JP3558722B2 - 回転陽極ｘ線管球の回転陽極を加速及び減速する回路配置からなるｘ線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加速モードで位相シフトされた交番電圧が固定子巻線に印加されえ、減速モードで直流電圧が少なくとも１つの巻線に作用する駆動モーターを有する回転陽極Ｘ線管球の回転陽極を加速及び減速する回路配置からなり、加速モード及び減速モードに対する制御装置を更に含むＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のＸ線装置はアメリカ特許第３、９６３、９３０号明細書から知られている。そこでは固定子巻線は一連のスイッチを介して低速度用の交番電源と、高速度用の交番電源と、直流電源とに選択的に接続されうる。スイッチは２つの交番電圧の１つが加速モードで固定子巻線に接続され、減速モードで直流電源がそこに接続されるように制御装置により制御される。この目的に対して必要とされるスイッチが多数であり、別の電源が高速モード及び減速モードに対して必要とされることがこのＸ線装置の回路を複雑にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記種類の簡単化されたＸ線装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のこの目的は少なくとも１つの固定子巻線が第一の動作状態で周期的交番電圧を供給し第二の動作状態で脈動直流電圧を供給する電源に接続され、適切な固定子巻線と並列でスイッチオン及びオフされえ、それが脈動直流電圧により反対方向に動作されるような極性を有するダイオード配置が接続され、制御装置は加速モードでは交番電源を第一の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオフし、制御装置は減速モードでは交番電源を第二の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオンすることを特徴とするＸ線装置により達成される。該１つの固定子巻線に給電する電源は減速モードと同様に加速モードでも動作する。減速モードでのみ動作し、最も簡単な場合には１つのダイオードからなるダイオード配置は減速モードでの電力損失は小さいままでこのように部品の損傷を防ぐことを確実にする。
【０００５】
本発明の好ましい実施例では交番電源は２つのスイッチング部材からなり、それらの各々はそれぞれ１つのスイッチからなり、該スイッチは直流電圧に接続され、第一の動作状態では周期的にスイッチされ、第二の動作状態ではスイッチング部材の１つがブロックされ、一方で他のスイッチング部材は周期的にスイッチオン及びオフされる。スイッチング部材は反対極性を有する直流を１つの固定子巻線に交互に印加し、１つのスイッチング部材のブロックの結果として減速モードで必要とされる脈動直流電圧が既に発生されうる。少なくとも１つのスイッチング部材は二重の機能を有する。即ちそれは加速モード及び減速モードで動作し、結果として更なる部品の減少をもたらす。
【０００６】
直流を供給する直流電源に接続された２つのスイッチング部材は直流／交流変換器のように動作し、駆動モーターが他の固定子巻線がさらなる直流／交流変換器である２つの固定子巻線からなる場合に２つの更なるスイッチング部材により形成されるが、同じ直流電源で該更なる変換器の出力電圧が第一の変換器のそれに関して９０°シフトされる。１つの固定子巻線に対する交番電圧の位相が補助的なコンデンサーによりシフトされる駆動装置の利点は９０°の角度だけ固定的にシフトされた２つの電圧は同じ出力で発生されうるという事実にある。更に簡単化されて同じ利点が、それの直流電圧出力がスイッチング部材を介して第一の固定子巻線に接続され、それの交番電圧入力は第二の固定子巻線に接続される整流器配置が設けられる本発明の更なる実施例により達成される。第二の変換器及び関連する制御に対するスイッチング部材は斯くしてその中で不要にされうる。
【０００７】
更なる実施例では第二の固定子巻線上の電圧に対して９０°シフトされた制御信号を発生する手段と、制御信号からスイッチング部材に対するスイッチング信号を得る手段とを設けられる。特に固定子巻線上の電圧間の９０°位相関係の確立は斯くして簡単化される。
本発明の更なる実施例では減速モードで１つのスイッチング部材を制御するために調整可能なデューティサイクルで方形波信号を発生する方形波電源を設けられる。減速の強度は斯くして影響されうる。
