JPH05508298A - 高電圧ｄｃ電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高電圧、高電力ＤＣ電源に関し、特に、それぞれが磁気ポールを取り 囲む平面コイルを含む、複数の積み重ねられたＡＣ−ＤＣコンバーターおよびＡ Ｃ電源により誘電励起される磁気ポールを有する電源に関する。

背景技術 一般的に、従来の高電圧、高い電力ＤＣ電源は、高−吹射二次巻線比を有する変 圧器を有する。この変圧器は比較的低い周波数、低電圧ＡＣ電源により励起され る。その変圧器の二次巻線に印加される高電圧ＡＣはＤＣに変換される。ＡＣ励 起は比較的低い周波数、典型的には１０ｋＨｚに限定される。その理由は、変圧 器の高い巻線比により二次巻線回路の寄生インピーダンスが、巻線比の平方に等 しい因子により一次巻線へと反射されるからである。結局、変圧器の二次回路の 寄生インピーダンスは変圧器の一次巻線へと反射され、比較的高い周波数で相当 のインピーダンスとなり、変圧器の帯域を１０ｋＨｚ以下に限定する。故に、変 圧器の励起周波数は限定され、比較的大きい容積、重量およびコストをもつ素子 となる。高電圧高電力ＤＣ電源として、１９８９年１２月１３日に出願し、本出 願人に譲渡された米国出願番号第７／４５０１８３号に開示された構造物は低周 波数励起に関する問題を除去した。前記の出願において、高電圧、高電力ＤＣ電 源は、所望の高電圧、高電力出力を導出するために、互いに積み重ねられたＤＣ 出力電圧を有する、複数のＡＣ−ＤＣコンバーターステージにより囲まれた、伸 長した中心−次巻線を含む。各ステージは、−次巻線にそっているいろな位置に 一次巻線に誘導結合される個別の二次巻線を含む。各ステージの二次巻線に誘導 されるＡＣは（整流器回路は電圧ダブラ−を含み得る）によりＤＣに変換される 。−次巻線は１００ｋＨｚを越える周波数を有するＡＣ電源により励起され、電 源素子は比較的小さな容積、重量、コストとなる。この従来技術の構造物は、高 電圧の磁場の応力を最小にするようするため、共軸形状をとる。それはまた、比 較的広範囲な帯域およびその長さにそって一様なグレーディングをもつ。

しかし、従来技術の装置はその長さが比較的長く、好適に各ステージに磁気コイ ルを利用する。各ステージに磁気コアを使用することが、前記の出願に開示され た従来技術の構造物についての重量、容積、コストの条件の外に付加されること になる。

したがって、本発明の目的は、比較的安価で、比較的小さな容積となり比較的低 重量となる新規で、改良された高電圧、高電力ＤＣ電源を提供することである。

本発明の他の目的は、素子を電源に使用でき、比較的低重量、小容積、低コスト となる、約１．００　ｋ　Ｈｚを越える周波数を有する比較的低電圧ＡＣ電源に より励起される、新規で、改良された高電圧、高電力ＤＣ電源を提供することで ある。

さらに、本発明の他の目的は、高性能の静電応力特性を備えるために、一様なグ レーディング、共軸のパッケージングをなす、新規で、改良された比較的安価な 、高電圧、高電力ＤＣ電源を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、複数の積み重ねられた、ＡＣ−ＤＣコンバーター ステージのそれぞれに、プリント回路巻線を使用する新規で、改良された高電圧 、高電圧ＤＣ電源を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、高電力管のエンベロープのためのハウジングと同 じハウジング内に挿入するのに十分小さい、新規で、改良された高電圧、高電圧 ＤＣ電源を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、Ｘ線管と高電圧入力ターミナルとの間のコレクタ により以前占められていた容積で、Ｘ線管を含むオイルで満たされたハウジング 内に挿入可能な、新規で改良された、比較的安価で、比較的軽量なりＣ電源を提 供することである。

さらに、本発明の他の目的は、Ｘ線管のアノード電極およびカソード電力と高電 圧入力ターミナルとの間のコレクタにより以前占められていた容積で、Ｘ線管を 含むオイルで満たされたハウジング内に挿入可能な、新規で改良された、・比較 的安価で、比較的軽量なりＣ電源を提供することである。

本発明 本発明の１つの特徴に従い、低電圧のＡＣ電源に応答して高電圧ＤＣ出力を導出 する電源が、縦軸方向の軸線をもつ伸長した磁束ポールを形成する構造物から成 る。磁束を磁束ポールの縦軸線にそつて流すためのＡＣ電源に応答するようにそ のボールを取り囲む第１のボールが適合されている。ＤＣ出力ターミナルを有す る複数のＡＣ−ＤＣコンバーターステージが互いに直列に接続されている。コン バーターステージのそれぞれは磁束ポールと同中心で、磁束ポールの縦軸線に関 し直角の面に位置する個別の平面コイルを含む。各ステージのコイルは磁束ポー ルの軸線にそった異なる縦軸線方向の位置にあり、磁束ポールにおいて縦方向に 流れる磁束が磁束ポールの縦軸線に直角な面にあるコイルに電圧を誘導するよう に配置される。

このような配線・形状は、磁束ポールと平面コイルを含む磁気回路とを共軸とな るようにパッケージングすることに順応させられ、静電応力および電場条件が最 適になる。さらに、このような形状のものは、本来的に、１００ｋＨｚから数ｍ Ｈｚで平坦な応答をなし得る広範囲な帯域を有し、す（なくとも１００ｋＨｚの ＡＣ電源に応答する高周波数動作をなす。高周波動作の素子は比較的容積が小さ く、軽量で、安価なものである。さらに、前記の形状は一様なグレーディングを 有し、短いその長さにわたって高出力電圧を与えるようになっている。高巻線比 の変圧器に関連した反射インピーダンスの問題は、積み重ねのため存在しない。

平面コイルにより、構造物の長さが短くなり、高電圧、高電力出力が与えられる 。

好適実施例において、平面コイルのそれぞれは、プリント（ｐｒｉｎｔｅｄ）回 路コイルで、コンバーターステージのそれぞれは、好適には、特定のステージに 対して共通のプリント回路ボードの向かい合う表面上に一対のプリント回路コイ ルを含む。各ステージの対のコイルは、共軸にパッケージングできるように磁束 ポールを取り囲む。プリント回路コイルを使用することにより、特に、構造物が 比較的短い長さ、低価格のものとなる利点がある。

