JP5503107B2 - 高電界／高電圧ユニット及び同高電界／高電圧ユニットを含むｘ線システム又はコンピュータ断層撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの電気素子と固体絶縁材料とを含む高電界／高電圧ユニットに関する。そのようなユニットは、高電圧ユニット、具体的には、例えば、Ｘ線システム又はコンピュータ断層撮影のための高電圧発電機、並びに、例えば、互いに小さな距離に位置付けられる電気素子又は導体を含むので、絶縁材料がこれらの素子の間の破壊／フラッシュオーバーを回避するために設けられなければならない低電圧ユニットであり得る。

本発明は、さらに、高電界／高電圧ユニットを含むＸ線システム又はコンピュータ断層撮影システムに関する。

欧州公報１１７６８５６号は、複数の電気素子及び混成絶縁がその内部に設けられるケーシングを備える高電圧発電機を開示している。絶縁は、電気素子及び関連する接続のためのキャビティを密閉するよう、並びに、個々の素子の冷却を増大するために、液状又はガス状の絶縁材料、好ましくは、変圧器油が送り込まれるチャネルをもたらすよう形成される硬質フォームを含む。

この発電機は、高電気強度及び高出力と一緒に小さな寸法及び低い重量を有するよう形成され得るが、絶縁流体又はガスを最終的に充填する前に、電気素子及び関連する接続を含む絶縁材料の幾つかの異なる部分が形成され、且つ、一体に組み合わされなければならないので、そのような発電機の製造は、多数のステップを必要とし、幾分高価であるという事実に不利点が存する。

より簡単であり、より容易且つ迅速に実現され得る、上述のような高電界／高電圧ユニットのための構造を提供することが本発明の一般的な目的である。

具体的には、より簡単な構造を有し、且つ、組み立てられるべきより少ない部分を組み込む、少なくとも１つの電気素子と固体絶縁材料とを含む高電界／高電圧ユニットを提供することが本発明の目的である。

本発明によれば、これらの目的は、少なくとも１つの電気素子と、固体絶縁材料とを含む高電界／高電圧ユニットであって、固体絶縁材料は、高電界／高電圧ユニットの外部シェル又は容器を提供するよう形成され、且つ、少なくとも１つの電気素子を収容するための少なくとも１つの第一キャビティを含む内部構造を有する高電界／高電圧ユニットによって達成される。

この解決策の１つの利点は、高電界／高電圧ユニットのシェル又は容器の形態の固体絶縁材料を提供することによって、別個の鋼鉄容器がもはや不要であることである。

これによって、並びに、電気素子を適合されるキャビティ内に挿入することによって、高電界／高電圧ユニットの組立ては大幅により容易に且つより迅速になり、部分的には、別個の素子キャリアがもはや不要であり、且つ、費用も相応して減少されることの故に、機械によって相当な程度に実施され得る。

本発明に従った高電界／高電圧ユニットの好適実施態様において、内部構造は、流体状及び／又はガス状の絶縁材料を収容するための少なくとも１つの第二キャビティを含み、シェル又は容器は、液密及び／又は気密ケーシングの形態でもたらされる。例えば、液状又はガス状の絶縁材料を案内するためのチャネルの形態の第二キャビティを設けることは、増大された電圧強度、冷却、重量減少、小さな寸法、及び、高出力に関する大幅な利点をもたらす。

本発明に従った高電界／高電圧ユニットの好適実施態様において、絶縁材料は、約１００μｍまでの直径を備える複数の実質的に球状の粒子を含む硬質フォームである。この絶縁材料は、一方では、材料の導電率及び／又は誘電率が、特定領域における材料の実際の電界荷重に従って適合され或いは変更されるので、高電界／高電圧ユニットの動作中に生じる電圧降下が絶縁材料のフラッシュオーバー及び／又は破壊電圧よりも下に留まるという利点を有する。他方では、絶縁材料の安定性及び機械強度は増大され得るので、高電界／高電圧ユニットは、回転型Ｘ線システム又はコンピュータ断層撮影システムにおけるような高い動荷重に晒され得る。

