JP2009170920A - 無接点型の電力及びデータ伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧大電力変圧器の空間的容積を小さくすると共に経費及び複雑さを抑えると共に、無接点型電力伝達及び双方向通信の高レベルの信頼性を達成する。
【解決手段】イメージング・システムのための方法及び装置（１００）を提供する。このイメージング・システムは、回転部材に結合された静止部材を有するガントリを含んでいる。回転部材は回転部材の回転軸に近接して開放域を有する。Ｘ線源が回転部材に設けられている。Ｘ線検出器が回転部材に配設されて、Ｘ線源からのＸ線を受光するように構成され得る。一次巻線及び二次巻線（１０８、１１０）を円周に配設させた回転式変圧器（１０２、１０４）が、ガントリの回転可能部分を極めて高速に回転させる無接点型電力伝達システムの一部を形成することができ、一次巻線は静止部材に配設され、二次巻線は回転部材に配設される。
【選択図】図２

Description

本発明は一般的には、回転する境界面を横断したデータ及び電力の伝送に関し、さらに具体的には、ブラシ又は他の接点を必要とせずに、回転する境界面を横断して電力及びデータの両方を伝送することのできる装置に関する。

高圧電力変圧器は、手荷物スキャナ・システム、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、風力タービン及び他の電子システムのような多様な応用に用いられている。ＣＴシステムはしばしば、試験対象の非侵襲断面画像、具体的には人体組織の体内画像を取得して医学的解析及び治療の用に供するために用いられている。現在の手荷物スキャナ・システム及びＣＴシステムは、手荷物又は患者のような試験対象をコンベヤ・ベルト又はテーブルに配置して、静止フレームによって支持されている回転フレーム（例えばガントリ）の中孔に挿入する。回転フレームは、中孔の相対向する側に配置されたＸ線源及び検出器アレイを含んでおり、Ｘ線源及び検出器アレイの両方が、撮像されている試験対象の周りを回転する。回転経路に沿った幾つかの角度位置（「投影」とも呼ぶ）の各々において、Ｘ線源はビームを放出して試験対象に通過させ、ビームは試験対象によって減弱されて検出器アレイによって受光される。Ｘ線源は高圧電力を用いてＸ線ビームを発生する。

検出器アレイの各々の検出器素子が、減弱後のＸ線ビーム強度を示す別個の電気信号を発生する。検出器素子の全てからの電気信号を収集し、回転フレームに装着されたサーキットリによって処理して、各々のガントリ位置又は投影角度における投影データ集合を生成する。投影データ集合はＸ線源及び検出器アレイの一回転の間に様々なガントリ角度から取得される。次いで、投影データ集合をコンピュータによって処理して再構成し、例えば鞄の画像又は患者のＣＴ画像を得る。

回転フレームに装着されたサーキットリは低圧電力を給電される一方で、Ｘ線源は高圧電力を給電される。従来の回転ガントリ方式のシステムは、ブラシ及びスリップ・リング機構を利用してガントリのフレームの静止部分と回転部分との間で比較的低い電圧の電力を伝達している。回転ガントリ部分は、当該回転ガントリ部分に装着されてブラシ及びスリップ・リング機構に接続されているインバータ及び高電圧タンクを有する。変圧器、整流器及び濾波器等のキャパシタンス構成要素を含むインバータ及び高電圧タンクは、ブラシ及びスリップ・リング機構を介して伝達される電圧を、低電圧からＸ線源を駆動するのに必要とされる高電圧まで段階的に高める。高電圧タンクの変圧器は高電圧ＡＣ信号を発生し、このＡＣ信号は高電圧タンクの内部の整流器回路によって高電圧ＤＣ信号へ変換される。

米国特許第７，０５４，４１１号 米国特許第７，１９７，１１３号 米国特許第５，５７９，３５７号

従来の回転ガントリ方式のスキャナ・システムには幾つかの欠点がある。回転ガントリ部分に設けられている高電圧タンク及びインバータのため、システムの重量、容積及び複雑さが増大している。さらに、ブラシ及びスリップ・リング機構（典型的には、かなりの電流を流すのに用いられる）は、信頼性の低下、保守の問題及び電気的雑音の発生を蒙り易く、高感度の電子部品と干渉する。開発されるシステムが高速で回転するほど、回転部品の容積及び重量を減少させることが望ましくなる。

