CN105655215B - 送丝型电子束增材制造设备用电子枪 - Google Patents

送丝型电子束增材制造设备用电子枪 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种送丝型电子束增材制造设备用电子枪，主要由高压电缆、高压电缆引出头、电子枪外壳、绝缘组件、聚束极电极、阴极聚束极组件、阳极、灯丝首端电极、灯丝末端电极和灯丝变压器组成。该灯丝变压器浸没在上腔室的绝缘冷却油中，并由铁芯、一次绕组和二次绕组组成；一次绕组绕在铁芯上，该一次绕组的两端通过引出插头同时引出至电子枪外壳之外，并接至灯丝供电电源；二次绕组同样环绕在铁芯上，该二次绕组的一端与灯丝首端电极相连，另一端与灯丝末端电极相连。聚束极电极与灯丝电极间接有一稳压元件。本发明有利于电子枪灵活移动及延长灯丝寿命，并能够有效抑制电子枪放电电子束流。

Description

送丝型电子束增材制造设备用电子枪
技术领域
本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种送丝型电子束增材制造设备用电子枪。
背景技术
送丝型电子束增材制造设备采用内置电子枪，即电子枪与待制造工件同处于一个真空箱内，这样真空箱有效利用率较外置电子枪时高。电子枪多个电极工作于高电位端，因此连接高压油箱与电子枪的高压电缆为单股多芯高压电缆或多股单芯高压电缆结构，其中灯丝电流高达20-50A,远大于电子束流值。由此一般高压电缆都是又粗又硬，弯曲半径较大，既占用较大空间又不利于电子枪灵活移动。虽然电力电子高频逆变技术可以缩小高压装置的体积和重量，把电子枪与高压装置集成一体便可去除高压电缆。但是送丝型电子束增材制造设备的电子枪功率较大，电子枪与高压装置集成技术不适用。此外，送丝型电子束增材制造设备要求连续长时间工作，灯丝寿命是电子枪连续工作时间的主要制约因数。灯丝寿命与其工作电流直接相关，一般三极电子枪的灯丝工作于饱和状态，对灯丝寿命不利。另外，在电子枪放电时聚束极的栅偏电压消失，工作于饱和状态的灯丝将发射过大的热电子，将给工件造成较大的损害。可见，现有送丝型电子束增材制造设备电子枪还需从高压电缆的柔软性、灯丝寿命和抑制放电损害等方面加以改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种送丝型电子束增材制造设备用电子枪，其有利于电子枪灵活移动及延长灯丝寿命，并能够有效抑制电子枪放电电子束流。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
送丝型电子束增材制造设备用电子枪，主要由高压电缆、高压电缆引出头、电子枪外壳、绝缘组件、聚束极电极、阴极聚束极组件、阳极、灯丝首端电极和灯丝末端电极组成。电子枪外壳为一密闭的金属中空腔体；绝缘组件横亘在电子枪外壳内，并将电子枪外壳的内腔分割为上下两个腔室；上腔室内填充有绝缘冷却油，下腔室内为真空室。高压电缆引出头、聚束极电极、灯丝首端电极与灯丝末端电极位于上腔室内；高压电缆引出头固定在电子枪外壳上，聚束极电极、灯丝首端电极和灯丝末端电极固定在绝缘组件上；聚束极电极通过导线与高压电缆引出头连接。阴极聚束极组件与阳极位于下腔室内；阴极聚束极组件固定在绝缘组件上，阳极固定在电子枪外壳上。加速电源的负极经高压电缆及高压电缆引出头连接至聚束极电极；加速电源的正极与电子枪外壳、阳极和大地相连。其不同之处是，还进一步包括灯丝变压器；该灯丝变压器浸没在上腔室的绝缘冷却油中，并由铁芯、一次绕组和二次绕组组成；一次绕组绕在铁芯上，该一次绕组的两端通过引出插头同时引出至电子枪外壳之外，并接至灯丝供电电源；二次绕组同样环绕在铁芯上，该二次绕组的一端与灯丝首端电极相连，另一端与灯丝末端电极相连。
上述方案中，灯丝变压器为降压型，其铁芯和一次绕组处于低电位端，二次绕组工作于高电位端，一次绕组与二次绕组的电压等级为电子枪的工作高压。
上述方案中，铁芯采用高频磁性材料制成。
上述方案中，上腔室内还进一步包括有一稳压元件；该稳压元件的一端与聚束极电极相接，另一端与灯丝首端电极相接。
上述方案中，高压电缆为单芯电缆。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、把灯丝电源集成在电子枪内，简化掉栅偏电源，由灯丝发射电子束时自动从加速电源分压出一个固定栅偏电压值施加到聚束极上；
2、电子枪的高压电缆为单芯电缆，高压电缆通过的电流仅为电子束流远小于灯丝电流值，因此高压电缆柔软性较好，有利于电子枪的快速灵活移动；
3、通过控制灯丝电流来调节电子束流，调节速度稍慢但能满足送丝型电子束增材制造设备的要求，且可延长灯丝寿命；
4、控制灯丝电流来调节电子束流方式在电子枪放电时由于灯丝的热惯性，灯丝不能发射过量热电子，从而达到抑制放电损害的作用。
附图说明
图1为送丝型电子束增材制造设备用电子枪的结构示意图。
图2为图1中灯丝变压器结构示意图。
图中标号：1、加速电源；2、高压电缆；3、高压电缆引出头；4、引出插头；5、电子枪外壳；6、灯丝变压器；61、铁芯；62、一次绕组；63、二次绕组；7、绝缘冷却油；8、绝缘组件；9、稳压元件；10、聚束极电极；11、阴极聚束极组件；12、阳极；13、灯丝首端电极；14、灯丝末端电极；15、真空室。
具体实施方式
一种送丝型电子束增材制造设备用电子枪，如图1所示，主要由高压电缆2、高压电缆引出头3、电子枪外壳5、灯丝变压器6、绝缘组件8、稳压元件9、聚束极电极10、阴极聚束极组件11、阳极12、灯丝首端电极13和灯丝末端电极14组成。
电子枪外壳5为一密闭的金属中空腔体。绝缘组件8横亘在电子枪外壳5内，并将电子枪外壳5的内腔分割为上下两个腔室。上腔室内填充有绝缘冷却油7，下腔室内为真空室15。高压电缆引出头3、聚束极电极10、灯丝首端电极13与灯丝末端电极14位于上腔室内。高压电缆引出头3固定在电子枪外壳5上，聚束极电极10、灯丝首端电极13和灯丝末端电极14固定在绝缘组件8上；聚束极电极10通过导线与高压电缆引出头3连接。阴极聚束极组件11与阳极12位于下腔室内。阴极聚束极组件11固定在绝缘组件8上，阳极12固定在电子枪外壳5上。所述聚束极电极10通过固定在电子枪外壳5上的高压电缆引出头3引出，并经由高压电缆2接至加速电源1的负极。高压电缆2为单芯电缆。加速电源1的正极与大地、电子枪外壳5和阳极12相接。
灯丝变压器6浸没在上腔室的绝缘冷却油7中。灯丝变压器6由铁芯61、环绕在该铁芯61上的一次绕组62和二次绕组63所构成。灯丝变压器6的铁芯61采用高频磁性材料制成。一次绕组62通过固定在电子枪外壳5上的引出插头4引出，并接至灯丝供电电源。二次绕组63的两端分别与灯丝首端电极13和灯丝末端电极14相接。一次绕组62与二次绕组63间需高压绝缘。灯丝变压器6为降压型，其铁芯61和一次绕组62处于低电位端，二次绕组63工作于高电位端，一次绕组62与二次绕组63的电压等级为电子枪的工作高压，参见图2。灯丝变压器6的作用是：通过控制灯丝变压器6的电流来控制灯丝加热电流，从而控制灯丝发射电子束流的大小。
稳压元件9浸没在绝缘冷却油7中。稳压元件9的两端分别与聚束极电极10和灯丝首端电极13相接。稳压元件9的作用是：电子束流流经稳压元件9时，产生一个固定的压降，该电压作用到电子枪聚束极上，形成一个固定的栅偏电压值，可改善电子束的成形。

