DE102014214511A1 - Device with a gantry - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2), insbesondere einen Computertomographen (2), umfassend eine Gantry (4) mit einem Stator (6) und mit einem Rotor (10), der um eine sich in eine axiale Richtung (26) erstreckende Rotationsachse (40) rotierbar ist, wobei der Rotor (10) einen ringförmigen Träger (12) aufweist, wobei der Rotor (10) mit Hilfe einer Anzahl von Magneteinheiten (20) in einer radialen Richtung (30) sowie in axialer Richtung (26) magnetisch am Stator (6) gelagert ist und wobei der Träger (12) eine Lagerfläche (28) aufweist, deren Oberflächennormale gegen die radiale Richtung (30) sowie gegen die axiale Richtung (26) verkippt ist und der zumindest eine der Magneteinheiten (20) zugeordnet ist, so dass diese Magneteinheit (20) zur Lagerung des Trägers (12) sowohl in radialer Richtung (30) als auch in axialer Richtung (26) beiträgt.The invention relates to a device (2), in particular a computer tomograph (2), comprising a gantry (4) with a stator (6) and with a rotor (10) which rotates about an axis of rotation (Fig. 40) is rotatable, wherein the rotor (10) has an annular support (12), wherein the rotor (10) by means of a number of magnet units (20) in a radial direction (30) and in the axial direction (26) magnetically on Stator (6) is mounted and wherein the carrier (12) has a bearing surface (28) whose surface normal to the radial direction (30) and against the axial direction (26) is tilted and at least one of the magnet units (20) is associated in that this magnet unit (20) contributes to the mounting of the carrier (12) both in the radial direction (30) and in the axial direction (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere einen Computertomographen, umfassend eine Gantry mit einem Stator und mit einem Rotor, der um eine sich in eine axiale Richtung erstreckende Rotationsachse rotierbar ist, wobei der Rotor einen ringförmigen Träger aufweist und wobei der Rotor mit Hilfe einer Anzahl von Magneteinheiten in einer radialen Richtung sowie in axialer Richtung magnetisch am Stator gelagert ist. The invention relates to a device, in particular a computer tomograph, comprising a gantry with a stator and with a rotor which is rotatable about an axis of rotation extending in an axial direction, the rotor having an annular support and wherein the rotor by means of a number of Magnetic units is mounted in a radial direction and in the axial direction magnetically on the stator.

Aktuelle Ausführungen von Computertomographen umfassen typischerweise eine Gantry mit einem Stator und mit einem relativ zum Stator rotierbaren Rotor. Der Rotor weist dabei in der Regel eine Masse im Bereich 800 kg bis 1600 kg auf und rotiert im Betrieb mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von bis zu 240 U/min. Infolgedessen sind die Anforderungen an die Lagerung des Rotors am Stator recht hoch, so dass ein entsprechendes klassisches mechanisches Lager aufwendig und teuer in der Herstellung ist. Current computer tomographs typically include a gantry with a stator and a rotor rotatable relative to the stator. The rotor usually has a mass in the range 800 kg to 1600 kg and rotates in operation at a rotational speed of up to 240 U / min. As a result, the requirements for the storage of the rotor on the stator are quite high, so that a corresponding classical mechanical bearing is complicated and expensive to manufacture.

Eine Alternative zur klassischen mechanischen Lagerung stellt eine magnetische Lagerung dar und in der Druckschrift DE 10 201 015 061 A1 ist ein Computertomograph oder Computertomographiegerät beschrieben, bei dem der Rotor einer Gantry magnetisch am Stator der Gantry gelagert ist. An alternative to the classical mechanical storage is a magnetic storage and in the document DE 10 201 015 061 A1 is described a computed tomography or computed tomography device, in which the rotor of a gantry is magnetically mounted on the stator of the gantry.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, bei der der Rotor einer Gantry vorteilhaft am Stator der Gantry gelagert ist. Proceeding from this, the object of the invention is to provide a device in which the rotor of a gantry is advantageously mounted on the stator of the gantry.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung. This object is achieved by a device having the features of claim 1. The dependent claims include in part advantageous and in part self-inventive developments of this invention.

Bei einer entsprechenden Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Computertomographen und sie umfasst eine Gantry mit einem Stator und mit einem Rotor. Der Rotor wiederum weist einen ringförmigen Träger auf und ist um eine sich in eine axiale Richtung erstreckende Rotationsachse rotierbar, wobei der Rotor mit Hilfe einer Anzahl von Magneteinheiten in einer radialen Richtung sowie in einer axialen Richtung magnetisch am Stator gelagert ist. Hierzu weist der Träger eine Lagerfläche auf, deren Oberflächennormale gegen die radiale Richtung sowie gegen die axiale Richtung verkippt ist und der zumindest eine der Magneteinheiten zugeordnet ist, so dass die Magneteinheit zur Lagerung des Trägers sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung beiträgt. A corresponding device is in particular a computer tomograph and comprises a gantry with a stator and with a rotor. The rotor in turn has an annular support and is rotatable about an axis of rotation extending in an axial direction, wherein the rotor is magnetically supported on the stator by means of a number of magnet units in a radial direction and in an axial direction. For this purpose, the carrier has a bearing surface, the surface normal is tilted against the radial direction and against the axial direction and the at least one of the magnet units is assigned, so that the magnet unit contributes to the support of the carrier both in the radial direction and in the axial direction.

