(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際における固定側巻線と回転側巻線の銅損を低減することが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することである。【解決手段】  Ｘ線源とＸ線検出手段とからなる撮影機構を被検体の周囲に回転する回転部と、該回転部を回転自在に支持する架台部と、前記架台部から前記回転部に電力を伝達する電力伝達部とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、前記電力伝達部は、前記架台側に配設される円環状の固定側巻線部と、前記回転部に配設されると共に、前記固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とを有し、前記固定側巻線部と前記回転側巻線部が、シート巻線からなるＸ線ＣＴ装置である。【選択図】  図１
2010279406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源とＸ線検出手段とからなる撮影機構を被検体の周囲に回転する回転部と、該回転部を回転自在に支持する架台部と、前記架台部から前記回転部に電力を伝達する電力伝達部とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、
前記電力伝達部は、前記架台側に配設される円環状の固定側巻線部と、前記回転部に配設されると共に、前記固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とを有し、
前記固定側巻線部と前記回転側巻線部が、シート巻線からな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、
前記シート巻線は、前記固定側巻線部及び前記回転側巻線部の半径方向に１回以上折り返して配置されることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記シート巻線は、前記固定側巻線部及び前記回転側巻線部の半径方向に波型の凹凸が形成されてなることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の内の何れかに記載の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、Ｘ線ＣＴ装置に係り、特に架台固定部と回転部との間の電力伝達を非接触で行う技術に関するものである。
【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、回転部を回転自在に支持する架台固定部から回転部への電力の供給は、スリップリングが使われている。しかしながら、スリップリング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。
【０００４】
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する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２０４１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｘ線ＣＴ装置を用いた撮影時間の短縮化やＸ線検出器の大型化に伴ってＸ線管装置の高出力化が進展しており、Ｘ線管装置で消費される電力もますます増加している。さらには、回転部の回転速度の高速化による撮影時間のさらなる短縮化も要望されており、回転部本体の軽量化と共に、回転部に電力を供給する電力伝達部を小型化及び軽量化すると共に、高出力化することが要望されている。
【０００７】
しかしながら、非接触で電力を伝達する電力伝達部を小型・高出力化するためには、固定側巻線と回転側巻線に周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の電流を２００〜５００Ａ程度通電させる必要がある。また、非接触の電力伝達部には隙間を設ける必要があり、該隙間から交番磁束φが漏れ、該漏れ磁束が固定側巻線や回転側巻線を鎖交して巻線に渦電流を発生させ、電力損失（銅損）となっている。さらには、周波数を高くすることに伴う表皮効果（導体の表面にしか電流が流れなくなる現象）により、巻線での交流抵抗が大幅に上昇してしまい、大きな銅損を生じてしまう。この銅損は数ｋＷにも及び、Ｘ線ＣＴ装置の電力伝達効率の向上の妨げとなっているため、銅損を減らすことが切望されている。
【０００８】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、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際における固定側巻線と回転側巻線の銅損を低減することが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決すべく、Ｘ線源とＸ線検出手段とからなる撮影機構を被検体の周囲に回転する回転部と、該回転部を回転自在に支持する架台部と、前記架台部から前記回転部に電力を伝達する電力伝達部とを備えたＸ線ＣＴ装置であって、前記電力伝達部は、前記架台側に配設される円環状の固定側巻線部と、前記回転部に配設されると共に、前記固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とを有し、前記固定側巻線部と前記回転側巻線部が、シート巻線からなるＸ線ＣＴ装置である。
