JP5384202B2 - X-ray CT system - Google Patents
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Description
本発明は、X線CT装置に係り、特に架台固定部と回転部との間の電力伝達を非接触で行う技術に関するものである。 The present invention relates to an X-ray CT apparatus, and more particularly to a technique for performing non-contact power transmission between a gantry fixing part and a rotating part.
X線CT装置は、被検体の周囲からX線を照射することで取得した様々な角度におけるX線投影データに基づき、前記被検体の断層画像を再構成し表示することで、診断に供する装置である。多くのX線CT装置は、前記被検体にX線を照射するX線管と、前記X線管に対向配置されX線投影データを取得するX線検出器と、前記X線管と前記X線検出器を搭載し、前記被検体の周囲を回転する回転部を備えている。前記回転部に搭載された前記X線管と前記X線検出器が駆動するには、前記回転部を回転自在に支持する架台固定部から前記回転部へ電力が供給される必要がある。 An X-ray CT apparatus is used for diagnosis by reconstructing and displaying a tomographic image of a subject based on X-ray projection data at various angles acquired by irradiating the subject with X-rays. It is. Many X-ray CT apparatuses include an X-ray tube that irradiates the subject with X-rays, an X-ray detector that is disposed opposite to the X-ray tube and acquires X-ray projection data, the X-ray tube, and the X-ray tube A line detector is mounted, and a rotating unit that rotates around the subject is provided. In order to drive the X-ray tube and the X-ray detector mounted on the rotating unit, it is necessary to supply power to the rotating unit from a gantry fixing unit that rotatably supports the rotating unit.
多くのX線CT装置では、回転部を回転自在に支持する架台固定部から回転部への電力の供給は、スリップリングが使われている。しかしながら、スリップリングは金属円環と金属ブラシを接触させながら回転部を回転させるために、金属円環と金属ブラシの磨耗による磨耗粉が生じ、磨耗粉の除去等のメンテナンス作業が必要となる。そこで、スリップリングに代わる電力伝達部として、電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する電力伝達部を備えたX線CT装置が特許文献1に開示されている。
In many X-ray CT apparatuses, a slip ring is used to supply power from a gantry fixing unit that rotatably supports the rotating unit to the rotating unit. However, since the slip ring rotates the rotating part while bringing the metal ring and the metal brush into contact with each other, wear powder is generated due to wear of the metal ring and the metal brush, and maintenance work such as removal of the wear powder is required. Therefore,
特許文献1に開示された電力伝達部は、架台固定部に巻きつけられた固定側巻線と、前記固定側巻線の近傍に配置された固定側鉄心と、回転部に巻きつけられた回転側巻線と、前記回転側巻線の近傍に配置された回転側鉄心とを有する構成となっている。
The power transmission unit disclosed in
X線CT装置を用いた撮影時間の短縮化やX線検出器の大型化に伴ってX線管装置の高出力化が進展しており、X線管装置で消費される電力もますます増加している。さらには、回転部の回転速度の高速化による撮影時間のさらなる短縮化も要望されており、回転部本体の軽量化と共に、回転部に電力を供給する電力伝達部を小型化及び軽量化すると共に、高出力化することが要望されている。 With the shortening of imaging time using X-ray CT devices and the increase in size of X-ray detectors, the output of X-ray tube devices has been increasing, and the power consumed by X-ray tube devices has also increased. doing. Furthermore, there has been a demand for further shortening of the photographing time by increasing the rotation speed of the rotating part. In addition to reducing the weight of the rotating part body, the power transmission part for supplying power to the rotating part is also reduced in size and weight. Therefore, there is a demand for higher output.
しかしながら、非接触で電力を伝達する電力伝達部を小型・高出力化するためには、固定側巻線と回転側巻線に周波数20kHz〜100kHz程度の電流を200〜500A程度通電させる必要がある。また、非接触の電力伝達部には隙間を設ける必要があり、該隙間から交番磁束φが漏れ、該漏れ磁束が固定側巻線や回転側巻線を鎖交して巻線に渦電流を発生させ、電力損失(銅損)となっている。さらには、周波数を高くすることに伴う表皮効果(導体の表面にしか電流が流れなくなる現象)により、巻線での交流抵抗が大幅に上昇してしまい、大きな銅損を生じてしまう。この銅損は数kWにも及び、X線CT装置の電力伝達効率の向上の妨げとなっているため、銅損を減らすことが切望されている。 However, in order to reduce the size and increase the output of the power transmission unit that transmits power in a non-contact manner, it is necessary to apply a current of about 20 to 100 A with a frequency of about 20 kHz to 100 kHz to the fixed side winding and the rotation side winding. . In addition, it is necessary to provide a gap in the non-contact power transmission unit, and the alternating magnetic flux φ leaks from the gap, and the leakage flux interlinks the fixed-side winding and the rotation-side winding to generate an eddy current in the winding. Generated power loss (copper loss). Furthermore, the skin effect (a phenomenon in which current flows only on the surface of the conductor) accompanying the increase in the frequency significantly increases the AC resistance in the windings, resulting in a large copper loss. Since this copper loss reaches several kW and hinders improvement in power transmission efficiency of the X-ray CT apparatus, it is desired to reduce the copper loss.
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する際における固定側巻線と回転側巻線の銅損を低減することが可能なX線CT装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to reduce the copper loss of the fixed-side winding and the rotating-side winding when power is transmitted in a non-contact manner by using electromagnetic induction. An object of the present invention is to provide an X-ray CT apparatus capable of performing the above.
前記課題を解決すべく、X線源とX線検出手段とからなる撮影機構が被検体の周囲で回転する回転部と、該回転部を回転自在に支持する架台部と、前記架台部から前記回転部に電力を伝達する電力伝達部とを備えたX線CT装置であって、前記電力伝達部は、前記架台側に配設される円環状の固定側巻線部と、前記回転部に配設されると共に、前記固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とを有し、前記固定側巻線部と前記回転側巻線部が、シート巻線を備えるX線CT装置である。
In order to solve the above problem, the rotating part imaging mechanism consisting of the X-ray source and the X-ray detector is rotated around the subject, a gantry for rotatably supporting the rotating portion, said from the gantry An X-ray CT apparatus including a power transmission unit that transmits power to a rotation unit, wherein the power transmission unit includes an annular fixed-side winding unit disposed on the gantry side, and a rotation unit. while it is arranged, and a rotary side coil portion of the annular disposed opposite to the fixed-side winding part, the fixed-side winding part and the rotating winding part comprises a sheet winding X-ray CT apparatus.
本発明によれば、電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する際における固定側巻線と回転側巻線の銅損を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the copper loss of the fixed side coil | winding and rotation side coil | winding at the time of transmitting electric power by non-contact by electromagnetic induction can be reduced.
以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, an example of an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. However, in the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted.