Claims (4)

1.送丝型电子束增材制造设备用电子枪，主要由高压电缆(2)、高压电缆引出头(3)、电子枪外壳(5)、绝缘组件(8)、聚束极电极(10)、阴极聚束极组件(11)、阳极(12)、灯丝首端电极(13)和灯丝末端电极(14)组成；
电子枪外壳(5)为一密闭的金属中空腔体；绝缘组件(8)横亘在电子枪外壳(5)内，并将电子枪外壳(5)的内腔分割为上下两个腔室；上腔室内填充有绝缘冷却油(7)，下腔室内为真空室(15)；
高压电缆引出头(3)、聚束极电极(10)、灯丝首端电极(13)与灯丝末端电极(14)位于上腔室内；高压电缆引出头(3)固定在电子枪外壳(5)上，聚束极电极(10)、灯丝首端电极(13)和灯丝末端电极(14)固定在绝缘组件(8)上；聚束极电极(10)通过导线与高压电缆引出头(3)连接；
阴极聚束极组件(11)与阳极(12)位于下腔室内；阴极聚束极组件(11)固定在绝缘组件(8)上，阳极(12)固定在电子枪外壳(5)上；
加速电源(1)的负极经高压电缆(2)及高压电缆引出头(3)连接至聚束极电极(10)；加速电源(1)的正极与电子枪外壳(5)、阳极(12)和大地相连；
其特征在于：
还进一步包括灯丝变压器(6)和稳压元件(9)；
该灯丝变压器(6)浸没在上腔室的绝缘冷却油(7)中，并由铁芯(61)、一次绕组(62)和二次绕组(63)组成；一次绕组(62)绕在铁芯(61)上，该一次绕组(62)的两端通过引出插头(4)同时引出至电子枪外壳(5)之外，并接至灯丝供电电源；二次绕组(63)同样环绕在铁芯(61)上，该二次绕组(63)的一端与灯丝首端电极(13)相连，另一端与灯丝末端电极(14)相连；
该稳压元件(9)位于上腔室内；该稳压元件(9)的一端与聚束极电极(10)相接，另一端与灯丝首端电极(13)相接。
2.根据权利要求1所述的送丝型电子束增材制造设备用电子枪，其特征在于：灯丝变压器(6)为降压型，其铁芯(61)和一次绕组(62)处于低电位端，二次绕组(63)工作于高电位端，一次绕组(62)与二次绕组(63)的电压等级为电子枪的工作高压。
3.根据权利要求1或2所述的送丝型电子束增材制造设备用电子枪，其特征在于：铁芯(61)采用高频磁性材料制成。
4.根据权利要求1所述的送丝型电子束增材制造设备用电子枪，其特征在于：高压电缆(2)为单芯电缆。
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Denomination of invention: Electronic gun for filament feeding type electron beam additive manufacturing equipment

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Granted publication date: 20180105

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd Guilin branch

Pledgor: Guilin Shida Technology Co., Ltd.

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