Während also die Magneteinheiten bei einem Magnetlager nach dem Stand der Technik entweder zur Lagerung in radialer Richtung oder aber zur Lagerung in axialer Richtung beitragen und dementsprechend mit diesen eine Kraftwirkung entweder in radialer Richtung oder aber in axialer Richtung erzielt wird, trägt jene Magneteinheit der hier vorgestellten Vorrichtung zur magnetischen Lagerung sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung bei und dementsprechend wird mit dieser Magneteinheit auch eine Kraftwirkung in radialer Richtung einerseits und in axialer Richtung andererseits realisiert. Thus, while the magnetic units contribute in a magnetic bearing according to the prior art either for storage in the radial direction or for storage in the axial direction and accordingly with these a force effect is achieved either in the radial direction or in the axial direction, carries that magnet unit of the presented here Device for magnetic bearing both in the axial direction and in the radial direction and, accordingly, with this magnet unit also a force in the radial direction on the one hand and in the axial direction on the other hand realized.

Dabei bestimmt die Ausrichtung der Oberflächennormalen der Lagerfläche relativ zur radialen Richtung einerseits und zur axialen Richtung andererseits das Verhältnis der Kräfte, die in axialer Richtung bzw. in radialer Richtung wirken, wobei die Summe der beiden Richtungsanteile der Gesamtkraftwirkung entspricht. Die Ausrichtung der Oberflächennormalen und damit das Verhältnis der Richtungsanteile ist weiter konstruktiv, also durch die Gestaltung des Trägers des Rotors, vorgegeben und wird typischerweise an die zu erwartenden auftretenden Lagerkräfte angepasst. On the other hand, the orientation of the surface normal of the bearing surface relative to the radial direction on the one hand and the axial direction on the other hand determines the ratio of the forces acting in the axial direction or in the radial direction, the sum of the two directional components corresponding to the total force action. The orientation of the surface normal and thus the ratio of the directional components is further constructive, so given by the design of the support of the rotor, and is typically adapted to the expected occurring bearing forces.

Da somit die axiale Lagerung und die radiale Lagerung nicht mehr durch separate Magneteinheiten und somit nicht mehr durch quasi zwei separate Magnetlager realisiert wird, ist die Anzahl der benötigten Komponenten, insbesondere die Anzahl der benötigten Magneteinheiten, hierbei handelt es sich um einen oder mehrere Permanentmagnete und/oder um einen oder mehrere Elektromagnete, bei der hier vorgestellten Vorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik reduziert. Hierdurch lassen sich nicht nur Kosten einsparen, darüber hinaus wird für die Komponenten des Magnetlagers auch weniger Bauraum benötigt, so dass in der Folge ein größerer Nutzraum realisiert werden kann, also ein größerer Patientendurchmesser. Thus, since the axial bearing and the radial bearing is no longer realized by separate magnet units and thus no longer by quasi two separate magnetic bearings, the number of required components, in particular the number of required magnet units, this is one or more permanent magnets and / or reduced by one or more electromagnets, in the device presented here compared to the prior art. This not only saves costs, moreover, less space is required for the components of the magnetic bearing, so that as a result, a larger work space can be realized, so a larger diameter patient.

In vorteilhafter Weiterbildung sind am Träger zwei flankierende Lagerflächen gegeben, deren Oberflächenormale jeweils gegen die radiale Richtung sowie gegen die axiale Richtung verkippt ist und jeder Lagerfläche ist zumindest eine Magneteinheit zugeordnet, wobei jede dieser Magneteinheiten zur Lagerung des Trägers sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung beiträgt. Der Aufbau ist dabei zudem bevorzugt symmetrisch und dementsprechend ist für die beiden flankierenden Magneteinheiten sowie die dazugehörigen Lagerflächen ein im Wesentlichen identisches Verhältnis der Richtungsanteile für die jeweilige Kraftwirkung vorgegeben. Somit ist dann ist der Winkel zwischen der jeweiligen Oberflächennormale und der axialen Richtung bzw. der radialen Richtung im Wesentlichen identisch. In an advantageous embodiment, two flanking bearing surfaces are given on the carrier, the surface normal is tilted in each case against the radial direction and against the axial direction and each bearing surface is assigned at least one magnet unit, each of these magnet units for supporting the carrier both in the radial direction and in axial Direction contributes. The structure is also preferably symmetrical and accordingly, a substantially identical ratio of the directional components for the respective force effect is given for the two flanking magnet units and the associated bearing surfaces. Thus, then the angle between the respective surface normal and the axial direction and the radial direction is substantially identical.

