對某些實施例的僅僅以非限制性例子方式的描述中變得清楚，其中，

圖1示出了超導磁體的近似等效電路；

圖2示出了常規(guī)的磁體電源的近似等效電路；

圖3示出了按照本發(fā)明的便攜式磁體電源的近似等效電路；