CN112953257A - 电力转换装置以及x射线图像拍摄装置、电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力转换装置以及X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置，即使当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，也能够降低多个开关元件中的发热的差异的电力转换装置以及具备该电力转换装置的X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置。电力转换装置具备：三相转换电路，其在三相的各相上设有上臂的开关元件即上臂元件和下臂的开关元件即下臂元件；以及开关控制部，其交替地切换将所述上臂元件固定为导通的期间即上臂期间和将所述上臂元件固定为导通的期间即下臂期间，所述开关控制部基于累计预先设定的电力图案而计算出的电力累积值，来切换所述上臂期间和所述下臂期间。

Description

电力转换装置以及X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种处理三相电力的电力转换装置以及具备该电力转换装置的X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置，尤其涉及一种降低电力转换装置的损失的技术。
背景技术
在拍摄被检体的X射线图像的X射线图像拍摄装置、驱动电动机的电动机驱动装置中，搭载有处理三相电力的电力转换装置即转换器、逆变器。在电力转换装置中，抑制发热是很重要的，为了降低PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制中的开关损失而使用两相调制方式。在两相调制方式中，将上臂和下臂的其中一方的开关元件每120°一相固定为导通来减少开关次数，由此降低开关损失。
并且，在专利文献1中，公开了两相调制方式中，抑制被固定为导通的开关元件的发热与另一方开关元件的发热不平衡的技术。具体而言，公开了一种两相调制方式，其将上臂的开关元件固定为导通的期间和将下臂的开关元件固定为导通的期间设定为几乎相等，周期性地切换或交替地实施。
专利文献1：日本专利第4158715号公报
发明内容
然而，在专利文献1中，并未考虑供给到电力转换装置的负载的电力的变动大的情况或不是周期性的情况。即，即使在上臂和下臂中，将开关元件固定为导通的期间设定为几乎相等并且周期性地切换两期间，当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，也在开关元件的发热中产生不平衡。
因此，本发明的目的在于提供一种即使当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，也能够降低多个开关元件中的发热的差异的电力转换装置以及具备该电力转换装置的X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置。
为了达成上述目的，本发明的电力转换装置具备：三相转换电路，其在三相的各相上设有上臂的开关元件即上臂元件和下臂的开关元件即下臂元件；以及开关控制部，其交替地切换将所述上臂元件固定为导通的期间即上臂期间和将所述下臂元件固定为导通的期间即下臂期间，其中，所述开关控制部基于积累预先设定的电力图案而计算出的电力累积值，来切换所述上臂期间和所述下臂期间。
另外，本发明是拍摄被检体的X射线图像的X射线图像拍摄装置，其中该X射线图像拍摄装置具备所述电力转换装置。
另外，本发明是驱动电动机的电动机驱动装置，其中，该电动机驱动装置具备所述电力转换装置。
根据本发明，能够提供一种即使当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，也能够降低多个开关元件中的发热的差异的电力转换装置以及具备该电力转换装置的X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置。
附图说明
图1是表示X射线图像拍摄装置的一例的X射线CT装置的整体结构的图。
图2是表示实施例1的电力转换装置的结构的一例的图。
图3A是表示实施例1的AC/DC转换电路的一例的图。
图3B是表示实施例1的DC/DC转换电路的一例的图。
图4A是说明将上臂元件固定为导通的两相调制方式的图。
图4B是说明将下臂元件固定为导通的两相调制方式的图。
图5是表示在实施例1中计算阈值的处理的流程的一例的图。
图6是表示实施例1的电力转换装置的动作的流程的一例的图。
图7是补充说明实施例1的电力转换装置的动作的图。
