(57)【要約】      （修正有）【課題】小容量受電設備であっても短時間の高電圧負荷に対してブレーカを動作させることなく電力供給できる小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置を提供する。【解決手段】小容量受電設備の商用電源１１の電圧より高い耐圧電圧で電力を蓄電する電解コンデンサ１３を設け、電力取込装置１８は、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で商用電源１１から電解コンデンサ１３に電力を供給し、電解コンデンサ１３に蓄電された電力をインバータ１４で高周波の交流電力に変換し、インバータ１４の出力電圧を高電圧変圧器１５で昇圧し、高電圧発生装置１６は高電圧変圧器１５の出力電圧を入力し高電圧負荷１７に印加する直流の高電圧を発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小容量受電設備の商用電源の電圧より高い耐圧電圧で電力を蓄電する電解コンデンサと、
前記小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で前記商用電源から前記電解コンデンサに電力を取り込む電力取込装置と、
前記電解コンデンサに蓄電された電力を高周波の交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、
前記高電圧変圧器の出力電圧を入力し高電圧負荷に印加する直流の高電圧を発生する高電圧発生装置とを備えたことを特徴とする小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置。
【請求項２】
前記電力取込装置は、充電器であることを特徴とする請求項１に記載の小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置。
【請求項３】
前記電力取込装置は、力率改善回路であることを特徴とする請求項１に記載の小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置。
【請求項４】
前記電力取込装置は、前記商用電源の電圧を前記電解コンデンサの耐圧電圧に相当する交流電圧に昇圧する変圧器と、前記変圧器で昇圧された交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の出力電流を限流して前記電解コンデンサに電力を蓄電する限流抵抗とを備えることを特徴とする請求項１に記載の小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小容量受電設備の商用電源から高電圧負荷に電力を供給するための小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高圧電圧負荷電源装置として、Ｘ線管のような高電圧負荷に電力を供給するものがある。このような高圧電圧負荷電源装置は、商用電源を整流して一旦直流に変換し、変換された直流を高周波の交流に変換して昇圧し、さらに直流の高電圧に変換して高電圧負荷であるＸ線管に印加するようにしている。
【０００３】
図４は、従来の高圧電圧負荷電源装置の一例を示す説明図であり、図４（ａ）は構成図、図４（ｂ）は波形図である。図４（ａ）に示すように、商用電源１１からの交流を整流器１２で整流して一旦直流に変換し、電解コンデンサ１３に電力を蓄電する。商用電源１１からの入力電流をＩｉｎで示している。
【０００４】
そして、商用電源１１からの入力電流Ｉｉｎを電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃが所定電圧になるまで蓄電する。電解コンデンサ１３に蓄電された直流はインバータ１４で高周波の交流に変換され高電圧変圧器１５で昇圧される。さらに高電圧発生装置１６で直流の高電圧に変換されてＸ線管などの高電圧負荷１７に電力Ｐ０が供給されるようになっている。図４（ａ）では、高電圧発生装置１６はコッククロフトウォルトン回路（ＣＷ回路）である場合を示している。
【０００５】
いま、商用電源１１がＡＣ２００Ｖ、電解コンデンサ１３が３０００μＦ、高電圧負荷１７がＸ線管で使用電力Ｐ０が１５ｋＷであったとする。そして、図４（ｂ）に示すように、時点ｔ１〜時点ｔ２（１０ｍｓ）でインバータ１４をオンして高電圧負荷１７に電力Ｐ０を供給したとする。商用電源１１がＡＣ２００Ｖであることから、整流器１２で整流され電解コンデンサ１３に蓄電された直流電圧Ｖｃは２８０Ｖ（≒２００・１．４１４）となる。また、高電圧負荷１７がＰ０＝１５ｋＷであることから、電源効率０．９、入力力率０．６とすると受電設備の入力電流Ｉｉｎは実効値で約１４０Ａｒｍｓ（≒１５０００／２００／０．９／０．６）となる。
【０００６】
ここで、高圧電圧負荷電源装置として、三相交流電源を受信して整流する第一の整流回路と、第一の整流回路の出力電圧を平滑する平滑回路とにより三相倍電圧整流回路を構成し、この三相倍電圧整流回路と三相交流電源との間に三相交流電源電圧を調整する電圧調整回路を備え、この電圧調整回路の出力電圧を三相倍電圧整流回路に入力し、この出力電圧をインバータ回路の入力電圧とし、三相２００Ｖ電源使用の場合においても小型で安価な大容量のインバータ式Ｘ線高電圧装置を構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１５９８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図４に示した従来のものでは、１５ｋＷの高電圧負荷１７に電力を出力する場合、力率・効率を考慮すると、２８ｋＶＡ（２００Ｖ×７５Ａ）の受電設備が必要となる。Ｘ線管などの高電圧負荷は短時間（１０ｍｓ程度）での使用であり、常時、使用する負荷ではないことから、予め受電設備として設備容量を大きくしておくことは経済性がよくない。また、電源事情が悪い地域や小病院（診療所、動物病院等）などでは、受電設備の設備容量が小さく大電力がとれないので、Ｘ線管などの高電圧負荷を使用すると、Ｘ線管などの高電圧負荷が瞬間的に大電力を消費するのでブレーカが動作してしまう。
【０００９】
また、引用文献１のものでは、三相倍電圧整流回路を構成するので、その後段に接続されるインバータ回路に入力する電流が小さくなり、インバータ回路における損失を低減することができるが、商用電源からの入力電流を積極的に抑制するものではないので、高電圧負荷に供給する電力が大きい場合には、受電設備の入力電流が大きくなり、受電設備として設備容量の大きなものが必要となる場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、小容量受電設備であっても短時間の高電圧負荷に対してブレーカを動作させることなく電力供給できる小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置は、小容量受電設備の商用電源の電圧より高い耐圧電圧で電力を蓄電する電解コンデンサと、前記小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で前記商用電源から前記電解コンデンサに電力を取り込む電力取込装置と、前記電解コンデンサに蓄電された電力を高周波の交流電力に変換するインバータと、前記インバータの出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、前記高電圧変圧器の出力電圧を入力し高電圧負荷に印加する直流の高電圧を発生する高電圧発生装置とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置は、請求項１の発明において、前記電力取込装置は、充電器であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置は、請求項１の発明において、前記電力取込装置は、力率改善回路であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置は、請求項１の発明において、前記電力取込装置は、前記商用電源の電圧を前記電解コンデンサの耐圧電圧に相当する交流電圧に昇圧する変圧器と、前記変圧器で昇圧された交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の出力電流を限流して前記電解コンデンサに電力を蓄電する限流抵抗とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で商用電源から電解コンデンサに電力を取り込む電力取込装置を有するので、小容量受電設備であっても短時間の高電圧負荷に対してブレーカを動作させることなく大きな電力を供給できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加え、充電器により、小容量受電設備の入力電圧を維持しつつ、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で電解コンデンサに電力を供給できる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項１の効果に加え、力率改善回路により、小容量受電設備の入力電圧を維持しつつ、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の正弦波に近い電流で電解コンデンサに電力を供給できるので、入力高調波電流が軽減される。
【００１８】
請求項４の発明によれば、整流器の前段に変圧器を設けて昇圧し、整流器の出力を限流抵抗で定まる電流で、変圧器への入力電流が小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流とするので、充電器や力率改善回路を必要とせずに短時間の高電圧負荷に対して大電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置の説明図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置の構成図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置の構成図。
【図４】従来の高圧電圧負荷電源装置の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置の説明図であり、図１（ａ）は構成図、図１（ｂ）は波形図である。図１（ａ）に示すように、商用電源１１からの交流を電力取込装置１８に入力する。電力取込装置１８は、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で商用電源から電解コンデンサ１３に電力を取り込むものであり、図１では電力取込装置１８が充電器２０である場合を示している。
【００２１】
充電器２０は商用電源１１からの交流を一旦直流に変換し、商用電源１１からの入力電流Ｉｉｎを小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流で電解コンデンサ１３に電力を充電する。これにより、電解コンデンサ１３には、電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃが耐圧電圧になるまで蓄電される。電解コンデンサ１３に蓄電された直流はインバータ１４で高周波の交流に変換され、高電圧変圧器１５で昇圧され、高電圧変圧器１５で昇圧された交流は、さらに高電圧発生装置１６で直流の高電圧に変換されてＸ線管などの高電圧負荷１７に電力Ｐ０が供給される。図１（ａ）では、高電圧発生装置１６はコッククロフトウォルトン回路（ＣＷ回路）である場合を示している。
【００２２】
いま、商用電源１１がＡＣ２００Ｖ、電解コンデンサ１３が３０００μＦで耐圧電圧が４５０Ｖ、高電圧負荷１７がＸ線管で使用電力Ｐ０が１５ｋＷであったとする。図１（ｂ）に示すように、時点ｔ１１では、充電器２０で小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）で、電解コンデンサ１３に電力を充電し、電解コンデンサ１３の直流電圧Ｖｃがその耐圧電圧４５０Ｖになると充電を停止し、電解コンデンサ１３は満充電で待機している。
【００２３】
そして、時点ｔ１１でインバータ１４をオンして高電圧負荷１７に電力Ｐ０を供給開始したとすると、電解コンデンサ１３は放電を開始するので、電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃは４５０Ｖから下降し始める。一方、充電器２０は、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）で電解コンデンサ１３に電力を充電し始める。
【００２４】
１０ｍｓ後の時点ｔ１２において、高電圧負荷１７に電力Ｐ０＝１５ｋＷを供給し終えると、電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃは３２０Ｖ程度まで下降し、
充電器２０は、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）で、時点ｔ１２から電解コンデンサ１３に電力を充電し始める。そして、電解コンデンサ１３の直流電圧Ｖｃがその耐圧電圧４５０Ｖになると充電を停止し、電解コンデンサ１３は満充電で待機する。
【００２５】
このように、本発明の第１実施形態では、インバータ１４の前段に電力取込装置１８として充電器２０（昇圧回路）を設置し、充電器２０は小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）の定電流充電にて電解コンデンサ１３を蓄電し、電解コンデンサの耐圧電圧４５０Ｖで待機する。そして、高電圧負荷１７であるＸ線管によるＸ線照射時（撮影時）は電解コンデンサ１３より電力を供給する。この間、充電器２０は小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）の定電流で電解コンデンサ１３の充電を継続する。なお、電解コンデンサ１３の放電中は電解コンデンサ１３の充電を停止してもよい。
【００２６】
いま、高電圧負荷１７であるＸ線管の使用電力は１５ｋＷであり、使用時間は１０ｍｓであるとする。そうすると、高電圧負荷１７であるＸ線管の使用電力量は１５０Ｊである。このことから、電解コンデンサ１３には１５０Ｊを充電できればよい。インバータ１４のオフ時間が長いほど、電解コンデンサ１３を充電する充電器２０の容量は小さくできるので、もし、１０秒のＸ線オフ時間があれば１５Ｗの充電器２０で１０秒の充電で１５０Ｊを充電できる。すなわち、１５Ｊ／ｓ＝１５Ｗを充電できるので１５Ｗの充電器２０で足りる。
【００２７】
すなわち、高電圧負荷１７の使用電力量をＷ１、電解コンデンサ１３の静電容量をＣ、時点ｔ１１における電解コンデンサ１３の電圧ＶｃをＶ１、時点ｔ１２における電解コンデンサ１３の電圧ＶｃをＶ２とすると、（１）式が成立する。
【００２８】
Ｗ１＝（１／２）・Ｃ・｛Ｖ１２−Ｖ２２｝  …（１）
上記（１）式に、電解コンデンサ１３の静電容量をＣ（＝３０００μＦ）、時点ｔ１１における電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃ（＝４５０Ｖ）、時点ｔ１２における電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃ（＝３２０Ｖ）を代入すると、高電圧負荷１７の使用電力量Ｗ１は１５０Ｊとなる。高電圧負荷１７の使用電力Ｐ０は１５ｋＷであるので、１５０Ｊ／１５ｋＷ＝１０ｍｓである。一方、１５Ｗの充電器２０で電解コンデンサ１３を１０秒間充電すると１５０Ｊとなる。つまり、充電時間が１０秒あれば１５Ｗの充電器２０で足りる。
【００２９】
本発明の第１実施形態によれば、商用電源１１からの入力電流Ｉｉｎは小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）以上は流れないようにして電解コンデンサ１３を充電するので、ブレーカを動作させることなく電力供給できる。これにより、小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流（例えば、実効値で約１０Ａｒｍｓ）である入力電流（小入力設備）での大電力の高電圧負荷１７の電源を確保できる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置の構成図である。この第２実施形態は、図１に示した第１実施形態に対し、電力取込装置１８として、充電器２０に代えて力率改善回路２１を用いたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３１】
図２において、力率改善回路２１は商用電源１１からの交流を入力し、一旦直流に変換して、小容量受電設備の入力電圧を維持しつつ、商用電源１１からの入力電流Ｉｉｎを小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の正弦波に近い電流で電解コンデンサ１３に電力を供給する。力率改善回路２１は昇圧チョッパを内蔵し、小容量受電設備の入力電圧を昇圧するとともに、入力電流Ｉｉｎを小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下に保ちつつ、出力電流を正弦波に近い電流として電解コンデンサ１３に電力を供給する。これにより、入力高調波電流が軽減され、電解コンデンサ１３には、電解コンデンサ１３の電圧Ｖｃが耐圧電圧になるまで蓄電される。
【００３２】
電解コンデンサ１３に蓄電された直流は、図１に示した第１実施形態と同様に、インバータ１４で高周波の交流に変換され、高電圧変圧器１５で昇圧され、さらに高電圧発生装置１６で直流の高電圧に変換されてＸ線管などの高電圧負荷１７に電力Ｐ０が供給される。第２実施形態によれば、第１実施形態に効果に加え、入力高調波電流が軽減されるので、入力高調波増加に伴う他の機器への影響も軽減できる。
【００３３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図３は、本発明の第３実施形態に係る小容量受電設備の高圧電圧負荷電源装置の構成図である。この第３実施形態は、図１に示した第１実施形態に対し、電力取込装置１８として、充電器２０に代えて、商用電源１１の電圧を電解コンデンサ１３の耐圧電圧に相当する交流電圧に昇圧する変圧器２２と、変圧器２２で昇圧された交流電圧を整流する整流回路１２と、整流回路１２の出力電流を限流して電解コンデンサ１３に電力を蓄電する限流抵抗２３とを設けたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３４】
図３において、電力取込装置１８の変圧器２２は、商用電源１１の交流を入力し、電解コンデンサ１３の耐圧電圧に相当する交流電圧に昇圧する。電解コンデンサ１３の耐圧電圧が直流電圧４５０Ｖであるとすると、交流電圧３２０Ｖ程度まで昇圧する。商用電源１１の交流電圧が２００Ｖであるとすると、約３２０Ｖ程度まで昇圧する。これにより、整流器１２で整流されて得られる直流電圧は電解コンデンサ１３の耐圧電圧の４５０Ｖ（３２０Ｖ×１．４１２）程度となる。
【００３５】
限流抵抗２３の抵抗値をＲとし電解コンデンサ１３の静電容量をＣとすると、整流器１２の後段に形成されるＲＣ回路により、電解コンデンサ１３に流れ込む電流Ｉｃは、整流器１２の出力電圧Ｅとした場合に、Ｉｃ＝（Ｅ／Ｒ）・ε−（１／ＲＣ）ｔとなる。つまり、電解コンデンサ１３に流れ込む電流Ｉｃの最大値は、Ｅ／Ｒとなることから、限流抵抗２３の抵抗値Ｒを入力電流Ｉｉｎが小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下になるように選定する。これにより、入力電流Ｉｉｎを小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下に保ちつつ、商用電源１１から電解コンデンサ１３に電力を供給する。
【００３６】
第３実施形態によれば、整流器１２の前段に変圧器２２を設けて昇圧し、整流器１２の出力を限流抵抗２３で定まる電流で、入力電流Ｉｉｎが小容量受電設備の設備容量を満たす所定値以下の電流とするので、充電器や力率改善回路を必要とせずに短時間の高電圧負荷に対して大電力を供給できる。
【００３７】
以上の説明では、単相の場合について説明したが、三相に対しても適用できる。三相の場合には各相に電力取込装置１８を配置し二次側回路を並列接続することにより三相入力にも対応可能となる。
【００３８】
また、電解コンデンサ１３に蓄電した電力を高電圧負荷１７に供給する場合について説明したが、電解コンデンサ１３に蓄電した電力に余裕がある場合には、高電圧負荷の周辺機器の制御電源、フィラメント電源、スタータ電源などに電解コンデンサ１３から電力を供給するようにしてもよい。
【００３９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１１…商用電源、１２…整流器、１３…電解コンデンサ、１４…インバータ、１５…高電圧変圧器、１６…高電圧発生装置、１７…高電圧負荷、１８…電力取込装置、２０…充電器、２１…力率改善回路、２２…変圧器、２３…限流抵抗
【図１】
2016038974.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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