CN117577498B - 旋转阳极结构以及x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明属于X射线管结构技术领域，公开了一种旋转阳极结构以及X射线管。旋转阳极结构包括转子、行星齿轮组件以及靶盘组件，转子能够沿其自身的中心轴线转动；行星齿轮组件包括行星轮、太阳轮以及内齿圈，转子与太阳轮固定连接或一体成型，行星轮设置于内齿圈与太阳轮之间，行星轮与内齿圈啮合，太阳轮与行星轮啮合；靶盘组件与太阳轮固定连接或一体成型，通过行星齿轮组件的设置，提高了旋转阳极结构中近靶盘端的力载荷能力和热载荷能力，解决了旋转阳极结构长期工作时阻转力矩增大，易导致装置失效的问题，提高了旋转阳极结构的耐用性。

Description

旋转阳极结构以及X射线管

技术领域

本发明涉及X射线管结构技术领域，尤其涉及一种旋转阳极结构以及X射线管。

背景技术

旋转阳极X射线管在工作中，电子束在高电压的加速下撞击靶面（靶面的材质一般为钨），会产生高强度的热量，超过99%的能量转换为热量。在撞击点的温度可以达到2600-2700℃（钨的熔化温度为3300℃）。为了防止钨靶熔化，采用旋转阳极结构球管。阳极的旋转速度非常高，通常在8000-10000r/min。球管所有的旋转部件都被密封在一个高真空的外壳中，同时轴承和旋转部件一起被密封在一起，这样可以使阳极、传动轴、转子在管芯壳内能够自由的旋转。电磁线圈被放置在壳外，用来提供交变磁场，以使转子部件能够高速旋转。

球管上靠近靶盘的一端为近靶盘端，远离靶盘的一端为远靶盘端，在CT机回转下，近靶盘端的支反力通常远大于远靶盘端的支反力，长期工作状态下近靶盘端的轴承易发生磨损，造成阻转力矩增大，甚至近靶盘端轴承卡死，且近靶盘端的轴承由于距离电子束撞击靶盘平面的位置更近，传热路径更短，温度更高，长期高温度工作易导致近靶盘端轴承的材质脱落，影响X射线管的正常运行，且更换成本较大。

因此，亟需提出一种旋转阳极结构以及X射线管，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转阳极结构以及X射线管，降低近靶盘端的力载荷和热载荷，以解决旋转阳极结构长期工作时阻转力矩增大，易导致装置失效的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

旋转阳极结构，包括：

转子，能够沿其自身的中心轴线转动；

行星齿轮组件，包括行星轮、太阳轮以及内齿圈，所述转子与所述太阳轮固定连接或一体成型，所述行星轮设置于所述内齿圈与所述太阳轮之间，所述行星轮与所述内齿圈啮合，所述太阳轮与所述行星轮啮合；

靶盘组件，所述靶盘组件与所述太阳轮固定连接或一体成型。

作为优选地，所述行星轮设置有多个，多个所述行星轮沿所述转子的中心轴线呈圆周阵列设置于所述内齿圈与所述太阳轮之间。

作为优选地，所述行星齿轮组件还包括行星架，所述行星架设置有第一通孔，所述转子靠近所述靶盘组件的一端穿过所述第一通孔后与所述太阳轮连接，以使转子能够相对于行星架转动，每个所述行星轮上均设置有第二通孔，所述行星架上设置有多个凸起，一个所述凸起对应一个所述第二通孔，每个所述凸起都穿设于对应的所述第二通孔中。

