阅读说明：本技术 一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构 (Hollow cathode induction type heater and hollow cathode structure ) 是由 王宣 苗鹏 金逸舟 梁伟 于博 程佳兵 戴晖 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构,包括由绝缘材料制成的安装骨架和由导电材料制成的细丝,安装骨架呈中空管状,且安装骨架的两端均呈敞开设置,细丝在安装骨架的外表面绕设有多匝,且任一相邻两匝细丝均呈间隔设置；工作中,细丝中通有交变电流；还包括阴极管、发射体、触持极和底座,阴极管和发射体二者均呈中空管状,阴极管和发射体二者的两端均呈敞开设置,且阴极管的任意一端固定安装在底座上,发射体为导体,发射体同轴嵌设在阴极管远离底座的一侧；安装骨架同轴套设阴极管,触持极设置在安装骨架远离底座的一侧,且触持极与安装骨架呈间隔设置。本发明有助于提高空心阴极加工的便捷性。(The invention provides a hollow cathode induction type heater and a hollow cathode structure, which comprise an installation framework made of insulating materials and a filament made of conductive materials, wherein the installation framework is in a hollow tubular shape, two ends of the installation framework are arranged in an open mode, the filament is wound on the outer surface of the installation framework by a plurality of turns, and any two adjacent turns of the filament are arranged at intervals; in operation, alternating current is conducted in the filament; the device comprises a cathode tube, an emitter, a touch electrode and a base, wherein the cathode tube and the emitter are both in a hollow tubular shape, two ends of the cathode tube and two ends of the emitter are both in open arrangement, any end of the cathode tube is fixedly arranged on the base, the emitter is a conductor, and the emitter is coaxially embedded on one side of the cathode tube, which is far away from the base; the cathode tube is established to the coaxial cover of installation skeleton, touches and holds utmost point setting in the one side that the base was kept away from to the installation skeleton, and touches and hold utmost point and installation skeleton and be the interval setting. The invention is beneficial to improving the convenience of processing the hollow cathode.)

一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构

技术领域

本发明涉及航天推进技术领域，具体地，涉及一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构。

背景技术

在空间航天器中，“空心阴极”又称为“电位中和器”或“等离子体接触器”，是一种电子源，主要应用于电推力器、航天器电位控制等方面。用于中和电推力器产生的离子羽流，或调节航天器表面电位。

如图1所示；空心阴极工作时，加热器通电使发射体达到工作温度(1100℃)发射热电子，热电子与阴极管内工质碰撞发生电离，产生的电子在触持极与发射体之间的电场驱动下电离更多工质，形成稳态等离子体，发射体在等离子体撞击下，通过动能交换维持工作温度，实现空心阴极的自持放电。发射体在真空下加热1050℃左右开始稳定发射热电子。热电子与氙气碰撞电离，产生更多电子，促进更多电离，最终生成稳定的等离子体，成为电子源，为加速器点火提供条件。

现有公开号为CN101599400B的中国专利，其公开了一种组装式空心阴极加热器，包括阴极管、前定位环、陶瓷骨架、加热丝、陶瓷外套、后定位环、引线管和发射体；陶瓷骨架以紧配合方式套装在阴极管外圆上，发射体套装在阴极管内，陶瓷外套套装在绕有加热丝的陶瓷骨架上，前定位环、后定位环焊接在陶瓷骨架和陶瓷外套的两端，加热丝一端焊接在阴极管上，另一端套装在引线管上。

工作中，加热丝通电发热，热量经陶瓷骨架和阴极管壁传导至发射体。由于发射体工作的温度较高，加热丝必须采用高熔点金属，如钨、铼等金属制成。

发明人认为，由于空心阴极内的发射体尺寸较小，为了充分加热，选用的电热丝的直径也较小。由于高熔点金属大多具有高强度、高硬度、低韧性的特点，致使加热丝绕制时需经历多次退火、定型，且加热丝连接电极时焊接难度大，从而导致空心阴极加工不便，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构。

一种空心阴极感应式加热器，包括由耐高温绝缘材料制成的安装骨架和由导电材料制成的细丝，所述安装骨架呈中空管状，且所述安装骨架的两端均呈敞开设置，所述细丝在安装骨架的外表面绕设有多匝，且任一相邻两匝所述细丝均呈间隔设置；工作中，所述细丝中通有交变电流。

优选地，所述安装骨架的外表面开设有凹槽，所述凹槽的轨迹呈螺旋形，且所述细丝嵌设在凹槽内。

优选地，所述细丝包括实心裸铜丝。

优选地，所述安装骨架包括氧化铝瓷管。

根据本发明提供的一种空心阴极结构，包括权利要求1-4中任一项所述的空心阴极感应式加热器，还包括阴极管、发射体、触持极和底座，所述阴极管和发射体二者均呈中空管状，所述阴极管和发射体二者的两端均呈敞开设置，且所述阴极管的任意一端固定安装在底座上，所述发射体为导体，所述发射体同轴嵌设在阴极管远离底座的一侧；所述安装骨架同轴套设阴极管，所述安装骨架靠近底座的一端与底座固定连接，所述触持极设置在安装骨架远离底座的一侧，且所述触持极与安装骨架呈间隔设置。

