高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构及设计方法技术

高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构及设计方法，所述结构包含内磁极、内铁芯、内线圈、内磁屏、底板、外壳、外线圈、外磁屏、外磁极、内永磁体和外永磁体，内永磁体固定在内磁极的上表面上，外永磁体固定在外磁极的上表面上；所述方法为组装磁路结构，内永磁体和外永磁体磁场沿推力器轴向，且方向相反，永磁体固定的磁力线方向可提供后加载磁场，采用永磁励磁形成一定后加载程度的主磁场，并采用线圈励磁形成后加载程度相同的调节磁场，实现通过线圈励磁调整通道内最大磁场强度。本发明专利技术可降低磁路内磁饱和程度，并增加后加载磁场霍尔推力器设计自由度。器设计自由度。器设计自由度。

【技术实现步骤摘要】
高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构及设计方法


[0001]本专利技术涉及霍尔推力器，具体涉及高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构及设计方法。

技术介绍

[0002]霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离加速工质气体产生推力的电推进装置，主要应用于航天推进领域。霍尔推力器在通道内部形成正交的电磁场，阴极发射的电子在到达通道底部阳极的过程中被磁场约束，绕磁力线做拉莫尔回旋运动。推进剂从通道底部注入，中性原子与电子在通道中碰撞电离，产生大量的离子、电子。离子在轴向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、比冲高、工作可靠等优点，可大大提高航天器的有效载荷率，适用于航天器的位置保持、轨道转移等任务。
[0003]霍尔推力器中，励磁线圈通电产生磁场，磁极、磁屏之间存在一定空间，形成漏磁间隙，进而形成通道内磁场。霍尔推力器后加载程度为通道中心处出口平面磁场强度与通道中心线上最大磁场强度之比与100％之差为后加载程度ΔB，所述ΔB表示为：
[0004][0005]式中，B
exit
为通道中心线上，通道上端面位置磁场强度；B
max
为通道中心线上最大磁场强度。
[0006]后加载磁场霍尔推力器最大磁场强度在通道出口平面外，提高后加载程度，可使磁场整体外推，使推力器内的电离过程、加速过程外移，降低离子在放电通道上的轰击，进而延长推力器使用寿命。
[0007]然而，在传统的霍尔推力器中，磁场后加载程度由磁极、磁屏之间的漏磁间隙决定，若想提高后加载程度，必须提高磁屏的高度，减小二者之间的漏磁间隙，迫使磁力线集中分布于通道出口外侧。一方面，在相同的励磁电流下，通道内的磁场会降低，降低了励磁效率，增加了励磁损耗；另一方面，大量磁力线聚集在磁路内，导致磁路结构内磁饱和现象加剧。二者相互制约，对推力器的尺寸、磁场强度峰值产生极大的限制，导致霍尔推力器设计自由度降低。