作为优选地，所述旋转阳极结构还包括支撑件与轴承，所述支撑件能够支撑所述转子沿其自身的中心轴线转动，所述支撑件通过所述轴承与所述转子远离所述靶盘组件的一端连接。

作为优选地，所述靶盘组件包括靶盘，所述靶盘设置于远离所述转子的一侧，所述靶盘上设置有靶环，所述靶环沿所述靶盘的周向设置，所述靶环用于接受电子束轰击。

作为优选地，所述靶盘上设置有均压部，所述均压部沿所述靶环的周向设置，所述均压部的外径大于所述内齿圈的外径。

作为优选地，所述靶盘组件还包括导热层，所述导热层设置于所述太阳轮与所述靶盘之间，以使所述靶盘组件的热量能够传递到所述太阳轮。

作为优选地，所述行星轮与所述太阳轮之间的重合度大于1；和/或

所述行星轮与所述内齿圈之间的重合度大于1。

作为优选地，所述行星轮与所述太阳轮之间采用金属润滑；和/或

所述行星轮与所述内齿圈之间采用金属润滑。

作为优选地，X射线管包括所述旋转阳极结构、外壳、阴极以及感应线圈，所述旋转阳极结构以及所述阴极均设置于所述外壳中，所述外壳上设置有X射线出口，所述阴极能够发射高速电子束并轰击在所述靶盘组件上从而产生X射线，所述感应线圈设置于所述外壳外，所述感应线圈能够提供交变磁场，以使所述转子能够沿其自身中心轴线高速旋转。

有益效果：

旋转阳极结构包括转子、行星齿轮组件以及靶盘组件，转子能够沿其自身的中心轴线转动；行星齿轮组件包括行星轮、太阳轮以及内齿圈，转子与太阳轮固定连接或一体成型，行星轮设置于内齿圈与太阳轮之间，行星轮与内齿圈啮合，太阳轮与行星轮啮合；靶盘组件与太阳轮固定连接或一体成型。通过将现有技术中的近靶盘端的轴承替换为行星齿轮组件，使得原有的点接触的轴承变为线接触的行星齿轮组件，增大了接触面积，从而提高了近靶盘端的承载能力；由热传导公式可知，同样的传热材料，热传导的能量与接触面积呈正相关，通过将原有的轴承之间的点接触替换为齿轮之间的线接触，增大了接触面积，因此，还能够提升近靶盘端的热载荷能力，通过转子与太阳轮固定连接或一体成型，靶盘组件与太阳轮固定连接或一体成型，从而提高转子、太阳轮以及靶盘组件之间的连接强度，保证转子转动同时带动太阳轮与靶盘组件转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所提供的旋转阳极结构的结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的旋转阳极结构的俯视图；

图3是图2中A-A方向的剖视图；

图4本发明实施例所提供的旋转阳极结构的另一视角下的结构示意图；

图5是本发明实施例所提供的X射线管的俯视图；

图6是图5中B-B方向的剖视图。

图中：1、转子；

2、行星齿轮组件；21、行星轮；22、太阳轮；23、内齿圈；24、行星架；

3、靶盘组件；31、靶盘；311、靶环；312、均压部；32、导热层；

4、支撑件；

5、轴承；

100、外壳；200、阴极。

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”、“左”、“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。

X射线管的旋转阳极结构靠近靶盘的一端为近靶盘端，远离靶盘的一端则为远靶盘端，现有技术中通常采用滚珠轴承支撑转子转动，然而在CT机回转下，近靶盘端的支反力通常远大于远靶盘端的支反力，长期工作状态下近靶盘端的轴承易发生磨损，造成阻转力矩增大，甚至导致近靶盘端轴承卡死；且近靶盘端的轴承由于距离电子束撞击靶盘平面的位置更近，传热路径更短，温度更高，长期高温度工作易导致近靶盘端轴承的表面材质脱落或轴承材质变脆等问题，影响X射线管的正常运行，且更换成本较大。

图1示出了本实施所提供的旋转阳极结构的结构示意图，本实施例提供一种旋转阳极结构，旋转阳极结构包括转子1、行星齿轮组件2以及靶盘组件3，转子1能够沿其自身的中心轴线转动；行星齿轮组件2包括行星轮21、太阳轮22以及内齿圈23，转子1与太阳轮22固定连接或一体成型，行星轮21设置于内齿圈23与太阳轮22之间，行星轮21与内齿圈23啮合，太阳轮22与行星轮21啮合；靶盘组件3与太阳轮22固定连接或一体成型。

通过将原有的近靶盘端的轴承替换为行星齿轮组件2，使得原有的点接触的轴承变为线接触的行星齿轮组件2，增大了接触面积，从而提高了近靶盘端的承载能力；由热传导公式可知，同样的传热材料，热传导的能量与接触面积呈正相关，通过将原有的轴承之间的点接触替换为齿轮之间的线接触，增大了接触面积，因此，还能够提升近靶盘端的热载荷能力转动，通过转子1与太阳轮22固定连接或一体成型，靶盘组件3与太阳轮22固定连接或一体成型，从而提高转子1、太阳轮22以及靶盘组件3之间的连接强度，保证转子1转动同时带动太阳轮22与靶盘组件3转动。

