(57)【要約】  本発明は、非対称電圧トランスファを必要とする、例えばＸ線断層撮影装置のＸ線管などの、ロータリー部分上の負荷に固定部分から電気エネルギーを誘導伝達する高電圧電源回路に関する。この回路は、単一のロータリーパワートランス（５００）または２つ以上のかかるパワートランスを有する共鳴型パワー変換回路として実現できる。少なくとも２つの別々のＤＣ／ＡＣパワーインバータステージは、２つの個別制御可能ＡＣ入力電圧（Ｕ１，Ｕ２）を、ロータリーパワートランスに属するマルチ一次コイルの異なる巻線（５１１，５１２）に供給する。２つの個別制御可能ＡＣ入力電圧から求めた、前記トランスのマルチ二次コイル（５２１，５２２，５２３，５２４）により供給される２つの出力電圧は、Ｘ線管にパワー供給するための管電極に供給される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの別々の電源から、少なくとも１つの負荷に、単一のトランスコアを介して、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧を供給する非接触ハイパワーロータリートランスであって、前記パワートランスは、第１環状部材の少なくとも２つの重ならないセクションに直列に配置された複数の固定的に取り付けられた一次コイルと、第２環状部材の隣接するセクションに配置された複数の二次コイルであって、第１及び第２環状部材の中心と一致する回転中心の周りを非接触に回転可能であり、前記トランスコアを介して前記一次コイルに容量結合した、複数の二次コイルとを備え、前記一次コイルの各々は前記個別制御可能ＡＣ電源電圧のうち異なるものを供給され、複数の個別制御可能ＡＣ電源電圧から求めた異なる出力電圧を、前記負荷の電源電極に供給する、非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項２】
前記第２環状部材の二次コイルが前記第１環状部材の前記固定的に取り付けられた一次コイルに対してある回転角だけシフトした後にある回転位置にある場合、前記第１環状部材の前記固定的に取り付けられた一次コイルに、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧の線形結合により与えられる少なくとも２つの異なる出力電圧を供給するように構成された、請求項１に記載の非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項３】
前記線形結合の重み係数は前記回転角の少なくとも２つのステップ状線形連続関数により与えられる、請求項２に記載の非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項４】
上記線形結合の前記重み係数は、あるオフセット角だけ互いにシフトした角度方向にある前記回転角の２つの周期的三角関数により与えられる、請求項２に記載の非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項５】
前記関数は両方とも最小値がゼロであり最大高さが１である、請求項４に記載の非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項６】
前記関数は周期的な単調増加セクションと単調減少セクションにおいて傾き係数が同じである、請求項５に記載の非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項７】
前記関数は互いに９０°のオフセット角だけシフトされ、前記関数のうち第２の関数が最小値となるとき、第１の関数が最大値となり、またその逆となるようになっている、請求項６に記載の非接触ハイパワーロータリートランス。
【請求項８】
Ｘ線管の電源電極に非対称電圧源を要するＸ線断層撮影装置のＸ線管による負荷に電力を供給する高電圧電源回路であって、前記回路は、一次側において、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧のうち異なるものを供給される、請求項１乃至７いずれか一項に記載の非接触ハイパワーロータリートランスを有し、上記少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧から求めた少なくとも２つの異なる出力電圧を、前記Ｘ線管の電源電極に供給する、高電圧電源回路。
