CN110931328B - 一种阴极热子组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阴极热子组件，包括：外筒；阴极‑热子结构；以及热屏；热屏包括位于内侧的呈筒状结构的内热屏以及位于内热屏外侧的呈筒状结构的外热屏；内热屏与外热屏之间通过一呈筒状结构的热屏支撑件连接固定；热屏支撑件包括第一侧壁部；第二侧壁部；以及台阶部；内热屏一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第二侧壁部的外侧壁表面上；台阶部的顶面上包括有与内热屏一端部端面相贴合固定的贴合部，以及与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。本发明在能够保证热屏支撑件结构强度以及可靠性的前提下，可以有减少阴极‑热子结构与热屏之间的热传导路径，从而提高阴极‑热子结构的加热效率。

Description

一种阴极热子组件

技术领域

本发明涉及真空电子器件领域，特别涉及一种阴极热子组件。

背景技术

阴极作为电子的发射源，也是真空器件的重要组成部分。阴极有很多种类，其中热阴极在很多场合均得到应用。由于热阴极工作在高温状态下，需要阴极热子组件具备良好的保温效果和支撑作用，尤其是应用在航空航天中的电真空器件。此外，随着空间电真空器件小型化的研发趋势，阴极热子组件结构也朝着重量轻、体积小、加热效率高的方向发展。

现有的阴极热子组件通常包括阴极、热子及其轴向热屏蔽结构，大部分的阴极热子组件采用双层热屏蔽结构，双层热屏蔽是在阴极-热子结构的径向设置两道热屏，它的基本工作原理是，在热子上施加稳定的电流使其发热，以保证阴极发射稳定的电流。在相同阴极温度下，降低热子组件的功率可降低热丝的负荷，可以有效增加热子的开关次数，提高器件的可靠性；热子组件功率的降低直接还可以提高器件的效率，降低了整机系统的能耗。在对器件可靠性及能耗要求比较严格的环境中，尤其在航空航天领域中，如何能够更好的提高阴极热子加热效率，降低热子组件功耗，对提高系统可靠性、降低能耗起到至关重要的作用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的至少一个目的在于提供一种阴极热子组件，以提高阴极热子组件的加热效率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种阴极热子组件，所述组件包括：

具有容纳腔的外筒；

位于所述容纳腔内的阴极-热子结构；以及

位于阴极-热子结构与外筒之间的热屏，所述热屏用以固定阴极-热子结构；

所述热屏包括位于内侧的呈筒状结构的内热屏以及位于内热屏外侧的呈筒状结构的外热屏；

所述内热屏与外热屏之间通过一呈筒状结构的热屏支撑件连接固定；

所述热屏支撑件包括有：

用以与外热屏一端部结合固定的第一侧壁部；

用以与内热屏一端部结合固定的外径小于第一侧壁部外径的第二侧壁部；以及

形成在所述第一侧壁部与第二侧壁部之间的台阶部；

所述台阶部的外径小于第一侧壁部外径，大于第二侧壁部的外径；

所述外热屏一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第一侧壁部的外侧壁表面上；

所述内热屏一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第二侧壁部的外侧壁表面上；

所述台阶部的顶面上包括有与内热屏一端部端面相贴合固定的贴合部，以及与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。

此外，优选地方案是，沿所述热屏支撑件周向方向所述台阶部呈连续的分段结构；台阶部相邻两分段之间的区域构成台阶部的顶面与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。

此外，优选地方案是，所述台阶部上包括有由所述台阶部的顶面向内凹陷形成的凹槽，由所述凹槽底面形成的台阶部顶面构成台阶部的顶面与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。

此外，优选地方案是，所述内热屏的一端部围套在所述第二侧壁部的外侧，所述第二侧壁部包括有与与其所对应的内热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定壁，以及与内热屏端部内表面呈非贴合固定非固定壁。

此外，优选地方案是，所述固定壁的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面贴合固定；

所述非固定壁的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面之间留有间隔空间。

此外，优选地方案是，沿所述第二侧壁部的周向方向所述第二侧壁部呈连续的分段结构；

呈分段结构的第二侧壁部构成所述第二侧壁部的与所对应的内热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定壁，所述固定壁的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面贴合固定；

