JP4977453B2

JP4977453B2 - 無接点電力伝達システム

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Publication number: JP4977453B2
Application number: JP2006326190A
Authority: JP
Inventors: ジェイソン・スチュアート・カッチャ; ジョナサン・リチャード・シュミット
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: CN101026033A; DE102006057150A1; CN101026033B; US7197113B1; JP2007165876A

Description

本発明の実施形態は一般的には、電力伝達機構に関し、さらに具体的には、無接点電力伝達システムに関する。

高電圧電力変圧器が、手荷物スキャナ・システム及び計算機式断層写真法（ＣＴ）システム等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、医学的分析及び治療のために、試験対象の非侵襲型断面画像、具体的には人体組織の体内画像を得るのに用いられる。現行の手荷物スキャナ・システム及びＣＴシステムでは、静止フレームによって支持されている回転フレームの中央開口内のコンベヤ・ベルト又はテーブルに小荷物又は患者のような試験対象を配置する。回転フレームは、Ｘ線源と、開口の対向側に配置されている検出器アレイとを含んでおり、これら両方が、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、ビームは試験対象を透過して、試験対象によって減弱され、検出器アレイによって受光される。Ｘ線源は、高電圧電力を利用してＸ線ビームを形成する。

検出器アレイ内の各々の検出器素子が、減弱した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、回転フレームに装着されているサーキットリによって収集し、処理して、各々のガントリ位置又は投影角度での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が一回転する間に様々なガントリ角度から取得される。次いで、投影データ集合はコンピュータによって処理されて、投影データ集合を再構成して鞄の画像又は患者のＣＴ画像を形成する。

回転フレームに装着されているサーキットリは低電圧電力によって給電される一方、Ｘ線源は高電圧電力によって給電される。従来の回転ガントリ方式のシステムは、ガントリ・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にある電力を伝達するために、ブラシ及びスリップ・リング機構を用いている。回転ガントリ部分は、インバータと、インバータ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高電圧タンクとを有する。インバータ及び高電圧タンクは変圧器、整流器及びフィルタ・キャパシタンス等の各構成部品を含んでおり、電圧を低電圧から段階的に上昇させて、ブラシ及びスリップ・リング機構を介して伝達し、Ｘ線源を駆動するのに必要とされる高電圧まで高める。高電圧タンク内の変圧器は高電圧ＡＣ信号を発生し、高電圧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６６７４８３６号

しかしながら、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見られる。回転するガントリ部分に高電圧タンク及びインバータが設けられているため、システムの重量、容積及び複雑さが増す。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ために用いられる）は、信頼性の低下、保守の問題、及び高感度の電子回路と干渉する電気的雑音発生を生じ易い。より高速で回転するシステムが開発されるのに伴い、回転部品の容積及び重量を低下させることが有利になる。

従って、無接点の態様例えばブラシ及びスリップ・リング機構を必要としない態様で、固定電源から回転負荷まで電力を伝達する機構（例えば手荷物スキャナ又はＣＴシステム内の機構）を提供することが望ましい。また、電力伝達機構の信頼性を高めつつスキャナ又はシステムの回転ガントリ部分の重量及び複雑さを抑えることが望ましい。

OLE_LINK2 一実施形態によれば、電源から第一の電圧にある電力を受け取るように構成されている電力入力を含む静止部材を備えた無接点電力伝達システムを提供する。このシステムはさらに、静止部材に回転自在に結合されている回転部材と、回転変圧器とを含んでいる。回転変圧器は、一次側及び二次側を有する。一次側は静止部材に配設されており、電力入力から第一の電圧にある電力を受け取る一次巻線を有する。二次側は、回転部材に配設されており、第二の電圧にある電力を発生する。OLE_LINK2二次側は、回転心材及び別個の二次小区画巻線（sub-winding）を有し、小区画巻線の各々が、回転心材の周りに円周方向に配設されている進み経路及び戻り経路を有している。小区画巻線の各々の小区画の巻線の進み経路及び戻り経路は、静止部材に配設されている一次巻線に近接して回転し、一次巻線から実質的に等しい距離に配設されている。

選択随意で、回転部材に高電圧構成部品を配設してもよく、このとき二次側は高電圧構成部品に高電圧にある電力を供給する。加えて、回転部材に低電圧構成部品を配設してもよく、このとき二次側は低電圧構成部品に低電圧にある電力を供給する。選択随意で、回転心材は、円弧状切片に分割されてＥ字形断面を含んでいてよく、小区画巻線の各々が、円弧状切片の別個の対応する一切片の周りに巻回されるようにする。選択随意で、各々の小区画巻線は、回転心材の一つの円弧状切片の範囲内に完全に収まる閉ループとして形成され得る。各々の閉ループは、対向端部を含んでいてよく、端部は、隣接する小区画巻線の対応する対向端部に近接して位置する。小区画巻線の各々が、静止心材の別個の独立した一つの円弧状切片の全体に延在していてもよい。

