(57)【要約】【課題】  電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する電力伝達部を備えたX線CT装置において、架台固定部と回転部との間の電力伝達の効率を向上させる。【解決手段】  架台固定部と、前記架台固定部に対して回転自在に支持された回転部と、前記架台固定部と前記回転部との間で電力を伝送する電力伝達部であって、前記架台固定部に巻きつけられた固定側巻線と、前記固定側巻線の近傍に配置された固定側鉄心と、前記回転部に巻きつけられた回転側巻線と、前記回転側巻線の近傍に配置された回転側鉄心と、を有する電力伝達部と、を備えたX線CT装置において、前記固定側鉄心と前記回転側鉄心の少なくとも一方が、前記固定側巻線と前記回転側巻線との間に形成される隙間を覆った構造であることを特徴とする。【選択図】        図2
2010119753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台固定部と、前記架台固定部に対して回転自在に支持された回転部と、前記架台固定部と前記回転部との間で電力を伝送する電力伝達部であって、前記架台固定部に巻きつけられた固定側巻線と、前記固定側巻線の近傍に配置された固定側鉄心と、前記回転部に巻きつけられた回転側巻線と、前記回転側巻線の近傍に配置された回転側鉄心と、を有する電力伝達部と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記固定側鉄心と前記回転側鉄心の少なくとも一方が、前記固定側巻線と前記回転側巻線との間に形成される隙間を覆った構造であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記固定側鉄心が前記隙間を覆った構造であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記固定側鉄心が前記回転側鉄心を覆った構造であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
請求項２または３のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記回転側鉄心が前記回転側巻線を覆った構造であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記回転側鉄心が前記回転側巻線を覆った構造であり、前記固定側鉄心が前記固定側巻線を覆った構造であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記固定側鉄心と前記回転側鉄心の少なくとも一方が、前記回転部の回転方向に分割された構造であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記電力伝達部を複数備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架台固定部と回転部との間の電力伝達を非接触で行うX線CT装置に係わり、特に架台固定部と回転部との間における電力伝達の効率向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
X線CT装置は、被検体の周囲からX線を照射することで取得した様々な角度におけるX線投影データに基づき、前記被検体の断層画像を再構成し表示することで、診断に供する装置である。多くのX線CT装置は、前記被検体にX線を照射するX線管と、前記X線管に対向配置されX線投影データを取得するX線検出器と、前記X線管と前記X線検出器を搭載し、前記被検体の周囲を回転する回転部を備えている。前記回転部に搭載された前記X線管と前記X線検出器が駆動するには、前記回転部を回転自在に支持する架台固定部から前記回転部へ電力が供給される必要がある。
【０００３】
多くのX線CT装置では、架台固定部と回転部との間の電力伝達部としてスリップリングが使われている。スリップリングは、金属円環と、前記金属円環上に接触させた金属ブラシからなり、例えば架台固定部に金属円環を、回転部に金属ブラシを設けた構造となる。このような構造により、回転部を回転させながら、架台固定部と回転部との間の電力伝達が可能となる。
【０００４】
