(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、これに接続される倍電圧回路と、該交流電源と該倍電圧回路に接続される半導体三相モジュールと、該半導体三相モジュールに接続されその出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、該高電圧変圧器の出力を整流する整流回路とを有し、該整流回路の出力電圧をＸ線管に印加してＸ線を発生させるインバータ式Ｘ線高電圧装置において、上記半導体三相モジュールはダイオードとスイッチング素子の両端同士が逆方向へ導通するように接続された回路要素が2つ直列に接続された回路要素列が３つ並行配置された構成となっており、上記交流電源側からみて最初の回路要素列の中点と上記交流電源の一端が接続され、上記交流電源の他端と上記倍電圧回路の中点が接続され、上記倍電圧回路の両端が上記最初の回路要素列の両端に接続されることで交流電圧を直流電圧に倍化するコンバータとして機能し、上記半導体三相モジュール中の他の２つの回路要素列は交流電圧を直流電圧に変換するインバータとして機能し、そのそれぞれの中点と上記高電圧変圧器の両端が接続されるよう構成されたことを特徴とするインバータ式Ｘ線高電圧装置。
【請求項２】
上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された2つ直列のコンデンサーからなり、該２つのコンデンサの中点が上記交流電源の他端と接続されることを特徴とする請求項１に記載のインバータ式Ｘ線高電圧装置。
【請求項３】
上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された１つのコンデンサーおよび同様に並行して接続された2つ直列のダイオードからなり、該２つのダイオードの中点が上記交流電源の他端と接続されることを特徴とする請求項１に記載のインバータ式Ｘ線高電圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を直流に変換し、その直流をインバータ回路を用いて高周波の交流に変換し、その出力電圧を昇圧すると共に整流してＸ線管に印加しＸ線を発生させるインバータ式Ｘ線高電圧装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のインバータ式Ｘ線高電圧装置は、図４に示すように、商用２００Ｖの単相交流電源１’から交流電圧をサイリスタで構成されたコンバータ２’で直流電圧に変換し、これを平滑コンデンサ３’で平滑してＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いたフルブリッジ型のインバータ回路４’に入力する。このインバータ回路４’は、特開昭６３−１９０５５６号公報にも記載されているように、共振用コンデンサ５’と高電圧変圧器６’の漏れインダクタンス、浮遊容量等との共振現象を利用してインバータ回路４’の位相差と周波数を制御することにより、負荷であるＸ線管８’に高電圧を印加するもので、このインバータ回路４’からの交流電圧を前記高圧変圧器６’で昇圧し、これを整流回路７’（第２の整流回路）で直流に変換してＸ線管８’に印加していた。
【０００３】
そして、前記コンバータ２’は、図５に示すように、４つのダイオード１１’，１２’，１３’，１４’によるブリッジ回路の半導体モジュールで全波整流回路を構成し、単相交流電源１’の電圧をこの全波整流回路で整流し、これを平滑コンデンサ１５’で平滑してインバータ回路４’の入力電圧としている。
【０００４】
また、図６に示すように、６つのダイオード２１’，２２’，２３’，２４’，２５’，２６’によるブリッジ回路の半導体モジュールで全波整流回路を構成し、三相交流電源２０’の電圧をこの全波整流回路で整流し、これを平滑コンデンサ２７’で平滑してインバータ回路４’の入力電圧としている。
【０００５】
図７はインバータ回路４’への入力電圧を前記図４に示す例の２倍に上げる回路の例であり、コンバータ２’のダイオード３１’，３２’による半導体モジュールと平滑コンデンサ３３’，３４’で倍電圧整流回路を構成し、単相交流電源３０’の電圧をこの倍電圧整流回路で２倍に昇圧，整流して、これをインバータ回路４’の入力電圧としている。
【０００６】
図８は前記図５に示す例において、インバータ回路４’の入力電圧を０Ｖ〜図５に示す例の２倍まで上げる回路例であり、コンバータ２’のサイリスタ４１’，４２’による半導体モジュールと平滑コンデンサ４３’，４４’で倍電圧整流回路を構成し、単相交流電源４０’の電圧をこの倍電圧整流回路で０Ｖから２倍まで昇圧，整流して、これをインバータ回路４’の入力電圧としている。
【０００７】
前述したように、従来のインバータ式Ｘ線高電圧装置では、コンバータ２’のダイオードの部分もしくはサイリスタの部分のみモジュール化して小型化をはかっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【０００９】
前記従来技術では、交流電圧を直流に変換するコンバータ回路と、その直流電圧を高周波に変換するインバータ回路は別々のモジュールで構成しているため、インバータ式Ｘ線高電圧装置の設置スペースを低減することに限界があった。