相邻两分段之间的区域部分构成所述第二侧壁部的与内热屏端部内表面呈非贴合固定非固定壁。

此外，优选地方案是，所述外热屏的一端部围套在所述第一侧壁部的外侧，所述第一侧壁部包括有与与其所对应的外热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定部，以及与外热屏端部内表面呈非贴合固定非固定部。

此外，优选地方案是，所述固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面贴合固定；

所述非固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面之间留有间隔空间。

此外，优选地方案是，沿所述第一侧壁部的周向方向所述第一侧壁部呈连续的分段结构；

呈分段结构的第一侧壁部构成所述第一侧壁部的与所对应的外热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定部，所述固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面贴合固定；

相邻两分段之间的区域部分构成所述第一侧壁部的与外热屏端部内表面呈非贴合固定非固定部。

此外，优选地方案是，所述第一侧壁部的非固定部上包括有贯穿所述第一侧壁部内外侧壁表面的开口。

本发明的有益效果如下：

与现有技术相比较，本发明通过对阴极热子组件中热屏支撑件的结构改进，在能够保证热屏支撑件结构强度以及可靠性的前提下，可以有减少阴极-热子结构与热屏之间的热传导路径，从而实现提高阴极-热子结构的加热效率，降低阴极-热子结构的功率，提高器件的可靠性以及工作效率，降低器件系统的能耗的有益效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所提供阴极热子组件的整体结构示意图。

图2示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第一种实施方式的结构示意图。

图3示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第二种实施方式的结构示意图。

图4示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第三种实施方式的结构示意图。

图5示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第四种实施方式的结构示意图。

图6示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第五种实施方式的结构示意图。

图7示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第六种实施方式的结构示意图。

图8示出本发明所提供阴极热子组件中热屏支撑件的第七种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

阴极-热子结构实际工作时，由热子产生的热量，一部分热量用于加热阴极，还有一部分热量会通过热传导的方式经热屏散出，由于阴极热子组件工作在真空环境中，不存在对流，因此系统中只有热传导和热辐射两种热传递方式，切断热传导路径或者降低热辐射能够有效提高阴极-热子结构的加热效率。在切断热传导路径方面，针对包括有双层热屏蔽结构的阴极热子组件来讲，目前通常采用的技术手段是在用于连接固定内热屏与外热屏的热屏支撑件上打孔或者开槽，但是一般情况下热屏支撑件比较薄，开槽或打孔会大大降低热屏支撑件的强度，甚至影响器件的可靠性，甚至整机系统的可靠性。本发明从热传导角度出发，提供了一种包括有新的热屏支撑件结构的阴极热子组件，保证结构可靠性的前提下，在能够保证热屏支撑件结构强度以及可靠性的前提下，可以有效减少阴极-热子结构经过热屏以及热屏支撑件之间的向外散热的热传导路径，提高了阴极-热子结构的加热效率。

首先结合图1所示，图1示出本发明所提供阴极热子组件的整体结构示意图。本发明提供一种阴极热子组件，所述组件包括：

具有容纳腔的外筒1；

位于所述容纳腔内的阴极-热子结构2；以及

位于阴极-热子结构2与外筒1之间的热屏，所述热屏用以固定阴极-热子结构2；

所述热屏包括位于内侧的呈筒状结构的内热屏3以及位于内热屏3外侧的呈筒状结构的外热屏4；

所述内热屏3与外热屏4之间通过一呈筒状结构的热屏支撑件5连接固定。

通常情况下，阴极-热子结构2包括有阴极筒21，位于阴极筒21内的阴极22，位于阴极筒21内的热子承载件23以及位于热子承载件23内的热子；所述阴极22固定于阴极筒21的上部，包括有热子的热子承载件23位于所述阴极22的下方，且与所述阴极22贴合固定。

结合图1所示结构，所述内热屏3的靠近阴极-热子结构2的一端与所述阴极筒21结合固定，另一端通过所述热屏支撑件5与所述外热屏4的靠近所述热屏支撑件5的一端连接固定，所述外热屏4的远离热屏支撑件5的一端与外筒1结合固定，在本发明中，所述外热屏4的远离热屏支撑件5的一端通过一筒状过渡件11与外筒1结合固定，所述述外热屏的远离热屏支撑件的一端也可直接与外筒结合固定，本发明对此不做限制。

