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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung basiert auf und beansprucht den Vorteil der Priorität
von der früheren
japanischen
Patentanmeldung 2007-222722 , die am 29. August 2007 eingereicht
wurde, deren gesamter Inhalt hierin mittels Verweis aufgenommen
ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgen-CT-Vorrichtung,
die mit einem stationären Teil und einem Drehteil versehen
ist, der mit Bezug zu dem stationären Teil drehbar ausgestaltet
ist. Leistung wird an eine bei dem Drehteil bereitgestellte Röntgenröhre
von dem stationären Teil geliefert. Die vorliegende Offenbarung
betrifft auch ein Bildgebungsverfahren mit der Röntgen-CT-Vorrichtung.
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HINTERGRUND
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Eine
Röntgen-CT-(Computer-Tomographie)Vorrichtung ist zum Erzeugen
von Querschnittsbildern eines Gegenstands bekannt. Genauer genommen
wird ein Querschnittsbild mittels Produzieren von Röntgenstrahlen,
die durch den Gegenstand schreiten, mit einer Röntgenröhre
erzeugt. Das übertragene Röntgen wird in Signale
umgewandelt, die eine Grundlage zum Erzeugen eines Querschnittsbildes
des Gegenstands bereitstellen. Zum Produzieren solch eines Bildes
ist eine Röntgen-CT-Vorrichtung typischerweise eingerichtet
zum Drehen eines Drehteils, der die Röntgenröhre
und den Röntgendetektor enthält, relativ bzw.
mit Bezug zu dem stationären Teil. Um eine Leistung an
den Drehteil von dem stationären Teil zu übertragen,
ist konventionell eine Schleifring-Bürsten-Ausgestaltung
eingesetzt worden. Jedoch erfordert die Schleifring-Bürsten-Ausgestaltung,
mit Erfordernis eines Kontaktes zwischen den Komponenten, eine umständliche
Wartungsarbeit, um abgenutzte Komponenten wiederherzustellen.
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Angesichts
der obigen Bedenken offenbart
JP 3827335 B einen elektromagnetischen Induktionstransformator
mit einer Primärseite und einer Sekundärseite,
wobei die Primärseite bei dem stationären Teil
bereitgestellt ist und die Sekundärseite bei dem Drehteil
bereitgestellt ist. Der stationären Teil wandelt eine durch
eine kommerziell verfügbare AC-(Wechselstrom bzw. Alternate
Current)Leistung bereitgestellte Wechselspannung in eine Hochfrequenzspannung
mit einem DC-(Gleichstrom bzw. Direct Current)Leistungs-Schaltkreis
und einem Wechselrichter-Schaltkreis um. Die Hochfrequenzspannung
wird an der Primärseite angelegt. Der Drehteil nutzt andererseits
einen Hochspannungstransformator zur weiteren Hochsetzung der bei
der Sekundärseite erzeugten Hochfrequenzspannung auf einen erforderlichen
Spannungspegel, der an die Röntgenröhre zu liefern
ist. Die hochgesetzte Hochfrequenzspannung wird durch den Gleichrichter-Schaltkreis gleichgerichtet,
und die gleichgerichtete Gleichspannung wird an die Röntgenröhre
angelegt. Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung
kann die Last der Wartungsprüfung zum Bereitstellen einer
kontaktlosen Leistungsübertragung von dem stationären
Teil an den Drehteil reduziert werden.
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Die
Röntgenröhre erfordert jedoch eine Anwendung hoher
Spannungen, die sich von 70 kV bis 150 kV erstrecken. Der Hochspannungstransformator
gemäß der konventionellen Ausgestaltung muss in
seiner Größe vergrößert werden,
um relativ hohe Spannung bereitzustellen, was wiederum zu einem erhöhten
Gewicht führt, das sich auf beispielsweise bis zu 100 kg
belaufen kann. Solch ein schwerer und ziemlich großer Hochspannungstransformator
gibt, wenn bei dem Drehteil bereitgestellt, eine erhöhte Zentrifugalkraft
bei Drehung des Drehteils mit. Eine erhöhte Zentrifugalkraft
erfordert folglich eine strukturelle Verstärkung des Drehteils,
was wiederum unerwünschter Weise zu einer Gewichtszunahme
führt, was das Problem der erhöhten Zentrifugalkraft
ungelöst lässt. Somit kann man sich vorstellen,
die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit zu reduzieren, um die Zentrifugalkraft
zu reduzieren. Jedoch ist die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit
des Drehteils ein kritischer Faktor beim Bestimmen der Qualität
der durch die Röntgen-CT-Vorrichtung erzeugten Bilder, so
dass bei Reduzierung keine verbesserte Bildgebungsqualität
bereitgestellt wird.
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Wenn
schwere und ziemlich große Komponenten bei dem Drehteil
bereitgestellt sind, wird ferner die Auswuchtung des Drehteils unstabilisiert
und kann eine unerwünschte Drehvarianz verursachen. Die
Drehvarianz kann mittels Platzierung eines Ausgleichers bei dem
Drehteil gedrosselt werden. Jedoch wird dies das Gewicht des Drehteils
weiter erhöhen, was wiederum die Zentrifugalkraft erhöht.
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INHALTSANGABE
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Röntgen-CT-Vorrichtung
bereit, die es ermöglicht, von einem stationären
Teil mittels kontaktloser Leistungsübertragung eine Leistung
an eine bei einem Drehteil bereitgestellte Röntgenröhre
zu liefern. Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein
Bildgebungsverfahren mit Verwendung der Röntgen-CT-Vorrichtung
bereit.
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In
einem Aspekt enthält eine Röntgen-CT-Vorrichtung
der vorliegenden Offenbarung einen stationären Teil; einen
Drehteil, der relativ bzw. mit Bezug zu dem stationären
Teil drehbar bereitgestellt ist; eine Röntgenröhre,
die bei dem Drehteil bereitgestellt ist und welche Röntgenstrahlen
auf einen Bildgebungsgegenstand ausstrahlt; einen Röntgendetektor,
der bei dem Drehteil bereitgestellt ist, um gegenüber der
Röntgenröhre zu liegen, und der die durch den Gegenstand
geschrittenen Röntgenröhren detektiert; einen
Bildprozessor, der Querschnittsbilder vorbestimmter Teilstücke
des Gegenstands auf Grundlage eines von dem Röntgendetektor
ausgegebenen Detektierungssignals erzeugt; eine Anzeige, die die
Querschnittsbilder auf Grundlage von Ausgabesignalen zeigt, die
von dem Bildprozessor geliefert sind; einen ersten Übertragungsabschnitt,
der ausgestaltet ist durch einen Rotations-Hochsetztransformator
(bzw. drehbaren Hochsetztransformator) mit einer bei dem stationären
Teil angeordneten Primärwicklung und einer bei dem Drehteil
angeordneten Sekundärwicklung, und der eine durch eine
Wechselspannungsquelle bereitgestellte Wechselspannung hochsetzt,
und der ferner eine kontaktlose Leistungsübertragung von
dem stationären Teil an den Drehteil zum Liefern einer
Leistung an die Röntgenröhre ausführt.
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In
einem anderen Aspekt enthält eine Röntgen-CT-Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung einen stationären Teil; einen
Drehteil, der relativ bzw. mit Bezug zu dem stationären
Teil drehbar bereitgestellt ist; eine Röntgenröhre,
die bei dem Drehteil bereitgestellt ist und welche Röntgenstrahlen
auf einen Bildgebungsgegenstand ausstrahlt; einen Röntgendetektor,
der bei dem Drehteil bereitgestellt ist, um gegenüber der
Röntgenröhre zu liegen, und der durch den Gegenstand
geschrittene Röntgenstrahlen detektiert; einen Bildprozessor,
der Querschnittsbilder vorbestimmter Teilstücke des Gegenstands
auf Grundlage eines von dem Röntgendetektor ausgegebenen
Detektierungssignals erzeugt; eine Anzeige, die die Querschnittsbilder
auf Grundlage von Ausgabesignalen zeigt, die von dem Bildprozessor
geliefert sind; einen ersten Übertragungsabschnitt, der
ausgestaltet ist durch eine bei dem stationären Teil angeordnete
Primärwicklung und eine bei dem Drehteil angeordnete Sekundärwicklung,
und der eine kontaktlose Leistungsübertragung von dem stationären Teil
an den Drehteil zum Liefern einer Leistung an die Röntgenröhre
ausführt; einen zweiten Übertragungsabschnitt,
der ausgestaltet ist durch eine bei dem stationären Teil angeordneten
Primärwicklung und eine bei dem Drehteil angeordnete Sekundärwicklung, und
der eine kontaktlose Leistungsübertragung von dem stationären
Teil an den Drehteil zum Liefern einer Leistung an den Röntgendetektor
ausführt, wobei der erste Übertragungsabschnitt
ein größeres Hochsetzverhältnis als der
zweite Übertragungsabschnitt hat.
