CN105179191B - 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构 - Google Patents

一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构 Download PDF

Info

Publication number
CN105179191B
CN105179191B CN201510493512.0A CN201510493512A CN105179191B CN 105179191 B CN105179191 B CN 105179191B CN 201510493512 A CN201510493512 A CN 201510493512A CN 105179191 B CN105179191 B CN 105179191B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
ion thruster
magnetic pole
pole
export
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510493512.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105179191A (zh
Inventor
张天平
赵以德
江豪成
顾左
李娟�
杨褔全
李文峰
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.)
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Original Assignee
Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology filed Critical Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority to CN201510493512.0A priority Critical patent/CN105179191B/zh
Publication of CN105179191A publication Critical patent/CN105179191A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105179191B publication Critical patent/CN105179191B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明公开了一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，底端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阴极附近；锥段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极锥段中部附近；直段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极直段中部附近；出口端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的栅极附近；在离子推力器放电室内部阳极表面上相邻的两个磁极的极性相反；通过对各磁极的磁场强度和位置的优化设计，本发明的磁路结构形成的四极环切场，将磁场限制在很小的范围，整个放电室大部分区域为近无场区，特别是屏栅极附近的大部分区域接近为无场区，具有放电效率高、束流平直度好、所需永磁体磁感应强度弱的优点。

Description

一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构
技术领域
本发明涉及航天技术和推进技术领域，尤其涉及一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构。
背景技术
电推进技术作为一种先进空间推进技术，已经在空间各个应用领域得到了广泛应用，包括姿态控制、南北位置保持、轨道转移、大气阻尼补偿、深空探测主推进等。尤其在深空探测任务中，电推进技术以其高比冲、长寿命等特点，可以大大节省推进剂携带量，增加航天器有效载荷比例，具有很强的优势。
离子推力器放电室磁场设计是推力器设计的一项关键技术，磁场极数、磁极位置、磁极方向、磁场强度等都是影响放电室性能的重要因素。放电室磁场设计优劣决定了离子推力器放电损耗和束流平直度等性能指标。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，具有放电效率高、束流平直度好、所需永磁体磁感应强度弱的优点。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
本发明的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，离子推力器的磁路结构由以下四个环形磁极构成：底端磁极、锥段磁极、直段磁极以及出口端磁极；
所述底端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阴极附近；
所述锥段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极锥段中部附近；
所述直段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极直段中部附近；
所述出口端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的栅极附近；
在离子推力器放电室内部阳极表面上相邻的两个磁极的极性相反；
所述底端磁极充磁方向为放电室轴向；所述锥段磁极充磁方向为所在阳极锥段曲面面元的法线方向；所述直段磁极充磁方向为垂直离子推力器的中心轴方向；所述出口端磁极充磁方向为离子推力器的轴向。
进一步的，所述底端磁极、锥段磁极、直段磁极以及出口端磁极均由永磁环和极靴组成；
底端磁极由底端永磁环和底端极靴组成，所述锥段磁极由锥段永磁环和锥段极靴组成，直段磁极由直段永磁环和直段极靴组成，出口端磁极由出口端永磁环和出口端极靴组成；底端极靴、锥段永磁环、直段永磁环和出口端永磁环均位于靠近阳极表面的一侧。
较佳的，四个所述磁极的永磁环通过充磁的矩形小块按各自要求的磁极方向拼接而成。
较佳的，所述底端永磁环与底端极靴中径均为3cm～5cm。
较佳的，所述四个所述磁极的极靴厚度为0.02cm～0.2cm，材质为精密合金或电工纯铁材料。
较佳的，四个所述永磁环材料为高温钐钴。
较佳的，出口端磁极中径比直段磁极中径小2cm～4cm。
较佳的，所述四个磁极与离子推力器的阳极外表面均不接触，在满足绝缘要求下，取最小间隙。
较佳的，相邻磁极间的距离为8cm～16cm。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所述的离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，可将磁场限制在很小的范围，整个放电室大部分区域为近无场区，特别是屏栅极附近的大部分区域接近为无场区，具有放电效率高、束流平直度好、所需永磁体磁感应强度弱的优点。
附图说明
图1为本发明的离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构示意图。
图2为本发明的离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构磁场及磁力线分布示意图。
其中，1-底端永磁环、2-底端极靴、3-锥段极靴、4-锥段永磁环、5-直段极靴、6-直段永磁环、7-出口端永磁环、8-出口端极靴。
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。
一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，如图1所示其中，放电室为轴对称空腔结构,由阳极和磁路结构组成，阳极分为锥段阳极和直段阳极。本发明的离子推力器的磁路结构由以下四个环形磁极形成：底端磁极、锥段磁极、直段磁极以及出口端磁极；
底端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器阴极附近；锥段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极锥段中部附近；直段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极直段中部附近；出口端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的栅极附近；在离子推力器放电室内部阳极表面相邻两个磁极的极性相反。
底端磁极充磁方向为放电室轴向；锥段磁极充磁方向为所在阳极锥段曲面面元的法线方向；直段磁极充磁方向为垂直离子推力器的中心轴方向；出口端磁极充磁方向为离子推力器的轴向。
底端磁极、锥段磁极、直段磁极以及出口端磁极均由永磁环和极靴组成；底端磁极由底端永磁环1和底端极靴2组成，由于推力器底端的温度较高，将底端极靴2布置在靠近阳极表面一侧；所述锥段磁极由锥段永磁环4和锥段极靴3组成；直段磁极由直段永磁环6和直段极靴5组成；出口端磁极由出口端永磁环7和出口端极靴8组成。为增强环切场尖端磁场强度，锥段永磁环4，直段永磁环6和出口端永磁环7布置在靠近阳极表面一侧。
考虑到散热问题，底端极靴2、锥段永磁环3、直段永磁环6以及出口端永磁环7与离子推力器的阳极均不接触，但为了保持最大的环切场尖端磁场强度，在满足绝缘要求下，磁极与离子推力器阳极表面的间隙取最小值。四个所述永磁环材料为高温钐钴。所述底端永磁环与底端极靴中径为3cm～5cm；所述四极环切场各极间距离为8cm～16cm。所述出口端永磁环和出口端极靴中径比直段永磁环和直段极靴中径小2cm～4cm。为加工方便，四个所述永磁环通过充磁的矩形小块按各自要求的磁极方向拼接而成。四个所述极靴厚度为0.02～0.2cm，材质为精密合金、电工纯铁等导磁材料。
所述的离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，如图2所示，把磁场限制在较小的范围，整个放电室大部分区域为近无场区，特别是屏栅极附近的大部分区域接近为无场区，磁感应强度小于5Gs。50Gs闭合磁等势线屏蔽放电室壁，无磁场“洞”，原初电子区几乎扩展到整个放电室，形状成为最大化的矩形空间。放电室中心轴阴极出口处磁等势线略微沿轴向突出后，随即迅速衰减，形成的磁力线在阴极出口处沿径向发散，磁场强度沿轴线快速衰减，约束原初电子远离中心轴，并减小中心轴处对原初电子的约束，无从阴极指向栅极的磁力线。
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 (8)

