JP2007209194A - Ｘ線管の回転式アノードの駆動モータの回転速度の監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停止状態と動作回転速度の間に小さい位相角の変化しか測定されない誘導電動機のような回転式アノードの駆動モータに適当なＸ線装置の提供する。
【解決手段】回転式アノードのＸ線管（２）と、Ｘ線管の回転式アノードの駆動モータの回転速度を監視する装置と、モータに関係する参照電圧とモータに関係する電流の間の位相角に依存する角度信号を定めるセンサ回路と、モータの回転速度の規準となる上記角度信号の変化を検出する比較回路と、周波数変換器（６）とを有し、回転式アノードの駆動モータの回転速度の低下をトリガーするキーイング信号を測定動作において形成する装置が設けられており、回転速度を監視する装置が、回転速度の低下がトリガーされたときに、上記比較回路によって検出される上記角度信号の変化がある最小値より大きければ上記モータが適正に回転していると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転式アノードのＸ線管と、上記Ｘ線管の回転式アノードの駆動モータの回転速度を監視する装置と、参照電圧と上記モータに関係する電流の間の位相角に依存する角度信号を定めるセンサ回路と、上記モータの回転速度の規準となる上記角度信号の変化を検出する比較回路と、周波数変換器とからなるＸ線装置に関する。

ドイツ国実用新案第90 06 860号明細書に開示されている上記種類の装置によれば、回転速度に依存する信号がモータ電流の位相角に依存する信号の固定参照値との比較により得られる。

小さい電機子反作用を伴う誘導電動機（例えば、大きいエアギャップ又は低電力の場合）においては、モータ電流の位相角は、停止状態から動作回転速度まで少ししか変化しない。更にモータのデータと監視回路の許容変動を考慮することも必要であるので、モータが回転しているかどうかを定める規準としては非常に小さい角度差しか使用できない。

従って、監視回路の回路素子は、非常に精緻であり、及び／又は、夫々の誘導電動機のため調節される必要がある。そのため、コストは非常に高くなる。特に小さい電機子反作用を有するモータに対しては、周知の回路配置は位相角の変化が小さいため使用することができない。これは、例えば、上記モータの構成部品の間に存在する高圧を絶縁するためステータとロータの間に大きい絶縁性ギャップが必要とされるＸ線管の回転式アノード式駆動モータの場合にあてはまる。

本発明の目的は、停止状態と動作回転速度の間に小さい位相角の変化しか測定されない誘導電動機の場合にも適当であるよう上記種類の装置を構成することである。同じ監視装置を使って、異なるタイプのモータを監視することを、たとえモータの中の一つが絶縁性変圧器を介して給電されていても、実質的な適合段階を必要とすることなく信頼できる方法で可能にする必要さえある。

上記種類の装置において、上記目的は上記回転式アノードの駆動モータの周波数（速度）の低下をトリガーする短いキーイング信号を形成する装置が設けられていることにより達成される。

前記周波数（速度）のキーイング周波数（キーイング信号の期間中の回転速度）への低下に応じて、回転式アノードの駆動モータは、適切に始動された場合、該キーイング周波数に関しては発電機領域にある超同期(hypersynchronous)速度で回転することになる。次いで、停止状態と発電機領域の回転速度との間で電流位相角の実質的に大きい変化が生じる。

ある好ましい実施例では、上記キーイング信号の始まりの前の通常回転速度（キーイング信号がない間の回転速度）において決定される上記角度信号を記憶する手段と、上記キーイングの期間中に該角度信号をキーイング周波数において（すなわち、キーイング信号の期間中の回転速度において）決定される角度信号と比較する手段とが設けられている。種々のタイプ及び出力のモータに対し、動作周波数が実質的に逸れている場合でも本質的な適合段階を必要とすることなく特定の監視装置を使用することができる。従来の方法に対するこの利点は、参照値が固定値ではなく当該モータによって定められる可変値であることにより得られる。

位相角の十分に大きい変化は、キーイング信号の期間中の回転速度が上記通常回転速度の２５％乃至７５％である場合に発生する。キーイング信号の期間中の回転速度は上記通常回転速度の４０％乃至６０％の値が好ましい。

更なる実施例において、上記参照電圧の位相位置は、上記通常回転速度および上記キーイング信号の期間中の回転速度において測定にかかる上記角度信号が２５°乃至８０°、特に、４０°乃至６０°の角度に対応するよう選択される。そうすれば、位相角の大きい変化も、検出されるべき角度の符号の変化なしに検出することができる。特に、±３０°を上回る大きい位相角変化がモータに至る導線の切断時に生じる可能性がある。

