阅读说明：本技术 微阴极电弧推力器 (Micro-cathode electric arc thruster ) 是由 何振 吴建军 于 2020-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种微阴极电弧推力器,包括底座、第一电极、第二电极、绝缘体和驱动件。其中,所述第一电极的一端设于所述底座；所述第二电极呈环状设置,所述第二电极的一端设于所述底座,且所述第二电极间隔套设于所述第一电极的外侧,所述第一电极和所述第二电极中的一者为阴极,另一者为阳极,所述第一电极的另一端与所述第二电极的另一端之间形成环形放电区；所述绝缘体呈环状设置,所述绝缘体可移动地套设于所述第一电极和所述第二电极间所述绝缘体的一端设于所述环形放电区；所述驱动件设于所述底座,所述驱动件用以驱动所述绝缘体向所述环形放电区移动。本发明技术方案的微阴极电弧推力器具有使用寿命长的优点。(The invention discloses a micro-cathode arc thruster which comprises a base, a first electrode, a second electrode, an insulator and a driving piece. One end of the first electrode is arranged on the base; the second electrode is annularly arranged, one end of the second electrode is arranged on the base, the second electrode is sleeved on the outer side of the first electrode at intervals, one of the first electrode and the second electrode is a cathode, the other of the first electrode and the second electrode is an anode, and an annular discharge area is formed between the other end of the first electrode and the other end of the second electrode; the insulator is annularly arranged, and one end of the insulator, which is movably sleeved between the first electrode and the second electrode, is arranged in the annular discharge area; the driving piece is arranged on the base and used for driving the insulator to move towards the annular discharge area. The micro-cathode arc thruster has the advantage of long service life.)

微阴极电弧推力器

技术领域

本发明涉及推力器技术领域，特别涉及一种微阴极电弧推力器、。

背景技术

微阴极电弧推力器是一种新兴的电磁推进方式，一种有望用于各种微小卫 星的轨道维持的推进方式。它具有比冲高，结构简单，功率低，并且不需要 供气系统的优点。

同轴型微阴极电弧推力器具有一个柱状阳极和一个围绕着它的筒状阴极， 阴极和阳极的末端接于导线上，阴阳极之间用绝缘层隔绝，陶瓷层上有镀层 或涂层，以便电弧产生。工作时阴阳极之间通入高压脉冲电流，烧蚀绝缘层 上的镀层，使其电离成为等离子体；借助这一部分等离子体，阴阳极之间产 生电弧，电弧烧蚀阴极，从而产生大量等离子体；这些等离子体可在电力和 磁场力的共同作用下高速喷出，从而产生推力。

传统的同轴型微阴极电弧推力器，由于绝缘层在阴阳极的作用下烧蚀变形， 使得点火可靠性变差，甚至于无法起弧，从而限制了微阴极电弧推力器的使 用寿命。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种微阴极电弧推力器，旨在解决的微阴极电 弧推力器使用寿命短的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的微阴极电弧推力器，包括：

底座；

第一电极，一端设于所述底座；

第二电极，呈环状设置，所述第二电极的一端设于所述底座，且所述第 二电极间隔套设于所述第一电极的外侧，所述第一电极和所述第二电极中的 一者为阴极，另一者为阳极，所述第一电极的另一端与所述第二电极的另一 端之间形成环形放电区；

绝缘体，呈环状设置，所述绝缘体可移动地套设于所述第一电极和所述 第二电极间，所述绝缘体的一端设于所述环形放电区；以及

驱动件，设于所述底座，所述驱动件用以驱动所述绝缘体向所述环形放 电区移动。

可选地，所述驱动件为第一弹性件，所述第一弹性件用以使所述绝缘体 具有向所述环形放电区移动的运动趋势。

可选地，所述第一弹性件为一端固定于所述底座，另一端连接于所述绝 缘体的弹簧。

可选地，所述阳极上设有限位部，所述绝缘体背向所述底座的一端抵接 于所述限位部。

可选地，所述限位部设于所述阳极背向所述底座的一端，所述限位部呈 环状设置。

可选地，所述微阴极电弧推力器还包括第二弹性件，所述第二弹性件用 以驱动所述阴极向远离所述底座的方向移动。

可选地，所述第二弹性件为一端固定于所述底座、另一端连接于所述阴 极的弹簧。

可选地，所述微阴极电弧推力器还包括绝缘套管，所述绝缘套管呈环状 设置，所述绝缘套管设于所述阴极的外侧，所述绝缘套管的内周设有台阶， 所述阴极背向所述底座的一端抵接于所述台阶。

