JP2021530091A - 磁気アシストベアリング - Google Patents

Abstract

一例では、リフトアセンブリは、Ｘ線源の回転可能なアノードに力を及ぼし得る。リフトアセンブリは、リフトシャフト及びリフト電磁石を含み得る。リフトシャフトは、アノードに結合され得、アノードの回転軸の周りを回転するように構成され得る。リフト電磁石は、磁力をリフトシャフトに半径方向に加えるように構成され得る。リフト電磁石は、シャフト壁の少なくとも一部の周りに輪郭を描く曲面を含み得る。リフト電磁石の曲面の曲率半径は、リフトシャフトの曲率半径よりも大きくあり得、リフト電磁石の曲面とシャフト壁の間隔は不均一であり得る。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、Ｘ線撮像システムに関し、Ｘ線撮像システムで用いられるＸ線源用の磁気リフトアセンブリに関する実施形態を含む。

Ｘ線撮像システムは、通常、Ｘ線源、検出器、ならびに、Ｘ線源及び検出器用のガントリなどの支持構造を含む。動作中、Ｘ線源は、通常、Ｘ線などの放射線を物体に向けて放出する。放射線は物体を通過し、検出器に衝突する。検出器は、放射線を受け、受けた放射線を表すデータを送信する。

Ｘ線源は、真空ギャップによって分離されたカソード及びアノードを含む。Ｘ線は、電子を放出するカソードのエミッタに電流を流すことによって生成される。電子は、アノードに向かって加速し、次いでアノードに衝突する。電子がアノードに衝突すると、エネルギーの一部がＸ線に変換される。入射電子ビームのエネルギーの大部分は、アノードにおいて熱に変換される。電子ビームがターゲットに当たると高温が発生するため、アノードには、円盤状のアノードターゲットを回転させるなど、発生した熱を分散させる機能を含めることができる。円盤状のアノードターゲットは、ベアリングアセンブリを介して誘導モータによって回転され得る。

Ｘ線源及び放射線検出器は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムまたはスキャナなどのＸ線撮像システムにおける構成要素であり得る。Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源及び検出器の両方を回転させて異なる角度における物体の様々な画像を生成するガントリを含む。ガントリの回転及び／またはアノードの回転によって課された重（Ｇ）力は、Ｘ線源の構成要素に応力をもたらし得る。特に、ガントリ及び／またはアノードの回転から生じたＧ力は、回転しているアノードを備えるＸ線源のベアリングアセンブリに応力をもたらし得る。さらに、ベアリングアセンブリへの応力は、回転速度が増加するにつれて増大し得るが、高性能Ｘ線源及びＣＴシステムでは回転速度の増加が望ましい場合がある。本開示は、回転しているＸ線撮像システム（例えば、ＣＴスキャナ）におけるベアリングアセンブリへの応力を低減することに関する解決策を含む。

本明細書中で請求される主題は、不利な点を解決するまたは上記のような環境でのみ動作する実施形態に限定されるものではない。むしろ、この背景は、本明細書中に記載されたいくつかの実施形態が実施され得る１つの例示的な技術領域を説明するためにのみ提供されている。

例示的なＸ線源の概略図である。 例示的なガントリの斜視図である。 回転しているアノードＸ線源を含む図２Ａのガントリの一部の斜視図である。 Ｘ線源の別の例の斜視図である。 図３ＡのＸ線源の斜視断面図である。 図３ＡのＸ線源の側面断面図である。 Ｘ線源の別の例の側面断面図である。 Ｘ線源の別の例の側面断面図である。 Ｘ線源に実装されているリフト電磁石の例の側面図である。 図４Ａのリフト電磁石の底面断面図である。 リフト電磁石に実装され得る巻線の例示的な実施形態の断面図である。 リフト電磁石に実装され得る巻線の例示的な実施形態の断面図である。 リフト電磁石に実装され得る巻線の例示的な実施形態の断面図である。 リフト電磁石に実装され得るリフトシャフトの例示的な実施形態の概略断面図である。 リフトシャフトに実装され得るシャフト壁の例示的な実施形態の概略図である。 リフト電磁石に実装され得るリフトシャフトの例示的な実施形態の概略断面図である。 ロータと統合されているリフトシャフトの例示的な実施形態の側面概略断面図である。 リフトシャフト及びリフト電磁石の例示的な実施形態の概略断面図である。 ポンド（ｌｂｓ）単位でのリフト電磁石の力とＢ磁場の２乗（Ｔ^２）の関係の例を示すグラフである。 リフトシャフト及びセンサを含むリフト電磁石の例示的な実施形態の概略断面図である。 センサを含むリフト電磁石の例示的な実施形態の側面図である。 リフト電磁石を製造するための例示的な方法のフローチャートである。

図面を参照し、開示の様々な態様を説明するために特定の言語を使用する。図面及び説明をこのように用いることは、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。追加の態様は、特許請求の範囲を含む開示に照らして明らかになり得、または、実践によって学習され得る。

本発明は、磁気を用いてＸ線源のアノードアセンブリのベアリングアセンブリへの負荷を低減することに関し、より具体的には、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムにおいてベアリングアセンブリにかかる力を相殺するためにアノードアセンブリのシャフトをリフトするための電磁石に関する。電磁石は、ガントリの回転、アノードの回転、重力などに起因するベアリングアセンブリにかかる力を相殺し得る。例示的な実施形態は、アノード及びベアリングアセンブリに対して様々な位置におけるリフト電磁石（または磁気アクチュエータまたはリフト磁石）及びリフト電磁石の様々な変形及びアノードアセンブリにおけるベアリングアセンブリへの磁気リフトを支持するための構成要素を含む。一部の状況では、磁気リフトは、磁気アシストベアリングとも呼ばれ得る。

ここで、開示の例示的な実施形態の様々な態様を説明するために、図面を参照する。図面は、そうした例示的な実施形態の図形表現及び概略表現であり、開示を限定するものではなく、必ずしも縮尺通りに描かれているわけでもないことが理解されよう。

図１は、回転可能な円盤状のアノード１２２を備えた例示的な回転式または回転しているアノードＸ線源１００の概略図である。Ｘ線源１００は、ハウジング１０２、及びハウジング１０２内のＸ線インサート１１０を含む。ハウジング１０２は、インサート１１０を囲む。絶縁油または空気などの流体冷却剤が、ハウジング１０２とインサート１１０の間の空間または空洞を満たし、Ｘ線源１００によって生成された熱を放散し得る。

カソードアセンブリ１１４のカソード１１２及びアノードアセンブリ１２０は、インサート１１０によって画定された真空エンクロージャ（または真空エンベロープ）内に配置される。アノードアセンブリ１２０は、アノード１２２、ベアリングアセンブリ１３０、及びベアリングアセンブリ１３０に機械的に結合されたロータ１２８を含む。アノード１２２は、カソード１１２から離間し、かつ、反対の位置に配置されている。アノード１２２及びカソード１１２は、アノード１２２とカソード１１２の間に高電圧差（または高電位）の印加を可能にする電気回路において接続されている。カソード１１２は、電源に接続された電子エミッタ１１６を含む。

Ｘ線源１００の動作に先立って、インサート１１０は、インサート１１０によって囲まれ得る真空を生成するために排気され得る。動作中、熱及び電位が、カソード１１２の電子エミッタ１１６に印加されて、図１において「ｅ」として示される電子を、熱電子放出によってカソード１１２から放出させる。次に、アノード１２２とカソード１１２の間に高電圧差を印加すると、電子「ｅ」が、電子エミッタ１１６から、アノード１２２上に配置された焦点トラック１２４上の焦点に向けて加速する。焦点トラック１２４は、例えば、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）または他の適切な材料といった、高原子（「高Ｚ」）番号を有する材料を含み得る。電子「ｅ」が加速すると、それらは、かなりの量の運動エネルギーを獲得し、回転している焦点トラック１２４に当たると、この運動エネルギーの一部は、図１において「ｘ」として示されるＸ線に変換される。

焦点トラック１２４は、放出されたＸ線「ｘ」がＸ線源ウィンドウ１０４を通過し得るように配向されている。ウィンドウ１０４は、ベリリウム（Ｂｅ）などのＸ線透過性材料を含むので、焦点トラック１２４から放出されたＸ線「ｘ」は、ウィンドウ１０４を通過して、意図された物体、次いで検出器に当たってＸ線画像を生成する。