〈実施形態1〉
(全体構成)
図1は本発明を適用してなる実施形態1のX線CT装置の全体構成ブロック図である。実施形態1のX線CT装置は、様々な角度から被検体105にX線を照射し、被検体105を透過したX線量の分布を計測して、計測結果に基づき再構成した被検体105の断層画像を表示するものである。本実施形態のX線CT装置は、固定側と回転側とに分かれており、固定側には架台固定部100と操作卓300が備えられており、回転側には回転部200が備えられている。回転部200は架台固定部100に対して回転自在に支持されている。
<
(overall structure)
FIG. 1 is an overall configuration block diagram of an X-ray CT apparatus according to a first embodiment to which the present invention is applied. The X-ray CT apparatus of
架台固定部100は電源30とインバータ34とを備えている。回転部200は高電圧変圧器37と高電圧整流器38とX線管39とX線検出部40とを備えている。架台固定部100と回転部200との間には、架台固定部100から回転部200へ電力を伝達する電力伝達部102と非接触信号伝達手段108が介在する。操作卓300は画像処理装置46と画像表示装置47とを備えている。
The
電源30は直流電圧を発生するもので、商用の交流電源31と、交流電源31の電圧を所望の直流電圧に変換するコンバータ32と、コンバータ32の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ33とを備えている。インバータ34は、コンバータ32から出力された直流電圧を高周波の交流電圧に変換するものである。インバータ34の出力は、電力伝達部102により回転部200へ伝達され、高電圧変圧器37へ入力される。高電圧変圧器37は、入力された交流電圧を昇圧するものである。高電圧整流器38は、高電圧変圧器37の出力電圧を整流して、直流の高電圧に変換するものである。
The
X線管39は、高電圧整流器38から出力された直流電圧が供給されることにより、被検体105に向けてX線を照射するものである。被検体105を透過したX線は、X線検出部40へ入射する。X線検出部40は、被検体105を透過したX線を検出するとともに検出した信号を増幅するもので、X線管39と対向配置されており、透過X線の線量分布を検出する検出器42と、検出器42からの検出信号を増幅するプリアンプ43とを備えている。回転部200に備えられたX線管39とX線検出部40とが回転しながら、X線の照射と検出がなされることにより、様々な角度(被検体105の周囲360°)の透過X線量分布が計測できる。
The
非接触信号伝達手段108は、X線検出部40の検出信号を回転部200から架台固定部100へ伝達するもので、回転側送信デバイス107と固定側受信デバイス106で構成される。固定側受信デバイス106で受信された検出信号は、画像処理装置46へ伝送される。画像処理装置46は、伝送された検出信号を再構成処理することで、被検体105の断層画像等を生成するものである。画像表示装置47は、画像処理装置46により生成された断層画像等を表示するもので、例えば周知のテレビモニタである。
The non-contact signal transmission means 108 transmits the detection signal of the
電力伝達部102は、架台固定部100に配置される固定側巻線2と、回転部200に配置される回転側巻線4とを備えている。固定側巻線2はインバータ34に接続されており、回転側巻線4は高電圧変圧器37に接続されている。回転側巻線4は固定側巻線2の近傍に配置される。このように配置することで、固定側巻線2に交流電流が流れると、固定側巻線の周囲に交番磁束φが発生し、交番磁束φと鎖交する回転側巻線4に電磁誘導により電圧が誘起され電力の伝達がなされる、いわゆる回転変圧器の構成となっている。電力伝達部102の詳細な構成については、以下に説明する。
The
(電力伝達部構成)
図2は本発明の実施形態1の電力伝達部の構成を説明するための図であり、図3は本発明の実施形態1のシート巻線の構成を説明するための図である。特に、図2(a)は回転部200の回転軸方向から電力伝達部102を見た鳥瞰図であり、図2(b)は図2(a)のA−A断面を矢印の方向から見た断面図である。また、図3(a)は図2(b)に示すシート巻線の断面図であり、図3(b)は実施形態1のシート巻線の構成図である。ただし、以下の説明では、固定側巻線2及び回転側巻線4を形成するシート巻線を銅で形成する場合について説明するが、シート巻線の材料は銅に限定されることはなく、他の導電材料であってもよい。ただし、銅以外の材料をシート巻線として用いる場合には、アルミの抵抗率ρ=2.65×10−8(Ω・m)以下の抵抗率を有する導電材料が好ましい。
(Power transmission unit configuration)
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the power transmission unit according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the sheet winding according to the first embodiment of the present invention. In particular, FIG. 2A is a bird's-eye view of the
電力伝達部102の回転側は図2(a)中の円弧形状の矢印201の方向に回転する。本実施形態の電力伝達部102は、上述した固定側巻線2と回転側巻線4以外に、固定側鉄心1と回転側鉄心3とを備えている。
The rotating side of the
固定側巻線2は架台固定部100に配置され、回転側巻線4は回転部200に配置され、回転部200が架台固定部100に対して円滑に回転できるようにするため、固定側巻線2と回転側巻線4との間には隙間5が形成される。固定側鉄心1と回転側鉄心3は、それぞれ固定側巻線2と回転側巻線4の近傍に配置され、回転部200が架台固定部100に対して円滑に回転できるようにするため、固定側鉄心1と回転側鉄心3との間にはギャップ6が形成される。固定側巻線2のターン間および固定側巻線2と固定側鉄心1の間には絶縁シート7が設けられている。回転側巻線4のターン間および回転側巻線4と回転側鉄心3の間にも絶縁シート7が設けられている。
The fixed-side winding 2 is arranged in the
固定側巻線2と回転側巻線4は、シート巻線となっており固定側鉄心1と回転側鉄心3の溝に横長に配置されている。シート巻線を用いることで、隙間5およびギャップ6から漏れ磁束φaによって発生する渦電流損Weを低減でき、巻線での銅損を低減することができる。
The fixed-side winding 2 and the rotation-side winding 4 are sheet windings, and are disposed horizontally in the grooves of the fixed-
すなわち、図2(a)に示すように、実施形態1の電力伝達部102は平板状の円環体形状をなす一対の固定側鉄心1と回転側鉄心3とが、所定のギャップ6で対向配置される構成となっている。このとき、実施形態1では、図2(b)に示すように、固定側鉄心1と回転側鉄心3との対向面側には、それぞれ円周方向に沿った凹部(溝)が形成される構成となっている。各凹部にはその底面側から開口部側に向かって螺旋状に形成されたシート巻線が配置されている。また、実施形態1では、図2(b)から明らかなように、固定側巻線2及び回転側巻線4となるシート巻線の半径方向の長さ(以下、幅と記す)は固定側鉄心1及び回転側鉄心3の凹部の半径方向の長さとほぼ同じ長さに形成される構成となっている。
That is, as shown in FIG. 2A, in the
また、シート巻線で形成される固定側巻線2及び回転側巻線4の部分の高さは、それぞれの鉄心1、3の周縁部高さ(半径方向内側端部及び半径方向外側端部の高さ)すなわち凹部の深さよりも小さく形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心1と回転側鉄心3とを対向配置した場合のギャップ6の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔5(固定側巻線2と回転側巻線4との間の隙間)が大きくなるように形成されている。
Further, the heights of the fixed side winding 2 and the rotation side winding 4 formed by the sheet winding are the heights of the peripheral edges of the
このように形成される一対の固定側鉄心1(回転側巻線4を含む)と回転側鉄心3(固定側巻線2を含む)は、回転側鉄心3の回転中心軸と回転部200の回転中心軸とが一致する位置に回転側鉄心1が回転部に配置され、該回転側鉄心3と対向する位置に固定側鉄心1が架台固定部100に配置される構成となっている。
The pair of fixed-side iron cores 1 (including the rotation-side winding 4) and the rotation-side iron core 3 (including the fixed-side winding 2) formed in this way are connected to the rotation center axis of the rotation-
