本发明涉及一种用于向旋转的设备进行能量传输的滑环系统。此外，本发明涉及一种具有这种滑环系统的设备以及一种用于这种设备的能量供应的方法。尤其，本发明涉及用于具有敞开的c几何形状(并且完全360°旋转)的ct系统的能量传输的滑环。
背景技术：
1、滑环系统在现有技术中长期以来是已知的。在此涉及由具有环形接触轨道的滑环和所谓的电刷组成的组件，所述电刷与这些接触轨道形成滑动接触。滑环系统能够实现在相对旋转的构件之间传输电流和信号。
2、尤其在计算机断层造影(ct)的领域中使用滑环。ct系统或其扫描器(也称为“机架”)围绕患者(360°)旋转以便产生完整的ct图像。
3、在介入ct或对手术台上ct情况下有利的是，机架可以侧向地移动远离患者。为此必须使用侧向敞开的圆或至少一个可以侧向敞开的机架，而不是常规ct系统的闭合圆。
4、在现有技术中已知可以侧向移动远离患者(台)的ct系统。为此，将具有其所有功能(即支承、驱动、数据、电流传输、覆盖等)的扫描器的闭合环形结构打开，移动扫描器然后再闭合。这是不利的，因为需要复杂、困难和昂贵的技术方案来实现该功能。
技术实现思路
1、本发明的任务是，提供一种用于向旋转的设备进行能量传输的滑环系统，该滑环系统尤其是被设计用于计算机断层造影系统(ct系统)。本发明的任务尤其是，将能量通过打开的滑环以接触的方式传输到旋转的系统、尤其是ct扫描器上。
2、该任务通过根据权利要求1所述的滑环系统、根据权利要求9所述的具有这种滑环系统的设备以及根据权利要求11所述的用于这种设备的能量供应的方法来解决。
3、根据本发明的滑环系统例如用于将能量传输到旋转的设备、例如ct扫描器中。滑环系统包括滑环部件和接触部件，滑环部件具有一定数量的围绕旋转轴线同轴布置的滑动接触轨道，其中这些部件以能够围绕所述旋转轴线相对于彼此旋转的方式布置并且定向成，使得一定数量的滑动接触轨道在旋转时借助于一定数量的电刷(其在所述滑动接触轨道之上滑动)与接触部件构成导电接触。
4、滑环系统的特征在于，滑环部件是c形的并且具有带有大于20°的开口角度的开口的弧形，并且所述接触部件包括多个电刷元件，所述电刷元件根据围绕旋转轴线的布置角度的旋转而布置在滑环部件的不同位置上，并且与该滑环部件形成导电接触，并且电刷元件彼此间的布置角度大于开口的开口角度。
5、如上所述，已知滑环系统具有滑环(滑环部件)，该滑环具有至少一个滑动接触轨道。通常存在多个滑动接触轨道，因为电流必须始终流动，即至少一个滑动接触轨道用于正极并且一个滑动接触轨道用于负极。这些滑动接触轨道处于滑环的表面上并且彼此电绝缘，因此在滑动接触轨道之间不存在短路。例如滑动接触轨道能够是滑环的表面上的铜轨道和/或金属弧。
6、为了能够传输电流，滑环系统还包括具有电刷的接触部件，电刷能够与滑动接触轨道实现电接触。滑动接触轨道彼此同轴地布置，以便在滑环围绕旋转点(同轴布置的中心)旋转时存在与电刷的连续接触。
7、根据本发明的滑环系统的特点是，滑环(进而其滑动接触轨道也)是c形的、即是敞开的。此外该开口也比较大，具有大于20°的开口角度、即小于340°的弧形的中心角。开口尤其能够径向地定向。布置角度尤其可以是相对于旋转轴线的角距。
8、由于开口的尺寸(对于滑环直径为一米的情况，开口大于17cm)，每个滑动接触轨道借助一个电刷的连续接触传输存在问题。因此接触部件包括多个电刷元件(每个滑动接触轨道具有至少一个电刷)，所述电刷元件布置在滑环部件的不同部位上并且与该滑环部件形成导电接触。
9、如果观察这些电刷元件的布置，则要求这些电刷元件根据围绕布置角度的旋转来围绕(滑环系统的)旋转轴线布置。布置角度在此是固定的并且相应于旋转角度，电刷元件以该旋转角度相对彼此围绕旋转轴线扭转地布置。在此，布置角度必须大于开口的开口角度，以便至少一个电刷元件在滑环(即滑环部件)的每个位置处始终与其滑动接触轨道电接触。