スリップ・リングのブラシを排除するために、回転式変圧器を用いて回転ガントリに無接点の態様で電力を伝達することができる。しかしながら、ＣＴイメージング・システムでは電力を伝達するのに用いられる回転変圧器の電圧及び電流はかなり大きい。例えば、１５０ｋＷのイメージング・システムが有する回転式変圧器は、約３００ボルト及び５００アンペアで動作してかなりの量の電気的雑音を発生し得る。ガントリを横断して伝送されているデータからこの雑音を除くために、余分なステップが必要とされる。例えば、幾つかのＣＴイメージング・システムは、データ伝送に光学信号を用いる。一つのかかるシステムでは、光学信号は、ガントリを横断して両方向に０°位置から±１８０°位置まで光学信号を反射するように構成されている鏡面溝に注入される。光学スタイラスをガントリの反対側からこの溝に挿入して光学信号を取り出す。もう一つのかかるシステムは、多重化された複数の光学送信器を用いる。これらの光学送信器は、ガントリが回転しているときに光学検出器と共に、静止した集束器（シュー）を横断通過し、光学送信器は検出器の位置変化に同期している。これらの構成は、比較的高価で複雑である。

以上に述べた問題及び従来見受けられていたその他の問題に対処する比較的安価で単純なスキャナ装置が必要とされている。

従って、本発明の一実施形態では、電力及びデータを伝送する装置を提供する。この装置は、間隙によって離隔されており共通の軸の周りで相対的に回転可能である第一の回転式変圧器部分及び第二の回転可能変圧器部分を含んでいる。回転式変圧器は、第一の回転式変圧器部分に第一の差動巻線を有すると共に第二の回転式変圧器部分に第二の差動巻線を有する。第一の差動巻線及び第二の差動巻線は、互いから離隔した状態を保ったまま互いに関して相対的に回転可能である。回転式変圧器は、第一の回転式変圧器部分から第二の回転式変圧器部分へ電力を伝達するように構成されている。回転式変圧器はまた、第一の回転式変圧器部分に設けられている第一のデータ送信器と、第二の回転式変圧器部分に設けられている第二のデータ送信器と、第二の回転式変圧器部分に設けられており、上述の間隙を横断して第一の方向へのデータ伝送を提供するように第一のデータ送信器に結合されて動作する第一のデータ受信器と、第一の回転式変圧器部分に設けられており、上述の間隙を横断して第二の方向へのデータ伝送を提供するように第二のデータ送信器に結合されて動作する第二のデータ受信器とを有する。

本発明のもう一つの実施形態では、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムを提供する。このＣＴイメージング・システムは、ＣＴイメージング・システムの静止部分とＣＴイメージング・システムの回転部分との間の境界を画定するガントリを含んでいる。ガントリは、回転可能部材に結合されている静止部材を有する。回転可能部材は、当該回転可能部材の回転軸に近接して開放域を有する。回転可能部材はさらに、回転可能変圧器部分を含んでおり、静止部材はさらに、静止変圧器部分を含んでいる。このＣＴイメージング装置は、回転可能部材において互いに対向している放射線源及び放射線検出器アレイを含んでいる。また、電子サーキットリがＣＴイメージング・システムの回転部分に含まれている。電子サーキットリは、放射線検出器アレイに結合されて動作するデータ取得システムを含んでいる。ＣＴイメージング・システムはまた、静止部材に静止変圧器部分を含むと共に回転可能部材に回転可能変圧器部分を含んでいる。静止変圧器部分及び回転可能変圧器部分は、間隙によって離隔されている。また、回転式変圧器は、静止変圧器部分に静止差動巻線を有すると共に回転可能変圧器部分に回転可能差動巻線を有し、回転可能差動巻線は、静止差動巻線から離隔した状態を保ったまま回転するように構成されており、回転可能変圧器は、ＣＴイメージング・システムの静止部分からイメージング・システムの回転部分の電子サーキットリに電力を伝達するように構成されている。さらに、回転可能変圧器部分に設けられ又は装着されている回転可能データ送信器と、静止変圧器部分に設けられ又は装着されている静止データ送信器と、回転可能変圧器部分に設けられ間隙を横断して第一の方向にデータ伝送を提供するように静止データ送信器に結合されて動作する回転可能データ受信器と、静止変圧器部分に設けられ間隙を横断して第二の方向にデータ伝送を提供するように回転可能データ送信器に結合されて動作する静止データ受信器とが含まれている。

本発明のさらにもう一つの実施形態では、発電機と、制御器と、発電機及び制御器を収容する収納体（ナセル）と、ハブ及び少なくとも１枚のブレードを有しシャフトによって発電機に結合されている回転子であって、ハブは少なくとも１枚のブレード又は複数のブレード用のブレード・ピッチ制御及び加熱器を含んでいる、回転子と、ブレード・ピッチ制御及び加熱器を含めて風力タービンの内部の各センサ及び各制御部とデータを授受するように構成されている制御器とを含む風力タービンを提供する。また、シャフトに装着された回転可能変圧器部分と、間隙によって離隔されている静止変圧器部分と、静止変圧器部分に静止差動巻線を有すると共に回転可能変圧器部分に回転可能差動巻線を有する回転式変圧器とが含まれており、回転式変圧器は、静止差動巻線及び回転可能差動巻線を、互いから離隔した状態を保ったまま回転させて、ブレード・ピッチ制御及び加熱器に電力を供給するように構成されている。さらに、シャフトに設けられている回転可能変圧器部分に設けられている回転可能データ送信器と、静止変圧器部分に設けられている静止データ送信器と、回転可能変圧器部分に設けられ間隙を横断して第一の方向へのデータ伝送を提供するように静止データ送信器に結合されて動作する回転可能データ受信器と、静止変圧器部分に設けられ間隙を横断して第二の方向へのデータ伝送を提供するように回転可能データ送信器に結合して動作する静止データ受信器とが含まれている。

