旋转阳极、X射线管和具有X射线管的系统以及用于制造旋转阳极的转子的方法

摘要

本发明涉及旋转阳极、X射线管、具有X射线管的系统以及用于制造旋转阳极的转子的方法。本发明提出了一种用于X射线管的旋转阳极，X射线管具有用于驱动旋转阳极的转子，其中转子具有能够与所述旋转阳极的轴耦接的凸缘。转子具有：‑管状的、磁性的导回结构，该磁性的导回结构在端侧与凸缘材料锁合地连接，和‑与磁性的导回结构同心布置的、管状的短路动子，该短路动子与磁性的导回结构和凸缘材料锁合地并且无间隙地连接。有利的是，转子的三个组件的材料能够具有不同的性能，像例如对于短路动子而言高的传导性、对于磁性的导回结构而言好的磁性能以及凸缘的对膨胀系数的补偿和对腐蚀特性的改善。在磁性的导回结构与短路动子之间不存在余隙。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于X射线管的旋转阳极，所述X射线管具有用于驱动旋转阳极的转子，其中所述转子具有凸缘，所述凸缘能够与所述旋转阳极的轴耦接。此外，本方面涉及一种具有这种旋转阳极的X射线管、一种具有X射线管的系统以及一种用于制造这种旋转阳极的转子的方法。

背景技术

X 射线辐射通常通过利用由阴极发出的电子射线轰击阳极产生。所述阴极和所述阳极在此布置在X射线管的真空壳体中。X射线管通常配备有旋转阳极，所述旋转阳极在电子射线撞击的情况下转向，以便避免关于阳极固定的焦斑。所述焦斑、也就是说所述电子射线撞击在阳极表面上的点以旋转阳极旋转的坐标系的视界来看沿着环形的轨道移动到所述阳极表面上方。由此，在电子射线撞击时产生的损耗热量相对均匀地分布到所述阳极表面上，借此抵抗焦斑中可能的材料过热。

已知的X射线管的X射线旋转阳极借助于异步马达来驱动，所述异步马达由逆变器馈电。所述异步马达的、与所述旋转阳极耦接的转子位于所述X射线管的真空活塞之内。这种驱动装置例如在DE 197 52 114 A1中公开。

在所述异步马达的定子中例如布置了三个以120°为幅度相互偏移的绕组。所述转子由磁性的导回结构和能够导电的材料组成，所述能够导电的材料布置为笼或罩。所述磁性的导回结构也能够固定地构造。正弦形的电流在所述定子的绕组中流动并且在电流之间存在120°的相位偏移、在马达的定子中形成了旋转的磁场。该磁场遍布所述转子。所述旋转的磁场在转子的导线中感应出电压。因为所述导线由于其构造为笼而被短接，所以所感应的电压在所述转子中引起电流通量。转子电流形成自己的磁场，所述磁场与定子的旋转的磁场相互作用。转矩作用到所述转子上，由此转子进行旋转运动并且跟随着定子场的旋转。

但是，转子不是同步地跟随着旋转的定子磁场，而是以更小的速度旋转。所述转子和所述定子场的相对运动是必需的，因为只有这样才能在转子中感应出电流通量并且转子才能够形成其自己的磁场。所述转子由此相对于所述定子场“异步”地旋转。在所述定子场的频率与所述转子的旋转频率之间出现转差率。所述转差率的大小依赖于负载。在空转时，所述转差率仅仅非常小。

定子和转子的绕组之间的气隙在传统的异步马达中是非常小的。但是，在X射线管中所述气隙则由于结构类型的限制很大，因为在所述定子与所述转子之间存在管套，所述管套确保了管道真空度。如果所述转子还额外处于高压势能上，那么必须相对于所述定子遵循更大的间距，以便确保电绝缘。所述转子与所述定子之间的大的气隙造成定子在转子的位置处的磁通量密度很小。能够提供的转矩很小，因为相比于通常的异步马达，施加到转子上的洛伦兹力较小。

异步电机的转子中的涡流也是有问题的，因为所述涡流在X射线管中额外产生了损耗热量。所述转子的热量必须被排出，这由于存在的真空而很难。此外，变热导致转子材料的单位欧姆电阻增大，由此额外降低了施加到所述转子上的转矩。

原则上，具有大气隙的异步电机具有小于0.5的功率因数。也就是说，马达消耗很多无功功率，由此使得电流幅值非常高。

对于异步驱动装置的转子而言，针对该种类的旋转阳极基本上公开了三种不同的构造：

a）转子不具有随着旋转的磁性的导回结构。所述转子具有由铜制成的转子罩，所述转子罩与由钢或钼制成的装配板连接。所述装配板用于装配在轴承轴或旋转阳极处。所述转子罩与所述装配板的之间的连接能够是材料锁合的。这种驱动装置由于缺少磁性的导回结构而具有低的效率；

b）转子与磁性的导回结构是分成两部分的。在此磁性的钢套管被由铜制成的转子罩围绕。所述钢套管还建立了到轴承或者轴的连接。所述转子罩与所述钢套管相互连接并且与所述旋转阳极一起旋转。不利的是，所述钢套管与所述轴承之间的接触性能如腐蚀性或膨胀性不是最优的。此外，由于在将所述钢套管与所述转子罩连接起来时的热处理损害了所述钢套管的磁性能；

c）转子分成三部分并且由装配板或者说凸缘、由铜制成的转子罩和磁性的导回结构组成。将所述磁性的导回结构钎焊到所述凸缘中。在所述转子罩与所述磁性的导回结构之间有间隙，所述间隙消极地作用于真空卫生和转子的再利用，因为所述间隙难以清洁。

