WO2018061660A1 - 変圧器およびその変圧器を用いたｘ線装置 - Google Patents

変圧器およびその変圧器を用いたｘ線装置 Download PDF

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transformer
secondary winding
winding
iron core
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裕 森田
亮 茂木
智 初見
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株式会社日立製作所
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F5/00—Coils
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details

Definitions

  • the present invention relates to a transformer suitable for use in an apparatus in which a large potential difference is generated between a primary winding and a secondary winding, and an X-ray apparatus using the transformer.
  • FIG. 2 is a view showing an example of an electric circuit for heating the filament of the X-ray tube constituting the X-ray apparatus.
  • the X-ray apparatus refers to an apparatus including an X-ray tube that is an apparatus that generates X-rays, such as an X-ray generation apparatus, an X-ray imaging apparatus, and an X-ray CT apparatus.
  • a high DC voltage with a potential difference of about 140 kV generated by the DC generator 104 is applied between the cathode 102 and the anode 103 of the X-ray tube 101.
  • the cathode 102 is comprised with the filament for thermoelectron generation, and the alternating voltage of the secondary side output of the transformer 105 is applied to the both ends.
  • thermoelectrons 111 are emitted from the heated filament.
  • the thermoelectrons 111 emitted from the filament are accelerated by a direct current high voltage between the cathode 102 and the anode 103, collide with the anode 103, and X-rays 112 are generated by the collision.
  • the AC power source 106 is connected to the primary winding 211 of the transformer 105. That is, an AC voltage of about several tens of volts to several hundreds of volts derived from a general commercial voltage is applied between the input terminals of the primary winding 211. Then, from the output terminal of the secondary winding 212 connected to the cathode 102 of the X-ray tube 101, a voltage of several tens V to several hundreds V, which is the same as the primary side, or an AC voltage lower than that is output.
  • an AC voltage of about several tens of volts to several hundreds of volts derived from a general commercial voltage is applied between the input terminals of the primary winding 211. Then, from the output terminal of the secondary winding 212 connected to the cathode 102 of the X-ray tube 101, a voltage of several tens V to several hundreds V, which is the same as the primary side, or an AC voltage lower than that is output.
  • the transformer 105 for heating the X-ray tube filament such a high voltage is not applied between the input terminals or the output terminals of the primary winding 211 and the secondary winding 212.
  • a high voltage with a potential difference of about 140 kV is applied between the primary winding 211 and the secondary winding 212 by the DC generator 104. That is, when viewed from the primary side, the voltage on the secondary side is obtained by superimposing an alternating voltage of several tens to several hundreds of volts and a high DC voltage of 140 kV. Therefore, in the transformer 105, a highly reliable insulation structure is required between the primary winding 211 and the secondary winding 212.
  • the electric circuit shown in FIG. 2 is a circuit called an anode ground type in which a negative voltage of about ⁇ 140 kV is applied to the cathode 102, but a negative potential is applied to the cathode 102 and a positive potential is applied to the anode 103.
  • a circuit called a neutral grounding type There is also a circuit called a neutral grounding type. In any case, a high voltage exceeding several tens of kV is applied between the primary winding 211 and the secondary winding 212 in the transformer 105.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose examples of the insulating structure of a similar filament heating transformer.
  • Patent Document 1 describes that the insulation reliability can be improved by a groove for securing a creepage distance, an insulating material on the surface of the winding, a shield structure, and the like.
  • Patent Document 2 describes that the insulation reliability can be improved by resin-molding the primary winding and the secondary winding and further devising the terminal structure.
  • a covered wire having high withstand voltage and flexibility may be used as the winding.
  • a coated wire having a dielectric strength of about 140 kV has a coating thickness of more than 10 mm. Therefore, even if it has flexibility, it is difficult to bend and to be wound around an iron core having a small diameter.
  • most of the covered wires having a dielectric strength of about 140 kV are made-to-order products and are expensive.
  • the inventions disclosed in the cited documents 1 and 2 do not mention any problems in manufacturing such a transformer.
  • an object of the present invention is to provide a transformer capable of reducing the manufacturing cost while ensuring a high withstand voltage, and an X-ray apparatus using the transformer.
  • a transformer according to the present invention includes an iron core, a primary winding wound around the iron core and input with an AC voltage, and wound around the iron core and outputs an AC voltage.
  • a secondary winding, and the secondary winding has either a fluctuation value of the AC voltage input to the primary winding or a fluctuation value of the AC voltage output from the secondary winding.
  • the primary winding is wound around the iron core, and the secondary winding is wound around the outer periphery of the iron core where the primary winding is wound.
  • the primary winding is further wound around an outer peripheral portion around which the primary winding and the secondary winding of the iron core are wound.
  • a transformer capable of reducing the manufacturing cost while ensuring a high withstand voltage and an X-ray apparatus using the transformer are provided.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a cross-sectional structure of the transformer 105a according to the first embodiment of the present invention. That is, the transformer 105a shown in FIG. 1 is one embodiment of the transformer 105 incorporated in the electric circuit shown in FIG.
  • the primary winding 211 and the secondary winding 212 are wound around the iron core 201 via the bobbin 202 made of an insulating material.
