(57)【要約】【課題】電機子反作用の影響を受けなく、メンテナンス性が優れた永久磁石形モータ及びＣＴ装置を提供すること。【解決手段】固定部位に対して回転可能に支持された回転子鉄心６３と、６３の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石６４と、６４の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線６２を有する固定子鉄心６１と、６４の外周面に近接して配設され、６４の回転位置を検出する複数の位置検出素子２４と、６４の外周面に近接して６３の回転軸に対してほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持された磁性円板を着磁した補助回転永久磁石２５と、２５が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダ２６とを有する永久磁石形モータ。【選択図】　　図１
2004135433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部位に対して回転可能に支持された回転子本体と、
前記回転子本体の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、
前記主永久磁石の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、
前記主永久磁石の外周面に近接して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、
前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、
前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、
を有することを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項２】
固定部位に対して回転可能に支持された円環状の回転子本体と、
前記回転子本体の内周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、
前記主永久磁石の内周側に近接して配設され、複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、
前記主永久磁石の内周面に近接して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、
前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、
前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、
を有することを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項３】
固定部位に対して回転可能に支持された回転子本体と、
前記回転子本体の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、
前記主永久磁石の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、
前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、
前記補助回転永久磁石に対して所定の空隙を介して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、
前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、
を有することを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項４】
固定部位に対して回転可能に支持された円環状の回転子本体と、
前記回転子本体の内周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、
前記主永久磁石の内周側に近接して配設され、複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、
前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、
前記補助回転永久磁石に対して所定の空隙を介して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、
前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、
を有することを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項５】
固定部位に対して回転可能に支持された回転子本体と、
前記回転子本体の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、
前記主永久磁石の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、