本発明の実施形態の一例による電力及びデータを伝送する装置の部分切断前面図である。 図１の切断面２−２に沿って見た側面図である。 本発明の一実施形態において用いられる電子的結合のさらなる詳細を示すブロック模式図である。 本発明の一実施形態のさらに詳細なブロック模式図である。 伝送線アンテナを用いてデータ受信器とデータ送信器との間に電気的結合を設けた装置の例示的な模式図である。 ストリップ線路対の実施形態の一例の断面図である。 実質的に同心の円筒を含む第一の回転式変圧器部分及び第二の回転式変圧器部分を示す部分切断図である。 図１及び図２に示す実施形態に含まれる回転式変圧器の一方の巻線の図であって、巻線及びＥ字形鉄心の関係を示す図である。 本発明の計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムの実施形態の一例の見取り図である。 図９に示すＣＴイメージング・システムのブロック模式図である。 本発明の風力タービンの実施形態の模式的な見取り図である。

以上の概要及び以下の本発明の幾つかの実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとさらに十分に理解されよう。図面が様々な実施形態の機能ブロックの線図を示す範囲までにおいて、機能ブロックは必ずしもハードウェア・サーキットリの間の区分を示す訳ではない。従って、例えば、機能ブロックの１又は複数（例えばプロセッサ又はメモリ）が単体のハードウェア（例えば汎用信号プロセッサ若しくはランダム・アクセス・メモリのブロック、又はハードディスク等）として具現化されてよい。同様に、プログラムは独立型プログラムであってもよいし、オペレーティング・システムのサブルーチンとして組み込まれていてもよいし、インストールされているソフトウェア・パッケージの機能等であってもよい。尚、様々な実施形態は図面に示されている構成及び手段に限定されないことを理解されたい。

本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。また、反対に明記されていない限り、特定の特性を有する一つの要素若しくは複数の要素を「含んでいる」又は「有している」実施形態は、この特性を有しない付加的なかかる要素も包含し得る。

図１は、本発明の実施形態の一例による電力及びデータを伝送する装置１００の部分切断前面図であり、図２は、図１の切断面２−２に沿って見た側面図である。装置１００は、間隙１０６によって離隔されており共通の軸ｚの周りで相対的に回転可能である回転式変圧器１０７の二つの部分１０２及び１０４を有する。回転式変圧器１０７はまた、第一の回転式変圧器部分１０２に第一の差動巻線１０８を含むと共に、第二の回転式変圧器部分１０４に第二の差動巻線１１０を含んでいる。第一の差動巻線１０８及び第二の差動巻線１１０（図１又は図２には示されていないが図８で見られる）は、互いから離隔した状態を保ったままそれぞれ第二の変圧器部分１０４及び第一の変圧器部分１０２に関して相対的に回転可能である。巻線１０８及び１１０自体については本書の他の箇所で図示して説明するが、本発明の一実施形態では、巻線１０８及び１１０は、「Ｅ」字の開口部分を互いに対面させてＥ字形鉄心１１２及び１１４に巻回されている。（「Ｅ」字の「開口部分」は右の部分である。左の部分は「閉鎖部分」とする。）「Ｅ字形鉄心」との用語は、「Ｅ」字の３本の横線の間に２本の溝が設けられているような鉄心ばかりでなく、２本よりも多い溝及び３本よりも多い「Ｅ」字の横線を有する鉄心も包含するものと理解されたい。