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In
noch einem anderen Aspekt enthält ein Verfahren zum Abbilden
eines Gegenstands mit einer Röntgen-CT-Vorrichtung einen
stationären Teil mit einer Primärwicklung, einen
Drehteil, der drehbar relativ bzw. mit Bezug zu dem stationären
Teil bereitgestellt ist und der eine Sekundärwicklung hat,
einen ersten Übertragungsabschnitt, der eine durch eine Wechselspannungsquelle
bereitgestellte Wechselspannung hochsetzt, und der ferner eine kontaktlose Leistungsübertragung
von dem stationären Teil an den Drehteil zum Liefern einer
Leistung an eine Röntgenröhre ausführt,
die bei dem Drehteil bereitgestellt ist, die Röntgenstrahlen
ausstrahlt, einen zweiten Übertragungsabschnitt, der eine
kontaktlose Leistungsübertragung einer durch eine Wechselspannungsquelle
bereitgestellten Leistung an einen bei dem Drehteil bereitgestellten
Röntgendetektor. zum Detektieren von durch den Gegenstand
geschrittenen Röntgenstrahlen ausführt, einen
Bildprozessor, der Bilder vorbestimmter Teilstücke des
Gegenstands auf Grundlage eines von dem Röntgendetektor
ausgegebenen Detektierungssignals erzeugt, und eine Anzeige, die
die erzeugten Bilder auf Grundlage eines von dem Bildprozessor ausgegebenen
Ausgabesignals zeigt, wobei das Verfahren ein Starten einer Leistungslieferung
an den zweiten Übertragungsabschnitt; ein Starten einer
Leistungslieferung an den ersten Übertragungsabschnitt
und ein Starten eines Gegenstandabbildens; ein Stoppen einer Leistungslieferung
an den ersten Übertragungsabschnitt und ein Beenden des
Gegenstandabbildens; und ein Stoppen einer Leistungslieferung an
den zweiten Übertragungsabschnitt enthält.
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Da
gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung eine
durch eine Wechselspannungsquelle bereitgestellte Wechselspannung
nicht bei dem Drehteil hochgesetzt werden braucht, brauchen für eine
Spannungshochsetzung dedizierte, schwergewichtige Komponenten nicht
bei dem Drehteil bereitgestellt zu werden. Somit kann eine kontaktlose
Leistungsübertragung von dem stationären Teil
an den Drehteil zum Liefern einer Leistung an die Röntgenröhre
mit einem leichteren Drehteil ausgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
bei Betrachtung der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen klar werden.
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1 gibt
eine elektrische Ausgestaltung einer Röntgen-CT-Vorrichtung
gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung an.
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2 ist
eine Querschnittsvorderansicht, die einen Anblick eines Ringtunnels
bzw. Gantry und eines Teils seiner inneren Ausgestaltung bereitstellt.
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3 ist
eine schematische Perspektivansicht, die die Gesamtheit des Rotations-Hochsetztransformators
zeigt.
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4 ist
ein Umfangsquerschnitt des Rotations-Hochsetztransformators.
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5 zeigt
eine detaillierte Veranschaulichung einer bei dem Hochsetztransformator
bereitgestellten Wicklung.
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6A zeigt
ein Schaltkreissymbol einer Sekundärwicklung;
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6B ist
ein Äquivalent der Sekundärwicklung.
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7 zeigt
eine Sequenz eines durch die Röntgen-CT-Vorrichtung ausgeführten
Bildgebungsprozesses.
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8 entspricht 1 und
veranschaulicht eine zweite beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung.
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9 entspricht 1 und
veranschaulicht eine dritte beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung.
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10A entspricht 3 und veranschaulicht
eine vierte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden
Offenbarung.
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10B zeigt eine Positionierung von Kernen relativ
zur Wicklung.
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11A entspricht 9A.
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11B entspricht 9B.
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12A entspricht 9A.
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12B entspricht 9B.
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13 gibt
einen gegenüberstehenden Winkel von Kernen, eine Effizienz,
ein Gewichtsverhältnis und ein Primärstromverhältnis
an.
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14A entspricht 9A und
veranschaulicht eine fünfte beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung.
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15A entspricht 9A.
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15B entspricht 9B.
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15C ist eine perspektivische Teildarstellung in
aufgelösten Einzelteilen des Rotations-Hochsetztransformators.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine
erste beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
wird mit Verweis auf 1 bis 7 beschrieben
werden.
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Mit
Verweis auf 1 und 2 enthält
eine Röntgen-CT-(computerized tomography bzw. rechner-gestützte
Tomographie)Vorrichtung 1 einen Ringtunnel bzw. Gantry 2,
einen Bildprozessor 3, eine Anzeige 4 und ein
Bett (nicht gezeigt). Ringtunnel 2 strahlt Röntgenstrahlen
auf einen Gegenstand von der Umgebung des Gegenstands. Ringtunnel 2 detektiert
außerdem durch den Gegenstand geschrittene Röntgenstrahlen.
Bildprozessor 3 erzeugt ein Querschnittbild des Gegenstandes
auf Grundlage der von dem übertragenen Röntgenstrahl
detektierten Daten. Das erzeugte Querschnittbild wird auf Anzeige 4 angezeigt.
Das Bett empfängt und führt den Gegenstand für
Ringtunnel 2.
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2 ist
eine Querschnittvorderansicht, die die äußere
und schematische Ausgestaltung von Ringtunnel 2 darstellt,
der bei Röntgen-CT-Vorrichtung 1 bereitgestellt
ist. Wie in 2 gezeigt, hat Ringtunnel 2 eine Öffnung 2a,
die als zylindrisches Durchgangsloch gebildet ist, das im Wesentlichen
bei seiner Mitte definiert ist. Das den Gegenstand tragende Bett
wird durch Öffnung 2a geführt, um Röntgen-CT-Bilder
zu produzieren. Ringtunnel 2 umfasst einen stationären
Teil 5, der sein äußeres Gehäuse definiert,
und einen Drehteil 6, der drehbar durch den stationären
Teil 5 gehalten wird. Drehteil 6 rotiert um Öffnung 2a mittels
eines Antriebsschaltkreises und eines nicht gezeigten Motors.
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Innerhalb
von Drehteil 6 sind eine Röntgenröhre 7,
die Röntgenstrahlen produziert, und Röntgendetektor 8 bereitgestellt,
der durch den Gegenstand geschrittene Röntgenstrahlen detektiert.
Röntgenröhre 7 und Röntgendetektor 8 stehen
sich über Öffnung 2a gegenüber.
Röntgendetektor 8 detektiert Röntgenstrahlen,
die von Röntgenröhre 7 ausgestrahlt und
durch den Gegenstand geschritten sind. Ferner sind innerhalb von
Drehteil 6 ein Kühler 9 zum Kühlen
der Röntgenröhre 7, ein Generator 10 zum Liefern
einer Hochspannung an Röntgenröhre 7,
eine Röntgensteuereinheit 11, eine Ringtunnelsteuereinheit
bzw. Gantry-Steuereinheit 12, ein DAS 13 und eine
Steuerleistungsquelle 14 bereitgestellt. Röntgensteuereinheit 11 steuert
die Ausgabe von Röntgenröhre 7 durch
eine Steuerung von Generator 10 in Abhängigkeit
voreingestellter Einstellungen.
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Röntgensteuereinheit 11 ist
fähig zum Detektieren von Abnormalitäten, die
bei Röntgenröhre 7 auftreten. Beim Detektieren
solcher Abnormalitäten stoppt Röntgensteuereinheit 11 die
Leistungslieferung an Röntgenröhre 7.
Ein beispielhafter Ansatz zum Detektieren von Abnormalitäten
der Röntgenröhre 7 ist ein Vergleichsansatz,
bei dem ein tatsächlicher Betrag eines Stroms und einer
Spannung, die Röntgenröhre 7 bereitgestellt
sind, mit einem vorbestimmten Bezugsstrom und einer Bezugsspannung verglichen
wird. Ringtunnelsteuereinheit 12 steuert bei dem Drehteil 6 bereitgestellte
Komponenten, wie beispielsweise Kühler 9. DAS
(Data Acquisition System bzw. Daten-Akquisitionssystem) 13 wandelt
eine Ausgabe (Stromsignal) von Röntgendetektor 8 in
digitale Daten um, die eine Verarbeitung mit einem Computer ermöglichen.
Steuerleistungsquelle 14 liefert eine Leistung an jede
bei Drehteil 6 bereitgestellte Komponente, abgesehen von
Röntgenröhre 7.
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Mit
Verweis auf 2 gibt die von einer gestrichelten
Linie umgebene Fläche das Teilstück an, wo konventioneller
Weise ein schwerer und ziemlich großer Hochspannungstransformator
bereitgestellt war. 2 erläutert lediglich
schematisch die Verfügbarkeit solch eines Raums innerhalb
von Drehteil 6 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform und
spezifiziert nicht genau die Positionierung jeder Komponente, obwohl
sie zweckgemäß die relative Positionierung der
Röntgenröhre 7 und des Röntgendetektors 8 angibt.
In der Realität sind die Komponenten kunstvoller positioniert,
um die Gewichtsverteilung innerhalb von Drehteil 6 auszugleichen.