【００１０】
本発明の目的は、インバータ式Ｘ線高電圧装置の設置スペースを低減することが可能な技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１３】
交流電源と、これに接続される倍電圧回路と、該交流電源と該倍電圧回路に接続される半導体三相モジュールと、該半導体三相モジュールに接続されその出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、該高電圧変圧器の出力を整流する整流回路とを有し、該整流回路の出力電圧をＸ線管に印加してＸ線を発生させるインバータ式Ｘ線高電圧装置において、上記半導体三相モジュールはダイオードとスイッチング素子の両端同士が逆方向へ導通するように接続された回路要素が2つ直列に接続された回路要素列が３つ並行配置された構成となっており、上記交流電源側からみて最初の回路要素列の中点と上記交流電源の一端が接続され、上記交流電源の他端と上記倍電圧回路の中点が接続され、上記倍電圧回路の両端が上記最初の回路要素列の両端に接続されることで交流電圧を直流電圧に倍化するコンバータとして機能し、上記半導体三相モジュール中の他の２つの回路要素列は交流電圧を直流電圧に変換するインバータとして機能し、そのそれぞれの中点と上記高電圧変圧器の両端が接続されるよう構成されたインバータ式Ｘ線高電圧装置。
また、上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された2つ直列のコンデンサーからなり、該２つのコンデンサの中点が上記交流電源の他端と接続される上記のインバータ式Ｘ線高電圧装置である。
また、上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された１つのコンデンサーおよび同様に並行して接続された2つ直列のダイオードからなり、該２つのダイオードの中点が上記交流電源の他端と接続される上記のインバータ式Ｘ線高電圧装置。
【００１４】
前述の手段によれば、交流電圧を直流に変換するコンバータ回路とその直流を高周波交流に変換するインバータ回路とを半導体三相モジュールで構成することにより、コンバータ回路とインバータ回路の部分が小型になるので、インバータ式Ｘ線高電圧装置の設置スペースを低減することができる。
【００１５】
また、インバータ式Ｘ線高電圧装置のように定格電流が大きい場合、半導体モジュールの大きさが装置全体に占める割合が無視できないため、一つのモジュールによる小型化は効果が大きい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（実施例）を詳細に説明する。
【００１７】
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１のインバータ式Ｘ線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図であり、１は商用２００Ｖの単相交流電源、３１，３２は平滑コンデンサ、４はＩＧＢＴを用いた半導体三相モジュール回路、５は共振用コンデンサ、６は高電圧変圧器、７は高電圧整流器、８はＸ線管である。
【００１９】
前記半導体三相モジュール回路４は、図１に示すように、単相交流電源１からの交流電圧を直流電圧に整流するコンバータと、この直流電圧を高周波の交流に変換するインバータの働きをするものであり、ダイオード（Ｄ１〜Ｄ６）と自己消孤可能なスイッチング素子、ここでは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）からなる６つのスイッチング素子１４１〜１４６と、それら各スイッチング素子１４１〜１４６に逆並列接続されたダイオード２４１〜２４６とからなるものである。
【００２０】
交流電圧から直流電圧への変換は、ダイオード２４１，２４２と平滑コンデンサ３１，３２によって構成され、図５と同じ倍電圧回路によって行う。
【００２１】
また、この直流電圧を高周波への変換は、スイッチング素子１４３〜１４６と、それら各スイッチング素子１４３〜１４６に逆並列接続されたダイオード２４３〜２４６によるフルブリッジ型のインバータ回路によって行う。
【００２２】
交流電源１の正の半サイクル間は、スイッチング素子１４１，１４２は常にオフにしておくと、ダイオード２４２が導通し、交流電源１→コンデンサ３２→ダイオード２４２→交流電源１という回路で電流が流れ、コンデンサ３２にエネルギーを蓄える。そして、交流電源１の負の半サイクル間は、スイッチング素子１４１，１４２は常にオフにしておくので、ダイオード２４１が導通し、交流電源１→ダイオード２４１→コンデンサ３１→交流電源１という回路で電流が流れ、コンデンサ３１にエネルギーを蓄える。このように交流電源１の正の半サイクル間と負の半サイクル間の動作を繰り返すことによって、平滑コンデンサ３１の正極と平滑コンデンサ３２の負極間には交流電源１の波高値の約２倍の電圧が充電される。
【００２３】
インバータ回路は、このようにして得られた直流電圧を受電して交流電圧に変換すると共に、共振現象を利用してＸ線管８に供給する電力を制御するものであり、ここではＩＧＢＴからなる４つのスイッチング素子１４３〜１４６を組み合わせてフルブリッジ型に構成すると共に、それら各スイッチング素子１４３〜１４６にダイオード２４３〜２４６を逆並列接続してなるものである。
