CN117316742B - X射线球管 - Google Patents

Abstract

本发明属于X射线技术领域，公开了X射线球管。其中，X射线球管的液态金属轴承包括定位组件，定位组件包括定位件和电磁铁，靶盘和中心轴中的其中一个沿轴线方向设置有第一凹槽，定位件活动设置于第一凹槽，靶盘和中心轴中的另一个设置有电磁铁，电磁铁沿轴线方向设置有第二凹槽，定位件能够在第二凹槽内活动从而与电磁铁接触或分离。电磁铁通电后产生电磁力，将定位件吸附于第二凹槽，使得定位件与电磁铁接触，从而靶盘、轴套以及中心轴均同轴设置，当转子转动时，轴套相对中心轴间隙转动，避免轴套与中心轴的直接接触导致的摩擦受损，加快液态金属轴承的启动速度，保证液态金属轴承的正常稳定运行。

Description

X射线球管

技术领域

本发明涉及X射线技术领域，尤其涉及X射线球管。

背景技术

X射线是一种高能量短波长电磁波，具有很强的穿透性，在结构探伤、医学诊断、疾病治疗和晶体结构表征等方面有着广泛的应用；X射线一般是由真空环境中高速运动的电子轰击金属靶而产生的，相应的设备一般称之为球管。X射线球管在真空环境下，通过加速电子束撞击靶面，在电子束急剧减速过程中产生X射线，在撞击金属靶的瞬间，1%的电子动能转化为X射线，99%的电子动能则转化为热量散发，为避免金属靶因高温熔化，通过将金属靶固定在轴承上转动以实现金属靶的散热。传统的滚珠轴承的滚珠会因受热和磨损而发生变形，容易导致轴承失效，因此，现有高端X射线球管主要为液态金属轴承球管，液态金属轴承的中心轴与轴套之间不直接接触，而是在液态金属薄膜上滑动，能够进行有效散热，且噪音和振动均较小。

现有技术公开了一种用于液态金属轴承的界面及其制造方法，该方案的X射线源包括框架，框架内容纳有轴承组件、阳极和阴极，高速电子在从阴极被引向阳极时突然减速而产生X射线，轴承组件包括中心轴、套管、以及定位在中心轴与套管之间的液态金属，中心轴与框架固定连接，套管套设于金属管，且能够支撑阳极。

但是，上述方案存在如下技术问题：X射线源的液态金属轴承在启动和停止过程中，由于套管转速低而不能形成足够隔开套管与中心轴的液态金属膜，套管会在重力作用下与中心轴发生直接接触摩擦，从而容易导致液态金属轴承受损失效。

发明内容

本发明的目的在于提供X射线球管，以解决现有X射线源的中心轴与套管之间直接接触摩擦导致液态金属轴承受损的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提出X射线球管，包括壳体、设置于壳体内的靶盘、转子、液态金属轴承、以及套设于所述壳体外的定子组件，所述液态金属轴承包括与所述靶盘连接的轴套、以及中心轴，所述轴套和所述转子均套设于所述中心轴，所述轴套与所述中心轴之间容置有液态金属，所述轴套与所述转子固定连接，所述中心轴远离所述靶盘的一端与所述壳体固定连接，

所述液态金属轴承还包括定位组件，所述定位组件包括定位件，以及电磁铁，所述靶盘和所述中心轴中的其中一个沿轴线方向设置有第一凹槽，所述定位件活动设置于所述第一凹槽，所述靶盘和所述中心轴中的另一个设置有电磁铁，所述电磁铁沿轴线方向设置有第二凹槽，所述定位件能够在所述第二凹槽内活动从而与所述电磁铁接触或分离。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述靶盘为多层复合结构。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述多层复合结构包括与所述轴套固定连接的金属靶盘和套设于所述轴套外的石墨靶盘，所述金属靶盘和所述石墨靶盘固定连接。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述定位件包括相互连接的第一段和第二段，所述第一段呈圆柱状，所述第二段呈圆锥状；所述第二凹槽沿远离所述定位件的方向直径逐渐减小，所述第二段能够插接于所述第二凹槽。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述定位件具有通孔，所述通孔沿所述定位件的轴线方向贯穿。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述定位组件还包括设置于所述第一凹槽内的弹性件，所述弹性件被配置为始终具有驱动所述定位件远离所述电磁铁的运动趋势。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述液态金属轴承还包括冷却管，所述中心轴内部具有容纳腔，所述冷却管与所述中心轴固定连接且与所述容纳腔连通，所述中心轴远离所述靶盘的一端设置有若干出口，若干所述出口连通所述容纳腔和外界。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，若干所述出口沿所述中心轴的周向均匀分布。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述中心轴沿周向凸出设置有凸起，所述轴套设置有第三凹槽，所述凸起能够插入所述第三凹槽。

