X射線發(fā)射器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線發(fā)射器。
【背景技術(shù)】
[0002]在已知的X射線發(fā)射器中，具有真空殼體的X射線管設(shè)置在發(fā)射器殼體中。在真空殼體中旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極抗扭地保持在轉(zhuǎn)子軸上，其中，轉(zhuǎn)子軸與電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子力傳遞地相連。電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在真空殼體內(nèi)部，相對(duì)地電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子設(shè)置在真空殼體的外部并且設(shè)置在發(fā)射器殼體的內(nèi)部。在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置間隙管(亦稱(chēng)“縫隙式管”)，其構(gòu)成真空殼體的一部分。這種形式的X射線發(fā)射器也被稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極-X射線發(fā)射器。
[0003]電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)大多設(shè)計(jì)為異步電機(jī)或也可以是磁阻電機(jī)。
[0004]在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子和電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子之間的間距被稱(chēng)為空氣間隙并且從驅(qū)動(dòng)技術(shù)而言應(yīng)該設(shè)計(jì)得盡可能的小，用于使損失最小化。
[0005]在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極-X射線發(fā)射器中，盡可能小的空氣間隙由于設(shè)計(jì)構(gòu)造原因被限制，因?yàn)樵陔婒?qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子和電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子之間存在必需的間隙管，其構(gòu)成真空殼體(X射線管外套、真空外套)的一部分。
[0006]間隙管在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極-X射線發(fā)射器承擔(dān)其他的以下功能:
[0007]-間隙管構(gòu)成力傳遞的部件，其將旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與陰極組件相連。
[0008]-間隙管還構(gòu)成帶有真空的部件并且必須在所有的運(yùn)行狀態(tài)中是真空密封的。
[0009]-間隙管影響磁傳遞特性并且因此基本上確定電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的效率。
[0010]-此外間隙管構(gòu)成高壓隔絕的部件。
[0011]在轉(zhuǎn)子和定子之間電勢(shì)不同的情況中，如其在雙極X射線管中是這種情況，轉(zhuǎn)子和定子之間甚至需要更大的間距，用于能夠足夠好地隔絕作用的高壓并且避免擊穿。
[0012]由于較大的空氣間隙，電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極-X射線管中常常具有較差的效率。在驅(qū)動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)子頻率之間的差值一轉(zhuǎn)差率一相應(yīng)地較大。隨著轉(zhuǎn)差率的增大在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中的損失也會(huì)增大。
[0013]此外在一些解決方案中，間隙管的冷卻也是困難的并且可能導(dǎo)致，空氣間隙仍必須繼續(xù)增大。由于這種原因所追求的解決方案不能或僅能以不成比例的技術(shù)耗費(fèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014]在已知的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極-X射線發(fā)射器中旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極-X射線管的真空殼體要么由玻璃制成要么由金屬構(gòu)成。
[0015]在由玻璃制成的真空殼體(玻璃管)中定子的磁場(chǎng)可以無(wú)損地穿過(guò)間隙管。但是這種真空殼體對(duì)于作為高功率X射線管應(yīng)用時(shí)沒(méi)有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，因此這種真空管不能用于具有高速旋轉(zhuǎn)的X射線發(fā)射器的計(jì)算機(jī)層析掃描成像設(shè)備。
[0016]在高功率X射線發(fā)射器中的新發(fā)展因此通常具有金屬構(gòu)成的真空殼體。由于金屬的導(dǎo)電性會(huì)在定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子之間感應(yīng)出不期望的渦流，其一方面減低了電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的效率并且另一方面導(dǎo)致金屬的間隙管的生熱。降低損失或盡可能將其保持小的可能性可以通過(guò)降低間隙管的壁厚來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，所需的機(jī)械穩(wěn)定性以及所需的真空密封性在此限制了間隙管的壁厚。
