JP5004592B2 - 移動側システムと固定側システムとを備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１のシステム、特に固定部と、第１のシステムに対して移動する第２のシステム、特に回転部と、第１のシステムに付設された第１の基準電位発生部と、第２のシステムに付設された第２の基準電位発生部と、両基準電位発生部を電位結合するための結合手段とを備えた装置に関する。

例えばコンピュータ断層撮影装置の如き医用大型装置のような、固定側システムと移動側システムとを備えた大型装置、あるいは大型発電機においては、固定側システムから移動側システムへのデータ伝送およびその逆のデータ伝送が必要である。このようなデータ伝送を、例えば直流結合または静電容量結合を介して可能にするためには、両システムがそれぞれできるだけ等しい電位を有する基準フレームを持つことが必要である。差動データ伝送の場合にも、このような電位一様性が有利である。なぜならば、最大許容コモンモードレベルおよび周波数に依存するコモンモード抑制に基づいて、データ伝送をなおも可能にする電位差に制約が加えられるからである。両システムにおける電位差は、両基準系の接続インピーダンスにおける電流の流れによってひき起こされる。この電流の流れは、例えば、移動側システムにエネルギーを供給する電源によって寄生静電容量を介してひき起こされる。

両基準フレームを結合するために、スリップリングを使用すること、あるいは導電性の軸受または縦材を使用することは知られている。移動側システムの移動行程が限定されている場合、例えば移動可能な導体が使用される。しかしながら、スリップリング接続はカーボンおよび走行軌道を磨耗させて周辺汚染を招く。玉軸受は不十分な結合をもたらし得る。移動可能な導体は破損しやすい。

本発明の課題は、基準電位発生部の持続的で確実な電位結合を可能にする、固定側システムとこれに対して移動可能なシステムとを備えた装置を提供することにある。

この課題は、本発明にしたがって、結合手段が、機械的に無接触に電位結合する場結合要素を有する冒頭に述べた装置によって解決される。磨耗なくかつメンンテナンスフリーの基準電位結合が実現可能であり、これは、特に移動側システムの無接触のエネルギー供給およびデータ伝送に関連して有利である。静止側システムつまり固定部の基準電位発生部はアースされていると望ましく、あるいはそれ自体が電気アースであってよい。移動側システムつまり回転部の基準電位発生部はアースに相当するが、しかし電気アースへの直接の接触はなく、その電位はアース電位に等しくする必要はない。結合手段は回転部の基準電位発生部と導電接続されていると好ましい。

場結合要素とは、例えば電場または磁場のような場を介する電気量または磁気量の結合、特に電位の結合を可能にする手段である。電位結合によって、両基準電位は任意に互いに結合され、例えば一方の電位が他方の電位に対して影響を持つことができ、特に電位が互いに関係させられる。本発明は、特に多くのデータ量が回転部から固定部へおよびその逆に伝送されるコンピュータ断層撮影装置への使用に適している。しかしながら、本発明は、あらゆる回転機や、固定部に対して相対的に回転部が回転移動または並進移動する装置にも適している。

結合に使用される場は、誘導性結合要素の使用のもとでの磁場であってもよい。しかしながら、結合の場としての特に高周波の磁場を構成することは、ある程度のエネルギーを必要とし、したがって比較的高いインピーダンスを生じる。低インピーダンスでの結合は電場の使用によって達成される。このために場結合要素は静電容量要素、特にコンンデンサが好ましい。低インピーダンスによって電位結合が特に高速で制御可能であり、それゆえ特に高周波に、とりわけデータ伝送周波数範囲内の周波数に適している。コンデンサに電圧を印加してコンデンサに結合電場を形成することによって、移動側システムの基準電位が影響を受ける。

特に簡単で有効な装置においては、結合手段が少なくとも部分的に回転部の外壁に、特に外壁の外側に配置されている。特に、静電容量要素が回転部と固定部とにおいて対向している２つの金属面を有するならば、特に簡単に大面積の静電容量要素が得られる。

本発明の他の有利な実施態様において、装置は基準電位発生部間の電位差を表す測定量を測定するための測定手段を含む。基準電位発生部間の望ましくない電位差を認識し、これを抑制することができる。測定量は、基準電位発生部間の電位差を、例えば直接比例にて直接的に表していてもよいし、あるいは、例えば他の量で間接的に表していてもよい。

確実で障害のない電位差検出は、第１の基準電位発生部に対する電位差を測定量として検出するための測定手段が設けられている場合に達成可能である。この場合に第１の基準電位発生部は直接にアースされているか、もしくは固定のフレームに接続されている。電位差は、基準電位発生部に対する電圧の測定によって直接的に測定可能である。電位差が測定要素、例えば静電容量要素から流れる電流もしくは静電容量要素へ流れる電流の測定によって測定されるならば、基準電位発生部間の電位差の特に急な変化を良好に検出することができる。

