CN1010905B - 一个调谐磁控管 - Google Patents

Abstract

调谐磁控管，包含一同轴阴阳极系统，它们形成环形真空作用空间，安装在真空的空间内的用二球轴承作支撑的旋转调谐机构，空间和作用空间彼此穿通；有一置于作用空间两边用来产生穿通作用空间的轴向磁场的由两个磁极靴组成磁路。磁通穿过轴向紧靠作用空间的流动轴承形成闭合回路。连续运转情况下，特别在轴承无夹持环情况下，为防止滚动体之间的磁相互作用影响转动体运转，至少最靠近作用空间的轴承内的滚动体用非磁性材料，即非磁性硬金属或陶瓷材料。

Description

本发明是关于一个调谐磁控管，它包含一个同轴阴-阳极系统，并在它们之间形成了一个环形真空作用空间;包含一个用滚动轴承作转动支撑的具有能影响磁控管频率调谐的活动部分的调谐机构，当调谐机构转动时，该活动部分沿其圆周电导率是变化的，从而使磁控管频率发生周期的变化。调谐机构同轴承一起安装在和作用空间相通的一个空间里;还包含一个置于作用空间两边的由两个磁极靴组成的磁路，用它来产生穿过作用空间的轴向磁场，磁路经由轴向上紧靠作用空间的滚动轴承形成闭合回路。

瑞典专利SE-191373描绘了这种磁控管，例如可用它来产生脉间频率变化的高频脉冲。然而在很多这类磁控管的应用中，希望能控制频率，以便使发射脉冲具有准确的预先确定的频率。

特别是当发射准确的预先确定的频率的时候，调谐机构在转动着，因此对调谐机构轴承的安装提出了非常苛刻的要求。由于在触发电路中不可避免地存在着时间延迟，磁控管发射的那一瞬间的调谐频率，也就是发射脉冲的频率在发射的那一瞬间之前必须提前一个小的时间间隔，基于在提前的那一瞬间磁控管频率的瞬时调节以及频率速率的改变，即调谐机构调谐曲线对时间的微商的改变，上述提前一个小的时间间隔是能够做到的。但如果欲达高准确度的提前量，则要求调谐曲线非常平滑，因为相对于上述平滑曲线的任何偏离都将损坏预先确定的发射频率和实际发射的频率之间的一致性。为获得预期的效果，轴承必须显示出具有很均匀的摩擦力和很均匀的滚动阻力。此外为获得相当的工作寿命，其 磨损务必要小。所有生产的部件都应当是无磨损的，否则其磨屑将有可能渗透到作用空间，甚至沉积到活性阴极表面上。不管工作条件有多么困难，尤其涉及到轴承在真空中遭受强静磁场作用及温度变化的条件，上述要求都必须满足。

现有的调谐磁控管采用普通钢球轴承作为旋转调谐机构的支撑。由于轴承是在真空和高温下运行，因此不可能用一般的方法进行加油润滑。由于这个困难，采用减小球表面压力的方法，即减小每一个小球负荷至最小的方法，事实证明这是有必要的，为此必须最大可能地增加小球的数量。在现有的磁控管的轴承中，取消了小球的夹持环，这样小球在内外轴承环里滚在一块，甚至彼此直接接触。

采用钢球的缺点至少在于对于最接近作用空间的轴承球被主静磁场局部磁化，致使小球形成小磁偶，当它们围绕自己的轴旋转的同时，对磁化场呈现出不同的状态，并且一直呈现出不同的互感状态，从而在小球间或多或少地产生有随机特性的相互吸引或相互排斥的作用力。现有磁控管，把调谐机构连续运转时调谐曲线平稳度的不足以及由此而产生的相对于预先确定频率的频率展宽归结于上述现象。小球间的相互吸引力及小球与环之间的吸引力引起所谓“调整杆转差”（“stick-slip”）效应。它将对工作寿命产生不良影响。钢球的缺点还表现在它们的硬度随着温度的升高而降低。这尤其是将牵连到在抽真空的过程中温度必须加以限制，从而真空度也将受到限制。