装置１００はさらに、第一の回転式変圧器部分１０２に第一のデータ送信器１１６を含んでいる。第一のデータ送信器１１６は付加的な電気部品を含んでいるが、一実施形態では、第一のデータ送信器１１６は、第一の回転式変圧器部分１０２に巻回された差動ストリップ線路伝送線１１８を含んでいる。差動電圧が第一のデータ送信器１１６に印加されて、間隙１０６を横断して第二の回転式変圧器部分１０４の第一のデータ受信器１２０への伝送を行なう。同様に、装置１００はさらに、第二の回転式変圧器部分１０４に第二のデータ送信器１２２を含んでおり、データは、間隙１０６を横断して第一の回転式変圧器部分１０２の第二のデータ受信器１２４へ伝送される。データ受信器１２０及び１２４は、対応する伝送線送信器の上方例えば約１ミリメートル等の距離に片持ち梁式で支持された１個又は２個（又は複数）のピックアップ・アンテナ又はパッドを含み得る。伝送線１１８のような伝送線は、単一伝送ストリップ又は二重伝送スリップを含み得る。差動巻回コイルについては、２００６年５月３０日にKatcha等に付与された米国特許第７，０５４，４１１号「Multichannel contactless power transfer system for a computed tomography system」、及び２００７年３月２７日にKatcha等に付与された米国特許第７，１９７，１１３号「Contactless power transfer system」に記載されている。尚、両特許とも、米国ニューヨーク州SchenectadyのGeneral Electric Co.に譲渡されている。

幾つかのＣＴイメージング・システムでは、装置１００を用いてガントリを横断してデータ信号及び電力を結合する。大量の電力（例えば１５０ｋＷ）を伝達することができるが、データの送受に用いられるストリップ線路伝送線における１Ｖ未満のデータ電圧に対して、存在しても極く僅かの干渉しか存在しないことを特記しておく。一般的には、Ｅ字形鉄心の差動巻線すなわちＥ字形鉄心の中央又は内側の脚に巻回されている巻線は、高電圧及び大電流、並びに巻線同士の間の開放間隙から生ずる漏れインダクタンスにも拘わらず、漏れ電場を密に封じ込める。変圧器の巻線に共振キャパシタを付加すると、データ・チャネルに残存し得るあらゆる雑音をさらに低減することもできる。

幾つかの実施形態では、第一のデータ受信器１２０及び第一のデータ送信器１１６は電気的にではなく光学的に結合され、第二のデータ受信器１２４及び第二のデータ送信器１２２は電気的にではなく光学的に結合される。もう一つの実施形態では、第一のデータ受信器１２０及び第一のデータ送信器１１６は電気的にではなく磁気的に結合され、第二のデータ受信器１２４及び第二のデータ送信器１２２は電気的にではなく磁気的に結合される。しかしながら、他の実施形態では、図１及び図２に関連して記載するもののような態様で、第一のデータ受信器１２０及び第一のデータ送信器１１６は電気的に結合され、第二のデータ受信器１２４及び第二のデータ送信器１２２は電気的に結合される。

図３は、本発明の一実施形態において用いられる電子的結合のさらなる詳細を示すブロック模式図である。インバータ３００、共振部品３０２及び濾波器３０４はＡＣ電圧を変圧器巻線１１０に結合するためのものであり、整流器３０６は変圧器巻線１０８の誘導電圧を負荷３０８に結合するためのものである。図４は、本発明の一実施形態のさらに詳細なブロック模式図である。一旦、本書に掲げた詳細な説明を完全に理解すれば、構成要素４０２、Ｘ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びＲ１、並びに図４に示す他の構成要素の選択は、電子式電力回路設計者の設計選択に任せてよい。

図５は、伝送線アンテナを用いてデータ受信器（例えば第一のデータ受信器１２０）とデータ送信器（例えば第一のデータ送信器１１６）との間に電気的結合を設けた装置の例示的な模式図である。データ誤りを招き得る突然の位相変化を回避するために、伝送線４０はそれぞれの個別の区画５０及び６０を含んでおり、区画５０及び６０は各々がそれぞれの第一の端部５２及び６２及びそれぞれの第二の端部５４及び６４を有する。各々の個別の区画５０及び６０がそれぞれの電気長を有し、この電気長は、各々のそれぞれの第一の端部５２及び６２に印加される信号が各々のそれぞれの第二の端部５４及び６４への到達時に予め決められた時間遅延を有するように選択される。尚、区画５０及び６０のそれぞれの電気長が例えば１８０°に近い等のように互いに実質的に類似している場合には、上述の区画構成の結果としてシリアル・データ・ストリーム信号は互いに対して実質的に類似した時間遅延を有して各々のそれぞれの第二の端部に到達することが認められよう。

