[发明专利]感应式旋转接合装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于在相对彼此可旋转的两个单元之间传输电功率， 特别是用在计算机断层造影装置中的感应式旋转接合装置。

背景技术

非接触感应式旋转接合装置是用于传输电能的已知的机械集电环 的有利的替代品。在感应传输技术中，通过磁场而无接触地实现可旋 转单元之间的耦合。这在转矩、磨损以及因而维护费用被最小化方面 与机械集电环相比具有优点。此外，旋转接合装置的周围不会被碳尘 污染。

感应式旋转接合装置在每个可旋转单元上具有至少一个绕组。此 外，用于控制磁场的铁芯或铁氧体芯可以设置在转子上、定子上、或 者这两个部件上。交流信号供给到其中一个部件的绕组并从另一个部 件的另一绕组分接出，并提供给负载。例如在DE 29580172 U1中公开 了这种旋转接合装置。

通过感应耦合的集电环，例如，来自电压源的恒定电压可以被供 给到集电环并以简单的方式从另一侧上的负载分接出。由于通过集电 环的低欧姆电阻的导电连接，除了微小的偏差之外，输出电压将对应 于输入电压。由于集电环的低电阻，能获得取决于负载电流的微小且 通常可忽略的电压降。

对于感应耦合的旋转接合装置，传输装置的等效电路图将包括作 为输入侧和负载侧之间的串联电感的杂散电感。该杂散电感取决于接 合装置的固有电感，特别是，取决于耦合系数。特别是对于大尺寸的 感应式旋转接合装置，通常仅能获得小的耦合系数，此外，该耦合系 数随着相对彼此可旋转单元的位置而频繁变动。因此，例如，耦合系 数随着相对彼此可旋转的铁芯之间的气隙的增加而降低。然后，该杂 散电感相应地增加。现在，为了尽管有该杂散电感仍通过旋转接合装 置传输较高功率，该杂散电感如分立电感一样用在合适的电路中。其 用途例如可能是作为存储电感，或也可能是作为谐振电感。在谐振电 感的情况下，电感可以例如补以串联电容以形成串联谐振电路，或补 以并联电容以形成并联谐振电路。当然，也可以获得更复杂的滤波器 结构。例如在EP 0953 225A中公开了具有谐振电路的这种旋转传输装 置。关于这种电路，一个问题是在旋转接合装置的输出侧上总是需要 测量装置。因此，在大多数具有串联电感的已知电路中，其中至少一 个，并且通常也是多个输出参数(诸如电流、电压、或功率)随着负 载阻抗的改变而变化。而在接触集电环的情况下，负载优选以恒定电 压被供电，该恒定电压可以毫无困难地经集电环传输并且基本上独立 于负载，在具有串联电感的典型的非接触旋转接合装置的情况下，输 出电压、输出电流以及相应的输出功率随着负载阻抗的改变而改变。 此外，由于部件相对彼此运动期间的机械容差，串联电感发生了改变。 为了在这里实现对输出侧的均匀提供，并防止连接的组件的损坏，需 要调节输出侧的至少一个电气特性。对于低功率，可以使用诸如构造 成串联调节器的电压调节器之类的单独调节器或转换控制器。对于较 高功率，应该在输出侧上设置用于这些电气参数之一的至少一个传感 器。该传感器确定幅度并将其以信号发送到输入侧的交流信号源。现 在可以通过控制放大器调节诸如输入侧上的电流、电压或频率之类的 电气参数，使得例如保证恒定电压的供给。这种技术对于传统的开关 电源来说是已知的并且也常被应用。关于旋转接合装置存在的问题是， 来自传感器的信息必须从输出侧传输到输入侧，即在相对彼此可旋转 的两个单元之间传输。这需要沿着与感应功率传输器相反的传输方向 操作的另一旋转接合装置。例如在DE 29580172 U1中以电容性耦合元 件的形式公开了这个问题的解决方案。然而，通常没有机械构造空间 可用于这种电容性耦合元件，或者对于诸如测量数据之类的其它数据， 需要这种耦合元件用于数据传输，因此不能用于调节的目的。

这里描述的问题随着旋转接合装置的尺寸的增加而增大。因此， 对于具有几厘米直径的紧凑单元，仍可以使用具有低于0.1mm容差的 精密轴承。借此，例如可以实现0.2mm的精密气隙，以及0.2mm到 0.3mm范围的波动。对于具有大于1米直径的大单元，如在计算机断 层造影装置中使用的那样，容差已经在几毫米的范围内，并且部分大 于5mm。因此，在像这样的情况下，根据位置和操作条件，气隙可以 在1和6mm之间变化。这导致相当大的杂散电感，此外它还更强烈 地波动。

发明内容