可选地，所述微阴极电弧推力器还包括磁性元件，所述磁性元件呈环状 设置，所述磁性元件套设于所述阴极和/或所述阳极的外周。

可选地，所述磁性元件为永磁体；或

所述磁性元件为电磁线圈，所述电磁线圈的一端连接于所述微阴极电弧 推力器的电源，另一端连接于所阳极或所述阴极，或所述电磁线圈由另一独 立的电源供电。

本发明技术方案通过将绝缘体可移动地套设于第一电极和第二电极间， 并通过驱动件驱动绝缘体向第一电极与第二电极间的环形放电区移动。如此， 当环形放电区的绝缘体被烧蚀后，驱动件便可驱动位于环形放电区外侧的绝 缘体向环形放电区移动，以补充绝缘体，而保证阴极与阳极之间可正常起弧， 从而既保证了推力器工作的稳定性，又延长了推力器的使用寿命、并提高了 推力器的总冲。

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示出的结构获得其他的 附图。

图1为本发明微阴极电弧推力器一实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的剖视图；

图3为图1所示实施例部分结构的剖视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	底座	20	第一电极
21	限位部	30	第二电极
				40	绝缘体	50	驱动件
60	第二弹性件	70	绝缘套管
				71	台阶	80	磁性元件
90	出口端座

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。

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的一部分实施例， 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 作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、 前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下 各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则 该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第 一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重 要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二” 的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/ 或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或 B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的 结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不 在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种微阴极电弧推力器。

在本发明实施例中，如图1至图3所示，该微阴极电弧推力器包括底座 10、第一电极20、第二电极30、绝缘体40及驱动件50。其中，底座10为支 撑部件，能够为第一电极20等元件提供安装位与支撑。

第一电极20的一端设于底座10，第二电极30呈环状设置，第二电极30 的一端设于底座10，且第二电极30的间隔套设于第一电极20的外侧。第一 电极20和第二电极30中的一者为阴极、另一者为阳极，第一电极20的另一 端与第二电极30的另一端之间形成环形放电区(未标示)。

绝缘体40也呈环状设置，该绝缘体40可移动地套设于第一电极20和第 二电极30间，绝缘体40的一端位于环形放电区。绝缘体40套设于第一电极 20与第二电极30间，能够起到隔绝第一电极20和第二电极30的作用。

驱动件50设于底座10，该驱动件50用以驱动绝缘体40向环形放电区移 动。

可以理解，在推力器工作时，阴极与阳极导通后的电弧后烧蚀绝缘体40， 而使绝缘体40逐渐损耗。当绝缘体40烧蚀至一定程度时，会导致阴极与阳 极之间点火的可靠性变差，甚至于出无法起弧的状况，从而导致推力器的使 用寿命较短。

而在本申请的微阴极电弧推力器中，由于绝缘体40可移动地套设于第一 电极20和第二电极30间，且驱动件50可驱动绝缘体40向环形放电区移动。 那么，当环形放电区的绝缘体40被烧蚀后，驱动件50便可驱动位于环形放 电区外侧的绝缘体40向环形放电区移动，以补充绝缘体40，而保证阴极与阳 极之间可正常起弧，从而既保证了推力器工作的稳定性，又延长了推力器的 使用寿命。

示例性的，本实施例绝缘体40采用陶瓷制成，在其他实施例中，绝缘体 40也可由其他材料制成。

具体地，在本实施例中，第一电极20为阳极，第二电极30为阴极，即， 在本实施例中阴极套设于阳极的外侧。由于在微阴极电弧推力器中，阴极既 是电极，又是工质，因此使阴极套设于阳极的外侧，能够增大阴极的表面积， 以提高推力器的性能。当然，本申请的设计不限于此，在其他实施例中，也 可是第一电极20为阴极，第二电极30为阳极。

具体地，在本实施例中，驱动件50为第一弹性件。该第一弹性件用以使 绝缘体40具有向环形放电区移动的运动趋势。以第一弹性件作为驱动件50， 以使绝缘件具有向环形放电区移动的运动趋势，这样，当环形放电区中的绝 缘体40被烧蚀后，在第一弹性件弹性力的作用下，位于环形放电区外侧的绝 缘体40能够第一时间向环形放电区移动，以进行补充。并且，通过第一弹性 件自身的弹性力以驱使绝缘体40，于设计上而言，结构简单，实现方便，不 易受外界影响，工作稳定性好。可见，采用第一弹性件作为驱动件50，具有 响应快、结构简单、稳定性良好等优点。当然，本申请的设计不限于此，在 其他实施例中，驱动件50也可是以电机作为动力源的驱动装置，若是选用电 机作为动力源的驱动装置作为驱动件50，则具有精度高、可控性良好等优点。

示例性的，在本实施例中，第一弹性件为一端固定于底座10，另一端连 接于绝缘体40的弹簧。如此，通过弹簧的弹性力，能够推动绝缘体40向环 形放电区的方向移动，以实现绝缘体40的补给。由于绝缘体40呈环状设置， 而弹簧基本为螺线管结构，因此，选用弹簧作为第一弹性件，可适配绝缘体 40的结构，以使绝缘体40的各处受力均匀，从而保证绝缘体40均匀且稳定 地供给。同时，第一弹性件的一端固定于底座10，另一端连接于绝缘体40，即第一弹性件设于绝缘体40背向环形放电区的一端，那么，便可使第一弹性 件避位环形放电区，而不会对环形放电区造成干扰。当然，本申请的设计不 限于此，在其他实施例中，第一弹性件也可为弹片、弹力柱等。且，第一弹 性件也可设于绝缘体40的外侧，或设于绝缘体40朝向环形放电区的一端。

值得说明的是，在本实施例中，第一弹性件抵接于绝缘体40朝向底座10 的一端，而在其他实施例中，第一弹性件也可连接于绝缘体40的外周。

可选地，第一弹性件为恒力供给弹簧。采用恒力供给弹簧能够保证绝缘 体40每次的进给量一致，而有利于精确地控制绝缘体40的补给。

由于本实施例通过第一弹性件的弹力驱使绝缘体40向环形放电区运动， 因此，本实施例的阳极上还设有限位部21，绝缘体40朝向环形放电区的一端 抵接于该限位部21。这样，通过限位部21能够限位绝缘体40，以避免绝缘 体40在第一弹性件弹性力的作用下脱离环形放电区。并且，由于环形放电区 形成于阳极和阴极背向底座10的一端，因此在阳极板上设置限位部21，不会 在环形放电区增加额外的部件，避免了对等离子体在环形放电区产生和喷射 的影响，从而避免了限位部21对推力器生成推力所造成的影响，保证了推力 的生成。当然，本申请的设计不限于此，在其他实施例中，限位部21或是其 他用以限位绝缘体40的限位结构，也可设于底座10。

具体而言，该限位部21设于阳极背向底座10的一端，且限位部21呈环 状设置。可以理解，将限位部21设于阳极背向底座10的一端，能够使绝缘 体40最大限度的进入环形放电区，而有利于环形放电区内电弧的产生。同时， 限位部21呈环状设置，则能够适配绝缘体40的结构，以充分限位绝缘体40。 需要指出的是，在本实施例中，由于第一电极20为阳极，故而限位部21为 环设于第一电极20外周的环状结构，而若是第二电极30为阳极，则限位部21为环设于第二电极30内周的环状结构。并且，还需要指出的是，限位部 21可以是连续的环状结构，也可以为间隔的环状结构。

由于在微阴极电弧推力器中，阴极在提供极性的同时，还需作为工质电 离，因此，在微阴极电弧推力器工作的过程中，阴极也是不停地在损耗。为 了延长推力器的使用寿命，需要对阴极进行供给，以使推力器能够长时间工 作。对此，本实施例的微阴极电弧推力器还包括第二弹性件60，该第二弹性 件60用以驱动阴极向远离底座10的方向移动。可以理解，通过第二弹性件 60驱动阴极向远离底座10的方向移动，如此，当环形放电区中的阴极被烧蚀 后，在第二弹性件60弹性力的作用下，位于环形放电区外侧的阴极能够第一 时间向环形放电区移动，以进行补充。并且，通过第二弹性件60自身的弹性 力以驱使绝缘体40，于设计上而言，结构简单，实现方便，不易受外界干扰， 稳定性好。可见，采用第二弹性件60以驱动阴极，具有响应快、结构简单、 稳定性良好等优点。当然，本申请的设计不限于此，在其他实施例中也可通 过电机等动力件驱动阴极移动。