【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際における固定側巻線と回転側巻線の銅損を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用してなる実施形態１のＸ線ＣＴ装置の全体構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１の電力伝達部の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態１のシート巻線の構成を説明するための図である。
【図４】銅線の周波数と表皮深さとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の電力伝達部における渦電流を説明するための図である。
【図６】渦電流並びに渦電流損算出用のチャート図である。
【図７】本発明の実施形態１の電力伝達部に適用可能なシート巻線の条件の図である。
【図８】本発明の実施形態１のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部のシミュレーション条件を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１の電力伝達部における渦電流損についてのシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態１の電力伝達部における渦電流損についてのシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態２のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態３のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態４のＸ線ＣＴ装置の全体構成ブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態４のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
〈実施形態１〉
（全体構成）
図１は本発明を適用してなる実施形態１のＸ線ＣＴ装置の全体構成ブロック図である。実施形態１の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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、コンバータ３２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。
【００１６】
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（被検体１０５の周囲３６０°）の透過Ｘ線量分布が計測できる。
【００１７】
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の断層画像等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等を表示するもので、例えば周知のテレビモニタである。
【００１８】
電力伝達部１０２は、架台固定部１００に配置される固定側巻線２と、回転部２００に配置される回転側巻線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れ電力の伝達がなされる、いわゆる回転変圧器の構成となっている。電力伝達部１０２の詳細な構成については、以下に説明する。
【００１９】
（電力伝達部構成）
図２は本発明の実施形態１の電力伝達部の構成を説明するための図であり、図３は本発明の実施形態１のシート巻線の構成を説明するための図である。特に、図２（ａ）は回転部２００の回転軸方向から電力伝達部１０２を見た鳥瞰図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印の方向から見た断面図である。また、図３（ａ）は図２（ｂ）に示すシート巻線の断面図であり、図３（ｂ）は実施形態１のシート巻線の構成図である。ただし、以下の説明では、固定側巻線２及び回転側巻線４を形成するシート巻線を銅で形成する場合について説明するが、シート巻線の材料は銅に限定されることはなく、他の導電材料であってもよい。ただし、銅以外の材料をシート巻線として用いる場合には、アルミの抵抗率ρ＝２．６５×１０−８（Ω・ｍ）以下の抵抗率を有する導電材料が好ましい。
【００２０】
電力伝達部１０２の回転側は図２（ａ）中の円弧形状の矢印２０１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。
【００２１】
固定側巻線２は架台固定部１００に配置され、回転側巻線４は回転部２００に配置され、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。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の近傍に配置され、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、固定側鉄心１と回転側鉄心３との間にはギャップ６が形成される。固定側巻線２のターン間および固定側巻線２と固定側鉄心１の間には絶縁シート７が設けられている。回転側巻線４のターン間および回転側巻線４と回転側鉄心３の間にも絶縁シート７が設けられている。
