JPH02242597A - インバータ式ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータ式Ｘ線装置に係り、特に高圧変圧器
の低騒音化を計ったインバータ式Ｘ線装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

Ｘ線装置の小型、軽量化を計ったものとして、インバー
タ式Ｘ線装置が公知である。インバータ式Ｘ線装置の概
略構成は、商用電源電圧を整流して直流電圧に変換し、
その電圧をインバータによって高周波交流に変換して高
圧変圧器に供給し、この高圧変圧器にて高周波高電圧に
昇圧し、これを整流してＸ線管へ印加してＸ線を放射す
るようになっている。このインバータ式Ｘ線装置におけ
るインバータの動作周波数は、スイッチングデバイスの
制約を受け、現状では人間の可聴周波数領域（通常の人
間では約１４　Ｋ　Ｈｚ以下）と重複している。

ところで、変圧器がある周波数の電圧を供給されると、
変圧器鉄心は磁気歪及び磁気吸引力により振動を発生す
る。この振動は変圧器へ入力された電圧の周波数の２倍
の周波数を基本波とし、その整数倍の周波数の高調波を
含むものである。この変圧器鉄心の振動周波数が人間の
可聴周波数領域にあると、その振動が騒音となる。

したがって、インバータの動作周波数を、高圧変圧器の
鉄心の振動周波数が人間の可聴周波数領域を超えてしま
うような範囲の周波数、つまり約７　Ｋ　Ｈｚ以上に設
定すれば、高圧変圧器の鉄心の振動に起因する騒音は、
人間には聞こえなくなると考えられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、変圧器の鉄心の振動周波数が変圧器への入力電
圧の周波数の２倍の周波数を基本波どしその整数倍の周
波数の高調波を含むものとなるのは、インバータによっ
て作ら才りる高圧変圧器への入力電圧が、波形歪のない
、かつ正負対称な理想的な電圧の場合であって、インバ
ータを構成するスイッチングデバイスのスイッチング特
性やインバータ入力電圧に差があったり、負荷電圧をフ
ィー１クバツク制御すると、変圧器へ印加される電圧に
波形歪が生じ、インバータの正負の半サイクル間同志で
、電圧・時間積に差か生ずる。その結果、変圧器鉄心が
偏磁し、鉄心の振動周波数はインバータ動作周波数と同
じ周波数が支配的となり、この周波数の振動が大きくな
る。したがって、インバータを人間の可聴周波数領域の
周波数で動作させると、変圧器より騒音が発生するとい
う問題が硯 あった。Ｘ線透哄撮影用のインバータ式Ｘ線装置は、Ｘ
線検診室やＸ線装置の操作室内に変圧器が設置されたり
、Ｘ線透視撮影装置自体に搭載されるため、被検者や操
作者（、こ与える生理的影響か大きく、この騒音の低減
が急務の課題であった１、この騒音防止対策として従来
は、変圧器を防音箱の中に入れ騒音を封し込めるとか、
吸音材を設けてそのエネルギを吸収するという方法が採
られでいた。しかしこれらの騒音低減法は、防ｔ″１箱
や吸音材の使用を伴うため、装置の設置スペースの増加
を招き、インバータを使用することしこよる高圧変圧器
の小型化のメリツ１〜を生かせなくなるという間ｊ煩を
生ずるものであった。

本発明は、］−記問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は、インバータを介して高圧変圧器へ人力される電
圧の周波数が人間の可聴周波数であって、かつ波形歪を
有していでも、発生する騒音が少ない高圧変圧器を実現
し、この低騒音の変圧器を用いて、インバータ式Ｘ線装
置を真しこ小型化するとともに、被検者や操作者に対し
変圧器騒音が与える生理的悪影響を除き、被検者や操作
者がリラックスしてＸ線診断を受け、または行なえる装
置を実現することにある。

また、本発明の他の目的は、鉄心に間隙を設けた変圧器
の組立時に間隙寸法を容易に設定することができるよう
にすることにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

前記課題を解決するために本発明は、直流電圧を入力し
この直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、この
インバータの出力電圧を昇圧する高圧変圧器と、この高
圧変圧器の出力電圧を整流する整流器と、この整流器の
出力電圧が印加されるＸ線管とを備えたインバータ式Ｘ
線装置において、高圧変圧器の鉄心の脚に間隙を設けた
ことを特徴としている。

そしてまた、本発明の特徴は、上記高圧変圧器の鉄心の
脚に設けられた間隙に絶縁物を挿入したことにある。

〔本発明の着眼点〕

本発明は、インバータ式Ｘ線装置では高圧変圧器への入
力電圧の高周波化による変圧器の発熱防止のため、高圧
変圧器の鉄心の磁束密度を低下させねばならない点と、
鉄心に偏磁がなければ鉄心は入力電圧の周波数の２倍の
周波数で振動するという点の２つに着目してなされてい
る。

