本公開(kāi)的領(lǐng)域總體涉及計(jì)算機(jī)斷層掃描（ct）系統(tǒng)，以及更具體地，涉及用于ct臺(tái)架（gantry）的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器。

背景技術(shù)：

通常，ct臺(tái)架系統(tǒng)包括稱為定子的靜止部分和繞定子旋轉(zhuǎn)的臺(tái)架。臺(tái)架容納有x射線源和x射線探測(cè)器部件。定子向該臺(tái)架遞送功率以操作該ct臺(tái)架系統(tǒng)。

可以使用各種技術(shù)將用于操作ct臺(tái)架系統(tǒng)的功率從定子傳輸?shù)脚_(tái)架。一種技術(shù)利用在定子和臺(tái)架之間建立機(jī)械導(dǎo)電橋的接觸滑環(huán)。機(jī)械導(dǎo)電橋通常由滑動(dòng)接觸（諸如例如導(dǎo)電刷）形成。替代地，可以利用非接觸滑環(huán)，其稱為旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器利用交變磁場(chǎng)將定子耦接到臺(tái)架，用于功率傳輸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，提供了一種線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器，其包括初級(jí)芯和次級(jí)芯。初級(jí)芯可磁性地耦接到次級(jí)芯。初級(jí)芯包括布置在可耦接到定子的第一環(huán)中的第一多個(gè)e芯鋼層壓件。初級(jí)芯包括設(shè)置在第一環(huán)內(nèi)并且被配置為傳輸線頻率ac功率的初級(jí)繞組。次級(jí)芯包括布置在可耦接到臺(tái)架的第二環(huán)中的第二多個(gè)e芯鋼層壓件。臺(tái)架可旋轉(zhuǎn)地耦接到定子。次級(jí)芯包括設(shè)置在第二環(huán)內(nèi)的次級(jí)繞組并且被配置為接收由初級(jí)繞組通過(guò)初級(jí)芯和次級(jí)芯在次級(jí)繞組中感應(yīng)的線頻率ac功率。

在另一方面，提供了一種為臺(tái)架計(jì)算機(jī)斷層掃描（ct）系統(tǒng)供電的方法。該方法包括在臺(tái)架ct系統(tǒng)的定子上向線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)側(cè)提供線頻率交流（ac）輸入功率。該方法還包括在臺(tái)架ct系統(tǒng)的臺(tái)架上感應(yīng)線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)側(cè)上的線頻率ac輸出功率。該方法還包括將線頻率ac輸出功率供應(yīng)至x射線源和x射線探測(cè)器。

在另一方面，提供了一種臺(tái)架ct系統(tǒng)。該臺(tái)架ct系統(tǒng)包括線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器、臺(tái)架和定子。線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器包括初級(jí)芯和次級(jí)芯。臺(tái)架包括x射線源和使用來(lái)自線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的線頻率ac輸出功率可操作的x射線探測(cè)器。臺(tái)架還包括耦接到x射線源和x射線探測(cè)器的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)側(cè)。定子包括線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)側(cè)。初級(jí)側(cè)鄰近次級(jí)側(cè)設(shè)置，以限定初級(jí)芯和次級(jí)芯之間的空氣間隙。初級(jí)側(cè)被配置為接收線頻率ac輸入功率并且在線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)側(cè)處感應(yīng)線頻率ac輸出功率。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本公開(kāi)的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相同的符號(hào)遍及各附圖表示相同的零件，其中：

圖1是臺(tái)架ct系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的框圖；

圖2是供在圖1中示出的臺(tái)架ct系統(tǒng)中使用的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的e芯的示例性實(shí)施例的橫截面圖；

圖3是供在圖1中示出的臺(tái)架ct系統(tǒng)中使用的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的示例性實(shí)施例的橫截面圖；

圖4是圖3中示出的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的示例性弧形段的透視圖；

圖5是向圖1中示出的臺(tái)架ct系統(tǒng)提供功率的示例性方法的流程圖；以及

圖6是圖1中示出的臺(tái)架ct系統(tǒng)的示意圖。

除非另有說(shuō)明，本文提供的附圖意在圖示本公開(kāi)的實(shí)施例的特征。這些特征被認(rèn)為可應(yīng)用于包括此公開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的各種各樣的系統(tǒng)中。因此，附圖不意味著包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的用于實(shí)踐本文公開(kāi)的實(shí)施例所需的所有常規(guī)特征。

