KR102026008B1 - 자기 공명 영상 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터 및 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

MRI 시스템(10)을 위한 스테이터리스 전기 모터(stator-less electric motor)(86)가 제공된다. 스테이터리스 전기 모터(86)는 본체(88), 본체(88)에 회전 가능하게 연결되는 로터(90), 및 로터(90) 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선(coil winding)(92)을 포함한다. 적어도 하나의 코일 권선(92)은, MRI 시스템(10)의 자석 조립체(56)에 의해 생성되는 자기장(94)의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터(90)를 회전시키도록 구성된다.

Description

자기 공명 영상 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터 및 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법{STATOR-LESS ELECTRIC MOTOR FOR A MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM AND METHODS THEREOF}
본 발명의 실시예는 일반적으로 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging; MRI) 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 MRI 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터(stator-less electric motor) 및 그 방법에 관한 것이다.
MRI는 핵 자기 공명에 민감한 원자핵의 실질적인 집단을 가진 물체의 내부 구조를 나타내는 디지털화된 영상을 얻기 위해 널리 받아들여지고 상업적으로 이용 가능한 기술이다. 많은 MRI 시스템은 이미지화될 대상의 핵에 강한 주(主) 자기장을 부여함으로써 대상/환자를 스캔하기 위해 초전도 자석을 사용한다. 핵은 특성 NMR(Larmor) 주파수에서 RF 코일에 의해 전송된 무선 주파수("RF") 신호/펄스에 의해 여기된다. 대상을 둘러싸는 국소 자기장을 공간적으로 방해하고, 여기된 양성자가 그들의 보다 낮은 에너지 정상 상태로 다시 완화(release)할 때에 핵으로부터 생성된 RF 응답을 분석하는 것에 의해, 공간 위치의 함수로서 이들 핵 반응의 맵 또는 이미지가 생성되고 표시된다. 핵 반응 이미지는 대상의 내부 구조에 대한 비침습적인 조망을 제공한다.
많은 MRI 시스템은 전기 모터에 의해 구동되는 송풍기를 사용하여 초전도 자석과 동일한 일반 영역 내에서 전자 부품을 냉각시킨다. 그러나, 많은 그러한 전기 모터는 초전도 자석에 의해 부여된 강한 자기장이 전류에 의해 에너지가 공급되는 구성요소 없이 자기력을 유도할 수 있는 고정자와 같은 철 함유 구성요소를 포함한다. 따라서, 여러 그러한 전기 모터의 철 함유 구성요소는 전기 모터가 사용되지 않을 때, 강한 자기장의 중심을 향해, 예컨대 초전도 자석을 향해 끌린다. 소정 환경 하에서, 그러한 전기 모터 내에서의 철 함유 구성요소의 끌림은 전기 모터가 고속으로 초전도 자석을 향해 공격적으로 이동하게 할 수 있다. 그러나, 전기 모터의 그러한 공격적인 이동은 전기 모터에 의해 타격되거나 전기 모터에 의해 초전도 자석에 대해 고정되는 개인에게 심한 신체적 상해를 유발할 수 있다.
따라서, MRI 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터 및 그 방법이 필요하다.
실시예에서는, MRI 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터가 마련된다. 스테이터리스 전기 모터는 본체, 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터, 및 로터 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선을 포함한다. 적어도 하나의 코일 권선은, MRI 시스템의 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터를 회전시키도록 구성된다.
다른 실시예에서는, 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법이 제공된다. 상기 방법은: MRI 시스템의 자석 조립체를 통해 자기장을 생성하는 단계; 전류를 통해 적어도 하나의 코일 권선 - 스테이터리스 전기 모터의 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터 상의 자기장 내에 배치됨 - 을 통전하는 단계; 및 자기장의 존재 시에 하나 이상의 통전된 코일 권선을 통해 로터를 회전시키는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서는, MRI 시스템이 제공된다. MRI 시스템은 자기장을 생성하도록 작동하는 자석 조립체 및 스테이터리스 전기 모터를 포함한다. 스테이터리스 전기 모터는 본체, 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터, 및 로터 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선을 포함한다. 적어도 하나의 코일 권선은, 자기장의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터를 회전시키도록 구성된다.
도면을 참고하여, 비제한적인 실시예에 관한 아래의 설명을 읽어봄으로써 본 발명이 보다 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 MRI 시스템의 블럭선도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 MRI 시스템이 자석 조립체의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 청구항 1의 MRI 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 스테이터리스 전기 모터의 로터 및 적어도 하나의 코일 권선의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자석 조립체의 초전도 코일에 의해 생성되는 B0 자기장을 도시한, 도 2의 자석 조립체의 탑다운도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도 5의 B0 자기장에 대한 도 3의 스테이터리스 전기 모터의 로터의 배향을 도시한 다이어그램.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 6의 로터 전반에 거친 도 5의 B0 자기장의 플럭스 밀도를 나타낸 차트.