〔作用〕

鉄心のＢ（磁束密度）−１（（磁界の強さ）曲線は、鉄
心に偏磁が生しない場合は、第４図中にａで示す曲線と
なり、また偏磁が生ずると第４図中にｂで示す曲線とな
る。すなわち、変圧器への入力電圧（電圧・時間積）が
インバータの動作半周期毎に正負で等しければ偏磁は生
じないので、第４図ａで示すように変化し、一方、変圧
器への入力端子がインバータの動作半周期同志間で差が
生ずると、偏磁が生じ第４図すで示すように変化する。

本発明における変圧器鉄心の脚に設けた間隙は、Ｂ　−
Ｉ−１特性、即ち、 Ｂ＝μＩ−１・（１） μは透磁率 の関係式におけるμを小さくし、Ｂ−Ｈ曲線の傾斜を小
さくし、Ｂ−１１曲線を、第３図すに示すものにする。

これによって、変圧器への入力電圧に差が生じてもＢの
差は小さくなり、鉄心の振動周波数は変圧器への入力電
圧の周波数の２倍を基本波とすることができる。したが
って、インバータの動作周波数、すなわち変圧器への入
力電圧の周波数を約７　Ｋ　Ｅ（ｚ以」−の可聴周波数
とすれば、変圧器より生ずる騒音の周波数を可聴領域外
のものにてきる。

また、鉄心に挿入される絶縁物は、変圧器を絹み立てる
際に間隙寸法の設定を容易にする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。

第１図は、本発明を共振型インバータ式Ｘ線装置へ適用
した実施例である。第１図において、１は交流電源、２
は交流電源１からの交流電圧を直流電圧に変換する整流
回路、３は整流回路２からの直流電圧を平滑する平滑用
コンテンサ、４は１−ランジスタ５〜８と、これらのト
ランジスタ５〜８に各々逆並列接続されたダイオ−１−
９〜１２とで構成されたフルフリツジ型インバータ、１
−３は共振用コンデンサで高圧変圧器１４の一次巻線１
４の鉄心で脚部が切馳鉄心１６ａと１−６　ｂとの間に
間隙が設けられている。１８は高圧変圧器１４の＝−次
巻線で、この巻線数を一次巻線１５より多くして入力電
圧を所要の高電圧に昇圧して出力するもの、１９は高圧
変圧器１４の出力電圧を整流する全波整流回路、２０は
Ｘ線管２１のアノードとカソード間に印加される電圧（
以下、「管電圧」と称す。）を検出する抵抗、２２は管
電圧設定値と、抵抗２０によって検出された管電圧検出
値とを比較し、この両者が一致するように制御する電圧
制御器、２３は電圧制御器２２の出力を増幅し、これを
インバータ４の１〜ランジスタ５〜８のヘースに供給す
るベースドライブ回路である。

次に、本発明の特徴点である高圧変圧器１４の間隙につ
いて説明する。第１図に示すように、高圧変圧器１４は
脚部で１６ａと１６ｂとの２つの鉄心に分割された鉄心
１６と、−次巻線１５と。

二次巻線１６とを備えており、２つの鉄心１６ａと１６
ｂとは間隙Ｑ、２を保って強固に締付固定されている。

間隙Ｑ２は鉄心１６の磁束密度Ｂを小さくするため、即
ち第３図すに示すＢ　−Ｈ曲線の傾斜を小さくしている
。言い換えると、Ｂ＝μＨにおいてμを小さくしている
ことである。磁束密度Ｂを小さくしてＢ　−Ｈ曲線を寝
かせる理由は、インバータ４から高圧変圧器１４へ入力
する電圧に、インバータ４のスイッチング特性の差や入
力電圧等により、仮にインバータ４の動作半周期の正負
間で差か生しても、鉄心１６の偏磁を小さくするためで
ある。

次に、透磁率μを小さくして、磁束密度Ｂを小さくする
ことを別の面から説明する。変圧器の巻線内の鉄心を通
る磁束をΦ、鉄心の断面積をＳと一 すると、 Ｂ＝Φ／Ｓ Ｓ ここにＴ：起磁力 Ｒ：磁気抵抗 となり、μを小さくするということは、磁気抵抗Ｒを大
きくすることに対応している。

いま、変圧器の鉄心の磁路長をＱｌ、間隙をＱ２とする
と合成磁気抵抗Ｒθは ここにμ５：間隙部の透磁率 であるから、Ｑ＋＋　ｆ１２＋　μｓ　を適宜設定する
ことにより、合成磁気抵抗Ｒθを設定することができる
。

本発明は上記原理を応用したものであるが、現実の変圧
器において、合成磁気抵抗をどの位の値に設定したら良
いかは計算で求めることは困難であるため、間隙Ｑ２を
実験によって設定している。

