CN108780727B - 用于x射线管的磁性提升装置 - Google Patents

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Abstract

描述用于x射线管的磁性提升装置的技术。在一个实例中，一种阳极组件包括阳极、轴承组件、铁磁轴以及提升电磁体。所述阳极被构造来接收由阴极发射的电子。所述轴承组件被构造来在所述阳极的旋转期间使所述阳极稳定。所述铁磁轴联接到所述阳极，并且具有与所述阳极的旋转轴线基本上共线的旋转轴线。所述提升电磁体被构造来在径向方向上向所述铁磁轴施加磁力。

Description

用于x射线管的磁性提升装置
发明背景
除非本文另外指明，否则本节中所描述的方法不是本公开中的权利要求书的现有技术并且不因包含于本节中而被承认是现有技术。
x射线系统通常包括x射线管和检测器。x射线管的功率和信号可由高压发生器提供。x射线管朝向对象发射辐射，诸如x射线。对象定位在x射线管与检测器之间。辐射通常穿过对象并冲击在检测器上。当辐射穿过对象时，对象的内部结构导致在检测器处接收到的辐射的衰减。检测器然后基于所检测到的辐射生成数据，并且系统将辐射差异转化成可用于评估对象的内部结构的图像，所述对象诸如医学成像规程中的患者或检测扫描中的无生物。
x射线管包括阴极和阳极。在x射线管中，通过向定位在阴极内的发射体施加电流以致使通过热离子发射从阴极发射电子来产生x射线。在真空中，电子由于阴极与阳极之间的电压差而朝向阳极加速，然后冲击在阳极上。当电子与阳极上的靶碰撞时，能量中的一些作为x射线发射，而能量中的大部分作为热量释放。阳极上电子在其中发生碰撞的区域通常称为焦斑，并且所发射的x射线可具有表示具有高密度的x射线的从焦斑发出的中心射线束(即，中心射线、中心x射线束、中央射线束、中央射线或中央x射线束)。因为电子束撞击靶、特别是焦斑时产生高温，所以阳极可包括用于分散在靶上的焦斑处产生的热量的特征，诸如使盘状阳极靶以高旋转速度旋转。旋转阳极通常包括盘状阳极靶，所述盘状阳极靶由感应电机通过轴承组件进行旋转。
辐射检测器(例如，x射线检测器)可包括转换元件，所述转换元件将传入辐射束转换成电信号，所述电信号可用于生成关于辐射束的数据，所述数据继而可用于表征正在检查的对象(例如，患者或无生物)。在一个实例中，转换元件包括将辐射束转换成光的闪烁器以及响应于所述光生成电信号的传感器。检测器还可包括处理电信号以生成关于辐射束的数据的处理电路。
x射线管和辐射检测器可以是诸如计算机断层成像(CT)系统或扫描仪的x射线系统中的部件，所述x射线系统包括使x射线管和检测器两者旋转以生成对象在不同角度处的各种图像的台架。由CT扫描仪中所使用的较高台架速度和较高阳极旋转速度所强加的重(G)力可在轴承组件上产生另外的应力。
本文所描述的技术(系统、装置和方法)提供用于减小旋转x射线系统(例如，CT扫描仪)中的常规轴承组件上的应力的解决方案。
附图简述
图1示出示例性x射线管的框图。
图2示出部分暴露的示例性台架组件的透视图。
图3示出提升电磁体联接到旋转台架框架的示例性x射线管的透视剖面图。
图4示出x射线管的示例性插入件的透视图。
图5示出x射线管的示例性插入件和提升电磁体的透视剖面图。
图6示出提升电磁体设置在旋转轴的端部附近的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图7示出具有提升电磁体和滑动轴承的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图8示出提升电磁体的极端设置在插入件壁中的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图9示出提升电磁体设置在插入件内的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图10示出提升电磁体设置在阳极附近的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图11示出两个提升电磁体设置在阳极的两侧上的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图12A-12B示出提升电磁体定位在轴承组件与定子之间的x射线管的示例性阳极组件的视图。
图13A-13B示出定子与提升电磁体共面并且定子定位在抽空壳体外部的x射线管的示例性阳极组件的视图外部。
图14A-14B示出具有扇形定子和提升电磁体的x射线管的示例性阳极组件的视图。
图15示出提升电磁体与定子组合的x射线管的示例性阳极组件的侧视剖面图。
图16A-16B示出提升电磁体的线圈与定子线圈整合的示例性定子的视图。
图17A-17B示出具有提升电磁体的线圈的示例性定子的视图。
图18A-18B示出具有提升电磁体和次级提升电磁体的x射线管的示例性阳极组件的视图。
图19A-19B示出在内极端周围有线圈的示例性三极提升电磁体的视图。
图20A-20B示出在极端之间的芯腹板周围有线圈的示例性三极提升电磁体的视图。
图21A-21B示出在内极端和位于极端之间的芯腹板周围有线圈的示例性三极提升电磁体的视图。
图22示出示例性带槽铁磁轴的透视图。
图23示出示例性层压铁磁轴的透视图。
图24示出包括x射线管、管控制单元(TCU)、x射线检测器以及系统控制单元的示例性x射线系统的框图。
图25示出示例性管控制单元(TCU)和系统控制单元的框图。
图26示出x射线管的示例性插入件以及提升磁体与致动器的透视剖面图。
图27是示出控制x射线管的阳极组件中的提升电磁体的方法的实例的流程图。
一些示例性实施方案的详述
在详细解释本发明的任何实施方案之前，应理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的部件的构造和布置细节。本发明能够具有其他实施方案并且能够以各种方式来实践或实施。流程图和过程中所提供的标号是为了清晰地说明步骤和操作而提供，并且不一定指示特定次序或顺序。除非另外定义，否则术语“或”可以是指对替代形式的选择(例如，分离符、或者异或)或替代形式的组合(例如，连接符、和/或、逻辑或、或者布尔或)。
本发明大体上涉及使用磁学来减小x射线管的阳极组件的轴承组件上的载荷，并且更具体地，涉及一种用于在CT、即计算机断层成像(CT)系统中提升阳极组件的轴以抗衡由于台架旋转和重力所造成的力的电磁体。示例性实施方案示出相对于阳极和轴承组件处于各种位置的提升电磁体(或磁致动器或提升磁体)以及提升电磁体和用于支持对阳极组件中的轴承组件的磁性提升的部件的各种变型。磁性提升也可称作混合轴承。
现在将参考附图来描述本发明的示例性实施方案的各个方面。应理解，附图是对这类示例性实施方案的图解性且示意性的表示，并且不限制本发明，也不一定按比例绘制。
