JP2014517529A - シールド電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＣＴ装置の固定子部位１１０から回転子部位１０４に電力を伝送することに使用されるシールド電力伝送装置２００を提供する。この装置は固定子４０４と回転子４０２を有し、これらはコアエアギャップ４０６によって分離し、固定子と回転子はそれぞれコイル４０８、４１４とコア４１０、４１６を有する。
この装置は、導電ワイヤのようなフリンジフィールド緩和要素５２０をさらに有するが、コアエアギャップ４０６付近でコイル４０８、４１４の電流による磁束を緩和ないしキャンセルする磁場を生成する誘導電流がフリンジフィールド緩和要素に流れる。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転体（例：回転子）と固定体（例：固定子）の間や２つの回転体の間で電力を伝送するシールド電力伝送装置に関する。このような電力伝送装置は、医療、保安、産業分野において使用されるＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナに主に使用される。シールド電力伝送装置は、固定部から複写元とデテクターアレイが入っている回転支持台に電力を伝送するように構成される。また、本発明は、ＲＦ放出や他の電磁気干渉を減らしたり、漏れインダクタンスを減らしたり、電力の誘導伝送効率を改善する電力伝送装置を使用することができる他の分野に関するものでもある。

回転部内に電子要素が入っているシステムは、電力伝送装置を通じて回転部に電力を供給しなければならない。例えば、ＣＴスキャナでは、電力伝送装置を利用して回転支持台の電子要素に電力を供給する。このような電力伝送装置は、通常はスリップリング（ｓｌｉｐ−ｒｉｎｇ）／ブラシを利用する。スリップリング方式は、固定体と回転体の間や２つの回転体の間で電気を伝送するとき、２つの材料の接触（例：滑り接触）を利用する。スリップリング装置の場合、一般的に２つ以上の連続的な導電リング上に電流を伝達するブラシが付いている。

回転部の電子要素に（必要とする）多様な値の電圧を供給するために、多くのスリップリングを利用するのが普通である。ブラシやスリップリングがこのように回転部の電子要素に電力を供給するのに効果的であることは立証されたが、既存のブラシやスリップリングは騒音が多くて信頼性が落ち、汚い。例えば、ブラシは長く使用すれば破損によって金属粉塵が出るようになり、敏感な電子要素に問題を引き起こす。また、敏感な診断／撮影をするＣＴ撮影の場合、ブラシから生じて伝達される電力内の固有電子の雑音が干渉を起こす。スリップリングの他の問題は、材料が特殊であり、機械的精密度が求められ、製造が複雑であるため多くの費用を要する。

スリップリングがなくても回転体の電子要素に電力を伝送する多様な方式が開発された。Ｂａｕｍａｎｎの米国特許４、３２３、７８１では、回転式ＣＴスキャナ内のＸ線チューブにエネルギーを伝送する誘導変圧器を紹介している。この誘導変圧器は１次コイルと２次コイルで構成される。１次コイルに流れる交流電流が２次コイルに電流を誘導する。１次コイルは固定式である反面、２次コイルは回転して回転Ｘ線チューブに電力を供給する。

Ｂｅｅｒの米国特許４、９１２、７３５でも似たような概念の電力伝送装置を紹介しており、この装置は、固定体に設置された２つの同心リングと１つの回転体を含む。２つリングの互いに対向する２つの環形面に溝が形成されている。それぞれの溝にある導体コイルがＣＴスキャナの回転支持台に電力を伝送する誘導結合手段を提供する。Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌｄの米国特許５、６０８、７７１でも、似たような概念の疑似共振高電圧生成方式を紹介している。

このような装置は、スリップリングがなくても回転システムに電力を伝送することはできるが、様々な短所がある。例えば、このような装置は、ＣＴスキャナに使用するときに多様な入出力電圧値間の電力を伝送するという柔軟性を発揮することができない。また、所望する電力伝送効率を得ようとすれば電流と電圧を調節しなければならない。さらに、シールド（ｓｈｉｅｌｄ）も考慮しない。例えば、適切なシールドがなければ良好でないＲＦ放出が起こり、この現象はＣＴスキャナのような装置において特に致命的となる。

本発明は、このような問題点を解決するためのものである。本発明によれば、固定子と回転子の間で電力を伝送するシールド電力伝送装置が提供される。この装置は、電力を誘導結合フィールドに変換する誘導フィールド生成要素、誘導結合フィールドを電力に変換する誘導フィールド受信要素、コアエアギャップによって分離する１次コアと２次コア、およびフリンジフィールド緩和要素と非−フリンジフィールド緩和要素を備えたセルを含む。フリンジフィールド緩和要素は伝導体を有し、誘導フィールド生成要素と誘導フィールド受信要素のうちの少なくとも１つから生じてコアエアギャップ付近で１次コアと２次コアのうちの少なくとも１つから抜け出る磁束を緩和することができる。

また、本発明は、固定子と回転子の間で電力を伝送するシールド電力伝送装置の構成方法を提供する。この方法は、誘電体、誘電体区間、および伝導体区間のうちの少なくとも１つを含むセルを形成する段階、および磁束を緩和するフリンジフィールド緩和要素をセルの一部分に挿入する段階を含む。