電子「ｅ」が焦点トラック１２４に当たると、電子「ｅ」のかなりの量の運動エネルギーは熱をもたらし、その大部分は、焦点トラック１２４に、特に焦点の領域に伝達される。焦点トラック１２４上の特定の焦点における熱を低減するため、円盤状のアノードターゲットは、通常はロータ１２８及びステータ１０６を含む誘導モータを使用して、高速で回転される。誘導モータは、トルクを生成するのに必要なロータ１２８における電流がステータ巻線との電磁結合によって得られる交流（ＡＣ）電動機であり得る。ロータ１２８は、ロータの回転がアノードに伝達されるように、ベアリングアセンブリ１３０のハブを通してアノード１２２に機械的に結合されている。他の構成では、モータは、直流（ＤＣ）モータであり得る。

電子「ｅ」によって生成された熱によるアノード１２２の過熱を回避するために、ロータ１２８は、アノード１２２を、電子「ｅ」のビームにさらされるアノードの領域が焦点トラック１２４に沿って変動するように、シャフトの中心線の周りを高速度（例えば、８０−３００Ｈｚ）で回転させる。Ｘ線源１００はまた、アノード１２２及びカソード１１２によって生成される熱を管理するための他の冷却機能を含むことができる。

Ｘ線源（Ｘ線源１００など）及び放射線検出器は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナなどの回転Ｘ線撮像システムに含めることができる。ＣＴは、単一のスキャン操作（「スキャン」）でいくつかの投影画像（「Ｘ線投影」）を収集することによって物体の内部構造を撮像することを含むものであり、人体の選択された部分の内部構造を見るために医療分野で広く使用される。通常、いくつかの２次元投影は物体から作成されており、物体の３次元表現は、様々な断層撮影再構成法を用いて、これらの投影から構成される。３次元画像から、物体を通る従来のＣＴスライスを生成することができる。２次元投影は、通常、Ｘ線源からの放射線を、物体を通して透過させ、その放射線を２次元撮像デバイス（すなわち、放射線検出器）またはピクセル検出器のアレイ（単に「ピクセル」と呼ばれる）を含み得るイメージャ上に収集することによって生成される。このようなＣＴシステムの一例を図２Ａに示す。

図２Ａは、回転しているＸ線システムのガントリ２００の例を示す。一部の状況では、ガントリ２００は、回転しているアセンブリまたはガントリアセンブリと呼ばれ得る。ガントリ２００は、回転可能なガントリフレーム２０２を支持する静止ガントリフレーム２０４を含む。回転可能なガントリフレーム２０２は、Ｘ線源２１０及び放射線検出器またはイメージャ（図示せず）を支持し得る。ガントリ２００はまた、回転している構成要素及び／または静止ガントリフレーム２０４を囲み美的カバーを提供するためのガントリカバー２０６も含む。

回転可能なガントリフレーム２０２は、回転可能なガントリフレーム２０２のガントリ開口２０８の軸の中心の周りを回転する環状形状（すなわち、リング形状）を含み得る。回転可能なガントリフレーム２０２上に配置された構成要素にかかる、矢印２６０で示される遠心力（またはガントリ力）は、重力（ｇ−力、Ｇの、ｇの、またはＧ負荷）の単位を上回り得、ｇ−力の倍数（例えば、ｇ−力の２０倍）であり得る。例えば、Ｘ線源２１０が回転可能なガントリフレーム２０２上に軸の中心から半径０．７メートルで取り付けられ、回転可能なガントリフレーム２０２が、０．２７５秒／回転（秒／回転）で回転している場合、ベアリングアセンブリなどの、Ｘ線源２１０上の構成要素は、３７ｇの力を受け得る。

一般に、ＣＴスキャナは、より高い回転ガントリ速度で動作することが望ましい。しかしながら、ガントリがより高速で回転するＣＴスキャナの動作は、ベアリングアセンブリはより大きな力（例えば、ガントリの回転によるｇ−力）を受けるので、Ｘ線源のベアリング寿命に悪影響を与え得る。そのような状況では、より高いガントリ速度、及び結果として生じる遠心力２６０は、ベアリングアセンブリの寿命を縮め得る。

一部のＸ線源は、より高い力（例えばｇ−力）を効果的に処理可能であり得る液体金属ベアリング（ＬＭＢ）を実装する。しかしながら、ＬＭＢの実装は、コストを大幅に増加させる可能性があり、システム設計（例えば、Ｘ線源の設計）への大幅な変更を必要とし得る。

他のＸ線源は、Ｘ線源の回転している構成要素の支持を磁気的に支援するために、かつ、ベアリングアセンブリにかかる力を低減させるために、磁気リフト構成を実装し得る。一部の状況では、そのような構成は、既存の撮像システムに実装され得るので、かつ／または、非常に費用効果の高い後方互換性の向上を提供し得るので、ＬＭＢよりも有利な場合がある。図２Ｂに注目して、磁気リフト構成の例をさらに詳細に説明する。

図２Ｂは、ガントリ２００の一部、特に、回転可能なガントリフレーム２０２に取り付けられたＸ線源２１０を示す。Ｘ線源２１０は、源ハウジング２１１、カソード（図１の１１２）によって放出された電子を受けることができるアノード２４２、アノード２４２のシャフト２４３に結合されたロータ２３４、ロータ２３４を囲むステータ２３２、ロータ２３４に結合された強磁性リフトシャフト２２６、及び、矢印２６２によって示される磁気揚力をリフトシャフト２２６に提供し、それによってロータ２３４及びアノード２４２のシャフト２４３を、遠心力と反対に、ガントリの回転軸に関して半径方向に沿って「リフトする」ことができるリフト電磁石２２２（またはリフト多極電磁石または電磁石）を含む。

本明細書中で使用される場合、リフトするとは、リフトシャフト２２６の半径方向に沿って力を加えることを指す。リフト力または揚力は、２つの構成要素を引き寄せる（例えば、リフトシャフト２２６及びリフト電磁石２２２）引力または２つの構成要素を押し分ける（例えば、リフトシャフト２２６及びリフト電磁石２２２）斥力もしくは反発力であり得る。本開示では、リフト力または揚力を引力として参照するが、リフト力または揚力は、半径方向に沿った任意の大きさ（正または負）を有する力であり得る。

説明のために、図２Ｂは、垂直方向のｙ−軸、水平方向のｘ−軸、及びｘ−ｙ平面に直交するｚ−軸を有するデカルト座標系を含む。ガントリ２００の回転は、ｘ−ｙ平面で生じ、アノード２４２のシャフト２４３の中心線またはアノード２４２の回転軸は、ｚ−軸に平行に延在する。ガントリの回転中、遠心力２６０は、ガントリ２００の軸２１３に直交してＸ線源２１０に加えられる。

リフト電磁石２２２は、磁気揚力２６２（例えば、磁力、反作用力、または平衡力）を、ベアリングアセンブリまたはアノードアセンブリにかかる力（ガントリ２００の遠心力２６０を含む）を相殺、減衰、低減、または平衡化するように、遠心力２６０と実質的に反対の方向に加え得る。磁気揚力２６２は、以下の１つまたは複数をもたらし得る：振動またはノイズを低減する、ベアリング寿命を延ばす、ベアリング負荷能力を高める、熱接触を制御する、回転しているアセンブリのセンタリング及び精度を向上させる、ならびに、より小さなベアリング（例えば、ボールベアリングまたは他の回転ベアリング）の使用を可能にする。追加的にまたは代替的に、磁気揚力２６２の支援により、回転しているアノードＸ線源において他のベアリングタイプの使用が可能になり得る。医用撮像の場合、振動及びノイズを低減することで、患者及び／または医療スタッフの経験も向上し得る。

図３Ａは、Ｘ線源２１０の斜視図を示す。図３Ａに示されるように、Ｘ線源２１０は、カソード及びアノードを真空エンクロージャ（または真空エンベロープ）に囲む壁（例えばインサート壁、真空壁または真空エンベロープ壁）を含む、インサート２１２とも称されるエンベロープを含み得る。インサート２１２は、アノードアセンブリ２４０、ベアリングアセンブリ２５０、モータアセンブリ２３０、及びリフトアセンブリ２２０を囲み得る。リフト電磁石２２２は、巻線（またはコイルまたはワイヤ）２２４が示されるように極の間でコア２２５の周りにまたは極の周りに巻かれた、「Ｍ」または「Ｗ」形状に形成された３つの極を有するリフト電磁石コア２２５を含み得る。