少なくとも一つの実施形態によれば、別個の信号調整モジュールがシステム内に含まれており、対応する小区画巻線の出力リードに接続されている。これらの信号調整モジュールは、回転部材に配設されており回転部材の周りに等分に分配されている整流器回路及び／又は倍電圧器回路を含んでいてよい。

代替的な実施形態によれば、静止部材を支持して、静止部材に対して回転部材を回転自在で結合するガントリを含むＸ線走査システムを提供する。このシステムはさらに、回転部材に設けられたＸ線源と、静止部材及び回転部材にそれぞれ配設される一次側及び二次側を有する回転変圧器とを含み得る。一次側は、静止部材に配設されており、電力入力から第一の電圧にある電力を受け取る一次巻線を有する。二次側は、回転部材に配設されており、第二の電圧にある電力を発生する。二次側は、回転心材及び別個の二次小区画巻線を有し、二次小区画巻線の各々が、回転心材の周りに円周方向に配設されている進み経路及び戻り経路を有する。小区画巻線の各々の区画の巻線の進み経路及び戻り経路は、静止部材に配設されている一次巻線に近接して回転し、一次巻線から実質的に等しい距離に配設されている。

_Toc513457888 本書の全体にわたって用いられる「低電圧」及び「高電圧」との用語は、絶対値を表わすのではなく、互いに対する相対的な関係を示すに過ぎないものとする。

図１は、本発明の一実施形態に従って形成される無接点電力伝達システム５０を示す。システム５０は、互いに近接して軸５６を中心とした同心状構成で配置されている静止部材５２及び回転部材５４を含んでいる。回転部材５４は、軸５６の周りで静止部材５２に対して回転する。例として述べると、静止部材５２が単純にステータ（固定子）を表わし、回転部材５４がロータ（回転子）を表わしていてよく、両方がガントリ（例えば図１０及び図１２を参照されたい）のような共通の枠組に結合されていてよい。静止部材５２は静止心材５８を有し、回転部材５４は回転心材６０を有する。静止心材５８及び回転心材６０は、それぞれ対応する内側面６４及び外側面６６を有する。内側面６４及び外側面６６は空隙６２によって離隔されており、互いに相手の方を向いており、互いに近接して回転する。

静止心材５８及び回転心材６０は、互いに対して整列し互いに向かって開口して軸５６を中心とした円筒形態様又は管状態様で延在するＥ字形断面を有する。静止心材５８のＥ字形断面は、内側面６４に切削されて中央脚７２によって離隔されている平行な巻線溝６８を含んでいる。巻線溝６８及び中央脚７２は軸５６に向かって内側を向いており、軸５６の周りで円周方向に延在している。回転心材６０は、外側面６６に切削されて中央脚７４によって離隔されている平行な巻線溝７０を含んでいる。巻線溝７０及び中央脚７４は、軸５６から離隔するように外側を向いており、軸５６の周りで円周方向に延在している。

静止心材５８は、巻線溝６８の内部に設けられて中央脚７２の周りに巻回されている一次巻線７６を収容している。一次巻線７６は、巻線溝６８内部で内側面６４の完全な円周を巡ってループしている。一次巻線７６は巻線溝６８の一方で一方向に巻回されており、巻線溝６８の他方で反対方向に戻ってループしている。回転心材６０は、巻線溝７０の内部に設けられて中央脚７４の各区画の周りに巻回されている二次巻線７８を収容している。二次巻線７８は、二次巻線溝７０内で反対方向にループし又は巻回している別個の小区画巻線に分割されている。回転心材６０及び二次巻線７８は、円弧状切片８２及び８４に分割されている。各々の円弧状切片８２及び８４は、別個の独立した二次小区画巻線を含んでいる。各々の二次小区画巻線は、進み経路７８ａ及び戻り経路７８ｂを含んでいる。進み経路７８ａ及び戻り経路７８ｂは、一次巻線６８から実質的に等しい距離に隔設されている。一次巻線６８と、進み経路７８ａ及び戻り経路７８ｂとの間の距離は、空隙６２の厚み又は幅に対応している。進み経路７８ａ及び戻り経路７８ｂは、回転心材６０の外側面６６の輪郭線によって画定されこの輪郭線に沿って位置する共通の曲面又は円筒形平面内に構成されている。尚、図１の例では、静止回転部材５２及び５４の半部を示しているが、他方の半部も同様の構造となっていることを理解されたい。このように、図１の例では、回転心材６０は、回転心材６０の約９０°分を各々構成する４個の円弧状切片を含む。

