DE102006057150A1

DE102006057150A1 - Berührungsloses Energieübertragungssystem

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Publication number: DE102006057150A1
Application number: DE102006057150A
Authority: DE
Inventors: Jason S. Whitefish Bay Katcha; Jonathan R. Wales Schmidt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2007-07-19
Also published as: CN101026033B; US7197113B1; JP2007165876A; JP4977453B2; CN101026033A

Abstract

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein berührungsloses Energieübertragungssystem geschaffen, das ein stationäres Element aufweist, das einen Energieeingang enthält, der für die Aufnahme von Energie einer ersten Spannung aus einer Energieversorgung eingerichtet ist. Das System enthält ferner ein drehbar mit dem stationären Element verbundenes rotierendes Element und einen Rotationstransformator. Der Rotationstransformator weist Primär- und Sekundärseiten auf, wobei die Primärseite auf dem stationären Element angeordnet ist. Die Primärseite besitzt eine Primärwicklung, die Energie mit erster Spannung aus dem Energieeingang aufnimmt. Die Sekundärseite ist auf dem rotierenden Element angeordnet und erzeugt Energie einer zweiten Spannung. Die Sekundärseite besitzt einen rotierenden Kern und getrennte Sekundärteilwicklungen, die in Umfangsrichtung um den rotierenden Kern herum angeordnet sind. Der rotierende Kern und die Teilwicklungen rotieren unmittelbar an der und in Bezug auf die auf dem stationären Element angebrachte Primärwicklung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Wesentlichen Energieübertragungsmechanismen und insbesondere ein berührungsloses Energieübertragungssystem.

Hochspannungs-Leistungstransformatoren werden in einer Vielfalt von Anwendungen, wie z.B. in Gepäckscannersystemen, Computertomografiesystemen (CT) und dergleichen eingesetzt. CT-Systeme werden oft verwendet, um auf nicht-invasive Weise Schnittbilder von Testobjekten insbesondere Innenbilder von menschlichem Gewebe zur medizinischen Analyse und Behandlung zu erhalten. Derzeitige Gepäckscannersysteme und CT-Systeme positionieren das Testobjekt, wie z.B. ein Gepäckstück oder einen Patienten, auf einem Förderband oder einem Tisch innerhalb einer zentralen Öffnung eines rotierenden Rahmens, welcher von einem stationären Rahmen gelagert wird. Der rotierende Rahmen enthält eine Röntgenquelle und ein auf gegenüberliegenden Seiten der Apertur positioniertes Detektorarray, welche beide um das abzubildende Objekt rotieren. Bei jeder von mehreren Winkelpositionen entlang des Rotationspfades (welche auch als "Projektionen" bezeichnet werden) emittiert die Röntgenstrahlenquelle einen Strahl, der das Testobjekt passiert, durch das Testobjekt abgeschwächt wird und durch das Detektorarray empfangen wird. Die Röntgenquelle nutzt Hochspannungsenergie zum Erzeugen der Röntgenstrahlen.

Jedes Detektorelement in dem Detektorarray erzeugt ein getrenntes elektrisches Signal, das die abgeschwächte Rönt genstrahlintensität anzeigt. Die elektrischen Signale aus allen Detektorelementen werden durch eine auf dem rotierenden Rahmen montierte Schaltung gesammelt und verarbeitet, um einen Projektionsdatensatz bei jeder(m) Portalposition oder Projektionswinkel zu erzeugen. Projektionsdatensätze werden von unterschiedlichen Portalwinkeln während einer Umdrehung der Röntgenquelle und der Detektoranordnung erhalten. Die Projektionsdatensätze werden dann durch einen Computer verarbeitet, um die Projektionsdatensätze in ein Bild eines Gepäckstückes oder ein CT Bild eines Patienten zu rekonstruieren.

Die auf dem rotierenden Rahmen montierte Schaltung wird mit Niederspannungsenergie versorgt, während die Röntgenquelle mit Hochspannungsenergie versorgt wird. Herkömmliche rotierende Portal basierende Systeme verwenden einen Bürsten/Schleifring-Mechanismus, um Energie bei einer relativ Niederspannung zwischen den stationären und rotierenden Abschnitten des Portalrahmens zu übertragen. Der rotierende Portalabschnitt weist einen darauf montierten und mit dem Bürsten/Schleifring-Mechanismus verbundenen Wechselrichter und Hochspannungsbehälter auf. Der Wechselrichter und der Hochspannungsbehälter beinhalten einen Transformator, Gleichrichter und Filterkapazitätskomponenten, welche die Spannung von der über den Bürsten/Schleifring-Mechanismus übertragenen Niederspannung auf die zum Betreiben der Röntgenquelle notwendige Hochspannung erhöhen. Der Transformator in dem Hochspannungsbehälter erzeugt ein Hochspannungs-Wechselstromsignal, welches durch Gleichrichterschaltungen innerhalb des Hochspannungsbehälters in ein Hochspannungs-Gleichstromsignal umgewandelt wird. Jedoch weisen auf einem rotierenden Portal basierende Scannersysteme bestimmte Nachteile auf. Der Hochspannungsbehälter und Wechselrichter auf dem rotierenden Por talabschnitt erhöhen das Gewicht, das Volumen und die Komplexität des Systems. Ferner unterliegt der Bürsten/Schleifring-Mechanismus (welche typischerweise verwendet wird, um einen merklichen Strom zu transportieren) einer reduzierten Zuverlässigkeit, Wartungsproblemen und Erzeugung von elektrischen Störungen, welche die empfindliche Elektronik stören. Da schneller rotierende Systeme entwickelt werden, wird es vorteilhaft, das Volumen und das Gewicht der rotierenden Komponenten zu reduzieren.

Demzufolge ist es erwünscht, einen Mechanismus zum Übertragen von Energie aus einer stationären Energieversorgung auf eine rotierende Last (z.B. in einem Gepäckscanner oder CT System) in einer berührungslosen Weise, z.B. ohne Notwendigkeit eines Bürsten/Schleifring-Mechanismus zu übertragen. Es ist auch erwünscht, das Gewicht und die Komplexität des rotierenden Portalabschnittes des Scanners oder des Systems bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit des Energieübertragungsmechanismus zu reduzieren.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein berührungsloses Energieübertragungssystem bereitgestellt, das ein stationäres Element aufweist, das einen Energieeingang enthält, der für die Aufnahme von Energie bei einer ersten Spannung aus einer Energieversorgung eingerichtet ist. Das System enthält ferner ein drehbar mit dem stationären Element verbundenes rotierendes Element und einen Rotationstransformator. Der Rotationstransformator weist Primär- und Sekundärseiten auf. Die Primärseite ist bei dem stationären Element angeordnet und besitzt eine Primärwicklung, die Energie bei der ersten Spannung aus dem Energieeingang aufnimmt. Die Sekundärseite ist auf dem rotierenden Element angeordnet und erzeugt Energie bei einer zweiten Spannung. Die Sekundärseite besitzt einen rotierenden Kern und getrennte Sekundärteilwicklungen, wovon jede Vorlauf- und Rücklaufpfade enthält, die in Umfangsrichtung um den rotierenden Kern herum angeordnet sind. Die Vorlauf- und Rücklaufpfade jeder Teilwicklung rotieren nahe an der auf dem stationären Element angeordneten Primärwicklung und sind im einem im Wesentlichen gleichen Abstand dazu angeordnet.