図３Ｂは、Ｘ線源２１０の斜視断面図を示し、図３Ｃは、Ｘ線源２１０の側面断面図を示す。図３Ｂから図３Ｃに示されるように、アノードアセンブリ２４０、ベアリングアセンブリ２５０、モータアセンブリ２３０、及びリフトアセンブリ２２０は、アノードアセンブリ中心線（またはベアリング中心線）２４８の周りでの回転を容易にし得る。アノードアセンブリ２４０は、アノード２４２、及びアノード２４２を支持するアノード外側シャフト２４４を含む。アノードアセンブリ２４０はまた、アノード外側シャフト２４４に結合されかつベアリングアセンブリ２５０のベアリング２５２及び２５４に回転可能に結合されているアノード内側シャフト２４６も含む。

アノード内側シャフト２４６は、少なくとも１つのベアリングレース（例えば、ボールベアリングレース）を含み得る。例えば、図示の構成では、ベアリングアセンブリ２５０は、アノード内側シャフト２４６上の外側ボールベアリング２５２及び対応するレース、ならびに内側ボールベアリング２５４及び対応するレースを含む。本明細書で使用される場合、外側とは、アノードアセンブリ２４０の縁により近い、アノード２４２により近い、またはモータアセンブリ２３０からより離れた相対位置を指す。内側とは、アノードアセンブリ２４０の中部により近い、アノード２４２からより離れた、またはモータアセンブリ２３０により近い位置を指す。

図示の実施形態は、ローラ要素ベアリング（例えば、工具鋼ボールベアリングまたは工具鋼レースウェイ）を含むが、他の実施形態では、他のベアリングタイプが実装され得る。例えば、他の構成は、すべり軸受（例えば、スリーブ軸受またはジャーナル軸受）、または液体金属軸受などの流体軸受を含み得る。参照によりその全体が本明細書に援用される、２０１５年１２月１４日に出願された「液体金属の防湿コーティング」と題された米国特許出願第１４／９６８，０７８号は、液体金属軸受の例を開示している。

モータアセンブリ２３０は、ステータ２３２及びロータ２３４を含み得る。ロータ２３４は、一端にロータボイド２３６または開口部を含み、それは円筒形であり得る。ロータボイド２３６は、ロータ２３４が、アノードシャフト（例えば、アノード内部シャフト２４６）に取り付けられること、及び／またはベアリング中心線２４８と位置合わせされることを可能とする。構成要素（例えば、アノードシャフト、ロータ２３４、またはロータシャフト）は、恒久的または半恒久的な締結または取付け機構を使用して互いに取り付けられ得る。モータアセンブリ２３０に近接するインサート壁２１５（またはインサート壁の一部）は、ロータ２３４とステータ２３２の間に配置され得る。ステータ２３２の巻線の磁場からの電磁誘導は、インサート壁２１５を通過してロータ２３４に到達し得る。インサート壁２１５とロータ２３４の間の小さな隙間により、ロータ２３４は機械的抵抗なしに回転することが可能となる。

リフトアセンブリ２２０は、ロータ２３４に結合されたリフトシャフト２２６、及びリフトシャフト２２６に磁力を加え得るリフト電磁石２２２を含む。リフトシャフト２２６は、リフトシャフトボイド２２７または開口部を含み得、それは円筒形であり得る。ロータ−リフトシャフトアダプタ２３８は、ロータ２３４をリフトシャフト２２６に結合させ得る。ロータ−リフトシャフトアダプタ２３８は、両方とも動作のために磁場を用いるモータアセンブリ２３０とリフトアセンブリ２２０の間の磁気絶縁を向上させるために非強磁性材料を含み得る。図示されていない構成では、リフトシャフト２２６は、ロータ２３４と統合され得る、または、ロータ２３４に恒久的に取り付けられ得る（例えば、溶接またはろう付けされる）。

リフト電磁石２２２は、リフトシャフト２２６に向けて配向された少なくとも２つの極を含み得る。いくつかの構成では、リフト電磁石２２２は、巻線２２４が極の間でコア２２５（またはコアウェブ）の周りに巻かれた、「Ｍ」または「Ｗ」形状に形成された３つの極（三極）を含み得る。

材料の選択は、リフト電磁石２２２またはリフトシャフト２２６などの磁気デバイスの性能に影響を及ぼし得る。磁性材料は、真空において（例えば、Ｘ線源の真空エンベロープ）かつ処理後、磁化されたままであり、冷間引抜炭素磁性鉄（ＣＭＩ−Ｃ）などの真空対応である必要がある。

リフト電磁石２２２またはリフトシャフト２２６は、強磁性かつ／またはフェリ磁性材料を含み得る。本明細書で使用される場合、技術を説明するのを簡単にするために、「強磁性」材料は、自発磁化を示すことができる材料（すなわち、強磁性材料またはフェリ磁性材料のいずれか）を指す。

コア２２５の周りの巻線２２４は、エナメル磁石線（すなわち、トランス線またはリッツ線）などの、電気的に絶縁されたシースを備える導電性材料（例えば、銅またはアルミニウム）を含み得る。

リフトシャフト２２６とリフト電磁石２２２の間の揚力を低減することができる２つの要因は、リフトギャップのサイズ、及び透磁率が１より大きいインサート壁などの間隙物質の存在である。図３Ｃに示すように、リフトギャップ２２８は、リフトシャフト２２６とリフト電磁石２２２の間の間隔であり得る。リフトギャップ２２８は、インサート壁２１４とリフトシャフト２２６の間の真空とともに、リフトアセンブリ２２０に近接するインサート壁２１４を含み得る。いくつかの例では、リフトギャップ２２８は、リフト電磁石２２２及びインサート壁２１４が異なる電位を有する場合などの、リフト電磁石２２２がインサート壁２１４に接触しない場合、インサート壁２１４とリフト電磁石２２２の間に空間を含み得る。真空を含むリフトギャップ２２８は、リフトシャフト２２６が機械的抵抗（例えば、インサート壁２１４またはリフト電磁石２２２に接触することによる摩擦）なしに回転するためのクリアランスを提供する。

真空及び空気は、１という比透磁率（μｒで表される）を有し、したがって、それらは、電磁石シャフト２２６とリフト電磁石２２２の間の電磁結合を減衰させない。インサート壁２１４は、通常、リフト電磁石２２２とリフトシャフト２２６の間の電磁結合を減衰させ揚力を低減することができるような透磁率＞１の導電性材料からなる。

透磁率は、材料における、その磁場の形成を支持する能力の尺度である。比透磁率は、自由空間の透磁率に対する所与の材料の透磁率の比率である。インサート壁２１４の厚さを薄くすること及び／または比透磁率が低い材料を使用することにより、リフト電磁石２２２と電磁石シャフト２２６の間に生成される磁力の減衰が最小化されることを確保する。リフト領域におけるインサート壁２１４は、ステンレス鋼などの、低い透磁率または最小の強磁性を有する材料を含み得る。さらに、リフトギャップ２２８を低減させると、リフト電磁石２２２によってリフトシャフト２２６に加えられる磁力は増加し得る。リフトシャフト２２６にかかるリフト電磁石２２２の力は、リフトギャップの２乗に反比例し、力Ｆは、略算式Ｆ＝１／ｇａｐ^２によって低磁場において近似することができる。リフトギャップ２２８はｇａｐで表されている。一例では、リフトギャップ２２８は、２ミリメートル（ｍｍ）未満であり得る。別の例では、リフトギャップ２２８は、１ｍｍ未満であり得る。

磁場の磁束が極の間ではなく主にリフトシャフト２２６に作用するために、極の端部間の距離は、リフトギャップ２２８よりも少なくとも１０倍大きくあり得る。例では、リフト領域におけるインサート壁２１４は、１ｍｍ未満であり得る。

リフトアセンブリ２２０は、（リフトシャフト２２６を介して）回転しているアセンブリに磁気揚力を加え得、それによって、例えば、動作寿命を向上させ、かつ／または、ベアリングアセンブリ２５０及びその構成要素の耐荷重能力を高めることができる。リフト電磁石２２２の磁力は、ガントリ（例えば、ガントリ２００）の遠心力などの、ベアリングアセンブリ２５０への負荷を相殺するために、ならびに振動を抑制しアノードアセンブリ（例えばアノードアセンブリ２４０）またはＸ線源の他の回転している構成要素に安定性を加えるために使用され得る。リフトアセンブリ２２０によって生成された力は、質量中心（または質量中心以外）を含む、回転しているアセンブリのどこにでも加えられ得、力を提供する磁気リフトデバイスの１つまたは組み合わせを使用し得る。

