JP4262810B2

JP4262810B2 - X-ray tube anode rotation drive device

Info

Publication number: JP4262810B2
Application number: JP33649698A
Authority: JP
Inventors: 美奈小川; 博司高野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: JP2000150193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線装置及びＸ線ＣＴ装置に用いられるＸ線管の陽極回転駆動装置に係り、特に３相式の陽極回転機構を有するＸ線管にも２相式の陽極回転機構を有するＸ線管にも用いることができるＸ線管の陽極回転駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子衝撃面を移動して許容負荷を増大させる回転陽極Ｘ線管は、現在はＸ線装置及びＸ線ＣＴ装置の分野で非常に多く用いられている。
【０００３】
このようなＸ線管の陽極は、回転子と傘状のターゲットからなり、誘導モータの原理で回転する。前記ターゲットを回転することによりターゲットの電子衝撃面積は増大し、短時間負荷の場合、焦点の単位面積当たりの入力を非常に大きくすることができるので、大容量のＸ線管が可能となる。前記Ｘ線管の陽極は、Ｘ線管球外にある固定子に電流を流して回転磁界を発生させると、Ｘ線管球内にある回転子コイルを具備した陽極が回転する。
【０００４】
このように、陽極は、上記した誘導モータと同じ原理で回転するが、誘導モータと異なるのは、管球を覆っているガラス、またはメタルが固定子と回転子間に存在し、ギャップが大きいことである。固定子コイルは、単純で安価な２相式が主流であったが、誘導モータと同様、最近では３相式のものが出現している。３相式の陽極回転機構は、高速応答を特徴とし、陽極回転の起動に高速さを要する場合に有利である。
【０００５】
図１２に従来の３相式の陽極回転機構をもつＸ線管とその駆動回路を示している。
この図１２において、１０は直流電源、２２〜２７は半導体スイッチ（ここでは、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタＩＧＢＴを使用）で、この６個の半導体スイッチで３相のフルブリッジインバータ回路２０を構成する。４０はＸ線管で、３相式の陽極回転機構４２を備えており、この３相式の陽極回転機構４２に前記３相フルブリッジインバータ回路２から出力される３相の交流電圧が供給される。
【０００６】
３１は前記フルブリッジインバータ回路を制御する制御回路で、高電圧発生装置（図示省略）から、陽極を高速に回転させるか低速に回転させるかを切り換える高速／低速切り換え信号と、陽極が起動か起動後の定常回転かを切り換える起動／定常切り換え信号と、陽極を停止させるときに制動をかける制動信号と、陽極を駆動させるか停止させるかの駆動／停止切り換え信号とを入力し、これらの入力信号に対応して３相フルブリッジインバータ回路２０の各スイッチ２２〜２７のオン，オフのゲート信号を出力する制御回路である。
【０００７】
次に、このように構成された従来の３相陽極回転機構をもつＸ線管とその駆動回路の動作について説明する。
【０００８】
（１）高速／低速切り換え
Ｘ線管の陽極を高速で回転させるか低速で回転させるかは、Ｘ線管にかかる負荷電力の大きさで決めている。負荷が大きい場合は陽極を高速に回転させ、負荷が小さい場合は低速で回転させる。高速／低速切り換え信号が高速に設定されている場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば５００Ｖ，１２０Ｈｚの３相交流電圧を出力し、高速／低速切り換え信号が低速に設定されている場合は、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば２００Ｖ，５０Ｈｚの３相交流電圧を出力するように制御回路３１より上記３相フルブリッジインバータ回路２０の半導体スイッチ２２〜２７を駆動制御するパルスを出力する。
【０００９】
（２）起動／定常切り換え
陽極回転が起動中かまたは設定回転数に達し定常時かを選択する起動／定常切り換え信号が起動に設定されている場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば５００Ｖの高電圧（高速回転時）を陽極回転機構４２に出力し、定常に設定されている場合は、例えば１００Ｖの低電圧（高速回転時）を陽極回転機構４２に出力する。
このように、起動時に高い電圧を出力するのは大きな起動トルクを得るためである。
【００１０】
（３）制動信号
Ｘ線曝射の終了後に陽極回転を停止させるための制動信号が与えられている場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は任意の半導体スイッチをオンさせて直流電圧を得て、これを陽極回転機構４２に供給して陽極回転機構に直流制動をかける。例えば、前記３相フルブリッジインバータ回路２０の半導体スイッチ２２と２５をオン，オフさせ、このオン，オフの比率を調整して出力電圧を７０Ｖ程度にして陽極回転機構に直流制動をかけ、停止させる。
【００１１】
（４）駆動／停止切り換え
Ｘ線撮影をするかしないかによって陽極を回転させるか否かを切り換える駆動／停止切り換え信号が駆動に設定されている場合、３相フルブリッジインバータ回路４２は陽極回転機構に３相交流電圧を出力し、停止が設定されている場合は，陽極回転機構に０Ｖの電圧を出力するか、または電圧を出力しない。
【００１２】
以上の高速／低速切り換え信号，起動／定常切り換え信号，制動信号，駆動／停止切り換え信号が制御回路３１に入力されると、制御回路３１は入力された信号に見合った駆動用３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを陽極駆動機構４２へ供給するために３相フルブリッジインバータ回路２０の各スイッチ２２〜２７のオンオフのゲート信号を出力する。陽極回転機構４２に３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが供給されると，陽極が回転する。
【００１３】
３相陽極回転機構には、Δ結線かＹ結線かの３つの固定子コイルがある。それぞれに１２０°ずつ位相のずれた交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを供給し、固定子コイルに回転磁界が生じて３相誘導モータの原理で陽極が回転する。
図１３に、従来の２相陽極回転機構をもつＸ線管とその駆動回路を示している。
【００１４】
上記の３相フルブリッジインバータ回路の代わりに単相フルブリッジインバータ回路２１を用い、３相の陽極回転機構の代わりに２相の陽極回転機構４３を用いている。４つの信号（高速／低速切り換え信号，起動／定常切り換え信号，制動信号，駆動／停止切り換え信号）を入力する制御回路３２は、図１２における３相フルブリッジインバータ回路２０の制御回路３１と同様の動作をし、入力された信号に見合った駆動用２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍを陽極駆動機構４３へ供給するために単相フルブリッジインバータ回路２１の各スイッチ２２’〜２５’のオン，オフのゲート信号を出力する。
【００１５】
通常、２相陽極回転機構には、コモン端子で直列接続されている主コイルと補助コイルの２つの固定子コイルがある。主コイルの一端に交流電圧Ｖｍａｉｎ、補助コイルの一端に前記交流電圧の位相を９０°シフトさせた電圧Ｖｓｕｂ、両コイルのコモン端には前記２つのコモン電圧Ｖｃｏｍを供給することで、固定子コイルに回転磁界が生じ単相誘導モータの原理で陽極が回転する。
【００１６】
図２１（ａ）は、位相シフトコンデンサ５０を用いた駆動回路とＸ線管を示している。単相フルブリッジインバータ回路２１の２つの出力は、主コイルへＶｍａｉｎ，両コイルのコモン端へＶｃｏｍ，補助コイルへのＶｓｕｂは位相を９０°ずらす為にＶｍａｉｎから位相シフトコンデンサ５０を介して供給している。
【００１７】
図２１（ｂ）は、単相フルブリッジインバータ回路２１ａ，２１ｂを２つ用いた駆動回路とＸ線管を示している。直流電源１０に接続された２つの単相フルブリッジインバータ回路２１ａ，２１ｂは、それぞれのインバータ回路の出力に接続された絶縁トランス５１ａ，５１ｂを介して９０°位相のずれた交流電圧を２相陽極回転機構４３に供給する。絶縁トランス５１ａ，５１ｂは、インバータ回路２１ａ，２１ｂの内部のスイッチが短絡するのを防ぐために用いている。
【００１８】
【発明が解決しようとしている課題】
以上、説明したように、陽極回転式のＸ線管には、３相陽極回転機構のＸ線管と２相陽極回転機構のＸ線管があり、これらの陽極回転機構を持つＸ線管の陽極回転駆動装置には、従来は前記３相陽極回転機構を持つＸ線管には３相フルブリッジインバータ回路による駆動回路を、２相陽極回転機構を持つＸ線管には２相フルブリッジインバータ回路による駆動回路又は２つの単相フルブリッジインバータ回路を用いた方式を採用しており、３相陽極回転機構のＸ線管と２相陽極回転機構のＸ線管で同じ陽極駆動回路を用いることができなかった。すなわち、図１２の回路構成は３相の陽極回転機構のみの対応で，２相の陽極回転機構を駆動できない。Ｘ線ＣＴ装置のように撮影回数が多く寿命の短いＸ線管は、取り替えが頻繁である。取り替えの際、２相陽極回転機構をもつＸ線管から容量の大きい３相陽極回転機構をもつＸ線管へ変更したいといった場合には、駆動回路も変更する必要がある。つまり、従来の駆動回路は汎用性に乏しい。
【００１９】
また、図２１（ａ）の回路構成では、陽極回転機構の固定子コイルと直列接続されたコンデンサ２３とで確実に位相を９０°シフトさせるのは難しく、陽極回転に十分なトルクが得られない。図２１（ｂ）の回路構成では、絶縁トランス，インバータ回路が２組ずつあることから装置容積，重量が大きくなってしまう。また、半導体スイッチが短絡するのを防ぐ手段として、絶縁トランスを単相インバータ回路の出力段に設けるのではなく、入力電源を各々に分離して供給する方法も考えられる。しかし、この方法では入力段に２つの直流電圧源として、絶縁トランス，整流回路，平滑コンデンサを２組ずつ要し、図２１（ｂ）の構成より更に装置容積，重量が大きくなってしまう。
【００２０】
このように、従来方式では、３相と２相の陽極回転機構を持つＸ線管の陽極回転駆動装置には異なる構成の回路を用いていたために汎用性に乏しく、また２相陽極回転機構の駆動回路は十分なトルクが得られず、装置容積が大きい，重量が大きいといった問題点があった。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、上記の従来装置の問題点を解決し、Ｘ線管陽極回転機構の固定子コイルの相数が２相や３相に関わらず、同一の駆動回路構成で陽極回転が可能となり、小型軽量のＸ線管の陽極回転駆動装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、３相陽極回転機構を持つＸ線管の前記陽極回転機構には３相交流電圧を、２相陽極回転機構を持つＸ線管の前記陽極回転機構には２相交流電圧を供給して前記３相陽極回転機構を持つＸ線管及び２相陽極回転機構を持つＸ線管の陽極を回転させるＸ線管の陽極回転駆動装置において、直流電源と、この直流電源を３相若しくは２相の交流電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路を構成する複数のスイッチング素子をオン，オフ制御して前記３相若しくは２相の交流電圧を発生するための３相交流信号若しくは２相交流信号を生成するベクトル変換手段と、このベクトル変換手段より発生する信号を３相交流信号にするか２相交流信号にするかを選択する３相／２相選択手段とを備え、この選択手段の切り換えにより前記Ｘ線管が３相陽極回転機構を持つ場合は前記ベクトル変換手段から３相交流信号を出力し、この信号で前記インバータ回路より３相交流電圧を発生してこれを前記３相陽極回転機構を持つＸ線管の陽極回転機構に供給し、前記Ｘ線管が２相陽極回転機構を持つ場合は前記ベクトル変換手段から２相交流信号を出力し、この信号で前記インバータ回路より２相交流電圧を発生してこれを２相陽極回転機構を持つＸ線管の陽極回転機構に供給することによって達成される。