Optional kann eine Hochspannungskomponente auf dem rotierenden Element angeordnet sein, wobei die Sekundärseite Energie bei einer hohen Spannung an die Hochspannungskomponente liefert. Zusätzlich kann eine Niederspannungskomponente auf dem rotierenden Element angeordnet sein, wobei die Sekundärseite Energie bei einer Niederspannung an die Niederspannungskomponente liefert. Optional kann der rotierende Kern einen E-förmigen Querschnitt enthalten, der in Bogenabschnitte derart unterteilt ist, dass jede von den Teilwicklungen um einen getrennten und nur einen entsprechenden von den Bogenabschnitten gewickelt ist. Optional kann jede Teilwicklung als eine geschlossene Schleife ausgebildet sein, welche vollständig innerhalb eines Bogenabschnittes des Rotationskerns enthalten ist. Jede geschlossene Schleife kann gegenüberliegende Enden enthalten, die sich unmittelbar bei entsprechenden gegenüberliegenden Enden benachbarter Teilwicklungen befinden. Jede von den Teilwicklungen kann sich über einen getrennten und unabhängigen Bogenabschnitt des stationären Kerns erstrecken.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform sind getrennte Signalaufbereitungsmodule innerhalb des Systems enthalten und mit Ausgangsleitern entsprechender Teilwicklungen verbunden.

Die Signalaufbereitungsmodule können Gleichrichter und/oder Verdopplerschaltungen enthalten, die auf dem und gleichmäßig um das rotierende Element verteilt angeordnet sind.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein Röntgenscannsystem bereitgestellt, das ein Portal enthält, das ein stationäres Element lagert, und das drehbar ein rotierendes Element in Bezug auf das stationäre Element verbindet. Das System kann ferner eine auf dem rotierenden Element vorgesehene Röntgenquelle und einen auf den stationären bzw. rotierenden Elementen angeordneten Rotationstransformator mit Primär- und Sekundärseiten enthalten. Die Primärseite ist auf dem stationären Element angeordnet und besitzt eine Primärwicklung, die Energie bei der ersten Spannung aus dem Energieeingang empfängt. Die Sekundärseite ist auf dem rotierenden Element angeordnet und erzeugt Energie bei einer zweiten Spannung. Die Sekundärseite besitzt einen rotierenden Kern und getrennt Sekundär-Teilwicklungen, wovon jede Vorlauf- und Rücklaufpfade besitzt, die in Umfangsrichtung um den rotierenden Kern herum angeordnet sind. Die Vorlauf- und Rücklaufpfade jeder Teilwicklung rotieren unmittelbar an der auf dem stationären Element angeordneten Primärwicklung und sind im Wesentlichen in gleichem Abstand davon angeordnet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt einen Rotationstransformator für ein gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildetes berührungsloses Energieübertragungssystem dar.
2 stellt einen Rotationstransformator für ein gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildetes berührungsloses Energieübertragungssystem dar.
3 stellt die Primärwicklung des Rotationstransformators von 2 dar.
4 stellt die Sekundärwicklung des Rotationstransformators von 2 dar.
5 stellt Vorderseiten- und Querschnitts-Layouts für eine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildete vereinfachte Sekundärwicklung dar.
6 stellt eine Seitenquerschnittsansicht einer Sekundärwicklung und eines Gleichrichter/Verdoppler-Moduls dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
7 stellt einen Rotationstransformator für ein gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildetes berührungsloses Energieübertragungssystem dar.
8 stellt die Sekundärwicklung des Rotationstransformators von 2 dar.
9 stellt ein Schaltbild eines gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten berührungslosen Energieübertragungssystems dar.
10 stellt ein Computertomografie (CT) System dar, das ein berührungsloses Energieübertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert.
11 stellt eine Blockdarstellung des Computertomografiesystems von 10 dar.
12 stellt ein Gepäck-Scannsystem dar, das ein das ein berührungsloses Energieübertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Begriffe "Niederspannung" und "Hochspannung", wie sie durchgängig verwendet werden, sollen keine Absolutwerte darstellen, sondern sind stattdessen nur dafür gedacht, eine relative Beziehung zueinander darzustellen.
1 stellt ein berührungsloses Energieübertragungssystem 50 dar, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Das System 50 enthält ein stationäres Element 52 und ein rotierendes Element 54, die unmittelbar aneinander und in einer konzentrischen Anordnung um eine Achse 56 angeordnet sind. Das rotierende Element 54 rotiert in Bezug auf das stationäre Element 52 um eine Achse 56. Beispielsweise kann das stationäre Element 52 einfach einen Stator repräsentieren, während das rotierende Element 54 einen Rotor repräsentieren kann, welche beide mit einem gemeinsamen Rahmengestell, wie z.B. einem Portal (siehe z.B. die 10 und 12) verbunden sein können. Das stationäre Element 52 besitzt einen stationären Kern 58, während das rotierende Element 54 einen rotierenden Kern 60 besitzt. Die stationären und rotierenden Kerne 58 und 60 weisen entsprechende Innen- und Außenoberflächen 64 bzw. 66 auf. Die Innen- und Außenoberflächen 64 und 66 sind durch einen Luftspalt 62 getrennt, sind aufeinander zu ausgerichtet und rotieren in unmittelbarer Nähe zueinander.
Die stationären und rotierenden Kerne 58 und 60 weisen E-förmige Querschnitte auf, welche mit der Öffnung aufeinander zu und sich in einer zylindrischen oder rohrförmigen Weise um die Achse 56 erstreckend ausgerichtet sind. Der E-förmige Querschnitt in dem stationären Kern 58 enthält parallele Wicklungsschlitze 68, die in die Innenoberfläche 64 eingeschnitten sind und durch einen Mittelsteg 72 getrennt sind. Die Wicklungsschlitze 68 und der Mittelsteg 72 zeigen nach innen und erstrecken sich in einer Umfangsrichtung um die Achse 56. Der rotierende Kern 60 enthält in die Außenoberfläche 66 eingeschnittene und durch einen Mittelsteg 74 getrennte parallele Wicklungsschlitze 70. Die Wicklungsschlitze 70 und der Mittelsteg 74 weisen von der Achse 56 aus nach außen und erstrecken sich in einer Umfangsrichtung um diese.