作为上述X射线球管的一种优选技术方案，所述靶盘远离所述中心轴的一端设置有第四凹槽。

本发明的有益效果：

本发明提出X射线球管，该X射线球管包括壳体、设置于壳体内的靶盘、转子、液态金属轴承、以及套设于壳体外的定子组件，液态金属轴承包括与靶盘连接的轴套、以及中心轴，轴套和转子均套设于中心轴，轴套与中心轴之间容置有液态金属，轴套与转子固定连接，中心轴远离靶盘的一端与壳体固定连接，液态金属轴承还包括定位组件，定位组件包括定位件，以及电磁铁，靶盘和中心轴中的其中一个沿轴线方向设置有第一凹槽，定位件活动设置于第一凹槽，靶盘和中心轴中的另一个设置有电磁铁，电磁铁沿轴线方向设置有第二凹槽，定位件能够在第二凹槽内活动从而与电磁铁接触或分离。电磁铁通电后产生电磁力，将定位组件的定位件吸附于第二凹槽，使得定位件与电磁铁抵接，从而靶盘、轴套以及中心轴均同轴设置，当定子组件带动转子转动时，轴套相对中心轴间隙转动，能够避免轴套与中心轴的直接接触，避免轴套和中心轴摩擦受损，加快液态金属轴承的启动速度，保证液态金属轴承的正常稳定运行；当转子转动至一定转速时，将电磁铁断电，定位件与电磁铁分离，从而减小定位件与电磁铁的摩擦损伤。

附图说明

图1是本发明所提出的X射线球管的爆炸示意图；

图2是本发明所提出的X射线球管的结构示意图；

图3是本发明所提出的X射线球管的剖视图；

图4是本发明所提出的X射线球管的液态金属轴承与靶盘的结构示意图；

图5是本发明所提出的X射线球管的液态金属轴承与靶盘的剖视图；

图6是图5中A处的局部放大图。

图中：

1、轴套；11、第三凹槽；

2、中心轴；21、第二凹槽；22、出口；23、凸起；

3、靶盘；31、金属靶盘；311、第一凹槽；312、第四凹槽；32、石墨靶盘；

4、壳体；

5、定位组件；51、定位件；511、第一段；512、第二段；513、通孔；52、电磁铁；53、弹性件；

6、冷却管；

7、阴极；

8、定子组件；

9、转子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1至图6，本发明提出X射线球管，包括壳体4、设置于壳体4内的靶盘3、转子9、液态金属轴承、以及套设于壳体4外的定子组件8，液态金属轴承包括与靶盘3连接的轴套1、以及中心轴2，轴套1和转子9均套设于中心轴2，轴套1与中心轴2之间容置有液态金属，轴套1与转子9固定连接，中心轴2远离靶盘3的一端与壳体4固定连接，液态金属轴承还包括定位组件5，定位组件5包括定位件51，以及电磁铁52，靶盘3和中心轴2中的其中一个沿轴线方向设置有第一凹槽311，定位件51活动设置于第一凹槽311，靶盘3和中心轴2中的另一个设置有电磁铁52，电磁铁52沿轴线方向设置有第二凹槽21，定位件51能够在第二凹槽21内活动从而与电磁铁52接触或分离。

电磁铁52通电后产生电磁力，将定位组件5的定位件51吸附于第二凹槽21，使得定位件51与电磁铁52接触，在定位件51与电磁铁52的相互作用下，靶盘3和轴套1被抬高位置以使得与中心轴2同轴设置，当定子组件8通电带动转子9转动时，轴套1相对中心轴2间隙转动，能够避免轴套1与中心轴2的直接接触，极大地减小了轴套1和中心轴2之间相对转动的阻力与磨损，加快液态金属轴承的启动速度，保证液态金属轴承的正常稳定运行；当转子9转动至一定转速时，将电磁铁52断电，定位件51与电磁铁52分离，从而减小定位件51与电磁铁52的摩擦损伤；通过液态金属轴承的转动能够将靶盘3上的一部分热能释放。