【０００８】
【実施例】
以下に図を参照して本発明を更に詳細に説明する。
図１の符号１は回転陽極Ｘ線管球の回転陽極を支持する駆動モーターの回転子を示し、符号２、３は関連する相互に９０°シフトされた固定子巻線を示す。回転子は短絡回転子であり、駆動モーターは非対称モーターである。陰極がＸ線管球の動作中に高電位を維持し、固定子は接地電位を維持する故に比較的大きな隙間が固定子巻線２、３と回転子との間に存在する。従って弱い磁気的結合が回転子１と固定子２、３との間に存在する。回転陽極Ｘ線管球の残りは図示しない。
【０００９】
加速及び減速のための電気的出力は３相の本線（ｍａｉｎｓ）の端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から得られ、この端子はそれらの共通ゼロ点Ｎに関して相互に１２０°シフトされた本線周波数の３つの交流電圧を伝える。３つの交流電圧から正の直流電圧がそれぞれの整流ダイオード１８を介してコンデンサー１０を横切って形成され；また同様に反対極性の整流ダイオード２８を介して３つの交流電圧から負の直流電圧がコンデンサー２０を横切って形成される。２つのコンデンサー１０、２０は直列に接続され、それらの共通の連結を経由して３相本線のゼロ点Ｎに接続され、該ゼロ点は２つの固定子巻線２、３の共通連結５にまた接続される。
【００１０】
共通連結から離れたコンデンサー１０、２０の端子はＩＧＢＴトランジスタ１１、２１の形を取る制御可能なスイッチを介して相互接続される。２つのトランジスタの共通連結は固定子巻線２の第二の端子４に接続される。ＩＧＢＴトランジスタ１１、２１に逆平行にそれぞれダイオード１２、２２が接続される。それによりこれらのダイオードは通常は端子４上の電圧がコンデンサー１０を横切る電圧より正であるか、又はコンデンサー２０を横切る電圧より負であることなしには導通しない。
【００１１】
要素１０．．．１２、２０．．．２２はハーフブリッジ配置内で交流／直流変換器を構成する。その代わりに変換器は原理的には固定子巻線２が各々２つのスイッチからなる２つのスイッチング部材を介してアメリカ特許第３、８３２、５５３号明細書から知られているように直流電源に接続されるフルブリッジ配置内でまた用いられうる。しかしながら整流器群１８又は２８及び関連するコンデンサー１０又は２０の１つが不要となりうるとしても複雑さはより大きくなろう。回転陽極の加速の間にスイッチ１１、２１はプッシュプルの形態でスイッチオン及びオフされ、それにより方形波交番電圧（直流電圧成分なしの）は固定子巻線２で発生する。
【００１２】
更にまたダイオード３０とＩＧＢＴトランジスタスイッチ３１との直列接続は固定子巻線２に平行に接続される。このトランジスタスイッチは減速フェーズ中でのみ導通（閉）する。第二の巻線３の端子６は（トライアック）スイッチ７を介して交番電圧端子Ｌ１に接続される。
スイッチ７、１１、２１、３１は光学結合器を介してスイッチされ、その一部分（即ち受信部分８ａ、１３ａ、２３ａ、３２ａ）は図１に示され、それの他の部分（送信部分８ｂ、１３ｂ、２３ｂ、３２ｂ）は制御装置と連結されて図２に示される。制御装置は４つの該スイッチを制御するために必要とされるスイッチング信号を供給する。
【００１３】
端子Ｌ１とＮとの間に現れ、固定子巻線３上にまた現れた電圧から回路１５内でこの電圧と同じ位相を有し、それに同期し、９０°位相シフト器１６に印加される信号が形成され、好ましくはそれの出力信号はそれの入力信号に関して９０°シフトされる積分器である。位相シフト器１６の出力信号はＡＮＤゲート２４の第一の入力に印加され、インバーター１７を介してＡＮＤゲート１４の第一の入力に印加される。これらのＡＮＤゲートの第二の入力はスイッチ７を制御するよう光学結合器８ｂ／８ａにまた接続される制御入力ＡＣＬに接続される。ＡＮＤゲート１４の出力はＩＧＢＴトランジスタ１１を制御するよう光学結合器１３ｂ／ａに接続され、一方ＡＮＤゲート２４はその出力がＩＧＢＴスイッチングトランジスタ２１のスイッチング信号を供給する光学結合器２３ｂ／ａに接続されるＯＲゲート３６の入力の１つに接続される。
【００１４】
制御装置は例えば３２０Ｈｚの三角波交番電圧を発振する発振器３３をまた含む。比較器３４内でこの交番電圧は調整可能な直流電圧Ｖ_Ｒ と比較され、それにより３２０Ｈｚの方形波信号が比較器の出力上に現れ、該方形波信号のデューティサイクルは発振器３３のデルタ型の信号に関する直流電圧Ｖ_Ｒ の強度と同様にそれの極性にも依存する。比較器３４の出力信号はＡＮＤゲート３５の１つの入力に印加され、その出力はＯＲゲート３６の第二の入力に接続される。ＡＮＤゲート３５の第二の入力は光学結合器３２ｂ／３２ａを介してＩＧＢＴスイッチ３１を同時に制御する制御入力ＢＲＴに接続される。
