EP4153862A1 - Circuit magnetique de creation d'un champ magnetique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'acceleration de propulseur plasmique a effet hall - Google Patents

Circuit magnetique de creation d'un champ magnetique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'acceleration de propulseur plasmique a effet hall

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Publication number
EP4153862A1
EP4153862A1 EP21725224.6A EP21725224A EP4153862A1 EP 4153862 A1 EP4153862 A1 EP 4153862A1 EP 21725224 A EP21725224 A EP 21725224A EP 4153862 A1 EP4153862 A1 EP 4153862A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnet
magnetic circuit
internal
diameter
magnets
Prior art date
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Pending
Application number
EP21725224.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Youness RTIMI
Frédéric MESSINE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National Polytechnique de Toulouse INPT filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4153862A1 publication Critical patent/EP4153862A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
    • F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
    • F03H1/0075—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field with an annular channel; Hall-effect thrusters with closed electron drift
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0273—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation
    • H01F7/0278—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation for generating uniform fields, focusing, deflecting electrically charged particles

Definitions

  • the invention relates to a magnetic circuit for creating a magnetic field in a main annular ionization and acceleration channel of a Hall effect plasma thruster.
  • Hall effect thrusters acronym PEH or ionic thrusters
  • PEH Electrode-H
  • ionic thrusters use an electric field to accelerate the ions and require a magnetic field conventionally generated by coils to generate the magnetic field making it possible to trap the electrons which are used to ionize a gas. These ions are then accelerated and produce a thrust.
  • the role of the magnetic field is to form an area of very high electron concentration (it traps the electrons generated by the cathode) to allow the neutral atoms of the gas to ionize.
  • the role of the electric field is to accelerate the ions out of the channel. This acceleration generates the thrust.
  • the magnetic field plays a crucial role and its shape affects the propulsive performance and the erosion of the propellant.
  • the main components of a Hall effect thruster are: the magnetic circuit, the plasma channel, the anode (placed at the bottom of the plasma channel with gas injector) and the cathode (placed at the outside of the plasma channel).
  • Hall effect thrusters whose magnetic circuit comprises coils or solenoids or "chokes" in English, making it possible to create the field. magnetic required.
  • FIG. 3 schematically represents the topology of the field lines of a thruster of FIG. 2.
  • the magnetic field must have very specific field lines because the ions must not strike the walls, and thus avoid the erosion of the ceramics.
  • the magnetic field must meet one more criterion than the two conventional criteria.
  • This criterion is called the magnetic shielding criterion and consists in that at the edges of the channel (against the ceramic walls), the radial component Br of the field must be as low as possible.
  • the other two so-called classical field criteria consist in having the component Bz of the magnetic field zero along the longitudinal axis of the magnetic circuit and that the amplitude of the radial component Br of the field B must follow a Gaussian curve, as shown on FIGS. 2 and 3.
  • the stresses on the field are therefore as follows: in the exit plane, the axial component Bz of the magnetic field along the longitudinal axis of the magnetic circuit must be zero, and on the upper edges of the annular channel, the radial component Br of the magnetic field must be as low as possible: it is therefore necessary to play on the intensity of the current in the coils, on its shape and on the shape of the magnetic circuit.
  • An aim of the invention is to alleviate the aforementioned problems, and in particular to improve the autonomy of such a magnetic circuit.
  • a magnetic circuit for creating a magnetic field in a main annular ionization and acceleration channel of a single-stage Hall effect plasma thruster having one end. open upper ion emission and a closed lower end, comprising:
  • a first support intended to receive external magnets arranged outside the external wall of the annular channel
  • a second support intended to receive internal magnets arranged outside the internal wall of the annular channel;
  • the external magnets comprising an annular lower outer magnet, and an annular upper outer magnet disposed above the lower outer magnet;
  • the internal magnets comprising a lower internal magnet, of cylindrical shape having a lower part of diameter smaller than the diameter of an upper part, arranged below the upper external magnet, and an annular upper internal magnet arranged above the lower internal magnet;
  • the external magnets having the same pole on their respective upper face and the same opposite pole on their lower face;
  • magnets instead of coils significantly increases the autonomy of the Hall effect plasma thruster.
  • the use of magnets makes it possible to achieve the desired field levels (intensity of the magnetic field) while being compact and without imposing thermal constraints.
