JP2004281170A

JP2004281170A - Ｘ線管用高電圧装置

Info

Publication number: JP2004281170A
Application number: JP2003069437A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Watanabe; 清美渡邊
Original assignee: Origin Electric Co Ltd
Current assignee: Origin Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】アノード接地型で超高電圧のＣＴ用Ｘ線高電圧発生回路などにおける電気絶縁構造を簡易化し、かつ大幅に小型化すること。
【解決手段】入力交流電圧を昇圧する高電圧トランスと、その２次巻線に接続された高電圧整流回路と、複数の抵抗を直列接続してなる高電圧検出回路と、高電圧管球のフィラメントに給電するフィラメント回路とで構成された管球用高電圧装置において、前記フィラメント回路は、縦属接続されたフィラメントトランスで構成され、これらフィラメントトランスそれぞれが電圧分担する電圧をほぼ均等にする電位点に、それぞれの前記各フィラメントトランスの縦属接続点を接続した管球用高電圧装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レントゲン用Ｘ線装置又はＣＴ用Ｘ線装置などの高電圧発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管用高電圧装置、例えばレントゲン用Ｘ線装置、又はＣＴ用Ｘ線装置の高電圧発生装置は、通常、中性点接地方式であり、正極＋７５ｋＶ、負極−７５ｋＶの正負２出力を有する高電圧発生部を有する。また、陽極接地のＣＴ用Ｘ線装置のように−１４０ｋＶの負極出力のみの例もある。どのような形式でも、これらの高電圧発生装置の負極にはＸ線管のフィラメントが接続されるので、フィラメントトランスを備えなければならない。このトランスは、通常は−７５ｋＶ又は−１４０ｋＶ以上の耐圧が必要であり、ＵＬ規格ではそれら電圧の１．２５倍の電圧、−９０ｋＶ又は−１７５ｋＶの高電圧に耐えなければならない。したがって、このようなフィラメントトランスは電気絶縁のために大型となり、高電圧発生装置を小型化する上での大きな障害となっている。
【０００３】
このような問題点を解決するものとして、既に本件出願人が下記特許文献１でその技術を開示している。この技術は従来の大きな高電圧トランスを複数に分割して高電圧トランスを小型化し、それら小型の高電圧トランスを縦属接続することにより、装置全体をコンパクトにしながら所定の高電圧を得るというものである。
【０００４】
【特許文献１】特公昭６２−３５３４９号公報（第２頁、図２）
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術によれば、高電圧トランスの小型化は可能であるが、満足できるほど小型化ができないということが分かった。その理由は、実際に複数の高電圧トランスを直列接続した場合、それぞれの高電圧トランスの分担する電圧が、それらの位置による浮遊容量の大きさの違い、製造のバラツキなどによってかなり異なることがあり、十分な余裕をみなければ分担電圧の大きな高電圧トランスが絶縁破壊を起こすなどの問題があったからである。
【０００６】
【本発明の基本的な考え方】本発明のフィラメントトランスの電気絶縁構造に対する基本的考え方は、絶縁破壊貫通電圧や沿面絶縁破壊電圧は、絶縁距離に正比例せず、ほぼ１／２乗に比例するので、フィラメントトランスを複数に分割して縦続接続すると共に、個々のフィラメントトランスにほぼ均等に電圧分担させることで、個々のトランスの絶縁構造を簡易にし、大幅に小型化することにある。
【０００７】
例えば、具体的には、１７５ｋＶの絶縁距離をＬとすると、フィラメントトランスを４個縦属接続すると共に、個々のフィラメントトランスの電圧分担を均一化する手段を備えることにより、１個あたり、ほぼ４３．７５ｋＶの電圧となる。したがって、フィラメントトランス１個当たりの絶縁距離は（４３．７５／１７５）の２乗×Ｌ＝０．０６２５Ｌとなり、フィラメントトランス４個では０．２５Ｌとなるので、全体で１／４の電気絶縁距離で済むことになる。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記問題点を解決するため、本願請求項１記載の発明は、交流電圧が供給される１次巻線と昇圧された交流電圧を生じる２次巻線とを有する高電圧トランスと、
