CN111884355A - 一种应用于ct系统的非接触式电能传输装置及ct系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置及CT系统，属于电能传输领域，装置包括：原边电路，其输入端连接至CT系统的静止侧直流电源，用于将直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号，并进行无功补偿和频率调节；磁耦合功率传输模块，其包括非接触的原边结构和副边结构，原边结构连接至原边电路的输出端，磁耦合功率传输模块用于通过电磁感应耦合的方式将高频交流电信号传输至副边结构；以及副边电路，其输入端连接至副边结构，其输出端连接至CT系统的旋转侧耗电结构，其用于对高频交流电信号进行无功补偿后对旋转侧耗电结构供电。本发明能够有效提高CT系统中电能传输机构的稳定性、安全性和使用寿命，并降低设备的维护成本。

Description

一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置及CT系统
技术领域
本发明属于电能传输领域，更具体地，涉及一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置及CT系统。
背景技术
CT(Computed Tomography，即计算机扫描)是利用精确的γ射线、X射线、超声波与高精度探测器围绕人体的某一部位进行的断层扫描的装置。在扫描过程中，需要围绕人体旋转，所以，在工作过程中，在旋转部件(扫描机构)和静止部件(电源、计算机系统)中需要采用一定的连接方式来完成电源供电、计算机控制指令发出以及旋转部件扫描信息的采集和存储。目前，CT系统中广泛使用机械滑环技术来实现旋转部件与静止部件之间的能量传输。
传统的CT滑环具有比较复杂的机械结构，为了保证系统运行时的有效性和可靠性，需要为设备提供合适的运行环境，但是由于传统的机械滑环技术是一种接触式结构传输方式，在长期运行过程中，滑环机构之间的接触与摩擦将会给机械结构带来一定的磨损，因此需要对设备进行频繁地检修以及电刷更换。当设备检修不及时，如电刷脱落的情况没有被及时监测到，可能会导致电路板短路等严重故障。
而在医疗器械的相关领域，要求设备能够长期稳定可靠地运行，而现有的机械滑环技术在实现CT系统的旋转部件与静止部件之间的能量传输的同时，会对CT系统的可靠运行带来不利的影响。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置及CT系统，旨在解决现有的机械滑环技术在实现CT系统的旋转部件与静止部件之间的能量传输的时所存在的易磨损、使用寿命短、可靠性差的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置，包括：原边电路、磁耦合功率传输模块以及副边电路；
原边电路的输入端连接至CT系统的静止侧直流电源；原边电路用于将CT系统的静止侧直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号，并对高频交流电信号进行无功补偿和频率调节，得到待传输的高频交流电信号；
磁耦合功率传输模块包括原边结构和副边结构，且原边结构和副边结构之间存在一气隙，原边结构连接至原边电路的输出端；磁耦合功率传输模块用于通过电磁感应耦合的方式将待传输的高频交流电信号传输至副边结构；
副边电路的输入端连接至副边结构，副边电路的输出端连接至CT系统的旋转侧耗电结构；副边电路用于对待传输的高频交流电信号进行无功补偿，以由补偿后的高频交流电信号对CT系统的旋转侧耗电结构供电；
其中，高频交流电信号的频率高于预设阈值。
进一步地，原边结构包括原边线圈和原边磁芯，副边结构包括副边线圈和副边磁芯；
原边磁芯由多个带有磁芯窗口的铁氧体磁芯构成，且多个带有磁芯窗口的铁氧体磁芯的中心转轴均匀排列于圆周上；
副边磁芯结构与原边磁芯结构相同；
副边磁芯与原边磁芯同轴、面对面且非接触地安装，原边磁芯和副边磁芯之间的气隙大小可调；
原边线圈缠绕于原边磁芯上，原边结构通过原边线圈与原边电路相连接；副边线圈缠绕于副边磁芯上，副边结构通过副边线圈与副边电路相连接。
进一步地，带有磁芯窗口的铁氧体磁芯为U型磁芯、E型磁芯或C型磁芯。
进一步地，原边线圈和/或副边线圈为高频利兹线；高频利兹线在高频场合中损耗较小，使用高频利兹线作为线圈材料，可以有效减小高频交流电信号的传输损耗。