一つのステージのコイルは、互いに直列に接続され、ステージに関連したプリン ト回路ボードの向かい合う表面上で反対向きに巻かれている。このような形状は 、コイルの内部および外部ターミナルの間の接続を行う必要性をなくすことから 、特に利点を有する。プリント回路の内部ターミナルの接続は、プリント回路の リード線がプリント回路コイルにわたって伸びることを必要とし、プリント回路 のリード線がコイルを支承するプリント回路ボードの裏面上にあるとしても、そ うとうな害をもたらす結果となる。そうとうな害をもたらす結果は、コイルが高 周波数ＡＣ電源により励起されるときに生じるようである。さらに、プリント回 路ボードの向かい合う表面上のコイルを反対向きに巻くことにより、コイル装置 により導出される全ＡＣ電圧は、１つのコイルにより得られる電圧の２倍である 。これは、コイルが直列に助成関係なるように反対向きに巻かれているからであ る。

大きさを最小にすることを促進するために、各ステージのプリント回路ボードは 、特定のステージの直列に接続されたコイルの出力ターミナルに接続された整流 器およびフィルタ一手段を含む。好適に、各ステージの整流器およびフィルタ一 手段は、各ステージに関連したＤＣ出力電圧を増加させるために、電圧マルチプ ライアを形成するために接続される。

各ステージのコイルは、好適にステージと関連したボードのメッキされた貫通穴 により相互に接続される。メッキされた貫通穴は各ステージの２つの巻線の内部 ターミナルを一緒に接続する。

本特徴に従い、各ステージの整流器およびフィルタ一手段の素子は各ステージに 関連したプリント回路ボードの片側に対し配置される。素子を支承する隣接した ステージのプリント回路ボードの片側は、ステージの隣接したものの整流器およ びフィルタ一手段の素子が互いに干渉せず、また重なることもないように延在す るようにいろいろな方向に向けられる。ステージの隣接したものの素子は、プリ ント回路コイルが配置されるところのプリント回路ボードの部分以外のところに 延在する。４つの要素から成るプリント回路ボードは積み重ねられたＡＣ−ＤＣ コンバーターのセットを形成する。各セットの各部材の伸張する側は特定のセッ トの各部材の他の伸張する側に関し直角となる。これにより、各プリント回路ボ ード上の素子のためのスペースは、特定のスペースに対して必要となる最大のも のの３倍になる。

比較的高い絶縁破壊強さを有する電気絶縁体が、プリント回路ボードが配置され ている、隣接プリント回路ボードの部分間に挟まれている。その結果、絶縁体の 向かい合う表面は、そのプリント回路コイルが配置されるところの、隣接したプ リント回路ボードの部分の別の対面する表面と実質的に接するように配置される 。

典型的に、ＡＣ電源は電源の一部として含まれ、少なくとも１００ｋＨｚの周波 数で、第１のコイルに供給される。第１のコイルは好適には螺旋コイルで、１０ ０ｋＨｚ源を磁束ポールに十分に結合する。螺旋コイルは磁束ポールにそった長 さを平面コイル以上に必要とするが、皮層効果および相当の電流密集問題（これ は、ＡＣ励起源により第１のコイルに流れる比較的高い電流の効率を低下させる 傾向がある）による悪影響を受けることがない。

平面コイルでの電流密集の防止をより図るべく、低リアクタンス構造物が磁束ポ ールから流出する磁束が平面コイルを横切ることを防止するために設けられる。

一つの実施例に従い、磁束ポールから平面コイルの外側の位置へと半径方向に伸 びる第１および第２の低磁気リラクタンス要素を設けることで平面コイル内に磁 束が流れることを実質的に防止する。第１のコイルおよび平面コイルは低リラク タンス要素間に配置される。コストを減少させるために、第１および第２の低磁 気リラクタンスは、磁束が平面コイルを横切ることを実質的に防止する唯一の素 子である。第二に実施例にしたがい、磁束ポールの縦軸線の軸線方向に伸びる低 リラクタンス構造物を備えることで、磁束がまた平面コイルを通過して流れるこ とが防止される。この構造物は、第１および第２の低磁気リラクタンス素子のみ を使用する構造物よりも高価であるが、より効率的で、電源の近くの素子が誘導 加熱されることを防止する。磁束ポール構造物とコイルとの間の破壊の可能性を 最小にするために、磁束ポール構造物と平面コイルの内側表面との間に固体の誘 電体が設けられる。その誘電体が破壊を防止するために比較的高い絶縁破壊強さ をもつ。

一つの応用例において、発明は、エンベロープ、エンベロープ内に配置されるア ノードおよびカソードを有する電子管と組み合わして使用される。エンベロープ を取り囲むハウジング上のターミナルがＡＣ電源に接続されるようになっている 。磁束ポール構造物を含む、電源はエンベロープとハウジングとの間に磁束ポー ルが伸びるように、エンベロープとハウジングとの間でハウジング内に配置され る。最低の電圧を導出する平面コイルは、他の平面コイルのいずれよりもハウジ ングに近接して配置され、最も高い電圧ステージと関連した平面コイルが他の平 面コイルのいずれよりもエンベロープに接近している。

一好適実施例において、電子管は少なくとも４０ｋＶ、２−１０ｋＶのアノード 条件を有するＸ線マンモグラム管である。電源は、従来技術のＸ線管の高電圧コ レクタが配置されるところのハウジング内にその容積を占める。電源はカソード が設置され、あるいはアノードが設置されたＸ線透視管と同じハウジング内に配 置され得る、または２つのこのような電源は高電圧アノードおよびカソード条件 を有するＸ線管と同じハウジング内に配置され得る。いずれの場合においても、 電源の一方はカソードを負の高電圧で付勢され、他方の電源がアノードを正の高 電圧で付勢される。

したがって、本発明の他の目的は、Ｘ線管の電極に対する高電圧電源がＸ線管エ ンベロープのためのハウジング内に配置されるところの新規で、改良されたＸ線 管ハウジングを提供することである。

