CN110615122B - 一种多环微阴极电弧推力器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多环微阴极电弧推力器，包括凸台底座、前挡板、阳极和两个以上依次套设在阳极外部的筒状阴极，阳极与筒状阴极、相邻筒状阴极之间均设有绝缘陶瓷进行分隔，凸台底座包括底板和设置在底板上的凸台圆筒，阳极和各筒状阴极均安装在凸台圆筒内，前挡板位于凸台圆筒的前端，凸台圆筒的外周套设一筒状永磁体，前挡板的边缘通过固定螺栓与底板的边缘连接。本发明结构简单合理，通过采用多个同心桶状阴极的设计，使相邻的阴极之间也可以像阴阳极之间一样放电并产生推力，增大了推力器的推力，延长了推力器的寿命，内部结构具有更好的绝缘性，有效防止了真空放电问题，实用性强。

Description

一种多环微阴极电弧推力器

技术领域

本发明涉及等离子体推进领域，特别是涉及一种多环微阴极电弧推力器。

背景技术

微阴极电弧推力器是一种新兴的电磁推进方式，一种有望用于各种微小卫星的轨道维持的推进方式。它具有比冲高，结构简单，功率低，并且不需要供气系统的优点。

传统的同轴型微阴极电弧推力器具有一个柱状阳极和仅有的一个围绕着它的桶装阴极，阴阳极的末端接于导线上，阴阳极之间用绝缘陶瓷隔绝，陶瓷顶面上有镀层或涂层(如钛镀层或碳漆涂层)，以便电弧产生。工作时阴阳极之间通入高压脉冲电流，烧蚀陶瓷顶面上的镀层，使其电离成为等离子体；借助这一部分等离子体，阴阳极之间产生电弧，电弧烧蚀阴极，从而产生大量等离子体；这些等离子体可在电力和磁场力的共同作用下高速喷出，从而产生推力。在上述工作过程中，产生的电弧受到外加磁场的影响而旋转，使对阴极的烧蚀均匀。

但是上述传统的微阴极电弧推力器的设计存在以下问题：

(1)体积较小，安装与接线困难；

(2)结构设计过于简单，绝缘不足，在真空环境下易产生电弧放电，有安全隐患；

(3)推力较小，调整推力大小困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单合理、产生推力足、使用寿命长、绝缘性好的多环微阴极电弧推力器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种多环微阴极电弧推力器，包括凸台底座、前挡板、阳极和两个以上依次套设在所述阳极外部的筒状阴极，所述阳极与所述筒状阴极、相邻所述筒状阴极之间均设有绝缘陶瓷进行分隔，所述凸台底座包括底板和设置在所述底板上的凸台圆筒，所述阳极和各所述筒状阴极均安装在所述凸台圆筒内，所述前挡板位于所述凸台圆筒的前端，所述凸台圆筒的外周套设一筒状永磁体，所述前挡板的边缘通过固定螺栓与所述底板的边缘连接。

可选的，所述阳极为细长柱状阳极，所述细长柱状阳极的顶部膨胀为圆饼状，尾部设置有螺纹，用于穿过所述凸台底座进行紧固和接线。

可选的，所述阳极的外部由内至外依次套设有套层阴极和外层阴极，所述阳极与所述套层阴极之间的绝缘陶瓷为套层陶瓷，所述套层阴极与所述外层阴极之间的绝缘陶瓷为外层陶瓷；所述阳极、所述套层陶瓷、所述套层阴极、所述外层陶瓷以及所述外层阴极同轴设置。

可选的，所述套层阴极为圆筒状，尾部设有多个均匀分布的圆柱引脚，各根所述圆柱引脚的尾部均设置有螺纹，用于穿过所述凸台底座进行紧固和接线。

可选的，所述外层阴极的上部为圆筒状，下部径向收缩形成圆环底托，所述圆环底托的内圈与所述外层陶瓷接触，所述圆环底托的外表面与所述凸台底座之间通过压缩弹簧固定，所述外层阴极在所述压缩弹簧的作用下压紧于所述前挡板上；所述圆环底托的底端面上设置有圆柱引脚，所述圆柱引脚的尾部设置有螺纹，用于穿过所述凸台底座进行紧固和接线。