データ信号は容易に分割されて、増幅器７２及び７４と、それぞれの伝送線区画のインピーダンス特性に整合するように選択された予め決められた抵抗値を有する選択随意要素の整合用抵抗器７６及び７８とを含む適当な駆動回路７０によって増幅される。同様に、各々のそれぞれの第二の端部５４及び６４は、個別の伝送線区画５０及び６０でのエネルギ反射を最小限に抑えるように選択された予め決められた抵抗値を有する終端用抵抗器８０及び８２にそれぞれ接続されている。他の構成を用いてもよく、個別の区画同士の間の時間遅延に差があってもかかる時間遅延の差は特定の応用に依存して許容され得る。例えば、増幅器７４及び整合用抵抗器７８を第一の端部６２ではなく第二の端部６４に接続し、終端用抵抗器８２を第二の端部６４ではなく第一の端部６２に接続することができる。この場合には、予め決められた時間遅延がそれぞれの第一の端部と第二の端部との間に存在するが、かかる遅延は幾つかの応用では許容され得る。さらに、駆動回路７０は１対の増幅器を含むものとして示されているが、個別の区画５０及び６０を駆動する適当な単一の増幅器を同等に実効的に用い得ることは明らかであろう。例えば、各々のそれぞれの第一の端部５２及び６２を容易に並列に接続して単一の増幅器の出力信号を受け取ることができ、するとこの場合には、駆動回路７０は単一の増幅器を含む。このように、それぞれの区画を単一の増幅器に並列に電気的に接続したセンター・タップ型伝送線のような伝送線を選択随意で用いることができる。

個別の区画５０及び６０は一実施形態では、連続した任意の２個の区画のそれぞれの第一の端部が互いに対して実質的に隣接し、連続した任意の２個の区画のそれぞれの第二の端部が互いに対して実質的に隣接するように構成される。連続した任意の２個の区画の間の間隙の寸法は、データ・レートに対応する波長に対して小さくなるようにすべきである。この構成は、回転フレームを包囲するそれぞれの個別の区画の任意のもの同士の間の時間遅延の不連続性を回避することを考慮したと共に、全ての回転角における伝送線と受信器との間の実効的な結合動作を考慮したものである。図５に示すように、２個の個別の区画５０及び６０の各々が、回転フレームの周りの約１８０°のそれぞれの角度に張り渡るように設計され得る。データ受信器（例えば第一のデータ受信器１２０）は、区画５０と区画６０との間に無線結合を確立するためにこれらの区画５０及び６０の十分に近くに保持される。本書で用いられる「無線結合」との表現は、無線周波数の電磁放射線によるエネルギの無接点型伝達を指す。

本発明の幾つかの実施形態では、各々の個別の区画５０及び６０が、差動態様で給電される２本のストリップ線路を含んでいる。区画５０でのストリップ線路対の差動給電及び区画６０でのストリップ線路対の差動給電は、電場の実質的な閉じ込めを生じて、高周波干渉の放出を減少させる。これらのストリップ線路対は可撓性基板に蝕刻されて、安価で単純なデータ結合機構となることができる。差動ストリップ線路の実施形態の一例を図６に示し、同図は、一方のストリップ線路対の区画５０の断面図を示している。区画５０は、絶縁性基材２０４及び伝導性接地平面２０６に堆積され又は蝕刻された第一の導体２０２及び第二の導体２０３を含んでいる。この差動ストリップ線路の実施形態又は他の適当な実施形態からの選択は、当業者によって下され得る設計選択である。

このように、本発明の幾つかの実施形態では、第一のデータ受信器、第二のデータ受信器、第一のデータ送信器及び第二のデータ送信器は分割型円形ストリップ線路アンテナを含み得る。これらの実施形態の幾つかのものでは、円形ストリップ線路アンテナの各分割部は、結合されたデータ信号の位相の不連続性を減少させる又は解消するように整相される。ストリップ線路アンテナについての記載は、１９９６年１１月２６日にDaniel D. Harrisonに付与されて米国ニューヨーク州SchenectadyのGeneral Electric Co.に譲渡された米国特許第５，５７９，３５７号「Transmission line using a phase splitter for high data rate communication in a computerized tomography system」にある。

図２に戻り、第一の回転式変圧器部分１０２及び第二の回転式変圧器部分１０４は、互いに実質的に対面している。データ結合及び電力結合はこの場合には、軸方向又はｚ方向において生ずる。このデータ結合及び電力結合は遮蔽を必要としない。もう一つの実施形態では、図７に示すように、第一の回転式変圧器部分１０２及び第二の回転式変圧器部分１０４は実質的に同心の円筒を含むことができ、この場合にはデータ結合及び電力結合は半径方向又はｒ方向に配向される。

本発明の幾つかの実施形態では、第一の回転式変圧器部分１０２又は第二の回転式変圧器部分１０４のいずれかが静止するように拘束される。この意味の「静止」とは、地面にいる観測者によって観測される場合に少なくともｚ軸の周りには殆ど又は全く回転運動を行なわないことを含意する。例えば、装置１００がＣＴイメージング装置のガントリに用いられる場合には、装置の一方の部分が地面に関して静止しており、他方の部分は回転しているものと考えられる。