測定手段が場結合要素と原理的に等しく構成された測定要素を有するならば、したがって、例えば場結合要素および測定要素をコンデンサつまり静電容量として構成するならば、特に簡単で確実に高い電位結合を達成することができる。

特に簡単な実施態様においては、結合手段が直接に静止側つまり固定側システムの基準電位発生部に導電接続されている。これに対して、測定手段が第１の基準電位発生部に対して減結合するための分圧コンデンサを有するならば、測定が簡単である。分圧コンデンサは基準点側コンデンサとして構成されているとよく、容量性測定分圧器として役立つ。代替として、測定手段が高インピーダンス測定増幅器によって基準電位発生部から減結合される。

回転部と固定部との間に結合手段、例えば結合コンデンサを構成する場合、限られた電極面積と、機械的公差のために大きな電極相互間隔とに制約されて、静電容量値は比較的僅かである。これによって大きなインピーダンスが生じ、このインピーダンスはこれに起因する大きな電流のために障害的に作用する。装置が場結合要素に供給される結合量（場結合要素に与えられる電圧または電流）を増幅するための増幅手段を有するならば、インピーダンスを僅かに保つことができる。これによって、例えば場結合要素の有効静電容量を増加させることができる。

結合手段の結合量を調整するための調節装置により、基準電位発生部間の電位平衡が特に簡単に自動的に行なわれる。結合量は調節の操作量であってよい。例えば調節装置の後に増幅手段が接続されているならば、結合量は、調節装置によって他の操作量を介して間接的に操作される。制御量は、基準電位発生部間の電位差もしくは電位差に直接的または間接的に関連する測定量であるとよい。

調節装置は、結合手段および／または測定手段の静電容量の変化を補償するように構成されていると好ましい。これによって、静電容量の変化は固定側システムと移動側システムとの間の電位差をできるだけ小さく保つという目的に影響しない。

図面に示されている実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１はコンピュータ断層撮影装置２を非常に単純化した回路図を示す。

コンピュータ断層撮影装置２は固定側システム４および移動側システム６を含み、移動側システム６は動作時に静止している固定側システム４に対して相対的に毎秒３回転で回転する。固定側システム４は、固定側システム４に対して相対的に回転する移動側システム６の回転可能に支持するための図示されていない軸受を有する。更に、固定側システム４には、交流電流発生のための少なくとも１つのインバータ８が存在する。導体装置１０により、交流電流が無接触のエネルギー伝送装置１２へ導かれる。エネルギー伝送装置１２は、固定側システム４に少なくとも１つのコイル１６を有する１次側１４と、移動側システム６に少なくとも１つのコイル２０を有する２次側１８とを含む。誘導結合によって電気エネルギーを交番磁場により１次側１４から２次側１８へ伝送し、Ｘ線管または検出器装置のような負荷２２の給電に使用することができる。固定側システム４と移動側システム６との間の情報伝送のために、固定側システム４における第１ユニット２６と移動側システム６における第２ユニット２８とを有するデータ伝送装置２４が設けられ、両ユニット２６，２８は無接触で動作する伝送手段３０により接続されている。

固定側システム４の各機器に一様な動作電位を得るために、これらの機器は、適切なユニット３４によりアースに接続されている第１の基準電位発生部３２に接続されている。このようにして、これらの機器は基準電位としてのアースに接続されている。移動側システム６は同様に基準電位発生部３６を含む。しかし、基準電位発生部３６は、移動側システム６の移動自由度のために、固定側システム４の基準電位発生部３２と直接に電気的に接続されておらず、むしろアースとは異なり得る固有の基準電位を定める。

コンピュータ断層撮影装置２は、動作中に、実際の静電容量のほかに寄生静電容量３８〜５４を有し、これらの寄生静電容量３８〜５４には流れる電流によって電位が形成される。これらの静電容量３８〜５４は、これらが属するシステム４，６の基準電位に影響し、データ伝送装置２４による情報伝達が妨害または不能にされるほど移動側システム６の基準電位の電位変動をひき起こし得る。この問題を僅かに保つために、移動側システム６は外面に約２０ｃｍ×５０ｃｍの大きな金属面５６を有し、この金属面５６は固定側システム４の外面における少なくとも同様の大きさの金属面５８と対向している。両金属面５６，５８は、約０．１ｍｍ互いに隔てられ、静電容量の形の場結合要素として構成された結合手段６０を形成する。この結合手段６０は、移動側システム６の基準電位を固定側システム４の基準電位に電場を介して結合する。同様に外面に他の静電容量要素が形成され、これは金属面６４，６６を含み、測定手段６８の測定要素６２を形成している。更に、測定手段６８は、測定値検出部７０と、減結合手段としての分圧コンデンサ７２とを含む。測定手段６８には調節装置７４が接続されている。調節装置７４には電力増幅器の形で増幅手段７６が接続されている。増幅手段７６は更に結合手段６０の金属面５８に電気的に接続されている。