本発明の上記およびさらなる目的、特徴ならびに利点は、添付図面とともに、以 下の特定の実施例の説明のを考察することで明らかになろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の好適実施例の略示ダイヤグラムである。

図２は、図１に示す回路の一つのステージを含むプリント回路カードの平面図で ある。

図３は、図２に示す、プリント回路カードおよびそこに設けられた素子の側面図 である。

図４は、図１に略示回路を部分を形成するための、図２および図３に示すタイプ のステージの組立体の斜視図である。

図５は、本発明に従った高電源を含むＸ線管ハウジングの側面図である。

好適実施例の説明 図１において、電力源１１が二次三層変圧器１２により励起されるように略示さ れている。その変圧器１２は数百ポルトＤＣの高電力ＤＣ出力を導出するための 整流器１３を駆動する。整流器１３の出力は半導体スイッチング素子を含む発信 器１４に供給される。発信器１４は少なくとも周波数が１００ｋＨｚ、電圧が約 １８０ボルト、電力が５ないし５０キロワツトのＡＤ出力を導出する。発信器１ ４はまた、整流器を駆動する単相ＡＣまたはバッテリーにより付勢される。

発信器１４の高周波数出力は螺旋主巻線コイル１５に供給される。

そのコイル１５は円筒状で、伸長した、固体フェライトコア１６に巻かれる。そ のコア１６は、磁気ポール構造物を形成し、巻線とコアとの間に実質的な電圧傾 斜が存在しないように接地される。発信器１４による巻線１５へのＡＣ電流の供 給により、対応するＡＣ磁束がコア１６の縦方向に、すなわちコアの縦軸線方向 に形成される。

巻線１５によりコア１６に誘導される磁束は、コアの両端の高透磁率の（鉄また はフェライト製）円形ポールピースへ、およびそこから流れるように形成される 。これにより、ポール構造物１８の磁束はポールピース１７および１８を通過し て半径方向に、その中心と周辺の間を流れるように形成される。ポールピース１ ７および１８の縁の間の磁束経路は、ポールピースの間の比較的高いリラクタン ス、またはポールピースの間に伸び、高透磁率のシリンダー１９により完成する 。そのシリンダー１９はコア１６およびシリンダー１９の縦軸線が一致するよう にコアに固着されている。端部プレートとなるポールピース１７および１８、な らびにシリンダー１９（これを使用するならば）は、コア１６からの迷走磁束が 、コアの縦方向に間隔をおいた平面二次巻線コイル（後述する）を通過しないよ うに設計される。シリンダー１９およびプレート（ポールピース）１７および１ ８は、迷走磁場が（１）近接した対象物を誘導過熱することを防止し、（２近接 した素子（たとえば、Ｘ線管）との電子光学的干渉を防止し、高電力源の有効な 操作を促進する。電力源が比較的低電力負荷、たとえば２−１０ｋＷ、および２ Ｏ−１２５ｋＷの条件の負荷で使用されていると、プレート１７．１８およびシ リンダー１９は排除され得る。

発信器１４（平面二次巻線コイルの皮層効果が相当な因子となる。）の周波数で 、コイル１６へ、およびそこから流れる磁束がコイルと相互作用することを防止 することは重要である。これは、磁束がコイル内で電流を密集し、さらにコイル の導体の皮層効果（皮層効果はコイルのインピーダンスを増加させ、したがって 装置の効率を減少させる）を増加させる傾向をもつからである。シリンダー１９ を使用するとき、コイルおよびシリンダーの断面積ならびに材料がそのリラクタ ンスを有するように選択されるならば、コイル１６を通過する全磁束もまたシリ ンダーを通過する。このような形状は、磁束が平面コイルを流れることを確実に 妨げる。しかし、シリンダー１９は比較約１（、高価である。端部プレート１７ および１８が、相当な磁束がその先端から、そしてコイル１６の長手方向に沿っ て配置された二次巻線コイルへ巻線へと流れることのないように十分に大きな直 径をもつならば、シリンダー１９は除去し得る。

ステージ２Ｈ１）・・・２１（ｎ−１）、２１（ｎ）として示すように、複数の ＡＣ−ＤＣコンバーターステージがコイル１６の縦軸線に沿ったいろいろな位置 に設置されている。実際の装置では、ステージ２１のそれぞれは、約４ｋＶＤＣ 出力に発展させ、ｎ＝２０のときこのようなステージが２０個設けられる。ステ ージ２１のそれぞれの、コア１６の縦軸線方向の長さが、約０．１６３インチ（ ０，４１４ｃｍ）で、その結果、８０ｋＶのＤＣ電圧は約３．２５インチ（８， ２６ｃｍ）の長さで発展される。ステージ２１のＤＣ出力は互いに積み重なるよ うに直列に接続される。

記載のＡＣ−ＤＣコンバーターステージ２１（ｎ−１）は典型例である。ステー ジ２１（ｎ−１）は２つの平坦で反対に巻かれた二次巻線コイル２２（ｎ−１） および２３（ｎ−１）を含む。これらコイルは、コア１６の縦軸線に対し直角に 配置されたプリント回路の向かい合う表面にプリントされている。コイル２２（ ｎ−１）および２３（ｎ−１）はステージ２１（ｎ−１）に対するプリント回路 ボードのメッキされた貫通穴により互いに接続されている。メッキされた貫通穴 はリード２４（ｎ−１，）として図１に示されている。励起磁束が１００ｋＨｚ で、フェライトコア１６の断面積が１平方インチであるとき、−巻き当たり６５ ボルトの電圧がコア２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）の巻線に適に誘導され 得る。故に、コイル２２および２３（これらコイルの形状は平坦なものとするこ とができる）に必要とされる巻線は比較的に少ない。平坦な巻線を用いた実際の 実験は、巻線が１００ｋＨｚと４．５ｍＨｚの間で比較的平坦な応答をもっこと を示している。その応答はこの平坦な応答領域の両側で減少する。

プレート１７および１８、シリンダー１９、ならびに平面コイルＩＨｎ−１）、 ２３（ｎ−１）は、静電応力を減少させるため、円形で、コア１６の縦軸線に関 し共軸をもつ対称的な形状である。

