CN115217732A - 一种大功率霍尔推力器散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率霍尔推力器散热装置，包括：磁路组件、陶瓷腔体、阳极组件、阳极螺柱、冷却盘盖板、冷却盘、绝缘陶瓷、冷却进水管、连接管、外壳、冷却出水管、机械泵、冷却盘支架、底盘；底盘上端面沿圆周方向设置环形凹槽一，下端面沿圆周方向设置与所述环形凹槽一轴向相连通的环形凹槽二，磁路组件固定在所述底盘上端面中心位置，冷却盘支架上端面沿圆周方向设置环形凹槽三、下端面沿圆周方向设置环形凹槽四，冷却盘支架同轴设置在所述磁路组件外部，下端同轴嵌套在所述环形凹槽一内固定。本发明通过设有循环冷却装置，大幅提高了阳极组件与外壳之间的热传导效率，从而降低了阳极组件温度，有利于大功率霍尔推力器长期、稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及霍尔推力器技术领域，具体为一种大功率霍尔推力器散热装置。
背景技术
大功率霍尔推力器工作时，阳极组件会产生非常高的温度，如果不能及时有效的对阳极组件散热，其将会由于热应力而结构失效，严重情况下甚至可能融化，目前国内外大功率霍尔推力器持续工作时间均较短，专利号为CN201610599707.8的发明专利公开了霍尔推力器散热支架的结构，该装置通过与陶瓷通道接触面传导放电通道壁面上产生的热流，并通过大面积散热表面增加对空间辐射散热，另外，专利号为CN202110730292.4的发明专利公开了一种霍尔推力器磁路散热结构，该装置采用镂空外磁屏并通过隔热支架将放电通道与底板分开，改变霍尔推力器的热量传递路径，使得放电通道内产生的热量直接通过隔热支架向环境传递，降低霍尔推力器整体温度；这两种散热方式适用于大功率霍尔推力器持续工作时间较短的工作状况，对于目前国内外大功率霍尔推力器持续工作时间较长的工作环境并不适用，所以，亟待解决。
发明内容
因此，本发明要解决原有推力器技术热传导效率低的问题，大幅提高推力器持续工作时间和工作稳定性，从而提供一种大功率霍尔推力器散热装置。
本发明的技术方案是：一种大功率霍尔推力器散热装置，包括：磁路组件、陶瓷腔体、阳极组件、阳极螺柱、冷却盘盖板、冷却盘、绝缘陶瓷、冷却进水管、连接管、外壳、冷却出水管、机械泵、冷却盘支架、底盘；所述底盘上端面沿圆周方向设置环形凹槽一，下端面沿圆周方向设置与所述环形凹槽一轴向相连通的环形凹槽二，所述磁路组件固定在所述底盘上端面中心位置，所述冷却盘支架上端面沿圆周方向设置环形凹槽三、下端面沿圆周方向设置环形凹槽四，所述冷却盘支架同轴设置在所述磁路组件外部，下端同轴嵌套在所述环形凹槽一内固定；所述陶瓷腔体设置在所述磁路组件外周，下端部分嵌套在所述环形凹槽一内并通过所述冷却盘盖板支撑固定；所述阳极组件设置在所述陶瓷腔体内，所述冷却盘盖板与冷却盘密封焊接后和陶瓷腔、阳极组件依次安装在磁路组件上，所述阳极组件、陶瓷腔体、冷却盘盖板、冷却盘、冷却盘支架沿轴向通过多个紧固件紧固，所述冷却进水管一端安装在机械泵上并穿过外壳将另一端焊接在冷却盘上，所述连接管将冷却盘与外壳密封连接在一起，所述冷却出水管一端安装在机械泵上，另一端焊接在外壳上，所述冷却盘盖板嵌套在所述环形凹槽一内的所述冷却盘上面用于封闭所述冷却盘上端。
上述技术方案中，冷却盘和外壳采用中空往复流导式结构。
上述技术方案中，冷却盘与阳极组件之间采用氮化硼材料进行电绝缘。
上述技术方案中，外壳外表面采用粗化喷砂处理。
上述技术方案中，所述紧固件由阳极螺柱、绝缘陶瓷构成，阳极螺柱沿轴向向下依次插入所述阳极组件上设置的通孔一、陶瓷腔体设置的通孔二、冷却盘盖板设置的通孔三、冷却盘设置的通孔四、冷却盘支架设置的通孔五内。
上述技术方案中，所述绝缘陶瓷沿轴线方向设置螺纹孔的圆柱体，所述绝缘陶瓷下端设置螺帽，所述绝缘陶瓷上端向上依次插入所述通孔五、通孔四内，所述阳极螺柱下端插入所述绝缘陶瓷的螺纹孔内螺纹连接。