도 8은 도 3의 스테이터리스 전기 모터 - 본 발명의 실시예에 따른 교류에 의해 구동됨 - 의 다이어그램.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도 8의 스테이터리스 전기 모터의 적어도 하나의 코일 권선을 통전시키는 타이밍 패턴을 도시한 차트.
도 10은 도 3의 스테이터리스 전기 모터 - 본 발명의 실시예에 따른 직류 및 회전형 인버터에 의해 구동됨 - 의 다이어그램.
도 11은 도 3의 스테이터리스 전기 모터 - 본 발명의 실시예에 따른 직류 및 적어도 하나의 정류자 브러시에 의해 구동됨 - 의 다이어그램.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 자석 조립체의 사시도.
아래에서는 본 발명의 예시적인 실시예를 상세히 참고로 할 것이며, 이 실시예의 예는 첨부도면에 예시되어 있다. 가능하다면 어느 도면에서든, 도면 전반에 걸쳐 사용되는 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 부분을 인용하며, 중복 설명하지 않는다.
여기에서 사용되는, “실질적으로”, “대체로” 및 “약”이라는 용어는, 구성요소 또는 조립체의 기능적 목적을 달성하는 데 적합한 이상적인 원하는 조건에 대한, 합리적으로 달성 가능한 제조 및 조립 공차 내에서의 조건을 나타낸다. 여기에서 사용되는 “전기적으로 커플링되는”, “전기 접속되는” 및 “전기적 소통”은, 전류가 서로 간에 흐를 수 있도록 언급된 요소들이 직접 또는 간접적으로 접속됨을 의미한다. 접속은 직접 전도성 접속을 포함할 수 있으며, 즉 중간 용량성, 유도 또는 능동 소자, 유도성 접속, 용량성 접속 및/또는 임의의 다른 적절한 전기 접속이 없다. 중간 구성요소가 존재할 수 있다.
더욱이, 여기에 개시된 실시예는 MRI 시스템에 대해 설명되지만, 본 발명의 실시예는 강한 장기장을 활용하는 다른 시스템 및 방법에 적용 가능할 수 있음을 이해해야만 한다. 게다가, 이해하겠지만 본 발명의 실시예는 일반적으로 조직을 분석하는 데 사용될 수 있고, 인간 조직으로만 제한되지 않는다.
이제 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예를 포함하는 MRI 시스템(10)의 주 구성요소가 도시되어 있다. 시스템(10)의 작동은 조작자 콘솔(12)로부터 제어되며, 조작자 콘솔은 키보드나 다른 입력 디바이스(14), 제어 패널(16) 및 디스플레이 스크린(18)을 포함한다. 콘솔(12)은 링크(20)를 통해 별도의 컴퓨터 시스템(22)과 통신하며, 이 별도의 컴퓨터 시스템은 조작자가 디스플레이 스크린(18) 상의 이미지 생성 및 표시를 제어할 수 있게 한다. 컴퓨터 시스템(22)은 백플레인(backplane)(24)을 통해 서로 통신하는 다수의 모듈을 포함한다. 이들은 이미지 프로세서 모듈(26), CPU 모듈(28) 및 이미지 데이터 어레이를 저장하기 위한 프레임 버퍼를 포함할 수 있는 메모리 모듈(30)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(22)은 고속 시리얼 링크(34)를 통해 별도의 시스템 제어부 또는 제어 유닛(32)과 통신한다. 입력 디바이스(14)는 마우스, 조이스틱, 키보드, 트랙볼, 터치 활성화 스크린, 광봉, 음성 제어부 또는 임의의 유사하거나 동등한 입력 디바이스를 포함할 수 있으며, 쌍방향 기하 처방(interactive geometry prescription)을 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(22) 및 MRI 시스템 제어부(32)는 집합적으로 “MRI 제어기”(36)를 형성한다.
MRI 시스템 제어부(32)는 백플레인(38)에 의해 함께 접속되는 모듈 세트를 포함한다. 이들은 CPU 모듈(40)과, 시리얼 링크(44)를 통해 조작자 컨솔(12)에 접속되는 펄스 발생기 모듈(42)을 포함한다. 시스템 제어부(32)가 수행될 스캔 시퀀스를 나타내는 명령을 조작자로부터 수신하는 것을 링크(44)를 통해서이다. 펄스 발생기 모듈(42)은 시스템 구성요소가 원하는 스캔 시퀀스를 실행하고, 데이터 - RF 펄스의 타이밍, 강도 및 형상과 데이터 수집 윈도우의 타이밍 및 길이를 나타냄 - 를 생성하도록 작동시킨다. 펄스 발생기 모듈(42)은 구배 증폭기(gradient amplifier)(46)에 접속되어, 스캔 중에 생성되는 구배 펄스의 타이밍 및 형상을 나타낸다. 펄스 발생기 모듈(42)은 또한 생리학적 수집 제어기(48)로부터 환자 데이터를 수신할 수 있으며, 생리학적 수집 제어기는 환자에게 접속된 다수의 상이한 센서로부터, 환자에게 부착된 전극에서 나온 ECG 신호와 같은 신호를 수신한다. 그리고 최종적으로, 펄스 발생기 모듈(42)은, 환자의 상태와 관련된 다양한 센서와 자석 시스템으로부터 나온 신호를 수신하는 스캔룸 인터페이스 회로(50)에 접속된다. 환자 위치 설정 시스템(52)이 환자를 스캔을 위해 원하는 위치로 옮기라는 명령을 수신하는 것도 또한 스캔륨 인터페이스 회로(50)를 통해서이다.
