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同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法及其结构

阅读:130发布:2023-03-09

专利汇可以提供同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法及其结构专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种同步回旋 加速 器中旋转电容 转子 的电 接触 结构,其技术方案要点包括电容 真空 室、转动设置于电容真空室内的电容转子以及固定连接于电容转子一端用于驱动电容转子转动的 转轴 ,所述电容转子包括设置于中部的圆盘部以及沿圆盘部周向外侧分布的 叶片 部,所述转轴上设置有与圆盘部设有间隔的接电转盘,所述圆盘部和接电转盘之间压接有接电 铜 网;所述接电转盘远离圆盘部的一侧与电容真空室 侧壁 之间设置有用于进行高频接地的平面窄间隙,本发明具有在高速旋转条件下能够稳定实现电接触的效果。,下面是同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法及其结构专利的具体信息内容。

1.一种同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法,其特征在于:将转轴(6)和电容转子(5)电接触;在转轴(6)上设置接电转盘(62);在电容真空室(2)内设置与接电转盘(62)具有间隙小于0.2mm的平面窄间隙(8),构成接地电容。
2.一种应用权利要1中方法的旋转电容转子的电接触结构,包括电容真空室(2)、转动设置于电容真空室(2)内的电容转子(5)以及固定连接于电容转子(5)一端用于驱动电容转子(5)转动的转轴(6),其特征在于:所述电容转子(5)包括设置于中部的圆盘部(51)以及沿圆盘部(51)周向外侧分布的叶片部(52),所述转轴(6)上设置有与圆盘部(51)设有间隔的接电转盘(62),所述圆盘部(51)和接电转盘(62)之间压接有接电网(7);所述接电转盘(62)远离圆盘部(51)的一侧与电容真空室(2)侧壁之间设置有用于进行高频接地的平面窄间隙(8)。
3.根据权利要求2所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述圆盘部(51)面向接电转盘(62)的一侧开设有环形槽(54),所述接电铜网(7)呈环形,且接电铜网(7)的一端嵌入环形槽(54)内,另一端抵接所述接电转盘(62)。
4.根据权利要求3所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述接电铜网(7)具有弹性,且当接电铜网(7)未发生形变时,所述接电铜网(7)的半径的环形槽(54)的外圆半径。
5.根据权利要求2或3所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述接电铜网(7)为铍铜丝网。
6.根据权利要求2所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述电容真空室(2)的一侧固定连接有供转轴(6)贯穿的磁流体密封件(9)。
7.根据权利要求2所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述转轴(6)的表面喷涂陶瓷。
8.根据权利要求2所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述圆盘部(51)的开设有连接圆孔(53),所述转轴(6)面向圆盘部(51)一端设置有紧配连接于连接圆孔(53)内的连接凸台(61),所述连接凸台(61)和连接圆孔(53)的轴向长度相等。
9.根据权利要求2或8所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述圆盘部(51)与叶片部(52)厚度相等。
10.根据权利要求8所述的旋转电容转子的电接触结构,其特征在于:所述连接圆孔(53)的直径为9至10.5mm。

说明书全文

同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法及其结构

技术领域

[0001] 本发明涉及同步回旋加速器领域,更具体地说它涉及一种同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触结构。

背景技术

[0002] 为适应相对论的影响,同步回旋加速器在离子加速过程中,腔体频率逐渐减小。在束流引出后,腔体频率快速回调到初始加速频率,继续下一束团的加速。同步回旋加速器腔体频率的变化一般通过周期性的旋转电容实现。常温同步回旋加速器设计中,旋转电容转速很低,可同时腔体结构设计复杂,各部件之间的电接触结构较繁琐。在高速旋转电容的设计中,常规的同步回旋加速器旋转电容转子电接触方法表现出明显的局限性。