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Rotations-Hochsetztransformator 15 und Rotationstransformator 16,
die in ihrer Form ringförmig sind, sind bereitgestellt,
um sowohl beim stationären Teil 5 als auch beim
Drehteil 6 angeordnet zu sein. Rotations-Hochsetztransformator 15 und
Rotationstransformator 16 haben jeweils eine Primärseite und
eine Sekundärseite. Die Primärseiten des Rotations-Hochsetztransformators 15 und
des Rotationstransformators 16 sind jeweils beim stationären
Teil 5 bereitgestellt, wohingegen die Sekundärseiten
jeweils bei Drehteil 6 bereitgestellt sind, wie es im Detail
später beschrieben wird. Leistung wird an Röntgenröhre 7 durch
Rotations-Hochsetztransformator 15 und den bei Drehteil 6 bereitgestellten
Generator 10 geliefert. Leistung wird an Röntgendetektor 8, Kühler 9,
Röntgensteuereinheit 11, Ringtunnelsteuereinheit 12 und
DAS 13 durch Komponenten wie beispielsweise Rotationstransformator 15 und
Steuerleistungsquelle 14 geliefert. Rotations-Hochsetztransformator 15 und
Rotationstransformator 16 führen eine kontaktlose
Leistungsübertragung vom stationären Teil 5 an
Drehteil 6 aus.
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3 ist
eine schematische Perspektivansicht von Rotations-Hochsetztransformator 15,
und 4 stellt eine vergrößerte Ansicht
eines Umfangsquerschnitts von Rotations-Hochsetztransformator 15 bereit.
Wie in 3 gesehen werden kann, ist Rotations-Hochsetztransformator 15 im
Allgemeinen ringförmig in seiner Form und ist mit einem
Koaxial-Primärkern 17 und einem Sekundärkern 18 versehen.
Primärkern 17 und Sekundärkern 18 sind
aus magnetischen Materialien hergestellt, wie beispielsweise Magnetstahl
bzw. Elektrostahl und Ferritkern. Primärkern 17 ist
beim stationären Teil 5 bereitgestellt, wohingegen
Sekundärkern 18 beim Drehteil 6 bereitgestellt
ist, was bedeutet, dass Primärkern 17 an einer
Stelle fixiert ist, wohingegen Sekundärkern 18 um
eine Achse drehbar ist.
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Rotations-Hochsetztransformator 15 nimmt eine
Axialspalt-Ausgestaltung an, wo Primärkern 17 und
Sekundärkern 18 axial über einen Spalt 19 angeordnet
sind. Primärkern 17 nimmt eine umgekehrte U-Form
an, die sich in Richtung von Sekundärkern 18 oder
in Richtung der Unterseite öffnet, wie in 3 betrachtet.
Primärkern 17 ist ferner mit einer Umfangsnut 17a zum
Sichern einer Primärwicklung 20 über
nicht gezeigtes Isoliermaterial versehen.
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Sekundärkern 18 andererseits
hat einen U-förmigen Querschnitt, der in Richtung der Primärseite
geöffnet ist, wie in 3 betrachtet.
Sekundärkern 18 ist auch mit einer Umfangsnut 18a versehen, die
eine Sekundärwicklung 21 auf sich gewickelt hat. Primärkern 17 und
Sekundärkern 18 sind entworfen, um eine konstante
Dicke in der Richtung orthogonal zu dem ihnen mitgegebenen magnetischen
Fluss zu haben. Spalte 19 zwischen Primärkern 17 und
Sekundärkern 18 umfassen Luftspalte, die bei gleicher Breite über
deren gesamten Umfang ausgestaltet sind. Bei der vorliegenden beispielhaften
Ausführungsform sind Primärkern 17 und
Primärwicklung 20 bei der Primärseite
angeordnet, wohingegen Sekundärkern 18 und Sekundärwicklung 21 bei
der Sekundärseite angeordnet sind. Der Rotationstransformator 16 ist
in seiner Form dem Rotations-Hochsetztransformator 15 ähnlich,
abgesehen von seiner Isolationsstruktur und Wicklungsausgestaltung.
Die unterschiedliche Isolationsstruktur und Wicklungsausgestaltung
bei Rotationstransformator 16 ist entworfen, um ein Spannungstransformationsverhältnis
von 1:1 bereitzustellen.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die elektrische Ausgestaltung von Röntgen-CT-Vorrichtung 1 angibt.
Wie in 1 gesehen werden kann, ist Stationärteil 5 versehen
mit einem Gleichrichter-Schaltkreis 23, der eine von der Wechselspannungsquelle 22 gelieferte
Wechselspannung gleichrichtet, Wechselrichter-Schaltkreisen 24 und 25,
Primärwicklung 20 von Rotations-Hochsetztransformator 15,
Primärwicklung 26 von Rotationstransformator 16 und
einem Empfänger 27a eines Daten-Transceivers 27. Drehteil 6 andererseits
hat Sekundärwicklung 21 von Rotations-Hochsetztransformator 15,
eine Sekundärwicklung 28 von Rotationstransformator 16,
Gleichrichter-Schaltkreise 29 und 30, Röntgenröhre 7, Röntgendetektor 8,
Kühler 9, Steuerleistungsquelle 14 und
Sender 27b von Daten-Transceiver 27. Wechselrichter-Schaltkreis 24,
Rotations-Hochsetztransformator 15 und Gleichrichter-Schaltkreis 29,
die oben beschrieben sind, bilden einen Generator 31. Generator 31 enthält
einen bei dem Drehteil 6 angeordneten Generator 10,
wie in 2 gezeigt, wobei Generator 10 sekundärseitige
Komponenten von Rotations-Hochsetztransformator 15 und
Gleichrichter-Schaltkreis 29 umfasst.
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Das
Windungsverhältnis von Primärwicklung 20 und
Sekundärwicklung 21 des Rotations-Hochsetztransformators 15 ist
gesetzt, um ein Hochsetzverhältnis von "150" oder größer
bereitzustellen. Der Rotations-Hochsetztransformator 15 ist
mit anderen Worten ausgestaltet, so dass eine Spannung bei der Sekundärseite
wenigstens 150 mal größer als die Primärseite
ist. Das Windungsverhältnis von Primärwicklung 26 und
Sekundärwicklung 28 des Rotationstransformators 16 ist
derart, um ein Hochsetzverhältnis von "1" bereitzustellen.
Der Rotationstransformator 16 ist mit anderen Worten ausgestaltet,
so dass die Spannung bei der Sekundärseite und die Spannung
bei der Primärseite identisch sind. Das Hochsetzverhältnis
von Rotationstransformator 16 kann bei einem anderen Verhältnis
als "1" solange ausgestaltet sein, wie es unterhalb des Hochsetzverhältnisses
des Rotations-Hochsetztransformators 15 ist.
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Wechselspannungsquelle 22 ist
eine kommerzielle Wechselspannungsquelle, die eine Ausgabe von 415
V (50 Hz/60 Hz) mit drei Phasen produziert. Gleichrichter-Schaltkreis 23 ist
durch Dioden in einer Drehstrombrücken-Verbindung ausgestaltet. Gleichrichter-Schaltkreis 23 hat
einen Wechselspannungs-Eingangsanschluss, der mit einem Ausgangsanschluss
von Wechselspannungsquelle 22 verbunden ist. Gleichrichter-Schaltkreis 23 hat
ferner einen Gleichspannungs-Ausgangsanschluss, der mit den Eingangsanschlüssen
der Wechselrichter-Schaltkreise 24 bzw. 25 verbunden
ist. Wechselrichter-Schaltkreise 24 und 25 wandeln
eine durch den Gleichrichter-Schaltkreis 23 bereitgestellte
Gleichspannung in eine Hochfrequenzspannung um, die höher
als die Frequenz (50 Hz/60 Hz) der kommerziellen Wechselspannungsquelle
ist. Die von Wechselrichter-Schaltkreisen 24 und 25 ausgegebenen
Hochfrequenzspannungen werden an die Primärwicklung 20 des Rotations-Hochsetztransformators 15 bzw.
die Wicklung 26 des Rotationstransformators 16 angelegt.
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In
der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform bilden
Gleichrichter-Schaltkreis 23, Wechselrichter-Schaltkreis 24 und
Rotations-Hochsetztransformator 15 einen ersten Übertragungsabschnitt 32.
Gleichrichter-Schaltkreis 23, Wechselrichter-Schaltkreis 25 und
Rotationstransformator 16 bilden einen zweiten Übertragungsabschnitt 33.
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Daten-Transceiver 27 führt
eine kontaktlose Datenkommunikation durch ein Medium durch, wie beispielsweise
Licht. Der beim stationären Teil 5 bereitgestellte
Empfänger 27a empfängt Projektionsdaten,
die vom Sender 27b übertragen sind, der beim Drehteil 6 bereitgestellt
ist, um eine Ausgabe für Bildprozessor 3 zu produzieren.
Bildprozessor 3 produziert eine Querschnittsansicht des
Gegenstandes auf Grundlage der durch Empfänger 27a bereitgestellten Projektionsdaten.