【００２２】
固定側巻線２と回転側巻線４は、シート巻線となっており固定側鉄心１と回転側鉄心３の溝に横長に配置されている。シート巻線を用いることで、隙間５およびギャップ６から漏れ磁束φａによって発生する渦電流損Ｗｅを低減でき、巻線での銅損を低減することができる。
【００２３】
すなわち、図２（ａ）に示すように、実施形態１の電力伝達部１０２は平板状の円環体形状をなす一対の固定側鉄心１と回転側鉄心３とが、所定のギャップ６で対向配置される構成となっている。このとき、実施形態１では、図２（ｂ）に示すように、固定側鉄心１と回転側鉄心３との対向面側には、それぞれ円周方向に沿った凹部（溝）が形成される構成となっている。各凹部にはその底面側から開口部側に向かって螺旋状に形成されたシート巻線が配置されている。また、実施形態１では、図２（ｂ）から明らかなように、固定側巻線２及び回転側巻線４となるシート巻線の半径方向の長さ（以下、幅と記す）は固定側鉄心１及び回転側鉄心３の凹部の半径方向の長さとほぼ同じ長さに形成される構成となっている。
【００２４】
また、シート巻線で形成される固定側巻線２及び回転側巻線４の部分の高さは、それぞれの鉄心１、３の周縁部高さ（半径方向内側端部及び半径方向外側端部の高さ）すなわち凹部の深さよりも小さく形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心１と回転側鉄心３とを対向配置した場合のギャップ６の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔５（固定側巻線２と回転側巻線４との間の隙間）が大きくなるように形成されている。
【００２５】
このように形成される一対の固定側鉄心１（回転側巻線４を含む）と回転側鉄心３（固定側巻線２を含む）は、回転側鉄心３の回転中心軸と回転部２００の回転中心軸とが一致する位置に回転側鉄心１が回転部に配置され、該回転側鉄心３と対向する位置に固定側鉄心１が架台固定部１００に配置される構成となっている。
【００２６】
なお、図２（ｂ）に示す断面図では、説明のためにシート巻線４の厚さｔと絶縁シート７との厚さを同じ厚さとしているが、シート巻線４の厚さｔよりも絶縁シート７を薄く形成することにより、固定側鉄心１及び回転側鉄心３の高さを低くすることが可能となるので、電力伝達部１０２をさらに小型化できる。
【００２７】
また、実施形態１の電力伝達部では、その他の効果として製作のしやすさも挙げられる。シート巻線では銅板を円環状（リング状）に切り抜き、銅板同士の間を絶縁シート７などで絶縁した後、切り抜いた銅板同士の端部をロウづけ等で接続することにより巻線を製造できるので、製造後の巻線を固定側鉄心１と回転側鉄心３の溝の中に固定側巻線２と回転側巻線４として配置することにより、製造時の巻線作業が不要となり作業性を向上させることが可能である。すなわち、図３（ａ）に示すように、実施形態１の電力伝達部１０２では、シート巻線とするための薄いＣ字型の銅板４０１が絶縁シート７を介して重ねて配置されると共に、該Ｃ字型の銅板４０１の一端と上層に配置されるＣ字型の銅板４０１の他端とを、接続部４０２を介して順次電気的に接続する構成としている。このように、実施形態１の固定側巻線２及び回転側巻線４では、Ｃ字型の銅板４０１を順次繋ぎ合わせることによって、各鉄心の凹部の底面側から開口面側に向かう螺旋状のシート巻線を形成している。このような構成とすることによって、シート巻線４を分割して形成することが可能となるので、作業性を向上することが可能となる。ただし、各鉄心の凹部の底面側から開口面側に向かって連続して形成されたシート巻線４を用いてもよい。また、実施形態１の固定側巻線２及び回転側巻線４の形成では、同一形状のＣ字型の銅板４０１を重ね合わせる際に、図３（ａ）に示すように、Ｃ字型の銅板４０１を中心位置で順次時計方向又は反時計方向にずらすように回転させる。このような構成とすることによって、下側すなわち凹部の底面側に配置されるＣ字型の銅板４０１の一端と、該Ｃ字型の銅板４０１の上方に重ねて配置するＣ字型の銅板４０１の他端との接続を容易とするものである。このとき、重ねて配置されるＣ字型の銅板４０１との間に配置する図示しない絶縁シートは、Ｃ字型の銅板４０１を接続する位置には開口部が形成される構成とすることにより、絶縁シートを介して配置されるＣ字型の銅板４０１の接続を容易にできるという格別の効果を得ることができる。
【００２８】
ただし、実施形態１の固定側巻線２及び回転側巻線４では、図３（ｂ）に示すように、Ｃ字型の銅板４０１はその断面形状が幅Ｈ、厚さｔの薄い銅箔状の銅板で形成される。なお、後に詳述するように、銅板４０１の幅Ｈ及び厚さｔは電力伝達部１０２に必要とされる電力に応じて適宜決定されるものである。
【００２９】
さらに、シート巻線ではリッツ線に比べて巻線の表面積が大きいため、熱伝導・熱伝達による冷却効果を大きくすることができる。絶縁シート７に熱伝導性のよいシートを使用すれば、シート巻線のターン間での熱伝導を高めることができ、熱設計上有利になるという点も挙げられる。
【００３０】
（効果の説明）
一般的には表皮効果や渦電流損を低減するために、高周波の漏れ磁束が発生する装置に使用する巻線にはしばしばリッツ線と呼ばれる束線が選定されるのだが、特開２００８−０２１４７０号公報（以下、参考文献１と記す）にあるように、リッツ線であっても、周波数が高くなるにつれて交流抵抗は増大してしまうことが知られている。特に、Ｘ線ＣＴ装置は数１００Ａの大電流を通電する必要があるため、巻線の抵抗を下げるために通電の断面積を増やさなくてはならない。
【００３１】