  • the cross-sectional structure of the winding wound around the iron core 201 is a triple structure as shown in FIG. That is, the primary winding 211 is first wound around the iron core 201 via the bobbin 202, and the secondary winding 212 is wound around the outer periphery of the primary winding 211. The primary winding 211 is wound again around the outer periphery of the winding 212.
  • the primary winding 211 and the secondary winding 212 are each constituted by a covered wire in which a conductive wire made of Cu or the like is covered with an insulating material.
  • the respective withstand voltages are assumed to be substantially the same.
  • the covered wire with the same diameter here shall mean the covered wire with the same thickness of a coating
  • the covering material of the covered wire it is essential to have flexibility, and when the transformer 105a is disposed in the insulating oil, vinyl chloride, fluororesin, fluororubber, which is not easily deteriorated by the insulating oil, An insulating material mainly composed of silicone rubber or the like is preferable.
  • the insulating material mainly includes polyethylene, ethylene propylene rubber, styrene butadiene rubber, and the like. Also good.
  • the transformer 105a having the winding structure of the primary winding 211 and the secondary winding 212 shown in FIG. 1 is used as the filament heating transformer 105 shown in FIG.
  • the primary winding 211 and the secondary winding 212 are insulated, and a DC high voltage of, for example, 140 kV generated by the DC generator 104 is applied between them.
  • an AC voltage of, for example, several tens of volts to several hundreds of volts is applied to both ends of the primary winding 211 by the AC power source 106, and further, for example, several tens of volts to several hundreds of volts is applied from both ends of the secondary winding 212.
  • a certain amount of AC voltage is output. Therefore, the voltage actually applied between the primary winding 211 and the secondary winding 212 is changed to a DC voltage generated by the DC generator 104 to each of the primary winding 211 and the secondary winding 212.
  • the AC voltage applied to both ends is superimposed.
  • the fluctuation value (peak-peak value) in which the alternating voltage of about several tens to several hundreds of volts applied to both ends of the primary winding 211 and the secondary winding 212 fluctuates is compared with a high DC voltage of 140 kV.
  • the value is so small that it can be ignored. Therefore, it can be said that a DC high voltage of about 140 kV is always applied between the primary winding 211 and the secondary winding 212.
  • a strong electric field is generated by the DC high voltage of about 140 kV in the insulating material portion where both windings are in contact.
  • covered wires having the same withstand voltage for example, covered wires having the same insulating material and the same diameter, are used. It is equally distributed to the insulation part of the winding.
  • the withstand voltage of each winding may be 70 kV.
  • the withstand voltage of the secondary winding 212 does not have to be 140 kV.
  • the thickness of the insulating material film of the covered wire exceeds 10 mm.
  • the thickness of the film may be about 5 to 6 mm. If the thickness of the coating wire is reduced, it is naturally easy to bend, so that it is easy to realize a winding structure with a small diameter.
  • a coated wire having a dielectric strength of about 70 kV is commercially available as a standard product without special order.
  • the primary winding 211 and the secondary winding 212 are easily manufactured while ensuring a high withstand voltage of 140 kV, and the transformer 105a.
  • the size of itself is also reduced. Therefore, this embodiment has an effect of reducing the manufacturing cost of the transformer 105a.
  • the secondary winding 212 is surrounded by the primary winding 211. Therefore, the DC high voltage applied to the secondary winding 212 is shielded by the primary winding 211. As a result, the insulation reliability between the secondary winding 212 to which the DC high voltage is applied and the iron core 201, and between the secondary winding 212 and the components and the casing disposed outside the transformer 105a. Can be improved.
  • the transformer disclosed in Patent Document 1 that is, the primary winding and the secondary winding are separated by a specially shaped bobbin with a creeping distance secured, and the primary winding and 2 are separated by a shield or an insulating material.
  • the following effects can be expected when compared with a transformer with enhanced insulation performance between the secondary windings. That is, the transformer disclosed in Patent Document 1 has a structure in which the primary winding and the secondary winding are wound in defined spaces and covered with an insulating material or the like. Conduction is hindered and the cooling performance of the winding is reduced.
  • the bobbin 202 since the bobbin 202 has an open structure, the primary winding 211 and the secondary winding are particularly used when the transformer 105a is installed in insulating oil.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a cross-sectional structure of the transformer 105b according to the second embodiment of the present invention.
  • the structure of the transformer 105b according to the second embodiment is wound outside the secondary winding 212 from the structure of the transformer 105a according to the first embodiment shown in FIG.
  • the primary winding 211 is omitted.
  • a high voltage of about 140 kV is applied between the primary winding 211 and the secondary winding 212 as in the case of the first embodiment. There is no.
  • the withstand voltage of each of the primary winding 211 and the secondary winding 212 is substantially equal. It is assumed that covered wires having the same covering material and the same diameter are used. Thus, even when a high voltage of, for example, 140 kV is applied between the primary winding 211 and the secondary winding 212, a covered wire having a dielectric strength of 70 kV can be used.
  • the primary winding 211 and the secondary winding 212 are coated wires with the smallest possible coating thickness. Can be used. Therefore, the manufacturing cost of the transformer 105b can be reduced.