  • the particular arrangement of the magnets offers greater flexibility, so that the criterion of magnetic shielding can be fulfilled in addition to the conventional criteria, since all these criteria are contradictory in nature and therefore particularly difficult to fulfill all together, especially for a small, low power motor.
  • this magnetic shielding improves the efficiency and life of a Hall effect thruster by reducing erosion of the channel walls.
  • This field topology results in very specific field lines which prevent the ions from hitting the walls of the channel and eroding the propellant.
  • the field lines are deep and in the exit plane, the axial component Bz is zero and on the edges of the ceramic, the radial component Br is weak, as shown in Figure 3.
  • the lower external magnet has a section twice as large as the section of the upper external magnet.
  • the upper outer magnet is closer to the exit plane and ceramic channel than the lower outer magnet.
  • the lower external magnet participates in the increase of the field level at the exit plane, and the upper external magnet allows the field lines to be deflected with a looping effect, thus creating a magnetic field of weak radial component near the ceramic walls.
  • the lower outer magnet has an average diameter of between 6 mm and 7 mm.
  • the lower outer magnet is double the height of the upper outer magnet.
  • the width of the upper outer magnet is equal to the width of the lower outer magnet.
  • the lower internal magnet is double the height of the lower external magnet.
  • the lower internal magnet participates in the increase of the field level at the exit plane, and the upper internal magnet makes it possible to deflect the field lines with a looping effect, thus creating a magnetic field of weak radial component near the ceramic walls.
  • the height of the lower part of the lower internal magnet is 1.5 times greater than the height of the upper part of the lower internal magnet.
  • the outer diameter of the upper internal magnet is double the diameter of the upper part of the lower internal magnet.
  • the upper internal magnet is closer to the exit plane and ceramic channel than the lower internal magnet.
  • the upper internal magnet Being close to the exit plane and the ceramic channel, the upper internal magnet, by magnetic field looping effect, reduces the radial component of the field and thus creates the magnetic shielding effect on the inner side of the plasma channel.
  • the inside diameter of the upper internal magnet is between 1, 2 and 1, 3 times the diameter of the upper part of the lower internal magnet (5).
  • the first and second supports are made of copper.
  • the magnetic circuit comprises an additional annular magnet disposed outside the outer wall of the annular channel below the lower outer magnet.
  • the magnetic circuit comprises a third support intended to receive the additional magnet.
  • the additional magnet is of constant internal diameter and external diameter comprising a first lower portion having a first diameter, a second middle portion having a second diameter greater than the first diameter, and a third upper portion having a third diameter. diameter between the first and second diameters.
  • a Hall effect plasma thruster comprising a magnetic circuit as described above.
  • Figure 1 schematically illustrates the main components of a Hall effect thruster, according to the state of the art
  • FIG. 2 schematically illustrates a hall effect thruster, the magnetic circuit of which comprises coils, according to the state of the art
  • FIG. 3 schematically illustrates the magnetic field lines of a hall effect thruster of FIG. 2, according to the state of the art
  • FIG. 4 schematically illustrates a magnetic circuit for creating a magnetic field in a main annular channel for ionization and acceleration of a Hall effect plasma thruster, according to one aspect of the invention
  • FIG. 5 schematically illustrates an exploded view of the magnetic circuit of FIG. 3, according to one aspect of the invention
  • FIG. 6 schematically illustrates the creation of a magnetic field in a main annular ionization and acceleration channel of a Hall effect plasma thruster, according to another aspect of the invention
  • FIG. 7 schematically illustrates the magnetic field lines of a hall effect thruster, according to one aspect of the invention.
  • FIGS. 4 and 5 represent a partial section of a magnetic circuit for creating a magnetic field in a main annular channel for ionization and acceleration of a Hall effect plasma thruster, according to one aspect of the invention.
  • the magnetic circuit comprises a magnetic base 2, a first support 3 intended to receive external magnets arranged outside the external wall 1e of the annular channel 1, having an open upper end and a closed lower end, and a second support 4 intended to receive internal magnets arranged outside the internal wall 1 i of the annular channel 1.
  • the outer magnets comprise an annular lower outer magnet 5, and an annular upper outer magnet 6 disposed above the lower outer magnet 5.
