CN104343651A - 一种用于离子推力器栅极组件柔性绝缘体 - Google Patents

一种用于离子推力器栅极组件柔性绝缘体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，包括第一螺杆、第二螺杆、弹簧和绝缘陶瓷。优选地，还包括屏蔽罩。屏蔽罩为一面开口的腔体结构，绝缘陶瓷置于屏蔽罩腔内，且绝缘陶瓷两端面均具有螺纹孔；弹簧的两端分别焊接第一螺杆和第二螺杆，第二螺杆穿过屏蔽罩底面与绝缘陶瓷其中一端面的螺纹孔螺纹连接，从而将屏蔽罩和绝缘陶瓷连接在一起，形成柔性绝缘体；绝缘陶瓷另一端面的螺纹孔用于通过螺杆与一片栅极支撑环螺纹连接，第一螺杆用于与另一片栅极螺接，利用柔性绝缘体装配的离子推力器栅极组件，能有效减小栅极组件2栅极片间距的变化，保证2栅极片间距与绝缘，保证离子推力器的可靠性和推力的稳定性。

Description

一种用于离子推力器栅极组件柔性绝缘体
技术领域
本发明涉及离子推力器设计与制造技术，尤其涉及一种用于离子推力器栅极组件柔性绝缘体。
背景技术
离子推力器的栅极组件由绝缘支撑连接两片栅极组成，中等功率以及大功率(2kW以上)的离子推力器，由于栅极组件引出的束电流较大，使栅极片的温度差异也较高，栅极片因热应力而产生的形变量也较大，使得栅极组件两栅间距(通常为1mm左右)减小量变大，引起离子推力器的推力变化。形变严重时，甚至会造成栅间短路，导致离子推力器失效。
目前国内离子推力器栅极组件采用的绝缘支撑为刚性绝缘体，不能释放栅极片因热应力而引起的形变量，进而引起栅间距的变化，从而影响离子推力器推力的稳定性。当栅间距变的较小时，还可能引起栅间短路，造成的离子推进器失效故障。
为了减小栅极组件两栅间距的变化，就是要减小栅极片的热形变量。因此需要设计一种柔性绝缘体，从而释放栅极片的形变量，减小栅极组件间距的变化量，进而保证离子推力器推力的稳定性，并有效消除因栅极组件短路而造成的离子推进器失效故障，提高离子推进器的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器栅极组件用柔性绝缘体，离子推力器栅极组件采用该绝缘体作为栅极片支撑，能够有效释放栅极片因热应力产生的形变，减小栅极组件栅间距的变化量，从而克服了刚性绝缘体不能有效释放栅极片形变，使栅间距变化量加大，影响离子推力器的推力稳定性，以及栅间距短路造成的离子推力器失效的缺点。而且，该柔性绝缘体体积小。
本发明的技术解决方案是：
一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，包括第一螺杆、第二螺杆、弹簧和绝缘陶瓷；
绝缘陶瓷两端面均具有螺纹孔；弹簧的两端分别焊接第一螺杆和第二螺杆，第二螺杆与绝缘陶瓷其中一端面的螺纹孔螺纹连接，形成柔性绝缘体；
绝缘陶瓷另一端面的螺纹孔用于通过附加螺杆与一片栅极支撑环螺纹连接，第一螺杆用于与另一片栅极螺接。
优选地，该柔性绝缘体进一步包括屏蔽罩，该屏蔽罩为一面开口的腔体结构，第二螺杆穿过屏蔽罩底部后与绝缘陶瓷的螺纹孔螺纹连接，连接后绝缘陶瓷位于屏蔽罩腔内；且绝缘陶瓷的所述另一端面伸出屏蔽罩腔外，与屏蔽罩开口之间具有一定高度差。
优选地，进一步在螺纹孔内旋入金属材料制成的具有内外螺纹的螺套。
优选地，第二螺杆将屏蔽罩和绝缘陶瓷连接在一起后，所述弹簧接触屏蔽罩。绝缘陶瓷与屏蔽罩底面接触，绝缘陶瓷长度大于屏蔽罩内腔深度。
