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Appareil électrique, notamment Appareil à Rayons-X.
On connait des appareils à rayons X dans lesquels le tube à royons X fait corps avec le transformateur d'alimentation.
Pour obvier à l'inconvénient que les tubes à rayons X de ces ap- pareils sont moins mobiles par suite de l'encombrement relativement grand du transformateur, on a parfois immergé dans l'huile l'en- semble du tube et du transformateur. Ceci permet de réduire les di- mensions et de rapprocher le tube à rayons X du transformateur.
Ces appareils présentent, cependant, l'inconvénient que l'huile qui absorbe l'énergie calorifique produite dans le tube à rayons X et très minime par rapport aux pertes de chaleur du transformateur, est aussi en contact avec le transformateur.
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La présente invention a pour objet un appareil à rayons X qui diffère des appareils connus par ses dimensions réduites.
Le transformateur à haute tension de cet appareil à rayons X est constitué de préférence par un transformateur radial (c.à.d. un transformateur dans lequel la matière du noyau magnétique est répartie sur la circonférence des bobines) et comporte une colonne divisée en deux dans le sens de la longueur, ou axialement perfo- rée, à l'intérieur de laquelle est agencé le tubeà rayons X.
Les applications de la présente invention ne sont pas limitées aux appareils à rayons X. Une combinaison conforme à l'invention est également possible dans d'autres appareils élec- triques comportant un dispositif consommateur de courant alimen- té par un transformateur, par exemple dans les tubes à décharges dont on se sert pour l'éclairage. Dans ce cas, l'encombrement de l'appareil n'est pas modifié, ou seulement très peu, par le dis- positif consommateur de courant. On obtient une forme particuliè- rement pratique si l'on constitue le corps magnétique d'un trans- formateur cuirassé par des tôles en forme de boucle entourant radi- alement le dispositif consommateur de courant qui est alimenté par ce transformateur. Ces tôles peuvent être réunies d'une manière con- nue en elle-même en un certain nombre de faisceaux.
Dans ce cas, le transformateur est, de préférence, entouré par une gaine ondulée dans les ondulations sont dirigées dans le sens de la longueur et embrassent les bords des tôles de manière à supporter ces derniè- res.
Lorsqu'on applique l'invention à un appareil de rayons-X on utilise,de préférence, un tubeà rayons-X cylindrique entouré symétriquement par un transformateur. Lorsque le tube à rayons-X est plus long que le transformateur, les extrémités du tube dé- passent de longueurs égales ou presque égales de part et d'autre à l'extérieur du transformateur. De préférence ces extrémités de -Il-
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tube sont entourées à distance par des capuchons protecteurs mé- talliques ou métallisés qu'on peut utiliser aussi pour y adaptér un ventilateur électrique destiné au refroidissement du transforma- teur et du tube à rayons-X.
Le corps magnétique du transformateur peut comporter une rainure longitudinale permettant la sortie des rayons-X, et, de pré- férence, le passage isolé, aux deux bouts du transformateur, des conducteurs de courant de l'enroulement à haute tension allant à travers le corps magnétique pour aboutir aux extrémités du tube.
Afin que les parties rentrantes usuelles du tube à rayons-X puis- sent supporter une partie notable de la différence de potentiel entre l'électrode quelles portent et le noyau du transformateur, les conducteurs de courant qui les traversent sont supportés par des bouchons isolants centralement perforés et montés dans les parties rentrantes.
Les enroulements du transformateur qui entourent radia- lement le tube à rayons-X sont disposés dans le creux annulaire du corps magnétique et sont séparés du tube à rayons-X par les parties intérieures des tôles. Ainsi l'espace disponible est mieux utilisé que dans le cas, par exemple, de la réalisation connue d'un appareil à rayons-X dans laquelle un col du tube à rayons-X s'engage dans la fenêtre du transformateur.
Pour économiser un isolement entre le tube à rayons-X et le métal qui l'entoure, on se sert d'un tube à rayons-X dans lequel la partie de la paroi en regard du corps du transformateur est entièrement en métal ou est revêtue d'une couche métallique.
