JPH0228240B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は回転架台上に搭載されたＸ線管に効率
良く電力を供給し得る構造のＸ線装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

Ｘ線CT装置やデイジタル・ラジオ・グラフイ
ーにあつては、Ｘ線管を回転架台に搭載し、患者
等の被検体の周囲を回転させ乍ら、各回転位置に
おけるＸ線透過量を測定する等してその診断が行
われる。

このようにして回転架台上に設けられたＸ線管
に、その高圧電力を供給する場合、従来一般に上
記回転架台の回転角に見合う長さの高圧ケーブル
を介して、つまり所謂たぐり分を設けた十分に長
い高圧ケーブルを介して行われている。ところ
で、この種の装置の多くはパルスＸ線を用いてお
り、この為にはＸ線管に効率良くパルス的に電力
供給を行う必要がある。然し乍ら、高圧ケーブル
の長さに比例してその静電容量が増え、パルス的
に伝送される電力波形がブロードになつて、良好
なパルスＸ線が得られなくなる不具合がある。こ
の為、妥協可能なケーブル長はせいぜい十数ｍで
あり、前記回転架台の回転角に大きな制約を与え
ていた。そして、従来では、回転架台を360゜回転
させて診断画像を得たのち、一旦、元の位置迄戻
して再び回転架台を回転させて次の診断画像を求
めるようにしており、その診断効率が悪かつた。

これに対して、回転架台にスリツプリングを設
け、このスリツプリングを介してＸ線管へ電力供
給を行うことが考えられている。然し、上記Ｘ線
管への供給電力は極めて高い電圧であり、次のよ
うな問題があつた。即ち、この場合、スリツプリ
ングの接触抵抗が均一であることが必須であり、
接触抵抗にむらが生じると高圧パルスの波高値が
大幅に乱れる。この波高値が乱れるとＸ線管の動
作条件が変化し、これによつて得られる診断画像
を画像処理に使うことができなくなる。またスリ
ツプリング部におけるコロナ放電も大きな悪影響
を及ぼし、またスリツプリングの品質を長期に亘
つて確保することも困難であつた。これ故、スリ
ツプリングを用いた高電圧電力の供給法をＸ線装
置に採用することができなかつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、Ｘ線管を搭載し
た回転架台の自由な回転を可能ならしめると共
に、上記Ｘ線管への電力供給を効果的に行わしめ
得るＸ線装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は１次巻線と２次巻線との間が回転可能
なコアレス構造の回転トランスを用い、この回転
トランスの静止部に固定された１次巻線に共振型
高周波インバータより電力を供給すると共に、上
記回転トランスの２次巻線を回転架台の回転軸上
に該回転架台に固定して設け、この２次巻線から
高圧ケーブルを介して前記回転架台に搭載された
Ｘ線管へ電力を供給するようにしたものである。

つまり回転トランスを介して磁気結合により電
力供給を行うようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、回転架台に搭載され
たＸ線管側に、回転トランスを介して非接触に、
磁気結合によつて静止部側共振型高周波インバー
タより電力供給を行うので、上記回転架台の自由
な回転を可能ならしめ、また回転トランスとＸ線
管との間を短い高圧ケーブルを介して接続するだ
けで効果的に電力供給を行わしめることが可能と
なる。またこのように高圧ケーブル長が短いの
で、パルス的に供給される電力波形がブロードと
なることがなく、良好なＸ線を発生させることが
でき、ひいては診断効率の向上を図り得る等の効
果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。

第１図は実施例装置の要部概略構成図である。
Ｘ線管１は、回転架台２の周面に固定して設けら
れており、この回転架台２の上記Ｘ線管１に対向
する部位にはＸ線検出器３が設けられている。こ
の回転架台２は、その内部に挿通して設けられる
被検体（図示せず）に前記Ｘ線管１よりＸ線を照
射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器３により検出し
て、上記被検体に関する情報を回転架台２の回転
位置にそれぞれ対応して得るものである。これら
の情報によつて、前記被検体の診断像（断層像）
が求められる。しかしてこの回転架台２の回転軸
上には、１次巻線４ａと２次巻線４ｂとの間を回
転自在な構造としたコアレス構造の回転トランス
４が、その回転中心を一致させて設けられてい
る。この回転トランス４の２次巻線４ｂは、ステ
ー５を介して前記回転架台２に固定され、該回転
架台２と一体的に回転するものとなつている。こ
れに対して１次巻線４ａは、上記２次巻線４ｂと
所定の関係を保つた上で、静止部（図示せず）に
固定されている。電力供給装置６は、例えば動作
周波数が1kHz以上の共振型高周波インバータか
らなり、前記回転トランス４の１次巻線４ａに接
続されて電力供給を行うものとなつている。この
ようにして電力供給装置６から１次巻線４ａに供
給される電力は、上記１次巻線４ａに磁気結合し
てなる２次巻線４ｂに取出され、この電力は高圧
ケーブル７を介して前記Ｘ線管１に供給されるよ
うになつている。

