[發明專利]具有最小偏轉的螺旋槽軸承組件

有效

• 申請號: 201910619010.6
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110701198B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 伊恩·斯特賴德·亨特;凱文·謝恩·克魯澤
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F16C35/10
• 分類號: F16C35/10;F16C17/26;F16C17/10;F16C33/10;F16C33/12;F16C33/14;F16C33/74;F16C43/02;H01J35/10;H01J35/26
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;錢慰民

本公開一般涉及具有最小偏轉的螺旋槽軸承組件。本發明提供了一種用于x射線管的液態金屬或螺旋槽軸承結構以及用于制造所述軸承結構的相關方法，其中軸頸軸承套筒在其上形成有多個結構，所述多個結構用于在所述軸承組件在所述x射線管內的操作期間耗散傳遞到所述套筒的熱量，以使所述套筒的熱變形最小化，從而最小化所述軸承組件內的間隙尺寸改變。在所述套筒內形成的所述結構是設置在所述套筒的產生最高溫度梯度的部分內的狹槽。所述狹槽能夠增加遠離所述套筒的導熱性，同時使由于所述套筒在所述狹槽之間的(一個或多個)部分的變形所產生的應力最小化。

背景技術

本發明整體涉及x射線管，并且更具體地涉及用于在x射線管中所用的螺旋槽軸承(SGB)的結構和組裝方法。

X射線系統可包括x射線管、檢測器以及用于x射線管和檢測器的支撐結構。在操作中，對象所在的成像臺可位于x射線管和檢測器之間。X射線管通常朝對象發射輻射，諸如x射線。輻射穿過成像臺上的對象并撞擊在檢測器上。當輻射穿過對象時，對象的內部結構導致在檢測器處接收的輻射的空間差異。然后檢測器發射所接收的數據，并且系統將輻射差異轉換成圖像，可使用該圖像來評估對象的內部結構。對象可包括但不限于醫學成像過程中的患者和無生命對象，例如x射線掃描儀或計算機斷層攝影(CT)包裹掃描儀中的包裹。

X射線管包括位于高真空環境內的陰極和陽極。在許多構型中，陽極結構由液態金屬軸承結構(例如，螺旋槽軸承(SGB)結構)支撐，該結構形成有設置在套筒或殼體內的支撐軸，陽極附接到該套筒或殼體并且該套筒或殼體圍繞支撐軸旋轉。螺旋槽軸承結構還包括在套筒或殼體的各個表面上的螺旋槽或螺線槽，所述螺旋槽或螺線槽用于承受當套筒圍繞支撐軸旋轉時作用在該套筒上的徑向力和軸向力。

通常，采用感應電動機來旋轉陽極，該感應電動機具有圓柱形轉子和鐵定子結構，該圓柱形轉子內置于至少部分地由支撐陽極靶的套筒形成的軸中，并且該鐵定子結構具有圍繞x射線管的細長頸部的銅繞組。旋轉陽極組件的轉子由定子驅動。X射線管陰極提供聚焦電子束，該聚焦電子束在陽極到陰極真空間隙中被加速并在與陽極撞擊時產生x射線。由于在電子束撞擊靶時會產生高溫，因此有必要以高旋轉速度旋轉陽極組件。這對軸承和形成陽極結構(即，陽極靶和支撐靶的軸)的材料提出了嚴格的要求。

液態金屬軸承(諸如，x射線管中的螺旋槽軸承)的優點包括由于接觸面積增加而具有高負載能力和高傳熱能力。其他優點包括本領域通常理解的低聲學噪聲操作。鎵、銦或錫合金通常用作軸承結構中的液態金屬，因為它們在室溫下往往是液體并且在工作溫度下具有足夠低的蒸氣壓，以滿足x射線管的嚴格高真空要求。然而，液態金屬往往具有高反應性和高腐蝕性。因此，對于與液態金屬軸承接觸的部件，諸如為了分散在焦點處產生的熱量而旋轉的陽極組件的軸，需要耐這種腐蝕的基礎金屬。

因此，與陽極連接的套筒的結構和支撐軸必須能夠承受在x射線管內產生的高溫和機械應力，并且能夠承受液態金屬軸承的腐蝕作用。在現有技術的軸承構造中，耐火金屬諸如鉬或鎢可以用作構造套筒或殼體以及其他軸承部件的基礎材料。這些材料不僅耐腐蝕和耐高溫，而且它們往往是真空兼容的，因此適用于x射線管應用。另外，軸承結構的冷卻可以通過使冷卻流體流入支撐軸的中心以通過套筒和液態金屬軸承流體與從陽極帶走的熱量熱接觸來實現。

然而，這些材料具有低可焊性并且難以加工，使得難以在不形成在密封件中能夠發生泄漏的表面缺陷的情況下制造這些材料的軸承部件。此外，由于耐火材料的磨耗/磨損性能低，因此即使在加工后不存在這些表面缺陷，也會在管的正常使用過程中發生，從而導致流體泄漏，進而縮短管的使用壽命。

在液態金屬/螺旋槽軸承結構的替代構造中，可以使用其他金屬(諸如，鋼)代替耐火金屬來構造套筒和支撐軸。雖然鋼具有較低的耐液態金屬流體腐蝕性，但還具有與耐火金屬相比成本低、可加工性好、磨耗/磨損特性好以及可焊性好等益處。因此，可以更容易地構造和接合這些金屬(例如，鋼)以形成軸承套筒。