なお、図2(b)に示す断面図では、説明のためにシート巻線4の厚さtと絶縁シート7との厚さを同じ厚さとしているが、シート巻線4の厚さtよりも絶縁シート7を薄く形成することにより、固定側鉄心1及び回転側鉄心3の高さを低くすることが可能となるので、電力伝達部102をさらに小型化できる。
In the cross-sectional view shown in FIG. 2B, the thickness t of the sheet winding 4 and the thickness of the insulating
また、実施形態1の電力伝達部では、その他の効果として製作のしやすさも挙げられる。シート巻線では銅板を円環状(リング状)に切り抜き、銅板同士の間を絶縁シート7などで絶縁した後、切り抜いた銅板同士の端部をロウづけ等で接続することにより巻線を製造できるので、製造後の巻線を固定側鉄心1と回転側鉄心3の溝の中に固定側巻線2と回転側巻線4として配置することにより、製造時の巻線作業が不要となり作業性を向上させることが可能である。すなわち、図3(a)に示すように、実施形態1の電力伝達部102では、シート巻線とするための薄いC字型の銅板401が絶縁シート7を介して重ねて配置されると共に、該C字型の銅板401の一端と上層に配置されるC字型の銅板401の他端とを、接続部402を介して順次電気的に接続する構成としている。このように、実施形態1の固定側巻線2及び回転側巻線4では、C字型の銅板401を順次繋ぎ合わせることによって、各鉄心の凹部の底面側から開口面側に向かう螺旋状のシート巻線を形成している。このような構成とすることによって、シート巻線4を分割して形成することが可能となるので、作業性を向上することが可能となる。ただし、各鉄心の凹部の底面側から開口面側に向かって連続して形成されたシート巻線4を用いてもよい。また、実施形態1の固定側巻線2及び回転側巻線4の形成では、同一形状のC字型の銅板401を重ね合わせる際に、図3(a)に示すように、C字型の銅板401を中心位置で順次時計方向又は反時計方向にずらすように回転させる。このような構成とすることによって、下側すなわち凹部の底面側に配置されるC字型の銅板401の一端と、該C字型の銅板401の上方に重ねて配置するC字型の銅板401の他端との接続を容易とするものである。このとき、重ねて配置されるC字型の銅板401との間に配置する図示しない絶縁シートは、C字型の銅板401を接続する位置には開口部が形成される構成とすることにより、絶縁シートを介して配置されるC字型の銅板401の接続を容易にできるという格別の効果を得ることができる。
Moreover, in the electric power transmission part of
ただし、実施形態1の固定側巻線2及び回転側巻線4では、図3(b)に示すように、C字型の銅板401はその断面形状が幅H、厚さtの薄い銅箔状の銅板で形成される。なお、後に詳述するように、銅板401の幅H及び厚さtは電力伝達部102に必要とされる電力に応じて適宜決定されるものである。
However, in the fixed side winding 2 and the rotation side winding 4 of the first embodiment, as shown in FIG. 3B, the C-shaped
さらに、シート巻線ではリッツ線に比べて巻線の表面積が大きいため、熱伝導・熱伝達による冷却効果を大きくすることができる。絶縁シート7に熱伝導性のよいシートを使用すれば、シート巻線のターン間での熱伝導を高めることができ、熱設計上有利になるという点も挙げられる。
Furthermore, since the surface area of the winding in the sheet winding is larger than that in the litz wire, the cooling effect by heat conduction and heat transfer can be increased. If a sheet having good thermal conductivity is used for the insulating
(効果の説明)
一般的には表皮効果や渦電流損を低減するために、高周波の漏れ磁束が発生する装置に使用する巻線にはしばしばリッツ線と呼ばれる束線が選定されるのだが、特開2008−021470号公報(以下、参考文献1と記す)にあるように、リッツ線であっても、周波数が高くなるにつれて交流抵抗は増大してしまうことが知られている。特に、X線CT装置は数100Aの大電流を通電する必要があるため、巻線の抵抗を下げるために通電の断面積を増やさなくてはならない。
(Explanation of effect)
In general, in order to reduce the skin effect and eddy current loss, a bundle wire called a litz wire is often selected as a winding used in a device that generates a high-frequency leakage magnetic flux. As described in Japanese Patent Publication (hereinafter referred to as Reference 1), it is known that even with a litz wire, the AC resistance increases as the frequency increases. In particular, since the X-ray CT apparatus needs to pass a large current of several hundreds A, the cross sectional area of the current must be increased in order to reduce the resistance of the winding.
リッツ線を用いる場合、素線数を増やすか、もしくは素線径を大きくすることで対応しなくてはならないのだが、素線径を大きくしたとしても通電する電流は表皮効果のため、表皮深さδ程度しか流れずに素線径を大きくする意味がなくなってしまう。角振動数をω、透磁率μ、伝導率σとすると、表皮深さδは、下記の式(1)のようになる。
例えば、素線材料が銅の場合、図4の銅線の周波数と表皮深さとの関係を示す図から明らかなように、周波数100kHzでの表皮深さδは0.2mm程度となってしまうため、400A程度の電流を巻線に通電するためには、素線を2000本程度撚らなくてはならない。しかしながら、素線数が2000本程度になってくると、参考文献1にあるように、抵抗値を下げようとしても下がらず交流抵抗値が飽和してきてしまうといった現象が起こってしまう。
For example, when the wire material is copper, the skin depth δ at a frequency of 100 kHz is about 0.2 mm, as is clear from the diagram showing the relationship between the frequency of the copper wire and the skin depth in FIG. In order to pass a current of about 400 A to the winding, about 2000 strands must be twisted. However, when the number of strands reaches about 2000, as described in
以下、図5に本発明の実施形態1の電力伝達部における渦電流を説明するための図を、図6に渦電流並びに渦電流損算出用のチャート図をそれぞれ示し、以下、図5及び図6に基づいて、シート巻線を使用する実施形態1の電力伝達部における渦電流損Weの低減効果について説明する。ただし、図5(a)は従来のリッツ線を電力伝達部に用いた場合の渦電流を説明するための図であり、図5(b)はシート巻線を電力伝達部に用いた場合の渦電流を説明するための図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining eddy currents in the power transmission unit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a chart for calculating eddy currents and eddy current losses. FIG. 5 and FIG. based on 6 to describe the effect of reducing the eddy current loss W e in the power transmission unit of the first embodiment using the sheet winding. However, FIG. 5A is a diagram for explaining eddy current when a conventional litz wire is used for the power transmission unit, and FIG. 5B is a diagram when the sheet winding is used for the power transmission unit. It is a figure for demonstrating an eddy current.