上述技术方案中，所述冷却盘同轴套设在所述磁路组件外圈，并嵌套在所述环形凹槽二内底部，所述冷却盘上端面具有沿周向分布的螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽外端与所述冷却盘底部对应位置开设的冷却出液口密封连接联通，所述螺旋形凹槽里端与所述冷却盘底部对应位置开设的冷却进液口密封连接联通。
上述技术方案中，所述外壳同轴固定在所述底盘底部，所述外壳侧壁内沿轴向开设封闭的螺旋形环形流道，所述外壳内侧壁上端开设与所述环形流道上端连接联通的循环液入口，所述外壳外侧壁下端开设与所述环形流道下端连接联通的循环液出口，所述循环液入口密封连接连接管一端，所述连接管另一端与所述冷却盘的冷却出液口密封连接联通，所述循环液出口密封连接冷却出水管一端，所述冷却出水管另一端与所述机械泵的进液口连接联通，所述机械泵的出液口与冷却进水管一端连接联通，所述冷却进水管另一端与所述冷却盘底部开设的冷却进液口连接联通。
上述技术方案中，所述底盘为圆盘形，所述冷却盘支架为圆环形，所述冷却盘为沿轴向设置中心孔的圆盘。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明通过设有循环冷却装置，大幅提高了阳极组件与外壳之间的热传导效率，从而降低了阳极组件温度，有利于大功率霍尔推力器长期、稳定运行。
(2)在阳极组件和冷却盘之间采用了氮化硼陶瓷材料，可以在提高两者之间热传导效率的同时，对两者进行电隔离，有利于大功率霍尔推力器安全可靠运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的剖视示意图；
图2为本发明实施例1的外壳剖视结构示意图；
图3为本发明实施例1的冷却盘剖视结构示意图。
附图标记说明：
1-磁路组件；2-陶瓷腔体；3-阳极组件；4-阳极螺柱；5-冷却盘盖板；6-冷却盘；7-绝缘陶瓷；8-冷却进水管；9-连接管；10-外壳；11-冷却出水管；12-机械泵；13-冷却盘支架；61-螺旋形凹槽；71-螺纹孔；100-底盘；101-环形凹槽一；102-环形凹槽二；103-环形流道；104-循环液入口；105-循环液出口；121-进液口；122-出液口；131-环形凹槽三；132-环形凹槽四。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1：
请参见附图1-3，一种大功率霍尔推力器散热装置，包括：磁路组件1、陶瓷腔体2、阳极组件3、阳极螺柱4、冷却盘盖板5、冷却盘6、绝缘陶瓷7、冷却进水管8、连接管9、外壳10、冷却出水管11、机械泵12、冷却盘支架13、底盘100；所述底盘100上端面沿圆周方向设置环形凹槽一101，下端面沿圆周方向设置与所述环形凹槽一101轴向相连通的环形凹槽二102，所述磁路组件1固定在所述底盘100上端面中心位置，所述冷却盘支架13上端面沿圆周方向设置环形凹槽三131、下端面沿圆周方向设置环形凹槽四132，所述冷却盘支架13同轴设置在所述磁路组件1外部，下端同轴嵌套在所述环形凹槽一101内固定；所述陶瓷腔体2设置在所述磁路组件1外周，下端部分嵌套在所述环形凹槽三131内并通过所述冷却盘盖板5支撑固定；所述阳极组件3设置在所述陶瓷腔体2内，所述冷却盘盖板5与冷却盘6密封焊接后和陶瓷腔2、阳极组件3依次安装在磁路组件1上，所述阳极组件3、陶瓷腔体2、冷却盘盖板5、冷却盘6、冷却盘支架13沿轴向通过多个紧固件紧固，所述冷却进水管8一端安装在机械泵12上并穿过外壳10将另一端焊接在冷却盘6上，所述连接管9将冷却盘6与外壳10密封连接在一起，所述冷却出水管11一端安装在机械泵12上，另一端焊接在外壳10上，所述冷却盘盖板5嵌套在所述环形凹槽三131内的所述冷却盘6上面用于封闭所述冷却盘6上端。