リッツ線を用いる場合、素線数を増やすか、もしくは素線径を大きくすることで対応しなくてはならないのだが、素線径を大きくしたとしても通電する電流は表皮効果のため、表皮深さδ程度しか流れずに素線径を大きくする意味がなくなってしまう。角振動数をω、透磁率μ、伝導率σとすると、表皮深さδは、下記の式（１）のようになる。
【数１】
2010279406.tif 000003
【００３２】
例えば、素線材料が銅の場合、図４の銅線の周波数と表皮深さとの関係を示す図から明らかなように、周波数１００ｋＨｚでの表皮深さδは０．２ｍｍ程度となってしまうため、４００Ａ程度の電流を巻線に通電するためには、素線を２０００本程度撚らなくてはならない。しかしながら、素線数が２０００本程度になってくると、参考文献１にあるように、抵抗値を下げようとしても下がらず交流抵抗値が飽和してきてしまうといった現象が起こってしまう。
【００３３】
以下、図５に本発明の実施形態１の電力伝達部における渦電流を説明するための図を、図６に渦電流並びに渦電流損算出用のチャート図をそれぞれ示し、以下、図５及び図６に基づいて、シート巻線を使用する実施形態１の電力伝達部における渦電流損Ｗｅの低減効果について説明する。ただし、図５（ａ）は従来のリッツ線を電力伝達部に用いた場合の渦電流を説明するための図であり、図５（ｂ）はシート巻線を電力伝達部に用いた場合の渦電流を説明するための図である。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、巻線としてリッツ線を使用した場合、漏れ磁束φａが巻線と鎖交すると、渦電流ｉが流れる。このとき、リッツ線のインピーダンスＺは、下記の式（２）となる。
【数２】
2010279406.tif 000004
【００３５】
ここで、リッツ線の場合には、素線径が細いため、渦電流ｉに対するインピーダンスは抵抗Ｒが支配的となる。一方、漏れ磁束φａが入ってきた場合に発生する起電力ｅは、下記の式（３）となる。
【数３】
2010279406.tif 000005
【００３６】
従って、漏れ磁束φａにより流れる過電流ｉは、下記の式（４）となる。
【数４】
2010279406.tif 000006
【００３７】
この式（４）より、渦電流ｉは周波数に比例することが分かる。また、渦電流損Ｗｅは下記の式（５）となる。
【数５】
2010279406.tif 000007
【００３８】
このように、巻線にリッツ線を用いたの場合には、式（４）に示すように、漏れ磁束φａにより発生する渦電流ｉが周波数ｆに比例する。従って、式（５）に示すように、渦電流損Ｗｅは周波数ｆの２乗に比例する。その結果、高周波下では、渦電流損Ｗｅが大きくなってしまい、どうしても銅損を低減することができない。
【００３９】
一方、図５（ｂ）に示すように、巻線としてシート巻線を使用した場合にも、漏れ磁束φａが巻線と鎖交すると、渦電流ｉが流れる。このとき、シート巻線におけるインピーダンスＺは、下記の式（６）となる。
【数６】
2010279406.tif 000008
【００４０】
ここで、シート巻線の場合には、漏れ磁束φａに対する面積が大きいために、渦電流ｉに対するインピーダンスはインダクタンスＬが支配的となる。一方、漏れ磁束φａが入ってきた場合に発生する起電力ｅは、下記の式（７）となる。
【数７】
2010279406.tif 000009
【００４１】
従って、漏れ磁束φａにより流れる過電流ｉは、下記の式（８）となる。
【数８】
2010279406.tif 000010
【００４２】
この式（８）より、渦電流ｉは周波数に比例することが分かる。また、渦電流損Ｗｅは下記の式（９）となる。
【数９】
2010279406.tif 000011
【００４３】
このように、巻線としてシート巻線を用いた場合には、漏れ磁束φａに対する面積を大きくとることができるため、式（６）に示すように、渦電流ｉに対するインピーダンスはインダクタンスＬが支配的となる。したがって、式（７）〜式（９）に示すように、漏れ磁束φａにより発生する渦電流ｉが周波数ｆに無関係になるため、渦電流損Ｗｅが周波数ｆに無関係となり、高周波下でも銅損を低減することが可能となる。
【００４４】
ここで、電学論Ｂ，１０９，８，ｐｐ．３３９−３４６  （１９８９）（以下、参考文献２と記す）にあるように、渦電流損Ｗｅが周波数ｆに無関係となってくるためには、次式（１０）に示す係数αが１以下となるように、シート巻線の厚さｔと幅Ｈを選ばなくてはならない。
【数１０】
2010279406.tif 000012
【００４５】
ここで、ρはシート巻線の抵抗率である。抵抗率ρと周波数ｆが固定されている状況下においては、αはシート巻線の厚さｔと幅Ｈの比を決める係数である。シート巻線を周波数ｆなる均一磁界Ｂ中に置いた場合の渦電流損Ｗｅは、次式（１１）で表される。
【数１１】
2010279406.tif 000013
【００４６】
ここで、Ｑ（α）は渦電流損失係数である。図６は参考文献２より抜粋した図であり、横軸がα、縦軸が渦電流損失係数Ｑ（α）となっている。α＝１では渦電流損失係数Ｑ（α）が低くなっており、α≦１となるようにシート巻線の厚さｔと幅Ｈを選ぶことで、渦電流損が低減できることが分かる。
【００４７】
シート巻線の厚さｔは表皮効果があるため、表皮深さδの２倍程度とするのが妥当であるので、次式（１２）になる。
【数１２】
2010279406.tif 000014
【００４８】
シート巻線の幅Ｈは、ｔ＝２δとし、α≦１となるように式（１０）に代入すれば、次式（１３）が求まる。なお、単位系を合わせるために、式（１０）のρ［μΩ・ｃｍ］＝１０８／σとしてある。