具體實(shí)施方式

在以下說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，引用具有以下含義的多個(gè)術(shù)語(yǔ)。

除非上下文另有明確指示，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)引用。

“可選的”或“可選地”意指隨后描述的事件或情況可以發(fā)生或可以不發(fā)生，并且該描述包括該事件發(fā)生的情況和該事件不發(fā)生的情況。

貫穿整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，如本文中使用的近似語(yǔ)言可應(yīng)用于修飾可以容許改變而不導(dǎo)致與其相關(guān)的基本功能改變的任何定量表示。因此，由一個(gè)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)（諸如“約”、“近似”和“基本上”）修飾的值不限于所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語(yǔ)言可以對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量該值的儀器的精度。在這里以及貫穿整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，范圍限制可以組合和/或互換。除非上下文或語(yǔ)言另有說(shuō)明，確定這些范圍并且這些范圍包括包含在其內(nèi)的所有子范圍。

接觸滑環(huán)裝置易于磨損并且需要頻繁維護(hù)或更換。此外，滑動(dòng)動(dòng)作導(dǎo)致電刷磨損并將微粒污染物引入系統(tǒng)中。微粒污染物通常是導(dǎo)電的，并且能夠破壞附近電子器件的正常操作。

替代地，可以在臺(tái)架ct系統(tǒng)中利用非接觸滑環(huán)或旋轉(zhuǎn)變壓器。本文認(rèn)識(shí)到高頻旋轉(zhuǎn)變壓器利用諸如整流器-逆變器電路之類的頻率升高部件來(lái)生成與變壓器材料兼容的頻率。本文還認(rèn)識(shí)到x射線源和x射線探測(cè)器通常利用直流（dc）或線頻率，例如50hz或60hz的交流（ac）功率。因此，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器傳輸?shù)母哳l功率在臺(tái)架處被轉(zhuǎn)換回dc或線頻率。這些轉(zhuǎn)換所必需的部件對(duì)ct臺(tái)架系統(tǒng)引入成本、復(fù)雜性和尺寸問(wèn)題。

通常，變壓器被設(shè)計(jì)為接受一定量的輸入功率從而以有效的方式生成一定量的輸出功率。許多變壓器也被設(shè)計(jì)成最小化尺寸和重量以用于給定應(yīng)用。在設(shè)計(jì)有效的變壓器時(shí)，變壓器芯應(yīng)具有相對(duì)于真空的磁導(dǎo)率的高磁導(dǎo)率。這被稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，其是材料響應(yīng)于所施加的磁場(chǎng)而獲得的磁性的度量。有效的變壓器還應(yīng)具有高的磁化電感與漏電感的比率，諸如例如1000:1，以最小化芯和繞組中的損耗。

高的磁化電感是合意的，因?yàn)樗ǔ?dǎo)致較低的磁化電流和較低的導(dǎo)體損耗。通過(guò)減小變壓器中的總電流以及通過(guò)減少繞組匝數(shù)來(lái)減小導(dǎo)體損耗，這減小了繞組電阻。

變壓器中的磁化電感與有效磁導(dǎo)率和繞組匝數(shù)的平方的乘積成比例。繞組中感應(yīng)的電壓與通量的變化率成比例，對(duì)于固定面積，通量的變化率相當(dāng)于通量密度的變化。對(duì)于給定的峰值通量，變化率與頻率成比例。因此，感應(yīng)電壓與頻率成比例。相反，當(dāng)頻率降低時(shí)，更大的通量增加是必需的以在繞組中維持相同的電壓。