示例性x射线管
图1是具有可旋转盘状阳极122的示例性旋转式或旋转阳极型x射线管100的框图。x射线管100包括外壳102以及位于外壳102内的x射线插入件110。外壳102包封插入件110。冷却剂或空气可填充外壳102与插入件110之间的空间或腔。阴极112和阳极组件120定位在也称作插入件110的抽空壳体内。阳极组件120包括阳极122、轴承组件130以及转子128，所述转子128机械联接到轴承组件130。阳极122与阴极112间隔开并与其对置。阳极122和阴极112连接在电路中，所述电路允许在阳极122与阴极112之间施加高电压势。阴极112包括连接到适当电源(未示出)的电子发射体116。
如图1所公开，在示例性x射线管100的操作之前，将插入件110抽空以形成真空。插入件110包封所述真空。然后，在示例性x射线管100的操作期间，使电流穿过阴极112的电子发射体116，以导致通过热离子发射从阴极112发射电子“e”。在阳极122与阴极组件112之间施加高电压差然后致使电子“e”从阴极电子发射体朝向定位在阳极122上的焦轨124上的焦斑加速。焦轨124可由例如钨(W)和铼(Re)或具有高原子(“高Z”)序数的其他材料组成。当电子“e”加速时，它们获得大量动能，并且在撞击旋转焦轨124时，此动能中的一些转换成x射线“x”。
焦轨124被定向成使得所发射的x射线“x”对x射线管窗104可见。x射线管窗104包含诸如铍(Be)的x射线透射材料，所以从焦轨124发射的x射线“x”穿过x射线管窗104以便撞击预期对象(未示出)，然后撞击检测器以产生x射线图像(未示出)。图1示出位于外壳102上的单个窗104(例如，具有玻璃插入件，其允许辐射穿过插入件的玻璃)。在其他实例中，插入件110(例如，金属插入件)和外壳102两者上可包括单独的窗，或仅插入件110上可包括窗。
在电子“e”撞击焦轨124时，电子“e”的动能中的大量动能作为热量传递到焦轨124。为减少焦轨124上的特定焦斑处的热量，通常使用包括转子128和定子106的感应电机来使盘状阴极靶以高速旋转。感应电机可以是交流(AC)电动机，其中定子128中产生转矩所需的电流是通过来自定子绕组的磁场的电磁感应获得的。然后，转子128使机械联接到阳极122的轴承组件130的轮毂旋转，从而使阳极122旋转。在另一实例(未示出)中，电机可以是直流(DC)电机。
当来自阴极112的高速电子“e”通过撞击阳极122上的焦轨124而突然减速时，产生x射线“x”。为避免因电子“e”而使阳极122过热，转子128和套筒(未示出)使阳极122和其他可旋转部件绕中心轴(未示出)的中心线以高速率(例如，80-300Hz)旋转。x射线管100还可包括用于减少由阳极122和阴极112生成的热量的其他冷却特征。
示例性台架
x射线管和辐射检测器可包括在诸如计算机断层成像(CT)扫描仪的旋转x射线系统中。计算机断层成像(CT)涉及通过在单个扫描操作(“扫描”)中收集若干投影图像(“射线照相投影”)来对对象的内部结构进行成像，并在医疗领域中广泛用于查看人体的选定部分的内部结构。通常，制作对象的若干二维投影，并且使用各种断层成像重建方法来根据投影构建对象的三维表示。根据三维图像，可生成穿过对象的常规CT切片。二维投影通常通过以下方式来形成：使来自“点源”(例如，x射线管)的辐射透射穿过对象(所述对象将基于其大小、密度和原子组成来吸收辐射中的一些)，并且将未吸收的辐射聚集到二维成像装置(即，辐射检测器)或包括像素检测器阵列(简称为“像素”)的成像器上。图2中示出这种CT系统。
图2示出旋转x射线系统的旋转组件(或台架组件)200或台架。台架包括支撑可旋转台架框架202的固定台架框架204。旋转台架可支撑x射线管210和辐射检测器或成像器(未示出)。台架还包括用于将旋转部件和框架与用户屏蔽开并提供美观覆盖物的台架盖件206。旋转台架框架可包括绕旋转台架框架的台架孔口208中的轴心以高速旋转的环形形状(即，环状)。设置在旋转台架框架上的部件上的离心力260(或台架力)可历经高力，所述高力可超过重力(g力、G’s、g’s或G载荷)或是g力的倍数(例如，g力的20倍)。例如，在x射线管以距轴心0.7米的半径安装在旋转台架框架上并且旋转台架框架在0.275秒/转(sec/rot)下进行旋转的情况下，x射线管上的部件、诸如轴承组件可经历37gs的力。
CT扫描方面的改进使用更高的台架旋转速度。因此，常规轴承的x射线管轴承寿命受到不利影响。更高的台架速度可减少轴承组件的可接受寿命。液态金属轴承(LMB)是可有效地解决较高G载荷的技术，但实现LMB可显著地增加成本并且需要显著改变系统设计。本文所描述的磁性提升装置可允许对现有系统进行修改，或可提供极具成本效益的向后兼容性寿命改进。如所论述，台架力260可在部件上添加另外的应力和磨损，所述部件诸如x射线管210中的阳极组件(图6中的240)的轴承组件(图6中的250)，如图3所示。
图3示出附接到可旋转台架框架202的x射线管210。x射线管包括：管外壳211；阳极242，其可接收由阴极(图1的112)发射的电子；转子234，其联接到阳极的轴；定子232，其围绕定子；铁磁提升轴(或提升轴)226，其联接到转子；以及提升电磁体222(或提升多极电磁体或电磁体)，其可向提升电磁体提供升力260，从而沿着基本上类似的中心线或旋转轴线提升转子和阳极的轴。如本文所使用，提升是指沿着轴线(例如，铁磁提升轴的单个轴线或基本上径向的方向)的力。提升力或升力可以是将两个部件(例如，铁磁提升轴和提升电磁体)拉到一起的吸引力，或者将两个部件(例如，铁磁提升轴和提升电磁体)推开来的斥力或排斥力。常常将会将提升力或升力作为吸引力来提及，但应理解，提升力或升力可以是沿着径向轴线的具有任何量值(正或负)的力。出于描述性目的，图3提供笛卡尔坐标系，其中y轴在竖直方向上、x轴在水平方向上并且z轴与x-y平面正交。台架的旋转发生在x-y平面中，并且阳极的轴的中心线或阳极的旋转轴线沿着z轴出现。在旋转期间，当x射线管与台架旋转轴线垂直时，台架力在竖直方向(即，y轴)上施加力。提升电磁体222可在相反方向上施加磁升力262(例如，磁力、反作用力或平衡力)。磁力可抵消、消减、减小或平衡轴承组件或阳极组件上的力(包括台架的离心力)。升力可减少振动或噪音、增加轴承寿命、增大轴承载荷能力、控制热接触、改进旋转组件的定中心和精度，并且允许在旋转型x射线管(例如，旋转阳极型x射线管)中使用更小的轴承(例如，滚珠轴承或其他旋转轴承)或使用其他轴承类型。减少振动和噪音也可使扫描过程对于患者来说更加愉快。在旋转阳极的情况下示出实例。在其他实例(未示出)中，阴极旋转而阳极保持固定(即，旋转阴极型x射线管)。本文所描述的原理也可适用于旋转阴极型x射线管。
示例性提升电磁体