また、本発明は、ＣＴ装置に使用するシールド電力伝送装置を提供する。この装置は、電力を誘導結合フィールドに変換する誘導フィールド生成要素、誘導結合フィールドを電力に変換する誘導フィールド受信要素、コアエアギャップによって分離する１次コアと２次コア、および互いに結合して環形構造をなす２つ以上の区間からなるセルを含む。このセルはフリンジフィールド緩和要素を含み、このフリンジフィールド緩和要素は、コアエアギャップ付近で１次コアと２次コアのうちの少なくとも１つから出ると同時に誘導フィールド生成要素と誘導フィールド受信要素のうちの少なくとも１つによって生成された磁束を緩和することができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。

上述したシールド電力伝送装置を利用する環境の一例を示す概略的なブロック図である。 シールド電力伝送装置の一部分を示す斜視図である。 シールド電力伝送装置の他の例を示す斜視図である。 シールド電力伝送装置の断面図である。 フリンジフィールド緩和要素を示す３種のシールド電力伝送装置の断面図である。 フリンジフィールド緩和要素を示す３種のシールド電力伝送装置の断面図である。 フリンジフィールド緩和要素を示す３種のシールド電力伝送装置の断面図である。 シールド電力伝送装置のセルとコアの区間を示す断面図である。 固定子と回転子の間で電力を伝送するシールド電力伝送装置を構成する方法のフローチャートである。

以下の説明は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定められる。

図１は、以上で説明したシールド電力伝送装置を適用した環境１００のブロック図である。図１に示されたＣＴ装置は、検査物体１０２に関する立体情報を求めて２次元や３次元映像を生成する。

以下、ＣＴ装置を例示して説明するが、本発明がこれに限定されないことを理解しなければならない。すなわち、実質的に本発明は特許請求の範囲を含み、回転子（例：回転する要素）と固定子（例：固定要素）を有する他のすべての装置に適用することができる。具体的に、本発明は、ある装置の回転部に電力を供給する装置や、この装置に含まれた電子要素に適用される。また、例示した環境１００も一例に過ぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解しなければならない。例えば、図１のデータ獲得機１２２が回転子１０４の一部分であったり、デテクターアレイ１０６の一部分であってもよい。

検査装置１０８は、（空港のカバンや患者のような）検査物体１０２を検査する。検査装置１０８は回転子１０４と固定子１１０を有する。検査を受ける物体１０２は寝床やコンベアベルトのような支持台１１２上に置かれ、支持台は回転子１０４内部の空間である検査区域１１４に配置されることができ、（モータや駆動軸やチェーンのような）回転装置１１６によって回転子１０４が物体１０２の周りを回転する。

回転子１０４は検査区域１１４の一部を取り囲み、Ｘ線発射体のような複写元１１８と（単に「ディテクタ」とも言う）デテクターアレイ１０６を有し、デテクターアレイは複写元の正反対側に位置する。

物体を検査する間、複写元１１８は検査装置１０８の検査区域１１４に放射線１２０を扇形や円錐状や楔形態で放出する。このような放射線は、連続的に放出されたり、パルス形態で断続的に放出される。

放射線１２０は、物体１０２を透過するときに物体の構造によって減衰度が変わる。このため、このような減衰率やデテクターアレイ１０６で感知される光子数の変化率に基づいて映像が生成される。例えば、骨や金属板のように密度が高い部分では、肌や服のように密度が小さい部分よりも放射線１２０がさらに大きく減衰し、デテクターアレイ１０６にぶつかる光子数もさらに少なくなる。

デテクターアレイ１０６は感知された放射線を信号に変換し、このとき、非晶質セレニウムや他の直接変換物質を利用して直接変換したり、フォトディテクタや他の間接変換物質を利用して間接変換したりし、変換した信号はデータ獲得機１２２に伝送されて圧縮された後、公知の技術を利用して一定時間間隔や測定間隔内に伝送される。このような測定間隔を当業界では「ビュー」といい、複写元１１８が物体１０２に対して一定角度範囲にある間に放出された放射線１２０で生成された信号を反映する。データ獲得機１２２は、このように圧縮された信号を示す投映データを生成する。

データ獲得機１２２で出力された投映データは映像再構成機１２４に入り、映像再構成機は適当な分析、追跡、その他の再構成技法を利用して投映データから映像データを生成する。このように、投映データは、映像を見るユーザー１３０が理解し易いドメインである映像空間に変換される。

このような映像はワークステーションやコンピュータのような端末機１２６に入力され、警備員や医者のようなユーザー１３０が見ることができるようにモニタ１２８にディスプレイされる。ユーザー１３０は映像を検査し、物体１０２内の関心領域を確認することができる。一方、ユーザーが端末機１２６に直接入力して検査装置１０８の動作（例：回転速度、コンベアベルトの速度など）を制御することもできる。

端末機１２６に連結するコントローラ１３２は、端末機１２６からユーザーの入力を受けて検査装置１０８が実行する命令語を生成する。例えば、ユーザー１３０が物体１０２を再検査したいときには、コントローラ１３２が、支持台１１２が逆回転させる命令をして物体１０２を検査区域１１４に戻すことができる。