本発明の装置によれば、一般的に言って０．１乃至０．２秒しか持続しない単一の測定動作だけを用いてモータが既に始動されているかどうかをテストすることが可能になる。

ただし、キーイング期間は非常に短いので、代替的に、測定動作を規則的な間隔で実行することが可能である。従って、モータの回転速度が非常に短い測定動作によって著しく低下させられることなく、連続的な監視を行なうことが可能である。

好ましくは、上記モータの検出された回転速度が低すぎるときには上記Ｘ線管の動作を禁止する手段が設けられる。

更に、本発明の目的は、回転式アノードの駆動モータの回転速度を監視する装置と、参照電圧と上記モータに関係する電流の間の位相角に依存する角度信号を定めるセンサ回路と、上記モータの回転速度の規準となる上記角度信号の変化を検出する比較回路と、静的な周波数変換器とからなるＸ線発生器であって、上記回転式アノードの駆動モータの周波数の低下をトリガーする短いキーイング信号を形成する装置が設けられていることを特徴とするＸ線発生器によって実現される。

本発明の上記及び他の面は、以下に説明する実施例から明らかにされ、かつ、実施例を参照して解明される。

Ｘ線管２の回転式アノード１は、デルタ結線された巻線４が絶縁変圧器５を介して周波数変換器６のＵ，Ｖ，Ｗ端子に接続された三相誘導電動機３によって駆動される。周波数変換器６の出力周波数は、制御装置７を介して調整することが可能である。高圧電源８及び９は、誘導電動機が動作速度に到達した後、Ｘ線１０を発生するため作動させられる。高圧電源８からの導線が、アノード１に至るモータ導線に絶縁変圧器５の内部で接続されている。

図１の下方には、モータ３の回転速度を監視する装置の概略的な回路図が示されている。Ｕからの導線内の電流Ｉに比例する電圧Ｕｉは変流器１１及び増幅器１２を介して得られる。一定の位相位置を有する適当な参照電圧Ｕｕは、差動増幅器１３と、９０°位相偏移を実現する積分器１４を使用して、抵抗の結合によって形成される。

上記抵抗の結合と、端子Ｕ，Ｖ，Ｗの選択されたタップは、積分器１４と組み合わされて、ＵｉとＵｕの間の位相差が十分に大きく、たとえ大きい正及び負の位相角の変化があっても位相角の差の符号の反転が生じないことを保証する。モータ３の定格動作の場合、本発明の一実施例においては略４０°の位相角の差が生じる。

周波数変換器６の出力電圧はパルス幅変調によって生成され高調波を含むので、キャパシタ１５が電圧を平滑化するため機能する。

電圧Ｕｉ及びＵｕは夫々の零比較器１７，１８によってディジタル化され、方形波信号Ｓｉ及びＳｕに変換される。これらの方形波信号は、ＵｉとＵｕの間の位相角の差に従って位相偏移されており、その波形が図２の（ｂ）に示されている。

図２には、Ｓｉ及びＳｕを形成するための特に簡単な回路が示されている。直接的に接地されているので、上記回路は容易に保護される。上記回路は、低周波数における角度誤差と、高周波数におけるオフセット誤差が十分に小さい値に留まるよう正確に釣り合わされることができる。演算増幅器の入力に逆平行に接続されるダイオード（図示せず）によって利点が得られる。

図１に示した比較器１９において、まず、位相角の差に比例するパルス幅を有する方形波信号として角度信号Ｓ’φが形成される。その平均値Ｓφは、キャパシタ２０の両端に現れ、モータ３が動作速度で回転しているかどうかに関する規準として後続の素子により評価される。

図３ａには信号ＳｕとＳｉからＳφを形成する有利な回路が示されている。この回路は、ＳｕとＳｉの直接的な比較のため、１８０°だけではなく３６０°の範囲の位相角の測定を可能にしている。これは、通常の動作範囲（２５°乃至８０°）と周波数の低下に対する応答とに加えて、結果として±６０°の角度偏移を生ずるΔ→Ｙ変圧器を介する中断のために必要である。Ｓｕ及びＳｉのエッジからまずキーイングパルスＳ’ｕ及びＳ’ｉが夫々得られ（図３の（ｂ））、このキーイングパルスＳ’ｕ及びＳ’ｉがフリップフロップ２１を交互にドライブし、フリップフロップ２１の出力信号Ｓ’φがＲＣ結合を介して信号Ｓ”φ（図３の（ｂ））を形成する。上記ＲＣ結合は位相角の変化に非常に急速に反応する必要があるので、上記ＲＣ結合によって適切な平滑化は得られない。一般的に言うと、周波数変換器６の低周波数においては、リップルは有効な信号よりも大きいほどである。従って、キーイングパルスＳ’ｕ及びＳ’ｉは、エンベロープ曲線Ｈ1及びＨ2を形成する二つのサンプル−ホールド回路をドライブする。直列接続された出力抵抗を有する下流のインピーダンス変圧器が平滑化された角度信号Ｓφを形成する。