Der stationäre Kern 58 nimmt eine Primärwicklung 76 auf, die in den Wicklungsschlitzen 68 vorgesehen und um den Mittelsteg 72 gewickelt ist. Die Primärwicklung 76 verläuft um den vollständigen Umfang der Innenoberfläche 64 innerhalb der Wicklungsschlitze 68. Die Primärwicklung 76 ist in einer Richtung in einem von den Wicklungsschlitzen 68 gewickelt und erstreckt sich in der entgegengesetzten Richtung in dem anderen Wicklungsschlitz 68 zurück. Der rotierende Kern 60 nimmt eine Sekundärwicklung 78 auf, die in den Wicklungsschlitzen 70 vorgesehen und um Segmente des Mittelstegs 74 gewickelt ist. Die Sekundärwicklung 78 ist in getrennte Teilwicklungen unterteilt, die sich in entgegen gesetzten Richtungen innerhalb der Sekundärwicklungsschlitze 70 verlaufen oder gewickelt sind. Der rotierende Kern 60 und die Sekundärwicklungen 78 sind in Bogenabschnitte 82 und 84 unterteilt. Jeder Bogenabschnitt 82 und 84 enthält eine getrennte und unabhängige Sekundärteilwicklung. Jede Sekundärteilwicklung enthält einen Vorlaufpfad 78a und einen Rücklaufpfad 78b. Die Vorlauf- und Rücklaufpfade 78a und 78b sind im Wesentlichen in einem gleichen Abstand von der Primärwicklung 68 angeordnet. Der Abstand zwischen der Primärwicklung 68 und den Vorlauf- und Rücklaufpfaden 78a und 78b entspricht einer Dicke oder Breite des Luftspaltes 62. Die Vorlauf- und Rücklaufpfade 78a und 78b sind in einer gemeinsamen gekrümmten oder zylindrischen Ebene ausgebildet, die durch eine Kontur der Außenoberfläche 66 des rotierenden Kerns gebildet wird und dieser folgt. In dem Beispiel von 1 sind Hälften der stationären rotierenden Elemente 52 und 54 dargestellt, wobei es sich aber verstehen dürfte, dass die andere ähnlich aufgebaut ist. Somit enthält in dem Beispiel von 1 der rotierende Kern 60 vier Bogenabschnitte, welche jeweils angenähert 90° des rotierenden Kerns 60 ausmachen.
Die externen Magnetfelder sind in einem gewissen Abstand von den Kernen sehr klein, und ermöglichen damit eine Beschränkung einer magnetischen und elektrischen Störeinwirkung auf die das Datenerfassungsystem beinhaltende rotierende Elektronik. Die Magnetfelder sind in einem bestimmten Abstand von den Kernen aufgrund der Magnetfeldaufhebung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen 76 und 78 klein. Die Magnetfeldaufhebung in der E-förmigen Kernkonfiguration wird erreicht, indem der Rücklaufpfad der Primär- und aller Sekundär-Teilwicklungen unmittelbar angrenzend aneinander platziert wird, und die Ebenen (flach oder gekrümmt), die durch die Primär- und Sekundärwicklungen gebildet werden, einander nur durch den Luftspalt 62 getrennt gegenüberliegen.
2 stellt ein berührungsloses Energieübertragungssystem 150 gemäß einer alternativen Ausführungsform bereit. Das System 150 enthält ein stationäres Element 152 und ein rotierendes Element 154, die unmittelbar aneinander und in sich gegenüberliegenden parallelen Ebenen, die sich senkrecht zu einer Achse 156 erstrecken, angeordnet sind. Das rotierende Element 154 rotiert in Bezug auf das stationäre Element 152 um die Achse 156 und in einer Ebene, die parallel zu einer Ebene ausgerichtet ist, die das stationäre Element 152 enthält. Beispielsweise kann das stationäre Element 152 einfach einen Stator repräsentieren, während das Rotationselement 154 einen Rotor repräsentieren kann. Das stationäre Element 152 besitzt einen stationären Kern 158, während das rotierende Element 154 einen rotierenden Kern 160 enthält. Die stationären und rotierenden Kerne 158 und 160 sind durch einen Luftspalt 162 getrennt und haben offene gegenüberliegende Seiten 164 bzw. 166, die aufeinander zu ausgerichtet sind und in unmittelbarer Nähe zueinander rotieren. Die stationären und rotierenden Kerne 158 und 160 erstrecken sich entlang entsprechender paralleler Ebenen.
Die stationären und rotierenden Kerne 158 und 160 weisen E-förmige Querschnitte auf, welche zueinander und sich gegenüberliegend ausgerichtet sind. Der E-förmige Querschnitt in dem stationären Kern 158 enthält parallele Wicklungsschlitze 168, die in die Seite 164 eingeschnitten sind und durch einen Mittelsteg 172 getrennt sind. Die Wicklungsschlitze 168 und der Mittelsteg 172 erstrecken sich um die Achse 156 und liegen in der den stationären Kern 158 enthaltenden Ebene. Der rotierende Kern 160 enthält in die Seite 166 eingeschnittene und durch einen Mittelsteg 174 getrennte parallele Wicklungsschlitze 170. Die Wicklungsschlitze 170 und der Mittelsteg 174 erstrecken sich um die Achse 156 aus und liegen in der den stationären Kern 160 enthaltenden Ebene.
Der stationäre Kern 158 nimmt eine Primärwicklung 176 auf, die in den Wicklungsschlitzen 168 vorgesehen und um den Mittelsteg 172 gewickelt ist. Die Primärwicklung 176 erstreckt sich entlang der Seite 164 um die Achse 156 und ist zu der den stationären Kern 158 enthaltenden Ebene ausgerichtet. Die Primärwicklung 176 ist in einer Richtung in einem von den Wicklungsschlitzen 168 gewickelt und erstreckt sich in der entgegengesetzten Richtung in dem anderen Wicklungsschlitz 168 zurück. Der rotierende Kern 160 nimmt eine Sekundärwicklung 178 auf, die in den Wicklungsschlitzen 170 vorgesehen und um Segmente des Mittelstegs 174 gewickelt ist. Die Sekundärwicklung 178 sind in entgegen gesetzten Richtungen in die Sekundärwicklungsschlitze 170 gewickelt. Der rotierende Kern 160 und die Sekundärwicklungen 178 sind in Bogenabschnitte 182 und 184 unterteilt. Jeder Bogenabschnitt 182 und 184 enthält eine getrennte und unabhängige Sekundärteilwicklung (wie sie später noch beschrieben wird). Jede Sekundärteilwicklung 178 enthält einen Vorlaufpfad 178a und einen Rücklaufpfad 178b. Die Vorlauf- und Rücklaufpfade 178a und 178b sind im Wesentlichen in einem (der Breite des Luftspaltes 162 entsprechenden) gleichen Abstand von der Primärwicklung 168 angeordnet. Die Vorlauf- und Rücklaufpfade 178a und 178b sind in einer gemeinsamen gekrümmten oder zylindrischen Ebene ausgebildet, die durch die Seite 166 des rotierenden Kerns gebildet wird und dieser folgt.