Anzeige 4 kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige
umfassen und empfängt eine Eingabe einer Dateninformation,
die Querschnittsbilder darstellt, vom Bildprozessor 3.
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Bildprozessor 3 und
Anzeige 4 sind jeweils mit einem Leistungsquellen-Schaltkreis
(nicht gezeigt) bereitgestellt, der die durch Wechselspannungsquelle 22 bereitgestellte
dreiphasige Wechselspannung in ihre Betriebsspannungen umwandelt. Bildprozessor 3 und
Anzeige 4 arbeiten mit einer von Wechselspannungsquelle 22 gelieferten
dreiphasigen Spannung. Die Leistungsquelle kann an Bildprozessor 3 und
Anzeige 4 von einem externen Leistungsquellen-Schaltkreis
geliefert werden.
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Anschlüsse
bei beiden Enden der Sekundärwicklung 21 des Rotations-Hochsetztransformators 15 sind
mit einem Wechselspannungs-Eingangsanschluss des Gleichrichter-Schaltkreises 29 verbunden.
Gleichrichter-Schaltkreis 29 ist durch Brücken-verbundene
Dioden ausgestaltet. Gleichrichter-Schaltkreis 29 richtet
eine bei den Anschlüssen der Sekundärwicklung 21 erzeugte
Hochfrequenzspannung gleich, um eine Gleichspannung zu erzeugen.
Die vom Gleichrichter-Schaltkreis 29 ausgegebene Gleichspannung
wird an die Röntgenröhre 7 angelegt.
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Andererseits
sind Anschlüsse bei beiden Enden der Sekundärwicklung 28 des
Rotationstransformators 16 mit einem Wechselspannungs-Eingangsanschluss
von Gleichstromkomponente 30 verbunden. Gleichrichter-Schaltkreis 30 ist
durch Brücken-verbundene Dioden ausgestaltet, wie beim Gleichrichter-Schaltkreis 29.
Gleichrichter-Schaltkreis 30 hat einen Gleichspannungs-Ausgangsanschluss,
der mit dem Gleichspannungs-Eingangsanschluss von Steuerleistungsquelle 14 verbunden
ist. Steuerleistungsquelle 14 umfasst einen DC/DC-Wandler,
der eine Eingangsgleichspannung in den gewünschten Pegel
einer Gleichspannung umwandelt. Die Gleichspannungsausgabe der Steuerleistungsquelle 14 wird
Röntgendetektor 8, Kühler 9 und
Röntgensteuereinheit 11 bereitgestellt. Obwohl nicht
gezeigt, wird die Gleichspannungsausgabe der Steuerleistungsquelle 14 der
Ringtunnel-Steuereinheit 12 und DAS 13 bereitgestellt.
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Röntgendetektor 8 gibt
ein Detektierungssignal (Stromsignal) aus, das an DAS 13 (in 1 nicht gezeigt)
eingegeben und in digitale Daten (Projektionsdaten) umgewandelt
wird. DAS 13 überträgt die Projektionsdaten
an Empfänger 27a bei dem stationären
Teil 5 durch Sender 27b von Daten-Transceiver 27 mittels
optischer Kommunikation.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die die Wicklung des Rotations-Hochsetztransformators 15 im
Detail darstellt. Wie in 5 gesehen werden kann, umfasst
die Primärwicklung 20 einen Litzendraht, und umfasst
Sekundärwicklung 21 einen Litzendraht oder eine
flache Kupferleitung. Primärwicklung 20 ist vom
Primärkern 17 mittels Glimmerband isoliert, das
eine hohe Hitzeleitfähigkeit aufweist. Sekundärwicklung 21 ist
vom Sekundärkern 18 mittels Epoxy-Formung oder
hydraulischer Härtung (hydraulic hardening) isoliert. Sekundärwicklung 21 und
Sekundärkern 18 sind geerdet. Unter der Annahme, dass
Sekundärwicklung 21 eine Windungszahl N hat, ist
Sekundärwicklung 21 genauer genommen bei der (N × 1/2)-ten
Windung geerdet.
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6A und 6B beschreiben
schematisch die Sekundärwicklung 21. 6A symbolisiert Sekundärwicklung 21 wie
in 1 dargestellt, und 6B gibt
einen äquivalenten Schaltkreis an. Es wird in 6 angenommen, dass Sekundärwicklung 21 sechs
Windungen hat. Wie in 6B gesehen werden kann, hat
Sekundärwicklung 21 zwischen Anschluss Vp und
Anschluss Vm bereitgestellte Wicklungen 21a bis 21f.
Wicklungen 21a bis 21f stellen jede der sechs
Windungen der Sekundärwicklung 21 dar.
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Wenn
beispielsweise eine Spannung von 9 kV zwischen den Anschlüssen
der Sekundärwicklung 21 mit geerdetem Anschluss
Vm erzeugt wird, gibt der Spannungspegel bei Anschluss Vp +9 kV
an und gibt Anschluss Vm 0V an. Der bei jeder der Wicklungen 21a bis 21f erzeugte
Spannungspegel ist ein Quotient einer Zwischenanschlussspannung
(9 kV) geteilt durch die Windungszahl (6), was sich somit auf
1,5 kV beläuft. Als ein Ergebnis könnte es eine hohe
Potentialdifferenz von, die sich von 6 kV bis 9 kV erstreckt, zwischen
dem geerdeten Sekundärkern 18 und Wicklung 21a bis 21c geben,
die relativ dicht am Anschluss Vp angeordnet sind und ein relativ
höheres Potential haben.
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Wenn
im Gegensatz dazu das Zwischenteilstück geerdet ist, wie
in 5 und 6A und 6B der
vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben,
und ein Spannungspegel von 9 kV ähnlich zwischen den Anschlüssen
der Sekundärwicklung 21 erzeugt wird, gibt Anschluss
Vp einen Spannungspegel von +4,5 kV an, wohingegen Anschluss Vm
einen Spannungspegel von –4,5 kV angibt. In diesem Fall
beläuft sich die Differenz im Potential zwischen Sekundärkern 18 und
Wicklungen 21a bis 21c mit relativ höherem
Potential auf 4,5 kV beim Maximum bei Anschluss Vp. Ähnlich
beläuft sich die Differenz im Potential zwischen Sekundärkern 18 und
Wicklungen 21d bis 21f mit relativ niedrigem Potential
(relativ dichter zu Anschluss Vm angeordnet) auf 4,5 kV beim Maximum
bei Anschluss Vm. Dieses bedeutet, dass die Potentialdifferenz zwischen
Sekundärwicklung 21 und Sekundärkern 18 mittels
Erdung des Zwischenteilstücks von Sekundärwicklung 21 reduziert
werden kann.
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Die
oben beschriebene Ausgestaltung stellt den folgenden Betrieb und
Effekt bereit.
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Die
von der Wechselspannungsquelle 22 gelieferte Dreiphasen-Wechselspannung
(415 V) wird mittels Gleichrichter-Schaltkreis 23 gleichgerichtet, um
eine Gleichspannungsausgabe zu produzieren, die wiederum in eine
Hochfrequenzspannung mittels Wechselrichter-Schaltkreis 24 umgewandelt
wird. Die vom Wechselrichter-Schaltkreis 24 ausgegebene Hochfrequenzspannung
wird an Primärwicklung 20 des Rotations-Hochsetztransformators 15 angelegt, um
einen Hochfrequenz-Stromfluss zu erzeugen, der einen magnetischen
Fluss erzeugt, der durch die unterbrochene Linie in 4 angegeben
ist. Der magnetische Fluss überträgt eine Leistung
an die Sekundärseite, was folglich eine Hochfrequenzspannung zwischen
den Anschlüssen der Sekundärwicklung 21 erzeugt, die
wenigstens 150-mal größer als die zwischen den
Anschlüssen der Primärwicklung 20 angelegte
Hochfrequenzspannung ist. Die zwischen den Anschlüssen
der Sekundärwicklung 21 erzeugte Hochfrequenzspannung
wird mittels Gleichrichter-Schaltkreis 29 gleichgerichtet.
-
Die
vom Gleichrichter-Schaltkreis 29 ausgegebene Gleichspannung
wird an Röntgenröhre 7 angelegt. Der
Spannungspegel, der erforderlich ist, um Röntgen von Röntgenröhre 7 auszustrahlen,
ist ungefähr 70 kV bis 150 kV, obwohl er in Abhängigkeit vom
Typ der Röntgenröhre 7 variieren kann
(siehe Allgemeine Anforderungen für einen medizinischen Röntgenapparat:
JIS Z 4702 (General Requirements for High-voltage Generators of
Medical X-ray Apparatus)). Somit ist das Hochsetzverhältnis
des Rotations-Hochsetztransformators 15 gesetzt, um 70
kV der Gleichspannung, die unterste Grenze des oben beschriebenen
Bereichs, vom Gleichrichter-Schaltkreis 29 auszugeben.