图4示出x射线管210的包壳或插入件212。插入件包括将阴极和阳极包封在抽空腔室或壳体中的壁(即，插入件壁或包壳壁)。插入件壁可包封阴极区(未示出)、漂移区213、阳极区216、转子区(图6的215)以及提升区214。
图5-6示出x射线管210的插入件212和提升电磁体222的各种视图。x射线管包括阳极组件240、轴承组件250、电机组件230以及提升组件220。阳极组件、轴承组件、电机组件以及提升组件被设计来绕阳极组件中心线(或轴承中心线)248旋转。阳极区中的阳极组件240包括阳极242以及阳极外轴244和阳极内轴246，所述阳极外轴244支撑阳极，所述阳极内轴246联接到外轴并且可旋转地联接到轴承组件中的轴承(例如，滚珠轴承252和254)。内轴可包括至少一个轴承滚道(例如，滚珠轴承滚道)。轴承组件250包括外滚珠轴承和滚道252、内滚珠轴承和滚道254以及轴承套筒246。外是指更靠近阳极组件的边缘、更靠近阳极或更远离电机组件230的相对位置。内是指更靠近阳极组件的中间、更远离阳极或更靠近电机组件的位置。虽然示出滚柱元件轴承类型(例如，工具钢滚珠轴承或工具钢滚道)，但是在其他实施方案中，可使用其他轴承类型，诸如滑动轴承(例如，套筒轴承或轴颈轴承)(如图7所示)或动液轴承(诸如液态金属轴承(LMB))。2015年12月14日提交的标题为“AntiwettingCoating for Liquid Metal”的美国专利申请号14/968,078公开了液态金属轴承的实例，所述申请以引用的方式整体并入。在图7中，阳极241联接到充当用于轴承组件的旋转套筒的阳极轴或套筒247。提升轴或套筒229可联接到阳极套筒，并且转子235可联接到提升套筒。轴承轴257是固定部件，并且阳极套筒247是套筒轴承的旋转部件。
回顾图5-6，电机组件230包括定子232和转子234。转子234在一端上包括转子空隙236或开口，它可以是圆柱形空隙。具有转子空隙的转子可形成转子套筒。转子空隙允许转子附接到阳极轴(例如，阳极内轴246)，或与轴承中心线248对准。这些部件(例如，阳极轴和转子[或转子轴])可使用永久或半永久紧固或附接机构来附接到彼此，所述紧固或附接机构诸如螺栓、螺母、螺钉、其他螺纹紧固件、铆钉、销、夹、扣环、闩锁、夹具、钎焊或焊接。这些部件可使用螺钉、螺栓、半永久附接机构或永久附接机构来联接到彼此。半永久附接机构包括螺钉、螺栓或可通过对附接机构的部件进行操纵而附接或解除附接的其他机构。永久附接包括用于将两个部件组合在一起、使得将部件从彼此移除而不损害部件不仅仅是需要对部件进行操纵的焊接、粘合剂、热或化学处理。除非另外陈述，否则部件的附接可通过半永久附接机构或永久附接来提供。在另一实例(未示出)中，转子可与阳极轴整合或永久地附接(例如，焊接或钎焊)。转子区215周围的插入件壁可设置在转子与定子之间。来自定子绕组的磁场的电磁感应可穿过插入件壁到达转子。插入件壁与转子之间的小间隙允许转子无机械阻力地旋转。
提升组件220包括联接到轴承中心线248(例如，通过转子)的铁磁提升轴(或提升轴)226以及可在提升轴上施加磁力的提升多极磁体222。提升轴可包括提升轴空隙227或开口，它可以是圆柱形空隙。具有提升轴空隙的提升轴可形成提升套筒。提升轴空隙允许转子附接到转子，或与转子套筒或轴承中心线248对准。为减小轴中的涡流，提升轴可在中心线(z轴)的方向上包括槽270，或在垂直于中心线的方向(x-y平面)上包括叠片272。图22示出带槽铁磁轴226A。图23示出层压铁磁轴226B。图5-6示出用于将转子联接到提升轴的转子至提升轴接头238。转子至提升轴接头可包含用于改进都使用磁场进行操作的转子组件与提升组件之间的磁隔离的非铁磁材料。在另一实例(未示出)中，提升轴可与转子整合或永久地附接(例如，焊接或钎焊)。
提升多极磁体包括朝向铁磁轴定向的至少两个极端。图2-6所示的提升多极磁体222包括具有形成“M”或“W”形状的三个极端的提升电磁体芯(或芯部)225，其中绕组224在极之间缠绕在芯部(或芯腹板)周围。如图2-6所示，三极磁体设计具有消除可由于楞次定律而出现的涡流的益处，这减少了发热并增大了磁升力。为在三极构型中获得最大升力，外部极可被构造(例如，通过绕组中的电流方向)成具有与内部极相反的极性(例如，在外部极上为南极并且在内部极上为北极；或在外部极上为北极并且在内部极上为南极)。三极电磁体的“M”构型也可减小提升电磁体的磁芯中的涡流。在另一实例(未示出)中，可使用另外的极，诸如4个极、5个极或更多个极。对于多个极来说，朝向铁磁轴定向的极端在中心线轴(即，z轴)的方向上在北极与南极之间交替。
涡流，也称作佛科电流，是导体(例如，金属)中的变化的磁场因法拉第感应定律而在导体内感应出的圆形电流。法拉第感应定律是预测磁场将如何与电路交互以产生电动势(EMF)(称作电磁感应的现象)的电磁定律。涡流在电导体内在垂直于磁场(B场)的平面内在闭合环路中流动。通过由例如交流(AC)电磁体产生的随时间变化的磁场，或通过磁体与附近导体之间的相对运动，可在附近的固定导体内感应出涡流。给定环路中的涡流的量值与磁场强度(B)、环路面积以及磁通量(Φ)的变化率(即，频率)成正比，并且与材料的电阻率(ρ)成反比。
材料选择可影响磁性装置、诸如提升磁体或铁磁轴的性能。磁性材料需要在真空中和处理后保持磁化，并且是真空相容的，诸如冷拉碳磁铁(CMI-C)。
提升磁体或铁磁轴包含铁磁和亚铁磁材料。铁磁和亚铁磁材料是可展现出自发磁化的材料。更具体地，如果材料的所有磁性离子对净磁化具有正贡献，则材料是“铁磁的”。如果磁性离子中的一些从净磁化中减去(如果磁性离子部分地反对准)，则材料是“亚铁磁的”。亚铁磁材料是具有带相反磁矩(如反铁磁性中)的原子群的材料。然而，在亚铁磁材料中，相反力矩不相等并且自发磁化仍存在。少数物质中存在铁磁性，这些物质诸如铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、它们的合金以及稀土金属的一些合金。例如，铁磁化合物或材料包括锰铋(MnBi)、锰锑(MnSb)、二氧化铬或氧化铬(IV)(CrO2)、锰砷(MnAs)、钆(Gd)、镝(Dy)以及氧化铕(EuO)。亚铁磁化合物或材料包括氧化铁(III)(Fe2O3)或三氧化二铁、氧化铁(II，III)(FeOFe2O3或Fe3O4)、氧化镍-氧化铁(III)(NiOFe2O3)、氧化铜-氧化铁(III)(CuOFe2O3)、氧化镁-氧化铁(III)(MgOFe2O3)、氧化锰-氧化铁(III)(MnOFe2O3)和钇铁石榴石(Y3Fe5O12)。如本文所使用并且为使描述技术简化，“铁磁”材料是指可展现出自发磁化的材料(即，铁磁材料或亚铁磁材料)。
提升磁体或铁磁轴可包括各种材料，诸如实心金属芯(例如，硅钢芯)、粉末金属芯(例如，羰基铁芯)以及铁氧体或陶瓷芯。实心金属芯可包括“软”(退火)铁、“硬”铁、层压硅钢、特殊合金(用于磁芯应用的专用合金，诸如mu金属、坡莫合金以及超透磁合金)以及玻璃质金属(例如，呈非晶态或玻璃态的非晶态金属合金[例如，金属玻璃(Metglas)])。