上述实施例中，霍尔推力器工作过程中的热量主要来源于放电通道内等离子体与零部件的相互作用产生的热沉积，通过热传导的形式与热辐射的形式向霍尔推力器的冷却盘盖板5、冷却盘6传导热量，冷却盘6内的循环冷却液将热量带走，通过机械泵12将循环冷却液的热量持续强制循环到外壳10上散去，散热效率相对于自然热传导自然散热到散热部位所用的时间大幅缩短。
上述实施例中，优选地，冷却盘6和外壳10采用中空往复流导式结构。
上述实施例中，优选地，冷却盘6与阳极组件3之间采用氮化硼材料进行电绝缘。
上述实施例中，优选地，外壳10外表面采用粗化喷砂处理，能大幅增加散热面积。
上述实施例中，具体地，请参见附图1，所述紧固件由阳极螺柱4、绝缘陶瓷7构成，阳极螺柱4沿轴向向下依次插入所述阳极组件3上设置的通孔一、陶瓷腔体2设置的通孔二、冷却盘盖板5设置的通孔三、冷却盘6设置的通孔四、冷却盘支架13设置的通孔五内。
上述实施例中，请参见附图1，所述绝缘陶瓷7沿轴线方向设置螺纹孔71的圆柱体，所述绝缘陶瓷7下端设置螺帽，所述绝缘陶瓷7上端向上依次插入所述通孔五、通孔四内，所述阳极螺柱4下端插入所述绝缘陶瓷7的螺纹孔71内螺纹连接，方便后期的拆卸，安装维修方便。
上述实施例中，请参见附图1，所述冷却盘6同轴套设在所述磁路组件1外圈，并嵌套在所述环形凹槽二内底部，所述冷却盘6上端面具有沿周向分布的螺旋形凹槽61，所述螺旋形凹槽61外端与所述冷却盘6底部对应位置开设的冷却出液口密封连接联通，所述螺旋形凹槽61里端与所述冷却盘6底部对应位置开设的冷却进液口密封连接联通。
上述实施例中，请参见附图1，所述外壳10同轴固定在所述底盘100底部，所述外壳10侧壁内沿轴向开设封闭的螺旋形环形流道103，所述外壳10内侧壁上端开设与所述环形流道103上端连接联通的循环液入口104，所述外壳10外侧壁下端开设与所述环形流道103下端连接联通的循环液出口105，所述循环液入口104密封连接连接管9一端，所述连接管9另一端与所述冷却盘6的冷却出液口密封连接联通，所述循环液出口105密封连接冷却出水管11一端，所述冷却出水管11另一端与所述机械泵12的进液口121连接联通，所述机械泵12的出液口122与冷却进水管8一端连接联通，所述冷却进水管8另一端与所述冷却盘6底部开设的冷却进液口连接联通。
上述实施例中，具体地，请参见附图1，所述底盘100为圆盘形，所述冷却盘支架13为圆环形，所述冷却盘6为沿轴向设置中心孔的圆盘。
随着霍尔推力器工作的持续增加，传统的霍尔推力器的阳极组件温度持续增加，而采用了本发明提供的霍尔推力器散热装置可以明显的减缓温度持续增加，有效改善霍尔推力器散热能力，能够及时有效将阳极组件的热量散出，避免阳极组件热应力失效，大幅提高了大功率霍尔推力器持续工作时间，提高了推力器工作的稳定性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，包括：磁路组件(1)、陶瓷腔体(2)、阳极组件(3)、阳极螺柱(4)、冷却盘盖板(5)、冷却盘(6)、绝缘陶瓷(7)、冷却进水管(8)、连接管(9)、外壳(10)、冷却出水管(11)、机械泵(12)、冷却盘支架(13)、底盘(100)；所述底盘(100)上端面沿圆周方向设置环形凹槽一(101)，下端面沿圆周方向设置与所述环形凹槽一(101)轴向相连通的环形凹槽二(102)，所述磁路组件(1)固定在所述底盘(100)上端面中心位置，所述冷却盘支架(13)上端面沿圆周方向设置环形凹槽三(131)、下端面沿圆周方向设置环形凹槽四(132)，所述冷却盘支架(13)同轴设置在所述磁路组件(1)外部，下端同轴嵌套在所述环形凹槽一(101)内固定；所述陶瓷腔体(2)设置在所述磁路组件(1)外周，下端部分嵌套在所述环形凹槽三(131)内并通过所述冷却盘盖板(5)支撑固定；所述阳极组件(3