コイル２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）がステージ２Ｈｎ−１）に使用され ているが、その理由は、接続部をコイルの外部に設けることが容易であるからで ある。コイル２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）は反対の巻かれ、順に助成関 係で接続され、その結果コイルの端部でのＡＣ電圧は反対の位相となり、すなわ ち、コイル２２（ｎ−１）の外端部ターミナルでの電圧が正であるとき、コイル ２３（ｎ−１）の外端部ターミナルでの電圧が負となり、その逆の場合もある。

コイル２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）の外端部ターミナルでの電圧は倍ダ ブラ−（ｄｏｕｂｌｅｒ）のように形成された整流回路２５（ｎ−１）に接続さ れている。整流器、すなわち電圧ダブラ−１２５（ｎ−１）は、キャパシター２ ６（ｎ−１）および２７（ｎ−１）を含み、それぞれはコイル２３（ｎ−１）の 端部ターミナル、および５キロボルト電力ダイオード２８（ｎ−１）および２９ （ｎ−１）に接続されるアノードを有する。ダイオード２８（ｎ−１）のアノー ドはコイル２２（ｎ−１）の端部ターミナルに接続される一方、ダイオード２９ （ｎ−１）のカソードはこの端部ターミナルに接続されている。ダイオード２８ （ｎ−１）および２９（ｎ−１）のカソードおよびアノードはコイル２３（ｎ− １）の端部ターミナルに接続されていないキャパシター２６（ｎ−１）および２ ７（ｎ−１）の電極にそれぞれ接続されている。ダイオードおよびキャパシター ２７（ｎ−１）の共通接続は、ステージ２１（ｎ−２Ｘ図示せず）の出力ターミ ナルに接続される一方で、ダイオード２８（ｎ−１）およびキャパシター２６（ ｎ−１’）の共通ターミナルが、ダイオード２９（ｎ−１）および２７（ｎ−１ ）の共通ターミナルのステージ２１（ｎ）の入力ターミナルに接続されている。

典型的に、約１ｋＶ、１００ｋＨｚのＡＣ電圧が、コア１６の磁束によりコイル ２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）のそれぞれに誘導される。コイル２２（ｎ −１）および２３（ｎ−１）のそれぞれに誘導される１ｋｖの電圧は電圧マルチ プライア（整流器）２５（ｎ−１）により約４ｋＶＤＣレベルに変換される。ダ イオード２８（ｎ−１）およびキャパシター２６（ｎ−１）に対する共通ターミ ナルでのＤＣ電圧がダイオード２９（ｎ−１）およびキャパシター２７（ｎ−１ ）に対する共通ターミナルの電圧に関し正となるように整流器２５（ｎ−１）が 構成される。しかし、もし負のＤＣ電力供給出出力圧を与えることを望むときは 、ダイオード２８（ｎ−１）および２９（ｎ−１）の極性は逆にされる。

ステージ２１（２）〜２１（ｎ−２）のそれぞれはステージ２１（ｎ−１）と同 じである。前者のステージにおいて、キバシタ−２７（１）およびダイオード２ ９（１）の間の共通接続部は接地されているので、ステージ２１（１）はステー ジ２１（ｎ−１）と異なっている。キバシタ−２６（ｎ）およびダイオード２８ （ｎ）の間の共通接続部は電源により働（負荷に接続されているので、ステージ ２１（ｎ）はステージ２１（ｎ−１）と異なっている。

いろいろな素子の間の考えられる高電圧破壊を防止するため、コア１６は高破壊 強さをもつ誘電性スリーブまたはコーティング３３（図２−図４）により覆われ る。一方誘電性ボード、すなわちシート４３および４４（図３）（高絶縁破壊強 さをもつ）が（下のコイル２２および上のコイル２３）ステージ２１のそれぞれ に設けられる。シート４３および４４は、管状のケーキ型と同じような形状をも った高絶縁破壊強さをもつ絶縁体、すなわちコア１６と共軸で、中心が共通する 側壁が延びる内側および外側縁をもつ底部環状プレートにより置き換えても良い 。その側壁というのは、コア１６の軸線とほぼ同じ方向で、僅かに外側にテーパ ーが付けられて延び、コイル間の破壊を防止するために調節ステージ２１（ｋ） および２１（ｋ＋１）の調節コイル２２および２３の間に長いクリープ（ｃｒｅ ｅｐ）経路が形成される。これら構造物の側壁は重ね合わされ、その結果それら はステージ２１が後述するように積み重ねられても、互いに干渉しない。

図２は、ステージ２１（ｎ−１）のプリント回路ボードおよびその上にプリント されたワイヤ、ならびにプリント回路ボードの上面に配置された電圧マルチプラ イア２５（ｎ−１）の素子の平面図である。

コイル２３（ｎ−１）は誘電性プリント回路ボード３１（ｎ−１）の、図示した 上面に中心から左側部分上に配置されている。ボード３１（ｎ−１）の下方面（ 図示せず）上の巻線２２（ｎ−１）は基本的に巻線２３（ｎ、−１）と同様に（ しかし反対向きに巻がれている）形状付けられている。巻線２２（ｎ−１）およ び２３（ｎ−１）のほとんどは、ボード３１（ｎ−１）の円形穴３２（ｎ−１） を通って伸びているコア１６と共軸である。コア１６の外側表面に対して高絶縁 破壊強さをもつ電気絶縁スリーブまたコーティング３３が隣接し、そのコーティ ング３３は、接地されたコア１６からボード３１（ｍ−１）上の高電圧部分への 電圧破壊を防止することを助け、穴３２（ｎ−１）の壁がら僅かに間隔があけら ている。コア１６の端部面と隣接した構造物との間の破壊が、電源から誘導され る高電圧で破壊しそうならば、端部面はまた高絶縁破壊強さをもつ電気的絶縁体 で覆われる。プリント回路ボードのすべてが積み重ねられると、それらボードの それぞれの穴３２の中心がコア１６の縦軸と共軸となる。