在一个实施例中，具体地，结合图2所示，

所述热屏支撑件5包括有：

用以与外热屏4一端部结合固定的第一侧壁部51；

用以与内热屏3一端部结合固定的外径小于第一侧壁部51外径的第二侧壁部52；以及

形成在所述第一侧壁部51与第二侧壁部52之间的台阶部53；

所述台阶部53的外径小于第一侧壁部51外径，大于第二侧壁部52的外径；

所述外热屏4一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第一侧壁部51的外侧壁表面上；

所述内热屏3一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第二侧壁部52的外侧壁表面上；

所述台阶部53的顶面上包括有与内热屏3一端部端面相贴合固定的贴合部531，以及与内热屏3一端部端面呈非贴合固定的非贴合部532。在一个实施例中，图2示出一具体热屏支撑件的结构，其中，沿所述热屏支撑件5周向方向所述台阶部53呈连续的分段结构；台阶部53相邻两分段之间的区域构成台阶部53的顶面与内热屏3一端部端面呈非贴合固定的非贴合部532。呈分段结构的台阶部53的顶面构成所述台阶部53的与所对应的内热屏3端部端面相贴合固定的贴合部531。由于本发明改进了热屏支撑件上台阶部的结构，将台阶部的顶面设计成包括有与内热屏端部端面相贴合固定的贴合部，以及与内热屏端部端面呈非贴合固定的非贴合部，从切断热传导路径的设计方向上，减小了内热屏端部端面与热屏支撑件台阶部顶面之间传导散热的接触面积，减少了阴极-热子结构向外散热的热传导路径，从而提高了阴极-热子结构的加热效率。

基于上述的为了减小了内热屏端部端面与热屏支撑件台阶部顶面之间传导散热的接触面积，从而达到提高阴极-热子结构的加热效率的发明目的，作为上述实施例的一个变形的实施方式，也可采用另一种技术方案，例如，所述台阶部上包括有由所述台阶部的顶面向内凹陷形成的凹槽，由所述凹槽底面形成的台阶部顶面构成台阶部的顶面与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部，也就是说台阶部顶面的未凹陷的部分构成台阶部顶面的与内热屏端部端面相贴合固定的贴合部。但考虑到加工工艺的复杂性，优选地采用上述如图2所示的所述台阶部呈连续的分段结构；但本领域技术人员可以理解的是，在台阶部顶面形成凹槽结构同样能够实现本发明的发明目的，对技术方案的选择本发明并不做限制。

为了进一步减小内热屏与热屏支撑件之间传导散热的接触面积，还可通过改进热屏支撑件的用于与内热屏连接固定的第二侧壁部的结构方式，实现减少阴极-热子结构向外散热的热传导路径，提高阴极-热子结构的加热效率。在一个实施例中，结合图3所示，所述内热屏3的一端部围套在所述第二侧壁部52的外侧，所述第二侧壁部52包括有与与其所对应的内热屏3端部内表面匹配地贴合固定的固定壁521，以及与内热屏3端部内表面呈非贴合固定非固定壁522。其中，所述固定壁521的外侧壁表面与与其对应的内热屏3端部内表面贴合固定；所述非固定壁522的外侧壁表面与与其对应的内热屏3端部内表面之间留有间隔空间。通常情况下，由于热屏为圆形的筒状结构，内热屏3的与第二侧壁部52外侧壁表面对应的端部内表面为圆形的弧面；与之对应的热屏支撑件5的第二侧壁部52也为环状结构，结合图3所示，所述第二侧壁部52外侧壁表面上包括有与所对应的内热屏3端部内表面匹配贴合固定的弧形面，该弧形面对应的第二侧壁部52的部分构成固定壁521，该固定壁521的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面贴合固定。第二侧壁部52外侧壁表面上还包括有平直面，该平直面对应的第二侧壁部52的部分构成非固定壁522，该非固定壁522的外侧壁表面与与其对应的内热屏3端部内表面之间留有间隔空间。