펄스 발생기 모듈(42)은 구배 증폭기(46)가 스캔 중에 생성되는 구배 펄스의 원하는 타이밍 및 형상을 달성하도록 작동시킨다. 펄스 발생기 모듈(42)에 의해 생성되는 구배 파형은 Gx, Gy 및 Gz 증폭기를 갖는 구배 증폭기(46)에 적용된다. 각각의 구배 증폭기는 일반적으로 54로 나타내는, 구배 코일 조립체에 있는 대응하는 물리적 구배 코일을 여기시켜, 수집된 신호를 공간적으로 엔코딩하기 위해 사용되는 자기장 구배를 생성한다. 구배 코일 조립체(54)는 편광 자석(58) 및 전신(송수신) RF 코일(62)을 더 포함하는 자석 조립체(56)의 일부를 형성하며, 편광 자석은 작동 시에 자석 조립체(56)로 둘러싸인 표적 체적/보어(60) 전반에 걸쳐 균일한 종방향 자기장(B0)을 제공하고, RF 코일은 작동 시에 표적 체적(60) 전반에 걸친 B0에 대체로 수직한 횡방향 자기장(B1)을 제공한다.
환자 내의 여기된 핵에 의해 방출되는 결과적인 신호는 동일한 RF 코일(62)에 의해 감지될 수 있고, 송수신 스위치(64)를 통해 전치 증폭기(66)에 커플링된다. 증폭기 자기 공명(“MR”) 신호는 트랜시버(68)의 수신기 섹션에서 복조, 여과 및 디지털화된다. 송수신 스위치(64)는 펄스 발생기 모듈(42)에서 나온 신호에 의해, 전송 모드 중에는 RF 증폭기(70)를 RF 코일(62)에 전기 접속하고, 수신 모드 중에는 전치 증폭기(66)를 RF 코일(62)에 전기 접속하도록 제어된다. 송수신 스위치(64)는 별도의 RF 코일(예컨대, 표면 코일)이 또한 전송이나 수신 모드에서 사용되는 것을 가능하게 할 수 있다.
RF 코일(62)에 의해 픽업되는 MR 신호는 트랜시버 모듈(68)에 의해 디지털화되고, 시스템 제어부(32)에 있는 메모리 모듈(72)로 전송된다. 스캔은 로우 k-스페이스 데이터(raw k-space data)의 어레이가 메모리 모듈(72)에 수집되었을 때에 완료된다. 이러한 로우 k-스페이스 데이터는 재구성되는 각각의 이미지를 위한 별도의 k-스페이스 데이터 어레이로 재배열되고, 이들 각각은 데이터를 이미지 데이터의 어레이로 퓨리에 변환하도록 작동되는 어레이 프로세서(76)에 입력된다. 이러한 이미지 데이터는 시리얼 링크(34)를 통해 컴퓨터 시스템(22)으로 전송되어, 메모리(30)에 저장된다. 조작자 콘솔(12)로부터 수신된 명령에 응답하여, 이 이미지 데이터는 장기 저장부에 보관될 수도 있고, 이미지 프로세스(26)에 의해 더 처리되어 조작자 콘솔(12)로 전송되고 디스플레이(18) 상에 표시될 수도 있다.
도 2에 예시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자석 조립체(56)의 개략적인 측부 입면도가 도시되어 있다. 자석 조립체(56)는 중심축(78)을 갖는 원통 형상이다. 자석 조립체(56)는 크라이오스탯(cryostat)(80)과 하나 이상의 반경방향으로 정렬되고 종방향으로 이격된 초전도 코일(82) - 편광 자석(58)을 형성함 - 을 포함한다. 초전도 코일(82)은 대량의 전류를 운반할 수 있고, 환자/표적 체적(60) 내에 B0 자기장을 형성하도록 구성된다. 이해하다시피, MRI 시스템(10)(도 1)의 나머지에 의해 발생되는 열로부터 크라이오스탯(80)을 절연하는 것을 돕기 위해, 자석 조립체(56)는 크라이오스탯(80)을 둘러싸는 진공 베셀(도시하지 않음) 및 말단 차폐부 모두를 더 포함할 수 있다. 자석 조립체(56)는 커버, 지지체, 현수 부재, 단부 캡, 브라켓 등과 같은 다른 요소를 더 포함할 수 있다(도시하지 않음). 도 1 및 도 2에 도시한 자석 조립체(56)의 실시예는 원통형 토폴로지(topology)를 활용하지만, 원통형 이외의 토폴로지가 이용될 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 예컨대, 슬릿 개방형 MRI 시스템에서의 플랫한 형상도 또한 아래에서 설명되는 본 발명의 실시예를 활용할 수 있다. 도 2에 더욱 도시한 바와 같이, 환자/이미지화되는 대상(84)이 자석 조립체(56) 내로 들어간다.
