CN113948357A - 包括用于产生x射线的阳极的x射线源设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线源设备(1)，所述X射线源设备包括用于产生X射线的阳极(2)，所述X射线源设备具有用于使阳极(2)围绕阳极中轴线(A)旋转的驱动器(3)，所述驱动器包括定子(6)和第一转子(4)，其中第一转子(4)相对于阳极(2)抗扭，其中存在用于借助于冷却剂(10)冷却阳极(2)和/或驱动器(3)的冷却装置。通过驱动器(3)包括设计用于使冷却剂(10)流通的第二转子(5)的方式，为X射线源设备(1)提供特别紧凑的、容易的和有效的冷却。

Description

包括用于产生X射线的阳极的X射线源设备

技术领域

本发明涉及一种X射线源设备，所述X射线源设备包括用于产生X射线的阳极，所述X射线源设备具有用于使阳极围绕阳极中轴线旋转的驱动器，所述驱动器包括定子和第一转子，其中第一转子相对于阳极抗扭，其中存在用于借助于冷却剂冷却阳极和/或驱动器的冷却装置。

背景技术

用于工程用途或医学用途的X射线通常借助于射在阳极上的电子束产生。电子束的射中点称为焦斑。

由于借助于电子束引入到阳极中的能量，不仅引起X射线的发射，而且引起阳极的明显变热。

经常使用可以借助于驱动器置于旋转的所谓的旋转阳极。通过阳极的旋转和设置在阳极中轴线或阳极旋转轴线外、从外部观察静态的焦斑，电子束的能量以环形的方式引入到阳极中。因此引起在阳极上的改进的空间能量分布，并且不仅引起阳极在焦斑处的静态点加热。然而，阳极的驱动器同时也生成废热。

为了冷却阳极和/或驱动器，使用冷却装置，以便将在X射线源设备的运行期间产生的废热导出给环境。

包括冷却循环回路的冷却装置通常安置在X射线源设备的外部壳体外，并且需要相对大的结构空间。此外，所述结构空间不能有效地使用，因为所需的部件、例如软管由于必要的弯曲半径不能任意紧凑地安装。

此外，在设置在外部壳体外的这种冷却装置部件中，不仅附加的软管和连接元件的质量和空间需求是不利的，而且处于软管中的冷却剂的附加的质量引起X射线源设备的增加的总重量。

例如从DE 10 2016 217 423 A1中已知一种用于冷却X射线管的阳极的装置。在此使用不同的冷却循环回路，以便为X射线管提供有利的冷却。

US 7,197,119 B2公开了一种旋转活塞X射线管，在所述旋转活塞X射线管中，旋转阳极的由于结构类型是管壳体的一部分的背侧直接由辐射器壳体中的静止的冷却介质冷却。

发明内容

本发明的目的是，为X射线源设备提供紧凑的且有效的冷却。

所述目的借助于根据本发明的X射线源设备来实现。X射线源设备包括用于产生X射线的阳极、用于使阳极围绕阳极中轴线旋转的驱动器和用于借助于冷却剂冷却阳极和/或驱动器的冷却装置，其中驱动器包括定子和第一转子，其中第一转子相对于阳极抗扭，其中驱动器包括设计成使冷却剂流通的第二转子。

根据本发明的解决方案允许，实现冷却装置基本上完全设置在X射线源设备的外部壳体内的X射线源设备。可以在很大程度上或完全地取消设置在X射线源设备的外部区域中的冷却部件。

此外，借助于所提供的解决方案可以实现有效地冷却阳极和阳极驱动器。根据本发明的教导尤其可以实现，明显减少用于X射线源冷却装置的结构空间和冷却装置的质量和复杂性。同时，通过更少数量的所需的部件减少成本和安装耗费。

尤其地，第一转子和第二转子与同一定子共同作用。

尤其地，第二转子可以视为对定子轭的替代，使得通过由第二转子替代定子轭，基本上不出现X射线源设备的重量增加。此外，第二转子尤其可以借助于定子的杂散场驱动，而阳极可以借助于第一转子旋转。

