JP2000036418A

JP2000036418A - ア―ク制限デバイス

Info

Publication number: JP2000036418A
Application number: JP11063769A
Authority: JP
Inventors: Theodore A Resnick; エイレズニックセオドア
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-02-02
Also published as: US5978446A; EP0933980A3; EP0933980A2

Abstract

(57)【要約】【課題】出力（１２、１４）を有する高電圧、高周波
数ジェネレータ（１０）を含む高電圧電源を提供する。【解決手段】ジェネレータ（１０）の出力（１２、１
４）と直列にアーク制限デバイス（２０）が接続されて
いる。アーク制限デバイス（２０）は、表皮効果を呈す
るある長さのワイヤを巻いた２つのコイル（２２、２
４）を含む。表皮効果は、より高い周波数電流成分をワ
イヤの断面の制限された表皮層部分を通るように、ワイ
ヤの表面を流れさせる。好ましい一実施例ではアーク制
限デバイス（２０）は、高電圧ケーブル（３２、３４）
を介してｘ線管（４０）に接続されている。ワイヤに適
当な材料は、高透磁率対固有抵抗比を有する、例えば
鉄、精製された鉄、78パーマロイ、4-97パーマロイ、ミ
ューメタル、またはスーパーマロイのような材料を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧電源に関す
る。本発明は、特にｘ線管用高電圧電源（ｘ線技術にお
いては、ジェネレータと称されることが多い）に特定の
応用を有し、以下の説明もこの特定の応用に関連して行
う。しかしながら、本発明は他の環境におけるアーク制
限にも応用を有していることを理解されたい。

【０００２】

【従来の技術】高電圧ｘ線管内に時折発生し得るよう
に、電気アーク放電中に数 10 ｋＨｚ乃至数ＭＨｚの極
めて高い周波数の電流が生成する。アーク中、ｘ線管、
ハウジング成分、または他の取り囲む要素が破壊され得
る。従って、これらの要素を破壊の危険から保護するた
めに、アーキングを制限、または抑圧することが有利に
なる。

【０００３】従来、多くの方法を使用してアーキングを
制限してきた。このような方法の１つは、出力電圧の経
路内に、典型的には固定抵抗の形状の電気抵抗を挿入す
ることである。しかしながら、システムの所望出力電力
に依存して、これは正常動作中に重大な電圧損失、及び
電力消散をもたらす。更に、それでも未だ破壊的な電流
がアーク中に流れ得る。

【０００４】別の方法は、アーキング電流の上昇のレー
トを減少させる意図で、出力内に直列インダクタンスを
導入することである。上昇の減少が事象を時間的に長引
かせて電流ピークを制限する。この方法は適度に効果的
であるが、かなり費用がかかる。電流の急速な変化に起
因して発生する誘導性電圧スパイクをキャッチするため
に、誘導性素子はコア、フライバック保護ダイオード、
及びダンピング抵抗も必要とする。所望のインダクタン
スを得るために必要なコイルのサイズ及び数は高価にな
りがちである。更に、得られた回路はかなりの空間を占
め、それ自体の故障モードを導入しかねない。

【０００５】更に別の方法においては、典型的には 50
−100 Ωの範囲である比較的低い値の直列終端抵抗に、
高電圧伝送ケーブルの特性インピーダンスを整合させる
ことを試みている。この整合は、供給ケーブル及び負荷
の寄生リアクタンスによる共振リンギングを減少させ
る。しかしながら、それでも大電流が流れることが可能
であり、典型的には、それはｘ線管の陽極端だけに実現
されている。陽極及び陰極の両方には実現されていない
のは、陰極フィラメント接続及び電流要求がそれを実行
不能にしているからである。

【０００６】

【発明の要旨】本発明による高電圧電源は、高電圧、高
周波数ジェネレータを含んでいる。少なくとも１つのコ
イルを含むアーク制限デバイスは、ジェネレータの出力
に直列に接続されている。コイルは、表皮効果を呈する
ある長さのワイヤを巻いたものであり、高周波数電流成
分はワイヤの断面の制限された部分を通るようにされ、
ワイヤの表面を流れる。

