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技術 回転陽極X線管球の回転陽極を加速及び減速する回路配置からなるX線装置

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 ゲルトヴォグラー
出願日 1995年2月20日 (25年2ヶ月経過) 出願番号 1995-030859
公開日 1995年10月13日 (24年6ヶ月経過) 公開番号 1995-263177
状態 特許登録済
技術分野 X線技術
主要キーワード 減速フェーズ ブリッジ配置 不作動化 脈動直流電圧 光学結合器 交番電源 公称速度 スイッチング部材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年10月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

目的

多数のスイッチ及び別の電源が必要とされない簡単化されたX線装置を提供する。

構成

本発明は加速モード位相シフトされた交番電圧回転陽極に対する駆動モーター固定子巻線印加されえ、減速モード直流電圧が少なくとも1つの巻線に作用する回転陽極X線管球の回転陽極を加速及び減速する回路配置からなり、加速モード及び減速モードに対する制御装置を更に含むX線装置に関する。特に簡単な構成は少なくとも1つの固定子巻線が第一の動作状態周期的交番電圧を供給し第二の動作状態で脈動直流電圧を供給する電源に接続され、スイッチオン及びオフされうるダイオード配置はそれが脈動直流電圧により反対方向に動作されるような極性を有するこの固定子巻線に並列に接続され、加速モードでは制御装置が交番電源を第一の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオフし、一方で減速モードではそれは交番電源を第二の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオンすることにより達成される。

概要

背景

この種のX線装置はアメリカ特許第3、963、930号明細書から知られている。そこでは固定子巻線一連のスイッチを介して低速度用交番電源と、高速度用の交番電源と、直流電源とに選択的に接続されうる。スイッチは2つの交番電圧の1つが加速モードで固定子巻線に接続され、減速モードで直流電源がそこに接続されるように制御装置により制御される。この目的に対して必要とされるスイッチが多数であり、別の電源高速モード及び減速モードに対して必要とされることがこのX線装置の回路を複雑にしている。

概要

多数のスイッチ及び別の電源が必要とされない簡単化されたX線装置を提供する。

本発明は加速モードで位相シフトされた交番電圧が回転陽極に対する駆動モーターの固定子巻線に印加されえ、減速モードで直流電圧が少なくとも1つの巻線に作用する回転陽極X線管球の回転陽極を加速及び減速する回路配置からなり、加速モード及び減速モードに対する制御装置を更に含むX線装置に関する。特に簡単な構成は少なくとも1つの固定子巻線が第一の動作状態周期的交番電圧を供給し第二の動作状態で脈動直流電圧を供給する電源に接続され、スイッチオン及びオフされうるダイオード配置はそれが脈動直流電圧により反対方向に動作されるような極性を有するこの固定子巻線に並列に接続され、加速モードでは制御装置が交番電源を第一の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオフし、一方で減速モードではそれは交番電源を第二の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオンすることにより達成される。

目的

本発明の目的は上記種類の簡単化されたX線装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

位相シフトされた交番電圧加速モード固定子巻線(2、3)に印加されえ、直流電圧(10...12;20...22)が減速モードで少なくとも1つの固定子巻線(2)に作用する駆動モーターを有する回転陽極X線管球の回転陽極(1)を加速及び減速する回路配置と、加速モード及び減速モードに対する制御装置とを含むX線装置であって、少なくとも1つの固定子巻線が第一の動作状態周期的交番電圧を供給し第二の動作状態で脈動直流電圧を供給する電圧源に接続され、適切な固定子巻線と並列スイッチオン及びオフされえ、それが脈動直流電圧(20ー22)により逆方向に動作されるような極性を有するダイオード配置(30)が接続され、制御装置(14...16、34...36)は加速モードで交番電圧源を第一の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオフし、制御装置は減速モードで交番電圧源を第二の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオンすることを特徴とするX線装置。