【００２３】
このように構成することによって、Ｘ線管の陽極回転機構が３相式の場合は、３相／２相選択手段で３相を選択してベクトル変換手段から３相交流信号を生成し、この信号に基づいて３相インバータ回路から３相交流電圧を発生して前記３相陽極回転機構を持つＸ線管の陽極を回転させ、Ｘ線管の陽極回転機構が２相式の場合は、３相／２相選択手段で２相を選択してベクトル変換手段から２相交流信号を生成し、この信号に基づいて前記３相インバータ回路の任意のスイッチング素子をオン、オフして２相交流電圧を発生し前記２相陽極回転機構を持つＸ線管の陽極を回転させる。
【００２４】
また、上記ヘクトル変換手段から出力される交流信号は、Ｘ線管の陽極回転機構が３相式の場合は位相が１２０°ずれた３相交流信号を、Ｘ線管の陽極回転機構が２相式の場合は位相が９０°ずれた２相交流信号を生成し、これらの信号に基づいてインバータ回路からＸ線管の陽極回転機構が３相式の場合は位相が１２０°ずれた３相交流電圧を、Ｘ線管の陽極回転機構が２相式の場合は位相が９０°ずれた２相交流電圧を発生して前記Ｘ線管の陽極を回転させる。このように、３相／２相選択手段，ベクトル変換手段，インバータ回路を備えることによって、３相陽極回転機構を持つＸ線管と２相陽極回転機構を持つＸ線管で同一の陽極回転駆動装置が構成できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるＸ線管の陽極回転駆動装置の実施例を示す図である。
直流電源１０と、３相フルブリッジインバータ回路２０と、制御回路３０により構成される。Ｘ線管４０の陽極回転機構が３相陽極回転機構４２の場合には、３相フルブリッジインバータ回路２０から出力される、位相が１２０°ずれた３相の交流電圧を前記３相陽極回転機構４２に供給し、Ｘ線管４１の陽極回転機構が２相陽極回転機構４３の場合には、３相フルブリッジインバータ回路２０から出力される、位相が９０°ずれた２相の交流電圧を前記２相陽極回転機構４３に供給する。
【００２６】
３相フルブリッジインバータ回路２０は、６個の半導体スイッチ２２〜２７で構成される。
【００２７】
制御回路３０は、高電圧発生装置（図示省略）から陽極回転の高速／低速切り換え信号と、起動／定常切り換え信号と、制動信号と、駆動／停止切り換え信号とを入力し、これらの信号に対応した前記３相及び２相の陽極回転機構に供給する交流電圧のゲインを決めるゲイン決定器３３と、このゲイン決定器３３より出力されるゲインで前記高電圧発生装置からの陽極回転の高速／低速切り換え信号に対応した正弦波電圧を発生させる正弦波発生器３４と、前記ゲイン決定器３３より出力されるゲインで直流電圧を発生させる直流発生器３５と、前記高電圧発生装置から制動信号を入力して前記正弦波電圧あるいは直流電圧のいずれかを出力するための切り換え手段３６と、この切り換え手段３６から出力された電圧と前記高電圧発生装置から３相／２相切り換え信号を入力し３相あるいは２相の交流電圧を生成するベクトル変換器３７と、このベクトル変換器３７の出力と前記高電圧発生装置から駆動／停止信号を入力し前記３相フルブリッジインバータ回路２０の各半導体スイッチ２２〜２７のオン，オフのゲート信号を出力するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器３８とから構成される。次に、このように構成された本発明のＸ線管の陽極回転駆動装置の動作について説明する。３相陽極回転機構４２には、Δ結線かＹ結線かの３つの固定子コイルがある。それぞれの固定子コイルに１２０°ずつ位相のずれた交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを供給すると、固定子コイルには３相交流電流が流れ、これによって回転磁界が生じて３相誘導モータの原理で陽極は回転する。
【００２８】
Ｘ線管にかかる負荷電力の大きさに合わせて陽極の回転速度を選択する高速／低速切り換え信号は、Ｘ線管にかかる負荷電力が大きいときは高速に設定され、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば５００Ｖ，１２０Ｈｚの３相交流電圧を３相陽極回転機構４２に出力する。一方、Ｘ線管にかかる負荷電力が小さいときは、前記信号は低速に設定され、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば２００Ｖ，５０Ｈｚの３相交流電圧を３相陽極回転機構４２に出力する。また、陽極回転が起動中かまたは前記３相交流電圧の周波数で決まる設定回転数である定常回転数に達したかを選択する起動／定常切り換え信号が起動側に設定されている場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば５００Ｖ，１２０Ｈｚの３相交流電圧を３相陽極回転機構４２に出力し、定常に設定されている場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は、例えば１００Ｖ，１２０Ｈｚの３相交流電圧を３相陽極回転機構４２に出力する。
【００２９】
Ｘ線曝射終了後に陽極回転を停止させるために制動信号が与えられた場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は任意の半導体スイッチをオンさせて、例えば７０Ｖ程度の直流電圧を得て、これを陽極回転機構４２に供給して陽極回転機構に直流制動をかける。例えば、前記３相フルブリッジインバータ回路２０の半導体スイッチ２２と２５をオン，オフさせ、このオン，オフの比率を調整して７０Ｖ程度の直流出力電圧を得て、これを陽極回転機構の固定子巻線の任意の端子に入力して直流制動をかけ、停止させる。
【００３０】
次に、Ｘ線撮影をするかしないかによって陽極回転の駆動，停止を切り換える駆動／停止切り換え信号が駆動に設定されている場合、３相フルブリッジインバータ回路２０は、陽極回転機構に３相交流電圧を出力し、停止が設定されている場合は、３相フルブリッジインバータ回路２０は陽極回転機構に０Ｖの電圧を出力するか、または電圧を出力しない。３相あるいは２相の陽極回転機構を選択する３相／２相切り換え信号は、この場合、３相陽極回転機構を持つＸ線管を用いているので３相に設定されており、３相フルブリッジインバータ回路２０は位相が１２０°ずれた３相交流電圧を陽極回転機構に供給する。
【００３１】
上記の制御回路３０は、その内部構成のうちゲイン決定器３３，正弦波発生器３４，直流発生器３５，切り換え手段３６，ベクトル変換器３７の部分をマイクロコンピュータで構成し、これらの構成要素の各処理はソフトウェアで行う。
【００３２】
図２は前記制御回路３０内のマイクロコンピュータ部である。入出力インターフェイス回路Ｉ／Ｏを介して高速／低速切り換え信号，起動／定常切り換え信号，制動信号，駆動／停止切り換え信号，３φ／２φ切り換え信号の各信号を入力し、これらの信号に対応した３相フルブリッジインバータ回路２０の半導体スイッチ２２〜２７を駆動するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を中央処理装置ＣＰＵで演算して前記Ｉ／Ｏから出力する。これらのＰＷＭ信号は、アナログ回路で構成されたＰＷＭ発生器３８（図１）の入力となる。ＰＷＭ発生器３８は、陽極回転機構の駆動時に駆動／停止切り換え信号が駆動側に選択されており、ベクトル変換器３７の出力信号に見合った３相フルブリッジインバータ回路２０の各半導体スイッチ２２〜２７のオン，オフのゲート信号を出力する。一方、陽極回転機構の停止時には、駆動／停止切り換え信号が停止側に選択されており、ゲート信号を出力しない。
【００３３】
このように３相陽極回転機構４２に３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが供給されると陽極が回転する。
【００３４】
図３は、ゲイン決定器３３の詳細を示したものである。ゲイン決定器３３は、高速／低速切り換え信号，起動／定常切り換え信号，制動信号，駆動／停止切り換え信号を入力信号とし、それらの信号に見合った駆動用３相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び制動用直流電圧を陽極回転駆動機構４２へ供給するためのゲインを決定する。そして、決定されたゲインを正弦波発生器３４と直流発生器３５に出力する。
【００３５】
図４は、正弦波発生器３４の詳細を示したものである。正弦波発生器３４は、前記高速／低速切り換え信号に見合った周波数をもち、ゲイン決定器３３から得たゲインに見合った電圧値の３相正弦波電圧を発生する。
【００３６】
ピーク値が１の正弦波データをテーブル化しておき、これを図２のメモリに記憶しておく。高速／低速切り換え信号が高速の場合は前記メモリから高速に見合った正弦波データを読み出し、前記高速／低速切り換え信号が低速の場合は前記メモリから低速に見合った正弦波データを読み出し、これらをゲイン決定器からの出力に対応した値に増幅器Ａｍｐで増幅して３相の正弦波交流電圧を出力する。
【００３７】
図５は、直流発生器３５の詳細を示したものである。直流発生器３５は、基準値１をゲイン決定器３３から得たゲインに見合った値に増幅器Ａｍｐで増幅して直流電圧を発生する。
【００３８】
図１の切り換え手段３６は、正弦波発生器３４から発生した３相正弦波電圧と直流発生器３５から発生した直流電圧とが入力される。制動信号の有無により陽極回転の起動中または定常時には３相正弦波電圧を、Ｘ線曝射終了後の陽極回転の制動時には直流電圧をベクトル変換器３７へ出力する。
【００３９】
図６はベクトル変換器３７の詳細を示したものである。ベクトル変換器３７は、３相あるいは２相の陽極回転機構を選択する３相／２相切り換え信号により、３相が選択されている場合は１２０°位相のずれた３相信号をＰＷＭ発生器３８へ出力し、２相が選択されている場合は９０°位相のずれた２相信号をＰＷＭ発生器３８へ出力する。図７は、３相の陽極回転機構を用いた場合のベクトル変換器３７の出力ベクトルを示している。ベクトル図は、経過時間で変化する正弦波のような関数を扱うときに有利な方法である。陽極駆動時において３相が選択された３相／２相切り換え信号が入力されると、ベクトル変換器３７は切り換え手段３６から入力された周波数，振幅をもった電圧信号を３相に変換して出力する。
【００４０】
出力される３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは時間の経過と共に位相が変化し、図７のベクトル図における３本のベクトルは１２０°の位相差を保ちながら反時計方向に回転することになる。３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのスカラ量を次式に示す（最大値をＶとする）。
【数１】