Si la partie médiane métallique du tube à rayons-X est plus courte que le creux du noyau du transformateur dans lequel le tube est logé, elle doit être allongée de part et d'autre au moyen de cou- ches métalliques, telles que des garnitures d'étain en feuilles, entourant la paroi du tube au moins jusqu'à hauteur des extrémités du transformateur. De préférence, on chanfreine ou arrondit les tôles du transformateur dont le côté étroit est tourné vers le tube,
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ce qui assure une charge électrostatique peu élevée des parties isolantes voisines de la paroi du tube.
La description du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil à rayons-X conforme à l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale de cet appareil suivant le plan I-I de la Fig.l.
Les figures 3 et 4 ont trait à un autre mode de réalisa- tion d'un appareil conforme à l'invention comportant un transforma- teur cuirassé.
Les figures 5 et 6 ont trait à une variante de l'appareil comportant un transformateur à noyau.
L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 comporte un transformateur cylindrique dont le noyau de fer est constitué de tôles 1 en forme de boucle, réunies en faisceaux 2 dont chacun comporte, par exemple, cinq à dix tôles et qui sont entourés par une gaine ondulée 3 en fer blanc. Les ondulations de cette gatne suivent la direction longitudinale du transformateur et les fais- ceaux de tôles s'engagent dans les ondulations, de sorte qu'elles sont maintenues à intervalles égaux (figure 2) .
Dans le creux central délimité par le fer du transfor- mateur, est disposé symétriquement un tube à rayons-X dont la pa- roi comporte une partie médiane métallique 4 à laquelle sont sou- dés, par fusion, les cols en verre 5 et 6 qui portent l'anode 7 et la cathode 8. La partie de ces cols en verre en regard du trans- formateur est revêtue d'une couche bien adhérante d'étain en feuil- les s'étendant jusqu'aux traits pointillés 9 et 10. Ces garnitures diminuent le risque de décharge par contournement et de détériora- tion des parties en verre, ce qui probablement est dû au fait que l'air inévitablement occlus entre la paroi du tube et le fer du transformateur est protégé au point de vue électrostatique par des garnitures métalliques, de sorte que toute ionisation de cet air @
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est évitée.
Les parties du tube qui dépassent à l'extérieur du transformateur sont entourées par des capuchons métalliques 11 et
12. Si la puissance de l'appareil est assez grande pour qu'il y ait avantage à refroidir le tube à rayons-X et le transformateur, on peut adapter un ventilateur électrique à l'un de ces capuchons, de préférence du côté de l'anode.
La longueur de l'isolement des cols en verre est réduite sensiblement par les garnitures métalliques; On a constaté que cela n'entraîne pas forcément des inconvénients. Il est, cependant, avantageux que les parties rentrantes 13 et 14 de la paroi du tube supportent une partie notable de différence de potentiel. A cet effet, on a monté dans les parties rentrantes des bouchons perfo- rés centralement 15 et 16 supportant les conducteurs de courant
17 et 18 qui passent du transformateur pour aboutir aux électrodes du tube. Ces conducteurs sont entourés d'une matière très isolante.
Les rayons-X doivent pouvoir sortir sans obstacle par le noyau du transformateur. A cet effet on a ménagé une rainure lon- gitudinale 19 de même largeur que le faisceau de rayons et qui, grâce à sa forme de coin, épouse parfaitement la forme conique du faisceau de rayons. Cette rainure a un double rôle, car elle per- met également le passage des conducteurs de courant 17 et 18 à tra- vers le noyau du transformateur. Comme toute la partie restante de la circonférence des bobines reste disponible pour l'agencement du fer de transformateur,il en résulte une grande économie d'espace.
Le creux annulaire du transformateur contient des enrou- lements du type à bobines concentriques. Le primaire 20 est entou- ré par le secondaire. Ces enroulements ne sont pas séparés par un isolement à haute tension. Le secondaire comporte deux parties 21 et 22 qui, étant juxtaposées à distance dans le sens de la lon- gueur, permettent aux rayons-X de sortir entre elles. Les extrémi- tés intérieures des enroulements secondaires sont reliées entre @
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elles et les bobines sont enroulées de manière que les tensions y induites s'ajoutent. Les couches d'enroulement intérieures seront donc soumises en fonctionnement au potentiel ou pratiquement au potentiel du corps magnétique et le conducteur de raccordement des enroulements peut gtre mis à la terre conjointement avec le corps de fer.