前記２次巻線に接続された高電圧整流回路と、複数の抵抗を直列接続してなる高電圧検出回路と、Ｘ線管のフィラメントに給電するフィラメント回路とで構成されたＸ線管用高電圧装置において、前記フィラメント回路は、隣り合うフィラメントトランスの１次巻線と２次巻線とが直列接続される複数の縦属接続されたフィラメントトランスで構成され、これらフィラメントトランスそれぞれが電圧分担する電圧をほぼ均等にする電位点に、それぞれの前記各フィラメントトランスの縦属接続点を接続したＸ線管用高電圧装置を提供するものである。
【０００９】
このように構成したＸ線管用高電圧装置においては、従来の１個の大きなフィラメントトランスを小さい複数のフィラメントトランスに分割して縦続接続し、それらの分担電圧を均一化しているので、装置全体の電気絶縁構造を簡易化し、かつ大幅な小型化ができる。
【００１０】
また本願請求項２は、請求項１において、前記高電圧検出回路は、前記フィラメントトランスの直列個数に対応する個数の抵抗回路を直列接続してなり、前記各抵抗回路の直列接続点を上記フィラメントトランスの縦属接続点に電位順に接続して、前記フィラメントトランスの各電圧を均等に分担させるＸ線管用高電圧装置を提供するものである。
【００１１】
このように構成したＸ線管用高電圧装置においては、装置に必須不可欠な高電圧検出回路を利用して、縦続接続した複数のフィラメントトランスの分担電圧の均一化を図っており、特別な電圧分担均等手段を設ける必要がなく、経済的であると同時に、装置の小型化に役立っている。
【００１２】
本願請求項３は、請求項１において、前記高電圧整流回路は、複数のコンデンサと複数のダイオードを組み合わせてなる交流コラムと直流コラムとで構成される多段倍電圧整流回路であり、前記直流コラムの倍電圧電位点を前フィラメントトランスの縦属接続点に電位順に接続して、前記フィラメントトランスの各電圧を均等に分担させるＸ線管用高電圧装置を提供するものである。
【００１３】
このように構成したＸ線管用高電圧装置においては、装置に必須不可欠な高電圧整流回路として多段倍電圧整流回路を用い、これを利用して縦続接続した複数のフィラメントトランスの分担電圧の均一化を図っているので、特別な電圧分担均等手段を設ける必要がなく、経済的であると同時に、装置の小型化に役立っている。
【００１４】
本願の請求項４は、請求項３において、前記交流コラム側の各コンデンサに直列に放電保護用抵抗をそれぞれ接続したＸ線管用高電圧装置を提供するものである。
【００１５】
このように構成したＸ線管用高電圧装置においては、高電圧整流回路として多段倍電圧整流回路を用い、これを利用して縦続接続した複数のフィラメントトランスの分担電圧の均一化を図る場合の問題点、つまりＸ線管の放電時に最高電位の位置に接続されたフィラメントトランスに大きな電圧がかかって絶縁破壊が生じるという問題を解決できる。
【００１６】
本願請求項５は、請求項３において、前記高電圧ダイオードに直列に放電保護用抵抗をそれぞれ接続したＸ線管用高電圧装置を提供するものである。
【００１７】
このように構成したＸ線管用高電圧装置においても、請求項４と同様な効果を奏する。
【００１８】
本願請求項６は、請求項３ないし請求項５のいずれかにおいて、縦続接続された複数の前記フィラメントトランスは柱状に配列され、ほぼ電位傾度の等しい前記多段倍電圧整流回路、又は前記高電圧検出回路の近傍に沿って配置されるＸ線管用高電圧装置を提供するものである。
【００１９】
このように構成したＸ線管用高電圧装置においては、柱状に配列された前記フィラメントトランスと前記多段倍電圧整流回路、又は前記高電圧検出回路との電位傾度がほぼ等しいので、前記フィラメントトランスを前記多段倍電圧整流回路、又は前記高電圧検出回路の近傍に沿って配置でき、したがって、このことが更に小型化に寄与している。
【００２０】
【本発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この実施例によるアノード接地型Ｘ線ＣＴ装置の電力供給回路を示す。基本的には、交流電源１、交流電源１の交流電圧を整流する整流回路２、直流電圧を高周波交流電圧に変換する高電圧用インバータ回路３、同様に直流電圧を高周波交流電圧に変換するフィラメント用インバータ回路４、及び高電圧発生回路５からなり、Ｘ線管６のカソード、すなわちフィラメントＦに高電圧とフィラメント電力を供給する。なお、Ｘ線管６のアノードＡは接地され、一例としてフィラメントＦには耐圧試験時１７５ｋＶが供給される。
【００２１】
ここで、高電圧用インバータ回路３とフィラメント用インバータ回路４は３相２００Ｖの商用交流電源などを入力とし、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚでスイッチング動作を行う高周波インバータ回路であり、慣用技術なので説明を省略する。
