CN114135455A - 一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，包括内导磁柱、内磁极、励磁线圈、内陶瓷放电通道、外陶瓷放电通道、外磁极、外导磁柱、阳极和导磁底板，与现有技术相比，本发明实现了一种高效的单线圈小功率霍尔推力器，通过采用单匝线圈绕组减少磁路中涡流产生的热耗，且磁路磁场可调；既能处理小功率推力器所需的磁通，又能最大限度地减少励磁线圈中不断增加的热耗，且推力器体积较小，具有良好的散热、结构紧凑、高性能和长寿命的特点。

Description

一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器
技术领域
本发明涉及霍尔推力器技术领域，尤其涉及一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器。
背景技术
霍尔推力器是目前国际上典型的一种电推进装置，霍尔推力器的主要结构包括：阴极组件、阳极组件、磁路组件、气路组件和安装组件等组成。推力器功率越小，对应放电通道的面积/体积比越大，这意味着有更多的带电粒子将沉积在通道壁面，导致能量损耗而降低推力器性能，同时引发推力器热效应问题。因此，相比成熟的千瓦级功率推力器，低功率霍尔推力器性能下降比较明显。
为了提高性能，国内外开展了多种结构霍尔推力器研究。针对推力器性能优化，研究人员主要在磁路结构方面开展工作，其中根据励磁源不同，形成了多种结构霍尔推力器。
现有的多线圈结构推力器磁路设计复杂，设计难度较大，同时过多的励磁线圈会增加励磁功耗。
发明内容
为此，本发明提供一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，用以优化和解决上述背景中提到的问题。
本发明提供一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，包括：内导磁柱、内磁极、励磁线圈、内陶瓷放电通道、外陶瓷放电通道、外磁极、外导磁柱、阳极和导磁底板；其中：所述内导磁柱为圆柱形结构，内导磁柱竖直固定在所述导磁底板上，且内导磁柱与导磁底板为一体结构；
所述内磁极设置在内导磁柱的顶端，所述励磁线圈缠绕在内导磁柱上；
所述外导磁柱为薄壁圆柱形结构，设置在最外部，且与导磁底板为一体结构；
所述外磁极设置在外导磁柱的顶部；
所述内陶瓷放电通道套设在内磁极顶部，
所述外陶瓷放电通道设置在外磁极的下端；
所述阳极穿过内陶瓷放电通道并设置在内陶瓷放电通道和外陶瓷放电通道之间。
优选地，所述内导磁柱、内磁极、外导磁柱和所述导磁底板为一体结构，皆采用导磁材料DT4C。
优选地，所述励磁线圈是均匀缠绕在铝合金线圈支架上制成。
优选地，所述阳极采用双腔结构供气，材质为导磁材料。
优选地，所述内陶瓷放电通道、外陶瓷放电通道由氮化硼制成，内陶瓷放电通道上端比所述外磁极高1-2mm。
与现有技术相比，本发明实现了一种高效的单线圈小功率霍尔推力器，通过采用单匝线圈绕组减少磁路中涡流产生的热耗，且磁路磁场可调；既能处理小功率推力器所需的磁通，又能最大限度地减少励磁线圈中不断增加的热耗，且推力器体积较小，具有良好的散热、结构紧凑、高性能和长寿命的特点。
附图说明
图1为本发明所述的一种高效的单线圈小功率霍尔推力器的剖视图；
图2为本发明所述的一种高效的单线圈小功率霍尔推力器阳极主要结构剖视图；
图3为本发明所述的一种高效的单线圈小功率霍尔推力器放电室磁屏蔽磁场示意图；
图4为本发明所述的一种高效的单线圈小功率霍尔推力器立体结构示意图。