图8是补充说明比较例的电力转换装置的动作的图。
图9是将比较例与实施例1的电力转换装置进行比较的图。
图10是表示温度和电力量的关系的图表的一例的图。
图11是表示在实施例1中计算切换定时的处理的流程的一例的图。
图12是表示实施例1的电力转换装置的动作的流程的其他的例子的图。
图13是表示实施例2的电力转换装置的结构的一例的图。
图14A是表示实施例2的AC/DC转换电路的一例的图。
图14B是表示实施例2的DC/AC转换电路的一例的图。
图15是表示在实施例2中计算阈值的处理的流程的一例的图。
图16是表示实施例2的电力转换装置的动作的流程的一例的图。
符号说明:
1:X射线CT装置、10:被检体、100:扫描机架部、101:X射线管装置、102:旋转圆盘、103:准直器、104:开口部、105:寝台装置、106:X射线检测器、107:数据收集装置、108:机架控制装置、109:寝台控制装置、110:X射线控制装置、111:电力转换装置、120:操作单元、121:输入装置、122:图像处理装置、123:存储装置、124:系统控制装置、125:显示装置、200:三相电源、201:AC/DC转换电路、202:DC/DC转换电路、203:开关控制部、204:电流计测部、301:上臂、302:下臂、1300:电力转换装置、1301:AC/DC转换电路、1302:DC/AC转换电路、1303:开关控制部、1304:电动机、1305:电流计测部、1306:电压计测部、1401:上臂、1402:下臂。
具体实施方式
以下，根据附图来说明本发明所涉及的电力转换装置以及X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置的优选的实施方式。此外，在以下的说明以及附图中，对于具有相同的功能结构的构成要素，附加相同的附图标记，从而省略重复说明。
实施例1
使用图1来说明X射线图像拍摄装置的一例即X射线CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)装置的整体结构。如图1所示，X射线CT装置1具备扫描机架部100和操作单元120。
扫描机架部100具备X射线管装置101、旋转圆盘102、准直器103、X射线检测器106、数据收集装置107、寝台装置105、机架控制装置108、寝台控制装置109、X射线控制装置110、电力转换装置111。X射线管装置101是向载置于寝台装置105上的被检体10照射X射线的装置。准直器103是限制X射线的照射范围的装置。旋转圆盘102具备供载置于寝台装置105上的被检体10进入的开口部104，并且搭载X射线管装置101和X射线检测器106，使X射线管装置101和X射线检测器106在被检体10的周围旋转。
X射线检测器106是与X射线管装置101对置地配置，通过检测透过了被检体10的X射线来计测透过X射线的空间分布的装置。X射线检测器106的检测元件存在在旋转圆盘102的旋转方向上一维排列的情况、在旋转圆盘102的旋转方向与旋转轴方向上的二维排列的情况。数据收集装置107是收集由X射线检测器106检测出的X照射剂量作为数字数据的装置。
机架控制装置108是控制旋转圆盘102的旋转以及倾斜的装置。寝台控制装置109是控制寝台装置105的上下前后左右移动的装置。X射线控制装置110是控制电力转换装置111的输出的装置。电力转换装置111是产生施加于X射线管装置101的高电压即管电压等的装置。电力转换装置111的详细内容在后面使用图2进行叙述。
操作单元120具备输入装置121、图像处理装置122、显示装置125、存储装置123、系统控制装置124。输入装置121是用于输入被检体10的姓名、检查日期时间、拍摄条件等的装置，具体而言，是键盘或指示设备、触摸面板等。图像处理装置122是对从数据收集装置107发送的计测数据进行运算处理，并重构CT图像的装置。显示装置125是显示通过图像处理装置122重构的CT图像或其他的数据的装置，具体而言，是液晶显示器等。存储装置123是存储通过数据收集装置107收集的数据或通过图像处理装置122重构的CT图像等的装置，具体而言，是HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)或SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等。系统控制装置124是控制各部的装置，具体而言，CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等。