【００２４】
図２は前記ＩＧＢＴを用いた半導体三相モジュール回路４の一例の６素子型の回路構成を示す回路図であり、縦の長さは１０７ｍｍ、横の長さは１０２ｍｍである。図２において、Ｎ，Ｐ，Ｕ，Ｖ，Ｗはそれぞれ端子である。
【００２５】
コンデンサ５は、三相モジュール４の出力電圧によって共振電流を生じさせる共振素子の１つである。高電圧変圧器６は、その１次巻線が前記コンデンサ５と直列に接続され、コンデンサ５と漏れインダクタンスとで共振を起こさせ、その共振出力を昇圧するものである。
【００２６】
第２の整流回路７は、前記高電圧変圧器６の２次巻線に接続され、その出力の交流電圧を直流に変換するものである。この第２の整流回路７の出力電圧がＸ線管８に印加されてＸ線が発生する。
【００２７】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２のインバータ式Ｘ線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図であり、半導体三相モジュール回路４内のコンバータ回路を昇圧型した例である。図３において、２１，２２は整流ダイオード、２３は交流入力用のリアクトル、３１は平滑コンデンサである。
【００２８】
本実施形態２のインバータ式Ｘ線高電圧装置における交流電圧から直流電圧への変換手段は、ダイオード２４１，２４２と平滑コンデンサ３１によって構成され、図５と同じ倍電圧回路によって行う。
【００２９】
また、この直流電圧を高周波への変換は、スイッチング素子１４３〜１４６と、それら各スイッチング素子１４３〜１４６に逆並列接続されたダイオード２４３〜２４６によるフルブリッジ型のインバータ回路によって行う。
【００３０】
交流電源１の正の半サイクル間は、スイッチング素子１４１,１４２は常にオフにしておくと、ダイオード２４２が導通し、交流電源１→ダイオード２１→コンデンサ３１→ダイオード２４２→交流電源１という回路で電流が流れ、コンデンサ３１にエネルギーを蓄える。そして、交流電源１の負の半サイクル間は、スイッチング素子１４１,１４２は常にオフにしておくので、ダイオード２４１が導通し、交流電源１→ダイオード２４１→コンデンサ３１→ダイオード２２→交流電源１という回路で電流が流れ、コンデンサ３１にエネルギーを蓄える。このように交流電源１の正の半サイクル間と負の半サイクル間の動作を繰り返すことによって、平滑コンデンサ３１の正極と負極間には交流電源１の波高値の約２倍の電圧が充電される。
【００３２】
以上の説明からわかるように、前記実施形態１，２によれば、交流電圧を直流に変換するコンバータ回路とその直流を高周波交流に変換するインバータ回路とを半導体三相モジュール４で構成することにより、コンバータ回路とインバータ回路の部分が小型になるので、インバータ式Ｘ線高電圧装置の設置スペースを低減することができる。
【００３３】
また、Ｘ線高電圧装置のように定格電流が大きい場合、半導体モジュール４の大きさが装置全体に占める割合が無視できないため、一つのモジュールによる小型化は効果が大きい。
【００３４】
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ことは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【００３６】
交流電圧を直流に変換するコンバータ回路とその直流を高周波交流に変換するインバータ回路とを半導体三相モジュールで構成することにより、コンバータ回路とインバータ回路の部分が小型になるので、インバータ式Ｘ線高電圧装置の設置スペースを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のインバータ式Ｘ線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図２】本実施形態１のＩＧＢＴを用いた半導体三相モジュール回路の一例の６素子型の回路構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態２のインバータ式Ｘ線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図４】従来のインバータ式Ｘ線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図５】従来のコンバータの第１例を示す回路図である。
【図６】従来のコンバータの第１例を示す回路図である。
【図７】従来のコンバータの第１例を示す回路図である。
【図８】従来のコンバータの第１例を示す回路図である。
【符号の説明】
１  商用２００Ｖの単相交流電源
３０，３１  平滑コンデンサ
４  半導体三相モジュール回路
５  共振用コンデンサ
６  高電圧変圧器
７  高電圧整流器
８  Ｘ線管
１４１〜１４６  スイッチング素子
２４１〜２４６  ダイオード
Ｎ，Ｐ，Ｕ，Ｖ，Ｗ  端子
【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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