In dem Beispiel von 1 sind Hälften der stationären rotierenden Elemente 52 und 54 dargestellt, wobei es sich aber verstehen dürfte, dass die andere ähnlich aufgebaut ist. Somit enthält in dem Beispiel von 1 der rotierende Kern 60 vier Bogenabschnitte, welche jeweils angenähert 90° des rotierenden Kerns 60 ausmachen.
Wie vorstehend in Verbindung mit 1 erläutert, sind die externen Magnetfelder in einem gewissen Abstand von dem rotierenden Kern 160 sehr klein. In der Konfiguration von 2 sind die Magnetfelder in einem bestimmten Abstand von den rotierenden Kernen wegen der Magnetfeldaufhebung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen 176 und 178 klein. Die Magnetfeldaufhebung in der E-Kern-Konfiguration ist unter der Voraussetzung ziemlich erheblich, dass die Konfiguration den Rücklaufpfad der Primär- und Sekundärwicklungen unmittelbar angrenzend aneinander und nur durch den Luftspalt 162 getrennt platziert.
3 stellt eine Vorderansicht des stationären Kerns 158 des berührungslosen Energieübertragungssystems 150 von 2 dar. 3 stellt den stationären Kern 158 und die Wicklungsschlitze 168 besser dar. Die Wicklungsschlitze 168 sind durch den Mittelsteg 172 getrennt. Die Wicklungsschlitze 168 und der Mittelsteg 172 sind in konzentrischen Kreisen um die Rotationsachse 156 (die als ein einzelner Punkt dargestellt ist, der sich aus der Seite in 3 erstreckt) angeordnet und sind in einer gemeinsamen Ebene (dargestellt durch die Ebene der Seite in 3) angeordnet. Die primäre Wicklung 176 enthält einen ersten Abschnitt oder eine Teilschleife 186, der sich in der durch die Pfeile in 3 angegebenen Richtung erstreckt, und einen zweiten Abschnitt oder eine Teilschleife 188, der sich in der entgegen gesetzten Richtung ebenfalls durch Pfeile angestellten Richtung erstreckt. Der Mittelsteg 172 weist einen durch diesen geschnittenen und sich zwischen den Wicklungsschlitzen 168 erstreckenden Brückenausschnitt 190 auf. Der Ausschnitt 190 ermöglicht den Durchgang der Primärwicklung 176 zwischen den Innen- und Außenwicklungsschlitzen 168, um eine geschlossene Schleife auszubilden. Obwohl nur eine einzige Leitung in 3 als Pri märwicklung 176 dargestellt ist, dürfte es sich verstehen, dass mehrere einzelne Drähte innerhalb der Wicklungsschlitze 168 gewickelt sein können, um zusammen die Primärwicklung 176 zu definieren.
4 stellt eine Vorderseitenansicht des rotierenden Kerns 160 des berührungslosen Energieübertragungssystems 150 von 2 zusammen mit schematischen Darstellungen von Signalaufbereitungsmodulen 280 dar, die auf dem rotierenden Element 154 vorgesehen sind (2). 4 stellt den rotierenden Kern 160 und die Wicklungsschlitze 170 besser dar. Die Wicklungsschlitze 170 sind durch den Mittelsteg 174 getrennt und in konzentrischen Kreisen um die Rotationsachse 156 (die als ein einzelner Punkt dargestellt ist, der sich aus der Seite in 3 erstreckt) angeordnet. Die Wicklungsschlitze 170 und der Mittelsteg 174 sind in einer gemeinsamen ebenen oder gekrümmten Ebene (dargestellt durch die Ebene der Seite in 4) angeordnet. Der Mittelsteg 174 ist in benachbarte Bogenabschnitte 182–185 segmentiert.
Die Sekundärwicklung 178 enthält getrennte und unabhängige Teilwicklungen 192–195, die in den diskreten, benachbarten Bogenabschnitten 182–185 angeordnet sind. Jeder Bogenabschnitt 182–185 enthält einen Anteil des Mittelstegs 174, der durch Brückenausschnitte 196 getrennt ist. Jeder Bogenabschnitt 182–185 enthält eine entsprechende Teilwicklung 192. Jede Teilwicklung 192 bildet eine geschlossene Schleife mit einem (dem Vorlaufpfad entsprechenden) ersten Abschnitt 198, der sich in der durch Pfeile angegebenen Richtung erstreckt, und einem (dem Rücklaufpfad entsprechenden) zweiten Abschnitt 199, der sich in der durch Pfeile mit entgegengesetzten Enden 189 und 191 angegebenen Richtung erstreckt. Die Richtung des Stromflusses kann umgekehrt sein. Jede geschlos sene Schleife ist vollständig innerhalb eines Bogenabschnittes 182–185 enthalten. Die geschlossene Schleife jeder Teilwicklung 192 besitzt gegenüberliegende Enden 189 und 191, die unmittelbar an den Enden 189 und 191 einer benachbarten Teilwicklung 192 angeordnet sind. In dem Beispiel von 4 erstreckt sich jede Teilwicklung 192 über einen getrennten und unabhängigen Bogenabschnitt 162–185 des rotierenden Kerns 160. Ferner folgen die Teilwicklungen 192 einem ovalen oder elliptischen Pfad, der bei der Achse 156 seinen Mittelpunkt hat. Optional können die Wicklungen 192 einander überlappen und/oder in einer aufgefächerten oder spiralartigen Weise ausgerichtet sein. Beispielsweise würde eine Spiralanordnung ein Ende 189 näher an der Achse 156 anordnen und die Teilwicklung 192 würde sich spiralförmig von der Achse 156 entfernen, sobald sich die Teilwicklung 192 um die Achse 156 krümmt. Das Ende 191 würde radial weiter von der Achse 156 als das Ende 189 positioniert sein.