尤其地，第一转子、定子和第二转子可以由外部壳体以冷却剂密封的方式包围。尤其地，第二转子以及可能附加地还有定子可以与冷却剂直接接触，使得第二转子可以通过其旋转运动将冷却剂直接置于运动。

在本发明的一个有利的实施方式中，第二转子包括至少一个流通元件，所述至少一个流通元件在转子旋转时引起冷却剂的流通。这种流通元件例如可以设计为叶片、鳍、盘、狭缝开口等。流通元件具有引起冷却剂的推进或运动的功能，目的为可以实现驱动器和阳极的改进的散热。

至少一个流通元件优选地设置在转子处，使得在X射线源设备内出现所期望的冷却剂流。尤其地，至少一个流通元件例如可以设置在第二转子的外半径和/或内半径处，例如设置在由第二转子包括的磁返回路径(Rückführung)处。

在X射线源设备的另一设计方案中，阳极和第一转子设置在可抽真空的、尤其抽真空的壳体内，并且定子和第二转子分别设置在壳体外。所述设置是有利的，因为阳极至少在运行期间应设置在真空内。可抽真空的壳体理解为适合通过一次或持久抽真空获得适合产生X射线的真空的壳体。

因此，借助于壳体将X射线源设备分成多个子体积。在第一子体积、可抽真空的或抽真空的子体积中优选地设置有阳极和用于驱动阳极的第一转子。在通过壳体与第一子体积分离的第二子体积中优选地设置有定子和第二转子。

第二子体积尤其可以借助冷却剂填充、尤其完全填满，所述冷却剂至少包围或环流第二转子，可能也包围或环流定子。

在X射线源设备的另一有利的实施方式中，至少一个流通元件设计成，使得在第二转子旋转时，冷却剂可以借助于至少一个流通元件至少部段地、尤其以层流的方式沿着壳体运动。在废热的有效导出方面有利的是，冷却剂可以借助于流通元件优选地以层流方式在加热的壳体的较长的部段上运动。由此，可以经由壳体实现在阳极或第一转子与冷却剂之间的有效的间接热交换。

必要时也可以在壳体处设有用于引导冷却剂的引导机构，所述引导机构支持或提供沿着壳体壁的层流的冷却剂流。

在X射线源设备的另一实施变型方案中，在定子与第一转子之间存在第一气隙，其中在定子与第二转子之间存在第二气隙，其中第一气隙的宽度大于第二气隙的宽度。借此，可以灵活地调节转子与定子的对应于气隙的宽度的间距。尤其地，如果定子和第二转子具有相同的电势，则定子和第二转子之间的气隙或间距与定子和第一转子之间相比可以明显更小地设计。尤其地，第二气隙的宽度可以为第一气隙的宽度的0.01至0.5倍。第一气隙和第二气隙的宽度的不同的尺寸设计允许定子和第二转子的紧凑的设置，尤其在可抽真空的或抽真空的壳体外的紧凑的设置。

在X射线源设备的另一实施变型方案中，驱动器设计为轴向磁通机，并且在阳极中轴线的方向上，第一转子设置在定子的靠近阳极的一侧上，并且第二转子设置在定子的远离阳极的一侧上。关于驱动器作为双转子轴向磁通机的设计方案，在此涉及有利的紧凑的实施方案。

根据X射线源设备的另一有利的实施方式，驱动器设计为径向磁通机，其中阳极中轴线与第一转子的旋转轴线基本上相同，其中定子径向于阳极中轴线包围第一转子，其中第二转子径向于阳极中轴线、即在相对于阳极中轴线的径向方向上包围定子。这可以实现双转子径向磁通机在阳极中轴线的轴向方向上紧凑的构造方式。