10、根据本发明的具有可旋转部件的设备包括根据本发明的滑环系统。优选地，设备是计算机断层造影系统并且包括机架(也就是ct扫描器)，该机架具有作为可旋转部件的定子和转子。滑环系统在定子和转子之间传输能量和信号。在此，机架是c形的并且具有侧向的开口(也就是在环的侧面中)，待检查的对象、尤其人可以通过该开口侧向地运动到机架中。在此，滑环部件的开口优选大于或等于该开口。优选地，在此滑环系统的滑环部件安设在转子上，并且滑环系统的接触部件安设在定子上，然而也可行的是刚好相反的布置，其中滑环系统的滑环部件安设在定子上并且滑环系统的接触部件安设在转子上。
11、在根据本发明的用于根据本发明的设备的能量供应的方法中，借助于根据本发明的滑环系统，建立用于在(定子上的)能量供应部和设备的可旋转部件(转子)中的负载之间的电流流动的电接触，并且使可旋转部件旋转。
12、本发明的另外的特别有利的设计方案和改进方案从从属权利要求以及以下说明中得到，其中，一个权利要求类别的权利要求也可以类似于其他权利要求类别的权利要求和说明书部分来扩展，并且尤其不同实施例或变型方案的各个特征也可以组合成新的实施例或变型方案。
13、根据优选的滑环系统，滑环部件具有带有端面和罩面的c形弧形。因此该滑环部件具有侧面上带开口的(薄)柱体的形状。端面具有圆环弧的形状，罩面具有弯曲条带的形状，在开口的位置处具有中断。一定数量的(优选多个)滑动接触轨道布置在滑环部件的罩面上。这些滑动接触轨道是同心的，但在罩面的高度(环的厚度)方面彼此间隔开。备选地或附加地，多个滑动接触轨道彼此同心地以不同的半径布置在滑环部件的端面上。
14、在此特别优选的是，每个滑动接触轨道分别配属有多个电刷元件中的至少一个电刷。因此每个滑动接触轨道的一个电刷会通过滑环部件中的开口而失去与滑环部件的接触，然而其他电刷仍与该滑动接触轨道具有电接触。
15、根据优选的滑环系统，开口角度小于180°，因此滑环部件至少是一个半圆。在此，接触部件包括至少一对电刷元件，但是在开口较大的情况下也可以存在三个或更多个电刷元件。两个电刷元件彼此间的布置角度优选在120°和240°之间，特别优选在160°和200°之间。应始终注意确保至少一个电刷元件在滑环部件的每个取向上始终与滑动接触轨道电接触。在实践中，优选的是，开口刚好大到足以使允许预期对象能够侧向地穿过滑环部件的开口被插入。在c形的ct扫描器(“机架”)的情况下在实践中是有利的，开口角度小于或等于120°，也就是说滑环相应于至少三分之二圆环。在此，电刷元件的对置布置(布置角度180°)可以是始终保证电接触的简单实施方式。也可以使用各自布置角度为120°(等边三角形)的三个电刷元件。由此可以补偿电刷部件的失效。
16、在滑环部件旋转时，接触部件的各个电刷元件由于滑环部件的开口而反复失去与其滑动接触轨道的接触。这可能例如由于火花形成而导致电流的扰动，并且导致在信号传输中能量供应的波动或干扰脉冲。因此尤其在例如ct扫描器情况下记录测量数据时，应当在电刷元件失去接触的情况下抑制干扰。
17、因为电刷元件的电刷通常被弹性支承或者由弹簧构成，所以当通过滑环部件的棱边恢复接触时可能出现机械应力。这可能导致电刷的使用寿命的降低，但也可能导致电流中的其他干扰。
18、存在克服这些缺点的多种方式。在所有这些可行方案的情况下失去接触被有目的地引入并恢复。这例如可以借助于在滑环部件中的导入斜面和导出斜面或者电刷元件的提升来进行，或者直接在提升或放置之前立即关断相关的电刷元件与电流供应部或测量站的电接触，使得不会出现电压峰值或者电刷或滑动接触轨道的损坏。
19、优选的滑环系统如此成形和/或设计，使得在电刷元件旋转超过滑环部件朝向开口的末端区域时，在滑环部件和滑环部件上的在末端区域外的电刷元件之间建立导电接触。“末端区域”应为至少5mm，尤其至少1cm或甚至至少5cm(直至开口，即滑环部件沿旋转方向的端部)，因此即使在快速旋转时，电刷的接触仍能够经由滑动接触轨道建立或分离。