Jede Teilwicklung 192 ist mit einem entsprechenden Signalaufbereitungsmodul 200 verbunden. Beispielsweise kann jedes Signalaufbereitungsmodul 200 einen Gleichrichter, einen Spannungsverdoppler und dergleichen enthalten. Die Signalaufbereitungsmodule 200 sind auf dem rotierenden Element 154 vorgesehen und darum herum verteilt und sind elektrisch mit den Ausgangsleitungen der entsprechenden Teilwicklungen 192 verbunden. Die Signalaufbereitungsmodule 200 sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet, um zusammen einen Hochspannungsausgang 202 zu erzeugen. In dem Beispiel von 4 enthalten die Signalaufbereitungsmodule Gleichrichter- und Verdopplerschaltungen, die zusammen den Hochspannungsausgang 202 (z.B. 160 kV Gleichstromsignal) erzeugen.
In dem Beispiel von 4 sind die Bogenabschnitte 182–185 gleichmäßig im Abstand von 90°-Inkrementen um den Mittelschenkel 174 herum positioniert. Optional können die Bogenabschnitte 182–185 in Größe/Länge in Bezug zueinander unterschiedlich sein. Alternativ können mehr oder weniger als vier Abschnitte 182–185 verwendet werden.
5 stellt ein Querschnitts-Layout einer vereinfachten Primärwicklung 276 und einer einzelnen Sekundär-Teilwicklung 292, die in parallelen Ebenen angeordnet sind, sowie eine Vorderseitenansicht der Sekundär-Teilwicklung 292 dar. Die Sekundär-Teilwicklung 292 wird in einem Bogenabschnitt eines rotierenden Kerns 260 in unmittelbarer Nähe zu der Primärwicklung 276 gehalten. Die Sekundärwicklung 278 enthält einen leitenden Draht 279, der von einer Hochspannungsisolation 281 umgeben ist. Eine oder mehrere Schleifen des Drahtes 279 und der Isolation 281 können die Teilwicklung 292 bilden. Da der rotierende Kern 260 in Bezug auf den stationären Kern 258 rotiert, bleiben die Primärwicklung 276 und die Sekundär-Teilwicklung 292 in unmittelbarer Nähe zueinander, wobei sie nur durch den Luftspalt 262 getrennt sind.
6 stellt eine Seitenansicht eines rotierenden Elementes 254 dar, das eine Platte 255 mit dem darauf montierten rotierenden Kern 260 darstellt. Der rotierende Kern 260 ist auf einer ersten Seite der Platte 255 angeordnet, während ein Signalaufbereitungsmodul 257 auf der gegenüberliegenden Seite der Platte 255 angeordnet ist. Das Signalaufbereitungsmodul 257 ist mit der Sekundär-Teilwicklung 292 über Teilwicklungs-Ausgangsleiter 259 verbunden. Beispielsweise kann die über den Teilwicklungs-Ausgangsleiter 259 bereitgestellte Spannung eine 40 kV Wechselspannung sein, welche dann durch das Sig nalaufbereitungsmodul 257 in 40 kV Gleichspannung umgewandelt wird.
7 stellt eine Seitenansicht eines berührungslosen Energieübertragungssystems 350 dar, das gemäß einer alternativen Ausführungsform ausgebildet ist. Das System 350 enthält ein stationäres Element 352 und ein rotierendes Element 354. Das stationäre Element 352 enthält eine stationäre Platte 302, welche innere und äußere stationäre Kerne 358 und 359 konzentrisch zueinander und in einer sich senkrecht zu einer Achse 356 erstreckenden Ebene hält. Die stationären Kerne 358 und 359 sind E-förmig und enthalten innere und äußere Primärwicklungen 376 und 377, die in konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Das rotierende Element 354 enthält eine rotierende Platte 304, die dafür eingerichtet ist, um die Achse 356 in einer Ebene senkrecht zur Achse 356 zu rotieren. Die rotierende Platte 304 ist unmittelbar angrenzend an die stationäre Platte 302 angeordnet und dreht sich in Bezug auf diese. Die rotierende Platte 304 ist von der stationären Platte 302 durch einen Luftspalt 362 getrennt. Die rotierende Platte 304 enthält innere und äußere rotierende Kerne 360 und 361, die innere und äußere Sekundärwicklungen 378 und 379 enthalten, wovon jede in einen Satz von Teilwicklungen unterteilt ist.
8 stellt eine Vorderseitenansicht der rotierenden Platte 304 dar. Die rotierende Platte 304 ist rund und besitzt einen offenen zentralen Bereich 305. 8 stellt die inneren und äußeren rotierenden Kerne 360 und 361 besser dar, die radial konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der innere rotierende Kern 360 enthält ein Paar radial konzentrischer Wicklungsschlitze 309, während der äußere rotierende Kern 361 ein Paar radial konzentrischer Wicklungsschlitze 311 enthält.
Die Wicklungsschlitze 309 des inneren rotierenden Kerns 360 nehmen die Drähte 308 auf, die zusammen die innere Sekundärwicklung 378 bilden. Die Drähte 308 sind um Abschnitte des inneren rotierenden Kerns 308 gewickelt, um Teilwicklungen 314–317 auszubilden. Der innere Kern 308 enthält Brückenausschnitte oder Spalte 318, die den Mittelsteg 320 in Bogenabschnitte unterteilen, um welche entsprechende Teilwicklungen 314–317 ausgebildet sind. Jede Teilwicklung 314–317 ist mit einem entsprechenden Signalaufbereitungsmodul 322–325 verbunden. Die Signalaufbereitungsmodule 322–325 können verschiedene Funktionen durchführen, wie z.B. die in die entsprechenden Teilwicklungen 314–317 induzierten Signale gleichrichten, verdoppeln und filtern.
In dem Beispiel von 8 ist der äußere rotierende Kern 361 ebenfalls bei Spalten 328 zwischen Abschnitten des Mittelstegs 330 unterteilt. Die Drähte 312 sind in Teilwicklungen 332–335 unterteilt, die sich um entsprechende Abschnitte des Mittelstegs 330 und quer bei den Spalten 328 erstrecken. Jede Teilwicklung 332–335 ist mit einem entsprechenden Signalaufbereitungsmodul 340–343 verbunden, welches eine Gleichrichtung, Verdopplung, Filterung und dergleichen ausführt. Optional kann die Anzahl und der Abstand der Teilwicklungen verändert werden. Beispielsweise kann der innere rotierende Kern 360 nur zwei Teilwicklungen oder mehr als die vier Teilwicklungen enthalten. In ähnlicher Weise kann der äußere rotierende Kern 361 zwei Teilwicklungen oder mehr als die vier Teilwicklungen enthalten. In dem Beispiel von 8 ist die Anzahl der Teilwicklungen in den inneren und äußeren Kernen 360 und 361 mit vier Teilwicklungen für jeden Kern gleich. Jedoch kann der äußere rotierende Kern 361 optional weniger oder mehr Teilwicklungen aufweisen, als die, die in dem inneren rotierenden Kern 360 vorgesehen sind.