也称作电工钢、叠片钢、硅电工钢、硅钢、继电器钢或变压器钢的层压硅钢是特制钢，其被定制来产生某些磁特性，诸如小磁滞面积(即，每循环的小能量耗散或低磁芯损耗)和高磁导率。层压硅钢材料通常被制造成小于2mm厚的冷轧带钢的形式。这些带钢在堆叠在一起以形成芯部时称作叠片。
因为层压硅钢中的铁是相对良好的导体，所以铁不能以块体形式与迅速变化的场一起使用，因为由于磁场将出现强烈的涡流，从而导致巨大损失(例如，感应发热)。
通常一起使用来增加铁的电阻并由此减小涡流的两种技术是铁与硅的层压和合金化。
层压磁芯由尽可能平行于通量线的薄的绝缘铁片制成。使用这种技术，磁芯等效于许多单独的磁路，每个磁路仅接收磁通量的一小部分(因为它们的截面是整个芯部截面的一部分)。因为涡流围绕通量线流动，所以叠片减小大部分涡流的流动，并且将任何流限制到远远更小的、更薄的并且因此电阻更高的区域。所以，更薄的叠片导致更弱的涡流。
还使用硅(Si)合金化来增大铁(Fe)的电阻。将少量硅添加到铁中(例如，约3％)导致电阻率的显著增大，高达单独使用铁的四倍高。硅浓度的进一步增大削弱钢的机械特性，从而导致由于脆性而使轧制困难。
在晶粒定向(GO)和晶粒无定向(GNO)两种类型的硅钢中，GO对于磁芯更为合宜。晶粒定向硅钢(GOSS)芯或冷轧晶粒定向(CRGO)硅钢是各向异性的，从而在一个方向上提供比GNO更好的磁特性。因为感应器和芯部中的磁场是沿着相同方向的，所以在优选取向上使用晶粒定向钢是有利的。在磁场的方向可改变的情况下，旋转机器不受益于晶粒定向钢，因此可使用GNO硅钢。
铁氧体是可用于提升磁体或铁磁轴的另一种类型的亚铁磁磁性材料。铁氧体是通常通过氧化铁(III)Fe2O3)或氧化铁(II，III)(Fe3O4)与一种或多种另外的金属元素(Me)化学地组合而构成的一种类型的陶瓷化合物。在另一实例中，铁氧体包括不是由铁构成的材料。铁磁性是最通常与铁相关联的一般类的磁性行为，但也可与其他材料相关联。铁氧体既不导电又是亚铁磁的，这意味着铁氧体可被磁化或吸引到磁体。铁氧体通常是由诸如赤铁矿(Fe2O3)或磁铁矿(Fe3O4)的铁氧化物以及其他金属的氧化物衍生的非导电亚铁磁陶瓷化合物。像大多数其他陶瓷一样，铁氧体硬而脆。
铁氧体可被分类为“软”或“硬”，“软”或“硬”是指铁氧体的低或高磁矫顽性。磁矫顽性、矫顽场或矫顽力是铁磁材料承受外部磁场而不被去磁的能力的量度。相似特性、即电矫顽性是铁磁材料承受外部电场而不被去极化的能力。
软铁氧体具有低矫顽性，并且含有可在电磁芯中使用的镍(Ni)、锌(Zn)和/或锰(Mn)化合物。低矫顽性意味着材料的磁化可容易反转方向而不耗散太多能量(磁滞损失)，而材料的高电阻率防止芯部中的涡流，这是另一能量损失源。软铁氧体的一些实例包括锰锌铁氧体(MnZn，其化学式为MnaZn(1-a)Fe2O4)和镍锌铁氧体(NiZn，其化学式为NiaZn(1-a)Fe2O4)。
与软铁氧体相比，永磁铁氧体由在磁化之后具有高矫顽性和高顽磁性的硬铁氧体制成。在硬铁氧体磁体的制造中使用氧化铁以及碳酸钡或碳酸锶。高矫顽性意味着材料极耐受去磁，这是永久磁体的基本特性。它们也具有高磁导率。硬铁氧体的实例包括锶铁氧体(SrFe12O19或SrO·6(Fe2O3))、钡铁氧体BaFe12O19(BaO·6(Fe2O3))和钴铁氧体(CoFe2O4(CoO·Fe2O3)。
回顾图5-6，芯部225周围的绕组(或线圈或电线)224可包括导电材料与电绝缘护套，诸如搪瓷电磁线(即，变压器电线)。
提升间隙228是提升轴226与提升电磁体222之间的间隔。提升间隙可包括提升区214中的插入件壁以及插入件壁与提升轴之间的真空。在一些实例中，提升间隙包括提升电磁体不接触插入件壁时(诸如，提升电磁体和插入件壁具有不同电势时)插入件壁与提升电磁体之间的空间。包括真空的提升间隙提供余隙和公差以供提升轴无机械阻力(例如，来自接触插入件壁或提升电磁体的摩擦力)地旋转。真空和空气具有低磁导率(由μ表示)，这可降低从提升电磁体施加到提升轴的磁力。磁导率是材料支持在自身内形成磁场的能力的量度。减小提升间隙可增强施加到提升轴的磁力。提升磁体对提升轴的力与提升间隙的平方成反比，所述力F可由
Figure BDA0001804031600000141
逼近，其中提升间隙由间隙表示。在一个实例中，提升间隙可小于2毫米(mm)。在另一实例中，提升间隙可小于1mm。对于主要作用于提升轴而不是极之间的磁场的磁通量来说，极端之间的距离可以是提升间隙的至少十倍大。在一个实例中，提升区中的插入件壁可小于1mm。在另一实例中，提升区中的插入件壁可小于0.8mm。提升区中的插入件壁可使用具有低磁导率或极低铁磁特性的材料，诸如不锈钢。在非抽空区，也可使用间隙减小材料，诸如铁磁流体。
图8示出整合到插入件壁214中的提升电磁体222的极端，所述整合可减小提升间隙并增大磁场强度。提升电磁体到插入件壁中的整合可被执行以仍维持插入件的真空。图9示出定位在插入件214内的提升电磁体222，所述定位可减小提升间隙并增大磁场强度，但是可能面临从提升电磁体的绕组224或芯部225散热的挑战。
提升电磁体222(通过提升轴226)在旋转组件上施加磁升力262，这可改进轴承寿命或增大轴承的承载能力。电磁体的磁力可用于抵抗轴承组件上的载荷(诸如，台架的离心力)，并且用于消减振动并增加x射线管的阳极组件(或旋转组件)的稳定性。由提升磁体生成的力可施加在旋转组件上的任何位置，包括在质心处(或不在质心处)，并且可采用提供力的磁性提升装置中的一个或其组合。
例如，图10示出被构造来向阳极243施加磁力的双极提升电磁体223，所述阳极243也充当提升轴。阳极可包括用于生成x射线的具有高原子序数的材料(例如，W和Re)以及可用于对阳极进行磁性提升的铁磁材料。如图所示，提升磁铁位于两个滚珠轴承和滚道252与254之间。
图11示出位于阳极中心线248的相反端上的两个提升电磁体222A-222B，其向两个不同的提升轴或套筒226A-226B施加力。第一提升轴226A联接到阳极轴，并且第二提升轴226B联接到转子234。也可使用提升电磁体和提升轴相对于轴承组件和阳极的其他位置。
在沿着旋转组件的某处或在旋转组件上的多个位置处使用磁力可减小轴承组件上的力并改进轴承寿命。力可施加在基本上质心附近(见图10)、如在质心两侧上(见图11)，或者施加在沿着旋转组件的位置的组合中、诸如悬臂式力(见图2-9)，或者这些方法的组合。