図２は、（図１の回転子１０４に該当する）回転子２０２と（図１の固定子１１０に該当する）固定子２０４を備えたシールド電力伝送装置２００の断面図であって、図１の２−２線の断面図である。図に示すように、回転子２０２と固定子２０４はすべて半円形であり、円筒形エアギャップ２０６によって互いに分離し、後述するように、固定子２０４から回転子２０２に電力が伝送されるように構成される。このように、複写元１１８やデテクターアレイ１０６のような回転子内の電気部品に、スリップリングやブラシを使用しなくても電力を供給することができる。

回転子２０２と固定子２０４はすべて３つの同軸のハーフセル（ｈａｌｆ−ｓｈｅｌｌ）で構成される。例えば、回転子２０２はエアギャップ２０６から順にコイル２０８、コア２１０、およびセル２１２で構成され、セルの少なくとも一部分がシールドとして作用し、固定子２０４はエアギャップから順にコイル２１４、コア２１６、およびセル２１８で構成され、このセルもシールドとして作用する。ハーフセルの間ごとに中間厚さのギャップ（間隙）があり、ギャップの厚さは０であってもよい。

ここで使用された「ハーフ−カップル」、「ハーフ−セル」、「ハーフ−コア」、「ハーフ−シールド」などの用語は、誘導結合、セルなどをなす全体を構成する様々（例：２つ）部分のうちの１つであると同時に、文字どおりに大きさや体積や質量などが正確に同じである２部分があることを意味する。ここで、特別に異なるように定義されない限り、このような用語は、様々な部分が全体を構成するさらに一般的な場合を代表するものとして理解されなければならない。また、このような用語において「ハーフ」とは、接頭語は便宜上により省略することもできる。

「コア」とは、磁気抵抗を低減させたり磁気的に透磁性がある物質を意味し、このような磁気抵抗低減物質は、伝統的な変圧器のようにコイル内部の中心に軸方向に位置するだけのものと狭く解釈されてはならず、むしろ従来の範囲を逸脱し、コイルの周りにドーナツ形態で磁束ルーフを強化するドーナツ形態にコアが分布される構造を有するロータリ変圧器のように広い意味で解釈されなければならない。

図３は、回転子３０２と固定子３０４を備えた電力伝送装置３００の断面図であって、図１の２−２線の断面図に該当する。回転子３０２と固定子３０４は、平面形エアギャップ３０６の両側にそれぞれ半円形や半円筒形に配置され、後述するように、固定子３０４から回転子３０２側に電力を伝送するように構成される。このように、複写元１１８やデテクターアレイ１０６のような回転子内部の電気要素に、スリップリングやブラシを使用しなくても電力を供給することができる。

図２の実施形態と同じように、回転子３０２と固定子３０４それぞれは３つの同軸ハーフセルで構成される。例えば、回転子３０２はエアギャップ３０６から順にコイル３０８、コア３１０、およびセル３１２で構成され、固定子３０４はエアギャップから順にコイル３１４、コア３１６、およびセル３１８で構成される。ハーフセルの間ごとに中間厚さのギャップ（間隙）があり、ギャップ厚さは０であってもよい。

図２〜３の実施形態は例示に過ぎず、回転子と固定子を異なるように構成することもできる。例えば、図４〜８のように、回転子２０２、３０２と固定子２０４、３０４を３つの同軸ハーフセルで構成せずに、回転子や固定子の構成によってはシールド材料をまったく含まないこともある。図７の実施形態の場合、回転子２０２、３０２のセルを確張して固定子２０４、３０４のコア２１６、３１６とコイル２１４、３１４を覆うようにし、固定子は単にコイルとコアだけを有するようにする。また、図２〜３の実施形態ではエアギャップ２０６、３０６が平面形であるが、場合によってはエアギャップの角度を異なるようにすることもある。一例として、エアギャップを円錐形にし、円筒形部分は円錐角をほぼ０にし、平面部分は円錐角が１８０度にすることもできる。

図４は図２の４−４線の断面図であって、回転子４０２と固定子４０４の断面を見ることができる。回転子４０２と固定子４０４すべて３つの同軸ハーフセルで構成される。例えば、回転子４０２はエアギャップ４０６から順にコイル４０８、２次コア４１０、およびセル４１２で構成され、固定子４０４はエアギャップから順にコイル４１４、１次コア４１６、およびセル４１８で構成される。

コイル４０８、４１４は銅のような電線を円形に巻いたものである。図４の実施形態では便宜上によりコイル数を１つで表示したが、コイル２つすべてや１つが多数のコイル数を有することもできる。

それぞれのコア４１０、４１６は、回転子４０２のコイル４０８と固定子４０４のコイル４１４をそれぞれ部分的に取り囲み、両コイル間の結合を増加させる。一般的にこのようなコア４１０、４１６は、磁性体や（不導体である）誘電体で構成されるため、コアに流れる電流が減少する。

回転子４０２と固定子４０４は、変圧器と同じような機能を行う。例えば、交流電源を固定子４０４のコイル４１４に連結すればこのコイルは誘導電場を起こし、回転子４０２のコイル４０８は誘導電場を受ける。また、コア４１０、４１６は、それぞれ誘導結合の効率を高める役割を行う。

