專利名稱：適用于無接觸磁力軸向軸承的軸承結(jié)構(gòu)和包含該軸承的x射線管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于一無接觸磁力軸向軸承的軸承結(jié)構(gòu)，該軸承結(jié)構(gòu)包括一個可在一共同軸線上相對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子-定子對，其中，轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)均設有復數(shù)個磁體，所述復數(shù)個磁體產(chǎn)生沿軸向作用的磁力支承作用，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間形成一確定的間隙，因而工作時相互間不會發(fā)生接觸。本發(fā)明還涉及一種X射線管，其包括一真空殼體和一布置在所述真空殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)陽極，所述X射線管具有至少一個用于所述旋轉(zhuǎn)陽極的磁力軸向軸承。
背景技術：
從原理上看，這類軸承屬于公知技術，可應用于基于真空環(huán)境的應用領域，例如用于支承渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子或高劑量率X射線管中的旋轉(zhuǎn)陽極靶。相關實例請參閱德國公開案 DE 26 01 529 C2、公開案 US 6，327，340 或公開案 US 6,198,803。這類軸承的缺點是，這些已知實施方式都需要較大的軸向長度，這會減小這些較長旋轉(zhuǎn)部件的自振頻率，相應地，共振轉(zhuǎn)數(shù)會因機械變形而變小，從而可能接近用磁力軸承安裝的轉(zhuǎn)子的工作頻率。如果這些部件在一亞臨界頻率范圍內(nèi)工作，就會在所述軸向軸承的可實施性方面遇到很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)長度盡可能短的軸向軸承。本發(fā)明相應還提供一種能使帶有軸承的旋轉(zhuǎn)陽極的結(jié)構(gòu)變得緊湊的X射線管。本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案是各項獨立權利要求的特征。從屬權利要求為本發(fā)明的有利改進方案。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以實現(xiàn)一種用于一個轉(zhuǎn)子-定子對的磁力軸向軸承的軸承結(jié)構(gòu)， 其在轉(zhuǎn)子側(cè)僅具有永磁體，轉(zhuǎn)子側(cè)上的這些永磁體相對布置且對著定向，以便在轉(zhuǎn)子和定子之間形成持久的斥力。同時可在定子側(cè)布置能對抗該斥力的電磁體，這些電磁體將轉(zhuǎn)子的一部分作為磁軛并可控地對轉(zhuǎn)子施加引力，從而通過公知的控制調(diào)節(jié)機制對轉(zhuǎn)子進行相對于定子的精確定位。根據(jù)這一基本思路，本發(fā)明提出一種適用于一無接觸磁力軸向軸承的軸承結(jié)構(gòu)的改進方案，該軸承包括一個可在一共同軸線上相對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子-定子對，其中，轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)均設有復數(shù)個磁體，所述磁體產(chǎn)生沿軸向作用的磁力支承作用，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間形成一確定的間隙，從而避免轉(zhuǎn)子與定子接觸。本發(fā)明的改進方案為所述轉(zhuǎn)子側(cè)和所述定子側(cè)均設有復數(shù)個相對布置的永磁體，定子側(cè)永磁體的極性與轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體的極性對著定向，此外，所述定子側(cè)進一步設有至少一個可控電磁體和/或可調(diào)電磁體，所述電磁體與所述轉(zhuǎn)子側(cè)的一個起磁軛作用的金屬區(qū)相對布置。亦即，在轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)使用能夠在轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生斥力的對著定向的永磁體，該斥力沿軸向分布。在定子側(cè)使用能產(chǎn)生反作用力的電磁體，這些電磁體以其磁通作用于一個轉(zhuǎn)子側(cè)金屬區(qū)，并根據(jù)電磁場強度以可控或可調(diào)方式將轉(zhuǎn)子引向定子，以此對抗永磁體的斥力。這種結(jié)構(gòu)可以實施得非常緊湊，因此本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)只需要極短的結(jié)構(gòu)長度， 從而避免轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生低自振頻率。所述永磁體優(yōu)選可由同軸環(huán)對或者復數(shù)個同軸布置的磁環(huán)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，所述至少一個電磁體由至少一個同軸環(huán)形線圈構(gòu)成，其中，所述至少一個同軸環(huán)形線圈優(yōu)選具有一個用于基本勵磁的子線圈和一個用于控制勵磁的子線圈。其中，所述用于基本勵磁的子線圈和/或所述用于控制勵磁的子線圈可各與一個換流器電性連接。根據(jù)本發(fā)明，所述永磁體優(yōu)選位于徑向內(nèi)側(cè)，所述電磁體從徑向看位于所述永磁體的外側(cè)。除本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)外，本發(fā)明還提出一種X射線管，其包括一個真空殼體和一個布置在所述真空殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)陽極，其中，設有至少一個用于所述旋轉(zhuǎn)陽極的磁力軸向軸承，所述至少一個軸向軸承按本發(fā)明進行設計。根據(jù)本發(fā)明，所述轉(zhuǎn)子布置在所述X射線管的真空殼體內(nèi)，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的間隙中設有一個對磁通影響不大的氣密的間隔壁。根據(jù)本發(fā)明，所述間隔壁至少部分由下列材料的一種構(gòu)成陶瓷、優(yōu)質(zhì)鋼、塑料、纖維增強塑料、玻璃。