本願発明者等は５０ＫＷ級インバータ式Ｘ線装置におい
て、」二記間隙氾２を種々設定し、そのとき生ずる鉄心
の振動加速度を測定し、その間隙Ｑ２と鉄心の振動加速
度との間に第６図のような関係があることを確認した。

第６図において、鉄心の振動加速度は間隙Ｑ２が約０　
、１８　ｍｍ以上になると飽和し、この飽和状態にて鉄
心の振動を測定したところ、その振動波形は第２図（、
）に示すように、インバータの出力電圧の周波数の２倍
の周波数の波形が観測され、変圧器からの騒音は著しく
減少したのを確認した。

次にこのように−Ｉｎ÷鉄心の脚に間隙を設けた変圧器
の鉄心と巻線の組立方法について第５図を用いて簡単に
説明する。硅素鋼板をＣ字形に形成し、それを複数枚積
層して鉄心１６ａ、１６ｂを製作する。鉄心１６ａの一
方の脚上に絶縁紙１６ｃを巻き、その上に一次巻線１５
を巻く。また鉄心１６ａの他方の脚にも同様にして絶縁
紙１６ｄを巻き、その）−に二次巻線１８を巻く。二次
巻線１８は絶縁紙１６ｄと交互に複数層巻き、−次巻数
１５と二次巻線１８との巻数比を所定のものとする。次
に、鉄心１Ｇ＋）を−次巻線１５と二次巻線１８の絶縁
紙の筒の申しこ挿入し、前述の間隙がＱｚとなる位置に
保持し、鉄心１６ａ、１６ｂを変圧器容器（図示省略）
へ固定する。なお、間隙Ｑ２を設定する場合に、Ｑｚを
直線ｉ１＋ｔｌ定するのは困難であるので、鉄心１６　
ａと１６ｂとの間に厚みＱｚの絶縁材１７、例えば紙を
接着剤で接着して間隙Ｑ２を設定すると組立が容易とな
る。

なお、鉄心に間隙を設けると、励磁容量が増加するが、
励磁容量そのものが装置の定格出力の中で占める割合は
極く少なく、はとんど無視てきる不■度である。

次に、第１図に示す構成のインバータ式Ｘ線装置の動作
を説明する。

先ず、被検体へ放射するＸ線の条件（管電圧。

管電流及び撮影時間）を設定する。これらのＸ線条件の
うち、第１図は４ｆ電圧のみの設定及び制御を示してい
る。所望の管電圧を設定しＸＭＡ曝射開始信号を与、え
ると、管電圧設定信号により電圧制御 御器２２はインバータ４を制御する信号をベース駆動回
路２３へ与える。ベース駆動回路２３はそれを増幅し、
インバータ４のトランジスタ５〜８のベースに出力する
。すると、インバータ４は前記管電圧を設定するための
所定の周期で１−ランリスタ５ど８、及び６と７とを交
互にオン／オフするスイッチング動作を開始し、コンデ
ンサとインダクタンスで定まる振動周期の電流（共振電
流）が高圧変圧器１４に流れる。

振動周期を定めるコンデンサとインダクタンスのうち、
コンデンサは高圧変圧器１４の一次巻線１５に直列接続
された共振用コンデンサ１，３と、高圧変圧器」４の二
次巻線１６の層間に存在する浮遊容量と、高圧ケーブル
の浮遊容量（図示省略）とであり、インダクタンスは高
圧変圧器１４の漏洩インダクタンスと配線のインダクタ
ンスとである。

トランジスタ５〜８が駆動された所定周期の半周期内に
おいて共振電流は、先ずトランジスタ５→共振コンデン
サ１３→高圧変圧器１４の一次巻線１５→トランジスタ
８の回路で共振周波数の弧を描いて流れ、ある（前記半
周期の１／２）時間経過後共振電流が零になり、今度は
逆方向に、ダイオ−１へ１２→高圧変圧器１４の一次巻
線］５→共振コンデンサ１３→ダイオード９の回路で流
れる。そして、Ｉ〜ランシリス５，８がオフし１次の半
周期には、トランジスタ６．７がオンする。すると」二
記に対しトランジスタ及びダイオードを入れ替えた回路
で共振電流が流れる。

この高圧変圧器］−４の一次巻線１５を流れる一次電流
から高圧変圧器１４の励磁電流と二次巻線１６の浮遊容
量に流れる電流とを減じた交流電流が整流回路１−９で
整流され、高圧ケーブルの７７遊容量で平滑されたＸ線
管２１に印加される。