図５〜７でさらに説明するが、例えば、本発明をＣＴに適用する場合、電力伝送装置は２０ｋＨｚ以上の周波数で作動するようにし、コイル４０８、４１４とコア４１０、４１６は双極磁場を起こして強力な磁束ルーフを形成するようにすることが好ましい。コア４１０、４１６の磁性体やその他の誘電体は磁束ルーフの通路を形成するため、ここを脱する磁束はほぼない。しかし、これらのコアが相対回転できるように互いに落ちているため、両側コア４１０、４１６間のエアギャップ４０６を横切る磁束は変圧器領域を脱してエアギャップ付近のコア領域を脱することができ、これにより、エアギャップに近いセル４１２、４１８部分が銅のような導体である場合、この部分に電流を誘導することができる。このような部分をフリンジフィールド（ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ）緩和区域とも呼ぶ。

マクスウェルの方程式によれば、コイル４０８、４１４に電流が流れて生じる振動磁場がセル４１２、４１８に誘導する電流は、方向と大きさは同じであるが極性はコイルの電流と正反対となる。このように誘導された電流は、コイル４０８、４１４に流れる電流と極性を除いては極めて類似するため、以下ではフィールドキャンセル電流や映像電流と呼ぶ。したがって、磁場を誘導する一方、コイルの電流のため磁場を緩和ないしキャンセルする電流がセル４１２、４１８やセルのフリンジフィールド緩和要素に流れるようになる。このようにすることで、セルやフリンジ緩和要素は、セルの外部に放射線が脱することを禁止したり緩和させるシールドの役割をする。脱出した放射線は周辺の電気要素と干渉を引き起こすことがある。

後述で詳しく説明するが、映像電流の流れが妨害されずにコイル４０８、４１４の電流に同じように流れてコイルの電流による磁場を緩和させようとすれば、セル４１２、４１８のフリンジフィールド緩和要素が閉回路をなす連続的な電流経路を形成する伝導体を有するようにすることが好ましい。一例として、このような電気経路が電力伝送装置の作動中にコイル４０８、４１１に流れる電流による磁場を緩和したりキャンセルする磁場を誘導するのに十分な電流を支援することが好ましい。このように回転軸の周りに閉回路をなす連続的な電気経路は円形や環形やドーナツ形態であって、エアギャップに隣接したりエアギャップに沿って形成されるリング形状のバンド形態を取ることができる。このような連続電気経路は、平板型や円筒形のエアギャップを有する電力伝送装置に対して環形を取ることもでき、円錐状の区間を有することもできる。

コイル４０８、４１４の電流により、各種コア／シールド形態のエアギャップ４０６で生じた磁場や、このような磁場がフリンジフィールド緩和要素によってシールド４１２、４１８の内面付近でどのように緩和されるかについては、図５〜７を参照しながら説明する。

図５〜７は、図４のシールド４１２、４１８に該当するシールド５１２、５１８が互いに対向するコア５１０、５１６間のコアエアギャップ５０６から出る磁場に属するときに電流が流れる場所を決めるシミュレーションの結果を示している。図には示されていないが、ＡＣ電源は、固定子の１次軸に配置された３つの３回転コイル５１４に連結する。図４のコイル４０８、４１４のコイル数は１であるが、図５〜７のコイル数はすべて多数で示されている。しかし、これはあくまでも例示に過ぎない。すなわち、固定子５０４と回転子５０２のコイル数は１つであることもでき、多数であることもできる。

磁性体や誘電体としてのコア５１０、５１６がコアエアギャップ５０６から不連続的であれば、コイル５０８、５１４の電流による磁場がコアに拘束されずにコアを脱して漏洩し、映像装置の敏感な電子素子と干渉を引き起こす。

磁場や磁束線は、エアギャップ５１６を除いてはコア５１０、５１６に乗って流れる。すなわち、コア５１０、５１６が磁束を拘束してコアエアギャップ５０６付近でのみ漏洩が起こるため、適切なシールドがなければ磁束の一部がコアエアギャップ５０６付近でコアを脱し、付近の電子装備に問題を引き起こすことがある。しかし、コアエアギャップ５０６や導体周辺にシールドがなければ、漏出エネルギーがシールドに電流を誘導することができ、このような誘導電流は悪影響を緩和することができる。したがって、コアエアギャップ５０６付近のセル５１２、５１８部分に、コイル５０８、５１４に流れる電流と大きさは同であるが方向は反対となる誘導電流が生じれば、この誘導電流が磁場を引き起こし、このような磁場は漏出する磁束で生じる磁場を緩和したりキャンセルする。誘導電流が流れて漏洩を緩和する導体を有するセル５１２、５１８部分を以下ではフリンジフィールド緩和要素と呼び、図５〜７にこの部分を黒く５２０表示する。

セル５１２、５１８のフリンジフィールド緩和要素５２０は導体で構成され、磁性体を支持する構造の小さい一部分であり（例：銅やアルミニウム電線）、固定子５０４のコイル５１４のような誘導生成要素や回転子５０２のコイル５０８のような誘導受信要素によって生じた電流に似ているが、極性は反対である誘導電流が流れるようになっている。このように、フリンジフィールド緩和要素５２０は、コアエアギャップ５０６から抜け出て誘導生成要素や誘導受信要素で生じる磁束を緩和する。