【数１３】
2010279406.tif 000015
【００４９】
式（１２）および式（１３）で表されるシート巻線の厚みｔと幅Ｈを選べば、渦電流損を減らすことができる。従って、実施形態１の電力伝達部においても、式（１２）及び式（１３）で示される範囲のシート巻線を用いる。
【００５０】
図７は本発明の実施形態１の電力伝達部に適用可能なシート巻線の条件の図であり、特に、巻線材料が銅（σ＝５８×１０６Ｓ／ｍ）の場合に、式（１２）並びに式（１３）を用いて、周波数ｆを変えて、シート巻線の厚みｔと幅Ｈを計算した結果である。この図７から周波数１００ｋＨｚでは、シート巻線の厚さは０．４ｍｍ以下、幅は４２ｍｍ以上としなくてはならないことが分かる。
【００５１】
固定側巻線２と回転側巻線４にシート巻線を使用することにより、高周波での渦電流損がリッツ線よりも低減でき、銅損が減らせることを発明者らはシミュレーションにより確認した。以下、シミュレーションによる銅損の低減効果について詳細に説明する。
【００５２】
図８は本発明の実施形態１のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部のシミュレーション条件を示す図であり、図９及び図１０は本発明の実施形態１の電力伝達部における渦電流損についてのシミュレーションの結果を示す図である。特に、図７（ａ）はリッツ線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件であり、図７（ｂ）は幅Ｈ＝５６ｍｍのシート巻線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件であり、図７（ｃ）は幅Ｈ＝９６ｍｍのシート巻線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件であり、図７（ｃ）は幅Ｈ＝１５６ｍｍのシート巻線を用いた場合の電力伝達部の断面図及びシミュレーション条件である。また、図１０は図９に示すシート巻線を用いた電力伝達部の銅損を示した図である。図９、１０において縦軸は銅損ＷＣｕであり、横軸は周波数ｆである。
【００５３】
図８（ａ）〜（ｄ）に示すシミュレーションでは、リッツ線とシート巻線に同じ電力を供給することを想定して、固定側巻線２を１２００アンペアターンに設定し、回転側巻線４を−１２００アンペアターンに設定している。また、断面積Ｓ１は共に、２３．５［ｍｍ２］としているが、巻線の占積率を考慮し、リッツ線の場合では鉄心の巻線スペースすなわち巻線が形成される凹部の深さを大きく設定している。
【００５４】
図９から明らかなように、リッツ線では周波数が大きくなるに従って、銅損ＷＣｕも右肩上がりに増加しており、周波数１００ｋＨｚではおよそ３２ｋＷの銅損ＷＣｕが発生している。一方、シート巻線の場合、周波数が高くなっても銅損ＷＣｕが低く抑えられており、周波数１００ｋＨｚではおよそ１．８〜４．２ｋＷ程度の銅損ＷＣｕしか発生していない。このシミュレーション結果からも明らかなように、シート巻線を用いる実施形態１の電力伝達部では、銅損ＷＣｕを大幅に低減させることが可能となるので、固定側巻線に供給する電流の周波数を高くすることが可能となり、電力伝達部を小型化することが可能となる。さらには、図８（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、巻線にシート巻線を用いることにより、固定側鉄心及び回転側鉄心に形成した凹部の容積に占める巻線の占積率を向上させることができるので、電力伝達部をさらに小型化することが可能となる。
【００５５】
一方、図１０に示すように、巻線とするシート巻線の厚さｔ＝０．４２ｍｍのままで、巻線の幅Ｈを５６ｍｍ、９６ｍｍ、１５６ｍｍと大きくした場合には、図８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、鉄心の巻線スペースすなわち凹部の幅は大きくする必要がある。また、図１０に示すように、幅Ｈ＝５６ｍｍのシート巻線の場合で周波数ｆ＝２０ｋＨｚの時の銅損ＷＣｕ＝２．６ｋＷが周波数ｆ＝１２０ｋＨｚで銅損ＷＣｕ＝４．５ｋＷ、幅Ｈ＝９６ｍｍのシート巻線の場合で周波数ｆ＝２０ｋＨｚの時の銅損ＷＣｕ＝１．４ｋＷが周波数ｆ＝１２０ｋＨｚで銅損ＷＣｕ＝２．６ｋＷ、幅Ｈ＝１５６ｍｍのシート巻線の場合で周波数ｆ＝２０ｋＨｚの時の銅損ＷＣｕ＝１．１ｋＷが周波数ｆ＝１２０ｋＨｚで銅損ＷＣｕ＝２．０ｋＷの増加となり、リッツ線の増加に比べると低く抑えられていることが分かると共に、周波数にはほとんど依存しないこととなる。また、図８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、幅Ｈ＝５６ｍｍのシート巻線の場合の直流抵抗はＲ＝１５．３（ｍΩ）であり、幅Ｈ＝９６ｍｍのシート巻線の場合の直流抵抗はＲ＝８．１（ｍΩ）であり、幅Ｈ＝１５６ｍｍのシート巻線の場合の直流抵抗はＲ＝５．５（ｍΩ）となり、シート巻線の幅Ｈに比例して低くすることが可能となる。その結果、シート巻線では幅Ｈを大きくしても、銅損ＷＣｕがリッツ線のように大きくならないので、大電流を通電する場合であっても、幅Ｈを大きくすることで対応することが可能になるという格別の効果を得ることが可能となる。ただし、ただし、銅損ＷＣｕは直流損Ｗｄｃと渦電流損Ｗｅの合計である。
【００５６】
以上の結果より、固定側巻線２と回転側巻線４をシート巻線で形成することにより、周波数を高くした場合であっても巻線の銅損の増大を防ぐことができるので、Ｘ線ＣＴ装置の高周波化・高出力化に対応することができる。
【００５７】