Mit Hilfe einer derart symmetrisch aufgebauten Magnetlagerung lässt sich ein besonders ruhiger Lauf des Rotors realisieren, da in diesem Fall unter anderem typischerweise kein Kippmoment auftritt. Die Positionierung der Magneteinheiten im Bereich der Flanken des Trägers bedingt darüber hinaus eine günstigere Zugänglichkeit dieser Baugruppen, was sowohl die Herstellung als auch eine Wartung oder Reparatur erleichtert. Es handelt sich dabei außerdem um eine sehr stabile und vibrationsarme Konstruktion, bei der aufgrund der vorgegebenen Kraftangriffspunkte günstige Hebelverhältnisse gegeben sind. Die Lage der Magneteinheiten ist darüber hinaus auch günstig im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit, unter anderem, da die Magneteinheiten relativ weit entfernt von Elektronikkomponenten positioniert sind, die häufig im Rotor positioniert und am Träger befestigt sind. Dabei gilt es zu bedenken, dass der Träger typischerweise eine Art Grundgerüst darstellt, an dem zum Beispiel im Falle eines Computertomographen eine Röntgenstrahlungsquelle, ein Röntgendetektor und diverse Elektronikbausteine, zum Beispiel eine Steuerelektronik, befestigt sind. With the help of such a symmetrically constructed magnetic bearing can be a particularly smooth running of the rotor realize, since in this case, inter alia, typically no tilting moment occurs. The positioning of the magnet units in the region of the flanks of the carrier also requires a more favorable accessibility of these modules, which facilitates both the production and a maintenance or repair. It is also a very stable and low-vibration construction in which due to the predetermined force application points favorable leverage ratios are given. Moreover, the location of the magnet units is also favorable in terms of electromagnetic compatibility, among other things because the magnet units are positioned relatively far from electronic components which are often positioned in the rotor and secured to the carrier. It should be remembered that the carrier typically represents a kind of basic framework to which, for example, in the case of a computer tomograph, an X-ray source, an X-ray detector and various electronic components, for example an electronic control system, are attached.

Des Weiteren sind die Magneteinheiten bevorzugt paarweise angeordnet, so dass jeweils zwei Magneteinheiten in axialer Richtung voneinander beabstandet bei gleicher Winkelposition angeordnet sind. Zudem bevorzugt sind die Magneteinheiten bezüglich der Verteilung um die Rotationsachse nach Art einer Gleichteilung angeordnet, so dass eine gleichmäßige und symmetrische Verteilung der Magneteinheiten vorliegt, wodurch die Realisierung eines stabilen Magnetlagers vereinfacht wird. Furthermore, the magnet units are preferably arranged in pairs, so that in each case two magnet units are arranged spaced from each other in the axial direction at the same angular position. In addition, the magnet units are preferably arranged with respect to the distribution about the rotation axis in the manner of a common division, so that there is a uniform and symmetrical distribution of the magnet units, whereby the realization of a stable magnetic bearing is simplified.

Im einfachsten Fall sind hierbei lediglich drei Paare aus Magneteinheiten bezüglich der Verteilung um die Rotationsachse nach Art einer Gleichteilung angeordnet, so dass über den Umfang des Rotors hinweggesehen drei Angriffspunkte oder genauer drei Angriffsbereiche gegeben sind. In diesem Fall ist die Anzahl der benötigten Komponenten für die Magnetlagerung besonders gering. In the simplest case, only three pairs of magnet units are arranged with respect to the distribution about the axis of rotation in the manner of a common division, so that overlooked over the circumference of the rotor three attack points or more precisely three attack areas are given. In this case, the number of components required for the magnetic bearing is particularly low.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Magneteinheiten als steuerbare Magneteinheiten und insbesondere als aktiv geregelte Elektromagneten ausgebildet sind. Auf diese Weise lässt sich unter anderem nach der Fertigstellung der Vorrichtung und/oder nach erfolgten Wartungsarbeiten eine Kalibrierung des Magnetlagers vornehmen. Bevorzugt erfolgt jedoch zudem eine permanente aktive Regelung im Betrieb der Vorrichtung, also während der Rotation des Rotors, bei der typischerweise die relative Position und die relative Lage des Rotors zum Stator messtechnisch erfasst wird und bei der auf der Basis der so erfassten Messdaten eine Ansteuerung der Magneteinheiten, also insbesondere der Elektromagnete, erfolgt, so dass hierdurch unter anderem Vibrationen unterdrückt werden. It is also advantageous if the magnet units are designed as controllable magnet units and in particular as actively controlled electromagnets. In this way, a calibration of the magnetic bearing can be carried out, inter alia, after the completion of the device and / or after maintenance work. In addition, however, a permanent active control preferably takes place during operation of the device, ie during the rotation of the rotor, in which typically the relative position and the relative position of the rotor relative to the stator are detected by measurement and in the case of the measurement data acquired in this way Magnetic units, ie in particular the electromagnets, takes place, so that, inter alia, vibrations are suppressed.

Dabei dienen weiter bevorzugt die ansteuerbaren Magneteinheiten, also die Elektromagnete, lediglich zur Feinabstimmung der magnetischen Lagerung und zur Vorgabe eines Basismagnetfeldes werden passive Magneteinheiten, also Permanentmagnete eingesetzt. In diesem Fall übernehmen dann also in den Aufbau integrierte passive Permanentmagnete die Lagerung der Grundgewichtslast und des Grundkippmoments und die Elektromagnete dienen dann zum Ausgleich kleinerer Schwankungen während der Rotation des Rotors. Alternativ wird auf den Einsatz von passiven Magneteinheiten verzichtet, wobei dann auch die Lagerung der Grundgewichtslast und des Grundkippmoments von den ansteuerbaren Magneteinheiten übernommen wird. Diese müssen hierfür natürlich hinsichtlich ihrer Dimensionierung angepasst werden. In this case, further preferably serve the controllable magnet units, so the electromagnets, only for fine tuning of the magnetic bearing and to specify a basic magnetic field passive magnet units, so permanent magnets are used. In this case, so then integrated in the structure passive permanent magnets take over the storage of the base load and the Grundkippmoments and the electromagnets are then used to compensate for minor fluctuations during rotation of the rotor. Alternatively, the use of passive magnet units is dispensed with, in which case also the bearing of the basic weight load and the basic overturning moment is taken over by the activatable magnet units. Of course, these have to be adapted with regard to their dimensioning.