心材から幾分かの距離では外部磁場は極く小さく、これにより、データ取得システムを含む回転電子回路との磁気的干渉及び電気的干渉は限定される。磁場は、一次巻線７６と二次巻線７８との間の磁場相殺によって心材から幾分かの距離では小さくなっている。Ｅ字形心材構成での磁場相殺は、一次巻線の戻り経路及び各々の二次小区画巻線を互いに直に隣接するように配置することにより達成され、一次巻線及び二次巻線によって形成される各平面（平坦な平面又は曲面）は、空隙６２のみによって離隔されて互いに対向し合う。

図２は、代替的な実施形態に従って形成される無接点電力伝達システム１５０を示す。システム１５０は、互いに近接して配置されて軸１５６に垂直に延在する平行な平面に面する静止部材１５２及び回転部材１５４を含んでいる。回転部材１５４は、軸１５６を中心として、静止部材１５２を含む平面に平行に整列した平面内で静止部材１５２に対して回転する。例として述べると、静止部材１５２が単純にステータを表わし、回転部材１５４がロータを表わしていてよい。静止部材１５２は静止心材１５８を有し、回転部材１５４は回転心材１６０を有する。静止心材１５８及び回転心材１６０は、空隙１６２によって離隔されており、互いに相手の方を向いて互いに近接して回転する開放対向面１６４及び１６６をそれぞれ有する。静止心材１５８及び回転心材１６０は、対応する平行な平面に沿って延在している。

静止心材１５８及び回転心材１６０は、互いに整列して対向し合っているＥ字形断面を有する。静止心材１５８のＥ字形断面は、面１６４に切削されて中央脚１７２によって離隔されている平行な巻線溝１６８を含んでいる。巻線溝１６８及び中央脚１７２は、軸１５６を中心として延在しており、静止心材１５８を含む平面内に位置している。回転心材１６０は、面１６６に切削されて中央脚１７４によって離隔されている平行な巻線溝１７０を含んでいる。巻線溝１７０及び中央脚１７４は、軸１５６を中心として延在しており、静止心材１６０を含む平面内に位置している。

静止心材１５８は、巻線溝１６８内に設けられて中央脚１７２の周りに巻回されている一次巻線１７６を収容している。一次巻線１７６は、軸１５６を中心として面１６４に沿って延在し、静止心材１５８を含む平面と整列している。一次巻線１７６は、巻線溝１６８の一方で一方向に巻回されており、巻線溝１６８の他方で反対方向に戻ってループしている。回転心材１６０は、巻線溝１７０内に設けられて中央脚１７４の各区画の周りに巻回されている二次巻線１７８を収容している。二次巻線１７８は、各二次巻線溝１７０において相反する方向に巻回されている。回転心材１６０及び二次巻線１７８は、円弧状切片１８２及び１８４に分割される。各々の円弧状切片１８２及び１８４は、別個の独立した二次小区画巻線を含んでいる（このことについては後に改めて説明する）。各々の二次小区画巻線１７８は、進み経路１７８ａ及び戻り経路１７８ｂを含んでいる。進み経路１７８ａ及び戻り経路１７８ｂは、一次巻線１７６から実質的に等しい距離（空隙１６２の幅に対応する距離）に隔設されている。進み経路１７８ａ及び戻り経路１７８ｂは、回転心材１６０の面１６６によって画定されてこの面１６６に沿って位置する共通の平坦な平面内に整列している。

図１と関連して上で述べたように、回転心材１６０から幾分かの距離では外部磁場は極く小さい。図２の構成では、磁場は、一次巻線１７６と二次巻線１７８との間の磁場相殺によって心材から幾分かの距離では小さくなっている。Ｅ字形心材構成での磁場相殺は、この構成が、一次巻線及び二次巻線の戻り経路を互いに直に隣接して空隙１６２によってのみ離隔されるように配置した場合に、極めて実質的なものとなる。

図３は、図２の無接点電力伝達システム１５０の静止心材１５８の前面図を示す。図３は、静止心材１５８及び巻線溝１６８をさらに分かり易く示している。各巻線溝１６８は中央脚１７２によって離隔されている。巻線溝１６８及び中央脚１７２は、回転軸１５６（図３の紙面から外へ延在する単一の点として示されている）を中心とした同心円として構成されており、共通の平面（図３の紙面の平面によって表わされる）内に整列している。一次巻線１７６は、図３の矢印によって示す方向に延在する第一の部分又は部分ループ１８６と、同様に矢印によって示す反対方向に延在する第二の部分又は部分ループ１８８とを含んでいる。中央脚１７２は、その内部に横断切削されて巻線溝１６８の間に延在する橋架け切り取り部１９０を有している。切り取り部１９０は、内側及び外側の巻線収容切込み１６８の間での一次巻線１７６の移行によって閉ループが形成されることを可能にしている。図３には、一次巻線１７６として単線を示しているが、多数の個別のワイヤを巻線溝１６８の内部に巻回して、一次巻線１７６を集合的に画定してもよいことが理解されよう。