进一步地，原边结构还包括设置于原边磁芯外围的原边外壳，原边外壳用于保护和支撑原边磁芯；
副边结构还包括设置于副边磁芯外围的副边外壳，副边外壳用于保护和支撑副边磁芯。
进一步地，原边外壳和/或副边外壳的材料为树脂材料；树脂材料对装置磁路影响较小，使用树脂材料作为外壳材料，能够减小对装置磁路的影响，提高电能传输效率。
进一步地，磁耦合功率传输模块还包括原边支架、转轴和底座；
原边外壳通过原边支架固定于底座上，副边外壳固定于转轴上。
进一步地，原边电路包括高频逆变电路、控制电路和原边补偿电路；
高频逆变电路的第一输入端连接至CT系统的静止侧直流电源；高频逆变电路用于将CT系统的静止侧直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号；
控制电路的输出端连接至高频逆变电路的第二输入端，控制电路用于生成相应的控制信号并输入至逆变电路，以使得逆变电路对高频交流电信号的频率进行调节；
原边补偿电路的输入端连接值高频逆变电路的输出端，原边补偿电路的输出端连接至原边结构；原边补偿电路用于对输入的高频交流电信号进行无功补偿。
按照发明的另一个方面，提供了一种CT系统，静止侧和旋转侧之间的电能传输装置为本发明提供的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其中，静止侧直流电源的输出端与电能传输装置中的原边电路的输入端，旋转侧耗电结构连接至电能传输装置中的副边电路的输出端。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明利用磁耦合功率传输模块将CT系统静止侧直流电源的电能传输到CT系统旋转侧的耗电结构，由于磁耦合功率传输模块实现电能传输基本原理是电磁感应耦合，磁耦合功率传输模块中的原边结构和副边结构之间存在气隙，二者不存在机械接触，因此，本发明在CT系统中实现了非接触式的电能传输，既能够避免使用电刷、机械滑环等机械结构，又能够有效避免接触与摩擦带来的机械损伤，从而有效提高CT系统中电能传输机构的稳定性、安全性和使用寿命，并降低设备的维护成本。
(2)本发明可通过对原边电路输入直流电压的大小、高频交流电信号的频率以及原边结构和副边结构之间的气隙大小等进行调节，对非接触式电能传输装置中的传输功率大小进行调节；在CT系统中，旋转侧耗电结构除了球管外还有很多对功率进行处理的模块，由于本发明中非接触式电能传输装置的功率大小可调，本发明可以有效减少CT系统旋转侧的设备数量，从而减轻CT系统旋转侧的质量并节省空间，这对CT系统整体机械和电学性能都可以带来一定程度的提高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的应用于CT系统的非接触式电能传输装置；
图2为本发明实施例提供的磁耦合功率传输模块中磁芯结构的示意图；
图3为本发明实施例提供的磁耦合功率传输模块的截面图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为原边磁芯，2为副边磁芯，3为气隙，4为磁芯窗口，5为原边外壳，6为副边外壳，7为编码器，8为原边支架，9为底座，10为转轴，11为原边结构，12为副边结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1：
一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置，如图1～图3所示，包括：原边电路、磁耦合功率传输模块以及副边电路；
原边电路的输入端连接至CT系统的静止侧直流电源；原边电路用于将CT系统的静止侧直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号，并对高频交流电信号进行无功补偿和频率调节，得到待传输的高频交流电信号；
磁耦合功率传输模块包括原边结构11和副边结构12，且原边结构11和副边结构12之间存在一气隙3，原边结构11连接至原边电路的输出端；磁耦合功率传输模块用于通过电磁感应耦合的方式将待传输的高频交流电信号传输至副边结构12；
副边电路的输入端连接至副边结构12，副边电路的输出端连接至CT系统的旋转侧耗电结构；副边电路用于对待传输的高频交流电信号进行无功补偿，以由补偿后的高频交流电信号对CT系统的旋转侧耗电结构供电；CT系统的旋转侧耗电结构包括球管及其控制电路部分等；
