CN118188375A - 一种实现霍尔推力器磁场对称的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现霍尔推力器磁场对称的装置，涉及电推进设备技术领域，在传统悬浮磁屏霍尔推力器的基础上，本发明在外壳和悬浮磁屏之间的环形间隙中设置环形的磁分流桥，通过磁分流桥来改变外壳与悬浮磁屏间的磁阻进而改变磁力线的路径，以实现调节通道磁场位型的目的，使之具有一定的后加载程度，实现磁聚焦，达到提高霍尔推力器性能与寿命的目的。

Description

一种实现霍尔推力器磁场对称的装置

技术领域

本发明涉及电推进设备技术领域，特别是涉及一种实现霍尔推力器磁场对称的装置。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交的电磁场电离并加速工质，来产生推力的电推进装置，主要应用在航天推进领域。霍尔推力器通过励磁线圈和高电压阳极，在通道内部形成正交的电磁场，使得阴极发射的电子在到达阳极的过程中被磁场约束，形成周向稳定的霍尔漂移。推进剂从通道底部注入，中性原子与电子在通道中发生碰撞电离，产生大量的离子、电子。离子在电场的作用下高速喷出形成羽流，从而产生推力。它具有结构简单、运行可靠、比冲高等优点，可大幅提高航天器的有效载荷占比，适用于航天器的姿态调整、轨道保持、轨道转移等任务。

霍尔推力器中，励磁线圈通电流产生磁场，磁极、磁屏之间存在一定的距离，形成漏磁间隙，进而形成通道内的磁场。霍尔推力器后加载程度ΔB为100％与通道中心处磁极上端平面磁场强度、通道中心线上最大磁场强度之比之差，表示为：

式中，V_exit为通道中心线上，磁极上端面位置磁场强度；B_max为通道中心线上最大磁场强度。

在悬浮磁屏霍尔推力器中，内线圈可置于磁屏后方的底板上，因此通道内径缩小的限制因素得到了消除，使得中小功率的霍尔推力器也能实现大高径比、小面容比，降低壁面损失，提高阳极效率。同时，悬浮磁屏构型还具有结构简单、通道尺寸减小的优点。但是这一结构使得内外磁源的励磁路径重叠，二者产生的磁场具有相同的不对称性，难以如同传统构型霍尔推力器那样分别控制内外线圈调节通道两侧的磁场，实现磁场对称。当需要实现后加载磁场时，这一问题进一步加剧，悬浮磁屏与外磁极间的磁场明显强于悬浮磁屏与内磁极间的磁场，造成了磁场位型不对称、通道外侧磁力线水平度不足，使得推力器电离、加速效果不足，且难以实现磁聚焦。基于此，急需一种新型的方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现霍尔推力器磁场对称的装置，以解决上述现有技术存在的问题，可以保障后加载磁场，实现磁聚焦，使磁场位型对称，提高推力器性能与寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种实现霍尔推力器磁场对称的装置，包括：内陶瓷、内磁极、磁芯、悬浮磁屏、内线圈、底板、外陶瓷、外磁极、外壳、磁分流桥和外线圈，所述内陶瓷、所述内磁极和所述磁芯沿着靠近所述底板的方向依次设置形成柱状结构，所述外陶瓷、所述外磁极、所述悬浮磁屏和所述外壳为环形结构且同轴设置，所述悬浮磁屏围绕所述柱状结构设置且与所述柱状结构之间具有间隔，所述外壳围绕所述悬浮磁屏设置且与悬浮磁屏之间具有间隔，所述外磁极设置于所述外壳远离所述底板的一侧，所述外陶瓷设置于所述外磁极上，所述内线圈、所述外线圈分别缠绕在线圈架上，所述线圈架固定于所述底板上，所述磁分流桥呈环形，所述磁分流桥设置于所述外壳和所述悬浮磁屏之间且位于所述外线圈朝向所述外磁极的一侧，所述磁分流桥的外沿固定设置于所述外壳内壁，内沿朝所述悬浮磁屏延伸，所述磁分流桥与所述悬浮磁屏之间具有间隔。

优选的，所述磁分流桥靠近所述悬浮磁屏部分朝向所述底板弯折使得所述磁分流桥沿轴向剖切的截面呈直角弯折结构。

优选的，所述内磁极、所述磁芯、所述悬浮磁屏、所述外磁极、所述磁分流桥、所述外壳和所述底板均采用DT4C纯铁制成。

优选的，所述内线圈、所述外线圈为耐高温铜线制作而成，所述线圈架为铝合金材料制作而成。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过磁分流桥来改变外壳与悬浮磁屏间的磁阻进而改变磁力线的路径，以实现调节通道磁场位型的目的，降低外磁极与悬浮磁屏间的磁场强度，提升其水平度和内磁极与悬浮磁屏间的磁场强度，可以保障后加载磁场，实现磁聚焦，提高推力器性能与寿命。

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为本发明实施例提供的实现霍尔推力器磁场对称的装置的局部剖视图；