図5(a)に示すように、巻線としてリッツ線を使用した場合、漏れ磁束φaが巻線と鎖交すると、渦電流iが流れる。このとき、リッツ線のインピーダンスZは、下記の式(2)となる。
ここで、リッツ線の場合には、素線径が細いため、渦電流iに対するインピーダンスは抵抗Rが支配的となる。一方、漏れ磁束φaが入ってきた場合に発生する起電力eは、下記の式(3)となる。
従って、漏れ磁束φaにより流れる過電流iは、下記の式(4)となる。
この式(4)より、渦電流iは周波数に比例することが分かる。また、渦電流損Weは下記の式(5)となる。
このように、巻線にリッツ線を用いたの場合には、式(4)に示すように、漏れ磁束φaにより発生する渦電流iが周波数fに比例する。従って、式(5)に示すように、渦電流損Weは周波数fの2乗に比例する。その結果、高周波下では、渦電流損Weが大きくなってしまい、どうしても銅損を低減することができない。 Thus, in the case of using Litz wire in the windings, as shown in equation (4), an eddy current i caused by the leakage magnetic flux phi a is proportional to the frequency f. Accordingly, as shown in Equation (5), the eddy current loss W e is proportional to the square of frequency f. As a result, the high frequency under causes an eddy current loss W e is increased, it is impossible to just reduce the copper loss.
一方、図5(b)に示すように、巻線としてシート巻線を使用した場合にも、漏れ磁束φaが巻線と鎖交すると、渦電流iが流れる。このとき、シート巻線におけるインピーダンスZは、下記の式(6)となる。
ここで、シート巻線の場合には、漏れ磁束φaに対する面積が大きいために、渦電流iに対するインピーダンスはインダクタンスLが支配的となる。一方、漏れ磁束φaが入ってきた場合に発生する起電力eは、下記の式(7)となる。
従って、漏れ磁束φaにより流れる過電流iは、下記の式(8)となる。
この式(8)より、渦電流iは周波数に比例することが分かる。また、渦電流損Weは下記の式(9)となる。
このように、巻線としてシート巻線を用いた場合には、漏れ磁束φaに対する面積を大きくとることができるため、式(6)に示すように、渦電流iに対するインピーダンスはインダクタンスLが支配的となる。したがって、式(7)〜式(9)に示すように、漏れ磁束φaにより発生する渦電流iが周波数fに無関係になるため、渦電流損Weが周波数fに無関係となり、高周波下でも銅損を低減することが可能となる。 Thus, when using the sheet winding as winding, it is possible to increase the area for leakage flux phi a, as shown in equation (6), the impedance is dominated by inductance L to the eddy current i It becomes the target. Accordingly, as shown in equation (7) to (9), since the eddy current i caused by the leakage magnetic flux phi a is independent of the frequency f, the eddy current loss W e becomes independent of the frequency f, even in a high frequency under Copper loss can be reduced.
ここで、電学論B,109,8,pp.339−346 (1989)(以下、参考文献2と記す)にあるように、渦電流損Weが周波数fに無関係となってくるためには、次式(10)に示す係数αが1以下となるように、シート巻線の厚さtと幅Hを選ばなくてはならない。
ここで、ρはシート巻線の抵抗率である。抵抗率ρと周波数fが固定されている状況下においては、αはシート巻線の厚さtと幅Hの比を決める係数である。シート巻線を周波数fなる均一磁界B中に置いた場合の渦電流損Weは、次式(11)で表される。
ここで、Q(α)は渦電流損失係数である。図6は参考文献2より抜粋した図であり、横軸がα、縦軸が渦電流損失係数Q(α)となっている。α=1では渦電流損失係数Q(α)が低くなっており、α≦1となるようにシート巻線の厚さtと幅Hを選ぶことで、渦電流損が低減できることが分かる。
Here, Q (α) is an eddy current loss coefficient. FIG. 6 is an excerpt from
シート巻線の厚さtは表皮効果があるため、表皮深さδの2倍程度とするのが妥当であるので、次式(12)になる。
シート巻線の幅Hは、t=2δとし、α≦1となるように式(10)に代入すれば、次式(13)が求まる。なお、単位系を合わせるために、式(10)のρ[μΩ・cm]=108/σとしてある。
式(12)および式(13)で表されるシート巻線の厚みtと幅Hを選べば、渦電流損を減らすことができる。従って、実施形態1の電力伝達部においても、式(12)及び式(13)で示される範囲のシート巻線を用いる。
If the thickness t and the width H of the sheet winding represented by Expression (12) and Expression (13) are selected, eddy current loss can be reduced. Therefore, also in the electric power transmission part of
図7は本発明の実施形態1の電力伝達部に適用可能なシート巻線の条件の図であり、特に、巻線材料が銅(σ=58×106S/m)の場合に、式(12)並びに式(13)を用いて、周波数fを変えて、シート巻線の厚みtと幅Hを計算した結果である。この図7から周波数100kHzでは、シート巻線の厚さは0.4mm以下、幅は42mm以上としなくてはならないことが分かる。 FIG. 7 is a diagram of sheet winding conditions applicable to the power transmission unit according to the first embodiment of the present invention. In particular, when the winding material is copper (σ = 58 × 10 6 S / m), the formula This is a result of calculating the thickness t and the width H of the sheet winding by changing the frequency f using (12) and the equation (13). From FIG. 7, it can be seen that at a frequency of 100 kHz, the thickness of the sheet winding must be 0.4 mm or less and the width must be 42 mm or more.
固定側巻線2と回転側巻線4にシート巻線を使用することにより、高周波での渦電流損がリッツ線よりも低減でき、銅損が減らせることを発明者らはシミュレーションにより確認した。以下、シミュレーションによる銅損の低減効果について詳細に説明する。 The inventors have confirmed through simulation that the use of sheet windings for the stationary winding 2 and the rotating winding 4 can reduce eddy current loss at high frequencies compared to the litz wire and copper loss. . Hereinafter, the effect of reducing copper loss by simulation will be described in detail.
図8は本発明の実施形態1のX線CT装置における電力伝達部のシミュレーション条件を示す図であり、図9及び図10は本発明の実施形態1の電力伝達部における渦電流損についてのシミュレーションの結果を示す図である。特に、図7(a)はリッツ線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件であり、図7(b)は幅H=56mmのシート巻線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件であり、図7(c)は幅H=96mmのシート巻線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件であり、図7(c)は幅H=156mmのシート巻線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件である。また、図10は図9に示すシート巻線を用いた電力伝達部の銅損を示した図である。図9、10において縦軸は銅損WCuであり、横軸は周波数fである。 FIG. 8 is a diagram showing simulation conditions for the power transmission unit in the X-ray CT apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 9 and 10 are simulations for eddy current loss in the power transmission unit according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the result. In particular, FIG. 7A is a cross-sectional view and a simulation condition of the power transmission unit when a litz wire is used, and FIG. 7B is a diagram of the power transmission unit when a sheet winding having a width H = 56 mm is used. 7C is a cross-sectional view and simulation conditions, and FIG. 7C is a cross-sectional view and simulation conditions of the power transmission unit when a sheet winding having a width H = 96 mm is used, and FIG. 7C is a width H = 156 mm. It is sectional drawing and simulation conditions of the electric power transmission part at the time of using a sheet | seat winding. FIG. 10 is a diagram showing the copper loss of the power transmission unit using the sheet winding shown in FIG. 9 and 10, the vertical axis represents the copper loss W Cu and the horizontal axis represents the frequency f.