-
Der
Maximalpegel der Wechselspannung von Wechselspannungsquelle 22 ist 415
V × √2 = 587
V. Das Verhältnis der zuvor erwähnten untersten Grenze
70 kV und des oben beschriebenen höchsten Pegels der Wechselspannung
ist 120. Unter Betrachtung des bei Gleichrichter-Schaltkreis 23,
Wechselrichter-Schaltkreis 24, Rotations-Hochsetztransformator 15 und
Gleichrichter-Schaltkreis 29 auftretenden Spannungsabfalls
erfordert der Rotations-Hochsetztransformator 15 eine Hochsetzverhältnis-Einstellung
von wenigstens "150". Die oben beschriebenen Einstellungen des Hochsetzverhältnisses
für den Rotations-Hochsetztransformator 15 ermöglichen
es, dass eine sich von 70 kV bis 150 kV erstreckende Spannung an
die Röntgenröhre 7 zur Ausstrahlung von
Röntgenröhren angelegt werden kann.
-
Die
Gleichspannungsausgabe vom Gleichrichter-Schaltkreis 27 wird
auch an Wechselrichter-Schaltkreis 25 geliefert. Wenn die
vom Wechselrichter-Schaltkreis 25 ausgegebene Hochfrequenzspannung
an Primärwicklung 26 des Rotationstransformators 16 ausgegeben
wird, um den Fluss eines Hochfrequenzstroms zu bewirken, wird ein
magnetischer Fluss erzeugt, wie es der Fall für den Rotations-Hochsetztransformator 15 war.
Der magnetische Fluss überträgt eine Leistung
an die Sekundärseite, um eine Hochfrequenzspannung zwischen
den Anschlüssen der Sekundärwicklung 28 zu
erzeugen, die dem Spannungspegel gleicht, der bei der Primärwicklung 26 erzeugt
ist. Die zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung 28 erzeugte
Hochfrequenzspannung wird mittels Gleichrichter-Schaltkreis 30 gleichgerichtet.
Die vom Gleichrichter-Schaltkreis 20 ausgegebene Gleichspannung wird
in eine Gleichspannung vom gewünschten Spannungspegel mittels
Steuerleistungsquelle 14 umgewandelt und danach an Komponenten
geliefert, wie beispielsweise Röntgendetektor 8 und
Kühler 9.
-
Als
Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Erzeugen
von Bildern mit Röntgen-CT-Vorrichtung 1 mit Verweis
auf 7 gegeben werden.
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Zuerst
wird Wechselrichter-Schaltkreis 25 getrieben, um eine durch
Wechselspannungsquelle 22 gelieferte Leistung an Drehteil 6 durch
Gleichrichter-Schaltkreis 23, Wechselrichter-Schaltkreis 25 und Rotationstransformator 16 zu
liefern, was wiederum Steuerleistungsquelle 14 aktiviert.
Die durch Steuerleistungsquelle 14 produzierte Ausgabe
aktiviert Röntgendetektor 8, Kühler 9,
Röntgensteuereinheit 11, Ringtunnel-Steuereinheit 12 und
DAS 13 (Schritt S1). Nach Platzieren des Bildgebungsgegenstandes im
Ringtunnel 2 bzw. Gantry 2 wird dann die erforderliche
Positionsinformation an die Ringtunnel-Steuereinheit 12 übertragen,
um den Gegenstand relativ zu dem Röntgenstrahler zu positionieren
(Schritt S2).
-
Nach
Positionierung des Gegenstandes wird der Bereich des Röntgenstrahls,
der auf den in Ringtunnel 2 platzierten Gegenstand zu strahlen
ist, bestimmt (Schritt S3). Nach Bestimmung des Bestrahlungsbereiches
wird eine Auswahl getätigt, ob oder nicht Drehteil 6 zu
drehen ist (Schritt S4). Wenn eine Drehung erforderlich ist ("Ja"-Entscheidung bei Schritt
S4 getätigt), wird eine Drehung des Drehteils 6 gestartet
(Schritt S4), und die Steuerung schreitet zum Schritt S6 voran.
-
Beim
Schritt S6 wird Wechselrichter-Schaltkreis 24 getrieben,
um eine durch Wechselspannungsquelle 22 bereitgestellte
Leistung an Drehteil 6 durch Gleichrichter-Schaltkreis 23,
Wechselrichter-Schaltkreis 24 und Rotationstransformator 15 zu liefern,
was wiederum das Abbilden des Gegenstandes startet. Wenn die Leistung
an den Drehteil 6 geliefert wird, heißt das, dass
die hochgesetzte Spannung an die Röntgenröhre 7 angelegt
wird, um Röntgenstrahlen auf den Gegenstand zu strahlen.
Die durch den Gegenstand geschrittenen Röntgenstrahlen
werden an den Röntgendetektor 8 eingegeben. Der
Röntgendetektor 8 wandelt die durch den Gegenstand
geschrittenen Röntgenstrahlen in Daten um, die das Zielteilstück
des Gegenstandes darstellen, und leitet die umgewandelten Daten
an den Bildprozessor 3 weiter. Auf Grundlage der weitergeleiteten
Daten erzeugt der Bildprozessor 3 ein Querschnittsbild
des Zielteilstücks des Gegenstandes und leitet das erzeugte
Bild an Anzeige 4 weiter. Anzeige 4 zeigt das
Querschnittbild zur Benutzeransicht.
-
Bei
Schritt S6 kann das vom Röntgendetektor 8 gelieferte
Detektierungssignal an Bildprozessor 3 wie verfügbar
weitergeleitet werden, während die Röntgenstrahl-Ausstrahlung
von Röntgenröhre 7 stattfindet. Alternativ
können Daten des Zielteilstücks bei Röntgendetektor 8 akkumuliert
werden, und können akkumulierte Daten an Bildprozessor 3 in
einem Stapel weitergeleitet werden, nachdem die Röntgenstrahl-Ausstrahlung
und die Drehung des Drehteils 6 vollendet worden sind.
-
Das
Abbilden bzw. die Bildgebung wird zu dem Moment beendigt, wenn das
erzeugte Querschnittsbild auf Anzeige 4 angezeigt wird,
wobei an dieser Stelle der Antrieb von Wechselrichter-Schaltkreis 24 gestoppt
wird und die Leistungsversorgung durch Rotations-Hochsetztransformator 15 gestoppt wird
(Schritt S7). Nach Vollendung des Abbildens bzw. der Bildung wird
die Drehung des Drehteils 6 gestoppt (Schritt S8).
-
Wenn
das Abbilden des Gegenstandes ohne Drehung des Drehteils 6 ausgeführt
wird (wenn eine "Nein"-Entscheidung bei Schritt S4 getätigt
wird), werden Schritte S9 und S10 anstelle der Schritte S6 und S7
ausgeführt. Schritte S9 und S10, die sich auf Operationen
erstrecken, die bei Bildprozessor 3 und Anzeige 4 durchgeführt
werden, unterscheiden sich von den Schritten S6 und S7 darin, dass
beim Schritt S9 der Bildprozessor 3 zweidimensionale Bilddaten, die
das Zielteilstück des Gegenstandes darstellen, an Anzeige 4 auf
Grundlage der weitergeleiteten Daten weiterleitet. Anzeige 4 zeigt
das weitergeleitete zweidimensionale Bild. Bei Schritt S10 wird
das Abbilden bzw. die Bildgebung bei dem Moment beendigt, wenn die
zweidimensionalen Daten auf Anzeige 4 angezeigt werden.
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Nachdem
die Drehung beim Schritt S8 gestoppt ist oder das Abbilden bzw.
die Bildgebung bei Schritt S10 beendigt ist, wird der Gegenstand
vom Ringtunnel 2 entfernt (Schritt S11). Durch Stoppen des
Antriebs des Wechselrichter-Schaltkreises 25 wird dann
die Leistungslieferung durch Rotationstransformator 16 zum
Beenden des Abbildens bzw. der Bildgebung gestoppt (Schritt S12).
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Für
den Fall, dass das Abbilden des Gegenstandes fortlaufend ausgeführt
werden muss, kann der Prozess zum Schritt S2 vom Schritt S11 zurückkehren
und Schritte S2 bis S11 wiederholen. Beim Positionieren des Objektes
bei Schritt S2 kann die Leistung an Röntgenröhre 7 durch
Rotations-Hochsetztransformator 15 zum Ausstrahlen von
Röntgenstrahlen zum Scann-Imaging geliefert werden. Scann-Imaging
ermöglicht eine akkurate Positionierung der Röntgenstrahl-Ausstrahlung
und gewinnt eine maximale Menge der Belichtung für die
Strahlung für jedes Teilstück des Gegenstandes
wieder, um es zu ermöglichen, dass die Röntgenstrahl-Ausstrahlung
optimiert wird.
