DE102014204767A1

DE102014204767A1 - Diagnostische Scanvorrichtung

Info

Publication number: DE102014204767A1
Application number: DE102014204767.6A
Authority: DE
Inventors: Craig McFarland; Hans-Jürgen Müller; Jeffrey Russell Smithanik; Christian Willming
Original assignee: SKF Magnetic Bearings; Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De; SKF Magnetic Bearings
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-18
Also published as: DE102014204767A8; CN104545965A; JP6359301B2; US20140270051A1; US9538963B2; CN104545965B; JP2014180578A

Abstract

Eine diagnostische Scanvorrichtung beinhaltet einen hohlen Rotor in einer zur Aufnahme eines Patienten geeigneten Größe. Der erste und der zweite Flansch sind mit dem Rotor verbunden und verlaufen in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Flansch mindestens teilweise aus magnetisch permeablem Material bestehen. Eine Strahlungsquelle ist am ersten Flansch und/oder dem Rotor angebracht. Ein erster axialer Aktuator erzeugt ein variables magnetisches Feld, ist fest angrenzend an den ersten Flansch angeordnet und kann den ersten Flansch magnetisch in eine erste axiale Richtung des Rotors ziehen. Ein zweiter axialer Aktuator erzeugt ein variables magnetisches Feld, ist fest angrenzend an den zweiten Flansch angeordnet und kann den zweiten Flansch magnetisch in eine zweite axiale Richtung des Rotors ziehen, die entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ist. Die ersten und zweiten axialen Aktuatoren sind beide mindestens im Wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch angeordnet.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegenden Lehren beziehen sich im Allgemeinen auf eine diagnostische Scanvorrichtung, wie ein computertomografisches Bildgebungssystem, das über eines oder mehrere Magnetlager zur drehbaren Lagerung eines ringförmigen Rotors oder einer ringförmigen Gantry verfügt. Die vorliegenden Lehren beziehen sich auch allgemeiner auf Anordnungen zur drehbaren Lagerung eines ringförmigen Rotors, der sich z. B. in einer im Wesentlichen vertikalen oder horizontalen Ebene dreht und über eines oder mehrere Magnetlager verfügt.
STAND DER TECHNIK
Bekannte Bildgebungssysteme für die Computertomografie (CT) beinhalten ein drehbare ringförmige Gantry bzw. einen drehbaren ringförmigen Rotor mit einer Gantryöffnung zur Aufnahme eines Patienten oder sonstigen intern abzubildenden Objekts. Bei normalen CT-Anwendungen wird eine Röntgenstrahlenquelle auf der ringförmigen Gantry angebracht und strahlt einen fächerförmigen, keilförmigen oder kegelförmigen Röntgenstrahl in die Ebene der Gantrydrehung aus. Der Röntgenstrahl dringt durch den Patienten, während sich die ringförmige Gantry dreht und die abgeschwächten Röntgenstrahlen von einer Detektoranordnung abgetastet werden, die sich gegenüber der Röntgenstrahlenquelle auf der Gantry befindet.
Während sich die ringförmige Gantry dreht, kann so eine Reihe von Röntgenstrahl-Projektionen oder 2-D-Schnitten des Patienten aus verschiedenen Winkeln erhalten werden. Diese Projektionen werden mathematisch rekonstruiert, um ein tomografisches Bild jedes Schnittes zu erzeugen. Der Patient kann axial durch die Öffnung bewegt werden, um Daten auf angrenzenden Schnitten zu erhalten, und die Schnitte können kombiniert werden, um ein interessierendes 3-D-Bild zu erstellen.
Im Allgemeinen sind höhere Rotationsgeschwindigkeiten wünschenswert, um die zur Erstellung der interessierenden tomografischen Darstellung und/oder zur Bereitstellung von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen oder „Standbildern“ erforderliche Zeit zu reduzieren. Höhere Drehgeschwindigkeiten führen jedoch oft zu Problemen in Bezug auf die statische und dynamische Balance der drehenden ringförmigen Gantry.
In der Vergangenheit wurde versucht, durch die Einstellung sehr enger Toleranzen für den Schwerpunkt und die Massen der auf der Gantry angebrachten Komponenten die Balance der Gantry zu erhalten. Diese Komponenten beinhalten im Allgemeinen die Röntgenstrahlenquelle und den Detektor, die Signalverarbeitungsschaltung, Netzteile und Kühlsysteme. Die Gantry kann dann manuell durch Zufügen und Anpassen von Ausgleichsgewichten ausbalanciert werden, was eine zeitaufwendige und schwierige Aufgabe ist.
Somit hat die Notwendigkeit, während des Betriebs auftretende Ungleichgewichte dynamisch auszugleichen, relativ komplexe Lösungen erfordert, wie die in US-Patent Nr. 6.748.806 beschriebene Lösung, bei der die Positionen von auf der ringförmigen Gantry angebrachten beweglichen Gewichten während des Betriebs verändert werden, um das dynamische Gleichgewicht der ringförmigen Gantry zu erhalten.
Wenn es überdies notwendig wird, die die Gantry stützenden mechanischen Lager zu ersetzen oder zu warten, ist nachträgliches Nachwuchten vor Ort schwieriger als Auswuchten während des Herstellungsverfahrens und führt außerdem zu einem Verlust von wertvoller Nutzungszeit für das System. Zusätzlich ist das erneute Aufbringen von Schmierstoffen, z. B. Lagerfett, in einer sterilen Umgebung wie etwa einer medizinischen Einrichtung ebenfalls problematisch.
In US-Patent Nr. 7.277.523 wird die Verwendung von mechanischen Hochgeschwindigkeitslagern, Luftlagern, Magnetlagern oder dergleichen zur drehbaren Lagerung der ringförmigen Gantry erwähnt, es werden aber keine Einzelheiten in Bezug auf die Konstruktion der Lager genannt. In US-Patent Nr. 7.023.952 werden Luftlager für die drehbare Lagerung der ringförmigen Gantry einer diagnostischen Scanvorrichtung offenbart.
WO 2010/026523 A2 offenbart eine drehende Ringvorrichtung, die Mittel der Magnetschwebetechnik für das Schweben und Drehen eines drehenden Rings relativ zu einem stationären Ring beinhaltet.
US 5.481.585 offenbart ein CT-Gerät, bei dem Magnete für die Magnetschwebetechnik verwendet werden, um einen Rotor in der Schwebe zu halten, der mittels einer besonderen Antriebseinrichtung um seine Hauptachse rotiert.
US 2011/0194669 offenbart eine diagnostische Scanvorrichtung, wie etwa ein CT-Gerät, bei der ein Magnetlagersystem verwendet wird und die eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Allerdings sind noch weitere Verbesserungen möglich.
KURZFASSUNG
Es ist ein Zweck der vorliegenden Offenlegung, eine verbesserte diagnostische Scanvorrichtung bereitzustellen, z. B. ein verbessertes computertomografisches Bildgebungssystem.
Zusätzlich oder als Alternative ist es ein Zweck der vorliegenden Offenlegung, ein verbessertes Design für die drehbare Lagerung eines ringförmigen Rotors bereitzustellen, bei dem ein Magnetlagersystem bzw. eine Magnetlageranordnung eingesetzt wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren wird eine Magnetlageranordnung für einen Rotor offenbart, der das Konzept der Magnetschwebetechnik für das Anheben und/oder die drehbare Lagerung des Rotors nutzt, damit er sich reibungsfrei drehen kann. Der Rotor ist vorzugsweise so konstruiert, dass er sich um eine im Wesentlichen horizontale Achse dreht, damit die radiale Richtung des Rotors sich in einer vertikalen oder im Wesentlichen vertikalen Ebene befindet. Ein solches System kann jedoch auch dergestalt ausgelegt sein, dass es das Kippen der Hauptachse um beispielsweise +/–30º oder darüber zulässt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren kann der Rotor um eine vertikale Achse oder im Wesentlichen vertikale Achse rotieren, die auch ein Kippen um beispielsweise +/–30º oder darüber zulässt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren enthält eine Vorrichtung vorzugsweise einen Rotor, der um eine Hauptachse rotiert. Ein Magnetlagersystem beeinflusst die Position des ringförmigen Rotors im dreidimensionalen Raum und kann vorzugsweise mindestens drei Aktuatoren enthalten, so wie mindestens einen Aktuator, der die Kraft für das Heben des ringförmigen Rotors in vertikaler Richtung erzeugt, mindestens einen Aktuator, der die Position des ringförmigen Rotors in der radialen Richtung des Rotors beeinflusst und mindestens zur Aufrechterhaltung eines ringförmigen Spalts zwischen mindestens einem nicht magnetischen Lager und dem ringförmigen Rotor in radialer Richtung während des Betriebs beiträgt, und mindestens einen Aktuator, der die Position des ringförmigen Rotors in der axialen Richtung des Rotors beeinflusst. Der Hubaktuator kann mit einem des radialen Aktuators und/oder des axialen Aktuators kombiniert werden, sodass der radiale Aktuator, z. B. auch eine Rotorhebefunktion durchführt und/oder der axiale Aktuator ebenfalls eine Rotorhebefunktion durchführt.
Eine solche Vorrichtung kann außerdem mindestens eine auf den Rotor montierte Strahlungsquelle enthalten, sodass die Vorrichtung für Scanning und/oder bildgebende Anwendungen konfiguriert ist.
Zusätzlich oder als Alternative enthält die Vorrichtung vorzugsweise einen ersten und zweiten Flansch, die mit dem Rotor verbunden sind und in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen und eine dazwischenliegende Vertiefung oder einen dazwischenliegenden Hohlraum definieren, d. h. der Rotorkörper und der erste und der zweite Flansch formen vorzugsweise ein U im Axialquerschnitt, das die Vertiefung oder den Hohlraum definiert. Mindestens der Aktuator mit Auswirkung auf die Position des ringförmigen Rotors in der axialen Richtung des Rotors ist innerhalb der Vertiefung oder des Hohlraumes fest angeordnet, obwohl vorzugsweise sämtliche Aktuatoren innerhalb der Vertiefung oder des Hohlraumes angeordnet sind.
Zusätzlich oder als Alternative kann die Vorrichtung vorzugsweise ein stationäres Gehäuse oder einen Rahmen mit einem Montageflansch (oder Stator) enthalten, der sich radial nach innen in die Vertiefung oder in den zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch definierten Raum erstreckt. Eines oder mehrere Geräte können auf dem Montageflansch befestigt werden, wie zum Beispiel einer oder mehrere der oben genannten Aktuatoren, die dafür vorgesehen sind, die Position des ringförmigen Rotors während des Betriebs aktiv anzupassen oder zu steuern, ein oder mehrere Dauermagnete, die für das passive Anheben des ringförmigen Rotors vorgesehen sind, ein oder mehrere Dauermagnete, die für den Ausgleich einer Kippkraft oder eines Kippmomentes verursacht durch das Gewicht der Geräte (wie z. B. der Strahlungsquelle und/oder des Detektors) vorgesehen sind, die am Rotor und/oder einem der Flansche befestigt sind, eine oder mehrere axiale Anschlagflächen zum Schutz der Geräte, die an dem Montageflansch befestigt sind, und/oder zur axialen Lagerung des Rotors im Störfall, wie z. B. bei Stromausfall.
Zusätzlich oder als Alternative können der eine oder die mehreren Dauermagnete, die für den Ausgleich der Kippkraft oder des Kippmomentes vorgesehen sind, welche durch das Gewicht der Geräte (wie z. B. der Strahlungsquelle und/oder des Detektors), die am Rotor und/oder einem Flansch davon befestigt sind, entstehen, mit einem Rotor ohne Flansch, einem einzelnen radial verlaufenden Flansch oder mindestens zwei radial verlaufenden Flanschen verwendet werden. In einer Ausführungsform, die keinen Flansch oder einen einzelnen, radial verlaufenden Flansch verwendet, ist vorzugsweise mindestens ein erster Dauermagnet auf einer axialen Seite des Rotors und/oder des einzelnen radial verlaufenden Flansches angeordnet, und mindestens ein zweiter Dauermagnet ist auf der gegenüberliegenden axialen Seite des Rotors und/oder des einzelnen radial verlaufenden Flansches angeordnet. Der erste und zweite Dauermagnet können z. B. an zwei Montageflanschen befestigt werden, die vom stationären Gehäuse radial nach innen verlaufen. Der mindestens eine erste Dauermagnet ist vorzugsweise höher in der vertikalen Richtung des stationären Gehäuses oder des Rotors angeordnet als der mindestens eine zweite Dauermagnet. Weiterhin ist der mindestens eine erste Dauermagnet vorzugsweise an der axialen Seite des Rotors und/oder des einzigen radial verlaufenden Flansches angeordnet, der sich axial gegenüber den Geräten (z. B. einer Strahlungsquelle und/oder einem Detektor) befindet, welche am Rotor befestigt sind und die Kippkraft oder das Kippmoment auslösen. Der weiter unten angeordnete mindestens eine zweite Dauermagnet ist vorzugsweise auf der gleichen axialen Seite des Rotors und/oder des einzigen radial verlaufenden Flansches angeordnet, wie die das Kippen verursachenden Geräte.
Zusätzlich oder als Alternative können die eine oder die mehreren axialen Anschlagflächen, die zum Schutz der Geräte, die an dem Montageflansch befestigt sind, und/oder zur axialen Lagerung des Rotors im Störfall, wie z. B. bei Stromausfall, mit einem Rotor ohne Flansch, einem einzelnen radial verlaufenden Flansch oder mindestens zwei radial verlaufenden Flanschen verwendet werden. In einer Ausführungsform, die keinen Flansch oder einen einzelnen, radial verlaufenden Flansch verwendet, ist vorzugsweise mindestens eine erste axiale Anschlagfläche auf einer axialen Seite des Rotors und/oder des einzelnen radial verlaufenden Flansches angeordnet, und mindestens eine zweite axiale Anschlagfläche ist auf der gegenüberliegenden axialen Seite des Rotors und/oder des einzelnen radial verlaufenden Flansches angeordnet. Die erste und die zweite axiale Anschlagfläche können z. B. jeweils an zwei Montageflanschen befestigt werden, die vom stationären Gehäuse radial nach innen verlaufen. Die erste und zweite axiale Anschlagfläche können als Option auch paarweise um die Peripherie des Rotors (oder eines seiner Flansche) angeordnet oder zueinander versetzt in Umlaufrichtung angeordnet sein.
In weiteren Aspekten der vorliegenden Lehren sind die nachfolgenden, nicht einschränkenden Ausführungsformen offenbart:

1. Eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Rotor (z. B. einen ringförmigen Rotor), der um eine Hauptachse rotiert, einen hohlen Innenraum aufweist und mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material umfasst, erste und zweite Flansche, die mit dem Rotor verbunden sind und in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Flansch mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material umfassen, einen ersten axialen Aktuator, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert und angrenzend an den ersten Flansch fest angeordnet ist, wobei der erste axiale Aktuator zum magnetischen Anziehen des ersten Flansches (und damit des Rotors) in einer ersten axialen Richtung des Rotors konfiguriert ist, und einen zweiten axialen Aktuator, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert und angrenzend an den zweiten Flansch fest angeordnet ist, wobei der zweite axiale Aktuator zum magnetischen Anziehen des zweiten Flansches (und damit des Rotors) in einer zweiten axialen Richtung des Rotors konfiguriert ist, der sich gegenüber der ersten axialen Richtung befindet, wobei der erste und der zweite axiale Aktuator beide zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch angeordnet sind.
2. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 1, wobei der erste Flansch mit dem Rotor ohne Naht dazwischen einstückig ausgebildet ist, und der zweite Flansch lösbar an dem Rotor befestigt ist.
3. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 1 oder 2, wobei: der erste und der zweite Flansch ringförmig sind, der erste und der zweite ringförmige Flansch mindestens im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und der Rotor und der erste und der zweite ringförmige Flansch eine Rotoranordnung bilden, die mindestens im Wesentlichen eine U-Form im Querschnitt aufweist.
4. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 3, wobei durch angrenzende Flächen auf dem Rotor und dem ersten und zweiten ringförmigen Flansch eine Vertiefung oder ein Hohlraum definiert ist.
5. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–4, wobei der erste und zweite axiale Aktuator jeweils mindestens eine um mindestens einen Statorkern angeordnete Spulenwicklung umfassen.
6. Die Vorrichtung wie in den Ausführungsformen 1–5, wobei: der erste und der zweite axiale Aktuator jeweils einen im Wesentlichen U-förmigen Statorkern umfassen, der den ersten und den zweiten Schenkel definiert, und erste und zweite Spulenwicklungen jeweils um den ersten und den zweiten Schenkel des Statorkerns gewickelt sind.
7. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–6, welche ferner Folgendes umfasst: ein stationäres Gehäuse mit einem Montageflansch, z. B. einem ringförmigen Montageflansch, der von dem stationären Gehäuse radial nach innen in die Vertiefung oder den Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten (ringförmigen) Flansch verläuft, wobei der erste axiale Aktuator an einer ersten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist, die dem ersten (ringförmigen) Flansch am nächsten ist, und der zweite axiale Aktuator an einer zweiten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist, die dem zweiten (ringförmigen) Flansch am nächsten ist, wobei sich die zweite axiale Seite gegenüber der ersten axialen Seite befindet.
8. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 7, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: mindestens drei erste axiale Aktuatoren, die an der ersten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches angebracht sind und vorzugsweise ungefähr abstandsgleich zueinander um die Peripherie des (ringförmigen) Montageflansches herum angeordnet sind und mindestens drei zweite axiale Aktuatoren, die an der zweiten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches angebracht sind und vorzugsweise ungefähr abstandsgleich zueinander um die Peripherie des (ringförmigen) Montageflansches herum angeordnet sind.
9. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 7 oder 8, welche ferner Folgendes umfasst: mindestens einen am Rotor und/oder am ersten (ringförmigen) Flansch befestigten Bügel, der sich axial nach außerhalb des Rotors und des ersten (ringförmigen) Flansches erstreckt, mindestens einen ersten Dauermagnet, der an der ersten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist, und mindestens einen zweiten Dauermagnet, der an der zweiten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist.
10. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 9, wobei der mindestens eine Bügel an einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungsdetektor befestigt ist.
11. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 9 oder 10, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet und der mindestens eine zweite Dauermagnet zusammen keine Nettokraft an den Rotor in der axialen Richtung anlegen, aber ein Nettodrehmoment an den Rotor anlegen, das eine (ein) durch das Gewicht des axial außerhalb des Rotors und des ersten (ringförmigen) Flansches angeordneten Bügels und der am Bügel angebrachten Geräte, wie zum Beispiel der Strahlungsquelle oder des Strahlungsdetektors, ausgelöste Kippkraft(-last) oder ausgelöstes Kippmoment ausbalanciert oder ausgleicht.
12. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 9–11, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet höher in der vertikalen Richtung des stationären Gehäuses angeordnet ist als der mindestens eine zweite Dauermagnet.
13. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 9–12, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet im Allgemeinen an oder proximal zu einer höchsten vertikalen Position des (ringförmigen) Montageflansches angeordnet ist und der mindestens eine zweite Dauermagnet im Allgemeinen an oder proximal zu einer untersten vertikalen Position des (ringförmigen) Montageflansches angeordnet ist.
14. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 9–13, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet und/oder der mindestens eine zweite Dauermagnet mindestens zwei separate und unterschiedliche Dauermagneten beinhaltet, die auf spiegelsymmetrische Weise relativ zu einer vertikalen Achse des Rotors, die durch die Hauptachse des Rotors verläuft, räumlich beabstandet sind.
15. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 9–14, welche ferner eine an jedem Dauermagneten befestigte Kanalisierungsplatte aus Stahl bzw. ein an jedem Dauermagneten befestigtes Kanalisierungselement aus Stahl umfasst.
16. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 9–15, welche ferner Folgendes umfasst: mindestens eine erste Anschlagfläche, die an der ersten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist, sodass sie sich proximal zum ersten (ringförmigen) Flansch befindet, und mindestens eine zweite Anschlagfläche, die an der zweiten axialen Seite des (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist, sodass sie sich proximal zum zweiten (ringförmigen) Flansch befindet.
17. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 16, wobei es sich bei der mindestens einen ersten Anschlagfläche und/oder der mindestens einen zweiten Anschlagfläche um ein Gleitlager oder einen Gleitlagerschuh handelt.
18. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 16 oder 17, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche einen Einlaufbelag, etwa ein abschleifbares Graphitmaterial umfassen.
19. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 16–18, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche eine äußere axiale Fläche aufweisen, die weiter beabstandet von dem (ringförmigen) Montageflansch angeordnet ist als sämtliche anderen, am (ringförmigen) Montageflansch angebrachten Geräte.
20. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 16–19, die ferner zwei oder mehr erste Anschlagflächen und/oder zwei oder mehr zweite Anschlagflächen umfasst, die jeweils vorzugsweise abstandsgleich um die Peripherie des (ringförmigen) Montageflansches herum angeordnet sind.
21. Eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Rotor, der optional keinen Flansch, einen einzelnen ersten Flansch, der vom Rotor aus radial nach außen verläuft, oder mindestens einen ersten und einen zweiten (z. B. ringförmigen) Flansch, die mit dem Rotor verbunden sind und in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen, aufweist, wobei sowohl der Rotor als auch der optionale erste und/oder zweite (ringförmige) Flansch mindestens teilweise magnetisch permeables Material beinhalten und der Rotor um eine Hauptachse drehbar ist, mindestens einen am Rotor oder am optionalen ersten (ringförmigen) Flansch befestigten Bügel bzw. mindestens eine am Rotor oder am optionalen ersten (ringförmigen) Flansch befestigte Trommel, der bzw. die axial nach außerhalb des Rotors und des optionalen ersten (ringförmigen) Flansches in einer ersten axialen Richtung verläuft, mindestens einen ersten Dauermagneten, der dazu konfiguriert ist, den Rotor und/oder den optionalen Flansch bzw. die optionalen Flansche magnetisch in die erste axiale Richtung zu ziehen, und mindestens einen zweiten Dauermagneten, der dazu konfiguriert ist, den Rotor und/oder den optionalen Flansch/die optionalen Flansche magnetisch in eine zweite axiale Richtung zu ziehen, wobei die zweite axiale Richtung sich (linear) entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung befindet.
22. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 21, wobei der mindestens eine Bügel an mindestens einem durch den Rotor zu drehenden Gerät angebracht ist, wie zum Beispiel an einer Strahlungsquelle und/oder einem Strahlungsdetektor.
23. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 21 oder 22, wobei die Trommel mindestens ein durch den Rotor zu drehendes Gerät enthält, wie zum Beispiel eine Strahlungsquelle und/oder einen Strahlungsdetektor, wobei die Trommel optional am Rotor und/oder dem optionalen Flansch bzw. den optionalen Flanschen über mindestens einen Bügel befestigt ist.
24. Die Vorrichtung wie in den Ausführungsformen 21–23, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet und der mindestens eine zweite Dauermagnet zusammen keine Nettokraft an den Rotor in der axialen Richtung anlegen, aber ein Nettodrehmoment an den Rotor anlegen, das eine (ein) durch das Gewicht des Bügels und der daran angebrachten Geräte, wie zum Beispiel der Strahlungsquelle und/oder des Strahlungsdetektors, ausgelöste Kippkraft(-last) oder ausgelöstes Kippmoment ausbalanciert oder ausgleicht.
25. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 21–24, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet tiefer in der vertikalen Richtung des Rotors angeordnet ist als der mindestens eine zweite Dauermagnet.
26. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 21–25, wobei der mindestens eine zweite Dauermagnet im Allgemeinen an oder proximal zu einer höchsten vertikalen Position des Rotors oder des optionalen (ringförmigen) Flansches/der optionalen (ringförmigen) Flansche angeordnet ist und der mindestens eine erste Dauermagnet im Allgemeinen an oder proximal zu einer untersten vertikalen Position des Rotors oder des optionalen (ringförmigen) Flansches/der optionalen (ringförmigen) Flansche angeordnet ist.
27. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 21–26, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet und/oder der mindestens eine zweite Dauermagnet mindestens zwei separate und unterschiedliche Dauermagneten beinhaltet, die auf spiegelsymmetrische Weise relativ zu einer vertikalen Achse des Rotors, die durch die Hauptachse des Rotors verläuft, räumlich beabstandet sind.
28. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 21–27, welche ferner eine an jedem Dauermagneten befestigte Kanalisierungsplatte aus Stahl bzw. ein an jedem Dauermagneten befestigtes Kanalisierungselement aus Stahl umfasst.
29. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 21–28, welche ferner Folgendes umfasst: ein stationäres Gehäuse mit mindestens einem (z. B. ringförmigen) Montageflansch, der sich von dem stationären Gehäuse radial nach innen erstreckt, z. B. so dass er: (i) an eine radial verlaufende Fläche des Rotors angrenzend ist, (ii) an eine radial verlaufende Fläche des optionalen einzelnen (ringförmigen) Flansches angrenzend ist oder (iii) in einen Raum zwischen dem optionalen ersten und dem optionalen zweiten (ringförmigen) Flansch reicht, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet an einer ersten axialen Seite des mindestens einen (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist und der mindestens eine zweite Dauermagnet an einer zweiten axialen Seite des mindestens einen (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist und die zweite axiale Seite sich gegenüber der ersten axialen Seite befindet.
30. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 21–29, welche ferner Folgendes umfasst: mindestens eine erste Anschlagfläche, die proximal zu einer ersten axialen Seite des Rotors oder des optionalen (ringförmigen) Flansches bzw. der optionalen (ringförmigen) Flansche befestigt ist, und mindestens eine zweite Anschlagfläche, die proximal zu einer zweiten axialen Seite des Rotors oder des optionalen (ringförmigen) Montageflansches bzw. der optionalen (ringförmigen) Montageflansche befestigt ist.
31. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 30, wobei es sich bei der mindestens einen ersten Anschlagfläche und/oder der mindestens einen zweiten Anschlagfläche um ein Gleitlager oder einen Gleitlagerschuh handelt.
32. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 30 oder 31, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche einen Einlaufbelag, etwa ein abschleifbares Graphitmaterial umfassen.
33. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 30–32, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche in axialer Richtung eine Breite aufweisen, die breiter ist als die axiale Breite sämtlicher Geräte, wie eines axialen Aktuators, der an den Rotor und/oder den optionalen (ringförmigen) Flansch bzw. die optionalen (ringförmigen) Flansche angrenzend axial angebracht ist.
34. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 33, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche eine äußere axiale Fläche aufweisen, die weiter beabstandet von dem mindestens einen (ringförmigen) Montageflansch angeordnet ist als sämtliche anderen, am mindestens einen (ringförmigen) Montageflansch angebrachten Geräte.
35. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 30–34, die ferner zwei oder mehr erste Anschlagflächen und/oder zwei oder mehr zweite Anschlagflächen umfasst, die jeweils vorzugsweise abstandsgleich um die Peripherie des mindestens einen (ringförmigen) Montageflansches herum angeordnet sind.
36. Eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Rotor, der optional keinen Flansch, einen einzelnen ersten Flansch, der vom Rotor aus radial nach außen verläuft, oder mindestens einen ersten und einen zweiten (z. B. ringförmigen) Flansch, die mit dem Rotor verbunden sind und in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen, aufweist, wobei sowohl der Rotor als auch der optionale erste und/oder zweite (ringförmige) Flansch mindestens teilweise magnetisch permeables Material beinhalten und der Rotor um eine Hauptachse drehbar ist, mindestens eine erste Anschlagfläche, die proximal zu einer ersten axialen Seite des Rotors und/oder des (ringförmigen) Flansches bzw. der (ringförmigen) Flansche befestigt ist, und mindestens eine zweite Anschlagfläche, die proximal zu einer zweiten axialen Seite des Rotors und/oder des (ringförmigen) Flansches bzw. der (ringförmigen) Flansche befestigt ist, wobei sich die zweite axiale Seite gegenüber der ersten axialen Seite befindet.
37. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 36, wobei es sich bei der mindestens einen ersten Anschlagfläche und/oder der mindestens einen zweiten Anschlagfläche um ein Gleitlager oder einen Gleitlagerschuh handelt.
38. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 36 oder 37, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche einen Einlaufbelag, etwa ein abschleifbares Graphitmaterial umfassen.
39. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 36–38, welche ferner Folgendes umfasst: ein stationäres Gehäuse mit mindestens einem (z. B. ringförmigen) Montageflansch, der sich von dem stationären Gehäuse radial nach innen erstreckt, z. B. so dass er: (i) an eine radial verlaufende Fläche des Rotors angrenzend ist, (ii) an eine radial verlaufende Fläche des optionalen einzelnen (ringförmigen) Flansches angrenzend ist oder (iii) in einen Raum zwischen dem optionalen ersten und dem optionalen zweiten (ringförmigen) Flansch reicht, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche an einer ersten axialen Seite des mindestens einen (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist und die mindestens eine zweite Anschlagfläche an einer zweiten axialen Seite des mindestens einen (ringförmigen) Montageflansches befestigt ist, wobei sich die zweite axiale Seite gegenüber der ersten axialen Seite befindet.
40. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 36–39, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche in axialer Richtung eine Breite aufweisen, die breiter ist als die axiale Breite sämtlicher Geräte, wie eines axialen Aktuators, der an den Rotor und/oder den optionalen (ringförmigen) Flansch bzw. die optionalen (ringförmigen) Flansche angrenzend axial angebracht ist.
41. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 40, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche eine äußere axiale Fläche aufweisen, die weiter beabstandet von dem mindestens einen (ringförmigen) Montageflansch angeordnet ist als sämtliche anderen, am (ringförmigen) Montageflansch angebrachten Geräte.
42. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 36–41, die ferner zwei oder mehr erste Anschlagflächen und/oder zwei oder mehr zweite Anschlagflächen umfasst, die jeweils vorzugsweise abstandsgleich um die Peripherie des (ringförmigen) Montageflansches herum angeordnet sind.
43. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–42, wobei die Hauptachse des Rotors im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung verläuft und optional um +/–30° kippbar ist.
44. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–43, welche ferner Folgendes umfasst: mindestens einen Hubaktuator, der zur Erzeugung einer Kraft konfiguriert ist, die den Rotor in einer (der) vertikalen Richtung anhebt und zwischen dem ersten und dem zweiten (ringförmigen) Flansch angeordnet ist.
45. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 44, wobei der mindestens eine Hubaktuator mindestens einen Dauermagneten beinhaltet, der zum Heben von mindestens 50 %, weiter bevorzugt von mindestens 70 %, weiter bevorzugt von mindestens 80 % und noch weiter bevorzugt von mindestens 95 % des Gewichts des Rotors konfiguriert ist, wobei der erste und der zweite Flansch sowie sämtliche weiteren Geräte daran angebracht sind.
46. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 44 oder 45, wobei der mindestens eine Hubaktuator einen Elektromagneten beinhaltet, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert ist.
47. Eine Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 44–46, wobei der mindestens eine Hubaktuator mindestens einen von einem passiven homopolaren Aktuator, einem aktiven homopolaren Aktuator, einem passiven heteropolaren Aktuator und/oder einem aktiven heteropolaren Aktuator beinhaltet.
48. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–47, welche ferner Folgendes umfasst: mindestens einen radialen Aktuator, der zur Beeinflussung der Position des Rotors in der radialen Richtung des Rotors und mindestens zur Unterstützung bei der Aufrechterhaltung eines (ringförmigen) Spalts zwischen dem Rotor und mindestens einem nicht magnetischen Lager in der radialen Richtung des Rotors, während sich der Rotor dreht, konfiguriert ist, wobei der mindestens eine radiale Aktuator an dem (ringförmigen) Montageflansch des stationären Gehäuses angebracht und zwischen dem ersten und zweiten Flansch des Rotors angeordnet ist.
49. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 48, wobei die Vorrichtung mindestens ein erstes und ein zweites Paar radialer Aktuatoren umfasst, die um die äußere Peripherie des Rotors angeordnet und am (ringförmigen) Montageflansch des stationären Gehäuses angebracht sind, optional so, dass die beiden radialen Aktuatoren in jedem des ersten und zweiten Paars radialer Aktuatoren sich abstandsgleich von einer (der) vertikalen Achse auf spiegelsymmetrische Weise, z. B. um 45º von der vertikalen Achse, befinden.
50. Eine Vorrichtung wie in Ausführungsform 48 oder 49, wobei der radiale und/oder axiale Aktuator jeweils einen aktiven heteropolaren Aktuator und/oder einen aktiven homopolaren Aktuator beinhalten.
51. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–50, welche ferner Folgendes umfasst: mindestens ein nicht magnetisches Lager, das angrenzend an den und radial außerhalb des Rotors angeordnet ist, wobei das mindestens eine nicht magnetische Lager zur zumindest vorübergehenden drehbaren Lagerung des Rotors in der Lage ist, wobei der äußere Umfang des Rotors vorzugsweise einen etwas geringeren Durchmesser als den Durchmesser einer radial nach innen ausgerichteten Fläche des nicht magnetischen Lagers aufweist.
52. Die Vorrichtung wie in Ausführungsform 51, wobei das mindestens eine nicht magnetische Lager aus einem Gleitlager und einem Wälzlager ausgewählt wird.
53. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–52, wobei der Rotor einen äußeren Durchmesser aufweist, der größer als seine Länge ist.
54. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–53, wobei der Rotor einen hohlen Innenraum in einer zur Aufnahme eines Patienten geeigneten Größe aufweist.
55. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–54, wobei es sich bei der Vorrichtung um eine diagnostische Scanvorrichtung handelt, die ferner eine (die) auf dem Rotor montierte Strahlungsquelle umfasst, z. B. über einen (den) Bügel, sodass sie mit diesem rotiert.
56. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–55, wobei der Rotor ein geblechtes magnetisch permeables Material umfasst, (der) radiale Aktuator/(die) radialen Aktuatoren einen heteropolaren Aktuator umfasst/umfassen, der radiale Aktuator/die radialen Aktuatoren Blechungen umfasst/umfassen, die parallel zum magnetischen Fluss verlaufen, und/oder die axialen Aktuatoren homopolar sind.
57. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–56, wobei der Rotor einen äußeren Durchmesser aufweist, der größer ist als seine Länge, wobei der äußere Durchmesser des Rotors vorzugsweise mindestens doppelt so groß ist wie seine Länge, weiter bevorzugt mindestens fünfmal so groß wie seine Länge, noch weiter bevorzugt mindestens achtmal so groß wie seine Länge und noch weiter bevorzugt mindestens zehnmal so groß wie seine Länge ist.
58. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–57, wobei mindestens ein radialer Aktuator (der mindestens eine radiale Aktuator) durch ein nicht magnetisches Lager ersetzt ist, das dazu konfiguriert ist, den Rotor drehbar in der radialen Richtung des Rotors zu lagern, wobei es sich bei dem nicht magnetischen Lager optional beispielsweise um ein Gleitlager oder ein Wälzlager handeln kann.
59. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–58, wobei mindestens ein axialer Aktuator (der mindestens eine axiale Aktuator) durch ein nicht magnetisches Lager ersetzt ist, das dazu konfiguriert ist, den Rotor in der axialen Richtung des Rotors zu lenken, wobei es sich bei dem nicht magnetischen Lager optional beispielsweise um ein Gleitlager oder ein Wälzlager handeln kann.
60. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–59, welche ferner mindestens einen Positionssensor umfasst, der zur Ermittlung der Position des Rotors in der radialen und/oder axialen Richtung konfiguriert ist.
61. Die Vorrichtung wie in einer der Ausführungsformen 1–60, welche ferner mindestens ein zusätzliches, nicht magnetisches Lager umfasst, das am stationären Gehäuse angebracht ist und zur Lagerung des ringförmigen Rotors konfiguriert ist, z. B. zumindest wenn der ringförmige Rotor sich nicht dreht, und/oder zur zumindest zeitweiligen drehbaren Lagerung des ringförmigen Rotors, z. B. während eines Fehlers oder einer Fehlfunktion im Magnetlagersystem.
62. Ein Verfahren für das Scannen, die Bildgebung oder die Behandlung eines Patienten oder eines Gegenstands, umfassend: Drehen des Rotors der Vorrichtung einer der Ausführungsformen 1–61 und Auslösen einer (der) sich drehenden, am Rotor befestigten Strahlungsquelle, um den Patienten oder den Gegenstand zu bestrahlen.
63. Ein Verfahren wie in Ausführungsform 62, welches ferner die Ermittlung von abgeschwächten Strahlungssignalen nach einem Durchgang bzw. nach deren Streuung durch den gescannten bzw. abgebildeten Patienten oder das gescannte bzw. abgebildete Objekt umfasst.