【数２】

【数３】

つまり、実際に発生する３つの電圧は、図７の基準ベクトル方向で電圧値が正弦波関数をもって大小することになる。
【００４１】
次に、２相回転陽極機構を持つＸ線管の本発明の陽極回転駆動装置の動作について説明する。
通常、２相陽極回転機構には、コモン端子で直列接続されている主コイルと補助コイルの２つの固定子コイルがある。主コイルの一端に交流電圧Ｖｍａｉｎ，補助コイルの一端には前記交流電圧Ｖｍａｉｎから位相を９０°シフトさせた電圧Ｖｓｕｂ，両コイルのコモン端には前記２つのコモン電圧Ｖｃｏｍを供給することで、固定子コイルに回転磁界が生じ単相誘導モータの原理で陽極が回転する。
【００４２】
高速／低速切り換え信号と、起動／定常切り換え信号と、制動信号と、駆動／停止切り換え信号とが制御回路３０のゲイン決定器３３に入力される。ゲイン決定器３３は入力された信号に見合った駆動用２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍを陽極駆動機構４３へ供給するための前記２相交流電圧のゲインを決定する。陽極回転の起動中または定常回転時に３相正弦波電圧が入力されるベクトル変換器３７は、２相が選択されている３相／２相切り換え信号によって、３相の電圧を２相に変換しＰＷＭ発生器３８へ出力する。このように制御回路３０は陽極駆動時において３相フルブリッジインバータ回路２０の各スイッチ２２〜２７のオン，オフのゲート信号を出力し、２相陽極回転機構４３に２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍが供給されて陽極が回転する。
【００４３】
制御回路３０において、３相の陽極回転機構を駆動する場合と異なるのは、ベクトル変換器３７の動作である。陽極回転駆動時において、２相が選択された３相／２相切り換え信号が入力されると、ベクトル変換器３７は切り換え手段３６から入力された周波数，振幅をもった電圧信号を２相に変換し出力する。図６は、ベクトル変換器３７の詳細を示している。
【００４４】
３相／２相切り換え信号が２相に選択された場合、切り換え手段３６から入力された電圧信号は前段の３φ（３相）生成器で３相ベクトルに変換されて３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力した後、２φ生成器で２相ベクトルに変換しＶｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ、Ｖｃｏｍを出力する。図８は、図６のベクトル変換器をマイクロコンピュータを用いて構成し、前記３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ、Ｖｃｏｍをソフトウェアで作成する処理フローチャートの第一の実施例と３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍのベクトル図を示す。
【００４５】
下記の（４）〜（６）の式に示すように基準電位Ｖｃｏｍは基準ベクトルの原点に不動で、ＶｕからＶｍａｉｎ，ＶｖとＶｗからＶｓｕｂを生成する。
【数４】