基于从输入装置121输入的拍摄条件，电力转换装置111产生施加到X射线管装置101的管电压或管电流，与拍摄条件对应的X射线从X射线管装置101照射到被检体10。X射线检测器106通过大量的X射线检测元件来检测从X射线管装置101照射并透过了被检体10的X射线，计测透过X射线的分布。旋转圆盘102被机架控制装置108控制，基于从输入装置121输入的拍摄条件、尤其是旋转速度等进行旋转。寝台装置105被寝台控制装置109控制，基于从输入装置121输入的拍摄条件、尤其是螺距等进行动作。
在旋转圆盘102旋转的同时，反复进行来自X射线管装置101的X射线照射和X射线检测器106的X射线计测，从而获取来自各个角度的投影数据。投影数据将表示各角度的视图(View)与X射线检测器106的检测元件编号即信道(ch)编号以及列编号对应起来。获取到的来自各种角度的投影数据被发送到图像处理装置122。图像处理装置122对发送的来自各种角度的投影数据进行反向投影处理，来重构CT图像。重构的CT图像显示在显示装置125中，用于医师的诊断。
使用图2来说明电力转换装置111的一例。电力转换装置111具备AC/DC转换电路201、DC/DC转换电路202、开关控制部203、电流计测部204。
AC/DC转换电路201是将从商用三相电源200供给的三相电力转换成直流电力的电路。在AC/DC转换电路201的输出端上连接有DC/DC转换电路202。AC/DC转换电路201的详细内容在后面使用图3A进行叙述。
DC/DC转换电路202是将从AC/DC转换电路201输出的直流电力转换成交流电力后，进一步转换成直流电力的电路。在DC/DC转换电路202的输出端上连接有电力转换装置111的负载即X射线管装置101。另外，从未搭载于旋转圆盘102的AC/DC转换电路201输出的直流电力经由滑环(slip ring)等被供给到搭载于旋转圆盘102的DC/DC转换电路202。DC/DC转换电路202的详细内容在后面使用图3B进行叙述。
电流计测部204是计测从三相电源200供给到AC/DC转换电路201的电流即输入电流的电路。通过电流计测部204计测出的输入电流的值被发送到开关控制部203。
开关控制部203是基于被供给到X射线管装置101的电压图案和根据电流图案计算的电力图案来控制AC/DC转换电路201所具有的开关元件的装置，例如具有CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)等运算器。另外，开关控制部203在开关元件的控制中根据需要来使用从电流计测部204发送的电流的值。开关控制部203的动作的详细内容在后面使用图6等进行叙述。
使用图3A来说明AC/DC转换电路201的一例。AC/DC转换电路201具备电抗器(reactor)L11～L13、开关元件Q1～Q6、反向并联二极管DQ1～DQ6、平滑电容器C11，输出直流电压Vdc。另外，对供给到AC/DC转换电路201的电流进行计测的电流计测部204可以计测三相各自的电流，还可以如图3A所示，计测三相中的任意的两相的电流。在计测两相的电流的情况下，剩余的一相的电流根据两相的电流的值来计算。
电抗器L11～L13是抑制从三相电源200的各相供给的电流中含有的高次谐波电流的线圈。开关元件Q1～Q6是通过开关控制部203进行导通(ON)/截止(OFF)控制的开关，例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体设备。分别在开关元件Q1与Q2的连接点上输入三相中的U相，在Q3与Q4的连接点上输入V相，在Q5与Q6的连接点上输入W相。反向并联二极管DQ1～DQ6是分别与开关元件Q1～Q6并联且反极性连接的二极管，保护开关元件Q1～Q6免受逆电流。平滑电容器C11是抑制输出电压的纹波的电容器。
另外，将开关元件Q1、Q3、Q5和反向并联二极管DQ1、DQ3、DQ5称为上臂301，将开关元件Q2、Q4、Q6和反向并联二极管DQ2、DQ4、DQ6称为下臂302。并且，将上臂301中含有的开关元件Q1、Q3、Q5称为上臂元件，将下臂302中含有的开关元件Q2、Q4、Q6称为下臂元件。另外，当三相中的某相的上臂元件导通时，相同的相的下臂元件截止。例如，若开关元件Q1导通则开关元件Q2截止，若开关元件Q4导通则开关元件Q3截止。即，AC/DC转换电路201是上臂元件和下臂元件被设置于三相的各相的三相转换电路。
使用图3B来说明DC/DC转换电路202的一例。DC/DC转换电路202具备平滑电容器Cdc1、开关元件S1～S4、反向并联二极管D1～D4、高频变压器T1、整流二极管D21～D24、平滑电容器Cdc2。输入有直流电压Vdc的DC/DC转换电路202将管电压Vx和管电流Ix输出到X射线管装置101。