20、优选地，所述滑环系统这样成形和/或设计，即在电刷元件指向所述开口的相对运动中，导电接触首先分离并且然后才经过所述末端区域，和/或在电刷元件从开口指向滑环部件的相对运动中，首先经过末端区域并且然后才建立导电接触。特别优选地，在到达开口之前解除电接触，并且仅在重新扫过末端区域之后才再次建立电接触。
21、特别优选地，滑环系统这样成形或者设计，即在电刷元件在滑环部件邻接于末端区域的过渡区域中指向开口的相对运动中，滑环部件和接触部件的电刷的保持件之间的相对距离持续地增加，从而在到达末端区域之前使导电接触分离。电刷元件在那里因此随着相对运动从滑环部件的表面运动离开，直至接触分离。相反地，相应优选的是，当电刷元件在滑环部件与末端区域邻接的过渡区域中远离开口的相对运动时，滑环部件和接触部件的电刷的保持件之间的相对距离持续地减小，使得在穿过末端区域之后建立导电接触。这例如能够通过提升电刷或者通过滑环部件的端部斜面来实现。
22、根据优选的滑环系统，滑环部件在末端区域中并且优选同样在过渡区域中成形为，使得所述滑环部件自身在那里与旋转对称的罩面持续地远离，接触元件处于所述罩面中。该罩面相应于圆形的柱体罩面，并且“远离”是指表面楔形地向内变细。这是上述的端部斜面。
23、在此优选的是，一定数量的滑动接触轨道布置在滑环部件的端侧上，并且末端区域、并且优选过渡区域同样成形为，使得在那里具有所述一定数量的滑动接触轨道的端面远离其余端面所处于的旋转对称平面(即环末端关于端侧是楔形的)。
24、备选地或附加地，优选的是，一定数量的滑动接触轨道布置在滑环部件的罩侧上，并且末端区域、并且优选过渡区域同样成形为，使得在那里具有所述一定数量的滑动接触轨道的端面远离其余端面所处于的旋转对称的罩面(即环末端关于罩面是楔形的)。
25、因为通常电刷元件被弹性地支承，所以在上述实施方式中电刷的弹簧升降应当设计为，使得电刷仅在滑环部件上方(即在过渡区域中)才碰到“导入斜面”(而在棱边上不被损坏)或者在到达棱边之前就已经断开接触。
26、根据优选的滑环系统，接触部件具有运动元件，所述运动元件被设计成，使电刷元件的电刷相对于滑环部件运动，使得能够改变电刷与滑环部件的距离和/或电刷对滑环部件的压力。该运动可以主动地进行或被动地进行。为了主动运动，所述滑环系统优选包括控制装置，所述控制装置被设计用于测量电刷元件相对于滑环部件的位置并且在电刷元件靠近滑环的端部的情况下主动地控制所述运动元件(也就是说，在运动元件离开滑环部件时提起该运动元件，并且当运动元件重新到达滑环部件时放置该运动元件)。
27、运动元件优选包括铰链和倾斜装置，借助于所述铰链和倾斜装置能够使电刷元件相对于滑环部件的表面倾斜。在此优选进行整个电刷元件的马达驱动的、气动的、磁的或液压的枢转，从而整个电刷元件的电刷进一步远离滑动接触轨道运动或者更靠近滑动接触轨道运动。
28、运动元件优选包括电刷升降装置，借助于该电刷升降装置，电刷元件的至少一个电刷能够更靠近滑环部件或者更远离滑环部件移开，优选地，其中电刷升降装置作用到电刷保持件上或作用到各个电刷上。优选的电刷升降装置是偏心引导件，其中，轴偏心地平行于马达轴布置并且正交地作用在电刷的弹簧上，从而在马达轴旋转时，电刷进一步远离滑动接触轨道运动或者更靠近该滑动接触轨道运动。
29、运动元件优选包括升降装置，借助于该升降装置，电刷元件能够更靠近滑环部件或者进一步远离滑环部件地移开。所述升降装置优选作用在完整的电刷元件上，例如作用在电刷的安装块上。借助于马达驱动、气动、磁或液压感应的运动，整个电刷元件于是可以进一步远离滑动接触轨道运动或者靠近该滑动接触轨道。
30、在相应的运动中当然应考虑电刷的弹簧行程。