技术实现思路

[0008]本专利技术为克服现有技术不足，提供一种高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构及设计方法，该磁路结构设置后加载程度相同的永磁励磁与线圈励磁，将二者结合以形成混合励磁，可降低磁路内磁饱和程度，并增加后加载磁场霍尔推力器设计自由度。
[0009]高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构包含内磁极、内铁芯、内线圈、内磁屏、底板、外壳、外线圈、外磁屏和外磁极，所述内铁芯、内磁屏、外磁屏和外壳为环形结构，均固定在底板上，所述内磁极和外磁极分别固定在内铁芯和外壳的上表面上，内永磁体、外永磁体固定在内磁极、外磁极外表面上；还包含内永磁体和外永磁体；内永磁体固定在内磁
极的上表面上，外永磁体固定在外磁极的上表面上，内线圈布置在内铁芯与内磁屏之间，外线圈布置在外磁屏与外壳之间，所述内线圈和外线圈缠绕在线圈架上，线圈架固定在底板上。
[0010]高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构设计方法，所述方法为：
[0011]将内磁极、内铁芯、内线圈、内磁屏、外壳、外线圈、外磁屏和外磁极安装在底板上，将内永磁体固定在内磁极的上表面上，外永磁体固定在外磁极的上表面上；内永磁体和外永磁体的磁力线沿推力器轴向，且方向相反，永磁体固定的磁力线方向可提供后加载磁场，内外永磁体方向相反可形成对称的通道内磁场；采用永磁励磁形成一定后加载程度的主磁场，并采用线圈励磁形成后加载程度相同的调节磁场，实现通过线圈励磁调整通道内最大磁场强度。
[0012]本专利技术相比现有技术的有益效果是：
[0013]本专利技术设计混合励磁的后加载霍尔推力器磁路结构，通过永磁体励磁减小励磁损耗，降低磁路内磁饱和程度，通过线圈励磁调整通道内最大磁场强度，由此可增加后加载磁场霍尔推力器设计自由度，如减小推力器磁路尺寸、减小推力器励磁线圈尺寸、增大磁场变化区间等。采用本专利技术的磁路设计，可拓宽后加载磁场霍尔推力器的工作区间，提高励磁效率，减小磁路结构的磁饱和限制，释放霍尔推力器设计自由度。
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
附图说明
[0015]图1为磁路特征参数示意图；
[0016]图2为传统线圈励磁霍尔推力器磁场分布图；
[0017]图3为传统线圈励磁霍尔推力器磁感应强度分布图；
[0018]图4为传统永磁体励磁霍尔推力器磁场分布图；
[0019]图5为传统永磁体励磁霍尔推力器磁感应强度分布图；
[0020]图6为混合励磁与线圈励磁通道中心线后加载磁场强度对比图。
具体实施方式
[0021]参见图1所示,本实施方式的高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构包含内磁极2、内铁芯3、内线圈4、内磁屏5、底板6、外壳7、外线圈8、外磁屏9和外磁极10，所述内铁芯3、内磁屏5、外磁屏9和外壳7为环形结构，均固定在底板6上，所述内磁极2和外磁极10分别固定在内铁芯3和外壳7的上表面上，内永磁体1、外永磁体11固定在内磁极2、外磁极10外表面上；还包含内永磁体1和外永磁体11；内永磁体1固定在内磁极2的上表面上，外永磁体11固定在外磁极10的上表面上，内线圈4布置在内铁芯3与内磁屏5之间，外线圈8布置在外磁屏9与外壳7之间，所述内线圈4和外线圈8缠绕在线圈架上，线圈架固定在底板6上。
[0022]本专利技术设计混合励磁的后加载霍尔推力器磁路结构，通过永磁体励磁减小励磁损耗，降低磁路内磁饱和程度，通过线圈励磁调整通道内最大磁场强度，由此可增加后加载磁场霍尔推力器设计自由度，如减小推力器磁路尺寸、减小推力器励磁线圈尺寸、增大磁场变化区间等。
[0023]通常，内磁极2、内铁芯3、内磁屏5、底板6、外壳7、外磁屏9和外磁极10的材质分别
为DT4C纯铁。在本实施例，通过上述设置保证结构的导磁性和耐高温性，同时保证结构的强度，有效保证导磁的稳定性。
[0024]进一步地，内永磁体1和外永磁体11采用耐高温钐钴永磁体。本实施例中，通过上述设置保证励磁结构的高能量密度，同时保证结构的耐高温性，提升抗高温能力。
[0025]进一步地，内线圈4和外线圈8均为耐高温铜线，线圈架为铝合金线圈骨架。在本实施例中，通过上述设置保证结构的强度及耐高温性，通过给线圈供以稳态直流电流有效保证产生稳定的空间磁场。
[0026]基于上述高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构，还提出一种高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构设计方法，
[0027]将内磁极2、内铁芯3、内线圈4、内磁屏5、外壳7、外线圈8、外磁屏9和外磁极10安装在底板6上，将内永磁体1固定在内磁极2的上表面上，外永磁体11固定在外磁极10的上表面上；内永磁体1和外永磁体11的磁力线沿推力器轴向，且方向相反，永磁体固定的磁力线方向可提供后加载磁场，内外永磁体方向相反可形成对称的通道内磁场；采用永磁体可降低励磁损失，且外部布置的永磁体并不会在励磁磁路内产生过高的磁饱和程度；
[0028]采用永磁励磁形成一定后加载程度的主磁场，并采用线圈励磁形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构，包含：内磁极(2)、内铁芯(3)、内线圈(4)、内磁屏(5)、底板(6)、外壳(7)、外线圈(8)、外磁屏(9)和外磁极(10)，所述内铁芯(3)、内磁屏(5)、外磁屏(9)和外壳(7)为环形结构，均固定在底板(6)上，所述内磁极(2)和外磁极(10)分别固定在内铁芯(3)和外壳(7)的上表面上，内永磁体(1)、外永磁体(11)固定在内磁极(2)、外磁极(10)外表面上；其特征在于：还包含内永磁体(1)和外永磁体(11)；内永磁体(1)固定在内磁极(2)的上表面上，外永磁体(11)固定在外磁极(10)的上表面上，内线圈(4)布置在内铁芯(3)与内磁屏(5)之间，外线圈(8)布置在外磁屏(9)与外壳(7)之间，所述内线圈(4)和外线圈(8)缠绕在线圈架上，线圈架固定在底板(6)上。2.根据权利要求1所述的高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构，其特征在于：内磁极(2)、内铁芯(3)、内磁屏(5)、底板(6)、外壳(7)、外磁屏(9)和外磁极(10)的材质分别为DT4C纯铁。3.根据权利要求1或2所述的高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构，其特征在于：内永磁体(1)和外永磁体(15)均采用耐高温钐钴永磁体。4.根据权利要求1所述的高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构，其特征在于：内线圈(4)和外线圈(8)均为耐高温铜线，线圈架为铝合金线圈骨架。5.高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构设计方法，其特征在于：所述方法为：将内磁极(2)、内铁芯(3)、内线圈(4)、内磁屏(5)、外壳(7)、外线圈(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿，刘星宇，钟超，丁永杰，魏立秋，于达仁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：