図８は、一方の巻線１０８又は１１０のもう一つの図であり、Ｅ字形鉄心１１２又は１１４に対する関係を示している。回転式変圧器１０７は、Ｅ字形鉄心１１２及び１１４の各開口側を互いに対面させたそれぞれ別個のＥ字形鉄心１１２又は１１４に各々巻回された１対の巻線１０８及び１１０を含んでいる。Ｅ字形鉄心１１２とＥ字形鉄心１１４との間に間隙が存在しなければ、巻線１０８及び１１０は、接したＥ字形鉄心１１２及び１１４の内部に封入される。図８に示す巻線は、Ｅ字形鉄心１１２又は１１４の中央の脚１１５を巻回しているので差動巻線である。１回巻きのみの巻線を示しているが、本発明の様々な実施形態は、１回巻きのみを有する巻線を要求するものと限定されている訳ではない。巻き数は、当業者によって下され得る設計選択であり得る。

図９は、本発明の一実施形態による例示的な計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム６００の見取り図であり、図１０は、図９のＣＴイメージング・システム６００のブロック模式図である。ＣＴイメージング・システム６００は、ＣＴイメージング・システム６００の静止部分６０６とＣＴイメージング・システム６００の回転可能部分６０８との間の境界６０４を画定するガントリ６０２を含んでいる。ガントリ６０２は、回転可能変圧器部分１０２（図１及び図２を参照されたい）と、装着によって「静止」しているように制約されている静止変圧器部分１０４とを含んでいる。「第一」及び「第二」との表記は、関連に一貫して矛盾がなければ「静止」及び「回転可能」に対して任意に関連付けられてよい。但し、第一のデータ受信器及び第二のデータ受信器は、それぞれ第一のデータ送信器及び第二のデータ送信器の反対側に設けられていることを特記しておく。また、本書で用いられる「静止」とは、床面に立った観測者から見た場合に、対応する回転可能構成要素と同じ軸の周りに回転するのではなく静止していることを意味する。Ｘ線管のような回転可能放射線源６１０がガントリ６０２に設けられ、また回転可能放射線検出器アレイ６１２が放射線源６１０に対向して設けられる。放射線源６１０及び放射線検出器アレイ６１２は、ガントリ６０２が回転するときに回転可能変圧器部分１０２と共に回転する。ＣＴイメージング・システム６００の回転可能部分６０８はまた、放射線検出器アレイ６１２に結合されて動作するデータ取得システム６１６を含めた電子サーキットリ６１４を含んでいる。ＣＴイメージング・システム６００はさらに、静止変圧器部分１０４を含んでおり、静止変圧器部分１０４及び回転可能変圧器部分１０２は間隙１０６によって離隔されている（図１及び図２を参照されたい）。

ＣＴイメージング・システム６００の回転式変圧器１０７は、静止変圧器部分１０４に静止差動巻線１１０を含むと共に、回転可能変圧器部分１０２に回転可能差動巻線１０８を含んでいる（図１及び図２を参照されたい）。回転可能差動巻線１０８は、静止差動巻線１１０から離隔した状態を保ったまま回転するように構成されており、回転可能変圧器１０７は、ＣＴイメージング・システム６００の静止部分６０６からＣＴイメージング・システム６００の回転可能部分６０８の電子サーキットリ６１４へ電力を伝達するように構成されている。回転可能データ送信器１１６が回転可能変圧器部分１０２に設けられ、静止データ送信器１２２が静止変圧器部分１０４に設けられている。また、回転可能データ受信器１２４が回転可能変圧器部分１０２に設けられ、間隙１０６を横断して第一の方向にデータ伝送を提供するように静止データ送信器１２２に結合されて動作し、また静止データ受信器１２０が静止変圧器部分１０４に設けられ、間隙１０６を横断して第二の方向にデータ伝送を提供するように回転可能データ送信器１１６に結合されて動作する。送信器及び受信器は、電気信号、磁気信号又は光学信号の一つを用いて、無接点の態様でデータを伝送する。装置１００の場合と同様に、ＣＴイメージング・システム６００は、互いに実質的に対面している又は同心の円筒を含んでいる変圧器部分を有し得る。

ＣＴイメージング・システム６００の実施形態の幾つかは、医用イメージング・システムである。ＣＴイメージング・システム６００の他の実施形態は、手荷物用爆弾検出システム等のような産業用走査システム又は警備用走査システムである。これらの実施形態は、ＣＴイメージング・システム６００に含まれているファームウェア又はソフトウェアの形式によって画定され得る。医用イメージング・システムの場合には、ＣＴイメージング・システム６００のソフトウェア又はファームウェアは、生体の構造及び／又は器官を解析するように構成される。手荷物の爆弾検出用のＣＴイメージング・システム６００は、手荷物の内容物を爆弾及び／又は爆発物について解析するように構成されたソフトウェアを含んでいる。

