CN112689345B - 一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构，包括由绝缘材料制成的安装骨架和由导电材料制成的细丝，安装骨架呈中空管状，且安装骨架的两端均呈敞开设置，细丝在安装骨架的外表面绕设有多匝，且任一相邻两匝细丝均呈间隔设置；工作中，细丝中通有交变电流；还包括阴极管、发射体、触持极和底座，阴极管和发射体二者均呈中空管状，阴极管和发射体二者的两端均呈敞开设置，且阴极管的任意一端固定安装在底座上，发射体为导体，发射体同轴嵌设在阴极管远离底座的一侧；安装骨架同轴套设阴极管，触持极设置在安装骨架远离底座的一侧，且触持极与安装骨架呈间隔设置。本发明有助于提高空心阴极加工的便捷性。

Description

一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构

技术领域

本发明涉及航天推进技术领域，具体地，涉及一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构。

背景技术

在空间航天器中，“空心阴极”又称为“电位中和器”或“等离子体接触器”，是一种电子源，主要应用于电推力器、航天器电位控制等方面。用于中和电推力器产生的离子羽流，或调节航天器表面电位。

如图1所示；空心阴极工作时，加热器通电使发射体达到工作温度(1100℃)发射热电子，热电子与阴极管内工质碰撞发生电离，产生的电子在触持极与发射体之间的电场驱动下电离更多工质，形成稳态等离子体，发射体在等离子体撞击下，通过动能交换维持工作温度，实现空心阴极的自持放电。发射体在真空下加热1050℃左右开始稳定发射热电子。热电子与氙气碰撞电离，产生更多电子，促进更多电离，最终生成稳定的等离子体，成为电子源，为加速器点火提供条件。

现有公开号为CN101599400B的中国专利，其公开了一种组装式空心阴极加热器，包括阴极管、前定位环、陶瓷骨架、加热丝、陶瓷外套、后定位环、引线管和发射体；陶瓷骨架以紧配合方式套装在阴极管外圆上，发射体套装在阴极管内，陶瓷外套套装在绕有加热丝的陶瓷骨架上，前定位环、后定位环焊接在陶瓷骨架和陶瓷外套的两端，加热丝一端焊接在阴极管上，另一端套装在引线管上。

工作中，加热丝通电发热，热量经陶瓷骨架和阴极管壁传导至发射体。由于发射体工作的温度较高，加热丝必须采用高熔点金属，如钨、铼等金属制成。

发明人认为，由于空心阴极内的发射体尺寸较小，为了充分加热，选用的电热丝的直径也较小。由于高熔点金属大多具有高强度、高硬度、低韧性的特点，致使加热丝绕制时需经历多次退火、定型，且加热丝连接电极时焊接难度大，从而导致空心阴极加工不便，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构。

一种空心阴极感应式加热器，包括由耐高温绝缘材料制成的安装骨架和由导电材料制成的细丝，所述安装骨架呈中空管状，且所述安装骨架的两端均呈敞开设置，所述细丝在安装骨架的外表面绕设有多匝，且任一相邻两匝所述细丝均呈间隔设置；工作中，所述细丝中通有交变电流。

优选地，所述安装骨架的外表面开设有凹槽，所述凹槽的轨迹呈螺旋形，且所述细丝嵌设在凹槽内。

优选地，所述细丝包括实心裸铜丝。

优选地，所述安装骨架包括氧化铝瓷管。

根据本发明提供的一种空心阴极结构，包括权利要求1-4中任一项所述的空心阴极感应式加热器，还包括阴极管、发射体、触持极和底座，所述阴极管和发射体二者均呈中空管状，所述阴极管和发射体二者的两端均呈敞开设置，且所述阴极管的任意一端固定安装在底座上，所述发射体为导体，所述发射体同轴嵌设在阴极管远离底座的一侧；所述安装骨架同轴套设阴极管，所述安装骨架靠近底座的一端与底座固定连接，所述触持极设置在安装骨架远离底座的一侧，且所述触持极与安装骨架呈间隔设置。