可选的，所述套层陶瓷为圆筒状，与相邻的电极紧密相连，所述套层陶瓷的尾部嵌入所述凸台底座的凹槽内；所述外层陶瓷为圆筒状，内侧与所述套层阴极紧密相连，上部向外膨大，膨大处与所述外层阴极紧密相连。

可选的，所述套层陶瓷和所述外层陶瓷的顶部均有镀膜或涂层。

可选的，所述凸台圆筒包括圆筒侧壁和设置在所述圆筒侧壁内部的尾部阶梯状固定引线台，所述尾部阶梯状固定引线台包括多层由外向内依次升高且同心设置的环形凸起，每一层所述环形凸起对应安装一个筒状阴极，所述阳极贯穿所述尾部阶梯状固定引线台的中心设置，每相邻两层所述环形凸起之间的凹槽用于安装所述绝缘陶瓷。

可选的，所述底板为由一对耳状固定底片对接而成的环状底板，所述尾部阶梯状固定引线台嵌置于所述环状底板的中心孔内，每个所述耳状固定底片的一侧均设置有一开孔；所述环形凸起为间断式环形凸起，每个所述间断式环形凸起上设置有多个断槽，每个断槽所对应的所述底板上均开设有引脚孔。

可选的，所述前挡板为由一对耳状固定前挡板片对接而成的环形片状物，中心开孔小于所述凸台圆筒的内径且大于最外层的阴极内径；每个所述耳状固定前挡板片的一侧均设置有一开孔。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的多环微阴极电弧推力器，结构简单合理，通过采用多个同心桶状阴极的设计，使相邻的阴极之间也可以像阴阳极之间一样放电并产生推力，增大了推力器的推力，延长了推力器的寿命。此外，通过在底座设置尾部阶梯状固定引线台和凸台圆筒，利用环形凸起安装阴阳极，相邻环形凸起之间的凹陷安装绝缘陶瓷，可确保阴阳极之间、相邻阴极之间的绝缘陶瓷固定紧固，使内部结构具有更好的绝缘性，有效防止了真空放电问题；同时，推力器尾部接线柱采用分层台阶式设计，便于接线和绝缘处理，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多环微阴极电弧推力器的剖面结构示意图；

图2为本发明多环微阴极电弧推力器的整体爆炸图；

图3为图1中多环微阴极电弧推力器的爆炸图；

图4为本发明多环微阴极电弧推力器未工作状态下的俯视图；

图5为本发明多环微阴极电弧推力器处于第一阶段工作状态下的俯视图；

图6为本发明多环微阴极电弧推力器处于第二阶段工作状态下的俯视图；

其中，附图标记为：1-阳极；2-套层阴极；3-外层阴极；3-1、圆环底托；4-套层陶瓷；5-外层陶瓷；6-压缩弹簧；7-前挡板；7-1-耳状固定前挡板片；8-凸台底座；8-1-底板；8-1-1-耳状固定底片；8-2-凸台圆筒；8-3-圆筒侧壁；8-4-尾部阶梯状固定引线台；8-5-环形凸起；9-螺母；10-固定螺栓；11-筒状永磁体；12-圆柱引脚；13-引脚孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种结构简单合理、产生推力足、使用寿命长、绝缘性好的多环微阴极电弧推力器。

基于此，本发明提供一种多环微阴极电弧推力器，包括凸台底座、前挡板、阳极和两个以上依次套设在阳极外部的筒状阴极，阳极与筒状阴极、相邻筒状阴极之间均设有绝缘陶瓷进行分隔，凸台底座包括底板和设置在底板上的凸台圆筒，阳极和各筒状阴极均安装在凸台圆筒内，前挡板位于凸台圆筒的前端，凸台圆筒的外周套设一筒状永磁体，前挡板的边缘通过固定螺栓与底板的边缘连接。