在X射线源设备的一个替选的设计方案中，驱动器设计为径向磁通机，并且阳极中轴线与第一转子的旋转轴线基本上相同，其中定子径向于阳极中轴线包围第一转子，其中第二转子径向地、即在径向方向上设置在第一转子与定子之间，尤其设置在壳体外。由此，不仅可以在阳极中轴线的轴向方向上而且可以在阳极中轴线的径向方向上实现更紧凑的结构方式。

在X射线源设备的另一有利的实施方式中，第一转子、第二转子和定子由外部壳体包围，所述外部壳体将X射线源设备与环境隔开，其中外部壳体包括至少一个热交换元件，其中热交换元件构成用于，将由冷却剂输送给所述热交换元件的热量输出给环境。热交换元件用于确保热量从冷却剂有利地传输至环境的目的。热传输元件可以构成为冷却肋、冷却鳍等。也可以组合不同类型的热交换元件。

X射线源设备优选地冷却剂密封地构成。例如，外部壳体能够以液体密封的方式包围X射线源设备的所有其他功能重要的部件。必要时，外部壳体也可以与X射线源设备的其他部件共同作用，例如与可抽真空或抽真空的壳体共同作用，以便以液体密封的方式设计X射线源设备。

在X射线源设备的另一变型方案中，阳极和第一转子设置在可抽真空或抽真空的壳体内，其中第二转子设置在壳体外和外部壳体内，其中壳体和外部壳体一起构成冷却剂密封的内部空间，其中所述内部空间借助冷却剂填充，其中至少第二转子支承地设置在冷却剂内，其中第二转子包括至少一个流通元件，借助于所述流通元件，冷却剂可以在第二转子旋转时至少部段地沿着壳体运动，尤其以层流的方式运动，其中冷却剂被引导成，使得所述冷却剂在经过壳体之后朝向外部壳体的方向、尤其朝向设置在外部壳体处的热交换元件的方向流出。

附图说明

在下文中示例性地根据实施变型方案阐述本发明。附图示出：

图1示出具有设计为轴向磁通机的驱动器的X射线源设备的示意图，

图2示出根据第一实施变型方案的具有设计为径向磁通机的驱动器的X射线源设备的示意图，

图3示出根据第二实施变型方案的具有设计为径向磁通机的驱动器的X射线源设备的示意图。

如果在图中使用相同的附图标记，则所述相同的附图标记表示相同的部件。

具体实施方式

图1示出X射线源设备1的示意图。所述X射线源设备包括阳极2，在X射线源设备1的运行中，借助于所述阳极产生X射线。阳极2可以借助于驱动器3围绕阳极中轴线A旋转。

根据图1，驱动器3设计为轴向磁通机31、尤其轴向磁通异步马达。将轴向磁通机31理解为如下电动机，在所述电动机中，磁通沿着轴向磁通机31的第一转子4的旋转轴线，所述旋转轴线在图1中与阳极中轴线A相同。

除了第一转子4之外，轴向磁通机31还包括第二转子5和定子6。除了转子导体41或51之外，第一转子和第二转子4和5分别包括用于引导磁通42或52的部件。通过相应的转子导体41或51与定子6的共同作用，可以实现转子4和5的旋转。定子6包括——示意性示出地——导体绕组61和叠片组62，以产生轴向磁通。

根据图1，第一转子4——在阳极中轴线A的方向上观察——比转子5更靠近阳极2设置。尤其地，定子6——在阳极中轴线A的方向上观察——设置在第一转子与第二转子4和5之间。尤其地，转子4设置在靠近阳极的位置中，并且转子5设置在远离阳极的位置中。

借助于第一转子4，通过与定子6的共同作用可以产生第一转子4的旋转运动。阳极2与第一转子4有效连接，使得第一转子4的旋转运动可以传输到阳极2上。第一转子4和阳极2优选地相对于彼此扭转刚性地构成，例如借助于轴彼此连接。因此，第一转子4用于为阳极2驱动旋转。