【数５】

【数６】

３相ベクトルＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗは時間の経過と共に回転していることから，上記（４）〜（６）式の関係にある２相ベクトルＶｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍも回転することになる。この第一の実施例の特徴は，基準電位Ｖｃｏｍが０，またＶｍａｉｎとＶｕが同ベクトルなのでベクトル演算が容易なことである。
【００４６】
図９は，図６のベクトル変換器をマイクロコンピュータを用いて構成し、前記３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍをソフトウェアで作成する処理フローチャートの第二の実施例と３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍのベクトル図を示す。
【００４７】
この第二の実施例では、基準電位Ｖｃｏｍが変動し、ＶｖからＶｃｏｍ，ＶｕとＶｃｏｍからＶｍａｉｎ，ＶｗとＶｃｏｍからＶｓｕｂを生成する。（７）〜（９）式は上記第二の実施例の変換式である。
【数７】

【数８】

【数９】

この第二の実施例の特徴は、第一の実施例に比べてベクトル演算を２回行う必要があるが、ＶｍａｉｎとＶｓｕｂの電圧を大きくすることができることである。
【００４８】
図１０は、図６のベクトル変換器をマイクロコンピュータを用いて構成し、前記３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍをソフトウェアで作成する処理フローチャートの第三の実施例と３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍのベクトル図を示す。
【００４９】
この第三の実施例は、上記第二の実施例と同様に基準電位Ｖｃｏｍが変動し、ＶｖからＶｃｏｍ，ＶｕとＶｃｏｍからＶｍａｉｎ，ＶｗとＶｃｏｍからＶｓｕｂを生成する方法であるが、２相用に３相ベクトルＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗの位相を１２０°からずらすために、前記Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの３つのベクトルを２回生成する。上記第一，第二の実施例よりも計算は複雑になるが、ＶｍａｉｎとＶｓｕｂを最も大きく発生できる。
【００５０】
図１１は、図６のベクトル変換器をマイクロコンピュータを用いて構成し、前記３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍをソフトウェアで作成する処理フローチャートの第三の実施例と３相正弦波電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと２相交流電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂ，Ｖｃｏｍのベクトル図を示す。
【００５１】
この第四の実施例の特徴は、上記第一，第二，第三の実施例に比べてＶｍａｉｎかＶｓｕｂのうちの一方の電圧をより大きく発生できることにある。これは、メインとサブコイルの定格電圧が違うときに有効である。
これらの実施例に基づいてベクトル変換器３７が構成されることで、制御回路３０からゲート信号が与えられた３相フルブリッジインバータ回路２０は、２相交流電圧を陽極回転機構４３に出力できる。
【００５２】
以上の実施例において，下記のように変形することもできる。
（１）図１の３相フルブリッジインバータ回路２０の半導体スイッチ２２〜２７にはＩＧＢＴを使用して説明したが、これはサイリスタやバイポーラトランジスタ，ゲートターンオフサイリスタを初めどのようなスイッチでも構わない。
【００５３】
（２）図１の実施例の制御回路３０はハードウェアとソフトウェアを組み合わせた構成としたが、これはマイクロコンピュータを用いたソフトウェアのみの構成、またはハードウェアのみの構成としても構わない。
【００５４】
（３）図１の実施例の高速／低速切り換え信号，起動／定常切り換え信号は、この２つの信号の組み合わせに限らず、固定子の電圧，周波数を決定する信号であれば良い。
【００５５】
（４）図１の実施例の制動信号は、陽極回転機構のベアリングの摩耗を軽減する為に前記陽極回転機構に直流制動をかけるために必要な信号である。このような強制的な制動をかける必要がない場合はなくてもよい。
【００５６】
（５）図１の実施例に示した３４の正弦波発生器は正弦波に関わらず、矩形波，三角波を初めどのような交流波形を出力する発生器でも構わない。
【００５７】
（６）図１の実施例に示した３７のベクトル変換器での２相ベクトルの生成は、上記した実施例のみならず、交流電圧Ｖｍａｉｎ、この交流電圧Ｖｍａｉｎの位相を９０°シフトさせた電圧Ｖｓｕｂ、これらのＶｍａｉｎとＶｓｕｂの２つのコモン電圧Ｖｃｏｍを生成できるどのような方法でも構わない。
【００５８】
以上のように、本発明の主旨は、Ｘ線管の陽極回転機構の固定子コイルの相数が２相や３相に関わらず、同一の回路構成で陽極の回転駆動を可能にするものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明装置では、制御回路に備わったベクトル変換器により、３相フルブリッジインバータ回路から３相交流電圧又は２相交流電圧のいずれかを出力し、これを３相陽極回転機構を持つＸ線管と２相陽極回転機構を持つＸ線管のいずれにも供給できるように構成したので、Ｘ線管の陽極回転駆動装置を３相陽極回転機構を持つＸ線管と２相陽極回転機構を持つＸ線管の両方に共用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線管の陽極回転駆動装置の実施例を示す図である。
【図２】図１の制御回路３０内のマイクロコンピュータ部である。
【図３】ゲイン決定器の詳細図である。
【図４】正弦波発生器の詳細図である。
【図５】直流発生器の詳細図である。
【図６】ベクトル変換器の詳細図である。
【図７】３相の電圧ベクトル図である。
【図８】２相ベクトル形成の第一の実施例を示す図である。
【図９】２相ベクトル形成の第二の実施例を示す図である。
【図１０】２相ベクトル形成の第三の実施例を示す図である。
【図１１】２相ベクトル形成の第四の実施例を示す図である。
【図１２】３相陽極回転機構をもつ従来のＸ線管の陽極回転駆動装置である。
【図１３】２相陽極回転機構をもつ従来のＸ線管の陽極回転駆動装置である。
【符号の説明】
１０直流電源
２０３相フルブリッジインバータ回路
２１単相フルブリッジインバータ回路
２２〜２７半導体スイッチ
３０制御回路
３３ゲイン決定器
３４正弦波発生器
３５直流発生器
３６交流／直流切り換え手段
３７ベクトル変換器
３８ＰＷＭ発生器
４０，４１Ｘ線管
４２３相陽極回転機構
４３２相陽極回転機構
５０位相シフトコンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray tube anode rotation driving device used in an X-ray apparatus and an X-ray CT apparatus, and more particularly, an X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism also has a two-phase anode rotation mechanism. The present invention relates to an anode rotation driving device for an X-ray tube that can also be used for an X-ray tube.
[0002]
[Prior art]
Rotating anode X-ray tubes that move the electron impact surface to increase the allowable load are currently very popular in the field of X-ray devices and X-ray CT devices.
[0003]
The anode of such an X-ray tube consists of a rotor and an umbrella-shaped target and rotates on the principle of an induction motor. By rotating the target, the electron impact area of the target is increased, and when the load is applied for a short time, the input per unit area of the focal point can be greatly increased, so that a large capacity X-ray tube can be realized. When an electric current is passed through a stator outside the X-ray tube to generate a rotating magnetic field, the anode having the rotor coil in the X-ray tube rotates.
[0004]
In this way, the anode rotates on the same principle as the induction motor described above, but the difference from the induction motor is that glass or metal covering the tube exists between the stator and the rotor, and the gap is large. That is. As the stator coil, a simple and inexpensive two-phase type has been mainstream, but recently, a three-phase type has appeared as well as an induction motor. The three-phase type anode rotation mechanism is characterized by high-speed response, and is advantageous when high speed is required to start anode rotation.
[0005]
FIG. 12 shows a conventional X-ray tube having a three-phase anode rotating mechanism and its driving circuit.
In FIG. 12, 10 is a DC power source, 22 to 27 are semiconductor switches (here, insulated gate bipolar transistors IGBTs are used), and these six semiconductor switches constitute a three-phase full-bridge inverter circuit 20. An X-ray tube 40 includes a three-phase anode rotating mechanism 42, and a three-phase AC voltage output from the three-phase full bridge inverter circuit 2 is supplied to the three-phase anode rotating mechanism 42. The
[0006]
31 is a control circuit for controlling the full-bridge inverter circuit, from a high voltage generator (not shown), a high-speed / low-speed switching signal for switching whether the anode is rotated at high speed or low speed, and whether the anode is activated or activated. A start / steady switching signal for switching to a later steady rotation, a braking signal for braking when the anode is stopped, and a driving / stop switching signal for driving or stopping the anode are input. Is a control circuit that outputs on / off gate signals of the switches 22 to 27 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20.
[0007]
Next, the operation of the X-ray tube having such a conventional three-phase anode rotating mechanism and its driving circuit will be described.
[0008]
(1) High speed / low speed switching
Whether to rotate the anode of the X-ray tube at a high speed or at a low speed is determined by the magnitude of the load power applied to the X-ray tube. When the load is large, the anode is rotated at a high speed, and when the load is small, the anode is rotated at a low speed. When the high speed / low speed switching signal is set to high speed, the three-phase full-bridge inverter circuit 20 outputs a three-phase AC voltage of, for example, 500 V, 120 Hz, and when the high speed / low speed switching signal is set to low speed. The three-phase full-bridge inverter circuit 20 outputs pulses for controlling driving of the semiconductor switches 22 to 27 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 from the control circuit 31 so as to output a three-phase AC voltage of, for example, 200 V and 50 Hz. .
[0009]
(2) Start / steady switching
When the start / steady switching signal for selecting whether the anode rotation is being started or the set rotation speed has been reached and the steady state is set to start, the three-phase full bridge inverter circuit 20 has a high voltage of, for example, 500V (during high speed rotation) ) Is output to the anode rotation mechanism 42, and when it is set to be steady, for example, a low voltage of 100 V (during high-speed rotation) is output to the anode rotation mechanism 42.
Thus, a high voltage is output at the time of starting in order to obtain a large starting torque.
[0010]
(3) Braking signal
When a braking signal for stopping the anode rotation is given after the end of the X-ray exposure, the three-phase full bridge inverter circuit 20 turns on an arbitrary semiconductor switch to obtain a DC voltage, and this is used as the anode rotation mechanism. 42 to apply DC braking to the anode rotating mechanism. For example, the semiconductor switches 22 and 25 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 are turned on and off, the ratio of the on and off is adjusted to set the output voltage to about 70 V, and the anode rotating mechanism is subjected to DC braking and stopped. .
[0011]
(4) Drive / stop switching
When the drive / stop switching signal for switching whether or not to rotate the anode depending on whether or not to perform X-ray imaging is set to drive, the three-phase full bridge inverter circuit 42 outputs a three-phase AC voltage to the anode rotation mechanism. If the stop is set, a voltage of 0V is output to the anode rotating mechanism or no voltage is output.
[0012]
When the above high-speed / low-speed switching signal, start / steady switching signal, braking signal, and drive / stop switching signal are input to the control circuit 31, the control circuit 31 drives the three-phase AC voltage Vu corresponding to the input signal. , Vv, and Vw are supplied to the anode drive mechanism 42, and ON / OFF gate signals of the switches 22 to 27 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 are output. When the three-phase AC voltages Vu, Vv, Vw are supplied to the anode rotation mechanism 42, the anode rotates.
[0013]
The three-phase anode rotation mechanism has three stator coils, a Δ connection or a Y connection. AC voltages Vu, Vv, and Vw that are 120 ° out of phase are supplied to each of them, a rotating magnetic field is generated in the stator coil, and the anode rotates on the principle of a three-phase induction motor.
FIG. 13 shows a conventional X-ray tube having a two-phase anode rotating mechanism and its driving circuit.