ところで、このようにして回転トランス４を介
したＸ線管１への電力供給系統は、等価的に第２
図の如く示される。即ち、電力供給装置６は、前
記回転トランス４の１次巻線４ａを負荷とする電
圧共振型シングル・エンド・スイツチ回路により
構成される。このシングル・エンド・スイツチ回
路は、商用電源を整流・平滑化してなる直流電源
１４に、例えば10kHzの周期で一定のパルス幅で
開閉制御されるサイリスタ等のスイツチ素子１５
を介して前記１次巻線４ａを接続すると共に、上
記スイツチ素子１５に共振用コンデンサ１６を並
列に接続し、またダイパー用ダイオード１７を逆
並列に接続して構成される。そして、前記回転ト
ランス４の２次巻線４ｂには、ダイオード整流回
路１８を介して負荷１９としてのＸ線管１が高圧
ケーブル７を介して接続される。尚、第２図中２
０は、高圧ケーブル７の静電容量成分を示してい
る。また第２図では、回転トランス４を、理想変
成器、４ｘと励磁インダクタンス４ｙ（１次巻線
４ａ）、および１次巻線４ａと２次巻線４ｂとの
間に存在する洩れインダクタンス４ｚにより示し
てある。

しかして次に上記の如く構成された電力供給系
統の動作につき説明する。但し、ここではスイツ
チ素子１５が一定の周期Ｔで、且つ一定のパルス
幅Tonで開閉（ON／OFF）動作し、回路状態が
定常化しているものとする。またスイツチ素子１
５は導通時に抵抗値零、遮断時に抵抗値無限大と
なる理想スイツチとして働き、電圧共振条件は主
として電圧共振用コンデンサ１６と洩れインダク
タンス４ｚとによつて定まるものとする。尚、上
記洩れインダクタンス４ｚは２次巻線４ｂを短絡
したときの１次巻線４ａ側から見込まれるインダ
クタンスとして定義される。

今、期間（０ｔ＜t_po）においてスイツチ素
子１５が導通すると、そのときの等価回路は第３
図ａの如く示され、回転トランス４の励磁インダ
クタンス４ｙは電源１４の両端間に直接繋がる。
またこのとき、負荷１９（Ｘ線管１）は洩れイン
ダクタンス４ｚを介して電源１４の両端に繋がる
ことになる。従つて、この期間にスイツチ素子１
５に流れる電流icは、上記励磁インダクタンス４
ｙの値をL_p、洩れインダクタンス４ｚの値をL_e、
電源１４の電圧をEin、負荷１９への出力平均電
圧をEoutとしたとき、次のようになる。

ic（ｔ）＝Ein／L_p×ｔ＋Ein−ｎ・Eout／L_e×ｔ 但し、ｎは回転トランス４の巻数比である。つ
まり、この期間には第４図にその電流波形を示す
ように、スイツチ素子１５に流れる電流icは直線
的に増大することになる。

しかるのち前記スイツチ素子１５が閉じ、ダイ
オード１７が導通する迄の期間（Tonｔ≦Ｔ−
T_D）には、その等価回路は第３図ｂに示す如く
なり、励磁インダクタンス４ｙに流れていた電流
および洩れインダクタンス４ｚに流れていた電流
（慣性電流）がそれぞれコンデンサ１６に流れ込
み、同コンデンサ１６を充電する。この結果、コ
ンデンサ１６の端子電圧、つまりスイツチ素子１
５の両端間電圧v_cは第４図に示すように共振の弧
を描いて上昇し、その共振条件で定まる時間で最
大値に達したのち減少して再び零に戻る。そし
て、上記端子電圧v_cが零に戻つた時刻（ｔ＝Ｔ−
T_D）以後、上記共振作用によつてコンデンサ１
６の端子電圧は第４図中破線で示すように負の値
になろうとするが、このときダイオード１７が順
バイアスされて導通することから、期間（Ｔ−
T_D＜ｔ＜Ｔ）においては上記端子電圧v_cは零に
保たれることになる。然し乍ら、この期間におけ
る等価回路は第３図ｃの如く示され、また励磁イ
ンダクタンス４ｙに流れていた慣性電流i_Lは第４
図に示すように有限な値を持つことから、前記ダ
イオード１７を介して前記電源１４に戻ることに
なる。

ここで、この電力供給系統が負荷１９に伝送し
得る電力について検討してみると、第４図から明
らかなように期間（０ｔ＜Ton）における供給
電流に対応した電力Pin、つまり電源１４から供
給された電力と、期間（Ｔ−T_D＜ｔ＜Ｔ）にお
いて電源４に戻る電流で示される戻り電力Pretに
関連していることが判る。従つて、電源１４から
負荷１９へ伝送した正味の電力はPoutは Pout＝Pin−Pret となる。ここで期間（Ｔ−T_D＜ｔ＜Ｔ）に電源
１４に戻る電流i_Lを、スイツチ素子１５を介して
逆方向に流れる電流icであると看做すと、上記正
味の伝送電力Poutは次のように示すことができ
る。