【００２２】
高電圧発生回路５は、高電圧用インバータ回路３の高周波出力に接続された高電圧トランス１１、その２次高電圧巻線１２に接続された負極出力のコッククロフト・ウォルトン回路と呼ばれる周知の多段倍電圧整流回路（以下、ＣＷ回路という）１３、ＣＷ回路１３の出力に接続された放電保護用抵抗１４、フィラメント用インバータ回路４に１次巻線Ａｎ１が接続された初段のフィラメントトランス１５Ａ、これに縦属接続された３個のフィラメントトランス１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、最終段のフィラメントトランス１５Ｄの２次側と放電保護用抵抗１４の他極とに接続された高電圧出力コネクタ１６、さらにＣＷ回路１３の高電圧出力を検出し、高電圧用インバータ回路２にフィードバックして高電圧出力を安定化する高電圧検出器１７などからなる。高電圧出力コネクタ１６は、Ｘ線管６のフィラメントＦに接続される。
【００２３】
ここで、縦属接続とは、フィラメントトランス１５Ａの２次巻線Ａｎ２とフィラメントトランス１５Ｂの１次巻線Ｂｎ１とが直列接続され、フィラメントトランス１５Ｂの２次巻線Ｂｎ２とフィラメントトランス１５Ｃの１次巻線Ｃｎ１とが直列接続され、そしてフィラメントトランス１５Ｃの２次巻線Ｃｎ２とフィラメントトランス１５Ｄの１次巻線Ｄｎ１とが直列接続されることをいう。必要に応じてコンデンサ又は抵抗などがそれらの間に介在してもよい。
【００２４】
この実施例の高電圧検出器１７は、フィラメントトランス１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄの個数に対応する４個の抵抗回路１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄからなる。各抵抗回路は、図面では単一の抵抗器で示されているが、実際には複数個の抵抗器を直列接続したもの、又は単一の高電圧抵抗器、あるいは各抵抗回路１７Ａ〜１７Ｄの電圧を均一にするためのコンデンサを前記複数の抵抗器それぞれに並列接続したものなどから構成される。そして、直列接続された抵抗回路１７Ａ〜１７Ｄの直列接続点Ａ、Ｂ、Ｃが電位の低い順に、対応するフィラメントトランス１５Ａと１５Ｂとの縦属接続点ａ、フィラメントトランス１５Ｂと１５Ｃとの縦属接続点ｂ、フィラメントトランス１５Ｃと１５Ｄとの縦属接続点ｃに接続される。
【００２５】
また、ＣＷ回路１３は通常の回路構成のものであり、４個の直流コラム側のコンデンサ１８Ａ〜１８Ｄ、４個の交流コラム側のコンデンサ１９Ａ〜１９Ｄ、各コンデンサ間に跨って接続された８個の高電圧ダイオード２０Ａ〜２０Ｈで構成されている。慣用技術であるので、詳細な説明は省略するが、コンデンサ１９Ａだけは高電圧トランス１１の２次巻線１２の電圧のほぼピーク値Ｅに充電され、他のコンデンサ１９Ｂ〜１９Ｄ、１８Ａ〜１８Ｄはトランス１１の２次巻線電圧のほぼピーク値の２倍の電圧２Ｅに充電され、最終出力として８Ｅの高電圧を出力する。
【００２６】
放電保護用抵抗１４は、Ｘ線管６の放電事故で、コンデンサ１８Ａ〜１８Ｄ、１９Ａ〜１９Ｄの電荷が高電圧ダイオード２０Ａ〜２０Ｈを通して一瞬に放電され、過電流によりこれら高電圧ダイオードが破壊されるのを防止し、保護するため、放電電流を制限するためのものである。
【００２７】
この実施例では、フィラメント用インバータ回路４が不図示のＸ線制御装置の電位レベル、すなわち人間が操作、接触する接地電位レベルにあるので、４個のフィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄに実質的にすべての高電圧が印加される。
【００２８】
しかし、上述したように、フィラメントトランス１個の電圧分担は高圧出力電圧の１／４、約４４ｋＶとなり、フィラメントトランス１個当たりの絶縁距離は１／１６となるから、従来のように大きな１個のフィラメントトランスで全電圧を耐えるよりも、総合的に小型となることが分かる。
【００２９】
ここで、重要なことはフィラメントトランスの単なる縦属接続では、各フィラメントトランスが均等に高電圧を分担できず、小型化の障害になっていたが、この実施例では、隣り合うフィラメントトランス同士の縦属接続点ａ、ｂ、ｃを、フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄの個数と同数の組に分割された高電圧検出器１７の各抵抗回路１７Ａ〜１７Ｄの直列接続点Ａ、Ｂ、Ｃに低電位側から順に接続する。このようにすれば、高電圧検出器１７の各抵抗回路１７Ａ〜１７Ｄは同じ電圧を分担しているので、フィラメントトランスも同じ電圧を分担し、特別な電気絶縁手段を施すことなく互いに近傍に配置させることができる。