이제 도 3 및 도 4로 돌아가면, MRI 시스템(10)은, 본체(88), 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터(90), 및 로터(90) 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선(92)을 포함하는 스테이터리스 전기 모터(86)를 포함할 수 있다. 이해하다시피, 코일 권선(92)은 별도의 그룹화된 축방향 권선일 수 있다.
도 5로 가면, 자석 조립체(56)를 관통하는 수평방향 슬라이스의 탑다운도(top-down view)가 도시되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 스테이터리스 전기 모터(86)는, 초전도 코일(82)에 의해 형성되는 B0 자기장[자기력선(94)으로 나타냄]이 스테이터리스 전기 모터(86)를 통과하도록 자석 조립체(56)에 근접하게 배치된다. 이해하다시피, 실시예에서 스테이터리스 전기 모터(86)를 통과하는 B0 자기장의 일부는, 약 1.5 T 내지 3 T 정도의 대응하는 B0 자기장에 있어서의 약 0.001 T 정도의 누설/프린지(fringe) 자기장일 수 있다. 여기에서 사용되는 “누설 자기장” 및 “프린지 자기장”이라는 용어는 보어(60) 외측에 있는 B0 자기장의 자기력선(94)의 섹션을 일컫는다. 도 5 및 도 6에 더 도시한 바와 같이, 코일 권선(92)은, B0 자기장의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터를 회전시키도록 구성된다. 더욱이, 코일 권선(92)을 구동하는 자기장은 B0 자기장인 것으로 설명되지만, 연장된 기간 동안 비교적 균일한 다른 자기장이 활용될 수 있다.
예컨대, 도 6에는 3개 세트의 코일 권선(92)을 갖는 스테이터리스 전기 모터(86)의 실시예가 예시되어 있으며, 이 실시예에서 각각의 코일 권선(92)은 2개의 정합 단면 섹션(A/A’, B/B’, 및 C/C’)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이해하다시피, 코일 권선(92)이 통전될 때, 전류는 단면(A, B, C)에서 도면의 지면 바깥으로 연장되는 방향으로 그리고 단면(A’, B’, C’)에서 도면의 지면 내로 연장되는 방향으로 흐른다. 즉, A 및 A’로 도시된 코일 권선(92)이 통전될 때, 전류는 A로부터 도면의 지면 바깥쪽으로 원호를 형성하고 A’에 연결되는 코일 권선(92)의 부분(도시하지 않음)을 따라 A’으로부터의 도면의 지면 내로 그리고 도면의 지면 내로 원호를 형성하고 A에 다시 연결되는 코일 권선(92)의 부분(도시하지 않음)을 따라 흐른다. 전류는 B와 B’ 사이 그리고 C와 C’ 사이에서 유사한 방식으로 흐른다. 이해하다시피, 코일 권선(92)이 B0 자기장의 존재 시에 통전될 때, 코일 권선은 코일 권선(92)을 통해 흐르는 전류의 방향과 소위 자기 “오른손 법칙”에 따른 자기력선(94)의 방향 간의 관계에 기초한 수직력, 즉 로렌츠 힘을 경험한다. 이에 따라, 아래에서 보다 상세히 설명하겠지만 코일 권선(92)의 통전은, 코일 권선(92)이 경험하는 전체적인 수직력으로 인해 로터(90)가 시계방향 및/또는 반시계방향으로 회전하게 되도록 제어/타이밍될 수 있다. 예컨대, 코일 권선(A/A’, B/B’, C/C’)이 전술한 바와 같이 적절히 제어된 방식으로 통전될 때, 로터(90)는 축(96)을 중심으로 반시계방향으로 회전하게 된다. 이해하다시피, 로터(90)의 회전 방향은 코일 권선(A/A’, B/B’, C/C’)을 통해 흐르는 전류의 방향을 역전시키는 것에 의해 또는 자기력선(94)의 방향을 역전시키는 것에 의해 역전될 수 있다.
더욱이 그리고 이제 도 5 및 도 7을 참고하면, 이해하다시피 실시예에서 코일 권선(92)의 제어/타이밍은 적어도 부분적으로 로터(90) 전반에 걸친 B0 자기장의 플럭스 밀도(도 7에서 차트로 도시됨) - 자기력선(94)의 분포 결과로 인해 변동함(도 5에 가장 잘 나타남) - 에 기초할 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시한 바와 같이 로터(90) 전반에 걸친 플럭스 밀도는 초전도 코일(82)에 최근접한 지점에서 가장 클 수 있고, 초전도 코일(82)로부터 가잔 먼 지점(100)에서 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 코일 권선(92)은 축(96)을 중심으로 로터(90)에 대해 회전할 때에 상이한 수준의 힘을 경험한다.