下文將借助優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細說明，其中僅涉及有助于理解本發(fā)明的特征，其中圖1為本發(fā)明的無接觸磁力軸向軸承的縱向剖面圖；圖2為圖1所示的磁力軸向軸承帶磁通線的示意圖；以及圖3為按本發(fā)明實施的X射線管的實施例示意圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明的磁力軸向軸承1，該軸承由復數(shù)個布置在轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)的磁體構(gòu)成。轉(zhuǎn)子2的那側(cè)設有兩個永磁體4，它們所采用的定向方式使得其南極指向定子。定子 3布置在與轉(zhuǎn)子2相對的另一側(cè)，從旋轉(zhuǎn)軸6看與轉(zhuǎn)子同軸布置，定子同樣具有復數(shù)個永磁體4，但這些永磁體與轉(zhuǎn)子側(cè)的永磁體4對著布置。在沿徑向離旋轉(zhuǎn)軸6較遠的位置上，定子側(cè)設有一個同軸線圈5，該線圈內(nèi)可流過一個可以隨時間發(fā)生變化的電流。在此實施為環(huán)形的永磁體4的極性與轉(zhuǎn)子側(cè)同樣實施為環(huán)形磁體的永磁體4的極性對著定向，因此兩永磁體4之間會產(chǎn)生斥力。同軸線圈5產(chǎn)生一磁場，該磁場如此定向，使得當同軸線圈5中有電流通過時，會產(chǎn)生一個將轉(zhuǎn)子引向定子的磁場。通過對該電流進行相應控制產(chǎn)生一方向， 可以借助此處未詳細圖示的距離傳感器使轉(zhuǎn)子2與定子3之間保持一規(guī)定距離。另外，如果用兩個線圈代替一個單獨的同軸線圈，就可有利地為一個第一同軸線圈加載基本勵磁電流，為一個第二同軸線圈加載最終負責距離調(diào)節(jié)的控制勵磁電流。作為設置兩個單獨線圈的替代方案，也可以設置單獨一個包含兩個不同繞組的線圈，并且為其中一個繞組加載基本勵磁電流，為另一個繞組加載控制勵磁電流。為了闡述基本原理，圖2對圖1中所示的軸承結(jié)構(gòu)再次進行了圖示，只是這里還示意了所述永磁體和同軸線圈所產(chǎn)生的磁通7。所述磁力軸向軸承采用了此處所示的結(jié)構(gòu)后，從轉(zhuǎn)子的原有長度中減少了同軸結(jié)構(gòu)的長度，而減小結(jié)構(gòu)長度可以提高轉(zhuǎn)子自振，進而提高共振頻率的頻率范圍。需要指出的是，本發(fā)明的軸向軸承當然可與各種樣式的徑向軸承，優(yōu)選為磁力徑向軸承，結(jié)合使用。舉例而言，可以使用異極軸承(Heteropolarlager)、同極軸承 (Homopolarlager)禾口單極軸承(Unipolarlager)。圖3為本發(fā)明由真空殼體9構(gòu)成的X射線管8的示意圖，該真空殼體內(nèi)設有本發(fā)明的轉(zhuǎn)子2，該轉(zhuǎn)子右端設有實施為環(huán)形的永磁體4。在與之相對的定子側(cè)同樣設有環(huán)形永磁體，但該永磁體的極性與轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體4的極性對著定向。定子側(cè)設有一個或復數(shù)個個沿徑向位于永磁體4外側(cè)的同軸線圈5，這個或這些同軸線圈通電流后可以對抗永磁體4所產(chǎn)生的斥力。附圖進一步還示意了帶有轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)子2的徑向軸承12。這種軸承也可以已知方式實施為磁軸承。如圖所示，轉(zhuǎn)子2和定子3之間設有由不可磁化的材料至不易磁化的材料構(gòu)成的間隔壁10，其作用是使真空殼體9區(qū)域內(nèi)保持充分的真空度。如果進一步將定子側(cè)殼體設計成可與真空殼體9分離，就可單獨利用真空殼體9實施操作步驟。如本示意圖進一步所示，定子側(cè)線圈5可由一個換流器14供電。除此之外，真空殼體9當然還具有一個X射線射出窗口 13和一個陰極裝置11，施加相應的高電壓后，從該陰極裝置發(fā)出的電子束射中實施為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)盤的所述陽極區(qū)域，從而產(chǎn)生X射線。綜上，本發(fā)明提供一種無接觸磁力軸向軸承的軸承結(jié)構(gòu)，這種軸承結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)長度遠小于現(xiàn)有技術中的已知軸承結(jié)構(gòu)，因而能相應實現(xiàn)一種轉(zhuǎn)子(見本發(fā)明的前述目的)， 與現(xiàn)有技術相比，這種轉(zhuǎn)子因結(jié)構(gòu)長度變短而具有更高的自振頻率和相應更高的共振頻率。因此，這種轉(zhuǎn)子即使在轉(zhuǎn)數(shù)較大的情況下也仍能在亞臨界轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)工作?？梢岳斫獾氖?，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明的上述特征不僅可按上述方式結(jié)合應用， 也可按其他方式結(jié)合應用或單獨應用。參考符號表