Gewisse Vorteile können sich ergeben durch die Konstruktion und/oder die Anordnung einer oder mehrerer der oben bezeichneten Ausführungsformen bzw. anderer hierin offenbarter Ausführungsformen, unter anderem:

(i) verbesserte Zuverlässigkeit und/oder geringerer Wartungsaufwand, was mehr Betriebszeit für das Gerät bedeutet und dadurch die Produktivität verbessert,
(ii) weniger Lärm und/oder Vibration, wodurch das Gerät weniger furchteinflößend auf das Personal bzw. die Patienten wirkt und was auch weiterer Verbesserung der Zuverlässigkeit und Verlängerung der Betriebsdauer dienen kann,
(iii) größere Toleranz bei Unwucht im Rotorsystem durch die Fähigkeit des Magnetlagersystems, Unwuchten während des Betriebs durch Anpassung der durch einen oder mehrere Aktuatoren erzeugten magnetischen Kräfte zu kompensieren, wodurch die notwendigen Fertigungstoleranzen zu Auswuchtungszwecken reduziert werden und somit auch Herstellungskosten und/oder Wartungskosten für Nachwuchtung reduziert werden können,
(iv) Vermeidung oder Reduzierung von für Rollenlager typischen Problemen, welche ein definiertes Abstandsspiel bei enger Fertigungstoleranz erfordern,
(v) automatische Anpassung der Gantry-/Rotorposition im dreidimensionalen Raum in Echtzeit durch elektronische Steuerung, statt durch mechanische Anpassungen an Rotor bzw. Gantry und/oder den die Gantry bzw. den Rotor tragenden mechanischen Lagern, was durchgeführt werden muss, wenn sich das System außer Betrieb befindet,
(vi) reduzierte oder keine Schmierungsanforderungen, wodurch die Menge des zu verwendenden Fettes minimiert wird oder Schmierung völlig unnötig wird, z. B. in einer sterilen Umgebung wie einem Krankenhaus oder einer anderen medizinischen Einrichtung,
(vii) erhöhte Rotationsgeschwindigkeiten, welche möglicherweise zur Verringerung der für das Erfassen der notwendigen Scanbilder erforderlichen Zeit beitragen und somit die Exposition des Patienten oder Objekts gegenüber der Strahlungsquelle reduzieren und/oder möglicherweise dazu beitragen, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zu erhalten, um Bewegungen „einzufrieren“ (d. h. Aufnahmen mit wenig oder keiner Bewegungsunschärfe zu erstellen), wie etwa beim Scannen eines schlagenden Herzens, und/oder
(viii) reduzierte oder keinerlei Abnutzung der primären rotierenden Komponenten des Systems durch nicht erfolgenden physischen Kontakt, z. B. zwischen dem Rotor und den tragenden Lagern, wodurch der Wartungsaufwand weiter reduziert und die Betriebsdauer des Systems verlängert wird,
(ix) reduzierte oder keinerlei Empfindlichkeit gegen Verunreinigungen im direkten Umfeld,
(x) Online bzw. Fernüberwachung der Systembedingungen ist durch die elektronische Steuerung der Magnetlagerkomponenten möglich,
(xi) geringer Drehmomentverlust während des Betriebs,
(xii) weniger Empfindlichkeit gegenüber Auswirkungen durch automatische Positionsanpassung bzw. -korrektur durch die Magnetlagerkomponenten, und/oder
(xiii) weniger strenge Fertigungstoleranzen, z. B. für den Rotor und Anbauteile.

Es versteht sich, dass die Ansprüche des Patents wie erteilt keinen, einen oder mehrere der oben bezeichneten oder unten beschriebenen Vorteile aufweisen können und/oder einen oder mehrere hier nicht ausdrücklich erwähnte Vorteile aufweisen können.
Weitere Ausführungsformen, Vorteile, Merkmale und Details der vorliegenden Lehren sind aus der folgenden Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen unter Berücksichtigung der Abbildungen ableitbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
zeigt eine Aufrissansicht einer ersten repräsentativen Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
zeigt eine detaillierte Querschnittansicht eines in dargestellten Hubaktuators.
zeigt eine detaillierte Querschnittansicht eines in dargestellten radialen Aktuators.
zeigt eine detaillierte Querschnittansicht eines in und dargestellten axialen Aktuators.
zeigt eine Aufrissansicht einer zweiten repräsentativen Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
zeigt eine detaillierte Querschnittansicht eines in dargestellten Hubaktuators.
zeigt eine detaillierte Querschnittansicht eines in dargestellten radialen Aktuators.
zeigt eine Seitenansicht einer repräsentativen Anordnung eines gebogenen Lagers zur Lagerung oder ergänzenden Lagerung eines ringförmigen Rotors.
zeigt eine Aufrissansicht der Anordnung eines gebogenen Lagers, entlang der axialen Richtung des ringförmigen Rotors gesehen.
zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Anordnung eines gebogenen Lagers der und .
zeigt eine weitere perspektivische Ansicht eines Teils der Anordnung eines gebogenen Lagers der und .
zeigt einen Querschnitt durch eine dritte repräsentative Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
zeigt einen Querschnitt durch eine vierte repräsentative Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
zeigt einen Querschnitt durch eine fünfte repräsentative Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Jede(s) der unten offengelegten zusätzlichen Merkmale und Lehren kann separat oder zusammen mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um verbesserte Lager für ringförmige Rotoren und/oder Lageranordnungen und/oder diagnostische Scansysteme bereitzustellen sowie Methoden für deren Entwurf, Bau und Einsatz. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, die viele dieser zusätzlichen Merkmale und Lehren sowohl separat als auch in Kombination verwenden, werden im Folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in der Anlage beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich Fachleuten weitere Details zum Umsetzen bevorzugter Aspekte der vorliegenden Lehren zur Verfügung stellen und keinesfalls den Anwendungsbereich der Erfindung beschränken. Daher sind die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbarten Kombinationen von Merkmalen und Schritten u. U. nicht notwendig, um die Erfindung im weitesten Sinne anzuwenden, und werden lediglich zur ausdrücklichen Beschreibung repräsentativer Beispiele der vorliegenden Lehren angeführt.
Darüber hinaus können die verschiedenen im Abschnitt „Kurzfassung“ beschriebenen Merkmale, die repräsentativen Beispiele und die Unteransprüche auf nicht spezifisch und explizit aufgeführte Weise miteinander kombiniert werden, um zusätzliche nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Zusätzlich wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offengelegten Merkmale getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung des beanspruchten Gegenstands unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen offengelegt werden sollen. Es wird außerdem ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle Wertebereiche oder Angaben zu Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert und jede mögliche Zwischengruppe zum Zweck der ursprünglichen Offenlegung sowie zum Zweck der Beschränkung des beanspruchten Gegenstands offenlegen.
zeigt die Seitenansicht einer ersten repräsentativen Lageranordnung für einen ringförmigen Rotor, der z. B. in einem Computertomografen (CT) 1 verwendet werden kann. Wie die Richtungspfeile auf der rechten Seite der Zeichnung zeigen, gibt die zweidimensionale Zeichnung eine x-y-Ebene wieder und eine z-Achse steht senkrecht zur Zeichnung, d. h. senkrecht zur x-y-Ebene.
Im Allgemeinen kann zum Computertomografen 1 ein stationäres Gantrygehäuse (nicht dargestellt) mit einer zentralen Öffnung gehören, die sich entlang der z-Achse erstreckt. Eine Patientenliege kann in die Öffnung eingefügt sein und entlang der z-Achse bewegt werden, um einen darauf liegenden Patienten oder Gegenstand zu scannen. Die Öffnung hat vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens einem Meter in den bevorzugten CT-Anwendungen. Der Durchmesser der Öffnung hängt jedoch von der jeweiligen Anwendung der vorliegenden Lehren ab und es können verschiedene Öffnungsdurchmesser zum Einsatz kommen. Auch sind, wie unten erläutert, die hier offengelegten magnetischen Lagervorrichtungen nicht auf diagnostische Scanvorrichtungen beschränkt und können in anderen Rotoranwendungen verwendet werden. Das CT-Gerät 1 ist nichts weiter als eine geeignete Ausführungsform, um bestimmte Aspekte der vorliegenden Lehren detaillierter zu beschreiben.
Ein Rotor oder eine ringförmige Gantry 6 ist rotierbar innerhalb des stationären Gantrygehäuses angebracht. Der Rotor 6 hat in der dreidimensionalen Ansicht vorzugsweise eine im Wesentlichen röhrenförmige Gestalt, d. h. einen hohlen Innenraum 4. Der hohle Innenraum 4 ist konzentrisch zur Öffnung des Gantrygehäuses, sodass ein zu scannender Patient oder Gegenstand während des Bildgebungsvorgangs in den hohlen Innenraum 4 des Rotors 6 eingeführt werden kann.
Die radiale Richtung des Rotors 6 verläuft im Wesentlichen in der vertikalen x-y-Ebene, die die Bildebene darstellt, und die axiale Richtung des Rotors 6 verläuft in z-Richtung. Im Betrieb rotiert der Rotor 6 um eine Hauptachse 8, die in horizontaler oder z-Richtung verläuft, sodass der Rotor 6 in der x-y-Ebene rotiert, d. h., die radiale Richtung des Rotors 6 befindet sich in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene. Jedoch ist die Rotationsebene des Rotors 6 vorzugweise aus der vertikalen Ebene kippbar, sodass der Rotor 6 in einer Ebene rotieren kann, die vorzugsweise um bis zu etwa +/–30° von der vertikalen Ebene abweicht, wobei in den vorliegenden Lehren auch größere Neigungen in Betracht gezogen werden.
Wie weiter unten noch erläutert wird, befindet sich zwischen einem oder mehreren nicht magnetischen oder Hilfslagern 28 und dem Rotor 6 ein ringförmiger Spalt oder Zwischenraum 5, wenn der Rotor 6 unter dem Einfluss oder der Führung des magnetischen Lagersystems rotiert, sodass eine reibungsfreie Lagerung des Rotors 6 möglich ist.
Der Rotor 6 hat einen Außenumfang 11 mit einem Durchmesser, der vorzugsweise etwas geringer ist als ein Innendurchmesser des bzw. der um den Rotor 6 herum angeordneten nicht magnetischen Lager(s) 28, sodass im Betrieb ein ringförmiger Spalt 5 im Bereich von ca. 0,25–1,5 Millimeter besteht und somit der Magnetspalt insgesamt 0,5–3,0 Millimeter beträgt. Vorzugsweise ist der ringförmige Spalt 5 jedoch während der Rotation des Rotors 6 so klein wie möglich und kleinere ringförmige Spalte 5 fallen unter die vorliegenden Lehren. Die Größe des ringförmigen Spalts 5 wird im Prinzip von den Herstellungstoleranzen des Rotors 6 bestimmt und ist gerade groß genug angelegt, dass der Rotor 6 vorzugsweise oder normalerweise während des Normalbetriebs (Rotation) keinen stationären Teil des Gehäuses oder des/der Lager(s) 28 berührt.
In einer Ausführungsform kann ein Motor rotierbar den Rotor 6 antreiben, beispielsweise über ein Getriebe oder einen Antriebsriemen um den Rotor 6. In anderen Ausführungsformen kann der Rotor 6 rotierbar durch einen Direktantriebsmotor angetrieben werden, wobei der Rotor des Direktantriebsmotors dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Größe/denselben Durchmesser wie der Rotor 6 des CT-Geräts 1 aufweist und der Motorrotor direkt an den Rotor 6 des CT-Geräts 1 gekoppelt oder mit ihm verbunden ist.
In bevorzugten CT-Anwendungen der vorliegenden Lehren trägt der Rotor 6 eine oder mehrere zur Erzeugung der computertomografischen Aufnahmen erforderlichen Komponenten. So können beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Geräte so am Rotor 6 montiert sein, um mit diesem zu rotieren: eine Röntgenröhre (allgemeiner: Strahlungsquelle 2) mit dazugehörigem Kollimationsmechanismus, ein Röntgendetektor (allgemeiner: Strahlungsdetektor 3), ein Datenerfassungssystem, Netzteile und Kühlsysteme, die im Stand der Technik wohl bekannt sind und an dieser Stelle nicht im Detail beschrieben werden müssen. Allgemein gesehen befinden sich die Komponenten auf dem Rotor 6, sodass ihre Masse und ihr Schwerpunkt im Wesentlichen statisch und dynamisch ausgeglichen werden, wenn der Rotor 6 in normaler Rotationsgeschwindigkeit rotiert. Ein präziser dynamischer und statischer Ausgleich ist normalerweise im gewünschten Bereich der Herstellertoleranzen sowohl bei den Komponenten als auch bei ihrer Positionierung auf dem Rotor 6 nicht möglich. Bei einem optionalen Aspekt der vorliegenden Lehren können dynamische Unwuchten während des Betriebs durch die Anpassung der Magnetfelder eines oder mehrerer um den Rotor 6 herum angebrachten Aktuatorentypen 10, 12, 14 in Echtzeit korrigiert werden.
Eine Strahlungsquelle 2 kann am Rotor 6 aus so montiert sein, dass die Strahlungsquelle 2 zusammen mit dem Rotor 6 rotiert. Ein Strahlungsdetektor oder Detektorarray 3, der so konfiguriert ist, dass er gedämpfte Strahlung erkennt oder detektiert, nachdem sie ein Objekt (z. B. einen Patienten) im inneren Hohlraum 4 durchdrungen hat, kann an einer gegenüberliegenden Seite des Rotors 6 montiert sein. In der Alternative kann ein stationärer Detektorarray am oder um das stationäre Gantrygehäuse herum so montiert sein, dass der Detektorarray nicht mit dem Rotor 6 rotiert. Wie oben angegeben, sind gewöhnlich verschiedene andere Arten von Komponenten am Rotor 6 montiert, jedoch sind die Details solcher anderer Arten von Komponenten nicht von besonderer Bedeutung für die vorliegenden Lehren.
Die verschiedenen am rotierenden Rotor 6 montierten Komponenten können mit einem stationären CT-Steuergerät (nicht abgebildet) kommunizieren, z. B. über einen oder mehrere Schleifringe, die den Austausch von Daten und Strom ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ kann die Kommunikation zwischen den auf dem Rotor 6 montierten Komponenten und dem CT-Steuergerät drahtlos stattfinden. Das CT-Steuergerät kann optional auch den Motor und/oder die Magnetlager (d. h., mindestens die radialen und axialen Aktuatoren 12, 14) steuern, oder es kann ein separates Steuergerät für die Magnetlager vorgesehen sein. Das CT-Steuergerät verarbeitet Signale aus den Bildgebungskomponenten und erzeugt auf im Stand der Technik wohl bekannte Weise CT-Bilder für den Anwender.
In der ersten repräsentativen Ausführungsform, die im Folgenden mithilfe der – detallierter beschrieben wird, wird der Rotor 6 durch drei Arten von Magnetlagern rotierbar und axial geführt, die im Folgenden als Aktuatoren bezeichnet werden. Da Magnetlager für eine kontaktfreie Rotation sorgen, minimieren sie den Wartungsaufwand und machen Schmiermittel überflüssig.
Insbesondere sind mindestens ein Hubaktuator 10, mindestens ein radialer Aktuator 12 und mindestens ein axialer Aktuator 14 am Gantrygehäuse (oder einer anderen, am Gantrygehäuse befestigten Komponente) an festgelegten Stellen im Bezug zum rotierbaren Rotor 6 montiert. Wie noch deutlich wird, können die Aktuatoren 10, 12, 14 Magnetfelder erzeugen, die die Position des Rotors 6 im dreidimensionalen Raum (x-y-z-Richtung) beeinflussen. Daher weist der Rotor 6 mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material (d. h., ein von einem Magnetfeld angezogenes Material) auf, beispielsweise, aber nicht beschränkt auf ein eisenhaltiges Material. Mindestens der radiale und der axiale Aktuator 12, 14 können vorzugsweise ein variables Magnetfeld erzeugen, aber auch der Hubaktuator 10 kann optional so konfiguriert sein, dass er ein variables Magnetfeld erzeugt, wie in der zweiten repräsentativen Ausführungsform weiter unten erläutert wird.
Der mindestens eine Hubaktuator 10 ist vorzugsweise an oder neben einem vertikal am höchsten gelegenen Teil des Rotors 6 angebracht, z. B. an der Oberkante der x-y-Ebene. Unter Bezugnahme auf weist der Hubaktuator 10 vorzugsweise einen Statorkern 16 und mindestens einen Dauermagneten 18 auf. Obwohl der Hubaktuator 10 in der vorliegenden Ausführungsform eine andere Referenznummer trägt als die radialen Aktuatoren 12, wird davon ausgegangen, dass der Hubaktuator 10 lediglich eine abgewandelte Version des radialen Aktuators 12 sein kann und/oder dass der Hubaktuator 10 in bestimmten Ausführungsformen durch einen radialen Aktuator 12 ersetzt werden kann, wie weiter unten erläutert wird.
In CT-Anwendungen der vorliegenden Lehren kann das Gewicht des Rotors 6 mit allen daran montierten Komponenten relativ hoch sein, d. h., rund 1.000 Kilogramm betragen. In solchen Anwendungen ist es daher kosteneffizient, während des Betriebs einen großen oder den größten Teil der Hubarbeit am Rotor durch mindestens einen Dauermagneten 18 vornehmen zu lassen, um den ringförmigen Spalt 5 zwischen dem Rotor 6 und dem/den Hilfslager(n) 28 aufrechtzuerhalten. Der Dauermagnet 18 kann daher verwendet werden, um die Systemeffizienz insgesamt zu erhöhen, indem er die Lastanforderung an die elektromagnetischen Teile der Aktuatoren 10 und 12 verringert, die die Position des Rotors 6 in deren radialer Richtung, d. h. in der x-y-Ebene, beeinflusst.
Der Dauermagnet 18 kann beispielsweise in einer besonders bevorzugten Ausführungsform so bemessen und ausgewählt sein, dass er mindestens rund 90 % des Gewichts des Rotors 6 heben kann. Allgemeiner gesehen, kann der Dauermagnet 18 so bemessen und ausgewählt sein, dass er ca. 50–150 % des Gewichts des Rotors 6 heben kann, weiter bevorzugt ca. 70–130 %, noch mehr bevorzugt ca. 80–120 %. Kann der Hubaktuator 10–100 % oder mehr des Gewichts des Rotors 6 heben, wirkt der bzw. wirken die radiale(n) Aktuator(en) 12 teilweise dergestalt, dass sie den Rotor 6 im Betrieb vom Hubaktuator 10 wegziehen, um den ringförmigen Spalt 5 zwischen dem Rotor 6 und dem bzw. den neben dem Hubaktuator 10 angebrachten nicht magnetischen Lager(n) 28 aufrechtzuerhalten. Zusätzlich oder alternativ kann der Hubaktuator 10 einen Elektromagneten aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er ein variables Magnetfeld erzeugt, das einen Teil des vom Dauermagneten 18 erzeugten magnetischen Flusses aufhebt oder ausgleicht, und damit dem Hubaktuator 10 im Betrieb insgesamt eine geringere Hubkraftleistung verleiht.
Obwohl in nicht dargestellt, ist der magnetische Flusspfad des Hubaktuators 10 ein geschlossener Pfad, z. B. ein im Wesentlichen kreisförmiger Pfad, der allgemein in der y-z-Ebene verläuft und durch die verschiedenen Teile des Statorkerns 16, durch den Dauermagneten 18, über eine Lücke oder einen Spalt zwischen dem Rotor 6 und dem Statorkern 16 und durch den angrenzenden Teil des Rotors 6 führt.
Wie deutlich werden wird, muss der Hubaktuator 10 keinen Dauermagneten enthalten, und die gesamte Hubarbeit am Rotor kann von einem oder mehreren Elektromagneten geleistet werden, beispielsweise einem Elektromagneten gemäß einem der unten erläuterten radialen Aktuatoren 12. Weiterhin kann der Hubaktuator 10 in bestimmten Ausführungsformen ganz weggelassen und durch zwei oder mehrere radiale Aktuatoren 12 ersetzt werden, die jeweils einen Dauermagneten beinhalten können oder nicht.
In der Alternative kann der Hubaktuator 10 sowohl passiv als auch aktiv sein, d. h., er kann mindestens einen Dauermagneten und mindestens eine Spule aufweisen, sodass er auch ein Elektromagnet ist, wie unten im Hinblick auf die Ausführungsform aus erläutert wird.