図１１は、本発明の一実施形態に従って構築される風力タービン７００の模式的な見取り図である。風力タービン７００は、発電機７０２、並びに様々な電気部品、電子部品及び機械部品を収容した収納体７０１を含んでいる。電子部品の中には制御器７０４があり、制御器７０４は、風力タービン７００の内部の様々なセンサ及び制御部、並びに風力タービン７００の動作を監視して制御するのに用いられる外部コンピュータとデータを授受するように構成されている。利用について述べると、風力タービン７００は、地面及び他の障害物によるブレード又は複数のブレード７０８への干渉をなくして本質的に水平な軸の周りでの回転子７０６の回転を許すように、背の高い垂直塔（図面には示していない）に装着され得る。回転子７０６は回転可能シャフト７０７を含んでおり、風力タービン７００を動作させるのに十分な風が利用可能になったときに発電機７０２を回転させる。

制御器７０４が、収納体７０１を垂直軸に沿って様々な方向に回転させ得るピッチ・ブレード制御及び加熱器７１０を動作させて、風からエネルギを捕獲するのに適正な方向にブレード７０８を配向させ、又は必要に応じて風力タービン７００を停止させ若しくは制御する。加えて、風力タービン７００は、ブレード又は複数のブレード７０８を取り付けた回転子７０６のハブ７１２にブレード・ピッチ制御及び加熱器７１０を含んでいる。ブレード・ピッチ制御及び加熱器７１０は、風力タービン制御器７０４の制御下で動作する。制御器７０４はさらに、必要に応じてブレード７０８の氷を取り除いたりブレード７０８のピッチを調節したりするために、電力及び制御信号をブレード・ピッチ制御及び加熱器７１０へ送るように構成されている。図１及び図２に関して上で述べた装置１００のような電力及びデータを伝送する装置が用いられ、かかる装置は静止部分及び回転部分を有し、後者はシャフト７０７に装着されて、ブレード・ピッチ制御及び加熱器７１０に電力及び制御信号を供給するためにシャフト７０７の中心孔を通ってハブ７１２まで通したワイヤを有する。この構成は、ワイヤを捻転させることなくブレード・ピッチ制御及び加熱器７１０への電力及びデータの伝達を可能にする。双方向データ伝達を用いて、制御器７０４が、ハブ７１２の内部、並びに／又はブレード若しくは複数のブレード７０８の表面及び／若しくは内部に配置されたセンサからデータを受け取って処理するのを可能にすることができる。

図１及び図７を参照して述べると、風力タービン７００は、第一のデータ受信器１２０及び第一のデータ送信器１１６が電気的に結合され、第二のデータ受信器１２４及び第二のデータ送信器１２２もまた電気的に結合されているような電力及びデータ伝送装置１００を含み得る。「第一」及び「第二」との表記は、関連に一貫して矛盾がなければ「静止」及び「回転可能」に対して任意に関連付けられてよい。但し、第一のデータ受信器及び第二のデータ受信器は、それぞれ第一のデータ送信器及び第二のデータ送信器の反対側に設けられていることを特記しておく。加えて、図３を併せて参照して述べると、風力タービン７００は、第一のデータ受信器１２０、第二のデータ受信器１２４、第一のデータ送信器１１６及び第二のデータ送信器１２２が分割型円形アンテナを含むような電力及びデータ伝送装置１００を含み得る。円形アンテナの各分割部は、結合されたデータ信号の位相の不連続性を減少させる又は解消するように、本書に記載した態様で整相され得る。また、風力タービン７００の実施形態の幾つかでは、図８を参照して述べると、回転式変圧器１０７は、Ｅ字形鉄心の各開放側を互いに対面させた１対のＥ字形鉄心１１２及び１１４を含み得る。

これらの実施形態の変形においては、静止送信器が静止変圧器部分の外円周に配置され、回転送信器が回転変圧器部分の内円周に配置されて、各受信器も呼応して移動し得ることが認められよう。送信器及び受信器はまた、互いに対面する表面に配置されてもよい。また、送信器及び受信器は、電気信号、磁気信号若しくは光学信号の任意の一つ、又はこれらの組み合わせを用いて、回転部分と静止部分との間で無接点の態様で伝送を行なってよい。

これら様々な実施形態の少なくとも一つの技術的効果は、無接点型手段を用いて高速双方向通信リンクを大電力変圧器結合と共に提供することにより、同様の目的で今日用いられている各装置又は各装置の組み合わせに比べて空間的容積を小さくすると共に経費及び複雑さを抑えていることである。加えて、無接点型電力伝達及び双方向通信の高レベルの信頼性が達成されている。

以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又は各実施形態の各観点）を互いに組み合わせて用いてよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに特定の状況又は材料を本発明の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施してよい。本書に記載されている材料の寸法及び形式は、本発明の各パラメータを定義するためのものであるが、限定的な実施形態では一切なく、例示的な実施形態である。以上の記載を吟味すれば、当業者には他の多くの実施形態は明らかとなろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に関連してかかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」等の用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」等の用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。また、特許請求の範囲では、「第一」「第二」及び「第三」等の用語は単にラベルとして用いられており、これらの用語の目的語に対して数値的要件を課すものではない。さらに、特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきでない。