請求項2

交番電圧源は2つのスイッチング部材(11、21)からなり、それらの各々は少なくとも1つのスイッチからなり、スイッチング部材は直流電圧に接続され、第一の動作状態では周期的にスイッチされ、第二の動作状態ではスイッチング部材(11)の1つがブロックされ、他のスイッチング部材(21)は周期的にスイッチオン及びオフされることを特徴とする請求項1記載のX線装置。

請求項3

駆動モーターは2つの固定子巻線(2、3)からなり、直流電圧出力がスイッチング部材(11、21)を介して第一の固定子巻線(2)に接続され、交番電圧入力が第二の固定子巻線(3)に接続される整流器配置(18、28)が設けられていることを特徴とする請求項2記載のX線装置。

請求項4

第二の固定子巻線(3)上の電圧に対して90°移相された制御信号を発生する手段(15、16)と、制御信号からスイッチング部材に対するスイッチング信号(14、24)を得る手段とが設けられていることを特徴とする請求項3記載のX線装置。

請求項5

減速モードで1つのスイッチング部材(21)を制御するために調整可能なデューティサイクル方形波信号を発生する方形波電圧源(33、34)を設けられることを特徴とする請求項2記載のX線装置。

技術分野

0001

本発明は加速モード位相シフトされた交番電圧固定子巻線印加されえ、減速モード直流電圧が少なくとも1つの巻線に作用する駆動モーターを有する回転陽極X線管球の回転陽極加速及び減速する回路配置からなり、加速モード及び減速モードに対する制御装置を更に含むX線装置に関する。

背景技術

0002

この種のX線装置はアメリカ特許第3、963、930号明細書から知られている。そこでは固定子巻線は一連のスイッチを介して低速度用交番電源と、高速度用の交番電源と、直流電源とに選択的に接続されうる。スイッチは2つの交番電圧の1つが加速モードで固定子巻線に接続され、減速モードで直流電源がそこに接続されるように制御装置により制御される。この目的に対して必要とされるスイッチが多数であり、別の電源高速モード及び減速モードに対して必要とされることがこのX線装置の回路を複雑にしている。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明の目的は上記種類の簡単化されたX線装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0004

本発明のこの目的は少なくとも1つの固定子巻線が第一の動作状態周期的交番電圧を供給し第二の動作状態で脈動直流電圧を供給する電源に接続され、適切な固定子巻線と並列スイッチオン及びオフされえ、それが脈動直流電圧により反対方向に動作されるような極性を有するダイオード配置が接続され、制御装置は加速モードでは交番電源を第一の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオフし、制御装置は減速モードでは交番電源を第二の動作状態に保ち、ダイオード配置をスイッチオンすることを特徴とするX線装置により達成される。該1つの固定子巻線に給電する電源は減速モードと同様に加速モードでも動作する。減速モードでのみ動作し、最も簡単な場合には1つのダイオードからなるダイオード配置は減速モードでの電力損失は小さいままでこのように部品の損傷を防ぐことを確実にする。

0005

本発明の好ましい実施例では交番電源は2つのスイッチング部材からなり、それらの各々はそれぞれ1つのスイッチからなり、該スイッチは直流電圧に接続され、第一の動作状態では周期的にスイッチされ、第二の動作状態ではスイッチング部材の1つがブロックされ、一方で他のスイッチング部材は周期的にスイッチオン及びオフされる。スイッチング部材は反対極性を有する直流を1つの固定子巻線に交互に印加し、1つのスイッチング部材のブロックの結果として減速モードで必要とされる脈動直流電圧が既に発生されうる。少なくとも1つのスイッチング部材は二重の機能を有する。即ちそれは加速モード及び減速モードで動作し、結果として更なる部品の減少をもたらす。