Ｘ線源２１０は、その全体が参照によって本明細書中に援用される、２０１７年３月２０日に出願された「Ｘ線管用の磁気リフト装置」と題された米国特許出願第１５／４６４，１４２号に記載されている任意の適切な特徴を含み得る。特に、Ｘ線源２１０は、上記で参照した出願に記載されたリフトアセンブリの任意の適切な態様、または任意の他の適切な特徴を含み得る。

前述のように、リフト電磁石によってリフトシャフトに加えられたリフト力は、ベアリングアセンブリ及び／またはリフトシャフトに結合された回転しているアノードにかかる力を相殺し得る。例えば、揚力は、所与のガントリ回転速度に対して一定であるＣＴシステムのガントリによって引き起こされるような静的力、及び／または、回転しているアノードアセンブリの回転数以上の頻度で変動する他の動的力を相殺し得る。リフト電磁石は、真空中で回転しているリフトシャフトに十分な制御可能なリフト力を提供するために必要とされ得る。したがって、開示された実施形態は、十分な揚力を生成するためにリフト電磁石の断面積を最大化する構成を含む。さらに、開示された実施形態は、リフト電磁石のコアの周りの巻線のコイル密度及び配置の効率を最大化し、それによって、リフトするのに必要な電流を減少させ、リフト力を増大させ、かつ／またはリフトシャフトに及ぼされる磁場を方向付ける構成を含む。

リフト電磁石及び／またはリフトシャフトリフトのサイズを大きくすると、リフトアセンブリによって生成されるリフト力は大きくなり得る。しかしながら、リフト電磁石及びリフトシャフトは、特定のＸ線源に実装される特定のサイズのインサート、真空エンベロープ、及び／またはハウジングに収まる必要があり得る。したがって、リフト電磁石及びリフトシャフトは、インサート、真空エンベロープ、及び／またはハウジングの制約内で最大化されるべきである。かくして、開示された実施形態は、様々なＸ線源に実装され得る比較的コンパクトな設計を含む。さらに、リフトシャフトはアノード及び／またはベアリングアセンブリに結合されてともに回転するので、いくつかの用途では、リフトシャフトの質量（したがって、アノード及び／またはベアリングアセンブリに結合された回転質量）を最小化することが望ましい場合がある。したがって、開示された構成は、リフトシャフト及び／または回転しているアセンブリの質量を最小化することを容易にし得る。リフト電磁石及びリフトシャフトの開示された構成は、回転しているアセンブリ（アノード、ベアリングアセンブリ、及びリフトシャフト）が自由に回転し、回転抵抗を最小化することを可能にする。さらに、効果的に動作するために、リフト電磁石及びリフトシャフトは、一方が他方より先に飽和しないように平衡を保つべきである。したがって、リフトシャフトサイズ及び電磁サイズは、同様の飽和最大値を有するべきである（例えば、平衡を保つべきである）。

一般に、磁場は、磁化材料を囲み、かつ、磁化材料によって、電磁石で用いられるような電荷（電流）を移動させることによって生成される。磁場は、記号Ｂ及びＨで示される２つの異なるが密接に関連する磁場で表され得る。Ｈ磁場は通常、アンペア毎メートル単位で測定され、Ｂ磁場は通常、テスラまたはニュートン毎アンペア毎メートルで測定される。飽和とは、加えられた外部磁場Ｈを強めても、材料の総磁束密度Ｂをそのようにさらに高められないときに到達する状態である。飽和は、鉄、ニッケル、コバルト、及びそれらの合金などの強磁性体及びフェリ磁性体の特性である。

一部の構成では、リフト電磁石は、部分的なまたはほぼ完全な飽和レベルで動作し得る。したがって、リフト電磁石の様々な部分が同様の電力レベルで飽和するようにリフト電磁石を設計することが望ましい場合がある。かくして、開示された実施形態は、リフト電磁石の特定の部分が同様の電力レベルで飽和するような構成を含む。

図４Ａは、リフト電磁石３００の例の側面図を示す。リフト電磁石３００は、図３Ｃのリフト電磁石２２２に関して説明された適切な態様、例えばコア３０２及び３つの極３０４、３０６、３０８を含み得る。巻線３１０、３１２、及び３１４は、極３０４、３０６、３０８の間でコア３０２の周りに巻き付けられ得る。図３Ｄでは、巻線３１０、３１２、及び３１４は、リフト電磁石３００をより良く示すために破線で示されている。巻線３１０、３１２、３１４は、エナメルまたはポリマー（例えば、ポリイミド、または別の適切な絶縁材料）などの、電気的に絶縁されたシースを備えた導電性材料（例えば、銅、アルミニウムまたは別の適切な導電性材料）を含み得る。示されるように、リフト電磁石３００は、リフトシャフト３１６に近接して配置され得、リフトシャフト３１６にリフト力を及ぼす。

図示の構成では、極３０４、３０６、３０８は単一の構成要素として示されているが、他の構成では、極３０４、３０６、３０８は、互いに結合されて極３０４、３０６、３０８を形成する別個の部品から形成され得る。そのような構成は、例えば、２０１８年９月２８日に出願された「磁気アシストベアリング用の真空浸透」と題される米国特許出願第１６／１４６，８６７号に開示されており、これは参照によりその全体が本明細書中に援用される。

リフト電磁石３００は、リフト電磁石３００の端部の極３０４、３０８を下って、リフト電磁石３００の中心の極３０６をのぼって延在するＢ磁場を生成し得る。リフト電磁石３００は、Ｂ磁場が極３０４、３０６、３０８で飽和するが、リフト電磁石３００のコア３０２の残りの部分では飽和しないように構成され得る。Ｂ磁場が極３０４、３０６、３０８で飽和するとき、極３０４、３０６、３０８は、ギャップサイズまたは電流の変動に対する感受性は低くなり得る。リフト電磁石３００は、極３０４、３０６、３０８の間に配置された湾曲部分３１８を含み得る。特に、湾曲部分３１８は、リフトシャフト３１６の反対側の、極３０４、３０６、３０８の端部に配置され得る。湾曲部分３１８は、極３０４、３０６、３０８の反対側の、コア３０２の残りの場所における磁気飽和を回避するように構成され得る。いくつかの構成では、湾曲部分３１８の曲率半径（または外径）は、コア３０２における磁気飽和を回避するように選択され得る。対照的に、鋭い角部は、磁場を集中させ、その結果、極が、磁気飽和をより容易に経験し得る。

極３０４、３０６、３０８は、距離Ｄ１だけ互いから離間され得る。距離Ｄ１は、巻線３１０、３１２、３１４のための空間を可能にするのに十分に大きくなるように選択され得る。巻線３１０、３１２、３１４は、距離Ｄ２だけ互いから離間され得る。いくつかの態様では、距離Ｄ２は、巻線３１０、３１２、３１４が互いに重なり合わないように十分に小さくあり得る。しかしながら、いくつかの構成では、距離Ｄ２は、巻線３１０、３１２、３１４間の絶縁破壊を回避するのに十分に大きくあり得る（例えば、電流が、隣接する巻線３１０、３１２、３１４の間を流れる場合）。他の構成では、絶縁破壊を回避するために、巻線３１０、３１２、３１４の間に誘電材料が追加され得る。他の態様では、巻線３１０、３１２、３１４を通って伝わる電流の抵抗を最小化しながら、極３０４、３０６、３０８の間（例えば、距離Ｄ１）に収まる巻線３１０、３１２、３１４の数を最大化することが望ましい場合がある。他の態様では、電源または巻線３１０、３１２、３１４のコストを削減するために、巻線３１０、３１２、３１４の抵抗を電源の最大ボルト及び電流出力に一致させることが望ましい場合がある。