同第一转子4一样，与同一定子6共同作用的第二转子5设置用于，可以实现X射线源设备1的有效且紧凑的冷却，即作用为冷却泵或冷却剂泵。

阳极2、在图中未示出的电子源和电子光学装置和第一转子4设置在可抽真空或抽真空的壳体7内、即由所述壳体包围。至少在X射线源设备1的运行期间，为阳极2提供足够的真空。

定子6以及第二转子5设置在可抽真空或抽真空的壳体7外。定子6以及第二转子5又设置在X射线源设备1的外部壳体8的内部中，即设置在由壳体7和外部壳体8形成的内部空间中。所述内部空间借助冷却剂10填充，即定子6和第二转子5由冷却剂10包围。由外部壳体8和壳体7形成的内部空间还冷却剂密封地构成。

冷却剂10用于吸收所产生的废热、例如由阳极2或驱动器3的部件产生的废热。只要部件由壳体1完全包围，即只要所述部件设置在可抽真空或抽真空的壳体1内，冷却通过壳体1的冷却进行。例如，耐热的油考虑作为冷却剂10。

为了有效地运走由驱动器3和阳极2输出的热量，明显有利的是，冷却剂10处于运动中。即只要可能，冷却剂10应环流输出热量的部件，并且应将所吸收的热量至少部分地、然而尽可能完全地输出给外部壳体8或设置在外部壳体8处的至少一个热交换元件11。在外部壳体8处优选地设置有多个热交换元件11。热量借助于外部壳体8或热交换元件11输出给X射线源设备1的环境。

为了实现冷却剂的受控且明显的流动，第二转子5包括多个流通元件9。如果第二转子5通过所述第二转子在运行中与由定子6生成的杂散磁场共同作用的方式旋转，则冷却剂10借助于流通元件9在壳体7与外部壳体8之间的内部空间中运动。

根据图1，流通元件9构成为叶片；然而也考虑其他类型/形式的流通元件9。重要的是，冷却剂可以借助于流通元件运动，优选地在确定的方向上和/或以期望的速度运动。X射线源设备1内的废热运输可以受冷却介质的方向和/或速度影响。

第二转子5相对于壳体7设置成并且至少一个流通元件9在第二转子5处设置成，使得在第二转子5旋转时，出现冷却剂10的至少沿着壳体7的部段的层流。由此，壳体的废热由冷却剂10有效地吸收。必要时在壳体7处也可以设有引导机构，以便产生或支持层流的冷却剂流并且有针对性地引导所述层流的冷却剂流。

优选地，冷却剂10的流在运行中出现，使得由壳体7加热的冷却剂10朝向外部壳体8的方向流动。尤其地，外部壳体的内部空间或壳体7成型或实现成，使得在X射线源设备1的运行中，冷却剂10被引导至设置在外部壳体8处的至少一个热交换元件11。

冷却剂的热量借助于多个热交换元件11输出给环境。根据图1，热交换元件11构成为设置在外部壳体8的朝向环境的一侧上的鳍。鳍用于提供用于热交换的增大的表面。然而，也可以使用其他类型的热交换元件，所述热交换元件尤其也可以设计为主动热泵，例如设计为帕尔贴元件，以便提高冷却功率。

此外，根据图1的轴向磁通机31允许特别紧凑的构造方式，尤其在阳极中轴线A的径向方向上的特别紧凑的构造方式，因为定子6与第二转子5之间的气隙L可以选择得明显小于第一转子4与定子6之间的气隙L。

图2示出另一X射线源设备1的示意图。所述X射线源设备包括阳极2，所述阳极可以借助于驱动器3围绕阳极中轴线A旋转。

根据图2，驱动器3设计为径向磁通机32。将径向磁通机32应理解为如下电动机，在所述电动机中，磁通径向于径向磁通机32的转子4的旋转轴线，所述旋转轴线在图1中与阳极中轴线A相同。