Wie bei allen Richtungsaktuatoren 10, 12, 14 kann die Funktionalität der Aktuatoren so aufgeteilt sein, dass einige Aktuatoren nur Dauermagnete (d. h. ohne Spule) sind und einige Aktuatoren nur Elektromagnete (d. h. nur mit Spule-Statorkern-Anordnung) sind. Beispielsweise kann ein einzelner Aktuator, der hier mit einem Dauermagneten und einem Elektromagneten offengelegt wird, in zwei getrennte Aktuatoren geteilt sein, die die passive bzw. aktive Magnetfunktion übernehmen.
Unter Bezugnahme zurück auf können vier radiale Aktuatoren 12 auf dem Gantrygehäuse montiert sein und sind um den Umfang des Rotors 6 herum angebracht. Wie weiter unten erläutert wird, variiert die Anzahl der radialen Aktuatoren 12 gemäß der vorliegenden Lehren und kann mehr oder weniger als vier betragen. Allgemein gesehen sind jedoch zwischen zwei und fünf radiale Aktuatoren 12 besonders bevorzugt.
zeigt einen repräsentativen radialen Aktuator 12 gemäß der ersten Ausführungsform in detaillierterer Form. Dieser radiale Aktuator 12 beinhaltet einen Elektromagneten, der mindestens einen Statorkern 20 und mindestens eine um den Kern 20 gewundene Spule 22 aufweist. Obwohl zum radialen Aktuator 12 dieser Ausführungsform kein Dauermagnet gehört, ist eine solche Abänderung des Aufbaus möglich. Obwohl darüber hinaus die Querschnittzeichnung in nur einen einzigen Kern 20 und eine einzige Spule 22 zeigt, kann jeder radiale Aktuator 12 eine oder mehrere Spulen 22 aufweisen, die um einen oder mehrere Kerne 20 gewunden sind, wie in gezeigt wird.
Die radialen Aktuatoren 12 sind so konzipiert, dass sie im Betrieb die Position des Rotors 6 im Verhältnis zum bzw. zu den nicht magnetischen oder Hilfslager(n) 28 in der x-y-Ebene, d. h. in der Radialrichtung des Rotors 6, anpassen. Daher werden die radialen Aktuatoren 12 so betrieben oder gesteuert, dass ein angemessener Abstand bzw. eine radiale Länge des ringförmigen Spalts 5 gewährleistet ist, während der Rotor 6 rotiert, damit der Rotor 6 das bzw. die Hilfslager 28 nicht berührt. Dies stellt eine reibungsfreie Rotation des Rotors 6 im Betrieb sicher.
Beispielsweise kann unter Bezugnahme auf eine ideale Hauptachse 8' innerhalb der zentralen Öffnung des Gantrygehäuses definiert sein und verläuft vorzugsweise in z-Richtung. Die ideale Hauptachse 8' definiert eine Rotationsachse, die für einen optimalen oder idealen Abstand des ringförmigen Spalts 5 zwischen dem Rotor 6 und dem bzw. den Hilfslager(n) 28 im Betrieb sorgt. Die jeweiligen radialen Aktuatoren 12 werden vorzugsweise individuell gesteuert (sowie auch der Hubaktuator 10, falls er optional einen Elektromagneten enthält). In diesem Fall wird die Stärke des vom jeweiligen radialen Aktuator 12 erzeugten Magnetfelds variabel angepasst (sowie auch beim Hubaktuator 10, falls er optional einen Elektromagneten enthält), sodass die tatsächliche Hauptachse 8 des Rotors 6 im Betrieb auf die ideale Hauptachse 8' ausgerichtet oder im Wesentlichen ausgerichtet ist. Das bedeutet, Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der idealen Hauptachse 8, 8' in der x-y-Ebene können durch die Anwendung von Magnetfeldern unterschiedlicher Stärke auf den Rotor 6 über die radialen Aktuatoren 12 (10) korrigiert oder minimiert werden, die damit den Rotor 6 in die geeignete Richtung ziehen, um die Abweichung zu eliminieren oder wenigstens erheblich zu reduzieren.
Da der Hubaktuator 10 dieser Ausführungsform nur eine passive Magnetquelle besitzt (d. h. einen Dauermagneten 18), wird er nicht aktiv gesteuert. Die Position des Rotors 6 in der x-y-Ebene wird jedoch von den jeweiligen vom Hubaktuator 10 und den radialen Aktuatoren 12 erzeugten Magnetkräften gesteuert oder bestimmt. Wie oben angegeben, kann der Hubaktuator 10, falls er eine Spule besitzt, auch aktiv an der Steuerung der x-y-Position des Rotors 6 mitwirken. Beispielsweise kann die Spule während des Normalbetriebs und/oder während der anfänglichen Schwebephase des Rotors 6 entweder einen konstanten oder einen temporären Ruhestrom oder eine Ausgleichskraft liefern.
Es versteht sich, dass der in gezeigte Abstand zwischen der idealen Hauptachse 8' und der tatsächlichen Hauptachse 8 zu Illustrationszwecken übertrieben wurde und nicht maßstabsgetreu ist. In der Praxis beträgt der Abstand zwischen den beiden Achsen 8, 8' vorzugsweise ca. einen Millimeter oder weniger.
Mindestens ein Teil des umlaufenden äußeren Teils des Rotors 6, der sich neben dem bzw. den Hubaktuator(en) und dem bzw. den radialen Aktuator(en) 12 befindet, umfasst ein magnetisch permeables Material. Da die beiden, wie in gezeigt, oben links und oben rechts am Rotor 6 angebrachten radialen Aktuatoren 12 im Betrieb auch einen Teil der Hubarbeit am Rotor leisten können, können die beiden oberen radialen Aktuatoren 12 weiterhin so konfiguriert sein, dass sie ein größeres Magnetfeld erzeugen als die beiden unteren radialen Aktuatoren 12. Beispielsweise können die beiden in gezeigten oberen radialen Aktuatoren 12 optional auch einen Dauermagneten aufweisen, um den Rotor 6 passiv zu heben. Alle radialen Aktuatoren 12 können jedoch in anderen Ausführungsformen auch identisch oder im Wesentlichen identisch konfiguriert sein.
In einer anderen alternativen Ausführungsform können die beiden unteren radialen Aktuatoren 12, falls der Hubaktuator 10 auf das Heben beispielsweise eines größeren Gewichts als das des Rotors 6 ausgelegt ist, größer sein, um den Rotor 6 vom Hubaktuator 10 weg nach unten ziehen zu können.
Die radialen Aktuatoren 12 können abstandsgleich oder im Wesentlichen abstandsgleich am Gantrygehäuse um die Peripherie des Rotors 6 oder in einer anderen Anordnung angebracht sein. In der in gezeigten Ausführungsform sind die vier radialen Aktuatoren 12 in Gestalt eines oberen und eines unteren Paares angebracht, wobei die beiden radialen Aktuatoren 12 jedes Paars um die Peripherie des Rotors 6 um 90° voneinander getrennt sind, d. h., in einem Winkel von 45° zu einer vertikalen Achse durch die Zentralachse 8 stehen. Der Fachmann erkennt, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung der vorliegenden Lehren verschiedene andere Konfigurationen für die radialen Aktuatoren 12 möglich sind und dass es nicht notwendig ist, dass die radialen Aktuatoren 12 einander gegenüberliegend angebracht sind.
Obwohl in nicht dargestellt, verläuft der magnetische Flusspfad in einem geschlossenen Pfad, z. B. einem im Wesentlichen kreisförmigen Pfad, der allgemein in der x-y-Ebene verläuft (d. h. senkrecht zur Ansicht in ) und durch den Statorkern 20, über eine Lücke zwischen dem Statorkern 20 und dem Rotor 6 und durch den angrenzenden Teil des Rotors 6 führt. Die Kerne der radialen Aktuatoren 12 umfassen vorzugsweise eine Vielzahl von Blechungen, die aneinander angrenzend in Umlaufrichtung des Rotors 6, d. h., parallel zum Flusspfad angebracht sind. Diese Anordnung der Blechungen hat den vorteilhaften Effekt, Wirbelströme zu reduzieren und die Dynamikregelung (dF/dt) zu verbessern.
Die Ausführungsform der – beinhaltet auch drei am Gantrygehäuse montierte axiale Aktuatorenpaare 14. Zwei obere axiale Aktuatorenpaare 14 sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch in einer y-z-Ebene angebracht, die die ideale Hauptachse 8' enthält. Der dritte axiale Aktuator 14 ist an oder nahe dem unteren Ende oder dem vertikal untersten Teil des Rotors 6 angebracht. Es versteht sich jedoch, dass die axialen Aktuatoren 14 nicht paarweise und/oder dass die oberen axialen Aktuatorenpaare 14 nicht spiegelsymmetrisch angebracht sein müssen. Darüber hinaus können mehr oder weniger als drei axiale Aktuatoren 14 in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Lehren verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf umfasst ein repräsentatives axiales Aktuatorenpaar 14 ein Paar Statorkerne 24 mit jeweils einer um sie gewundenen Spule 26. Die beiden Sätze aus Kern 24 und Spule 26 sind im Wesentlichen parallel mit einem Abstand zwischen ihnen angebracht und so auf dem Gantrygehäuse montiert, dass ein ringförmiger Flansch 7 des Rotors 6 vorzugsweise in radialer Richtung innerhalb mindestens eines Teils des radial verlaufenden Abstands verläuft.
Die axialen Aktuatorenpaare 14 sind so konfiguriert, dass sie variabel die Position des Rotors 6 entlang der z-Richtung anpassen können, d. h., in der axialen Richtung des rotierenden Rotors 6. Das bedeutet, die axialen Aktuatoren 14 sind vorzugsweise individuell gesteuert, d. h., die Stärke des von jedem jeweiligen Satz aus Statorkern 24 und Spule 26 erzeugten Magnetfelds variiert, um den ringförmigen Flansch 7 im Wesentlichen in der Mitte des Abstands zwischen dem Kernpaar 24 und dem Spulenpaar 26 zu halten. Falls beispielsweise der ringförmige Flansch 7 (und damit der Rotor 6) in zu weit nach rechts abgewichen ist (sodass der Rotor 6 sich in der Darstellung von in die Seite hinein und weg vom Betrachter bewegt), wird das axiale Aktuatorenpaar 14 so gesteuert, dass die Kraft auf der linken Seite größer ist als die auf der rechten Seite von und dass diese damit den ringförmigen Flansch 7 (und damit den Rotor 6) in nach links ziehen.
Natürlich kann die Ausgestaltung des axialen Aktuators 14 auch abgeändert werden, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Lehren abzuweichen. Beispielsweise müssen die Kerne 24 und die Spulen 26 nicht direkt einander gegenüberliegend angeordnet sein, sodass ein Abstand in Radialrichtung zwischen zwei Sätzen gegenüberliegender Kerne 24 und Spulen 26 definiert wird. Stattdessen kann jeder Satz aus einem Kern 24 und einer Spule 26 ohne einen direkt gegenüberliegenden Kern 24 und eine direkt gegenüberliegende Spule 26 entlang der Peripherie des Rotors 6 angebracht sein. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass eine gleiche Anzahl von Kernen 24 und Spulen 26 an gegenüberliegenden Seiten des ringförmigen Flansches 7 in z-Richtung angebracht sind. Es wird jedoch allgemein bevorzugt, dass mindestens ein Satz aus Kern 24 und Spule 26 auf jeder Seite des ringförmigen Flansches 7, in z-Richtung gesehen, angebracht ist, damit der Rotor 6 von mindestens einem Aktuator 14 in beiden Richtungen entlang der z-Achse gezogen oder angezogen werden kann. Darüber hinaus könnten, obwohl hier homopolare axiale Aktuatoren 14 gezeigt werden, auch heteropolare axiale Aktuatoren verwendet werden.
Obwohl in nicht dargestellt, verläuft der magnetische Flusspfad in einem geschlossenen Pfad, z. B. einem im Wesentlichen ovalen Pfad, der allgemein in der y-z-Ebene verläuft und durch die verschiedenen Teile des Statorkerns 24, über die Lücke 25 zwischen dem Statorkern 24 und dem ringförmigen Flansch 7 und durch den angrenzenden Teil des ringförmigen Flansches 7 führt.
Auch ist die Lücke zwischen der äußeren Peripherie 11 des Rotors 6 und den Statorkernen 24 des axialen Aktuatorenpaares 14 nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt und kann im Verhältnis größer sein. In diesem Fall kann das axiale Aktuatorenpaar 14 in Radialrichtung nach außen bewegt werden und der ringförmige Flansch 7 kann weiter in Radialrichtung verlängert werden, um die größere Lücke zwischen dem Rotor 6 und den Kernen 24 aufzunehmen.
Erneut unter Bezugnahme auf ist mindestens ein Positionssensor 9 vorzugsweise am Gantrygehäuse entlang der Peripherie des Rotors 6 angebracht. In dieser Ausführungsform kommen vier im Wesentlichen abstandsgleich angebrachte Sensoren 9 zur Anwendung.
Jeder Positionssensor 9 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er die Position des Rotors 6 in der (vertikalen) x-y-Ebene (Radialrichtung) und/oder entlang der z-Achse (Axialrichtung) erfasst oder detektiert. Der/die Positionssensor(en) 9 ist/sind vorzugsweise ein kontaktloser, induktiver Positionssensor bzw. kontaktlose, induktive Positionssensoren, die paarig angeordnet sind, um sowohl die axiale als auch die radiale Bewegung des Rotors 6 zu erfassen. Die von dem/den Positionssensor(en) 9 erzeugten Signale werden vorzugsweise an die Magnetlager-Steuereinheit übertragen, die sie verarbeitet und anschließend die entsprechenden Magnetfelder mindestens der radialen und axialen Aktuatoren 12, 14 anpasst, um etwaige Positionsabweichungen des Rotors 6 von der idealen Hauptachse 8' und/oder der Idealposition in Axialrichtung (z-Richtung) zu korrigieren.
Zusätzlich sind ein oder mehrere nicht magnetische Hilfslager 28 vorzugsweise auf dem Gantrygehäuse montiert, um den Rotor 6 rotierbar zu halten, z. B. als Sicherungssystem im Fall eines Systemfehlers oder Stromausfalls. In einer weiteren optionalen Ausführungsform können ein oder mehrere Hilfslager 28 auch einen Teil der Funktion übernehmen, den Rotor 6 im Betrieb rotierbar zu halten, obwohl es bevorzugt wird, dass die Aktuatoren 10, 12, 14 im Betrieb die gesamte Haltearbeit am Rotor 6 leisten, sodass der Rotor 6 reibungsfrei rotiert.
Das bzw. die Hilfslager 28 können als ein oder mehrere Gleitlager ausgeführt sein, z. B. als Manschetten, Hülsen oder Zapfen, oder können ein oder mehrere Wälzlager, z. B. Kugellager, Schrägkugellager oder Zylinderrollenlager darstellen. Das/die Hilfslager 28 kann/können ununterbrochen über die gesamte Peripherie des Rotors 6 verlaufen, beispielsweise kann das Hilfslager 28 als ein einziges, großes Lager ausgeführt sein, das den gesamten Rotor 6 vollständig umläuft und rotierbar hält. In der Alternative kann das Hilfslager 28 ein oder mehrere Einzelelemente umfassen, z. B. getrennte Kugellager 28, wie in gezeigt, oder unterbrochene Abschnitte eines Gleitlagers. Optional kann/können das/die Hilfslager auch einen oder mehrere radiale Luftlager enthalten.
Wie in angegeben, können die Hilfslager 28 optional als am Gantrygehäuse montierte Rillenkugellager 28 ausgeführt und spiegelsymmetrisch in einer y-z-Ebene angeordnet sein, die die ideale Hauptachse 8' enthält. Es versteht sich jedoch, dass die Hilfslager 28 auch abstandsgleich um den Rotor 6 herum oder, wie in gezeigt, so angeordnet sein können, dass die oberen und unteren Hilfslager 28 relativ enger beieinanderliegen.
Es wird auch bevorzugt, dass das/die Hilfslager 28 eine radial nach innen ausgerichtete Lagerfläche hat/haben, deren Innendurchmesser etwas größer ist als ein Außendurchmesser eines radial am weitesten außen gelegenen Teils des Rotors 6, der angrenzend an die radial nach innen ausgerichtete Lagerfläche des/der Hilfslager 28 angeordnet ist. Im Normalbetrieb führt der geringe Unterschied der Durchmesser dazu, dass kein Teil des Rotors 6 das/die Hilfslager 28 berührt, während der Rotor 6 rotiert. Jedoch kann im Fall einer Fehlfunktion eines oder mehrerer Aktuatoren 10, 12, 14 ein äußerer Teil des Rotors 6 das/die Hilfslager 28 gefahrlos berühren und das/die Hilfslager 28 unterstützen die Rotation des Rotors 6 mindestens vorübergehend, z. B. während der Rotor 6 langsamer wird.
Hierin wird angemerkt, dass die Breite des ringförmigen Spalts in Radialrichtung zwischen der äußeren Peripherie 11 des Rotors 6 und dem/den auf dem stationären Gantrygehäuse montierten Hilfslager(n) 28 vorzugsweise geringer ist als die Breite des ringförmigen Spalts in Radialrichtung zwischen der äußeren Peripherie 11 des Rotors 6 und dem/den Hubaktuator(en) 10, dem/den radialen Aktuator(en) 12 und/oder dem/den Positionssensor(en) 9, die jeweils auf dem stationären Gantrygehäuse montiert sind. In diesem Fall wird ein Kontakt zwischen dem/den Hubaktuator(en) 10, dem/den radialen Aktuator(en) 12 und/oder dem/den Positionssensor(en) 9 und dem Rotor 6 verhindert und werden diese Komponenten damit geschützt, z. B. im Fall einer Systemfehlfunktion. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Breite des ringförmigen Spalts im Verhältnis zu dem/den Hilfslager(n) 28 z. B. ca. die Hälfte der Breite des ringförmigen Spalts im Verhältnis zu dem/den Hubaktuator(en) 10, dem/den radialen Aktuator(en) 12 und/oder dem/den Positionssensor(en) 9 betragen.