【０００７】本発明の別の面によれば、ｘ線生成中のア
ーク抑圧方法は、電流を生成することを含む。電流は、
抵抗性金属のコイルを通って導かれ、電流の高周波数成
分は抵抗性金属の制限された表皮層を通るようにされ、
抵抗性金属の表面を流れる。次いで、電流はｘ線管に印
加される。

【０００８】以下に、例として、添付図面を参照して本
発明を遂行する方法を詳細に説明する。

【０００９】

【実施例】図１に示す高周波数マルチプライヤ型ジェネ
レータ１０は、高電圧出力（第１のまたは陽極出力１２
に正電圧、第２のまたは陰極出力１４に負電圧）を発生
する。普通の構造である高周波数電圧ジェネレータ１０
は、キャパシタの等価回路を有している。詳述すればジ
ェネレータは、接地と第１の（陽極）出力１２との間に
実効キャパシタンス１６と、接地と第２の（陰極）出力
１４との間に実効キャパシタンス１８とを有している。

【００１０】図示実施例では、第１のコイル２２及び第
２のコイル２４を含むアーク制限デバイス２０がジェネ
レータ１０に接続されている。コイル２２及び２４は、
それぞれ第１の（陽極）出力１２及び第２の（陰極）出
力１４に接続されている。しかしながら、異なる実施例
及び／または応用においては、アーク制限デバイス２０
は、アーク制限デバイス２０の出力２６及び２８がアー
ク抑圧高電圧ジェネレータの出力であるように、高周波
数電圧ジェネレータ１０内に組み込むことができる。

【００１１】出力２６及び２８は、高電圧ケーブル３２
及び３４を介してｘ線管４０に接続されている。ｘ線管
４０は、フィラメント電流源（図示してない）からフィ
ラメント加熱電流によって加熱されるフィラメントのよ
うな電子源４２を含んでいる。加熱されたフィラメント
は電子雲を生成する。電子雲は、高電圧ジェネレータ１
０によって電子源４２とターゲット電極即ち陽極４４に
またがって印加される電位によってターゲット４４へ引
かれ、電子ビームを形成する。電子ビームがターゲット
４４に衝突すると、ｘ線のビームが生成される。ターゲ
ット（陽極）４４及び電子源４２は、真空外囲４６内に
密封されている。

【００１２】図２Ａ及び２Ｂに示すように、コイル２
２、２４は、透磁率対固有抵抗の比が比較的高い、好ま
しくは 500より大きいか、または等しいある長さの小直
径強磁性ワイヤ５０を巻いた抵抗性／誘導性素子であ
る。但し、最大透磁率はガウス／エルステッドで、また
固有抵抗はμΩ・ｃｍで測定した値である。好ましい実
施例では、適当な材料は、鉄、純鉄、78パーマロイ、4-
97パーマロイ、ミューメタル、またはスーパーマロイを
含む。コイルは、コイル（図２Ａに示すような）、また
は平坦な多重パンケーキコイルアセンブリ（図２Ｂに示
すような）のような巻き上がりの幾何学的形状のインダ
クタンスを最小にするように、または強化するように巻
かれる。平坦な多重パンケーキコイルアセンブリは、所
要の大きいインダクタンスを小さい空間で得ることがで
きる。平坦な多重パンケーキコイルアセンブリの第１の
コイル５２は、内径から外径の方へ向かって巻かれてい
る。この巻線は、これも内径から外径の方へ向かって巻
かれている第２のコイルへ続いている。同様に、各々が
内側から外側へ向かって巻かれている付加的なコイル５
４が、図示のように先行コイルとは離間され、軸方向に
整列して取付けられている。これらのコイルは誘電性油
が満たされたタンク内に収容されている。代替として、
コイルは、接地された導電性外側シースで遮蔽されてい
る適当な誘電性樹脂材料のポットに容れられる。更に、
フェライトコア５６をこれらのコイルの内径を通して伸
ばすことができる。