コンバーター回路２５（ｎ−１）はボード３１（ｎ−１）の（図示のように）右 側に取り付けれている。ダイオード２８（ｎ−１）および２９（ｎ−１）の共通 ターミナル３４（ｎ−１）は、プリント回路リード線３６（ｎ−１）により巻線 ２３（ｎ−１）の外部出力ターミナル３５（ｎ−１）に接続されている。キャパ シター２６（ｎ−１）および２９（ｎ−１）の共通ターミナル３７（ｎ−１）は プリント回路ボード３１（ｎ−１）の下方面へと伸びるメッキされた貫通穴によ り、巻線２２（ｎ−２）の外部ターミナル３８（ｎ−１）に接続されている。プ リント経路ボード３１（ｎ−１）の下方面上のメッキされた貫通穴の端部は、プ リント回路ボード３１（ｎ−１）の下方面に沿って伸びるプリント回路リード線 ４１（ｎ−１）により外端部ターミナル３８（ｎ−１）に接続されている。

巻線またはコイル２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）の内部ターミナルは、ボ ード３Ｈｎ−１）の上方面および下方面上に同じ相対位置で揃えられている。故 に、巻線またはコイル２３（ｎ−１）の内部ターミナル４２（ｎ−１）は、コイ ル２２（ｎ−１）の同様の内端部ターミナルに揃えられている。内端部ターミナ ル４２（ｎ−１）はコイルの内部ターミナル間でプリント回路ボード３１（ｎ− １）を通って伸びるメッキされた貫通穴４３（ｎ−１）により巻線２２（ｎ−１ ）の対応する内端部ターミナルに接続されている。

キャパシター２６（ｎ−１）および２７（ｎ−１）、ならびにダイオード２８（ ｎ−１）および２９（ｎ−１）は、プリント回路ボード３１（ｎ−１）の上方面 の上に通常の方法で取り付けられている。電圧ダブラ−２５（ｎ−１）の素子は ボード３１（ｒｌ−１）に取り付けられ、上方面の上で全体で最も高いものでも １インチの１／４よりかなり低い。

図３に示すように、平面コイル２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）にわたって それぞれ重なる環状誘電性シート４３（ｎ−１）および４４（ｎ−１）を含む（ それらコイルにシートは接する）。シート４３（ｎ−１）および４４（ｎ−１） はコア１６の縦軸線と共軸で、円形穴２３（ｎ−１）の直径とほぼ等しい内径、 およびコイル２２（ｎ−１）および２３（ｎ−１）の直径より僅かに大きい外径 を有し、その結果絶縁シー、トはそれらの各々のコイルを完全に覆う。ステージ ２１（ｎ−１）の全体で最も高いものは、プリント回路ボード３１（ｎ−１）の 厚さが１／１６インチで、絶縁シートまたはボード４３（ｎ−１）および４４（ ｎ−１）のそれぞれの厚さが５０ミルであることから、約０．１６３インチとな る。プリント回路の巻線の厚さは無視できる。

ステージ２１のそれぞれは、たとえば、シート４３（ｎ−１）の下側面がシート ４４（ｎ−１）に接するように、ステージの上に調節して積み重ねられている。

絶縁シート４３および４４のこの接触および１００ミルの隣接するプリント回路 ボードの全厚さにもかかわらず、いろいろなプリント回路ボード３１上のコンバ ーター２５の要素に対し十分なスペースが与えられる。その理由は、コンバータ ー素子がプリント回路ボードのそれぞれの片側に取り付けられ、互いに近接する プリント回路ボードが図４に示すようにコア１６の軸線に関し９０’回転してい るように、接するステージのプリント回路ボードが回転している。

４つの隣接したＡＣ−ＤＣコンバーターステージ２１は、コンバーター素子が取 り付けられた４つの突き出た部分が互いに直角になるように組み立てられている 。故に、図４に示すスタックにおいて、たとえばステージ２Ｏｎ）はコンバータ ー２５（ｎ）の素子がスタックの右側（図示のように）に延設されるように組み 立てられ、ステージ（ｎ−１）のプリント回路ボードはスタックの後ろ側に延設 されるように組み立てられている。ステージ１（ｎ−２）のコンバーター２５（ ｎ−１）の素子はスタックの左側に延設されているが、ステージ２１（ｎ−３） のコンバーター２５（ｎ−３）の素子はステージの正面に延設されている。ステ ージ２１（ｎ−４）の素子はステージ２１（ｎ）の素子の真下で、整合している 。ステージ２１（ｎ）および２１（ｎ−４）のプリント回路ボードの突き出た部 分の間の間隔は、ステージ２１（ｎ−４）の素子とステージ２１（ｎ）のボード の底面との間の接触を妨げるために十分な、ステージ２Ｏｎ−４）の素子の上面 とステージ２１（ｎ）のボードの底面との間の空間である。この間隔は、ステー ジ２１（ｎ−１）のコンバータ素子と、ステージ２１（ｒｌ）のプリント回路ボ ードの裏面に沿って走るプリント回路リード線との間での放電を防止するのに十 分である。しかし、ステージ２１（ｎ）のプリント回路ボードの裏面上のプリン ト回路リード線と、ステージ２１（ｎ−１）のコンバーター素子との間に放電と いった問題があるなら絶縁シート４３（ｎ）をステージ２１（ｎ）のプリント回 路ボードの突き出た部分の端部まで延設してもよい。放電問題は、ステージ２１ （ｎ）のプリント回路ボードとそれらが囲むコア１６の部分を高絶縁破壊強さを もつオイルまたは他の流体に浸すことによりさらに軽減される。

コンバーター２５（ｎ−１）の出力ターミナルはケーブル４５（ｎ−１）により コンバーター２５（ｎ）の入力ターミナルに接続されているが、コンバーター２ ５（ｎ）の出力ターミナルはケーブル４５（ｎ）によりＤＣ負荷に接続されてい る。同様に、残りのコン／く−ターの入力および出力ターミナルはケーブル４５ （ｎ−２）　・・・４５（２）により互いに接続されているが、コンノく一ター ４５　（１）の出力ターミナルはケーブル４５（ｎ）により接地されて０る。

図４の構造物が低リラクタンス端部プレート１８および１９を含む磁気回路をも ってして使用されるとき、各端部プレートの直径は前記したようにコイル２２お よび２３の直径よりも多少大きい。図４の構造物がシリンダー１９とともに端部 プレート１７および１８を含む低リラクタンス磁気回路をもってして使用される とき、図４の全体の組立体がシリンダー１９内にぴったりと嵌めることができる シリンダーのようにプリント回路ボード３１の突き出た部分（ここでは、コンバ ーター素子が取り付けられている）は、曲線が付けられる。