)设置在所述陶瓷腔体(2)内，所述冷却盘盖板(5)与冷却盘(6)密封焊接后和陶瓷腔(2)、阳极组件(3)依次安装在磁路组件(1)上，所述阳极组件(3)、陶瓷腔体(2)、冷却盘盖板(5)、冷却盘(6)、冷却盘支架(13)沿轴向通过多个紧固件紧固，所述冷却进水管(8)一端安装在机械泵(12)上并穿过外壳(10)将另一端焊接在冷却盘(6)上，所述连接管(9)将冷却盘(6)与外壳(10)密封连接在一起，所述冷却出水管(11)一端安装在机械泵(12)上，另一端焊接在外壳(10)上，所述冷却盘盖板(5)嵌套在所述环形凹槽三(131)内的所述冷却盘(6)上面用于封闭所述冷却盘(6)上端。
2.根据权利要求1所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，冷却盘(6)和外壳(10)采用中空往复流导式结构。
3.根据权利要求2所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，冷却盘(6)与阳极组件(3)之间采用氮化硼材料进行电绝缘。
4.根据权利要求1所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，外壳(10)外表面采用粗化喷砂处理。
5.根据权利要求1所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，所述紧固件由阳极螺柱(4)、绝缘陶瓷(7)构成，阳极螺柱(4)沿轴向向下依次插入所述阳极组件(3)上设置的通孔一、陶瓷腔体(2)设置的通孔二、冷却盘盖板(5)设置的通孔三、冷却盘(6)设置的通孔四、冷却盘支架(13)设置的通孔五内。
6.根据权利要求5所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷(7)沿轴线方向设置螺纹孔(71)的圆柱体，所述绝缘陶瓷(7)下端设置螺帽，所述绝缘陶瓷(7)上端向上依次插入所述通孔五、通孔四内，所述阳极螺柱(4)下端插入所述绝缘陶瓷(7)的螺纹孔(71)内螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，所述冷却盘(6)同轴套设在所述磁路组件(1)外圈，并嵌套在所述环形凹槽二内底部，所述冷却盘(6)上端面具有沿周向分布的螺旋形凹槽(61)，所述螺旋形凹槽(61)外端与所述冷却盘(6)底部对应位置开设的冷却出液口密封连接联通，所述螺旋形凹槽(61)里端与所述冷却盘(6)底部对应位置开设的冷却进液口密封连接联通。
8.根据权利要求1所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，所述外壳(10)同轴固定在所述底盘(100)底部，所述外壳(10)侧壁内沿轴向开设封闭的螺旋形环形流道(103)，所述外壳(10)内侧壁上端开设与所述环形流道(103)上端连接联通的循环液入(104)，所述外壳(10)外侧壁下端开设与所述环形流道(103)下端连接联通的循环液出(105)，所述循环液入(104)密封连接连接管(9)一端，所述连接管(9)另一端与所述冷却盘(6)的冷却出液口密封连接联通，所述循环液出(105)密封连接冷却出水管(11)一端，所述冷却出水管(11)另一端与所述机械泵(12)的进液(121)连接联通，所述机械泵(12)的出液(122)与冷却进水管(8)一端连接联通，所述冷却进水管(8)另一端与所述冷却盘(6)底部开设的冷却进液口连接联通。
9.根据权利要求1所述的大功率霍尔推力器散热装置，其特征在于，所述底盘(100)为圆盘形，所述冷却盘支架(13)为圆环形，所述冷却盘(6)为沿轴向设置中心孔的圆盘。
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