本发明的目的是提供调谐磁控管调谐机构使用的轴承装置，它缓解了现有磁控管轴承装置存在的缺陷。

按照本发明，在调谐磁控管中，上面提到的悬而未决的命题，可以采用非磁性材料做滚动轴承的滚动体来解决，这即可消除由于滚动体之间的磁感应而影响旋转机构转动的现象。烧结材料就适合于作这种材料。

依据本发明，首先可使调谐曲线平滑，而且频率提前量的准确度也 比现有磁控管的更高，而且将完全消除赖于普通钢轴承中由于所谓“调整杆转差”效应所产生磁作用的摩擦力，这将导致高低的磨损及更长的寿命。

所有相配的轴承元件，包括滚动元件和内外环，均可采用非磁性材料，使真空泵可在更高的温度上仍然能进行操作，从而有可能达到更高的真空度。

在一个推荐的实施例中，非磁性材料为非磁性硬金属，即烧结硬质合金。基本硬金属包括有作为硬组份的碳化钨和作为结合剂的钴，从上述基本硬金属还可以派生出另外一些硬金属。用钴作结合剂，能使所有这些硬金属具有强磁性。在一些特殊的应用中，对抗蚀刚度提出非常苛刻的要求。大部分钴结合剂能够用其他材料如镍合金代替。所有这些包含镍合金或者类似材料作结合剂的硬金属具有非磁特性，或稍有顺磁性特征，它们均可应用到目前讨论的场合中去。

在另一实施例中，非磁性烧结材料为陶瓷材料，即硅氮化物或者铝氧化物。陶瓷材料的优点在于重量轻，因此在调谐机构调整旋转时离心力小，从而磨损小，惯性也小。

据观察，在飞机推进引擎中的透平轴承已经推荐使用陶瓷球来替换钢球。这里轴承既不工作在真空里，也不工作在磁场里。使用陶瓷球的目的仅仅在于获得更有效的推进和由更高的温度和更高的速度获得更高的效率，只要采用陶瓷球，上述目的都是能达到，进而使得注油润滑更容易，然而，这些推荐的技术并不表示出现在磁控管中的特定问题的解决。

对于用球轴承支撑其旋转阳极的X射线管的情形也是众所周知的，在那里至少小球是用陶瓷做的，可参看DE-GM-7232284，或用硬金属做的，可参看DE-OS-2215370、DE-OS-2800854和USP-3720853。然而对后面这种用硬金属作轴承球的情形，一般都并不认为所指硬金属应当是非磁 性的。因为在此处材料的选择仅仅同实际工作条件相关，在这里就是要符合轴承工作在真空和高温的条件，而并不受到强静磁场的作用。因此不存在磁控管中出现的，由本发明给予解决的最基本的问题。

现在结合附图对本发明加以说明。附图1为一个按本发明的磁控管简化的局部剖面图。图2和图3是图1的局部放大，并附有用计算机计算的磁通线。图2表示球轴承用普通钢制造的情形。图3表示按本发明球轴承用非磁性材料制造的情形，同时假定磁控管对O轴是旋转对称的。

图中基本数（10）为阳极系统，它由阳极块（11）和彼此隔成扇形调谐腔的辐状阳极块（12）组成。（13）是具有馈电导体（14）的阴极，（15）是同恒磁场（未示出）相连的磁极块，（16）和（17）是在由阴极和阳极板间构成的作用空间（18）产生轴向磁场的磁极靴，（19）是开在辐状阳极块最外端的槽，在这个槽里，圆筒形调谐机构的一端连到用两个球轴承（21）和（22）可旋转地支托在固定中心轴（23）上的圆筒形载体（24）上。调谐机构由导电性材料做成并沿其周边电导率可以改变，例如，在其伸进槽里的那部分上面开孔或者齿状缝隙，这样，当调谐机构转动的时候，将引起磁控管周期性地调谐。调谐机构（20）、载体（24）以及球轴承（21）和（22）一同被安装在抽成真空的空间（25）内，后者同作用空间（18）相通但以真空密封套与外界相隔。除阳极块（11）和磁极靴（15）外，密封套还包括圆筒（26）和盖板（27）。用调谐器（未表示出）-电机或磁耦合器，能够使调谐机构处于要求的角位或连续旋转的状态。