しかしながら、スリップリングでは、金属円環と金属ブラシを接触させながら回転部を回転させるために、金属円環と金属ブラシの磨耗による磨耗粉が生じ、磨耗粉の除去等のメンテナンス作業が必要となる。そこで、スリップリングに代わる電力伝達部として、電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する電力伝達部を備えたX線CT装置が特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献1に開示された電力伝達部は、架台固定部に巻きつけられた固定側巻線と、前記固定側巻線の近傍に配置された固定側鉄心と、回転部に巻きつけられた回転側巻線と、前記回転側巻線の近傍に配置された回転側鉄心と、を有している。固定側巻線に交流電流が流れると、固定側巻線の近傍に配置された固定側鉄心の中に交番磁束φが発生する。固定側鉄心の中に発生した交番磁束φは、回転側鉄心の中を通過して、電磁誘導を引き起こし、交番磁束φと鎖交する回転側巻線に電圧を誘起させる。その結果、回転側巻線に接続された高電圧変圧器等へ交流電力が供給される。
【０００６】
【特許文献１】特開平7-204192号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、架台固定部に対し回転部を回転させるためには、架台固定部と回転部との隙間を設ける必要がある。前記隙間は、前記交番磁束φが漏れる箇所になり、電力伝達部の電力伝達効率低下の原因となる。特に、CT撮影時間の短縮の要望に応えるために回転部の回転をより高速にするには、前記隙間をより大きくすることになる。また、被検体が通過するために回転部に設けられた開口の径を大きくする場合も、前記隙間をより大きくすることになる。架台固定部と回転部との隙間が大きくなれば、交番磁束φのもれも大きくなり、電力伝達効率の低下はより大きくなる。
【０００８】
本発明の目的は、電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する電力伝達部を備えたX線CT装置において、架台固定部と回転部との間の電力伝達の効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、架台固定部と、前記架台固定部に対して回転自在に支持された回転部と、前記架台固定部と前記回転部との間で電力を伝送する電力伝達部であって、前記架台固定部に巻きつけられた固定側巻線と、前記固定側巻線の近傍に配置された固定側鉄心と、前記回転部に巻きつけられた回転側巻線と、前記回転側巻線の近傍に配置された回転側鉄心と、を有する電力伝達部と、を備えたX線CT装置において、前記固定側鉄心と前記回転側鉄心の少なくとも一方が、前記固定側巻線と前記回転側巻線との間に形成される隙間を覆った構造であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電磁誘導の利用により非接触で電力を伝送する電力伝達部を備えたX線CT装置において、架台固定部と回転部との間の電力伝達の効率を向上させることができる。電力伝達の効率は、X線CT装置が備える電源装置の小型化を可能とし、ランニングコストの低減にも寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を適用してなるX線CT装置について図を用いて説明する。
【００１２】
(第一の実施形態)
図1は本発明を適用してなるX線CT装置の第一の実施形態の全体構成ブロック図である。X線CT装置は、様々な角度から被検体105にX線を照射し、被検体105を透過したX線量の分布を計測して、計測結果に基づき再構成した被検体105の断層画像を表示するものである。本実施形態のX線CT装置は、固定側と回転側とに分かれており、固定側には架台固定部100と操作卓300が備えられており、回転側には回転部200が備えられている。回転部200は架台固定部100に対して回転自在に支持されている。
【００１３】
架台固定部100は電源30とインバータ34とを備えている。回転部200は高電圧変圧器37と高電圧整流器38とX線管39とX線検出部40とを備えている。架台固定部100と回転部200との間には、架台固定部100から回転部200へ電力を伝達する電力伝達部102と非接触信号伝達手段108が介在する。操作卓300は画像処理装置46と画像表示装置47とを備えている。
【００１４】
電源30は直流電圧を発生するもので、商用の交流電源31と、交流電源31の電圧を所望の直流電圧に変換するコンバータ32と、コンバータ32の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ33とを備えている。インバータ34は、電源30から出力された直流電圧を高周波の交流電圧に変換するものである。インバータ34の出力は、電力伝達部102により回転部200へ伝達され、高電圧変圧器37へ入力される。高電圧変圧器37は、入力された交流電圧を昇圧するものである。高電圧整流器38は、高電圧変圧器37の出力電圧を整流して、直流の高電圧に変換するものである。
【００１５】