图2为传统霍尔推力器磁场位型图；

图3为传统悬浮磁屏霍尔推力器磁场位型图；

图4为图1中所示的悬浮磁屏霍尔推力器磁场位型图；

图5为图1中所示的悬浮磁屏霍尔推力器磁场通道中心线径向磁感应强度图；

图中：1-内陶瓷；2-内磁极；3-磁芯；4-悬浮磁屏；5-内线圈；6-底板；7-外陶瓷；8-外磁极；9-磁分流桥；10-外壳；11-外线圈。

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。

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。

本发明提供一种实现磁场对称的悬浮磁屏霍尔推力器，如图1所示，包括：内陶瓷1、内磁极2、磁芯3、悬浮磁屏4、内线圈5、底板6、外陶瓷7、外磁极8、外壳10、磁分流桥9和外线圈11，内陶瓷1、内磁极2和磁芯3沿着靠近底板6的方向依次设置形成柱状结构，外陶瓷7、外磁极8、悬浮磁屏4和外壳10为环形结构且同轴设置，悬浮磁屏4围绕柱状结构设置且与柱状结构之间具有间隔，外壳10围绕悬浮磁屏4设置且与悬浮磁屏4之间具有间隔，外磁极8设置于外壳10远离底板6的一侧，外陶瓷7设置于外磁极8上，内线圈5、外线圈11分别缠绕在线圈架上，线圈架固定于底板6上，磁分流桥9呈环形，磁分流桥9设置于外壳10和悬浮磁屏4之间且位于外线圈11朝向外磁极8的一侧，磁分流桥9的外沿固定设置于外壳10内壁，内沿朝悬浮磁屏4延伸，磁分流桥9与悬浮磁屏4之间具有间隔。

使用时，内线圈5、外线圈11通上电流，内线圈5、外线圈11励磁形成主磁场；漏磁区域在内磁极2与悬浮磁屏4，外磁极8与悬浮磁屏4之间，两个区域的漏磁量难以相等，通道外侧磁感应强度明显强于内侧，使得磁场内偏，为了达到磁力线对称或基本对称的效果，则需要利用其中的磁分流桥9进行调节。磁分流桥9将一部分磁力线直接导入悬浮磁屏4，不经过外磁极8与悬浮磁屏4间的气隙，降低外侧磁场强度的同时，内磁极2与悬浮磁屏4间的气隙通过更多磁力线，磁场增强，使得磁场基本对称。

本发明通过磁分流桥9来改变外壳10与悬浮磁屏4间的磁阻进而改变磁力线的路径，以实现调节通道磁场位型的目的，降低外磁极8与悬浮磁屏4间的磁场强度，提升其水平度和内磁极2与悬浮磁屏4间的磁场强度，可以保障后加载磁场，实现磁聚焦，提高推力器性能与寿命。

其中，通过调节磁分流桥9与悬浮磁屏4间的间距进而调节磁阻，以达到磁场位型基本对称的效果。

于一些实施例中，磁分流桥9靠近悬浮磁屏4部分朝向底板6弯折使得磁分流桥9沿轴向剖切的截面呈直角弯折结构，即L型。

本实施例可通过调节磁分流桥9与悬浮磁屏4的距离、往下弯折(翻边)的轴向长度(即正对面积)，可以调节两者间的磁阻，进而调节导走的磁力线数量。图2为传统非悬浮磁屏4构型霍尔推力器的通道磁场位型，通过调节内外线圈11实现了后加载磁场和磁聚焦。图3为不采用磁分流桥9的悬浮磁屏霍尔推力器磁场位型，通道外侧磁力线倾角较大，难以实现磁聚焦。图4为采用磁分流桥9的悬浮磁屏霍尔推力器磁场位型，与图2基本接近。

因此，本实施例利用磁分流桥9实现通道内磁场的对称，并使得通道核心区的磁力线进一步水平。

于一些实施例中，内磁极2、磁芯3、悬浮磁屏4、外磁极8、磁分流桥9、外壳10和底板6均采用DT4C纯铁制成。

在本实施方式中，通过上述设置保证结构具有导磁性和耐高温性，同时保证结构的强度，有效保证导磁的稳定性。

于一些实施例中，内线圈5、外线圈11为耐高温铜线制作而成，线圈架为铝合金材料制作而成。

在本实施方式中，通过上述设置保证结构的强度，使之耐高温，通过给线圈加以稳态直流电流有效保证产生的空间磁场的稳定。

于一些实施例中，以亚千瓦级霍尔推力器为例，如图5所示，该推力器所需最大径向磁感应强度约200Gs，实际做到了234Gs，后加载程度ΔB为14.02％。

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 (4)

1.一种实现霍尔推力器磁场对称的装置，包括：内陶瓷、内磁极、磁芯、悬浮磁屏、内线圈、底板、外陶瓷、外磁极、外壳和外线圈，所述内陶瓷、所述内磁极和所述磁芯沿着靠近所述底板的方向依次设置形成柱状结构，所述外陶瓷、所述外磁极、所述悬浮磁屏和所述外壳为环形结构且同轴设置，所述悬浮磁屏围绕所述柱状结构设置且与所述柱状结构之间具有间隔，所述外壳围绕所述悬浮磁屏设置且与悬浮磁屏之间具有间隔，所述外磁极设置于所述外壳远离所述底板的一侧，所述外陶瓷设置于所述外磁极上，所述内线圈、所述外线圈分别缠绕在线圈架上，所述线圈架固定于所述底板上，其特征在于，还包括磁分流桥，所述磁分流桥呈环形，所述磁分流桥设置于所述外壳和所述悬浮磁屏之间且位于所述外线圈朝向所述外磁极的一侧，所述磁分流桥的外沿固定设置于所述外壳内壁，内沿朝所述悬浮磁屏延伸，所述磁分流桥与所述悬浮磁屏之间具有间隔。

2.根据权利要求1所述的实现霍尔推力器磁场对称的装置，其特征在于：所述磁分流桥靠近所述悬浮磁屏部分朝向所述底板弯折使得所述磁分流桥沿轴向剖切的截面呈直角弯折结构。

3.根据权利要求1所述的实现霍尔推力器磁场对称的装置，其特征在于：所述内磁极、所述磁芯、所述悬浮磁屏、所述外磁极、所述磁分流桥、所述外壳和所述底板均采用DT4C纯铁制成。

4.根据权利要求1所述的实现霍尔推力器磁场对称的装置，其特征在于：所述内线圈、所述外线圈为耐高温铜线制作而成，所述线圈架为铝合金材料制作而成。