X射线发射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种X射线发射器。
【背景技术】
[0002]在已知的X射线发射器中，具有真空壳体的X射线管设置在发射器壳体中。在真空壳体中旋转阳极抗扭地保持在转子轴上，其中，转子轴与电驱动马达的转子力传递地相连。电驱动马达的转子设置在真空壳体内部，相对地电驱动马达的定子设置在真空壳体的外部并且设置在发射器壳体的内部。在转子和定子之间设置间隙管(亦称“缝隙式管”)，其构成真空壳体的一部分。这种形式的X射线发射器也被称为旋转阳极-X射线发射器。
[0003]电驱动马达大多设计为异步电机或也可以是磁阻电机。
[0004]在电驱动马达的转子和电驱动马达的定子之间的间距被称为空气间隙并且从驱动技术而言应该设计得尽可能的小，用于使损失最小化。
[0005]在旋转阳极-X射线发射器中，尽可能小的空气间隙由于设计构造原因被限制，因为在电驱动马达的转子和电驱动马达的定子之间存在必需的间隙管，其构成真空壳体(X射线管外套、真空外套)的一部分。
[0006]间隙管在旋转阳极-X射线发射器承担其他的以下功能:
[0007]-间隙管构成力传递的部件，其将旋转系统与阴极组件相连。
[0008]-间隙管还构成带有真空的部件并且必须在所有的运行状态中是真空密封的。
[0009]-间隙管影响磁传递特性并且因此基本上确定电驱动马达的效率。
[0010]-此外间隙管构成高压隔绝的部件。
[0011]在转子和定子之间电势不同的情况中，如其在双极X射线管中是这种情况，转子和定子之间甚至需要更大的间距，用于能够足够好地隔绝作用的高压并且避免击穿。
[0012]由于较大的空气间隙，电驱动马达在旋转阳极-X射线管中常常具有较差的效率。在驱动频率和转子频率之间的差值一转差率一相应地较大。随着转差率的增大在电驱动马达的转子中的损失也会增大。
[0013]此外在一些解决方案中，间隙管的冷却也是困难的并且可能导致，空气间隙仍必须继续增大。由于这种原因所追求的解决方案不能或仅能以不成比例的技术耗费来实现。
[0014]在已知的旋转阳极-X射线发射器中旋转阳极-X射线管的真空壳体要么由玻璃制成要么由金属构成。
[0015]在由玻璃制成的真空壳体(玻璃管)中定子的磁场可以无损地穿过间隙管。但是这种真空壳体对于作为高功率X射线管应用时没有足够的机械稳定性，因此这种真空管不能用于具有高速旋转的X射线发射器的计算机层析扫描成像设备。
[0016]在高功率X射线发射器中的新发展因此通常具有金属构成的真空壳体。由于金属的导电性会在定子的旋转磁场和转子之间感应出不期望的涡流，其一方面减低了电驱动马达的效率并且另一方面导致金属的间隙管的生热。降低损失或尽可能将其保持小的可能性可以通过降低间隙管的壁厚来实现。然而，所需的机械稳定性以及所需的真空密封性在此限制了间隙管的壁厚。
[0017]在金属X射线管中，迄今的阳极旋转速度足够低，因此低效的电驱动马达仅较少地让人注意到。由于对于更高的焦斑负荷的要求，显然更高的至少200Hz的阳极转速是需要的，用于在旋转阳极中获得更高的能量密度。
【发明内容】
[0018]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有更高效率电驱动器的X射线发射器。
[0019]所述技术问题通过一种X射线发射器解决，其具有发射器壳体，在该壳体中设置X射线管，所述X射线管包括真空壳体，其中，在真空壳体中旋转阳极抗扭地保持在转子轴上，所述转子轴与电驱动马达的转子力传递地相连，并且电驱动马达的转子设置在真空壳体的内部而电驱动马达的定子则设置在真空壳体的外部和发射器壳体的内部，并且在转子和定子之间设置间隙管，该间隙管构成真空壳体的一部分，按照本发明，所述间隙管由陶瓷材料构成。
[0020]按照本发明为间隙管设置的陶瓷材料不是铁磁性的并且是高电阻的或电绝缘的。因此通过间隙管在电驱动马达中在转子和定子之间可以高效率地极强地降低或完全阻止涡流电流的生成，所述涡流电流在间隙管中产生损失并且抑制主要的驱动磁场。此外基本上达到了与金属间隙管一样的稳定性，因此可以产生足够的真空可靠性并且可以顺利地用在具有高速旋转的X射线发射器的计算机断层成像设备中。
[0021]因此在本发明中可以综合金属X射线管的优点(高机械稳定性)和玻璃射线管的优点(避免涡流电流)。
[0022]按照本发明的解决方案除了降低或避免间隙管中产生涡流电流外还提供了一系列其它优点。
[0023]因此电驱动马达的效率明显更高。在相同的驱动功率下，因此可以实现更高的阳极转速或更高的扭矩。作为备选对于确定的阳极转速可以使用具有更小功率的电驱动马达；因此发电机的尺寸可以相应地更小。
[0024]因为转子的设计受到其磁性反馈的影响，因此通过效率提高可以在电驱动功率不改变时降低铁或铜的质量，这在针对电驱动马达的轴承设计支承力时起到积极作用。
[0025]因为在按照本发明的X射线管中不会或明显更小地在间隙管中感应出涡流电流，则可以明显降低间隙管的生热，因此必要时可以完全取消间隙管的冷却装置。
[0026]在按照本发明的解决方案中，保证了转子的很好的散热。由于间隙管材料相比金属表面有很高的发射率，电驱动马达的转子可以富有效率地散热。
[0027]按照本发明的X射线发射器的一有利的结构设计，间隙管通过至少一个连接元件固定在真空壳体上。
[0028]按照X射线发射器的一种优选的变型，连接元件在此包含至少一种平衡合金并且所述固定借助钎焊连接进行。这种平衡合金例如是熔炼合金，其基于FeNiCo制成并且其膨胀系数理想地适用于陶瓷材料。因此由陶瓷材料构成的间隙管可以借助常见的焊接工艺机械的力传递地连接在金属的管壳体上。
[0029]按照X射线发射器的一种特别优选的结构设计，陶瓷材料是氧化物陶瓷。按照X射线发射器的另一种同样优选的实施形式，陶瓷材料是非氧化物陶瓷。
[0030]间隙管的氧化物陶瓷材料有利的是氧化铝。氧化铝(Al2O3)具有非常好的电绝缘性，其具有很高的机械强度以及很高的硬度和很高的耐磨性。
[0031]另一种优选用于间隙管的氧化物陶瓷材料是二氧化锆。二氧化锆(ZrO2)具有很高的热膨胀系数以及很好的热绝缘形并且具有很高的防裂韧性。
[0032]用于间隙管的非氧化物陶瓷材料优选是氮化硅。氮化硅(Si3N4)具有非常好的热交换稳定性和非常高的断裂韧性并且可以用于高至约1600°C的中性环境中。
[0033]按照另一种优选的实施形式，氮化铝作为非氧化物陶瓷提供。氮化铝(AlN)的特征在于很高的导热性和非常好的电绝缘性。
[0034]除了所述纯的陶瓷材料外，还可以实现X射线发射器的优选的扩展设计，其中构成间隙管的陶瓷材料是复合材料，其包含至少一种陶瓷原材料。特别优选的实施形式的特征在于，复合材料是金属-陶瓷-复合材料。这种金属-陶瓷-复合材料按照英语的专业术语被称为 “Metal-Matirx-Composite”，缩写为 MMC0
【主权项】
1.一种X射线发射器，其具有发射器壳体，在该发射器壳体中设置X射线管，所述X射线管包括真空壳体，其中，在该真空壳体中旋转阳极抗扭地保持在转子轴上，所述转子轴与电驱动马达的转子力传递地相连，并且电驱动马达的转子设置在真空壳体的内部并且电驱动马达的定子设置在真空壳体的外部和发射器壳体的内部，并且在转子和定子之间设置间隙管，该间隙管构成真空壳体的一部分，其特征在于，间隙管由陶瓷材料构成。2.按照权利要求1所述的X射线发射器，其特征在于，间隙管通过至少一个连接元件固定在真空壳体上。3.按照权利要求2所述的X射线发射器，其特征在于，连接元件包含至少一种平衡合金并且所述固定借助钎焊连接进行。4.按照权利要求1所述的X射线发射器，其特征在于，陶瓷材料是氧化物陶瓷。5.按照权利要求1所述的X射线发射器，其特征在于，陶瓷材料是非氧化物陶瓷。6.按照权利要求4所述的X射线发射器，其特征在于，氧化物陶瓷是氧化铝。7.按照权利要求4所述的X射线发射器，其特征在于，氧化物陶瓷是二氧化锆。8.按照权利要求5所述的X射线发射器，其特征在于，非氧化物陶瓷是氮化硅。9.按照权利要求5所述的X射线发射器，其特征在于，非氧化物陶瓷是氮化铝。10.按照权利要求1所述的X射线发射器，其特征在于，陶瓷材料是复合材料，其包含至少一种陶瓷原材料。11.按照权利要求10所述的X射线发射器，其特征在于，所述复合材料是金属-陶瓷-复合材料。
【专利摘要】本发明涉及一种X射线发射器，其具有发射器壳体，其中设置X射线管，所述X射线管包括真空壳体，其中在真空壳体中旋转阳极抗扭地保持在转子轴上，所述转子轴与电驱动马达的转子力传递地相连，并且其中电驱动马达的转子设置在真空壳体的内部并且电驱动马达的定子设置在真空壳体的外部和发射器壳体的内部，并且在转子和定子之间设置间隙管，该间隙管构成真空壳体的一部分。按照本发明，间隙管由陶瓷材料构成。这种形式的X射线发射器具有效率更高的电驱动器。
【IPC分类】H01J35/16, H01J35/24
【公开号】CN104916514
【申请号】CN201510111700
【发明人】E.诺迈尔, W.谢弗, C.沃斯
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年3月13日
【公告号】DE102014204771A1