In dem Beispiel von 8 sind die Teilwicklungen 314–317 und die Teilwicklungen 332–335 derart kombiniert, dass sie ein Hochspannungsausgangssignal erzeugen, wie es verwendet wird, um eine Röntgenröhrenquelle zu betreiben. Optional kann jedoch nur einer von den inneren und äußeren rotierenden Kernen 360 und 361 zum Erzeugen des Hochspannungsausgangssignals verwendet werden. In diesem Beispiel kann der äußere rotierende Kern 361 zum Erzeugen des Hochspannungsausgangssignals verwendet werden, während der innere rotierende Ring 360 zum Erzeugen eines Niederspannungsausgangssignals, unterschiedlich und getrennt von dem Ausgangssignal des äußeren rotierenden Kerns 361 verwendet werden kann. Als ein Beispiel kann der äußere rotierende Kern 361 ein Hochspannungssignal von 100000 Volt oder mehr erzeugen, während der innere rotierende Kern 360 ein Niederspannungssignal von weniger oder gleich 1000 Volt erzeugt. Optional kann der innere rotierende Kern 360 nur eine einzige Wicklung enthalten und nicht in Teilwicklungen unterteilt sein, wenn er zum Erzeugen des Niederspannungsausgangssignals verwendet wird. Das Niederspannungsausgangssignal kann zum Betreiben der auf der rotierenden Platte 304 montierten elektronischen Komponenten verwendet werden.
9 zeigt eine Schaltbilddarstellung eines berührungslosen Energieübertragungssystems 400 mit einer Gleichspannungsquelle 402, die mit einem Spannungswechselrichter 404 verbunden ist, der eine ankommende Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt. Ein Ausgangssignal aus dem Spannungswechselrichter 404 wird durch Resonanzkomponenten 406 einem stationären Abschnitt 408 des Systems 400 zugeführt. Die Resonanzkomponenten 400 können induktive Verdoppler 410 und Resonanzkondensatoren 412 beinhalten. Die Resonanzkonden satoren 412 sind auf der Primärseite des Systems 400 vorgesehen. Der stationäre Abschnitt 408 enthält eine Primärwicklung 414, die in einem stationären Kern (wie vorstehend beschrieben) gehalten wird.
Das System 400 enthält ferner einen rotierenden Abschnitt 420, der einen rotierenden Kern (vorstehend in Verbindung mit den 1–8 beschrieben) enthält. Der rotierende Abschnitt 420 ist in Bogenabschnitte unterteilt, wovon jeder Bogenabschnitt eine unabhängige Teilwicklung 422 enthält. Jede Teilwicklung 422 ist elektrisch mit einem entsprechenden Signalaufbereitungsmodul 424 verbunden. Die Signalaufbereitungsmodule 424 sind in Reihe geschaltet, um ein Hochspannungsausgangssignal 426 zu erzeugen, das für zur Lieferung an eine Hochspannungskomponente 428 (z.B. eine Röntgenquelle und dergleichen) angepasst ist. Die. Primärwicklung 414 und die Sekundärwicklungen 422 arbeiten zusammen, um zusammen einen Rotationstransformator gemäß Darstellung innerhalb des Blockes 430 zu definieren.
10 und 11 stellen ein Computertomografie (CT) Bildgebungssystem 14 dar, das ein drehbares Portal 15 enthält. Das Portal 15 ist in einem Portalträger 16 positioniert und weist eine Röntgenröhre 17 auf, die ein Bündel von Röntgenstrahlen 18 zu einem Detektorarray 19 auf der gegenüberliegenden Seite des Portals 15 aussendet. Das Portal 15 ist dafür ausgelegt, sich zu drehen und ist somit als eine rotierende Seite definiert, während der Träger 16 sich nicht dreht und somit als eine stationäre Seite definiert ist. Das Portal 15 implementiert ein berührungsloses Energieübertragungssystem gemäß vorstehender Beschreibung in Verbindung mit den 1–9. Die rotierende Basis ist dafür ausgelegt, eine Röntgenröhre 17 und weitere (nicht dargestellte) Hilfskompo nenten während der Drehung um einen Patienten 22 zu tragen. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch auf die Projektion und Detektion von Gammastrahlen und anderer hochfrequenter elektromagnetischer Energie angewendet werden kann.
Das Detektorarray 19 wird von mehreren Detektoren 20 gebildet, welche zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die den Patienten 22 passieren. Jeder Detektor 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und somit den abgeschwächten Strahl sobald er den Patienten 22 passiert, repräsentiert. Während eines Scans zum Erfassen von Röntgenprojektionsdaten rotieren das Portal 20 und die darauf befestigten Komponenten um einen Rotationsmittelpunkt 24.
Die Rotation des Portals 15 und der Betrieb der Röntgenquelle 17 werden von einem Steuermechanismus 26 des CT Systems 14 gesteuert. Der Steuermechanismus 26 umfasst eine Röntgensteuerung 28, die Energie und Zeittaktsignale an eine Röntgenröhre 17 liefert, und eine Portalmotorsteuerung 30, die die Rotationsgeschwindigkeit und Position des Portals 15 steuert. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 im Steuermechanismus 26 sammelt analoge Daten aus den Detektoren 20 und wandelt die Daten in digitale Signale für eine anschließende Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt die gesammelten und digitalisierten Röntgendaten aus dem DAS 32 und führt eine schnelle Rekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als ein Eingangssignal an einen Computer 36 angelegt, welcher das Bild in einer Massenspeichervorrichtung 38 speichert.
Der Computer 36 nimmt auch Befehle und Scan-Parameter von einem Bediener über eine Konsole 40 auf, die über eine Tastatur verfügt. Eine zugeordnete Kathodenröhren-Anzeigeeinrichtung 42 ermöglicht es dem Bediener das rekonstruierte Bild und andere Daten aus dem Computer 36 zu beobachten. Die von dem Bediener vorgegebenen Befehle und Parameter werden von dem Computer 36 verwendet, um Steuersignale und Information an das DAS 32, die Röntgensteuerung 28 und die Portalmotorsteuerung 30 zu liefern. Zusätzlich betreibt der Computer 36 eine Tischmotorsteuerung 44, welche einen motorisierten Tisch 46 steuert, um einen Patienten 22 und das Gestell 15 zu positionieren. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Abschnitte des Patienten 22 durch eine Portalöffnung 48.