Zusätzlich oder alternativ kann es angebracht sein, außerdem ein oder mehrere Hilfslager an jeder Axialseite des ringförmigen Flansches 7 und/oder an jeder Axialseite des Hauptteils des Rotors 6 anzubringen, wobei die Hilfslager den Bewegungsradius des Rotors 6 in der Axialrichtung (z-Richtung) begrenzen oder einschränken würden. Auch in dieser Ausführungsform ist die Breite der Lücke oder des Abstands in Axialrichtung zwischen einem solchen Hilfslager bzw. solchen Hilfslagern und dem ringförmigen Flansch 7 und/oder dem Hauptteil des Rotors 6 vorzugsweise geringer als die Breite der Lücke 25 zwischen jeder Seite des axialen Aktuatorenpaars 14 und dem ringförmigen Flansch 7 und beträgt stärker bevorzugt ca. die Hälfte der Breite der Lücke 25. In diesem Fall würde ein Kontakt zwischen dem/den axialen Aktuator(en) 14 (insbesondere dem Statorkern 24) und dem Rotor 6 verhindert. Ein solches Hilfslager bzw. solche Hilfslager kann/können aus allen hierin beschriebenen Hilfslagern wie z. B. Gleitlagern oder Wälzlagern ausgewählt werden. In einer weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann ein an entweder dem Gantrygehäuse oder dem Rotor 6 angebrachtes lineares oder gebogenes Lager z. B. zusammen mit einer entweder am Rotor 6 oder am Gantrygehäuse angebrachten Welle mindestens teilweise die Bewegung des Rotors 6 in der Axialrichtung (z-Richtung) begrenzen oder einschränken.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Hubaktuator 10 ein passiver, homopolarer radialer Aktuator mit einer krafterzeugenden Nennleistung zwischen ca. 5 und 15 kN (Kilonewton), stärker bevorzugt zwischen ca. 7 und 12 kN, die radialen Aktuatoren sind aktive heteropolare Aktuatoren mit einer krafterzeugenden Nennleistung zwischen ca. 1,5 und 5,5 kN, stärker bevorzugt zwischen ca. 1,5 und 4,5 kN, z. B. ca. 1,8 kN; die axialen Aktuatoren sind aktive heteropolare Aktuatorenpaare mit einer krafterzeugenden Nennleistung zwischen ca. 0,5 und 6,0 kN, stärker bevorzugt zwischen ca. 1,0 und 5,0 kN, z. B. ca. 1,08 kN. Solche Spezifikationen wären geeignet für einen Rotor 6 mit einem Durchmesser von ca. einem Meter und einem Gewicht von ca. 1.000 kg. Natürlich können diese Spezifikationen abgewandelt werden, um die vorliegenden Lehren an andere Anwendungen anzupassen.
Ein zweiter repräsentativer Computertomograf 1' wird unter Bezugnahme auf die – beschrieben. Nur Unterschiede zur ersten repräsentativen Ausführungsform werden im Detail erörtert, sodass Elemente oder Merkmale, die in beiden Ausführungsformen identisch sind, nicht weiter erörtert zu werden brauchen. Weiterhin versteht sich, obwohl eine Strahlungsquelle 2 und ein Strahlungsdetektor 3 in nicht gezeigt werden, dass ein oder beide Geräte 2, 3 ebenfalls auf dem Rotor 6 der zweiten repräsentativen Ausführungsform montiert sein können.
zeigt den Computertomografen 1' in der x-y-Ebene. Es versteht sich wiederum, dass die z-Achse senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Im Hinblick auf die Anordnung der Aktuatoren 10, 12, 14 unterscheidet sich die zweite repräsentative Ausführungsform von der ersten repräsentativen Ausführungsform insofern, als dass nur zwei radiale Aktuatoren 12' um die untere Hälfte des Rotors 6 herum angeordnet sind, während die beiden in gezeigten oberen radialen Aktuatoren 12 weggelassen wurden. Darüber hinaus werden in der zweiten repräsentativen Ausführungsform anstelle von vier Positionssensoren 9 nur drei verwendet und die oberen und unteren Hilfslager 28 sind in etwas größerem Abstand zueinander angebracht als in .
zeigt einen modifizierten Hubaktuator 10', der in beiden Ausführungsformen verwendet werden kann. Dieser Hubaktuator 10' unterscheidet sich von insoweit, als er eine Spule 30 enthält, die um den Statorkern 16 gewickelt ist. Daher ist der Hubaktuator 10' ein aktiver Aktuator, der zusätzlich zu dem vom Dauermagneten 18 erzeugten passiven permanenten Magnetfeld ein variables Magnetfeld erzeugen kann.
In einer solchen Ausführungsform kann der Elektromagnet (Spule 30 und Kern 16) im Betrieb einen Teil der Hubarbeit am Rotor übernehmen und damit die durch den Dauermagneten 18 erzeugte Rotorhubkraft ergänzen. In einer alternativen Ausführungsform jedoch kann der Elektromagnet ein Feld erzeugen, das einen Teil des vom Dauermagneten 18 erzeugten magnetischen Flusses aufhebt.
Der magnetische Flusspfad des Hubaktuators 10' in verläuft im Wesentlichen identisch mit dem magnetischen Flusspfad des Hubaktuators 10 in .
zeigt einen abgewandelten radialen Aktuator 12', der ebenfalls in beiden Ausführungsformen verwendet werden kann. In ist die Spule 34 in der x-y-Ebene um den Statorkern 32 gewickelt.
Im radialen Aktuator 12' in ist der magnetische Flusspfad ein geschlossener Pfad, z. B. ein im Wesentlichen kreisförmiger Pfad, der allgemein in der y-z-Ebene verläuft und durch die verschiedenen Teile des Statorkerns 32, über den Spalt zwischen dem Statorkern 32 und dem Rotor 6 und durch den angrenzenden Teil des Rotors 6 führt.
Der axiale Aktuator in kann in der zweiten repräsentativen Ausführungsform ohne Modifikation verwendet werden. In der Alternative kann der axiale Aktuator 14 heteropolar sein.
Die folgende Beschreibung ist sowohl auf die erste als auch auf die zweite repräsentative Ausführungsform anwendbar sowie auf ihre Modifikationen.
Der Innendurchmesser des inneren Hohlraums 4 des Rotors 6 beträgt vorzugsweise etwa einen Meter, obwohl größere oder kleinere Durchmesser je nach jeweiliger Anwendung der vorliegenden Lehren angemessen sein können. Weiterhin ist das System 1, 1' vorzugsweise so aufgebaut, dass es Rotationsgeschwindigkeiten von ca. 300 Umdrehungen pro Minute ermöglicht, obwohl höhere oder niedrigere Geschwindigkeiten von den vorliegenden Lehren ebenfalls umfasst werden. Beispielsweise werden in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Lehren Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu ca. 1.200 Umdrehungen pro Minute oder sogar bis zu 2.000 Umdrehungen pro Minute in Erwägung gezogen.
Die Statorkerne der verschiedenen Aktuatoren sind vorzugsweise geblechte, homopolare Kerne, doch massive Kerne und/oder heteropolare Kerne werden ebenfalls in Erwägung gezogen. In der ersten repräsentativen Ausführungsform in den – kommen vorzugsweise eine Mischung aus homopolaren und heteropolaren Aktuatoren zum Einsatz, während in der zweiten repräsentativen Ausführungsform in den – alle homopolaren Aktuatoren verwendet werden können. Allgemein gesehen versteht sich, dass massive Kerne und Rotoren geringere Herstellungskosten bedeuten, geblechte Kerne und Rotoren jedoch Leistungsvorteile bieten. Der Fachmann kann die geeignetsten Aktuatoren auf der Grundlage der jeweiligen Anwendung der vorliegenden Lehren frei wählen.
Der Rotor 6 kann ebenfalls massiv oder geblecht sein. In einer Ausführungsform kann ein geblechter Rotor 6 mit heteropolaren radialen Aktuatoren verwendet werden, was für eine hochdynamische Steuerung sorgen würde.
Die Aktuatoren 10, 12, 14 können über im Stand der Technik bekannte Standard-Magnetlagersteuerungen gesteuert werden, die in der Regel zehn Verstärker für zehn Aktuatoren bereitstellen. Beispielsweise kann die Aktuatorsteuerung durch eine Magnetlagersteuerung des Unternehmens SKF, Inc. mit der Modellnr. MB4160 erfolgen.
Ein repräsentativer Steuerungsprozess kann mit der Messung der Rotorposition sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung mithilfe der Positionssensoren 9 beginnen. Die Signale der Sensoren 9 werden an die Magnetlagersteuerung übertragen, die sie mit einem oder mehreren Werten vergleicht, die die Idealposition des Rotors 6 in Radial- und Axialrichtung darstellen. Die Idealposition kann beim Hochfahren des Geräts oder während der Initialisierung programmiert oder in die Steuerung eingegeben werden oder auch dynamisch während des Gerätebetriebs. Jeder Unterschied zwischen der tatsächlichen Position und der idealen Position führt zur Berechnung der nötigen Änderung des Stroms oder der Kraft, um den Rotor wieder in die Idealposition zu ziehen. Diese Berechnung wird in einen Befehl an die Leistungsverstärker übersetzt, die jeweils mit den Spulen der jeweiligen Aktuatoren verbunden sind. Der Befehl kann vorzugsweise eine Anordnung zum Erhöhen oder Verringern des Stromflusses in einer oder mehreren der entsprechenden Spulen beinhalten. Falls der Strom in einer bestimmten Spule erhöht wird, erhöht sich der magnetische Fluss durch den Aktuator und den angrenzenden Teil des Rotors und vergrößert damit die Kraft zwischen den rotierenden und den stationären Komponenten. Im Ergebnis bewegt sich der Rotor entlang der Steuerungsachse auf den jeweiligen Aktuator zu. Die Anwendung unterschiedlicher magnetischer Flüsse auf den Rotor 6 wirkt additiv in den unterschiedlichen Richtungen, wobei die Bewegungsrichtung des Rotors 6 einem Vektor dieser Richtungen entspricht.
Obwohl ein einzelner Hubaktuator 10, 10' in den beiden repräsentativen Ausführungsformen gezeigt wird, versteht sich, dass die Hubaktuatorfunktion auf zwei oder mehrere Hubaktuatoren 10, 10' aufgeteilt werden könnte. Beispielsweise könnten zwei Hubaktuatoren 10, 10' spiegelsymmetrisch in einer y-z-Ebene, die die ideale Hauptachse 8' enthält, an der oberen Hälfte des Gantrygehäuses montiert sein. Der von den beiden Hubaktuatoren 10, 10' erzeugte resultierende Hubvektor verläuft daher vorzugsweise in vertikaler oder im Wesentlichen in vertikaler Richtung.
Als Bezugspunkt werden repräsentative, aber nicht einschränkende Dimensionen für verschiedene Elemente eines repräsentativen CT-Geräts 1 bereitgestellt. Beispielsweise kann der Rotor 6 vorzugsweise eine radiale Breite von ca. 25 Millimetern und eine Tiefe in der z-Richtung von ca. 81 Millimetern aufweisen. Die Statorkerne 24 der axialen Aktuatoren 14 können eine radiale Breite von ca. 50 Millimetern und eine Tiefe in der z-Richtung von ca. 30 Millimetern aufweisen. Der Spalt 25 (siehe ) zwischen dem Statorkern 24 und dem ringförmigen Flansch 7 wird vorzugsweise oder idealerweise während des Betriebs bei ca. einem Millimeter auf jeder Seite des ringförmigen Flansches 7 in der z-Richtung aufrechterhalten. Die Hubaktuatoren und/oder radialen Aktuatoren 10, 12 können vorzugsweise eine radiale Breite von ca. 57 Millimetern und eine Tiefe in der z-Richtung von ca. 60 Millimetern aufweisen.
Die Aktuatoren 10, 10’, 12, 12’ weisen auf der auf den Rotor 6 ausgerichteten Seite vorzugsweise eine Rundung auf, die der äußeren Kontur des Rotors 6 entspricht, d. h., die auf den Rotor ausgerichteten Seiten sind halbkreisförmig. Dies bedeutet, dass die auf den Rotor ausgerichtete Seite des Magneten und/oder des Statorkerns vorzugsweise halbkreisförmig ist. Der axiale Aktuator 14 ist vorzugsweise gerade, obwohl auch gebogene Konfigurationen möglich sind.
Die Lager- und Sensorflächen auf dem Rotor 6 können geblecht und/oder massiv sein. Der Rotor 6 kann als eine einzelne, einstückige Komponente (d. h., eine einteilige Konstruktion) oder als Anordnung mehrerer Teile konstruiert sein, die jeweils aus magnetischen und/oder nicht magnetischen Materialien bestehen.
Die ersten und zweiten repräsentativen Ausführungsformen stellen fünf Achsen aktiver Steuerung bereit. Alternativ können eine oder mehrere der Achsen passiv in der Schwebe gehalten werden (d. h., keine aktive Steuerung) oder können mechanisch mit einem dauerhaft eingerasteten Wälz-, Gleit- oder Luft-/Hydrodynamiklager oder einer anderen Art Lager gesteuert werden.
Zumindest die radialen und axialen Aktuatoren 12, 14 (sowie der Hubaktuator 10, falls mit einem Elektromagneten ausgestattet) werden vorzugsweise gemäß einem Regelkreis-Feedback gesteuert, wobei Signale aus den Positionssensoren 9 zur Anpassung der Gantry-/Rotorposition verwendet werden. Als nicht einschränkende Beispiele kann die Steuerung auf unabhängiger Achsensteuerung (SISO – Single Input, Single Output) oder kombinierter Achsensteuerung (MIMO – Multiple Input, Multiple Output) basiert werden.
Während sämtliche Aktuatoren 10, 12, 14, Sensoren 9 und Hilfslager 28 als im Allgemeinen in einer einzelnen x-y-Ebene liegend dargestellt werden, können die verschiedenen Komponenten natürlich in zwei oder mehr x-y-Ebenen liegen, wobei sie jeweils durch einen axialen Abstand getrennt sind. Falls mehrere vertikale Ebenen von Komponenten genutzt werden, kann jede vertikale Ebene dieselben, weniger oder mehr Komponenten (z. B. Lager, Sensoren usw.) als die jeweils anderen Ebenen aufweisen.
Das System 1 kann einen integrierten Rotationsmotor mit oder ohne elektrische Kontakte (z. B. Bürsten) zwischen dem Rotor 6 und den stationären Komponenten enthalten.
Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung kann verwendet werden, um die Systemstabilität zu verbessern.
Die vorliegenden Lehren können auch ohne Weiteres modifiziert werden für einen ringförmigen Rotor 6, der um eine vertikale oder im Wesentlichen vertikale Hauptachse rotiert, was bedeutet, dass die Rotationsebene des Rotors 6 horizontal oder im Wesentlichen horizontal ist. In diesem Fall ist mindestens ein Hubaktuator oberhalb des ringförmigen Rotors angeordnet, um den ringförmigen Rotor vertikal zu heben, zumindest während er rotiert. Beispielsweise können zwei oder mehr Hubaktuatoren im Wesentlichen abstandsgleich voneinander entfernt um die äußere Peripherie des ringförmigen Rotors 6 oder des ringförmigen Flansches 7 angeordnet werden. Da die Hubaktuatoren die Position des Rotors 6 in seiner axialen Richtung (d. h., die axiale Richtung des Rotors 6 verläuft in der vertikalen Richtung) beeinflussen, können die Hubaktuatoren vorzugsweise mindestens einen Teil der Funktion der oben beschriebenen axialen Aktuatoren 14 ausführen und können auf im Wesentlichen dieselbe Art wie der axiale Aktuator 14 in konstruiert sein, obwohl es bevorzugt wird, dass mindestens ein Dauermagnet auf der vertikal oberen Seite des Rotors 6 bereitgestellt wird, um passive Hubkraftleistung zu ermöglichen, was die Gesamteffizienz des Systems verbessern würde.
Auf diese Weise können die Hubaktuatoren mit den axialen Aktuatoren kombiniert werden, sodass ein Paar oder mehrere Paare von Aktuatoren bereitgestellt werden, vorzugsweise abstandsgleich um die Peripherie des ringförmigen Rotors 6 herum. Im Ergebnis wären die Hubaktuatoren bzw. die axialen Aktuatoren einer solchen Ausführungsform in der Lage, den Rotor 6 in vertikaler Richtung nach oben und unten zu ziehen.
In einer solchen Ausführungsform beeinflusst mindestens ein radialer Aktuator die Position des Rotors 6 in der radialen Richtung des Rotors 6. Es ist wiederum vorzuziehen, mindestens drei radiale Aktuatoren um die äußere Peripherie des Rotors 6 anzuordnen, und diese radialen Aktuatoren können auf ähnliche Weise konstruiert sein, wie die radialen Aktuatoren 12, 12’ in den und .
In einer weiteren Modifikation der vorliegenden Lehren können einer oder mehrere der magnetischen Aktuatoren 10, 10’, 12, 12’, 14 durch ein nicht magnetisches Lager ersetzt werden. Es wäre beispielsweise möglich, magnetische Lager zur Steuerung der Position des Rotors 6 in seiner axialen Richtung zu verwenden, während nicht magnetische Lager (z. B. Hülsen oder Wälzlager) die äußere Umfangsfläche des Rotors 6 in dessen radialer Richtung rotierbar halten. Zusätzlich oder alternativ kann der Rotor 6 durch ein oder mehrere nicht magnetische Lager axial gehalten oder geführt werden, und magnetische Lager können verwendet werden, um den Rotor 6 während des Betriebs in radialer Richtung rotierbar zu halten. Auf diese Weise können in bestimmten Ausführungsformen einer oder mehrere der Hubaktuatoren, radialen Aktuatoren und/oder axialen Aktuatoren (axiales Aktuatorenpaar) durch eines oder mehrere der nicht magnetischen Lager ersetzt werden, die hier weiter oben oder unten offenbart werden. Zum Zweck der kurzen Darstellung versteht es sich, dass sämtliche hier offenbarten nicht magnetischen Lager geeigneter Ersatz für die Hubaktuatoren, radialen und/oder axialen Aktuatoren (magnetische Lager) sind, und alle entsprechenden Kombinationen von magnetischen und nicht magnetischen Lagern sind hiermit offenbart.
Die vorliegenden Lehren sind nicht insbesondere auf CT-Geräte beschränkt und können vorzugsweise mit jeder Rotoranwendung genutzt werden, in der die Hauptachse des Rotors 6 sich im Wesentlichen in der horizontalen oder vertikalen Ebene befindet, obwohl auch verschiedene andere Neigungsgrade davon weg erwogen werden. Der Rotor 6 kann massiv oder im Wesentlichen massiv oder der Rotor 6 kann röhrenförmig sein, z. B. kann er einen zumindest teilweise hohlen Innenraum aufweisen.
Obwohl die bevorzugte Strahlungsquelle für das computertomografische Bildgebungssystem eine Röntgenquelle ist, können andere Strahlungsquellen und entsprechende Detektoren verwendet werden, um zum Beispiel Positronen-Emissionstomographie, Elektronenstrahltomographie oder Einzel-Photonen-Emissionscomputertomographie auszuführen. Darüber hinaus können andere Strahlungsquellen für andere Anwendungen am Rotor angebracht werden, wie etwa Quellen ionisierender oder nicht ionisierender Strahlung, wie beispielsweise Laser. Die vorliegenden Lehren sind auf breiter Ebene anwendbar für jede Anwendung, bei der ein Hochgeschwindigkeitsrotor eingesetzt wird, um ein Gerät zu tragen, das auf kontaktfreie Weise betrieben wird, während es im Bezug zu einem Zielobjekt gedreht wird.
Obwohl eine Vielzahl von nicht magnetischen Hilfslagern 28 als „Back-up“ für den Fall eines System- oder Stromausfalls genutzt werden können, wie oben beschrieben wurde, ist eine andere Möglichkeit ein Linearlager, wie etwa ein von SKF, Inc. unter der Modellnummer LBBR25 erhältliches Linearkugellager. Im Prinzip besteht die Funktion des Hilfslagers bzw. der Hilfslager 28 darin, zu verhindern, dass der Rotor 6 je in direkten Kontakt mit dem Gantrygehäuse kommt, und außerdem, um zumindest zeitweise die Drehung des Rotors 6 zu unterstützen, für den Fall, dass der rotierende Rotor 6 unabsichtlich das bzw. die Lager 28 während des Betriebs berührt oder wenn das System sich außer Funktion befindet (z. B. ausgeschaltet ist). Falls zum Beispiel einer oder mehrere der magnetischen Aktuatoren 10, 10’, 12, 12’, 14 während des Betriebs nicht richtig arbeiten, wird keine Beschädigung am Rotor 6 durch den Kontakt des sich bewegenden Rotors 6 mit dem stationären Gehäuse verursacht, da der Rotor 6 zumindest zeitweise durch das bzw. die Hilfslager 28 rotierbar gehalten wird.