【請求項９】
少なくとも２つの別々のＤＣ／ＡＣパワーインバータステージのそれぞれの出力ポートに直列に結合された少なくとも１つの高電圧トランスまたは少なくとも１つの共鳴タンク回路列の後段に接続された前記パワートランスを有する共鳴型パワー変換回路として実現され、後者は、前記少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ入力電圧を前記非接触ハイパワーロータリートランスの第１環状部材の異なる一次コイルに供給するように機能する、請求項８に記載の高電圧電源回路。
【請求項１０】
Ｘ線管の電源電極に非対称電圧源を必要とするＸ線断層撮影装置の前記Ｘ線管などの負荷に電力を供給する高電圧電源回路であって、前記回路は、一次側において、それぞれ、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧の異なるものに供給される、２つ以上の非接触ハイパワーロータリートランスを有し、前記パワートランスは、それぞれ、リング状の一次及び二次コイルの中心と一致する回転中心の周りに非接触に回転可能であり、前記リング状の一次コイルに、単一のトランスコアを介して誘導結合した、固定的に取り付けられたリング状の一次コイルとリング状の二次コイルとを備え、上記少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧から求めた少なくとも２つの異なる出力電圧を、前記パワートランスの二次コイルにより、前記Ｘ線管の電源電極に供給する、高電圧電源回路。
【請求項１１】
固定ベアリングアセンブリに回転可能に設置されたロータリーガントリーを有し、請求項８または９に記載の高電圧電源回路をさらに有するＸ線断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、Ｘ線断層撮影装置のＸ線管や、電源電極に非対称に電圧供給が必要な負荷などを動作させるのに必要な電力を供給するのに用いる、高電圧発生器回路に関する。より具体的には、本発明は、高電圧電源回路と、かかる電源回路を動作させる制御方法とに関する。特に、固定部分からロータリー部分への電気エネルギーの誘導伝達に、すなわち、固定電圧源から非接触ハイパワーロータリートランスを介してロータリーアノードディスクタイプのＸ線管の電極に、またはCTスキャナガントリーのロータリーベアリングアセンブリに関する。上記の高電圧電源回路は、少なくとも２つの別々のＤＣ／ＡＣパワーインバータステージの出力ポートに直列結合した少なくとも１つの高電圧トランスまたは少なくとも１つのシリーズの共鳴タンク回路の後段に接続された（post-connected）、単一のロータリーパワートランスまたは２つ以上のパワートランスを有する共鳴型パワー変換回路として実現できる。前記パワーインバータステージは、ロータリーパワートランスに属するマルチ一次コイルの異なる巻線に２つの個別制御可能ＡＣ入力電圧を供給する機能を有する。ロータリーパワートランスに属するマルチ二次コイルの異なる巻線に結合された少なくとも２つの別々のピークタイプ整流器により整流及び平滑され、２つの個別制御可能ＡＣ入力電圧から求めた前記トランスのマルチ二次コイルにより供給される２つの出力電圧は、管電極に入力され、Ｘ線管にパワーを供給する。
【背景技術】
【０００２】
医療用Ｘ線画像化装置で仕様されるＸ線管電源の高電圧発生器は、一般的に、Ｘ線管のアノードとカソードにＸ線管を動作させるのに必要なパワーを供給する、少なくとも１つの高電圧トランスを有する。従来の高電圧発生器回路では、例えば、自動トランスなどのＡＣ電源電圧調整デバイスは、高電圧トランスの多相一次側にラインパワーを供給する。ブリッジ整流器と共に使う半導体スイッチなどのスイッチングデバイスは、多相一次側のスターポイントを開閉して、Ｘ線管の高電圧をオン・オフする。トランス及び関連電源における誘導及び容量効果により、一般的には、回路の完成直後の時間に高電圧がその定常状態レベルよりも高くなる。特に、Ｘ線パワー発生器に使用する高電圧トランス寄生共鳴リンクを有する、位相シフトパルス幅変調（PWM）インバータに入力したＤＣ／ＤＣパワーコンバータは、現実のアプリケーションでは広い負荷設定範囲のため、位相シフトした電圧整流と、高電圧整流器におけるダイオードカットオフ動作とにより、大きな非線形特性を現す。
【０００３】