发明内容

[0003] 针对现有技术存在的不足,本发明的第一目的在于提供一种同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触结构,其优点在于高速旋转条件下能够稳定实现电接触。
[0004] 为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法,将转轴和电容转子电接触;在转轴上设置接电转盘;在电容真空室内设置与接电转盘具有间隙小于0.2mm的平面窄间隙,构成接地电容。
[0005] 通过采用上述技术方案,转轴和电容转子电接触,使得两者处于同电位;而由于平面窄间隙,使得接电转盘和电容真空室侧壁两者构成了接地电容。有公知常识可知,电容在高频领域下阻值接近于零,因此就等于接电转盘和电容真空室腔体外壳共同处于地电位。此方式相比于在旋转电容转轴上安装电刷与腔体外壳接地的方式。由于接电转盘和腔体外壳不直接接触,因此不会出现磨损和升温问题,并且在长时间使用后依然能够保持稳定的接地。
[0006] 本发明的第二目的在于提供一种同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触结构,其优点在于在高速旋转条件下能够稳定实现电接触。
[0007] 为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触结构,包括电容真空室、转动设置于电容真空室内的电容转子以及固定连接于电容转子一端用于驱动电容转子转动的转轴,所述电容转子包括设置于中部的圆盘部以及沿圆盘部周向外侧分布的叶片部,所述转轴上设置有与圆盘部设有间隔的接电转盘,所述圆盘部和接电转盘之间压接有接电网;所述接电转盘远离圆盘部的一侧与电容真空室侧壁之间设置有用于进行高频接地的平面窄间隙。
[0008] 通过采用上述技术方案,由于高频领域,面接触的电连接效果比点接触的电连接效果要好很多。接电铜网受压设置于圆盘部和接电转盘之间,实现圆盘部和接电转盘的稳定的面接触导电;且接电铜网具有良好的导电性能,减小了接触电阻。另外由于接电转盘和电容真空室侧壁由于具有平面窄间隙,且圆盘部的电子能够通过接电铜网移动至接电转盘上,从而使得接电转盘和电容真空室侧壁之间构成一个接地电容。又由于此接地电容属于高频领域,在高频领域下电容阻值很低,从而实现高频接地。而这种接地方式由于接电转盘和腔体外壳不直接接触,不会出现磨损和升温问题,并且在长时间使用后依然能够保持稳定的接地。
[0009] 本发明进一步设置为:所述圆盘部面向接电转盘的一侧开设有环形槽,所述接电铜网呈环形,且接电铜网的一端嵌入环形槽内,另一端抵接所述接电转盘。
[0010] 通过采用上述技术方案,通过将接电铜网嵌入环形槽的方式,能够有效的限制接电铜网在与转轴同步的高速转动下可能出现的径向移动。保证接电铜网在高速转动下位置稳定性
[0011] 本发明进一步设置为:所述接电铜网具有弹性,且当接电铜网未发生形变时,所述接电铜网的半径的环形槽的外圆半径。
[0012] 通过采用上述技术方案,接电铜网相比于接电铜环之类,具有一定的可形变能;且接电铜网未发生形变时半径的环形槽的外圆半径,因此增大了接电铜网和环形槽之间的摩擦,进一步保证了接电铜网位置的稳定性。
[0013] 本发明进一步设置为:所述接电铜网为铍铜丝网。
[0014] 通过采用上述技术方案,铍铜丝网在铜丝网中具有较好的导电性能,因此能够有效的减小接触电阻。
[0015] 本发明进一步设置为:所述电容真空室的一侧固定连接有供转轴贯穿的磁流体密封件
[0016] 通过采用上述技术方案,同步回旋加速器设计中需要用到动密封。磁流体密封属于转动密封的一种,利用磁性流体材料的流动性和导磁性,在均匀磁场的作用下充填密封间隙形成O形环,实现真空密封。磁流体密封具有转速高,无磨损,工作可靠性高,冷要求较低,真空密封好等优点。同时磁流体密封件通过联轴器实现与转子的刚性连接,避免永磁传动中可能出现的丢转现象。
[0017] 本发明进一步设置为:所述转轴的表面喷涂陶瓷。
[0018] 通过采用上述技术方案,氧化铝陶瓷的表面具有阻隔的作用,能够有效避免的转轴与真空室的腔体外壳之间出现电接触。
[0019] 本发明进一步设置为:所述圆盘部的开设有连接圆孔,所述转轴面向圆盘部一端设置有紧配连接于连接圆孔内的连接凸台,所述连接凸台和连接圆孔的轴向长度相等。
[0020] 通过采用上述技术方案,通过连接圆孔与连接凸台实现转轴和圆盘部之间的同心定位;同时将连接凸台和连接圆孔的轴向长度设为相等,最大程度的增大了连接凸台与圆盘部之间的连接面积,实现了转轴和圆盘部稳固连接。
[0021] 本发明进一步设置为:所述圆盘部与叶片部厚度相等。
[0022] 通过采用上述技术方案,使得圆盘部和叶片部能够使用同一片铜板进行加工,使得加工工艺方便,且不浪费铜料。
[0023] 本发明进一步设置为:所述连接圆孔的直径为9至10.5mm。
[0024] 通过采用上述技术方案,连接圆孔尺寸的选择应当与固定电容转子和转轴的螺钉尺寸相匹配。连接圆孔尺寸若太小,则电容转子和转轴在中心位置紧固和接触不够;若太大,机械加工偏差会放大,精度不容易控制,可能会导致电容转子和转轴不同心出现错位。因此直径为9至10.5mm属于兼顾中心位置紧固和同心度的尺寸。
[0025] 综上所述,本发明具有以下优点:1、使用形成接地电容的方式高频接地,不会出现磨损和升温问题,提高使用寿命;
2、使用磁流体密封,具有转速高,无磨损,工作可靠性高,水冷要求较低,真空密封好等优点;
3、使用接电铜网压接于电容转子和接电转盘之间进行电接触,由于接电铜网具有一定的可形变能力;保证了电容转子和接电转盘之间的电接触稳定性。
附图说明
[0026] 图1是同步回旋加速器腔体的结构示意图;图2是本实施例中电容转子的结构示意图;
图3是本实施例中电接触结构的结构示意图;
图4是图3中A的放大示意图。
[0027] 附图标记说明:1、主真空室;2、电容真空室;3、Dee板;4、电容定子;5、电容转子;51、圆盘部;52、叶片部;53、连接圆孔;54、环形槽;6、转轴;61、连接凸台;62、接电转盘;7、接电铜网;8、平面窄间隙;9、磁流体密封件;10、陶瓷轴承