Ein Linearkugellager erfordert im Allgemeinen eine röhrenförmige Gehäusekonstruktion, z. B. eine Hülse mit einer Vielzahl von in sich geschlossenen Kreisnuten, z. B. Kugelumlaufführungen, die auf einer inneren Fläche davon gebildet oder definiert werden oder in einem innerhalb der Hülse gebildeten Lagerkäfig angeordnet sind. Jede in sich geschlossene Kreisnut weist ein Paar paralleler Nuten oder Führungen auf, die in Längsrichtung zum Linearlager verlaufen. Die Längsrillen oder -führungen sind an jedem Ende durch eine gebogene, z. B. halbkreisförmige Nut oder Führung, z. B. eine Auslenkungsbahn verbunden. Kugellager sind drehbar und beweglich innerhalb jeder der in sich geschlossenen Kreisnuten angeordnet und halten eine zylindrische Welle, die durch die röhrenförmige Konstruktion verläuft. Wenn sich die zylindrische Welle in Längsrichtung zum Linearlager im Verhältnis zu der röhrenförmigen Konstruktion bewegt, kreisen die Kugellager um jede in sich geschlossene Kreisnut oder -führung. Die Kugellager an einer Längsseite der in sich geschlossenen Kreisnut unterstützen die lineare Bewegung der zylindrischen Welle und dienen als tragende Kugeln. Die Kugellager an der anderen Längsseite der in sich geschlossenen Kreisnut unterstützen nicht die Auflast (d. h., nicht lasttragende Kugeln) und bewegen sich entgegengesetzt der Bewegungsrichtung der zylindrischen Welle. Daher ist die Tiefe an der nicht unterstützenden Längsseite der in sich geschlossenen Kreisnut größer als an der lasttragenden Längsseite. Die auf der nicht lasttragenden Seite angeordneten tragenden Kugeln müssen nicht der Innenfläche der Röhrenfläche zugewandt sein und können beispielsweise durch eine Metallplattenkonstruktion abgedeckt werden.
Zusätzlich kann die tragende Seite der in sich geschlossenen Kreisnut mit einer Last- oder Spurplatte, beispielsweise einer Metallplattenkonstruktion, verstärkt werden, die zwischen den Kugellagern und der röhrenförmigen Gehäusekonstruktion angeordnet ist. Darüber hinaus kann die röhrenförmige Gehäusekonstruktion aus gehärtetem Plastik oder Metall sein, vorzugsweise aus Metall, wie etwa Stahl in den gegenwärtig bevorzugten Anwendungen.
Weitere Lehren in Bezug auf ein repräsentatives Linearlager finden sich in US-Patent Nr. 6.168.313 , welches hiermit durch Verweis mit einbezogen wird.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird eine torusförmige oder toroidale Struktur, vorzugsweise ein Ringtorus, entweder auf dem Rotor 6 oder dem Gantrygehäuse angebracht. Linearkugellager können an dem jeweils anderen Element, Rotor 6 und Gantrygehäuse angebracht werden. Die torusförmige Struktur verläuft durch die Linearkugellager und besteht vorzugsweise aus einem Metall. Die torusförmige Struktur kann eine gehärtete Drahtkonstruktion sein.
Vorzugsweise sind die Linearkugellager so an den Rotor 6 zu montieren, dass sie mit diesem rotieren. In diesem Fall ist die Welle der Torus-Struktur fest am Gantrygehäuse montiert oder befestigt, und die Welle weist einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Linearkugellagers. Vorzugsweise wird der Außendurchmesser der Welle so ausgewählt, dass der ringförmige Spalt oder Zwischenraum zwischen der Welle der Torus-Struktur und dem jeweiligen Ende der Längsseite des Linearlagers kleiner ist als der Spalt zwischen dem Rotor und den magnetischen Lagern/Aktuatoren, d. h., wenn die Magnetlager schweben und den Rotor 6 rotierbar halten. Während des normalen Betriebs hat die torusförmige Struktur vorzugsweise keinen Kontakt mit den Linearkugellagern, um eine reibungsfreie Rotation des Rotors 6 zu ermöglichen.
Obwohl die Kugeln des Linearkugellagers aus Metall, wie etwa Stahl, sein können, wird es bevorzugt, dass die Kugeln ein keramisches Material enthalten oder im Wesentlichen daraus bestehen, z. B. für Lager geeignetes Siliziumnitrid. Zusätzlich ist der Kugelumlaufmechanismus des Linearkugellagers vorzugsweise derart verstärkt, dass eine unmittelbare Beschleunigung von Null auf 10 Meter pro Sekunde ermöglicht wird für den Fall, dass die torusförmige Struktur mit den Linearkugellagern in Kontakt kommt, d. h., aufsetzt, während der Rotor 6 mit Höchstgeschwindigkeit rotiert, z. B. bei ca. 300 Umdrehungen pro Minute, obwohl andere höchste Rotationsgeschwindigkeiten erwogen werden.
In einer Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform mit Linearkugellager kann die röhrenförmige Gehäusekonstruktion 42 zur Aufnahme der Kugeln gebogen sein und somit ein gebogenes röhrenförmiges Kugellager 41 bilden, wie in – dargestellt. Die gebogene röhrenförmige Gehäusekonstruktion 42 weist vorzugsweise dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Rundung auf, wie eine darin beweglich angebrachte im Allgemeinen torusförmige Welle 40. Darüber hinaus weist die Welle 40 vorzugsweise einen Außendurchmesser auf, der etwas geringer ist als der Innendurchmesser des Kugellagerkäfigs 46, damit ein ringförmiger Zwischenraum 48 zwischen der Welle 40 und der Innenfläche 43 des gebogenen Lagers 41 entsteht, wenn der Rotor 6 vom oben beschriebenen Magnetlagersystem gesteuert rotiert wird. Während des normalen Betriebs ist der ringförmige Zwischenraum 48 vorzugsweise mindestens im Wesentlichen konstant entlang der gesamten Länge jedes gebogenen Lagers 41 und des darin angebrachten Abschnitts der Welle 40.
Eine Vielzahl gebogener Lager 41 (z. B. zwölf, wie in dargestellt) können an dem Rotor 6 in gleichmäßigen Abständen angebracht sein. Die Welle 40 wird beweglich durch die gebogenen Lager 41 gehalten und ist mittels eines ringförmigen Anschlussflansches 44 (siehe – ) an dem stationären Gantrygehäuse befestigt. Die Verbindung des Flansches 44 und somit der Welle 40 mit dem stationären Gantrygehäuse ist aus Gründen der Einfachheit und Klarheit nicht in den Zeichnungen dargestellt.
Es versteht sich jedoch, dass diese Lager-/Wellenanordnung umgekehrt werden kann derart, dass die Welle 40 am Rotor 6 befestigt ist, so dass sie mit diesem rotiert, und die gebogenen Lager 41 am stationären Gantrygehäuse angebracht sind.
In einer weiteren Modifikation des oben beschriebenen Linearkugellagers können die Nuten oder Führungen des Lagerkäfigs 46 des gebogenen Lagers 41 so konstruiert sein, dass die nicht lasttragende Kugelbahn radial außerhalb der lasttragenden Bahn angeordnet ist, statt um die Peripherie der Welle 40 gebogen zu sein. Zum Beispiel kann eine metallene Lastplatte, die den tragenden Kugeln Halt bietet, zwischen den lasttragenden Kugeln und den nicht lasttragenden Kugeln angeordnet sein. In diesem Fall würden die Kugeln, nachdem sie die Auflast getragen haben (d. h., Kontaktieren der Welle 40), zirkulieren oder sich entlang der ersten gebogenen Bahn bewegen, die von der lasttragenden Bahn direkt radial nach außen gerichtet ist, dann entlang der nicht lasttragenden Bahn (von der lasttragenden Bahn direkt radial nach außen angeordnet) und schließlich entlang einer gebogenen Bahn, die radial nach innen verläuft, um wieder an der lasttragenden Bahn anzukommen. Somit würden die Kugeln über eine Rampe nach oben bewegt werden, um wieder mit der Welle 40 in Kontakt zu kommen, statt sich um eine Ecke oder eine gebogene Bahn zu bewegen, wie dies für Linearlager typisch ist. In dieser Ausführungsform sind die lasttragende und die nicht lasttragende Bahn vorzugsweise beide gebogen, und die beiden Krümmungen sind vorzugsweise konzentrisch. Die beiden Krümmungen sind ebenfalls in derselben Ebene angeordnet, welche in radialer Richtung des Rotors 6 verläuft.
Die nicht lasttragende Bahn kann im Wesentlichen als gekrümmte Röhre konfiguriert sein, die innerhalb der Röhrenkonstruktion definiert ist, welche wiederum vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Stahl, konstruiert ist.
Die Rollenkörper können in einer solchen Ausführungsform optional zylindrisch sein.
In einer weiteren Modifikation eines der oben beschriebenen linearen und gebogenen Kugellager, muss das lineare oder gebogene Kugellager nicht in der Umlaufrichtung umschlossen sein. Vielmehr, wie in sehr deutlich dargestellt, kann eine Öffnung von etwa 100°, z. B. zwischen 90° und 120°, entlang einer Längsseite des gebogenen oder linearen Lagers verlaufen, z. B. entlang einer Seitenöffnung in der axialen oder z-Richtung des Rotors 6. Eine solche Öffnung würde es ermöglichen, dass die Welle 40 mühelos in dem gebogenen oder linearen Lager montiert und davon entfernt werden könnte, indem die Welle 40 in der axialen oder z-Richtung des Rotors 6 bewegt wird. Zum Beispiel kann die Öffnung so bemessen sein, dass die Welle 40 durch die Öffnung in der Seite des gebogenen oder linearen Lagers einrastet, wenn die Welle 40 in das gebogene oder lineare Lager montiert wird. Somit ist der Umfang der Öffnung in der Umlaufrichtung des gebogenen oder linearen Lagers vorzugweise etwas kleiner als der Außendurchmesser der Welle 40.
Wenn ein gebogenes Lager 41 mit einer solchen seitlichen Öffnung versehen ist, ist der Lagerkäfig 46 vorzugsweise mit fünf Kugelzirkulationsbahnen in geschlossenem Kreislauf versehen, derart, dass fünf lasttragende Kugelführungen für den Kontakt mit der Welle 40 bestehen. Ein solches gebogenes Lager 41 weist vorzugsweise eine statische Ladekapazität von ca. 1500 Newton für die oben beschriebene CT-Anwendung auf. In einer weiteren Ausführungsform können zwei gebogene Kugellager 41 an jeder Lagerstelle genutzt werden, und die Lagerstellen können in ungefähr 15° Abstand angeordnet sein, so dass sich somit zwölf Lagerstellen um die Peripherie des Rotors 6 herum befinden. Jede Lagerkartusche 41 kann eine Länge von ungefähr 15–30 Zentimetern haben, stärker bevorzugt 20–25 Zentimeter, obwohl die genaue Länge von anwendungsspezifischen Parametern abhängig ist.
In wird nun eine Modifikation des oben beschriebenen Rotors und des axialen Aktuatorenpaars/der axialen Aktuatorenpaare beschrieben, wobei diese Modifikation mit sämtlichen vorhergehenden oder noch folgenden, hier offenbarten Ausführungsformen vorteilhaft genutzt werden kann.
zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt des stationären Gehäuses (Rahmen) 50, das mindestens einen ringförmigen Montageflansch 51 aufweist, der radial vom Gehäuse 50 nach innen verläuft.
zeigt weiterhin einen modifizierten Rotor 106, der im Wesentlichen eine U-Form im y-z-Querschnitt aufweist. Das heißt, der Rotor 106 umfasst ein Paar radial nach außen verlaufender, ringförmiger Flansche 107, die durch Abstände getrennt sind und mindestens im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Somit ist ein Hohlraum oder eine Vertiefung in der Axialrichtung (z-Richtung) zwischen den beiden ringförmigen Flanschen 107 definiert.
Ähnlich wie bei den vorherigen Ausführungsformen umfasst jeder ringförmige Flansch 107 mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material, das an oder proximal zu einer äußeren Peripherie des ringförmigen Rotors 106 angeordnet ist.
Obwohl die ringförmigen Flansche 107 als auf den gegenüberliegenden Längskanten des Rotors 106 in der z-Richtung (Längsrichtung) angeordnet dargestellt werden, können die ringförmigen Flansche 107 natürlich auch einwärts der entsprechenden Längskanten des Rotors 106 angeordnet sein. Außerdem sind die ringförmigen Flansche 107 zwar als völlig parallel zueinander dargestellt, die Flansche 107 können aber zu anderen nicht parallelen Strukturen abgewandelt sein, die an den entsprechenden Flanschen 107 angebracht sind oder von diesen weg verlaufen. Die Flansche 107 sind aber vorzugsweise spiegelsymmetrisch mit Bezug auf eine vertikale Achse konstruiert, die in y-Richtung zwischen den Flanschen 107 verläuft, um eine ausgewogene Struktur in der z-Richtung bereitzustellen.
Der Rotor 106 und die Flansche 107 sind vorzugsweise so geformt, dass z. B. der Rotor 106 und einer der Flansche 107 einstückig ausgebildet sind (d. h. ohne Naht dazwischen) und der andere Flansch 107 als abnehmbare Platte (Ring), der lösbar an dem Rotor 106 befestigt ist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, beide Flansche 107 einstückig mit dem Rotor 106 auszubilden oder beide Flansche 107 als abnehmbare Platten (Ringe) zu gestalten.
Ähnlich den vorherigen Ausführungsformen wird mindestens ein Paar axialer Aktuatoren bereitgestellt und umfasst ein Paar Statorkerne 124 mit jeweils mindestens einer um den Kern gewundenen Spule 126. In der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Statorkerne 124 fest auf die gegenüberliegenden axialen Seiten des ringförmigen Montageflansches 51 des stationären Gehäuses 50 montiert. Das heißt, die beiden Sätze aus Kern 124 und Spule 126 sind im Wesentlichen parallel mit einem Abstand zwischen ihnen angebracht und so auf dem ringförmigen Montageflansch 51 montiert, dass die Spulen 126 jeweils mit den beiden ringförmigen Flanschen 107 des Rotors 106 verbunden, d. h., proximal zu ihnen angeordnet, sind. Wie in der vorherigen Ausführungsform wird ein schmaler Spalt zwischen dem axial am weitesten außen gelegenen Teil jedes Statorkerns 124 bzw. jeder Spule 126 und dem angrenzenden Flansch 107 vorgesehen, sodass kein Kontakt zwischen diesen Teilen besteht, insbesondere wenn der Rotor 106 mit hoher Geschwindigkeit rotiert.
In der in dargestellten Ausführungsform wird eine zweite Spule 127 bereitgestellt, um den von der ersten Spule 126 erzeugten Fluss zu ergänzen, sodass Spule 126 einen Nord-(oder Süd)pol auf seinem zugehörigen Schenkel des Statorkerns 124 erzeugt und Spule 127 einen Süd-(oder Nord)pol auf seinem zugehörigen Schenkel des Statorkerns 124 erzeugt, wobei die Spulen 126 und 127 Magneten mit gegensätzlicher Polarität erzeugen. Auf diese Weise arbeiten Spulen 126 und 127 zusammen als Paar, um ein stärkeres magnetisches Feld in dem Spalt zwischen dem Flansch 107 und dem Kern 124 zu erzeugen.
Ähnlich wie bei den vorherigen Ausführungsformen sind die beiden axialen Aktuatoren aus so konfiguriert, dass sie variabel die Position des Rotors 106 entlang der z-Richtung anpassen können, d. h. in der axialen Richtung des rotierenden Rotors 106. Das bedeutet, die Spulen 126, 127 auf einem entsprechenden Statorkern 124 sind vorzugsweise gesteuert, d. h., die Stärke des vom jeweiligen entsprechenden Statorkern 124 und der jeweiligen Spule 126, 127 erzeugten Magnetfelds variiert, um den ringförmigen Montageflansch 51 im Wesentlichen in der Mitte des Abstands zwischen dem Paar der ringförmigen Rotorflansche 107 mit dem entsprechenden Spalt auf jeder Seite der axialen Aktuatoren zu halten.
Falls beispielsweise die ringförmigen Flansche 107 (und damit der Rotor 106) in zu weit nach rechts abweichen oder sich bewegen (sodass der Rotor 106 sich in der Darstellung in in die Seite hinein und vom Betrachter weg bewegt), werden die Spulen 126, 127 so gesteuert, dass die Spulen 126, 127 auf der rechten Seite stärker ziehen als die Spulen 126, 127 auf der linken Seite, wodurch die ringförmigen Flansche 107 (und damit der Rotor 106) in nach links bewegt wird. Es wird angemerkt, dass der Hubaktuator bzw. die Hubaktuatoren 10, 10’ und der radiale Aktuator bzw. die radialen Aktuatoren 12, 12’ ebenfalls vorzugsweise fest auf den ringförmigen Montageflansch 51 montiert sind und somit innerhalb der durch den U-förmigen Rotor 106 und die ringförmigen Flansche 107 definierten Vertiefung angeordnet sind.
Die Ausführungsform von bietet im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsformen die folgenden Vorteile.
Erstens kann die Ausführung des Rotors und des Gehäuses in der axialen oder längslaufenden (z-)Richtung des CT-Geräts kompakter gestaltet werden, weil das Paar axialer Aktuatoren (d. h., beide Spulen 126 (127) und Statorkerne 124) innerhalb der axialen Länge des Rotors 106 angeordnet sind. Das bedeutet, es besteht kein axialer Überhang eines Statorkerns 124 und einer Spule 126, wie auf der rechten Seite von dargestellt.
Zweitens kann durch Anwendung zweier ringförmiger Flansche 107 ein Verziehen des Rotors 106 während Hochgeschwindigkeitsrotation reduziert werden, weil die beiden ringförmigen Flansche 107 als Verstärkungselement wirken, das die gesamte Steifigkeit oder Stabilität der Rotoranordnung verbessert.
Drittens entsteht durch die Verwendung zweier ringförmiger Flansche 107, welche die Spulen 126, 127 und Statorkerne 124 umgeben, eine bessere magnetische Abschirmung, weil die durch die axialen Aktuatorenpaare (sowie durch die Hubaktuatoren 10, 10’ und die radialen Aktuatoren 12, 12’) erzeugten magnetischen Felder durch die umgebenden Strukturen, d. h., das Gehäuse 50, den Rotor 106 und die Flansche 107, kontrolliert werden. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass andere, in der direkten Umgebung des CT-Gerätes befindlichen Geräte durch magnetischen Streufluss beeinträchtigt werden.
zeigt eine weitere Modifikation der vorliegenden Lehren, die bei Anwendung mit einer der vorherigen oder folgenden hier offenbarten Ausführungsformen vorteilhaft sein kann.