  • the primary winding 211 is not wound outside the secondary winding 212, the DC high voltage applied to the secondary winding 212 is not necessarily shielded. It is not. Therefore, although the reliability of the withstand voltage is reduced correspondingly, the manufacturing cost of the transformer 105b is greatly reduced due to the advantage that the winding structure is simplified.
  • a sheet-like insulating material (see FIG. (Not shown) may be wound.
  • the insulating material for example, an insulating material mainly composed of vinyl chloride, fluororesin, fluororubber, silicone rubber, insulating paper, or epoxy resin can be used.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a cross-sectional structure of a transformer 105c according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a configuration using the transformer 105c according to the third embodiment. It is the figure which showed the example of the electric circuit which heats the filament of the X-ray tube which was made.
  • the structure of the transformer 105c according to the third embodiment is the same as the structure of the transformer 105a (see FIG. 1) according to the first embodiment, in which the secondary winding 212 is wound.
  • the additional primary winding 211b is wound at a position different from the position of the iron core 201. That is, the primary winding 211 includes the main primary winding 211a wound around the secondary winding 212 at substantially the same position as the position of the iron core 20 around which the secondary winding 212 is wound,
  • the additional primary winding 211b is configured to be divided. Therefore, as a matter of course, the main primary winding 211a and the additional primary winding 211b are connected in series as shown in FIG. Note that the transformer 105c having such a structure is employed when the necessary number of turns cannot be reached by the main primary winding 211a wound around the secondary winding 212 alone.
  • a high voltage of, for example, about 140 kV is applied between the main primary winding 211a and the secondary winding 212 as in the case of the first embodiment. Therefore, also in the present embodiment, as in the case of the first embodiment, it is assumed that the insulation withstand voltages of the main primary winding 211a and the secondary winding 212 are substantially equal. It is assumed that covered wires having the same covering material and the same diameter are used. On the other hand, no high voltage is applied to the additional primary winding 211b. Therefore, the covered wire constituting the additional primary winding 211b does not need to be equivalent to the covered wire constituting the main primary winding 211a, and the thickness of the covering material is small, that is, the diameter of the covering material is small. It may be small.
  • connection location of the main primary winding 211a and the additional primary winding 211b outside the additional primary winding 211b.
  • connection location is insulated and reinforced with an insulating material mainly composed of vinyl chloride, fluororesin, fluororubber, silicone rubber, insulating paper, and epoxy resin.
  • transformer 105c demonstrated above becomes what added the additional primary winding 211b to the iron core 201 of the transformer 105a which concerns on 1st Embodiment, the transformer which concerns on 2nd Embodiment An additional primary winding 211b may be added to the iron core 201 of 105b.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of a cross-sectional structure of a transformer 105d according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the structure of the transformer 105d according to the fourth embodiment is the same as the main primary winding 211a and the secondary winding in the structure of the transformer 105c according to the third embodiment shown in FIG.
  • the sheet-like insulating material 203 is added between the two.
  • the sheet-like insulating material 203 is an insulating material mainly composed of vinyl chloride, fluororesin, fluororubber, silicone rubber, or the like that is not easily deteriorated by the insulating oil. It is preferable. Moreover, when the transformer 105d is arrange
  • the sheet withstand voltage 203 can be shared by the sheet-like insulating material 203. Therefore, the thickness of the covering material of the covered wire constituting the main primary winding 211a and the secondary winding 212, that is, the diameter of the covered wire can be further reduced.
  • the above-described transformer 105d is obtained by adding a sheet-like insulating material 203 between the main primary winding 211a and the secondary winding 212 in the transformer 105c (see FIG. 4) according to the third embodiment.
  • the object to which the sheet-like insulating material 203 is added is not limited to this.
  • the material 203 may be added.
  • a transformer 105 (not shown) according to the fifth embodiment is applicable to any of the first to fourth embodiments, and both the primary winding 211 and the secondary winding 212 or
  • the covered wire constituting one of the windings is further covered with a cylindrical insulating tube. That is, in the winding used in this case, a conductive wire made of Cu or the like is covered with a first covering material, and the first covering material covering the conductive wire is further covered with a second covering material (insulating tube). It is characterized by a double structure.
  • the first covering material and the second covering material may be the same material or material, but are physically separate. And it is preferable that a 1st coating
  • the diameter of the covered wire including the conductive wire, the first covering material, and the second covering material is, for example, 6 mm. This coated wire is compared with a 6 mm coated wire in which the conducting wire is coated with one coating material and has the same diameter. At this time, it is assumed that the material of the covering material is the same.
  • the covering material since the material and thickness of the covering material are the same, the dielectric strength voltage of both is almost the same.
  • the covering material in which the covering material has a double structure as in this embodiment, when the covering wire is bent, the contact surface between the first covering material and the second covering material is easily displaced. Therefore, the covering material is easier to bend than the covered wire having a single structure. That is, when the double-layer covered wire according to the present embodiment is used for at least one of the primary winding 211 and the secondary winding 212, the winding can be easily manufactured and the size can be reduced. .
  • the transformer 105 according to the fifth embodiment has an effect that the manufacturing cost of the transformer 105 can be reduced while ensuring a predetermined high withstand voltage.
  • the transformers 105 (105a to 105d) are used in the electric circuit (see FIGS. 2 and 5) for heating the filament of the X-ray tube 101.