Pout＝１／Ｔ∫^Ton _p｛ic（ｔ）×Ein｝dt ＝１／2T｛Ein²（Ton²−T_D ²）／L_p ＋ｎ・E_put（E_io−ｎ・E_put）／L_e ・（T_po＋T_D）²｝ この式から明らかなように、伝送電力P_putを大
きくする為には、励磁インダクタンス４ｙの値
L_pおよび洩れインダクタンス４ｚの値L_eをそれ
ぞれ小さくすることが非常に重要となる。そし
て、これらのインダクタンスの値L_p、L_eは、変
成器の巻線構造に大きく依存している。

しかして本装置では前述したようにコアレス構
造の回転トランス４を変成器として用いているの
で、前記各インダクタンスの値L_p、L_eをそれぞ
れ小さくすることができ、ここに大電力伝送を効
果的に行うことが可能となる。またこれに加えて
回転トランス４を介して電力伝送を行うのでその
伝送帯域の広帯域化を図り、また高圧絶縁処理を
容易化することができる等の効果が奏せられる。
この結果、スイツチング素子１５のスイツチング
動作周波数の高周波化にも大きく寄与することに
なる。

尚、本装置に対する実験回路として、本発明者
らは、 L_e＝0.5L_p なる条件の、L_p＝20μH、40μH、80μH、160μH
とする回転トランス４を製作し、これらを用いて
Ｘ線装置をそれぞれ試作した。そして、これらの
装置において、E_io＝500V、E_put150kV、ｎ＝
１／500、T_po／Ｔ＝0.4、T_D／Ｔ＝0.1なる条件下
で動作周波数と供給電力量P_putとの関係について
調べたところ、第５図に示す如き関係が得られ
た。この第５図に示すデータは、例えば300kW
の伝送電力P_putを得る場合、L_p＝160μHとする変
成器１を用いたときにはその動作周波数を0.96k
Hz、L_p＝80μHのときには1.82kHz、L_p＝40μHzの
ときには3.56kHz、20μHzのときには7.4kHzにそれ
ぞれ定めればよいことを示している。このことか
ら明らかなように、励磁インダクタンス４ａの値
L_pを20〜30μHに設定可能な上述した回転トラン
ス４を用いてなる本装置によれば、100kW級の
大電力伝送を行う場合であつても、その動作周波
数を例えば5kHz以上と高くすることが可能なこ
とを意味している。

以上のように、本構造のＸ線装置によれば、回
転トランス４を介して非接触に、且つ磁気結合に
よつてＸ線管１を高効率に電力伝送を行い得る。
また上記の如く回転トランス４を介して非接触に
電力供給を行うので、Ｘ線管１を搭載した回転架
台２の回転がその電力供給系によつて妨げられる
要素がなく、その自由な回転が可能となる。ま
た、２次巻線４ｂとＸ線管１とを必要にして十分
な長さの短い高圧ケーブル７を介して接続すれば
よいので、その静電容量に起因する電力伝送特性
の問題も生じない。

従つて、回転架台２を連続的に回転させ乍ら、
つまり従来のように回転架台２を元の位置まで逆
回転によつて戻すことなしに、効率よく診断情報
を得ることが可能となり、その診断効率の向上を
図り得る。また歪のないパルス電力の供給を受け
るので、パルスＸ線を有効に発生することが可能
となる等の効果が奏せられる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えば回転トランス４の回転中心部に棒状
のコアを設けるようにしてもよい。またインバー
タの動作周波数もｋHz以上のオーダであれば良
い。要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は
装置の概略構成図、第２図はその等価回路図、第
３図ａ，ｂ，ｃは動作状態に応じて示した等価回
路図、第４図は動作波形を示す図、第５図は動作
周波数と伝送電力との関係を示す図である。 １……Ｘ線管、２……回転架台、３……Ｘ線検
出器、４……回転トランス、４ａ……１次巻線、
４ｂ……２次巻線、５……ステー、６……電力供
給装置、７……高圧ケーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線管を搭載した回転架台と、１次巻線と２
   次巻線との間が回転自在な構造を有し、その２次
   巻線を前記回転架台の回転軸上に該回転架台に固
   定すると共に、上記１次巻線を静止部に固定して
   なる回転トランスと、この回転トランスの１次巻
   線に接続された共振型高周波インバータと、この
   共振型高周波インバータから前記回転トランスを
   介して供給される電力を上記２次巻線から前記Ｘ
   線管に供給する高圧ケーブルとを具備したことを
   特徴とするＸ線装置。 ２ 共振型高周波インバータは、回転トランスの
   洩れインダクタンスを利用して数ｋHz以上の共振
   作用を呈して電力供給を行うものである特許請求
   の範囲第１項記載のＸ線装置。 ３ 回転トランスは、コアレス構造の変成器を構
   成するものである特許請求の範囲第１項記載のＸ
   線装置。