图12A示出提升电磁体定位在轴承组件与定子之间的x射线管的阳极组件的透视图，并且图12B示出图12A的侧视剖面图。通过相对于图4-6调换定子和提升磁体的位置，提升磁体更接近轴承组件250。提升电磁体222被构造来对提升轴266进行提升，并且定子232被构造来使旋转体264旋转。许多管外壳设计在外壳的中部(例如，在阳极区中)提供更大的内径。将提升磁体定位在轴承组件附近可允许提升电磁体222在不改变管外壳设计的情况下针对相同大小的芯部(例如，沿着z轴的长度)在芯腹板224(图6)周围具有更多线圈，这可增加匝数和提升电磁体的力。提升电磁体可用于降低并平衡轴承滚道上的台架载荷反作用力。相对于图4-6中的设计，由于升力相对于重心之间的更小的力矩臂(即，杠杆作用)，所以去往线圈的输入功率可更高。然而，在芯腹板周围的绕组的更多匝的情况下，图12A-12B中的提升电磁体与图4-6中的设计相比仍可具有更大的最大力(即使具有更小的力矩臂也是如此)。
图13A示出定子233与提升电磁体222共面的x射线管的阳极组件的透视图，并且图13B示出图13A的侧视剖面图。定子和提升电磁体可在旋转轴的同一截面(即，沿着z轴在同一x-y平面中)上进行操作。提升电磁体和提升轴239定位在电机和提升组件231的外部上，并且定子和转子237定位在电机和提升组件的内部上，其中定子定位在转子空隙中。提升轴和转子在轴承组件附近的一端上联接在一起。在提升区周围的插入件壁217定位在提升电磁体与提升轴之间、并且转子区周围的插入件壁218定位在定子与转子之间的情况下，提升电磁体和定子仍可定位在抽空壳体外部。图13A-13B中所示的设计可减小x射线管轮廓(例如，沿着z轴的管外壳和插入件)的长度，但是可增大x射线管轮廓在电机和提升组件区中的直径。
图14A示出扇形定子296与提升电磁体291共面的x射线管的阳极组件的透视图，所述提升电磁体291被构造来作用在电机和提升组件290的同一转子294上，并且图14B示出图14A的侧视剖面图。提升电磁体可与其他设计中的提升电磁体类似地被构造，具有缠绕在提升电磁体芯部293周围的线圈292，但是针对极端具有楔形或饼形形状。此外，极端可包括位于转子附近的凸缘。虽然未示出，但是扇形定子或提升电磁体与转子之间可存在插入件壁。对于提升电磁体，转子可起到提升轴的作用。扇形定子是部分地围绕转子(或部分地与其磁联接)(例如，小于转子的360°的圆周)的定子。类似于常规定子，扇形定子具有缠绕在定子芯部298周围或从中穿过的定子线圈297。相比之下，常规定子具有在360°圆周上完全围绕转子的对称绕组。在一个实例中，扇形定子覆盖在90°与355°之间的扇形。在另一实例中，扇形定子覆盖在180°与350°之间的扇形。在另一实例中，扇形定子覆盖在240°与330°之间的扇形。扇形定子可与常规定子具有类似的功能性，诸如类似的达到最大速度的时间、类似的大小以及类似的线圈发热。通常，常规定子用于针对最小定子或转子设计(例如，更少线圈或线圈中的更小电流)提供与转子的最大磁耦合。提升电磁体可占据由扇形定子形成的所得间隙。在一个实例中，提升电磁体覆盖在180°与5°之间的扇形。在另一实例中，提升电磁体覆盖在120°与30°之间的扇形。图14A-14B中所示的扇形定子291具有近似270°的扇形，并且提升电磁体具有小于90°的扇形。扇形定子设计可具有与常规定子设计相同的x射线管轮廓，但是具有电磁体提升能力。
图15示出具有电机和提升组件281的混合定子283的阳极组件280的侧视剖面图，所述混合定子283将提升电磁体与常规定子组合起来。定子包括卷绕起来以用于提升(例如，提升电磁体)和旋转(例如，常规定子)两者的线圈。定子283在位于定子的极中的每一个周围的一个部分上的更多匝可允许定子提升并驱动旋转，而定子282的其他部分可具有常规匝数(例如，比定子283少的匝)。因此，定子283由于另外的匝(或线圈)而可比仅被构造用于旋转的定子282大。用于旋转的线圈(例如，用于AC的线圈)可与用于提升的线圈(例如，用于AC的线圈)分开。例如，定子可包括允许DC磁场叠加在旋转的AC场上以使得定子提升并旋转的另外的绕组。转子可起到提升轴以及常规转子的作用。
图16A示出提升电磁体的线圈与定子线圈整合(定子和提升线圈286)的混合定子283的透视图，并且图16B示出图16A的侧视剖面图。整合线圈可以是用于提升和旋转的相同线圈，或是用于提升的线圈和用于旋转的线圈上的分离电连接件。
图17A示出具有提升电磁体的线圈288和定子线圈289的混合定子的透视图，并且图17B示出图17A的侧视剖面图。提升线圈在定子的一侧上提供提升，而定子线圈为转子提供旋转。
图18A示出具有提升电磁体222和次级提升电磁体221的x射线管的阳极组件的透视图，并且图18B示出图18A的侧视剖面图。多个电磁体的使用可用于人为地使阳极组件的重心移位。在阳极组件上进行提升的理想位置在阳极组件的重心处。然而，重心通常位于靶内或其附近，在这里，由于热原因和空间约束，阳极可能难以提升。因此，例如，提升电磁体可在一个轴承滚道254(充当支点)上相对于在另一轴承滚道252上施加更大的力或应力。两个磁体(即电磁体和次级提升电磁体)的使用可有助于平衡轴承上的升力。两个磁体的使用可允许更复杂的行为和更高的移动自由度以及阳极组件和轴承上的更多力。靠近重心定位的次级提升电磁体可施加与重力相反的力并减小轴承上的载荷。远离重心定位的提升电磁体磁体可在与次级提升电磁体相反的方向上拉动，并提供平衡力以帮助在每个轴承滚道上提供相等的载荷。另外的提升电磁体可向x射线管轮廓(沿着z轴)添加另外的长度。
提升电磁体可具有各种线圈或绕组构型。例如，可在极端(例如，内极端或外极端)上或在位于极端之间的芯腹板上添加线圈。图19A-21B示出具有各种线圈构型的提升电磁体。将线圈添加到外极端322可向x射线管轮廓添加另外的长度，这可能是所不希望的。
图19A示出在内极端324周围具有线圈334的三极提升电磁体310的透视图，并且图19B示出图19A的侧视剖面图。在内极端周围具有线圈的益处在于：线圈被包括在磁体芯320的体积内。因此，可使磁体芯体积最大化，使得提升电磁体可在饱和之前处理更多磁通量。缺点在于：仅可在三个极中的一个极中控制磁通量。例如，外部极中的一个中与另一外部极中相比存在更多磁通量(由于每个外部极与提升轴之间的距离或其他因素)，所以跨提升电磁体的提升可能不平衡。因此，可在次最佳位置中施加升力。
图20A示出在位于极端322与324之间的芯腹板326周围具有线圈336的三极提升电磁体312的透视图，并且图20B示出图20A的侧视剖面图。在芯腹板线圈的情况下，通量可在磁体中、尤其是在线圈具有相等匝数和类似电流的情况下得到均等平衡。然而，芯腹板线圈中的每个线圈的一半在磁体芯320外部，所以当管外壳约束允许用于提升电磁体的空间时，从磁体芯突出的芯腹板线圈可减小磁体芯的大小。因此，对于相同的体积来说，这种线圈组件(coil pack)变型与单个中间线圈导致更小的磁芯和更小的通量容量。