図４は、図２の無接点電力伝達システム１５０の回転心材１６０の前面図を、回転部材１５４（図２）に設けられている信号調整モジュール２００の模式的表現と共に示す。図４は、回転心材１６０及び巻線溝１７０をさらに分かり易く示している。巻線溝１７０は中央脚１７４によって離隔されており、回転軸１５６（図４の紙面から外へ延在する単一の点として示されている）を中心とした同心円として構成されている。巻線溝１７０及び中央脚１７４は、共通の平坦な平面又は曲面（図４の紙面の平面によって表わされる）内に構成されている。中央脚１７４は分断されて、隣り合った円弧状切片１８２〜１８５を形成している。

二次巻線１７８は、不連続な隣り合った円弧状切片１８２〜１８５に位置する別個の独立した小区画巻線１９２〜１９５を含んでいる。各々の円弧状切片１８２〜１８５は、橋架け切り取り部１９６によって離隔された中央脚１７４の部分を含んでいる。各々の円弧状切片１８２〜１８５は、小区画巻線１９２の対応する一つを含んでいる。各々の小区画巻線１９２は、矢印によって示されている方向に延在する第一の部分１９８（進み経路に対応する）と、矢印によって示されている方向に延在する第二の部分１９９（戻り経路に対応する）と、対向端部１８９及び１９１とで閉ループを形成している。電流の方向は反転していてもよい。各々の閉ループは、一つの円弧状切片１８２〜１８５の内部に完全に収まっている。各々の小区画巻線１９２の閉ループは対向端部１８９及び１９１を有し、これらの端部１８９及び１９１は、隣接する小区画巻線１９２の端部１８９及び１９１に近接して位置する。図４の例では、各々の小区画巻線１９２は、回転心材１６０の別個の独立した円弧状切片１８２〜１８５の全体に延在している。また、小区画巻線１９２は、軸１５６を中心として長円形又は楕円形の経路に沿って位置する。選択随意で、巻線１９２は、互いに重なり合っていてもよいし、且つ／又はフレアー型若しくは渦巻型の態様で配向されていてもよい。例えば、渦巻型構成は、一方の端部１８９を軸１５６に近接して配置し、小区画巻線１９２が軸１５６を中心として曲線を描くのに伴い小区画巻線１９２が軸１５６から遠ざかる渦を成すものである。そして、端部１９１は、軸１５６から端部１８９よりも半径方向に遠くに配置される。

各々の小区画巻線１９２は、対応する信号調整モジュール２００に接続されている。例として述べると、各々の信号調整モジュール２００は、整流器及び倍電圧器等を含んでいてよい。信号調整モジュール２００は、回転部材１５４に設けられ、回転部材１５４の周りに分配されており、対応する小区画巻線１９２の出力リードに電気的に結合されている。信号調整モジュール２００は、互いに直列に電気的に接続されて、高電圧出力２０２を集合的に発生する。図４の例では、信号調整モジュール２００は、高電圧出力２０２（例えば１６０ｋＶのＤＣ信号）を集合的に発生する整流器及び倍電圧器回路を含んでいる。

図４の例では、円弧状切片１８２〜１８５は、中央脚１７４の周りに９０°増分で等間隔に配置されている。選択随意で、円弧状切片１８２〜１８５は、互いに対して寸法／長さが異なっていてよい。代替的には、４個よりも少ない又は４個よりも多い切片１８２〜１８５を用いてもよい。

図５は、平行な平面に構成された単純化した一次巻線２７６及び単一の二次小区画巻線２９２の断面レイアウト、並びに二次小区画巻線２９２の前面図を示す。二次小区画巻線２９２は、一次巻線２７６に近接して回転心材２６０の円弧状の部分として保持されている。二次巻線２７８は、高電圧絶縁体２８１によって包囲されている導電性ワイヤ２７９を含んでいる。ワイヤ２７９及び絶縁材２８１の１又は複数のループで一つの小区画巻線２９２を形成することができる。回転心材２６０が静止心材２５８に対して回転するときにも、一次巻線２７６及び二次小区画巻線２９２は、互いに近接して空隙２６２のみによって離隔された状態に留まる。

図６は、回転心材２６０を装着した円板２５５を含む回転部材２５４の側面図を示す。回転心材２６０は円板２５５の第一の面に設けられており、信号調整モジュール２５７は円板２５５の裏面に設けられている。信号調整モジュール２５７は、小区画巻線出力リード２５９を介して二次小区画巻線２９２に接続されている。例として述べると、小区画巻線出力リード２５９を介して供給される電圧は４０ｋＶＡＣであってよく、次いで、信号調整モジュール２５７によって４０ｋＶＤＣへ変換される。