本发明提供的多环微阴极电弧推力器，结构简单合理，通过采用多个同心桶状阴极的设计，使相邻的阴极之间也可以像阴阳极之间一样放电并产生推力，增大了推力器的推力，延长了推力器的寿命。此外，通过在底座设置尾部阶梯状固定引线台和凸台圆筒，利用环形凸起安装阴阳极，相邻环形凸起之间的凹陷安装绝缘陶瓷，可确保阴阳极之间、相邻阴极之间的绝缘陶瓷固定紧固，使内部结构具有更好的绝缘性，有效防止了真空放电问题；同时，推力器尾部接线柱采用分层台阶式设计，便于接线和绝缘处理，实用性强。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-3所示，本实施例提供一种多环微阴极电弧推力器，包括凸台底座8、前挡板7、阳极1和两个以上依次套设在阳极1外部的筒状阴极，阳极1与筒状阴极、相邻筒状阴极之间均设有绝缘陶瓷进行分隔，凸台底座8包括底板8-1和设置在底板8-1上的8-2，阳极1和各筒状阴极均安装在凸台圆筒8-2内，前挡板7位于凸台圆筒8-2的前端，凸台圆筒8-2的外周套设一筒状永磁体11，前挡板7的边缘通过固定螺栓10与底板8-1的边缘连接。

本实施例中，如图1～3所示，阳极1优选为细长柱状阳极，细长柱状阳极的顶部膨胀为圆饼状，尾部设置有螺纹，用于穿过凸台底座8进行紧固和接线。

本实施例中，如图1～3所示，阳极1的外部由内至外依次套设有套层阴极2和外层阴极3，阳极1与套层阴极2之间的绝缘陶瓷为套层陶瓷4，套层阴极2与外层阴极3之间的绝缘陶瓷为外层陶瓷5；阳极1、套层陶瓷4、套层阴极2、外层陶瓷5以及外层阴极3同轴设置。

本实施例中，如图1～3所示，套层阴极2为圆筒状，尾部设有多个均匀分布的圆柱引脚12，各根圆柱引脚12的尾部均设置有螺纹，用于穿过凸台底座8进行紧固和接线。其中，本实施例优选套层阴极2的尾部设置有4个圆柱引脚12。

本实施例中，如图1～3所示，外层阴极3位于最外层，其上部为圆筒状，下部径向收缩形成圆环底托3-1，圆环底托3-1的内圈与外层陶瓷5接触，圆环底托3-1的外表面与凸台底座8之间通过压缩弹簧6连接固定，外层阴极3在压缩弹簧6的作用下压紧于前挡板7上；圆环底托3-1的底端面上设置有圆柱引脚12，圆柱引脚12的尾部设置有螺纹，用于穿过凸台底座8进行紧固和接线。其中，本实施例优选圆环底托3-1的尾部设置有一个圆柱引脚12。

本实施例中，如图1～3所示，套层陶瓷4为圆筒状，与相邻的电极紧密相连，套层陶瓷4的尾部嵌入凸台底座8的底部凹槽内；外层陶瓷5为圆筒状，其内侧与套层阴极2紧密相连，上部向外膨大，膨大处与外层阴极3紧密相连。

本实施例中，如图1～3所示，套层陶瓷4和外层陶瓷5的顶部均有镀膜或涂层，以便于等离子体激发，镀膜或涂层可以但不限于碳。

本实施例中，如图1～3所示，凸台圆筒8-2包括圆筒侧壁8-3和设置在圆筒侧壁8-3内部的尾部阶梯状固定引线台8-4，尾部阶梯状固定引线台8-4包括多层由外向内依次升高且同心设置的环形凸起8-5，每一层环形凸起8-5对应安装一个筒状阴极，阳极1贯穿尾部阶梯状固定引线台8-4的中心设置，且尾部通过螺母9连接固定，每相邻两层环形凸起8-5之间的凹槽用于安装绝缘陶瓷，采用这种凹陷夹紧设计，可确保阴阳极之间、相邻阴极之间的绝缘陶瓷固定紧固，使内部结构具有更好的绝缘性，有效防止了真空放电问题。