極３０４、３０６、３０８は、コア３０２の主部分から距離Ｄ３だけ延在し得る。距離Ｄ３は、磁場を生成するために十分な数の巻線３１０、３１２、３１４が極３０４、３０６、３０８の周りに巻かれるかまたは配置されることを可能にするのに十分大きくあり得る。コアの巻線部分と結合部分の境界面において、それはまた、磁場を含み、それをリフトシャフト３１６に向ける働きをする。しかしながら、距離Ｄ３は、リフト電磁石３００及び／またはリフト電磁石を組み込んだＸ線源の設計上の制約によって制限され得る。特に、いくつかの状況では、Ｘ線源のサイズ及び質量は、それに組み込まれたリフト電磁石３００の最大サイズ及び質量を制約し得、したがって、距離Ｄ３のサイズを制限し得る。しかしながら、距離Ｄ３は、それらの制約内で最大化され得る。

いくつかの構成では、コア３０２の材料は、極３０４、３０６、３０８における透磁率及び飽和を最大化するように選択され得る。しかしながら、透磁率が向上された一部の材料は、Ｘ線源用のリフト電磁石に含めるのに高額かつ桁違いの費用がかかる場合がある。したがって、コア３０２の材料は、桁違いの費用がかかる材料を使用せずに、透磁率及び飽和を最大化するように選択され得る。

例えば、コア３０２の材料には、最大比透磁率が１００００００（μ／μ０）のアニールされたアモルファス金属合金、最大比透磁率が２０００００の水素（Ｈ）でアニールされた鉄（ＦＥ）、最大比透磁率８００００の磁気ナノ結晶合金、最大比透磁率２００００または５００００のミューメタル、最大比透磁率１８０００のコバルト鉄合金、最大比透磁率８０００のニッケル−鉄磁性合金（例えばパーマロイ）、最大比透磁率５０００の鉄（ＦＥ）、最大比透磁率４０００の電気鋼、最大比透磁率１０００−１８００のアニールされたフェライト系ステンレス鋼、または他の適切な材料が含まれ得る。

図４Ｂは、リフト電磁石３００の底面断面図を示す。図示のように、極３０４は領域Ａ１を含み、極３０６は領域Ａ２を含み、極３０８は領域Ａ３を含む。領域Ａ１、Ａ２、及びＡ３は、リフト電磁石３００における磁場を最大化するように構成され得る。一例では、領域Ａ１及びＡ３は、実質的に同じサイズであり得、領域Ａ２は、領域Ａ１または領域Ａ３のサイズの少なくとも１．５倍（１ １／２）、１と４分の３倍（１ ３／４）または２（２）倍であり得る。別の例では、領域Ａ２は、領域Ａ１とＡ３を足し合わせたものと実質的に同じサイズであり得る。

他の構成では、領域Ａ２は、領域Ａ１または領域Ａ３の２倍よりもわずかに大きくあり得る。例えば、領域Ａ２は、領域Ａ１または領域Ａ３の２倍よりも１％−５％大きくあり得る。別の例では、領域Ａ２は、領域Ａ１または領域Ａ３の２倍よりも１％−１００％大きくあり得る。さらに別の例では、領域Ａ２は、領域Ａ１とＡ３を足し合わせたものよりも１％−５％大きくあり得る。さらなる例では、領域Ａ２は、領域Ａ１とＡ３を足し合わせたものよりも１％−１００％大きくあり得る。

極３０４、３０６、３０８の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３の断面は、極３０４、３０６、３０８の範囲全体にわたって実質的に同じであり得る。そのような構成は、極３０４、３０６、３０８で飽和し、コア３０２の残りの部分では飽和しないＢ磁場をもたらし得る。

いくつかの構成では、領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、リフト電磁石３００及び／またはリフト電磁石を組み込んだＸ線源の設計上の制約内で最大化され得る。特に、いくつかの状況では、Ｘ線源のサイズは、それに組み込まれたリフト電磁石３００の最大サイズを制約し得る。しかしながら、極３０４、３０６、３０８の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それらの制約内で最大化され得る。

極３０４、３０６、３０８は、丸みを帯びた部分３２０（そのうちの一部のみを図４Ｂにおいてラベル付けする）を含み得る。丸みを帯びた部分３２０は、極３０４、３０６、３０８の周りに巻線３１０、３１２、３１４を巻くことを容易にし得る。特に、丸みを帯びた部分３２０の曲率半径は、巻線３１０、３１２、３１４の内部曲率半径を超えないように選択され得る。そのような構成により、巻線３１０、３１２、３１４を、空間効率が良いように、極３０４、３０６、３０８の表面の近くにまたは完全に接触するように配置することが可能になり得る。追加的にまたは代替的に、そのような構成は、極３０４、３０６、３０８における磁気飽和を回避することを容易にし得る。いくつかの状況では、巻線３１０、３１２、３１４の曲率半径は、巻線３１０、３１２、３１４の材料特性によって制限され得る。

図５Ａから図５Ｃは、巻線４００、４１０、４２０の例示的な実施形態の断面図を示す。図５Ａに示されるように、巻線４００は、電気絶縁シース４０４（例えば、ポリマーまたはポリアミド）によって囲まれた導電性材料４０２（例えば、銅またはアルミニウム）を含み得る。いくつかの構成では、巻線４００は、絶縁線で形成され得る。

図５Ａに示されるように、巻線４００は、実質的に円形または楕円形の断面を含む。対照的に、図５Ｂの巻線４１０は、正方形または矩形の断面を含み、図５Ｃの巻線４２０は、実質的に平面または高アスペクト比の矩形の断面を含む。図５Ａに示すように、巻線４００が互いに近接して配置されているときでさえ、空間４０６が、巻線４００の間に含まれる。しかしながら、正方形の断面を有する巻線４１０は、それらの形状により空間４０６を含まず、その結果、所与の体積（例えば、極の周りの空間）における巻線４１０の密度が相対的に高くなる。同様に、平面断面を有する巻線４２０は、それらの形状により空間４０６を含まず、その結果、巻線４２０の密度が相対的に高くなる。

いくつかの構成では、巻線４２０は、導電性箔で形成され得る。このような構成では、他のタイプの巻線と同じ断面積を達成するために、箔の層を相対的に薄くする必要がある場合がある。

極を通して生成されるＢ磁場を最大化するために、巻線の総断面積を最大化することが望ましい場合がある。したがって、巻線は、互いの間に空間があることを回避するように、極の周りに配置され得る。

図６は、リフトシャフト５００の例示的な実施形態の概略断面図を示す。リフトシャフト５００は、環状断面を有するシャフト壁５０２を備えた実質的に円筒形であり得る。シャフト壁５０２は、開口部５０４を画定し得、内径Ｄ４及び外径Ｄ５を含み得る。シャフト壁５０２の厚さＴ１は、内径Ｄ４及び外径Ｄ５に依存し得る。内径Ｄ４及び外径Ｄ５は、シャフト壁５０２が所望の厚さＴ１を含むように最適化され得る。特に、厚さＴ１は、シャフト壁５０２を通して適切な飽和を、ひいてはリフトシャフト５００を通して適切な磁場を維持しながら、リフトシャフト５００の回転質量を最小化するように選択され得る。

いくつかの構成では、シャフト壁５０２の厚さＴ１を最小化して、リフトシャフト５００の回転質量を低減し得る。しかしながら、厚さＴ１の最小値は、シャフト壁５０２が飽和したままであってリフトシャフト５００を通るＢ磁場を最大化しかつＢ磁場の変動に対する加えられた力の感度を低減するように選択され得る。したがって、シャフト壁５０２の厚さＴ１は、この最小値に対応し、それによって、回転質量を減少させ、望ましい磁気性能をもたらすように選択され得る。

図７は、シャフト壁５１０の例示的な実施形態に近接して配置されたリフト電磁石３００の概略図を示す。リフト電磁石３００によって生成されたＢ磁場は、極３０４、３０６を通って下に、次にシャフト壁５１０を通って、そして極３０６を通って上に移動し得る。一般に、Ｂ磁場は、破線で示される領域Ａ４を通って延在し得る。領域Ａ４を囲む領域Ａ５は、相対的に低いＢ磁場を有し得る。したがって、いくつかの実施形態では、領域Ａ５に対応する、低いＢ磁場を有するシャフト壁５１０の体積は低減され得る。いくつかの構成では、領域Ａ５におけるシャフト壁５１０は、アノード回転アセンブリ全体の構造的完全性を維持しながらも、シャフト壁５１０を組み込んだリフトシャフト（例えば、リフトシャフト５００）の回転質量を低減するように最小化され得る。シャフト壁５１０の領域Ａ５は、例えば、機械加工または他の適切なプロセスによって低減され得る。