  • the internal magnets comprising a lower internal magnet 7, of cylindrical shape having a lower part of diameter smaller than the diameter of an upper part, arranged below the upper external magnet 6, and an annular upper internal magnet 8 disposed above. above the lower internal magnet 7.
  • the external magnets 5, 6 have the same pole (for example N, S) on their respective upper face and the same opposite pole (in this example S, N) on their lower face, and the internal magnets 7, 8 have an orientation of their poles the reverse of that of the external magnets 5, 6.
  • the outer magnets 5, 6 and the inner magnets 7, 8 are arranged above the closed lower end of the annular channel 1.
  • the permanent magnets prevent the magnetic field lines from crossing with the walls of the discharge channel 1 in the acceleration zone while allowing them to follow the walls towards the anode.
  • the lower outer magnet 5 may have a cross section twice as large as the cross section of the upper outer magnet 6, and its average diameter between 6 mm and 7 mm.
  • the lower outer magnet is double the height of the upper outer magnet.
  • the width of the upper outer magnet 6 may be equal to the width of the lower outer magnet 5.
  • the lower internal magnet 7 may be twice the height of the lower external magnet 5.
  • the height of the lower part of the lower internal magnet 7 can be 1.5 times greater than the height of the upper part of the lower internal magnet 7.
  • the outer diameter of the upper internal magnet 8 may be double the diameter of the upper part of the lower internal magnet 7.
  • the inner diameter of the upper internal magnet 6 can be between 1, 2 and 1.3 times the diameter of the upper part of the lower internal magnet 5.
  • the first and second supports 3, 4 can be made of copper. As illustrated in FIG. 6, an additional annular magnet 9 may be arranged outside the outer wall 1e of the annular channel 1 below the lower outer magnet 5, and a third support 10 may be intended to receive the. additional magnet 9.
  • the additional magnet 9 can be of constant internal diameter and of external diameter comprising a first lower part having a first diameter, a second middle part having a second diameter greater than the first diameter, and a third upper part having a third diameter between the diameters. first and second diameters.
  • FIG. 7 schematically illustrates the magnetic field lines of a hall effect thruster, according to one aspect of the invention.
  • the present invention therefore makes it possible to have Hall effect plasma thrusters comprising a magnetic circuit as described above.

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Abstract

L'invention concerne un Circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal (1) d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall, présentant une extrémité supérieure ouverte d'émission d'ions et une extrémité inférieure fermée, comprenant : - des aimants externes comprenant un aimant (5) externe inférieur annulaire, et un aimant (6) externe supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant (5) externe inférieur; - des aimants internes comprenant un aimant (7) interne inférieur, de forme cylindrique ayant une partie inférieure de diamètre inférieur au diamètre d'une partie supérieure, disposé en-dessous de l'aimant (6) externe supérieur, et un aimant (8) interne supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant (7) interne inférieur; - les aimants externes (5, 6) ayant un même pôle (N, S) sur leur face supérieure respective et un même pôle opposé (S, N) sur leur face inférieure; - les aimants internes (7, 8) ayant une orientation de leurs pôles inverse de celle des aimants externes (5, 6); et - les aimants externes (5, 6) et les aimants internes (7, 8) étant disposés au-dessus de l'extrémité inférieure fermée du canal annulaire (1).

Description

DESCRIPTION
Circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall
L’invention porte sur un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall.
Les propulseurs à effet Hall d'acronyme PEH ou propulseurs ioniques, utilisent un champ électrique pour accélérer les ions et nécessitent un champ magnétique généré classiquement par des bobines pour générer le champ magnétique permettant de piéger les électrons qui servent à ioniser un gaz. Ces ions sont alors accélérés et produisent une poussée.
Le champ magnétique a pour rôle de former une zone de très forte concentration électronique (il emprisonne les électrons générés par la cathode) pour permettre aux atomes neutres du gaz de s’ioniser. Le champ électrique a pour rôle d’accélérer les ions vers l’extérieur du canal. Cette accélération génère la poussée. Le champ magnétique joue un rôle crucial et sa forme impacte sur les performances propulsives et sur l’érosion du propulseur.
Comme illustré sur la figure 1 , les composants principaux d’un propulseur à effet Hall sont : le circuit magnétique, le canal plasma, l’anode (placée au fond du canal plasma avec injecteur du gaz) et la cathode (placée à l’extérieur du canal plasma).