Les extrémités à haute tension du transformateur sont situées à l'extérieur. Un cylindre 23 en matière isolante empêche le jaillissement d'une décharge par contournement entre les couches d'enroulements extérieures et la culasse du transfôr- mateur.
Afin d'éviter tout contournement entre les parties d'enroulements qui sont l'une par rapport à l'autre sous la pleine tension, on donne aux couches d'enroulements une longueur d'autant moindre que ces couches sont plus proches de l'extérieur. Ainsi on diminue en même temps le risque d'une décharge par contournement allant au fer du transformateur dans le sens longitudinal. Comme les enroulements ne sont soumis qu'à moitié de la tension par rap- port au fer du transformateur, il est entièrement en harmonie avec le régime de charge que l'augmentation de la distance au fer du transformateur soit seulement moitié moins grande que l'augmenta- tion de l'intervalle des bobines.
La forme trapézoïdale de la bobine présente également l'avantage que la forme de la bobine de même que la forme de la rainure ménagée dans le noyau de fer épousent celle du faisceau de rayons-X sortant par la fenêtre 24.
L'appareil peut être supporté par une anse 25 munie de tourillons 26 et 27 s'engageant dans des ouvertures des capuchons métalliques 11 et 12.
On voit sur la figure 1 que les tôles du transformateur sont à coins arrondis. Ainsi, au point où la charge électrostatique de la paroi du tube commence, le champ électrique au coin des tôles @ --
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est affaibli et la paroi du tube est soumise à une charge moindre.
Il est possible de réaliser de la manière décrite un appareil à rayons-X complet pour des puissances qui ne soient pas trop élevées, par exemple un appareil destiné à être utilisé par les dentistes, dont la longueur est d'environ 20 c/m et dont la sec- tion ne dépasse pas 12 c/m. La forme du transformateur est très efficace au point de vue de la possibilité de refroidissement. La réalisation décrite peut être utilisée aussi pour des puissances plus grandes telles que celles utilisées pour le diagnostic. Dans ce cas, en prévoyant un ventilateur et une section de cuivre des enroulements du transformateur légèrement plus forte on peut aug- menter dans .la mesure voulue la capacité de charge.
On a déjà proposé antérieurement d'entourer un tube à rayons-X par les enroulements du transformateur et d'agencer éven- tuellement le noyau magnétique à l'intérieur du tube. Vis-à-vis de cette construction connue, le dispositif qui fait l'objet de l'invention présente l'avantage de permettre l'utilisation d'un transformateur à noyau fermé.
Si l'on désire associer le tube à rayons-X à un trans- formateur cuirassé de.forme courante, on peut avoir recours à la disposition qui est indiquée schématiquement sur les figures 3 et 4. Dan,s ce cas, la colonne du transformateur est divisée dans le sens de la longueur et les faisceaux de tôles 28 et 29 sont dis- posés à la manière des feuilles d'un livre relié de manière à pré- senter une concavité épousant le tube à rayons-X cylindrique 30.
Dans ce cas,également on évite une concentration trop accentuée des lignes de force du champ électrique aux coins du noyau de transformateur en chanfreinant ces coins. Suivant le principe de l'invention, on peut aussi associer au tube un transformateur à noyau, par exemple de la manière montrée sur les figures 5 et 6, le tube à rayons-X 32 qui est entouré par les bobines 51 du
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transformateur étant agencé dans la colonne du transformateur qui est divisée en deux dans le sens de la longueur. Le circuit magné- tique est fermé autour des bobines du transformateur à travers la culasse 34.
Il y a cependant avantage a employer le mode de réali- sation décrit avec référence aux figures 1 et 2 plutôt que d'uti- liser les autres môdes de réalisation, à cause de l'utilisation très efficace de l'espace occupé.
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Electrical apparatus, in particular X-ray apparatus.
X-ray devices are known in which the X-ray tube is integral with the supply transformer.
To overcome the drawback that the X-ray tubes of these devices are less mobile owing to the relatively large size of the transformer, the whole tube and the transformer have sometimes been immersed in oil. This makes it possible to reduce the dimensions and to bring the X-ray tube closer to the transformer.
These devices have, however, the disadvantage that the oil which absorbs the heat energy produced in the X-ray tube and very minimal compared to the heat losses of the transformer, is also in contact with the transformer.