近年、ＭＯＳゲートバイポーラパワートランジスタ（ＩＧＢＴ）を有する電圧入力タイプまたは電流入力タイプの高周波トランス共鳴インバータを用いるを用いた、いろいろなスイッチ・モード高電圧ＤＣ電源が、医療用Ｘ線ハイパワー発生器用に開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属エンベロープを有し、カソード電流とアノード電流とを異ならせなければならないＸ線管にパワー供給するとき、その管のアノードとカソードへの非対称パワー分配が必要である。それゆえ、Ｘ線管に供給される２つの電圧は独立制御可能でなければならない。
【０００５】
先行技術は、動作させるシステムの固定部分に設置された負荷にエネルギー伝達をする異なる解決策を提案しているが、回転可能に設置されたシステムアセンブリの一部である、またはそれに固定的に取り付けられた負荷の電源電極に電気エネルギーを伝達する解決策も開発されている。
【０００６】
先行技術として知られている従来のアプリケーションでは、回転するアセンブリにより電気的な接続を行うためにスリップリング（slip rings）を用いる。かかるスリップリングのブラシを用いて、高電圧を負荷に伝達することができる。しかし、機械的設計とブラシの構成の点で、伝達可能な電流とディスクの回転速度は制約される。
【０００７】
例えば、特許文献ＤＥ１０３５６１０９Ａ１は、電気エネルギーを回転するガントリーに伝達する方法を記載している。ここで提案されているシステムは、少なくともＸ線管と検出器とを有する回転部分と、固定部分とを備えている。回転部分の回転可能設置用のベアリングと、第１の周波数の交流電流を発生するための少なくとも１つのインバータとを設けている。固定部分は、少なくともインバータからＡＣ電流を供給される導体（conductor
arrangement）を有し、一方、回転部分は、位置に応じて導体とかみ合い、導体から電気エネルギーを結合する、誘導カップラを有する。残念ながら、特許文献ＤＥ１０３５６１０９Ａ１に記載されたシステムは、利用するトランスの巻線のインダクタンス値が高いため、高周波動作には使えない。
【０００８】
特許文献ＵＳ５，７３１，９６８Ａには、同じトランスコアに設けられた一次及び二次側巻線の２つのグループを備えた高電圧トランスで、Ｘ線管にパワー供給する電源セクションを有するＸ線装置が記載されている。本発明では、特許文献ＵＳ５，７３１，９６８Ａで提案されているように、２つのグループの一次側巻線は同じ周波数で動作する２つのインバータに接続された場合、異なるグループに属する一次側巻線の間のカップリングは、同じグループに属する一次側巻線と二次側巻線との間のカップリングより弱いことが予想される。二次側におけるパワーの制御は、一定の周波数で、独立に制御可能なデューティサイクルでインバータを動作させる点で改善できる。
【０００９】
本発明の目的は、単一のロータリーパワートランスコアに２つの独立制御可能管電圧で、そのため、最小数のトランスコイルを用いて、回転ガントリータイプのCTシステムにおけるＸ線管に非接触にパワーを供給できる、軽量な高電圧電源回路のソリューションを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明の第１の一例としての実施形態は、少なくとも２つの別々の電源から、単一のトランスコアを介して少なくとも１つの負荷に、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧を供給する非接触ハイパワーロータリートランスである。提案のトランスは、第１環状部材の少なくとも２つの重ならないセクションに直列に配置された複数の固定的に取り付けられた一次コイルと、第２環状部材の隣接するセクションに配置された複数の二次コイルであって、第１及び第２環状部材の中心と一致する回転中心の周りを非接触に回転可能であり、前記トランスコアを介して前記一次コイルに容量結合した、複数の二次コイルとを備える。この実施形態では、前記一次コイルの各々は、前記個別制御可能ＡＣ電源電圧のうち異なる電圧を供給され、前記負荷の電源電極は、複数の個別制御可能ＡＣ電源電圧から求めた異なる出力電圧を供給される。
【００１１】