Il est connu, comme illustré sur la figure 2 ou décrit par exemple dans le document US 2015/0128560 A1 , des propulseurs à effet Hall dont le circuit magnétique comprend des bobines ou solénoïdes ou "self" en langue anglaise, permettant de créer le champ magnétique nécessaire.
La figure 3 représente schématiquement la topologie des lignes de champ d'un propulseur de la figure 2.
Les études sur la topologie d'une bobine sont empiriques et se font par tâtonnements progressifs, avec quelques outils mathématiques suffisants pour garantir une performance satisfaisante. Mais les besoins d’aujourd’hui nécessitent des moteurs avec une durée de vie plus longue.
Pour ce faire, le champ magnétique doit avoir des lignes de champs très spécifiques car les ions ne doivent pas percuter les parois, et ainsi éviter l’érosion des céramiques. Pour ce faire, le champ magnétique doit répondre à un critère de plus que les deux critères classiques. Ce critère s'appelle le critère de blindage magnétique et consiste en ce qu'aux bords du canal (contre les parois céramiques), la composante radiale Br du champ doit être la plus faible possible. Les deux autres critères de champ dits classiques consistent à avoir la composante Bz du champ magnétique nulle le long de l'axe longitudinal du circuit magnétique et que l'amplitude de la composante radiale Br du champ B doit suivre une courbe gaussienne, comme représenté sur les figures 2 et 3. Les contraintes sur le champ sont donc les suivantes : dans le plan de sortie, la composante axiale Bz du champ magnétique selon l'axe longitudinal du circuit magnétique doit être nulle, et sur les bords supérieurs du canal annulaire, la composante radiale Br du champ magnétique doit être la plus faible possible: il faut donc jouer sur l’intensité du courant dans les bobines, sur sa forme et sur la forme du circuit magnétique.
Compte tenu d'une part des contraintes thermiques et de compacité imposées par la nature des bobines et d'autre part des exigences croissantes sur la cartographie du champ magnétique considéré comme optimal pour la propulsion, l'utilisation des bobines devient très limitante en termes de performances et ceci est d'autant plus vrai pour les propulseurs à effet Hall de faible puissances. Les bobines étant consommatrices d'énergie, l'autonomie d'un tel circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall est limitée.
Un but de l'invention est de pallier les problèmes précédemment cités, et notamment d'améliorer l'autonomie d'un tel circuit magnétique.
Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall à un seul étage, présentant une extrémité supérieure ouverte d'émission d'ions et une extrémité inférieure fermée, comprenant :
- une base magnétique ;
- un premier support destiné à recevoir des aimants externes disposés à l'extérieur de la paroi externe du canal annulaire ;
- un deuxième support destiné à recevoir des aimants internes disposés à l'extérieur de la paroi interne du canal annulaire ; - les aimants externes comprenant un aimant externe inférieur annulaire, et un aimant externe supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant externe inférieur ;
- les aimants internes comprenant un aimant interne inférieur, de forme cylindrique ayant une partie inférieure de diamètre inférieur au diamètre d'une partie supérieure, disposé en-dessous de l'aimant externe supérieur, et un aimant interne supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant interne inférieur ;
- les aimants externes ayant un même pôle sur leur face supérieure respective et un même pôle opposé sur leur face inférieure ;
- les aimants internes ayant une orientation de leurs pôles inverse de celle des aimants externes ;
- les aimants externes et les aimants internes étant disposés au-dessus du fond fermé du canal annulaire.
Ainsi, l'utilisation d'aimants à la place de bobines augmente sensiblement l'autonomie du propulseur plasmique à effet Hall. L'utilisation d'aimants permet d'atteindre les niveaux de champ souhaités (intensité du champ magnétique) tout en étant compact et sans imposer de contraintes thermiques. En outre, la disposition particulière des aimants offre une plus grande flexibilité, de sorte que le critère de blindage magnétique peut être rempli en plus des critères classiques, car tous ces critères sont de nature contradictoire et donc particulièrement difficiles à remplir tous ensemble, surtout pour un petit moteur de faible puissance.
En outre, ce blindage magnétique améliore l’efficacité et la durée de vie d’un propulseur à effet Hall en réduisant l’érosion des parois du canal. En satisfaisant tous les critères avec la disposition des aimants illustrée sur la figure 4, on obtient un propulseur de faible puissance avec des performances plus importantes et une durée de vie plus longue.