図７は、代替的な実施形態に従って形成される無接点電力伝達システム３５０の側面図を示す。システム３５０は、静止部材３５２及び回転部材３５４を含んでいる。静止部材３５２は、内側静止心材３５８及び外側静止心材３５９を保持する静止円板３０２を含んでおり、静止心材３５８及び３５９は互いに対して同心状に、軸３５６に垂直に延在する平面内に配置されている。静止心材３５８及び３５９はＥ字形であって、同心円状に構成されている対応する内側一次巻線３７６及び外側一次巻線３７７を収容している。回転部材３５４は、軸３５６に垂直な平面内で軸３５６を中心として回転するように構成されている回転円板３０４を含んでいる。回転円板３０４は、静止円板３０２に直に隣接して配置されて、静止円板３０２に対して回転する。回転円板３０４は、空隙３６２によって静止円板３０２から離隔されている。回転円板３０４は、内側二次巻線３７８及び外側二次巻線３７９を収容している内側回転心材３６０及び外側回転心材３６１を含んでおり、巻線３７８及び３７９の各々が複数組の小区画巻線に分割されている。

図８は、回転円板３０４の前面図を示す。回転円板３０４は、開いた中央域３０５を設けた円形である。図８は、互いに対して半径方向に同心状に構成されている内側回転心材３６０及び外側回転心材３６１をさらに分かり易く示している。内側回転心材３６０は半径方向に同心状の一対の巻線溝３０９を含んでおり、外側回転心材３６１は、半径方向に同心状の一対の巻線溝３１１を含んでいる。内側回転心材３６０の巻線溝３０９は、内側二次巻線３７８を集合的に形成するワイヤ３０８を収容している。ワイヤ３０８は、内側回転心材３０８の各部分の周りに巻回されて、小区画巻線３１４〜３１７を形成している。内側心材３０８は、中央脚３２０を円弧状切片に分割する橋架け切り取り部又は間隙３１８を含んでおり、各円弧状切片の周りに、対応する小区画巻線３１４〜３１７が形成されている。各々の小区画巻線３１４〜３１７は、それぞれ対応する信号調整モジュール３２２〜３２５に接続されている。信号調整モジュール３２２〜３２５は、対応する小区画巻線３１４〜３１７に誘導された信号の整流、増倍及びフィルタリングのような様々な作用を果たすことができる。

図８の例では、外側回転心材３６１もまた、中央脚３３０の各部分の間の間隙３２８において分割されている。ワイヤ３１２は、中央脚３３０の対応する各部分の周りを巻回しており間隙３２８において交差する小区画巻線３３２〜３３５に分割されている。各々の小区画巻線３３２〜３３５は、整流、増倍及びフィルタリング等を実行する対応する信号調整モジュール３４０〜３４３に接続されている。選択随意で、小区画巻線の区画数及び間隔を変えてよい。例えば、内側回転心材３６０が２区画のみの小区画巻線を含んでいても、４区画よりも多い小区画巻線を含んでいてもよい。同様に、外側回転心材３６１が２区画の小区画巻線を含んでいても、４区画よりも多い小区画巻線を含んでいてもよい。図８の例では、内側心材３６０及び外側心材３６１内の小区画巻線の区画数は、各々の心材で４区画の小区画巻線となっており、相等しい。しかしながら、選択随意で、外側回転心材３６１が、内側回転心材３６０に設けられている小区画巻線よりも少ない又は多い小区画巻線を有していてもよい。

図８の例では、小区画巻線３１４〜３１７と小区画巻線３３２〜３３５とを組み合わせて、Ｘ線源を駆動するのに用いられるような高電圧出力信号を形成している。しかしながら、選択随意で、内側回転心材３６０及び外側回転心材３６１の一方のみを用いて高電圧出力信号を発生してもよい。この例では、外側回転心材３６１を用いて高電圧出力信号を発生することができ、内側回転心材３６０を用いて、外側回転心材３６１の出力信号とは異なる別個の低電圧出力信号を形成する。一例として、外側回転心材３６１は１００，０００ボルト以上の高電圧信号を発生することができ、内側回転心材３６０は１，０００ボルト以下の低電圧信号を発生する。選択随意で、内側回転心材３６０は、低電圧出力信号を発生するのに用いられるときには、小区画巻線に分解されずに単一の巻線を含んでいてもよい。低電圧出力信号は、回転円板３０４_Toc513457888に装着されている電子回路を駆動するのに用いることができる。

図９は、無接点電力伝達システム４００の模式図を示し、このシステム４００では、ＤＣ電圧源４０２に、入力されたＤＣ電圧をＡＣ電圧へ変換する電圧インバータ４０４が接続されている。電圧インバータ４０４からの出力は、共振構成部品４０６を通過してシステム４００の静止部分４０８に達する。共振構成部品４０６は、倍電圧器４１０及び共振キャパシタ４１２を含み得る。共振キャパシタ４１２は、システム４００の一次側に設けられている。静止部分４０８は、静止心材（上述したようなもの）に保持されている一次巻線４１４を含んでいる。