  • an electric circuit for heating the transformer 105 (105a to 105d), the X-ray tube 101, and the filament of the X-ray tube 101 is an apparatus that generates X-rays such as an X-ray imaging apparatus and an X-ray CT apparatus. It will constitute a part of the wire device.
  • the transformer 105 (105a to 105d) according to the first to fifth embodiments is not only used in the X-ray apparatus as described above, but also a DC high voltage is applied to the secondary winding.
  • the transformer can be used for any purpose. For example, it can be used in an electric circuit for heating a filament of an electron microscope, or can be used in an electric circuit of a power converter such as an inverter.
  • the present invention is not limited to the embodiments and modifications described above, and further includes various modifications.
  • the above-described embodiments and modifications have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment or modification can be replaced with the configuration of another embodiment or modification, and the configuration of another embodiment or modification can be replaced with another embodiment or modification. It is also possible to add the following configuration.
  • the configuration included in another embodiment or modification may be added, deleted, or replaced.

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Abstract

鉄心（２０１）と、交流電圧が入力される１次巻線（２１１）と、交流電圧を出力する２次巻線（２１２）と、を備え、２次巻線（２１２）に直流の高電圧が印加される変圧器（１０５ａ）において、鉄心（２０１）には、まず、１次巻線（２１１）が巻回され、その外周部に２次巻線（２１２）が巻回され、さらにその外周部に１次巻線（２１１）が巻回される。さらに、１次巻線（２１１）を構成する被覆線の被覆部および２次巻線（２１２）を構成する被覆線の被覆部は、いずれもほぼ同じ厚み有し、同じ絶縁材で構成されている。

Description

変圧器およびその変圧器を用いたＸ線装置
　本発明は、１次巻線と２次巻線との間に大きな電位差が発生する装置での用途に好適な変圧器およびその変圧器を用いたＸ線装置に関する。
　図２は、Ｘ線装置を構成するＸ線管のフィラメントを加熱する電気回路の例を示した図である。ここで、Ｘ線装置とは、Ｘ線発生装置、Ｘ線撮影装置、Ｘ線ＣＴ装置など、Ｘ線を発生する装置であるＸ線管を含む装置をいう。図２に示すように、Ｘ線管１０１の陰極１０２と陽極１０３との間には、直流発生装置１０４により発生された電位差１４０ｋＶ程度の直流高電圧が印加される。また、陰極１０２は、熱電子発生用のフィラメントにより構成され、その両端には、変圧器１０５の２次側出力の交流電圧が印加される。
　陰極１０２のフィラメントは、変圧器１０５から供給される交流により加熱され、加熱されたフィラメントからは熱電子１１１が放出される。フィラメントから放出された熱電子１１１は、陰極１０２と陽極１０３との間の直流高電圧によって加速され、陽極１０３に衝突し、その衝突によりＸ線１１２が発生する。
　ここで、変圧器１０５の１次巻線２１１には交流電源１０６が接続される。すなわち、１次巻線２１１の入力端子間には、一般的な商用の電圧に由来する数１０Ｖ～数１００Ｖ程度の交流電圧が印加される。そして、Ｘ線管１０１の陰極１０２に接続される２次巻線２１２の出力端子からは、１次側と同程度の数１０Ｖ～数１００Ｖの電圧、または、それよりも低い交流電圧が出力される。