また、上述したように、フリンジフィールド緩和要素５２０は、固定子５０４から回転子５０２に電力が供給される間に誘導電流を維持する閉回路をなす連続電気経路を形成する。言い換えれば、不連続電気経路は、誘導電流の性質（例：方向）を変え、誘導電流による磁場を誘導生成要素や誘導受信要素の電流による磁場とは異なるようにする。したがって、不連続電気経路は誘導電流の性質を変えて誘導電流を維持することができないが、連続的な電気経路は（誘導電流の性質を変えずに）誘導電流を維持する。例えば、一例として、フリンジフィールド緩和要素５２０の電線や電線区間を半田付けなどによって互いに連結すれば、電流がこのような連結部を通じて（電流の性質を変えずに）絶えず流れることができる。

セル５１２、５１８で黒く表示されていない非−フリンジフィールド（ｎｏｎ−ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ）緩和要素は、フリンジフィールド緩和要素５２０とは異なる物質、例えば、誘電体（例：プラスチック、紙、パルプ、木材、複合材料など）や不連続伝導体で構成される。例えば、非−フリンジフィールド緩和要素がボルトや他の締結口に結合するアルミニウムや他の金属の区間でセル５１２、５１８の形状（例：ドーナツ形態）をなすことができる。非−フリンジフィールド緩和要素が多くの区間からなり、（半田付けなどによって）互いに締結していないのに連続的な電気経路をなすこともあるため、非−フリンジフィールド緩和要素が誘導電流や映像電流を運搬できなかったり、このような映像電流を維持できないこともある。

フリンジフィールド緩和要素（例：電線）と非−フリンジフィールド緩和要素を２つ共有するセル５１２、５１８を生成すれば、セル５１２、５１８がコアエアギャップ５０６付近ではない場所で電流支持能力をほぼもたなかったり不連続導体を有する場合にも、効果的なシールドを形成することができる。このため、従来に比べて遥かに低廉ながらも軽いシールド電力伝送装置を実現することができる。例えば、低廉なプラスチック成形部位を単純に嵌め込んだり、その中に導体電線を嵌め込んで締結することもできるが、これは精密な誤差範囲内で金属構造体を（数ピット直径程度に）大きく加工するものとは対照的である。このような装置は、低廉で操作が容易なだけでなく、関連慣性力やモーメンタムも減る。

図６は、セルとコアの他の例を示している。ここでは、コアエアギャップ５０６がセル５１２、５１８のエアギャップ５２２と一致しない。このため、コイル５０８、５１４の電流で生じた回転子のセル５１２と固定子のセル５１８に浸透しない。したがって、フリンジフィールド緩和要素５２０が２つのセル５１２、５１８のうちの１つのみにあればよい。すなわち、回転子５０２のセル５１２や固定子５０４のセル５１８のうちの１つがフリンジフィールド緩和要素をもてばよく、両セルすべてが有する必要はないが、これはコアエアギャップ５０６がセル５１２、５１８のエアギャップ５２２と一致しないためである。言い換えれば、コア５１０、５１６のギャップを抜け出るコイル５０８、５１２内の電流で生じる磁場は無視することができたり、コアエアギャップ５０６付近にあるフリンジフィールド緩和要素によってその影響を緩和することができる。本実施形態では回転子のセル５１２がコアエアギャップ５０６を覆うため、このセル５１２にのみフリンジフィールド緩和要素５２０があればよい。固定子のセル５１８や回転子のセル５１２のうちでも、コイルで生じた磁場をキャンセルする磁場を生成する電流が流れない部分は、誘電体や導電性不連続材料で構成されることができる。もちろん、本実施形態とは反対に、セル５１２を平板型にしてセル５１８をＵ型にすれば、セル５１８にのみフリンジフィールド緩和要素５２０があればよい。

図７は、さらに他の構成を示している。ここでも、コアエアギャップ５０６がセルのエアギャップ５２２と一致しない。固定子５０４や回転子５０２がセルや導電ワイヤのようなシールド材料をもたないこともある。すなわち、固定子５０４と回転子５０２のうちの１つのみがセル５１２を有し、このセルにフリンジフィールド緩和要素があることもある。例えば、図に示された実施形態では、固定子５０４のみがコイル５１４とコア５１６を有し、回転子はコイル５０８とコア５１０とセル５１２を有する。さらに反対に、固定子５０４がセル５１８を有し、回転子５０２はセルをもたないこともある。

図６で説明したように、回転子５０２のセル５１２がコアエアギャップ５０６を覆うため、このセル５１２にのみフリンジフィールド緩和要素５２０、すなわち、伝導体の連続物質からなる部分がある。このセル５１２で非−フリンジフィールド緩和要素、すなわち、映像電流が流れない部分は、誘電体や導電体連続物質で構成されることができる。

図５〜７は例示に過ぎず、他の構成も可能である。誘導電流を利用してコアエアギャップを有する変圧器のコイルの順電流で生じた電場の効果を緩和したり放射線を緩和するセルの構成を異なるようにすることもできる。例えば、セル５１２、５１８をコアエアギャップの左右側にのみ配置することができる。すなわち、セル５１２、５１８がコアギャップのないコア５１０、５１６の上下を覆わなくてもよい。