当然本领域技术人员可以理解的是，在不考虑加工工艺难度的情况下，所述第二侧壁部的外壁面可以为由若干第一弧面和若干第二弧面交替排列构成的花瓣结构，第一弧面半径大于第二弧面半径，进而当以第一弧面构成固定壁的外侧壁表面，并与与其对应的内热屏端部内表面贴合固定时，第二弧面可构成非固定壁的外侧壁表面，并与与其对应的内热屏端部内表面之间留有间隔空间，对此本发明不做限制。

图3所示的热屏支撑件5结构中，非固定壁522与台阶部53的相邻两分段之间的区域所构成的非贴合部532对应设置。然而作为图3所示热屏支撑件的一种变形的实施方式，非固定壁522与台阶部53的相邻两分段之间的区域所构成的非贴合部532可错位设置，例如图4所示的热屏支撑件5结构中，非固定壁522与呈分段结构的台阶部53对应设置。

在一个实施例中，第二侧壁部的结构还可采用如图5所示的结构方式，具体地，沿所述第二侧壁部52的周向方向所述第二侧壁部52呈连续的分段结构；

呈分段结构的第二侧壁部52构成所述第二侧壁部52的与所对应的内热屏3端部内表面匹配地贴合固定的固定壁521，所述固定壁521的外侧壁表面与与其对应的内热屏3端部内表面贴合固定；相邻两分段之间的区域部分构成所述第二侧壁部52的与内热屏3端部内表面呈非贴合固定非固定壁522。其中呈分段结构的第二侧壁部52的外侧壁表面为与所对应的内热屏3端部内表面匹配贴合固定的弧形面。

本发明提供的阴极热子组件包括有通过热屏支撑件连接固定的内热屏和外热屏，外热屏的一端部围套在所述第一侧壁部的外侧，基于本发明的发明目的，还可通过改进热屏支撑件的用于与外热屏连接固定的第一侧壁部的结构方式，实现减少阴极-热子结构向外散热的热传导路径，提高阴极-热子结构的加热效率。结合图6所示，本实施例中，关于台阶部53的结构形式以及第二侧壁部52的结构样式采用如图3所示的结构样式，此处不再赘述，与上述实施例的区别在于，所述第一侧壁部51包括有与与其所对应的外热屏4端部内表面匹配地贴合固定的固定部511，以及与外热屏4端部内表面呈非贴合固定非固定部512。其中，所述固定部511的外侧壁表面与与其对应的外热屏4端部内表面贴合固定；所述非固定部512的外侧壁表面与与其对应的外热屏4端部内表面之间留有间隔空间。

具体地与上述的第二侧壁部结构类似的，所述第一侧壁部51外侧壁表面上包括有与所对应的外热屏4端部内表面匹配贴合固定的弧形面，该弧形面对应的第一侧壁部51的部分构成固定部511，该固定部511的外侧壁表面与与其对应的外热屏4端部内表面贴合固定。第一侧壁部51外侧壁表面上还包括有平直面，该平直面对应的第一侧壁部51的部分构成非固定部512，该非固定部512的外侧壁表面与与其对应的外热屏4端部内表面之间留有间隔空间。

与上述图6所示热屏支撑件结构不同的是，在图7所示的实施例中，所述第二侧壁部52结构为呈连续的分段结构；其中，呈分段结构的第二侧壁部52构成所述第二侧壁部52的与所对应的内热屏3端部内表面匹配地贴合固定的固定壁521，所述固定壁521的外侧壁表面与与其对应的内热屏3端部内表面贴合固定；相邻两分段之间的区域部分构成所述第二侧壁部52的与内热屏3端部内表面呈非贴合固定非固定壁522。其中呈分段结构的第二侧壁部52的外侧壁表面为与所对应的内热屏3端部内表面匹配贴合固定的弧形面，并且呈分段结构的第二侧壁部52所构成的固定壁521与台阶部53的相邻两分段之间的区域所构成的非贴合部对应设置。

