磁力阀及包括磁力阀的系统的制作方法

背景技术：

1、超导磁体可用于需要强磁场的系统，例如磁共振(mr)成像和核磁共振(nmr)光谱法。超导磁体包括一个或多个由超导导线形成的导电磁体线圈。为了实现超导性，磁体在运行期间维持在接近绝对零度温度的低温环境中。在超导状态下，磁体线圈被称为超导线圈，其实际上没有电阻，因此传导更大的电流以创建用于mr成像的强磁场。超导磁体在超导状态下的运行可以称为持续电流模式。持续电流模式是电路(例如，包括超导线圈)基本上无限地承载电流，并且由于没有电阻而不需要外部电源的状态。

2、为了在持续电流模式下运行，超导磁体首先被冷却到超导状态，然后上升到运行电流。由于没有电阻，电流不能简单地注入超导电路，因此超导电路的一部分(称为磁体持续电流开关(pcs))被加热，使得其产生电阻，这被称为正常状态或电阻状态。然后，可以在磁体pcs上施加电压，以便将电流注入磁体线圈。当在正常状态下将电压施加到磁体pcs上时，大部分电流将流入磁体线圈，尽管有少量电流流过磁体pcs的现有的电阻导线。对pcs施加热量并产生通过它的电流会导致磁体pcs产生热量。冷却超导线圈的低温冷却系统(低温恒温器)无法处理磁体pcs产生的附加(额外)热量。因此，磁性pcs在上升过程中与冷质量热分离，例如，其中可以使用磁力致动阀中断到磁体pcs的冷却剂流动。

3、常规的磁力致动阀结合有至少两个可向任一方向拉动的致动器线圈，以及两对电导线，用于分别驱动两个致动器线圈中的每一个。这些电导线必须送入低温恒温器并布线在超导磁体内部，这是有问题的。例如，电导线必须从室温的外部环境布线到超冷磁体中。由于电导线是良好的热导体，室温热量会通过它们渗入低温恒温器，从而产生热泄漏。因此，减少电导线数量将减少低温恒温器上的静态热负荷。由于超导磁体必须在低温温度下或低温温度(例如4开尔文(k))以下运行，因此必须补偿电导线中产生的甚至是微量热量。此外，在磁体中布线电导线既昂贵又困难。也就是说，电导线用反射材料屏蔽，并固定在冷却系统的冷头的第一级，例如，以导走大部分进入的热负荷。此外，电导线的数量直接影响连接器针脚数。电导线越多，连接器针脚数就越多，从而使得有限的可用连接器针脚数量变少。

4、因此，需要一种冷却系统，允许磁体pcs的温度根据需要快速上升和下降，从而使用更少的电导线来避免对超导线圈的冷却系统造成负担。

技术实现思路

1、根据代表性实施例，提供了一种与流体管集成的磁力阀，用于控制流体通过流体管的流动。该磁力阀包括：连接在磁力阀的第一端子和第二端子之间的第一二极管和第一螺线管；与第一二极管和第一螺线管并联连接在第一端子和第二端子之间的第二二极管和第二螺线管，其中第二二极管与第一二极管反向并联布置；以及铁磁球，其被配置为在使流体能够流过流体管的打开位置和阻挡流体流过流体管的关闭位置之间移动。第一螺线管被配置为响应于施加到第一端子和第二端子的具有第一极性的控制信号而产生第一磁场，从而使铁球朝向第一螺线管移动到打开位置，并且第二螺线管被配置为响应于施加到第一端子和第二端子的具有第二极性的控制信号而产生第二磁场，从而使铁球朝向第二螺线管移动到关闭位置，其中控制信号的第二极性与第一极性相反。

2、根据另一代表性实施例，磁共振(mr)成像系统包括被配置为提供mr磁场以使得能够进行mr成像的超导磁体系统、磁力阀和控制电路。超导磁体系统包括：磁体线圈，其被配置为在超导状态下产生mr磁场；磁体持续电流开关(pcs)，其被配置为在磁体线圈在超导状态下上升到运行电流期间进入正常状态，其中磁体pcs的温度在正常状态下升高；以及低温恒温器，其被配置为向磁体线圈和磁体pcs提供低温温度，其中低温恒温器包括用于使处于低温温度的冷却剂循环通过磁体线圈的第一环管和用于使处于低温温度的冷却剂循环通过磁体pcs的第二环管。与第二环管集成在一起的磁力阀被配置为选择性地将磁体pcs耦合到第二环管上和将磁体pcs从第二环管上分离。磁力阀包括：连接在第一端子和第二端子之间的第一二极管和第一螺线管；与第一二极管和第一螺线管并联连接在第一端子和第二端子之间的第二二极管和第二螺线管，其中，第二二极管与第一二极管反向并联布置；以及铁磁球，其被配置为在打开位置和关闭位置之间移动，其中，打开位置使冷却剂能够在磁体pcs处流过第二环管以将磁体pcs热耦合到第二环管，并且其中关闭位置阻挡冷却剂在磁体pcs处流过第二环管以将磁体pcs与第二环管热分离。控制电路被配置为在磁体pcs处于关闭状态时将具有第一极性的控制信号施加到磁力阀的第一端子和第二端子，并且在磁体pcs处于正常状态时将具有第二极性的控制信号施加到磁力阀的第一端子和第二端子，其中，第一极性与第二极性相反。第一螺线管被配置为响应于具有第一极性的控制信号而产生第一磁场，使得铁磁球朝向第一螺线管移动到打开位置，从而使冷却剂能够流动以降低磁体pcs的温度，并且其中第二螺线管被配置为响应于具有第二极性的控制信号而产生第二磁场，使得铁磁球朝向第二螺线管移动到关闭位置，从而阻挡冷却剂的流动，以防止磁体pcs升高第一环管中的冷却剂的温度。