[0014]
A single-phase full-bridge inverter circuit 21 is used instead of the three-phase full-bridge inverter circuit, and a two-phase anode rotation mechanism 43 is used instead of the three-phase anode rotation mechanism. A control circuit 32 for inputting four signals (high speed / low speed switching signal, start / steady switching signal, braking signal, drive / stop switching signal) is the same as the control circuit 31 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 in FIG. In order to supply two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom for driving corresponding to the input signal to the anode driving mechanism 43, the switches 22′-25 ′ of the single-phase full-bridge inverter circuit 21 are turned on, An off gate signal is output.
[0015]
Usually, a two-phase anode rotating mechanism has two stator coils, a main coil and an auxiliary coil, which are connected in series with a common terminal. By supplying the AC voltage Vmain to one end of the main coil, the voltage Vsub obtained by shifting the phase of the AC voltage by 90 ° to one end of the auxiliary coil, and the two common voltages Vcom to the common ends of both coils, the stator coil A rotating magnetic field is generated in the anode and the anode rotates on the principle of a single-phase induction motor.
[0016]
FIG. 21A shows a drive circuit using an phase shift capacitor 50 and an X-ray tube. The two outputs of the single-phase full-bridge inverter circuit 21 are supplied from Vmain through the phase shift capacitor 50 in order to shift the phase by 90 ° to Vmain to the main coil, Vcom to the common end of both coils, and Vsub to the auxiliary coil. ing.
[0017]
FIG. 21B shows a drive circuit and an X-ray tube using two single-phase full-bridge inverter circuits 21a and 21b. The two single-phase full-bridge inverter circuits 21a and 21b connected to the DC power source 10 apply AC voltages that are 90 ° out of phase via the isolation transformers 51a and 51b connected to the outputs of the respective inverter circuits. The rotation mechanism 43 is supplied. The insulation transformers 51a and 51b are used to prevent the switches inside the inverter circuits 21a and 21b from being short-circuited.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the anode rotation type X-ray tube includes an X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism and an X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism. Conventionally, the anode rotation drive device has a three-phase full bridge inverter circuit for the X-ray tube having the three-phase anode rotation mechanism, and a two-phase full bridge inverter for the X-ray tube having the two-phase anode rotation mechanism. A system using a circuit driving circuit or two single-phase full-bridge inverter circuits is used, and the same anode driving circuit is used for the X-ray tube of the three-phase anode rotating mechanism and the X-ray tube of the two-phase anode rotating mechanism. I could not. That is, the circuit configuration of FIG. 12 is compatible with only the three-phase anode rotation mechanism and cannot drive the two-phase anode rotation mechanism. An X-ray tube such as an X-ray CT apparatus, which has a large number of imaging operations and a short lifetime, is frequently replaced. At the time of replacement, if it is desired to change from an X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism to an X-ray tube having a large-capacity three-phase anode rotation mechanism, the drive circuit must also be changed. That is, the conventional drive circuit is not versatile.
[0019]
Further, in the circuit configuration of FIG. 21A, it is difficult to surely shift the phase by 90 ° with the stator coil of the anode rotating mechanism and the capacitor 23 connected in series, and sufficient torque for rotating the anode cannot be obtained. . In the circuit configuration of FIG. 21B, since there are two sets of insulating transformers and inverter circuits, the volume and weight of the apparatus are increased. Further, as a means for preventing the semiconductor switch from being short-circuited, a method may be considered in which an isolation transformer is not provided at the output stage of the single-phase inverter circuit, but the input power is separately supplied to each. However, this method requires two sets of isolation transformers, rectifier circuits, and smoothing capacitors as two DC voltage sources in the input stage, and the apparatus volume and weight are further increased compared to the configuration of FIG.
[0020]
As described above, in the conventional method, the X-ray tube anode rotation driving device having the three-phase and two-phase anode rotation mechanisms uses a circuit having a different configuration, so that the versatility is poor. The drive circuit has a problem that a sufficient torque cannot be obtained, the device volume is large, and the weight is large.
[0021]
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional apparatus, and to rotate the anode with the same drive circuit configuration regardless of the number of phases of the stator coil of the X-ray tube anode rotation mechanism is two or three. Therefore, it is possible to provide a small and light X-ray tube anode rotation driving device.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The purpose is to supply a three-phase AC voltage to the anode rotation mechanism of an X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism and a two-phase AC voltage to the anode rotation mechanism of an X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism. In the X-ray tube anode rotation driving apparatus for rotating the X-ray tube having the three-phase anode rotation mechanism and the X-ray tube anode rotating mechanism having the two-phase anode rotation mechanism, An inverter circuit for converting into a two-phase AC voltage, and a three-phase AC signal or two-phase signal for generating the three-phase or two-phase AC voltage by controlling on and off a plurality of switching elements constituting the inverter circuit Vector selection means for generating an AC signal, and three-phase / two-phase selection means for selecting whether the signal generated from the vector conversion means is a three-phase AC signal or a two-phase AC signal, and this selection means By switching When the X-ray tube has a three-phase anode rotation mechanism, a three-phase AC signal is output from the vector conversion means, and a three-phase AC voltage is generated from the inverter circuit using this signal, and this is converted into the three-phase anode rotation mechanism. When the X-ray tube has a two-phase anode rotation mechanism, a two-phase AC signal is output from the vector conversion means, and this signal is used to output a two-phase AC signal from the inverter circuit. This is accomplished by generating a voltage and supplying it to the anode rotation mechanism of an X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism.
[0023]
With this configuration, when the anode rotation mechanism of the X-ray tube is a three-phase type, the three-phase / 2-phase selection means selects three phases and generates a three-phase AC signal from the vector conversion means. When a three-phase AC voltage is generated from a three-phase inverter circuit based on the signal to rotate the anode of the X-ray tube having the three-phase anode rotation mechanism, and the anode rotation mechanism of the X-ray tube is a two-phase type, 3 The phase / two-phase selection means selects two phases and generates a two-phase AC signal from the vector conversion means. Based on this signal, an arbitrary switching element of the three-phase inverter circuit is turned on / off to turn the two-phase AC voltage And the anode of the X-ray tube having the two-phase anode rotating mechanism is rotated.
[0024]
Further, the AC signal output from the vector conversion means is a three-phase AC signal whose phase is shifted by 120 ° when the anode rotation mechanism of the X-ray tube is a three-phase system, and the two-phase anode rotation mechanism of the X-ray tube. In the case of the formula, a two-phase AC signal having a phase shift of 90 ° is generated. On the basis of these signals, if the anode rotation mechanism of the X-ray tube is a three-phase formula from the inverter circuit, the three-phase AC signal having a phase shift of 120 ° If the anode rotation mechanism of the X-ray tube is a two-phase type, a two-phase AC voltage whose phase is shifted by 90 ° is generated to rotate the anode of the X-ray tube. Thus, by providing the 3-phase / 2-phase selection means, the vector conversion means, and the inverter circuit, the same anode rotation drive is performed for the X-ray tube having the 3-phase anode rotation mechanism and the X-ray tube having the 2-phase anode rotation mechanism. The device can be configured.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an anode rotation driving device for an X-ray tube according to the present invention.
A DC power supply 10, a three-phase full bridge inverter circuit 20, and a control circuit 30 are included. When the anode rotation mechanism of the X-ray tube 40 is the three-phase anode rotation mechanism 42, the three-phase alternating current voltage output from the three-phase full bridge inverter circuit 20 and having a phase difference of 120 ° is output from the three-phase anode rotation mechanism. 42, when the anode rotation mechanism of the X-ray tube 41 is the two-phase anode rotation mechanism 43, the two-phase AC voltage output from the three-phase full-bridge inverter circuit 20 and having a phase shift of 90 ° The two-phase anode rotation mechanism 43 is supplied.
[0026]
The three-phase full bridge inverter circuit 20 is composed of six semiconductor switches 22 to 27.
[0027]
The control circuit 30 inputs a high-speed / low-speed switching signal for anode rotation, a start / steady switching signal, a braking signal, and a drive / stop switching signal from a high voltage generator (not shown), and responds to these signals. A gain determiner 33 that determines the gain of the AC voltage supplied to the three-phase and two-phase anode rotating mechanisms, and the high / low speed of the anode rotation from the high voltage generator with the gain output from the gain determiner 33 A sine wave generator 34 for generating a sine wave voltage corresponding to the switching signal, a DC generator 35 for generating a DC voltage with a gain output from the gain determiner 33, and a braking signal from the high voltage generator. The switching means 36 for outputting either the sine wave voltage or the DC voltage, the voltage output from the switching means 36 and the high voltage generator A vector converter 37 for inputting a three-phase / two-phase switching signal to generate a three-phase or two-phase AC voltage, an output of the vector converter 37, and a drive / stop signal from the high voltage generator are input. It comprises a pulse width modulation (PWM) signal generator 38 for outputting on / off gate signals of the semiconductor switches 22 to 27 of the phase full bridge inverter circuit 20. Next, the operation of the anode rotation driving device for the X-ray tube of the present invention configured as described above will be described. The three-phase anode rotating mechanism 42 has three stator coils of Δ connection or Y connection. When AC voltages Vu, Vv, and Vw whose phases are shifted by 120 ° are supplied to the respective stator coils, a three-phase AC current flows through the stator coils, thereby generating a rotating magnetic field, which is based on the principle of a three-phase induction motor. The anode rotates.
[0028]
The high-speed / low-speed switching signal for selecting the rotation speed of the anode in accordance with the load power applied to the X-ray tube is set to high speed when the load power applied to the X-ray tube is large, and the three-phase full-bridge inverter circuit 20 Outputs, for example, a three-phase AC voltage of 500 V and 120 Hz to the three-phase anode rotating mechanism 42. On the other hand, when the load power applied to the X-ray tube is small, the signal is set to a low speed, and the three-phase full bridge inverter circuit 20 outputs a three-phase AC voltage of, for example, 200 V and 50 Hz to the three-phase anode rotating mechanism 42. . Further, when the start / steady switching signal for selecting whether the anode rotation is being started or the steady rotation speed that is a set rotation speed determined by the frequency of the three-phase AC voltage has been set on the start side, When the full-bridge inverter circuit 20 outputs a three-phase AC voltage of, for example, 500 V and 120 Hz to the three-phase anode rotating mechanism 42 and is set to be steady, the three-phase full-bridge inverter circuit 20 has, for example, a 3 V of 100 V and 120 Hz. The phase AC voltage is output to the three-phase anode rotating mechanism 42.
[0029]
When a braking signal is given to stop the anode rotation after the X-ray exposure is completed, the three-phase full-bridge inverter circuit 20 turns on an arbitrary semiconductor switch to obtain a DC voltage of about 70 V, for example. DC braking is applied to the anode rotating mechanism 42 to apply direct current braking to the anode rotating mechanism. For example, the semiconductor switches 22 and 25 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 are turned on and off, and the on / off ratio is adjusted to obtain a DC output voltage of about 70 V, which is used as the stator of the anode rotating mechanism. Input to any terminal of winding and apply DC braking to stop.
[0030]
Next, when the drive / stop switching signal for switching between driving and stopping of anode rotation is set to driving depending on whether X-ray imaging is performed or not, the three-phase full-bridge inverter circuit 20 supplies a three-phase alternating current to the anode rotating mechanism. When the voltage is output and the stop is set, the three-phase full bridge inverter circuit 20 outputs a voltage of 0 V to the anode rotating mechanism or does not output the voltage. The three-phase / two-phase switching signal for selecting the three-phase or two-phase anode rotation mechanism is set to three phases because an X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism is used in this case. The bridge inverter circuit 20 supplies a three-phase AC voltage whose phase is shifted by 120 ° to the anode rotating mechanism.
[0031]
The control circuit 30 includes a microcomputer that includes a gain determination unit 33, a sine wave generator 34, a direct current generator 35, a switching unit 36, and a vector converter 37 among its internal components. Each process is performed by software.
[0032]
FIG. 2 shows a microcomputer section in the control circuit 30. High-speed / low-speed switching signal, start / steady switching signal, braking signal, driving / stop switching signal, 3φ / 2φ switching signal are input via the input / output interface circuit I / O, and 3 corresponding to these signals. A pulse width modulation (PWM) signal for driving the semiconductor switches 22 to 27 of the phase full bridge inverter circuit 20 is calculated by the central processing unit CPU and output from the I / O. These PWM signals are input to a PWM generator 38 (FIG. 1) configured with an analog circuit. In the PWM generator 38, the drive / stop switching signal is selected on the drive side when the anode rotation mechanism is driven, and the semiconductor switches 22 to 27 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 corresponding to the output signal of the vector converter 37 are selected. Outputs on / off gate signal. On the other hand, when the anode rotation mechanism is stopped, the drive / stop switching signal is selected to the stop side, and no gate signal is output.
[0033]
As described above, when the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw are supplied to the three-phase anode rotating mechanism 42, the anode rotates.
[0034]
FIG. 3 shows details of the gain determiner 33. The gain determiner 33 uses the high-speed / low-speed switching signal, the start / steady switching signal, the braking signal, and the driving / stop switching signal as input signals. The gain for supplying the direct current voltage to the anode rotation drive mechanism 42 is determined. Then, the determined gain is output to the sine wave generator 34 and the DC generator 35.
[0035]
FIG. 4 shows the details of the sine wave generator 34. The sine wave generator 34 generates a three-phase sine wave voltage having a frequency corresponding to the high speed / low speed switching signal and a voltage value corresponding to the gain obtained from the gain determiner 33.
[0036]
The sine wave data having a peak value of 1 is tabulated and stored in the memory of FIG. When the high speed / low speed switching signal is high speed, the sine wave data corresponding to the high speed is read from the memory, and when the high speed / low speed switching signal is the low speed, the sine wave data corresponding to the low speed is read from the memory, and these are gained. A three-phase sinusoidal AC voltage is output after being amplified by the amplifier Amp to a value corresponding to the output from the determiner.
[0037]
FIG. 5 shows the details of the DC generator 35. The direct current generator 35 amplifies the reference value 1 to a value corresponding to the gain obtained from the gain determiner 33 by the amplifier Amp to generate a direct current voltage.
[0038]
The switching means 36 in FIG. 1 receives the three-phase sine wave voltage generated from the sine wave generator 34 and the DC voltage generated from the DC generator 35. Depending on the presence or absence of a braking signal, a three-phase sine wave voltage is output to the vector converter 37 during start-up or steady operation of the anode rotation, and a DC voltage during braking of the anode rotation after the end of X-ray exposure.
[0039]
FIG. 6 shows details of the vector converter 37. The vector converter 37 outputs a three-phase signal shifted by 120 ° when the three-phase / two-phase switching signal for selecting a three-phase or two-phase anode rotation mechanism is selected. When two phases are selected, a two-phase signal with a 90 ° phase shift is output to the PWM generator 38. FIG. 7 shows an output vector of the vector converter 37 when a three-phase anode rotating mechanism is used. Vector diagrams are an advantageous method when dealing with functions such as sine waves that change over time. When a three-phase / two-phase switching signal with three phases selected is input during anode driving, the vector converter 37 converts the voltage signal having the frequency and amplitude input from the switching means 36 into three phases. Output.
[0040]
The phase of the output three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw changes with time, and the three vectors in the vector diagram of FIG. 7 rotate counterclockwise while maintaining a phase difference of 120 °. Become. The scalar quantities of the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw are shown in the following equation (the maximum value is V).
[Expression 1]