이제 도 8로 가면, 실시예에서 코일 권선(92)은 교류를 통해 통전될 수 있다. 그러한 실시예에서, 스테이터리스 전기 모터(86)는 정류기(102)와, 이 정류기(102)와 코일 권선(92) 사이에 배치되는 인버터(104)를 포함할 수 있다. 이해하다시피, 정류기(102)는 인버터(104)에 전류를 공급할 수 있고, 인버터(104)는 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 제어/조절할 수 있다. 이해하다시피, 전류 및 코일 권선(92)에 대해 여기에서 사용되는 “스위칭”이라는 용어는 코일 권선(92)의 통전 타이밍을 일컫는다. 예컨대, 실시예에서 교류는 3상 전류이며, 이는 도 8에서 정류기(102), 인버터(104) 및 코일 권선(92) 간의 3개 세트의 전기 접속부로 나타난다. 정류기(102)는 발전기(106)로부터 소스 파워 전류를 수신할 수 있고, 인버터(104)는 슬립 링(108)을 통해 코일 권선(92)에 전기 접속될 수 있다.
도 8에 더 도시한 바와 같이, 실시예에서 스테이터리스 전기 모터(86)는 로터(90) 상에 배치되고, 축(96)을 중심으로 한 로터(90)의 회전 속도를 측정하는 센서(110)를 더 포함할 수 있다. 이해하다시피, 센서(110)는 홀 효과 센서를 포함하는 임의의 타입의 회전 속도 센서일 수 있다. 상기한 실시예에서, 인버터(104)는, 적어도 부분적으로 로터(90)의 회전 속도에 기초하여 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 센서(110)와 전기 소통될 수 있다. 예컨대, 센서(110)는 인버터(104)가 도 9에 도시한 타이밍 패턴에 따라 코일 권선(92)의 통전 타이밍을 조정/조절하게 하는 피드백 메커니즘으로서 기능할 수 있으며, 상기 타이밍 패턴은 이해하다시피 분당 3000 회전수의 회전 속도에 대응할 수 있다.
이제 도 10으로 가면, 실시예에서 코일 권선(92)은 직류를 통해 통전될 수 있다. 그러한 실시예에서, 스테이터리스 전기 모터(86)는 정류기(112)와, 이 정류기(112)와 코일 권선(92) 사이에 배치되는 회전형 인버터(114)를 포함할 수 있다. 발전기(116)로부터 소스 전류를 받을 수 있는 정류기(112)는 회전형 인버터(114)에 전류를 공급하여, 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 조절한다. 정류기(112)는 슬립 링(118)을 통해 회전형 인버터(114)에 전기 접속될 수 있다. 대안으로서 그리고 도 11에 도시한 바와 같이, 코일 권선(92)이 직류를 통해 통전되는 실시예에서 스테이터리스 전기 모터(86)는 회전형 인버터(114) 대신에, 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 조절하는 적어도 하나의 정류자 브러시(120), 예컨대 클락형 정류자(clocked commutator)를 포함할 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이 실시예에서 스테이터리스 전기 모터는, 보어(60) 내의 환자 및/또는 MRI 시스템(10)의 하나 이상의 전기 부품을 냉각하는 송풍기/액체 펌프를 구동할 수 있다. 예컨대, 송풍기/액체 펌프(122)는, 공기, 냉각제 및/또는 유압 유체를 자석 조립체(56)의 다양한 부분으로 분배하는 일련의 도관/파이프(124)를 통해 공기, 냉각제 및/또는 유압 유체를 이동시키도록 작동될 수 있다.
더욱이, 이해하다시피 실시예에서 스테이터리스 전기 모터(86)는, 코일 권선(92)이 통전되지 않을 때에 B0 자기장의 존재 시에 유도 자기력을 경험하지 않는 재료로 제조될 수 있다. 예컨대, 스테이터리스 전기 모터(86)는 반자성, 상자성 또는 강자성이 아닌 구리 및/또는 플라스틱과 같은 재료로 제조될 수 있다.
최종적으로, 시스템(10)은 여기에서 설명되는 기능을 수행하고/수행하거나 여기에서 설명한 결과를 달성하는 데 필수적인 전자장치, 소프트웨어, 메모리, 저장부, 데이터베이스, 펌웨어, 논리/상태 기계, 마이크로프로세서, 통신 링크, 디스플레이 또는 다른 시작적 또는 청각적 사용자 인터페이스, 프린팅 디바이스 및 임의의 다른 입력/출력 인터페이스를 포함할 수 있다는 것도 또한 이해된다. 예컨대 전술한 바와 같이, 시스템은 적어도 하나의 프로세서 및 시스템 메모리/데이터 저장 구조 - 랜덤 액세서 메모리(“RAM”) 및 읽기 전용 메모리(“ROM”)를 포함할 수 있음 - 를 포함할 수 있다. 시스템(10)을 위한 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 종래의 마이크로프로세서 및 매스 코프로세서(math co-processor)와 같은 하나 이상의 보완 코프로세서를 포함할 수 있다. 여기에서 설명되는 데이터 저장 구조는 자기, 광학 및/또는 반도체 메모리의 적절한 조합을 포함할 수 있고, 예컨대 RAM, ROM, 플래시 드라이브, 콤팩트 디스크 및/또는 하드 디스크나 드라이브와 같은 광학 디스크를 포함할 수 있다.
