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EP0509901B1 - Dispositif de blindage d'un stator de moteur pour anode tournante de tube à rayons X - Google Patents

Dispositif de blindage d'un stator de moteur pour anode tournante de tube à rayons X Download PDF

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EP0509901B1
EP0509901B1 EP92401039A EP92401039A EP0509901B1 EP 0509901 B1 EP0509901 B1 EP 0509901B1 EP 92401039 A EP92401039 A EP 92401039A EP 92401039 A EP92401039 A EP 92401039A EP 0509901 B1 EP0509901 B1 EP 0509901B1
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EP
European Patent Office
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stator
tube
rotor
ray tube
shaped insulating
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92401039A
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German (de)
English (en)
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EP0509901A1 (fr
Inventor
Christine Cabinet Ballot-Schmit Guerin
Jacques Cabinet Ballot-Schmit Le Guen
Bernard Cabinet Ballot-Schmit Pouzergues
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric CGR SA
Original Assignee
General Electric CGR SA
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Publication date
Application filed by General Electric CGR SA filed Critical General Electric CGR SA
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
    • H01J35/1017—Bearings for rotating anodes
    • H01J35/103—Magnetic bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/16—Vessels
    • H01J2235/165—Shielding arrangements
    • H01J2235/168—Shielding arrangements against charged particles

Definitions

  • the invention relates to X-ray tubes with a rotating anode and more particularly a device for shielding the stator of the motor for driving the rotating anode.
  • X-ray tubes for medical diagnosis for example, are generally constituted (FIG. 1) like a diode, that is to say with a cathode 11 and an anode 12 or anti-cathode, these two electrodes being enclosed in a envelope 14 vacuum tight and which allows for electrical isolation between these two electrodes.
  • the cathode 11 produces an electron beam 13 and the anode 12 receives these electrons over a small surface which constitutes a focal point from which the X-rays are emitted.
  • a small proportion of the energy expended in producing the electron beam 13 is transformed into X-rays, the rest of this energy being transformed into heat. Also, also taking into account the large instantaneous powers involved, manufacturers have long produced X-ray tubes with a rotating anode where the anode is rotated to distribute the flux. thermal on a crown called focal crown, with a much larger area than the focal point, the interest being all the greater as the speed of rotation is high (generally between 3,000 and 12,000 revolutions per minute).
  • the rotary anode of the conventional type has the general shape of a disc having an axis of symmetry 16 around which it is rotated by means of an electric motor 17; the electric motor has a stator 18 located outside the envelope 14 and a rotor 19 mounted in the envelope 14 of the X-ray tube and arranged along the axis of symmetry 16, the rotor being mechanically secured to the anode 12 via a support shaft 20.
  • the X-ray tube heats up and it is necessary to cool it by placing it in an enclosure, called a sheath, in which circulates a coolant and insulating fluid which can be cooled by an appropriate device .
  • This sheath made of metal internally lined with a layer of lead, also serves to protect the external environment against X-rays emitted by the focal point of the X-ray tube in all directions.
  • the combination of the sheath and the tube then forms what is called an X-ray unit.
  • the X-ray tube unlike so-called passive components such as resistors, coils and capacitors, etc., which behave according to established laws, is a component of the active or reactive type which generates random disturbances against which you have to protect yourself.
  • the x-ray tubes which are used in medical diagnostic radiology are vacuum tubes operating at very high voltages up to 150 kilovolts. These high voltages cause very high electric fields in the vacuum, which are intensified by the presence of impurities or micro-aggregates on the surface of the electrodes which it is difficult to remove during the manufacture of the tube despite all the care taken. surface treatments.
  • This phenomenon occurs occasionally throughout the life of the tube and it is the means by which the X-ray tube is cleaned of impurities which can move randomly during the life of the tube.
  • the only elements which are not protected are the supply conductors of the cathode and the anode as well as those of the stator. It is known to protect the supply conductors of the cathode and the anode by using coaxial cables of a special type which include an external shielding grounded to the metal casing of the sheath.
  • the object of the present invention is therefore to produce shielding screens for the stator which do not have the disadvantages noted above.
  • the invention relates to an X-ray tube with a rotating anode comprising a shielding device for the stator of the tube drive motor, said tube being held in a metal sheath by an insulating support in the form of a cup also serving as a support for the stator.
  • said device consists of a conductive layer deposited on the part insulating the stator from the rotor on its outer wall so as to produce an electrostatic screen between the anode and the stator on the one hand, and between the rotor and the stator on the other part, said conductive layer having a circular discontinuity at mid-height of the stator.
  • the X-ray tube with a rotating anode comprising a shielding device for the stator of the tube drive motor, according to the invention, consists of a layer of insulating material placed on the magnetic circuit, the winding and the power cable, and by a metal film which is disposed on this insulating material grounded and having an electrical discontinuity on the rotor side.
  • An X-ray tube 24 (FIG. 2), of the type described in the preamble in relation to FIG. 1, is disposed in a closed metal enclosure or sheath 21 filled with an insulating and cooling fluid 22.
  • the X-ray tube 24 is held in position in this sheath by an insulating flange 23, integral with the sheath 21, which encloses the envelope 14 of the tube and by an insulating support 25 integral with the sheath 21, on which rests one end 26 of a rotor 27 situated inside the envelope 24.
  • the insulating support 25 in the form of a cup, also serves as a support for a stator 18 placed inside the cup, this stator comprising a magnetic circuit 29 and a coil 30.
  • An insulating part 31 or tulip is interposed between the stator 28 and the rotor 27, outside the casing 14, and is fixed to the insulating support or cut 25.
  • the supply conductors of the various elements of the cathode 11 come from the generator 15 via connections which are plugged into receptacles 32 and 33 passing through the wall of the sheath 21.
  • the supply conductor of the anode comes from said generator 15 via a connector which is plugged into a receptacle 34 passing through the wall of the sheath 21.
  • the sheath 21 is conventionally equipped with a window 35 for the exit of the X-ray beam.
  • the outer wall of the tulip 31 is coated with a conductive layer 36 on an area between the points A and A ', this conductive layer having a circular discontinuity 37 which is carried out at mid-height of the magnetic circuit 29.
  • the purpose of this discontinuity is to prevent currents from being induced in the conductive layer instead of the rotor.
  • the distance AA ' is such that the layer 36 creates an electrostatic screen between the anode and the stator and between the rotor and the stator.
  • the edges of the cup 25 are extended to completely envelop the stator and the internal wall of the cup is coated with a conductive layer 38 over an area between the points B and B 'which surrounds all the stator.
  • these layers are grounded to the sheath 21 by means of low impedance such as by soldering ground conductors to the layers or flexible bronze contacts. beryllium referenced 39, 40, 41 and 42.
  • the winding 30 is supplied by conductors in a cable 43 which passes through the section 25 through a hole 44 and the sheath through a sealed passage 45.
  • section 25 has holes 46 for the circulation of the fluid 22.
  • the electrostatic screen is produced by a metallic film which is applied to the coil 30, the cable 43 as well as to the magnetic circuit 29 and the active wires which it encloses in its grooves.
  • the conductive parts 29, 30 and 43 will be previously isolated by a varnish or an insulating material so as to avoid short circuits between the winding conductors and the sheets of the magnetic circuit.
  • the material of the metallic layer or film can be silver copper, or any other material that is a good electrical conductor and its thickness can be from a few microns to a few tenths of a millimeter.