图21A示出在内极端324以及位于极端之间的芯腹板326周围具有线圈334和336的三极提升电磁体314的透视图，并且图21B示出图21A的侧视剖面图。提升电磁体314是提升电磁体310与提升电磁体312之间的混合体。具有另外的线圈允许就线圈匝计数和总体体积优化而言对提升电磁体进行优化方面的更大自由度。例如，提升电磁体的三个不同线圈可具有在仍维持相对小的大小的同时、在穿过磁体各个极的相等磁通量的情况下使磁体性能和力最大化的匝计数。
磁性提升装置可以是被动的(例如，永磁体)或是主动的(例如，电磁体)。主动手段的实例包括电磁力或感应力。被动手段的实例包括加载有与台架力的方向相反的力的支承轴承，或与台架力相反地对轴承加负荷的永磁体。可包括永磁体和电磁体的一个或多个磁性提升装置可用作力抵消装置。
因为台架力不是恒定的(在不操作时是固定的，在起动期间斜升或在关闭期间斜降，或者处于指定台架速度下)，所以升力也可变化以适应多变的台架力。向提升电磁体施加的电流可由控制模块、控制系统或控制单元(诸如图24所示的管控制单元(TCU)450)改变、控制。提升电磁体可由提升电磁体的绕组中的AC或DC来启动。提升电磁体和铁磁轴可适于AC或DC。TCU可包括用于生成用于提升磁体的电流的提升驱动器452。在一些实例中，TCU可与x射线管整合，或在其他实例中，TCU可以是与x射线管分开的部件。TCU可位于旋转台架框架上，或位于诸如固定台架框架的固定部件上。
图24示出示例性x射线系统400(例如，旋转x射线系统)的一些部件。x射线系统包括：x射线管410，其生成x射线束428并包括提升磁体412；TCU 450，其可向x射线管提供一些控制功能；x射线检测器430，其用于检测x射线束并生成图像数据432；以及系统控制单元440，其可提供对x射线系统的部件(例如，x射线管、TCU、x射线检测器以及台架)的总体控制并且向所述部件提供系统信息442(例如，参数)。系统控制单元可提供可包括台架速度的台架控制444。在一个实例中，系统控制单元可向TCU提供所述系统信息。TCU或系统控制单元可使用系统信息来计算x射线管的轴承组件上的台架力。基于可包括台架力的载荷力，TCU可生成升力以抵消或对抗载荷力。在一个实例中，TCU可与x射线管整合。在另一实例中，TCU可以是与x射线管分开的部件。在一些实例中，TCU可包括与x射线管相关的其他功能性，诸如转向和聚焦。
在另一实例中，x射线管包括传感器414以测量阳极组件的参数，所述参数可用于确定载荷力、台架力或升力。传感器可在x射线系统的操作期间提供动态反馈。示例性传感器可包括：霍尔传感器，其非常接近提升电磁体的极端，用于测量提升电磁体的磁通量；电流传感器，其联接到提升电磁体的绕组，用于测量提升电磁体的绕组的电流；电压传感器，其联接到提升电磁体的绕组，用于测量提升电磁体的绕组的电阻；位移传感器或超声传感器，其用于测量提升电磁体与铁磁轴之间的间隙的距离或铁磁轴上的偏转；加速计416，其用于测量阳极组件中的振动、离心力或转子力；温度传感器或热电偶，其联接到提升电磁体的绕组或芯部，用于测量提升电磁体的绕组或芯部的温度；或力传感器，其用于测量轴承组件上的力。
在一个实例中，TCU和x射线管可独立于来自系统控制单元的系统信息或台架控制提供传感器反馈。传感器可提供可从中得出载荷力、台架力或升力的测量值，并且TCU可调整去往提升电磁体的电流以适应于载荷力、台架力或升力的变化的状况。
图25示出用于控制提升电磁体的示例性控制系统。控制系统包括具有提升功率供应源454的TCU 450，所述功率供应源454向控制模块470和提升驱动器452提供功率457和458。控制模块470包括处理器472(例如，控制器或微处理器)以及可包括提升数据482的数据存储装置480。处理器包括存储器472，所述存储器472包括用于初始化TCU的引导载入程序代码472、用于运行TCU应用的应用代码476以及用于处理数据的数据存储器478。控制模块可向提升驱动器发送强度信号454以用于生成提升电流，并且可从提升驱动器接收错误信号。
所施加的磁力可由来自TCU的电功率控制，所述电功率可控制提升电磁体中的电流、提升电磁体与铁磁轴的距离、或这些方法的组合。
虽然可使用永磁体来提供升力，但是永磁体在与提升轴相距固定距离的情况下提供恒定力，这不允许在不调整永磁体与提升轴之间的距离的情况下基于变化的台架速度(其改变台架力)来改变升力。永磁体是由被磁化并形成其自己的永久磁场的材料制成的物体。
如果使用永磁体，那么铁磁轴上的磁力可由距离、温度、磁体元件取向、间隙、或在磁体阵列(诸如，海尔贝克阵列)的情况下的插置材料来控制。海尔贝克阵列是特殊磁体布置，所述布置增强阵列的一侧上的磁场，同时将阵列的另一侧上的磁场消除到接近于零。
图26示出使用作为提升磁体的永磁体350与致动器的x射线管。致动器可改变提升间隙，这可改变提升轴上的力。致动器可用于基于台架速度或轴承组件上的载荷来改变升力。提升磁体可通过x轴可动轴361联接到x轴致动器360，通过y轴可动轴363联接到y轴致动器362，或通过z轴可动轴365联接到z轴致动器364。x轴致动器、y轴制动器或z轴致动器可联接到管外壳，并且x轴可动轴、y轴可动轴或z轴可动轴可联接到永磁体。在另一实例中，可动轴可联接到管外壳，并且致动器外壳可联接到永磁体。
在另一实例中，提升永磁体可结合提升电磁体来使用。
控制提升电磁体的方法
图27所示的流程图示出控制x射线管的阳极组件上的提升电磁体的方法600。所述方法包括：确定在径向方向上作用于阳极组件的轴承组件上的载荷力的步骤，如在步骤610中。之后是：生成供提升电磁体用于对抗载荷力的电提升信号的步骤，如在步骤620中。所述方法的下一步骤包括：由提升电磁体在联接到轴承组件的铁磁轴上生成磁反力，如在步骤630中。磁反力是根据电提升信号生成的并且在与载荷力基本上相反的方向上。
本文所描述的技术(方法、组件、部件、系统和方法)解决了旋转x射线系统中的x射线管的常规轴承组件(尤其是产生高g力状况的那些)所面临的许多挑战。所描述的技术可抵消、消减、减小或平衡轴承组件或阳极组件上的力(包括台架的离心力)。所描述的技术可减少振动或噪音、增加轴承寿命、增大轴承载荷能力、控制热接触、改进旋转组件的定中心和精度，并且允许在旋转型x射线管(例如，旋转阳极型x射线管)中使用更小的轴承(例如，滚珠轴承或其他旋转轴承)或使用其他轴承类型。
使用所描述实例中的至少一个，即以距轴心0.7米的半径安装在旋转台架框架上、在0.275sec/rot
Figure BDA0001804031600000221
下进行旋转、并且使用提升电磁体的x射线管，轴承上的转数至少是不具有提升电磁体的x射线管上的轴承组件在轴承失效之前的常规寿命的3倍(即，轴承组件的寿命相对于常规寿命延长了3倍)。对于以距轴心0.7米的半径安装在旋转台架框架上、经历近似50gs、并且使用提升电磁体的x射线管，轴承组件的寿命是不具有提升电磁体的经历37gs的x射线管的轴承组件在轴承失效之前的寿命的2倍。因此，使用提升电磁体可延长阳极组件中的轴承组件的寿命，并且引申开来，可延长x射线管的寿命。