【００１５】
回路の動作は以下の通りである：
操作者がＸ線照射を実行しようとする時に回転子１は静止からそれの公称速度まで加速されなければならない。このために制御出力ＡＣＬ上の信号は例えば１秒のような所定の時間期間に対して「１」に設定され、一方で制御入力ＢＲＴ上の制御信号は「０」のままである。従って時間のこの期間中にＡＮＤゲート１４、２４は光学結合器１３ａ／ｂ、２３ａ／ｂをそれぞれ介してプッシュプルの形態でＩＧＢＴスイッチ１１、２１をスイッチオン及びオフする反対の位相の方形波信号を供給し、それにより本線の周波数の方形波電圧は固定子巻線２を横切って発生し、該方形波電圧はＬ１とＮとの間の本線の電圧に関して９０°位相シフトされる。該時間期間中に光学結合器８ｂ／ａはスイッチ７をまたオンし、それにより正弦交番電圧は固定子巻線３を横切って現れる。固定子巻線３に第二のインバーターにより方形波電圧を給電することもまた原理的には可能である。しかしながら更なるＩＧＢＴスイッチ及び光学結合器が必要とされ、それにより回路の複雑さは増加する。
【００１６】
コンデンサー１０、２０を横切る直流電圧は常に交番電圧の振幅に対応する故に固定子巻線２上の方形波電圧は固定子巻線３上の正弦交番電圧の振幅と同じである。方形波電圧内の正弦波基本振動の振幅は方形波電圧のそれよりも約２７％高い故に同一に構成された固定子巻線の場合に固定子巻線２を通過する電流は固定子巻線３を通過する電流より比較的に大きい。この非対称はそれ自体妨害にならない；必要ならばそれは固定子巻線２に対してより多い巻線の数を付与することにより除去されうる。
【００１７】
加速期間の終了後に信号ＡＣＬは再び「０」になる。回転陽極はそれの必要な速度に達し、それの慣性モーメントの故にそれはそれに続くＸ線照射中に回転し続ける。すべてのスイッチはブロックされる。
Ｘ線照射の完了後に回転陽極はそれの軸受けを保護するために減速される。回転陽極は原理的には所謂回転フィールドブレーキにより減速されうるが、しかしながらそれには多相インバーターのみならずその瞬間の回転数の測定又はシミュレーションが必要とされる。なぜならばその知識なしでは回転陽極の静止は達成されないからである。回転子と固定子との間の弱い磁気的結合の故に回転子内に格納されたエネルギーは整流器を介してブレーキにフィードバックされて発生したブレーキは影響を有さない。実際的な残りの代替策は本線から得られる直流電圧による回転子の減速である。
【００１８】
コンデンサー１０又は２０を横切る直流電圧の１つがスイッチ１１、２１の１つを介して減速フェーズ中に端子４をこれらの電圧の１つに接続することによりこの目的に対して直接用いられる場合にはそのような強い減速モーメントが回転陽極シャフトを損傷させえ、又は固定子スタックの磁気飽和の場合には少なくとも非常に高い熱の放散が固定子巻線内で生じうる。しかしながら直流減速が減速中に２つのスイッチ１１、２１上の交互のスイッチングによりまた達成されえ、それは異なるデューティサイクルを有し、それにより端子４上でＤＣ成分が重畳されるパルス化された交番電圧が発生する。しかしながらこの解決策は固定子のインダクタンスがより長い期間に対してスイッチオンされる故にスイッチ１１、２１がスイッチされなければならない高率でスイッチ１１、１２のみが電流を搬送する（例えばスイッチ２１）。このスイッチの不作動化の後で固定子巻線の電流は他のスイッチと逆平行に接続されるダイオード（１２）を介して流れ、それによりそれは過負荷となり、関連するコンデンサー（１０）を破壊する。これを防ぐために付加的な消耗（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）抵抗が挿入されねばならないが、それは高いパワー損失を熱に変換する。
【００１９】
故に本発明は異なるアプローチを辿る。減速の目的に対しては例えば１秒の完全な減速を満足する固定時間期間に対して制御入力ＢＲＴ上の信号は「１」に、ＡＣＬ上のそれは「０」に調整される。結果として光学結合器３２ａ、３２ｂを介してスイッチ３１は導通され、それによりダイオード３０は固定子巻線２と並列に動作する。光学結合器８ａ／ｂを介して作動されない故にスイッチ７はブロックされる。ＡＮＤゲート１４がスイッチングパルスを光学結合器１３ａ／ｂに送らない故にスイッチ１１はまたブロックされる。しかしながら調整可能なデューティサイクルの方形波パルスは光学結合器２３ａ／ｂに到達し、周期的にスイッチ２１をオン及びオフにスイッチする。