当然在一种变形的实施例中，第一侧壁部也可采用如下结构，具体地沿所述第一侧壁部的周向方向所述第一侧壁部呈连续的分段结构；呈分段结构的第一侧壁部构成所述第一侧壁部的与所对应的外热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定部，所述固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面贴合固定；相邻两分段之间的区域部分构成所述第一侧壁部的与外热屏端部内表面呈非贴合固定非固定部。该结构样式的第一侧壁部，同样可以实现减少阴极-热子结构向外散热的热传导路径，提高阴极-热子结构的加热效率的效果。

与上述图7所示热屏支撑件结构不同的是，在图8所示的热屏支撑件中，所述第一侧壁部51的非固定部512上包括有贯穿所述第一侧壁部51内外侧壁表面的开口513。可实现进一步减小外热屏4与热屏支撑件5之间热辐射的热交换面积，实现提高阴极-热子结构的加热效率的有益效果。优选地，为了简化加工工艺，所述开口513贯穿所述第一侧壁部51的底面。

本发明所提供的阴极热子组件可以有减少阴极-热子结构与热屏之间的热传导路径，降低阴极-热子结构的热耗以及功率，提高了阴极-热子结构的加热效率，以及器件的可靠性和工作效率，尤其是对大批量器件航空航天应用，该结构作用更为重大。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种阴极热子组件，其特征在于，所述组件包括：

具有容纳腔的外筒；

位于所述容纳腔内的阴极-热子结构；以及

位于阴极-热子结构与外筒之间的热屏，所述热屏用以固定阴极-热子结构；

所述热屏包括位于内侧的呈筒状结构的内热屏以及位于内热屏外侧的呈筒状结构的外热屏；

所述内热屏与外热屏之间通过一呈筒状结构的热屏支撑件连接固定；

所述热屏支撑件包括有：

用以与外热屏一端部结合固定的第一侧壁部；

用以与内热屏一端部结合固定的外径小于第一侧壁部外径的第二侧壁部；以及

形成在所述第一侧壁部与第二侧壁部之间的台阶部；

所述台阶部的外径小于第一侧壁部外径，大于第二侧壁部的外径；

所述外热屏一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第一侧壁部的外侧壁表面上；

所述内热屏一端部的至少部分端部内表面贴合固定在所述第二侧壁部的外侧壁表面上；

所述台阶部的顶面上包括有与内热屏一端部端面相贴合固定的贴合部，以及与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，沿所述热屏支撑件周向方向所述台阶部呈连续的分段结构；台阶部相邻两分段之间的区域构成台阶部的顶面与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述台阶部上包括有由所述台阶部的顶面向内凹陷形成的凹槽，由所述凹槽底面形成的台阶部顶面构成台阶部的顶面与内热屏一端部端面呈非贴合固定的非贴合部。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述内热屏的一端部围套在所述第二侧壁部的外侧，所述第二侧壁部包括有与与其所对应的内热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定壁，以及与内热屏端部内表面呈非贴合固定非固定壁。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述固定壁的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面贴合固定；

所述非固定壁的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面之间留有间隔空间。

6.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，沿所述第二侧壁部的周向方向所述第二侧壁部呈连续的分段结构；

呈分段结构的第二侧壁部构成所述第二侧壁部的与所对应的内热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定壁，所述固定壁的外侧壁表面与与其对应的内热屏端部内表面贴合固定；

相邻两分段之间的区域部分构成所述第二侧壁部的与内热屏端部内表面呈非贴合固定非固定壁。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述外热屏的一端部围套在所述第一侧壁部的外侧，所述第一侧壁部包括有与与其所对应的外热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定部，以及与外热屏端部内表面呈非贴合固定非固定部。

8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面贴合固定；

所述非固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面之间留有间隔空间。

9.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，沿所述第一侧壁部的周向方向所述第一侧壁部呈连续的分段结构；

呈分段结构的第一侧壁部构成所述第一侧壁部的与所对应的外热屏端部内表面匹配地贴合固定的固定部，所述固定部的外侧壁表面与与其对应的外热屏端部内表面贴合固定；

相邻两分段之间的区域部分构成所述第一侧壁部的与外热屏端部内表面呈非贴合固定非固定部。

10.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述第一侧壁部的非固定部上包括有贯穿所述第一侧壁部内外侧壁表面的开口。

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