管電圧検出用抵抗２０により検出された実際の管電圧に
対応した信号は電圧制御回路２２に入力され、設定管電
圧信号とそれとの差が零となるように、インバータ４の
動作周波数あるいはパルス幅を制御するための信号が作
成され、この信号はベースＩくライブ回路２３を介して
１〜ランジスタ５〜８のへ−スに与えられる。これによ
り次の周期におけるインバータ４の動作周波数あるいは
パルス幅が補正され、管電圧が測定値に対し正確に制御
される。

このような構成においては、インバータ４のトランジス
タ５と８，６と７のスイッチング時間、これらを駆動す
るヘース駆動回路の出力信号の動作遅れや駆動パワーの
差などにより、変圧器１４の−・次巻線１５に印加され
る電圧に正負の差があると変圧器は偏磁する。

また更に、管電圧のフィー１へバック制御においては、
インバータ４の半サイクル毎に管電圧を設定値に等しく
なるように制御する必要があるので、当然に−サイクル
間の正負の時間幅、波高値に差が生ずるため、上記同様
に偏磁を生ずる。

この偏磁によって、従来装置では変圧器の騒音周波数は
インパーク４の基本波の２倍の周波数とはならず、騒音
が発生する（第２図（ｂ））。

しかしながら本実施例では、高圧変圧器１４の鉄心１６
を脚部で２分割し、鉄心１６　ａと１６１）との間に間
隙を設（づであるため、鉄心１Ｇの磁束密度は低く（磁
気抵抗が大きい）、偏磁は起りにくく、実験によれば変
圧器の騒音周波数は、インバータ４の動作周波数の２倍
の周波数となった。

すなわち、このようにすることによって、正負の磁束密
度の差が小さくなり、変圧器鉄心の磁束密度は正負の等
しい領域で変化することになるので、インバータ周波数
は１４．　Ｋ　Ｉ−Ｉ　ｚ以上に選定した場合、騒音周
波数は１４　Ｋ　Ｈｚ以上となり、騒音は著しく低減す
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されることはない。例
えば、インバータは共振型でなくとも変圧器の騒音は共
通の解決すべき課題を有しており、当然本発明を適用す
ることが可能である。また、インバータとしてフルブリ
ッジ型に替え、プッシュプル型等の他の方式のインバー
タを用いても良いし、直流電圧源を商用電源と整流器と
の組合せに替えて、バッテリーを用いても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、高圧変圧器の鉄心の
脚に間隙を設けることにより、インバータの出力電圧の
インバータ動作の１サイクルの半周期間における正負の
波形に差が生しても、変圧器鉄心に偏磁が著しく生しに
くく、鉄心の磁気歪や磁気吸引力に起因する振動周波数
は、インバータの動作周波数の２倍の周波数が支配的と
なる。

したかつて、インバータを約７　Ｋ　Ｉ−１ｚ以」−の
可聴周波数で動作させるものにおいても、変圧器の騒音
を従来装置と比較し著しく低減することができる。この
ため、変圧器を防音箱で覆ったりするような必要がなく
なり、装置の小型化が達成される。

また、騒音が低下するので高圧変圧器を検診室内や操作
室内においても、被検者や操作者へ不快感を与えること
がなく、被検者はリラックスして検診を受けられ、操作
者も精神的にイライラすることもなく診断に専念するこ
とができるようＬこなる。

また、請求項２によれば鉄心の間隙寸法を絶縁紙の厚み
によって設定できるので、変圧器の組立は容易にできる
という効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になるインバータ式Ｘ線装置
の主回路構成を示すフロック図、第２図はインバータの
出力電圧波形と変圧器鉄心の振動波形の関係を示す図、
第３図は変圧器鉄心に間隙を設けた場合とそうでない場
合の鉄心の［３−ＦＩ曲線図、第４図は偏磁が生した場
合とそうでない場合の鉄心のＢ　−ＨｆＪＪＪ線図、第
５図は本発明の一実施例による変圧器の鉄心と巻線を示
す断面図、第６図は鉄心の間隙と鉄心の振動どの関係を
示す図である。 ４　インバータ、１．４・高圧変圧器、１５−次巻線、
１Ｇ　鉄心、１７　絶縁相、１８　二次巻第３ 第４図 ＄５図 １ｂ σ ｚ０θ ４０゜ ！ｚ（Ｐ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．直流電圧を入力しこの直流電圧を交流電圧に変換す
   るインバータと、このインバータの出力電圧を昇圧する
   高圧変圧器と、この高圧変圧器の出力電圧を整流する整
   流器と、この整流器の出力電圧が印加されるＸ線管とを
   備えたインバータ式Ｘ線装置において、前記高圧変圧器
   の鉄心の脚部に間隙を設けたことを特徴とするインバー
   タ式Ｘ線装置。
2. ２．前記高圧変圧器の鉄心の脚部の間隙に絶縁材を挿入
   したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ式Ｘ
   線装置。