感应旋转接头制造技术

本发明专利技术涉及一种感应旋转接头。一种感应功率传送电路，包括具有相对二次侧可旋转地布置的一次侧的感应旋转耦合器。一次侧具有一次绕组，而二次侧具有至少两个二次绕组。二次绕组传递具有相同相位的信号，并且在一端连接到一对电容器，所述电容器进一步连接到正极输出端和负极输出端。二次绕组的其他端的每一个分开连接到一对整流器，所述一时整流器正向连接到正极输出端，并且反向连接到负极输出端。通过并联多个二次绕组和整流器电路，可以减小杂散电感和电容，这进一步导致减小的基本负载，从而有助于减少电路的总的能量消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在两个相对彼此可旋转的单元之间耦合电功率的感应功率传送设备，特别是用于在计算机断层扫描仪中使用的功率耦合器。这样的功率耦合器也被称为旋转接头。
技术介绍
在计算机断层(CT)扫描仪和其他相关机器中，在从10kW直到超过100kW的范围内的大功率从静止侧传送到旋转侧。这里，生成在超过一百千伏的范围中的高电压以产生X射线辐射。在美国专利US7054411中，公开了多通道感应旋转接头。多通道感应旋转接头具有用于将功率从静止侧传送到旋转侧的感应通道。具有辅助电源和主电源电路。另外提供用于功率控制的电容性反馈链路。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是要提供一种感应功率传送设备或者旋转接头，其具有大的动态范围并且需要相对低的基本负载。此问题的解决方案在独立权利要求中被描述。从属权利要求涉及对本专利技术的进一步改进。感应旋转接头通常被建造得像电力变压器，其中一侧相对另一侧旋转。例如，在CT扫描仪中，功率必须从静止侧传送到旋转侧。因此，功率耦合器是具有静止的一次绕组和旋转的二次绕组的变压器。为了简化，以下的解释和实施例涉及这样的CT扫描仪旋转接头。显而易见的是，同样可以被应用到通常的任何旋转接头并且另外不仅被应用到用于将功率从静止侧传送到旋转侧的旋转接头，而且被应用到用于将功率从旋转侧传送到静止侧的旋转接头。由于变压器仅仅可以传送交流(交变电流)，因此变压器要么由交流线电压馈电，要么由逆变器馈电，生成可以经由旋转变压器更好地被传送的较高频率的交流电压。因此，优选的是在一次侧具有逆变器。在二次侧或者输出侧，在大部分情况下，此交流电压被转换为直流电压以便提供直流输出。这可以通过桥式整流器来进行，滤波电容器跟随在桥式整流器后面以生成平滑的直流电压。在特定环境中，比如在CT扫描仪中，感应功率传送设备的负载范围是相对宽的。在满载状况下，100kW数量级或者更大数量级的功率可以被供应给X射线管。在空载期间，当比如X射线管和检测器的大部分系统关闭时，仅有较小数量的低功耗设备必须被供应电功率。在过去的几年中，计算机、存储器和其他电子组件的功率消耗已经连续地降低，因此，CT扫描仪的空载功率也显著地降低，而X射线管所需要的满载功率由于较高的X射线功率需求而增加。在CT扫描仪中使用的旋转接头相对较大。典型的CT扫描仪可以具有1米到1.5米之间的直径。因此，一次绕组和二次绕组也相对较大。另外，在旋转部分和静止部分之间不可能具有极小的空气间隙，因为具有机械公差。这导致变压器相对较大的杂散电感。大直径进一步导致大绕组以及因此在绕组内、绕组之间以及绕组的单独线匝之间的相对较大的寄生电容。杂散电感或者寄生电感与寄生绕组电容一起引起了寄生共振电路，其导致在寄生共振电路的高Q状况下输出电压的增加，当功率耦合器的输出端负载具有高阻抗时会满足所述寄生共振电路的高Q状况。因此，高输出阻抗或者低负载在输出端抽取低功率使得输出电压增加。这可以导致旋转侧电子组件的损坏。为了防止不想要的输出电压的增加，可以具有降低共振电路的Q因数，并且因此降低空载状态下的输出电压的基本负载或者虚负载。虚负载是不经济的并且虚负载需要另外的组件，比如大功率电阻器以及比如风扇的冷却装置。因此，设计一种感应功率耦合器使得不需要虚负载或者至少减小虚负载中的功率损耗是期望的。为了减小所需要的虚负载，在感应功率耦合器中输出电压的增加被减少。这可以通过减小感应功率耦合器中的杂散电感和总的寄生电容以及通过提供新的整流电路来进行。在第一实施例中，在二次侧上具有至少两个二次绕组，二次侧优选为旋转侧。这些二次绕组以相同的方向卷绕，具有相同的线匝数量，并且要么在绕组的开头要么在绕组的末尾在共同的连接点处被连接在一起。此共同的连接点连接到一对电容器，其中第一电容器连接到正极输出端，第二电容器连接到负极输出端。绕组的其他端的每一个连接到一对整流器。对于每个二次绕组，提供单独的一对整流器。如果具有连接到相同的一对整流器上的多个二次绕组，则在这个实施方式的情况中这如同单个二次绕组那样工作。每一对整流器包括正向连接到正极输出端的第一整流器，以及反向连接到负极输出端的第二整流器。优选地，整流器中的至少一个包括二极管，但它还可以包括任何等效元件，比如可以是FET的有源控制开关。通过此电路，多个绕组通过整流器的方式以相同方向并联连接。与简单地传递与来自二次绕组的峰峰交流电压的一半大致对应的输出电压的全桥整流器相比，此电路用作倍压器并且传递二次绕组的近似全峰峰输出电压。由于这个原因，每个二次绕组仅需要与供应全桥整流器的电路相比一半数量的线匝。因此，存储在寄生电容的能量显著较低，并且因此需要较低的虚负载或者较高的虚负载阻抗，这进一步导致在空载期间较低的热量损耗。在进一步的实施例中，至少两个二次绕组被并联卷绕。这意味着绕组的绕线被并联引导，优选地彼此紧密接触。这导致显著减小的匝间寄生电容。在线匝彼此紧密接近的区域中，在相邻线匝之间具有相对较大的寄生电容。因为绕组以相同方向卷绕，因此在相邻线匝之间无电压差，并且因此寄生电容不引起电荷的移动，并且因此不引起寄生电流。因此，寄生电容的这个组件不产生影响。因此，通过使得至少两个绕组并联对齐，总的寄生电容可以显著地减小。需要具有至少两个二次绕组，但是显而易见的是，可以具有任何更大数量的二次绕组。在进一步优选的实施例中，在正极输出端和负极输出端以及负载之间具有直流/直流变换器。此直流/直流变换器可以是升压变换器或者降压变换器或者两者的组合。直流/直流变换器也可以是在升压变换和降压变换之间可切换的。可替代地，还可以具有直流/交流变换器。在进一步的实施例中，第一电容器和第二电容器被改变尺寸作为串联共振变换器的总共振电容的一部分。另外，优选的是，串联共振变换器的总共振电容由至少一个一次共振电容(131)和在二次侧的第一电容器(231)和第二电容器(232)组成。根据另一个实施例，串联共振变换器的总共振电容由至少一个一次共振电容(131)和在二次侧的第一电容器(231)和第二电容器(232)组成，其在一次和二次侧之间近似均匀地分布。因此，至少一个一次共振电容器(131)的总电容与二次侧电容器(231、232)的总电容近似相等。另外，一次绕组与二次绕组的绕组匝数比可以近似是2。当改变电容器尺寸时，绕组匝数比是需要考虑的。例如，在电容均匀地分布在一次侧和二次侧之...

【技术保护点】
一种感应功率传送电路，至少包括感应旋转耦合器，所述感应旋转耦合器具有相对二次侧(200)可旋转地布置的一次侧(100)，一次侧至少包括一次绕组(110)，二次侧(200)至少包括第一二次绕组(211)和第二二次绕组(212)，两个绕组具有近似相同数量的线匝并且被定向产生具有相同幅相的输出电压，并且具有第一绕组输出端(213、215)和第二绕组输出端(214、216)，其特征在于，第二绕组输出端(214、216)连接在一起并且进一步连接到第一电容器(231)和第二电容器(232)，第一电容器(231)连接到正极输出端(251)并且第二电容器(232)连接到负极输出端(252)，第一绕组输出端(213、215)的每一个通过正向的第一整流器独立连接到正极输出端，并且通过反向的第二整流器连接到负极输出端，并且第一电容器和第二电容器被改变尺寸作为串联共振变换器的总共振电容的一部分。

【技术特征摘要】
2014.12.18 EP 14198916.01.一种感应功率传送电路，至少包括感应旋转耦合器，所述感应旋转耦合
器具有相对二次侧(200)可旋转地布置的一次侧(100)，
一次侧至少包括一次绕组(110)，
二次侧(200)至少包括第一二次绕组(211)和第二二次绕组(212)，两
个绕组具有近似相同数量的线匝并且被定向产生具有相同幅相的输出电压，并
且具有第一绕组输出端(213、215)和第二绕组输出端(214、216)，
其特征在于，第二绕组输出端(214、216)连接在一起并且进一步连接到
第一电容器(231)和第二电容器(232)，第一电容器(231)连接到正极输出
端(251)并且第二电容器(232)连接到负极输出端(252)，第一绕组输出端
(213、215)的每一个通过正向的第一整流器独立连接到正极输出端，并且通
过反向的第二整流器连接到负极输出端，并且第一电容器和第二电容器被改变
尺寸作为串联共振变换器的总共振电容的一部分。
2.一种感应功率传送电路，至少包括感应旋转耦合器，所述感应旋转耦合
器具有相对二次侧(200)可旋转地布置的一次侧(100)，
一次侧至少包括一次绕组(110)，
二次侧(200)包括至少一个具有第一绕组输出端(213)和第二绕组输出
端(214)的二次绕组(211)，
其特征在于，第二绕组输出端(214)进一步连接到第一电容器(231)和
第二电容器(232)，第一电容器(231)连接到正极输出端(251)并且第二电
容器(232)连接到负极输出端(252)，第一绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·赫尔曼，A·兹姆弗尔，
申请(专利权)人：滑动环及设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE