[发明专利]高励磁性能后加载磁场霍尔推力器磁路结构及设计方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及霍尔推力器，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。

背景技术

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。

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：

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

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。

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：

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。

本发明相比现有技术的有益效果是：