Zusätzlich weist die Vorrichtung vorteilhafterweise zumindest ein Fanglager auf, welches die Lagerung im Falle einer Störung der magnetischen Lagerung quasi provisorisch übernimmt. Dieses ist dabei typischerweise als einfaches mechanisches Wälzlager ausgestaltet. Im Normalbetrieb hingegen trägt das Fanglager zur Lagerung nicht bei. In addition, the device advantageously has at least one fishing camp, which takes over the storage in the event of a disturbance of the magnetic storage quasi provisionally. This is typically designed as a simple mechanical roller bearing. In normal operation, however, the safety bearing does not contribute to the storage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist weiter der Träger mehrteilig aufgebaut und weist eine Basis sowie zumindest einen Lagerring auf, der die Basis in axialer Richtung flankiert und eine Lagerfläche ausbildet. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel unterschiedliche Teile des Trägers aus unterschiedlichen Materialien fertigen. According to an advantageous embodiment, the carrier is further constructed in several parts and has a base and at least one bearing ring, which flanks the base in the axial direction and forms a bearing surface. In this way, for example, different parts of the carrier made of different materials.

Der Lagerring ist dabei vorteilhafterweise aus Blechen aufgebaut, die in axialer Richtung aneinandergereiht sind und dementsprechend eine Art Blechpaket ausbilden. Die Bleche sind hierbei zum Beispiel als Ringsegmente oder als Ringe ausgebildet. Zudem sind die Bleche durch ein isolierendes Material, wie beispielsweise eine Harzschicht oder eine Lackbeschichtung, voneinander getrennt, so dass sich mit Hilfe dieses Aufbaus Wirbelstromverluste reduzieren lassen. In vorteilhafter Weiterbildung ist der Lagerring als Blech-Laminat ausgeführt und wird als vorgefertigtes Bauteil mit der Basis verschraubt oder verklebt. The bearing ring is advantageously constructed of sheets, which are lined up in the axial direction and accordingly form a kind of laminated core. The sheets are formed here, for example, as ring segments or as rings. In addition, the sheets are separated by an insulating material, such as a resin layer or a paint coating, from each other, so that can be reduced by means of this structure eddy current losses. In an advantageous embodiment of the bearing ring is designed as a sheet-metal laminate and is bolted or glued as a prefabricated component with the base.

Von Vorteil ist es zudem, wenn der Lagerring aus einem ferromagnetischen Material, also insbesondere aus ferromagnetischen Blechen, gefertigt ist, wohingegen die Basis bevorzugt zumindest weitestgehend aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminium oder andere Leichtmetalle, nichtmagnetische Edelstähle, Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe (CFK, GFK, ...), hergestellt ist. In diesem Fall ist die magnetische Wechselwirkung mit den Magneteinheiten auf den Lagerring beschränkt und durch Nutzung des nicht ferromagnetischen Werkstoffes, insbesondere Aluminium, lassen sich magnetische Emissionen minimieren. It is also advantageous if the bearing ring is made of a ferromagnetic material, ie in particular of ferromagnetic sheets, whereas the base is preferably at least largely made of a non-ferromagnetic material, such as aluminum or other light metals, non-magnetic stainless steels, plastics or composite materials ( CFK, GFK, ...). In this case, the magnetic interaction with the magnet units is on the bearing ring limited and by using the non-ferromagnetic material, in particular aluminum, magnetic emissions can be minimized.

Sind für den Träger zwei flankierende Lagerflächen vorgesehen, so ist es zweckdienlich, auch zwei Lagerringe vorzusehen, die dann die Basis beidseitig in axialer Richtung flankieren und im Wesentlichen gleichartig aufgebaut sind. Are two flanking bearing surfaces provided for the carrier, it is expedient to provide two bearing rings, which then flank the base on both sides in the axial direction and are constructed substantially the same.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. Show:

1 in einer ersten Schnittdarstellung einen Computertomographen mit einer Gantry, 1 in a first sectional view of a computer tomograph with a gantry,

2 in einer zweiten Schnittdarstellung mit einer Schnittebene senkrecht zur Schnittebene der ersten Schnittdarstellung die Gantry und 2 in a second sectional view with a sectional plane perpendicular to the sectional plane of the first sectional view of the gantry and

3 in der zweiten Schnittdarstellung eine alternative Ausführung der Gantry. 3 in the second sectional view, an alternative embodiment of the gantry.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene und in 1 skizzierte Vorrichtung ist als Computertomograph 2 ausgebildet und für eine Röntgenbildgebung nach an sich bekanntem Prinzip zur Nutzung im Medizinbereich ausgelegt. An example described below and in 1 sketched device is as a computer tomograph 2 trained and designed for X-ray imaging according to a known principle for use in the medical field.