除了第一转子4之外，径向磁通机32还包括第二转子5和定子6。除了转子导体41或51之外，第一转子和第二转子4和5分别包括用于引导磁通42或52的部件。定子6包括对应的导体绕组61和叠片组62，用于产生径向磁通。通过转子导体41或51与由定子产生的磁场共同作用的方式，可以实现相应的转子4或5围绕阳极中轴线A的旋转运动。

根据图2，定子6径向于第一转子4的旋转轴线包围第一转子4。例如，所述定子与第一转子4同心地设置，并且定子6的内直径大于第一转子4的外直径。此外，第二转子5比定子6径向更靠外地设置，并且又包围所述定子。因此，得出第一转子4、定子6和第二转子5围绕第一转子4的旋转轴线的“同心设置”，所述旋转轴线在此与阳极中轴线A相同。

借助于第一转子4，通过与定子6的共同作用可以产生第一转子4的旋转运动。阳极2与第一转子4有效连接，使得第一转子4的旋转运动可以传输到阳极2上。第一转子4和阳极2优选地相对于彼此扭转刚性地构成、例如借助于轴连接。第一转子4用于为阳极2驱动旋转。

同第一转子4一样，与同一定子6共同作用的第二转子5设置用于，可以实现X射线源设备1的有效且紧凑的冷却，即作用为冷却泵或冷却剂泵。

阳极2、在图2中未示出的电子源和电子光学装置和第一转子4设置在可抽真空或抽真空的壳体7内、即由所述壳体包围。至少在X射线源设备1的运行期间，为阳极2提供足够的真空，即在由壳体7包围的内部空间中为所述阳极提供足够的真空。

定子6以及第二转子5设置在可抽真空或抽真空的壳体7外。定子6以及第二转子5还由X射线源设备1的外部壳体8包围，即在由壳体7和外部壳体8形成的内部空间中。所述内部空间借助冷却剂10、优选地液体介质填充。定子6和第二转子5由冷却剂10包围，并且与所述冷却剂直接接触。此外，由外部壳体8与壳体7一起形成的内部空间冷却剂密封地构成。

冷却剂10用于吸收所产生的废热、例如由阳极2或驱动器3的部件产生的废热。只要部件由壳体7完全包围，即只要所述部件设置在可抽真空或抽真空的壳体7内，冷却通过壳体7的冷却进行。例如，耐热的油考虑作为冷却剂。

为了有效地运走由驱动器3和阳极2输出的热量，明显有利的是，冷却剂10处于运动中。即只要可能，冷却剂10应环流输出热量的部件，并且应将所吸收的热量至少部分地、理想地完全地输出给外部壳体8或一个或多个热交换元件11。然后借助于外部壳体8或热交换元件11将热量输出给X射线源设备1的环境。

为了可以在内部空间中实现冷却剂10的受控且明显的流动，第二转子5包括多个流通元件9。如果第二转子5通过所述第二转子在运行中与定子6共同作用的方式旋转，那么冷却剂10借助于流通元件9在壳体7与外部壳体8之间的内部空间中运动。

根据图2，流通元件9构成为叶片或鳍，所述流通元件取向成和在第二转子5处设置成，使得在运行期间调节所期望的冷却剂流，尤其在流动速度和流动方向的意义上调节所期望的冷却剂流；然而，也考虑其他类型/形式的流通元件9。

第二转子5相对于壳体7设置成并且至少一个流通元件9在第二转子5处设置成，使得在X射线源设备1的运行中，出现冷却剂10的至少沿着壳体7的部段的层流。由此，壳体的废热由冷却剂10有效地吸收，并且随后从壳体7可靠地运走。必要时可以在壳体7处设有引导机构，以便产生层流的冷却剂流并且有针对性地引导所述层流的冷却剂流。

冷却剂的热量借助于多个热交换元件11输出给环境。根据图1，热交换元件构成为设置在外部壳体8的朝向环境的一侧上的鳍。鳍用于提供用于热交换的增大的表面。然而，也可以使用其他类型的热交换元件，所述热交换元件尤其也可以设计为主动热泵，以便提高冷却功率。