优选地，所述安装骨架与阴极管之间形成有间隙。

优选地，所述阴极管的外侧壁上还包裹有软磁材料层，且所述软磁材料层完全覆盖发射体段。

优选地，所述阴极管的外侧壁上形成有凸缘，且所述凸缘与软磁材料层嵌入配合。

优选地，所述阴极管远离底座的一端安装有阴极顶板，所述阴极顶板的中部开设有通孔。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过对绕设在阴极管外侧的导电细丝施加交变电流，从而形成交变磁场，由导体制成的发射体会因涡流感应效应自主发热，从而无需外部热源供热，由于导电细丝只需要满足导电的要求，因此能够选用熔点较低，延展性较好的导电金属。有助于提高工作人员将导电细丝绕设在安装骨架上的便捷性，且有助于提高导电细丝与电极焊接的便捷性，进而有助于提高空心阴极加工的便捷性；

2、本发明通过将安装骨架与阴极管呈间隔设置，从而使细丝仅承受热辐射，有助于减少发射体的热量传导到导电细丝上，并采用实心裸铜丝做导电细丝，有助于提高导电细丝的散热效率，从而有助于提高实心裸铜丝的使用寿命；

3、本发明通过包裹在阴极管发射体段的软磁感应层，由于软磁材料在交变磁场下产生的涡流效应远超过顺磁材料，从而有助于提高交变磁场对发射体的加热效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明现有技术中空心阴极整体结构的示意图；

图2为本发明主要体现空心阴极感应式加热器整体结构的示意图；

图3为本发明主要体现阴极管和发射体整体结构的示意图；

图4为本发明主要体现空心阴极整体结构的示意图。

附图标记：1、安装骨架；11、凹槽；2、实心裸铜丝；3、阴极管；31、阴极顶板；311、通孔；32、软磁材料层；33、凸缘；4、发射体；5、触持极；6、底座；7、间隙。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，根据本发明提供的一种空心阴极感应式加热器，包括由绝缘材料制成的安装骨架1，以及绕设在安装骨架1外表面的由导电材料制成的细丝。

安装骨架1呈中空管状，且安装骨架1为氧化铝磁管，氧化铝磁管的电绝缘性能好，且熔点高、化学性能稳定。安装骨架1的外表面开设有凹槽11，凹槽11的轨迹呈螺旋状，且螺旋状凹槽11轨迹的中心轴线与安装骨架1的中心轴线共线。细丝为实心裸铜丝2，实心裸铜丝2嵌设在凹槽11内，且实心裸铜丝2在安装骨架1的外表面饶设有多匝，实心裸铜丝2具有良好的导电性。因此当实心裸铜丝2内通有交变电流时，安装骨架1内会形成交变磁场，从而能够使安装在安装骨架1内的导体通过涡流感应效应自主发热，进而实现对安装于安装骨架1内的导体加热。

如图3所示，根据本发明提供的一种空心阴极，包括空心阴极感应式加热器，还包括阴极管3、发射体4、触持极5和底座6。阴极管3呈中空管状，阴极管3的横截面为圆环状，且阴极管3的两端均呈敞开设置，阴极管3的任意一端与底座6焊接固定连接。发射体4为良导体，发射体4呈中空管状，且发射体4的任意横截面均为圆环状。

发射体4同轴嵌设在阴极管3远离底座6的一侧，且发射体4的外侧壁与阴极管3的内侧壁为过盈配合。阴极管3远离底座6的一端还过盈配合有阴极顶板31，阴极顶板31的中部开设有通孔311，由发射体4产生的电子或等离子体经通孔311流出阴极管3，成为电子源，为加速器点火提供条件。

如图4所示，安装骨架1同轴套设阴极管3，安装骨架1靠近底座6的一端与底座6焊接固定连接，且安装骨架1与阴极管3之间形成有间隙7，由于阴极管3尺寸有限，不适于水冷散热，安装骨架1与阴极管3无接触，从而使安装骨架1和实心裸铜丝2只承受热辐射，进而减少了发射体4上得热量传递到空心阴极感应式加热器上，提高了空心阴极感应式加热器的使用寿命。

由于软磁材料在交变磁场下产生的涡流效应远超过顺磁材料，为了增强对发射体4的加热效果，阴极管3的外侧壁上焊接固定有软磁材料层32，软磁材料层32与安装骨架1的内壁呈间隔设置，且软磁材料层32完全覆盖阴极管3安装有发射体4的部分。进一步的阴极管3的外侧壁上一体成型有凸缘33，凸缘33与软磁材料层32嵌入配合，从而提高了软磁材料层32与阴极管3连接的可靠性。

触持极5位于安装骨架1远离底座6的一侧，触持极5呈圆环状，触持极5的中心轴线与安装骨架1的中心轴线共线，且触持极5与安装骨架1呈间隔设置。

工作原理

工作中，在实心裸铜丝2内通有交变电场，从而使安装骨架1内形成有交变磁场，由涡流感应效应使发射体4和软磁感应层自行发热，直至发射体4达到稳定的工作温度，发射体4发射热电子，热电子与阴极管3内工质碰撞发生电离，产生的电子在触持极5与发射体4之间的电场驱动下电离更多工质，形成稳态等离子体，发射体4在等离子体撞击下，通过动能交换维持工作温度，实现空心阴极的自持放电。由于实心裸铜丝2具有足够高的熔点，且具有良好的延展性，有助于提高空心阴极加工的便捷性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。