２４
４０ 伝送線
５０、６０ 区画
５２、６２ 第一の端部
５４、６４ 第二の端部
７０ 駆動回路
７２、７４ 増幅器
７６、７８ 整合用抵抗器
８０、８２ 終端用抵抗器
１００ 装置
１０２ 第一の回転式変圧器部分
１０４ 第二の回転式変圧器部分
１０６ 間隙
１０７ 回転式変圧器
１０８、１１０ 巻線
１１２ Ｅ字形鉄心
１１４ 鉄心
１１５ 中央の脚
１１６ データ送信器
１１８ 伝送線
１２０ データ受信器
１２２ データ送信器
１２４ データ受信器
２０２ 第一の導体
２０３ 第二の導体
２０４ 絶縁性基材
２０６ 伝導性接地平面
３００ インバータ
３０２ 共振部品
３０４ 濾波器
３０６ 整流器
３０８ 負荷
４０２ 構成要素
６００ ＣＴイメージング・システム
６０２ ガントリ
６０４ 境界
６０６ 静止部分
６０８ 回転可能部分
６１０ 放射線源
６１２ 放射線検出器アレイ
６１４ 電子サーキットリ
６１６ データ取得システム
７００ 風力タービン
７０１ 収納体
７０２ 発電機
７０４ 制御器
７０６ 回転子
７０７ シャフト
７０８ ブレード
７１０ ピッチ制御及び加熱器
７１２ ハブ

Claims (10)

1. 電力及びデータを伝送する装置（１００）であって、
   間隙（１０６）により離隔されており共通の軸の周りで相対的に回転可能である第一の回転式変圧器部分（１０２）及び第二の回転式変圧器部分（１０４）と、
   前記第一の回転式変圧器部分に第一の差動巻線（１０８）を有すると共に前記第二の回転式変圧器部分に第二の差動巻線（１１０）を有する回転式変圧器（１０７）であって、前記第一の差動巻線及び前記第二の差動巻線は互いから離隔した状態を保ったまま互いに関して相対的に回転可能であり、前記第一の回転式変圧器部分から前記第二の回転式変圧器部分へ電力を伝達するように構成されている回転式変圧器（１０７）と、
   前記第一の回転式変圧器部分に設けられている第一のデータ送信器（１１６）と、
   前記第二の回転式変圧器部分に設けられている第二のデータ送信器（１２２）と、
   前記第二の回転式変圧器部分に設けられ前記間隙を横断して第一の方向へのデータ伝送を提供するように前記第一のデータ送信器に結合されて動作する第一のデータ受信器（１２０）と、
   前記第一の回転式変圧器部分に設けられ前記間隙を横断して第二の方向へのデータ伝送を提供するように前記第二のデータ送信器に結合されて動作する第二のデータ受信器（１２４）と
   を備えた装置（１００）。
2. 前記第一のデータ受信器（１２０）及び前記第一のデータ送信器（１１６）は光学的に結合されており、前記第二のデータ受信器（１２４）及び前記第二のデータ送信器（１２２）は光学的に結合されている、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 前記第一のデータ受信器（１２０）及び前記第一のデータ送信器（１１６）は磁気的に結合されており、前記第二のデータ受信器（１２４）及び前記第二のデータ送信器（１２２）は磁気的に結合されている、請求項１に記載の装置（１００）。
4. 前記第一のデータ送信器（１１６）及び前記第二のデータ送信器（１２２）は分割型円形アンテナを含んでいる、請求項１に記載の装置（１００）。
5. 前記第一のデータ受信器（１２０）及び前記第二のデータ受信器（１２４）は分割型円形アンテナを含んでいる、請求項４に記載の装置（１００）。
6. 前記円形アンテナの前記各分割部は、結合されたデータ信号の位相の不連続性を減少させること及び解消することの一方を行なうように整相される、請求項５に記載の装置（１００）。
7. 前記第一の回転式変圧器部分（１０２）及び第二の回転式変圧器部分（１０４）は互いに実質的に対面している、請求項１に記載の装置（１００）。
8. 前記第一の回転式変圧器部分（１０２）及び第二の回転式変圧器部分（１０４）は、実質的に同心の円筒を含んでいる、請求項１に記載の装置（１００）。
9. 前記第一の回転式変圧器部分（１０２）及び前記第二の回転式変圧器部分（１０４）の一方は静止しているように拘束される、請求項１に記載の装置（１００）。
10. 前記回転式変圧器（１０２、１０４）は、各開口側を互いに対面させた１対のＥ字形鉄心（１１２）を含んでいる、請求項１に記載の装置（１００）。

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