1.一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，离子推力器的磁路结构由以下四个环形磁极构成：底端磁极、锥段磁极、直段磁极以及出口端磁极；
所述底端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阴极附近；
所述锥段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极锥段中部附近；
所述直段磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的阳极直段中部附近；
所述出口端磁极与离子推力器共轴固定在离子推力器的栅极附近；
在离子推力器放电室内部阳极表面上相邻的两个磁极的极性相反；
所述底端磁极充磁方向为放电室轴向；所述锥段磁极充磁方向为所在阳极锥段曲面面元的法线方向；所述直段磁极充磁方向为垂直离子推力器的中心轴方向；所述出口端磁极充磁方向为离子推力器的轴向；
所述底端磁极、锥段磁极、直段磁极以及出口端磁极均由永磁环和极靴组成；
底端磁极由底端永磁环(1)和底端极靴(2)组成，所述锥段磁极由锥段永磁环(4)和锥段极靴(3)组成，直段磁极由直段永磁环(6)和直段极靴(5)组成，出口端磁极由出口端永磁环(7)和出口端极靴(8)组成；底端极靴(2)、锥段永磁环(4)、直段永磁环(6)和出口端永磁环(7)均位于靠近阳极表面的一侧。
2.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，四个所述磁极的永磁环通过充磁的矩形小块按各自要求的磁极方向拼接而成。
3.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，所述底端永磁环(1)与底端极靴(2)中径均为3cm～5cm。
4.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，四个所述磁极的极靴厚度为0.02cm～0.2cm，材质为精密合金或电工纯铁材料。
5.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，四个所述永磁环材料为高温钐钴。
6.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，出口端磁极中径比直段磁极中径小2cm～4cm。
7.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，四个所述磁极与离子推力器的阳极外表面均不接触，在满足绝缘要求下，取最小间隙。
8.如权利要求1所述的一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构，其特征在于，相邻磁极间的距离为8cm～16cm。
CN201510493512.0A 2015-08-12 2015-08-12 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构 Active CN105179191B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510493512.0A CN105179191B (zh) 2015-08-12 2015-08-12 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510493512.0A CN105179191B (zh) 2015-08-12 2015-08-12 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105179191A CN105179191A (zh) 2015-12-23
CN105179191B true CN105179191B (zh) 2018-05-08