　以上のように、Ｘ線管フィラメント加熱用の変圧器１０５では、１次巻線２１１および２次巻線２１２それぞれの入力端子間または出力端子間には、それほどの高電圧は印加されない。一方で、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間には直流発生装置１０４による電位差１４０ｋＶ程度の高電圧が印加される。すなわち、１次側からみれば、２次側の電圧は、数１０Ｖ～数１００Ｖの交流電圧と１４０ｋＶの直流高電圧とが重畳されたものとなる。そのため、変圧器１０５においては、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間などに高信頼の絶縁構造が求められる。
　なお、図２に示した電気回路は、陰極１０２に－１４０ｋＶ程度の負電圧を印加する陽極接地型と呼ばれる回路であるが、陰極１０２に負電位を印加し、陽極１０３に正電位を印加する中性点接地型と呼ばれる回路も存在する。いずれにしても、変圧器１０５における１次巻線２１１と２次巻線２１２との間に数１０ｋＶを超える高電圧が印加されることには変わりない。
　例えば、特許文献１や特許文献２には、同様なフィラメント加熱用の変圧器の絶縁構造の例が開示されている。特許文献１には、沿面距離を確保するための溝、巻線表面の絶縁材、シールド構造などにより絶縁信頼性を高めることができることが記載されている。また、特許文献２には、１次巻線および２次巻線を樹脂モールドし、さらに、端子の構造を工夫することにより絶縁信頼性を高めることができることが記載されている。
米国特許　第７４９５５３９号明細書 特開２０１３－０７３８７１号公報
　安価で簡単な構造で絶縁信頼性の高い変圧器を実現するには、高い絶縁耐圧と可とう性を有する被覆線を巻線として用いればよい。しかしながら、絶縁耐圧が１４０ｋＶ程度の被覆線は、被覆厚さが１０ｍｍを超えるため、可とう性はあっても曲げにくく、直径の小さな鉄心に巻き付けにくい。また、絶縁耐圧が１４０ｋＶ程度の被覆線のほとんどは受注生産品であり、高価である。しかしながら、引用文献１，２に開示された発明では、このような変圧器を製造する上での課題については全く言及されていない。
　そこで、本発明の目的は、高い絶縁耐圧を確保しつつ、製造コストを低減することが可能な変圧器およびその変圧器を用いたＸ線装置を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本発明に係る変圧器は、鉄心と、前記鉄心に巻回され、交流電圧が入力される１次巻線と、前記鉄心に巻回され、交流電圧を出力する２次巻線と、を備え、前記２次巻線に、前記１次巻線に入力される交流電圧の変動値および前記２次巻線から出力される交流電圧の変動値のいずれの変動値よりも大きな直流電圧が印加される変圧器において、前記鉄心に前記１次巻線が巻回され、前記鉄心の前記１次巻線が巻回された外周部に前記２次巻線が巻回され、前記鉄心の前記１次巻線および前記２次巻線が巻回された外周部に前記１次巻線がさらに巻回されていることを特徴とする。
　本発明によれば、高い絶縁耐圧を確保しつつ、製造コストを低減することが可能な変圧器およびその変圧器を用いたＸ線装置が提供される。
本発明の第１の実施形態に係る変圧器の断面構造の例を模式的に示した図。 Ｘ線装置を構成するＸ線管のフィラメントを加熱する電気回路の例を示した図。 本発明の第２の実施形態に係る変圧器の断面構造の例を模式的に示した図。 本発明の第３の実施形態に係る変圧器の断面構造の例を模式的に示した図。 第３の実施形態に係る変圧器を用いて構成したＸ線管のフィラメントを加熱する電気回路の例を示した図。 本発明の第４の実施形態に係る変圧器の断面構造の例を模式的に示した図。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
≪第１の実施形態≫
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る変圧器１０５ａの断面構造の例を模式的に示した図である。すなわち、図１に示された変圧器１０５ａは、図２に示された電気回路の中に組み込まれている変圧器１０５の一実施形態である。
　本実施形態に係る変圧器１０５ａでは、鉄心２０１に絶縁材で構成されたボビン２０２を介して１次巻線２１１および２次巻線２１２が巻回されている。このとき、鉄心２０１に巻回される巻線の断面構造は、図１に示すように、３重構造であるとする。すなわち、鉄心２０１には、ボビン２０２を介して、まず、１次巻線２１１が巻回され、その１次巻線２１１の外周部に２次巻線２１２が巻回され、さらに、その２次巻線２１２の外周部に再度１次巻線２１１が巻回される。
　ここで、１次巻線２１１および２次巻線２１２は、いずれもＣｕなどからなる導線を絶縁材で被覆した被覆線により構成されるとするが、１次巻線２１１および２次巻線２１２それぞれの絶縁耐圧は、ほぼ同等であるものとする。その場合、１次巻線２１１および２次巻線２１２の絶縁耐圧を同等とするには、被覆材が同じで、径が同じ被覆線を用いるのが手っ取り早い。つまり、同じ仕様の被覆線を用いるのがよい。なお、ここでいう径が同じ被覆線とは、被覆材の厚みが同じ被覆線を意味するものとする。
　被覆線の被覆材としては、可とう性を有することが必須であり、変圧器１０５ａが絶縁油中に配置される場合には、絶縁油による劣化を受けにくい塩化ビニル、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどを主材料とした絶縁材であることが好ましい。また、変圧器１０５ａが大気中に配置される場合、絶縁材には特段の制限はなく、前記の材料の他、ポリエチレン、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴムなどを主材料とした絶縁材であってもよい。