추가로, 제어기가 여기에 개시한 방법을 수행하게 하는 소프트웨어 어플리케이션은 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 적어도 하나의 프로세서의 주 메모리로 판독될 수 있다. 여기에서 사용되는 “컴퓨터 판독 가능 매체”라는 용어는 시스템(10)의 적어도 하나의 프로세서(또는 여기에서 설명한 디바이스의 임의의 다른 프로세스)에 실행할 명령을 제공하거나 이에 참여하는 임의의 매체를 일컫는다. 그러한 매체는 제한하는 것은 아니지만 비휘발성 매체 및 휘발성 매체를 포함하는 여러 형태를 취할 수 있다. 비휘발성 매체는, 예컨대 메모리와 같은 광학, 자기 또는 광자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는, 통상적으로 주 메모리를 구성하는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 통상의 형태는, 예컨대 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD, 임의의 다른 광학 매체, RAM, PROM, EPROM 또는 EEPROM(Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory), FLASH-EEPROM, 임의의 다른 메모리 칩이나 카트리지 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다.
실시예에서, 소프트웨어 어플리케이션에서 일련의 명령들의 실행은 적어도 하나의 프로세서가 여기에 설명한 방법들/프로세스들을 수행하게 하지만, 하드웨어 내장형 회로(hard-wired circuitry)가 본 발명의 방법/프로세스의 구현을 위해 소프트웨어 명령 대신에 또는 소프트웨어 명령과 함께 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 특정 조합으로 제한되지 않는다.
상기 설명은 예시적인 것이지, 제한하려는 의도가 없다는 것을 더 이해해야만 한다. 예컨대, 전술한 실시예(및/또는 그 양태)는 서로 조합되어 이용될 수 있다. 추가로, 특정 조건 또는 재료를 본 발명의 교시에 맞추기 위해, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 많은 수정이 이루어질 수 있다.
예컨대, 실시예에서 MRI 시스템을 위한 스테이터리스 전기 모터가 제공된다. 스테이터리스 전기 모터는 본체, 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터, 및 로터 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선을 포함한다. 적어도 하나의 코일 권선은, MRI 시스템의 자석 조립체에 의해 생성되는 자기장의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터를 회전시키도록 구성된다. 소정 실시예에서, 자기장은 자석 조립체의 보어 외측의 누설 자기장이다. 소정 실시예에서, 전류는 교류이다. 소정 실시예에서, 스테이터리스 전기 모터는 로터 상에 배치되어 로터의 회전 속도를 측정하도록 작동되는 센서, 전류를 공급하도록 작동하는 정류기 및 정류기와 적어도 하나의 코일 권선 사이에 배치되는 인버터를 더 포함한다. 인버터는 적어도 부분적으로 로터의 회전 속도에 기초하여 적어도 하나의 코일 권선으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 작동한다. 소정 실시예에서, 전류는 직류이다. 소정 실시예에서, 스테이터리스 전기 모터는 전류를 공급하도록 작동하는 정류기 및 정류기와 적어도 하나의 코일 권선 사이에 배치되는 회전형 인버터를 더 포함한다. 회전형 인버터는 적어도 하나의 코일 권선으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 작동한다. 소정 실시예에서, 스테이터리스 전기 모터는 적어도 하나의 코일 권선으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 작동되는 적어도 하나의 정류자 브러시를 더 포함한다. 소정 실시예에서, 로터는 송풍기와 액체 펌프 중 적어도 하나를 구동하도록 작동한다. 소정 실시예에서, 송풍기는 자석 조립체의 보어 내에 배치되는 환자; 및 MRI 시스템의 하나 이상의 전기 부품 중 적어도 하나를 냉각하도록 작동한다. 소정 실시예에서, 자기장은, 적어도 하나의 코일 권선이 통전되지 않을 때에 스테이터리스 모터 내에 자기력을 유도하지 않는다.
