JP3132684B2 - インバータ式ｘ線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ式Ｘ線装置
に関し、特に高速のスイッチでインバータを構成したと
きサージ電圧の発生を抑制し、このサージ電圧でスイッ
チが破壊することを防ぐことができるインバータ式Ｘ線
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のインバータ式Ｘ線装置を
示す図である。従来のインバータ式Ｘ線装置は、商用の
交流電源をダイオード１１′〜１４′より成る整流回路
で整流し、その出力電圧をコンデンサ１５′で平滑化し
て直流電圧を得る直流電源１′と、これに正極の導体１
００と負極の導体２００で接続され、スイッチ２１′〜
２４′とダイオード２５′〜２４′から構成され高周波
の交流電圧を得ることのできるインバータ２′と、これ
に接続されインバータ２′の出力する交流を昇圧する高
電圧変圧器３′と、これに接続され昇圧された交流を直
流に変換する高電圧整流器４′と、高電圧整流器４′に
接続されＸ線を放射するＸ線管５′とから構成されてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図９は以上で述べた従
来のインバータ式Ｘ線装置の正極の導体１００と負極の
導体２００とに挟まれた面積Ｓ′に対応して、配線のイ
ンダクタンスの大きさが決まることを説明する図であ
る。図８における直流電源１′の正極側からインバータ
２′に向かって流れる電流を図９では正極の電流Ｐ′と
表し、インバータ２′から直流電源１′の負極側へ向か
って流れる電流を負極の電流Ｎ′と表す。このとき正極
の電流Ｐ′と負極の電流Ｎ′とを囲むように正極の電流
による磁界ｆ１′と負極の電流による磁界ｆ２′とが生
じ、この両磁界によって正極の導体と負極の導体には磁
界ｆ１′とｆ２′とによる磁束の通る面積Ｓ′に比例す
るインダクタンスＬ′が生じる。これが次に述べるサー
ジ電圧を生じさせ、インバータのスイッチを破壊する原
因になる。

【０００４】図１０は配線のインダクタンスＬ′によっ
てサージ電圧が発生し、スイッチを破壊してしまう問題
を説明する図である。１′は直流電源、２１′〜２４′
はスイッチ、２５′〜２８′はダイオード、３′は高電
圧変圧器、ｉ１は配線のインダクタンスＬ′に流れる電
流、ｉｓはスイッチ２１′に流れる電流、ｅｓはスイッ
チ２１′の両端での電圧を示している。また図９で説明
したインダクタンスＬ′は、正極と負極の配線の両方で
生じるが、図１０では説明を簡略化するために、これを
正極側に代表してＬ′で表現した。ここで、例えばスイ
ッチ２１′と２４′がオンすると、矢印Ｄ１のように電
流が流れる。次に、高電圧変圧器に逆向きに電圧を供給
するためにスイッチ２１′と２４′をオフし、続いてス
イッチ２１′と２２′とが同時にオンして直流電源１′
の出力電圧が短絡するのを防ぐために一定のオフ期間
（以下、デッドタイムという）を置く。デッドタイム経
過後にスイッチ２３′と２２′をオンすることになる。
上記デッドタイムの期間は、矢印Ｄ２のように電流が流
れる。

【０００５】図１１は、このときのスイッチ２１′の両
端の電圧ｅｓと、スイッチ２１′に流れる電流ｉｓとの
関係を示している。スイッチ２１′がオンすると、電流
ｉｓが流れはじめ、同時に電圧ｅｓがゼロになる。また
スイッチ２１′がオフすると電圧ｅｓは、直流電源１′
の出力電圧ｅ０と、インダクタンスＬ′に流れる電流ｉ
Ｌの時間変化率との積 Ｌ′・ｄｉＬ／ｄｔ との和だ
けの実線で示すようなサージ電圧が生じる。サージ電圧
を抑制し、スイッチを保護するには、インダクタンス
Ｌ′を低減する、即ち図９で述べた磁束の通る面積Ｓ′
を小さくする必要がある。しかし、Ｘ線装置のように２
ｋＷ〜１００ｋＷもの大出力を得る装置では、部品の大
きさや配置の点からこのままで面積Ｓ′を小さくするに
は限界があり、インダクタンスＬ′を例えば１μＨ以下
に抑制するのは困難であった。