システム４００はさらに、回転心材を含む回転部分４２０を含んでいる（図１〜図８と関連して上述した）。回転部分４２０は円弧状部分に分割されており、各々の円弧状部分が、独立した小区画巻線４２２を収容している。各々の小区画巻線４２２は、対応する信号調整モジュール４２４に電気的に接続されている。信号調整モジュール４２４は、高電圧構成部品４２８（例えばＸ線源等）に供給されるように構成されている高電圧出力４２６を発生するように直列で接続されている。一次巻線４１４及び二次小区画巻線４２２は協働して、ブロック４３０内に示すような回転変圧器を集合的に画定している。

図１０及び図１１は、回転式ガントリ１５を含む計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１４を示す。ガントリ１５は、ガントリ支持部１６に配置されてＸ線管１７を有し、Ｘ線管１７は、Ｘ線ビーム１８をガントリ１５の反対側に設けられている検出器アレイ１９に向かって投射する。ガントリは回転するように設計され、このようなものとして、回転面として画定される一方、支持部は回転せず、このようなものとして、静止面として画定される。ガントリ１５は、図１〜図９と関連して上で説明したような無接点電力伝達システムを具現化している。回転台は、患者２２の周りでの回転時にＸ線管１７及び他の補助的な構成部品（図示されていない）を支持するように設計されている。当業者は、本発明の実施形態がガンマ線及び他のＨＦ電磁エネルギの投影及び検出にも応用可能であることを認められよう。

検出器アレイ１９は、複数の検出器素子２０によって形成されており、検出器素子２０は一括で、患者２２を透過した投射Ｘ線を感知する。各々の検出器素子２０は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って患者２２を透過して減弱したビームの強度を表わす電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１５及びガントリ１５に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。

ガントリ１５の回転及びＸ線源１７の動作は、ＣＴシステム１４の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１７に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１５の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。

コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、電動式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２及びガントリ１５を配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部をガントリ開口４８を通して移動させる。

図１２は、本発明の一実施形態に従って形成される無接点電力伝達システムを組み入れた小荷物／手荷物検査システム１００を示す。システム１００は、内部に開口１０４を有する回転式ガントリ１０２を含んでおり、開口１０４を通して小荷物又は手荷物が通過することができる。回転式ガントリ１０２は高周波電磁エネルギ源１０６及び検出器アセンブリ１０８を収容している。コンベヤ・システム１１０も設けられており、コンベヤ・システム１１０は、構造１１４によって支持されたコンベヤ・ベルト１１２を含んで、小荷物又は手荷物１１６を走査のために開口１０４に自動的に連続的に通過させる。対象１１６をコンベヤ・ベルト１１２によって開口１０４に供給し、次いで、撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト１１２が小荷物１１６を開口１０４から取り除くことを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物扱い作業者及び他の保安人員が、爆発物、刃物、銃器及び密輸品等について小荷物１１６の内容を非侵襲的に検査することができる。

例えば、二次巻線当たり２回巻きのみを用いることができる。代替的には、約１６０ｋＶＤＣを発生するために、二次小区画巻線当たり約１００回巻きとしてもよい（２回巻きの一次巻線及び４区画の二次小区画巻線を想定している）。また、心材の周りには複数の整流器／倍電圧器が配置されている。幾つかの実施形態では、これらの整流器／倍電圧器は９０°間隔で配置され得るが、他の間隔を用いてもよい。以下の式は巻き数の関係を示すものである。

Ｖ_ｏｕｔ＝２・Ｖ_ｉｎ・（二次巻き数／一次巻き数）・＃ｓｅｃ
Ｖ_ｏｕｔ＝２・４００［Ｖ］・（１００／２）・４＝１６０［ｋＶ］
ここで、２という係数は、電圧整流器／倍電圧器回路の効果によるものである。

二次小区画巻線の区画数（＃ｓｅｃ）を増すことにより、各々の巻線でのＡＣ電圧が低下し、これにより、接地又は他の回路への高周波容量負荷を軽減する。例えば、＃ｓｅｃ＝４の場合には、各々の区画の巻線には４０ｋＶＡＣ（インバータ周波数にある）が存在し得る。選択随意で、二次小区画巻線の区画数を増加させてもよい（例えば＃ｓｅｃ＝８）。８区画の二次小区画巻線の場合には、各々の区画の巻線に２０ｋＶＡＣのみ存在していればよく、これにより、容量電流が２分の１だけ減少する。

