CN107725296B - 一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，包括柱形永磁体、环形永磁体、磁屏以及导磁底座，柱形永磁体固定在导磁底座的内环凹槽中，环形永磁体固定在导磁底座的外环凹槽中，柱形永磁体与环形永磁体采取磁极极性相反的形式安装，柱形永磁体、环形永磁体与导磁底座同轴且顶面相互平齐；磁屏罩在导磁底座外围并与导磁底座固连。本发明能够在不改变传统霍尔推力器整体磁路构型的情况下，实现放电陶瓷腔内磁感应强度变化梯度及其分布的可调，具有功耗低，结构紧凑等优点。

Description

一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构
技术领域
本发明涉及航天技术和等离子体推进技术领域，具体涉及磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构。
背景技术
磁场是霍尔推力器产生和约束等离子的主要因素，磁路结构的设计是霍尔推力器结构设计的核心与关键。其设计原则是提高推进剂电离率，并有效控制约束等离子体的形位。实现上述目标的基础就是磁源与磁极的布局、磁场强度及其变化梯度的分布。
长寿命、高性能的霍尔推力器磁路构型一般具有以下特征：1)出口区适当的磁场强度，该区域的磁场强度在实现电子被磁化的基础上确保离子不会被磁化；2)放电通道内磁场的正梯度变化，为有效抑制放电等离子体震荡并提高离子电流比例比重，轴向分布的磁场在轴向方向需以正梯度规律变化；3)凸向阳极的弯曲磁力线，在增加磁力线延长磁化电子运动轨迹的同时使离子更多的向放电通道中央会聚；4)阳极附近的“磁空区”，在提高磁场轴向梯度的同时降低壁面的溅射腐蚀及热损。
自霍尔推力器应用之日起，磁场作为提高推力器性能的最有效手段而被广泛研究。纵观霍尔推力器的发展历史，每一次霍尔推力器磁场构型的改进都会带来推力器性能的大幅度提升，磁场构型特点业已成为霍尔推力器的主要标志性特征之一。目前，传统霍尔推力器普遍采用内外均布的励磁线圈产生大致沿轴向分布的磁场，图1所示是传统霍尔推力器磁路结构组成及磁极布局示意图。该磁路结构组成的霍尔推力器主要不足在于整机负载功耗大，重量较重，给电源处理单元设计造成一定难度。且随着霍尔推力器整机功率和体积的增大，上述不足会更加显著。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，在不改变传统霍尔推力器整体磁路构型的情况下，能够实现放电陶瓷腔内磁感应强度变化梯度及其分布的可调，具有功耗低，结构紧凑等优点。
本发明的具体实施方案如下：
一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，该磁路结构包括柱形永磁体、环形永磁体、磁屏以及导磁底座；
所述导磁底座为回转体结构，导磁底座端面加工有与柱形永磁体及环形永磁体相配合的凹槽；磁屏为端面开通孔的圆形盖结构；
柱形永磁体固定在导磁底座的内环凹槽中，环形永磁体固定在导磁底座的外环凹槽中，柱形永磁体与环形永磁体采取磁极极性相反的形式安装，柱形永磁体、环形永磁体与导磁底座同轴且顶面相互平齐；磁屏罩在导磁底座外围并与导磁底座固连，同时磁屏的通孔内径与环形永磁体内径的比值为1.1～1.3；导磁底座内环凹槽的深度与柱形永磁体直径的比值为0.1～0.2，导磁底座外环凹槽内径与环形永磁体内径相同。
进一步地，所述柱形永磁体通过定位罩与导磁底座固定连接；
所述柱形永磁体一端安放在导磁底座内环凹槽中，另一端嵌入定位罩的凹槽中，定位罩与导磁底座螺纹连接。
进一步地，所述磁屏采用螺钉与导磁底座固定连接。
进一步地，所述导磁底座内部加工有多个槽。
进一步地，所述柱形永磁体、环形永磁体均采用稀土钴永磁材料。
有益效果：
1、本发明充分利用永磁材料高矫顽力、高剩磁的优势，在不改变整体磁路构型的情况下，通过调整永磁体及导磁材料结构尺寸，即可在产生所需的磁感应强度变化梯度及其分布，从而满足不同结构类型的霍尔推力器磁场需求，与传统霍尔推力器相比，基于该结构的永磁霍尔推力器结构紧凑，加工方便，可靠性高，功耗低，使得高功率、长寿命、大推力霍尔电推力器可应用到更多型号的卫星产品中。其次，在霍尔推力器结构外围包络一个磁屏，将冗余磁力线通过外磁屏导入霍尔推力器内部，增加了推力器内部的磁力线回路，在降低磁场对引出束流影响的同时，也可有效降低霍尔推力器磁场对外部单机的磁影响。
2、本发明利用稀土钴永磁材料，在四五百度的高温下依然保持良好的性能。
3、本发明导磁底座内部加工有多个槽，便于减重，实现轻量化。
附图说明
图1是传统霍尔推力器磁路结构示意图；
图2是本发明整体结构示意图。
其中，1-柱形永磁体，2-环形永磁体，3-磁屏，4-导磁底座，5-定位罩，6-螺钉，7-放电陶瓷腔。
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。
本发明的原理是在继承传统霍尔推力器磁路结构基础上，在不改变整体磁路构型的情况下，通过调整永磁材料与导磁材料的配合关系与结构尺寸，能够实现放电陶瓷腔内磁感应强度变化梯度及其分布的可调。
本发明提供的磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，轴向充磁的柱形永磁体1、一个轴向充磁的环形永磁体2、磁屏3、导磁底座4以及定位罩5，如图2所示。
柱形永磁体1、环形永磁体2均采用稀土钴永磁材料。导磁底座4为回转体结构，导磁底座4端面加工有与柱形永磁体1及环形永磁体2相配合的凹槽，为实现轻量化，导磁底座4内部加工有多个槽便于减重。磁屏3为端面开通孔的圆形盖结构。
柱形永磁体1一端安放在导磁底座4内环凹槽中，另一端嵌入定位罩5的凹槽中，定位罩5与导磁底座4螺纹连接，从而实现柱形永磁体1的紧固。环形永磁体2固定在导磁底座4的外环凹槽中，柱形永磁体1与环形永磁体2采取磁极极性相反的形式安装，柱形永磁体1、环形永磁体2与导磁底座4同轴且顶面相互平齐；磁屏3罩在导磁底座4外围并通过螺钉6与导磁底座4固连，同时磁屏3的通孔内径与环形永磁体2内径的比值为1.1～1.3；导磁底座4内环凹槽的深度与柱形永磁体1直径的比值为0.1～0.2，导磁底座4外环凹槽内径与环形永磁体2内径相同。这些尺寸、比值能够保证不改变传统霍尔推力器整体磁路构型，在此条件范围内，通过调整柱形永磁体1及环形永磁体2的直径与高度，磁屏3的通孔内径以及导磁底座4的内、外环凹槽的直径与深度即可在放电陶瓷腔7中产生不同磁感应强度变化梯度及分布的磁场结构。
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 (5)