在一个实例中，一种阳极组件包括阳极242、轴承组件250、铁磁轴226以及提升电磁体222。所述阳极被构造来接收由阴极发射的电子。所述轴承组件被构造来在所述阳极的旋转期间使所述阳极稳定。所述铁磁轴联接到所述阳极，并且具有与所述阳极的旋转轴线基本上共线的旋转轴线。所述提升电磁体被构造来在径向方向上向所述铁磁轴施加磁力。
在另一实例中，所述提升电磁体包括朝向所述铁磁轴定向的至少三个极端。所述提升电磁体的绕组(或线圈)可位于所述极之间的至少一个芯腹板336上、位于内极端334上、或位于所述至少一个芯腹板336和所述内极端334上。所述铁磁轴可包括带槽轴226A或层压轴226B。所述提升电磁体由所述提升电磁体的绕组中的交流(AC)或直流(DC)启动。所述阳极组件还可包括定子232，所述定子232至少部分地围绕联接到所述阳极的转子套筒234，其中所述转子套筒被构造来响应于施加在所述定子上的电磁场而旋转，并且所述提升电磁体的所述绕组至少部分地围绕所述定子的芯部。所述轴承组件可包括具有至少一个滚道252或254的滚珠轴承组件、滚柱元件轴承、滑动轴承、套筒轴承247和257、轴颈轴承、或液态金属轴承。
在另一实例中，所述阳极组件还可包括控制模块470，所述控制模块470被构造来改变所述铁磁轴上的所述磁力。所述阳极组件还可包括传感器414以检测所述铁磁轴上的所述磁力。所述控制模块被构造来基于传感器值改变向所述提升电磁体施加的电流。所述传感器可包括联接到所述提升电磁体的所述绕组的安培计或电压计、非常接近所述提升电磁体的极端的霍尔传感器、超声传感器、或位移传感器。
在另一构型中，所述阳极组件还可包括转子套筒，其联接到所述阳极。所述转子套筒234可被构造来响应于所施加的电磁场而旋转。
在另一实例中，所述提升电磁体222或291相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线与所述定子233或296共面。所述阳极组件还可包括扇形定子296，其部分地围绕联接到所述阳极的转子套筒。所述转子套筒被构造来响应于施加在所述扇形定子上的电磁场而旋转，并且所述提升电磁体291相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线与所述扇形定子共面。所述扇形定子可在180°与350°之间部分地围绕所述转子套筒。
在另一实例中，一种x射线管包括：抽空壳体；阴极，其设置在所述抽空壳体内；阳极，其设置在所述抽空壳体内，被构造来接收由所述阴极发射的电子；轴承组件250，其被构造来在所述阳极的旋转期间使所述阳极稳定；定子232，其被构造来生成电磁场；转子套筒234，其联接到所述阳极，其中所述转子套筒被构造来响应于从所述定子施加的电磁场而旋转；铁磁轴226，其联接到所述阳极并且具有与所述阳极的旋转轴线基本上共线的旋转轴线；提升电磁体222，其被构造来在径向方向上向所述铁磁轴施加磁力。
在另一实例中，所述提升电磁体包括朝向所述铁磁轴定向的至少三个极端。所述提升电磁体的所述极端可延伸穿过所述抽空壳体的包壳(图8)。在另一构型中，所述提升电磁体设置在所述抽空壳体内(图9)。在另一构型中，所述提升电磁体222相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线与所述定子233共面，并且所述定子定位在所述抽空壳体外部。在另一构型中，所述提升电磁体222相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线定位在所述轴承组件250与所述定子232之间(图12A-12B)。
在另一实例中，所述x射线管还包括管控制单元(TCU)450，其被构造来改变所述铁磁轴上的所述磁力。所述x射线管还可包括传感器以检测所述铁磁轴上的所述磁力。所述管控制单元被构造来基于传感器值改变向所述提升电磁体施加的电流。所述x射线管还可包括加速度计，其设置在所述x射线管中以确定所述轴承组件上的力。所述管控制单元可被构造来基于来自所述加速度计的加速度计值来计算阳极旋转速度。
在另一实例中，一种x射线系统包括：可旋转环形台架200；如先前所述的x射线管，其联接到所述可旋转台架；以及x射线检测器，其联接到所述可旋转台架并且被构造来检测来自所述x射线检测器的x射线辐射。所述管控制单元可被构造来基于来自加速度计的加速度计值来计算所述轴承组件上的台架力或者台架旋转速度。
在另一实例中，一种x射线系统包括：可旋转环形台架；如先前所述的x射线管，其联接到所述可旋转台架；系统控制单元，其被构造来提供对所述可旋转台架的控制并且向TCU发送系统数据，并且所述TCU或所述系统控制单元基于台架数据来计算所述轴承组件上的力，并且所述TCU与所述轴承组件上的所述力成正比地改变磁力。所述x射线系统还可包括x射线检测器，其联接到所述可旋转台架并且被构造来检测来自所述x射线检测器的x射线辐射。
在另一实例中，一种控制x射线管的阳极组件上的提升电磁体的方法可包括：确定在径向方向上作用于阳极组件的轴承组件上的载荷力。之后可以是：生成供提升电磁体用于对抗所述载荷力的电提升信号的步骤。所述方法的下一步骤包括：由所述提升电磁体在联接到所述轴承组件的铁磁轴上生成磁反力。磁反力是根据电提升信号生成的并且在与载荷力基本上相反的方向上。
所述方法还可包括使可旋转台架框架旋转。所述阳极组件联接到x射线管并且所述x射线管联接到所述可旋转台架框架，并且所述可旋转台架框架的所述旋转将来自所述台架的离心力添加到所述载荷力。确定所述载荷力的步骤还可包括：基于所述可旋转台架框架的旋转速度来计算所述离心力。
在另一实例中，方法还可包括：使用传感器来感测所述阳极组件的参数。确定所述载荷力的步骤还包括：使用所述参数来计算所述载荷力或所述磁反力。所述传感器可以是非常接近提升电磁体的极端的霍尔传感器，并且所述参数是提升电磁体的磁通量测量值；或者所述传感器可以是联接到提升电磁体的绕组的电流传感器，并且所述参数是提升电磁体的绕组的电流测量值；或者所述传感器可以是联接到提升电磁体的绕组的电压传感器，并且所述参数可以是提升电磁体的绕组的电阻测量值；或者所述传感器可以是位移传感器或超声传感器，并且所述参数是提升电磁体与铁磁轴之间的间隙的距离测量值；或者所述传感器可以是加速度计，并且所述参数是阳极组件中的振动、离心力或转子力；或者所述传感器可以是联接到提升电磁体的绕组或芯部的温度传感器或热电偶，并且所述参数是提升电磁体的绕组或芯部的温度测量值；或者所述传感器可以是力传感器，并且所述参数是轴承组件上的力测量值。
生成电提升信号的步骤还可包括：生成用于提升电磁体的绕组的提升电流。生成磁反力的步骤可随着载荷力的改变而变化。
在另一实例中，x射线管的阳极组件包括：阳极，其被构造来接收由阴极发射的电子；轴承组件，其被构造来在阳极的旋转期间使阳极稳定；铁磁轴，其联接到阳极，并且具有与阳极的旋转轴线基本上共线的旋转轴线；以及提升磁体(例如，永磁体350)，其被构造来在径向方向上向铁磁轴施加磁力。