Cette topologie de champ se traduit par des lignes de champs très spécifiques qui évitent que les ions ne viennent percuter les parois du canal et érodent le propulseur. Les lignes de champ sont profondes et dans le plan de sortie, la composante axiale Bz est nulle et sur les bords de la céramique, la composante radiale Br est faible, comme illustré sur la figure 3.
Selon un mode de réalisation, l'aimant externe inférieur est de section deux fois plus grande que la section de l'aimant externe supérieur. L’aimant externe supérieur est plus proche du plan de sortie et du canal céramique que l’aimant extérieur inférieur.
L’aimant externe inférieur participe à l’augmentation du niveau du champ au plan de sortie, et l’aimant externe supérieur permet de dévier les lignes de champs avec un effet de rebouclage, créant ainsi un champ magnétique de composante radiale faible à proximité des parois céramiques.
Dans un mode de réalisation, l'aimant externe inférieur est de diamètre moyen compris entre 6 mm et 7 mm.
Selon un mode de réalisation, l'aimant externe inférieur est de hauteur double de la hauteur de l'aimant externe supérieur.
Dans un mode de réalisation, la largeur de l'aimant externe supérieur est égale à la largeur de l'aimant externe inférieur.
Selon un mode de réalisation, l'aimant interne inférieur est de hauteur double de la hauteur de l'aimant externe inférieur.
L’aimant interne inférieur participe à l’augmentation du niveau du champ au plan de sortie, et l’aimant interne supérieur permet de dévier les lignes de champs avec un effet de rebouclage, créant ainsi un champ magnétique de composante radiale faible à proximité des parois céramiques.
Dans un mode de réalisation, la hauteur de la partie inférieure de l'aimant interne inférieur est 1 ,5 fois plus grande que la hauteur de la partie supérieure de l'aimant interne inférieur.
Selon un mode de réalisation, le diamètre extérieur de l'aimant interne supérieur est double du diamètre de la partie supérieure de l'aimant interne inférieur.
L’aimant interne supérieur est plus proche du plan de sortie et du canal céramique que l’aimant interne inférieur.
Etant proche du plan de sortie et du canal céramique, l’aimant interne supérieur, par effet de rebouclage de champ magnétique, fait réduire la composante radiale du champ et créé ainsi l’effet blindage magnétique du coté intérieur du canal plasma. Dans un mode de réalisation, le diamètre intérieur de l'aimant interne supérieur est compris entre 1 ,2 et 1 ,3 fois le diamètre de la partie supérieure de l'aimant (5) interne inférieur.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième supports sont en cuivre. Dans un mode de réalisation, le circuit magnétique comprend un aimant supplémentaire annulaire disposé à l'extérieur de la paroi externe du canal annulaire en dessous de l'aimant externe inférieur.
Selon un mode de réalisation, le circuit magnétique comprend un troisième support destiné à recevoir l'aimant supplémentaire.
Dans un mode de réalisation, l'aimant supplémentaire est de diamètre interne constant et de diamètre externe comprenant une première partie inférieure ayant un premier diamètre, une deuxième partie médiane ayant un deuxième diamètre supérieur au premier diamètre, et une troisième partie supérieure ayant un troisième diamètre compris entre les premier et deuxième diamètres.
Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un propulseur plasmique à effet Hall comprenant un circuit magnétique tel que précédemment décrit.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels les figures :
La figure 1 illustre schématiquement les composants principaux d’un propulseur à effet Hall, selon l'état de l'art ;
La figure 2 illustre schématiquement un propulseur à effet hall dont le circuit magnétique comprend des bobines, selon l'état de l'art ;
La figure 3 illustre schématiquement les lignes de champ magnétique d'un propulseur à effet hall de la figure 2, selon l'état de l'art ;
La figure 4 illustre schématiquement un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall, selon un aspect de l'invention ;
La figure 5 illustre schématiquement une vue éclatée du circuit magnétique de la figure 3, selon un aspect de l'invention ;
La figure 6 illustre schématiquement magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall, selon un autre aspect de l'invention ; et La figure 7 illustre schématiquement les lignes de champ magnétique d'un propulseur à effet hall, selon un aspect de l'invention.
Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires. Les figures 4 et 5 représentent une coupe partielle un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall, selon un aspect de l'invention.