具体实施方式

[0028] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029] 实施例,以某医用同步回旋加速器为例,介绍同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触结构的具体结构,该旋转电容转子的电接触结构应用本发明中同步回旋加速器中旋转电容转子的电接触方法。
[0030] 该同步回旋加速器采用变电容的方式获得60MHz-85MHz的频率,调制频率设计值为1kHz。其中,离子加速时间为0.328ms。图1为同步回旋加速器腔体结构示意图,采用半波长的结构;其包括设置于头部的主真空室1以及设置于尾部的电容真空室2,主真空室1内设置有Dee板3,Dee板3的首端和主真空室1的内壁之间间隔设置,构成等效电容;在电容真空室2内包括固定设置于电容真空室2内的且设置有两层叶片的电容定子4、转动连接于电容真空室2内设置有一层叶片的电容转子5以及用于驱动电容转动的转轴6。其中,电容转子5的一层叶片设置于电容定子4的两层叶片之间,构成旋转电容;且Dee板3通过传输线连接在电容定子4,形成等效电容和旋转电容频率的等效调节。
[0031] 根据现有技术可知,为适应相对论的影响,同步回旋加速器在离子加速过程中,需要频率逐渐减小。而旋转电容能通过电容转子5的旋转,改变与电容定子4叶片之间的正对面积;实现旋转电容和等效电容的频率进行调制。
[0032] 值得一提的是,本方案的中的电容转子5的电接触结构仅包括电容真空室2、电容转子5和转轴6结构。而主真空室1、Dee板3和电容定子4均不属于本方案的范围,应理解为现有技术方案,故本文中不再赘述。
[0033] 如图2所示,电容转子5包括设置于中部的圆盘部51以及沿圆盘部51周向外侧分布的叶片部52。圆盘部51与叶片部52厚度相等,均为5mm,使得圆盘部51和叶片部52能够使用同一片铜板进行加工,加工工艺方便,且不浪费铜料。具体的,本方案中叶片部52的数量为8,为了提升圆盘部51和叶片部52之间的连接强度,圆盘部51沿圆周方向均匀分布了八个螺纹孔,使得叶片部52通过螺丝紧固连接在圆盘部51上。值得一提的是本实施例中,叶片部52远离圆盘部51的一侧端面设置为偏心的弧形,此形状根据腔体频率调制算法(具体可以参照公布号为CN 105376925 A的中国专利),采用线切割技术加工而成,保证旋转电容转子
5的对称性,减小高速旋转过程中的偏心或振动。
[0034] 进一步的,圆盘部51的中心开设有连接圆孔53,转轴6面向圆盘部51一端延伸有插接于连接圆孔53内的连接凸台61,连接凸台61的轴向长度和圆盘部51的厚度相等,保证良好的电接触。具体的,连接凸台61穿入连接圆孔53后,通过在连接凸台61中安装螺钉固定,本实施例中连接圆孔53的直径范围为9至10.5mm,优选为10mm。若连接圆孔53尺寸太小,则电容转子5和转轴6在中心位置紧固和接触不够;若太大,机械加工偏差会放大,精度不容易控制,可能会导致电容转子5和转轴6不同心出现错位。