コンピュータ断層撮影装置２の動作中に、基準電位発生部３６の基準電位は固定側システム４のアースされた基準電位からずれ、したがってこのアースされた基準電位に対して相対的な電圧を有する。これによって、測定要素６２における電荷が移動し、それによって、減結合手段により制約された測定点７８は、アースされた基準電位に対して電圧を有する。この電圧は測定手段６８によって測定値８０として検出される。測定値８０は基準電位間の電位差に対して既知の関係にある。測定値は調節装置７４によって制御量として使用され、調節装置７４が対応する操作量８２を出力する。操作量８２は増幅手段７６において増幅され、結合量８４として結合手段６０に与えられる。その結果として金属面５６，５８間に電場が発生する。この電場はさらに場結合要素において、移動側システム６の基準電位へ既知の影響を持つ電荷移動を生じさせる。このようにして、適切な調節および増幅により、両システム４，６の両基準電位間の電位差ができるだけ小さくなるように、基準電位発生部３６の基準電位が影響を受ける。僅かな電位差によってデータ伝送装置２４による良好な情報伝達を保証することができる。

測定値８０は、電位差として、すなわち固定側システム４のアースされた基準電位に対する電圧として測定され、それによって基準電位発生部３２，３６間において実質的に静電位差が検出可能である。しかしながら、情報伝達の周波数範囲内にある変動周波数を有する動電位差は情報伝達にとって障害となる。しかしながら、高周波電位差は事情によっては僅かな電荷移動しかもたらさないので、測定点７８において僅かな電圧しか測定されない。この場合に、測定点７８を流れる電流の検出は、基準電位発生部３６の電位移動に対して既知の関係にあり得る他の測定値として好都合である。この測定値は操作量８２の更なる調整のために使用されるので、基準電位は、既に電位移動時に（システム４，６間において大きな電位差が必要となる前に）補正され、したがって電位移動が抑制される。

本発明による実施例を示す回路図

符号の説明

２ コンピュータ断層撮影装置
４ 固定側システム
６ 移動側システム
８ インバータ
１０ 導体装置
１２ エネルギー伝送
１４ １次側
１６ コイル
１８ ２次側
２０ コイル
２２ 負荷
２４ データ伝送装置
２６ 第１のユニット
２８ 第２のユニット
３０ 伝送手段
３２ 基準電位発生部
３４ ユニット
３６ 基準電位発生部
３８〜５４ 寄生静電容量
５６，５８ 金属面
６０ 結合手段
６２ 測定要素
６４，６８ 金属面
７０ 測定値検出部
７２ 分圧コンデンサ
７４ 調節装置
７６ 増幅手段
７８ 測定点
８０ 測定値
８２ 操作量
８４ 結合量

Claims (11)

1. 第１のシステム（４）と、第１のシステム（４）に対して移動する第２のシステム（６）と、第１のシステム（４）に付設された第１の基準電位発生部（３２）と、第２のシステム（６）に付設された第２の基準電位発生部（３６）と、両基準電位発生部（３２，３６）を電位結合する結合手段（６０）とを備えた装置において、結合手段（６０）が、機械的に無接触に電位結合する場結合要素を有することを特徴とする第１のシステムと第１のシステムに対して移動する第２のシステムとを備えた装置。
2. 結合手段（６０）が静電容量要素であることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 結合手段（６０）が少なくとも部分的に第２のシステム（６）の外壁に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 基準電位発生部（３２，３６）間の電位差を表す測定量（８０）を測定するための測定手段（６８）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
5. 第１の基準電位発生部（３２）に対する電位差を測定量（８０）として検出するための測定手段（６８）が設けられていることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 測定手段（６８）が、場結合要素と原理的に等しく構成された測定要素（６２）を有することを特徴とする請求項４又は５記載の装置。
7. 測定手段（６８）が、第１の基準電位発生部（３２）に対して減結合するための分圧コンデンサ（７２）を有することを特徴とする請求項４乃至６の１つに記載の装置。
8. 場結合要素に供給される結合量（８４）を増幅するための増幅手段（７６）が設けられていることを特徴とする請求項４乃至７の１つに記載の装置。
9. 結合手段（６０）の結合量（８４）を調整するための調節装置（７４）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の装置。
10. 調節装置（７４）が、結合手段（６０）および／または測定手段（６８）の静電容量の変化を補償するように構成されていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. コンピュータ断層撮影装置（２）として構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の装置。

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