图2为图1的放大并附有用计算机计算的磁通线F，球轴承用普通钢材料。为清晰起见，用非磁性材料做成的调谐机构（20）和阳极块（12）（图1）在图2中省略。值得注意的是，仅仅只有整个磁通的一部分通过作用空间。紧靠作用空间的球轴承（21）被强度磁场穿透，使钢球形成小的永久磁铁或磁偶，引起磁相互作用的增加。一方面小球间相互作用增加，另一方面球和轴承环之间的相互作用也增加。因此，当连续运转的时候， 将引起不规则的转动。

图3和图2一样，在此轴承（21）里的小球由非磁性材料做成，其结果是通过轴承（21）的漏磁通量明显下降。除漏磁通减少以外，采用非磁性材料还具有若干优点，就是所有由磁吸引力引起的摩擦力将消失，从而延长工作寿命。在连续运转的情况下，旋转将是平稳的，预置频率的准确度也将增加。如果所有小球和轴承环都由具有高抗热性的非磁性材料制做，则当真空泵工作时，允许温升增加，这样将使真空度获得改善。

在推荐的实施例中，球的或者有可能整个球轴承的非磁性材料都是非磁性硬金属，即非磁性烧结硬质合金。作为硬质成份，硬金属包括钨硬质合金，然而它或多或少能够用另外一些硬质合金代而替之，如碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）。常用作硬合金的结合剂钴，大部分可用镍合金代替。用钴作结合剂的硬金属是磁性的，而用镍合金作为结合剂的硬金属在实际上是无磁性的，或稍有点顺磁性质。

在另一实施例中，球或球轴承都是用非磁性材料陶瓷制做的，例如，它可以是渗氮硅或者铝氧化物。

另外，一种可能的非磁性材料是奥氏体不锈钢，其表面涂敷钛硬质合金、渗氮钛或其他类似的材料。如果磁控管保持工作在低温条件则也可用另外一些非磁性材料如高锰钢或锰钢、哈氏钴铬钨合金或铍青铜，甚至结晶体材料也可用。

尤其对于不具有夹持环的球轴承，小球自由自在于内外轴承环间滚动，当运行时，彼此能够接触，如果球用非磁性材料，将会带来很多好处，那就是在调谐机构连续运转时，调谐曲线将是平滑的，特别是这将导致更高的预置频率精度。

也可采用其他类型的滚动轴承来代替球轴承。

Claims (5)

1、一个调谐磁控管，它包含一个同轴阴一阳极系统，并在它们之间构成了一个环形真空作用空间；包含一个用滚动轴承作转动支撑的具有能影响磁控管频率调谐的活动部分的调谐机构，当调谐机构转动时，活动部分沿其圆周电导率是变化的，从而使磁控管频率发生周期的变化，调谐机构同轴承一起安装在和作用空间相穿通的一个空间里；还包含一个置于作用空间两边的由两个磁极靴组成的磁路，用它来产生穿通作用空间的轴向磁场，磁路经由在轴向紧靠作用空间的滚动轴承形成闭合回路，其特征在于至少在上述滚动轴承里的滚动体是由非磁性材料制做的，由此可以消除滚动体之间的磁相互作用对旋转体转动的影响。

2、权利要求1所要求的磁控管，其特征在于全部轴承均由非磁性材料制成。

3、权利要求1和2所要求的磁控管，其特征在于所说非磁性材料为非磁性硬金属，也就是烧结硬质合金。

4、权利要求3所要求的磁控管，其特征在于所说硬金属主要用镍作为结合剂。

5、权利要求1和2所要求的磁控管，其特征在于所说非磁性材料为陶瓷材料。

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