[发明专利]具有最小偏转的螺旋槽轴承组件

说明书

本公开一般涉及具有最小偏转的螺旋槽轴承组件。本发明提供了一种用于x射线管的液态金属或螺旋槽轴承结构以及用于制造所述轴承结构的相关方法，其中轴颈轴承套筒在其上形成有多个结构，所述多个结构用于在所述轴承组件在所述x射线管内的操作期间耗散传递到所述套筒的热量，以使所述套筒的热变形最小化，从而最小化所述轴承组件内的间隙尺寸改变。在所述套筒内形成的所述结构是设置在所述套筒的产生最高温度梯度的部分内的狭槽。所述狭槽能够增加远离所述套筒的导热性，同时使由于所述套筒在所述狭槽之间的(一个或多个)部分的变形所产生的应力最小化。

背景技术

本发明整体涉及x射线管，并且更具体地涉及用于在x射线管中所用的螺旋槽轴承(SGB)的结构和组装方法。

X射线系统可包括x射线管、检测器以及用于x射线管和检测器的支撑结构。在操作中，对象所在的成像台可位于x射线管和检测器之间。X射线管通常朝对象发射辐射，诸如x射线。辐射穿过成像台上的对象并撞击在检测器上。当辐射穿过对象时，对象的内部结构导致在检测器处接收的辐射的空间差异。然后检测器发射所接收的数据，并且系统将辐射差异转换成图像，可使用该图像来评估对象的内部结构。对象可包括但不限于医学成像过程中的患者和无生命对象，例如x射线扫描仪或计算机断层摄影(CT)包裹扫描仪中的包裹。

X射线管包括位于高真空环境内的阴极和阳极。在许多构型中，阳极结构由液态金属轴承结构(例如，螺旋槽轴承(SGB)结构)支撑，该结构形成有设置在套筒或壳体内的支撑轴，阳极附接到该套筒或壳体并且该套筒或壳体围绕支撑轴旋转。螺旋槽轴承结构还包括在套筒或壳体的各个表面上的螺旋槽或螺线槽，所述螺旋槽或螺线槽用于承受当套筒围绕支撑轴旋转时作用在该套筒上的径向力和轴向力。

通常，采用感应电动机来旋转阳极，该感应电动机具有圆柱形转子和铁定子结构，该圆柱形转子内置于至少部分地由支撑阳极靶的套筒形成的轴中，并且该铁定子结构具有围绕x射线管的细长颈部的铜绕组。旋转阳极组件的转子由定子驱动。X射线管阴极提供聚焦电子束，该聚焦电子束在阳极到阴极真空间隙中被加速并在与阳极撞击时产生x射线。由于在电子束撞击靶时会产生高温，因此有必要以高旋转速度旋转阳极组件。这对轴承和形成阳极结构(即，阳极靶和支撑靶的轴)的材料提出了严格的要求。

液态金属轴承(诸如，x射线管中的螺旋槽轴承)的优点包括由于接触面积增加而具有高负载能力和高传热能力。其他优点包括本领域通常理解的低声学噪声操作。镓、铟或锡合金通常用作轴承结构中的液态金属，因为它们在室温下往往是液体并且在工作温度下具有足够低的蒸气压，以满足x射线管的严格高真空要求。然而，液态金属往往具有高反应性和高腐蚀性。因此，对于与液态金属轴承接触的部件，诸如为了分散在焦点处产生的热量而旋转的阳极组件的轴，需要耐这种腐蚀的基础金属。

因此，与阳极连接的套筒的结构和支撑轴必须能够承受在x射线管内产生的高温和机械应力，并且能够承受液态金属轴承的腐蚀作用。在现有技术的轴承构造中，耐火金属诸如钼或钨可以用作构造套筒或壳体以及其他轴承部件的基础材料。这些材料不仅耐腐蚀和耐高温，而且它们往往是真空兼容的，因此适用于x射线管应用。另外，轴承结构的冷却可以通过使冷却流体流入支撑轴的中心以通过套筒和液态金属轴承流体与从阳极带走的热量热接触来实现。

然而，这些材料具有低可焊性并且难以加工，使得难以在不形成在密封件中能够发生泄漏的表面缺陷的情况下制造这些材料的轴承部件。此外，由于耐火材料的磨耗/磨损性能低，因此即使在加工后不存在这些表面缺陷，也会在管的正常使用过程中发生，从而导致流体泄漏，进而缩短管的使用寿命。

在液态金属/螺旋槽轴承结构的替代构造中，可以使用其他金属(诸如，钢)代替耐火金属来构造套筒和支撑轴。虽然钢具有较低的耐液态金属流体腐蚀性，但还具有与耐火金属相比成本低、可加工性好、磨耗/磨损特性好以及可焊性好等益处。因此，可以更容易地构造和接合这些金属(例如，钢)以形成轴承套筒。