本实施例中，如图1～3所示，底板8-1为由一对耳状固定底片8-1-1对接而成的环状底板，尾部阶梯状固定引线台8-4嵌置于环状底板的中心孔内，每个耳状固定底片8-1-1的一侧均设置有一开孔。本实施例中，环形凸起8-5为间断式环形凸起，每个间断式环形凸起上设置有多个断槽，每个断槽所对应的底板8-1上均开设有带有内螺纹的引脚孔13，如图1～3所示，尾部阶梯状固定引线台8-4的背部反向形成双层阶梯，中心高台阶用于阳极1的穿出和固定，引脚孔13位于外缘低台阶上，用于圆柱引脚12的引出，便于接线和绝缘处理。

本实施例中，如图1～3所示，前挡板7为由一对耳状固定前挡板片7-1对接而成的环形片状物，中心开孔小于凸台圆筒8-2的内径且大于最外层的外层阴极3的内径，以便卡住外层阴极3；其中，每个耳状固定前挡板片7-1的一侧均设置有一开孔。本实施例中，耳状固定前挡板片7-1的形状以及开孔位置均与耳状固定底片8-1-1相同，便于通过固定螺栓10将二者进行连接，固定螺栓10为长螺栓，和与之相匹配的螺母9固定连接。

下面对本实施例的安装方式以及工作原理作具体说明。

安装本实施例的多环微阴极电弧推力器时，应遵循以下步骤：

1).将凸台底座8放置于桌面上，尾部阶梯状固定引线台8-4的尾部在下，圆筒侧壁8-3在上；

2).将压缩弹簧6放入圆筒侧壁8-3内，使其尾部引脚对齐内部最外环的环形凸起8-5；

3).将外层阴极3放入圆筒侧壁8-3内，使其尾部圆柱引脚12对齐内部对应的引脚孔13并穿过，使其顶部平面与圆筒侧壁8-3顶面相齐等高，此时压缩弹簧6压紧此处没有固定，因为外层阴极3是一个活动部件，之后的步骤中由前挡板7压紧固定；

4).将外层陶瓷5放入外层阴极3内，使其尾部对齐内部最外环的凹槽，此时其顶部平面应比外层阴极3顶部平面略低；

5).将套层阴极2放入外层陶瓷5内对齐对应的环形凸起8-5，使其尾部的圆柱引脚12对齐内部对应的引脚孔13并穿过，使其顶部平面与圆筒侧壁8-3顶面相齐等高，在其尾部使用螺母9进行固定；

6).将套层陶瓷4放入套层阴极2内，使其尾部对齐内部对应的凹槽，此时其顶部平面应比套层阴极2顶部平面略低；

7).将阳极1放入套层陶瓷4内，使其尾部引脚对齐尾部阶梯状固定引线台8-4的中心孔并穿过，使其顶部平面与圆筒侧壁8-3顶面相齐等高，在其尾部使用与之匹配的螺母9进行固定；

8).将筒状永磁体11套入圆筒侧壁8-3外，底部与耳状固定底片8-1-1紧密接触，此时其顶部平面应与套层阴极2顶部平面平齐；

9).将前挡板7放置于圆筒侧壁8-3前段，挡板的耳状固定前挡板片7-1上的一对开孔与耳状固定底片8-1-1上的一对开孔对齐；

10).用固定螺栓10穿过前挡板7的耳状固定前挡板片7-1上的一对开孔和耳状固定底片8-1-1上的一对开孔，并使用螺母固定至完全压紧。

实际工作时电极接入控制电路，如图4～6所示，控制电路的周期为：

第一阶段：中心的阳极1为阳极，其邻近的套层阴极2为阴极，其余阴极不工作；第二阶段，中心的阳极1不工作，以第一阶段中作为阴极的套层阴极2为阳极，该套层阴极2邻近的阴极，本实施例的外层阴极3为阴极，以此逐层类推，给每对阴阳极之间通入短时间高电压的电流以激发其电离，下一次其他阴阳极互换，重复放电。