Sie umfasst eine Gantry 4 mit einem Stator 6, der an einem Gestell 8 (englisch: gantryframe) befestigt ist, und mit einem Rotor 10, der magnetisch am Stator 6 gelagert ist und als Träger 12 (englisch: drum) für verschiedene Baugruppen des Computertomographen 2 dient. Angedeutet sind in der Darstellung von 1 beispielhaft eine Röntgenröhre 14 sowie ein Röntgendetektor 16, die am Träger 12 befestigt sind und im Betrieb mit dem Träger 12 und somit mit dem Rotor 10 um einen Patiententisch 18 rotieren. Weitere Komponenten oder Baugruppen, wie beispielsweise Steuerungseinheiten, sind nicht explizit dargestellt, sind jedoch ebenfalls typischerweise am Träger 12 befestigt und werden bei der Rotation des Rotors 10 mitgeführt. It includes a gantry 4 with a stator 6 standing at a rack 8th (English: gantryframe) is attached, and with a rotor 10 , which is magnetic on the stator 6 is stored and as a carrier 12 (English: drum) for various components of the computer tomograph 2 serves. Are indicated in the representation of 1 an example of an x-ray tube 14 and an x-ray detector 16 on the carrier 12 are fixed and in operation with the carrier 12 and thus with the rotor 10 around a patient table 18 rotate. Other components or assemblies, such as controllers, are not explicitly illustrated, but are also typically on the carrier 12 attached and become during the rotation of the rotor 10 carried.

Die magnetische Lagerung des Rotors 10 am Stator 6 erfolgt mit Hilfe von Magneteinheiten 20, wobei passive Magneteinheiten, also Permanentmagnete 22, genutzt werden, um ein Basismagnetfeld zu generieren, das die Grundlast bei der magnetischen Lagerung trägt, und wobei aktiv angesteuerte Magneteinheiten, also Elektromagnete 24, eingesetzt werden, um eine permanente Feineinstellung vorzunehmen. The magnetic bearing of the rotor 10 at the stator 6 is done with the help of magnet units 20 , wherein passive magnet units, ie permanent magnets 22 , are used to generate a basic magnetic field that carries the base load in the magnetic storage, and actively driven magnet units, ie electromagnets 24 , are used to make a permanent fine adjustment.

Hierzu erfolgt auch eine permanente sensorische Überwachung der magnetischen Lagerung, auf deren Basis dann eine daran angepasste Ansteuerung der Elektromagnete vorgenommen wird, so dass zum Beispiel kleinere Unwuchten kompensiert werden und eine vibrationsarme Rotation des Rotors 10 ermöglicht wird. For this purpose, there is also a permanent sensory monitoring of the magnetic bearing, on the basis of which an adapted control of the electromagnets is carried out, so that, for example, smaller imbalances are compensated and a low-vibration rotation of the rotor 10 is possible.

Im Ausführungsbeispiel erfolgt die sensorische Überwachung der magnetischen Lagerung dabei durch eine Strom- oder Spannungsmessung an den Elektromagneten selbst, auf Basis derer dann auf den Abstand zwischen dem jeweiligen Elektromagneten und dem Rotor 10 zurückgeschlossen wird. Alternativ lassen sich auch separate Sensoren, wie beispielsweise Hall-Sensoren, für eine Abstandsmessung einsetzen, die dann zum Beispiel im Bereich der Elektromagnete positioniert werden. In the exemplary embodiment, the sensory monitoring of the magnetic bearing is carried out by a current or voltage measurement to the electromagnet itself, on the basis of which then on the distance between the respective electromagnet and the rotor 10 is closed back. Alternatively, separate sensors, such as Hall sensors, for a distance measurement can be used, which are then positioned, for example in the field of electromagnets.

Die Ansteuerung der Elektromagnete erfolgt im Ausführungsbeispiel zudem ausgehend von einer hinterlegten Basislinie oder einem hinterlegten Basissteuersignal in Abhängigkeit der Sensordaten, so dass im Rahmen der aktiven Regelung lediglich kleine Anpassungen des Basissteuersignal vorgenommen werden müssen, durch welche kleinere zeitlich variierende Schwankungen während der Rotation des Rotors 10 ausgeglichen werden. Die Basislinie oder das Basissteuersignal für die Elektromagnete wird typischerweise im Rahmen einer Kalibrierung bestimmt, die nach der Fertigstellung des Computertomographen 2 und bedarfsweise nach Wartungen oder Reparaturen vorgenommen wird. The control of the electromagnets takes place in the embodiment also starting from a stored base line or a stored base control signal in response to the sensor data, so that in the context of active control only small adjustments of the base control signal must be made, through which smaller time-varying fluctuations during rotation of the rotor 10 be compensated. The baseline or base control signal for the solenoids is typically determined during calibration following completion of the computed tomography 2 and if necessary after maintenance or repairs is made.

Für diese Kalibrierung weist der Computertomograph 2 eine nicht näher dargestellte spezielle separate Elektronikeinheit auf, welches nur für die Kalibrierung und die Ermittelung der Basislinie bzw. des Basissteuersignals genutzt wird. Im Zuge der Kalibrierung wird der Rotor 10 in Rotation versetzt und währenddessen wird die relative Lage des Rotors 10 sowie dessen relative Ausrichtung sensorisch überwacht und ausgewertet. Die sensorische Überwachung der Lagerung erfolgt dabei bevorzugt mit denselben Sensoren wie die sensorische Überwachung im normalen Betrieb des Computertomographen 2, also hier im Ausführungsbeispiel durch eine Spannungs- oder Stromüberwachung der Elektromagnete 24. For this calibration, the computer tomograph 2 a non-illustrated special separate electronic unit, which is used only for the calibration and the determination of the base line and the base control signal. During the calibration, the rotor becomes 10 in rotation and during which the relative position of the rotor 10 and its relative orientation sensory monitored and evaluated. The sensory monitoring of storage is preferably carried out with the same sensors as the sensory monitoring during normal operation of the computer tomograph 2 , So here in the embodiment by a voltage or current monitoring of the electromagnets 24 ,

