[发明专利]用于补偿感应耦合器中的系统公差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于非接触电力传输的感应耦合器(inductive coupler)，其尤其用于计算机断层扫描。使用这些感应耦合器，主要供X射线管运行的电力从计算机断层扫描设备的台架的固定侧被传输至旋转侧。这里，借助于以类似于变压器的方式建立的感应旋转接头(inductive rotary joint)，来无接触地实现传输，其中，初级侧和固定侧可以相对彼此旋转。

背景技术

如果具有可相对彼此移动的单元，诸如雷达设备或计算机断层扫描设备，与诸如吊运装置或传送带等线性可移动单元(linearly movable unit)的情况类似，经常需要在可移动单元之间传输电能。为了无接触地传输该能量，优选地使用感应耦合器。这相对于机械滑轨或滑环具有优势，因为大大减少了磨蚀、磨损、移动耦合器所需的机械力、以及维护工作量。术语“感应耦合器”在此表示用于产生交流电压的电路和用于在可相对彼此旋转的两个部分之间传输能量的感应传输装置或旋转接头，尤其是指可旋转的部分。

感应旋转传输装置，例如在美国7,197,113中所公开的，具有铁或铁氧材料的磁芯，并且在可相对彼此旋转的单元的每侧上具有至少一个绕组。交流电被提供至第一绕组，并且通过可相对第一绕组移动的第二绕组流出。

美国7,054,111示出了用于计算机断层扫描的感应功率传输系统的完整电路，包括相关联的电力电子器件。

使用导电耦合的滑环，将预定电压从定子侧传输至转子侧是很简单的。在此，只有相对较小的欧姆损耗必须被考虑。使用感应旋转传输装置，旋转传输装置的杂散电感(stray inductance)具有相当大影响。其呈现出依赖于频率的阻抗，大大影响了旋转传输装置的传输特性。杂散电感取决于各种因素，诸如定子侧和转子侧的绕组的电感，还取决于磁结构。现在，为了通过这种旋转传输装置传输电能，串联电容被串联连接用于补偿。这样，得到串联谐振电路。它在其谐振频率处具有零阻抗，并且允许传输大功率。为了控制功率流，可以选择与谐振频率不同的工作频率。

代替串联谐振电路，也可以通过将电容并联连接来构成并联谐振电路。下面所描述的特性类似地应用于并联谐振电路。在其谐振频率处，该谐振电路具有几乎为零的阻抗，并且在这里允许传输大功率。输出电压可以通过改变阻抗被控制，改变阻抗可以通过改变开关频率(switching frequency)来实现。

谐振电路中的电感呈现出依赖于频率的阻抗，其大大影响旋转传输装置的传输特性。这些电感取决于各种因素，诸如磁路的结构和导磁率、绕组的结构、以及尤其是定子侧和转子侧之间的空气间隙。这些因素在串联结构中不是恒定的，而是经受特定公差(tolerance)。已知有各种手段，用于对于有关的主要涉及的部件在串联中出现的所有的值，使旋转侧上的输出电压维持在可接受限度内，所述主要涉及的部件具体是谐振电容器、匹配变压器、以及感应旋转传输装置。一种可能性是测量输出电压并将该输出值反馈至固定侧。然而，为此，需要旋转传输装置，这导致额外的花费并需要空间。

另一种可能性是在旋转侧上在旋转变压器的次级侧和输出之间附加地安装转换器级，通常是DC-DC转换器。在这些转换器级中，往往使用降压或升压转换器，但是诸如Zeta或转换器等其他转换器也是可以的。这种下游连接的转换器级的输入电压可以在宽范围内波动，而输出电压保持恒定。然而，这种解决方案在旋转侧需要附加的转换器，这增加了成本，还增加了布置的重量和体积。

发明内容

本发明基于这样一个目的，即，设计感应耦合器，尤其是感应旋转传输装置，以使得通过使用初级侧控制，输出电压可以被维持为几乎恒定，而与电部件的机械和电公差无关。本发明的另一方面是用于使感应耦合器的输出电压维持恒定而与电部件的机械和电公差无关的方法。此外，根据本发明，不需要用于为了传输次级侧上的输出电压的测量值而将反馈或控制信号从次级侧传输至初级侧的旋转传输装置。