図８は、円形構成を有するシールド電力伝送装置の平面図であって、この装置は半円形であり、回転子や固定子部分のみを示している。例えば、図４や図５の平面図は回転子部分のみを示している。このような装置を製作するとき、市中で購入することができるコア８１０を区間別にいくつか隣接するように配列して環形やドーナツ半分形態のコアを生成し、またセル８１２も区間別にいくつか配置することができる。図８にはコア８１０とセル８１２のみを示し、このようなコアの溝に巻かれたコイルは便宜上により省略した。シールド電力伝送装置の組み立てを終わらせようとすれば、図８に示す側と同じように他の側（２次側）を組み立てるが、この他の側は基本的に図８の部分と鏡像をなす。本実施形態のような平面構成を有するシールド電力伝送装置をこのように組み立てるとき、１次コアと２次コアは基本的に対称軸線、すなわち、１次コアと２次コアの間を軸方向に横切るコアエアギャップを中心として同じ半径を有し、このために１次コアと２次コアは並んで配置され、対称軸線は電力伝送装置の回転中心と一致する。

セル８１２は、フリンジフィールド緩和要素８２０と、（フリンジフィールド緩和要素ではない）非−フリンジフィールド緩和要素を有する。例えば、フリンジフィールド緩和要素８２０は、コイル４０８、４１４の電流で生じた磁場を緩和したりキャンセルするのに十分な磁場を引き起こす誘導電流が流れるワイヤを含む。このようなワイヤや他の伝導体は、コイルの順電流の反対極性の電流を流すようにするのに十分な大きさ、厚さ、組成を有する。また、図面ではフリンジフィールド緩和要素８２０がコア区間８１０のすぐ横になく、小さい非−フリンジフィールド緩和要素がコア区間８１０とフリンジフィールド緩和要素８２０を分離することによってなされているが、図５〜７に示すように、フリンジフィールド緩和要素がコア区間のすぐ横にあることもある。

非−フリンジフィールド緩和要素は誘電体や導電体を含むが、一般的にはコイルの電流と一致する電流を流すようにする必要はない。例えば、導電体ではないポリマ、ガラス繊維、または炭素繊維強化複合材料を環形構造で成形して非−フリンジフィールド緩和要素を生成することもできる。このような場合、非−フリンジフィールド緩和要素に形成された溝にフリンジフィールド緩和要素（例：ワイヤ）を嵌め込むことができる。プラスチックでセルを生成してセルの溝にワイヤを嵌め込めば軽量化が成立し、ＣＴマシンも軽量化することができる。

セル８１２を多くの区間で構成し、１つに結合して円形セルを生成することもできる。例えば、図８のように、セル８１２を破綻線８２４で区分した４区間に分け、これらの区間を接着、溶接、ボルティング、リベティング、スナップ結合、レンチングなどの方法によって結合することができる。各区間を誘電体や導電体（例：軽量金属）で構成することができる。しかし、これらの区間を１つに連結だけして連続的な電気ルーフを形成するのではないため、これらの区間に映像電流が流れることはできない。したがって、区間ごとにフリンジフィールド緩和要素（例：ワイヤ）を含ませ、区間を結合する間に結合区間のフリンジフィールド緩和要素を半田付けなどの方法によって互いに連結して連続的な電気ルーフを形成する。一方、区間を結合だけして、フリンジフィールド緩和要素をセル８１２に追加することもできる。例えば、アルミニウム、プラスチック、木材などの区間を結合した後、誘導電流が流れるワイヤを区間の溝に嵌め込むことができる。このように、区間を結合するときにワイヤを連結せず、ワイヤを後に結合することができる。また、ワイヤをセル８１２の溝の直径と同じ直径のルーフ形態に生成し、製作工程中にセルに嵌め込むこともできる。すなわち、回転子と固定子のセル８１２を多くの区間で生成してセルの組み立て途中にフリンジフィールド緩和要素が形成されるようにしたり、セルの製作途中にセルにフリンジフィールド緩和要素を追加する。言い換えれば、セルとフリンジフィールド緩和要素は、いかなる順序であっても一体化する。

金属セルの場合、セルを多くの区間で生成すれば特に有利となる。例えば、シールド電力伝送装置をＣＴ装置に使用する場合、セルの直径は大略５フィートである。金属片を環形状に結合しようとすれば特殊装備が必要となり、費用と時間を多く要する。しかし、５フィート直径の構造物を多くの区間に分け、これらの区間を結合するにはさらに一般的な装備を使用することができるため、費用が節減される。このようなセルをプラスチックや複合材料のような他の材料で製作する場合、さらに有利になる。

コア区間８１０を嵌める溝をセルに生成することもできる。コア区間８１０は通常、磁気透過物質である磁性体、ケイ素鋼、ニッケル鋼合金、ステンレススチール、炭素鋼合金などで生成することができるが、これに限定されるものではない。コア区間ごとに（コイル数に合う）溝があり、ここに導電コイル４０８、４１４を配置する。コア区間それぞれは、コイル数が１つであれば「Ｃ」型であり（図４参照）、コイル数が２つであれば「Ｅ」型であることができる。また、電力伝送装置が円形であれば、コア区間８１０は環形に配列される。図８のように、多くのコア区間８１０からなるコアが１つの環形構造で形成されることもできる。すなわち、１次コアや２次コアをそれぞれ１つの磁性体を加工して環形構造で生成ことができる。