优选地，所述安装骨架与阴极管之间形成有间隙。

优选地，所述阴极管的外侧壁上还包裹有软磁材料层，且所述软磁材料层完全覆盖发射体段。

优选地，所述阴极管的外侧壁上形成有凸缘，且所述凸缘与软磁材料层嵌入配合。

优选地，所述阴极管远离底座的一端安装有阴极顶板，所述阴极顶板的中部开设有通孔。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过对绕设在阴极管外侧的导电细丝施加交变电流，从而形成交变磁场，由导体制成的发射体会因涡流感应效应自主发热，从而无需外部热源供热，由于导电细丝只需要满足导电的要求，因此能够选用熔点较低，延展性较好的导电金属。有助于提高工作人员将导电细丝绕设在安装骨架上的便捷性，且有助于提高导电细丝与电极焊接的便捷性，进而有助于提高空心阴极加工的便捷性；

2、本发明通过将安装骨架与阴极管呈间隔设置，从而使细丝仅承受热辐射，有助于减少发射体的热量传导到导电细丝上，并采用实心裸铜丝做导电细丝，有助于提高导电细丝的散热效率，从而有助于提高实心裸铜丝的使用寿命；

3、本发明通过包裹在阴极管发射体段的软磁感应层，由于软磁材料在交变磁场下产生的涡流效应远超过顺磁材料，从而有助于提高交变磁场对发射体的加热效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明现有技术中空心阴极整体结构的示意图；

图2为本发明主要体现空心阴极感应式加热器整体结构的示意图；

图3为本发明主要体现阴极管和发射体整体结构的示意图；

图4为本发明主要体现空心阴极整体结构的示意图。

附图标记：1、安装骨架；11、凹槽；2、实心裸铜丝；3、阴极管；31、阴极顶板；311、通孔；32、软磁材料层；33、凸缘；4、发射体；5、触持极；6、底座；7、间隙。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，根据本发明提供的一种空心阴极感应式加热器，包括由绝缘材料制成的安装骨架1，以及绕设在安装骨架1外表面的由导电材料制成的细丝。

安装骨架1呈中空管状，且安装骨架1为氧化铝磁管，氧化铝磁管的电绝缘性能好，且熔点高、化学性能稳定。安装骨架1的外表面开设有凹槽11，凹槽11的轨迹呈螺旋状，且螺旋状凹槽11轨迹的中心轴线与安装骨架1的中心轴线共线。细丝为实心裸铜丝2，实心裸铜丝2嵌设在凹槽11内，且实心裸铜丝2在安装骨架1的外表面饶设有多匝，实心裸铜丝2具有良好的导电性。因此当实心裸铜丝2内通有交变电流时，安装骨架1内会形成交变磁场，从而能够使安装在安装骨架1内的导体通过涡流感应效应自主发热，进而实现对安装于安装骨架1内的导体加热。

如图3所示，根据本发明提供的一种空心阴极，包括空心阴极感应式加热器，还包括阴极管3、发射体4、触持极5和底座6。阴极管3呈中空管状，阴极管3的横截面为圆环状，且阴极管3的两端均呈敞开设置，阴极管3的任意一端与底座6焊接固定连接。发射体4为良导体，发射体4呈中空管状，且发射体4的任意横截面均为圆环状。

发射体4同轴嵌设在阴极管3远离底座6的一侧，且发射体4的外侧壁与阴极管3的内侧壁为过盈配合。阴极管3远离底座6的一端还过盈配合有阴极顶板31，阴极顶板31的中部开设有通孔311，由发射体4产生的电子或等离子体经通孔311流出阴极管3，成为电子源，为加速器点火提供条件。