　図１に示した１次巻線２１１および２次巻線２１２の巻線構造を有する変圧器１０５ａは、図２に示したフィラメント加熱用の変圧器１０５として用いられる。この場合、１次巻線２１１と２次巻線２１２とは絶縁されており、両者の間には、直流発生装置１０４で発生された、例えば、１４０ｋＶの直流高電圧が印加される。また、１次巻線２１１の両端には交流電源１０６による、例えば、数１０Ｖ～数１００Ｖ程度の交流電圧が印加され、さらに、２次巻線２１２の両端からは、例えば、数１０Ｖ～数１００Ｖ程度の交流電圧が出力される。したがって、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間に実際に印加される電圧は、直流発生装置１０４で発生される直流電圧に、１次巻線２１１および２次巻線２１２それぞれの両端に印加される交流電圧が重畳されたものとなる。
　しかしながら、１次巻線２１１および２次巻線２１２それぞれの両端に印加される数１０Ｖ～数１００Ｖ程度の交流電圧が変動する変動値（ピーク－ピーク値）は、１４０ｋＶという直流高電圧に比べると無視できるほど小さな値である。そのため、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間には、常に１４０ｋＶ程度の直流高電圧が印加されている状態にあるということができる。
　図１に示した１次巻線２１１および２次巻線２１２の巻線構造によれば、両者の巻線が接する絶縁材部分には、この１４０ｋＶ程度の直流高電圧により強い電界が発生する。本実施形態では、１次巻線２１１および２次巻線２１２として、同じ絶縁耐圧を有する被覆線、例えば、絶縁材が同じで径が同じ被覆線を用いているので、その電界は、それぞれの巻線の絶縁材部分に等分配される。
　すなわち、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間に、例えば、１４０ｋＶの電圧が印加されるとすれば、それぞれの巻線の絶縁耐圧は７０ｋＶあればよい。２次巻線２１２の絶縁耐圧が１４０ｋＶである必要はない。ちなみに、１４０ｋＶの絶縁耐圧を得るには、被覆線の絶縁材被膜の厚さは１０ｍｍを超えるが、絶縁耐圧７０ｋＶであれば、その被膜の厚さは５～６ｍｍ程度で済む。被膜線の被膜の厚さが薄くなれば、当然ながら曲げやすくなるので、径の小さな巻線構造を実現するのが容易となる。また、絶縁耐圧７０ｋＶ程度の被覆線であれば、特注することなく、標準品として市販されている。
　つまり、本実施形態に係る変圧器１０５ａでは、例えば、１４０ｋＶという高い絶縁耐圧を確保した上で、１次巻線２１１および２次巻線２１２巻線の製造が容易化されるとともに、変圧器１０５ａ自体の大きさも小型化される。よって、本実施形態は、変圧器１０５ａの製造コストを低減する効果を奏する。
　さらに、本実施形態では、２次巻線２１２が１次巻線２１１に囲まれた構造となっている。したがって、２次巻線２１２に印加される直流高電圧は、１次巻線２１１によって遮蔽される。その結果、直流高電圧が印加される２次巻線２１２と鉄心２０１との間、さらには、２次巻線２１２と変圧器１０５ａの外側に配置される部品や筐体との間の絶縁信頼性を向上させることができる。
　また、特許文献１に開示された変圧器、すなわち、沿面距離を確保した特殊な形状のボビンで１次巻線と２次巻線を分離し、さらにシールドや絶縁材で１次巻線と２次巻線との間の絶縁性能を補強した変圧器に比べると、次のような効果を期待することができる。すなわち、特許文献１に開示された変圧器では、１次巻線および２次巻線がそれぞれ定められた空間に巻回され、かつ、絶縁材などで覆われた構造となっているので、熱伝導が阻害され、巻線の冷却性能が低下する。それに対し、本実施形態では、ボビン２０２は、開放的な構造となっているため、とくに変圧器１０５ａが絶縁油中に設置されるような場合には、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間に絶縁油が流動する隙間を設けることが可能となる。その場合、巻線の冷却性能を向上させることができるので、１次巻線２１１および２次巻線２１２に使用する被覆線の絶縁材として、耐熱温度の低い絶縁材でも使用可能となる。
≪第２の実施形態≫
　図３は、本発明の第２の実施形態に係る変圧器１０５ｂの断面構造の例を模式的に示した図である。図３に示すように、第２の実施形態に係る変圧器１０５ｂの構造は、図１に示した第１の実施形態に係る変圧器１０５ａの構造から、２次巻線２１２の外側に巻回された１次巻線２１１を省略したものとなっている。しかしながら、本実施形態でも、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間には、第１の実施形態の場合と同様に、例えば、１４０ｋＶ程度の高電圧が印加されることには変わりがない。
　したがって、本実施形態でも、第１の実施形態の場合と同様に、１次巻線２１１および２次巻線２１２それぞれの絶縁耐圧は、ほぼ同等であるものとし、それぞれの巻線として、例えば、被覆材が同じで、径が同じ被覆線を用いるものとする。こうすることにより、１次巻線２１１と２次巻線２１２との間に、例えば１４０ｋＶの高電圧が印加される場合であっても、絶縁耐圧が７０ｋＶの被覆線を使用することができる。
　すなわち、第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様に、所定の絶縁耐圧を確保した上で、１次巻線２１１および２次巻線２１２として、被覆の厚みができるだけ薄い被覆線の使用が可能となる。よって、変圧器１０５ｂの製造コストを低減することができる。