具体地，中心轴2的外周面设置有螺旋槽，中心轴2的外周面以及套筒的内周面均经过超精磨加工处理。优选地，中心轴2的外周面设置有人字形螺旋槽。

现有的大多数液态金属轴承在未转动时，轴套1受到重力作用，轴套1的内周面与中心轴2的外周面的顶部接触，当液态金属轴承启动时，为缓解轴套1与中心轴2之间的接触磨损，因此起始速度较慢，导致液态金属轴承启动时间过长，且轴套1与中心轴2之间的液态金属膜的形成也较慢；而本实施例提出的定位组件5将轴套1的内周面与中心轴2的外周面的顶部接触，转变为定位件51与电磁铁52之间的接触，当液态金属轴承启动时，此时定位件51与电磁铁52接触，中心轴2与轴套1并不接触，中心轴2与轴套1间隙相对转动，不仅能够有效避免中心轴2与轴套1之间的转动接触磨损，避免中心轴2外周面的螺旋槽型线发生磨损，提高液态金属轴承的使用寿命，还能够有效提高液态金属轴承的转动起始速度，降低液态金属轴承的启动时间。

具体地，本实施例示例性地给出了靶盘3上设置有定位件51，靶盘3沿轴线方向设置有第一凹槽311,定位件51活动设置于第一凹槽311，中心轴2设置有电磁铁52，电磁铁52沿中心轴2的轴线方向设置有第二凹槽21的技术方案。

当液态金属轴承转动时，中心轴2与轴套1不接触，液态金属形成动压膜，从而有效降低液态金属轴承转动过程中的磨损，且提高散热效果。

具体地，转子9与轴套1通过螺钉固定连接。当转子9转动时，由于轴套1与转子9固定连接，从而使得轴套1以及与轴套1固定连接的靶盘3转动，将靶盘3上的热量进行释放。

参见图1至图3，X射线球管还包括阴极7，壳体4远离中心轴2的一端与阴极7固定连接。阴极7产生的电子束在高电压的作用下轰击靶盘3从而产生X射线。

优选地，靶盘3为多层复合结构。

具体地，多层复合结构包括与轴套1固定连接的金属靶盘31和套设于轴套1外的石墨靶盘32，金属靶盘31和石墨靶盘32固定连接。金属靶盘31上的热能能够传递至石墨靶盘32上，石墨靶盘32能够提高热容量，以避免金属靶盘31集聚大量热能从而熔化。优选地，轴套1与金属靶盘31一体成型。

具体地，金属靶盘31与石墨靶盘32通过钎焊的方式固定连接。

具体地，壳体4内为真空环境。

参见图3、图5和图6，定位件51包括相互连接的第一段511和第二段512，第一段511呈圆柱状，第二段512呈圆锥状；第二凹槽21沿远离定位件51的方向直径逐渐减小，第二段512能够插接于第二凹槽21。由于第一段511呈圆柱状且各部分直径相同，能够保证定位件51在第一凹槽311内稳定移动；而由于第二段512呈圆锥状且直径逐渐减小，使得第二段512能够活动地与电磁铁52接触或远离，保证中心轴2与定位件51稳定地相对运动。

进一步地，定位件51具有通孔513，通孔513沿定位件51的轴线方向贯穿。由于定位件51的第一段511的外周面与靶盘3贴合，且轴套1与中心轴2之间的间隙设置有液态金属，为保证定位件51能够在靶盘3的第一凹槽311内活动，在定位件51上设置有通孔513，使得液态金属能够在轴套1与中心轴2之间的间隙、通孔513以及定位件51和靶盘3之间的间隙流动。

进一步地，定位组件5还包括设置于第一凹槽311内的弹性件53，弹性件53被配置为始终具有驱动定位件51远离电磁铁52的运动趋势。当液态金属轴承转动稳定后，电磁铁52断电，此时电磁铁52不存在吸附定位件51的电磁力，定位件51在弹性件53的作用下移动回第一凹槽311以恢复原位，定位件51与中心轴2分离，进而能够避免定位件51与中心轴2的接触影响靶盘3的转动。优选地，弹性件53为拉簧。具体地，本实施例示例性地给出了弹性件53连接靶盘3和定位件51的技术方案。

参见图1至图6，液态金属轴承还包括冷却管6，中心轴2内部具有容纳腔，冷却管6与中心轴2固定连接且与容纳腔连通，中心轴2远离靶盘3的一端设置有若干出口22，若干出口22连通容纳腔和外界。冷却剂从冷却管6与中心轴2固定连接的一端进入，通过冷却管6流入中心轴2的容纳腔内，与中心轴2换热，换热后的冷却剂从中心轴2的出口22处流出，以提高靶盘3的散热效果。优选地，冷却剂为绝缘油。