1磁力軸向軸承
2轉(zhuǎn)子
3定子
4永磁體
5同軸線圈
6旋轉(zhuǎn)軸
7磁通
8X射線管
9真空殼體
10間隔壁
11陰極裝置
12徑向軸承
13射出窗口
14 換流器15 主軸殼體
權利要求
1.一種適用于一無接觸磁力軸向軸承(1)的軸承結(jié)構(gòu)，包括一個可在一共同旋轉(zhuǎn)軸線(6)上相對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子-定子對0，3)，其中，所述轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)均設有復數(shù)個磁體，所述復數(shù)個磁體產(chǎn)生沿軸向作用的磁力支承作用，在所述轉(zhuǎn)子( 和所述定子C3)之間形成一確定的間隙，從而避免所述轉(zhuǎn)子( 與所述定子C3)接觸，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子( 側(cè)和所述定子( 側(cè)均設有復數(shù)個相對布置的永磁體，所述定子側(cè)永磁體的極性與所述轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體的極性對著定向，以及所述定子C3)側(cè)設有至少一個包含一線圈(5)的可控和/或可調(diào)電磁體，所述電磁體與所述轉(zhuǎn)子( 側(cè)的一個起磁軛作用的金屬區(qū)相對布置。
2.根據(jù)上述權利要求1所述的軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復數(shù)個永磁體由復數(shù)個同軸環(huán)對構(gòu)成。
3.根據(jù)上述權利要求1所述的軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復數(shù)個永磁體由復數(shù)個同軸布置的磁環(huán)構(gòu)成。
4.根據(jù)上述權利要求1至3中任一項權利要求所述的軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少一個電磁體具有至少一個同軸環(huán)形線圈(5)。
5.根據(jù)上述權利要求4所述的軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少一個同軸環(huán)形線圈(5)具有一用于基本勵磁的子線圈和一用于控制勵磁的子線圈。
6.根據(jù)上述權利要求5所述的軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述用于基本勵磁的子線圈和/或所述用于控制勵磁的子線圈各與一個換流器(14) 電性連接。
7.—種X射線管(8)，包括一個真空殼體(9)，所述真空殼體包括一個布置在該真空殼體(9)內(nèi)且實施為轉(zhuǎn)子(2)的旋轉(zhuǎn)陽極，所述旋轉(zhuǎn)陽極由至少一個磁力軸向軸承⑴支承，其特征在于，所述至少一個軸向軸承(1)具有權利要求1至6中任一項權利要求的特征。
8.根據(jù)上述權利要求7所述的X射線管(8)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子( 布置在所述X射線管(8)的所述真空殼體(9)內(nèi)，在所述轉(zhuǎn)子( 和所述定子C3)之間的間隙中設有一個對所述磁通(7)影響不大的氣密的間隔壁(10)。
9.根據(jù)上述權利要求8所述的X射線管，其特征在于，所述間隔壁(10)至少部分由下列材料中的一種構(gòu)成陶瓷、優(yōu)質(zhì)鋼、塑料、纖維增強塑料、玻璃。
10.根據(jù)上述權利要求8至9中任一項權利要求所述的X射線管，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子側(cè)真空殼體(9)實施為可與所述X射線管的所述定子側(cè)部分(15)分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于一無接觸磁力軸向軸承(1)的軸承結(jié)構(gòu)，包括一個可在一共同旋轉(zhuǎn)軸線(6)上相對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子-定子對(2，3)，其中，所述轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)均設有復數(shù)個磁體，所述磁體產(chǎn)生沿軸向作用的磁力支承作用，在所述轉(zhuǎn)子(2)和所述定子(3)之間形成一確定的間隙，從而避免所述轉(zhuǎn)子(2)與所述定子(3)接觸，其中，所述轉(zhuǎn)子(2)側(cè)和所述定子(3)側(cè)均設有復數(shù)個相對布置的永磁體(4)，定子側(cè)永磁體的極性與轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體的極性對著定向，所述定子(3)側(cè)設有至少一個包含一線圈(5)的可控和/或可調(diào)電磁體，所述電磁體與所述轉(zhuǎn)子(2)一側(cè)的一起磁軛作用的金屬區(qū)相對布置。本發(fā)明還涉及一種X射線管(8)，其包括一真空殼體(9)和一布置在所述真空殼體(9)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)陽極，所述X射線管具有至少一個用于所述旋轉(zhuǎn)陽極的上述磁力軸向軸承(1)。
文檔編號H01J35/10GK102449335SQ201080023622
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權日2009年5月29日
發(fā)明者尼爾斯·許布納, 彼得-克勞斯·布迪格, 揚·馬楚拉, 斯文·弗里茨萊, 馬庫斯·帕迪切 申請人:西門子公司