31、根据优选的滑环系统，滑环部件在末端区域中并且优选也在过渡区域中具有一定数量的滑轨，所述滑轨弧形地(沿着旋转方向)从滑环部件的表面突出并且尤其伸展直至开口。电刷元件具有滑动元件，该滑动元件被成形和布置成，使得滑动元件在滑环部件和电刷单元相对运动时在滑轨上滑动并且沿着滑轨的弧形引导电刷单元。通过滑轨的弧形，电刷在滑过时持续地从滑动接触轨道的表面抬起或被引导到该表面上。该弧形优选是镜像对称的，从而从开口出发碰到滑环部件端部上的电刷元件通过滑动元件在滑轨上首先提升并且然后相应柔和地放置到滑动接触轨道上。
32、如上面所说明的那样，除了将电刷提升或放置到滑动接触轨道上外，也可以通过开关中断电接触。但这可以备选地尤其以组合进行。
33、优选的滑环系统包括控制装置，所述控制装置设计用于控制通过滑环系统的电流，使得在电刷元件与滑环部件之间的导电接触分离之前中断通过该接触的电流，并且在电刷元件与滑环部件之间建立导电接触之后恢复通过该接触的被中断的电流。为此，控制装置优选包括电子的或机械的位置检测部，利用所述位置检测部测量电刷元件是否已经到达过渡区域或末端区域，并且随后借助于开关切断电刷元件的电接触。在此，可以关断与旋转部分中的负载或测量单元的接触，和/或关断与静态部分中的能量供应部或数据检测单元的接触。
34、优选的位置检测部电子地或简单机械地进行测量。“位置检测部”也指的是，通过电刷单元上的杠杆来操作滑环部件上的开关，或者反之亦然。因此在此，电刷元件和滑环部件之间的电接触并不分开，而是分开电刷元件和滑环系统外的部件之间的电接触，其中，如上所述，与前述实施方式的组合是特别优选的，因为由此不仅防止了电刷的电干扰而且防止了电刷的机械损坏。
35、优选地，所述控制装置被设计用于中断所述电刷元件与能量供应部的接触或者中断所述电刷元件与负载的接触。在电刷元件布置在转子上的实施方式中，优选地，其与负载或与传感器或检测器或数据接口的接触被中断。
36、根据优选的方法，在电刷元件指向滑环部件的开口的相对运动中，其电刷借助运动元件从滑环部件移开，使得尤其在经过滑环系统的末端区域之前，电刷与滑动接触轨道的导电接触分离。
37、根据优选的方法，在电刷元件远离滑环部件的开口指向的相对运动中，所述电刷元件的电刷借助运动元件朝向滑环部件运动，使得首先经过末端区域并且随后建立电刷和滑环部件之间的导电接触。
38、根据优选的方法，在电刷元件指向滑环部件的开口的相对运动中，尤其在该电刷元件经过滑环系统的末端区域之前，关断通过该电刷元件的电流。
39、根据优选的方法，在电刷元件远离滑环部件的开口指向的相对运动中，尤其是在电刷元件经过末端区域之后，通过该电刷元件的电流被接通。
40、本发明的优点是，能够实现敞开的滑环。首先由此可以实现用于介入应用的简单的全身ct，人利用该全身ct可以侧向地在患者上移动。这对于医生和患者在检查中、尤其是在患者的外科介入中带来许多优点。尤其可提到的是时间节省、更好的可接近性和尤其成本有利的实现。迄今为止在ct系统中所使用的闭合的滑环具有高的可靠性。这也借助根据本发明的敞开的滑环系统实现。不再需要在ct扫描器中的闭合和打开机构，这允许具有高可靠性的简单机械解决方案。因为滑环的一部分(在实际的实施中大约三分之一)不存在，所以也得到重量减轻，这尤其在运输时和对于移动式的ct系统的地面负荷是有利的。
1.一种滑环系统(12)，包括：一个滑环部件(13)，所述滑环部件具有一定数量的滑动接触轨道(14)和一个接触部件(15)，所述滑动接触轨道围绕旋转轴线(8)被同轴地布置，
2.根据权利要求1所述的滑环系统，其中所述滑环部件(13)具有包括一个端面和一个罩面的c形弧形，并且一定数量的滑动接触轨道(14)被布置在所述滑环部件(13)的所述罩面上，和/或其中多个滑动接触轨道(14)彼此同心地以不同的半径被布置在所述滑环部件(13)的所述端面上，