进一步地，行星轮21设置有多个，多个行星轮21沿转子1的中心轴线呈圆周阵列设置于内齿圈23与太阳轮22之间，通过多个行星轮21的设置，能够增加内齿圈23与行星轮21之间以及行星轮21与太阳轮22之间的接触面积，进一步提高行星齿轮组件2的力载荷能力以及热载荷能力。

进一步地，行星齿轮组件2还包括行星架24，行星架24设置有第一通孔，转子1靠近靶盘组件3的一端穿过第一通孔后与太阳轮22连接，以使转子1能够相对于行星架24转动，每个行星轮21上均设置有第二通孔，行星架24上设置有多个凸起，一个凸起对应一个第二通孔，每个凸起都穿设于对应的第二通孔中，从而防止多个行星轮21脱离转动的轨道，导致齿轮之间无法啮合。

图2示出了本实施例所提供的旋转阳极结构的俯视图，图3示出了图2中A-A方向的剖视图。如图2和图3并结合图1所示，旋转阳极结构还包括支撑件4与轴承5，支撑件4能够支撑转子1沿其自身的中心轴线转动，支撑件4通过轴承5与转子1远离靶盘组件3的一端连接，以实现对转子1的支撑，轴承5能够减少转子1与支撑件4之间的摩擦，使得转子1旋转更加流畅。

在本实施例中，轴承5为调心轴承，以适应近靶盘端行星齿轮组件2与远靶盘31端轴承轴心线间的角偏差。

图4示出了本实施所提供的另一视角的旋转阳极结构示意图。如图4并结合图1所示，靶盘组件3包括靶盘31，靶盘31设置于远离转子1的一侧，靶盘31上设置有靶环311，靶环311沿靶盘31的周向设置，靶环311用于接受电子束轰击。

进一步地，靶盘组件3还包括导热层32，导热层32设置于太阳轮22与靶盘31之间，使得靶盘组件3的热量能够平顺传递到太阳轮22，以降低靶环311的温度。在本实施例中，导热层32为石墨材质。在其他实施例中，导热层32还可以为其他热容量较大的物质，本实施例对此不作具体限定。

优选地，行星轮21与太阳轮22之间的重合度大于1，行星轮21与内齿圈23之间的重合度大于1，通过合理选择齿轮的齿数与中心距，从而使得重合度达到最大，以提高齿轮啮合的力载荷与热载荷能力。

优选地，行星轮21与太阳轮22之间采用金属润滑，行星轮21与内齿圈23之间采用金属润滑，能够降低行星轮21与太阳轮22之间以及行星轮21与内齿圈23之间齿面的磨损，降低齿轮之间的振动及噪声，提高了旋转阳极的可靠性，延长了使用寿命。

优选地，行星轮21与太阳轮22之间采用固体金属润滑，行星轮21与内齿圈23之间采用固体金属润滑，不仅能够防止液体润滑剂挥发对旋转阳极结构所必须的高真空环境造成影响，还能够防止行星齿轮组件2在高速旋转的情况下润滑剂由于离心力的缘故润滑效果欠佳的情况。

在本实施例中，采用铅或银或其两者的合金。在其他实施例中，还可以采用其他有润滑效果的金属，本实施例对此不作具体限制。

图5示出了本实施例所提供的X射线管的俯视图，图6示出了图5中B-B方向的剖视图。如图5和图6并结合图1所示，本实施例还提供一种X射线管，X射线管包括旋转阳极结构、外壳100、阴极200以及感应线圈，旋转阳极结构以及阴极200均设置于外壳100中，外壳100上设置有X射线出口，阴极200能够发射高速电子束并轰击在靶盘组件3上从而产生X射线，感应线圈设置于外壳100外，感应线圈能够提供交变磁场，以使转子1能够沿其自身中心轴线高速旋转。