【０００６】特に、従来のバイポーラトランジスタに代
わり、スイッチング動作の高速な電界効果型トランジス
タ（ＭＯＳＦＥＴ）や、ゲート絶縁型バイポーラ・トラ
ンジスタ（ＩＧＢＴ）がインバータ用のスイッチに適用
されると、ｄｉＬ／ｄｔは、５００Ａ／μｓ以上にもな
る。仮にＬ′を１μＨ、ｅ０が５００Ｖとした場合、上
記サージ電圧が１０００Ｖ以上にも及び、スイッチの耐
圧を超えることがあった。このサージ電圧が、スイッチ
の耐圧を超えてスイッチを破壊することがあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるインバータ式Ｘ線高電圧装置は、直流
電源と、この直流電源に接続され直流を交流に変換する
インバータと、このインバータに接続されその出力電圧
を昇圧する高電圧変圧器と、この高電圧変圧器に接続さ
れその出力を直流に変換する高電圧整流回路と、この高
電圧整流回路に接続されその出力電圧によってＸ線を放
射するＸ線管とからなるインバータ式Ｘ線装置におい
て、前記直流電源の正極、負極と前記インバータの正
極、負極とそれぞれの間を、前記正極の導体層と前記負
極の導体層との間に絶縁体層を有した導体対で接続した
ものである。

【０００８】

【作用】このように構成された本発明のインバータ式Ｘ
線装置は、直流電源とインバータとの間を正極の導体と
負極の導体とを絶縁体を介して交互に張り合わせた積層
状配線で接続することによって、導体間の面積を低減し
て配線のインダクタンスを低減し、このインダクタンス
によってインバータを構成するスイッチの両端に発生す
るサージ電圧を抑制し、スイッチの破壊を防ぐことがで
きる。導体は幅広にして断面積を稼ぎ、従来の円形断面
の導体を流れる電流を流せるようにし、導体を幅広方向
に直交する方向へ積層することにより、磁束の通る面積
を小さくすることができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す図であ
る。図１において、１は商用の交流電源電圧をダイオー
ド１１〜１４より成る整流回路で整流しコンデンサ１５
で平滑化して直流電圧を得る直流電源、６は直流電源１
に接続された積層状配線、２は積層状配線６に接続され
スイッチ２１〜２４とダイオード２５〜２８で構成され
高周波の交流電圧を得るインバータ、３はインバータ２
に接続されその出力の交流を昇圧する高電圧変圧器、４
は高電圧変圧器３に接続され、昇圧された交流を直流に
変換する高電圧整流器、５は高電圧整流器４に接続され
Ｘ線を放射するＸ線管である。上記積層状配線６は、直
流電源１の正極側とインバータ２とを接続する正極の断
面が矩形の導体１０１，１０２と、直流電源１の負極側
とインバータ２とを接続する同じく断面が矩形の負極の
導体２０１，２０２とを図に示すように交互に積層し、
それらの導体間と導体の周囲を絶縁体７で充填被覆して
いる。

【００１０】図２は、図１の積層状配線６の一部Ｅを取
出し拡大した図である。直流電源１の正極からインバー
タ２へ流れる電流をｉｐ１，ｉｐ２、インバータ２から
直流電源１の負極へ流れる電流をｉｎ１,ｉｎ２で表
す。このとき電流ｉｐ１,ｉｐ２，ｉｎ１，ｉｎ２によ
って生じる磁界をｆ１〜ｆ４とする。磁界ｆ１〜ｆ４
は、面積Ｓ１〜Ｓ３を通過して正極の導体１０１,１０
２、負極の導体２０１,２０２と鎖交するが、絶縁体６
０を介して対向する導体で挟まれている磁束の通る面積
Ｓ１〜Ｓ３は小さくほとんどインダクタンスが生じな
い。したがって、直流電源１からインバータ２までの配
線のインダクタンスＬが大幅に低減可能で、図１１の破
線で示すように、サージ電圧を抑制しスイッチの破壊を
防ぐことができる。

【００１１】図２に示した本実施例では、正極，負極が
絶縁体６０を介して向き合っているために、浮遊容量Ｃ
１〜Ｃ３が生じ、この浮遊容量が僅かに生じる配線のイ
ンダクタンスＬによる電流の遅れを打ち消し、スイッチ
のサージ電圧を一層抑制するはたらきがある。更に、図
２に示したような帯状の導体は、面積Ｓ１〜Ｓ３を増加
させずに、導体の断面積を大きくとることができるの
で、導体の抵抗分による電力の損失を抑制するのにも好
適である。

【００１２】図３は、積層状配線の第２の実施例を示す
図で、正極の導体１０３，１０４と負極の導体２０３，
２０４のそれぞれに絶縁体６１〜６４を被覆して、それ
らをバンド６５，６６で束ねたものである。この第２の
実施例では、積層状配線を図３の矢印の方向に曲げるこ
とが可能となり、直流電源１とインバータ２との配線の
自由度を第１の実施例よりも増すことができるという特
徴がある。

