[发明专利]具有由径向磁性轴承支撑的电动驱动环的旋转环装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转环装置，如例如在计算机断层摄影(CT)扫描器中用作机架的旋转环装置。

背景技术

在CT扫描器的机架中，使用空气轴承(air bearing)支撑机架的旋转部分。例如，在WO 2004/030542A2中公开了这种CT扫描器，根据该文献，多个空气轴承元件与固定机架和旋转机架接合。为了吸收振动能量以及抑制气锤振动，将阻尼组件安装到至少一个较低的轴承元件处。

除了空气轴承，还可以在采用径向和轴向液体轴承垫的固定机架和旋转机架之间使用液体轴承，诸如在WO 02/089671A2中所公开的。该液体轴承提供将旋转机架与固定机架分离的液体屏障。

那些轴承是这种CT扫描器和其他旋转环装置中的主要昂贵部件中的一种。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转环装置，其中，由其他种类的轴承替代通常使用的昂贵的轴承类型，诸如气体轴承或液体轴承，所述其他种类的轴承至少提供相同的主功能而不引入诸如机械不稳定、振动或噪声的其他主要问题。

在本发明的第一方面中，提出了一种旋转环装置，其包括：

-固定环，

-旋转环，其用于绕中心区域旋转，

-旋转单元，其用于径向支承所述旋转环并使所述旋转环相对于固定环旋转，所述旋转单元包括安装在所述固定环上的固定感应元件和安装在所述旋转环上的旋转感应元件，以及

-控制器，其用于控制所述旋转单元，以使旋转感应元件旋转和悬浮，。

本发明是基于这样的想法，即由作为相当经济的备选的磁性悬浮器件替代通常使用的诸如空气轴承或液体轴承的轴承类型。具体而言，根据本发明，提供了包括固定感应元件和旋转感应元件的旋转单元。因此，本发明利用电磁感应原理使旋转环相对于固定环同时地悬浮和旋转。这种磁性悬浮器件提供的优势是使机械磨擦、磨损、噪声及振动最小化，其延长了旋转环装置的寿命。

除了通过使用磁性悬浮器件而实现成本的降低，本发明还具有的优势是对旋转环内的中心点增加有源控制可能性，即能够以高精度提供绕这一中心点的旋转。这在很多旋转环装置的应用中具有优势。例如，当在CT扫描器中使用时，与利用已知CT扫描器可实现的图像质量相比，根据利用这种CT扫描器采集到的原始数据生成的图像的图像质量能够得到改善。

由于旋转感应元件是通过电磁感应由旋转单元进行旋转和悬浮，因此提供适当的控制器来控制旋转单元，所述旋转单元优选适于同时并且去耦地控制推力(thrust)及法向力。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。

在优选实施例中，所述固定感应元件包括一个或多个、具体为两个或三个以不同角度位置绕所述中心区域布置的弧状感应子元件。通过这种方式，能够形成(一个或多个)弧状感应子元件，从而最优地引导磁通量并按照期望地在周围分布扭矩和力分量。

此外，所述一个或多个感应子元件的每个都优选包括具体具有齿状结构的铁磁核心元件，以及缠绕在具体为齿状结构的核心元件内的多个导电绕组。因此，借助于通过所述绕组的电流沿定子部分(segment)生成磁场分布。绕组的分布有助于形成正弦磁通量波形的形状。

此外，所述一个或多个感应子元件的每个都优选包括单层或双层绕组。双层更为昂贵，但具有的优势是在空气间隙(固定感应元件和旋转感应元件之间)中增加了更多的正弦磁通量密度分布。

根据另一实施例，所述旋转单元包括径向悬浮单元，具体为电流控制的径向悬浮单元。这提供了(附加的)悬浮，例如用以抬起旋转感应元件或至少通过使用固定感应元件支撑所述抬起。

这种径向悬浮单元例如可以包括有源或无源磁性轴承单元，诸如包括永磁体和/或用于有源控制的绕组的致动器。一种类型的致动器可以实施为E核心形状致动器，所述E核心形状致动器包括E状铁磁核心、绕E状核心的中心腿缠绕的线圈以及在腿的中间的永磁体。

在优选实施例中，旋转感应元件包括封闭的感应环，其是一体形成或分段的。由于制造简易以及降低了成本，因此分段形式是有利的。

可以用不同的方式实施所述感应环。例如，可以由导电材料制成完整的环，其可以包括由具体为铁磁铁和/或钢的单一材料制成的第一环层，或者其可以包括由具体为Al或Cu的第一材料制成的第一环层，以及由具体为铁磁铁和/或钢的第二材料制成的第二环层，布置感应环使得第一环层面向所述固定感应元件。不同的形式与制造的简易有关。Al、Cu和钢是最优的形式。