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • L'invention concerne les tubes à rayons X à anode tournante et plus particulièrement un dispositif de blindage du stator du moteur d'entraînement de l'anode tournante.
  • Les tubes à rayons X, pour diagnostic médical par exemple, sont généralement constitués (figure 1) comme une diode, c'est-à-dire avec une cathode 11 et une anode 12 ou anti-cathode, ces deux électrodes étant enfermées dans une enveloppe 14 étanche au vide et qui permet de réaliser l'isolement électrique entre ces deux électrodes. La cathode 11 produit un faisceau d'électrons 13 et l'anode 12 reçoit ces électrons sur une petite surface qui constitue un foyer d'où sont émis les rayons X.
  • Quand la haute tension d'alimentation est appliquée par un générateur 15 aux bornes de la cathode 11 et de l'anode 12 de façon que la cathode soit au potentiel négatif -HT, un courant dit courant électronique s'établit dans le circuit au travers du générateur 15 produisant la haute tension d'alimentation; le courant électronique traverse l'espace entre la cathode et l'anode sous la forme du faisceau d'électrons 13 qui bombardent le foyer.
  • Une faible proportion de l'énergie dépensée à produire le faisceau d'électrons 13 est transformée en rayons X, le reste de cette énergie étant transformée en chaleur. Aussi, compte tenu également des puissances instantanées importantes mises en jeu les constructeurs ont depuis longtemps réalisé des tubes à rayons X à anode tournante où l'anode est mise en rotation pour répartir le flux thermique sur une couronne appelée couronne focale, d'aire beaucoup plus grande que le foyer, l'intérêt étant d'autant plus grand que la vitesse de rotation est élevée (en général entre 3.000 et 12.000 tours par minute).
  • L'anode tournante de type classique a la forme générale d'un disque ayant un axe de symétrie 16 autour duquel elle est mise en rotation à l'aide d'un moteur électrique 17; le moteur électrique a un stator 18 situé à l'extérieur de l'enveloppe 14 et un rotor 19 monté dans l'enveloppe 14 du tube à rayons X et disposé selon l'axe de symétrie 16, le rotor étant mécaniquement solidarisé à l'anode 12 par l'intermédiaire d'un arbre support 20.
  • Du fait des fortes dissipations d'énergie, le tube à rayons X s'échauffe et il est nécessaire de le refroidir en le disposant dans une enceinte, appelée gaine, dans laquelle circule un fluide réfrigérant et isolant qui peut être refroidi par un dispositif approprié. Cette gaine, réalisée en métal doublé intérieurement d'une couche de plomb, sert aussi de protection de l'environnement extérieur contre le rayonnement X émis par le foyer du tube à rayons X dans toutes les directions.
  • La combinaison de la gaine et du tube forme alors ce qu'on appelle un ensemble radiogène.
  • Dans un ensemble radiogène, le tube à rayons X, contrairement aux composants dits passifs tels que résistances, selfs et capacités..., qui se comportent suivant des lois établies, est un composant du type actif ou réactif qui engendre des perturbations aléatoires contre lesquelles il faut se protéger.
  • En effet, les tubes à rayons X qui sont utilisés en radiodiagnostic médical sont des tubes à vide fonctionnant à de très hautes tensions allant jusqu'à 150 kilovolts. Ces hautes tensions provoquent des champs électriques très élevés dans le vide, lesquels sont intensifiés par la présence d'impuretés ou micro-agrégats à la surface des électrodes qu'il est difficile d'éliminer lors de la fabrication du tube malgré tout le soin apporté aux traitements de surface.
  • Si l'intensité du champ électrique devient suffisamment élevée, il apparaît alors une instabilité appelée "réaction tube" ou "crépitement tube" qui vaporise tout ou partie de l'impureté à l'origine de cette forte intensité du champ électrique. Si le nouvel état de surface n'est pas suffisamment homogène pour abaisser l'intensité ponctuelle du champ électrique à une plus faible valeur, le "crépitement" se répète jusqu'à ce que la surface soit assez homogène ou "propre" pour supporter la haute tension.
  • Ce phénomène apparaît occasionnellement tout au long de la vie du tube et il est le moyen par lequel le tube à rayons X se nettoie des impuretés qui peuvent se déplacer de façon aléatoire pendant la vie du tube.