本発明に従った高電界／高電圧ユニットの好適実施態様において、シェル又は容器は、少なくとも、第一ピース部分と、第二ピース部分とから成り、第一ピース部分及び第二ピース部分は、一体的に組み合わされてケーシングを形成する。本発明に従った高電界／高電圧ユニットのさらなる好適実施態様において、少なくとも１つの第一キャビティは、少なくとも１つの電気素子をプレス嵌めし或いはスナップ取付けするよう寸法取られる。これらの実施態様は、簡単且つ迅速な組立てに関して特に有利である。

本発明に従った高電界／高電圧ユニットの好適実施態様において、少なくとも１つの電気素子は、変圧器、コンデンサ、分圧器、整流器、抵抗器、又は、導体のような能動的及び／又は受動的な電気素子、又は、少なくとも１つのそのような能動的及び／又は受動的な電気素子を含む少なくとも１つの成形ユニット又は統合又は混成回路である。

本発明に従った高電界／高電圧ユニットの好適実施態様において、少なくとも１つの少なくとも部分的に伝導的な相互接続が、電気素子を電気的に接続するためにケーシング内に設けられる。本発明に従った高電界／高電圧ユニットのさらなる好適実施態様において、相互接続は、絶縁材料の及び／又は絶縁材料内の内表面上の少なくとも部分的に伝導的な材料によってもたらされる。本発明に従った高電界／高電圧ユニットのさらなる好適実施態様において、相互接続は、絶縁材料内に挿入される金属スティック又はワイヤによってもたらされる。本発明に従った高電界／高電圧ユニットのさらなる好適実施態様において、相互接続は、少なくとも１つの可撓なプリント回路基板、及び／又は、絶縁材料の内表面上に取り付けられる且つ／或いはそれを通じて走る可撓な伝導性箔の形態でもたらされる。これらの実施態様は、電気素子のための簡単な電気相互接続をもたらす。

本発明に従った高電界／高電圧ユニットの好適実施態様において、接触領域は、少なくとも１つの電気素子のための少なくとも１つの第一キャビティ内に設けられる。この実施態様は、電気素子の極めて簡単な電気接触又は結合を可能にする。

本発明に従ったＸ線システム又はコンピュータ断層撮影システムは、本発明に従った高電界／高電圧ユニットを含む。

本発明のさらなる詳細、特徴、及び、利点は、図面を参照して、以下の本発明の例示的な好適実施態様の記載に開示される。

図１に従った好適実施態様は、固体絶縁材料２０の第一ピース部分１０と第二ピース部分１１とから成るケーシングの形態の閉塞され且つ封止されたシェル又は容器を含み、それらはケーシングの外表面及び輪郭と、電気素子を密閉し且つ固定するよう並びに液状及び／又はガス状の絶縁材料を案内するためのチャネル３を提供するよう構成された内部キャビティとを提供している。

絶縁材料２０は、一方では、絶縁材料の破壊又はフラッシュオーバーを回避するために、密閉される電気素子によって生成されるＤＣ及びＡＣ電界によって加えられる負荷に基づいて十分な絶縁耐力を備えて選択されなければならない。他方では、材料は、勿論、ユニット全体の用途、寸法、及び、重量に依存する所望の機械的強度を有するよう選択されなければならない。

好ましい絶縁材料２０は、例えば、高電界／高電圧ユニットの動作中に生じる電圧降下が硬質フォームのフラッシュオーバー及び／又は破壊電圧より下に留まるよう、絶縁材料の導電率及び／又は誘電率を適合するための他の材料又は物質の形態の添加物を含む硬質フォームである。

そのような追加的な材料は、硬質フォーム内の少なくとも実質的に球状粒子によって形成され得る。球状粒子は、具体的には、絶縁材料２０全体に対するそれらのサイズ及び／又はそれらの材料及び／又はそれらの塗膜及び／又はそれらの充填及び／又はそれらの割合に関して、絶縁材料２０の所望の伝導率及び／又は誘電率がえられるよう、それぞれ選択され且つ／或いは寸法取られる。

球状粒子は、好ましくは、約１００μｍまでの直径を備える中空の球体であり、球体は、具体的には、高電界／高電圧ユニットの高電界強度及び低重量を達成するガスで充填される。