【００１３】図２Ｃに示す１つの好ましい実施例では、
各コイル２２、２４は複数のワイヤ５０の巻線を含むこ
とができる。複数のワイヤ５０の巻線は、システムの設
計要求に依存して直列に（図示のように）、並列に、ま
たは両者を組合せて接続することができる。更に、若干
の応用の場合には、各ワイヤ５０の巻線と並列に抵抗・
ダイオード対５８を含むことが望ましい。

【００１４】図３を参照して動作を説明する。アーク制
限デバイス２０は、アーキング電流の高周波数成分を吸
収するために表皮効果を使用する。表皮効果とは、高周
波数電流が、直流電流のように全断面を通って流れるの
ではなく、導体の表面を流れる傾向のことである。この
ように電流を導体の制限された表皮部分６２を通るよう
に流させると導電の断面が減少し、それによって高周波
数電流の流れに対する抵抗が増加する。高周波数におけ
るワイヤの高い抵抗が、アーキング事象によって生成さ
れる高周波数電流パルスを吸収し、それによって負荷
（この場合には、ｘ線管４０）に伝えられるエネルギを
減少させ、それを破壊する可能性を減少させる。

【００１５】表皮の深さ６４は、透磁率の平方根に逆比
例し、固有抵抗の平方根に正比例する。表皮の深さ６４
が浅い程、高周波数電流が流れる断面が制限され、従っ
て、より高い抵抗を呈する。従って、コイル２２、２４
のための適当な材料は、透磁率対固有抵抗の比が比較的
高い例えば強磁性材料、特定的には、鉄、純鉄、78パー
マロイ、4-97パーマロイ、ミューメタル、またはスーパ
ーマロイである。換言すれば、所与の周波数に対して、
この高い比は、銅のような非磁性ワイヤに比して表皮の
深さを浅くする。これは、実際に電流が流れる断面積を
更に制限し、それによってその周波数において銅よりも
高い抵抗の経路を呈する。更に、例えば鉄は高い自己誘
導特性を有しているので、鉄のコイルのワイヤを回路内
に配置した場合には過大なエネルギを変換して蓄積する
インダクタのように動作し、その抵抗は可能共振振動を
大きくダンプするように動作する。周波数が高くなるに
つれて、表皮の深さが減少してより多くのエネルギをよ
り少ない導体内へ導く。導体の単位体積当たりのエネル
ギが充分に高くなると、鉄は飽和して抵抗として機能す
る。

【００１６】オプションとして、コイルは鉄の管に巻く
ことができる。表面対体積比が、より小さい直径のワイ
ヤよりも大きいので、好ましいことにコイルは並列に接
続された複数の高ゲージの（小直径の）鉄のコイルを含
むことになる。更に、単一、または並列コイルアセンブ
リを直列に接続することができる。直径は、好ましくは
ダンプすべき電流の最小目標周波数（金属の透磁率に対
する）に整合させる。非円形ワイヤも意図している。

【００１７】以上に本発明を、ｘ線管用高電圧電源にお
けるアーク制限に関連して説明したが、本発明は他の環
境における応用にも適用できることを理解されたい。例
えば本発明は、特に、１つの成分から別の成分へ電力を
転送中に、ラインによって輸送される高周波数雑音電流
を排除するような雑音濾波／制限に適用可能である。コ
イルの誘導性及び抵抗性の性質と組合された表皮効果
が、雑音を吸収する。

【００１８】上述した高電圧電源の１つの長所は、それ
がアーキングを制限することである。別の長所は、アー
キングに起因するｘ線管の内部破壊、及び他の成分の破
壊の危険性を減少させることにある。別の長所は、ｘ線
管の寿命及び安定度を伸ばすことである。別の長所は、
正常動作中に、アーク事象に起因する高周波数、高エネ
ルギの電流パルスからの保護を維持しながら、電圧及び
電力損失を減少させることである。更に別の長所は、若
干の条件の下で、フライバックダイオード及び／または
ダンピング抵抗を不要にできることである。別の長所
は、ピークアーク電流を大幅に減少させ、殆どのアーク
エネルギを吸収しながら、最小の直流電圧及び／または
電力損失で直流負荷電流を負荷へ流すことができること
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電圧ジェネレータ等価回路、ｘ線
管、アーク制限デバイスの回路図である。