此外，根据图2的径向磁通机32允许特别紧凑的构造方式，因为在此，定子6与第二转子5之间的气隙L也可以选择得明显小于第一转子4与定子6之间的气隙L。

在图3中示出在结构上特别紧凑的实施方式。所述实施方式与图2的不同之处在于：第二转子5不径向于旋转轴线围绕定子6设置，而是第二转子设置在第一转子4与定子6之间的气隙L中，并且所述第二转子在轴向方向上至少部段地径向包围第一转子4。此外，图2的实施方案适用。

Claims (10)

1.一种X射线源设备(1)，所述X射线源设备包括用于产生X射线的阳极(2)、用于使所述阳极(2)围绕阳极中轴线(A)旋转的驱动器(3)和用于借助于冷却剂(10)冷却所述阳极(2)和/或所述驱动器(3)的冷却装置，其中所述驱动器(3)包括定子(6)和第一转子(4)，其中所述第一转子(4)相对于所述阳极(2)抗扭，

其特征在于，

所述驱动器(3)包括设计成使所述冷却剂(10)流通的第二转子(5)。

2.根据权利要求1所述的X射线源设备(1)，

其中所述第二转子(5)包括至少一个流通元件(9)，所述至少一个流通元件在所述第二转子(5)旋转时引起所述冷却剂(10)的流通。

3.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源设备(1)，

其中所述阳极(2)和所述第一转子(4)设置在能抽真空、尤其抽真空的壳体(7)内，并且所述定子(6)和所述第二转子(5)分别设置在所述壳体(7)外。

4.根据权利要求2或3所述的X射线源设备(1)，

其中所述至少一个流通元件(9)设计成，使得在所述第二转子(5)旋转时，所述冷却剂(10)能够借助于所述至少一个流通元件(9)至少部段地、尤其以层流的方式沿着所述壳体(7)运动。

5.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源设备(1)，

其中在所述定子(6)与所述第一转子(4)之间存在第一气隙(L)，其中在所述定子(6)与所述第二转子(5)之间存在第二气隙(L)，其中所述第一气隙的宽度大于所述第二气隙的宽度。

6.根据权利要求5所述的X射线源设备(1)，

其中所述第二气隙(L)的宽度为所述第一气隙(L)的宽度的0.01至0.5倍。

7.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源设备(1)，

其中所述驱动器(3)设计为轴向磁通机(31)，并且在所述阳极中轴线(A)的方向上，所述第一转子(4)设置在所述定子(6)的靠近阳极的一侧上，并且所述第二转子(5)设置在所述定子(6)的远离阳极的一侧上。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的X射线源设备(1)，

其中所述驱动器(3)设计为径向磁通机(32)，并且所述阳极中轴线(A)与所述第一转子(4)的旋转轴线基本上相同，其中所述定子(6)径向于所述阳极中轴线(A)包围所述第一转子(4)，其中所述第二转子(5)径向于所述阳极中轴线(A)包围所述定子(6)。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的X射线源设备(1)，

其中所述驱动器(3)设计为径向磁通机(32)，并且所述阳极中轴线(A)与所述第一转子(4)的旋转轴线基本上相同，其中所述定子(6)径向于所述阳极中轴线(A)包围所述第一转子(4)，其中所述第二转子(5)径向地设置在所述第一转子(4)与所述定子(6)之间，尤其设置在抽真空或能抽真空的壳体(7)外。

10.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源设备(1)，

其中所述第一转子(4)、所述第二转子(5)和所述定子(6)由外部壳体(8)包围，所述外部壳体将所述X射线源设备(1)与环境隔开，其中所述外部壳体(8)包括至少一个热交换元件(11)，其中所述热交换元件(11)构成用于将由所述冷却剂(10)输送给所述热交换元件的热量输出给环境。

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