示例性的，在本实施例中，第二弹性件60为一端固定于底座10，另一端 连接于阴极的弹簧。如此，通过弹簧的弹性力，能够推动阴极向环形放电区 的方向移动，以实现阴极的补给。由于阴极呈环状设置，而弹簧基本为螺线 管结构，因此，选用弹簧作为第二弹性件60，还可适配阴极的结构，以使阴 极的各处受力均匀，从而保证阴极均匀且稳定地供给。同时，第二弹性件60 的一端固定于底座10，另一端连接于阴极，即第二弹性件60设于阴极背向环 形放电区的一端，如此，便可使第二弹性件60避位环形放电区，而不会对环 形放电区造成干扰。当然，本申请的设计不限于此，在其他实施例中，第二 弹性件60也可为弹片、弹力柱等。且，第二弹性件60也可设于阴极的外侧， 或设于阴极朝向环形放电区的一端。

值得说明的是，在本实施例中，第二弹性件60抵接于阴极朝向底座10 的一端，而在其他实施例中，第二弹性件也可连接于阴极的外周。

可选地，第二弹性件60为恒力供给弹簧。采用恒力供给弹簧能够保证阴 极每次的进给量一致，而有利于精确地控制阴极的补给。

进一步地，本实施例的微阴极电弧推力器还包括绝缘套管70，该绝缘套 管70呈环状设置，绝缘套管70套设于阴极的外侧，该绝缘套管70的内周设 有台阶71，阴极背向底座10的一端抵接于该台阶71。可以理解，通过绝缘 套管70能够限位阴极，以避免阴极在第二弹性件60弹性力的作用下脱离环 形放电区。并且，由于环形放电区形成于阳极与阴极背向底座10的一端，而 在阴极的外侧设置绝缘套管70，能够避免绝缘套管70对环形放电区造成影响， 从而可避免绝缘套管70对等离子体的喷射口造成干扰，保证了推力的生成。 当然，本申请的设计不限于此，在其他实施例中，绝缘套管70或是其他用以 限位阴极的限位结构，也可设于底座10。

进一步地，本实施例的微阴极电弧推力器还包括磁性元件80，该磁性元 件80呈环状设置，且该磁性元件80套设于阴极和/或阳极的外周。由于阴极 斑点的产生和运动存在随机性，在推力器上加装磁性元件80能够产生沿轴向 和径向的磁场，离子电流与电磁场相互作用产生的周向力会使阴极斑点沿阴 极的周向运动，促进阴极材料的均匀烧蚀从而延长推力器的工作寿命。

具体而言，在本实施例中，磁性元件80为永磁体。该永磁体套设于阳极 的外周。可以理解，在阳极的外周套设永磁体，能够增大永磁体产生的磁场 强度，而有利于驱使阴极斑点沿阴极的周向运动。在一些实施例中，也可是 仅阴极套设永磁体、或阴极和阳极的外周均套设永磁体。

当然，本申请的设计不限于此，在一些实施例中，磁性元件80也可为电 磁线圈，该电磁线圈的一端连接于为阴极电弧推力器的电源，另一端连接于 阴极或阳极。由于电磁线圈需通电后才会产生磁场，因此，使电磁线圈连续 于电源与阴极或阳极之间，既能够实现电源与阴极或电源与阳极之间的电线 连接，又能够产生电磁场，而使阴极能够均匀烧蚀，一举两得。值得说明的 是，连接电源与阴极的磁性线圈，可套设于阴极的外侧，也可套设于阳极的 外侧。相应的，连接电源与阳极的磁性线圈，可套设于阴极的外侧，也可套 设于阳极的外侧。还需要说明的是，在其他实施例中，电磁线圈也可由另一 独立的电源供电。

进一步地，本实施例的微阴极电弧推力器还包括出口端座90，出口端座 90具有开口，出口端座90套设于绝缘套管70的外周，阳极和阴极的背向底 座10的一端朝向所述出口端座90的开口设置。出口端座90能够固定绝缘套 管70，并为套设于第二电极30外侧的磁体提供安装槽位。并且，出口端座 90还可外延形成喷管，约束大粒子团的喷射方向。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范 围内。