この目的のために、球状粒子は、好ましくは、ガラス及び／又はセラミック及び／又はフェノール樹脂及び／又はアクリロニトリル共重合体又は他の絶縁材料から成る。

球状粒子は、硬質フォームの導電率が比較的精密且つ再現可能な方法で所望の値に設定され得るよう、導電性材料から成る塗膜を有し得る。

特に、回転型Ｘ線システム又はコンピュータ断層撮影システムの用途のために、粒子と硬質フォームとの間の接着を向上し、よって、ケーシングの強度及び安定性を増大するために、粒子は塗工され得るし、且つ／或いは、硬質フォームはそれぞれ関連する接着助触媒と混合され得る。

追加的に或いは代替的に、特に高い動荷重を伴う用途のために、ケーシングの強度及び安定性は、ガラス繊維マットの中間層及び／又は絶縁材料２０に一体化される金属又は鋼鉄のインサートによって増大され得る。

図１に従ったピース部分１０，１１は、実質的にＵ字形状断面を有し、それらの脚部の端部に、ケーシングを形成するために両方のピース部分１０，１１をそれぞれ一体に結合し且つ接続するためのフランジ１０ａ，１１ａをそれぞれ備える。

しかしながら、ピース部分は、例えば、一方のピース部分がポットの形態であり、他方のピース部分がカバーの形態であるように、異なる形状及び形態も同様に付与され得る。これらの形態及び形状は、主として、ケーシング内に組み込まれなければならない電気素子及び相互接続の数及びサイズに基づいて選択されなければならない。

流体密又はガス密ケーシングを達成するために、両方のフランジ１０ａ，１１ａの間にシール、具体的には、Ｏリングの形態のシールを使用し、ネジ１０ｂ及び／又は強力クリップ又はクランプ１１ｂを用いて或いは他の既知の装置を用いて対向するフランジ１０ａ，１１ａを一体に押圧するのが好ましい。

両方のピース部分１０，１１は、それらが高電界／高電圧ユニットの外表面をもたらし且つ特別な容器が不要であるよう、閉塞された外周を有する。しかしながら、電圧フラッシュオーバー又は表面放電を特に回避するために、或いは、他の高電圧の理由のために、ピース部分１０，１１の（及び、従って、ケーシングの）外表面は、遮蔽効果及び伝導性接地電位が達成されるよう、例えば、半導体塗膜又は塗料又は例えばワイヤ又は格子状層の形態の伝導性格子を用いて減少された電気抵抗を備えるのが好ましい。

ピース部分１０，１１は、複数の第一凹部を含む内部構造を備え、第一凹部は、第一及び第二のピース部分１０，１１を一体に組み立てた後、寸法を有し、且つ、高電界／高電圧ユニットの少なくとも１つの電気素子４をそれぞれ含み且つ固定するよう構成される第一キャビティを形成するよう、相互に補完し合う。

もし電気素子４の跋扈の静電遮蔽が必要であるならば、関連する第一凹部は金属性塗膜を備え得る。

さらに、第二凹部が設けられ、第二凹部は、第一及び第二のピース部分１０，１１を一体に組み立てた後、具体的には、ケーシングを通じて、並びに、特に、増大された冷却を必要とするそれらの電気素子４に向かって並びに超えて、液状及び／又はガス状の絶縁材料を案内するためのチャネル３の形態の第二キャビティを形成するよう、相互に補完し合う。もしチャネルが流体状又はガス状の絶縁材料、具体的には、変圧器油で充填されるならば、そのような冷却は効果的に実現され得る。この油は、対流によってチャネルを通じて流れるか、或いは、それは、参照としてここに引用される欧州公報１１７６８５６Ａ２号に開示されているように、チャネルを通じて汲み出され得る。好ましくは、油はケーシング外部の熱交換器を通じて送り出される。

電気素子４は、高電界／高電圧ユニットの提案される用途に従って選択される。これらの素子４は、例えば、変圧器、コンデンサ、分圧器、整流器、及び、抵抗器等、又は、同様に、導体のような能動的及び／又は受動的な電子素子である。

さらに、多数のそのような能動的及び／又は受動的な電気素子は、例えば、それ自体がこの明細書において電気素子４と考えられる成形ユニット又は統合又は混成回路内に組み入れられ得る。

これらの素子４は、高電界／高電圧ユニットの回路配置に従った電気相互接続（導体）を用いて相互に接続される。

これらの相互接続は、例えば、ピース部分１０，１１の内部構造の表面状の塗膜又は層の形態で実現され得る且つ／或いはピース部分１０，１１を通じて走る伝導性チャネルの形態で実現され得る少なくとも部分的に伝導的な領域５を用いて提供され得る。伝導性チャネルは、例えば、伝導性フォームの絶縁性フォームへの射出成形によって形成され得る。

さらに、素子４の電気相互接続は、ピース部分１０，１１の内部構造の表面を走る且つ／或いはピース部分の成形及び硬化前にそれらの絶縁材料内に挿入される金属スティック又はワイヤを用いてもたらされ得る。

最終的に、箔技術も同様に適用され得る。その場合には、例えば、ピース部分１０，１１の内表面上に固定される且つ／或いはピース部分１０，１１の成形及び硬化前にそれらを通じて走り且つ導入される可撓なプリント回路基板又は可撓な銅箔又は層又はストリップラインが使用される。

電気素子４は、好ましくは、関連する第一凹部又はキャビティ内にそれぞれプレス嵌めされ或いはスナップ取付けされる。これは、一方では、素子４を固定するために追加的なキャリアが使用される必要がないという利点を有し、他方では、もし好ましくは弾性的な或いはバネ接点である接触領域７が、素子４が押圧される凹部及びキャビティ内にそれぞれ設けられるならば、素子４が同時に電気的に接触され得るという利点を有する。両方の利点は、高電界／高電圧ユニットの組立てを大幅に容易にし且つ迅速にする。さらに、組立ては、機械によって大いに実施され得る。

接触領域７自体は、上述の電気相互接続５，６によって相互接続され得る。その場合には、素子４のために上記に開示されたような同一の相互接続技術が使用され得る。

図１に従った高電界／高電圧ユニットは、処理されるべき或いは変圧されるべき入力信号又は入力電圧を適用するための入力端子２１と、処理され且つ変圧された信号を供給するための出力プラグ２２ａをそれぞれ他のユニットに接続するための出力端子２２とを含む。図１によれば、入力端子２１及び出力端子２２は、ケーシングの外壁を通じて関連する電気素子４が位置する接触領域７に走る金属スティック６を介して相互接続されている。

この高電界／高電圧ユニットの製造は、実質的に以下のステップを含む。

第一に、シェル又は容器（即ち、ケーシング）の第一及び第二のピース部品１０，１１が、既知の射出成形技法、又は、圧力ゲル化技法、又は、少なくとも実質的に球状粒子が、好ましくは、真空下で、固定剤、好ましくは、液体樹脂と含浸される圧力含浸技法に従って成形される。好ましくは、粒子は異なる直径を有し、樹脂が粒子間の空間内に射出される前に圧縮されるので、それらは沈殿し得ない。

これらの成形技法の１つを用いて、前記第一及び第二の凹部が設けられ、少なくとも部分的に伝導的な領域５及び／又は金属スティック又はワイヤ６の形態の電気相互接続が、上述のように、ピース部分１０，１１の硬化前に挿入され或いは射出される。

次に、電気素子４が、それらが関連する接触領域７に同時に押圧され且つ電気的に接触されるよう、好ましくは、それらを凹部内にプレス嵌めすることによって、凹部内に取り付けられる。

次のステップを用いて、両方のピース部分１０，１１が図１に従って一体に組み立てられ、対向するフランジ１０ａ，１１ａが、上記のように、ネジ１０ｂ及び／又はクリップ１１ｂを用いて一体に締結される。

最終的に、流体状又はガス状の絶縁材料がケーシング内に充填される。特に流体状絶縁材料の場合には、第一開口２３ａがケーシングの底部に設けられ、第二開口２３ｂがその頂部側に設けられ、それらの開口は両方とも適切なプラグ又は他の装置によって閉塞され得る。流体状絶縁材料は第一開口２３ａを通じてケーシング内に汲み入れられるのに対し、第二開口はケーシング内に密閉される空気が逃げ得るよう開放される。脱ガスを向上するために、このプロセスは真空下で実施されるのが好ましい。次に、両方の開口が閉塞される。

高電界／高電圧ユニットを分解するために、第一に、油が第一開口２３ａを通じて排出され、次に、ネジ１０ｂ及び／又はクランプ１１ｂが解放される。今や電気素子４がピース部分１０，１１から取り出され、相応して仕分けされ、処理される。如何なる残留油をも除去し、同様に、処理するために、ピース部分１０，１１が洗浄され得る。

一般的に、本発明に従ったユニットの好適な用途は、上述の利点の故に、例えば、Ｘ線及びコンピュータ断層撮影システム、スイッチギア等のような、全ての種類の高電圧電力及び伝動システムである。

しかしながら、本発明に従ったユニットは、互いから小さな距離に配置される電気素子間のフラッシュオーバーが回避されなければならない用途のためにも同様に適用され得る。そのような用途は、具体的には、自動車業界において並びに宇宙業界を含む航空機業界において使用される全ての種類の高電界ユニットを含む。特にこれらの用途のために（並びに回転型Ｘ線及びコンピュータ断層撮影システムのために）、本発明に従ったユニットは、高電気絶縁と一緒に低重量の利点を有する。

本発明の好適実施態様を簡潔に示す断面図である。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの電気素子と、固体絶縁材料とを含む、高電界／高電圧ユニットであって、
   前記固体絶縁材料は、当該高電界／高電圧ユニットの外部シェル又は容器を提供するよう形成され、且つ、前記少なくとも１つの電気素子を収容するための少なくとも１つの第一キャビティを含む内部構造を有し、
   前記シェル又は容器は、少なくとも、第一ピース部分と、第二ピース部分とから成り、前記第一ピース部分及び前記第二ピース部分は、一体的に組み合わされてケーシングを形成し、
   前記少なくとも１つの第一キャビティは、前記少なくとも１つの電気素子をプレス嵌めし或いはスナップ取付けするよう寸法取られ、
   接触領域が、前記少なくとも１つの電気素子のための前記少なくとも１つの第一キャビティ内に設けられ、
   前記内部構造は、流体状及び／又はガス状の絶縁材料を収容するための少なくとも１つの、前記流体状及び／又はガス状の絶縁材料を案内するためのチャネルの形態の第二キャビティを含み、前記シェル又は容器は、液密及び／又は気密ケーシングの形態でもたらされる、
   高電界／高電圧ユニット。
2. 前記絶縁材料は、１００μｍまでの直径を備える複数の球状の粒子を含む硬質フォームである、請求項１に記載の高電界／高電圧ユニット。
3. 前記少なくとも１つの電気素子は、変圧器、コンデンサ、分圧器、整流器、又は、抵抗器のような能動的及び／又は受動的な電気素子、又は、少なくとも１つのそのような能動的及び／又は受動的な電気素子を含む少なくとも１つの成形ユニット又は統合又は混成回路である、請求項１に記載の高電界／高電圧ユニット。
4. 少なくとも１つの少なくとも部分的に伝導的な相互接続が、前記電気素子を電気的に接続するために前記ケーシング内に設けられる、請求項１に記載の高電界／高電圧ユニット。
5. 前記相互接続は、前記絶縁材料の及び／又は前記絶縁材料内の内表面上の少なくとも部分的に伝導的な材料によってもたらされる、請求項４に記載の高電界／高電圧ユニット。
6. 前記相互接続は、前記絶縁材料内に挿入される金属スティック又はワイヤによってもたらされる、請求項４に記載の高電界／高電圧ユニット。
7. 前記相互接続は、少なくとも１つの可撓なプリント回路基板、及び／又は、前記絶縁材料の内表面上に取り付けられる且つ／或いはそれを通じて走る可撓な伝導性箔の形態でもたらされる、請求項４に記載の高電界／高電圧ユニット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高電界／高電圧ユニットを含むＸ線システム又はコンピュータ断層撮影システム。

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