上述したように、セル８１２が多くの区間で構成されれば、セルを組み立てる前や後にコア区間８１０をセル内に締めたり配置することができる。したがって、誘電体や導電体からなるセルを生成して映像電流が流れるワイヤをセルに嵌め込んだ後、コアやコア区間８１０をセルの溝に結合し、コアの溝にコイルを締めて電力伝送装置の１番目半分を組み立てる。電力伝送装置の２番目半分（例：固定子部分）も同じ過程で組み立てる。

シールド電力伝送装置のコイル、コア、およびセルに他のいかなる材料との組み立て方法も適用することができる。リッツワイヤ（Ｌｉｔｚ ｗｉｒｅ）のようなワイヤをコアに巻いてコイルとして使用することができるが、モールディング、キャスティング、圧出などの他の製法と他の材料も採択することができる。以上、多くの区間で大口径磁性体コアを生成することについて説明したが、これはあくまでも例示に過ぎず、キャスト、モールディング、圧出などの他の方法もいくらでも利用することができる。コア材料として磁性体を例示したが、ケイ素鋼、ニッケル鋼合金、炭素鋼合金などの他の材料を使用することもできる。セルの材料としてアルミニウムやプラスチックポリマを例示したが、他の金属やプラスチックを使用することもできる。

図９は、固定子と回転子の間に電力を伝送するシールド電力伝送装置の製法９００のフローチャートである。９０２段階から始まり、９０４段階でセルを形成する。セルは（プラスチックポリマのような）誘電体や、誘電体区間や、伝導体区間を有する。図８の例のように、回転子や固定子側のセルの各部分を多くの区間に分け、これらの区間をそれぞれ形成することができる。例えば、セルの各区間を必要に応じて加工した後、これらの区間を１つに結合して環形構造を形成する。一方、プラスチックポリマからなるセルの場合、鋳型にプラスチックポリマを注いで硬化させてセルを形成する。また、プラスチック区間および／または他の材料を結合し、シールド電力伝送装置のセルおよび／または他の部分を形成することもできる。

セルは、回転子と固定子の２区間で構成されることが普通である（図４〜８参照）。したがって、９０４段階でセルを形成するということは、２つの環形構造を生成することを含む。例えば、２番目の環形構造物は１番目の環形構造物の鏡像である。しかし、上述したように、セルの区間数はさらに多いこともあるし少ないこともある。図７で説明したように、回転子や固定子のいずれか一側にのみセルを有することもある。

また、環形の区間ごとにコアやコア区間を嵌め込む溝があり、この溝にコアを配置したりもする。例えば、コアに合う大きさを有するセルの溝にエポキシを使用してコアを接着することができる。一方、コアを嵌める溝がセルになく、コアやコア区間をセル上に上げて置くだけの場合もある。

図８のように、誘導フィールド生成要素と受信要素をコア内に配列することもできる。一例として、コアの１番目区間はセルの回転子部分に配列し、２番目区間は固定子部分に配列する。誘導フィールド生成要素は、コアの２番目区間内部（上に）配置し、誘導フィールド受信要素はコアの１番目区間内部（上に）配置する。リッツワイヤのような材料を各区間内に配置してリングを形成し、変圧器のコイルの役割を行うようにする。コイル数は、シールド電力伝送装置の所望する性質の関数であることができる。

誘導フィールド生成要素に電力がかかれば、誘導フィールドが生じて誘導フィールド受信要素に電流が誘導され、シールド電力伝送装置の回転子区間に電力が生じる。誘導フィールド生成要素から受信要素への電力の伝送は一般的に磁場や磁束を引き起こし、このような磁束は大部分がコアに沿って流れるが、コアエアギャップ付近では漏洩が起こる。このようなエアギャップは固定子区間と回転子区間を分離し、回転子区間を固定子区間に対して回転させる機能を行う。このような漏洩磁束は、場合によってはシールド電力伝送装置付近の敏感な電子装置と干渉を引き起こすため、このような磁束を緩和したりキャンセルすることが好ましい。

磁束を緩和ないしキャンセルするために、９０６段階において磁束、具体的にはコア内エアギャップを通じて抜け出る磁束を緩和するように構成された（コア用の溝に近い）セル部分にフリンジフィールド緩和要素を嵌め込む。このようなフリンジフィールド緩和要素は銅やアルミニウムのような伝導体で構成され、このような伝導体は連続的な閉ルーフを形成し、コア内エアギャップから出る磁束を緩和ないしキャンセルする電流がこの伝導体に誘導される。磁束を緩和しようとする誘導電流は、誘導フィールド生成要素や受信要素に流れる電流と大きさは同じであるが極性は反対でなければならない。

ワイヤのようなフリンジフィールド緩和要素を、セルの組み立ての前や後にセルに挿入することができる。例えば、セルの各区間にフリンジフィールド緩和要素を嵌め込んだ後、これらの区間を半田付けなどの方法によって組み立てれば、フリンジフィールド緩和要素が閉ルーフを形成する。当業者であれば分かるように、閉ルーフとは電磁気的観点からみて連続的かつ均一なものを意味する。すなわち、変圧器の電磁気要素は一般的に円対称をなし、断面形状がほぼ等しい。一方、フリンジフィールド緩和要素を完成したセルに嵌め込むこともできる。例えば、すべてのセル区間を１つに結合した後、フリンジフィールド緩和要素をセルの溝に嵌め込んだりセルに付着させる。このように形成されたフリンジフィールド緩和要素は連結点がほぼなく、さらに連続的な構造をなす。一方、セルを製作する途中、いつでもセルの一部分や全体にフリンジフィールド緩和要素を結合することもできる。