低漏電感（即低漏通量）改善電壓調(diào)節(jié)。漏通量降低變壓器中初級(jí)至次級(jí)電壓的比例關(guān)系，特別是在重負(fù)載下。漏電感是繞組匝數(shù)的函數(shù)，繞組匝數(shù)與變壓器的額定功率和電壓調(diào)節(jié)能力直接相關(guān)。繞組中較少的匝數(shù)降低漏電感和繞組損耗。相反，繞組中更多的匝數(shù)增加漏電感和繞組損耗，并進(jìn)一步降低電壓調(diào)節(jié)能力?？梢酝ㄟ^(guò)與繞組串聯(lián)耦接的電容來(lái)降低漏電感。

本文認(rèn)識(shí)到，對(duì)于臺(tái)架ct系統(tǒng)，通常放松對(duì)變壓器尺寸和重量的約束，因?yàn)榕_(tái)架中的許多x射線源和x射線探測(cè)器部件需要比用于臺(tái)架結(jié)構(gòu)的具有合適尺寸的變壓器將通常提供的更少的功率。因此，線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的操作通量密度通常在飽和以下。本文還認(rèn)識(shí)到旋轉(zhuǎn)變壓器中的空氣間隙減小了旋轉(zhuǎn)變壓器的磁化電感。此外，線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的低頻率進(jìn)一步降低了磁化電感并增加了磁化電流。

本文還認(rèn)識(shí)到，能夠通過(guò)增加繞組匝數(shù)來(lái)減輕由于增加的磁化電流引起的損耗。增加的匝數(shù)減小了繞組中感應(yīng)給定電壓所必需的通量。繞組中增加的匝數(shù)增加了繞組損耗和漏電感，并且降低了變壓器的電壓調(diào)節(jié)能力?？绱渭?jí)繞組增加分路電容器進(jìn)一步降低由于增加的磁化電流所帶來(lái)的損耗。分路電容器影響磁化電流的分配，從而允許減少繞組匝數(shù)。本文認(rèn)識(shí)到，初級(jí)繞組和次級(jí)繞組上的串聯(lián)電容能夠減輕增加的漏電感。本文認(rèn)識(shí)到，相比在常規(guī)變壓器設(shè)計(jì)中，在用于臺(tái)架ct系統(tǒng)的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器中，磁化電感與漏電感的低比率是可接受的。在某些實(shí)施例中，此類比率可以為3:1或更低。本文還認(rèn)識(shí)到，在臺(tái)架ct系統(tǒng)中所得到的變壓器損耗和降低的電壓調(diào)節(jié)是可接受的。

圖1是具有臺(tái)架102和定子104的臺(tái)架ct系統(tǒng)100的示例性實(shí)施例的框圖。定子104包括臺(tái)架ct系統(tǒng)100的固定部件，其包括為臺(tái)架ct系統(tǒng)100供電的線頻率電源106。臺(tái)架102可旋轉(zhuǎn)地耦接到定子104，從而便于臺(tái)架102及其部件繞定子104旋轉(zhuǎn)。臺(tái)架102包括x射線源108和x射線探測(cè)器110。x射線源108生成由臺(tái)架ct系統(tǒng)100用來(lái)詢問(wèn)對(duì)象的x射線信號(hào)。x射線探測(cè)器110在所生成的x射線信號(hào)通過(guò)、經(jīng)過(guò)被詢問(wèn)的對(duì)象、反射、偏轉(zhuǎn)或以其它方式與被詢問(wèn)的對(duì)象相互作用時(shí)探測(cè)所生成的x射線信號(hào)。

x射線源108和x射線探測(cè)器110需要功率來(lái)操作。通常，臺(tái)架102的部件（諸如x射線源108和x射線探測(cè)器110）利用dc或線頻率ac臺(tái)架功率112。由于臺(tái)架102和定子104之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，臺(tái)架功率112從定子104通過(guò)滑環(huán)114遞送到臺(tái)架102。滑環(huán)114使用主環(huán)116和輔環(huán)118在定子104和臺(tái)架102之間提供電連接。通常，滑環(huán)使用接觸連接或非接觸連接來(lái)提供此類電連接，此類滑環(huán)分別被稱為接觸滑環(huán)和非接觸滑環(huán)。在圖1的示例性實(shí)施例中，滑環(huán)114是利用旋轉(zhuǎn)變壓器將臺(tái)架功率112從主環(huán)116傳輸?shù)捷o環(huán)118的非接觸滑動(dòng)環(huán)。