【図２ａ】本発明によるアーク制限デバイスのコイルの
概要図である。

【図２ｂ】本発明によるアーク制限デバイスの平坦な多
重パンケーキコイルアセンブリの概要図である。

【図２ｃ】本発明によるアーク制限デバイスのコイル接
続の一例を示す回路図である。

【図３】本発明に使用される表皮効果を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０ジェネレータ１２第１の（陽極）出力１４第２の（陰極）出力１６、１８キャパシタンス２０アーク制限デバイス２２、２４コイル２６、２８アーク制限デバイス出力３２、３４高電圧ケーブル４０ｘ線管４２電子源４４ターゲット電極（陽極）４６真空外囲５０ワイヤ５２第１のコイル５４付加的なコイル５６フェライトコア５８抵抗・ダイオード対６２表皮部分６４表皮の深さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高電圧電源であって、出力（１２、１４）を含む高電圧、高周波数ジェネレー
タ（１０）と、上記ジェネレータ（１０）の上記出力（１２、１４）に
直列に接続されているアーク制限デバイス（２０）と、
を備え、上記アーク制限デバイス（２０）は、少なくとも１つの
コイル（２２、２４）を有し、上記コイルは、ある長さ
のワイヤ（５０）の巻線を含み、上記ワイヤ（５０）の
巻線は表皮効果を呈し、高周波数電流成分は上記ワイヤ
（５０）の断面の制限された部分を通るようにされ、ワ
イヤ（５０）の表面（６２）を流れるようになってい
る、ことを特徴とする高電圧電源。
【請求項２】上記ワイヤ（５０）は、透磁率をガウス
／エルステッドで測定し、固有抵抗をμΩ・ｃｍで測定
して、透磁率と固有抵抗との比が 500より高いか、また
は等しい金属で作られている請求項１に記載の高電圧電
源。
【請求項３】上記ワイヤ（５０）は、強磁性材料であ
る請求項１または請求項２に記載の高電圧電源。
【請求項４】上記アーク制限デバイス（２０）は、上
記高電圧、高周波数ジェネレータ（１０）とｘ線管との
間に接続されている請求項１乃至３の何れか１つに記載
の高電圧電源。
【請求項５】上記ある長さのワイヤ（５０）の巻線
は、らせんコイル（２２、２４）を形成している請求項
１乃至４の何れか１つに記載の高電圧電源。
【請求項６】上記ワイヤ（５０）の巻線は、フェライ
トコア（５６）の周囲に多重パンケーキコイル（５２、
５４）を形成している請求項１乃至４の何れか１つに記
載の高電圧電源。
【請求項７】ｘ線の生成中のアークを抑圧する方法で
あって、（ａ）電流を生成するステップと、（ｂ）上記電流を抵抗性金属のコイルを通して導くステ
ップと、（ｃ）上記電流の高周波数成分を、上記抵抗性金属の制
限された表皮層を通るように上記抵抗性金属の表面（６
２）を流させるステップと、（ｄ）上記電流をｘ線管に印加するステップと、を含ん
でいることを特徴とする方法。
【請求項８】上記抵抗性金属は強磁性であり、上記ス
テップ（ｃ）内に、上記高周波数成分を有する電流が上
記表皮層を飽和させて上記コイルをより抵抗性にするよ
うに充分な電流レベルを上記表皮層を通して流れさせ、
それによって重要な高周波数電流成分を有する電流を、
より低い周波数電流成分よりも強くダンプすることを更
に含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項９】上記ステップ（ｃ）内に、上記表皮層内
の電流のより高い周波数成分からのエネルギを吸収する
ことを更に含んでいる請求項７または請求項８に記載の
方法。
【請求項１０】上記ステップ（ｂ）及び（ｃ）内に、
過大電気エネルギを変換して磁場内に蓄積することを更
に含んでいる請求項７乃至９の何れか１つに記載の方
法。