以上説明したように、実施形態１のＸ線ＣＴ装置では、電力伝達部を形成する架台側に配設される円環状の固定側巻線部と、回転部に配設されると共に、固定側巻線部に対向配置される円環状の回転側巻線部とをそれぞれシート巻線を用いて形成する構成としているので、回転側巻線部に供給する交流電流の周波数を高くした場合であっても、固定側巻線部及び回転側巻線部における銅損を低減させることが可能となり、電力伝達部を小型化することができる。固定側巻線部及び回転側巻線部の巻線にシート巻線を用いることにより、固定側鉄心及び回転側鉄心に形成した凹部の容積に占める巻線の占積率を向上させることができるので、電力伝達部をさらに小型化することが可能となる。
【００５８】
〈実施形態２〉
図１１は本発明の実施形態２のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図であり、特に、図１１（ａ）は回転部の回転軸方向から電力伝達部を見た鳥瞰図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印の方向から見た断面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）に示すシート巻線の断面図である。ただし、実施形態２のＸ線ＣＴ装置では、電力伝達部を構成する固定側巻線及び回転側巻線を除く他の構成は実施形態１のＸ線ＣＴ装置と同様である。従って、以下の説明では、電力伝達部における固定側巻線と回転側巻線について、詳細に説明する。
【００５９】
図１１に示すように、実施形態２の電力伝達部１０２においては、シート巻線の幅Ｈを大きくとるために、シート巻線を真ん中で折りたたみ、固定側巻線２と回転側巻線３を構成したものである。このような構成にすることで、限られた巻線スペースを有する固定側鉄心１と回転側鉄心３であっても、シート巻線を折りたたんで配置することができ、実施形態１よりも幅Ｈを大きくすることができる。シート巻線を用いることで渦電流損を低減できるのは、実施形態１と同様である。なお、図１１ではシート巻線の折り返しが１回となっているが、複数回折り返してもよい。
【００６０】
すなわち、実施形態２の電力伝達部１２０は、図１１（ａ）に示すように、平板状の円環体形状の一対の円環状の固定側鉄心１と回転側鉄心３とが所定のギャップ６で対向配置される構成、及び固定側鉄心１と回転側鉄心３との対向面側にそれぞれ円周方向に沿った凹部（溝）が形成される構成は、実施形態１と同様の構成である。このとき、実施形態２では、図１１（ｂ）から明らかなように、固定側巻線２及び回転側巻線４となるシート巻線の半径方向の長さ（シート巻線の幅）は固定側鉄心１及び回転側鉄心３の凹部の半径方向の長さよりも大きく形成され、シート巻線の半径方向の長さの半分の位置で折り返す構成となっている。このときのシート巻線を示したのが図１１（ｃ）であり、シート巻線の延在方向に沿って当該シート巻線の半径方向（幅方向）の長さの半分の位置で折り返す構成により、実施形態１と同じ凹部の幅内に、実施形態１のシート巻線の２倍の幅Ｈを有する厚さｔのシート巻線を形成することが可能となる。ただし、図３（ｂ）に示すＣ字型の薄い銅板４０１を２枚以上ずつを１組とし、各組の銅板４０１の外周部又は内周部を電気的に接続することにより、図１１（ｃ）に示すシート巻線と同等のシート巻線を形成できる。
【００６１】
このとき、実施形態２では、折り返したシート巻線の間にも絶縁シート７を挿入することによって、折り返しに伴うシート巻線の電気的接触を防止し、シート巻線の厚さｔが電気接触により２倍になってしまうことを防止している。なお、実施形態１と同じターン数を確保する場合には、固定側巻線２及び回転側巻線４の高さすなわち凹部の高さ（深さ）を２倍にすることにより、対応可能となる。
【００６２】
また、実施形態２においても、シート巻線で形成される固定側巻線２及び回転側巻線４の部分の高さは、それぞれの鉄心１、３の周縁部高さ（半径方向内側端部及び半径方向外側端部の高さ）すなわち凹部の深さよりも低く形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心１と回転側鉄心３とを対向配置した場合のギャップ６の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔５（固定側巻線２と回転側巻線４との間の隙間）が大きくなるように形成されている。
【００６３】
その結果、実施形態２のＸ線ＣＴ装置では、実施形態１のＸ線ＣＴ装置の効果に加えて、実施形態１のＸ線装置より大きな電流を回転部に供給することが可能となる。
【００６４】
なお、図１１（ｃ）に示す断面図では、説明のためにシート巻線４の厚さｔと絶縁シート７との厚さを同じ厚さとしているが、シート巻線４の厚さｔよりも絶縁シート７を薄く形成することにより、固定側鉄心１及び回転側鉄心３の高さを低くすることが可能となるので、電力伝達部１０２をさらに小型化できる。さらには、シート巻線間の絶縁シート７の厚さよりも薄い絶縁シート７を用いて、折り返したシート巻線間を絶縁する構成とすることにより、シート巻線で形成される固定側巻線２及び回転側巻線４の部分の高さを抑え、電力伝達部を小型化している。しかしながら、絶縁シート７の厚さはこれに限定されることはなく、例えば、同じ厚さの絶縁シート７を用いてもよく、さらには、シート巻線間の絶縁シート７の厚さよりも厚い絶縁シート７を用いて、折り返したシート巻線間を絶縁する構成としてもよい。
【００６５】
〈実施形態３〉