したがって、シャフト壁５１０は、不均一な厚さを有し得る。特に、いくつかの構成では、シャフト壁５１０は、Ｂ磁場が極３０４、３０６の間かつ極３０８、３０６の間でより強い場所でより厚くあり得、Ｂ磁場がリフトにあまり寄与しない極３０４、３０８の縁に近接するリフト電磁石３００の端部でより薄くあり得る。いくつかの構成では、シャフト壁５１０は、リフト電磁石３００の端部に近接して先細５１１になり得る。追加的にまたは代替的に、シャフト壁５１０は、極３０６の中心近くでより狭くかつ／または先細５１１になり得る。

他の構成では、例えばシャフト壁５０２に開口部を追加することによって、シャフト壁５０２において回転質量を低減し得る。例えば、シャフト壁５０２に、その回転質量を低減するためにドリルで穴を開け得る。いくつかの態様では、穴または開口部が、相対的に低いＢ磁場を有する領域Ａ５に配置され得る。さらなる構成では、スロットが、シャフト壁５０２に画定され得る。図８は、スロット付きのリフトシャフトの構成例を示す。

図８は、リフトシャフト５４０の例示的な実施形態の概略断面図を示す。示されるように、いくつかの実施形態では、リフトシャフト５４０は、シャフト壁５４２に画定されたスロット５４６を含み得る。スロット５４６は、Ｂ磁場の方向に平行であり得、渦電流を低減し得る。渦電流は、導体における変化する磁場によって導体（例えば、金属）内に誘導された円形電流である。

図９は、ロータ５２４と統合されたリフトシャフト５２２の側面概略断面図を示す。いくつかの構成では、ロータ５２４は、回転アノードを回転させるように構成された誘導モータまたはモータアセンブリの一部であり得る（例えば、図３Ａから図３Ｅを参照）。ロータ５２４は、リフトシャフト５２２及びロータ５２４がアノード（図示せず）とともに回転することを可能にし得るベアリングアセンブリ５２０に結合され得る。リフトシャフト５２２は、リフト電磁石３００に近接して配置されて、ロータ５２４、リフトシャフト５２２、及びベアリングアセンブリ５２０を含む回転構成要素にリフト力を加える。

示されるように、いくつかの構成では、ロータ５２４及びリフトシャフト５２２は、モノリシック設計で組み合わされ得る。そのような構成では、ロータ５２４及びリフトシャフト５２２は、互いと結合される必要がない場合もあり、したがって、ロータ５２４とリフトシャフト５２２の間に結合または締結機構を必要としない場合がある。例えば、いくつかの構成では、ロータ５２４及びリフトシャフト５２２は、互いとろう付け、溶接、またはボルト締めされ得る。対照的に、リフトシャフト５２２がロータ５２４と統合されているとき、ろう付け、溶接、またはボルトは必要とされない場合がある。追加的にまたは代替的に、そのような構成では、ロータ５２４とリフトシャフト５２２の間に締結または結合構造がないため、回転構成要素の回転質量を低減し得る。さらに、ロータ５２４とリフトシャフト５２２の間に締結または結合構造がないため、回転構成要素の全長を短縮し得る。さらに、リフトシャフト５２２の長さは、回転構成要素の全長を維持しながら、より高い揚力のために増加させることができる。

いくつかの構成では、ロータ５２４及びリフトシャフト５２２の両方は、例えば、単一の材料片から一緒に形成または製造され得る。図示の構成では、ロータ５２４は、リフトシャフト５２２の対応する内径及び外径よりも小さい内径及び外径を含む。しかしながら、他の構成では、リフトシャフト５２２の直径は、ロータ５２４の対応する直径と実質的に同じまたは類似のサイズであり得る。

図１０は、リフトシャフト５３０及びリフト電磁石５３４の例示的な実施形態の概略断面図を示す。リフトシャフト５３０は実質的に円筒形であり、環状断面を有する円形シャフト壁５３２を備えている。図示のように、リフト電磁石５３４は、シャフト壁５３２の円形形状と輪郭を描く円筒面または曲面５３６を含み得る。しかしながら、リフト電磁石５３４の曲面５３６とシャフト壁５３２の間の間隔は不均一であり得る。さらに、リフト電磁石５３４の曲面５３６の曲率半径は、リフトシャフト５３０のシャフト壁５３２の曲率半径よりも大きくあり得る。そのような構成では、中心位置での曲面５３６とシャフト壁５３２の距離Ｄ６は、リフト電磁石５３４の側部に近接する曲面５３６とシャフト壁５３２の距離Ｄ７よりも小さくあり得る。さらに、曲面５３６とシャフト壁５３２の距離は、リフト電磁石５３４の中心から離れるにつれて増え得る。

いくつかの構成では、距離Ｄ７は、距離Ｄ６よりも１％−３０％または１０％−２０％大きくあり得る。さらなる構成では、距離Ｄ７は、距離Ｄ６よりも０．０２−５ｍｍ大きくあり得る。一例では、距離Ｄ６は１．０ｍｍであり得、距離Ｄ７は１．１ｍｍであり得る。別の例では、Ｄ７は、Ｄ６より１００ミクロン以上大きくあり得る。追加的にまたは代替的に、曲面５３６の曲率は、シャフト壁５３２の曲率と同心でない場合がある。

距離Ｄ６が距離Ｄ７よりも小さい構成では、側部の方がリフトシャフト５３０から離れて位置するため、リフト電磁石５３４によってリフトシャフト５３０に及ぼされる力は、側部よりも中心で大きい。そのような構成は、リフトシャフト５３０を、リフト電磁石５３４に対して、中心位置に保持かつ／または位置付けすることを容易にし得る。追加的にまたは代替的に、そのような構成は、リフト電磁石５３４とリフトシャフト５３０が互いと接触することを回避するのを容易にし得る。この接触は、リフトシャフト５３０が自由に回転するのを妨げ得かつ回転抵抗を生じさせ得、高電圧不安定性につながり得る真空中のパーティクルを生成し得るものである。

反対に、距離Ｄ７が距離Ｄ６よりも小さかった場合、リフト電磁石５３４の側部における力は、中心における力よりも大きくなるであろう。そのような構成では、リフトシャフト５３０がリフト電磁石５３４に対して中心からずれて配置された場合、リフト電磁石５３４の力が、リフトシャフト５３０を側部に引っ張り得、その結果、リフトシャフト５３０が、リフト電磁石５３４にまたは、インサート壁５３７がリフトシャフト５３０とリフト電磁石５３４の間に配置されている場合、インサート壁５３７に接触し得る。したがって、図１０に示される構成は、リフトシャフト５３０が自由に回転することを可能にし得、回転抵抗を最小化し得る。いくつかの構成では、距離Ｄ６と距離Ｄ７間の変動は、例えば、２つの構成要素が互いと接触しないことを確保するために、リフトシャフト５３０及びリフト電磁石５３４の組立公差及び製造公差に基づいて決定され得る。

いくつかの構成では、真空壁またはインサート壁５３７が、リフトシャフト５３０とリフト電磁石５３４の間に配置され得る。そのような構成では、リフト電磁石５３４は、真空エンクロージャの外側に配置され得、リフトシャフト５３０は、真空エンクロージャの内側に配置され得る。リフト電磁石５３４は、インサート壁５３７を通してリフトシャフト５３０に揚力を加え得る。他の構成では、リフト電磁石５３４及び／またはリフト電磁石５３４の極は、真空壁またはインサート壁５３９によって示されるような真空壁またはインサート壁を通って延在し得、それは、それを通って延在するリフト電磁石５３４を含む。そのような構成では、リフト電磁石５３４は、真空エンクロージャの外部と真空エンクロージャの内部の間を延在し得る。示されるように、いくつかの構成では、リフト壁５３７及び／またはリフト壁５３９は、リフトシャフト５３０と非同心であり得る。他の場合、リフト壁５３７及び／またはリフト壁５３９は、リフトシャフト５３０と同心であり得る。

いくつかの構成では、リフトアセンブリまたはＸ線源は、力、加速度、磁場、または負荷を測定するセンサを含み得る。例えば、センサは、ロードセル、加速度計、ガウスメータ、ホールセンサ、磁力計、磁気センサ、または他の適切なセンサを含み得る。センサは、源ハウジングの内側または外側に配置され得る。センサは、ガントリの回転から回転構成要素またはＸ線源に及ぼされる力を判定するために使用され得る。センサは、力と磁場の既知の関係に基づいて、リフトアセンブリによって加えられる力を検出し得かつ／または制御するために使用され得る。