  • Ces décharges électriques dans le tube excitent les résonances naturelles des circuits électriques à l'intérieur de la gaine et les oscillations haute fréquence qui en résultent, typiquement dans la gamme de la centaine de mégahertz , sont écoulées et rayonnées dans tout l'équipement électronique disposé au voisinage du tube à rayons X. Ces oscillations sont souvent de très forte puissance et peuvent alors causer des dommages permanents aux composants électroniques sensibles, ce qui conduit à un mauvais fonctionnement de l'équipement électronique.
  • Les moyens traditionnels qui sont utilisés pour réduire l'effet de "crépitement tube" sur l'équipement électronique, comme dans la demande de brevet européen publiée sous le numéro 0 151 878, dans laquelle la gaine du tube est séparée en deux chambres, l'une contenant la cathode et l'anode, et l'autre contenant les circuits électroniques, ont pour but d'empêcher les parasites haute fréquence d'entrer dans l'équipement électronique en enfermant l'équipement dans des enceintes métalliques, en disposant des filtres aux entrées de l'équipement et en mettant à la terre les différents éléments de l'équipement.
  • En outre, comme le tube à rayons X et le générateur haute tension sont disposés dans des enceintes métalliques, les seuls éléments qui ne sont pas protégés sont les conducteurs d'alimentation de la cathode et de l'anode ainsi que ceux du stator. Il est connu de protéger les conducteurs d'alimentation de la cathode et de l'anode en utilisant des câbles coaxiaux d'un type spécial qui comportent un blindage extérieur mis à la masse de l'enveloppe métallique de la gaine.
  • Il est également connu de réduire la propagation des oscillations haute fréquence pour les fils du stator en connectant des inductances en série sur lesdits fils d'alimentation et des condensateurs en parallèle entre ces derniers et la terre. En outre, pour protéger le stator lui-même, il est connu de mettre des écrans métalliques qui sont disposés, à l'extérieur du tube, entre le rotor et le stator. Ces écrans métalliques sont d'un coût élevé, leur fixation mécanique est délicate car leur mise en place peut occasionner des détériorations des fils du stator, leurs formes doivent être arrondies pour éviter des effets de champ entre le stator et l'anode et leur épaisseur de quelques dixièmes de millimètre est la cause de pertes de courants moteurs et crée un écran thermique limitant la dissipation de la chaleur du stator.
  • Le but de la présente invention est donc de réaliser des écrans de blindage du stator qui ne présentent pas les inconvénients signalés ci-dessus.
  • L'invention concerne un tube à rayons X à anode tournante comprenant un dispositif de blindage pour le stator du moteur d'entraînement du tube, ledit tube étant maintenu dans une gaine métallique par un support isolant en forme de coupe servant aussi de support au stator du moteur qui comporte un circuit magnétique, un bobinage ainsi qu'un câble d'alimentation du bobinage, une pièce isolante en forme de tulipe étant placée entre le stator et le rotor à l'extérieur du tube à rayons X, caractérisé en ce que ledit dispositif est constitué par une couche conductrice déposée sur la pièce isolant le stator du rotor sur sa paroi extérieure de façon à réaliser un écran électrostatique entre l'anode et le stator d'une part, et entre le rotor et le stator d'autre part, ladite couche conductrice présentant une discontinuité circulaire à mi-hauteur du stator.
  • Dans une deuxième variante de réalisation, le tube à rayons X à anode tournante comprenant un dispositif de blindage pour le stator du moteur d'entraînement du tube, selon l'invention, est constitué par une couche de matériau isolant disposée sur le circuit magnétique, le bobinage et le câble d'alimentation, et par un film métallique qui est disposé sur ce matériau isolant mis à la masse et présentant une discontinuité électrique du côté du rotor.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation et des exemples de l'art antérieur, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels :
    • la figure 1, selon l'art antérieur, est une vue schématique d'un tube à rayons X ;
    • la figure 2, selon l'art antérieur, est une vue détaillée d'un tube à rayons X à anode tournante disposé dans une gaine de protection et de refroidissement, et
    • la figure 3 est une vue agrandie et détaillée du stator et du rotor du moteur d'entraînement de l'anode montrant les moyens additionnels de protection selon l'invention.
  • Un tube 24 à rayons X (figure 2), du type de celui décrit dans le préambule en relation avec la figure 1, est disposé dans une enceinte métallique fermée ou gaine 21 remplie d'un fluide isolant et réfrigérant 22. Le tube 24 à rayons X est maintenu en position dans cette gaine par une bride isolante 23, solidaire de la gaine 21, qui vient enserrer l'enveloppe 14 du tube et par un support isolant 25 solidaire de la gaine 21, sur lequel repose une extrémité 26 d'un rotor 27 situé à l'intérieur de l'enveloppe 24.
  • Le support isolant 25, en forme de coupe, sert également de support à un stator 18 disposé à l'intérieur de la coupe, ce stator comportant un circuit magnétique 29 et un bobinage 30.
  • Une pièce isolante 31 ou tulipe est intercalée entre le stator 28 et le rotor 27, à l'extérieur de l'enveloppe 14, et est fixée au support isolant ou coupe 25.
  • Les conducteurs d'alimentation des différents éléments de la cathode 11 proviennent du générateur 15 par l'intermédiaire de connections qui viennent s'enficher dans des réceptacles 32 et 33 traversant la paroi de la gaine 21. De même, le conducteur d'alimentation de l'anode provient dudit générateur 15 par l'intermédiaire d'un connecteur qui vient s'enficher dans un réceptacle 34 traversant la paroi de la gaine 21.
  • Par ailleurs, la gaine 21 est équipée de manière classique d'une fenêtre 35 de sortie du faisceau de rayons X.
  • Selon un premier aspect de l'invention (figure 3), la paroi extérieure de la tulipe 31 est revêtue d'une couche conductrice 36 sur une zone comprise entre les points A et A', cette couche conductrice présentant une discontinuité circulaire 37 qui est réalisée à mi-hauteur du circuit magnétique 29. Cette discontinuité a pour but d'empêcher que des courants ne soient induits dans la couche conductrice au lieu du rotor. La distance AA' est telle que la couche 36 réalise un écran électrostatique entre l'anode et le stator et entre le rotor et le stator.
  • Selon un deuxième aspect de l'invention les bords de la coupe 25 sont prolongés pour envelopper complètement le stator et la paroi interne de la coupe est revêtue d'une couche conductrice 38 sur une zone comprise entre les points B et B' qui entoure tout le stator.
  • Pour que le blindage réalisé par les couches conductrices 36 et 38 soit efficace, ces couches sont mises à la masse de la gaine 21 par des moyens de faible impédance tels que par soudure de conducteurs de masse sur les couches ou des contacts souples au bronze-béryllium référencés 39, 40, 41 et 42.
  • Le bobinage 30 est alimenté par des conducteurs dans un câble 43 qui traverse la coupe 25 par un trou 44 et la gaine par un passage étanche 45.
  • Par ailleurs, la coupe 25 présente des trous 46 pour la circulation du fluide 22.
  • Selon une autre variante de l'invention, l'écran électrostatique est réalisé par un film métallique qui est appliqué sur le bobinage 30, le câble 43 ainsi que sur le circuit magnétique 29 et les fils actifs qu'il renferme dans ses rainures. Bien entendu, les parties conductrices 29, 30 et 43 seront préalablement isolées par un vernis ou un matériau isolant de manière à éviter les court-circuits entre les conducteurs du bobinage et les tôles du circuit magnétique.
  • Dans cette variante, il est prévu également une discontinuité électrique du film métallique côté rotor et sa mise à la masse. Enfin, ce film métallique présentera quelques orifices côté paroi de la gaine pour permettre le passage des bulles de gaz.
  • Le matériau de la couche ou du film métallique peut être du cuivre de l'argent, ou tout autre matériau bon conducteur électrique et son épaisseur peut être de quelques microns à quelques dixièmes de millimètre.
  • L'invention a été décrite (figure 3) en montrant une couche conductrice 36 sur la paroi externe de la tulipe 31 et une couche conductrice sur la paroi interne de la coupe 25; cependant, l'invention peut être mise en oeuvre avec une couche conductrice sur la paroi externe de la coupe 25.

