[发明专利]旋转阳极装置和X射线管

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置，其具有旋转阳极、用于驱动旋转阳极的转子和借助磁力在转子上施加扭矩的定子。本发明还涉及一种具有这种旋转阳极装置的X射线管。

背景技术

X射线通常通过由阴极发出的电子束撞击阳极产生。阴极和阳极在此设置在X射线管的真空壳体内。通常X射线管配备旋转阳极，该旋转阳极在触及电子束后转开，用于避免相对阳极静态的燃烧斑。燃烧斑是这样的点，即电子束在该点上触及阳极表面，所述燃烧斑从随着旋转阳极转动的坐标系的视角观察沿着圆形的轨道在阳极表面上移动。由此在触及电子束时产生的损失热量相对均匀地分布在阳极表面上，由此抑制在燃烧斑上可能的材料过热。

已知的X射线管的X射线旋转阳极借助异步电机驱动，其由逆整流器供电。与旋转阳极耦连的异步电机转子位于X射线管的真空活塞内。这种驱动装置例如在文献DE 197 52 114 A1中被公开。

在异步电机的定子中设有例如三个相互错开120°的绕组。转子由磁性反馈装置和导电材料制成，该导电材料设置为鼠笼式或钟罩式。磁性反馈装置也可以设计为固定的。当在定子的绕组中流过正弦式电流并且在电流之间存在120°的相位差时，在电机的定子中构成旋转的磁场。这种磁场穿过转子。旋转的磁场在转子的导体中感应出电压。因为导体由于其鼠笼式实施形式而短路，所以感应的电压在定子中引起电流。转子电流构成自身的磁场，其与定子的旋转磁场相互作用。扭矩作用在转子上，由此转子实施转动并且跟随定子磁场的转动。

转子跟随旋转的定子磁场但不同步，而是以更小的速度旋转。转子和定子磁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并且转子形成其自身的磁场。因此，转子“异步”地相对定子磁场旋转。在定子磁场的频率和转子的旋转频率之间出现转差率。转差率的大小取决于负载和转子与定子之间的气隙的大小。在空转时转差率非常小。

在定子绕组和转子之间的气隙在传统的异步电机中非常小。但在X射线管中却期望更大的机械气隙，因为在定子和转子之间存在确保管真空的管壳。若转子还附加地处于高压电势，则相对定子还要保持更大的间距，用于保证电绝缘。在转子和定子之间的较大的气隙会引起定子的磁通密度在转子的位置上较小。可提供的扭矩很小，因为作用在转子上的洛伦兹力相对常见的异步电机较小。

还有问题的是在异步电机的转子中的涡旋电流，因为其在X射线管中产生额外的热损失。转子的热量必须被排出，这由于占支配地位的真空而很困难。此外生热导致转子材料的特殊的欧姆电阻的增大，由此作用在转子上的扭矩额外地减小。

原理上具有较大气隙的异步电机具有小于0.5的功率系数。也就是说，电机吸收了许多无用功率，由此电流幅度变得非常大。因此在公开文献DE 10 2011 077 746 A1中推荐，X射线管的旋转阳极配备同步驱动装置。取代异步驱动装置的短路转子而使用具有永磁材料的转子。若转子磁性化，则永磁体产生关于转子存在的磁场。转子与由定子产生的旋转磁场同步地转动。

文献DE 10 2011 077 746 A1公开了一种用于X射线管的旋转阳极，其具有用于驱动旋转阳极的转子，其中定子绕组的磁场在至少一个设置在转子中的永磁体上作用有一个扭矩。同步驱动的优点在于，在转子中的涡旋电流损失被最小化并且功率系数趋近于1。由此可以更有效地驱动旋转阳极。

图1示出了按照DE 10 2011 077 746 A1公开的具有同步驱动的X射线管。在X射线管1的抽空的管壳2内具有发射电子的阴极3和与其对置的旋转阳极4。旋转阳极4包括通过轴42与电机的转子43相连的阳极盘41。在转子43的转子材料45中设置已磁化的永磁体44，其产生随着转子43旋转的磁场。

在管壳2外部，定子5紧邻转子4地包围管壳2。定子5借助其通电的定子绕组51产生围绕管壳2旋转的磁场，该磁场在转子43上作用一个扭矩并因此旋转阳极4对应图1的实施形式进行同步旋转。定子绕组51设置在板组52中。

由阴极发出的电子束6朝向阳极盘41加速并且在触及阳极盘41时通过制动产生X射线7，其通过管壳2中的辐射窗8离开X射线管1。

转子的永磁体的问题在于，在X射线管运行中出现的温度超过300℃，并且在制造X射线管时的温度可以高达600℃。

专利文献US4322624A公开了一种旋转阳极，其具有包括线圈和永磁体的电机式的旋转阳极驱动装置。

公开文献WO 2010/136325A2公开了一种周向混合轴承，其由永磁体式轴承(用于产生排斥力)和电磁部件(用于产生牵引力)构成。

发明内容