図２−４に示す構造物は、巻線２２および２３が配置されるコア１６の軸線と一 致する縦軸線を有する共軸の磁気分布（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する。これによ り、電場応力が制御され、最小化される。コア１６および一次巻線コイル１５が 、（接地の近傍で）はぼ同じ電圧であるので、コアはコアのまわりにしっかりと 巻かれ、それらの間にしっかりした結合を形成し、コイルの磁束がコイルに高効 率で移される。ＤＣ電圧が多くのステージ２１において展開されるので、高巻線 比の変圧器を避けることができ、本発明の高電圧、高電源は出力が少なくとも１ ００ｋＨｚの発信器１４に対応できる高帯域をもつことができる。これにより、 いろいろなステージ２１のコンバーター２５の素子は比較的規模が小さく、軽量 で、コストが安い。

ステージ２１が一緒に積み重ねられることから、電源のいくつかのステージから 電圧傾斜が制御され、すなわち、装置は“セルフ・グレーディングとなる。この 構成はまた、前記した高帯域および高周波数動作の達成を容易にする。

図２−４に図示の構造物は、その傾斜が１ミル当たり約１０ボルト以下であると 大気中で使用できる。ある場合には、図示のスタックは、１ミル当たり約２０な いし２４ボルトの傾斜をもつ。この場合、それは比較的高い絶縁破壊強さをもつ 流体の誘電体内に浸される。スタックは、約３と１／４インチの長さにわたって ８０キロボルトの出力を与えるように設計するときは、オイル浴または適当なガ ス、たとえばＳＦ、あるいは高圧空気内に浸すことができる。高電源の応用例で はオイルが、その冷却をなすために好適である。高絶縁破壊強さをもつ誘電性流 体の必要性は、コイルを支承するためのケーキ型の絶縁体を使用し、固体の高絶 縁破壊強さをもつ誘電性コーティングでコイルを覆うことにより、傾斜が１ミル 当たり２４ポルトである場合でさえ、除去される。

本発明のある特定の応用例は、Ｘ線管用の高電圧、高電力電源とする場合である 。前記したように、高電力Ｘ線管の７５または８０キロボルトＤＣ電力条件は小 さな容積の本発明で維持され得る。それは、マノグラフィに使用されるタイプの “軟”Ｘ線を形成するために使用される管のような低電圧Ｘ線管のための励起電 圧を与えることも可能である。今日ある利用可能なマノグラフィＸ線源において 、金属製Ｘ線管エンベロープが金属製充填ハウジングのオイル浴内に配置される 。典型的に、ハウジング壁とＸ線管のエンベロープとの間に２インチが高電圧コ ネクタのためにあけられる。３５ないし４０キロボルトのオーダーの電圧がハウ ジングの外部に、したがって約２インチの距離の間、ハウジング内のオイル浴を 通して伸びるコネクタを通してマンモグラフィＸ線管のアノードに適用される。

本発明により、図５に示すように積み重ねることで、かつハウジングの外側に配 置され、コアまたはポール１６（図１−３）と同様の磁束ボールによりスタック に結合されたコイルに、低電圧、高周波数ＡＣエネルギーを適用することでコネ クタを置き換えることが可能である。

図５は、磁性、たとえは鉄の端部分５８を有する金属製ハウジング５４内に配置 され、比較的高い絶縁破壊強さを有する誘電性オイル浴５３内に配置された金属 製エンベロープ５２内にあるマンモグラフィＸ線管５１の部分略示図である。Ｘ 線管５１は接地されたハウジング５４にリード線５６により接続されている、接 地されたカソード５５を含む。Ｘ線管５１のアノード５７は図１−４に示すタイ プの高電圧源により、マノグラフィの応用例に対し３５−４０キロボルトの範囲 の電圧に付勢される。

アノード５７を付勢するために電源６１は、ハウジング５４内で、従来のマノグ ラフイ装置内に長さが２インチの高電圧のコネクタでしめられた領域内に配置さ れている。従来の高電圧のコネクタはハウジング５４の壁を通って、ハウジング の外側に位置する高電圧電力源のターミナルへと伸びるターミナルを含む。本発 明の特徴にしたがい、アノード５７を付勢するために高電圧を発展するための素 子は、ハウジング５４内で、アノード５７の近（のエンベロープ５１の端部と、 長さが２インチの高電圧のコネクタが前辺て配置されていたところのハウジング の隣接した端部との間の、長さが２インチの領域に配置されている。

結局、フェライトコア１６はハウジング５４の端部壁を通って伸び、リード線６ ２により電気的に接続される。コア１６の一部は、ハウジング５４を越えて伸び 、そこに巻かれた巻線１５を有する。

図１に示すように、巻線１５は少なくとも１ＱＱｋＨｚの周波数をもつ発信器１ ４の出力に接続されている。図２−４に示すタイプのＡＣ−ＤＣコンバータース テージのスタックが、ハウジング５４内で、ハウジング５４の縦軸から半径方向 に伸長した鉄製ディス６４およびアノード５７に近接したエンベロープ５２の部 分に非常に近接して配置されている。ハウジング５４内のコンバータースタック は、図２−５のプリント回路ボードと同じように形状付けられたプリント回路ボ ードを含む。その結果、これらプリント回路ボードの巻線はコア１６と同中心と なる。

巻線１５に流れる電流によりコア１６内に誘導される磁束のための磁気回路を完 了するため、半径方向に伸長するプレート６４の外端は鉄製ハウジング６８の内 側壁に近接または接触する。磁気回路は、ハウジング５４の鉄製部分６８とコア １６の端部との間を磁気キャップ６５を連結することによりに完了する。かくし て、磁場はアノード５７とカソード５５との間の領域内に、漏れることがないよ うに形状付けられる。これにより、磁場はＸ線管の電子光学に影響を与えない。

コンバーター６１の最も高い電圧ステージの出力ターミナルはプレート６４の中 央開口６９を通って伸長するリード線６６によりアノード５７に接続されている 。オイル浴５３のオイルがハウジング５４の内部から高電圧源６１のステージが 配！されているところの領域へと循環できるように、プレート６４はまた開口６ ７を有する。