前記主永久磁石の外周面に近接して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、
前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設されており、外周面が周方向に凹凸形状を有する磁性材からなる補助回転板と、
前記補助回転板が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、
を有することを特徴とする永久磁石形モータ。
【請求項６】
放射線源と、
前記放射線源に対向して配置される放射線検出手段と、
前記放射線源と前記放射線検出手段との間に被検体を移動自在に載置するステージと、
前記被検体を挟んで前記放射線源と前記放射線検出手段とを有して前記ステージの周囲で回転可能に構成した回転架台と、
前記回転架台を回転駆動する回転駆動手段と、
前記回転架台が回転駆動中に前記ステージを移動させて前記被検体の走査を行う走査手段とを有するＣＴ装置において、
前記回転架台を回転駆動する回転手段は請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の永久磁石形モータで構成したことを特徴とするＣＴ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、複数個の永久磁石を組み込んで構成される回転子と該回転子の極の回転位置を検出する位置検出素子を備えた永久磁石形モータ及び、被検体にＸ線などの放射線を照射して得られるデータから、当該被検体の断層像を再構成するＣＴ装置であって、ＣＴ装置の撮影系を回転させる駆動系に永久磁石形モータを用いたＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のＸ線ＣＴ装置の１例を説明するための縦断面図である。ＣＴ装置本体１は、放射線源例えばＸ線管２と、Ｘ線管２に対向して配置される放射線検出手段例えばＸ線検出装置３からなる撮影系４を備え、Ｘ線管２とＸ線検出装置３との間に例えば患者である被検体１３をステージ天板１２に配置して移動自在に載置する寝台１４と、被検体１３を挟んでＸ線管２とＸ線検出装置３とを有して天板１２の周囲で回転を行う回転架台５と、回転架台５を回転駆動するモータ６と、回転架台５の回転中に天板１２を移動させて被検体１３の走査を行う走査手段と、回転架台５の回転位置を検出するレゾルバ７を有している。回転架台（回転枠）５を回転駆動するモータ６として、巻線形モータ又は永久磁石形モータのいずれかを使用したものである。なお、これ以外の構成として励磁回路８、Ｒ─Ｄコンバータ９、モータ制御装置１０、画像処理装置１１を備えている。
【０００３】
この場合のＣＴ装置本体１は、モータ６の回転子６５と撮影系４が回転架台５により直接固定されており、この方式はモータ６と同じ速度で撮影系４が回転するダイレクト駆動方式である。
【０００４】
レゾルバ７は、図９、図１０に示すようにレゾルバ回転子７１とレゾルバ固定子７２とを持ち、固定子７２は、２つの巻線を備え、２つの巻線は互いに９０度ずれた位置に配置してあり、回転子７１は、２つの巻線を備え、２つの巻線は互いに９０度ずれた位置に配置してある。このような構成のレゾルバ７は、固定子７２の電圧と、回転子７１の巻線出力電圧の一つから回転子の角度と、もう一方の回転子の巻線出力電圧を求めることができるものである。
【０００５】
一般に永久磁石形モータは、図７、図８に示すような構成となっている。固定子６０は、円環状をなす固定子鉄心６１に形成された複数個のスロットＳ１〜Ｓｎに、Ｕ相の巻線６２ＵおよびＶ相の巻線６２Ｖ、並びにＷ相の巻線６２Ｗを挿入配置して構成される。
【０００６】
これに対し、回転子６５は磁性材からなる回転子鉄心６３の外周面に複数個の主永久磁石６４が等間隔に接着固定されていて、固定子６０の内部に固定子鉄心６１の内周部と所定の空隙ｇを有する状態で回転可能に配設されている。各主永久磁石６４は、図７においてＮ極とＳ極とが交互になるように着磁されている。さらに、回転子６５の外周部と所定の空隙ｇを有した状態に、主永久磁石６４の位置を検出する位置検出素子６６が、各相に対応した位置に配置されているプリント基板６７に、配設されている。
【０００７】
上記したようなモータ６は、可変電圧可変周波数電源、いわゆるインバータ主回路５０と、制御回路５３と、直流電源５４からものにより電源が供給されるようになっている。しかして、主永久磁石６４の回転位置つまり位置検出素子６６の位置検出信号に応じて、固定子６０の巻線６２Ｕ、６２Ｖ、６２Ｗに対して、図８に示す複数のトランジスタ５１及び還流ダイオード５２からなるインバータ主回路５０からＵ，Ｖ，Ｗの各相に対して２相ずつ、所定の順序で１２０度（電気角）通電されると、これにより発生する磁気的な吸引力及び反発力により回転子１２０が回転される。
【０００８】
以上述べた従来のＸ線ＣＴ装置の例とは異なる、従来例として特開平４─１９７２４４号公報があり、これは回転架台の回転数を検出する、いわゆるレゾルバとして、回転架台に設けられている円環状の支持部材の外周面に、その周方向に沿って大歯車が形成され、該大歯車に噛み合うように小歯車が設けられ、小歯車は、例えばロータリエンコーダに伝達されるようになっている。