図１２は本発明の実施形態３のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図であり、特に、図１２（ａ）は回転部の回転軸方向から電力伝達部を見た鳥瞰図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印の方向から見た断面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）に示すシート巻線の断面図である。ただし、実施形態３のＸ線ＣＴ装置では、電力伝達部を構成する固定側巻線及び回転側巻線を除く他の構成は実施形態１、２のＸ線ＣＴ装置と同様である。従って、以下の説明では、電力伝達部における固定側巻線と回転側巻線について、詳細に説明する。
【００６６】
図１２に示すように、実施形態３の電力伝達部１０２においては、シート巻線の幅Ｈを大きくとるために、シート巻線を波型にして、固定側巻線２と回転側巻線３を構成したものである。このような構成とすることで、実施形態１よりもシート巻線の幅Ｈを大きくすることができ、電流の通電する断面積も大きくとることができる。シート巻線を用いることで渦電流損を低減できるのは、実施形態１と同様である。
【００６７】
すなわち、実施形態３の電力伝達部１２０は、図１２（ａ）に示すように、平板状の円環体形状の一対の円環状の固定側鉄心１と回転側鉄心３とが所定のギャップ６で対向配置され、固定側鉄心１と回転側鉄心３との対向面側にそれぞれ円周方向に沿った凹部（溝）が形成される構成は、実施形態１と同様の構成である。このとき、実施形態３では、図１２（ｂ）に示すように、シート巻線の延在方向に伸延する凹凸が形成され、固定側巻線２及び回転側巻線４となるシート巻線の半径方向の実際の長さ（シート巻線の幅）が固定側鉄心１及び回転側鉄心３の凹部の半径方向の長さ（凹部の幅）よりも大きく構成されている。このときのシート巻線を示したのが図１２（ｃ）であり、シート巻線の半径方向（幅方向）に波型の凹凸が並設されるように、当該シート巻線の延在方向に沿ってかまぼこ状の凹凸が延在する形状とすることにより、実施形態１と同じ凹部の幅内に、実施形態１のシート巻線よりも幅Ｈが広い、厚さｔのシート巻線を形成することが可能となる。このとき、図１２（ｂ）に示すように、上下に配置される凹凸位置が一致するようにシート巻線を配置することによって、固定側巻線２及び回転側巻線４の部分の高さを低くすることが可能となる。
【００６８】
また、実施形態３においても、シート巻線で形成される固定側巻線２及び回転側巻線４の部分の高さは、それぞれの鉄心１、３の周縁部高さ（半径方向内側端部及び半径方向外側端部の高さ）すなわち凹部の深さよりも低く形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心１と回転側鉄心３とを対向配置した場合のギャップ６の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔５（固定側巻線２と回転側巻線４との間の隙間）が大きくなるように形成されている。その結果、実施形態３のＸ線ＣＴ装置では、実施形態１のＸ線ＣＴ装置の効果に加えて、実施形態１のＸ線装置より大きな電流を回転部に供給することが可能となる。
【００６９】
さらには、実施形態３のシート巻線を実施形態２のシート巻線のように幅方向の中ごろで折り返す構成（シート巻線を薄い銅板で形成する場合の外周部又は内周部を接続する構成を含む）とすることにより、限られた凹部の幅内に形成するシート巻線の幅をさらに大きくすることが可能となる。
【００７０】
〈実施形態４〉
（全体構成）
図１３は本発明の実施形態４のＸ線ＣＴ装置の全体構成ブロック図である。図１３から明らかなように、実施形態４のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管３９が備える図示しない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、実施形態１に示す電力伝達部１０２とは別系統の電力伝達部１１２を備えた構成となっている。本電力系統は、電源５０とインバータ５４とリング（円環）形状の変圧器（回転変圧器）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を備えてなる。ただし、電源５０は商用の交流電源５１と、交流電源５１の電圧を所望の直流電圧に変換するコンバータ５２と、コンバータ５２の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ５３とを備えている。
【００７１】
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。従って、詳細な説明は省略する。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周知の装置である。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。
【００７２】
また、電力伝達部１１２は、架台固定部１００に配置される固定側巻線１１１と、回転部２００に配置される回転側巻線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。
【００７３】
（電力伝達部構成）