図8(a)〜(d)に示すシミュレーションでは、リッツ線とシート巻線に同じ電力を供給することを想定して、固定側巻線2を1200アンペアターンに設定し、回転側巻線4を−1200アンペアターンに設定している。また、断面積S1は共に、23.5[mm2]としているが、巻線の占積率を考慮し、リッツ線の場合では鉄心の巻線スペースすなわち巻線が形成される凹部の深さを大きく設定している。 In the simulations shown in FIGS. 8A to 8D, assuming that the same power is supplied to the litz wire and the sheet winding, the fixed winding 2 is set to 1200 ampere turns, and the rotation winding 4 Is set to -1200 amp turn. The cross-sectional area S1 is 23.5 [mm 2 ], but considering the space factor of the winding, in the case of the litz wire, the winding space of the iron core, that is, the depth of the recess in which the winding is formed. Is set larger.
図9から明らかなように、リッツ線では周波数が大きくなるに従って、銅損WCuも右肩上がりに増加しており、周波数100kHzではおよそ32kWの銅損WCuが発生している。一方、シート巻線の場合、周波数が高くなっても銅損WCuが低く抑えられており、周波数100kHzではおよそ1.8〜4.2kW程度の銅損WCuしか発生していない。このシミュレーション結果からも明らかなように、シート巻線を用いる実施形態1の電力伝達部では、銅損WCuを大幅に低減させることが可能となるので、固定側巻線に供給する電流の周波数を高くすることが可能となり、電力伝達部を小型化することが可能となる。さらには、図8(a)〜(d)から明らかなように、巻線にシート巻線を用いることにより、固定側鉄心及び回転側鉄心に形成した凹部の容積に占める巻線の占積率を向上させることができるので、電力伝達部をさらに小型化することが可能となる。 As is clear from FIG. 9, as the frequency increases in the litz wire, the copper loss W Cu also increases to the right, and a copper loss W Cu of about 32 kW is generated at a frequency of 100 kHz. On the other hand, in the case of the sheet winding, the copper loss W Cu is kept low even when the frequency is high, and only a copper loss W Cu of about 1.8 to 4.2 kW is generated at a frequency of 100 kHz. As is clear from the simulation results, in the power transmission unit according to the first embodiment using the sheet winding, the copper loss W Cu can be significantly reduced, so that the frequency of the current supplied to the fixed-side winding The power transmission unit can be reduced in size. Further, as is apparent from FIGS. 8A to 8D, by using a sheet winding as the winding, the space factor of the winding occupying the volume of the recessed portion formed in the fixed side iron core and the rotation side iron core. As a result, it is possible to further reduce the size of the power transmission unit.
一方、図10に示すように、巻線とするシート巻線の厚さt=0.42mmのままで、巻線の幅Hを56mm、96mm、156mmと大きくした場合には、図8(b)〜(d)に示すように、鉄心の巻線スペースすなわち凹部の幅は大きくする必要がある。また、図10に示すように、幅H=56mmのシート巻線の場合で周波数f=20kHzの時の銅損WCu=2.6kWが周波数f=120kHzで銅損WCu=4.5kW、幅H=96mmのシート巻線の場合で周波数f=20kHzの時の銅損WCu=1.4kWが周波数f=120kHzで銅損WCu=2.6kW、幅H=156mmのシート巻線の場合で周波数f=20kHzの時の銅損WCu=1.1kWが周波数f=120kHzで銅損WCu=2.0kWの増加となり、リッツ線の増加に比べると低く抑えられていることが分かると共に、周波数にはほとんど依存しないこととなる。また、図8(b)〜(d)に示すように、幅H=56mmのシート巻線の場合の直流抵抗はR=15.3(mΩ)であり、幅H=96mmのシート巻線の場合の直流抵抗はR=8.1(mΩ)であり、幅H=156mmのシート巻線の場合の直流抵抗はR=5.5(mΩ)となり、シート巻線の幅Hに比例して低くすることが可能となる。その結果、シート巻線では幅Hを大きくしても、銅損WCuがリッツ線のように大きくならないので、大電流を通電する場合であっても、幅Hを大きくすることで対応することが可能になるという格別の効果を得ることが可能となる。ただし、ただし、銅損WCuは直流損Wdcと渦電流損Weの合計である。 On the other hand, as shown in FIG. 10, when the thickness t of the sheet winding as a winding remains t = 0.42 mm and the winding width H is increased to 56 mm, 96 mm, and 156 mm, FIG. ) To (d), it is necessary to increase the winding space of the iron core, that is, the width of the recess. Further, as shown in FIG. 10, in the case of a sheet winding having a width H = 56 mm, the copper loss W Cu = 2.6 kW at the frequency f = 20 kHz is the copper loss W Cu = 4.5 kW at the frequency f = 120 kHz. In the case of a sheet winding with a width H = 96 mm, the copper loss W Cu = 1.4 kW when the frequency f = 20 kHz is the frequency f = 120 kHz, the copper loss W Cu = 2.6 kW, and the width H = 156 mm of the sheet winding. an increase of copper loss W Cu = 2.0 kW, it can be seen that the suppressed are lower than the increase of the litz wire of copper loss W Cu = 1.1 kW frequency f = 120 kHz when the frequency f = 20 kHz in the case At the same time, it hardly depends on the frequency. Further, as shown in FIGS. 8B to 8D, the DC resistance in the case of a sheet winding having a width H = 56 mm is R = 15.3 (mΩ), and the sheet winding having a width H = 96 mm is used. The DC resistance in the case is R = 8.1 (mΩ), and the DC resistance in the case of the sheet winding with the width H = 156 mm is R = 5.5 (mΩ), which is proportional to the width H of the sheet winding. It can be lowered. As a result, even if the width H is increased in the sheet winding, the copper loss W Cu does not increase as in the case of the litz wire. Therefore, even when a large current is applied, the width H should be increased. It becomes possible to obtain a special effect that becomes possible. However, it provided that the copper loss W Cu is the sum of the direct current loss W dc and eddy current loss W e.
以上の結果より、固定側巻線2と回転側巻線4をシート巻線で形成することにより、周波数を高くした場合であっても巻線の銅損の増大を防ぐことができるので、X線CT装置の高周波化・高出力化に対応することができる。 From the above results, by forming the fixed side winding 2 and the rotation side winding 4 with sheet windings, it is possible to prevent an increase in the copper loss of the windings even when the frequency is increased. It is possible to cope with higher frequency and higher output of the line CT apparatus.
以上説明したように、実施形態1のX線CT装置では、電力伝達部を形成する架台側に配設される円環状の固定側巻線部と、回転部に配設されると共に、固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とをそれぞれシート巻線を用いて形成する構成としているので、回転側巻線部に供給する交流電流の周波数を高くした場合であっても、固定側巻線部及び回転側巻線部における銅損を低減させることが可能となり、電力伝達部を小型化することができる。固定側巻線部及び回転側巻線部の巻線にシート巻線を用いることにより、固定側鉄心及び回転側鉄心に形成した凹部の容積に占める巻線の占積率を向上させることができるので、電力伝達部をさらに小型化することが可能となる。 As described above, in the X-ray CT apparatus of the first embodiment, the annular fixed side winding portion disposed on the gantry side forming the power transmission portion, the rotating portion, and the fixed side Since the annular rotation side winding portion disposed opposite to the winding portion is formed by using sheet windings, the AC current supplied to the rotation side winding portion has a higher frequency. However, it is possible to reduce the copper loss in the fixed-side winding portion and the rotation-side winding portion, and the power transmission portion can be reduced in size. By using sheet windings for the fixed-side winding portion and the rotating-side winding portion, the space factor of the windings in the volume of the recesses formed in the fixed-side iron core and the rotating-side iron core can be improved. Therefore, it is possible to further reduce the size of the power transmission unit.
〈実施形態2〉
図11は本発明の実施形態2のX線CT装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図であり、特に、図11(a)は回転部の回転軸方向から電力伝達部を見た鳥瞰図であり、図11(b)は図11(a)のA−A断面を矢印の方向から見た断面図であり、図11(c)は図11(b)に示すシート巻線の断面図である。ただし、実施形態2のX線CT装置では、電力伝達部を構成する固定側巻線及び回転側巻線を除く他の構成は実施形態1のX線CT装置と同様である。従って、以下の説明では、電力伝達部における固定側巻線と回転側巻線について、詳細に説明する。
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FIG. 11 is a diagram for explaining a schematic configuration of the power transmission unit in the X-ray CT apparatus according to the second embodiment of the present invention. In particular, FIG. 11A shows the power transmission unit viewed from the rotation axis direction of the rotation unit. 11 (b) is a cross-sectional view of the AA cross section of FIG. 11 (a) seen from the direction of the arrow, and FIG. 11 (c) is a view of the sheet winding shown in FIG. 11 (b). It is sectional drawing. However, the X-ray CT apparatus of the second embodiment is the same as the X-ray CT apparatus of the first embodiment except for the fixed side winding and the rotating side winding that constitute the power transmission unit. Therefore, in the following description, the fixed side winding and the rotation side winding in the power transmission unit will be described in detail.
図11に示すように、実施形態2の電力伝達部102においては、シート巻線の幅Hを大きくとるために、シート巻線を真ん中で折りたたみ、固定側巻線2と回転側巻線3を構成したものである。このような構成にすることで、限られた巻線スペースを有する固定側鉄心1と回転側鉄心3であっても、シート巻線を折りたたんで配置することができ、実施形態1よりも幅Hを大きくすることができる。シート巻線を用いることで渦電流損を低減できるのは、実施形態1と同様である。なお、図11ではシート巻線の折り返しが1回となっているが、複数回折り返してもよい。
As shown in FIG. 11, in the
すなわち、実施形態2の電力伝達部120は、図11(a)に示すように、平板状の円環体形状の一対の円環状の固定側鉄心1と回転側鉄心3とが所定のギャップ6で対向配置される構成、及び固定側鉄心1と回転側鉄心3との対向面側にそれぞれ円周方向に沿った凹部(溝)が形成される構成は、実施形態1と同様の構成である。このとき、実施形態2では、図11(b)から明らかなように、固定側巻線2及び回転側巻線4となるシート巻線の半径方向の長さ(シート巻線の幅)は固定側鉄心1及び回転側鉄心3の凹部の半径方向の長さよりも大きく形成され、シート巻線の半径方向の長さの半分の位置で折り返す構成となっている。このときのシート巻線を示したのが図11(c)であり、シート巻線の延在方向に沿って当該シート巻線の半径方向(幅方向)の長さの半分の位置で折り返す構成により、実施形態1と同じ凹部の幅内に、実施形態1のシート巻線の2倍の幅Hを有する厚さtのシート巻線を形成することが可能となる。ただし、図3(b)に示すC字型の薄い銅板401を2枚以上ずつを1組とし、各組の銅板401の外周部又は内周部を電気的に接続することにより、図11(c)に示すシート巻線と同等のシート巻線を形成できる。
That is, in the power transmission unit 120 of the second embodiment, as shown in FIG. 11A, a pair of annular fixed
このとき、実施形態2では、折り返したシート巻線の間にも絶縁シート7を挿入することによって、折り返しに伴うシート巻線の電気的接触を防止し、シート巻線の厚さtが電気接触により2倍になってしまうことを防止している。なお、実施形態1と同じターン数を確保する場合には、固定側巻線2及び回転側巻線4の高さすなわち凹部の高さ(深さ)を2倍にすることにより、対応可能となる。
At this time, in the second embodiment, by inserting the insulating
また、実施形態2においても、シート巻線で形成される固定側巻線2及び回転側巻線4の部分の高さは、それぞれの鉄心1、3の周縁部高さ(半径方向内側端部及び半径方向外側端部の高さ)すなわち凹部の深さよりも低く形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心1と回転側鉄心3とを対向配置した場合のギャップ6の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔5(固定側巻線2と回転側巻線4との間の隙間)が大きくなるように形成されている。
Also in the second embodiment, the heights of the fixed-side winding 2 and the rotation-side winding 4 formed by the sheet winding are the peripheral edge heights (radially inner end portions) of the
その結果、実施形態2のX線CT装置では、実施形態1のX線CT装置の効果に加えて、実施形態1のX線装置より大きな電流を回転部に供給することが可能となる。 As a result, in the X-ray CT apparatus according to the second embodiment, in addition to the effects of the X-ray CT apparatus according to the first embodiment, a larger current than that in the X-ray apparatus according to the first embodiment can be supplied to the rotating unit.
なお、図11(c)に示す断面図では、説明のためにシート巻線4の厚さtと絶縁シート7との厚さを同じ厚さとしているが、シート巻線4の厚さtよりも絶縁シート7を薄く形成することにより、固定側鉄心1及び回転側鉄心3の高さを低くすることが可能となるので、電力伝達部102をさらに小型化できる。さらには、シート巻線間の絶縁シート7の厚さよりも薄い絶縁シート7を用いて、折り返したシート巻線間を絶縁する構成とすることにより、シート巻線で形成される固定側巻線2及び回転側巻線4の部分の高さを抑え、電力伝達部を小型化している。しかしながら、絶縁シート7の厚さはこれに限定されることはなく、例えば、同じ厚さの絶縁シート7を用いてもよく、さらには、シート巻線間の絶縁シート7の厚さよりも厚い絶縁シート7を用いて、折り返したシート巻線間を絶縁する構成としてもよい。
In the cross-sectional view shown in FIG. 11C, the thickness t of the sheet winding 4 and the thickness of the insulating
〈実施形態3〉
図12は本発明の実施形態3のX線CT装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図であり、特に、図12(a)は回転部の回転軸方向から電力伝達部を見た鳥瞰図であり、図12(b)は図12(a)のA−A断面を矢印の方向から見た断面図であり、図12(c)は図12(b)に示すシート巻線の断面図である。ただし、実施形態3のX線CT装置では、電力伝達部を構成する固定側巻線及び回転側巻線を除く他の構成は実施形態1、2のX線CT装置と同様である。従って、以下の説明では、電力伝達部における固定側巻線と回転側巻線について、詳細に説明する。
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FIG. 12 is a diagram for explaining a schematic configuration of the power transmission unit in the X-ray CT apparatus according to the third embodiment of the present invention. In particular, FIG. 12A shows the power transmission unit viewed from the rotation axis direction of the rotation unit. 12 (b) is a cross-sectional view of the AA cross section of FIG. 12 (a) viewed from the direction of the arrow, and FIG. 12 (c) is a view of the sheet winding shown in FIG. 12 (b). It is sectional drawing. However, the X-ray CT apparatus of the third embodiment is the same as the X-ray CT apparatus of the first and second embodiments except for the fixed side winding and the rotation side winding that constitute the power transmission unit. Therefore, in the following description, the fixed side winding and the rotation side winding in the power transmission unit will be described in detail.
図12に示すように、実施形態3の電力伝達部102においては、シート巻線の幅Hを大きくとるために、シート巻線を波型にして、固定側巻線2と回転側巻線3を構成したものである。このような構成とすることで、実施形態1よりもシート巻線の幅Hを大きくすることができ、電流の通電する断面積も大きくとることができる。シート巻線を用いることで渦電流損を低減できるのは、実施形態1と同様である。
As shown in FIG. 12, in the
すなわち、実施形態3の電力伝達部120は、図12(a)に示すように、平板状の円環体形状の一対の円環状の固定側鉄心1と回転側鉄心3とが所定のギャップ6で対向配置され、固定側鉄心1と回転側鉄心3との対向面側にそれぞれ円周方向に沿った凹部(溝)が形成される構成は、実施形態1と同様の構成である。このとき、実施形態3では、図12(b)に示すように、シート巻線の延在方向に伸延する凹凸が形成され、固定側巻線2及び回転側巻線4となるシート巻線の半径方向の実際の長さ(シート巻線の幅)が固定側鉄心1及び回転側鉄心3の凹部の半径方向の長さ(凹部の幅)よりも大きく構成されている。このときのシート巻線を示したのが図12(c)であり、シート巻線の半径方向(幅方向)に波型の凹凸が並設されるように、当該シート巻線の延在方向に沿ってかまぼこ状の凹凸が延在する形状とすることにより、実施形態1と同じ凹部の幅内に、実施形態1のシート巻線よりも幅Hが広い、厚さtのシート巻線を形成することが可能となる。このとき、図12(b)に示すように、上下に配置される凹凸位置が一致するようにシート巻線を配置することによって、固定側巻線2及び回転側巻線4の部分の高さを低くすることが可能となる。
That is, in the power transmission unit 120 according to the third embodiment, as shown in FIG. 12A, a pair of annular fixed
また、実施形態3においても、シート巻線で形成される固定側巻線2及び回転側巻線4の部分の高さは、それぞれの鉄心1、3の周縁部高さ(半径方向内側端部及び半径方向外側端部の高さ)すなわち凹部の深さよりも低く形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心1と回転側鉄心3とを対向配置した場合のギャップ6の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔5(固定側巻線2と回転側巻線4との間の隙間)が大きくなるように形成されている。その結果、実施形態3のX線CT装置では、実施形態1のX線CT装置の効果に加えて、実施形態1のX線装置より大きな電流を回転部に供給することが可能となる。
Also in the third embodiment, the heights of the portions of the fixed side winding 2 and the rotation side winding 4 formed by the sheet winding are the peripheral edge heights (radially inner end portions) of the
さらには、実施形態3のシート巻線を実施形態2のシート巻線のように幅方向の中ごろで折り返す構成(シート巻線を薄い銅板で形成する場合の外周部又は内周部を接続する構成を含む)とすることにより、限られた凹部の幅内に形成するシート巻線の幅をさらに大きくすることが可能となる。 Further, the sheet winding of the third embodiment is folded back in the middle in the width direction like the sheet winding of the second embodiment (the configuration in which the outer peripheral portion or the inner peripheral portion is connected when the sheet winding is formed of a thin copper plate) In this case, the width of the sheet winding formed within the limited width of the recess can be further increased.
〈実施形態4〉
(全体構成)
図13は本発明の実施形態4のX線CT装置の全体構成ブロック図である。図13から明らかなように、実施形態4のX線CT装置は、X線管39が備える図示しない回転陽極を回転駆動させるためのステーターコイル62と、X線管39が備える陰極を加熱するための加熱変圧器61への電力伝達を行うために、実施形態1に示す電力伝達部102とは別系統の電力伝達部112を備えた構成となっている。本電力系統は、電源50とインバータ54とリング(円環)形状の変圧器(回転変圧器)112と整流器55、56と平滑用コンデンサ57、58とインバータ59、60と加熱変圧器61とステーターコイル62を備えてなる。ただし、電源50は商用の交流電源51と、交流電源51の電圧を所望の直流電圧に変換するコンバータ52と、コンバータ52の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ53とを備えている。
<
(overall structure)
FIG. 13 is an overall configuration block diagram of an X-ray CT apparatus according to
電源50及びインバータ54は、電源30及びインバータ34とは出力電力が異なるものの、電源30及びインバータ34と同様の構成である。従って、詳細な説明は省略する。整流器55、56は、電力伝達部112を介して入力される交流電圧を直流電圧に変換する周知の装置である。平滑コンデンサ57、58は、整流器55、56からの出力電圧のリップルを滑らかにし、直流電圧に近づけるためのものである。インバータ59、60は、平滑コンデンサ57、58からの出力電圧を高周波の交流電圧に変換し、ステーターコイル62及び加熱変圧器61にそれぞれ出力するものである。
The
また、電力伝達部112は、架台固定部100に配置される固定側巻線111と、回転部200に配置される回転側巻線113とを備えている。固定側巻線111はインバータ54に接続されており、回転側巻線113は整流器55、56に接続されている。回転側巻線113は固定側巻線111の近傍に配置される。
In addition, the
(電力伝達部構成)
次に、図14に本発明の実施形態4のX線CT装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図を示し、以下、図14に基づいて、電力伝達部102、112の詳細な構成を説明する。特に、図14(a)は回転部200の回転軸方向から電力伝達部102を見た鳥瞰図であり、図14(b)は図14(a)のB−B断面を矢印の方向から見た断面図である。ただし、以下の説明では、固定側巻線2、111及び回転側巻線4、113を形成するシート巻線を銅で形成する場合について説明するが、シート巻線の材料は銅に限定されることはなく、他の導電材料であってもよい。また、図14(a)中に示す円弧形状の矢印は回転部200の回転方向を示すものである。