-
Wie
oben beschrieben, eliminiert eine kontaktlose Übertragung
einer Leistung an Drehteil 6 vom stationären Teil 5 eine
Wartung abgenutzter Komponenten, was zuvor bei einer kontaktbasierten Übertragung
erforderlich war, wodurch die Systemzuverlässigkeit verbessert
wird. Die kontaktlose Übertragung trägt auch zur
Geräuschreduzierung bei, was den durch den Patient erlittenen
Stress reduziert, wenn die Vorrichtung bei medizinischen Anwendungen
verwendet wird. Da ferner kein schwergewichtiger Hochspannungstransformator
mehr bei Drehteil 6 bereitgestellt werden braucht, kann
Drehteil 6 in seiner Größe und seinem
Gewicht reduziert werden, was wiederum die Zentrifugalkraft bei
Drehung des Drehteils 6 reduziert. Die Reduzierung der Zentrifugalkraft
ermöglicht eine Zunahme der maximalen Umdrehungsgeschwindigkeit,
was die Qualität des erzeugten Bildes verbessert. Die Gewichtsreduzierung
des Drehteils 6 trägt zur Reduzierung des Elektrizitätsverbrauchs
zur Drehung des Drehteils 6 bei.
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Ferner
sind zwei Übertragungsabschnitte zur Leistungslieferung
vom stationären Teil 5 an Drehteil 6 bereitgestellt
worden. Der erste Übertragungsabschnitt liefert eine Leistung
von Röntgenröhre 7 durch den Rotations-Hochsetztransformator 15,
wohingegen der zweite Übertragungsabschnitt eine Leistung an
die anderen Komponenten, die bei Drehteil 6 bereitgestellt
sind, so wie Röntgendetektor 8 und Kühler 9,
durch Rotationstransformator 16 liefert. Somit wird Leistung
konstant an Steuersysteme, so wie Röntgendetektor 8,
Kühler 9 und Steuereinheit 11, geliefert,
und die Leistungslieferung kann für Röntgenröhre 7 allein
an-/ausgeschaltet werden. Solch eine Ausgestaltung ermöglicht
eine weitere Reduzierung des Elektrizitätsverbrauchs der
Röntgen-CT-Vorrichtung 1. Selbst wenn ein anormaler
Fehler in dem ersten Übertragungsabschnitt auftritt, ermöglicht
eine gleich bleibende Leistung, die an Röntgensteuereinheit 11 durch
den zweiten Übertragungsabschnitt geliefert wird, eine
Erfassung des anormalen Verhaltens der Röntgenröhre 7 mittels Röntgensteuereinheit 11,
so dass der Betrieb gestoppt werden kann, um einen sicheren und
zuverlässigen Notfallbetrieb bereitzustellen. Da eine gleichbleibende
Leistung an den Kühler 9 durch den zweiten Übertragungsabschnitt
geliefert wird, kann im Notfall Röntgenröhre 7 auf
einer konstanten Grundlage gekühlt werden, um einen zuverlässigen
Betrieb des Systems bereitzustellen.
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Wie
in 2 gesehen werden kann, ist der durch die unterbrochene
Linie eingeschlossene Raum innerhalb des Drehteils 6 verfügbar.
Dieser Raum kann genutzt werden, um einen zusätzlichen Satz
einer Röntgenröhre und eines Röntgendetektors
bereitzustellen, um die Dauer eines Bildgebungsprozesses zu reduzieren
und auch um die Qualität des erzeugten Bildes zu verbessern.
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Ferner
ist noch die Sekundärwicklung 21 des Rotations-Hochsetztransformators 15 bei
dem Zwischenteilstück (N × 1/2-te Windung) geerdet
worden, um die Potentialdifferenz zwischen der Sekundärwicklung 21 und
dem geerdeten Sekundärkern 18 zu reduzieren. Solch
eine Ausgestaltung ermöglicht eine Reduzierung der Länge
der Isolierung, die auf der Sekundärseite bereitgestellt
ist; die einen hohen Spannungspegel erduldet. Dieses reduziert folglich die
Distanz zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung,
was wiederum den Primärstrom reduziert. Darüber
hinaus ermöglicht ein kleinerer Wicklungsabstand ein kompaktes
System und ein System mit geringen Kosten.
-
Hier
wird im Nachfolgenden eine Beschreibung einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Verweis
auf 8 beschrieben werden.
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8 entspricht 1 der
ersten beispielhaften Ausführungsform. Elemente, die zu
der ersten beispielhaften Ausführungsform identisch sind,
sind durch identische Bezugssymbole ohne detaillierte Beschreibungen
dargestellt. Die Beschreibung wird hier im Nachfolgenden hinsichtlich
von Teilstücken gegeben werden, die sich unterscheiden.
Mit Verweis auf 8 unterscheidet sich Röntgen-CT-Vorrichtung 41 von
Röntgen-CT-Vorrichtung 1 darin, dass der Rotations-Hochsetztransformator 15 durch
Rotations-Hochsetztransformator 42 ersetzt ist, und darin, dass
Gleichrichter-Schaltkreis 29 durch Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 ersetzt
ist.
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Der
Rotations-Hochsetztransformator 42 ist in seiner Struktur
dem Rotations-Hochsetztransformator 15 ähnlich,
jedoch hat er ein unterschiedliches Hochsetzverhältnis.
Der Rotations-Hochsetztransformator 42 hat das Windungsverhältnis
von Primärwicklung 44 und Sekundärwicklung 45 gesetzt,
so dass das Hochsetzverhältnis auf "7" oder größer
beläuft. Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 (entsprechend
dem Spannungs-Hochsetzelement) umfasst einen Multiplex-Cockcrof
t-Walton-Schaltkreis und ist durch passive Komponenten ausgestaltet,
wie Dioden und Kondensatoren. Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform
umfasst der erste Übertragungsabschnitt 46 einen
Gleichrichter-Schaltkreis 23, Wechselrichter-Schaltkreis 24,
Rotations-Hochsetztransformator 42 und Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43.
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Bei
der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die
zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung 45 des
Rotations-Hochsetztransformators 42 erzeugte Hochfrequenzspannung gleichgerichtet
und durch Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 hochgesetzt,
und die hochgesetzte Spannung wird an Röntgenröhre 7 angelegt. Wie
früher beschrieben, erfordert Röntgenröhre 7 letztlich
eine Anlegung einer Gleichspannung, die sich von ungefähr
70 kV bis 150 kV erstreckt. Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform
die Spannung auf ungefähr 120 kV durch kombinierte Verwendung
des Rotations-Hochsetztransformators 42 und des Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreises 43 hochgesetzt.
-
Wenn
eine "Extra-Hochspannung" (über 7000 V an Wechselspannung)
bei der Sekundärseite des Rotations- Hochsetztransformators 42 erzeugt wird,
wird die Isolationsstruktur der Sekundärseite komplex.
Somit wird das Hochsetzverhältnis innerhalb des Bereiches
einer "Hochspannung" größer als 600 V aber gleich
oder kleiner als 7000 V gesetzt. Die normalerweise innerhalb des
zuvor erwähnten Bereiches von "Hochspannung" verwendete
Nennspannung ist 3300 v und 6600 V; jedoch ist es wünschenswert,
den Spannungspegel auf 3000 V einzurichten, was unter der Hälfte
des Hochspannungsbereiches ist. Das Verhältnis des als
Sekundärspannung erforderlichen Spannungspegels von 3000
V und der maximalen Wechselspannung 587 V der Wechselspannungsquelle
ist ungefähr "5". Unter Betrachtung des Spannungsabfalls
bei Gleichrichter-Schaltkreis 23, Wechselrichter-Schaltkreis 24 und
Rotations-Hochsetztransformator 42 muss das Hochsetzverhältnis des
Rotations-Hochsetztransformators 42 auf "7" oder größer
gesetzt werden. Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 muss
ausgestaltet sein, um es zu ermöglichen, dass die Sekundärspannung
(ungefähr 3000 V) des Rotations-Hochsetztransformators 42 auf
eine Gleichspannung von ungefähr 120 kV hochgesetzt wird.
-
Wie
oben beschrieben, können die Effekte der ersten beispielhaften
Ausführungsform sogar erzielt werden, wenn eine Gleichspannung
zum Ausstrahlen von Röntgenstrahlen für Röntgenröhre 7 in zwei
Schritten durch den Rotations-Hochsetztransformator 42 und
den Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis, bei Drehteil 6 bereitgestellt,
hochgesetzt wird. Da das Hochsetzverhältnis so gesetzt
worden ist, dass der Spannungspegel bei der Sekundärseite
des Rotations-Hochsetztransformators 42 sich auf 3000 V
innerhalb des Bereichs von "Hochspannung" bewegt, kann die Isolationsausgestaltung
bei der Sekundärseite im Vergleich dazu vereinfacht werden, als
wenn beispielsweise eine "Extra-Hochspannung", die 7000 V überschreitet,
bei der Sekundärseite erzeugt wird.
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Da
der Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 durch passive
Elemente ausgestaltet ist, resultiert der Versuch zum Erhöhen
des Hochsetzverhältnisses in einer Zunahme der Anzahl verwendeter
Teile. Somit ist das Hochsetzverhältnis des Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreises 43 bei
einem minimalen Verhältnis eingeschränkt, das
es ermöglichen würde, den Spannungspegel der Sekundärseite
des Rotations-Hochsetztransformators 42 auf den erforderlichen
Spannungspegel hochzusetzen, der an Röntgenröhre 7 zu
liefern ist. Indem die Anzahl der für den Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 verwendeten Teile
minimal gehalten wird, kann der Gleichrichter/Hochsetz-Schaltkreis 43 und
folglich der Drehteil 6 im Gewicht reduziert werden.