　ただし、第２の実施形態では、２次巻線２１２の外側には１次巻線２１１が巻回されていないため、２次巻線２１２に印加される直流高電圧は、必ずしも遮蔽される構造とはなっていない。したがって、その分、絶縁耐圧の信頼性は低下するが、一方で、巻線構造が簡略化される利点により、変圧器１０５ｂの製造コストがより大きく低減される。
　なお、２次巻線２１２の外側に１次巻線２１１が巻回されないことに伴う絶縁耐圧の信頼性の低下を防止するために、２次巻線２１２の外側にシート状の絶縁材（図示せず）を巻回してもよい。その絶縁材としては、例えば、塩化ビニル、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴム、絶縁紙、エポキシ樹脂を主材料とした絶縁材を用いることができる。
≪第３の実施形態≫
　図４は、本発明の第３の実施形態に係る変圧器１０５ｃの断面構造の例を模式的に示した図、また、図５は、第３の実施形態に係る変圧器１０５ｃを用いて構成したＸ線管のフィラメントを加熱する電気回路の例を示した図である。
　図４に示すように、第３の実施形態に係る変圧器１０５ｃの構造は、第１の実施形態に係る変圧器１０５ａ（図１参照）の構造において、２次巻線２１２が巻回された鉄心２０１の位置とは異なる位置に追加１次巻線２１１ｂが巻回された構造となっている。すなわち、１次巻線２１１は、２次巻線２１２が巻回された鉄心２０の位置と略同じ位置に２次巻線２１２を囲むように巻回された主１次巻線２１１ａと、前記の追加１次巻線２１１ｂとに分割されて構成されるものとしている。したがって、当然ではあるが、主１次巻線２１１ａと追加１次巻線２１１ｂとは、図５に示すように、直列に接続される。なお、このような構造の変圧器１０５ｃは、２次巻線２１２を囲んで巻回された主１次巻線２１１ａだけでは必要な巻回数に達しない場合に採用される。
　本実施形態では、主１次巻線２１１ａと２次巻線２１２との間には、第１の実施形態の場合と同様に、例えば、１４０ｋＶ程度の高電圧が印加される。したがって、本実施形態でも、第１の実施形態の場合と同様に、主１次巻線２１１ａおよび２次巻線２１２それぞれの絶縁耐圧は、ほぼ同等であるものとし、それぞれの巻線として、例えば、被覆材が同じで、径が同じ被覆線を用いるものとする。一方、追加１次巻線２１１ｂには高電圧が印加されることはない。そこで、追加１次巻線２１１ｂを構成する被覆線は、主１次巻線２１１ａを構成する被覆線と同等のものである必要はなく、被覆材の厚みが小さい、すなわち、被覆材の径が小さいものであってもよい。
　なお、主１次巻線２１１ａと追加１次巻線２１１ｂとの接続箇所は、追加１次巻線２１１ｂの外部に設けることが好ましい。また、その接続箇所は、塩化ビニル、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴム、絶縁紙、エポキシ樹脂を主材料とした絶縁材料で絶縁補強することが好ましい。
　以上、本実施形態でも、第１の実施形態の場合と同様に、所定の高い絶縁耐圧を確保した上で、変圧器１０５ｃの製造コストを低減することができる。
　なお、以上に説明した変圧器１０５ｃは、第１の実施形態に係る変圧器１０５ａの鉄心２０１に追加１次巻線２１１ｂを追加したものとなっているが、第２の実施形態に係る変圧器１０５ｂの鉄心２０１に追加１次巻線２１１ｂを追加したものであってもよい。
≪第４の実施形態≫
　図６は、本発明の第４の実施形態に係る変圧器１０５ｄの断面構造の例を模式的に示した図である。図６に示すように、第４の実施形態に係る変圧器１０５ｄの構造は、図４に示した第３の実施形態に係る変圧器１０５ｃの構造における主１次巻線２１１ａと２次巻線２１２との間にシート状絶縁材２０３を追加したものとなっている。
　シート状絶縁材２０３は、変圧器１０５ｄが絶縁油中に配置される場合には、絶縁油による劣化を受けにくい塩化ビニル、フッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどを主材料とした絶縁材であることが好ましい。また、変圧器１０５ｄが大気中に配置される場合には、その絶縁材に特段の制限はない。
　本実施形態では、主１次巻線２１１ａと２次巻線２１２との間にシート状絶縁材２０３を追加したことにより、主１次巻線２１１ａと２次巻線２１２との間にかかる電圧に対する絶縁耐圧を、シート状絶縁材２０３にも分担させることができる。したがって、主１次巻線２１１ａおよび２次巻線２１２をそれぞれ構成する被覆線の被覆材の厚み、すなわち、被覆線の径をより小さくすることができる。
　本実施形態でも、第１の実施形態の場合と同様に、所定の高い絶縁耐圧を確保した上で、変圧器１０５ｄの製造コストを低減することができる。
　なお、以上の変圧器１０５ｄは、第３の実施形態に係る変圧器１０５ｃ（図４参照）における主１次巻線２１１ａと２次巻線２１２との間にシート状絶縁材２０３を追加したものとなっているが、シート状絶縁材２０３を追加する対象はこれに限定されない。第１の実施形態に係る変圧器１０５ａ（図１参照）または第２の実施形態に係る変圧器１０５ｂ（図３参照）における１次巻線２１１と２次巻線２１２との間にシート状絶縁材２０３を追加したものであってもよい。
≪第５の実施形態≫
　第５の実施形態に係る変圧器１０５（図示省略）は、前記第１～第４の実施形態のいずれにも適用可能なものであり、１次巻線２１１および２次巻線２１２の両方またはその一方の巻線を構成する被覆線は、さらに円筒状の絶縁チューブで覆われた構造をしている。すなわち、この場合に用いられる巻線は、Ｃｕなどからなる導線が第１の被覆材によって被覆され、その導線を被覆した第１の被覆材がさらに第２の被覆材（絶縁チューブ）によって被覆されるという２重構造をしていることを特徴とする。