第一螺杆和第二螺杆的尺寸为M3×4mm；弹簧外形为Ф5mm×6mm；屏蔽罩为圆筒形结构，尺寸为Ф13mm×8mm；绝缘陶瓷为圆柱形结构，尺寸为Ф10mm×9mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用弹簧实现柔性支撑，陶瓷绝缘体来实现2栅极片间的绝缘，从而实现离子推力器栅极组件的柔性绝缘支撑，能够有效释放栅极组件工作时，因热应力产生的形变，减小栅间距的变化量，保持离子推力器栅极组件引出束电流的稳定性，从而保证离子推力器推力的稳定性。由于柔性绝缘体有效释放了栅极片的热应力形变，保证了栅间距，大大降低了栅极组件因栅间短路而造成的失效，提高了离子推力器的工作可靠性，减小离子推力器的失效比率，提高离子推力器的产品率，达到节约时间进度，降低成本的效果。
(2)本发明对应需要离子溅射的应用场合，增加屏蔽罩来防止离子溅射对绝缘体的污染，避免绝缘体失效。
(3)在绝缘陶瓷体的螺纹孔中增加金属螺套，从而增加螺纹强度，在重复使用时，减少对陶瓷体的损坏。
(4)为了尽量减小体积，屏蔽罩和绝缘陶瓷连接在一起后，弹簧接触屏蔽罩，另一方面屏蔽罩底部也给弹簧更加好的支撑。
(5)本发明柔性绝缘体结构合理简单，体积小，便于安装于离子推力器栅极组件的狭小两栅空间中，达到绝缘隔离两栅的目的，满足两栅间距的要求。
附图说明
图1是本发明一种用于离子推力器栅极组件柔性绝缘体的示意图；
图2是将柔性绝缘体安装到栅极组件之间的示意图；
第一螺杆11、第二螺杆12、弹簧2、屏蔽罩3、绝缘陶瓷4、陶瓷上的金属螺纹孔5。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见图1，本发明一较佳实施例的用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体包括第一螺杆11、第二螺杆12、弹簧2和绝缘陶瓷4。考虑到防止离子溅射对绝缘体的污染，还包括屏蔽罩。对于没有离子溅射的应用场合，则屏蔽罩可以不要。其中，第一螺杆11、第二螺杆12和屏蔽罩3的材料没有限制。
如图1所示，屏蔽罩3为一面开口的腔体结构。绝缘陶瓷4两端面均具有螺纹孔5。弹簧2的两端分别焊接第一螺杆11和第二螺杆12，第二螺杆12穿过屏蔽罩3底面与绝缘陶瓷4的其中一端面的螺纹孔螺纹连接，从而将屏蔽罩和陶瓷连接在一起，形成柔性绝缘体。连接后，绝缘陶瓷4位于屏蔽罩3腔内，以保护绝缘陶瓷4；并且绝缘陶瓷4的所述另一端面伸出屏蔽罩3腔外，与屏蔽罩3开口之间具有一定高度差，从而避免屏蔽罩3接触到栅极，导致两片栅极通过螺杆、弹簧、屏蔽罩接触，从而发生短路。
其中，绝缘陶瓷4优选可以为圆柱形结构，屏蔽罩3优选可以为圆筒形结构，便于安装和减少整体体积。
该柔性绝缘体与栅极的连接是通过绝缘陶瓷所述另一端面的螺纹孔5和第一螺杆11实现的，如图2所示，绝缘陶瓷4另一端面的螺纹孔用于通过螺杆与一片栅极支撑环螺纹连接，第一螺杆11用于与另一片栅极螺接。
本实施例通过弹簧来释放栅极片的热应力形变，达到减小两栅极间距变化量的目的。利用绝缘陶瓷用来绝缘隔离两栅极片，保持两栅间的绝缘。屏蔽罩用来防止绝缘陶瓷因离子溅射(离子溅射是单方向的)而受到污染，保证陶瓷的绝缘性能。
其中，为了增加绝缘陶瓷中螺纹孔的强度，在重复使用时减小对螺纹的损伤，本发明另一实施例中，进一步在每个螺纹孔5内旋入金属材料的具有内外螺纹的螺套，那么第一螺杆和附加螺杆均连接金属螺套，避免对强度较小的陶瓷螺纹造成损伤。
其次，为了尽量减小体积，第二螺杆12将屏蔽罩3和绝缘陶瓷4连接在一起后，弹簧2接触屏蔽罩3，另一方面屏蔽罩底部也给弹簧更加好的支撑。