(Power transmission unit configuration)
Next, FIG. 14 is a diagram for explaining a schematic configuration of the power transmission unit in the X-ray CT apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, the details of the
図13(a)は回転部200の回転軸方向から電力伝達部102及び電力伝達部112を見た図であり、図13(b)は図13(a)のB−B断面を矢印の方向から見た図である。回転部200は図13(a)中の円弧形状の矢印の方向に回転する。
13A is a diagram of the
図13(a)に示すように、実施形態4では2系統分の電力伝達部102、112を備える構成となっており、電力伝達部112は、上述した固定側巻線111と回転側巻線113以外に固定側鉄心8と回転側鉄心9を備えている。固定側巻線2の周囲に発生する交番磁束φ1と固定側巻線111の周囲に発生する交番磁束φ2が相互に干渉しない限り、それぞれの電力系統で独立に電力を伝達することが可能である。
As shown in FIG. 13A, in the fourth embodiment, the
本実施形態の電力伝達部102の固定側巻線2と回転側巻線4と電力伝達部112の固定側巻線111と回転側巻線113は、実施形態1と同様にシート巻線となっており、電力伝達部102の固定側鉄心1と回転側鉄心3の溝に横長に配置されている。電力伝達部112も同様で、固定側鉄心8と回転側鉄心9の溝に横長に配置されている。シート巻線を使用することで、渦電流損を減らせることは実施形態1と同様である。
The fixed side winding 2 and the rotation side winding 4 of the
すなわち、図14(a)に示すように、実施形態4のX線CT装置では、平板状の円環体形状をなす一対の円環状の固定側鉄心8と回転側鉄心9とが電力伝達部102の外周側に形成され、電力伝達部11が構成されている。電力伝達部112を構成する回転側鉄心8と固定側鉄心9とは、所定のギャップ10で対向配置される構成となっている。このとき、図14(b)に示すように、電力伝達部102と同様に、電力伝達部112においても固定側鉄心8と回転側鉄心9との対向面側には、それぞれ円周方向に沿った凹部(溝)が形成される構成となっている。各凹部にはその底面側から開口部側に向かって螺旋状に形成されたシート巻線が配置されている。このとき、図14(b)から明らかなように、固定側巻線111及び回転側巻線113となるシート巻線の半径方向の長さすなわちシート巻線の幅は、固定側鉄心8及び回転側鉄心9の凹部の半径方向の長さよりも短く形成される構成となっている。
That is, as shown in FIG. 14 (a), in the X-ray CT apparatus of the fourth embodiment, a pair of annular fixed-
また、シート巻線で形成される固定側巻線111及び回転側巻線113の部分の高さは、電力伝達部102と同様に、それぞれの鉄心8、9の周縁部高さすなわち凹部の深さよりも小さく形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心8と回転側鉄心9とを対向配置した場合のギャップ10の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔11(固定側巻線111と回転側巻線113との間の隙間)が大きくなるように形成されている。
Further, the heights of the fixed side winding 111 and the rotation side winding 113 formed by the sheet winding are the same as the
なお、電力伝達部102と同様に、まず、電力伝達部112のシート巻線も銅板を円環状に切り抜き、次に、銅板同士の間を絶縁シート12などで絶縁する。この後に、切り抜いた銅板同士の端部をロウづけ等で電気的に接続することにより、シート巻線を形成するものである。従って、例えば製造後の巻線を固定側鉄心8と回転側鉄心9の溝部に固定側巻線111と回転側巻線113として配置する構成に比較して、製造時の巻線作業が不要となり作業性を向上させることが可能である。
As with the
以上説明したように、実施形態4のX線CT装置では、X線管39に熱電子の加速用の電圧を供給するための電源系統と、その他の電源系統とのそれぞれ独立した2系統の電源30、50を備え、各電源30、50に対応した電力伝達部102、112を備える構成となっているので、前述する実施形態1のX線CT装置の効果に加えて、さらに効率的に回転部200に電力を供給することができるという格別の効果を得ることができる。
As described above, in the X-ray CT apparatus of the fourth embodiment, the power supply system for supplying the
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment of the invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed.
1、8・・・固定側鉄心、2、111・・・固定側巻線、3、9・・・回転側鉄心
4、113・・・回転側巻線、5、11・・・固定側巻線と回転側巻線との間隔
6、10・・・ギャップ、7、12・・・絶縁シート、30、50・・・電源
31、51・・・交流電源、32、52・・・コンバータ
33、53、57、58・・・平滑コンデンサ
34、54、59、60・・・インバータ、37・・・高電圧変圧器
38・・・高電圧整流器、39・・・X線管、40・・・X線検出部
42・・・検出器、43・・・プリアンプ、46・・・画像処理装置
47・・・画像表示装置、55、56・・・整流器、61・・・加熱変圧器
62・・・ステーターコイル、100・・・架台固定部
102、112・・・電力伝達部、105・・・被検体
106・・・固定側受信デバイス、107・・・回転側送信デバイス
108・・・非接触信号伝達手段、200・・・回転部、300・・・操作卓
401・・・C字型の銅板、402・・・接続部(ろう付け部)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電力伝達部は、前記架台部側に配設される円環状の固定側巻線部と、前記回転部に配設されると共に、前記固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とを有し、
前記固定側巻線部と前記回転側巻線部は、互いに向き合う面側に円周方向に沿った凹部を有する鉄心と、前記凹部の中に配置されるシート巻線を備え、
前記シート巻線は、前記凹部の中に納められるように前記固定側巻線部及び前記回転側巻線部の半径方向に1回以上折り返して配置されることを特徴とするX線CT装置。 An imaging mechanism including an X-ray source and an X-ray detection unit rotates a rotating unit that rotates around the subject, a gantry unit that rotatably supports the rotating unit, and transmits electric power from the gantry unit to the rotating unit. An X-ray CT apparatus including a power transmission unit,
The power transmission unit is arranged in an annular fixed-side winding unit disposed on the gantry unit side, and in an annular rotation disposed in the rotating unit and opposed to the fixed-side winding unit. Side winding part,
The fixed-side winding portion and the rotation-side winding portion include an iron core having a concave portion along a circumferential direction on the surface side facing each other, and a sheet winding disposed in the concave portion ,
The X-ray CT apparatus , wherein the sheet winding is arranged to be folded once or more in the radial direction of the fixed side winding portion and the rotation side winding portion so as to be accommodated in the recess .
前記シート巻線は、前記固定側巻線部及び前記回転側巻線部の半径方向に波型の凹凸が形成されてなり、前記波型の凹凸位置が一致するように配置されることを特徴とするX線CT装置。 The X-ray CT apparatus according to claim 1,
The sheet winding is formed such that corrugated irregularities are formed in the radial direction of the fixed-side winding portion and the rotating-side winding portion, and the corrugated irregularities are arranged to coincide with each other. X-ray CT apparatus.
前記電力伝達部を複数備え、各電力伝達部は半径方向に並べられることを特徴とするX線CT装置。 The X-ray CT apparatus according to claim 1 or 2,
An X-ray CT apparatus comprising a plurality of the power transmission units, wherein each power transmission unit is arranged in a radial direction .
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