上の例では、巻線は、方位方向に巻回されて、Ｅ字形高透磁性材料（例えばＥ字形フェライト心材）の中央脚の周りでループし、巻線によって形成される平面（又は曲面）が互いに面するようにしている。上述の幾何学的構成の幾つかのものは、一次巻線と二次巻線との間の距離を最小化し、一次巻線と二次巻線との間の磁場相殺を最大化して、変圧器漏れインダクタンスを低減する。迷走ＥＭＩは巻線の近傍に限定される。絶縁材が、二次小区画巻線の高電圧電位をＥ字形心材から離隔する。絶縁材の外側に導電層を設けて、安全のために接地電位に取り付けてもよい。遮蔽体は、導電性ループを形成しないように分断される。

以上に述べた無接点電力伝達システムは、接点スリップ・リング、ブラシ、これに伴う塵及び摩耗をなくすと共に予防保守を不要にし、結果として有利な経費節減を行なうことができる。また、これにより、ガントリ又はシステムの回転フレームからの質量が直ちに減少する。また、釣合い錘を回転フレームから省くことができる。ＨＶタンクを不要にすると、回転部材にさらに空間的余裕ができ、さらに一様に釣り合ったガントリを提供するように片持ち梁式構成部品が不要になる。さらに多くの経費低減が、フレームの静止面へのインバータ（１又は複数）及び補助のＤＣ−ＤＣコンバータの配置から得られる。さらに、回転変圧器に多数の二次巻線を設けることにより、システムの複雑さ、部品の数及び容積が減少する。このシステムは、インバータの出力リードと回転変圧器心材の構成とでインピーダンスを分割した結果として、減少した輻射電磁放出を与える。

以上の実施形態は、心材がＥ字形断面を有するものとして記載されているが、選択随意で他の断面を用いてもよい。例えば、心材がＣ字形断面又はＵ字形断面を有し、Ｃ字形心材又はＵ字形心材の対向端の柱の一方又は両方に二次小区画巻線が巻回されていてもよい。

様々な特定の実施形態によって本発明を説明したが、当業者は、特許請求の範囲の要旨及び範囲内に属する改変を施して所載の実施形態を実施し得ることを認められよう。

本発明の一実施形態に従って形成される無接点電力伝達システム用の回転変圧器を示す図である。本発明の代替的な実施形態に従って形成される無接点電力伝達システム用の回転変圧器を示す図である。図２の回転変圧器の一次巻線を示す図である。図２の回転変圧器の二次巻線を示す図である。本発明の一実施形態に従って形成される単純化した二次巻線の前面及び断面のレイアウトを示す図である。本発明の一実施形態に従って形成される二次巻線及び整流器／倍電圧器モジュールの側面断面図である。本発明の代替的な実施形態に従って形成される無接点電力伝達システム用の回転変圧器を示す図である。図７の回転変圧器の二次巻線を示す図である。本発明の一実施形態に従って形成される無接点電力伝達システムの模式的な回路図である。本発明の一実施形態による無接点電力伝達システムを具現化する計算機式断層写真法（ＣＴ）システムを示す図である。図１０の計算機式断層写真法システムのブロック図である。本発明の一実施形態による無接点電力伝達システムを具現化する手荷物走査システムを示す図である。

符号の説明

１４計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１５ガントリ
１６支持部
１７Ｘ線管
１８Ｘ線
１９検出器アレイ
２０検出器
２２患者
２４回転中心
２６制御機構
２８Ｘ線制御器
３０ガントリ・モータ制御器
３２データ取得システム（ＤＡＳ）
３４画像再構成器
３６コンピュータ
３８大容量記憶装置
４０コンソール
４２陰極線管表示器
４４テーブル・モータ制御器
４６テーブル
４８ガントリ開口
５０システム
５２静止部材
５４回転部材
５６軸
５８静止心材
６０回転心材
６２空隙
６４内側面
６６外側面
６８巻線溝
７０巻線溝
７２中央脚
７４中央脚
７６一次巻線
７８二次巻線
８２円弧状切片
８４円弧状切片
１００システム
１０２回転式ガントリ
１０４開口
１０６高周波電磁エネルギ源
１０８検出器アセンブリ
１１０コンベヤ・システム
１１２コンベヤ・ベルト
１１４構造
１１６小荷物又は手荷物
１５０無接点電力伝達システム
１５２静止部材
１５４回転部材
１５６軸
１５８静止心材
１６０回転心材
１６２間隙
１６４面
１６６面
１６８巻線溝
１７０巻線溝
１７２中央脚
１７４中央脚
１７６一次巻線
１７８二次巻線
１８２円弧状切片
１８４円弧状切片
１８５円弧状切片
１８６第一の部分又は部分ループ
１８８第二の部分又は部分ループ
１８９端部
１９０切り取り部
１９１端部
１９２小区画巻線
１９５小区画巻線
１９６橋架け切り取り部
１９８第一の部分
１９９第二の部分
２００信号調整モジュール
２０２高電圧出力
２５４回転部材
２５５円板
２５７信号調整モジュール
２５８静止心材
２５９小区画巻線出力リード
２６０回転心材
２６２空隙
２７６一次巻線
２７８二次巻線
２７９導電性ワイヤ
２８０信号調整モジュール
２８１絶縁体
２９２二次小区画巻線
３０２静止円板
３０４回転円板
３０５中央域
３０８ワイヤ又は内側心材
３０９巻線溝
３１１巻線溝
３１２ワイヤ
３１４小区画巻線
３１７小区画巻線
３１８橋架け切り取り部又は間隙
３２０中央脚
３２２信号調整モジュール
３２５信号調整モジュール
３２８間隙
３３０中央脚
３３２小区画巻線
３３５小区画巻線
３４０信号調整モジュール
３４３信号調整モジュール
３５０システム
３５２静止部材
３５４回転部材
３５６軸
３５８静止心材
３５９静止心材
３６０内側回転心材
３６１外側回転心材
３６２空隙
３７６内側一次巻線
３７７外側一次巻線
３７８内側二次巻線
３７９外側二次巻線
４００システム
４０２電圧源
４０４電圧インバータ
４０６共振構成部品
４０８静止部分
４１０倍電圧器
４１２共振キャパシタ
４１２共振キャパシタ
４１４一次巻線
４２０回転部分
４２２小区画巻線
４２４信号調整モジュール
４２６高電圧出力
４２８高電圧構成部品
４３０ブロック