追加的にまたは代替的に、リフトアセンブリは、リフト電磁石によって生成された磁場を測定する磁気センサを含み得る。例えば、磁気センサは、ホール効果センサまたは他の適切な磁気センサを含み得る。磁気センサは、リフト電磁石とＸ線源のハウジングの間に配置され得る。リフト電磁石の力は、力センサ、磁気センサ、またはその両方から受信した情報に応答して制御され得る。一例では、リフト電磁石の力は、リフト電磁石によって生成されるＢ磁場を監視する磁気センサを使用することによってかつリフト電磁石の出力をＢ磁場または２乗されたｂ磁場に比例して変化させることによって制御され得る。

追加的にまたは代替的に、リフト電磁石の力は、力センサを使用して、ガントリの回転によって引き起こされる回転構成要素またはＸ線源にかかる力を監視することによって制御され得る。そのような構成では、リフト電磁石の出力は、ガントリの回転から及ぼされる力に基づいて調整され得る。例えば、リフト電磁石によって生成される揚力は、ガントリの回転によって引き起こされる力と平衡化されるかまたは一致させられ得、それによって、この力を効果的に打ち消すか、または少なくとも力を低減する。

図１１は、ポンド（ｌｂｓ）単位でのリフト電磁石の力とＢ磁場の２乗（Ｔ^２）の関係を示すグラフを示す。図示のように、Ｂ磁場の２乗は、リフト電磁石の力に関して線形関係にある。この関係は、力センサ及び／または磁気センサからの情報に基づいてリフト電磁石を制御するのに使用され得る。

図１２Ａから図１２Ｂは、揚力を制御するために使用され得る１つまたは複数のセンサを含むリフト電磁石６３４の例示的な実施形態を示す。特に、図１２Ａは、リフト電磁石６３４の例示的な実施形態の側面図を示し、図１２Ｂは、リフト電磁石６３４の概略断面図を示す。

図１２Ａから図１２Ｂに示されるように、リフト電磁石６３４は、リフト電磁石６３４の様々な領域に配置され得るセンサ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８及び６２０などの１つまたは複数のセンサを含み得る。センサは、図１２Ａから図１２Ｂで円錐として表されるため、三角形は、センサの側面図を表し、円はセンサの上面図または底面図を表す。例えば、図１２Ａは、センサ６１４及び６２０の側面図を示し、図１２Ｂは、センサ６１４及び６２０の上面図を示す。示されるように、センサ６２０は、リフト電磁石６３４のコアに埋め込まれている、またはコア上に配置されている。センサ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８は、リフト電磁石６３４の極の上にまたは極に近接して配置されている。センサ６１０及び６１４は、リフト電磁石６３４の端部の極の１つに配置され、センサ６１２は、リフト電磁石６３４の中心の極に配置されている。センサ６１６、６１８は、真空エンベロープの内部と真空エンベロープの外部の間の境界面６２２に、またはそれに近接して配置されている。追加的にまたは代替的に、センサは、インサート壁に近接して、またはインサート壁がリフト電磁石６３４に結合されている位置に配置され得る。センサ６１０、６１２及び６１４などのセンサの一部は、真空エンベロープの内側にまたは真空エンクロージャに配置され得る。センサ６１６、６１８及び６２０などの他のセンサは、真空エンベロープまたは真空エンクロージャの外側に配置され得る。いくつかの構成では、極の上に配置されたセンサ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８は、リフト電磁石６３４の巻線（図示せず）に埋め込まれ得る。他の構成では、センサ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８は、巻線上に配置され得る。いくつかの構成では、センサは、リフトシャフト６３０を通過せずに２つの極の間を直接移動する「フリンジ」場を測定し得る。

図１３は、リフト電磁石を制御するための例示的な方法７００のフローチャートである。ステップ７０２で、所望の力を取得し得る。以下でさらに詳細に説明するように、所望の力は、図１２Ａから図１２Ｂに関して上で説明したセンサ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０などの１つまたは複数のセンサによって取得または検出された情報、データ、または力に基づいて取得し得る。いくつかの状況では、センサは、ガントリの回転から回転構成要素またはＸ線源に及ぼされる力を判定するために使用され得る。センサは、力と磁場の既知の関係に基づいて、リフトアセンブリによって加えられる力を検出し得かつ／または制御するために使用され得る。例えば、リフトアセンブリによって加えられる力は、図１１に関して上に示され説明された力と磁場の関係に基づいて、かつセンサによって検出された力に基づいて制御され得る。

ステップ７０４で、磁場の強さを測定し得る。例えば、磁場の強さは、図１２Ａから図１２Ｂに関して上記で説明されたセンサ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０などの１つまたは複数のセンサによって測定し得る。ステップ７０６で、測定された磁場は、図１１に関して上に示され説明された力と磁場の関係などの既知の関係を用いて力に変換され得る。ステップ７０６後、方法７００は、ステップ７０８に進み得、そこで、所望の力は、既知の関係に基づいて判定された変換された力と比較され得る。ステップ７１０で、磁石駆動パラメータを調整し得る。いくつかの実施形態では、磁石駆動パラメータは、センサによって検出されたような、ガントリの回転による回転構成要素またはＸ線源にかかる力に対応するかまたはそれを相殺するように調整され得る。方法７００は、必要に応じて継続し得、リフト電磁石によって出力された力及び／または磁場を制御かつ／または調整する。

開示されたプロセス及び／または方法について、プロセス及び方法で実行される機能は、文脈によって示され得るように、異なる順序で実装され得る。さらに、概説されたステップ及び操作は単なる例として提供され、ステップ及び操作の一部は、オプションであってもよく、より少ないステップ及び操作に結合されてもよく、または、追加のステップ及び操作に拡張されてもよい。

一例の実施形態では、リフトアセンブリ（２２０）は、Ｘ線源（１００）の回転可能なアノード（１２２）に力を及ぼし得る。リフトアセンブリ（２２０）は、リフトシャフト（２２６）及びリフト電磁石（２２２）を含み得る。リフトシャフト（２２６）は、アノード（１２２）に結合され得、アノード（１２２）の回転軸の周りを回転するように構成され得る。リフト電磁石（２２２）は、磁力をリフトシャフト（２２６）に半径方向に加えるように構成され得る。リフト電磁石（２２２）は、シャフト壁（５０２）の少なくとも一部の周りに輪郭を描く曲面を含み得る。リフト電磁石（２２２）の曲面の曲率半径は、リフトシャフト（２２６）の曲率半径よりも大きくあり得、リフト電磁石（２２２）の曲面とシャフト壁（５０２）の間隔は不均一であり得る。

リフト電磁石（２２２）の中心における曲面とシャフト壁（５０２）の第１の距離は、リフト電磁石（２２２）の縁に近接する曲面とシャフト壁（５０２）の第２の距離よりも小さくあり得る。第２の距離は、第１の距離よりも１％−３０％大きくあり得る。シャフト壁（５０２）は、不均一な厚さを有し得、かつ／または、リフト電磁石（２２２）の中心または端部に近接するテーパ（５１１）を含み得る。リフトシャフト（２２６）は、アノード（１２２）を回転させるように構成されたロータ（５２４）と統合され得る。

リフト電磁石（２２２）は、丸みを帯びた部分を含む少なくとも１つの極（３０４、３０６、３０８）及び極（３０４、３０６、３０８）の丸みを帯びた部分の周りに配置された巻線３１０、３１２、３１４を含み得る。

リフト電磁石（２２２）は、第１の断面積を有する第１の極（３０４）、第２の断面積を有する第２の極（３０６）、及び第３の断面積を有する第３の極（３０８）を含み得る。第２の断面積は、第１の断面積または第３の断面積の少なくとも１．５倍であり得る。第２の断面積は、第１の断面積または第３の断面積の２倍よりも１％−１００％大きくあり得る。第２の断面積は、第１の断面積と第３の断面積を足し合わせたものと実質的に同じ大きさまたはそれより大きくあり得、第１の断面積と第３の断面積は、実質的に同じであり得る。