前記第１環状部材の固定的に取り付けられた一次コイルに対してある回転角だけシフトした後、前記第２環状部材の二次コイルがある回転位置にある状況では、前記トランスは、前記第１環状部材の固定的に取り付けられた一次コイルに供給される少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧の線形結合により与えられる、少なくとも２つの異なる出力電圧を供給するように有利に構成できる。
【００１２】
この第１の一例としての実施形態の別の態様によると、上記線形結合の重み係数は、その回転角の少なくとも２つのステップ状線形連続関数により与えられる。
【００１３】
例えば、前記重み係数は、角度方向で、あるオフセット角だけ互いにシフトした、その回転角の２つの周期的三角関数により与えられる。この実施形態を特に精密化した場合、前記関数は両方とも最小値が０であり最大高さが１である。さらに、前記関数は周期的な単調増加セクションと単調減少セクションにおいて傾き係数が同じであってもよい。ここで説明した実施例では、前記関数は互いに９０°のオフセット角だけシフトされ、前記関数のうち第２の関数が最小値となるとき、第１の関数が最大値となり、またその逆となるようになっている。
【００１４】
本発明の第２の一例としての実施形態は、Ｘ線管の電源電極に非対称電圧源を要するＸ線断層撮影装置のＸ線管による負荷に電力を供給する高電圧電源回路である。この実施形態では、前記回路は、一次側において、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧の異なるものを供給される、前記第１の一例としての実施形態を参照して説明した非接触ハイパワーロータリートランスを有する。上記少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧から求めた少なくとも２つの異なる出力電圧を、前記Ｘ線管の電源電極に供給する。
【００１５】
特に、前記高電圧電源回路は、少なくとも２つの別々のＤＣ／ＡＣパワーインバータステージのそれぞれの出力ポートに直列に結合された少なくとも１つの高電圧トランスまたは少なくとも１つの共鳴タンク回路列の後段に接続された前記パワートランスを有する共鳴型パワー変換回路として実現され、後者は、前記少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ入力電圧を前記非接触ハイパワーロータリートランスの第１環状部材の異なる一次コイルに供給するように機能することもできる。
【００１６】
最後に、本発明の第３の一例としての実施形態は、Ｘ線管の電源電極に非対称電圧源を必要とするＸ線断層撮影装置の前記Ｘ線管などの負荷に電力を供給する高電圧電源回路であって、前記回路は、一次側において、それぞれ、少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧の異なるものに供給される、２つ以上の非接触ハイパワーロータリートランスを有する。この実施形態では、前記パワートランスは、それぞれ、固定的に取り付けられたリング状の一次コイルと、リング状の一次及び二次コイルの中心と一致し、単一のトランスコアを介して前記リング状の一次コイルに誘導結合した、回転中心の周りを非接触に回転可能なリング状の二次コイルとを備える。前記Ｘ線管の電源電極は、前記パワートランスの二次コイルにより、上記少なくとも２つの個別制御可能ＡＣ電源電圧から求めた少なくとも２つの異なる出力電圧が供給される。
【００１７】
まとめると、本出願の範囲で開示する回路は、高周波での動作と、Ｘ線管のアノードとカソードにそれぞれ供給する、２つ以上の独立制御可能電源電圧への電圧制御の提供とにフォーカスしている。金属エンベロープを有するＸ線管に、単一のロータリーパワートランスにより電力を供給できる。本発明で提案する単一のロータリーパワートランスを用いることにより、特に高周波で動作するときに、コストが低く、重さとサイズが小さい高電圧発生器回路を提供できる。本願と対照的に、先行技術から分かる従来のシステムは、単一のロータリーパワートランスにより２つ以上の独立制御可能電圧を伝達する能力を有していない。
【００１８】
一般的に、Ｘ線管は、カソードとアノードに異なる電圧を必要とする。そのため、ガントリーのロータリー部分に異なる電圧が必要である。また、ガントリーのロータリー側に配置される画像処理やデータ転送など他のアプリケーションでは、異なる電圧を供給すると便利である。好ましくは、トランスの二次側では、これらの異なる電圧は電気的に絶縁されている。それゆえ、本発明の目的は、トランスの二次側に異なる電気的に絶縁された電圧を供給することである。
【００１９】
本発明は、ガントリーの固定部分からガントリーのロータリー部分に電気エネルギーを転送するパワートランスの巻線の発明的構成により、この目的を達成する。特に、２つの一次側巻線を有する構成を設ける。さらに、本発明では、第１の数の一次側巻線と第２の数の二次側巻線とを有し、第２の数は第１の数の倍数である実施形態を提供する。それゆえ、本発明の特別な実施形態として、トランスの一次側に２つの巻線を有し、二次側に２、４、８、または２ｎ個（ｎは整数）の巻線を有するパワートランスを提供する。
【００２０】
本発明では、二次側巻線が異なるために、トランスの二次側に発生した異なるＡＣ電圧を結合することが可能である。特に、トランスの二次側において、単一の二次側巻線の単一のＡＣ電圧を整流してから、異なるＡＣ電圧を結合する構成を提供する。好ましくは、結果として得られたＤＣ電圧を増大するように、整流したＡＣ電圧を加算する、実施形態を提供する。これにより、ガントリーのロータリー側に配置される必要なカスケードを、他の実施形態と比較してダウンサイズできるという効果が生じる。その結果、ガントリーのロータリー部分のコストを下げられ、生産が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明の上記その他の有利な特徴と態様を、以下に説明する実施形態と添付した図面により詳しく説明する。
【図１】Ｘ線管に電源電圧を供給する先行技術による、一般的に用いられるマルチパルス高電圧発生器の基本コンポーネントを示すブロック図である。
【図２】先行技術として知られたＸ線管電圧及び管電流制御の原理を示す、クローズドループ制御回路を示す図である。
【図３】医療用Ｘ線システムで使用できる、図１を参照して説明した先行技術によるインバータタイプ高電圧発生器のアナログ実施形態を示す図である。
【図４】国際公開第ＷＯ２００６／１１４７１９Ａ１により開示された２つの独立なＤＣ／ＡＣパワーインバータステージを有する高電圧発生器回路で用いられる出力パワーを供給する共鳴ＤＣ／ＤＣパワー変換回路のアナログ回路を示す図である。
【図５】本発明の範囲で用いるロータリートランスの最初の位置を示す図である。
【図６】回転位置にある、図５のロータリートランスを示す図である。
【図７】数式（１）から（４）で用いる重み付け関数ｆとｇを示す図である。
【図８】補助差分トランスと整流器とを有する本発明の一実施形態によるロータリートランスを示す図である。
【図９】は、２つの別々のロータリーパワートランスを有する、本発明による高電圧発生器回路のシステム構成を示す図である。
【図１０】は、単一のロータリーパワートランスを有する、本発明による高電圧発生器回路のシステム構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下のセクションでは、添付した図面を参照して、特許請求の範囲に記載したＤＣ／ＤＣパワー変換回路の一例としての実施形態と、本発明による特許請求の範囲に記載した制御方法の一例としての実施形態とを詳細に説明する。
【００２３】
図１は、直接電圧変換としても知られた、高周波インバータ技術の原理を示す図である。この図は、Ｘ線管１１２の電源電圧を供給する従来のマルチパルス高電圧発生器の基本コンポーネントを示す。最初に、ＡＣ／ＤＣコンバータステージ１０１と、次の第１のローパスフィルタステージ１０２とを用いて、コンセントから供給されるＡＣ電源電圧Ｕｍａｉｎｓを整流しローパスフィルタして、多かれ少なかれリップルを有する中間ＤＣ電圧ＵＬＰＦを発生する。第１のローパスフィルタステージ１０２は単一の平滑化コンデンサで実現できる。電気的出力パワーは異なるが、三相パワーソースと同様に単相パワーソースから同じ高電圧品質が求めることができる。前記ローパスフィルタステージ１０２の後段に接続されたＤＣ／ＡＣパワーインバータステージ１０３は中間ＤＣ電圧を用いて、高周波交流電圧Ｕｉｎｖを発生し、専用高電圧トランス１０４に入力する。その二次側には、高電圧整流器１０５と、後続の第２のローパスフィルタステージ１０６とが接続される。第２のローパスフィルタステージ１０６は、単一の平滑化コンデンサにより実施できる。求めた出力電圧Ｕｏｕｔは、Ｘ線管１１２においてＸ線放射を発生する高周波マルチパルス管電圧として用いることができる。
【００２４】
この場合、留意すべき点として、高周波インバータは、通常、使用するパワースイッチに応じて、パルス幅変調をするか、または共振回路タイプとして動作する。図示したマルチパルス高電圧発生器回路によりトランスコア断面の縮小ができると仮定すると、高周波ＡＣ電源電圧の変換により、高電圧トランスの体積が非常に小さくなる。かかる回路を用いると、Ｘ線管の電圧と電流を独立に制御でき、パワーソース電圧のふらつきによる大きな影響を受けなくなる。電気的なＸ線管電圧制御部は、一般的に０.１ms以下の応答時間を示す。
【００２５】
先行技術として知られたＸ線管電圧及び管電流制御の原理を示すクローズドループ制御回路を図２に示す。一般的に、Ｘ線管電圧の実際値Ｕａｃｔを測定し、コンピュータ回路の制御コンソールでオペレータが選択した名目値Ｕｎｏｍと比較する。この情報に基づき、パワースイッチを（例えば、国際出願公開第２００６／１１４７１９Ａ１に記載されている）所定方法で調整する。この制御の速さは主にインバータ周波数によって決まる。一定電位高電圧発生器ほど速くはないが、インバータは従来のマルチピーク整流器の速さを容易に超える。トランスの二次側に発生する電圧のリップルは、インバータ周波数、内部平滑化容量、高電圧電源ケーブルの容量、及び中間ＤＣ電圧ＵＬＰＦのレベルにより主な影響を受ける。
【００２６】
例えば医療用Ｘ線システムで使用する、図１を参照して説明した先行技術によるインバータタイプ高電圧発生器のアナログ実施形態を図３に示す。図３に示したように、コンセントから供給されるＡＣ電源電圧は、全波整流器３０２と平滑化コンデンサ３０３により整流と平滑化がなされ、中間ＤＣ電圧にされ、４つのバイポーラハイパワースイッチングトランジスタよりなるＤＣ／ＡＣフルブリッジパワーインバータステージ３０４に供給される。さらに、フューズ３０５がインバータ回路３０４の入力側の一端に接続され、電流検出器３０６がインバータ回路３０４の他端に接続されている。
【００２７】
最初に、ＤＣ入力電圧はインバータ回路３０４により高周波ＡＣ電源電圧（例えば２００ｋＨｚ）に変換される。その後、前記ＡＣ電源電圧は高電圧トランス３０７により、より高いレベル（例えば１５０ｋＶ）のＡＣ電源電圧に変換され、高電圧整流器３０８と平滑化コンデンサ３０９により整流及び平滑される。前記高電圧整流器３０８は、例えば、ブレークダウン電圧が約１５０ｋＶのシリコン整流器であってもよい。最後に、求めたＤＣ高電圧をＸ線管３１０に印加する。電圧分割抵抗３１１を、コンデンサ３０９と並列に接続する。管電圧の検出値（すなわち、Ｘ線管に印加した電圧に対応する検出値）として、電圧分割抵抗３１１から得た電圧をインバータ駆動回路３１２にフィードバックして、インバータ回路３０４の切り替えタイミングの制御に用いる。
【００２８】
インバータ駆動回路３１２には、インバータ電流検出器３０６の検出値、管電圧の検出値、管電圧を設定する設定値、及びタイマーを設定する設定値（露出時間）を入力する。これらの値は、Ｘ線システムのコンソール（図示せず）によりそれぞれ入力される。図３に示したように、インバータ駆動回路３１２は出力信号を発生し、インバータ回路３０４のスイッチングトランジスタを駆動する。
【００２９】
CTまたはＸ線高電圧発生器は、好ましくは、ＤＣ／ＡＣフルブリッジパワーインバータステージよりなる。このステージは、高電圧トランス（図４参照）を駆動する直列共振回路に接続される。この図には、国際公開第ＷＯ２００６／１１４７１９Ａ１により開示された２つの独立なＤＣ／ＡＣパワーインバータステージを有する高電圧発生器回路で用いられる出力パワーを供給する共鳴ＤＣ／ＤＣパワー変換回路のアナログ回路を示した。図には、２つのインバータ回路４０２ａ＋ｂが、複数の巻線を有する１つの高電圧トランス４０４で、どのように動作するかを示した。ＤＣ／ＤＣパワー変換器出力電圧Ｕｏｕｔの離散ステップの大きさを縮小でき、出力電圧リップルがさらに小さくなることが分かる。共通トランスにより２つの共振回路をカップリングするので、電圧分割関数ができる。
【００３０】