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Als
Nächstes wird eine Beschreibung hinsichtlich einer dritten
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
mit Verweis auf 9 gegeben werden.
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9 entspricht 1 der
ersten beispielhaften Ausführungsform. Elemente, die identisch
zur ersten beispielhaften Ausführungsform sind, sind durch
identische Bezugssymbole ohne detaillierte Beschreibungen dargestellt.
Hier im Nachfolgenden wird eine Beschreibung hinsichtlich der Teilstücke gegeben
werden, die sich unterscheiden. Mit Verweis auf 9 unterscheidet
sich die Röntgen-CT-Vorrichtung 51 von der Röntgen-CT-Vorrichtung 1 darin, dass
der Rotations-Hochsetztransformator 15 durch den Rotations-Hochsetztransformator 52 ersetzt
ist, und darin, dass der Hochsetz-Schaltkreis 53 zu dem stationären
Teil 5 hinzugefügt ist.
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Der
Rotations-Hochsetztransformator 52 ist in seiner Struktur
dem Rotations-Hochsetztransformator 15 ähnlich,
hat jedoch ein unterschiedliches Hochsetzverhältnis. Der
Rotations-Hochsetztransformator 52 hat das Windungsverhältnis
der Primärwicklung 54 und der Sekundärwicklung 55 so
gesetzt, dass das Hochsetzverhältnis sich auf "10" oder größer
beläuft. Der Hochsetz-Schaltkreis 53 (entsprechend
dem Hochsetzelement) umfasst beispielsweise einen Hochsetztransformator.
Bei der dritten beispielhaften Ausführungsform umfasst
ein erster Übertragungsabschnitt 56 Gleichrichter-Schaltkreis 23,
Wechselrichter-Schaltkreis 24, Hochsetz-Schaltkreis 53 und
Rotations-Hochsetztransformator 52.
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Der
Hochsetztransformator 53 setzt die vom Wechselrichter-Schaltkreis 24 ausgegebene
Hochfrequenzspannung hoch und legt die hochgesetzte Spannung an
Primärwicklung 20 des Rotations-Hochsetztransformators 52 an.
Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird
somit die Spannung auf den erforderlichen Spannungspegel (70 kV
bis 150 kV), der an die Röntgenröhre 7 zu liefern
ist, mittels kombinierter Verwendung des Hochsetz-Schaltkreises 53 und
des Rotations-Hochsetztransformators 52 hochgesetzt.
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Wie
früher beschrieben, wird die Isolationsstruktur bei der
Sekundärseite des Rotations-Hochsetztransformators 52 komplex,
wenn der Spannungspegel bei der Wicklung erhöht wird. Bei
der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die zwischen
den Anschlüssen der Sekundärwicklung 55 des
Rotations-Hochsetztransformators 52 erzeugte Spannung durch
Gleichrichter-Schaltkreis 29 gleichgerichtet und danach
an die Röntgenröhre 7 geliefert. Somit
muss die zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung 55 erzeugte
Spannung außergewöhnlich hoch sein, so dass sie
an Röntgenröhre 7 geliefert werden kann.
Das Hochsetzverhältnis ist derart gesetzt, so dass die
Spannung zwischen den Anschlüssen der Primärwicklung 54 bei
7 kV oder weniger ist, was in den Hochspannungsbereich (über 600
V aber kleiner oder gleich 7000 V) fällt. Somit ist das
Hochsetzverhältnis des Rotations-Hochsetztransformators 52 auf
"10" oder größer gesetzt. Der Hochsetz-Schaltkreis 53 muss
konfiguriert sein, um es zu ermöglichen, dass der maximale
Wechselspannungspegel 587 V der Wechselspannungsquelle 22 auf
eine Gleichspannung von ungefähr 7 kV hochgesetzt wird.
Der Spannungspegel bei der Primärseite des Dreh-Hochsetztransformators 52 ist
somit bei 7 kV oder weniger (innerhalb des Bereiches der Hochspannung)
eingerichtet, um es zu ermöglichen, dass die Isolationsstruktur
der Primärseite vereinfacht wird.
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Wie
oben beschrieben können die Effekte der ersten beispielhaften
Ausführungsform sogar erzielt werden, wenn die Gleichspannung
zum Ausstrahlen von Röntgenstrahlen für Röntgenröhre 7 in zwei
Schritten mittels Hochsetz-Schaltkreis 53 und Rotations-Hochsetztransformator 52 hochgesetzt wird.
Da der Hochsetz-Schaltkreis 53 im stationären Teil 5 platziert
ist, kann ferner der Drehteil 6 weiter im Gewicht reduziert
werden.
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Als
Nächstes wird hier im Nachfolgenden eine Beschreibung hinsichtlich
einer vierten beispielhaften Ausführungsform mit Verweis
auf 10A bis 13 gegeben
werden.
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Die
vorliegende beispielhafte Ausführungsform stellt ein modifiziertes
Beispiel der Form des in der ersten beispielhaften Ausführungsform
beschriebenen Sekundärkerns bereit.
10A,
11A und
12A entsprechen
3,
die die erste beispielhafte Ausführungsform veranschaulicht,
und Elemente, die zu der ersten beispielhaften Ausführungsform
identisch sind, sind durch identische Bezugssymbole ohne detaillierte
Beschreibungen dargestellt.
10B,
11B und
12B zeigen
die Positionierung des Kerns relativ zu der Wicklung. In
10B,
11B und
12B gibt ein weißer Kreis (O) den Start
einer Wicklung an, und gibt ein schwarzer Kreis
das
Ende der Wicklung an. Das schraffierte Teilstück, das die
Wicklung umgibt, gibt den Kern an. Es ist zu beachten, dass der
Sekundärkern auf der Oberseite in
10A bis
12B gezeigt ist.
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Mit
Verweis auf 10A enthält Rotations-Hochsetztransformator 61 einen
ringförmigen Primärkern 17 und einen
bogenförmigen Sekundärkern 62 mit einem
Mittelwinkel von 180 Grad. Wie in 10B gesehen
werden kann, ist der Mittelwinkel des Gebietes, wo Primärkern 17 und
Sekundärkern 62 zueinander gegenüberstehen
(hier im Nachfolgend als gegenüberstehender Winkel bezeichnet), 180 Grad.
Mit Verweis auf 11A enthält der Rotations-Hochsetztransformator 63 einen
ringförmigen Primärkern und eine Sekundärkern 64 mit
einem Mittelwinkel von 90 Grad. Wie in 11B gesehen
werden kann, hat der Primärkern 17 und der Sekundärkern 64 des
Rotations-Hochsetztransformators 63 einen gegenüberstehenden
Winkel von 90 Grad. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform entsprechen
der Sekundärkern 62 und die Sekundärwicklung 21,
und der Sekundärkern 64 und die Sekundärwicklung 21 jeweils
der Sekundärseite.
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13 gibt
die Beziehung zwischen einem gegenüberstehenden Winkel
von Primär- und Sekundärkernen, Effizienz des
Rotations-Hochsetztransformators, Gewichtsverhältnis und
Primärstromverhältnis an. Das Kerngewichtsverhältnis
und das Primärstromverhältnis geben eine relative
Beziehung für den Rotations-Hochsetztransformator 15 (mit
einem gegenüberstehenden Winkel des Primärkerns
und des Sekundärkerns von 360 Grad) an, was durch 1 dargestellt
ist. In diesem Fall ist die Effizienz des Rotations-Hochsetztransformators 15 beispielsweise ungefähr
91%.
-
Gemäß der
Ausgestaltung mit einem gegenüberstehenden Winkel 180 Grad,
in 10A und 10B angegeben,
wird die Effizienz geringfügig verringert und nimmt das
Primärstromverhältnis geringfügig zu;
jedoch wird das Kerngewichtsverhältnis umfangreich reduziert
(Gewichtsverhältnis = 0,75). Gemäß der
Ausgestaltung mit einem gegenüberstehenden Winkel = 90
Grad, in 11A und 11B gezeigt,
ist die Effizienz ähnlich geringfügig verringert und
das Primärstromverhältnis geringfügig
erhöht; jedoch ist das Kerngewichtsverhältnis
umfangreich reduziert (Gewichtsverhältnis = 0,625). Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass mit Abnahme des gegenüberstehenden
Winkels zwischen dem Primärkern und dem Sekundärkern
das Kerngewichtsverhältnis beträchtlich zu Kosten
eines folgenden Zuwachses beim Leckstrom reduziert wird, der die
Effizienz reduziert und den Primärstrom erhöht.