0006

直流を供給する直流電源に接続された2つのスイッチング部材は直流/交流変換器のように動作し、駆動モーターが他の固定子巻線がさらなる直流/交流変換器である2つの固定子巻線からなる場合に2つの更なるスイッチング部材により形成されるが、同じ直流電源で該更なる変換器出力電圧が第一の変換器のそれに関して90°シフトされる。1つの固定子巻線に対する交番電圧の位相補助的なコンデンサーによりシフトされる駆動装置の利点は90°の角度だけ固定的にシフトされた2つの電圧は同じ出力で発生されうるという事実にある。更に簡単化されて同じ利点が、それの直流電圧出力がスイッチング部材を介して第一の固定子巻線に接続され、それの交番電圧入力は第二の固定子巻線に接続される整流器配置が設けられる本発明の更なる実施例により達成される。第二の変換器及び関連する制御に対するスイッチング部材は斯くしてその中で不要にされうる。

0007

更なる実施例では第二の固定子巻線上の電圧に対して90°シフトされた制御信号を発生する手段と、制御信号からスイッチング部材に対するスイッチング信号を得る手段とを設けられる。特に固定子巻線上の電圧間の90°位相関係確立は斯くして簡単化される。本発明の更なる実施例では減速モードで1つのスイッチング部材を制御するために調整可能なデューティサイクル方形波信号を発生する方形波電源を設けられる。減速の強度は斯くして影響されうる。

0008

以下に図を参照して本発明を更に詳細に説明する。図1の符号1は回転陽極X線管球の回転陽極を支持する駆動モーターの回転子を示し、符号2、3は関連する相互に90°シフトされた固定子巻線を示す。回転子は短絡回転子であり、駆動モーターは非対称モーターである。陰極X線管球の動作中に高電位を維持し、固定子接地電位を維持する故に比較的大きな隙間が固定子巻線2、3と回転子との間に存在する。従って弱い磁気的結合が回転子1と固定子2、3との間に存在する。回転陽極X線管球の残りは図示しない。

0009

加速及び減速のための電気的出力3相の本線(mains)の端子L1、L2、L3から得られ、この端子はそれらの共通ゼロ点Nに関して相互に120°シフトされた本線周波数の3つの交流電圧を伝える。3つの交流電圧から正の直流電圧がそれぞれの整流ダイオード18を介してコンデンサー10を横切って形成され;また同様に反対極性の整流ダイオード28を介して3つの交流電圧から負の直流電圧がコンデンサー20を横切って形成される。2つのコンデンサー10、20は直列に接続され、それらの共通の連結を経由して3相本線のゼロ点Nに接続され、該ゼロ点は2つの固定子巻線2、3の共通連結5にまた接続される。

0010

共通連結から離れたコンデンサー10、20の端子はIGBTトランジスタ11、21の形を取る制御可能なスイッチを介して相互接続される。2つのトランジスタの共通連結は固定子巻線2の第二の端子4に接続される。IGBTトランジスタ11、21に逆平行にそれぞれダイオード12、22が接続される。それによりこれらのダイオードは通常は端子4上の電圧がコンデンサー10を横切る電圧より正であるか、又はコンデンサー20を横切る電圧より負であることなしには導通しない。

0011

要素10...12、20...22はハーフブリッジ配置内で交流直流変換器を構成する。その代わりに変換器は原理的には固定子巻線2が各々2つのスイッチからなる2つのスイッチング部材を介してアメリカ特許第3、832、553号明細書から知られているように直流電源に接続されるフルブリッジ配置内でまた用いられうる。しかしながら整流器群18又は28及び関連するコンデンサー10又は20の1つが不要となりうるとしても複雑さはより大きくなろう。回転陽極の加速の間にスイッチ11、21はプッシュプルの形態でスイッチオン及びオフされ、それにより方形波交番電圧(直流電圧成分なしの)は固定子巻線2で発生する。

0012

更にまたダイオード30とIGBTトランジスタスイッチ31との直列接続は固定子巻線2に平行に接続される。このトランジスタスイッチ減速フェーズ中でのみ導通(閉)する。第二の巻線3の端子6は(トライアック)スイッチ7を介して交番電圧端子L1に接続される。スイッチ7、11、21、31は光学結合器を介してスイッチされ、その一部分(即ち受信部分8a、13a、23a、32a)は図1に示され、それの他の部分(送信部分8b、13b、23b、32b)は制御装置と連結されて図2に示される。制御装置は4つの該スイッチを制御するために必要とされるスイッチング信号を供給する。