圖2是供在臺(tái)架ct系統(tǒng)100（在圖1中示出）中使用的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的e芯200的示例性實(shí)施例的橫截面圖。e芯200優(yōu)選地由具有高相對(duì)磁導(dǎo)率的材料制成，該材料諸如例如硅鋼、金屬玻璃、鐵、坡莫合金或其它合適的材料。e芯200包括側(cè)柱202和中心柱204。側(cè)柱202通過(guò)空氣間隙206與中心柱204分離，側(cè)柱202和中心柱204以字母“e”的形式布置。側(cè)柱202具有1個(gè)單位的側(cè)柱寬度208，而中心柱204具有2個(gè)單位的中心柱寬度210。分隔側(cè)柱202和中心柱204的空氣間隙206具有1個(gè)單位的間隙寬度212。e芯200具有4個(gè)單位的總長(zhǎng)度214。在總長(zhǎng)度214中，側(cè)柱202和中心柱204具有3個(gè)單位的柱長(zhǎng)度216，而背板218具有1個(gè)單位的背板長(zhǎng)度220。e芯200的精確尺寸是可縮放的，因?yàn)槊糠N實(shí)現(xiàn)方式需要并且很大程度上取決于功率需求。至少部分地選擇各種尺寸之間的比率以簡(jiǎn)化e-芯的層壓件的制造。

圖3是供在（圖1所示的）臺(tái)架ct系統(tǒng)100中使用的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的示例性實(shí)施例的橫截面圖。線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300包括初級(jí)芯302和次級(jí)芯304。初級(jí)芯302和次級(jí)芯304是由空氣間隙306分隔開(kāi)的e芯。在某些實(shí)施例中，空氣間隙306為0.5毫米至5毫米。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，空氣間隙306優(yōu)選為2毫米，但在線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的整體上可以從1毫米變化到3毫米?？諝忾g隙306的相對(duì)磁導(dǎo)率低于初級(jí)芯302和次級(jí)芯304的相對(duì)磁導(dǎo)率。因此，線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300作為整體的相對(duì)磁導(dǎo)率降低，并且漏電感增加。更具體地，隨著空氣間隙306加寬，漏電感和損耗增加。

初級(jí)芯302和次級(jí)芯304中每一個(gè)包括布置成環(huán)的多個(gè)e芯層壓件。在某些實(shí)施例中，主環(huán)被組裝成e-芯層壓件的若干弧形段?；⌒味螛?gòu)造簡(jiǎn)化了初級(jí)芯302和次級(jí)芯304中每一個(gè)的組裝。在某些實(shí)施例中，初級(jí)芯302和次級(jí)芯304的多個(gè)e芯層壓件與非導(dǎo)電間隔件交錯(cuò)，從而降低線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的重量。

線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300包括初級(jí)繞組308和次級(jí)繞組310。初級(jí)繞組308包括初級(jí)端子312，并且同樣，次級(jí)繞組310包括次級(jí)端子314。當(dāng)線頻率輸入電壓316施加到初級(jí)端子312時(shí)，磁通量318被感應(yīng)并流過(guò)由初級(jí)芯302、空氣間隙306和次級(jí)芯304限定的磁路。磁通量318在次級(jí)端子314處感應(yīng)線頻率輸出電壓320。

圖4是線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300（在圖3中示出）的弧形段400的透視圖?；⌒味?00包括初級(jí)芯302和次級(jí)芯304，每個(gè)芯包括多個(gè)e芯層壓件402。在某些實(shí)施例中，e芯層壓件402包括與非導(dǎo)電間隔件交錯(cuò)的硅鋼e芯層壓件。在其它實(shí)施例中，e芯層壓件402僅包括由硅鋼或具有高相對(duì)磁導(dǎo)率的任何其它合適材料制造的e芯層壓件。如圖4所圖示的，初級(jí)芯302和次級(jí)芯304由空氣間隙306分開(kāi)。此外，弧形段400包括初級(jí)繞組308和次級(jí)繞組310。