【００３０】
つまり、この実施例では欠かすことのできない高電圧検出器１７を用いて、本来の高電圧検出を行うと同時に、縦属接続された複数のフィラメントトランスの分担電圧を均一化しており、特別な手段を付加する必要が無いので、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３１】
なお、フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄは全て同一でもよいが、フィラメントトランス１５Ａのみがフィラメント用インバータ回路４で駆動されるので、他のフィラメントトランス１５Ｂ〜１５Ｃとは巻数などが別のものを用い、他のフィラメントトランス１５Ｂ〜１５Ｃを全て同一構造、巻数とするのが、製作上、有利である。
【００３２】
次に図２に、図１に示した回路構成の高電圧発生回路４におけるＣＷ回路１３、フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄ、高電圧検出器１７の実装例を示す。図１に示した記号と同一の記号は相当する部材を示すものとする。
【００３３】
フィラメントトランスについては、ほぼ同じ構造であるので、フィラメントトランス１５Ａで説明する。ＵＵ型フェライトコア３１の片脚に１次巻線を巻き、電気絶縁してその上に同心円状に２次巻線３２を巻いた構造である。したがって、１次巻線は図面上では見えない。小型のフィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄを縦属接続したフィラメントトランスは、従来のように１個の大きなフィラメントトランスとならず、細長い柱状の構造となる。
【００３４】
フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄの電位勾配が、１本の棒状に配列された電圧検出抵抗１７Ａ〜１７Ｄ、又はＣＷ回路１３の直流コラムの電位勾配とほぼ等しくなるように、フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄをほぼ等しい高さの柱状に配列している。このように配列することにより、電圧検出抵抗１７Ａ〜１７Ｄ、又はＣＷ回路１３の直流コラム近傍に沿って配置でき、全体実装でも小型化できる利点がある。
【００３５】
図３は本発明の他の１実施例を示す。図１で用いた記号と同じ記号は相当する部材を示すものとする。フィラメントトランス１７の従属接続個数をＣＷ回路１３の段数ｎの１／ｍ（ｍは自然数）にする。すなわち、４個のフィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄを従属接続する場合には、４段の整数倍の段数をもつＣＷ回路１３とする。この実施例では、４段のＣＷ回路１３と４個のフィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄとを用い、それらの縦属接続点ａ、ｂ、ｃをＣＷ回路１３の各段の直流コラムを構成するコンデンサ１８Ａ〜１８Ｄの対応する直列接続点Ａ、Ｂ、Ｃに電位の低い順に接続する。
【００３６】
これによりフィラメントトランスの電位分担はＣＷ回路１３の直列接続点Ａ、Ｂ、Ｃと同電位となり、ほぼ均一化される。したがって、フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄは、それぞれ高電圧トランス１１の２次巻線１２のほぼピーク値Ｅの２倍にほぼ等しい電圧２Ｅ程度の耐圧を有するように１次巻線と２次巻線間の絶縁を設計する。しかし、実際にはＣＷ回路１３のレギュレーションでコンデンサ１８Ａ〜１８Ｄの電圧は高電圧部に行くほど低下するが、通常では１０％以下なので問題とはならず、ほぼ均等に電圧分担されると言える。
【００３７】
この実施例では、さらに、放電保護用抵抗を第１の実施例のように点Ｐに接続せずに、４個の放電保護用抵抗２１Ａ〜２１Ｄを用い、交流アームの各コンデンサ１９Ａ〜１９Ｄのそれぞれに直列接続し、分割配置する。
【００３８】
この理由を説明する。もし、図１の実施例のように図３のＰ点である高電圧出力に一括して放電保護用抵抗を接続すると、最終段のフィラメントトランス１５Ｄの１次巻線Ｄｎ１と２次巻線Ｄｎ２とは、放電保護用抵抗に跨って接続されることになる。この結果、Ｘ線管６の放電時には、交流アームのコンデンサ１９Ａ〜１９Ｄの全電圧が高電圧ダイオード２０Ｈを通して一括の放電保護用抵抗に印加され、同時に最終段のフィラメントトランス１５Ｄの１次巻線Ｄｎ１と２次巻線Ｄｎ２間に全部の高電圧が印加されるので、フィラメントトランス１５Ｄが絶縁破壊を起こす。