-
Die
Verwendung des Rotations-Hochsetztransformators 61 oder 63 der
vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ermöglicht
es, dass das Gewichtsverhältnis des Kerns (in diesem Fall
des Sekundärkerns) reduziert werden kann, während
der Effizienzgrad und das Primärstromverhältnis,
die bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, aufrecht erhalten
werden. Als ein Ergebnis kann das Gewicht des Drehteils 6 weiter
reduziert werden, während der Betrieb und der Effekt der
ersten beispielhaften Ausführungsform erzielt werden. Die
Gewichtsreduzierung des Drehteils 6 ermöglicht
ferner eine Qualitätsverbesserung des erzeugten Bildes
und eine Reduzierung des Elektrizitätsverbrauchs. Ferner
kann der Sekundärkern mit einem geringeren Materialverbrauch
(so wie Magnetstahl bzw. Elektrostahl oder Ferritkern) hergestellt
werden, um Herstellungskosten zu reduzieren.
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Wenn
die Abnahme der Effizienz des Rotations-Hochsetztransformators und
die Zunahme des Primärstroms innerhalb eines zulässigen
Bereiches ist, kann der Sekundärkern weiter größenmäßig
auf einen Mittelwinkel zwischen 180 Grad bis 90 Grad oder sogar
weniger als 90 Grad reduziert werden. Die einzige Voraussetzung
ist mit anderen Worten, dass der Mittelwinkel des bogenförmigen
Kerns 180 Grad oder weniger ist. Wie beim Rotations-Hochsetztransformator 65 von 12A und 12B gesehen
werden kann, kann ferner entweder der Primärkern oder der
Sekundärkern eliminiert werden. Darüber hinaus kann
der Sekundärkern beispielsweise zwei Bögen mit
jeweils einem Mittelwinkel von 90 Grad oder beispielsweise drei
Bögen mit jeweils einem Mittelwinkel von 30 Grad umfassen.
Der Sekundärkern kann mit anderen Worten eine Vielzahl
bogenförmiger Kerne umfassen, die sich auf einen Gesamtmittelwinkel
von 180 Grad oder weniger belaufen.
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Als
Nächstes wird eine fünfte beispielhafte Ausführungsform
mit Verweis auf 14A bis 15C beschrieben
werden.
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Die
vorliegende beispielhafte Ausführungsform beschreibt modifizierte
Beispiele der Primär- und Sekundärkerne, die bei
der ersten bis dritten beispielhaften Ausführungsform beschrieben
sind. 14A und 15A entsprechen 10A der vierten beispielhaften Ausführungsform,
und 14B und 15B entsprechen 10B. 15C ist
eine perspektivische Teildarstellung in aufgelösten Einzelteilen
des Rotations-Hochsetztransformators.
-
Mit
Verweis auf 14A umfasst der Rotations-Hochsetztransformator 71 einen
Primärkern 72, der aus zwei Kernen 72a und 72b zusammengesetzt ist,
die als 90-Grad-Bögen gebildet sind, und einen Sekundärkern 73,
der aus vier Kernen 73a bis 73b zusammengesetzt
ist, die als 45-Grad-Bögen gebildet sind. Wie in 14B gesehen werden kann, sind die Kerne 72a und 72d bei
einem 180-Grad-Intervall (gleichmäßig beabstandet)
angeordnet und sind die Kerne 73a bis 73d bei
90-Grad-Intervallen (gleichmäßig beabstandet)
angeordnet. Der Primärkern 72 und der Sekundärkern 73 definieren
einen gegenüberstehenden Winkel von 90 Grad. Das heißt,
dass der gesamte gegenüberstehende Winkel zwischen den Kernen 72a und 72b und
den Kernen 73a bis 73d sich auf 90 Grad ungeachtet
der Drehposition des Sekundärkerns 73 beläuft.
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Mit
Verweis auf 15A umfasst der Rotations-Hochsetztransformator 74 einen
Primärkern 75, der aus zwei Kernen 75a und 75b zusammengesetzt ist,
die als 90-Grad-Bögen gebildet sind, und einen Sekundärkern 76,
der aus vier Kernen 76a bis 76d zusammengesetzt
ist, die als 5-Grad-Bögen gebildet sind. Wie in 15B gesehen werden kann, sind die Kerne 75a und 75b bei
einem 180-Grad-Intervall (gleichmäßig beabstandet)
angeordnet und sind die Kerne 76a bis 76b bei
90-Grad-Intervallen (gleichmäßig beabstandet)
angeordnet. Wie in 15B und 15C gesehen
werden kann, definieren der Primärkern 75 und
der Sekundärkern 76 einen gegenüberstehenden
Winkel von 10 Grad. Das heißt, dass der gesamte gegenüberstehende
Winkel zwischen den Kernen 75a und 75b und den
Kernen 76a bis 76d sich auf 10 Grad ungeachtet
der Drehposition des zweiten Kerns 76 beläuft.
Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform entsprechen
der Primärkern 72 und die Primärwicklung 20 und
der Primärkern 75 und die Primärwicklung 20 der
Primärseite, wohingegen der Sekundärkern 73 und
die Sekundärwicklung 21 und der Sekundärkern 76 und
die Sekundärwicklung 21 der Sekundärseite
entsprechen.
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Die
Verwendung des Rotations-Hochsetztransformators 71 ermöglicht
es, dass das Gewichtsverhältnis des Kerns reduziert wird,
während der Effizienzgrad und das Primärstromverhältnis
aufrecht erhalten werden, die bei der in 11A und 11B der vierten beispielhaften Ausführungsform
angegebenen Ausgestaltung (mit einem gegenüberstehenden
Winkel von 90 Grad) erzielt werden. Die Verwendung des Rotations-Hochsetztransformators 74 ermöglicht
ferner, dass das Gewichtsverhältnis des Kerns weiter reduziert
wird, während der Effizienzgrad und das Primärstromverhältnis
aufrecht erhalten werden, die bei der Ausgestaltung (nicht gezeigt) mit
einem gegenüberstehenden Winkel von 10 Grad in der vierten
beispielhaften Ausführungsform erzielt werden.
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Gemäß der
vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann der Materialverbrauch
von Materialien, so wie Magnetstahl bzw. Elektrostahl und Ferritkern,
bei den Kernen reduziert werden, während der Betrieb und
der Effekt der ersten beispielhaften Ausführungsform erzielt
wird, um Herstellungskosten zu reduzieren. Da die Kerne 73a bis 73d (76a bis 76d)
des Sekundärkerns 73 und 76 bei einem
konstanten Winkelintervall von 90 Grad angeordnet worden sind, wird
darüber hinaus das Gewicht des Drehteils 6 besser
ausgeglichen. Die oben beschriebene Ausgestaltung vermeidet eine
Drehvarianz des Drehteils 6.
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Der
Winkel θ1 der jeden Kern umfassenden Bögen und
die durch n dargestellte Anzahl der in dem Primärkern bereitgestellten
Kerne ist nicht auf die oben beschriebene Ausgestaltung begrenzt,
sondern kann irgendeinen gegebenen Wert annehmen, der die folgende
Formel erfüllt. θ1
= 180/n[Grad] (1)
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Der
Winkel θ2 der jeden Kern umfassenden Bögen in
dem Sekundärkern ist nicht auf die oben beschriebene Ausgestaltung
begrenzt, sondern kann irgendeinen gegebenen Wert annehmen, der
die folgende Formel erfüllt. θ2 < θ1[Grad] (2).
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Die
vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen und
veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen begrenzt,
sondern kann wie folgt modifiziert oder erweitert werden.
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Die
Leistungsübertragung vom stationären Teil 5 an
Drehteil 6 braucht nicht durch zwei Übertragungsabschnitte
geleistet zu werden. Rotationstransformator 16, Wechselrichter-Schaltkreis 25 und Gleichrichter-Schaltkreis 30 sind
mit anderen Worten nicht erforderlich. In solch einem Fall kann
die vom stationären Teil 5 an den Drehteil 6 durch
den Rotations-Hochsetztransformator 15 gelieferte Leistung durch
einen Leistungsquellen-Schaltkreis oder dergleichen runtergesetzt
werden und bei dem Drehteil 6 bereitgestellten Komponenten,
so wie ein Kühler, bereitgestellt werden.
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Für
den Fall, dass eine ausreichende Länge einer Isolierung
bei der Sekundärseite des Rotations-Hochsetztransformators
bereitgestellt werden kann, braucht die Sekundärwicklung
nicht bei der Zwischenwicklungswindung geerdet zu sein.
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Wenn
in der vierten beispielhaften Ausführungsform das Gewicht
des Drehteils 6 ausreichend reduziert worden ist, kann
die Ausgestaltung des Primärkerns und des Sekundärkerns
umgekehrt werden. Der Sekundärkern kann mit anderen Worten ringförmig
in seiner Form sein, und der Primärkern kann als Bögen
mit einem Mittelwinkel von 180 Grad oder weniger gebildet sein.
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Die
vorhergehende Beschreibung und die Zeichnungen veranschaulichen
lediglich die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung und sollen
nicht in einem beschränkenden Sinn aufgefasst werden. Vielfältige Änderungen
und Modifizierungen werden dem Durchschnittsfachmann ersichtlich
werden. Solche Änderungen und Modifizierungen sollen in
den wie durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich
fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-222722 [0001]
- - JP 3827335 B [0004]