此外，第二螺杆12将屏蔽罩3和绝缘陶瓷4连接在一起后，绝缘陶瓷4与屏蔽罩3底面接触，绝缘陶瓷4长度大于屏蔽罩3内腔深度，从而使得绝缘陶瓷伸出屏蔽罩一段，给绝缘陶瓷与栅极之间留出一个间隙。
可见，本发明柔性绝缘体结构合理简单，体积小，便于安装于离子推力器栅极组件的狭小两栅空间中，达到绝缘隔离两栅的目的，满足两栅间距的要求。
实例
将柔性绝缘体应用于30cm离子推力器(工作功率2.5kW～5.0kW)栅极组件的绝缘支撑。柔性绝缘体的最大外形轮廓尺寸为Ф13mm×16mm，具体尺寸为螺杆11和12：M3×4mm；弹簧2外形：Ф5mm×6mm；屏蔽罩3：Ф13mm×8mm；绝缘陶瓷4：Ф10mm×9mm；金属螺纹孔5：M3×4mm。
用12个柔性绝缘体作为30cm离子推力器栅极组件的绝缘支撑，绝缘体均匀分布在2栅极片周围，第一螺杆11通过栅极片(0.5mm厚)的12个Ф3.2mm的小孔，用M3螺母将栅极片与绝缘体连接，用12个M3×4mm的螺栓，通过栅极支撑环的12个Ф3.2mm的小孔，与金属螺纹孔进行螺接连接，栅极支撑环与推力器固定连接。栅极片通过柔性绝缘体的弹簧释放热应力形变。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，其特征在于，包括第一螺杆(11)、第二螺杆(12)、弹簧(2)和绝缘陶瓷(4)；
绝缘陶瓷(4)两端面均具有螺纹孔(5)；弹簧(2)的两端分别焊接第一螺杆(11)和第二螺杆(12)，第二螺杆(12)与绝缘陶瓷(4)其中一端面的螺纹孔螺纹连接，形成柔性绝缘体；
绝缘陶瓷(4)另一端面的螺纹孔用于通过附加螺杆与一片栅极支撑环螺纹连接，第一螺杆(11)用于与另一片栅极螺接。
2.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，其特征在于：进一步包括屏蔽罩(3)，该屏蔽罩(3)为一面开口的腔体结构，第二螺杆(12)穿过屏蔽罩(3)底部后与绝缘陶瓷(4)的螺纹孔螺纹连接，连接后绝缘陶瓷(4)位于屏蔽罩(3)腔内；且绝缘陶瓷(4)的所述另一端面伸出屏蔽罩(3)腔外，与屏蔽罩(3)开口之间具有一定高度差。
3.根据权利要求2所述的一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，其特征在于：第二螺杆(12)将屏蔽罩(3)和绝缘陶瓷(4)连接在一起后，所述弹簧(2)接触屏蔽罩(3)。
4.根据权利要求2所述的一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，其特征在于：第二螺杆(12)将屏蔽罩(3)和绝缘陶瓷(4)连接在一起后，绝缘陶瓷(4)与屏蔽罩(3)底面接触，绝缘陶瓷(4)长度大于屏蔽罩(3)内腔深度。
5.根据权利要求2所述的一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，其特征在于：第一螺杆(11)和第二螺杆(12)的尺寸为M3×4mm；弹簧(2)外形为Ф5mm×6mm；屏蔽罩(3)为圆筒形结构，尺寸为Ф13mm×8mm；绝缘陶瓷(4)为圆柱形结构，尺寸为Ф10mm×9mm。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种用于离子推力器栅极组件的柔性绝缘体，其特征在于：进一步在螺纹孔(5)内旋入金属材料制成的具有内外螺纹的螺套。
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