本文中所引用的所有参考文献均以引用的方式整体并入本文。
遍及本说明书对“实例”或“实施方案”的引用意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，遍及本说明书在各个地方出现的字词“实例”或“实施方案”不一定全是指同一实施方案。
此外，所描述的特征、结构或特性可以合适的方式在一个或多个实施方案中进行组合。在以下描述中，提供了众多具体细节(例如，布局和设计的实例)以提供对本发明的实施方案的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将意识到，本发明可在没有一个或多个具体细节的情况下或者在具有其他方法、部件、布局等的情况下进行实践。在其他情况下，未详细示出或描述众所周知的结构、部件或操作，以避免使本发明的各方面模糊。
虽然前述实例在一个或多个特定应用中说明本发明的原理，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可在不发挥创造性才能并且不偏离本发明的原理和概念的情况下在形式、用途和实施细节上进行众多修改。因此，本发明并不意图受限制。以下权利要求书中阐明本发明的各种特征和优点。

Claims (25)

1.一种用于x射线管的阳极组件，其包括：
阳极，所述阳极被构造来接收由阴极发射的电子；
轴承组件，所述轴承组件被构造来在所述阳极的旋转期间使所述阳极稳定；
铁磁轴，所述铁磁轴联接到所述阳极，并且具有与所述阳极的旋转轴线基本上共线的旋转轴线；以及
提升电磁体，所述提升电磁体包括延伸穿过所述x射线管的抽空壳体的包壳的极端。
2.如权利要求1所述的阳极组件，其还包括绕组，所述绕组位于所述提升电磁体的所述极之间的至少一个芯腹板上、位于内极端上、或位于所述至少一个芯腹板和所述内极端上。
3.如权利要求1所述的阳极组件，其中所述铁磁轴包括带槽轴或层压轴。
4.如权利要求1所述的阳极组件，其中所述提升电磁体由所述提升电磁体的绕组中的交流(AC)或直流(DC)启动。
5.如权利要求1所述的阳极组件，其中所述轴承组件包括具有至少一个滚道的滚珠轴承组件、滚柱元件轴承、滑动轴承、套筒轴承、轴颈轴承、或液态金属轴承。
6.如权利要求1所述的阳极组件，其还包括：
控制模块，所述控制模块被构造来改变所述铁磁轴上的所述磁力。
7.如权利要求6所述的阳极组件，其还包括：
传感器，所述传感器用于检测所述铁磁轴上的所述磁力，其中所述控制模块被构造来基于传感器值改变向所述提升电磁体施加的电流。
8.如权利要求7所述的阳极组件，其中所述传感器可包括联接到所述提升电磁体的所述绕组的安培计或电压计、非常接近所述提升电磁体的极端的霍尔传感器、超声传感器、或位移传感器。
9.如权利要求1所述的阳极组件，其还包括：
转子套筒，所述转子套筒联接到所述阳极，其中所述转子套筒被构造来响应于所施加电磁场而旋转。
10.如权利要求9所述的阳极组件，其中所述提升电磁体相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线与所述定子共面。
11.如权利要求1所述的阳极组件，其还包括：
扇形定子，所述扇形定子部分地围绕联接到所述阳极的转子套筒，其中所述转子套筒被构造来响应于施加在所述扇形定子上的电磁场而旋转，并且所述提升电磁体相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线与所述扇形定子共面。
12.如权利要求11所述的阳极组件，其中所述扇形定子在180°与350°之间部分地围绕所述转子套筒。
13.一种x射线管，其包括：
抽空壳体；
阴极，所述阴极设置在所述抽空壳体内；
阳极，所述阳极设置在所述抽空壳体内，被构造来接收由所述阴极发射的电子；
轴承组件，所述轴承组件被构造来在所述阳极的旋转期间使所述阳极稳定；
定子，所述定子被构造来生成电磁场；
转子套筒，所述转子套筒联接到所述阳极，所述转子套筒被构造来响应于来自所述定子的所施加电磁场而旋转；
铁磁轴，所述铁磁轴联接到所述阳极，并且具有与所述阳极的旋转轴线基本上共线的旋转轴线；以及
提升电磁体，所述提升电磁体被构造来在径向方向上向所述铁磁轴施加磁力，其中所述提升电磁体的极端延伸穿过所述抽空壳体的包壳。
14.如权利要求13所述的x射线管，其中所述提升电磁体相对于所述铁磁轴的所述旋转轴线与所述定子共面，并且所述定子定位在所述抽空壳体外部。
15.如权利要求13所述的x射线管，其还包括：
管控制模块(TCU)，所述管控制模块(TCU)被构造来改变所述铁磁轴上的所述磁力。
16.如权利要求15所述的x射线管，其还包括：
传感器，所述传感器用于检测所述铁磁轴上的所述磁力，其中所述管控制单元被构造来基于传感器值改变向所述提升电磁体施加的电流。
17.如权利要求13所述的x射线管，其还包括：
加速度计，所述加速度计设置在所述x射线管中。
18.一种x射线系统，其包括：
可旋转环形台架；
如权利要求17所述的x射线管，所述x射线管联接到所述可旋转台架；以及
x射线检测器，所述x射线检测器联接到所述可旋转台架并且被构造来检测来自所述x射线检测器的x射线辐射。
19.如权利要求18所述的x射线系统，其还包括管控制单元，所述管控制单元被构造来基于来自所述加速度计的加速度计值来计算所述轴承组件上的台架力或者台架旋转速度。
20.一种控制x射线管的阳极组件中的提升电磁体的方法，所述方法包括：
确定在径向方向上作用于阳极组件的轴承组件上的载荷力；
生成供提升电磁体用于对抗所述载荷力的电提升信号，所述提升电磁体包括延伸穿过所述x射线管的抽空壳体的包壳的极端；以及
由所述提升电磁体在联接到所述轴承组件的铁磁轴上生成磁反力，所述磁反力是根据所述电提升信号生成的并且在与所述载荷力基本上相反的方向上。
21.如权利要求20所述的方法，其还包括：
使可旋转台架框架旋转，其中所述阳极组件联接到所述x射线管并且所述x射线管联接到所述可旋转台架框架，并且所述可旋转台架框架的所述旋转将来自所述台架的离心力添加到所述载荷力。
22.如权利要求21所述的方法，其中确定所述载荷力还包括：
基于所述可旋转台架框架的旋转速度来计算所述离心力。
23.如权利要求21所述的方法，其还包括
使用传感器来感测所述阳极组件的参数；并且
其中确定所述载荷力还包括：使用所述参数来计算所述载荷力或所述磁反力。
24.如权利要求20所述的方法，其中生成所述电提升信号还包括：
生成用于所述提升电磁体的绕组的提升电流。
25.如权利要求20所述的方法，其中生成所述磁反力随着所述载荷力的改变而变化。
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