平滑电容器Cdc1是对经由滑环等供给的直流电压Vdc中包含的高频电压进行平滑的电容器。开关元件S1～S4是进行导通/截止控制的开关，与反向并联二极管D1～D4一起构成全桥电路。反向并联二极管D1～D4是分别与开关元件S1～S4并联且反极性连接的二极管。高频变压器T1是对从全桥电路输出的交流电压进行变压的变压器。整流二极管D21～D24是对从高频变压器T1输出的交流电压进行整流的二极管。平滑电容器Cdc2是抑制管电压Vx的纹波的电容器。
使用图4A来说明将上臂元件固定为导通的两相调制方式。在图4A中示出用于制造脉冲宽度调制输出的三角波和U相、V相、W相的各调制波。U相、V相、W相的各调制波每120°被固定为三角波的振幅的最大值即1，各调制波大于三角波时，上臂元件例如图3A的开关元件Q1、Q3、Q5导通。即在图4A示出的两相调制方式中，上臂元件每120°固定为导通，并且下臂元件固定为截止，因而与上臂元件和下臂元件始终进行导通截止动作的三相调制方式相比较，能够将开关损耗降低到约2/3。
在图4B中示出将下臂元件固定为导通的两相调制方式时的三角波和U相、V相、W相的各调制波。U相、V相、W相的各调制波每120°被固定为三角波的振幅的最小值即0，在各调制波小于三角波时，下臂元件例如图3A的开关元件Q2、Q4、Q6导通。即在图4B示出的两相调制方式中，下臂元件每120°固定为导通，并且上臂元件截止，因而与图4A时相同地，与三相调制方式相比较，能够降低开关损耗。
被固定为导通的期间，上臂元件和下臂元件根据电力转换装置111供给到负载的电力进行发热，若仅将上臂元件和下臂元件中的一方固定为导通则产生发热不平衡。通过几乎相等地设定将上臂元件固定为导通的期间即上臂期间和将下臂元件固定为导通的期间即下臂期间，并周期性地进行切换，从而抑制此种发热的不平衡。
但是，当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，则并非如此。即，即使几乎相等地设定上臂期间和下臂期间，有时在上臂期间供给到上臂元件的电力与在下臂期间供给到下臂元件的电力的差异变大。因此，在本实施例中，开关控制部203基于对预先设定的电力图案进行累积而计算出的电力累积值来切换上臂期间和下臂期间，由此降低在上臂元件和下臂元件的发热的差异。更具体而言，当通过电流计测部204计测的电流的累积值超过以下阈值时，切换上臂期间和下臂期间，该阈值为以在上臂期间根据电力累积值而供给到上臂元件的电力量与在下臂期间根据电力累积值而供给到下臂元件的电力量的差异成为预定值以下的方式而预先计算的阈值。预定值优选为更小的值，最优选为零。
使用图5来说明计算阈值的处理的流程的一例。
(S501)
开关控制部203获取供给到X射线管装置101的电压图案(Voltage pattern)Vx(t)和电流图案(Current pattern)Ix(t)。例如，基于从输入装置121输入的拍摄条件中包含的管电压或管电流、拍摄模式的序列信息，计算供给到负载即X射线管装置101的电压和电流的时间变化的图案即电压图案Vx(t)和电流图案Ix(t)。
(S502)
开关控制部203使用在S501中获取到的电压图案Vx(t)和电流图案Ix(t)来计算电力图案Px(t)。在电力图案Px(t)的计算中例如使用之后的式子。
Px(t)＝Vx(t)×Ix(t)...(1)
(S503)
开关控制部203使用在S502中计算出的电力图案Px(t)来计算动作期间中的电力累积值Px_int。在电力累积值Px_int的计算中例如使用之后的式子。
Px_int＝∫Px(t)·dt...(2)
(S504)
开关控制部203使用在S503中计算出的电力累积值Px_int来计算切换上臂期间和下臂期间的次数即切换次数Nsw。在切换次数Nsw的计算中例如使用之后的式子。
Nsw＝2·RoundUp(Px_int/Px_max)...(3)
其中，RoundUp()是将小数向上舍入的运算符，Px_max是能够供给到开关元件的电力的最大值。Px_max的值根据开关元件的额定电力或安装于AC/DC转换电路201的冷却器的冷却量等而决定。
根据(3)式，切换次数Nsw被设定为偶数。此外，有时当切换上臂期间和下臂期间时从AC/DC转换电路201产生的噪声给X射线CT装置1的计测数据带来不良影响，期望切换次数Nsw更少。即，若切换次数Nsw为偶数则不限定于基于式(3)的计算。
(S505)
开关控制部203使用在S503中计算出的电力累积值Px_int和在S504中计算出的切换次数Nsw，计算供给到负载的电力的阈值Px_ref。在阈值Px_ref的计算中例如使用之后的式子。
Px_ref＝Px_int/Nsw...(4)
开关控制部203还使用电力的阈值Px_ref来计算与被电流计测部204计测的输入电流有关的阈值Iref。在阈值Iref的计算中例如使用之后的式子。