Ｘ線断層撮影装置のＸ線管のアノードとカソードに２つの独立制御可能電圧を供給するため、図９に示したシステム構成に示したような同心リング状タイプの２つの別々のリング状パワートランスを用いることができる。図示した回路は、２つの独立な（非接触の）ロータリータイプのパワートランス５００ａと５００ｂを有し、そのため、回路全体の体積と重さが大きくなる。この実施形態では、ロータリーパワートランスの一次コイルは、２つのＤＣ／ＡＣパワーインバータステージのそれぞれの出力ポートに配置された２つの直列共鳴タンク回路に直列に接続され、前記インバータステージを用いて、ロータリーパワートランスに独立制御可能電圧ＵａとＵｋとを供給する。パワートランス５００ａと５００ｂの二次コイルの後段の２つのピークタイプ整流器５２９ａと５２９ｂの対応するものに入力し、整流と平滑化した前記電圧（それぞれＵａとＵｋ）を、Ｘ線管のアノードと回路の接地電極、またはＸ線管のカソードと接地電極にそれぞれ接続された２つの蓄積コンデンサ（Ｃｓ１またはＣｓ２）に蓄積し、前記Ｘ線管の電極に供給する（後者は参照番号５３０で参照する）。これには、アノードとカソードに非対称なパワー分布が必要である。
【００３１】
あるいは、図１０に示した大きさと重さが小さい回路構成を設計することもできる。図１０に示したように、この回路は、専用巻線構成を有する同心リング状タイプの単一のロータリーパワートランス５００のみを使用する。さらに、回転ガントリー上の高電圧発生器に供給する２つのＡＣ出力電圧を供給する、２つのＤＣ／ＡＣパワーインバータステージ５２７ａと５２７ｂを想定する。
【００３２】
以下、巻線構成と提案のロータリーパワートランスの巻線を、図５と６を参照して説明する。図示したように、本発明の目的は、パワートランス５００の一次部と二次部を複数の別々のセクションに分割することにより達成する。一次部５１０は、第１環状部材とも呼ぶが、互いに独立な２つの別々のＡＣパワーソース（図示せず）により供給されるＡＣ入力電圧Ｕ１とＵ２を保存する、少なくとも２つの一次コイルまたはセクション（５１１と５１２）を有する。二次部５２０は、第２環状部材とも呼ぶが、２つの同心リングとして実現され、それぞれ２つのセクション（それぞれ５２１、５２２と５２３、５２４）よりなり、そのサイズ分割比は第１環状部材のサイズ分割比に一致（correspond）する。２つの同心リングの内側リングは、セクションのピッチの半分だけ回転している。
【００３３】
図５は、最初の位置のロータリートランス５００を示す。上記の通り、前記第１環状部材を構成する一次部５１０は、２つのセクションを形成する２つの一次コイル５１１と５１２を有する。前記第２環状部材を構成する二次部５２０は、４つの二次コイルを有し、第２環状部材の外側リングに属する複数のセクション（５２１、５２２）よりなる第１のセットと、第２の前記第２環状部材の内側リングに属する複数のセクション（５２３，５２４）よりなる第２のセットとを有し、内側リングは、前記外側リングに対して９０°のオフセット角だけシフトしている。
【００３４】
この位置では、前記第２環状部材の外側リングの第１の二次コイル５２１からピックアップしたＡＣ出力電圧Ｕ１＊は、第１の一次コイル５１１のＡＣ入力電圧Ｕ１に一致し、一方、前記第２環状部材の外側リングの第２の二次コイル５２２からピックアップしたＡＣ出力電圧Ｕ２＊は、第２の一次コイル５１２のＡＣ入力電圧Ｕ２に一致する。同時に、ＡＣ出力電圧Ｕ１＊＊は、第１の一次コイル５１１のＡＣ入力電圧Ｕ１と、第２の二次コイル５１２のＡＣ入力電圧Ｕ２の重み付け重ね合わせに一致する。ＡＣ出力電圧Ｕ２＊＊についても同様である。重ね合わせ成分の線形結合の重み係数は、重なる角度のステップ状線形関数ｆとｇとして表せる。特に、第２の環状部材５２０が全体として９０°の回転角だけ回転したとき、ＡＣ出力電圧Ｕ１＊とＵ１＊＊の特性と、ＡＣ出力電圧Ｕ２＊とＵ２＊＊の特性とが交換する。
【００３５】
この関係を数学的に簡単に表現すると、第１環状部材５１０の前記第１と第２の一次コイル（５１１、５１２）の弱いカップリングを考慮しなければ、前記第２環状部材の外側リングの第１と第２の二次コイル（５２１、５２２）による電圧降下Ｕ１＊とＵ２＊を求める次の数式で表せる：
【００３６】
【数１】
2011522387.tif 000003
【００３７】
【数２】
2011522387.tif 000004
ここで、αは、前記第２環状部材５２０の二次コイル５２１、５２２、５２３及び５２４が前記第１環状部材５１０の固定的に取り付けられた一次コイル５１１と５１２に対してシフトした回転角を表す。また、γは、重み付け関数ｆとｇが回転角CCのラベルを付した軸の方向に沿って互いにシフトしたオフセット角を表す。これらの重み付け関数は、最小レベル、傾き係数、高さが同じ２つの周期的三角関数であってもよい。図５、６、８に示したように、ロータリーパワートランス５００の実施形態では、γは９０°のオフセット角で与えられる。
【００３８】
同様に、前記第２環状部材の内側リングの第１と第２の二次コイル（５２３、５２４）による電圧降下は次のように表せる：
【００３９】
【数３】
2011522387.tif 000005
【００４０】
【数４】
2011522387.tif 000006
そのため、重み付け関数ｆとｇは、ＡＣ出力電圧Ｕ１＊とＵ２＊の合計が一定となり、ＡＣ出力電圧Ｕ１＊＊とＵ２＊＊の合計の値と同じになるように、選択できる。トランスの伝達比が１：１であると仮定すると、ＡＣ出力電圧Ｕ１＊とＵ２＊の平均電圧を、ＡＣ出力電圧Ｕ１＊＊とＵ２＊＊の平均電圧に等しく、また、ＡＣ入力電圧Ｕ１とＵ２の平均電圧
（外１）
2011522387.tif 000007
に等しくできる。
【００４１】
２つの２次側のセットＵ１＊とＵ２＊とＵ２＊の電圧差を整流したものの合計と、電圧Ｕ１＊＊とＵ２＊＊の合計とは、それぞれ、２つの入力電圧の絶対値の差の２倍である：
【００４２】
【数５】
2011522387.tif 000008
それゆえ、前記第１環状部材５１０の２つの一次コイル５１１と５１２に２つの異なる電圧Ｕ１とＵ２を供給して、４つの二次コイル５２１、５２２、５２３及び５２４の出力電極を、２つの補助差動トランス５２５ａと５２５ｂの二次コイルを介して接続することにより、ロータリーパワートランス５００の出力電極における２つの異なる電圧（Ｕ１＊とＵ２＊またはＵ１＊＊とＵ２＊＊）を発生して求めることができる。補助差動トランスの一次コイルは、電圧差
（外２）
2011522387.tif 000009
の整流に用いる、２つの直列接続したＡＣ／ＤＣコンバータ５２６ａと５２６ｂの出力電極に結合されている。整流した電圧差は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（図８参照）の第１のもの（５２６ａ）の入力ポートに入力される。
【００４３】
同様に、最初の入力電圧の差も、差動トランスを第２環状部材に接続することにより得られる。
【００４４】
図５と６は一次及び二次側巻線の構成を示す。一次コイル５１１と５１２の２つの一次側巻線を示している。さらに、二次側巻線の２つの構成を示したので、合わせて４つの二次側巻線である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上記の発明は、例えば、Ｘ線断層撮影装置のＸ線管に供給するために電極に非対称電圧源を必要とするような、電力を負荷に供給するのに用いる高電圧発生器回路の分野に有利に利用できる。これ以外にも、本発明はパワートランス回路技術一般の開発の進行にも有用に利用できる。
【００４６】
本発明は、図９と１０に示した実施形態を参照して説明したように、２つの独立制御可能電源電圧を負荷の２つの電源電極に供給すればよいアプリケーションに限定されず、２つの以上の独立制御可能電源電圧を２つ以上の電源電極を有するいかなるタイプの負荷に供給する必要がある、その他のアプリケーションにも適用することができることに留意すべきである。
【００４７】
本発明を、図面と上記の説明に詳しく示し説明したが、かかる例示と説明は例示であり、限定ではない。すなわち、本発明は、開示した実施形態には限定されない。請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。  請求項において、「有する（comprising）」という用語は他の要素を排除するものではなく、「１つの（"ａ"または"ａｎ"）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。さらに、請求項中の参照符号は、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならないことにも留意すべきである。
【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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【国際調査報告】
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