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The present invention relates to an X-ray apparatus which differs from known apparatuses by its reduced dimensions.
The high voltage transformer of this X-ray apparatus is preferably constituted by a radial transformer (i.e. a transformer in which the material of the magnetic core is distributed around the circumference of the coils) and has a column divided in two. lengthwise, or axially perforated, within which the x-ray tube is arranged.
The applications of the present invention are not limited to X-ray apparatus. A combination in accordance with the invention is also possible in other electrical apparatus comprising a current-consuming device supplied by a transformer, for example in discharge tubes used for lighting. In this case, the bulk of the device is not modified, or only very little, by the current consuming device. A particularly practical form is obtained if the magnetic body of a transformer armored by metal sheets in the form of a loop radially surrounding the current consuming device which is supplied by this transformer. These sheets can be assembled in a manner known per se in a number of bundles.
In this case, the transformer is preferably surrounded by a corrugated sheath in the corrugations are directed in the direction of the length and embrace the edges of the sheets so as to support the latter.
When applying the invention to an X-ray apparatus, a cylindrical X-ray tube symmetrically surrounded by a transformer is preferably used. When the x-ray tube is longer than the transformer, the ends of the tube protrude equal or nearly equal lengths on either side of the outside of the transformer. Preferably these ends of -Il-
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The tube are surrounded at a distance by protective metal or metallized caps that can also be used to fit an electric fan for cooling the transformer and the X-ray tube.
The magnetic body of the transformer may have a longitudinal groove allowing the exit of the X-rays, and, preferably, the isolated passage, at both ends of the transformer, of the current conductors of the high voltage winding going through the tube. magnetic body to end at the ends of the tube.
So that the usual re-entrant parts of the X-ray tube can withstand a significant part of the potential difference between the electrode which they carry and the core of the transformer, the current conductors which pass through them are supported by centrally insulating plugs. perforated and mounted in the re-entrant parts.
The transformer windings which radially surround the x-ray tube are arranged in the annular hollow of the magnetic body and are separated from the x-ray tube by the inner parts of the sheets. Thus the available space is better utilized than in the case, for example, of the known embodiment of an X-ray apparatus in which a neck of the X-ray tube engages in the window of the transformer.
To save insulation between the X-ray tube and the surrounding metal, an X-ray tube is used in which the part of the wall facing the transformer body is entirely made of metal or is coated. with a metallic layer.
If the metal middle part of the x-ray tube is shorter than the hollow of the transformer core in which the tube is housed, it must be lengthened on either side by means of metal layers, such as gaskets. tin in sheets, surrounding the wall of the tube at least up to the height of the ends of the transformer. Preferably, the sheets of the transformer, the narrow side of which faces the tube, are chamfered or rounded,
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which ensures a low electrostatic charge of the insulating parts adjacent to the wall of the tube.
The description of the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Figure 1 is a longitudinal section of an X-ray apparatus according to the invention.
Figure 2 is a cross section of this apparatus along the plane I-I of Fig.l.
Figures 3 and 4 relate to another embodiment of an apparatus according to the invention comprising an armored transformer.
Figures 5 and 6 relate to a variant of the apparatus comprising a core transformer.
The apparatus shown in Figures 1 and 2 comprises a cylindrical transformer whose iron core consists of sheets 1 in the form of a loop, united in bundles 2 each of which comprises, for example, five to ten sheets and which are surrounded by a corrugated sheath 3 in tinplate. The corrugations of this cake follow the longitudinal direction of the transformer and the bundles of sheets engage in the corrugations, so that they are kept at equal intervals (figure 2).
In the central hollow delimited by the iron of the transformer, is symmetrically arranged an X-ray tube, the wall of which comprises a metal median part 4 to which are welded, by fusion, the glass necks 5 and 6. which carry the anode 7 and the cathode 8. The part of these glass necks facing the transformer is coated with a well-adherent layer of tin in sheets extending to the dotted lines 9 and 10 These gaskets reduce the risk of bypass discharge and damage to the glass parts, which is probably due to the fact that the air inevitably trapped between the tube wall and the transformer iron is electrostatically protected. by metal fittings, so that any ionization of this air @
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is avoided.