0013

端子L1とNとの間に現れ、固定子巻線3上にまた現れた電圧から回路15内でこの電圧と同じ位相を有し、それに同期し、90°位相シフト器16に印加される信号が形成され、好ましくはそれの出力信号はそれの入力信号に関して90°シフトされる積分器である。位相シフト器16の出力信号はANDゲート24の第一の入力に印加され、インバーター17を介してANDゲート14の第一の入力に印加される。これらのANDゲートの第二の入力はスイッチ7を制御するよう光学結合器8b/8aにまた接続される制御入力ACLに接続される。ANDゲート14の出力はIGBTトランジスタ11を制御するよう光学結合器13b/aに接続され、一方ANDゲート24はその出力がIGBTスイッチングトランジスタ21のスイッチング信号を供給する光学結合器23b/aに接続されるORゲート36の入力の1つに接続される。

0014

制御装置は例えば320Hzの三角波交番電圧を発振する発振器33をまた含む。比較器34内でこの交番電圧は調整可能な直流電圧VRと比較され、それにより320Hzの方形波信号が比較器の出力上に現れ、該方形波信号のデューティサイクルは発振器33のデルタ型の信号に関する直流電圧VR の強度と同様にそれの極性にも依存する。比較器34の出力信号はANDゲート35の1つの入力に印加され、その出力はORゲート36の第二の入力に接続される。ANDゲート35の第二の入力は光学結合器32b/32aを介してIGBTスイッチ31を同時に制御する制御入力BRTに接続される。

0015

回路の動作は以下の通りである:操作者X線照射を実行しようとする時に回転子1は静止からそれの公称速度まで加速されなければならない。このために制御出力ACL上の信号は例えば1秒のような所定の時間期間に対して「1」に設定され、一方で制御入力BRT上の制御信号は「0」のままである。従って時間のこの期間中にANDゲート14、24は光学結合器13a/b、23a/bをそれぞれ介してプッシュプルの形態でIGBTスイッチ11、21をスイッチオン及びオフする反対の位相の方形波信号を供給し、それにより本線の周波数方形波電圧は固定子巻線2を横切って発生し、該方形波電圧はL1とNとの間の本線の電圧に関して90°位相シフトされる。該時間期間中に光学結合器8b/aはスイッチ7をまたオンし、それにより正弦交番電圧は固定子巻線3を横切って現れる。固定子巻線3に第二のインバーターにより方形波電圧を給電することもまた原理的には可能である。しかしながら更なるIGBTスイッチ及び光学結合器が必要とされ、それにより回路の複雑さは増加する。

0016

コンデンサー10、20を横切る直流電圧は常に交番電圧の振幅に対応する故に固定子巻線2上の方形波電圧は固定子巻線3上の正弦交番電圧の振幅と同じである。方形波電圧内の正弦波基本振動の振幅は方形波電圧のそれよりも約27%高い故に同一に構成された固定子巻線の場合に固定子巻線2を通過する電流は固定子巻線3を通過する電流より比較的に大きい。この非対称はそれ自体妨害にならない;必要ならばそれは固定子巻線2に対してより多い巻線の数を付与することにより除去されうる。

0017

加速期間の終了後に信号ACLは再び「0」になる。回転陽極はそれの必要な速度に達し、それの慣性モーメントの故にそれはそれに続くX線照射中に回転し続ける。すべてのスイッチはブロックされる。X線照射の完了後に回転陽極はそれの軸受けを保護するために減速される。回転陽極は原理的には所謂回転フィールドブレーキにより減速されうるが、しかしながらそれには多相インバーターのみならずその瞬間の回転数の測定又はシミュレーションが必要とされる。なぜならばその知識なしでは回転陽極の静止は達成されないからである。回転子と固定子との間の弱い磁気的結合の故に回転子内に格納されたエネルギーは整流器を介してブレーキにフィードバックされて発生したブレーキは影響を有さない。実際的な残りの代替策は本線から得られる直流電圧による回転子の減速である。

0018

コンデンサー10又は20を横切る直流電圧の1つがスイッチ11、21の1つを介して減速フェーズ中に端子4をこれらの電圧の1つに接続することによりこの目的に対して直接用いられる場合にはそのような強い減速モーメントが回転陽極シャフトを損傷させえ、又は固定子スタック磁気飽和の場合には少なくとも非常に高い熱の放散が固定子巻線内で生じうる。しかしながら直流減速が減速中に2つのスイッチ11、21上の交互のスイッチングによりまた達成されえ、それは異なるデューティサイクルを有し、それにより端子4上でDC成分が重畳されるパルス化された交番電圧が発生する。しかしながらこの解決策は固定子のインダクタンスがより長い期間に対してスイッチオンされる故にスイッチ11、21がスイッチされなければならない高率でスイッチ11、12のみが電流を搬送する(例えばスイッチ21)。このスイッチの不作動化の後で固定子巻線の電流は他のスイッチと逆平行に接続されるダイオード(12)を介して流れ、それによりそれは過負荷となり、関連するコンデンサー(10)を破壊する。これを防ぐために付加的な消耗(depletion)抵抗が挿入されねばならないが、それは高いパワー損失を熱に変換する。

0019

故に本発明は異なるアプローチを辿る。減速の目的に対しては例えば1秒の完全な減速を満足する固定時間期間に対して制御入力BRT上の信号は「1」に、ACL上のそれは「0」に調整される。結果として光学結合器32a、32bを介してスイッチ31は導通され、それによりダイオード30は固定子巻線2と並列に動作する。光学結合器8a/bを介して作動されない故にスイッチ7はブロックされる。ANDゲート14がスイッチングパルスを光学結合器13a/bに送らない故にスイッチ11はまたブロックされる。しかしながら調整可能なデューティサイクルの方形波パルスは光学結合器23a/bに到達し、周期的にスイッチ21をオン及びオフにスイッチする。

0020

従って端子4上で脈動直流即ちDC成分に重畳された(方形波)交番電圧が生成される。結果として所定のリップルを有する直流が固定子巻線2内を流れ、この電流は回転子1を減速する磁界を生成する。ダイオード30が固定子巻線2と並列に動作しない場合には電流はパルス周期中にダイオード12を介して流れ、即ちスイッチ21のブロックされた状態であり、それによりコンデンサー10の更なる充電が起こり、又は回転子を減速させるのに必要な減速出力の大きさのオーダーの付加的な電気的出力が必要とされる。電流がコンデンサー10を横切る逆電圧にもはや打ち勝つ必要がない故に固定子巻線2がダイオード30によりパルス周期中に短絡されるのでこの出力の損失は殆ど完全に回避される。これはコンデンサー巻線を通過する電流のリップルがより少ない結果を生ずる。スイッチング電圧振れは同時に半分になる。周期の終わりBTL=「1」の間に回転子1は完全に減速される。減速力は比較器34での基準電圧VRの変動による適切な必要に適合しうる。

0021

回路配置は3相本線の代わりに単相交番電流にまた接続されえ;その場合に交番電圧は端子L1に印加されなければならない。その時には付加的なコンデンサーは直流電圧のリップルを小さく保つようコンデンサー10、20に並列に接続されなければならない。

図面の簡単な説明

0022

図1本発明によるX線装置を示す図である。
図2関連する制御装置を示す図である。

--

0023

1回転子
2、3固定子巻線
4、5、6、L1,L2,L3,N端子
7、11、21、31 スイッチ
8a,8b,13a,13b,23a,23b,32a,32b光学結合器
10、20コンデンサー
12、22ダイオード
14、24、35ANDゲート
16位相シフト器
17インバーター
18、28整流ダイオード
33発振器
34比較器
36 ORゲート

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