上述附图中的图示标号为：导磁柱1、内磁极2、励磁线圈3、内陶瓷放电通道4、外陶瓷放电通道5、外磁极6、外导磁柱7、阳极8、导磁底板9、阳极外端10。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器包括内导磁柱1、内磁极2、励磁线圈3、内陶瓷放电通道4、外陶瓷放电通道5、外磁极6、外导磁柱7、阳极8和导磁底板9，其中所述内导磁柱1为圆柱形结构，内导磁柱1竖直固定在所述导磁底板9上，且内导磁柱1与导磁底板9为一体结构；所述内磁极2设置在内导磁柱1的顶端，所述励磁线圈3缠绕在内导磁柱1上；所述外导磁柱7为薄壁圆柱形结构，设置在最外部，且与导磁底板9为一体结构；所述外磁极2设置在外导磁柱7的顶部；所述内陶瓷放电通道4套设在内磁极2顶部，所述外陶瓷放电通道5设置在外磁极6的下端；所述阳极8穿过内陶瓷放电通道4并设置在内陶瓷放电通道4和外陶瓷放电通道5之间，用以实现紧凑封装和热绝缘，阳极的后端10与导磁底板9的接触处需要安装绝缘件；所述内导磁柱1、内磁极2、外导磁柱7和所述导磁底板9为一体结构，皆采用导磁材料DT4C；所述励磁线圈3是均匀缠绕在铝合金线圈支架上制成；所述阳极8采用双腔结构供气，材质为导磁材料；所述内陶瓷放电通道4、外陶瓷放电通道5由氮化硼制成，内陶瓷放电通道4上端比所述外磁极2高1-2mm。
如图2所示，为本发明所述的阳极结构，在本实施方式中，阳极气体分配器结构由不同的圆环结构焊接组成，T型圆环4圆环面上端均匀分布24个小孔，水平端均匀分布8个小孔，T型圆环4的下端与U型圆环3组成进气腔室，T型圆环4上端与圆环2组成配气腔室，T型圆环4的内侧与U型圆环3组成放电室。阳极8采用导磁材料制成，保证腔体内部没有磁场，从而减少了感应电场和阳极电压下降。
在本实施方式中，所述一种单线圈磁屏蔽小功率推力器的一个突出特征是采用单线圈作为励磁源，励磁线圈设置在阳极的下端，线圈是均匀缠绕在铝合金线圈支架上制成，励磁线圈3直径和内导磁柱1直径是近似相等。当推力器越小，磁场就越强，这就需要按比例增加励磁线圈的匝数。通过磁场仿真软件进行磁场仿真计算和试验，通道中心内陶瓷壁附近磁场具有较理想的轴向分布，最大磁场位置均位于通道出口108％处，最大磁场强度处于线性变化范围167Gs～233Gs；轴向梯度15.4～27.4Gs/mm，阳极附近磁场强度接近于0(小于3Gs)，且推力器未出现磁饱和现象。
本实施方式所述的一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器是通过磁屏蔽的方式延长推力器的寿命，磁屏蔽原理如图3所示，通过将放电室壁面附近的磁力线向阳极区延伸，利用磁力线的特点使放电室壁面附近的电子温度沿放电室壁面一直维持一个较小的数值不变，使磁力线沿放电室壁面近乎等势，减少离子向壁面溅射，减小放电室腐蚀速率。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，包括内导磁柱、内磁极、励磁线圈、内陶瓷放电通道、外陶瓷放电通道、外磁极、外导磁柱、阳极和导磁底板；其中：
所述内导磁柱为圆柱形结构，内导磁柱竖直固定在所述导磁底板上，且内导磁柱与导磁底板为一体结构；
所述内磁极设置在内导磁柱的顶端，所述励磁线圈缠绕在内导磁柱上；
所述外导磁柱为薄壁圆柱形结构，设置在最外部，且与导磁底板为一体结构；
所述外磁极设置在外导磁柱的顶部；
所述内陶瓷放电通道套设在内磁极顶部，
所述外陶瓷放电通道设置在外磁极的下端；
所述阳极穿过内陶瓷放电通道并设置在内陶瓷放电通道和外陶瓷放电通道之间。
2.根据权利要求1所述的一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，其特征在于，所述内导磁柱、内磁极、外导磁柱和所述导磁底板为一体结构，皆采用导磁材料DT4C。
3.根据权利要求1所述的一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，其特征在于，所述励磁线圈是均匀缠绕在铝合金线圈支架上制成。
4.根据权利要求1所述的一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，其特征在于，所述阳极采用双腔结构供气，材质为导磁材料。
5.根据权利要求1所述的一种单线圈磁屏蔽小功率霍尔推力器，其特征在于，所述内陶瓷放电通道、外陶瓷放电通道由氮化硼制成，内陶瓷放电通道上端比所述外磁极高1-2mm。
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