Iref＝Px_ref/Vac...(5)
其中，Vac为三相电源200的线间电压的有效值。
通过以上的处理的流程，计算电力的阈值Px_ref、与输入电流有关的阈值Iref等的阈值。另外，还可以是开关控制部203以外的运算器例如X射线控制装置110或系统控制装置124执行阈值的计算。
使用图6来说明本实施例的电力转换装置111的动作的流程的一例。另外，在图6中，基于与输入电流有关的阈值Iref来切换上臂期间和下臂期间。
(S601)
开关控制部203将电流累积值重置。即，将电流累积值即Iin_int的值设为0。
(S602)
开关控制部203判定有无停止指令。当有停止指令时，处理的流程结束，当没有时，处理进入S603。停止指令在电力转换装置111的动作期间结束的情况下或存在来自外部的中断指令时产生。
(S603)
电流计测部204计测从三相电源200输入到AC/DC转换电路201的电流即输入电流Iin(t)。另外，输入电流Iin(t)是U相、V相、W相中的至少一相的电流。计测出的输入电流Iin(t)的值被发送到开关控制部203。
(S604)
开关控制部203将输入电流Iin(t)累积，计算电流累积值Iin_int。电流累积值Iin_int是将从S601重置起到本步骤计测出的输入电流Iin(t)的值进行累积而计算出的。
(S605)
开关控制部203判定电流累积值Iin_int是否超过了阈值Iref。若电流累积值Iin_int超过了阈值Iref，则处理进入S606，若未超过则处理返回S602。
(S606)
开关控制部203切换上臂期间和下臂期间。即，当是上臂期间的情况下，切换成下臂期间，当是下臂期间的情况下，切换成上臂期间。在切换了上臂期间和下臂期间后，处理返回S601。
通过以上说明的处理的流程，即使当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，由于在上臂期间被供给到上臂元件的电力与在下臂期间被供给到下臂元件的电力的差异被降低，因而能够抑制发热的不平衡。
使用图7来补充说明本实施例的电力转换装置111的动作。在图7中示出S502的电力Px、S503的电力累积值Px_int、通过阈值Iref将上臂期间和下臂期间切换了四次时的S604的电流累积值Iin_int的时间变化的波形。上臂期间是t0～t1和t2～t3，下臂期间是t1～t2和t3～t4，尽管两期间不相等，但在两期间中供给到开关元件的电流的累积值即Iin_int与阈值Iref几乎相等。并且，由于三相电源200的线间电压Vac几乎恒定，因而在上臂期间被供给到上臂元件的电力和在下臂期间被供给到下臂元件的电力也几乎相等，能够降低在上臂元件和下臂元件中的发热的差异。
使用图8来补充说明比较例的电力转换装置的动作。在图8中示出与图7相同的电力Px以及电力累积值Px_int、周期性切换几乎相等地设定的上臂期间和下臂期间时的电流累积值Iin_int的时间变化的波形。上臂期间是t10～t11和t12～t13，下臂期间是t11～t12和t13～t14，两期间几乎相等，但在两期间中供给到开关元件的电流的累积值即Iin_int不相等。并且，由于三相电源200的线间电压Vac几乎恒定，因而在上臂期间被供给到上臂元件的电力和在下臂期间被供给到下臂元件的电力也不相等，在上臂元件和下臂元件中的发热中产生差异。
使用图9来比较图8的比较例和图7的本实施例。在图9中示出上臂期间和下臂期间在开关元件产生的损耗。相对于在图8的比较例中两期间中的损耗的差异大，在图7的本实施例中损耗的差异小。即，根据本实施例，能够降低在上臂元件和下臂元件中的发热的差异。另外，因开关元件的发热的差异的降低，能够实现安装于AC/DC转换电路201的冷却器的小型化，当阈值的计算中使用的预定值为零时，能够在上臂元件和下臂元件中使用相同的冷却器。
另外，代替AC/DC转换电路201的输入电流的累积值，还可以将来自AC/DC转换电路201的输出电流的累积值与阈值进行比较，从而切换上臂期间和下臂期间。来自AC/DC转换电路201的输出电流被设置于AC/DC转换电路201的输出端子并且计测输出电流的电路即电流计测部计测。在与输出电流的累积值相比较的阈值的计算中，例如使用之后的式子。
Iref＝Px_ref/Vdc...(6)
其中，Vdc为AC/DC转换电路201所输出的直流电压的值。
另外，代替计测输入电流或输出电流，还可以计测上臂元件和下臂元件的温度，并将计测到的温度的值换算成供给到上臂元件或下臂元件的电力量。上臂元件或下臂元件的温度通过设置于各元件的温度计测部来计测。在将温度的值换算成电力量时，例如使用图10示出的图表。图10的图表表示上臂元件或下臂元件的温度与供给到各元件的电力量的关系，通过计测供给已知的电力量时的开关元件的温度来预先制作，并存储于开关控制部203等所具备的存储部中。