[0017]在金屬X射線管中，迄今的陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)速度足夠低，因此低效的電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)僅較少地讓人注意到。由于對(duì)于更高的焦斑負(fù)荷的要求，顯然更高的至少200Hz的陽(yáng)極轉(zhuǎn)速是需要的，用于在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極中獲得更高的能量密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種具有更高效率電驅(qū)動(dòng)器的X射線發(fā)射器。
[0019]所述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)一種X射線發(fā)射器解決，其具有發(fā)射器殼體，在該殼體中設(shè)置X射線管，所述X射線管包括真空殼體，其中，在真空殼體中旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極抗扭地保持在轉(zhuǎn)子軸上，所述轉(zhuǎn)子軸與電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子力傳遞地相連，并且電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在真空殼體的內(nèi)部而電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子則設(shè)置在真空殼體的外部和發(fā)射器殼體的內(nèi)部，并且在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置間隙管，該間隙管構(gòu)成真空殼體的一部分，按照本發(fā)明，所述間隙管由陶瓷材料構(gòu)成。
[0020]按照本發(fā)明為間隙管設(shè)置的陶瓷材料不是鐵磁性的并且是高電阻的或電絕緣的。因此通過(guò)間隙管在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中在轉(zhuǎn)子和定子之間可以高效率地極強(qiáng)地降低或完全阻止渦流電流的生成，所述渦流電流在間隙管中產(chǎn)生損失并且抑制主要的驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)。此外基本上達(dá)到了與金屬間隙管一樣的穩(wěn)定性，因此可以產(chǎn)生足夠的真空可靠性并且可以順利地用在具有高速旋轉(zhuǎn)的X射線發(fā)射器的計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備中。
[0021]因此在本發(fā)明中可以綜合金屬X射線管的優(yōu)點(diǎn)(高機(jī)械穩(wěn)定性)和玻璃射線管的優(yōu)點(diǎn)(避免渦流電流)。
[0022]按照本發(fā)明的解決方案除了降低或避免間隙管中產(chǎn)生渦流電流外還提供了一系列其它優(yōu)點(diǎn)。
[0023]因此電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的效率明顯更高。在相同的驅(qū)動(dòng)功率下，因此可以實(shí)現(xiàn)更高的陽(yáng)極轉(zhuǎn)速或更高的扭矩。作為備選對(duì)于確定的陽(yáng)極轉(zhuǎn)速可以使用具有更小功率的電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；因此發(fā)電機(jī)的尺寸可以相應(yīng)地更小。
[0024]因?yàn)檗D(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)受到其磁性反饋的影響，因此通過(guò)效率提高可以在電驅(qū)動(dòng)功率不改變時(shí)降低鐵或銅的質(zhì)量，這在針對(duì)電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的軸承設(shè)計(jì)支承力時(shí)起到積極作用。
[0025]因?yàn)樵诎凑毡景l(fā)明的X射線管中不會(huì)或明顯更小地在間隙管中感應(yīng)出渦流電流，則可以明顯降低間隙管的生熱，因此必要時(shí)可以完全取消間隙管的冷卻裝置。
[0026]在按照本發(fā)明的解決方案中，保證了轉(zhuǎn)子的很好的散熱。由于間隙管材料相比金屬表面有很高的發(fā)射率，電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子可以富有效率地散熱。
[0027]按照本發(fā)明的X射線發(fā)射器的一有利的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，間隙管通過(guò)至少一個(gè)連接元件固定在真空殼體上。
[0028]按照X射線發(fā)射器的一種優(yōu)選的變型，連接元件在此包含至少一種平衡合金并且所述固定借助釬焊連接進(jìn)行。這種平衡合金例如是熔煉合金，其基于FeNiCo制成并且其膨脹系數(shù)理想地適用于陶瓷材料。因此由陶瓷材料構(gòu)成的間隙管可以借助常見(jiàn)的焊接工藝機(jī)械的力傳遞地連接在金屬的管殼體上。
[0029]按照X射線發(fā)射器的一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，陶瓷材料是氧化物陶瓷。按照X射線發(fā)射器的另一種同樣優(yōu)選的實(shí)施形式，陶瓷材料是非氧化物陶瓷。
[0030]間隙管的氧化物陶瓷材料有利的是氧化鋁。氧化鋁(Al2O3)具有非常好的電絕緣性，其具有很高的機(jī)械強(qiáng)度以及很高的硬度和很高的耐磨性。