以上为一个周期，重复以产生持续推力，关闭部分环以产生大小可控的推力。

由此可见，本发明提供的多环微阴极电弧推力器，结构简单合理，通过采用多个同心桶状阴极的设计，使相邻的阴极之间也可以像阴阳极之间一样放电并产生推力，增大了推力器的推力，延长了推力器的寿命。此外，通过在底座设置尾部阶梯状固定引线台和凸台圆筒，利用环形凸起安装阴阳极，相邻环形凸起之间的凹陷安装绝缘陶瓷，可确保阴阳极之间、相邻阴极之间的绝缘陶瓷固定紧固，使内部结构具有更好的绝缘性，有效防止了真空放电问题；同时，推力器尾部接线柱采用分层台阶式设计，便于接线和绝缘处理，实用性强。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种多环微阴极电弧推力器，其特征在于：包括凸台底座、前挡板、阳极和两个以上依次套设在所述阳极外部的筒状阴极，所述阳极与所述筒状阴极、相邻所述筒状阴极之间均设有绝缘陶瓷进行分隔，所述凸台底座包括底板和设置在所述底板上的凸台圆筒，所述阳极和各所述筒状阴极均安装在所述凸台圆筒内，所述前挡板位于所述凸台圆筒的前端，所述凸台圆筒的外周套设一筒状永磁体，所述前挡板的边缘通过固定螺栓与所述底板的边缘连接；

所述凸台圆筒包括圆筒侧壁和设置在所述圆筒侧壁内部的尾部阶梯状固定引线台，所述尾部阶梯状固定引线台包括多层由外向内依次升高且同心设置的环形凸起，每一层所述环形凸起对应安装一个筒状阴极，所述阳极贯穿所述尾部阶梯状固定引线台的中心设置，每相邻两层所述环形凸起之间的凹槽用于安装所述绝缘陶瓷。

2.根据权利要求1所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述阳极为细长柱状阳极，所述细长柱状阳极的顶部膨胀为圆饼状，尾部设置有螺纹，用于穿过所述凸台底座进行紧固和接线。

3.根据权利要求1所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述阳极的外部由内至外依次套设有套层阴极和外层阴极，所述阳极与所述套层阴极之间的绝缘陶瓷为套层陶瓷，所述套层阴极与所述外层阴极之间的绝缘陶瓷为外层陶瓷；所述阳极、所述套层陶瓷、所述套层阴极、所述外层陶瓷以及所述外层阴极同轴设置。

4.根据权利要求3所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述套层阴极为圆筒状，尾部设有多个均匀分布的圆柱引脚，各根所述圆柱引脚的尾部均设置有螺纹，用于穿过所述凸台底座进行紧固和接线。

5.根据权利要求3所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述外层阴极的上部为圆筒状，下部径向收缩形成圆环底托，所述圆环底托的内圈与所述外层陶瓷接触，所述圆环底托的外表面与所述凸台底座之间通过压缩弹簧固定，所述外层阴极在所述压缩弹簧的作用下压紧于所述前挡板上；所述圆环底托的底端面上设置有圆柱引脚，所述圆柱引脚的尾部设置有螺纹，用于穿过所述凸台底座进行紧固和接线。

6.根据权利要求3所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述套层陶瓷为圆筒状，与相邻的电极紧密相连，所述套层陶瓷的尾部嵌入所述凸台底座的凹槽内；所述外层陶瓷为圆筒状，内侧与所述套层阴极紧密相连，上部向外膨大，膨大处与所述外层阴极紧密相连。

7.根据权利要求3所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述套层陶瓷和所述外层陶瓷的顶部均有镀膜或涂层。

8.根据权利要求1所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述底板由一对耳状固定底片组成，每个所述耳状固定底片的一侧均设置有一开孔；所述环形凸起为间断式环形凸起，每个所述间断式环形凸起上设置有多个断槽，每个断槽所对应的所述底板上均开设有引脚孔。

9.根据权利要求8所述的多环微阴极电弧推力器，其特征在于：所述前挡板为由一对耳状固定前挡板片对接而成的环形片状物，中心开孔小于所述凸台圆筒的内径且大于最外层的阴极内径；每个所述耳状固定前挡板片的一侧均设置有一开孔。

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