プレート６４と近接するコア１６の側壁および端部面は、プレートそれ自身とと もに、接地されたコアまたはプレートと、近（の高電圧素子との間で実質的にア ークが生じることを防止するため、高絶縁破壊強さをもつ電気絶縁体でコートさ れる。

ハウジング５４内のスタックの電源６１の各ステージを、各ステージが４キロボ ルトを形成し、９つのステージを備えるように、図２および３に示すようにして 形状付けることにより、アノード５７は３６キロボルトの電圧に正バイアスされ る。９つのステージは、２インチのコネクタタが前に占めていた領域の、プレー ト６４に対して１．７４インチの十分な残置の間隔を占める。電力源６１のコス トもまた、全高電圧を形成するために必要ないろいろなステージが繰り返しのも のであるので比較的低い。高電圧電力源およびＸ線管のための高価なケーブルお よび個別のオイルタンクが高価であるが、比較的高価な高電圧コネクタは避ける ことができる。

図５では、コア１６の軸線および管の軸線が実質的に整合するように電源が示さ れているが、コアの軸線は、電力源が高電圧コネクタの容積を占めないような場 合において、管の軸線に関して直角になってもよい。さらに、管のハウジング内 の電力源の電圧は、高エネルギーの適用のためさらに大きくなり得る。また、２ つの電力源は（たとえば、それぞれが６２．５ｋＶで、一方がアノードに、他方 がカソードに対するように）、管のハウジング内に組み入れられる。

本発明の特定の一つの実施例を記載し、図示してきたけれども、請求の範囲に画 成された本発明の範囲および思想から逸脱することなく、図示し記載した実施例 にいろいろな変化を付けることができることは明らかである。たとえば、図１に 一般的に示すが、端部プレート１７．１８およびシリンダー１９のないものの多 数の電力源を、それら軸線が平行になるように共通の金属製容器内に配置し得る 。この例において、各電力源の、図４に示積み重ねられたコンバーターステージ を、高絶縁破壊強さを有し、特定の電力源のコアと共軸となる軸線を有する誘電 性管により囲むことができる。電力源は、電力源のターミナル間の出力電圧を最 小化するために直列に接続してもよい。容器は、実質的に破壊を防止するために 高絶縁破壊強さをもつ流体で満たされる。

ＦＩＧ、　１ ２１（ｎ−ｌ） ＦＩＧ、２ ＦＩＧ　３ ＦＩＧ、４ 要約書 高電圧高電力ＤＣ源が高周波数で、比較的低い電圧源（１４）に応答する磁束ポ ール構造物（１６）を含み、その電圧源（１４）はポール（１６）に誘導結合す る。複数のＡＣ−ＤＣコンバーター（２１（１）ないし２１（ｎ））が互いに直 列に接続され、積み重ねられ高電圧、高電力ＤＣ出力（ＨＶ）を導出する。各ス テージ（２１（ｎ））は、プリント回路ボードの向かい合う表面上に、一対の反 対に巻かれた平面コイル（２２（ｎ）　、２３　（ｎ））を有する。異なるステ ージのプリント回路は互いにずらして配置され、高周波数源（１４）によりコイ ルが駆動される。

国際調査報告

Claims (38)

