本发明专利技术涉及一种旋转环装置，其包括：固定环（１）；旋转环（２），其用于绕中心区域（３）旋转；旋转单元（４、５），其用于径向支承所述旋转环（２）并使所述旋转环（２）相对于固定环（１）旋转，所述旋转单元包括安装在所述固定环（１）上的固定感应元件（４）以及安装在所述旋转环（２）上的旋转感应元件（５）；以及控制器（８），其用于控制所述旋转单元（４、５）以使旋转感应元件（５）旋转和悬浮。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有由径向磁性轴承支撑的电动驱动环的旋转环装置
本专利技术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。
技术介绍
在CT扫描器的机架中，使用空气轴承(airbearing)支撑机架的旋转部分。例如，在WO2004/030542A2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WO02/089671A2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。
技术实现思路
本专利技术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。在本专利技术的第一方面中，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，其中，以比所述固定感应元件距中心区域更大的径向距离布置所述旋转感应元件。本专利技术是基于这样的想法，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，根据本专利技术，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，本专利技术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，本专利技术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专利技术的优选实施例。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。旋转单元的布置使得所述旋转感应元件被布置在比所述固定感应元件距中心区域更大的径向距离处，即旋转感应元件绕所述固定感应元件旋转。但该布置还可以颠倒过来进行。具体布置主要取决于应用的类型和旋转环装置的一般机械构造。当在CT扫描器中使用时，优选第一种提及的布置。为了支撑轴向对准，在实施例中提供了轴向轴承器件，具体为磁性轴向轴承器件，用以相对于所述固定环轴向支承所述旋转环。在具体应用中，在CT扫描装置中使用旋转环装置，所述CT扫描装置还包括辐射源和探测单元，所述辐射源安装在所述旋转环上，用于绕置于所述中心区域中的对象旋转并用于在所述对象的方向上发射辐射，所述探测单元用于探测通过所述对象和所述中心区域的辐射。优选地，探测单元安装在所述旋转环上。然而，本专利技术不限于这种类型的应用，而是一般可以用于元件绕中心区域旋转的所有应用。根据有利实施例，所述固定感应元件包括以不同角度位置绕所述中心区域布置的至少两个感应子元件，其中，所述控制器适于控制频率和电流，具体而言通过控制提供给所述感应子元件的频率和电流，从而以去耦的方式控制所述感应子元件的悬浮力。因此，可以提供对感应子元件的推力和法向力的同时并且去耦的控制。附图说明参考以上描述的实施例，本专利技术的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐述。在以下附图中：图1示出了通过根据本专利技术的旋转环装置的实施例的横截面的前视图；图2示出了通过图1中所示的旋转环装置的横截面的侧视图；图3示出了固定感应元件的实施例的透视图；图4示出了图3中所示的固定感应元件的侧视图；图5示出了固定感应元件相对于旋转感应元件的布置的透视图；图6示出了通过固定感应元件相对于旋转感应元件的布置的横截面；图7示出了轴向轴承的示意性设置；图8示出了径向轴承的实施例；图9示出了通过在CT扫描器中使用的旋转环装置的横截面的侧视图；图10示出了通过图9中所示的旋转环装置的横截面的侧视图；图11示出了根据本专利技术的控制方案的实施例的方框图；图12示出了用于去耦地控制法向力和推力的控制单元的实施例，以及图13示出了根据本专利技术的旋转环装置的模拟的结果。具体实施方式图1示出了通过根据本专利技术的旋转环装置的实施例的横截面的前视图。图2示出了通过相同实施例的横截面的侧视图。旋转环装置包括固定环1、用以绕中心区域3旋转的旋转环2、以及用以径向地支承所述旋转环2并使所述旋转环2的旋转单元4、5相对于固定环1旋转。旋转单元包括安装在固定环1上的固定感应元件4和安装在旋转环2上的旋转感应元件5。固定环1、旋转环2和旋转单元4、5都相对于中心轴6被同轴地布置。为了相对于固定环1轴向地支承旋转环2，在该实施例中提供了例如作为磁性轴向轴承单元实施的轴向轴承器件7。为了控制旋转单元4、5，以便使旋转感应元件5旋转和悬浮，提供了控制器8。因此，本专利技术通过利用在旋转环装置中实施的线性感应电机(LIM)本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种旋转环装置，包括：－固定环（１），－旋转环（２），其用于绕中心区域（３）旋转，－旋转单元（４、５），其用于径向支承所述旋转环（２）并使所述旋转环（２）相对于所述固定环（１）旋转，所述旋转单元包括安装在所述固定环（１）上的固定感应元件（４）和安装在所述旋转环（２）上的旋转感应元件（５），以及控制器（８），其用于控制所述旋转单元（４、５），以使所述旋转感应元件（５）旋转和悬浮。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP08163647.42008年9月4日1.一种旋转环装置，包括：-固定环(1)，-旋转环(2)，其用于绕中心区域(3)旋转，-旋转单元(4、5)，其是线性感应电机，用于径向支承所述旋转环(2)并使所述旋转环(2)相对于所述固定环(1)旋转，所述线性感应电机包括安装在所述固定环(1)上的固定感应元件(4)和安装在所述旋转环(2)上的旋转感应元件(5)，以及控制器(8)，其用于控制所述旋转单元(4、5)，以通过使用所述线性感应电机来使所述线性感应电机的所述旋转感应元件(5)同时地旋转和悬浮，其中，以比所述固定感应元件(4)距所述中心区域(3)更大的径向距离布置所述旋转感应元件(5)，其中，所述固定感应元件(4)包括以不同角度位置绕所述中心区域(3)布置的至少两个感应子元件，其中，已经限定以下约束条件以使所述旋转环旋转并磁性地悬浮：Fz＝MG，其中M为所述旋转环(2)的总质量，而G为重力加速度；Fx＝0，其保持在x方向上的环位移，所述x方向是所述旋转环的轴向；Fna和Fnb≤0，其仅导致吸引法向力Fna和Fnb，指数a和b用于区分所述至少两个感应子元件中的两个感应子元件；以及α＝αa＝αb，其中所述至少两个感应子元件中的所述两个感应子元件被分别以角度αa和αb进行放置，并且其中，所述控制器(8)适于通过控制向所述感应子元件提供的频率和电流来以去耦的方式对所述感应子元件的悬浮力和推力进行同时控制，其中，所述控制器(8)适于针对每个感应子元件从参考扭矩(T*y)导出参考推力(F*t)和参考法向力(F*n)、导出推力转差频率(f转差_t)和法向转差频率(f转差_n)、基于参考推力(F*t)导出推力电流(It)、基于所述推力电流(It)和所述推力转差频率(f转差_t)产生法向力(Fn2)、通过从参考法向力中减去所产生的法向力来计算法向电流(In)、以及导出与所述旋转环的机械频率(f)相同的法向频率(fn)，其中将所述法向转差频率设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·沙欣诺马莱尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。