X線管39は、高電圧整流器38から出力された直流電圧が供給されることにより、被検体105に向けてX線を照射するものである。被検体105を透過したX線は、X線検出部40へ入射する。X線検出部40は、被検体105を透過したX線を検出するとともに検出した信号を増幅するもので、X線管39と対向配置されており、透過X線の線量分布を検出する検出器42と、検出器42からの検出信号を増幅するプリアンプ43とを備えている。回転部200に備えられたX線管39とX線検出部40とが回転しながら、X線の照射と検出がなされることにより、様々な角度の透過X線量分布が計測できる。
【００１６】
非接触信号伝達手段108は、X線検出部40の検出信号を回転部200から架台固定部100へ伝達するもので、回転側送信デバイス107と固定側受信デバイス106で構成される。固定側受信デバイス106で受信された検出信号は、画像処理装置46へ伝送される。画像処理装置46は、伝送された検出信号を再構成処理することで、被検体105の断層画像を生成するものである。画像表示装置47は、画像処理装置46により生成された断層画像を表示するもので、例えばテレビモニタである。
【００１７】
電力伝達部102は、架台固定部100に巻きつけられた固定側巻線2と、回転部200に巻きつけられた回転側巻線4とを備えている。固定側巻線2はインバータ34に接続されており、回転側巻線4は高電圧変圧器37に接続されている。回転側巻線4は固定側巻線2の近傍に配置される。このように配置することで、固定側巻線2に交流電流が流れると、固定側巻線の周囲に交番磁束φが発生し、交番磁束φと鎖交する回転側巻線4に電磁誘導により電圧が誘起させられ、電力の伝達がなされるようになる。電力伝達部102の詳細な構成については、図2を用いて以降で説明する。
【００１８】
図2(a)は回転部200の回転軸方向から電力伝達部102を見た図であり、図2(b)は図2(a)のA-A断面を矢印の方向から見た図である。回転部200は図2(a)中の円弧形状の矢印の方向に回転する。本実施形態の電力伝達部102は、上述した固定側巻線2と回転側巻線4以外に、固定側鉄心1と回転側鉄心3とを備えている。
【００１９】
固定側巻線2と回転側巻線4は、それぞれ架台固定部100と回転部200に、回転部200の回転方向に巻きつけられる。回転部200が架台固定部100に対して円滑に回転できるようにするため、固定側巻線2と回転側巻線4との間には隙間5が形成される。
【００２０】
固定側鉄心1と回転側鉄心3は、それぞれ固定側巻線2と回転側巻線4の近傍に回転部200の回転方向に沿って配置される。このように配置することにより、固定側巻線2の周囲に発生する交番磁束φが固定側鉄心1及び回転側鉄心3より外側へ漏洩するのを低減し、電磁誘導による電力伝達の効率が向上できる。本実施形態の固定側鉄心1及び回転側鉄心3は、電力伝達部102の製作を容易にするため、回転部200の回転方向において分割された構造となっているが、前記回転方向に連結された構造であっても良い。固定側鉄心1と回転側鉄心3の間にはギャップ6が形成されるように配置されており、回転部200が架台固定部100に対して円滑に回転できるようにしている。固定側鉄心1及び回転側鉄心3に用いられる材質としては、フェライト、珪素鋼板、パーマロイ、その他の強磁性体又は常磁性体などが適している。
【００２１】
本実施形態の固定側鉄心1は断面形状に特徴があり、固定側巻線2と回転側巻線4との間に形成される隙間5を固定側鉄心1が覆った断面形状となっている。このような断面形状とすることにより、固定側と回転側の結合率が向上すること、すなわち架台固定部と回転部との間の電力伝達効率が向上することを発明者らはシミュレーションにより確認した。
図3に結合率についてのシミュレーションの結果を示す。図3では、縦軸を固定側と回転側の結合率とし、横軸を隙間5及びギャップ6とし、図4に示す断面形状の鉄心を本実施形態との比較例とした。
【００２２】
図4に示した比較例は、本実施形態と同様に、固定側巻線2と回転側巻線4と固定側鉄心1と回転側鉄心3とを備えており、固定側巻線2と回転側巻線4の間には隙間5が形成され、固定側鉄心1と回転側鉄心3の間にはギャップ6が形成される。比較例の断面形状は特許文献1に示された断面形状である。本実施形態との違いは固定側鉄心1と回転側鉄心3の断面形状であり、固定側鉄心1と回転側鉄心3のいずれもが隙間5を覆わない断面形状となっている。
【００２３】
図3のシミュレーション結果では、隙間5及びギャップ6が1mmのときは本実施形態の結合率が0.968を、比較例が0.967をそれぞれ示しており、隙間5及びギャップ6が5mmのときは本実施形態が0.968を、比較例が0.967を示している。すなわち、シミュレーションした範囲においては、本実施形態のほうが比較例よりも高い結合率を示しており、隙間5及びギャップ6が大きくなるにつれ、両者の差は大きくなった。この結果から、固定側巻線2と回転側巻線4との間に形成される隙間5を固定側鉄心1が覆った断面形状とすることにより、架台固定部と回転部との間の電力伝達効率が向上できることがわかる。