Die Magneteinheiten 20 sind, wie aus 2 hervorgeht, im Ausführungsbeispiel paarweise angeordnet, so dass je zwei Magneteinheiten 20 in einer axialen Richtung 26 voneinander beabstandet bei gleicher Winkelposition am Stator 6 befestigt sind. Drei Paare sind dabei aus Elektromagneten 24 gebildet, wobei diese Paare nach Art einer Gleichteilung über den Umfang des Stators 6 verteilt und somit um 120° versetzt zueinander positioniert sind. The magnet units 20 are how out 2 shows, arranged in pairs in the exemplary embodiment, so that each two magnet units 20 in an axial direction 26 spaced apart at the same angular position on the stator 6 are attached. Three pairs are from electromagnets 24 formed, these pairs in the manner of a common division over the circumference of the stator 6 distributed and thus positioned offset by 120 ° to each other.

Jede Magneteinheit 20 ist weiter einer Lagerfläche 28 zugeordnet, deren Oberflächennormale gegen die axiale Richtung 26 sowie gegen eine radiale Richtung 30 verkippt ist, so dass jede Magneteinheit 20 sowohl zur Lagerung in axialer Richtung 26 als auch radialer Richtung 30 beiträgt. Das heißt also, dass die Kraftwirkung der Magneteinheiten 20 jeweils eine Richtungskomponente in axialer Richtung 26 als auch eine Richtungskomponente in radialer Richtung 30 aufweist oder vielmehr sich in entsprechende Richtungskomponenten zerlegen lässt. Das Verhältnis der Richtungskomponenten hängt dabei vom Winkel zwischen der Oberflächennormalen und der axialen Richtung 26 bzw. der radialen Richtung 30 ab und wird entsprechend der zu erwartenden auftretenden Lagerkräfte konstruktiv vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel wurde ein Winkel von 45° gewählt. Each magnet unit 20 is still a storage area 28 assigned their surface normal against the axial direction 26 and against a radial direction 30 is tilted, so every magnet unit 20 both for storage in the axial direction 26 as well as radial direction 30 contributes. So that means that the force effect of the magnet units 20 each a directional component in the axial direction 26 as well as a directional component in the radial direction 30 or rather can be decomposed into corresponding directional components. The ratio of the directional components depends on the angle between the surface normal and the axial direction 26 or the radial direction 30 from and is given according to the expected occurring bearing forces constructive. In the exemplary embodiment, an angle of 45 ° was chosen.

Um die Anzahl der eingesetzten Magneteinheiten 20 möglichst gering zu halten, basiert die magnetische Lagerung nicht auf der Wechselwirkung zwischen zwei Magneteinheiten 20, sondern auf der Wechselwirkung zwischen einer Magneteinheit 20 und einer Lagerfläche 28, die von einem Bauteil aus einem ferromagnetischen Material gebildet wird. Im Ausführungsbeispiel sind nun alle Magneteinheiten 20 am Stator 6 befestigt und der Rotor 10 ist teilweise aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. To the number of used magnet units 20 As low as possible, the magnetic bearing is not based on the interaction between two magnet units 20 but on the interaction between a magnet unit 20 and a storage area 28 , which is formed by a component made of a ferromagnetic material. In the exemplary embodiment, all magnet units are now 20 at the stator 6 attached and the rotor 10 is partially made of a ferromagnetic material.

Wie in 2 angedeutet, ist der Träger 12 dabei mehrteilig ausgestaltet und weist eine aus Aluminium gefertigte Basis 32 sowie zwei Lagerringe 34 auf, die die Lagerflächen 28 für die Magneteinheiten 20 ausbilden. Dabei weist die Basis 32 an ihren Flanken ringförmige Aussparungen mit dreieckigem Profil auf, in welche die Lagerringe 34 eingesetzt und eingeklebt sind. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine Befestigung der Lagerringe 34 mittels Schraubverbindungen. As in 2 implied, is the carrier 12 designed in several parts and has a base made of aluminum 32 as well as two bearing rings 34 on top of the storage areas 28 for the magnet units 20 form. This shows the base 32 on their flanks annular recesses with triangular profile, in which the bearing rings 34 are inserted and glued. Alternatively or additionally, an attachment of the bearing rings 34 by means of screw connections.

Jeder Lagerring 34 ist hierbei als Blech-Laminat ausgebildet und aus mehreren ferromagnetischen Blechen 36 hergestellt, die miteinander verklebt sind, wobei zwischen den einzelnen Blechen 36 eine dünne nicht näher dargestellte Isolationsschicht gegeben ist. Die einzelnen Bleche 36 sind wiederum ringförmig gestaltet, wobei die einzelnen Ringe einen identischen Innendurchmesser aber unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Every bearing ring 34 is here designed as a sheet-metal laminate and made of several ferromagnetic sheets 36 made, which are glued together, being between the individual sheets 36 a thin insulating layer, not shown, is given. The individual sheets 36 are again designed annular, wherein the individual rings have an identical inner diameter but different outer diameter.