1.一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，其特征在于，该磁路结构包括柱形永磁体、环形永磁体、磁屏以及导磁底座；
所述导磁底座为回转体结构，导磁底座端面加工有与柱形永磁体及环形永磁体相配合的凹槽；磁屏为端面开通孔的圆形盖结构；
柱形永磁体固定在导磁底座的内环凹槽中，环形永磁体固定在导磁底座的外环凹槽中，柱形永磁体与环形永磁体采取磁极极性相反的形式安装，柱形永磁体、环形永磁体与导磁底座同轴且顶面相互平齐；磁屏罩在导磁底座外围并与导磁底座固连，同时磁屏的通孔内径与环形永磁体内径的比值为1.1～1.3；导磁底座内环凹槽的深度与柱形永磁体直径的比值为0.1～0.2，导磁底座外环凹槽内径与环形永磁体内径相同；
通过调整柱形永磁体及环形永磁体的直径与高度，磁屏的通孔内径以及导磁底座的内、外环凹槽的直径与深度即可产生不同磁感应强度变化梯度及分布的磁场结构。
2.如权利要求1所述的磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，其特征在于，所述柱形永磁体通过定位罩与导磁底座固定连接；
所述柱形永磁体一端安放在导磁底座内环凹槽中，另一端嵌入定位罩的凹槽中，定位罩与导磁底座螺纹连接。
3.如权利要求1所述的磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，其特征在于，所述磁屏采用螺钉与导磁底座固定连接。
4.如权利要求1所述的磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，其特征在于，所述导磁底座内部加工有多个槽。
5.如权利要求1所述的磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，其特征在于，所述柱形永磁体、环形永磁体均采用稀土钴永磁材料。
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