【００２４】
図4のシミュレーション結果に基づき、回転側で150kW出力するために固定側で必要となる投入電力を算出した結果を図5に示す。本実施形態は比較例に比べて、投入電力を低減可能であることがわかる。この結果は、本実施形態のX線CT装置が比較例に比べてランニングコストを低減できること、電源30の小型化が図れることを示している。
【００２５】
シミュレーションでは、漏れ磁束の比較も行った。その結果、隙間5及びギャップ6が5mmのときに、本実施形態は比較例に比べて漏れ磁束を20%程度低減できることがわかった。この結果は、本実施形態のX線CT装置が電磁環境適合性(EMC：Electro-Magnetic Compatibility)について有利であることを示すものである。
【００２６】
なお、本実施形態では、固定側鉄心1が隙間5を覆った断面形状について説明したが、回転側鉄心3が隙間5を覆った断面形状としても同様の効果を得られることはいうまでもない。ただし、固定側鉄心1が隙間5を覆った断面形状は、回転側鉄心3が隙間5を覆った断面形状に比べて、回転側鉄心3の体積を低減できるため、回転部200を軽量化できるという新たな効果を得ることができる。
【００２７】
(第二の実施形態)
図6に第二の実施形態の断面形状を示す。本実施形態が図2(b)に示した第一の実施形態と異なる点は、固定側鉄心1が隙間5だけではなく、回転側鉄心3の側方まで覆った断面形状となっている点である。このような断面形状とすることにより、第一の実施形態に比べて、電力伝達の効率を向上させることができ、固定部の軽量化を図ることができる。
【００２８】
(第三の実施形態)
図7に第三の実施形態の断面形状を示す。第一の実施形態や第二の実施形態と異なる点は、回転側鉄心3が回転側巻線4の側方を覆うような凹形状の断面となっている点である。このような断面形状とすることにより、回転側巻線4を回転部200に巻きつける工程において、回転側鉄心3の凹形状の中に回転側巻線4を配置できるので、電力伝達部102の製作を容易にすることができる。
【００２９】
(第四の実施形態)
図8に第四の実施形態の断面形状を示す。第一の実施形態ないし第三の実施形態と異なる点は、固定側鉄心1と回転側鉄心3の断面形状が実質的に同じものであり、固定側巻線3と回転側巻線4との間に形成される隙間5を一方の鉄心だけでなく両方の鉄心により覆うような断面となっている点である。このような断面形状とすることにより、固定側鉄心1と回転側鉄心3の部品の共通化が可能となるので、電力伝達部102の製作コストを低減することができる。
【００３０】
(第五の実施形態)
第一の実施形態で説明したX線CT装置では電力の伝達は1系統であったが、装置によっては複数系統の電力を伝達する場合がある。本実施形態は2系統で電力を伝達するようにしたものである。
【００３１】
図9は、本実施形態のX線CT装置の全体構成ブロック図である。第一の実施形態と異なる点は、X線管39が備える回転陽極を回転駆動させるためのステーターコイル62と、X線管39が備える陰極を加熱するための加熱変圧器61への電力伝達を行うために、電力伝達部102とは別系統の電力伝達部112を備えた点である。本電力系統は、電源50とインバータ54とリング形状の変圧器112と整流器55,56と平滑用コンデンサ57,58とインバータ59,60と加熱変圧器61とステーターコイル62を備えている。
【００３２】
電源50及びインバータ54は、電源30及びインバータ34とは出力電力が異なるものの、電源30及びインバータ34と同様の構成であるので詳細な説明は割愛する。整流器55,56は電力伝達部112を介して入力される交流電圧を直流電圧に変換する装置である。平滑コンデンサ57,58は整流器55,56からの出力電圧のリップルを滑らかにし、直流電圧に近づけるためのものである。インバータ59,60は、平滑コンデンサ57,58からの出力電圧を高周波の交流電圧に変換し、ステーターコイル62及び加熱変圧器61にそれぞれ出力するものである。
【００３３】
電力伝達部102は、第一の実施形態と同様な構成である。電力伝達部112は、架台固定部100に巻きつけられた固定側巻線111と、回転部200に巻きつけられた回転側巻線113とを備えている。固定側巻線111はインバータ54に接続されており、回転側巻線113は整流器55,56に接続されている。回転側巻線113は固定側巻線111の近傍に配置される。電力伝達部112の詳細な構成については電力伝達部102とともに、図10を用いて以降で説明する。
【００３４】