即，开关控制部203将通过温度计测部计测的开关元件的温度与图10例示的图表进行对照，从而换算成被供给到开关元件的电力量。并且，当求出的电力量超过阈值时，开关控制部203切换上臂期间和下臂期间。
另外，对于在上臂期间和下臂期间的切换中使用的阈值，可以分别计算用于上臂的阈值即上臂阈值和用于下臂的阈值即下臂阈值。安装于AC/DC转换电路201的冷却器未必均等地冷却上臂和下臂，有时在上臂和下臂的冷却量中产生差异。例如，在分别设置冷却上臂的上臂冷却器和冷却下臂的下臂冷却器且两者的安装位置或性能较大不同时，在上臂和下臂的冷却量中产生差异。
因此，可以预先计算上臂阈值和下臂阈值，使用上臂阈值和下臂阈值来切换上臂期间和下臂期间，以使上臂的发热量减去了冷却量而得的值与下臂的发热量减去了冷却量而得的值得差异成为预定值以下。更具体而言，预先计算上臂阈值和下臂阈值，以使在上臂期间根据电力累积值而供给到上臂元件的电力量减去了对于上臂的冷却量而得的值与在下臂期间根据电力累积值而供给到下臂元件的电力量减去了对于下臂的冷却量而得的值的差异为预定值以下。并且，当输入电流或输出电流的电流累积值在上臂期间中超过上臂阈值时，上臂期间被切换成下臂期间，当电流累积值在下臂期间中超过下臂阈值时，下臂期间切换成上臂期间。
另外，代替将输入电流或输出电流的电流累积值与阈值进行比较，可以通过基于积累了预先设定的电力图案的电力累积值而计算出的切换定时来切换上臂期间和下臂期间。更具体而言，计算切换定时，以使在上臂期间根据电力累积值而被供给到上臂元件的电力量与在下臂期间根据电力累积值而被供给到下臂元件的电力量的差异成为预定值以下。
使用图11来说明计算切换定时的处理的流程的一例。另外，由于S501～S504与图5相同，因而省略说明，针对S1105进行说明。
(S1105)
开关控制部203使用通过式(4)计算的阈值Px_ref来计算切换定时tsw(n)。切换定时tsw(n)被计算为到时刻t为止的电力累积值Px_int(t)为阈值Px_ref的倍数的时刻，例如相当于图7的t1、t2、t3、t4。另外，n为上臂期间和下臂期间的切换的指标(index)，是从1到切换次数Nsw的整数。在图7的例子中，Nsw＝4，tsw(1)＝t1、tsw(2)＝t2、tsw(3)＝t3、tsw(4)＝t4。
通过以上的处理的流程，基于积累预先设定的电力图案而计算出的电力累积值来计算切换定时tsw(n)。另外，开关控制部203以外的运算器例如X射线控制装置110或系统控制装置124也可以执行切换定时tsw(n)的计算。
使用图12来说明本实施例的电力转换装置111的动作的流程的其他的例子。在图12中，基于切换定时tsw(n)来切换上臂期间和下臂期间。另外，省略与图6相同的处理即S602和S606的说明，针对S1201和S1205进行说明。
(S1201)
开关控制部203设定切换定时tsw(n)。即，若本步骤为第一次，则设定tsw(1)，在第二次以后，随时更新tsw(n)。
(S1205)
开关控制部203判定从AC/DC转换电路201的动作开始起经过的时刻t是否超过了切换定时tsw(n)。若时刻t超过切换定时tsw(n)则处理进入S606，若未超过则处理返回S602。
根据以上说明的处理的流程，即使当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，由于在上臂期间被供给到上臂元件的电力与在下臂期间被供给到下臂元件的电力的差异降低，因而能够抑制发热的不平衡。另外，可以不具备在图12的动作的流程中计测输入电流或输出电流的电流计测部。
实施例2
在实施例1中，说明了X射线图像拍摄装置具备作为三相转换电路而具有AC/DC转换电路的电力转换装置的情况。在本实施例中，说明电动机驱动装置具备作为三相转换电路而具有DC/AC转换电路的电力转换装置的情况。
使用图13来说明驱动电动机1304的电动机驱动装置中具备的电力转换装置1300的一例。另外，电动机1304通过三相电力进行驱动。电力转换装置1300具备AC/DC转换电路1301、DC/AC转换电路1302、开关控制部1303、电流计测部1305、电压计测部1306。
AC/DC转换电路1301是将从商用的三相电源200供给的三相电力转换成直流电力的电路。在AC/DC转换电路1301的输出端上连接有DC/AC转换电路1302。AC/DC转换电路1301的详细内容在后面使用图14A进行叙述。
DC/AC转换电路1302是将从AC/DC转换电路1301输出的直流电力转换成三相电力的电路。在DC/AC转换电路1302的输出端上连接有电力转换装置1300的负载即电动机1304。DC/AC转换电路1302的详细内容在后面使用图14B进行叙述。