Family

ID=54901529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510493512.0A Active CN105179191B (zh) 2015-08-12 2015-08-12 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105179191B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106401891A (zh) * 2016-12-07 2017-02-15 兰州空间技术物理研究所 一种离子推力器环形磁钢安装结构
CN108317061A (zh) * 2017-12-22 2018-07-24 兰州空间技术物理研究所 一种共用磁体的离子霍尔混合推力器
CN111140453B (zh) * 2019-12-27 2021-09-24 兰州空间技术物理研究所 一种离子推力器锥段环形磁钢安装结构
CN113202707B (zh) * 2021-05-12 2022-08-02 兰州空间技术物理研究所 一种可变直径离子推力器磁极
CN113357110B (zh) * 2021-07-02 2022-11-04 哈尔滨工业大学 降低微型离子电推力器中原初电子损耗的方法及结构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104269336A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 兰州空间技术物理研究所 一种离子推力器放电室磁极结构及其设计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2246035C9 (ru) * 2003-05-30 2005-05-10 Кошкин Валерий Викторович Ионный двигатель кошкина

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104269336A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 兰州空间技术物理研究所 一种离子推力器放电室磁极结构及其设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effects of magnetic field topography on ion thruster discharge performance;Richard Wirz et al;《Plasma Sources Science and Technology》;20080620;第17卷;第1-11页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105179191A (zh) 2015-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105179191B (zh) 一种离子推力器四极环形永磁体环切场磁路结构
CN104632565B (zh) 一种霍尔推力器磁路结构
CN107725296B (zh) 一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构
US7259378B2 (en) Closed drift ion source
CN104269336B (zh) 一种离子推力器放电室磁极结构及其设计方法
CN108307576B (zh) 一种磁聚焦霍尔推力器长寿命设计下的磁路结构设计方法
CN103775297B (zh) 多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道
CN111219306B (zh) 一种双磁屏的霍尔推力器
CN110735776B (zh) 一种自冷式微波增强电推力器
US9805901B2 (en) Compact magnet design for high-power magnetrons
CN104583589A (zh) 离子加速器
CN110985323B (zh) 一种圆板天线交叉磁场微波电子回旋共振离子推进器
CN109681398A (zh) 一种新型微波ecr离子推力器放电室
CN103327721A (zh) 一种控制会切磁场推力器羽流发散角度的方法
CN109236594A (zh) 一种低功率磁化电推进空心阴极推力器
CN106401891A (zh) 一种离子推力器环形磁钢安装结构
WO2022142776A1 (zh) 一种霍尔推力器的磁极结构
RU2371605C1 (ru) Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов
CN103168338A (zh) 具有大靶的用于高压溅射的溅射源和溅射方法
US20200040877A1 (en) Ion thruster with external plasma discharge
Hosseinzadeh et al. Numerical simulation for optimization of multipole permanent magnets of multicusp ion source
CN108317061A (zh) 一种共用磁体的离子霍尔混合推力器
CN114753981A (zh) 一种基于环形轰击阴极的微推进器
RU2156555C1 (ru) Способ получения и ускорения плазмы и ускоритель плазмы с замкнутым дрейфом электронов для его осуществления
RU2139646C1 (ru) Плазменный ускоритель с замкнутым дрейфом электронов

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Tianping

Inventor after: Zhao Yide

Inventor after: Jiang Haocheng

Inventor after: Gu Zuo

Inventor after: Li Juan

Inventor after: Yang Xuanquan

Inventor after: Li Wenfeng

Inventor before: Zhao Yide

Inventor before: Zhang Tianping

Inventor before: Jiang Haocheng

Inventor before: Gu Zuo

Inventor before: Li Juan

Inventor before: Yang Xuanquan

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant