Brevet FR2632451A1 — publié le 19891208

Tube à rayons X a anode rotative montée sur une suspension magnétique. La présente invention a pour objet un tube à rayons X à anode rotative montée sur une suspension magnétique, comprenant a) une enceinte étanche, b) un ensemble tournant portant une anode disposée à l'intérieur de l'enceinte étanche, l'ensemble tournant comprenant un arbre intérieur coopérant de façon sélective avec au moins deux roulements à billes de secours montés sur un support cylindrique fixe coaxial à l'arbre intérieur et solidaire de l'enceinte étanche, et une partie en forme de cloche constituée par une partie cylindrique externe coaxiale à l'arbre intérieur et entourant sans contact le support cylindrique et par une partie frontale à laquelle sont raccordées une tige de support de l'anode, l'arbre intérieur et la partie cylindrique externe, c) un moteur électrique d'entraînement en rotation de l'ensemble tournant comprenant un stator disposé à l'extérieur de l'enceinte étanche autour de ladite partie cylindrique externe de l'ensemble tournant, et d) des paliers magnétiques comprenant des stators disposés à l'extérieur de l'enceinte étanche On connait déjà, par exemple par le document JP-A-59-60950 un tube à rayons X de ce type équipé de paliers magnétiques de support de l'anode tournante sans contact. Toutefois, les deux paliers magnétiques à effet radial utilisés pour supporter une pièce cylindrique à une extrémité de laquelle est fixée l'anode présentent tous deux des structures et des caractéristiques identiques, ce qui en pratique empêche un support optimisé de l'anode tournante montée en porte-à-faux à une extrémité de la pièce cylindrique et conduit à une structure d'ensemble peu compacte. De plus, dans le mode de réalisation présenté dans le document JP-A-59-60950, chaque palier est de type mixte et comprend des aimants permanents qui contribuent à diminuer l'efficacité de l'ensemble de la suspension et à accroître la complexité de la fabrication. Le document EP-A-097590 décrit par ailleurs un dispositif de suspension active d'un rotor placé dans une enceinte étanche, applicable notamment au montage d'un arbre d'anode tournante de tube à rayons X. Ce dispositif de suspension magnétique met en oeuvre deux paliers magnétiques identiques de type conique à action axiale et radiale. La mise en oeuvre de deux paliers magnétiques identiques ne permet là encore ni d'obtenir un dispositif d'ensemble réellement compact, ni d'optimiser la commande des efforts exercés par la suspension magnétique active sur l'ensemble tournant. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre de réaliser un tube à rayons X de plus faibles dimensions que les tubes existants tout en assurant une maîtrise plus efficace et plus sûre de la rotation et du support sans contact de l'ensemble tournant de support d'anode placé dans une enceinte étanche. Ces buts sont atteints grace à un tube à rayons X du type défini en tête de la description, caractérisé en ce que la partie frontale de la partie en forme de cloche de l'ensemble tournant présente une forme tronconique, la face frontale de plus grande section étant située du côté de l'anode, et en ce que les paliers magnétiques de support de l'ensemble tournant comprennent dl) un palier magnétique actif radial arrière comportant une culasse de stator munie d'enroulements et disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche et une armature de rotor montée en regard de la culasse de stator dans la partie arrière de ladite partie cylindrique externe éloignée de l'anode, d2) un palier magnétique actif de type conique à actions radiale et axiale surdimensionné par rapport au palier magnétique actif radial arrière et comportant une culasse de stator munie d'enroulements et disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche et une armature de rotor montée en regard de la culasse de stator dans ladite partie frontale, et d3) une butée magnétique axiale active comportant une culasse de stator munie d'enroulements et disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche autour de la tige de support de l'anode et en regard de la face frontale avant de plus grande section de ladite partie frontale. Avantageusement, la butée magnétique axiale active comprend une culasse de stator constituée par au moins deux secteurs indépendants et chaque secteur indépendant de la culasse de stator est muni d'un enroulement formant une boucle fermée dans un plan radial par rapport à l'ensemble tournant. De façon plus particulière, la butée magnétique axiale active comprend une culasse de stator constituée par deux secteurs indépendants séparables s'étendant sur 1800 et constituant avec les enroulements associés, deux demi-butées axiales démontables. A titre d'exemple, la culasse de stator et l'armature de rotor du palier magnétique conique s'étendent dans le sens axial de l'ensemble tournant sur une distance correspondant à environ 1,5 à 2 fois la distance sur laquelle s'étendent dans le sens axial la culasse de stator et l'armature de rotor du palier magnétique radial. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le tube à rayons X comprend des premier et second détecteurs radiaux disposés respectivement au voisinage du palier magnétique radial et du palier magnétique conique et s'étendant autour de l'ensemble tournant sur un secteur angulaire de 1800. Le tube à rayons X comprend en outre au moins un détecteur axial s'étendant autour de l'ensemble tournant sur un secteur angulaire de 1800 au plus et disposé au voisinage du palier magnétique conique sensiblement dans le meme plan radial que le second détecteur radial. Le détecteur axial peut être de type inductif et peut comprendre au moins deux circuits ferromagnétiques équipés chacun de bobines disposées à l'extérieur de l'enceinte étanche et coopérant avec une armature de rotor commune qui peut constituer également l'armature de rotor du second détecteur radial. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un exemple de réalisation d'un tube à rayons X conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II de la figure 1 montrant une vue de face de la butée axiale du dispositif de suspension magnétique active, - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 montrant un détecteur radial de la position de l'ensemble tournant, et - la figure 4 représente une variante de réalisation de la figure 3. On voit sur la figure 1 un tube à rayons X 20 comprenant une enceinte étanche 3 dont une partie 4, qui définit de façon classique une chambre dans laquelle est placée une anode tournante 15, n'a pas été représentée de façon complète sur le dessin. Un tel tube est destiné en particulier à constituer une source de rayonnement utilisée dans des appareils de radiologie. L'invention concerne plus spécifiquement la réalisation de l'ensemble tournant 10 auquel l'anode 15 est rattachée par une tige 14, et l'agencement de la suspension magnétique de support. de l'ensemble tournant qui permettent de réaliser un tube dont les dimensions sont réduites. L'ensemble tournant 10 comprend essentiellement une partie en forme de cloche présentant une partie cylindrique externe 12 s'étendant coaxialement à l'axe de rotation de l'anode 15 et rattachée du coté de l'anode 15 à une partie frontale 13 présentant une forme tronconique avec une face latérale externe 131 et une face frontale avant 132, située du côté de l'anode 15, qui constitue la grande base du tronc de cône. L'ensemble tournant 10 comprend en outre un arbre intérieur Il dont une extrémité est rattachée à la partie frontale 13 et qui est prévu pour coopérer, à l'arrêt ou en cas de défaillance de la suspension magnétique avec deux roulements à billes de secours 1, 2 montés sur un support cylindrique fixe 21 coaxial à la partie cylindrique externe tournante 13 et à l'arbre intérieur tournant 11 et solidaire de l'enceinte étanche 3. Le roulement à billes de secours 1 situé le plus près de la partie frontale 13 de l'ensemble tournant 10 est surdimensionné par rapport à l'autre roulement à billes de secours 2 situé au voisinage de l'extrémité libre de l'arbre intérieur 11, et peut être constitué par exemple par un double roulement comme représenté sur la figure 1. Un moteur électrique asynchrone 30pour l'entraînement de l'ensemble tournant 10 comprend un induit 33 composé de barres conductrices en cuivre s'étendant parallèlement à l'axe de l'ensemble tournant 10 et disposées dans la partie cylindrique externe 12 de l'ensemble tournant 10, et un inducteur ou stator comportant un noyau 31 formé d'un empilement de tôles ferromagnétiques de faible épaisseur et associé à des bobines d'excitation 32. L'induit 33 est ainsi disposé à l'intérieur de l'enceinte étanche 3 tandis que le noyau 31 solidaire du bâti 22 et les bobines d'excitation 32 sont disposées à l'extérieur de l'enceinte étanche 3. L'enceinte étanche 3 du tube à rayons X 20 peut, dans sa portion entourant la partie frontale 13 et la face extérieure de la partie cylindrique externe 12, être réalisée de la façon indiquée dans le document EP-A-097590, c'est-à-dire peut être réalisée essentiellement à partir d'un matériau isolant tel que du verrue, tout en présentant le cas échéant une structure spécifique dans les parties situées en regard des paliers magnétiques ou des détecteurs de position. La suspension magnétique de l'ensemble tournant 10 comprend un palier magnétique actif radial 40 disposé du côté de la partie arrière de la partie cylindrique externe 12, au voisinage de l'extrémité libre de l'arbre central 11 coopérant avec le roulement à billes de secours 2. Le palier magnétique radial 40 peut être réalisé de façon classique et comporte une culasse de stator 41 munie d'enroulements d'électro-aimant 42, fixée sur le bâti 22 à l'extérieur de l'enceinte étanche 3. La partie statorique 41, 42 du palier magnétique radial 40 coopère avec une armature de rotor 43 montée en regard de la culasse de stator 41 dans la partie arrière de la partie cylindrique externe 12 de l'ensemble tournant 10. Contrairement au cas des suspensions magnétiques utilisées dans des tubes à rayons X connus, le maintien radial de l'ensemble tournant 10 en une zone axialement distante de la première zone de maintien radial dans laquelle agit le palier magnétique radial 40, n'est pas réalisé à l'aide d'un second palier magnétique radial identique au premier palier radial. Ainsi, le maintien de l'ensemble tournant 10 au niveau de la partie frontale 13 est effectué à l'aide d'un palier magnétique actif 50 d'un type différent, en l'espèce de type conique à action axiale et radiale, et surdimensionné par rapport au palier magnétique actif radial arrière 40. Le palier magnétique conique 50 comprend une culasse de stator 51 munie d'enroulements 52 et fixée sur le bâti 22 à l'extérieur de l'enceinte 3. La partie statorique 51, 52 du palier magnétique conique 50 coopère avec une armature de rotor 53 montée en regard de la culasse de stator 51 dans la partie périphérique de la partie frontale 13 de l'ensemble tournant 10. La culasse de stator 51 et l'armature de rotor 53 du palier magnétique conique 50 s'étendent dans le sens axial de l'ensemble tournant 10 sur une distance correspondant à environ 1,5 à 2 fois la distance sur laquelle s'étendent dans le sens axial la culasse de stator 41 et l'armature de rotor 43 du palier magnétique radial 40.Le surdimensionnement du palier conique 50 par rapport au palier radial 40 permet de répondre de façon plus efficace aux sollicitations radiales plus fortes exercées au voisinage de l'anode 15. Grâce à la configuration tronconique de la partie frontale 13 et de l'armature 53, le palier magnétique 50 peut contrebalancer les efforts exercés axialement vers l'avant sur l'ensemble tournant 10 tandis que les efforts exercés axialement vers l'arrière sont contrebalancés par une butée magnétique axiale active 60 disposée autour de la tige 14 de raccordement entre l'anode 15 et l'ensemble tournant 10, et coopérant avec la face frontale 132 de la partie frontale 13. La butée axiale 60 est elle-même réalisée de façon démontable avec un plan de joint 65 séparant deux secteurs indépendants 61, 63 en matériau ferromagnétique s'étendant chacun sur 180 et constituant deux moitiés d'une culasse de stator. Chaque secteur indépendant 61, 63 de la culasse de stator de la butée axiale 60 est muni d'un enroulement 62, 64 formant une boucle fermée en forme de "haricot" dans un plan radial par rapport à l'ensemble tournant 10 (voir figure 2). Les deux secteurs 61, 63 de la culasse de stator de la butée axiale 60 définissent des pièces polaires dont les faces terminales présentent la forme d'arcs de cercle centrés sur l'axe de l'ensemble tournant 10 et situés dans un plan radial situé en regard de la partie périphérique de la face frontale 132 de la partie frontale 13 de l'ensemble tournant 10.Dans chaque secteur 61, respectivement 63 de la culasse de stator de la butée axiale 60, le pole entouré par l'enroulement 62 respectivement 64, présente une première polarité (Nord ou Sud) tandis que les pôles situés à l'extérieur de cet enroulement présentent la polarité opposée (Sud ou Nord). Les deux moitiés 61, 62 et 63, 64 de stator de la butée axiale 60 sont fixées de façon démontable par des pinces 66 sur une partie renforcée 4 de l'enceinte étanche 3. On décrira maintenant en référence aux figures 1 et 3, 4, les détecteurs de position de l'ensemble tournant 10 délivrant des signaux à partir desquels le courant dans les enroulements des paliers magnétiques actifs 40, 50 et de la butée magnétique 40 est asservi à l'aide de circuits d'asservissement classiques non représentés. Des premier et second détecteurs radiaux 70, 80 sont disposés respectivement au voisinage du palier magnétique radial 40 et du palier magnétique conique 50 à l'extérieur de l'enceinte étanche 3, en regard de la partie cylindrique externe 12 et s'étendent autour de celle-ci sur un secteur angulaire limité à 1800, par exemple à la partie inférieure du tube -20. Ceci permet de disposer à l'intérieur de l'enceinte 3 un détecteur axial 90 situé au voisinage notamment du palier magnétique conique 50, qui se trouve sensiblement dans le même plan radial que le détecteur radial 80, dans la mesure où le détecteur axial 90 s'étend également autour de la partie cylindrique externe 12 sur un secteur angulaire limité à 1800. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1, 3 et 4, les détecteurs radiaux 70, 80 et axial 90 sont de type inductif. Chaque détecteur radial 70, 80 comprend alors une culasse 71, 81 en matériau ferromagnétique feuilleté s'étendant sur 1800 montée sur un support fixé au bâti 20, et des enroulements 72, 82. Une armature annulaire 73, 83 en matériau ferromagnétique feuilleté est disposée en regard de la culasse 71, 81 dans la partie cylindrique externe 12 à l'intérieur de l'enceinte étanche pour servir d'anneau de référence permettant de déterminer avec précision la position radiale de l'ensemble tournant 10. Comme on l'a représenté sur les figures 3 et 4, chaque détecteur 70, 80 peut comprendre une première et uhe seconde paires d'électro-aimants el, e2 et e3, e4 disposées respectivement au voisinage d'un premier axe de référence X'X et d'un second axe de référence Y'Y perpendiculaire au premier axe. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 3, les axes de référence X'X et Y'Y sont obtenus par une rotation de 450 à partir d'un axe horizontal et un axe vertical, et les déplacements selon l'axe X'X sont détectés à partir de la somme des signaux délivrés par les électro-aimants e1 et e2 symétriques par rapport à l'axe X'X et décalés de 300 par rapport à celui-ci tandis que les déplacements selon l'axe Y'Y sont détectés à partir de la somme des signaux délivrés par les électro-aimants e3 et e4 symétriques par rapport à l'axe Y'Y et décalés de 300 par rapport à celui-ci. Dans le mode de réalisation de la figure 4, les axes da référence X'X et Y'Y sont respectivement confondus avec l'horizontale et la verticale. Les déplacements selon l'axe Y'Y sont détectés comme dans le cas de la figure 3-à partir dela somme des signaux délivrés par les électro-aimants e3 et e4 symétriques par rapport à l'axe Y'Y et décalés de 300 par rapport à celui-ci tandis que les déplacements selon l'axe X'X sont détectés à partir de la différence entre les signaux délivrés par les électro-aimants et et e2 symétriques par rapport à l'axe Y'Y et décalés chacun de 300 par rapport à l'axe X'X. Le détecteur radial 80 peut présenter une structure tout à fait identique à celle du détecteur radial 70. Le détecteur axial 90 peut également être de type inductif et comprend dans ce cas deux circuits ferromagnétiques feuilletés 91 équipés chacun d'enroulements 92, qui peuvent présenter chacun une configuration semblable à celles décrites en référence aux détecteurs radiaux 70, 80. Toutefois, dans le cas du détecteur axial 90, la paire d'éléments statoriques 91, 92 disposés à l'extérieur de l'enceinte 3 coopere avec une armature annulaire feuilletée 83 commune montée dans la partie cylindrique externe 12, qui s'étend axialement sur une distance telle que cette armature annulaire 83 ne peut pas se trouver simultanément en regard de l'ensemble des deux circuits ferromagnétiques 91. Du fait des chevauchements partiels différents de chacun des circuits ferromagnétiques 91 et de l'armature commune 83, les signaux délivrés par les enroulements 92 associés à chacun des circuits ferromagnétiques 91 sont différents et permettent de fournir des informations sur,la position axiale de l'ensemble tournant 10 qui permettent d'asservir correctement la butée axiale 60 et le palier conique 50 pour le maintien d'une position axiale prédéterminée. Comme on peut le voir sur la figure 1, le détecteur axial 90 est disposé dans la partie supérieure du tube 2p au dessus du détecteur radial 80, et coopère avec l'armature annulaire feuilletée 83 qu constitue également un anneau de référence pour le détecteur radial 80. REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X à anode rotative montée sur une suspension magnétique, comprenant a) une enceinte étanche (3,4) b) un ensemble tournant (10) portant uné anode (15) disposée à l'intérieur de l'enceinte étanche (3,4), l'ensemble tournant (10) comprenant un arbre intérieur (11) coopérant de façon sélective avec au moins deux roulements à billes de secours (1,2) montés sur un support cylindrique fixe (21) coaxial à l'arbre intérieur (11) et solidaire de l'enceinte étanche (3,4), et une partie en forme de cloche constituée par une partie cylindrique externe (12) coaxiale à l'arbre intérieur (11) et entourant sans contact le support cylindrique (21) et par une partie frontale (13) à laquelle sont raccordées une tige (14) de support de l'anode (15), l'arbre intérieur (11) et la partie cylindrique externe (12), c) un moteur électrique (30) d'entraînement en rotation de l'ensemble tournant (10) comprenant un stator (31, 32) disposé à l'extérieur de l'enceinte étanche (3,4) autour de ladite partie cylindrique externe (12) de l'ensemble tournant (10), et d) des paliers magnétiques (40; 50; 60) comprenant des stators (61, 62; 41, 42; 51, 52) disposés à l'extérieur de l'enceinte étanche (3,4), caractérisé en ce que la partie frontale (13) de la partie en forme de cloche de l'ensemble tournant (10) présente une forme tronconique, la face frontale (132) de plus grande section étant située du coté de l'anode (15), et en ce que les paliers magnétiques (40, 50, 60) de support de l'ensemble tournant (10) comprennent dl) un palier magnétique actif radial arrière (40) comportant une culasse de stator (41) munie d'enroulements (42) et disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche et une armature de rotor (43) montée en regard de la culasse de stator (41) dans la partie arrière de ladite partie cylindrique externe (12) éloignée de l'anode, d2) un palier magnétique actif de type conique à actions radiale et axiale (50) surdimensionné par rapport au palier magnétique actif radial arrière (40) et comportant une culasse de stator (51) munie d'enroulements (52) et disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche et une armature de rotor (53) montée en regard de la culasse de stator (51) dans ladite partie frontale (13), et d3) une butée magnétique axiale active (60) comportant une culasse de stator (61, 63) munie d'enroulements (62, 64) et disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche (4) autour de la tige (14) de support de l'anode (15) et en regard de la face frontale avant (132) de plus grande section de ladite partie frontale (13). 2. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée magnétique axiale active (60) comprend une culasse de stator constituée par au moins deux secteurs indépendants (61, 63) et en ce que chaque secteur indépendant (61, 63) de la culasse de stator est muni d'un enroulement (62, 64) formant une boucle fermée dans un plan radial par rapport à l'ensemble tournant (10). 3. Tube à rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que la butée magnétique axiale active (60) comprend une culasse de stator constituée par deux secteurs indépendants (61, 63) séparables s'étendant sur 1800 et constituant avec les enroulements associés (62, 64) deux demi-butées axiales démontables. 4. Tube à rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la culasse de stator (51) et l'armature de rotor (53) du palier magnétique conique (50) s'étendent dans le sens axial de l'ensemble tournant (10) sur une distance correspondant à environ 1,5 à 2 fois la distance sur laquelle s'étendent dans le sens axial la culasse de stator (41) et l'armature de rotor (43) du palier magnétique radial (40). 5. Tube à rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second détecteurs radiaux (70, 80) disposés respectivement au voisinage du palier magnétique radial (40) et du palier magnétique conique (50) et s'étendant autour due l'ensemble tournant (10) sur un secteur angulaire de 1800. 6. Tube à rayons X selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second détecteurs radiaux (70, 80) sont de type inductif et comprennent des éléments fixes de détection (71, 72; 81, 82) disposés à l'extérieur de l'enceinte étanche (3,4). 7. Tube à rayons X selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un détecteur axial (90) s'étendant autour de l'ensemble tournant (10) sur un secteur angulaire de 1800 au plus et disposé au voisinage du palier magnétique conique (50) sensiblement dans le même plan radial que le second détecteur radial (80). 8. Tube à rayons X selon la revendication 7, caractérisé en ce que le détecteur axial (90) est de type inductif et comprend au moins deux circuits ferromagnétiques (91) équipés chacun de bobines (92) disposés à l'extérieur de l'enceinte étanche (3,4) et coopérant avec une armature de rotor commune (83). 9. Tube à rayons X selon la revendication 6 et la revendication 8, caractérisé en ce que ladite armature de rotor commune (83) constitue également l'armature de rotor du second détecteur radial (80). 10. Tube à rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le roulement à billes de secours (1) situé le plus près du palier magnétique conique (50) est surdimensionné par rapport à l'autre roulement à billes de secours (2) situé le plus près du palier magnétique radial (40).