[0031]另一種優(yōu)選用于間隙管的氧化物陶瓷材料是二氧化鋯。二氧化鋯(ZrO2)具有很高的熱膨脹系數(shù)以及很好的熱絕緣形并且具有很高的防裂韌性。
[0032]用于間隙管的非氧化物陶瓷材料優(yōu)選是氮化硅。氮化硅(Si3N4)具有非常好的熱交換穩(wěn)定性和非常高的斷裂韌性并且可以用于高至約1600°C的中性環(huán)境中。
[0033]按照另一種優(yōu)選的實(shí)施形式，氮化鋁作為非氧化物陶瓷提供。氮化鋁(AlN)的特征在于很高的導(dǎo)熱性和非常好的電絕緣性。
[0034]除了所述純的陶瓷材料外，還可以實(shí)現(xiàn)X射線發(fā)射器的優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，其中構(gòu)成間隙管的陶瓷材料是復(fù)合材料，其包含至少一種陶瓷原材料。特別優(yōu)選的實(shí)施形式的特征在于，復(fù)合材料是金屬-陶瓷-復(fù)合材料。這種金屬-陶瓷-復(fù)合材料按照英語(yǔ)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)被稱(chēng)為 “Metal-Matirx-Composite”，縮寫(xiě)為 MMC0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種X射線發(fā)射器，其具有發(fā)射器殼體，在該發(fā)射器殼體中設(shè)置X射線管，所述X射線管包括真空殼體，其中，在該真空殼體中旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極抗扭地保持在轉(zhuǎn)子軸上，所述轉(zhuǎn)子軸與電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子力傳遞地相連，并且電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在真空殼體的內(nèi)部并且電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子設(shè)置在真空殼體的外部和發(fā)射器殼體的內(nèi)部，并且在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置間隙管，該間隙管構(gòu)成真空殼體的一部分，其特征在于，間隙管由陶瓷材料構(gòu)成。2.按照權(quán)利要求1所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，間隙管通過(guò)至少一個(gè)連接元件固定在真空殼體上。3.按照權(quán)利要求2所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，連接元件包含至少一種平衡合金并且所述固定借助釬焊連接進(jìn)行。4.按照權(quán)利要求1所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，陶瓷材料是氧化物陶瓷。5.按照權(quán)利要求1所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，陶瓷材料是非氧化物陶瓷。6.按照權(quán)利要求4所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，氧化物陶瓷是氧化鋁。7.按照權(quán)利要求4所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，氧化物陶瓷是二氧化鋯。8.按照權(quán)利要求5所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，非氧化物陶瓷是氮化硅。9.按照權(quán)利要求5所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，非氧化物陶瓷是氮化鋁。10.按照權(quán)利要求1所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，陶瓷材料是復(fù)合材料，其包含至少一種陶瓷原材料。11.按照權(quán)利要求10所述的X射線發(fā)射器，其特征在于，所述復(fù)合材料是金屬-陶瓷-復(fù)合材料。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種X射線發(fā)射器，其具有發(fā)射器殼體，其中設(shè)置X射線管，所述X射線管包括真空殼體，其中在真空殼體中旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極抗扭地保持在轉(zhuǎn)子軸上，所述轉(zhuǎn)子軸與電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子力傳遞地相連，并且其中電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在真空殼體的內(nèi)部并且電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的定子設(shè)置在真空殼體的外部和發(fā)射器殼體的內(nèi)部，并且在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置間隙管，該間隙管構(gòu)成真空殼體的一部分。按照本發(fā)明，間隙管由陶瓷材料構(gòu)成。這種形式的X射線發(fā)射器具有效率更高的電驅(qū)動(dòng)器。
【IPC分類(lèi)】H01J35/16, H01J35/24
【公開(kāi)號(hào)】CN104916514
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510111700
【發(fā)明人】E.諾邁爾, W.謝弗, C.沃斯
【申請(qǐng)人】西門(mén)子公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日
【公告號(hào)】DE102014204771A1