Le circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal 1 d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall, présentant une extrémité supérieure ouverte d'émission d'ions.
Le circuit magnétique comprend une base magnétique 2, un premier support 3 destiné à recevoir des aimants externes disposés à l'extérieur de la paroi externe 1e du canal annulaire 1 , présentant une extrémité supérieure ouverte et une extrémité inférieure fermée, et un deuxième support 4 destiné à recevoir des aimants internes disposés à l'extérieur de la paroi interne 1 i du canal annulaire 1.
Les aimants externes comprennent un aimant 5 externe inférieur annulaire, et un aimant 6 externe supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant 5 externe inférieur.
Les aimants internes comprenant un aimant 7 interne inférieur, de forme cylindrique ayant une partie inférieure de diamètre inférieur au diamètre d'une partie supérieure, disposé en-dessous de l'aimant 6 externe supérieur, et un aimant 8 interne supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant 7 interne inférieur.
Les aimants externes 5, 6 ont un même pôle (par exemple N, S) sur leur face supérieure respective et un même pôle opposé (dans cet exemple S, N) sur leur face inférieure, et les aimants internes 7, 8 ont une orientation de leurs pôles inverse de celle des aimants externes 5, 6.
Les aimants externes 5, 6 et les aimants internes 7, 8 sont disposés au-dessus de l'extrémité inférieure fermée du canal annulaire 1.
Les aimants permanents empêchent les lignes de champ magnétique de se croiser avec les parois du canal de décharge 1 dans la zone d'accélération tout en les autorisant à suivre les parois en direction de l'anode.
L'aimant 5 externe inférieur peut être de section deux fois plus grande que la section de l'aimant 6 externe supérieur, et son diamètre moyen compris entre 6 mm et 7 mm. L'aimant 5 externe inférieur est de hauteur double de la hauteur de l'aimant externe supérieur.
La largeur de l'aimant 6 externe supérieur peut être égale à la largeur de l'aimant 5 externe inférieur. L'aimant 7 interne inférieur peut être de hauteur double de la hauteur de l'aimant 5 externe inférieur.
La hauteur de la partie inférieure de l'aimant 7 interne inférieur peut être 1 ,5 fois plus grande que la hauteur de la partie supérieure de l'aimant 7 interne inférieur. Le diamètre extérieur de l'aimant 8 interne supérieur peut être double du diamètre de la partie supérieure de l'aimant 7 interne inférieur.
Le diamètre intérieur de l'aimant 6 interne supérieur peut être compris entre 1 ,2 et 1 ,3 fois le diamètre de la partie supérieure de l'aimant 5 interne inférieur.
Les premier et deuxième supports 3, 4 peut être en cuivre. Comme illustré sur la figure 6, un aimant supplémentaire 9 annulaire peut être disposé à l'extérieur de la paroi externe 1e du canal annulaire 1 en dessous de l'aimant 5 externe inférieur, et un troisième support 10 peut être destiné à recevoir l'aimant supplémentaire 9.
L'aimant supplémentaire 9 peut être de diamètre interne constant et de diamètre externe comprenant une première partie inférieure ayant un premier diamètre, une deuxième partie médiane ayant un deuxième diamètre supérieur au premier diamètre, et une troisième partie supérieure ayant un troisième diamètre compris entre les premier et deuxième diamètres.
La figure 7 illustre schématiquement les lignes de champ magnétique d'un propulseur à effet hall, selon un aspect de l'invention.
La présente invention permet donc d'avoir des propulseurs à plasma à effet Hall comprenant un circuit magnétique tel que précédemment décrit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal (1) d'ionisation et d'accélération de propulseur plasmique à effet Hall à un seul étage, présentant une extrémité supérieure ouverte d'émission d'ions et une extrémité inférieure fermée, comprenant : une base magnétique (2) ; un premier support (3) destiné à recevoir des aimants externes disposés à l'extérieur de la paroi externe (1e) du canal annulaire (1) ; un deuxième support (4) destiné à recevoir des aimants internes disposés à l'extérieur de la paroi interne (1i) du canal annulaire (1) ; les aimants externes comprenant un aimant (5) externe inférieur annulaire, et un aimant (6) externe supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant (5) externe inférieur ; les aimants internes comprenant un aimant (7) interne inférieur, de forme cylindrique ayant une partie inférieure de diamètre inférieur au diamètre d'une partie supérieure, disposé en-dessous de l'aimant (6) externe supérieur, et un aimant (8) interne supérieur annulaire disposé au-dessus de l'aimant (7) interne inférieur ; les aimants externes (5, 6) ayant un même pôle (N, S) sur leur face supérieure respective et un même pôle opposé (S, N) sur leur face inférieure ; les aimants internes (7, 8) ayant une orientation de leurs pôles inverse de celle des aimants externes (5, 6) ; et les aimants externes (5, 6) et les aimants internes (7, 8) étant disposés au- dessus de l'extrémité inférieure fermée du canal annulaire (1).