进一步地，若干出口22沿中心轴2的周向均匀分布。如此设置，能够保证中心轴2的受力稳定性。

参见图1、图3、图4和图5，中心轴2沿周向凸出设置有凸起23，轴套1设置有第三凹槽11，凸起23能够插入第三凹槽11。如此设置，能够限制中心轴2与轴套1的相对轴向运动，从而有效保证液态金属轴承转动的稳定性。

参见图3和图5，靶盘3远离中心轴2的一端设置有第四凹槽312。如此设置，能够进一步地提高金属靶盘31的散热效果。优选地，第四凹槽312为沿靶盘3的周向设置的环槽。

本发明的工作过程如下：

通过加热阴极7，并在阴极7与靶盘3之间加高电压，电子束轰击靶盘3产生X射线，同时对靶盘3加热，石墨靶盘32能够提高热容量，一部分热量通过热辐射传递到壳体4，另一部分热量通过液态金属轴承散热；当液态金属轴承启动时，当转速为零时，对电磁铁52通电，使得定位件51与电磁铁52接触，在电磁铁52和定位件51的相互作用下，抬高靶盘3的位置使得靶盘3的轴线方向与中心轴2的轴线方向重合；此时对定子组件8通电，转子9在定子组件8的作用下转动，从而带动轴套1和靶盘3相对中心轴2转动；当转子9到达一定转速后，对电磁铁52断电，定位件51与电磁铁52分离。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.X射线球管，包括壳体(4)、设置于壳体(4)内的靶盘(3)、转子(9)、液态金属轴承、以及套设于所述壳体(4)外的定子组件(8)，所述液态金属轴承包括与所述靶盘(3)连接的轴套(1)、以及中心轴(2)，所述轴套(1)和所述转子(9)均套设于所述中心轴(2)，所述轴套(1)与所述中心轴(2)之间容置有液态金属，所述轴套(1)与所述转子(9)固定连接，所述中心轴(2)远离所述靶盘(3)的一端与所述壳体(4)固定连接，其特征在于，

所述液态金属轴承还包括定位组件(5)，所述定位组件(5)包括定位件(51)，以及电磁铁(52)，所述靶盘(3)和所述中心轴(2)中的其中一个沿轴线方向设置有第一凹槽(311)，所述定位件(51)活动设置于所述第一凹槽(311)，所述靶盘(3)和所述中心轴(2)中的另一个设置有电磁铁(52)，所述电磁铁(52)沿轴线方向设置有第二凹槽(21)，所述定位件(51)能够在所述第二凹槽(21)内活动从而与所述电磁铁(52)接触或分离。

2.根据权利要求1所述的X射线球管，其特征在于，所述靶盘(3)为多层复合结构。

3.根据权利要求2所述的X射线球管，其特征在于，所述多层复合结构包括与所述轴套(1)固定连接的金属靶盘(31)和套设于所述轴套(1)外的石墨靶盘(32)，所述金属靶盘(31)和所述石墨靶盘(32)固定连接。

4.根据权利要求1所述的X射线球管，其特征在于，所述定位件(51)包括相互连接的第一段(511)和第二段(512)，所述第一段(511)呈圆柱状，所述第二段(512)呈圆锥状；所述第二凹槽(21)沿远离所述定位件(51)的方向直径逐渐减小，所述第二段(512)能够插接于所述第二凹槽(21)。

5.根据权利要求1所述的X射线球管，其特征在于，所述定位件(51)具有通孔(513)，所述通孔(513)沿所述定位件(51)的轴线方向贯穿。

6.根据权利要求1所述的X射线球管，其特征在于，所述定位组件(5)还包括设置于所述第一凹槽(311)内的弹性件(53)，所述弹性件(53)被配置为始终具有驱动所述定位件(51)远离所述电磁铁(52)的运动趋势。

7.根据权利要求1所述的X射线球管，其特征在于，所述液态金属轴承还包括冷却管(6)，所述中心轴(2)内部具有容纳腔，所述冷却管(6)与所述中心轴(2)固定连接且与所述容纳腔连通，所述中心轴(2)远离所述靶盘(3)的一端设置有若干出口(22)，若干所述出口(22)连通所述容纳腔和外界。

8.根据权利要求7所述的X射线球管，其特征在于，若干所述出口(22)沿所述中心轴(2)的周向均匀分布。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的X射线球管，其特征在于，所述中心轴(2)沿周向凸出设置有凸起(23)，所述轴套(1)设置有第三凹槽(11)，所述凸起(23)能够插入所述第三凹槽(11)。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的X射线球管，其特征在于，所述靶盘(3)远离所述中心轴(2)的一端设置有第四凹槽(312)。