【特許請求の範囲】
1. １．低い電圧を有するＡＣ電源に応答して高電源ＤＣ出力を導出する電力源であ って、 縦軸線を有する伸長した磁束ポールを形成する構造物と、磁束ポールの縦軸線に 沿って磁束が流れるようにするため前記ＡＣ電源に応答するように前記磁束ポー ルを取り囲む第１のコイルと、 互いに直列に接続されるＤＣターミナルを有する複数のＡＣ−ＤＣコンバーター ステージと、 から成り、 前記コンバーターステージのそれぞれは、前記磁束ポールと同中心とし、磁束ポ ールの縦軸線に関し直角な平面内の配置される個別の平面コイルを有し、 各ステージのコイルは、磁束ポールに沿ったいろいろな縦方向の位置にあり、磁 束ポール内を縦軸方向に流れる磁束が、軸線に直角な面のコイルに電圧を誘導す るように配置される、ところの電力源。
2. ２．請求項１に記載の電力源であって、平面コイルのそれぞれがプリント回路コ イルである、ところの電力源。
3. ３．請求項２に記載の電力源であって、コンバーターステージのそれぞれが、ス テージのための共通プリント回路ボードの向かい合う表面上に一対のプリント回 路ボードを有する、ところの電力源。
4. ４．請求項３に記載の電力源であって、一つのステージのコイルが、互いに直列 に接続され、ステージにそのステージに関連したプリント回路ボードの向かい合 う表面上で反対向きに巻かれる、ところの電力源。
5. ５．請求項４に記載の電力源であって、一つのステージの直列に接続されたコイ ルの両方がコイルの外側巻線上に出力ターミナルを有する、ところの電力源。
6. ６．請求項５に記載の電力源であって、各ステージのプリント回路ボードが、整 流器およびフィルター手段を含み、フィルター手段が特定のステージの直列の接 続されたコイルの出力ターミナルに接続されている、ところの電力源。
7. ７．請求項６に記載の電力源であって、各ステージの整流器およびフィルター手 段が電圧マルチプライアを形成するために接続さえる、ところの電力源。
8. ８．請求項７に記載の電力源であって、各ステージのコイルが、そのステージと 関連したボード上のメッキされた貫通穴により互いに接続される、ところの電力 源。
9. ９．請求項８に記載の電力源であって、整流器およびフィルター手段の素子は、 それぞれのステージに関連したプリント回路ボードの片側に配置され、隣接する ステージのプリント回路ボードの前記片側は、隣接するステージの整流器および フィルター手段の素子が、互いに、そして隣接するプリント回路ボードの素子と 干渉することなく、かつ重なることなく延設されるようにいろいろな方向に向け られる、ところの電力源。
10. １０．請求項９に記載の電力源であって、ステージのうちの隣接するものの素子 が、プリント回路コイルが配置されたところのプリント回路ボードの部分以外の ところに延設される、ところに電力源。
11. １１．請求項９に記載の電力源であって、隣接するプリント回路ボードの部分間 に電気絶縁体が挟まれ、プリント回路コイルは、絶縁体の向かい合う表面が、プ リント回路コイルが配置されるところの、隣接するプリント回路ボードの部分の 他の対向する面に実質的に接するように配置される、ところの電力源。
12. １２．請求項１１に記載の電力源であって、前記プリント回路ボードの４つが１ つのセットを組み、各セットの各部材の延設側が、そのセットの各部材の他の延 設側と直角をなす、ところの電力源。
13. １３．請求項１２に記載の電力源であって、ＡＣ源が、当該電力源内に含まれ、 少なくとも１００ｋＨｚの周波数を第１のコイルに供給する、ところの電力源。
14. １４．請求項１３に記載の電力源であって、第１のコイルが磁束ポールに巻かれ 、それに近接する螺旋コイルである、ところの電力源。
15. １５．請求項１３に記載の電力源であって、磁束ポールおよび第１のコイルが実 質的に同じ電圧となっている、ところの電力源。
16. １６．請求項１３に記載の電力源であって、磁束ポールから流出する磁束が平面 コイルを横切ることを実質的に防止する手段をさらに含む、ところの電力源。
17. １７．請求項１６に記載の電力源であって、実質的に防止する手段が、磁束ポー ルから前記平面コイルの外側の位置へと半径方向に伸長する第１および第２の低 磁気リラクタンス素子を含む、ところの電力源。
18. １８．請求項１７に記載の電力源であって、前記防止する手段が前記素子から成 る、ところの電力源。
19. １９．請求項１７に記載の電力源であって、前記防止する手段が、前記第１およ び第２の低リラクタンス素子の間で前記縦軸線の軸方向に伸長する低リラクタン ス構造物である、ところの電力源。
20. ２０．請求項１６に記載の電力源であって、磁束ポール構造物および第１のコイ ルがほぼゼロ電位である、ところの電力源。
21. ２１．請求項２０に記載の電力源であって、前記磁束ポール構造物とコイルの内 側面との間に固体誘電体を含み、その誘電体が磁束構造物とコイルとの間の破壊 を防止する十分な絶縁破壊強さを有する、ところの電力源。
22. ２２．請求項１に記載の電力源であって、エンベロープ、該エンベロープ内に配 置されたアノードおよびカソードを有する電子管と共同し、エンベロープを取り 囲むハウジング上のターミナルがＡＣ源に接続され、磁束ポールがエンベロープ とハウジングとの間に伸長するように、当該電力源がハウジング内でエンベロー プとエンベロープ上のターミナルとの間に伸長し、最も低い電圧ステージの平面 コイルが他のどの平面コイルよりもエンベロープ上のターミナルに近接して配置 され、最も高い電圧ステージに関連した平面コイルが他のどの平面コイルよりも エンベロープに近接する、ところの電力源。
23. ２３．請求項２２に記載の電力源であって、電子管が少なくとも４０ｋＶのアノ ードの条件を有するＸ線管であり、当該電力源が、従来のＸ線管組立体の高電圧 コネクタが以前配置されていたところの、ハウジング内の容積を占める、ところ の電力源。
24. ２４．請求項１に記載の電力源であって、各ステージがそれぞれのステージの平 面コイルを支承するプリント回路ボードを含む、ところの電力源。
25. ２５．請求項２４に記載の電力源であって、整流器およびフィルター手段の素子 は、それぞれのステージに関連したプリント回路ボードの片側に配置され、隣接 するステージのプリント回路ボードの前記片側は、隣接するステージの整流器お よびフィルター手段の素子が、互いに、そして隣接するプリント回路ボードの素 子と干渉することなく、かつ重なることなく建設されるようにいろいろな方向に 向けられる、ところの電力源。
26. ２６．請求項２５に記載の電力源であって、ステージのうちの隣接するものの素 子が、プリント回路コイルが配置されたところのプリント回路ボードの部分以外 のところに延設される、ところに電力源。
27. ２７．請求項２４に記載の電力源であって、隣接するプリント回路ボードの部分 間に電気絶縁体が挟まれ、プリント回路コイルは、絶縁体の向かい合う表面が、 プリント回路コイルが配置されるところの、隣接するプリント回路ボードの部分 の他の対向する面に実質的に接するように配置される、ところの電力源。
28. ２８．請求項２７に記載の電力源であって、前記プリント回路ボードの４つが１ つのセットを組み、各セットの各部材の延設側が、そのセットの各部材の他の延 設側と直角をなす、ところの電力源。
29. ２９．請求項２５に記載の電力源であって、前記プリント回路ボードの４つが１ つのセットを組み、各セットの各部材の延設側が、そのセットの各部材の他の延 設側と直角をなす、ところの電力源。
30. ３０．請求項１に記載の電力源であって、ＡＣ源が、当該電力源内に含まれ、少 なくとも１００ｋＨｚの周波数を第１のコイルに供給する、ところの電力源。
31. ３１．請求項３０に記載の電力源であって、ＡＣ源が、当該電力源内に含まれ、 少なくとも１００ｋＨｚの周波数を第１のコイルに供給する、ところの電力源。
32. ３２．請求項３１に記載の電力源であって、磁束ポールおよび第１のコイルが実 質的に同じ電圧となっている、ところの電力源。
33. ３３．請求項１に記載の電力源であって、磁束ポールから流出する磁束が平面コ イルを横切ることを実質的に防止する手段をさらに含む、ところの電力源。
34. ３４．請求項３３に記載の電力源であって、実質的に防止する手段が、磁束ポー ルから前記平面コイルの外側の位置へと半径方向に伸長する第１および第２の低 磁気リラクタンス素子を含む、ところの電力源。
35. ３５．請求項３４に記載の電力源であって、前記防止する手段が前記素子から成 る、ところの電力源。
36. ３６．請求項３４に記載の電力源であって、前記防止する手段が、前記第１およ び第２の低リラクタンス素子の間で前記縦軸線の軸方向に伸長する低リラクタン ス構造物である、ところの電力源。
37. ３７．請求項１に記載の電力源であって、磁束ポール構造物および第１のコイル がほぼゼロ電位である、ところの電力源。
38. ３８．請求項１に記載の電力源であって、前記磁束ポール構造物とコイルの内側 面との間に固体誘電体を含み、その誘電体が磁束ポール構造物とコイルとの間の 破壊を防止する十分な絶縁破壊強さを有する、ところの電力源。