3.根据前述权利要求中任一项所述的滑环系统，其中所述开口角度小于180°并且所述接触部件(15)包括至少一对电刷元件(16)，其中两个所述电刷元件(16)彼此间的所述布置角度优选在120°和240°之间，特别优选在160°和200°之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的滑环系统，所述滑环系统被成形和/或设计，使得在电刷元件(16)旋转超过所述滑环部件(13)朝向所述开口的末端区域(e)时，在滑环部件(13)和所述滑环部件(13)上的在所述末端区域(e)外的电刷元件(16)之间建立导电接触，
5.根据权利要求4所述的滑环系统，其中所述滑环部件(13)在所述末端区域(e)中并且优选同样在过渡区域(u)中被成形，使得所述滑环部件在该处与旋转对称的罩面持续地远离，所述接触元件(15)处于所述罩面中，
6.根据权利要求4或5所述的滑环系统，其中所述接触部件(15)具有多个运动元件(x、l、s)，所述运动元件被设计成使电刷元件(16)的电刷(17)相对于所述滑环部件(13)运动，使得所述电刷(17)相对于所述滑环部件(13)的距离和/或所述电刷(17)在所述滑环部件(13)上的压力能被改变，
7.根据权利要求4至6中任一项所述的滑环系统，其中所述滑环部件(13)在所述末端区域(e)中并且优选也在所述过渡区域(u)中具有一定数量的滑轨(19)，所述滑轨弧形地从所述滑环部件(13)的表面突出，并且所述电刷元件(16)具有多个滑动元件(18)，所述滑动元件被成形和布置，使得在所述滑环部件(13)和电刷单元(16)相对运动时所述滑动元件在所述滑轨(19)上滑动并且沿着所述滑轨(19)的弧形引导所述电刷单元(16)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的滑环系统，包括一个控制装置，所述控制装置尤其包括电子的或机械的一个位置检测部，所述位置检测部被设计用于控制通过所述滑环系统(12)的电流，使得在电刷元件(16)与所述滑环部件(13)之间的导电接触分离之前中断通过该接触的电流，并且在建立电刷元件(16)与所述滑环部件(13)之间的导电接触之后恢复通过该接触的中断的电流，
9.一种具有可旋转部件(2)的设备(1)，包括一个根据前述权利要求中任一项所述的滑环系统(12)。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述设备(1)是计算机断层造影系统(1)并且包括一个机架(2)，所述机架具有一个定子和作为可旋转部件(2)的一个转子(3)，
11.一种用于为根据权利要求9或10中任一项所述的设备(1)进行能量供应的方法，其中在所述设备(1)的可旋转部件(2)中，借助于所述滑环系统(12)，用于在能量供应部和负载之间的电流的电接触被建立，并且所述可旋转部件(2)被旋转。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在电刷元件(16)指向所述滑环部件(13)的开口的相对运动中，所述电刷元件的电刷(17)借助运动元件(x、l、s)远离所述滑环部件(13)运动，从而使所述电刷与滑动接触轨道(14)的导电接触尤其在经过所述滑环系统(12)的末端区域(e)之前分离，并且在电刷元件(16)远离所述滑环部件(13)的开口的相对运动中，所述电刷元件的电刷(17)借助运动元件(x、l、s)朝向所述滑环部件(13)运动，从而首先经过所述末端区域(e)并且随后在电刷(17)和滑环部件(13)之间建立导电接触。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中在所述电刷元件(16)指向所述滑环系统(12)的开口的相对运动中，尤其在电刷元件经过所述滑环系统(12)的末端区域(e)之前，关断通过所述电刷元件(16)的电流，并且在电刷元件(16)从所述开口指向所述滑环部件(13)的相对运动中，尤其在电刷元件经过所述末端区域(e)之后，接通通过所述电刷元件(16)的电流。