Claims

電源から第一の電圧にある電力を受け取るように構成されている電力入力を含む静止部材（１５２）と、
該静止部材（１５２）に回転自在に結合されている回転部材（１５４）と、
一次側及び二次側を有する回転変圧器（１５０）であって、前記一次側は、前記静止部材（１５２）に配設されており、前記電力入力から前記第一の電圧にある電力を受け取るように構成されている一次巻線（１７６）を有し、前記二次側は、前記回転部材（１５４）に配設されており、前記第二の電圧にある電力を発生するように構成されており、前記二次側は、回転心材（１６０）、及び該回転心材（１６０）の周りに円周方向に配設されている別個の複数の二次小区画巻線（１９２）を有しており、前記回転心材（１６０）及び小区画巻線（１９２）は、前記静止部材（１５２）に配設されている前記一次巻線（１７６）に近接して該一次巻線（１７６）に対して回転する、回転変圧器（１５０）と、
を備え、
前記小区画巻線（１９２）の各々が、電力を出力する対応する小区画巻線出力リード（２５９）を有し、前記小区画巻線出力リード（２５９）からの前記電力は、前記二次側から出力される高電圧電力を形成するように直列に結合される、
無接点電力伝達システム。
前記回転部材（１５４）に配設されている高電圧（ＨＶ）構成部品（２００）をさらに含んでおり、前記二次側は、高電圧にある前記電力を前記ＨＶ構成部品（２００）に供給する、請求項１に記載の電力伝達システム。
前記回転心材（１６０）は、円弧状四半部（１８２〜１８５）に分割されてＥ字形断面を含んでおり、前記小区画巻線（１９２）の各々は、前記円弧状四半部（１８２〜１８５）の別個の対応する一四半部の周りに巻回されている、請求項１または２に記載の電力伝達システム。
前記静止部材（１５２）及び前記回転部材（１５４）を互いに結合するガントリ（１５、１０２）をさらに含んでいる請求項１乃至３のいずれかに記載の電力伝達システム。
前記小区画巻線（１９２）の対応する一区画の巻線の出力リード（２５９）に各々接続されている別個の信号調整モジュール（２５７）をさらに含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載の電力伝達システム。
前記小区画巻線（１９２）の各々が、低電圧にある電力を出力する対応する小区画巻線出力リード（２５９）を有し、前記低電圧は、前記電力が前記二次側から出力されるときの前記第二の電圧よりも低い、請求項１乃至５のいずれかに記載の電力伝達システム。
前記ガントリが、前記高電圧電力により駆動されるＸ線源と、前記Ｘ線源からのＸ線ビーム受ける検出器とを備えている、請求項４に記載の電力伝達システム。
前記小区画巻線（１９２）の各々が、電力を出力する対応する小区画巻線出力リード（２５９）を有し、前記小区画巻線（１９２）の一区画の巻線からの前記電力は、前記第二の電圧として前記二次側により出力される前記電力に相当する、請求項１乃至５のいずれかに記載の電力伝達システム。
前記回転部材（１５４）に配設されており該回転部材（１５４）の周りに等分に分配されている別個の倍電圧器／整流器回路（２００）をさらに含んでおり、該別個の倍電圧器／整流器回路（２００）は前記別個の小区画巻線（１９２）に接続されている、請求項１乃至８のいずれかに記載の電力伝達システム。
前記小区画巻線（１９２）の各々に接続されている別個の倍電圧器／整流器回路（２００）をさらに含んでいる請求項１乃至９のいずれかに記載の電力伝達システム。