The parts of the tube which protrude outside the transformer are surrounded by metal caps 11 and
12. If the power of the apparatus is large enough to benefit from cooling the X-ray tube and the transformer, an electric fan can be fitted to one of these caps, preferably on the side of the tube. the anode.
The length of the insulation of the glass necks is significantly reduced by the metal fittings; It has been found that this does not necessarily lead to disadvantages. It is, however, advantageous that the re-entrant parts 13 and 14 of the tube wall support a significant part of the potential difference. For this purpose, centrally perforated plugs 15 and 16 supporting the current conductors have been fitted in the re-entrant parts.
17 and 18 which pass from the transformer to end at the electrodes of the tube. These conductors are surrounded by a very insulating material.
X-rays must be able to exit unimpeded through the core of the transformer. For this purpose, a longitudinal groove 19 has been made of the same width as the beam of rays and which, thanks to its wedge shape, perfectly matches the conical shape of the beam of rays. This groove has a dual role, because it also allows the passage of the current conductors 17 and 18 through the core of the transformer. As all the remaining part of the circumference of the coils remains available for the arrangement of the transformer iron, a great saving in space results.
The annular hollow of the transformer contains windings of the concentric coil type. The primary 20 is surrounded by the secondary. These windings are not separated by high voltage insulation. The secondary comprises two parts 21 and 22 which, being juxtaposed at a distance in the direction of the length, allow the X-rays to exit between them. The inner ends of the secondary windings are connected between @
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they and the coils are wound in such a way that the voltages induced are added to them. The inner winding layers will therefore be subjected in operation to the potential or substantially to the potential of the magnetic body and the connecting conductor of the windings can be earthed together with the iron body.
The high voltage ends of the transformer are located on the outside. A cylinder 23 of insulating material prevents the gushing of a bypass discharge between the outer winding layers and the breech of the transformer.
In order to avoid any circumvention between the parts of windings which are relative to each other under full tension, the layers of windings are given a length that is less the closer these layers are to the outside. Thus at the same time the risk of a discharge by bypass going to the transformer iron in the longitudinal direction is reduced. Since the windings are only subjected to half the voltage with respect to the transformer iron, it is entirely in harmony with the load regime that the increase in the distance to the transformer iron is only half as great as the 'increasing the interval of the coils.
The trapezoidal shape of the coil also has the advantage that the shape of the coil as well as the shape of the groove formed in the iron core matches that of the X-ray beam exiting through the window 24.
The apparatus can be supported by a handle 25 provided with journals 26 and 27 which engage in the openings of the metal caps 11 and 12.
It can be seen in Figure 1 that the transformer sheets have rounded corners. So, at the point where the electrostatic charge of the tube wall begins, the electric field at the corner of the sheets @ -
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is weakened and the tube wall is subjected to less load.
It is possible to produce in the manner described a complete X-ray apparatus for powers which are not too high, for example an apparatus intended for use by dentists, the length of which is about 20 c / m and the cross-section of which does not exceed 12 c / m. The shape of the transformer is very efficient from the point of view of the possibility of cooling. The embodiment described can also be used for higher powers such as those used for diagnosis. In this case, by providing a fan and a slightly larger copper section of the transformer windings, the load capacity can be increased to the desired extent.
It has already been proposed previously to surround an X-ray tube by the windings of the transformer and possibly to arrange the magnetic core inside the tube. With respect to this known construction, the device which is the subject of the invention has the advantage of allowing the use of a closed-core transformer.
If it is desired to associate the X-ray tube with an armored transformer of current form, recourse can be had to the arrangement which is shown schematically in Figures 3 and 4. In this case, the column of the transformer is divided lengthwise and the sheet bundles 28 and 29 are arranged like the sheets of a bound book so as to have a concavity conforming to the cylindrical x-ray tube 30.
In this case, also an excessively accentuated concentration of the lines of force of the electric field at the corners of the transformer core is avoided by chamfering these corners. According to the principle of the invention, it is also possible to associate with the tube a core transformer, for example in the manner shown in FIGS. 5 and 6, the X-ray tube 32 which is surrounded by the coils 51 of the
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transformer being arranged in the transformer column which is divided in half lengthwise. The magnetic circuit is closed around the coils of the transformer through the yoke 34.
However, there is an advantage in employing the embodiment described with reference to Figures 1 and 2 rather than using the other embodiments, because of the very efficient use of the space occupied.