다른 실시예는 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은 MRI 시스템의 자석 조립체를 통해 자기장을 생성하는 단계; 전류를 통해 적어도 하나의 코일 - 스테이터리스 전기 모터의 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터 상의 자기장 내에 배치됨 - 을 통전하는 단계; 및 자기장의 존재 시에 하나 이상의 통전 코일 권선을 통해 로터를 회전시키는 단계를 포함한다. 소정 실시예에서, 자기장은 자석 조립체의 보어 외측의 누설 자기장이다. 소정 실시예에서, 전류는 교류이고, 상기 방법은 로터 상에 배치된 센서를 통해 로터의 회전 속도를 측정하는 단계; 정류기를 통해 인버터 - 정류기와 적어도 하나의 코일 권선 사이에 배치됨 - 에 전류를 공급하는 단계; 및 적어도 부분적으로 로터의 회전 속도에 기초하여 인버터를 통해 적어도 하나의 코일 권선으로의 전류를 스위칭하는 단계를 더 포함한다. 소정 실시예에서, 전류는 직류이고, 상기 방법은 정류기를 통해 회전형 인버터 - 정류기와 적어도 하나의 코일 권선 사이에 배치됨 - 에 전류를 공급하는 단계; 및회전형 인버터를 통해 적어도 하나의 코일 권선으로의 전류를 스위칭하는 단계를 더 포함한다. 소정 실시예에서, 전류는 직류이고, 상기 방법은 적어도 하나의 정류자 브러시를 통해 적어도 하나의 코일 권선으로의 전류를 스위칭하는 단계를 더 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 방법은 로터를 통해 송풍기와 액체 펌프 중 적어도 하나를 구동하는 단계를 더 포함한다. 소정 실시예에서, 송풍기는 자석 조립체의 보어 내의 환자; 및 MRI 시스템의 하나 이상의 전기 부품 중 적어도 하나를 냉각한다. 소정 실시예에서, 자기장은, 적어도 하나의 코일 권선이 통전되지 않을 때에 스테이터리스 모터 내에 자기력을 유도하지 않는다.
MRI 시스템을 위한 또 다른 실시예가 제공된다. MRI 시스템은 자기장을 생성하도록 작동하는 자석 조립체 및 스테이터리스 전기 모터를 포함한다. 스테이터리스 전기 모터는 본체, 본체에 회전 가능하게 연결되는 로터, 및 로터 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선을 포함한다. 적어도 하나의 코일 권선은, 자기장의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터를 회전시키도록 구성된다. 소정 실시예에서, 자기장은, 적어도 하나의 코일 권선이 통전되지 않을 때에 스테이터리스 모터 내에 자기력을 유도하지 않는다.
따라서, 이해하다시피 MRI 시스템(10)의 초전도 코일(82)에 의해 생성되는 B0 자기장을 활용하는 것에 의해 본 발명의 몇몇 실시예는, 코일 권선(92)이 통전되지 않을 때에 자기력을 경험하지 않는 스테이터리스 전기 모터(86)를 제공한다. 이에 따라, 본 발명의 몇몇 실시예는, 강한 자석, 예컨대 MRI 초전도 코일에 인접하게 활용될 수 있는 전기 모터 - 강한 자석을 향해 극심하게 가속될 위험이 감소됨 - 를 제공한다. 이에 따라, 본 발명의 몇몇 실시예는 MRI 시스템에서 사용하기 위한 보다 안전한 전기 모터를 제공한다. 추가로, 몇몇 실시예는, MRI 시스템 내의 여러 위치에 배치될 수 있고, 이에 따라 필요하다면 송풍기를 통해 기류가 국소적으로 형성되게 하여, 긴 호스 및/또는 복잡한 기류 라우팅에 대한 필요성을 감소시키는 전기 모터를 제공한다.
추가로, 여기에서 설명되는 재료의 타입 및 치수는 본 발명의 파라메터를 정의하는 것으로 의도되지만, 제한하려는 의도는 없고, 예시적인 실시예이다. 상기 설명을 검토해 보면 당업자에게 많은 다른 실시예가 명백할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 대한 등가물의 전체 범위와 함께 상기 청구범위를 참고로 하여 결정되어야만 한다. 첨부된 청구범위에서, “포함하는(including)” 및 “여기에서(in which)”라는 용어는 “갖는(comprising)” 및 “이 경우(wherein)”라는 각각의 용어의 일반 영어 동의어로서 사용된다. 더욱이, 아래의 청구범위에서 “제1”, “제2”, “제3”, “상부”, “하부”, “저부”, “정상” 등과 같은 용어는 단순히 라벨로서 이용되는 것이지, 그 대상에 대한 수치적 또는 위치적 요건을 부여하려는 의도는 없다. 더욱이, 아래의 청구범위의 한정은 기능식 형식(means-plus-function format)으로 기재되지 않으며, 이 청구범위의 한정이 명시적으로 “…를 위한 수단”이라는 구문을 사용하지 않는 한, 그와 같이 해석되는 것으로 의도되지 않는다.