一端、シールド電力伝送装置の固定子と回転子区間を完成させれば、この電力伝送装置をＣＴ装置に連結し、（複写元やディテクタのような）電子装置を電力伝送装置に連結し、ＣＴ装置の作動中にこのような電子装置に電力を供給することができる。例えば、ＣＴ装置の固定子部分からシールド電力伝送装置を通じてＣＴ装置の回転子部分に電力を供給することができる。

９０８段階でこの方法９００が終了する。

Claims (20)

1. 固定子４０４と回転子４０２の間で電力を伝送するシールド電力伝送装置であって：
   電力を誘導結合フィールドに変換する誘導フィールド生成要素４１４；
   誘導結合フィールドを電力に変換する誘導フィールド受信要素４０８；
   コアエアギャップ４０６によって分離する１次コア４１６と２次コア４１０；および
   フリンジフィールド緩和要素５２０と非−フリンジフィールド緩和要素を備えたセル４０６；を含み、
   前記フリンジフィールド緩和要素５２０は伝導体を有し、誘導フィールド生成要素４１４と誘導フィールド受信要素４０８のうちの少なくとも１つから生じてコアエアギャップ４０６付近で１次コア４１６と２次コア４１０のうちの少なくとも１つから抜け出る磁束を緩和することを特徴とする、シールド電力伝送装置。
2. フリンジフィールド緩和要素が誘電体を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシールド電力伝送装置。
3. フリンジフィールド緩和要素が不連続的な伝導体を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシールド電力伝送装置。
4. フリンジフィールド緩和要素の伝導体が連続的に円対称であることを特徴とする、請求項３に記載のシールド電力伝送装置。
5. シールド電力伝送装置が２０ｋＨｚ以上の周波数で作動する電力を伝送することを特徴とする、請求項１に記載のシールド電力伝送装置。
6. シールド電力伝送装置がＣＴ装置１００の固定子１１０からＣＴ装置の回転子１０４に電力を伝送することを特徴とする、請求項１に記載のシールド電力伝送装置。
7. 前記セルが多くの区間で構成され、前記区間が円形構造で結合されることを特徴とする、請求項１に記載のシールド電力伝送装置。
8. フリンジフィールド緩和要素が、前記区間が結合した後のセルに嵌め込まれる導電ワイヤを含むことを特徴とする、請求項７に記載のシールド電力伝送装置。
9. 前記区間が誘電体で構成されることを特徴とする、請求項８に記載のシールド電力伝送装置。
10. フリンジフィールド緩和要素がコアエアギャップに隣接することを特徴とする、請求項１に記載のシールド電力伝送装置。
11. 固定子と回転子の間で電力を伝送するシールド電力伝送装置の構成方法９００であって：
    誘電体、誘電体区間、および伝導体区間のうちの少なくとも１つを含むセルを形成する段階９０４；および
    磁束を緩和するフリンジフィールド緩和要素を前記セルの一部分に挿入する段階９０６；を含むことを特徴とする、方法。
12. 前記セルを形成した後、フリンジフィールド緩和要素をセルの一部分に挿入することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 磁性体からなるコアに対して前記セルを配列する段階をさらに含み；前記コアは、コア内部に配列される誘導フィールド生成要素と、コア内部に配列される誘導フィールド受信要素のうちの少なくとも１つで構成され；磁束の一部分は、誘導フィールド生成要素および誘導フィールド受信要素のうちの少なくとも１つから生成されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
14. フリンジフィールド緩和要素がコアを抜け出る磁束を緩和することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. フリンジフィールド緩和要素が誘導電流を運搬し、この誘導電流の大きさは、誘導フィールド生成要素および誘導フィールド受信要素のうちの少なくとも１つに流れる電流の大きさと類似することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
16. 前記誘導電流の極性が、誘導フィールド生成要素および誘導フィールド受信要素のうちの少なくとも１つに流れる順電流の極性の反対であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. フリンジフィールド緩和要素が導電性円形の連続材料を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
18. フリンジフィールド緩和要素がワイヤを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. シールド電力伝送装置をＣＴ装置に連結し、この電力伝送装置がＣＴ装置の固定子から回転子に電力を供給することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
20. ＣＴ装置１００に使用するシールド電力伝送装置２００であって：
    電力を誘導結合フィールドに変換する誘導フィールド生成要素４１４；
    誘導結合フィールドを電力に変換する誘導フィールド受信要素４０８；
    コアエアギャップ４０６によって分離する１次コア４１６と２次コア４１０；および
    互いに結合して環形構造をなす２つ以上の区間でなされるセル４１２；を含み、
    前記セル４１２はフリンジフィールド緩和要素５２０を含み、このフリンジフィールド緩和要素は、コアエアギャップ４０６付近で１次コア４１６と２次コア４１０のうちの少なくとも１つから出ると同時に誘導フィールド生成要素４１４と誘導フィールド受信要素４０８のうちの少なくとも１つによって生成された磁束を緩和することを特徴とする、シールド電力伝送装置。