[0035] 转轴6上设置有与圆盘部51设有间隔的接电转盘62,接电转盘62设置于电容真空室2内,且圆盘部51和接电转盘62之间压接有接电铜网7;具体的,圆盘部51面向接电转盘62的一侧开设有环形槽54,接电铜网7呈环形,且接电铜网7的一端嵌入环形槽54内,另一端抵接所述接电转盘62。接电铜网7具有弹性,当接电铜网7未发生形变时,接电铜网7的半径的环形槽54的外圆半径。接电铜网7具有一定的可形变能力。接电铜网7通过受压固定的方式,增大了接电铜网7和环形槽54之间的摩擦,保证了圆盘部51与接电转盘62面接触的电连接,同时保证了接电铜网7自身位置的稳定性。
[0036] 优选的,接电铜网7为铍铜丝网。铍铜丝网在铜丝网中具有较好的导电性能,能够有效的减小接触电阻。
[0037] 进一步的,转轴6和接电转盘62之间为可拆卸连接。具体的,转轴6供接电转盘62连接的一侧设置有刀口,刀口为0.5mm宽,倾45度。接电转盘62套接配合于刀口上,并通过螺钉固定,实现与转轴6之间的电连接。
[0038] 由公知技术可知,电容真空室2的腔体外壳为地电位,而短路端一般是指电容真空室2腔体内的高电位导体与电容真空室2的腔体外壳相接的地方(即本方案中与接电转盘62相接的地方),在这个地方电压近似为零,电流最大。而在电容真空室2内的导体高压端则是电压最大,电流近似为零。
[0039] 因此,电容真空室2在接电转盘62远离圆盘部51的一侧设置有平行于接电转盘62的平面,该平面构成短路端。短路端和接电转盘62之间设置有平面窄间隙8,该平面窄间隙8小于0.2mm。利用百分表测量转轴6短路端面对平整度,修正后安装测得平整度优于0.03mm;利用塞尺测量转轴6的转盘与转轴6的短路端之间的平面窄间隙8,修正后安装测得间隙为
0.1mm。上述两项修正和测量保证转轴6转动过程中,接电转盘62和短路端相对面不接触。使得接电转盘62和短路端之间构成一个接地电容。又由于此接地电容属于高频领域,在高频领域下电容阻值很低(近似于0),从而实现高频接地。
[0040] 进一步的,电容真空室2远离电容转子5的一侧端面固定连接有供转轴6贯穿的磁流体密封件9。应该得知的,磁流体密封件9属于转动密封的一种,其利用磁性流体材料的流动性和导磁性实现密封,为现有的部件。磁流体密封件9可以根据电容真空室2结构调节磁流体密封件9的尺寸。磁流体密封件9和电容真空室2之间通过法兰连接,并且在磁流体密封件9和电容真空室2的连接处之间填补有“O”型圈保证连接的密封性。磁流体密封件9内转轴6转速可以到达7500转/分钟,在磁流体密封件9上设计有水冷回路,保证高转速条件下磁流体不会因为过热导致密封效果失效。
[0041] 另外,为了保证转轴6分别与磁流体密封件9的外壳和电容真空室2的外壳之间均无直接电接触;本方案中,磁流体密封件9内采用氧化铝的陶瓷轴承10,转轴6表面也喷涂有氧化铝。
[0042] 综上,通过上述设计首先保证了电容转子5与腔体外壳的非直接接触;另外利用转轴6的转盘与设置于电容真空室2的短路端之间的平面窄间隙8,形成接地电容,实现在高频状态下的接地。避免了电刷技术在电容转子5高速旋转条件下引起电接触失效的问题。经测试,该同步回旋加速器模型腔体在60 85MHz频率区间的无载品质因数为1600 1800,达到可~ ~使用的数量级水平。
[0043] 本发明的同步回旋加速器腔体频率调制方法并不限于上述具体实施方式,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。
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