【０００９】
このような構成によって、回転架台の回転速度をロータリエンコーダの出力によって検出できる。
【００１０】
ところが、このような大歯車と小歯車の噛み合い機構を利用した従来のＸ線ＣＴ装置にあっては、歯車の回転時に振動音等を発生することがあり、患者に苦痛を与えないという観点から、患者が接触或いは接近して検査する医療機器に適用する場合、さらに静音化を図ったほうが好ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したＸ線ＣＴ装置の場合、レゾルバ７は、被検体１３が挿入される撮影領域に合わせて１０００ｍｍ程度の大口径で作成する必要がある。非常に大型化し、高価になってしまう。また、ロ一夕コイル信号はスリップリング（図示しない）を介して取り出すようになっているため、故障時には回転架台５の解体が必要とされ、メンテナンス上非常に手間や時間を要する。
【００１２】
一方、前述した永久磁石形モータにあっては、位置検出素子６６が固定子巻線６２に近接した位置に配設されているので、モータに発生する電機子反作用の影響受け、これにより回転精度が低下することが考えられる。
【００１３】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、回転検出手段を小形にでき、低コスト化が可能になる電機子反作用の影響を受けなく、メンテナンスが優れた永久磁石形モータ及びＣＴ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、固定部位に対して回転可能に支持された回転子本体と、前記回転子本体の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、前記主永久磁石の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、前記主永久磁石の外周面に近接して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、を有する永久磁石形モータである。
【００１５】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、固定部位に対して回転可能に支持された円環状の回転子本体と、前記回転子本体の内周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、前記主永久磁石の内周側に近接して配設され、複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、前記主永久磁石の内周面に近接して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、を有する永久磁石形モータである。
【００１６】
請求項１又は２に記載の発明によれば、従来の回転子の回転検出手段であるレゾルバに代えて、補助回転永久磁石およびエンコーダで構成したので、全体を小形にでき、低コスト化が可能になり、また、補助回転永久磁石およびエンコーダは回転子と構造的に分離しているので、交換が容易でメンテナンス性が優れている。
【００１７】
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、固定部位に対して回転可能に支持された回転子本体と、前記回転子本体の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、前記主永久磁石の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、前記補助回転永久磁石に対して所定の空隙を介して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、を有する永久磁石形モータである。
【００１８】
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、固定部位に対して回転可能に支持された円環状の回転子本体と、前記回転子本体の内周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、前記主永久磁石の内周側に近接して配設され、複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設される補助回転永久磁石と、前記補助回転永久磁石に対して所定の空隙を介して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、前記補助回転永久磁石が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダと、を有する永久磁石形モータである。
【００１９】
前記目的を達成するため、請求項５に対応する発明は、固定部位に対して回転可能に支持された回転子本体と、前記回転子本体の外周面にＮ極とＳ極が交互になるように配設された複数の主永久磁石と、前記主永久磁石の外周側に近接して配設され、断面が円環状であって複数相の固定子巻線を有する固定子鉄心と、前記主永久磁石の外周面に近接して配設され、前記主永久磁石の回転位置を検出する複数の位置検出素子と、前記回転子本体の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持され、前記主永久磁石の外周面に近接して配設されており、外周面が周方向に凹凸形状を有する磁性材からなる補助回転板と、前記補助回転板が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するエンコーダとを有することを特徴とする永久磁石形モータである。
【００２０】
請求項３〜５のいずれかに記載の発明によれば、従来のレゾルバからなる回転検出手段を、補助回転永久磁石とエンコーダに変更したことで、小形化及び低コスト化が可能となり、交換が容易でメンテナンス性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図５を図面を参照しながら説明する。始めに、Ｘ線ＣＴ装置（図１）について説明する。前述した従来のＣＴ装置と異なる点は、従来のレゾルバを設けずに、以下に述べる補助回転永久磁石２５とエンコーダ２６で構成し、また位置検出素子２４の配置位置を主永久磁石６４に近接させるか、又は補助回転永久磁石２５に近接して配置したものである。
【００２２】
図２及び図３に示すように、補助回転永久磁石２５は、インナーロータタイプのモータ６における回転子鉄心６３の外周面に配設されている主永久磁石６４の外周面に近接して回転子鉄心６３の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持された磁性円板を着磁したものである。エンコーダ２６は、補助回転永久磁石２５の回転軸に連結され、補助回転永久磁石２５が所定角度回転する毎にパルス信号を出力するものである。補助回転永久磁石２５は、主永久磁石６４の１極当たりの円弧寸法と同一に形成したものである。
【００２３】
この場合、回転子６５の回転に同期して補助回転永久磁石２５が回転してエンコーダ２６から回転信号が外部へ出力される。
【００２４】
なお、図２及び図３における固定子６０及び回転子６５の軸方向端面の配置は、図７の従来構成と同一であり、また固定子巻線６２に接続する電源構成は図８の従来構成と同一である。
【００２５】
このように、従来の回転子６５の回転検出手段であるレゾルバに代えて、補助回転永久磁石２５およびエンコーダ２６で構成したので、Ｘ線ＣＴ装置全体を小形にでき、低コスト化が可能になる。また、補助回転永久磁石２５およびエンコーダ２６は回転子６５と構造的に分離しているので、交換が容易でメンテナンス性が優れている。
【００２６】
ここで、位置検出素子２４の配置について説明する。図２に示すように配設されたプリント基板２３に取付けられている。具体的には、プリント基板２３は、主永久磁石６４の外周面の一部に対して所定空隙を存すると共に、各々が互いに固定子巻線６２の相数に対応した所定の電気角（ここでは、１２０度）毎で、且つ回転子６５の外周面に対する接線方向に位置したものである。位置検出素子２４は、このように配設されたプリント基板２３に、例えば３個等間隔に配設されている。
【００２７】
以上述べたことから、位置検出素子２４が固定子巻線６２から離れた位置に配置できるので、電機子反作用の影響を受けない。よって、モータ６の回転精度が向上し、Ｘ線ＣＴ装置としての誤動作を回避できる。また、モータ６を駆動するための位置検出素子２４及びプリント基板２３も、モータ６とは別構成としたことで、従来のレゾルバに比べて組立性及びメンテナンス性が向上する。
【００２８】
次に、図４により本発明の永久磁石形モータの第２の実施形態について説明する。図２及び図３の実施形態と異なる点は、次に述べるように補助回転永久磁石２５と位置検出素子２４の配置構成である。具体的には、補助回転永久磁石２５は、インナーロータタイプのモータにおける主永久磁石６４の外周面に近接して回転子鉄心６３の回転軸とほぼ平行な軸を中心に回転自在に支持された磁性円板を着磁したものである。複数の位置検出素子２４は、補助回転永久磁石２５に対して所定の空隙を介して配設され、主永久磁石６４の回転位置を検出するものである。
【００２９】
このように位置検出素子２４を補助回転永久磁石２５に近接して配設したことにより、組立工数が少なくなり、よりメンテナンス性が向上する。
【００３０】
また、固定子巻線６２から離れた位置に、位置検出素子２４を配置したので電機子反作用の影響を受けない。
【００３１】
次に図５により本発明の永久磁石形モータの第３の実施形態について説明する。図２及び図３並びに図４の実施形態と異なる点は、前述した補助回転永久磁石２５の外形形状を次に述べるように構成したものであり、これ以外の構成は図２及び図３並びに図４の実施形態と同じである。すなわち、補助回転永久磁石２５は、主永久磁石６４と対向した面に複数の凹凸形状を形成したものである。具体的には、図５に示すとおり、主永久磁石６４と対向した面が、主永久磁石６４の極ピッチと同じになるように、ここでは凸部（円弧面部）が２個と、凹部（平面部）が２個存在する凹凸形状に形成したものである。
【００３２】
図５では、凹面が２つ凸面が２つの極端な場合を示したが、場合によって凹凸の歯数を変えてもよい。また、その形状も補助回転永久磁石２５およびエンコーダ２６が滑らかに回転するように形状を任意に変えてもよい。
【００３３】
＜変形例＞
本発明は、前述した実施形態に限定されず、例えば次のように変形して実施できる。図２及び図３、図４並びに図５は、いずれもインナーロータタイプ（内転形タイプ）のものであるが、これをアウターロータタイプ（外転形タイプ）に替えて、補助回転永久磁石２５及びエンコーダ２６を主永久磁石６４の内周面に近接して配置してもよく、この場合には位置検出素子２４も主永久磁石６４の内周面に配設する。
【００３４】
このように主永久磁石６４の内周面に、補助回転永久磁石２５及びエンコーダ２６を配設することで、前述の実施形態の効果に加えて、補助回転永久磁石２５と主永久磁石６４の対向した面の内、回転力を伝達する円弧部分が多くなり、より回転精度を増すばかりでなく、また、脱調などを防止できる。なお、この変形例の場合には回転子６５の軸方向上にスペースがある場合に有効である。
【００３５】
また、前述の実施形態では、位置検出素子２４を３個設けた場合について説明したが、必要に応じて１個或いは２個配置しても良い。
【００３６】
さらに、前述したＣＴ装置の回転架台５を回転駆動する手段としては、前述した永久磁石形モータのいずれを使用してもよく、このうちのいずれかを使用するかは用途等を考慮して行なえばよい。
【００３７】
また、補助回転永久磁石に変えて、外周面が周方向に凹凸形状を有する磁性材からなる補助回転板を用いても良い。外周面の形状を周方向に凹凸形状とすることにより、回転子の回転に伴って、磁気エネルギの関係からこの補助回転板も回転することとなる。たとえば、回転軸の方向から見たときに９０度ごとに突極を有する円板を用いることが可能となる。この場合、補助回転永久磁石を用いるよりもコスト的に有利である。なお、この変形は、インナーロータ形の回転子、アウターロータの回転子に関わらず適用可能である。
【００３８】
さらに、補助回転永久磁石の構成として、例えば２極（または多極）に着磁された永久磁石そのものからなる構成、または、円板の外周面に永久磁石が配設された構成が適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、回転検出手段を小形にでき、低コスト化が可能になり、電機子反作用の影響を受けなく、メンテナンス性が優れた永久磁石形モータ及びＣＴ装置を提供することを
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＴ装置の実施形態を説明するための概略構成図。
【図２】図１の永久磁石形モータにおける第１の実施形態を説明するための要部拡大正面図。
【図３】図１の永久磁石形モータにおける第１の実施形態を説明するための要部拡大断面図。
【図４】図１の永久磁石形モータにおける第２の実施形態を説明するための要部拡大正面図。
【図５】図１の永久磁石形モータにおける第３の実施形態を説明するための要部拡大正面図。
【図６】従来のＣＴ装置の一例を説明するための概略構成図。
【図７】図６における永久磁石形モータを説明するための正面図。
【図８】図６における永久磁石形モータを説明するための電気回路図。
【図９】図６におけるレゾルバの拡大正断面図。
【図１０】図６におけるレゾルバの拡大断面図。
【符号の説明】
１…ＣＴ装置本体、２…Ｘ線管、３…Ｘ線検出装置、４…撮影系、５…回転架台、６…モータ、７…レゾルバ、８…励磁回路、９…Ｒ−Ｄコンバータ、１０…モータ制御装置、１１…画像処理装置、１２…ステージ天板、１３…被検体、１４…寝台、２３…プリント基板、２４…位置検出素子、２５…補助回転永久磁石、２６…エンコーダ、５０…インバータ主回路、５１…トランジスタ、５２…還流ダイオード、５３…制御回路、５４…直流電源、６０…固定子、６１…固定子鉄心、６２…固定子巻線、６３…回転子鉄心、６３…回転子鉄心、６４…主永久磁石、６５…回転子、６６…位置検出素子、６７…プリント基板、７１…レゾルバ回転子、７２…レゾルバ固定子。
【図１】
2004135433.tif 000003
【図２】
2004135433.tif 000004
【図３】
2004135433.tif 000005
【図４】
2004135433.tif 000006
【図５】
2004135433.tif 000007
【図６】
2004135433.tif 000008
【図７】
2004135433.tif 000009
【図８】
2004135433.tif 000010
【図９】
2004135433.tif 000011
【図１０】
2004135433.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月7日(2002.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、回転検出手段を小形にでき、低コスト化が可能になり、電機子反作用の影響を受けなく、メンテナンス性が優れた永久磁石形モータ及びＣＴ装置を提供することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2004135433.tif 000013