Claims (4)

  1. Tube à rayons X à anode tournante comprenant un dispositif de blindage pour le stator du moteur d'entraînement du tube, ledit tube étant maintenu dans une gaine métallique (21) par un support isolant (25) en forme de coupe servant aussi de support au stator (18) du moteur qui comporte un circuit magnétique (29), un bobinage (30) ainsi qu'un câble (43) d'alimentation du bobinage, une pièce isolante (31) en forme de tulipe étant placée entre le stator et le rotor à l'extérieur du tube à rayons X, ledit dispositif étant constitué par une couche conductrice (36) déposée sur la pièce isolante (31) en forme de tulipe isolant le stator (18) du rotor (27) sur sa paroi extérieure de façon à réaliser un écran électrostatique entre l'anode (12) et le stator (18) d'une part, et entre le rotor (19) et le stator (18) d'autre part, ladite couche conductrice (36) présentant une discontinuité circulaire (37) à mi-hauteur du stator (18).
  2. Tube à rayons X à anode tournante comprenant un dispositif de blindage pour le stator du moteur d'entraînement du tube, ledit tube étant maintenu dans une gaine métallique (21) par un support isolant (25) en forme de coupe servant aussi de support au stator (18) du moteur qui comporte un circuit magnétique (29), un bobinage (30) ainsi qu'un câble (43) d'alimentation du bobinage, une pièce isolante (31) en forme de tulipe étant placée entre le stator et le rotor à l'extérieur du tube à rayons X, ledit dispositif étant constitué par une couche de matériau isolant disposée sur le circuit magnétique (29), le bobinage (30) et le câble (43) d'alimentation, et par un film métallique qui est disposé sur ce matériau isolant mis à la masse et présentant une discontinuité électrique du côté du rotor.
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support isolant (25) du tube à rayons X, en forme de coupe, se prolonge pour envelopper complètement le stator (18) et est recouvert d'une couche conductrice (38) sur une de ses parois, interne ou externe, réalisant un écran électrostatique entre le rotor et le stator.
  4. Dispositif selon les revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les couches conductrices (36 et 38) respectives de la pièce isolante ( 31), en forme de tulipe, et du support isolant (25) prolongé, en forme de coupe, sont reliées à la masse de la gaine (21) du tube.
EP92401039A 1991-04-17 1992-04-14 Dispositif de blindage d'un stator de moteur pour anode tournante de tube à rayons X Expired - Lifetime EP0509901B1 (fr)

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FR9104734A FR2675630B1 (fr) 1991-04-17 1991-04-17 Dispositif de blindage d'un stator de moteur pour anode tournante de tube a rayons x.

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