其中，高频交流电信号的频率高于预设阈值，该阈值可根据CT系统的实际工作要求相应设定；可选地，在本实施例中，该阈值为10kHz。
作为一种可选的实施方式，原边结构12包括原边线圈和原边磁芯1，副边结构12包括副边线圈和副边磁芯2，磁耦合功率传输模块中的磁芯结构如图1和图2所示；
原边磁芯1由多个带有磁芯窗口4的铁氧体磁芯构成，且多个带有磁芯窗口4的铁氧体磁芯的中心转轴均匀排列于圆周上；
副边磁芯结构与原边磁芯结构相同；
副边磁芯与原边磁芯同轴、面对面且非接触地安装，原边磁芯和副边磁芯之间的气隙3大小可调；
原边线圈缠绕于原边磁芯1上，原边结构11通过原边线圈与原边电路相连接；副边线圈缠绕于副边磁芯2上，副边结构12通过副边线圈与副边电路相连接；
在本实施例中，如图2所示，带有磁芯窗口4的铁氧体磁芯为U型磁芯，原边线圈放置于原边磁芯中的磁芯窗口中，副边线圈放置于副边磁芯中的磁芯窗口中；应当说明的是，选用U型磁芯构成磁芯结构，仅为本发明一种可选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以使用E型磁芯、C型磁芯等其他带有磁芯窗口的铁氧体磁芯；
作为一种可选的实施方式，本实施例中，原边线圈和副边线圈均为高频利兹线；高频利兹线在高频场合中损耗较小，使用高频利兹线作为线圈材料，可以有效减小高频交流电信号的传输损耗；
应当说明的是，本实施例选用高频利兹线作为线圈，仅为本发明的一种优选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以使用铜线等其他材料制作线圈；
如图3所示，本实施例中，原边结构11还包括设置于原边磁芯1外围的原边外壳5，原边外壳5用于保护和支撑原边磁芯1；
副边结构12还包括设置于副边磁芯2外围的副边外壳6，副边外壳6用于保护和支撑副边磁芯2；
作为一种可选的实施方式，本实施例中，原边外壳和/或副边外壳的材料为树脂材料；树脂材料对装置磁路影响较小，使用树脂材料作为外壳材料，能够减小对装置磁路的影响，提高电能传输效率；
应当说明的是，本实施例中使用树脂材料作为外壳材料，仅为本发明一种优选的实施方式，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以使用金属等其他材料作为外壳材料；
如图3所示，磁耦合功率传输模块还包括原边支架8、转轴10和底座9；
原边外壳5通过原边支架8固定于底座9上，副边外壳6固定于转轴10上；通过转轴10，可带动副边结构12进行旋转；
可选地，转轴10上还安装有编码器7，用于测量副边旋转机构的旋转速度；
如图1所示，原边电路包括高频逆变电路、控制电路和原边补偿电路；
高频逆变电路的第一输入端连接至CT系统的静止侧直流电源；高频逆变电路用于将CT系统的静止侧直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号；
控制电路的输出端连接至高频逆变电路的第二输入端，控制电路用于生成相应的控制信号并输入至逆变电路，以使得逆变电路对高频交流电信号的频率进行调节；
原边补偿电路的输入端连接值高频逆变电路的输出端，原边补偿电路的输出端连接至原边结构；原边补偿电路用于对输入的高频交流电信号进行无功补偿；
本实施例中，原边补偿电路和副边电路对信号进行无功补偿的具体方式，可采用串联-串联、串联-并联、并联-串联、并联-并联等任意一种无功补偿方式。
本实施例所提供的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，在CT系统中实现了非接触式电能传输，避免了使用电刷、机械滑环等机械结构，同时有效避免了接触与摩擦带来的机械损伤，从而能够有效提高CT系统中电能传输机构的稳定性、安全性和使用寿命，并降低设备的维护成本；
本实施例可通过对原边电路输入直流电压的大小、高频交流电信号的频率以及原边结构和副边结构之间的气隙大小等进行调节，对非接触式电能传输装置中的传输功率大小进行调节，从而有效减少CT系统旋转侧的设备数量，减轻CT系统旋转侧的质量并节省空间，提高CT系统整体机械和电学性能。
实施例2：
一种CT系统，其中的静止侧和旋转侧之间的电能传输装置为上述实施例提供的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，该CT系统的静止侧直流电源的输出端与电能传输装置中的原边电路的输入端，该CT系统的旋转侧耗电结构连接至电能传输装置中的副边电路的输出端；