如图4所示，安装骨架1同轴套设阴极管3，安装骨架1靠近底座6的一端与底座6焊接固定连接，且安装骨架1与阴极管3之间形成有间隙7，由于阴极管3尺寸有限，不适于水冷散热，安装骨架1与阴极管3无接触，从而使安装骨架1和实心裸铜丝2只承受热辐射，进而减少了发射体4上得热量传递到空心阴极感应式加热器上，提高了空心阴极感应式加热器的使用寿命。

由于软磁材料在交变磁场下产生的涡流效应远超过顺磁材料，为了增强对发射体4的加热效果，阴极管3的外侧壁上焊接固定有软磁材料层32，软磁材料层32与安装骨架1的内壁呈间隔设置，且软磁材料层32完全覆盖阴极管3安装有发射体4的部分。进一步的阴极管3的外侧壁上一体成型有凸缘33，凸缘33与软磁材料层32嵌入配合，从而提高了软磁材料层32与阴极管3连接的可靠性。

触持极5位于安装骨架1远离底座6的一侧，触持极5呈圆环状，触持极5的中心轴线与安装骨架1的中心轴线共线，且触持极5与安装骨架1呈间隔设置。

工作原理

工作中，在实心裸铜丝2内通有交变电场，从而使安装骨架1内形成有交变磁场，由涡流感应效应使发射体4和软磁感应层自行发热，直至发射体4达到稳定的工作温度，发射体4发射热电子，热电子与阴极管3内工质碰撞发生电离，产生的电子在触持极5与发射体4之间的电场驱动下电离更多工质，形成稳态等离子体，发射体4在等离子体撞击下，通过动能交换维持工作温度，实现空心阴极的自持放电。由于实心裸铜丝2具有足够高的熔点，且具有良好的延展性，有助于提高空心阴极加工的便捷性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种空心阴极结构，其特征在于，包括空心阴极感应式加热器，所述空心阴极感应式加热器，包括由耐高温绝缘材料制成的安装骨架(1)和由导电材料制成的细丝，所述安装骨架(1)呈中空管状，且所述安装骨架(1)的两端均呈敞开设置，所述细丝在安装骨架(1)的外表面绕设有多匝，且任一相邻两匝所述细丝均呈间隔设置；工作中，所述细丝中通有交变电流；

还包括阴极管(3)、发射体(4)、触持极(5)和底座(6)，所述阴极管(3)和发射体(4)二者均呈中空管状，所述阴极管(3)和发射体(4)二者的两端均呈敞开设置，且所述阴极管(3)的任意一端固定安装在底座(6)上，所述发射体(4)为导体，所述发射体(4)同轴嵌设在阴极管(3)远离底座(6)的一侧；

所述安装骨架(1)同轴套设阴极管(3)，所述安装骨架(1)靠近底座(6)的一端与底座(6)固定连接，所述触持极(5)设置在安装骨架(1)远离底座(6)的一侧，且所述触持极(5)与安装骨架(1)呈间隔设置；

所述阴极管(3)的外侧壁上还包裹有软磁材料层(32)，且所述软磁材料层(32)完全覆盖发射体(4)段。

2.如权利要求1所述的一种空心阴极结构，其特征在于，所述安装骨架(1)与阴极管(3)之间形成有间隙(7)。

3.如权利要求1所述的一种空心阴极结构，其特征在于，所述阴极管(3)的外侧壁上形成有凸缘(33)，且所述凸缘(33)与软磁材料层(32)嵌入配合。

4.如权利要求1所述的一种空心阴极结构，其特征在于，所述阴极管(3)远离底座(6)的一端安装有阴极顶板(31)，所述阴极顶板(31)的中部开设有通孔(311)。

5.如权利要求1所述的一种空心阴极结构，其特征在于，所述安装骨架(1)的外表面开设有凹槽(11)，所述凹槽(11)的轨迹呈螺旋形，且所述细丝嵌设在凹槽(11)内。

6.如权利要求1所述的一种空心阴极结构，其特征在于，所述细丝包括实心裸铜丝(2)。

7.如权利要求1所述的一种空心阴极结构，其特征在于，所述安装骨架(1)包括氧化铝瓷管。

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