　このとき、第１の被覆材と第２の被覆材は、材料や材質は同じであってもよいが、物理的には別々のものであるとする。そして、第１の被覆材と第２の被覆材とは、互いに接着することも、融着することもしないものであることが好ましい。ここで、導線と第１の被覆材と第２の被覆材とを合わせた被覆線の径が例えば６ｍｍであったとする。この被覆線を、導線が１つの被覆材によって被覆され、径が同じ６ｍｍの被覆線と比較する。なお、このとき、被覆材の材料は、いずれも同じであるとする。
　この場合、被覆材の材料および厚みが同じであることから、両者の絶縁耐圧は、ほぼ同じになる。しかしながら、本実施形態のように被覆材が２重構造をしている被覆線では、その被覆線を曲げたとき、第１の被覆材と第２の被覆材との接触面が容易にズレあうことができるので、被覆材が１重構造をしている被覆線よりも曲げやすい。すなわち、本実施形態に係る２重構造の被覆線を１次巻線２１１および２次巻線２１２の少なくとも一方に用いた場合には、その巻線製造が容易となり、また小型化も可能となる。
　よって、第５の実施形態に係る変圧器１０５は、所定の高絶縁耐圧を確保した上で、変圧器１０５の製造コストを低減することができるという効果を奏する。
　以上、第１の実施形態～第５の実施形態に係る変圧器１０５（１０５ａ～１０５ｄ）は、Ｘ線管１０１のフィラメントを加熱する電気回路（図２、図５参照）で用いられる。さらに、これらの変圧器１０５（１０５ａ～１０５ｄ）、Ｘ線管１０１およびＸ線管１０１のフィラメントを加熱する電気回路は、Ｘ線撮影装置、Ｘ線ＣＴ装置などＸ線を発生する装置であるＸ線装置の一部を構成することとなる。
　なお、第１の実施形態～第５の実施形態に係る変圧器１０５（１０５ａ～１０５ｄ）は、以上のようにＸ線装置で用いられるたけでなく、２次巻線に直流高電圧が印加される変圧器であれば、どのような用途でも用いることができる。例えば、電子顕微鏡のフィラメント加熱用の電気回路で用いることもできるし、また、インバータなど電力変換器の電気回路でも用いることができる。
　本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。
　１０１　Ｘ線管
　１０２　陰極（フィラメント）
　１０３　陽極
　１０４　直流発生装置
　１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ　変圧器
　１０６　交流電源
　１１１　熱電子
　１１２　Ｘ線
　２０１　鉄心
　２０２　ボビン
　２０３　シート状絶縁材
　２１１　１次巻線
　２１１ａ　主１次巻線（第１の１次巻線部）
　２１１ｂ　追加１次巻線（第２の１次巻線部）
　２１２　２次巻線

Claims (7)

  1. 　鉄心と、
    　前記鉄心に巻回され、交流電圧が入力される１次巻線と、
    　前記鉄心に巻回され、交流電圧を出力する２次巻線と、
    　を備え、
    　前記２次巻線に、前記１次巻線に入力される交流電圧の変動値および前記２次巻線から出力される交流電圧の変動値のいずれの変動値よりも大きな直流電圧が印加される変圧器において、
    　前記鉄心に前記１次巻線が巻回され、前記鉄心の前記１次巻線が巻回された外周部に前記２次巻線が巻回され、前記鉄心の前記１次巻線および前記２次巻線が巻回された外周部に前記１次巻線がさらに巻回されていること
    　を特徴とする変圧器。
  2. 　請求項１に記載の変圧器において、
    　前記１次巻線を構成する被覆線の被覆部および前記２次巻線を構成する被覆線の被覆部は、いずれもほぼ同じ厚み有し、同じ絶縁材で構成されていること
    　を特徴とする変圧器。
  3. 　請求項１に記載の変圧器において、
    　前記鉄心に巻回された前記１次巻線とその外周部に巻回された前記２次巻線との間、および、前記２次巻線とその外周部に巻回された前記１次巻線との間には、シート状絶縁材が設けられていること
    　を特徴とする変圧器。
  4. 　請求項１に記載の変圧器において、
    　前記１次巻線は、前記２次巻線が巻回された前記鉄心の位置と略同じ位置に巻回された第１の１次巻線部と、前記２次巻線が巻回された前記鉄心の位置と異なる位置に巻回された第２の１次巻線部とにより構成されること
    　を特徴とする変圧器。
  5. 　請求項４に記載の変圧器において、
    　前記第２の１次巻線部を構成する被膜線の被膜部の厚みは、前記第１の１次巻線部を構成する被膜線の被膜部の厚みよりも薄いこと
    　を特徴とする変圧器。
  6. 　鉄心と、
    　前記鉄心に巻回され、交流電圧が入力される１次巻線と、
    　前記鉄心に巻回され、交流電圧を出力する２次巻線と、
    　を備え、
    　前記２次巻線に、前記１次巻線に入力される交流電圧の変動値および前記２次巻線から出力される交流電圧の変動値のいずれの変動値よりも大きな直流電圧が印加される変圧器において、
    　前記鉄心に前記１次巻線が巻回され、前記鉄心の前記１次巻線が巻回された外周部に前記２次巻線が巻回され、
    　前記１次巻線を構成する被覆線の被覆部および前記２次巻線を構成する被覆線の被覆部は、いずれもほぼ同じ厚み有し、同じ絶縁材で構成されていること
    　を特徴とする変圧器。
  7. 　Ｘ線を発生するＸ線管と、請求項１に記載の変圧器と、を少なくとも備え、
    　前記変圧器の２次側出力端子が前記Ｘ線管の陰極端子に接続されていること
    　を特徴とするＸ線装置。
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