Zur Vermeidung größerer Schäden an der Gantry 4 im Falle einer Störung der magnetischen Lagerung, sind zusätzlich mechanische Fanglager 38 am Stator 6 befestigt, welche die Lagerung des Rotors 10 im Bedarfsfall provisorisch übernehmen. Diese sind als einfache Wälzlager ausgebildet. Die Fanglager 38 sind ebenfalls paarweise angeordnet und wirken im Bereich der Lagerringe 34, so dass auch durch die Fanglager 38 eine Lagerung in axialer Richtung 26 und in radialer Richtung 30 erfolgt, wenn die magnetische Lagerung gestört ist. To avoid major damage to the gantry 4 in the event of a fault in the magnetic bearing, additional mechanical safety bearings 38 at the stator 6 attached, which is the bearing of the rotor 10 if necessary take over provisionally. These are designed as simple rolling bearings. The fishing camp 38 are also arranged in pairs and act in the area of the bearing rings 34 so that also by the catch camp 38 a storage in the axial direction 26 and in the radial direction 30 occurs when the magnetic bearing is disturbed.

Eine abgewandelte Ausführung der Gantry 4 des Computertomographen 2 ist in 3 dargestellt. Diese Ausführung unterscheidet sich hinsichtlich der Anzahl und der Position der Permanentmagnete 22 und der Fanglager 38. Im Gegensatz zur Ausführungsvariante gemäß 1 weist diese Ausführung lediglich drei Paare aus Fanglagern 38 auf, wobei eines dieser Paare die Position des Paares aus Permanentmagneten 22 aus 1 einnimmt. Das Paar aus Permanentmagneten 22 aus 1 wiederum wird ersetzt durch einen einzelnen Permanentmagnet 22, der zudem lediglich in radialer Richtung 30 wirkt und in axialer Richtung 26 gesehen etwa mittig zwischen den Flanken des Trägers 12 am Stator 6 befestigt ist. Ergänzend hierzu weist der Träger 12 im Ausführungsbeispiel gemäß 3 einen zusätzlichen Lagerring 34 auf, der ebenfalls als Blech-Laminat ausgeführt ist, jedoch einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dem Permanentmagneten 22 gegenüberliegend am Träger 12 in einer komplementären Ausbuchtung in der Basis 32 des Trägers 12 positioniert ist. A modified version of the gantry 4 of the computer tomograph 2 is in 3 shown. This design differs in the number and position of the permanent magnets 22 and the fishing camp 38 , In contrast to the embodiment according to 1 this embodiment has only three pairs of backup bearings 38 on, wherein one of these pairs the position of the pair of permanent magnets 22 out 1 occupies. The pair of permanent magnets 22 out 1 again it is replaced by a single permanent magnet 22 , which only in the radial direction 30 acts and in the axial direction 26 seen approximately midway between the flanks of the wearer 12 at the stator 6 is attached. In addition to this, the carrier points 12 in the embodiment according to 3 an additional bearing ring 34 on, which is also designed as a sheet-metal laminate, but has a rectangular cross-section and the permanent magnet 22 opposite to the carrier 12 in a complementary bulge in the base 32 of the carrier 12 is positioned.

Durch die Magneteinheiten 20 einerseits und die Fanglanger 38 andererseits ist nun ein gewisser Bauraumbedarf vorgegeben, der sich auf die Abmessungen des Stators 6 auswirkt. Dies hat insbesondere Auswirkungen auf den Bauraumbedarf in radialer Richtung 30, wohingegen in Umfangsrichtung je nach Anzahl der eingesetzten Magneteinheiten 20 und der Anzahl der eingesetzten Fanglager 38 zwangsläufig ungenutzter Bauraum verbleibt, der dann für andere Komponenten, wie Sensoren, genutzt werden kann, ohne dass hierdurch zusätzlicher Bauraumbedarf generiert wird. Dementsprechend werden bevorzugt möglichst viele Komponenten und Baugruppen und insbesondere alle für die magnetische Lagerung benötigten Komponenten und Baugruppen in diesen Bereichen platziert, um so einen möglichst kompakten Aufbau zu realisieren und ein hochintegriertes Magnetlager für den Computertomographen 2 umzusetzen. Dies trifft in analoger Weise auch auf den Rotor 10 bzw. auf den Träger 12 zu. Through the magnet units 20 on the one hand and the Fanglanger 38 On the other hand, a certain space requirement is now given, which is based on the dimensions of the stator 6 effect. This has particular impact on the space requirement in the radial direction 30 whereas in the circumferential direction, depending on the number of magnet units used 20 and the number of used bearings 38 inevitably remains unused space, which can then be used for other components, such as sensors, without this additional space requirements is generated. Accordingly, preferably as many components and assemblies as possible, and in particular all components and assemblies required for the magnetic bearing, are placed in these regions, in order to realize as compact a structure as possible and a highly integrated magnetic bearing for the computer tomograph 2 implement. This applies in an analogous manner to the rotor 10 or on the carrier 12 to.

So werden zum Beispiel auch die Bauteile für einen elektrischen Rotationsantrieb, mit dessen Hilfe der Rotor 10 um eine Rotationsachse 40 rotierbar ist, in diese Raumbereiche integriert, um so den Aufbau möglichst kompakt zu halten. Ebenfalls integriert in entsprechende Raumbereiche wird weiter eine elektrische Schnittstelle zum Schleifring 42, der zur Leistungsübertragung und/oder zur Datenübertragung zwischen dem Stator 6 und dem Rotor 10 dient. Weiterhin ist eine Integration einer Sensoranordnung vorgesehen, mit deren Hilfe die Drehstellung und/oder die Drehfrequenz des Rotors 10 messtechnisch erfasst wird. For example, the components for an electric rotary drive, with the help of the rotor 10 around a rotation axis 40 is rotatable, integrated into these areas, so as to keep the structure as compact as possible. Also integrated in corresponding room areas will continue to be an electrical interface to the slip ring 42 , which is for power transmission and / or data transmission between the stator 6 and the rotor 10 serves. Furthermore, an integration of a sensor arrangement is provided, with the aid of which the rotational position and / or the rotational frequency of the rotor 10 metrologically recorded.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10201015061 A1 [0003] DE 10201015061 A1 [0003]