[Expression 2]

[Equation 3]

That is, the three voltages that are actually generated have a voltage value that increases or decreases in the direction of the reference vector in FIG.
[0041]
Next, the operation of the anode rotation driving device of the present invention of an X-ray tube having a two-phase rotating anode mechanism will be described.
Usually, a two-phase anode rotating mechanism has two stator coils, a main coil and an auxiliary coil, which are connected in series with a common terminal. An AC voltage Vmain is applied to one end of the main coil, a voltage Vsub whose phase is shifted by 90 ° from the AC voltage Vmain is applied to one end of the auxiliary coil, and the two common voltages Vcom are supplied to the common ends of both coils. A rotating magnetic field is generated in the child coil, and the anode rotates on the principle of a single-phase induction motor.
[0042]
A high speed / low speed switching signal, a start / steady switching signal, a braking signal, and a drive / stop switching signal are input to the gain determiner 33 of the control circuit 30. The gain determining unit 33 determines the gain of the two-phase AC voltage for supplying the driving two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom corresponding to the input signal to the anode driving mechanism 43. The vector converter 37 to which a three-phase sine wave voltage is inputted during the start of the anode rotation or the steady rotation converts the three-phase voltage into two phases by the three-phase / two-phase switching signal in which the two phases are selected. Output to the PWM generator 38. In this way, the control circuit 30 outputs gate signals for turning on and off the switches 22 to 27 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 when the anode is driven, and outputs the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom is supplied and the anode rotates.
[0043]
The control circuit 30 is different from the case of driving the three-phase anode rotation mechanism in the operation of the vector converter 37. When a three-phase / two-phase switching signal with two phases selected is input during anode rotation driving, the vector converter 37 converts the voltage signal having the frequency and amplitude input from the switching means 36 into two phases. And output. FIG. 6 shows details of the vector converter 37.
[0044]
When the three-phase / two-phase switching signal is selected to be two-phase, the voltage signal input from the switching means 36 is converted into a three-phase vector by the previous 3φ (three-phase) generator, and the three-phase sine wave voltage Vu, After outputting Vv and Vw, the 2φ generator converts it into a two-phase vector and outputs Vmain, Vsub, and Vcom. FIG. 8 is a first processing flowchart in which the vector converter of FIG. 6 is configured using a microcomputer, and the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom are created by software. FIG. 2 shows a vector diagram of the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom.
[0045]
As shown in the following equations (4) to (6), the reference potential Vcom does not move at the origin of the reference vector, and generates Vmain from Vu, and Vsub from Vv and Vw.
[Expression 4]

[Equation 5]

[Formula 6]

Since the three-phase vectors Vu, Vv, and Vw rotate with the passage of time, the two-phase vectors Vmain, Vsub, and Vcom that are in the relations of the above expressions (4) to (6) also rotate. The feature of the first embodiment is that vector calculation is easy because the reference potential Vcom is 0 and Vmain and Vu are the same vector.
[0046]
FIG. 9 is a second processing flowchart in which the vector converter of FIG. 6 is configured using a microcomputer and the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom are created by software. FIG. 2 shows a vector diagram of the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom.
[0047]
In the second embodiment, the reference potential Vcom varies, and Vcom is generated from Vv, Vmain is generated from Vu, and Vmain is generated from Vcom, and Vsub is generated from Vw and Vcom. Expressions (7) to (9) are conversion expressions of the second embodiment.
[Expression 7]