3、根据另一代表性实施例，提供了一种用于控制在超导磁体系统中运行的磁体pcs的温度的系统。该系统包括：热交换器，其被配置为将热量消散到低温冷却器；环管，其被配置为使得冷却剂能够流动，从而以对流方式将磁体pcs和磁体线圈产生的热能传递到热交换器；控制电路，其被配置为产生具有第一极性和与第一极性相反的第二极性的控制信号；以及磁力阀，其包括：连接在第一端子和第二端子之间的第一二极管和第一螺线管；与第一二极管和第一螺线管并联连接在第一端子和第二端子之间第二二极管和第二螺线管，其中第二二极管与第一二极管反向并联布置；以及铁球，其被配置为在使流体能够流过环管的打开位置和阻挡流体流过环管的关闭位置之间移动。第一螺线管被配置为响应于控制电路向第一端子和第二端子施加具有第一极性的控制信号而产生第一磁场，从而使铁球朝向第一螺线管移动到打开位置，并且第二螺线管被配置为响应于控制电路向第一端子和第二端子施加具有第二极性的控制信号而产生第二磁场，从而使铁球朝向第二螺线管移动到关闭位置。

技术特征：

1.一种与管集成在一起的磁力阀，所述磁力阀用于控制流体通过所述管的流动，所述磁力阀包括：

2.根据权利要求1所述的磁力阀，其中，所述流体包括液态氦。

3.根据权利要求1所述的磁力阀，其中，所述流体包括气态氦。

4.根据权利要求1所述的磁力阀，其中，第二控制信号中的每一个具有约100ma至约10a的电流。

5.根据权利要求1所述的磁力阀，其中，所述管包括铜、铝、钛、锌、锡或铅中的至少一种，并且铁磁球包括铁、镍或钴中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的磁力阀，所述磁力阀还包括布置在所述管中的座，其中，当处于所述关闭位置时，铁磁球布置在所述座中，使得当所述第二螺线管停止产生所述第二磁场时，所述铁磁球通过重力在所述座中保持就位。

7.一种磁共振(mr)成像系统，其包括：

8.根据权利要求7所述的mr成像系统，其中，所述控制电路包括h桥，所述h桥被配置为提供具有相反极性的第一驱动信号和第二驱动信号。

9.根据权利要求7所述的mr成像系统，其中，磁体pcs包括所述多个磁体线圈中的一个磁体线圈。

10.根据权利要求7所述的mr成像系统，其中，环管被配置为以约4k的冷却剂温度循环冷却剂。

11.根据权利要求10所述的mr成像系统，其中，所述低温恒温器还包括另一个环管，所述另一个环管用于使附加的冷却剂在约40k的冷却剂温度下循环通过多个磁体线圈和磁体pcs，其中，所述另一个环管不与阀集成在一起，使得所述另一个环管在所述多个磁体线圈上升到运行电流期间继续通过附加的冷却剂从磁体pcs去除热量。

12.根据权利要求7所述的mr成像系统，其中，当处于所述关闭位置时，所述铁磁球布置在凸座中，使得当控制所述第二螺线管停止产生所述第二磁场时，所述铁磁球通过重力在所述凸座中保持就位。

13.根据权利要求7所述的系统，其中，所述冷却剂包括气态氦。

14.根据权利要求7所述的系统，其中，所述超导磁体系统还包括pcs加热器，所述pcs加热器被配置为加热所述磁体pcs，从而使所述磁体pcs进入正常状态。

15.一种用于控制在超导磁体系统中运行的磁体持续电流开关(pcs)的温度的系统，所述系统包括：

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述冷却剂包括气态氦。

17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制电路包括h桥。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述环管被配置为在约4k的冷却剂温度下循环所述冷却剂。

19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述磁体pcs包括所述多个磁体线圈中的一个磁体线圈。

20.根据权利要求15所述的系统，所述系统还包括pcs加热器，所述pcs加热器被配置为加热所述磁体pcs，从而使所述磁体pcs进入正常状态。

技术总结磁力阀控制流体通过管的流动。该阀包括：连接在第一端子和第二端子之间的第一二极管和第一螺线管；并联连接在第一端子和第二端子之间的第二二极管和第二螺线管，第二二极管与第一二极管反向并联；以及被配置为在打开位置和关闭位置之间移动的铁球。第一螺线管响应于施加到第一端子和第二端子的具有第一极性的控制信号而产生第一磁场，从而使铁球朝向第一螺线管移动到打开位置，从而允许流体流动，并且第二螺线管响应于具有第二极性的控制信号而产生第二磁场，从而使铁球朝向第二螺线管移动到关闭位置，从而阻挡流体流动，其中第二极性与第一极性相反。技术研发人员：P·福斯曼,S·J·加廖托,T·曼库索,M·夸利亚纳,K·格拉斯,J·A·乌尔巴恩受保护的技术使用者：皇家飞利浦有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18