次に、図１４に本発明の実施形態４のＸ線ＣＴ装置における電力伝達部の概略構成を説明するための図を示し、以下、図１４に基づいて、電力伝達部１０２、１１２の詳細な構成を説明する。特に、図１４（ａ）は回転部２００の回転軸方向から電力伝達部１０２を見た鳥瞰図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ断面を矢印の方向から見た断面図である。ただし、以下の説明では、固定側巻線２、１１１及び回転側巻線４、１１３を形成するシート巻線を銅で形成する場合について説明するが、シート巻線の材料は銅に限定されることはなく、他の導電材料であってもよい。また、図１４（ａ）中に示す円弧形状の矢印は回転部２００の回転方向を示すものである。
【００７４】
図１３（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１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面を矢印の方向から見た図である。回転部２００は図１３（ａ）中の円弧形状の矢印の方向に回転する。
【００７５】
図１３（ａ）に示すように、実施形態４では２系統分の電力伝達部１０２、１１２を備える構成となっており、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８と回転側鉄心９を備えている。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、それぞれの電力系統で独立に電力を伝達することが可能である。
【００７６】
本実施形態の電力伝達部１０２の固定側巻線２と回転側巻線４と電力伝達部１１２の固定側巻線１１１と回転側巻線１１３は、実施形態１と同様にシート巻線となっており、電力伝達部１０２の固定側鉄心１と回転側鉄心３の溝に横長に配置されている。電力伝達部１１２も同様で、固定側鉄心８と回転側鉄心９の溝に横長に配置されている。シート巻線を使用することで、渦電流損を減らせることは実施形態１と同様である。
【００７７】
すなわち、図１４（ａ）に示すように、実施形態４のＸ線ＣＴ装置では、平板状の円環体形状をなす一対の円環状の固定側鉄心８と回転側鉄心９とが電力伝達部１０２の外周側に形成され、電力伝達部１１が構成されている。電力伝達部１１２を構成する回転側鉄心８と固定側鉄心９とは、所定のギャップ１０で対向配置される構成となっている。このとき、図１４（ｂ）に示すように、電力伝達部１０２と同様に、電力伝達部１１２においても固定側鉄心８と回転側鉄心９との対向面側には、それぞれ円周方向に沿った凹部（溝）が形成される構成となっている。各凹部にはその底面側から開口部側に向かって螺旋状に形成されたシート巻線が配置されている。このとき、図１４（ｂ）から明らかなように、固定側巻線１１１及び回転側巻線１１３となるシート巻線の半径方向の長さすなわちシート巻線の幅は、固定側鉄心８及び回転側鉄心９の凹部の半径方向の長さよりも短く形成される構成となっている。
【００７８】
また、シート巻線で形成される固定側巻線１１１及び回転側巻線１１３の部分の高さは、電力伝達部１０２と同様に、それぞれの鉄心８、９の周縁部高さすなわち凹部の深さよりも小さく形成される構成となっている。このような構成とすることによって、固定側鉄心８と回転側鉄心９とを対向配置した場合のギャップ１０の間隔よりも、シート巻線が形成される領域の間隔１１（固定側巻線１１１と回転側巻線１１３との間の隙間）が大きくなるように形成されている。
【００７９】
なお、電力伝達部１０２と同様に、まず、電力伝達部１１２のシート巻線も銅板を円環状に切り抜き、次に、銅板同士の間を絶縁シート１２などで絶縁する。この後に、切り抜いた銅板同士の端部をロウづけ等で電気的に接続することにより、シート巻線を形成するものである。従って、例えば製造後の巻線を固定側鉄心８と回転側鉄心９の溝部に固定側巻線１１１と回転側巻線１１３として配置する構成に比較して、製造時の巻線作業が不要となり作業性を向上させることが可能である。
【００８０】
以上説明したように、実施形態４のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線管３９に熱電子の加速用の電圧を供給するための電源系統と、その他の電源系統とのそれぞれ独立した２系統の電源３０、５０を備え、各電源３０、５０に対応した電力伝達部１０２、１１２を備える構成となっているので、前述する実施形態１のＸ線ＣＴ装置の効果に加えて、さらに効率的に回転部２００に電力を供給することができるという格別の効果を得ることができる。
【００８１】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１、８・・・固定側鉄心、２、１１１・・・固定側巻線、３、９・・・回転側鉄心
４、１１３・・・回転側巻線、５、１１・・・固定側巻線と回転側巻線との間隔
６、１０・・・ギャップ、７、１２・・・絶縁シート、３０、５０・・・電源
３１、５１・・・交流電源、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・・・高電圧整流器、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・・・整流器、６１・・・加熱変圧器
６２・・・ステーターコイル、１００・・・架台固定部
１０２、１１２・・・電力伝達部、１０５・・・被検体
１０６・・・固定側受信デバイス、１０７・・・回転側送信デバイス
１０８・・・非接触信号伝達手段、２００・・・回転部、３００・・・操作卓
４０１・・・Ｃ字型の銅板、４０２・・・接続部（ろう付け部）
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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