Claims (11)

Vorrichtung (2), insbesondere ein Computertomograph (2), umfassend eine Gantry (4) mit einem Stator (6) und mit einem Rotor (10), der um eine sich in eine axiale Richtung (26) erstreckende Rotationsachse (40) rotierbar ist, wobei der Rotor (10) einen ringförmigen Träger (12) aufweist und wobei der Rotor (10) mit Hilfe einer Anzahl von Magneteinheiten (20) in einer radialen Richtung (30) sowie in axialer Richtung (26) magnetisch am Stator (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) eine Lagerfläche (28) aufweist, deren Oberflächennormale gegen die radiale Richtung (30) sowie gegen die axiale Richtung (26) verkippt ist und der zumindest eine der Magneteinheiten (20) zugeordnet ist, so dass diese Magneteinheit (20) zur Lagerung des Trägers (12) sowohl in radialer Richtung (30) als auch in axialer Richtung (26) beiträgt. Contraption ( 2 ), in particular a computer tomograph ( 2 ), comprising a gantry ( 4 ) with a stator ( 6 ) and with a rotor ( 10 ) extending in an axial direction ( 26 ) extending axis of rotation ( 40 ) is rotatable, wherein the rotor ( 10 ) an annular support ( 12 ) and wherein the rotor ( 10 ) by means of a number of magnet units ( 20 ) in a radial direction ( 30 ) as well as in the axial direction ( 26 ) magnetically on the stator ( 6 ), characterized in that the carrier ( 12 ) a storage area ( 28 ) whose surface normal against the radial direction ( 30 ) as well as against the axial direction ( 26 ) is tilted and the at least one of the magnet units ( 20 ), so that this magnet unit ( 20 ) for storage of the carrier ( 12 ) both in the radial direction ( 30 ) as well as in the axial direction ( 26 ) contributes. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (12) zwei flankierende Lagerflächen (28) gegeben sind, deren Oberflächennormale jeweils gegen die radiale Richtung (30) sowie gegen die axiale Richtung (26) verkippt ist, und dass jeder Lagerfläche (28) zumindest eine der Magneteinheiten (20) zugeordnet ist, so dass jede dieser Magneteinheiten (20) zur Lagerung des Trägers (12) sowohl in radialer Richtung (30) als auch in axialer Richtung (26) beiträgt. Contraption ( 2 ) according to claim 1, characterized in that on the carrier ( 12 ) two flanking storage areas ( 28 ) whose surface normal in each case against the radial direction ( 30 ) as well as against the axial direction ( 26 ) and that each storage area ( 28 ) at least one of the magnet units ( 20 ), so that each of these magnet units ( 20 ) for storage of the carrier ( 12 ) both in the radial direction ( 30 ) as well as in the axial direction ( 26 ) contributes. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheiten (20) paarweise angeordnet sind, so dass zwei Magneteinheiten (20) in axialer Richtung (26) voneinander beabstandet bei gleicher Winkelposition angeordnet sind. Contraption ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the magnet units ( 20 ) are arranged in pairs, so that two magnet units ( 20 ) in the axial direction ( 26 ) spaced from each other at the same angular position are arranged. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinheiten (20) bezüglich der Verteilung um die Rotationsachse (40) nach Art einer Gleichteilung angeordnet sind. Contraption ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnet units ( 20 ) with respect to the distribution about the axis of rotation ( 40 ) are arranged in the manner of a common division. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Paare aus Magneteinheiten (20) bezüglich der Verteilung um die Rotationsachse (40) nach Art einer Gleichteilung angeordnet sind. Contraption ( 2 ) according to claims 1 and 3, characterized in that three pairs of magnet units ( 20 ) with respect to the distribution about the axis of rotation ( 40 ) are arranged in the manner of a common division. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magneteinheiten (20) als steuerbare Magneteinheiten (24) ausgebildet sind. Contraption ( 2 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of magnet units ( 20 ) as controllable magnet units ( 24 ) are formed. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) mehrteilig aufgebaut ist mit einer Basis (32) und mit zumindest einem Lagerring (34), der die Basis (32) in axialer Richtung (26) flankiert und die Lagerfläche (28) ausbildet. Contraption ( 2 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier ( 12 ) is constructed in several parts with a base ( 32 ) and at least one bearing ring ( 34 ), which is the basis ( 32 ) in the axial direction ( 26 flanked and the storage area ( 28 ) trains. Vorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lagerring (34) aus Blechen (36) aufgebaut ist, die in axialer Richtung (26) aneinandergereiht sind. Contraption ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the at least one bearing ring ( 34 ) of sheets ( 36 ) is constructed in the axial direction ( 26 ) are strung together. Vorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lagerring (34) als Blech-Laminat ausgeführt ist. Contraption ( 2 ) according to claim 8, characterized in that the at least one bearing ring ( 34 ) is designed as a sheet-metal laminate. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lagerring (34) aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist. Contraption ( 2 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the at least one bearing ring ( 34 ) is made of a ferromagnetic material. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (32) aus Aluminium gefertigt ist. Contraption ( 2 ) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the base ( 32 ) is made of aluminum.
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