发明内容

本发明的任务在于，克服所述缺点并且给出一种旋转阳极、一种X射线管、一种具有X射线管的系统以及一种用于制造转子的方法，所述任务实现了对旋转阳极的更好的驱动。

根据本发明，所提出的任务将利用独立专利权利要求的旋转阳极、X射线管、具有X射线管的系统以及用于制造转子的方法来解决。有利的改进方案在从属权利要求中给出。

根据本发明，所述转子分成三部分，其中凸缘或者说装配板与磁性的导回结构以及短路动子材料锁合地连接并且所述短路动子与所述磁性的导回结构材料锁合地连接。

本发明要求保护一种用于X射线管的旋转阳极，所述X射线管具有用于驱动旋转阳极的转子，其中所述转子具有凸缘，所述凸缘能够与所述旋转阳极的轴耦接。此外，所述转子具有在端侧与所述凸缘材料锁合地连接的、管状的、磁性的导回结构以及与导回结构同心布置的、管状的短路动子，所述短路动子与所述磁性的导回结构和所述凸缘材料锁合地并且无间隙地连接。

有利的是，这三个组件的材料的性能能够是不同的，如对于短路动子而言高的传导性、对于所述磁性的导回结构而言好的磁性能并且所述凸缘的对膨胀系数的补偿或者说适配和对腐蚀特性的改善。在所述磁性的导回结构与所述短路动子之间不存在余隙。这积极地作用于真空卫生。所述短路动子的厚度能够选择得更小，因为所述磁性的导回结构至少部分地承担了冷却。由此提高了驱动装置的效率。

在一种改进方案中，所述短路动子能够由铜制成。

在一种改进方案中，所述凸缘能够由钼制成。

在另一种实施方式中，所述磁性的导回结构能够由钢制成。

本发明还要求保护一种具有根据本发明的旋转阳极的X射线管。

在另一种实施方式中，系统具有布置在所述X射线管之外的定子绕组，所述定子绕组产生了旋转磁场。

此外，本发明还要求保护一种用于制造根据本发明的旋转阳极的转子的方法，所述方法具有以下步骤：

- 制造凸缘的毛坯，

- 制造磁性的导回结构的毛坯，

- 将所述凸缘的毛坯与所述磁性的导回结构的毛坯材料锁合地连接起来，

- 以最终的造型对材料锁合地连接的毛坯进行精加工并且

- 材料锁合地、无间隙地装设所述短路动子。

在一种改进方案中，所述毛坯的材料锁合的连接能够通过摩擦焊接来实现。

在另一种设计方案中，所述短路动子的材料锁合的装设能够通过金属铸造来实现。

附图说明

本发明的其他特点和优点借助于示意性的附图由下文中对实施例的阐述得出。

其中：

图1示出了转子的纵截面图，

图2示出了转子的横截面图，并且

图3示出了具有X射线管的系统。

附图标记清单

1 X射线管

2 管套

3 阴极

4 旋转阳极

5 阳极盘

6 轴

7 转子

8 定子

9 定子绕组

10 板组

11 电子射线

12 X射线辐射

13 射线窗口

14 凸缘

15 磁性的导回结构

16 短路动子

AB 截面。

具体实施方式

图1示出了具有用于固定在旋转阳极的轴处的凸缘14（=装配板）的转子7的纵截面图。管状的磁性的导回结构15利用其端侧中的一个端侧与所述凸缘14材料锁合地连接。所述磁性的导回结构15形成套管。围绕着所述磁性的导回结构15同心地布置了管状的短路动子16。该短路动子也形成套管。所述短路动子16与所述磁性的导回结构15沿着周面以下述方式材料锁合地连接：即在所述短路动子与所述磁性的导回结构之间不存在间隙。

优选的是，所述凸缘14由钼制成、所述磁性的导回结构15由钢制成并且所述短路动子16由铜制成。因此，所述短路动子16也被称为铜罩或者由铜制成的转子罩。

为了制造转子7，首先将所述凸缘14的毛坯与所述磁性的导回结构15的毛坯例如通过摩擦焊接相互连接。毛坯是还部分未处理的工件，所述工件通过精加工如切削加工或者研磨制成其最终的形状。随后，对如此连接的毛坯进行精加工并且制成需要的形状，从而使其为接下来的加工步骤而准备。之后，所述短路动子16例如通过金属铸造装设到所述磁性的导回结构15和所述凸缘14上方。

图2示出了根据图1的转子7的沿着截面AB的横截面图。围绕着所述磁性的导回结构15同心地布置了管状的短路动子16。所述短路动子16与所述磁性的导回结构15沿着周面以下述方式材料锁合地连接：即在所述短路动子与所述磁性的导回结构之间不存在间隙。所述短路动子16和所述磁性的导回结构分别形成套管。

图3示出了根据本发明的X射线管1的纵截面图。发射电子的阴极3和与其对置的旋转阳极4位于X射线管1的抽真空的管套2中。所述旋转阳极4包括阳极盘5，所述阳极盘通过轴6与电动马达的转子7连接。

在管套2之外，定子8以直接邻近于所述转子7的方式围绕着所述管套2。所述定子8利用其电流穿流的定子绕组9产生了围绕着所述管套2旋转的磁场，所述磁场将转矩施加到根据图1和图2构造的转子7上并且由此使所述旋转阳极4处于旋转中。所述定子绕组9布置在板组10中。

由阴极3所发射的电子射线11朝向所述阳极盘5加速并且在撞击到所述阳极盘5上时通过制动产生X射线辐射12，所述X射线辐射通过在所述管套2中的射线窗口13离开所述X射线管1。

尽管通过实施例对本发明详细进行了进一步说明和描述，但是本发明不受所公开的示例限制并且其他的变型方案能够由本领域技术人员由此推导出来，而不离开本发明的保护范围。