【００１３】上記第１，２の実施例では、図２，図３に
示した正極，負極の導体を、均一材料であるように表現
したが、これは細線の集電体や、細線を撚り合せたも
の、または細線を編み合わせたものであっても良い。ま
た図２，図３では、正極，負極を交互に重ね合わせた
が、これに限らず図４で示すように内側に正極（あるい
は負極）、外側に負極（あるいは正極）を配置しても良
い。

【００１４】以上の実施例では、正極，負極を２対ずつ
用いた積層状配線について述べたが、これは１対のみで
も良いし、３対あるいはそれ以上であっても良い。また
図５（ａ）のように内側に正極（あるいは負極）を、外
側に負極（あるいは正極）を配置することもできる。図
５（ｂ）のように渦巻き状であっても良い。更に図５
（ｃ）のように同心円状に積層しても良い。更にまた絶
縁体は、正極と負極の間にあれば十分で、図６に示すよ
うに必ずしも積層体の外側に絶縁体を設ける必要はな
い。

【００１５】通常、直流電源１内部のコンデンサ１５
は、電解コンデンサなどの大容量コンデンサを使用する
が、この場合コンデンサ内部のインダクタンスが無視で
きない大きさで、配線によるインダクタンスと同様にサ
ージ電圧の原因になり得る。そこで、内部インダクタン
スが小さいフィルムコンデンサなど小容量の補助コンデ
ンサを設ける必要がある。一方、Ｘ線装置のような大出
力の装置のインバータ入力側に流れる電流は数百アンペ
アにも及び、この電流の一部を負担する補助コンデンサ
は、容量は小さくとも形状の大きなものにならざるを得
ない。形状が大きくなると、インバータ２のすぐ近くに
配置することが難しくなり、やや離れたところに置かな
ければならない。そこで今度は補助コンデンサからイン
バータまでの配線のインダクタンスが問題になる。そこ
で、図７に示すように、第１の直流電源１の他に、補助
コンデンサ１５″を設ける場合には、補助コンデンサ１
５″と、インバータ２との間を前述の積層状配線と同様
な積層状配線６″で接続すると良い。

【００１６】以上で説明した直流電源１はダイオードと
コンデンサとで構成されていたが、これはサイリスタや
トランジスタ等のスイッチを用いた整流方式であっても
良いし、またバッテリ，コンデンサで構成された直流電
源であっても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンバータ式Ｘ線装置において、直流電源とインバータと
の間を積層状配線で接続したことにより、配線のインダ
クタンスを低減し、インバータのスイッチがオフする際
のサージ電圧を抑制して、スイッチの破壊を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のインバータ式Ｘ線装置
の回路図

【図２】図１の積層状配線の構成を示す図

【図３】図２の実施例の積層状配線の構成を示す図

【図４】第３の実施例の積層状配線の構成を示す図

【図５】第４，第５，第６の実施例の積層状配線の構成
を示す図

【図６】第７の実施例の積層状配線の構成を示す図

【図７】第１の実施例へ補助コンデンサを設けた場合の
実施例を示す図

【図８】従来のインバータ式Ｘ線装置の回路図

【図９】配線のインダクタンスが生じる原理を示す図

【図１０】配線のインダクタンスによってスイッチにサ
ージ電圧が発生する原理を説明する図

【図１１】スイッチの動作とサージ電圧の関係を示す図

【符号の説明】 １ 直流電源 ２ インバータ ３ 高電圧変圧器 ４ 高電圧整流器 ５ Ｘ線管 ６ 積層状配線 ２１ スイッチ ２２ スイッチ ２３ スイッチ ２４ スイッチ ６０ 絶縁体 ６５ バンド ６６ バンド １０１ 正極の導体 １０２ 正極の導体 １０３ 正極の導体 １０４ 正極の導体 ２０１ 負極の導体 ２０２ 負極の導体 ２０３ 負極の導体 ２０４ 負極の導体

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と、この直流電源に接続され直流
   を交流に変換するインバータと、このインバータに接続
   されその出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、この高電
   圧変圧器に接続されその出力を直流に変換する高電圧整
   流回路と、この高電圧整流回路に接続されその出力電圧
   によってＸ線を放射するＸ線管とからなるインバータ式
   Ｘ線装置において、前記直流電源の正極、負極と前記イ
   ンバータの正極、負極とそれぞれの間を、前記正極の導
   体層と前記負極の導体層との間に絶縁体層を有した導体
   対で接続したことを特徴とするインバータ式Ｘ線装置。