図10(a)は回転部200の回転軸方向から電力伝達部102及び電力伝達部112を見た図であり、図10(b)は図10(a)のC-C断面を矢印の方向から見た図である。回転部200は図10(a)中の円弧形状の矢印の方向に回転する。本実施形態の電力伝達部112は、上述した固定側巻線111と回転側巻線113以外に固定側鉄心7を備えており、回転側鉄心3を電力伝達部102と共用している。固定側巻線2の周囲に発生する交番磁束φ1と固定側巻線111の周囲に発生する交番磁束φ2が相互に干渉しない限り、鉄心の共用は可能である。鉄心を2つの電力系統で共用することにより、電力伝達部102及び電力伝達部112の組み立て作業工数を低減することができる。
【００３５】
本実施形態の固定側鉄心1及び固定側鉄心7の断面形状は、第1の実施形態と同様に、固定側巻線2と回転側巻線4との間に形成される隙間及び固定側巻線111と回転側巻線113との間に形成される隙間を覆った形状となっている。このような断面形状とすることにより、固定側と回転側の結合率が向上すること、すなわち架台固定部と回転部との間の電力伝達効率が向上することは第1の実施形態と同様である。
【００３６】
(第六の実施形態)
図11に第六の実施形態の断面形状を示す。本実施形態も第五の実施形態と同様に、2つの電力系統を備えたものである。本実施形態が第五の実施形態と異なる点は、回転側鉄心3が回転側巻線4及び回転側巻線113の側方を覆うような凹形状の断面となっている点である。このような断面形状とすることにより、回転側巻線4及び回転側巻線113を回転部200に巻きつける工程において、回転側鉄心3の凹形状の中に回転側巻線4及び回転側巻線113を配置できるので、電力伝達部102の製作を容易にすることができる。
【００３７】
(第七の実施形態)
図12に第七の実施形態の断面形状を示す。本実施形態も第五及び第六の実施形態と同様に、2つの電力系統を備えたものである。本実施形態が第五及び第六の実施形態と異なる点は、回転側鉄心が電力系統ごとに備えられている点である。すなわち回転側巻線4の近傍に回転側鉄心3が配置され、回転側巻線113の近傍に回転側鉄心8が配置される。このような構成とすることにより、固定側巻線2に交流電流が流れることにより発生する交番磁束φ1と、固定側巻線111に交流電流が流れることにより発生する交番磁束φ2の干渉を低減することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。第五ないし第七の実施形態では、2つの電力系統を備えたX線CT装置について述べたが、3つ以上の電力系統を備えたX線CT装置であっても本発明を適用することは可能である。全ての実施形態において、固定側から回転側へ電力伝達される場合について説明したが、回転側から固定側へ電力伝達される場合においても本発明を適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一の実施形態が適用されるX線CT装置のブロック図
【図２】本発明の第一の実施形態の電力伝達部を説明する図
【図３】本発明の第一の実施形態の効果を説明する図
【図４】本発明の第一の実施形態に対する比較例を説明する図
【図５】本発明の第一の実施形態の他の効果を説明する図
【図６】本発明の第二の実施形態の電力伝達部を説明する図
【図７】本発明の第三の実施形態の電力伝達部を説明する図
【図８】本発明の第四の実施形態の電力伝達部を説明する図
【図９】本発明の第五の実施形態が適用されるX線CT装置のブロック図
【図１０】本発明の第五の実施形態の電力伝達部を説明する図
【図１１】本発明の第六の実施形態の電力伝達部を説明する図
【図１２】本発明の第七の実施形態の電力伝達部を説明する図
【符号の説明】
【００４０】
1、7  固定側鉄心、2、111  固定側巻線、3、8  回転側鉄心、4、113  回転側巻線、5  固定側巻線と回転側巻線の隙間、6  固定側鉄心と回転側鉄心のギャップ、30、50  電源、31、51  商用電源、32、52  コンバータ、33、53、57、58  平滑コンデンサ、34、54、59、60  インバータ、37  高電圧変圧器、38  高電圧整流回路、39  X線管、40  X線検出部、42  検出器、43  プリアンプ、46  画像処理装置、47  画像表示装置、55、56  整流回路、61  加熱変圧器、62  ステーターコイル、100  架台固定部、105  被検体、106  固定側受信デバイス、107  回転側受信デバイス、108  非接触信号伝達手段、200  回転部、300  操作卓
【図１】
2010119753.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010119753.tif 000009
【図８】
2010119753.tif 000010
【図９】
2010119753.tif 000011
【図１０】
2010119753.tif 000012
【図１１】
2010119753.tif 000013
【図１２】
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