【００２０】
従って端子４上で脈動直流即ちＤＣ成分に重畳された（方形波）交番電圧が生成される。結果として所定のリップルを有する直流が固定子巻線２内を流れ、この電流は回転子１を減速する磁界を生成する。ダイオード３０が固定子巻線２と並列に動作しない場合には電流はパルス周期中にダイオード１２を介して流れ、即ちスイッチ２１のブロックされた状態であり、それによりコンデンサー１０の更なる充電が起こり、又は回転子を減速させるのに必要な減速出力の大きさのオーダーの付加的な電気的出力が必要とされる。電流がコンデンサー１０を横切る逆電圧にもはや打ち勝つ必要がない故に固定子巻線２がダイオード３０によりパルス周期中に短絡されるのでこの出力の損失は殆ど完全に回避される。これはコンデンサー巻線を通過する電流のリップルがより少ない結果を生ずる。スイッチング電圧の振れは同時に半分になる。周期の終わりでＢＴＬ＝「１」の間に回転子１は完全に減速される。減速力は比較器３４での基準電圧Ｖ_Ｒ の変動による適切な必要に適合しうる。
【００２１】
回路配置は３相本線の代わりに単相交番電流にまた接続されえ；その場合に交番電圧は端子Ｌ１に印加されなければならない。その時には付加的なコンデンサーは直流電圧のリップルを小さく保つようコンデンサー１０、２０に並列に接続されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線装置を示す図である。
【図２】関連する制御装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 回転子
２、３ 固定子巻線
４、５、６、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｎ 端子
７、１１、２１、３１ スイッチ
８ａ，８ｂ，１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３２ａ，３２ｂ 光学結合器
１０、２０ コンデンサー
１２、２２ ダイオード
１４、２４、３５ ＡＮＤゲート
１６ 位相シフト器
１７ インバーター
１８、２８ 整流ダイオード
３３ 発振器
３４ 比較器
３６ ＯＲゲート

Claims (3)

1. 回転陽極Ｘ線管球の回転陽極を加速及び減速する回路配置を含むＸ線装置であって、前記回路配置は、
   前記回転陽極に加速モード及び減速モードを提供する制御装置を有し、
   ２つの固定子巻線を有する駆動モータ有し、
   直流電圧出力が２つのスイッチング部材を介して前記固定子巻線の第１のものに接続された整流器配置を有し、各スイッチング部材は少なくとも１つのスイッチを有し、前記整流器配置の交番電圧入力は前記固定子巻線の第２のものへ接続され、
   スイッチオン及びオフされ且つ前記第１の固定子巻線に並列に接続されたダイオード配置を有し、
   前記制御装置は、前記スイッチング部材と前記ダイオード配置を、
   加速モードでは、前記ダイオード配置はスイッチオフされ且つ前記２つのスイッチング部材は周期的にスイッチされ、それにより、前記第１の固定子巻線に、前記第２の固定子巻線に接続された前記交番電圧入力での電圧に関して移相された、周期的な交番電圧を供給し、
   減速モードでは、前記ダイオード配置はスイッチオンされ且つ前記スイッチング部材の１つはブロックされ、他のスイッチング部材は周期的にスイッチオン及びオフされ、それにより、前記ダイオード配置を逆方向にバイアスする、脈動直流電圧を供給する、
   ように制御する、Ｘ線装置。
2. 第二の固定子巻線上の電圧に対して９０°移相された制御信号を発生する手段と、制御信号からスイッチング部材に対するスイッチング信号を得る手段とが設けられていることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
3. 減速モードで１つのスイッチング部材を制御するために調整可能なデューティサイクルの方形波信号を発生する方形波電圧源を設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。

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