该CT系统的旋转侧耗电结构包括球管及其控制电路部分等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，包括：原边电路、磁耦合功率传输模块以及副边电路；
所述原边电路的输入端连接至CT系统的静止侧直流电源；所述原边电路用于将所述CT系统的静止侧直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号，并对所述高频交流电信号进行无功补偿和频率调节，得到待传输的高频交流电信号；
所述磁耦合功率传输模块包括原边结构和副边结构，且所述原边结构和副边结构之间存在一气隙，所述原边结构连接至所述原边电路的输出端；所述磁耦合功率传输模块用于通过电磁感应耦合的方式将所述待传输的高频交流电信号传输至所述副边结构；
所述副边电路的输入端连接至所述副边结构，所述副边电路的输出端连接至所述CT系统的旋转侧耗电结构；所述副边电路用于对所述待传输的高频交流电信号进行无功补偿，以由补偿后的高频交流电信号对所述CT系统的旋转侧耗电结构供电；
其中，所述高频交流电信号的频率高于预设阈值。
2.如权利要求1所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述原边结构包括原边线圈和原边磁芯，所述副边结构包括副边线圈和副边磁芯；
所述原边磁芯由多个带有磁芯窗口的铁氧体磁芯构成，且所述多个带有磁芯窗口的铁氧体磁芯的中心转轴均匀排列于圆周上；
所述副边磁芯结构与所述原边磁芯结构相同；
所述副边磁芯与所述原边磁芯同轴、面对面且非接触地安装，所述原边磁芯和所述副边磁芯之间的气隙大小可调；
所述原边线圈缠绕于所述原边磁芯上，所述原边结构通过所述原边线圈与所述原边电路相连接；所述副边线圈缠绕于所述副边磁芯上，所述副边结构通过所述副边线圈与所述副边电路相连接。
3.如权利要求2所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述带有磁芯窗口的铁氧体磁芯为U型磁芯、E型磁芯或C型磁芯。
4.如权利要求2所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述原边线圈和/或所述副边线圈为高频利兹线。
5.如权利要求2所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述原边结构还包括设置于所述原边磁芯外围的原边外壳，所述原边外壳用于保护和支撑所述原边磁芯；
所述副边结构还包括设置于所述副边磁芯外围的副边外壳，所述副边外壳用于保护和支撑所述副边磁芯。
6.如权利要求5所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述原边外壳和/或所述副边外壳的材料为树脂材料。
7.如权利要求5所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述磁耦合功率传输模块还包括原边支架、转轴和底座；
所述原边外壳通过所述原边支架固定于所述底座上，所述副边外壳固定于所述转轴上。
8.如权利要求1-7任一项所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其特征在于，所述原边电路包括高频逆变电路、控制电路和原边补偿电路；
所述高频逆变电路的第一输入端连接至所述CT系统的静止侧直流电源；所述高频逆变电路用于将所述CT系统的静止侧直流电源输出的直流电压逆变为高频交流电信号；
所述控制电路的输出端连接至所述高频逆变电路的第二输入端，所述控制电路用于生成相应的控制信号并输入至所述逆变电路，以使得所述逆变电路对所述高频交流电信号的频率进行调节；
所述原边补偿电路的输入端连接值所述高频逆变电路的输出端，所述原边补偿电路的输出端连接至所述原边结构；所述原边补偿电路用于对输入的高频交流电信号进行无功补偿。
9.一种CT系统，其特征在于，静止侧和旋转侧之间的电能传输装置为权利要求1-8任一项所述的应用于CT系统的非接触式电能传输装置，其中，静止侧直流电源的输出端与所述电能传输装置中的原边电路的输入端，旋转侧耗电结构连接至所述电能传输装置中的副边电路的输出端。
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