12 stellt ein Paket/Gepäck-Inspektionssystem 100 dar, welches ein gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildetes berührungsloses Energieübertragungssystem enthält. Das System 100 enthält ein drehbares Portal 102 mit einer darin angeordneten Öffnung 104, durch welches Pakete oder Gepäckstücke passieren. Das drehbare Portal 102 enthält eine elektromagnetische Hochfrequenzenergiequelle 106 sowie eine Detektoranordnung 108. Ein Förderbandsystem 110 ist ebenfalls vorgesehen und enthält ein von einem Aufbau 114 unterstütztes Förderband 112, um automatisch und kontinuierlich Pakete oder Gepäckstücke 116 durch die Öffnung 104 zum Zweck des Scannens zu transportieren. Die Objekte 116 werden durch die Öffnung 104 durch ein Förderband 112 transportiert, dann Abbildungsdaten erfasst, und das Förderband 112 entfernt dann in einer gesteuerten und kontinuierlichen Weise die Pakete 116 aus der Öffnung 104. Demzufolge können Postinspektoren, Gepäckpersonal und anderes Sicherheitspersonal nichtinvasiv die Inhalte von Paketen 116 auf Sprengstoffe, Messer, Pistolen, Schmuggelware usw. prüfen.
Beispielsweise können nur zwei Windungen pro Sekundärwicklung verwendet werden. Alternativ können etwa 100 Windungen pro Sekundär-Teilwicklung verwendet werden, um etwa 160 kV Gleichspannung zu erzeugen (unter Annahme einer Primärwicklung mit zwei Windungen und vier Sekundär-Teilwicklungen). Es sind auch mehrere Gleichrichter/Verdoppler um den Kern herum angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen können diese Gleichrichter/Verdoppler in 90°-Intervallen angeordnet sein, obwohl auch andere Intervalle verwendet werden können. Die nachstehende Gleichung veranschaulicht die Windungsbeziehung:
wobei der Koeffizient von (2) durch die Wirkung der Spannungs-Gleichrichter/Verdoppler-Schaltung gegeben ist.
Durch Erhöhen der Anzahl der Sekundär-Teilwicklungen (Wicklungsanzahl_sek.) wird die Wechselspannung jeder Wicklung reduziert, und dadurch die hochfrequente kapazitive Belastung gegenüber Masse oder anderer Schaltkreisen verringert. Wenn beispielsweise Wicklungsanzahl_sek. = 4 ist, können an jeder Wicklung 40 kV Wechselspannung (bei der Wechselrichterfrequenz) anliegen. Optional kann die Anzahl der Sekundär-Teilwicklungen erhöht werden (z.B. Wicklungsanzahl_sek.= 8). Bei 8 Sekundär-Teilwicklungen können an jeder Wicklung nur 20 kV Wechselspannung anliegen, um dadurch die kapazitiven Ströme um einen Faktor von 2 zu reduzieren.
In den vorstehenden Beispielen sind die Wicklungen azimutal gewickelt und schlingen sich um den Mittelsteg eines E-förmigen hoch permeablen Materials (z.B. einen E-Kern-Ferrit), so dass die durch die Wicklungen ausgebildeten Ebenen (oder gekrümmten Ebenen) einander gegenüberliegen. Bestimmte von den vorstehenden Geometrien minimieren den Abstand zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen; maximieren die Magnetfeldaufhebung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen; und reduzieren die Transformatorstreuinduktivität. Eine elektromagnetische Streustörstrahlung (EMI) ist auf die unmittelbare Umgebung der Wicklungen beschränkt. Ein Isolator trennt das Hochspannungspotential der Sekundär-Teilwicklungen von den E-Kernen. Auf der Außenseite des Isolators kann eine leitende Schicht vorgesehen sein und zur Sicherheit mit Massepotential verbunden sein. Der Schirm ist segmentiert, so dass er keine leitende Schleife ausbildet.
Die vorstehend beschriebenen berührungslosen Energieübertragungssysteme erübrigen Kontaktschleifringbürsten, den damit einhergehenden Schmutz, Verschleiß und die präventive Wartung, was sich in vorteilhaften Kosteneinsparungen auswirkt. Dieses führt zu einer direkten Reduzierung in der Masse des rotierenden Rahmens des Portals oder Systems. Außerdem kann ein Gegengewicht von dem rotierenden Rahmen entfernt werden. Die Beseitigung des HV-Behälters stellt mehr Raum auf dem rotierenden Element zur Verfügung, um einseitig angeordnete Komponenten zu beseitigen, so dass man ein gleichmäßiges ausbalanciertes Portal hat. Eine weitere Kostenreduzierung ergibt sich aus der Platzierung des(r) Wechselrichter(s) und der Hilfsgleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler auf der sta tionären Seite des Rahmens. Ferner führen die mehreren Sekundärwicklungen auf dem Rotationstransformator zu einer Reduzierung der Komplexität, der Anzahl der Teile und dem Volumen des Systems. Das System erzeugt weniger abgestrahlte elektromagnetische Emissionen als Folge der aufgeteilten Impedanz in dem Wechselrichter-Außenschenkeln und der Konfiguration des Rotationstransformatorkerns.
Obwohl die vorstehenden Ausführungsformen mit Kernen mit einem E-förmigen Querschnitt beschrieben wurden, können optional andere Querschnitte verwendet werden. Beispielsweise können die Kerne einen C-förmigen oder U-förmigen Querschnitt haben, wobei die Sekundär-Teilwicklungen um einen oder beide Schenkel an gegenüberliegenden Enden des C-förmigen oder U-förmigen Kerns gewickelt sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein berührungsloses Energieübertragungssystem geschaffen, das ein stationäres Element aufweist, das einen Energieeingang enthält, der für die Aufnahme von Energie einer ersten Spannung aus einer Energieversorgung eingerichtet ist. Das System enthält ferner ein drehbar mit dem stationären Element verbundenes rotierendes Element und einen Rotationstransformator. Der Rotationstransformator weist Primär- und Sekundärseiten auf, wobei die Primärseite auf dem stationären Element angeordnet ist. Die Primärseite besitzt eine Primärwicklung, die Energie mit erster Spannung aus dem Energieeingang aufnimmt. Die Sekundärseite ist auf dem rotierenden Element angeordnet und erzeugt Energie einer zweiten Spannung. Die Sekundärseite besitzt einen rotierenden Kern und getrennte Sekundärteilwicklungen, die in Umfangsrichtung um den rotierenden Kern herum angeordnet sind. Der rotierende Kern und die Teilwicklungen rotieren unmittelbar an der und in Bezug auf die auf dem Stationären Element angebrachte Primärwicklung.
Obwohl die Erfindung in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die beschriebenen Ausführungsformen mit Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfang der Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden können.