进一步地，X射线还包括管套，管套设置于外壳100外，管套与外壳100之间填充有高压绝缘油，管套能够保护外壳100，将外壳100内产生的热量通过高压绝缘油散出。

优选地，外壳100与内齿圈23为固定连接或一体成型，以提高内齿圈23与外壳100的连接强度，从而保证旋转阳极结构在使用中不会失效。

如图5并结合图4所示，靶盘31上设置有均压部312，均压部312沿靶环311的周向设置，均压部312的外径大于内齿圈23的外径，通过均压部312遮挡内齿圈23，以防止内齿圈23产生高压打火。

具体地，均压部312为沿靶盘组件3周向设置的平顺的平面，从而防止靶盘组件3由于表面凹凸不平，导致电荷集中在靶盘组件3的某一尖端上，发生高压打火，导致装置无法正常运行的情况。

优选地，阴极200的表面设置为平顺的平面，从而防止阴极200由于表面凹凸不平，导致电荷集中在阴极200的表面某一尖端上，发生高压打火，导致装置无法正常运行的情况。

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 (9)

1.旋转阳极结构，其特征在于，包括：

转子(1)，能够沿其自身的中心轴线转动；

行星齿轮组件(2)，包括行星轮(21)、太阳轮(22)以及内齿圈(23)，所述转子(1)与所述太阳轮(22)固定连接或一体成型，所述行星轮(21)设置于所述内齿圈(23)与所述太阳轮(22)之间，所述行星轮(21)与所述内齿圈(23)啮合，所述太阳轮(22)与所述行星轮(21)啮合；

靶盘组件(3)，所述靶盘组件(3)与所述太阳轮(22)固定连接或一体成型，所述靶盘组件(3)包括靶盘(31)，所述靶盘(31)设置于远离所述转子(1)的一侧，所述靶盘(31)上设置有靶环(311)，所述靶环(311)沿所述靶盘(31)的周向设置，所述靶环(311)用于接受电子束轰击。

2.根据权利要求1所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述行星轮(21)设置有多个，多个所述行星轮(21)沿所述转子(1)的中心轴线呈圆周阵列设置于所述内齿圈(23)与所述太阳轮(22)之间。

3.根据权利要求2所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述行星齿轮组件(2)还包括行星架(24)，所述行星架(24)设置有第一通孔，所述转子(1)靠近所述靶盘组件(3)的一端穿过所述第一通孔后与所述太阳轮(22)连接，以使所述转子(1)能够相对于所述行星架(24)转动，每个所述行星轮(21)上均设置有第二通孔，所述行星架(24)上设置有多个凸起，一个所述凸起对应一个所述第二通孔，每个所述凸起都穿设于对应的所述第二通孔中。

4.根据权利要求1所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述旋转阳极结构还包括支撑件(4)与轴承(5)，所述支撑件(4)能够支撑所述转子(1)沿其自身的中心轴线转动，所述支撑件(4)通过所述轴承(5)与所述转子(1)远离所述靶盘组件(3)的一端连接。

5.根据权利要求1所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述靶盘(31)上设置有均压部(312)，所述均压部(312)沿所述靶环(311)的周向设置，所述均压部(312)的外径大于所述内齿圈(23)的外径。

6.根据权利要求1所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述靶盘组件(3)还包括导热层(32)，所述导热层(32)设置于所述太阳轮(22)与所述靶盘(31)之间，以使所述靶盘组件(3)的热量能够传递到所述太阳轮(22)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述行星轮(21)与所述太阳轮(22)之间的重合度大于1；和/或

所述行星轮(21)与所述内齿圈(23)之间的重合度大于1。

8.根据权利要求1-6任一项所述的旋转阳极结构，其特征在于，所述行星轮(21)与所述太阳轮(22)之间采用金属润滑；和/或

所述行星轮(21)与所述内齿圈(23)之间采用金属润滑。

9.X射线管，包括如权利要求1-8任一项所述的旋转阳极结构、外壳(100)、阴极(200)以及感应线圈，其特征在于，所述旋转阳极结构以及所述阴极(200)均设置于所述外壳(100)中，所述外壳(100)上设置有X射线出口，所述阴极(200)能够发射高速电子束并轰击在所述靶盘组件(3)上从而产生X射线，所述感应线圈设置于所述外壳(100)外，所述感应线圈能够提供交变磁场，以使所述转子(1)能够沿其自身中心轴线高速旋转。