圖5是使用（分別在圖1和圖3中示出的）線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300向臺(tái)架ct系統(tǒng)100提供功率的方法500的示例性實(shí)施例的流程圖。方法500在開(kāi)始步驟510處開(kāi)始。在定子功率步驟520處，將線頻率ac輸入功率提供至線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的在定子104處的初級(jí)側(cè)。更具體地，線頻率輸入電壓316施加到初級(jí)繞組308的初級(jí)端子312，該初級(jí)繞組308在初級(jí)芯302和次級(jí)芯304中感應(yīng)磁通量318。

在感應(yīng)步驟530處，流過(guò)初級(jí)芯302和次級(jí)芯304的磁通量318在臺(tái)架102處的線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的次級(jí)側(cè)感應(yīng)線頻率ac輸出功率。更具體地，線頻率輸出電壓320跨次級(jí)繞組310的次級(jí)端子314來(lái)感應(yīng)。

在臺(tái)架功率步驟540處，將線頻率ac輸出功率供應(yīng)至x射線源108和x射線探測(cè)器110。方法500在結(jié)束步驟550處結(jié)束。

圖6是臺(tái)架ct系統(tǒng)100和（分別在圖1和圖3中示出的）線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的示意圖。臺(tái)架ct系統(tǒng)100包括通過(guò)線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300耦接在原理圖的相對(duì)側(cè)上的定子104和臺(tái)架102。線頻率ac電源106被圖示為跨線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的初級(jí)繞組308耦接的ac電壓源。線頻率ac電源106將線頻率ac輸入電壓316遞送到初級(jí)繞組308。

同樣，臺(tái)架102包括被圖示為負(fù)載的x射線源108和x射線探測(cè)器110。線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300將線頻率ac輸出電壓320提供至x射線源108和x射線探測(cè)器110。臺(tái)架102還包括跨線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300的次級(jí)繞組310的分路電容器610。臺(tái)架102和定子104還包括與初級(jí)繞組308串聯(lián)耦接的串聯(lián)電容器620和與次級(jí)繞組310串聯(lián)耦接的串聯(lián)電容器630。電容器620和630減輕了線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器300中的漏電感的影響。

本文描述的方法、系統(tǒng)和裝置的示例性技術(shù)效果包括以下中的至少一個(gè)：（a）通過(guò)使用非接觸滑環(huán)以便將功率傳輸至臺(tái)架來(lái)改善臺(tái)架功率質(zhì)量；（b）通過(guò)使用非接觸滑環(huán)來(lái)降低維護(hù)成本；（c）減少定子和臺(tái)架上的用于轉(zhuǎn)換為線頻率ac功率以及從線頻率ac功率轉(zhuǎn)換所必需的整流器、逆變器和變壓器；（d）通過(guò)省略整流器、逆變器和變壓器來(lái)降低臺(tái)架上的重量；以及（e）降低臺(tái)架-定子滑環(huán)的制造成本。

用于線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器的方法、系統(tǒng)和裝置的示例性實(shí)施例不限于本文所描述的具體實(shí)施例，更確切地說(shuō)，可以與本文描述的其他部件和/或步驟獨(dú)立和分別利用系統(tǒng)的部件和/或方法的步驟。例如，所述方法還可以與其它非常規(guī)線頻率旋轉(zhuǎn)變壓器組合使用，并且不限于僅利用如本文所描述的系統(tǒng)和方法進(jìn)行實(shí)踐。相反，能夠結(jié)合可受益于增加的效率、降低的操作成本和減少的資本支出的許多其它應(yīng)用、設(shè)備和系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)和利用示例性實(shí)施例。

雖然本公開(kāi)的各種實(shí)施例的具體特征可以在一些附圖中示出而不在其他附圖中示出，但這僅是為了方便。根據(jù)本公開(kāi)的原理，附圖的任何特征可以與任何其它附圖的任何特征組合地引用和/或要求保護(hù)。

本書(shū)面描述使用示例來(lái)公開(kāi)實(shí)施例（包括最佳模式），并且還使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`該實(shí)施例，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本公開(kāi)的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果此類其它示例具有并未與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果此類其他示例包括具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則此類其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。