电流计测部1305是计测从AC/DC转换电路1301供给到DC/AC转换电路1302的电流即输入电流的电路。通过电流计测部1305计测出的输入电流的值被发送到开关控制部1303。
电压计测部1306是计测从AC/DC转换电路1301施加到DC/AC转换电路1302的电压即输入电压的电路。通过电压计测部1306计测出的输入电压的值被发送到开关控制部1303。
开关控制部1303是基于根据电动机1304的动作图案而计算的电力图案来控制DC/AC转换电路1302所具有的开关元件的装置，例如具有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等运算器。另外，开关控制部1303根据开关元件的控制中的需要来使用从电流计测部1305发送的电流或从电压计测部1306发送的电压的值。开关控制部1303的动作的详细内容在后面使用图16进行叙述。
使用图14A来说明AC/DC转换电路1301的一例。AC/DC转换电路1301具备电抗器L11～L13、整流二极管Dr1～Dr6、升压电抗器Lb、开关元件Sb、二极管Db、平滑电容器C11，输出直流电压Vdc。
使用图14B来说明DC/AC转换电路1302的一例。DC/AC转换电路1302具备平滑电容器C12、开关元件H1～H6、反向并联二极管DH1～DH6。输入有直流电流Idc和直流电压Vdc的DC/AC转换电路1302将三相电力供给到电动机1304。通过电流计测部1305来计测直流电流Idc，通过电压计测部1306来计测直流电压Vdc。
开关元件H1～H6是通过开关控制部1303进行导通/截止控制的开关。三相中的一相分别从开关元件H1与H2的连接点、H3与H4的连接点、H5与H6的连接点向电动机1304输出。另外，开关元件H1、H3、H5和反向并联二极管DH1、DH3、DH5为上臂1401，开关元件H2、H4、H6和反向并联二极管DH2、DH4、DH6为下臂1402。并且，在上臂1401中含有的开关元件H1、H3、H5是上臂元件，在下臂1402中含有的开关元件H2、H4、H6是下臂元件。即，DC/AC转换电路1302是上臂元件和下臂元件设置于三相的各相的三相转换电路。
使用图15来说明基于预先设定的电动机1304的动作图案来计算在上臂期间和下臂期间的切换中使用的阈值的处理的流程的一例。另外，由于S503～S505与图5相同，因此省略说明，对S1501和S1502进行说明。
(S1501)
开关控制部1303获取电动机1304的动作图案。在动作图案例如包含有电动机1304的转矩(N·m)、转速(r/min)的时间变化的图案即转矩图案T(t)和转速图案N(t)。
(S1502)
开关控制部1303使用在S1501中获取到的转矩图案T(t)和转速图案N(t)来计算电力图案Px(t)。在电力图案Px(t)的计算中例如使用之后的式子。
Px(t)＝2π×T(t)×N(t)/60...(7)
另外，在S505的阈值Iref的计算中，代替式(5)而使用之后的式子。
Iref＝Px_ref/vdc_ref...(8)
其中，Vdc_ref为直流电压Vdc的基准值。
通过以上的处理的流程，计算电力的阈值Px_ref、与输入电流有关的阈值Iref等的阈值。另外，开关控制部1303以外的运算器例如外部的装置所具备的运算器可以执行阈值的计算。
使用图16来说明本实施例的电力转换装置1300的动作的流程的一例。另外，在图16中，基于与输入电流有关的阈值Iref，切换上臂期间和下臂期间。另外，省略与图6相同的处理即S601、S602、S605、S606的说明，对S1603和S1604进行说明。
(S1603)
电流计测部1305和电压计测部1306分别计测从AC/DC转换电路1301输入到DC/AC转换电路1302的直流电流Idc和直流电压Vdc。计测出的直流电流Idc的值和直流电压Vdc的值被发送到开关控制部1303。
(S1604)
开关控制部1303积累直流电流Idc来计算电流累积值Iin_int。在电流累积值Iin_int的计算中，使用从在S601被重置起到本步骤为止计测出的直流电流Idc的值。在电流累积值Iin_int的计算中，例如使用之后的式子。
Iin_int＝(Vdc/Vdc_ref)∫Idc·dt...(9)
在式(9)中，Vdc/Vdc_ref是使直流电压Vdc的值变化时的校正系数。即使在乘以校正系数来根据电动机1304的动作图案使直流电压Vdc的值变化的情况下，也能够降低损耗的差异。
通过以上说明的处理的流程，即使当供给到负载的电力的变动大的情况下或当不是周期性的情况下，由于在上臂期间被供给到上臂元件的电力与在下臂期间被供给到下臂元件的电力的差异被降低，因而也能够抑制发热的不平衡。
