[发明专利]超导磁体的便携式磁体电源和从超导磁体去除能量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超导磁体的便携式磁体电源，包括用于存储从超导磁体释放的能量的存储器，其在对从超导磁体释放的停止运转的能量(rundownenergy)的受控的管理中是有用的。具体地，本发明涉及在便携式磁体电源内部存储这样的能量以用于随后消散的装置。

背景技术

超导磁体是公知的，并且被应用于磁共振(MRI)系统、粒子加速器、核磁共振(NMR)光谱学、能量存储和其它应用中。在使用中，电流在闭合的超导电路中基本上无损耗地流动。在某些时候需要将电流从超导磁体中去除，例如，以使得能够维修操作。这样有目的的去除电流公知为斜降(ramping down)。

图1示出了超导磁体的示意性近似等效电路。在低温外壳10内部提供了超导导线的至少一个线圈12，具有可到达的电接头14、16。超导开关18与线圈12并联。超导开关包括超导导线的一段，典型地被覆盖于电阻性的金属外线(metalouter)18b中。典型地横跨该开关连接保护二极管(或二极管的组合)18c。与超导导线18a热接触地提供小的发热器18d。当需要时，电流通过发热器18d，该发热器充分加热超导导线以使得其失超(quench)，变成电阻性。于是，通过开关18的电流必须经过电阻覆盖层(sheathing)或经过失超的超导体。

通常地，通过将便携式磁体电源连接到横跨磁体的接线端上来进行斜降，并且断开在磁体内的超导开关以使得磁体电流流过磁体电源。典型地，在磁体电源内部提供了非常高功率的二极管装置，其产生在磁体电流路径内部的电压降。该电压降与流过其的磁体电流结合导致能量作为热消散。该热从二极管被传输到为此目的在磁体单元内部配备的散热器(heat sink)。由于热在二极管中消散，所以散热器变热，并且主要通过对流、但是也通过辐射和传导将热消散到周围环境。散热器必须大并且笨重，以便按照由二极管产生热的速率来消散热。该通常的装置要求大且重的二极管和散热器布置，以保证当消散存储在超导磁体中的能量时不会过热。在当前典型的例子中，1.5T超导磁体可以存储4MJ能量，磁体电源被设计为在大约30分钟内消散该能量。这代表了2.2kW的平均消散功率，但是尖峰消散功率要高得多。使用相同的停止运转负载(run-download)，3T磁体的能量可以花3倍长的时间。在某些已知的磁体电源中，二极管被电阻器替代。

图2示意性示出了常规的便携式磁体电源20的近似等效电路。电源20具有外部可达的接头24、26用于连接到磁体10的接头14、16。功率转换器22接收三相主功率24并且将其转换为低电压、高电流的DC输出。与大的散热器30热接触地提供停止运转负载28。散热器30典型地是金属块(mental block)，并且通常配备有散热片(fin)32和风扇34以辅助冷却。模式开关36允许用户在斜降模式(ramping mode)和停止运转模式(run down mode)之间切换，在斜降模式中功率转换器22被连接横跨磁体10，在停止运转模式中负载28被连接横跨磁体。

公知的便携式磁体电源又大又笨重，典型地重约85kg。维修技术人员将这些电源在世界范围运输以提供给包含超导磁体的系统，诸如MRI系统。期望减小这样的电源的尺寸和重量。使得磁体电源的尺寸和重量最小是重要的，因为运输成本代表了维修请求成本的一大部分。

在美国专利申请2002/0020174和日本专利申请JP60189021中描述了使用相变(phase-change)材料用于温度稳定的装置。对这样的应用的其它讨论可以在“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。本发明不关心温度稳定，而是关心热存储和消散。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供用于超导体磁体的便携式磁体电源，该便携式包括用于存储从超导体磁体释放的能量的存储器，和用于从超导体磁体去除所存储的能量的方法和装置。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和优点从以下结合附图对某些实施例的仅仅以非限制性例子方式的描述中变得清楚，其中，

图1示出了超导磁体的近似等效电路；

图2示出了常规的磁体电源的近似等效电路；

图3示出了按照本发明的便携式磁体电源的近似等效电路；