이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명의 다수의 실시예를 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 이용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태로 인용되는 요소 또는 단계는, 복수 개의 상기 요소 또는 단계를 배제한다는 것이 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수 개의 상기 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 이해해야만 한다. 더욱이, 본 발명의 “일실시예”라는 언급은 인용된 피쳐(feature)들도 또한 포함하는 추가의 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 게다가, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, 특별한 속성을 갖는 요소 또는 복수 개의 요소를 “구비하는”, “포함하는” 또는 “갖는” 실시예는 상기 속성을 갖지 않는 추가의 요소를 포함할 수 있다. 여기에 포함된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 전술한 본 발명에서 소정 변경이 이루어질 수 있으므로, 첨부 도면에 도시한 상기 설명의 주제 모두는 단지 본 발명의 개념을 예시하는 예로서 해석되어야만 하며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. MRI 시스템(10)을 위한 스테이터리스 전기 모터(stator-less electric motor)(86)로서,
    본체(88);
    본체(88)에 회전 가능하게 연결되는 로터(90); 및
    로터(90) 상에 배치되는 적어도 하나의 코일 권선(coil winding)(92)
    을 포함하고, 적어도 하나의 코일 권선(92)은, MRI 시스템(10)의 자석 조립체(56)에 의해 생성되는 자기장(94)의 존재 시에 전류를 통해 통전될 때에 로터(90)를 회전시키도록 구성되며,
    자기장(94)은 자석 조립체(56)의 보어(60) 외측의 누설 자기장(leakage field)인 것인 스테이터리스 전기 모터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 전류는 교류인 것인 스테이터리스 전기 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    로터(90) 상에 배치되어, 로터(90)의 회전 속도를 측정하도록 작동하는 센서(110);
    전류를 공급하도록 작동하는 정류기(rectifier)(102); 및
    정류기(102)와 적어도 하나의 코일 권선(92) 사이에 배치되고, 적어도 부분적으로 로터(90)의 회전 속도에 기초하여 적어도 하나의 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 작동하는 인버터(104)
    를 더 포함하는 스테이터리스 전기 모터.
  5. 제1항에 있어서, 전류는 직류인 것인 스테이터리스 전기 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    전류를 공급하도록 작동하는 정류기(112); 및
    정류기(112)와 적어도 하나의 코일 권선(92) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 작동하는 회전형 인버터(114)
    를 더 포함하는 스테이터리스 전기 모터.
  7. 제5항에 있어서, 적어도 하나의 코일 권선(92)으로의 전류의 스위칭을 조절하도록 작동하는 적어도 하나의 정류자 브러시(commutator brush)(120)를 더 포함하는 스테이터리스 전기 모터.
  8. 제1항에 있어서, 로터(90)는 송풍기와 액체 펌프(122) 중 적어도 하나를 구동하도록 작동하는 것인 스테이터리스 전기 모터.
  9. 제8항에 있어서, 송풍기(122)는
    자석 조립체(56)의 보어(60) 내에 위치하는 환자(84); 및
    MRI 시스템(10)의 하나 이상의 전기 부품
    중 적어도 하나를 냉각하도록 작동하는 것인 스테이터리스 전기 모터.
  10. 제1항에 있어서, 자기장(94)은, 적어도 하나의 코일 권선(92)이 통전되지 않을 때에 스테이터리스 전기 모터(86) 내에 자기력을 유도하지 않는 것인 스테이터리스 전기 모터.
  11. 스테이터리스 전기 모터(86)의 작동 방법으로서,
    MRI 시스템(10)의 자석 조립체(56)를 통해 자기장(94)을 생성하는 단계;
    전류를 통해 적어도 하나의 코일 권선(92) - 스테이터리스 전기 모터(86)의 본체(88)에 회전 가능하게 연결되는 로터(90) 상의 자기장(94) 내에 배치됨 - 을 통전하는 단계; 및
    자기장(94)의 존재 시에 하나 이상의 통전된 코일 권선(92)을 통해 로터(90)를 회전시키는 단계
    를 포함하고,
    자기장(94)은 자석 조립체(56)의 보어(60) 외측의 누설 자기장인 것인 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    전류는 교류이고,
    로터(90) 상에 배치된 센서(110)를 통해 로터(90)의 회전 속도를 측정하는 단계;
    정류기(102)를 통해 인버터(104) - 정류기(102)와 적어도 하나의 코일 권선(92) 사이에 배치됨 - 에 전류를 공급하는 단계; 및
    적어도 부분적으로 로터(90)의 회전 속도에 기초하여 인버터(104)를 통해 적어도 하나의 코일 권선(92)으로 전류를 스위칭하는 단계
    를 더 포함하는 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    전류는 직류이고,
    정류기(112)를 통해 회전형 인버터(114) - 정류기(112)와 적어도 하나의 코일 권선(92) 사이에 배치됨 - 에 전류를 공급하는 단계; 및
    회전형 인버터(114)를 통해 적어도 하나의 코일 권선(92)으로 전류를 스위칭하는 단계
    를 더 포함하는 것인 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    전류는 직류이고,
    적어도 하나의 정류자 브러시(120)를 통해 적어도 하나의 코일 권선(92)으로 전류를 스위칭하는 단계
    를 더 포함하는 것인 스테이터리스 전기 모터의 작동 방법.
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