Ähnlich der in dargestellten Ausführungsform wird wieder ein im Wesentlichen U-förmiger Rotor 106 mit zwei ringförmigen Flanschen 107 bereitgestellt. Der ringförmige Montageflansch 51 des stationären Gehäuses 50 ist zwischen den ringförmigen Flanschen 107 angeordnet und ist in zu Zwecken der Darstellung breiter abgebildet. Das bedeutet, dass der ringförmige Montageflansch 51 in jeder der hier offenbarten Ausführungsformen dieselbe Breite aufweisen kann.
Die erste und die zweite Trommel (Behälter) 70, 71 sind fest auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Rotors 106, z B. durch einen Bügel 72, angebracht. Die erste Trommel 70 kann z. B. die Strahlungsquelle 2, etwa eine Röntgenröhre, sichern, und die zweite Trommel 71 kann z. B. den Strahlungsdetektor 3 sichern.
Da die erste und die zweite Trommel 70, 71 auf eine Längskante (axiale Kante) des Rotors 106 montiert sind, erzeugen sie eine Neigung bzw. ein Moment, die/das in nach rechts oder im Uhrzeigersinn wirkt. Zwar ist es möglich, die oben beschriebenen axialen Aktuatorenpaare zum Ausgleichen dieser Neigung (dieses Moments) zu nutzen, es ist aber vorzuziehen, einen Satz Dauermagneten 61, 62 bereitzustellen, sodass mindestens ein Dauermagnet 61, 62 auf einer axialen Seite (Längsseite) des ringförmigen Montageflansches 51 und mindestens ein Dauermagnet 61, 62 auf der gegenüberliegenden axialen Seite (Längsseite) des ringförmigen Montageflansches 51 angeordnet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann eine einzelne Trommel, die 360° um die Rotationsachse herum verläuft, fest an dem ringförmigen Flansch 107 montiert werden, in welcher Geräte auf gegenüberliegenden Seiten angebracht sind, in durch die separaten Trommeln 70 und 71 in dargestellten Positionen.
Jeder Satz Dauermagneten kann zwei S-pole 61 und einen N-pol 62 oder umgekehrt beinhalten. Die Magneten 61, 62 sind mittels eines Montagebügels 60 fest an den ringförmigen Montageflansch 51 montiert. Außerdem können Kanalisierungsplatten aus Stahl 63 an der axialen Seite der Magneten 61, 62 gegenüber des Montagebügels 60 befestigt sein, um dazu beizutragen, das magnetische Feld zum angrenzenden ringförmigen Flansch 107 zu kanalisieren. Jeder ringförmige Flansch 107 beinhaltet wiederum mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material, das an oder proximal zu einer äußeren Peripherie des ringförmigen Rotors 106 angeordnet ist. Daher zieht jeder Satz Dauermagneten 61, 62 den entsprechenden ringförmigen Flansch 107 an, um die Neigung bzw. das Moment zumindest teilweise im Uhrzeigersinn auszugleichen. Zusätzlich oder alternativ können Dauermagnetanordnungen mit zwei, drei (in dargestellt) oder vier oder mehr Polen eingesetzt werden.
Konkret zieht der oben in dargestellte Satz Magneten 61, 62, d. h. proximal zur Trommel 70, den rechten ringförmigen Flansch 107 in Richtung des in linken. Dahingegen zieht der unten in dargestellte Satz Magneten, d. h. proximal zur Trommel 71, den linken ringförmigen Flansch 107 in Richtung des in rechten.
Die beiden Magnetsätze ziehen vorzugsweise mit gleicher Kraft, aber in entgegengesetzte Richtungen. Somit wird keine Nettokraft in der axialen Richtung (Längsrichtung) übertragen, jedoch wird mit Nettodrehmoment auf den Rotor 106 eingewirkt, um das Moment bzw. die Neigungskraft auszugleichen, das/die durch die Trommeln 70, 71 erzeugt wird.
Durch die Verwendung von Dauermagneten 61, 62 wird die Belastung der axialen Aktuatorenpaare (Spulen und Statorkerne) reduziert, und somit können die axialen Aktuatorenpaare kleiner und/oder für geringeren Energieverbrauch konzipiert werden. Darüber hinaus werden die Dauermagneten 61, 62 weiterhin mit Nettodrehmoment auf den Rotor 106 einwirken, selbst wenn das CT-Gerät ausgeschaltet ist, und halten dadurch den Rotor 106 teilweise in der bevorzugten aufrechten Position und minimieren oder beseitigen dadurch die Kraft, die auf die stationären Hilfslagerkomponenten in der axialen Richtung während des Ruhezustands des CT-Geräts oder während einer Fehlfunktion wirken könnte. Daher wird die auf die ringförmigen Flansche 107 durch die mindestens zwei Sätze Dauermagneten 61, 62 übertragene magnetische Kraft vorzugsweise ausgewählt, um exakt oder im Wesentlichen exakt der durch die Trommeln 70, 71 erzeugten Neigungskraft bzw. dem Moment gleichzukommen.
In werden zwei Sätze Dauermagneten 61, 62 dargestellt und sind in einer höchsten vertikalen Position bzw. einer untersten vertikalen Position im Verhältnis zum Rotor 106 angeordnet. Das bedeutet, die Dauermagneten 61, 62 sind bei 12 Uhr und bei 6 Uhr angeordnet, wenn der Rotor 106 entlang der z-Achse betrachtet wird.
Mehr als zwei Sätze Dauermagneten 61, 62 können jedoch verwendet werden, um die Neigung bzw. das Moment der Trommeln 70, 71 auszugleichen. Beispielsweise könnten drei Sätze Dauermagneten 61, 62 verwendet werden, wobei ein Satz, z. B. an der höchsten vertikalen Position (z. B. ungefähr 12 Uhr) angeordnet ist und die anderen beiden Sätze spiegelsymmetrisch relativ zu einer vertikalen Achse (d. h., in y-Richtung verlaufend) entlang eines unteren Abschnitts des Gehäuses 50, wie etwa z. B. bei 5 Uhr und 7 Uhr oder bei 4 Uhr und 8 Uhr, angeordnet sind. In diesem Fall ist der höchste Satz Dauermagneten 61, 62 an dem ringförmigen Montageflansch 51 auf der den Trommeln 70, 71 am nächsten befindlichen axialen Seite befestigt, und die beiden untersten Sätze Dauermagneten 61, 62 sind an dem ringförmigen Montageflansch 51 auf der am entferntesten von den Trommeln 70, 71 befindlichen axialen Seite befestigt.
Natürlich sind verschiedene andere Anordnungen für die Dauermagneten möglich. Beispielsweise können die Dauermagneten 61, 62 separat von den axialen Aktuatorenpaaren 24, 26 (124, 126, 127) angeordnet werden oder können in eines oder mehrere der axialen Aktuatorenpaare integriert werden. Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehrere Sätze Dauermagneten 61, 62 an der axialen Seite des ringförmigen Montageflansches 51 den Trommeln 70, 71 am nächsten angeordnet werden.
Darüber hinaus kann jeder Dauermagnet 61, 62 eine Vielzahl kleinerer Magneten beinhalten.
zeigt eine weitere Modifikation der vorliegenden Lehren, die bei Anwendung mit einer der vorherigen oder folgenden hier offenbarten Ausführungsformen vorteilhaft sein kann.
In ist ein Paar Anschlagflächen 75 fest auf gegenüberliegenden axialen Seiten des ringförmigen Montageflansches 51 mittels entsprechender Anschlagflächenhalter 76 angebracht. Die Anschlagflächen 75 können auch als Gleitlager oder Gleitlagerkissen bezeichnet werden und werden vorzugsweise aus einer abschleifbaren Graphitverbindung hergestellt. Statt Graphit können jedoch auch andere Materialien verwendet werden.
Die Anschlagflächen 75 sind für den Fall einer Fehlfunktion, z. B. einen Spannungsverlust, zur Unterstützung des Rotors 106 in axialer Richtung vorgesehen, was anderenfalls dazu führen würde, dass die ringförmigen Flansche 107 gegen den ringförmigen Montageflansch 51 prallen (oder einen der Hubaktuatoren 10, 10’, der radialen Aktuatoren 12, 12’, der axialen Aktuatoren 24, 26 (124, 126, 127), Positionssensoren 9 oder andere empfindliche oder zerbrechliche Geräte, die in der durch den Rotor 106 und zwei ringförmige Flansche 107 definierten Vertiefung angeordnet sein können). Das bedeutet, falls der Rotor 106 zu weit nach links oder rechts (d. h., in axiale Richtung) abweicht, kann einer der ringförmigen Flansche 107 die angrenzenden Anschlagflächen 75 berühren, ohne Schaden an der Rotoranordnung, der elektronischen Ausrüstung (z. B. Aktuatoren) oder dem Gehäuse 50 anzurichten (bzw. unter Verminderung von Schaden).
Daher sind die Anschlagflächen 75 vorzugsweise so konstruiert, dass sie eine größere Länge in der axialen Seite (Längsseite) aufweisen, d. h., entlang der z-Achse, als sämtliche anderen auf dem ringförmigen Montageflansch 51 montierten Geräte (z. B. Aktuatoren). In diesem Fall wird der ringförmige Flansch 107 die angrenzende Anschlagfläche 75 berühren und dadurch blockiert oder davon abgehalten werden, sich weiter in die axiale Richtung zu bewegen, was dazu führen würde, dass die auf den ringförmigen Montageflansch 51 montierten empfindlichen oder zerbrechlichen Geräte zerdrückt oder anderweitig beschädigt werden.
In ist zwar nur ein Paar Anschlagflächen 75 abgebildet, aber natürlich kann eine Vielzahl von Anschlagflächenpaaren 75 um die Peripherie des ringförmigen Montageflansches 51 herum angeordnet werden. Beispielsweise können zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Paare Anschlagflächen 75, z. B. abstandsgleich, um die Peripherie des ringförmigen Montageflansches 51 herum angeordnet werden. Darüber hinaus können die Anschlagflächen 75 optional in Paaren (d. h., axial einander gegenüber) oder versetzt voneinander in der Umlaufrichtung des Rotors 106 und/oder des Flansches bzw. der Flansche 107 angeordnet werden.
Zusätzliche, nicht einschränkende Aspekte der bestehenden Lehren sind die folgenden:

1. Eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen ringförmigen Rotor, der zum Rotieren um eine Hauptachse konfiguriert ist, wobei der Rotor (i) einen hohlen Innenraum in einer zur Aufnahme eines Patienten geeigneten Größe aufweist, (ii) seine Länge geringer als sein Durchmesser ist und (iii) ein magnetisch permeables Material beinhaltet, das sich auf oder proximal zu der äußeren Peripherie des Rotors befindet, eine am Rotor befestigte Strahlungsquelle, sodass sie sich mit diesem dreht, mindestens ein optionales nicht magnetisches Lager, das um die äußere Peripherie des Rotors angeordnet ist, und ein Magnetlagersystem, das zur Beeinflussung der Position des Rotors im dreidimensionalen Raum konfiguriert ist und vorzugsweise mindestens drei Aktuatoren umfasst, die zur Erzeugung eines magnetischen Feldes konfiguriert sind, das mit dem magnetisch permeablen Material des Rotors interagiert, wobei: mindestens ein optionaler Hubaktuator eine Kraft zum Anheben des Rotors in einer vertikalen Richtung erzeugt, mindestens ein optionaler radialer Aktuator die Position des Rotors in der radialen Richtung des Rotors beeinflusst und mindestens bei der Aufrechterhaltung eines ringförmigen Spalts zwischen dem Rotor und dem mindestens einen optionalen nicht magnetischen Lager in einer radialen Richtung des Rotors unterstützt, während sich der Rotor unter der Kontrolle des Magnetlagersystems dreht, und mindestens ein axialer Aktuator die Position des Rotors in einer axialen Richtung des Rotors beeinflusst, z. B. durch Aufrechterhaltung eines ringförmigen Spalts (z. B. eines vorgegebenen ringförmigen Spalts) zwischen dem Rotor (und/oder mindestens einem seiner radial verlaufenden Flansche) und dem mindestens einen optionalen nicht magnetischen Lager (z. B. axiale Anschlagfläche) in der axialen Richtung des Rotors, während sich der Rotor unter der Kontrolle des Magnetlagersystems dreht.
2. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 1, wobei der Rotor mindestens einen ringförmigen Flansch enthält, der zumindest teilweise ein magnetisch permeables Material umfasst, wobei der mindestens eine axiale Aktuator proximal zu dem ringförmigen Flansch angeordnet ist.
3. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 2, wobei der mindestens eine axiale Aktuator ein Paar axialer Aktuatoren umfasst, die jeweils zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes unabhängig von dem anderen konfiguriert sind, wobei der ringförmige Flansch optional innerhalb eines radial verlaufenden, zwischen dem Paar axialer Aktuatoren definierten Spalts angeordnet ist.
4. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–3, wobei die Vorrichtung mindestens drei axiale Aktuatoren umfasst, die feststehend um den Rotor herum angeordnet sind und ungefähr abstandsgleich zueinander angeordnet sind.
5. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–4, wobei der mindestens eine Hubaktuator mindestens einen Dauermagneten umfasst, der zum Anheben von mindestens 50 % des Gewichts des Rotors konfiguriert ist.
6. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–5, wobei der mindestens eine Hubaktuator einen Elektromagneten umfasst, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert ist.
7. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–6, wobei: die Hauptachse im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung verläuft.
8. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–7, wobei: das mindestens eine nicht magnetische Lager aus einem Gleitlager und einem Wälzlager ausgewählt wird.
9. Eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen ringförmigen Rotor, der mindestens einen ringförmigen Flansch aufweist und zumindest teilweise ein magnetisch permeables Material umfasst, das an oder proximal zu der äußeren Peripherie des ringförmigen Rotors und des ringförmigen Flansches angeordnet ist, wobei der Rotor um eine Hauptachse drehbar ist, mindestens ein optionales, nicht magnetisches Lager, das angrenzend an den ringförmigen Rotor angeordnet ist und zur zumindest vorübergehenden drehbaren Lagerung des ringförmigen Rotors in der Lage ist, wobei die äußere Peripherie des ringförmigen Rotors einen etwas geringeren Durchmesser als der Durchmesser einer radial nach innen weisenden Fläche des nicht magnetischen Lagers aufweist, und ein Magnetlagersystem, das angrenzend an die äußere Peripherie des ringförmigen Rotors angeordnet ist, wobei das Magnetlagersystem Folgendes umfasst: mindestens einen optionalen Hubaktuator, der ein magnetische Feld erzeugt und fest angrenzend an einen vertikal oberen Abschnitt des ringförmigen Rotors angeordnet ist, wobei der mindestens eine Hubaktuator zur Erzeugung einer Kraft konfiguriert ist, mittels welcher der ringförmige Rotor in einer vertikalen Richtung angehoben wird, zumindest während der ringförmige Rotor sich um die Hauptachse dreht, mindestens einen optionalen radialen Aktuator, der ein variables magnetisches Feld erzeugt und fest angrenzend an die äußere Peripherie des ringförmigen Rotors angeordnet ist, wobei der mindestens eine radiale Aktuator zur Beeinflussung der Position des ringförmigen Rotors in der radialen Richtung des ringförmigen Rotors konfiguriert ist, während sich der ringförmige Rotor dreht, sodass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der radial nach innen weisenden Fläche des mindestens einen nicht magnetischen Lagers und der äußeren Peripherie des ringförmigen Rotors bestehen bleibt, und mindestens einen axialen Aktuator, der ein variables magnetisches Feld erzeugt und fest angrenzend an den mindestens einen ringförmigen Flansch angeordnet ist, wobei der mindestens eine axiale Aktuator zur Beeinflussung der Position des ringförmigen Rotors in einer axialen Richtung des Rotors konfiguriert ist, vorzugsweise um einen vorgegebenen ringförmigen Spalt zwischen dem ringförmigen Rotor und/oder dem mindestens einen ringförmigen Flansch und einem axial angrenzenden, optionalen nicht magnetischen Lager, z. B. einer oder mehreren axialen Anschlagflächen aufrechtzuerhalten.
10. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 9, wobei der mindestens eine axiale Aktuator ein Paar axialer Aktuatoren umfasst, die jeweils zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes unabhängig von dem anderen konfiguriert sind, wobei der ringförmige Flansch optional innerhalb eines radial verlaufenden, zwischen dem Paar axialer Aktuatoren definierten Spalts angeordnet ist.
11. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 9 oder 10, wobei die Vorrichtung mindestens drei axiale Aktuatoren umfasst, die fest um den Rotor herum angeordnet sind und ungefähr abstandsgleich zueinander angeordnet sind.
12. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–11, wobei die Hauptachse im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung verläuft.
13. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–12, wobei der mindestens eine Hubaktuator mindestens einen Dauermagneten umfasst, der zum Anheben von mindestens 50 % des Gewichts des ringförmigen Rotors konfiguriert ist.
14. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–13, wobei der mindestens eine Hubaktuator darüber hinaus einen Elektromagneten umfasst, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert ist.
15. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–14, wobei die Vorrichtung mindestens drei radiale Aktuatoren umfasst, die um die äußere Peripherie des ringförmigen Rotors herum angeordnet sind.
16. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–15, wobei das mindestens eine nicht magnetische Lager aus einem Gleitlager und einem Wälzlager ausgewählt wird.
17. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–16, wobei der Rotor einen äußeren Durchmesser aufweist, der größer als seine Länge ist.
18. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–17, wobei der Rotor einen hohlen Innenraum in einer zur Aufnahme eines Patienten geeigneten Größe aufweist.
19. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–18, wobei es sich bei der Vorrichtung um eine diagnostische Scanvorrichtung handelt, die darüber hinaus eine auf dem ringförmigen Rotor montierte Strahlungsquelle umfasst, sodass sie sich mit diesem dreht.
20. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 19, wobei: die Hauptachse im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung verläuft, der mindestens eine Hubaktuator mindestens einen Dauermagneten umfasst, der zum Anheben von mindestens 50 % des Gewichts des ringförmigen Rotors konfiguriert ist, sowie einen Elektromagneten, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert ist, das mindestens eine nicht magnetische Lager aus einem Gleitlager und einem Wälzlager ausgewählt wird, und wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: mindestens drei axiale Aktuatoren, die fest um den ringförmigen Rotor angeordnet sind, wobei der ringförmige Flansch in entsprechenden, in jedem der axialen Aktuatoren definierten Abständen angeordnet ist, und mindestens drei radiale Aktuatoren, die um die äußere Peripherie des Rotors angeordnet sind.
21. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 9–20, die ferner einen auf dem ringförmigen Rotor im Allgemeinen gegenüber der Strahlungsquelle angebrachten Strahlungsdetektor umfassen.
22. Eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen ringförmigen Rotor, der mindestens einen ringförmigen, in einer radialen Richtung des ringförmigen Rotors verlaufenden Flansch aufweist, wobei der ringförmige Rotor zumindest teilweise ein magnetisch permeables Material an oder angrenzend an mindestens einer Umfangsfläche umfasst und wobei der ringförmige Rotor um eine Hauptachse drehbar ist, mindestens ein optionales nicht magnetisches Lager, das angrenzend an eine äußere Peripherie des ringförmigen Rotors angeordnet ist, mindestens einen optionalen radialen Aktuator, der angrenzend an den äußeren Peripherieabschnitt des ringförmigen Rotors angeordnet ist, wobei der mindestens eine radiale Aktuator zur Beeinflussung der Position des ringförmigen Rotors in einer senkrecht zur Hauptachse verlaufenden Ebene steuerbar ist, während sich der ringförmige Rotor dreht, sodass ein ringförmiger Spalt zwischen dem mindestens einen nicht magnetischen Lager und dem ringförmigen Rotor bestehen bleibt, und mindestens drei um die Peripherie des ringförmigen Rotors herum in einer Abstandsbeziehung relativ zueinander angeordnete axiale Aktuatoren, wobei der mindestens eine ringförmige Flansch optional innerhalb eines in jedem der axialen Aktuatoren definierten Abstands angeordnet ist und jeder axiale Aktuator einen Elektromagneten umfasst, der zur Beeinflussung der Position des mindestens einen ringförmigen Rotors in einer axialen Richtung des ringförmigen Rotors steuerbar ist, vorzugsweise um einen vorgegebenen ringförmigen Spalt zwischen dem ringförmigen Rotor und/oder dem mindestens einen ringförmigen Flansch und einem axial angrenzenden, optionalen nicht magnetischen Lager, z. B. einer oder mehreren axialen Anschlagflächen aufrechtzuerhalten.
23. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 22, wobei die Vorrichtung mindestens drei radiale Aktuatoren umfasst, die angrenzend an den äußeren Peripherieabschnitt des ringförmigen Rotors in einer Abstandsbeziehung relativ zueinander angeordnet sind, wobei mindestens einer der radialen Aktuatoren mindestens einen Dauermagneten beinhaltet, der zum vertikalen Anheben von mindestens 50 % des Gewichts des ringförmigen Rotors konfiguriert ist.
24. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 22 oder 23, wobei der ringförmige Rotor einen äußeren Durchmesser aufweist, der größer als seine Länge ist.
25. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 22–24, wobei es sich bei der Vorrichtung um eine diagnostische Scanvorrichtung handelt, die darüber hinaus eine auf dem ringförmigen Rotor montierte Strahlungsquelle umfasst, sodass sie sich mit diesem dreht.
26. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–25, wobei mindestens einer der Aktuatoren einen geblechten Kern umfasst.
27. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–26, wobei der erste und der zweite (z. B. ringförmige) Flansch vorzugsweise in einer parallelen, räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen, wobei der erste und der zweite Flansch jeweils mindestens teilweise magnetisch permeables Material umfassen.
28. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 27, wobei der erste Flansch mit dem Rotor einstückig ohne eine Naht dazwischen ausgebildet ist und der zweite Flansch lösbar an dem Rotor befestigt ist.
29. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 27 oder 28, wobei der Rotor und die Flansche eine Rotoranordnung bilden, die mindestens im Wesentlichen eine U-Form im Querschnitt aufweist.
30. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 27–29, wobei durch angrenzende Flächen des Rotors und der Flansche eine Vertiefung definiert ist.
31. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 30, wobei der erste und der zweite axiale Aktuator innerhalb der Vertiefung angeordnet sind, wobei der erste axiale Aktuator zur Einwirkung auf den ersten Flansch und der zweite axiale Aktuator zur Einwirkung auf den zweiten Flansch konfiguriert ist.
32. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 31, wobei der erste und der zweite axiale Aktuator jeweils mindestens eine um mindestens einen Statorkern angeordnete Spulenwicklung umfassen.
33. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 30 oder 31, wobei der erste und der zweite axiale Aktuator jeweils einen im Wesentlichen U-förmigen Statorkern und zwei jeweils um die beiden Schenkel des Statorkerns gewickelte Spulen umfassen.
34. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 31–33, die ferner ein stationäres Gehäuse bzw. ein Gestell mit einem (z. B. ringförmigen) Montageflansch umfasst, der vom stationären Gehäuse oder Gestell radial nach innen in den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Flansch verläuft, wobei der erste und der zweite axiale Aktuator am Montageflansch angebracht sind.
35. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–34, welche ferner Folgendes umfasst: ein (das) stationäre(s) Gehäuse oder Gestell, bei dem ein (der) Montageflansch vom stationären Gehäuse oder Gestell radial nach innen in den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch verläuft, die vom Rotor vorzugsweise in einer parallelen, räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor verlaufen und die jeweils zumindest teilweise ein magnetisch permeables Material umfassen, mindestens einen ersten Dauermagneten, der an dem Montageflansch auf der axialen Seite zu einer oder mehreren, am Rotor befestigten Trommeln am nächsten angebracht ist und eine Strahlungsquelle und/oder einen Strahlungsdetektor enthält, wobei sich der mindestens eine erste Dauermagnet proximal zum ersten Flansch befindet, und mindestens einen zweiten Dauermagneten, der an dem Montageflansch auf der axialen Seite von einer oder mehreren, am Rotor befestigten Trommeln am entferntesten angebracht ist und die Strahlungsquelle und/oder den Strahlungsdetektor enthält, wobei sich der mindestens eine zweite Dauermagnet proximal zum zweiten Flansch befindet.
36. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 35, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet und der mindestens eine zweite Dauermagnet keine Nettokraft an den Rotor in der axialen Richtung anlegen, aber Nettodrehmoment an den Rotor anlegen, der eine durch das Gewicht der Trommel(n) ausgelöste Kippkraft(-last) oder ein Moment ausbalanciert oder ausgleicht.
37. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 35 oder 36, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet höher in vertikaler Richtung angeordnet ist als der mindestens eine zweite Dauermagnet.
38. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 35–37, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet im Allgemeinen an einer höchsten vertikalen Position des Montageflansches angeordnet ist und der mindestens eine zweite Dauermagnet im Allgemeinen an einer untersten vertikalen Position des Montageflansches angeordnet ist.
39. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 35–38, wobei mindestens ein erster Dauermagnet und/oder der mindestens eine zweite Dauermagnet aus mindestens zwei separaten und unterschiedlichen Dauermagneten besteht, die auf spiegelsymmetrische Weise relativ zu einer vertikalen Achse des Rotors voneinander beabstandet sind.
40. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 35–39, welche ferner mindestens ein an jedem Dauermagneten befestigtes Kanalisierungselement aus Stahl bzw. eine an jedem Dauermagneten befestigte Kanalisierungsplatte aus Stahl umfasst.
41. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 1–40, welche ferner Folgendes umfasst: ein (das) stationäre(s) Gehäuse oder Gestell, bei dem ein (der) Montageflansch vom stationären Gehäuse oder Gestell radial nach innen in den Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch verläuft, die vom Rotor vorzugsweise in einer parallelen, räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor verlaufen, mindestens eine erste Anschlagfläche, die an einer axialen Seite an dem Montageflansch befestigt ist, sodass sie sich proximal zum ersten Flansch befindet, und mindestens eine zweite Anschlagfläche, die an der gegenüberliegenden axialen Seite an dem Montageflansch befestigt ist, sodass sie sich proximal zum zweiten Flansch befindet.
42. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 41, wobei es sich bei der mindestens einen ersten Anschlagfläche und/oder der mindestens einen zweiten Anschlagfläche um ein Gleitlager oder einen Gleitlagerschuh handelt.
43. Eine Vorrichtung wie in Aspekt 41 oder 42, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche einen Einlaufbelag, etwa ein abschleifbares Graphitmaterial umfassen.
44. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 41–43, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche eine äußere axiale Fläche aufweisen, die weiter beabstandet von dem Montageflansch angeordnet ist als sämtliche anderen, am Montageflansch angebrachten Geräte.
45. Eine Vorrichtung wie in einem der Aspekte 41–44, die ferner zwei oder mehr erste Anschlagflächen und/oder zwei oder mehr zweite Anschlagflächen umfasst, die z. B. jeweils abstandsgleich um die Peripherie des Montageflansches herum angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1, 1’: Computertomograf
2: Strahlungsquelle
3: Strahlungsdetektor
4: Hohler Innenraum des Rotors 6
5: Ringförmiger Spalt
6: Rotor (ringförmige Gantry)
7: Ringförmiger Flansch
8: Hauptachse des Rotors 6
8’: Ideale Hauptachse des Rotors 6
9: Positionssensor
10, 10’: Hubaktuator
11: Äußere Peripherie des Rotors 6
12, 12’: Radialer Aktuator
14: Axialer Aktuator
16: Statorkern
18: Dauermagnet
20: Statorkern
22: Spule
24: Statorkern
25: Abstand
26: Spule
28: Hilfslager
30: Spule
32: Statorkern
34: Spule
40: Welle
41: Gebogenes Lager
42: Gebogenes röhrenförmiges Gehäuse
43: Innenfläche
44: Ringförmiger Anschlussflansch
46: Lagerkäfig
48: Ringförmiger Zwischenraum
50: Stationäres Gehäuse
51: Ringförmiger Montageflansch
60: Montagebügel
61: N-Pol des Magneten
62: S-Pol des Magneten
63: Kanalisierungselement aus Stahl
70: Trommel
71: Trommel
72: Bügel
75: Anschlagfläche
76: Anschlagflächenhalter
106: Rotor
107: Ringförmiger Flansch
124: Statorkern
126: Spule
127: Spule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6748806 [0006]
US 7277523 [0008]
US 7023952 [0008]
WO 2010/026523 A2 [0009]
US 5481585 [0010]
US 2011/0194669 [0011]
US 6168313 [0118]

Claims

Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Rotor, der um eine Hauptachse drehbar ist, einen hohlen Innenraum aufweist und mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material umfasst, erste und zweite Flansche, die mit dem Rotor verbunden sind und in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Flansch mindestens teilweise ein magnetisch permeables Material umfassen, einen ersten axialen Aktuator, der zur Bildung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert ist, wobei der erste axiale Aktuator angrenzend an, aber beabstandet vom ersten Flansch feststehend angeordnet und so konfiguriert ist, dass er den ersten Flansch magnetisch in eine erste axiale Richtung des Rotors zieht, und einen zweiten axialen Aktuator, der zur Erzeugung eines variablen magnetischen Feldes konfiguriert ist, wobei der zweite axiale Aktuator angrenzend an, aber beabstandet vom zweiten Flansch feststehend angeordnet und so konfiguriert ist, dass er den zweiten Flansch magnetisch in eine zweite axiale Richtung des Rotors zieht, die sich entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung befindet, wobei der erste und der zweite axiale Aktuator beide mindestens im Wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch angeordnet sind.
Vorrichtung wie in Anspruch 1, wobei der erste Flansch mit dem Rotor einstückig ohne eine Naht dazwischen ausgebildet ist und der zweite Flansch lösbar an dem Rotor befestigt ist.
Vorrichtung wie in Anspruch 1, wobei: der erste und der zweite Flansch ringförmig sind, der erste und der zweite ringförmige Flansch mindestens im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und der Rotor, der erste ringförmige Flansch und der zweite ringförmige Flansch zusammen eine Rotoranordnung bilden, die mindestens im Wesentlichen eine U-Form im Querschnitt aufweist.
Vorrichtung wie in Anspruch 3, die ferner Folgendes umfasst: ein stationäres Gehäuse mit einem aus dem stationären Gehäuse in einen Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch radial nach innen verlaufenden Montageflansch, wobei der erste axiale Aktuator an einer ersten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, die sich am nächsten zum ersten Flansch befindet, und der zweite axiale Aktuator an einer zweiten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, die sich am nächsten zum zweiten Flansch befindet, wobei sich die zweite axiale Seite gegenüber der ersten axialen Seite befindet.
Vorrichtung wie in Anspruch 4, wobei die Vorrichtung umfasst: mindestens drei erste axiale Aktuatoren, die an der ersten axialen Seite des Montageflansches angebracht sind und ungefähr abstandsgleich zueinander um die Peripherie des Montageflansches herum angeordnet sind und mindestens drei zweite axiale Aktuatoren, die an der zweiten axialen Seite des Montageflansches angebracht sind und ungefähr abstandsgleich zueinander um die Peripherie des Montageflansches herum angeordnet sind.
Vorrichtung wie in Anspruch 4, die ferner Folgendes umfasst: mindestens einen am Rotor und/oder am ersten Flansch befestigten Bügel, der sich axial nach außerhalb des Rotors und des ersten Flansches erstreckt, mindestens einen ersten Dauermagnet, der an der ersten axialen Seite des Montageflansches und proximal zu, aber beabstandet vom ersten Flansch befestigt ist, und mindestens einen zweiten Dauermagnet, der an der zweiten axialen Seite des Montageflansches und proximal zu, aber beabstandet vom zweiten Flansch befestigt ist.
Vorrichtung wie in Anspruch 6, wobei der mindestens eine Bügel an einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungsdetektor befestigt ist.
Vorrichtung wie in Anspruch 6, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet und der mindestens eine zweite Dauermagnet zusammen keine Nettokraft an den Rotor in der axialen Richtung anlegen, aber ein Nettodrehmoment an den Rotor anlegen, der eine durch das Gewicht des axial außerhalb des Rotors und des ersten Flansches angeordneten Bügels und am Bügel angebrachter Geräte ausgelöste Kippkraft ausbalanciert oder ausgleicht.
Vorrichtung wie in Anspruch 8, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet höher in einer vertikalen Richtung zu dem stationären Gehäuse angeordnet ist als der mindestens eine zweite Dauermagnet.
Vorrichtung wie in Anspruch 9, welche ferner mindestens ein an jedem von mindestens einem Dauermagneten befestigtes Kanalisierungselement aus Stahl umfasst.
Vorrichtung wie in Anspruch 4, die ferner Folgendes umfasst: mindestens eine erste Anschlagfläche, die an der ersten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, sodass sie sich proximal zum ersten Flansch befindet, und mindestens eine zweite Anschlagfläche, die an der zweiten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, sodass sie sich proximal zum zweiten Flansch befindet.
Vorrichtung wie in Anspruch 11, wobei es sich bei der mindestens einen ersten Anschlagfläche und/oder der mindestens einen zweiten Anschlagfläche um ein Gleitlager oder einen Gleitlagerschuh handelt.
Vorrichtung wie in Anspruch 12, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche ein abschleifbares Graphitmaterial umfasst.
Vorrichtung wie in Anspruch 11, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche und/oder die mindestens eine zweite Anschlagfläche eine äußere axiale Fläche aufweisen, die weiter beabstandet von dem Montageflansch angeordnet ist als sämtliche anderen, am Montageflansch angebrachten Geräte.
Vorrichtung wie in Anspruch 14, die ferner Folgendes umfasst: mindestens einen am Rotor und/oder am ersten Flansch befestigten Bügel, der sich axial nach außerhalb des Rotors und des ersten Flansches erstreckt, eine Strahlungsquelle oder einen Strahlungsdetektor, die/der an dem mindestens einen Bügel axial außerhalb des ersten Flansches angebracht, mindestens einen ersten Dauermagnet, der an der ersten axialen Seite des Montageflansches und proximal zu, aber beabstandet vom ersten Flansch angebracht ist, mindestens einen zweiten Dauermagnet, der an der zweiten axialen Seite des Montageflansches und proximal zu, aber beabstandet vom zweiten Flansch angebracht ist, wobei der mindestens eine zweite Dauermagnet tiefer in einer vertikalen Richtung des stationären Gehäuses angeordnet ist als der mindestens eine erste Dauermagnet, eine erste Kanalisierungsplatte aus Stahl, die an dem mindestens einen ersten Dauermagneten angebracht ist, sodass sie zwischen dem mindestens einen ersten Dauermagneten und dem ersten Flansch angeordnet ist, und eine zweite Kanalisierungsplatte aus Stahl, die an dem mindestens einen zweiten Dauermagneten angebracht ist, sodass sie zwischen dem mindestens einen zweiten Dauermagneten und dem zweiten Flansch angeordnet ist, wobei: der mindestens eine erste Dauermagnet und der mindestens eine zweite Dauermagnet zusammen keine Nettokraft an den Rotor in der axialen Richtung anlegen, aber ein Nettodrehmoment an den Rotor anlegen, das eine durch das Gewicht des axial außerhalb des Rotors und des ersten Flansches angeordneten Bügels und am Bügel angebrachter Geräte ausgelöste Kippkraft ausbalanciert oder ausgleicht, und es sich bei der mindestens einen ersten Anschlagfläche und/oder der mindestens einen zweiten Anschlagfläche um ein Gleitlager oder einen Gleitlagerschuh handelt, die ein abschleifbares Graphitmaterial umfassen.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Rotor mit ersten und zweiten Flanschen, die mit dem Rotor verbunden sind und in einer räumlich beabstandeten Beziehung vom Rotor aus radial nach außen verlaufen, wobei sowohl der Rotor als auch der erste und der zweite Flansch mindestens teilweise magnetisch permeables Material umfassen und der Rotor um eine Hauptachse drehbar ist, mindestens einen am ersten Flansch befestigten Bügel, der axial nach außerhalb des Rotors und des ersten Flansches verläuft, ein den Rotor umschließendes stationäres Gehäuse mit einem aus dem stationären Gehäuse in einen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch radial nach innen verlaufenden Montageflansch, mindestens einen ersten Dauermagnet, der an einer ersten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, und mindestens einen zweiten Dauermagnet, der an einer zweiten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, wobei sich die zweite axiale Seite gegenüber der ersten axialen Seite befindet.
Vorrichtung wie in Anspruch 16, wobei: der mindestens eine Bügel an mindestens einem vom Rotor zu drehenden Gerät befestigt ist, das axial außerhalb des ersten Flansches und des Rotors angeordnet ist, und der mindestens eine erste Dauermagnet und der mindestens eine zweite Dauermagnet zusammen keine Nettokraft an den Rotor in dessen axialer Richtung anlegen, aber ein Nettodrehmoment an den Rotor anlegen, das eine durch das Gewicht des Bügels und des mindestens einen daran angebrachten Gerätes ausgelöste Kippkraft ausbalanciert oder ausgleicht.
Vorrichtung wie in Anspruch 17, wobei der mindestens eine erste Dauermagnet höher in einer vertikaler Richtung zu dem stationären Gehäuse angeordnet ist als der mindestens eine zweite Dauermagnet.
Vorrichtung wie in Anspruch 18, die ferner Folgendes umfasst: mindestens eine erste Anschlagfläche, die an der ersten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, sodass sie sich proximal zum ersten Flansch befindet, wobei die mindestens eine erste Anschlagfläche eine größere Breite in der axialen Richtung aufweist als der mindestens eine erste Dauermagnet, und mindestens eine zweite Anschlagfläche, die an der zweiten axialen Seite des Montageflansches befestigt ist, sodass sie sich proximal zum zweiten Flansch befindet, wobei die mindestens eine zweite Anschlagfläche eine größere Breite in der axialen Richtung aufweist als der mindestens eine zweite Dauermagnet.
Verfahren für das Scannen, die Bildgebung oder die Behandlung eines Patienten oder eines Gegenstands, bestehend aus: Drehen des Rotors der Vorrichtung aus Anspruch 7 und Auslösen der sich drehenden, am Bügel befestigten Strahlungsquelle, um den Patienten oder den Gegenstand zu bestrahlen.