図１に従ってキャパシタ２０の両端に現れる信号電圧Ｓφは、スイッチ２３が閉じているとき、キャパシタ２２の両端にも生じる。モータ３の回転をテストするためのキーイング動作中、スイッチ２３は短いキーイング期間Ｔ（図４の（ｂ）を参照のこと）の間、開かれる。同時に周波数変換器６の制御装置７は、コマンド信号Ｂによって、好ましくは回転速度を通常回転速度の５０％に低下させるようトリガーされる。その結果として、キャパシタの両端の角度信号電圧Ｓφは変化し、一方、キャパシタ２２の両端の電圧Ｓφ０は同じ状態を維持する。

回路２４は、差Ｓφ−Ｓφ０がある最小値Ｍを上回るときに限り出力信号を供給する。更に、変流器１１によって供給された電流もある最小値を上回るとき（位相角の測定はその場合に限り意味があるので）、信号が論理積回路２５を介して回転フリップフロップ２６に供給され、上記フリップフロップ２６がセットされ、これにより、Ｘ線管２を作動させるためのイネーブル信号が出力導線３５を介して出力される。

回転をテストするため、ディジタルカウンタ２７が周波数低下用のキーイング期間信号２８を供給する。このディジタルカウンタ２７はスタート回路２９からのスタート信号によって開始させられる。論理和回路３０を介して、上記スタート信号は回転フリップフロップ２６をリセットするので、イネーブル信号がキーイング動作の始めに導線３５を介して送出されることはない。

キーイング動作が規則的な間隔で連続的に次々と行なわれる場合、回転フリップフロップ２６のリセットはタイミング回路３１によって開始される。Ｘ線管の動作の作動可能状態が短いキーイング期間中に中断されないことを保証するため、少なくともキーイング期間の間中イネーブル信号を記憶する循環メモリ回路３２が設けられている。

図４には図１の回路２４の有利な実施例が示されている。スイッチ２３が開いているとき、即ち、キーイング周波数の調整時に、電圧Ｓφは、モータが回転している場合Ｓφ０に対し増加する。下流に実装された増幅器は、差Ｓφ−Ｓφ０に比例し、十分に大きい振幅を有し、接地電位に対する信号を発生する。次いで、正の差の信号Ｄ＋が参照信号Ｍよりも大きいかどうか、従って、Ｘ線管のイネーブルコマンドが送出できるかどうかを決めるために参照電圧との比較が行なわれる。値Ｍが超えられると直ぐに、キーイング動作は中断されるので、キーイング期間Ｔは（図１の導線３３を介して）減少させられる。

モータが始動しない場合、負の差の信号Ｄ−（図４の（ｂ））が測定されることになり；負の差の信号は回転フリップフロップをイネーブル状態にセットすることができない。

Ｘ線管の回転式アノードの駆動モータの動作速度を監視する本発明による好ましい装置の原理を示す回路図である。 図１の監視回路の詳細と、関係する信号波形を示す図である。 図１の監視回路の詳細と、関係する信号波形を示す図である。 図１の監視回路の詳細と、関係する信号波形を示す図である。

符号の説明

１ 回転式アノード
２ Ｘ線管
３ 三相誘導電動機
４ 巻線
５ 変圧器
６ 周波数変換器
７ 制御装置
８，９ 高圧電源
１０ Ｘ線
１１ 変流器
１２ 増幅器
１３ 差動増幅器
１４ 積分器
１５，２０，２２ キャパシタ
１７，１８ 零比較器
１９ 比較器
２１，２６ フリップフロップ
２３ スイッチ
２４ 回路
２５ 論理積回路
２７ ディジタルカウンタ
２８ キーイング期間信号
２９ スタート回路
３０ 論理和回路
３１ タイミング回路
３２ メモリ回路
３３ 導線
３５ 出力導線

Claims (1)

1. 回転式アノードのＸ線管と、
   上記Ｘ線管の回転式アノードの駆動モータの回転速度を監視する装置と、
   上記モータに関係する参照電圧と上記モータに関係する電流との間の位相角に依存する角度信号を定めるセンサ回路と、
   上記モータの回転速度の規準となる上記角度信号の変化を検出する比較回路と、
   周波数変換器とを有するＸ線装置であって、
   上記回転式アノードの駆動モータの回転速度の低下をトリガーするキーイング信号を測定動作において形成する装置が設けられており、
   上記キーイング信号は上記モータの回転速度が測定動作によって著しく低下しないほど短く、
   上記回転速度を監視する装置が、回転速度の低下がトリガーされたときに、上記比較回路によって検出された上記角度信号の変化がある最小値より大きければ上記モータが適正に回転していると判断する、ことを特徴とする装置。

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