【００３９】
これを防止するため、前述の一括の放電保護用抵抗を４個に分割してそれぞれの放電保護用抵抗２１Ａ〜２１Ｄを交流アームのコンデンサ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄに直列接続し、高電圧ダイオード２０Ｈを流れる電流を制限している。したがって、Ｘ線管６の放電時にも、フィラメントトランス１５Ａ〜１５Ｄの電圧分担の均等化がくずれることもない。なお、コンデンサ容量が小さく、高電圧ダイオードが破損する危険がない場合には、放電保護用抵抗自体が不要である。
【００４０】
また、前記放電保護用抵抗の位置は必ずしも交流コンデンサ１９Ａ〜１９Ｄと直列である必要はなく、各高電圧ダイオード２０Ａ〜２０Ｈにそれぞれ直列接続してもよい。
【００４１】
なお、高電圧発生回路５は通常、絶縁油中、又はシリコンゴムなどの絶縁媒体中に実装されるのが通常である。また、多段倍電圧整流回路１３をコッククロフト・ウォルトン回路として説明したが、シェンケル回路など同様な回路構成のものであってももちろんよい。
【００４２】
以上の実施例では、いずれも多段倍電圧整流回路の段数、フィラメントトランスの縦属接続段を４段で説明したが、これ以外の段数でも勿論よい。例えば、多段倍電圧整流回路の段数が８段で、フィラメントトランスが４個の場合には、各フィラメントトランスは、高電圧トランス１１の２次巻線１２のほぼピーク値Ｅの４倍にほぼ等しい電圧４Ｅを分担することになり、電圧４Ｅ以上の耐圧を持つように１次巻線と２次巻線間の絶縁が設計される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線管用高電圧装置、特にアノード接地型の超高圧ＣＴ用Ｘ線高電圧発生回路などにおけるフィラメントトランスの絶縁構造を簡易化し、かつ大幅な小型化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線管用高電圧装置の回路構成の１実施例を示す。
【図２】本発明に係る高電圧発生部の各回路部品の配置例を示す。
【図３】本発明に係るＸ線管用高電圧装置の回路構成の他の実施例を示す。
【符号の説明】
１…交流電源
２…高電圧用インバータ回路
３…フィラメント用インバータ回路
４…高電圧発生回路
５…Ｘ線管
６…整流回路
１１…高電圧トランス
１３…多段倍電圧整流回路
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ…フィラメントトランス
１７…高電圧検出回路
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ…高電圧検出回路１７の抵抗回路

Claims

交流電圧が供給される１次巻線と昇圧された交流電圧を生じる２次巻線とを有する高電圧トランスと、
前記２次巻線に接続された高電圧整流回路と、
複数の抵抗を直列接続してなる高電圧検出回路と、
Ｘ線管のフィラメントに給電するフィラメント回路と、
で構成されたＸ線管用高電圧装置において、
前記フィラメント回路は、隣り合うフィラメントトランスの１次巻線と２次巻線とが直列接続される複数の縦属接続されたフィラメントトランスで構成され、これらフィラメントトランスそれぞれが電圧分担する電圧をほぼ均等にする電位点に、それぞれの前記各フィラメントトランスの縦属接続点を接続したことを特徴とするＸ線管用高電圧装置。
請求項１において、
前記高電圧検出回路は、前記フィラメントトランスの直列個数に対応する個数の抵抗回路を直列接続してなり、前記各抵抗回路の直列接続点を上記フィラメントトランスの縦属接続点に電位順に接続して、前記フィラメントトランスの各電圧を均等に分担させることを特徴とするＸ線管用高電圧装置。
請求項１において、
前記高電圧整流回路は、複数のコンデンサと複数のダイオードを組み合わせてなる交流コラムと直流コラムとで構成される多段倍電圧整流回路であり、前記直流コラムの倍電圧電位点を前フィラメントトランスの縦属接続点に電位順に接続して、前記フィラメントトランスの各電圧を均等に分担させることを特徴とするＸ線管用高電圧装置。
請求項３において、
前記交流コラム側の各コンデンサに直列に放電保護用抵抗をそれぞれ接続したことを特徴とするＸ線管用高電圧装置。
請求項３において、
前記高電圧ダイオードに直列に放電保護用抵抗をそれぞれ接続したことを特徴とするＸ線管用高電圧装置。
請求項３ないし請求項５のいずれかにおいて、
縦続接続された複数の前記フィラメントトランスは柱状に配列され、ほぼ電位傾度の等しい多段倍電圧整流回路、又は前記高電圧検出回路の近傍に沿って配置されることを特徴とするＸ線管用高電圧装置。