12: Portal
14: Computertomografie (CT) Bildgebungssystem
15: Portal
16: Rahmen
17: Röntgenröhre
18: Röntgenstrahlen
19: Detektorarray
20: Detektor
22: Patient
24: Rotationsmittelpunkt
26: Steuermechanismus
28: Röntgensteuerung
30: Portalmotorsteuerung
32: Datenerfassungssystem (DAS)
34: Bildrekonstruktionseinrichtung
36: Computer
38: Massenspeichervorrichtung
40: Konsole
42: Kathodenröhren-Anzeigeeinrichtung
44: Tischmotorsteuerung
46: Tisch
48: Portalöffnung
50: System
52: Stationäres Element
54: Rotierendes Element
56: Achse
58: Stationärer Kern
60: Rotierender Kern
62: Luftspalt
64: Innere Oberfläche
66: Äußere Oberfläche
68: Wicklungsschlitze
70: Wicklungsschlitze
72: Mittelsteg
74: Mittelsteg
76: Primärwicklung
78: Sekundärwicklung
82: Bogenabschnitt
84: Bogenabschnitt
100: System
102: Drehbares Portal
104: Öffnung
106: Elektromagnetische Hochfrequenzenergiequelle
108: Detektoranordnung
110: Förderbandsystem
112: Förderband
114: Aufbau
116: Pakete oder Gepäckstücke
150: Berührungsloses Energieübertragungssystem
152: Stationäres Element
154: Rotierendes Element
156: Achse
158: Stationärer Kern
160: Rotierender Kern
162: Spalt
164: Seite
166: Seite
168: Wicklungsschlitze
170: Wicklungsschlitze
172: Mittelsteg
174: Mittelsteg
176: Primärwicklung
178: Sekundärwicklung
182: Bogenabschnitt
184: Bogenabschnitt
185: Bogenabschnitt
186: Erster Abschnitt oder Teilschleife
188: Zweiter Abschnitt oder Teilschleife
189: Ende
190: Ausschnitt
191: Ende
192: Teilwicklungen
195: Teilwicklungen
196: Brückenausschnitte
198: Erster Abschnitt
199: Zweiter Abschnitt
200: Signalaufbereitungsmodule
202: Hochspannungsausgabe
254: Rotierendes Element
255: Platte
257: Signalaufbereitungsmodul
258: Stationärer Kern
259: Teilwicklungsausgangsleiter
256: Rotierender Kern
262: Luftspalt
276: Primärwicklung
278: Sekundärwicklung
279: Leitender Draht
280: Signalaufbereitungsmodule
281: Isolation
292: Sekundär-Teilwicklung
302: Stationäre Platte
304: Rotierende Platte
305: Zentraler Bereich
308: Drähte oder innere Kern
309: Wicklungsschlitze
311: Wicklungsschlitze
312: Drähte
314: Teilwicklungen
317: Teilwicklung
318: Brückenausschnitte oder Spalte
320: Mittelsteg
322: Signalaufbereitungsmodule
325: Signalaufbereitungsmodule
328: Spalte
330: Mittelsteg
332: Teilwicklungen
335: Teilwicklungen
340: Signalaufbereitungsmodul
343: Signalaufbereitungsmodul
350: System
352: Stationäres Element
354: Rotierendes Element
356: Achse
358: Stationäre Kerne
359: Stationäre Kerne
360: Innerer rotierender Kern
361: Äußerer rotierender Kern
362: Luftspalt
376: Äußere Primärwicklungen
377: Äußere Primärwicklungen
378: Innere Primärwicklung
379: Äußere Primärwicklungen
400: System
402: Spannungsquelle
404: Spannungswechselrichter
406: Resonanzkomponenten
408: Stationärer Abschnitt
410: Verdoppler
412: Resonanzkondensatoren
414: Primärwicklung
420: Rotierender Abschnitt
422: Teilwicklung
424: Signalaufbereitungsmodul
426: Hochspannungsausgabe
428: Hochspannungskomponente
430: Block

Claims

Berührungsloses Energieübertragungssystem, aufweisend: ein stationäres Element (152) mit einem Energieeingang, der dazu eingerichtet ist, Energie mit einer ersten Spannung aus einer Energieversorgung aufzunehmen; ein rotierendes Element (154), das drehbar mit dem stationären Element (152) verbunden ist; und einen Rotationstransformator (150) mit Primär- und Sekundärseiten, wobei die Primärseite auf dem stationären Element (152) angeordnet ist und eine Primärwicklung (176) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Energie mit der ersten Spannung von dem Energieeingang zu empfangen, die zweite Seite auf dem Rotationselement (154) angeordnet und dazu eingerichtet ist, Energie mit der zweiten Spannung zu erzeugen, wobei die Sekundärseite einen rotierenden Kern (160) und getrennte sekundäre Teilwicklungen (192) um den Umfang herum um den rotierenden Kern (160) verteilt enthält und wobei der rotierende Kern (160) und die Teilwicklungen (192) nahe an der und in Bezug auf die auf dem stationären Element (152f) angeordnete Primärwicklung (176) rotieren.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, welches ferner eine auf dem rotierenden Element (154) angeordnete Hochspannungs-(HV)-Komponente (200) aufweist, wobei die Se kundärseite die Energie bei einer Hochspannung an die HV Komponente (200) liefert.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der rotierende Kern (160) einen in Bogenquadranten (182–185) unterteilten E-förmigen Querschnitt enthält, wobei jede von den Teilwicklungen (192) um einen getrennten und einen entsprechenden von den Bogenabschnitten (182–185) gewickelt ist.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, welches ferner ein die stationären und rotierenden Elemente (152), (154) miteinander verbindendes Portal (152), (154) aufweist.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, welches ferner getrennte Signalaufbereitungsmodule (257) aufweist, wovon jedes mit Ausgangsleitern (259) einer entsprechenden von den Teilwicklungen (292) verbunden ist.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei jede von den Teilwicklungen (292) entsprechende Teilwicklungsausgangsleiter (259) besitzt, die Energie bei einer Niederspannung ausgeben, wobei die Niederspannung geringer als die zweite Spannung ist, bei welcher die Energie von der Sekundärseite ausgegeben wird.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei jede von den Teilwicklungen (292) entsprechende Teilwicklungsausgangsleiter (259) besitzt, die Energie ausgeben, wobei die Energie aus den Teilwicklungsausgangsleitern (259) kombiniert wird, um eine Hochspannungs-Energieausgabe aus der Sekundärseite zu erzeugen.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei jede von den Teilwicklungen entsprechende Teilwicklungsausgangsleiter (259) besitzt, die Energie ausgeben, wobei die Energie von einer von den Teilwicklungen (292) die durch die Sekundärseite bei der zweiten Spannung ausgegebene Energie bildet.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, welches ferner getrennte Verdoppler/Gleichrichter-Schaltungen (200), die auf dem und um das rotierende Element (154) herum verteilt angeordnet und gleichmäßig verteilt sind, wobei die getrennten Verdoppler/Gleichrichter-Schaltungen (200) mit den getrennten Teilwicklungen (192) verbunden sind.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, welches ferner getrennte Verdoppler/Gleichrichter-Schaltungen (200) aufweist, die mit jeder von den Teilwicklungen (192) verbunden sind.