此外，本发明的电力转换装置以及X射线图像拍摄装置、电动机驱动装置并不限定于上述实施例，能够在不脱离发明的宗旨的范围中将构成要素变形来具体化。另外，可以将上述实施例中公开的多个构成要素适当组合。并且，还可以删除上述实施例中示出的全构成要素或若干构成要素。

Claims (12)

1.一种电力转换装置，具备：三相转换电路，其在三相的各相上设有上臂的开关元件即上臂元件和下臂的开关元件即下臂元件；以及开关控制部，其交替地切换将所述上臂元件固定为导通的期间即上臂期间和将所述下臂元件固定为导通的期间即下臂期间，其特征在于，
所述开关控制部基于累积预先设定的电力图案而计算出的电力累积值，来切换所述上臂期间和所述下臂期间。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述开关控制部切换所述上臂期间和所述下臂期间，以使在所述上臂期间根据所述电力累积值而向所述上臂元件供给的电力量与在所述下臂期间根据所述电力累积值而向所述下臂元件供给的电力量的差异成为预定值以下。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置还具备电流计测部，该电流计测部计测输入到所述三相转换电路的电流即输入电流或者从所述三相转换电路输出的电流即输出电流，
所述开关控制部以所述差异成为所述预定值以下的方式预先计算出阈值，在所述输入电流的累积值或者所述输出电流的累积值超过所述阈值时，切换所述上臂期间和所述下臂期间。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置还具备电压计测部，该电压计测部计测向所述三相转换电路施加的电压的值，
所述开关控制部通过所述电压计测部计测的电压的值来计算出与所述累积值相乘的校正系数，当所述校正系数与所述累积值的积超过所述阈值时，切换所述上臂期间和所述下臂期间。
5.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述预定值为零。
6.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述开关控制部预先计算出所述差异成为所述预定值以下的切换定时，当时刻超过所述切换定时时，切换所述上臂期间和所述下臂期间。
7.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置还具备：
温度计测部，其计测所述上臂元件的温度和所述下臂元件的温度；以及
存储部，其存储表示所述温度与电力量的关系的图表，
所述开关控制部以所述差异成为所述预定值以下的方式预先计算出阈值，当通过将所述温度计测部计测的温度与所述图表进行对照而求出的电力量超过所述阈值时，切换所述上臂期间和所述下臂期间。
8.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置还具备：
上臂冷却器，其冷却所述上臂；
下臂冷却器，其冷却所述下臂；
电流计测部，其计测输入到所述三相转换电路的电流即输入电流的值或者从所述三相转换电路输出的电流即输出电流的值，
所述开关控制部以在所述上臂期间根据积累所述电力图案而计算出的电力累积值而向所述上臂元件供给的电力量减去所述上臂冷却器的冷却量而得的值与在所述下臂期间根据所述电力累积值而向所述下臂元件供给的电力量减去所述下臂冷却器的冷却量而得的值的差异成为预定值以下的方式预先计算出用于所述上臂的阈值即上臂阈值和用于所述下臂的阈值即下臂阈值，当在所述上臂期间所述输入电流的累积值或者所述输出电流的累积值超过所述上臂阈值时，从所述上臂期间切换成所述下臂期间，当在所述下臂期间所述输入电流的累积值或者所述输出电流的累积值超过所述下臂阈值时，从所述下臂期间切换成所述上臂期间。
9.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述三相转换电路是向所述上臂元件与所述下臂元件的连接点输入三相电力并输出直流电力的AC/DC转换电路。
10.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述三相转换电路是输入直流电力，并从所述上臂元件与所述下臂元件的连接点输出三相电力的DC/AC转换电路。
11.一种X射线图像拍摄装置，其拍摄被检体的X射线图像，其特征在于，该X射线图像拍摄装置具备：
权利要求1所述的电力转换装置。
12.一种电动机驱动装置，其驱动电动机，其特征在于，该电动机驱动装置具备：
权利要求1所述的电力转换装置。
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