巻線３１０、３１２、３１４は、第１の極（３０４）、第２の極（３０６）、または第３の極（３０８）の少なくとも１つの周りに配置され得、巻線３１０、３１２、３１４は、円形、楕円形、矩形、または高アスペクト比の矩形の断面を含む。丸みを帯びた部分は、第１の極（３０４）、第２の極（３０６）、または第３の極（３０８）をリフト電磁石（２２２）のコアに結合させ得る。第１の極（３０４）、第２の極（３０６）、または第３の極（３０８）は、飽和状態でまたはほぼ飽和状態で動作するように構成され得る。

リフトアセンブリ（２２０）は、力、加速度、磁場、または負荷を測定する少なくとも１つのセンサを含み得る。センサは、リフト電磁石（２２２）のコアに埋め込まれ得る、リフト電磁石（２２２）の巻線３１０、３１２、３１４に埋め込まれ得る、リフト電磁石（２２２）の極の上に配置され得る、または、真空エンベロープの内部と真空エンベロープの外部の間の境界面に近接して配置され得る。

リフトシャフト（２２６）のシャフト壁（５０２）は、リフトシャフト（２２６）が飽和状態でまたはほぼ飽和状態で動作するのに十分な厚さを含み得る。

別の実施形態では、方法は、Ｘ線源（１００）のアノードアセンブリ（１２０）を回転させること、回転しているアノードアセンブリ（１２０）に作用する力、加速度または負荷を判定すること、及び回転しているアノードアセンブリ（１２０）に作用する力、加速度または負荷に基づいて、アノードアセンブリ（１２０）に結合されたリフトシャフト（２２６）にリフト電磁石（２２２）によって磁力を加えることを含み得る。磁力の多くが、リフト電磁石（２２２）の縁よりもリフト電磁石（２２２）の中心において加えられ得る。この方法は、リフト電磁石（２２２）を飽和状態でまたはほぼ飽和状態で動作させることを含み得る。力、加速度、または負荷は、リフト電磁石（２２２）に結合されたセンサによって判定され得る。

別の実施形態では、リフトアセンブリ（２２０）は、Ｘ線源（１００）の回転可能なアノード（１２２）に力を及ぼすように構成され得る。リフトアセンブリ（２２０）は、アノード（１２２）に結合されかつアノード（１２２）の回転軸の周りを回転するように構成されたリフトシャフト（２２６）を含み得る。リフトシャフト（２２６）は、シャフト壁（５０２）を含み得る。リフトアセンブリ（２２０）は、磁力をリフトシャフト（２２６）に半径方向に加えるための手段を備えるリフト電磁石（２２２）を含み得、磁力の多くは、リフト電磁石（２２２）の縁よりもリフト電磁石（２２２）の中心において加えられる。

この説明及び特許請求の範囲で使用される用語及び単語は、書誌的意味に限定されるものではなく、開示の明確かつ一貫した理解を可能にするために単に使用される。文脈による明確な別段の定めがない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」には複数の指示対象が含まれることが理解されよう。したがって、例えば、「構成要素表面」への言及は、そのような表面のうちの１つまたは複数への言及を含む。

「実質的に」という用語によって、記載された特性、パラメータ、または値がその通りに達成される必要はなく、例えば公差、測定誤差、測定精度の制限及び当業者に知られている他の要因を含む偏差または変形が、特性が提供することを意図した効果を妨げない量で発生し得ることが意味される。

本開示の態様は、その趣旨または本質的な特性から逸脱することなく、他の形態で具現化され得る。記載された態様は、あらゆる点で例示的であり、限定するものと見なされるべきではない。請求された主題は、上述の説明によってではなく、添付された特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意味及び均等の範囲内に入る全ての変更は、それらの範囲内に包含されるものとする。

Claims (20)

1. Ｘ線源の回転可能なアノードに力を及ぼすように構成されたリフトアセンブリであって、
   前記アノードに結合されかつ前記アノードの回転軸の周りを回転するように構成されたリフトシャフトであって、シャフト壁を備える、前記リフトシャフトと；
   前記リフトシャフトに磁力を半径方向に加えるように構成されたリフト電磁石であって、前記シャフト壁の少なくとも一部の周りに輪郭を描く曲面を備える、前記リフト電磁石とを備え、
   前記リフト電磁石の前記曲面の曲率半径は、前記リフトシャフトの曲率半径よりも大きく、前記リフト電磁石の前記曲面と前記シャフト壁の間隔は不均一である、リフトアセンブリ。
2. 前記リフト電磁石の中心における前記曲面と前記シャフト壁の第１の距離が、前記リフト電磁石の縁に近接する前記曲面と前記シャフト壁の第２の距離よりも小さい、請求項１に記載のリフトアセンブリ。
3. 前記第２の距離が、前記第１の距離よりも１％−３０％大きい、請求項２に記載のリフトアセンブリ。
4. 前記シャフト壁が不均一な厚さを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
5. 前記シャフト壁が、前記リフト電磁石の中心または端部に近接するテーパを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
6. 前記リフトシャフトが、前記アノードを回転させるように構成されたロータと統合されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
7. 力、加速度、磁場、または負荷を測定する少なくとも１つのセンサをさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
8. 請求項７に記載のリフトアセンブリであって、
   前記センサが、
   前記リフト電磁石のコアに埋め込まれる；
   前記リフト電磁石の巻線に埋め込まれる；
   前記リフト電磁石の極の上に配置される；または、
   真空エンベロープの内部と真空エンベロープの外部の境界面に近接して配置される、リフトアセンブリ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のリフトアセンブリであって、前記リフト電磁石が、さらに、
   第１の断面積を有する第１の極と；
   第２の断面積を有する第２の極と；
   第３の断面積を有する第３の極とを備え、
   前記第２の断面積は、前記第１の断面積または前記第３の断面積の少なくとも１．５倍である、リフトアセンブリ。
10. 前記第２の断面積が、前記第１の断面積または前記第３の断面積の２倍よりも１％−１００％大きい、請求項９に記載のリフトアセンブリ。
11. 前記第２の断面積が、前記第１の断面積と前記第３の断面積を足し合わせたものと実質的に同じ大きさまたはそれよりも大きく、前記第１の断面積及び前記第３の断面積は、実質的に同じである、請求項９または１０に記載のリフトアセンブリ。
12. 前記第１の極、前記第２の極、または前記第３の極の少なくとも１つの周りに配置された巻線をさらに備え、前記巻線は、円形、楕円形、矩形、または高アスペクト比の矩形の断面を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
13. 前記第１の極、前記第２の極、または前記第３の極を前記リフト電磁石のコアに結合させる丸みを帯びた部分をさらに備える、請求項９から１１のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
14. 前記リフト電磁石が、
    丸みを帯びた部分を含む少なくとも１つの極と；
    前記極の前記丸みを帯びた部分の周りに配置された巻線とを備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
15. 前記リフトシャフトのシャフト壁が、前記リフトシャフトが飽和状態でまたはほぼ飽和状態で動作するのに十分な厚さを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のリフトアセンブリ。
16. Ｘ線源のアノードアセンブリを回転させることと；
    前記回転しているアノードアセンブリに作用する力、加速度、または負荷を判定することと；
    前記回転しているアノードアセンブリに作用する前記力、加速度、または負荷に基づいて、前記アノードアセンブリに結合されたリフトシャフトに、リフト電磁石によって、磁力を加えることであって、前記磁力の多くは、前記リフト電磁石の縁よりも前記リフト電磁石の中心において加えられる、前記加えることとを含む方法。
17. 前記力、加速度、または負荷が、前記リフト電磁石に結合されたセンサによって判定される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記リフト電磁石を飽和状態でまたはほぼ飽和状態で動作させることをさらに含む、請求項１６または１７に記載の方法。
19. Ｘ線源の回転可能なアノードに力を及ぼすように構成されたリフトアセンブリであって、
    前記アノードの回転軸の周りを回転するため前記アノードに結合されたリフトシャフト手段であって、シャフト壁を備える前記リフトシャフト手段と；
    磁力を前記リフトシャフト手段に半径方向に加えるリフト電磁石手段であって、前記磁力の多くは、前記リフト電磁石手段の縁よりも前記リフト電磁石手段の中心において加えられる、前記リフト電磁石手段とを備える、リフトアセンブリ。
20. 前記リフト電磁石手段の曲面の曲率半径が、前記リフトシャフト手段の曲率半径よりも大きい、請求項１９に記載のリフトアセンブリ。

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