[Equation 8]

[Equation 9]

The feature of the second embodiment is that the vector operation needs to be performed twice as compared with the first embodiment, but the voltages of Vmain and Vsub can be increased.
[0048]
FIG. 10 is a third processing flowchart in which the vector converter of FIG. 6 is configured using a microcomputer and the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom are created by software. FIG. 2 shows a vector diagram of the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom.
[0049]
In the third embodiment, the reference potential Vcom fluctuates as in the second embodiment, and Vcom is generated from Vv, Vmain from Vu and Vcom, and Vsub from Vw and Vcom. In order to shift the phase of the three-phase vectors Vu, Vv, and Vw from 120 °, the three vectors Vu, Vv, and Vw are generated twice. Although the calculation is more complicated than the first and second embodiments, Vmain and Vsub can be generated most greatly.
[0050]
FIG. 11 is a third processing flowchart in which the vector converter of FIG. 6 is configured using a microcomputer, and the three-phase sinusoidal voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom are created by software. FIG. 2 shows a vector diagram of the three-phase sine wave voltages Vu, Vv, Vw and the two-phase AC voltages Vmain, Vsub, Vcom.
[0051]
The feature of the fourth embodiment is that one of the voltages Vmain and Vsub can be generated larger than the first, second and third embodiments. This is effective when the rated voltages of the main and sub coils are different.
By configuring the vector converter 37 based on these embodiments, the three-phase full-bridge inverter circuit 20 to which the gate signal is given from the control circuit 30 can output a two-phase AC voltage to the anode rotating mechanism 43.
[0052]
The above embodiment can be modified as follows.
(1) has been described by using the IGBT in the semiconductor switches 22-27 of the three-phase full-bridge inverter circuit 20 of FIG. 1, this may be any switch first thyristor or a bipolar transistor, a gate turn-off thyristor.
[0053]
(2) Although the control circuit 30 of the embodiment of FIG. 1 has a configuration in which hardware and software are combined, this may be a configuration of only software using a microcomputer or a configuration of only hardware.
[0054]
(3) The high-speed / low-speed switching signal and the start / steady-state switching signal in the embodiment of FIG. 1 are not limited to the combination of these two signals, and may be any signal that determines the voltage and frequency of the stator.
[0055]
(4) The braking signal in the embodiment of FIG. 1 is a signal necessary for applying DC braking to the anode rotating mechanism in order to reduce wear of the bearing of the anode rotating mechanism. If there is no need to apply such forced braking, it is not necessary.
[0056]
(5) 34 sine wave generator shown in the embodiment of FIG. 1, regardless of a sine wave, a rectangular wave, may be a generator for outputting what AC waveform beginning a triangular wave.
[0057]
(6) The generation of the two-phase vector in the 37 vector converter shown in the embodiment of FIG. 1 is not limited to the embodiment described above, but the AC voltage Vmain and a voltage obtained by shifting the phase of the AC voltage Vmain by 90 °. Any method that can generate two common voltages Vcom of Vsub and Vmain and Vsub may be used.
[0058]
As described above, the gist of the present invention is that the anode can be driven to rotate with the same circuit configuration regardless of whether the number of phases of the stator coil of the anode rotation mechanism of the X-ray tube is two or three. is there.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, in the device of the present invention, the vector converter provided in the control circuit outputs either the three-phase AC voltage or the two-phase AC voltage from the three-phase full-bridge inverter circuit, and outputs this from the three-phase anode. Since the X-ray tube can be supplied to both an X-ray tube having a rotation mechanism and an X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism, the X-ray tube anode rotation driving device is an X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism. There is an effect that it can be shared by both X-ray tubes having a two-phase anode rotation mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an anode rotation driving device for an X-ray tube according to the present invention.
2 is a microcomputer section in the control circuit 30 of FIG.
FIG. 3 is a detailed diagram of a gain determiner.
FIG. 4 is a detailed view of a sine wave generator.
FIG. 5 is a detailed view of a DC generator.
FIG. 6 is a detailed view of a vector converter.
FIG. 7 is a three-phase voltage vector diagram.
FIG. 8 is a diagram showing a first example of two-phase vector formation.
FIG. 9 is a diagram showing a second example of forming a two-phase vector.
FIG. 10 is a diagram showing a third example of forming a two-phase vector.
FIG. 11 is a diagram showing a fourth example of forming a two-phase vector.
FIG. 12 shows an anode rotation driving device for a conventional X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism.
FIG. 13 is an anode rotation driving device for a conventional X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism.
[Explanation of symbols]
10 DC power supply
20 3-phase full bridge inverter circuit
21 Single-phase full-bridge inverter circuit
22-27 Semiconductor switch
30 Control circuit
33 Gain determiner
34 Sine wave generator
35 DC generator
36 AC / DC switching means
37 vector converter
38 PWM generator
40, 41 X-ray tube
42 Three-phase anode rotation mechanism
43 Two-phase anode rotation mechanism
50 Phase shift capacitor

Claims

A three-phase AC voltage is supplied to the anode rotation mechanism of an X-ray tube having a three-phase anode rotation mechanism, and a two-phase AC voltage is supplied to the anode rotation mechanism of an X-ray tube having a two-phase anode rotation mechanism. In an X-ray tube anode rotation driving device for rotating an X-ray tube having a phase anode rotation mechanism and an X-ray tube anode having a two-phase anode rotation mechanism,
It has six switching elements, and a three-phase full-bridge inverter circuit outputs an AC voltage of three-phase or two-phase supply to the 3-phase anode rotation mechanism or the 2-phase anode rotation mechanism,
3-phase / 2-phase selection means for selecting whether the output of the 3-phase full-bridge inverter circuit is 3 phase or 2 phase;
Based on the selection of the three-phase / two-phase selection means, a three-phase AC signal or a two-phase AC signal is generated, and the switching element is turned on / off to control the three-phase or two-phase from the three-phase full bridge inverter circuit. Vector conversion means for outputting an AC voltage of
An anode rotation driving device for an X-ray tube, comprising:

Claim 1 X In an anode rotation drive device for a ray tube,
The vector conversion means includes: 1 Output Vu and the second 1 A second output Vw that is 90 degrees out of phase with the output Vu and a third output Vv that is 180 degrees out of phase with the first output Vu,
By calculating the first output to the third output, the fourth output Vmain and the fifth output Vsub whose phases are shifted by 90 degrees are obtained.
Vmain = Vu-Vw
Vsub = Vv−Vw
An X-ray tube anode rotation drive device characterized in that:

In the anode rotation drive device of the X-ray tube according to claim 1,
The vector conversion unit generates a fourth output and a fifth output whose phases are shifted by 90 degrees by calculating first to third outputs whose phases are shifted by 120 degrees. X-ray tube anode rotation drive device.

In the anode rotation drive device of the X-ray tube according to claim 3,
The vector conversion means has the first output as Vu, the second output as Vv, the third output as Vw, the fourth output as Vmain, and the fifth output as Vsub.
Vmain = Vu
Vsub = (Vw−Vv) / √3
An anode rotation driving apparatus for an X-ray tube, characterized by performing the following calculation.

Claim 3 X In an anode rotation drive device for a ray tube,
The vector conversion means has the first output as Vu, the second output as Vv, the third output as Vw, the fourth output as Vmain, and the fifth output as Vsub.
Vmain = Vu− (√3-1) Vv / 2
Vsub = Vw− (√3-1) Vv / 2
An anode rotation driving apparatus for an X-ray tube, characterized by performing the following calculation.