2. Circuit magnétique selon la revendication 1 , dans lequel l'aimant (5) externe inférieur est de section deux fois plus grande que la section de l'aimant (6) externe supérieur.
3. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'aimant (5) externe inférieur est de diamètre moyen compris entre 6 mm et 7 mm.
4. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'aimant (5) externe inférieur est de hauteur double de la hauteur de l'aimant (6) externe supérieur.
5. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la largeur de l'aimant (6) externe supérieur est égale à la largeur de l'aimant (5) externe inférieur.
6. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'aimant (7) interne inférieur est de hauteur double de la hauteur de l'aimant (5) externe inférieur.
7. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la hauteur de la partie inférieure de l'aimant (7) interne inférieur est 1 ,5 fois plus grande que la hauteur de la partie supérieure de l'aimant (7) interne inférieur.
8. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le diamètre extérieur de l'aimant (8) interne supérieur est double du diamètre de la partie supérieure de l'aimant (7) interne inférieur.
9. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le diamètre intérieur de l'aimant (6) interne supérieur est compris entre 1,2 et 1 ,3 fois le diamètre de la partie supérieure de l'aimant (5) interne inférieur.
10. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premier et deuxième supports (3, 4) sont en cuivre.
11. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, comprenant un aimant supplémentaire (9) annulaire disposé à l'extérieur de la paroi externe (1e) du canal annulaire (1) en dessous de l'aimant (5) externe inférieur.
12. Circuit magnétique selon la revendication 11 , comprenant un troisième support (10) destiné à recevoir l'aimant supplémentaire (9).
13. Circuit magnétique selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l'aimant supplémentaire (9) est de diamètre interne constant et de diamètre externe comprenant une première partie inférieure ayant un premier diamètre, une deuxième partie médiane ayant un deuxième diamètre supérieur au premier diamètre, et une troisième partie supérieure ayant un troisième diamètre compris entre les premier et deuxième diamètres.
14. Propulseur plasmique à effet Hall comprenant un circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114658626B (zh) * 2022-03-24 2022-10-04 哈尔滨工业大学 可变磁场后加载程度的霍尔推力器磁路结构及设计方法
CN120042757A (zh) * 2025-03-07 2025-05-27 哈尔滨工业大学 一种调节霍尔推力器通道内磁场梯度的磁路结构

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6373162B1 (en) * 1999-11-11 2002-04-16 Ford Global Technologies, Inc. Permanent magnet electric machine with flux control
FR2857555B1 (fr) * 2003-07-09 2005-10-14 Snecma Moteurs Accelerateur a plasma a derive fermee d'electrons
FR2919755B1 (fr) * 2007-08-02 2017-05-05 Centre Nat De La Rech Scient (C N R S ) Dispositif d'ejection d'electrons a effet hall
US20150128560A1 (en) 2013-10-04 2015-05-14 The Regents Of The University Of California Magnetically shielded miniature hall thruster
CN107725296B (zh) * 2017-09-01 2019-06-14 兰州空间技术物理研究所 一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构
US10723489B2 (en) * 2017-12-06 2020-07-28 California Institute Of Technology Low-power hall thruster with an internally mounted low-current hollow cathode
DK180111B1 (en) * 2018-10-04 2020-05-06 Upper Level Aps A magnet system for an electromechanical transducer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DING YONGJIE ET AL: "Comparative Study of Annular-Cylindrical Combined Channel With Annular Channel Hall Thruster", IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, IEEE, NEW YORK, NY, vol. 46, no. 12, 1 December 2018 (2018-12-01), pages 4051 - 4059, XP011696672, ISSN: 0093-3813, [retrieved on 20181127], DOI: 10.1109/TPS.2018.2866336 *

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