一种宽通道霍尔推力器磁路结构及提高磁场强度的方法

1.本发明属于电推进领域，具体涉及一种宽通道霍尔推力器磁路结构及提高磁场强度的方法。


背景技术：

2.霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离并加速工质的空间电推进装置，它具有结构简单、寿命长、可靠性好等优势，因而逐渐取代传统化学推进在航天任务中的应用。随着人类对宇宙空间探索需求的发展，未来的空间任务对航天器提出了高比冲的需求，也促进了霍尔推力器向高比冲的方向发展。
3.根据霍尔推力器的工作原理，提高比冲最有效的方法就是增加放电电压来提高离子的喷射速度。然而，以往关于霍尔推力器高电压放电的研究结果表明，随着放电电压的提升，通道内电子温度升高，磁场对电子约束作用下降，等离子体与放电通道相互作用加剧，造成热沉积功率损失增加，容易出现壁面以及阳极结构的过热现象，推力器的工作稳定性和可靠性下降。另外，高电压下离子能量更高，高能离子对壁面溅射侵蚀严重，使用寿命大幅降低，寿命不足难以保障航天任务的总冲需求。可见，霍尔推力器高电压放电的这些弊端会影响高比冲霍尔推力器的应用前景，解决这些问题的关键就是抑制等离子体与通道壁面的相互作用。
4.磁场对等离子体的调控是抑制其与放电通道相互作用的关键因素，因此，以往关于霍尔推力器高电压放电研究结果都指出随着放电电压提高需要增强磁场来更好地约束电子运动。然而，磁场强度过高也会导致等离子不稳定性加剧，而且，随着磁场强度增加励磁功耗大幅增加、导磁材料内部的磁感应强度逐渐达到饱和临界值。因此，受材料的工作温度以及磁饱和等限制，霍尔推力器磁路结构能够提供的磁场强度是有限的，放电电压也存在上限。此外，也有研究指出放电通道的几何尺寸，即面容比(与通道宽度成反比)，对等离子体与放电通道相互作用影响显著，大功率推力器也因为其通道宽度大、面容比小，等离子体壁面损失有所降低而能达到较高的放电电压。
5.由此可见，增加放电通道的宽度是霍尔推力器实现更高比冲切实可行的技术路线。随着通道宽度增加，磁极之间的磁隙长度增加，导致内外磁极之间磁阻rm3(图2所示)增加，相同线圈安匝数提供的磁通量下降，因此通道内磁场强度降低，为了保证高电压放电对磁场强度的要求，需要增加线圈安匝数提高磁场强度，受励磁线圈材料温度的限制，其电流不宜过高，因此需要增加线圈匝数。然而，为了实现更宽的放电通道，内磁芯和内励磁线圈的空间已经被极致的压缩，因此，在图1和图2所示的典型霍尔推力器磁路拓扑结构下实现宽通道面临着线圈空间不足或者内磁芯饱和的问题。
6.综上所述，在现有的线圈励磁霍尔推力器磁路拓扑结构下，想要大幅提高通道宽度是无法实现的。有可能的技术路线是使用永磁材料替代线圈励磁，利用永磁材料磁能积高、励磁效率高的特点可有效降低通道内芯尺寸，进而实现更大的通道宽度。然而，永磁材料工作温度要求比较苛刻，一般不能超过300℃，超温会导致矫顽力下降，通道内磁场位形
和强度偏离设计状态，在高电压霍尔推力器这种热环境恶劣的条件下应用具有较高的退磁风险。此外，永磁励磁使得霍尔推力器的磁场失去在线调节的裕度，而霍尔推力器高电压放电状态对磁场位形和强度都比较敏感，以往的经验显示高电压下根据推力器实际放电状态调节得到的最优磁场位形是偏离对称状态的，这样更有利于抑制等离子体的震荡和电子电流，永磁产生的固有磁场难以适应大范围变电压对磁场强度及位形连续可调的需求。
7.例如：cn107725296a公开一种磁感应强度可调的永磁霍尔推力器磁路结构，调整磁场过程中需要改变导磁材料与永磁体的配合关系，需要重新拆装推力器更换导磁零部件达到调节的目的，且其磁路本质上还是永磁磁路。
8.cn114658624a公开一种适合大功率高比冲的霍尔推力器磁路结构及设计方法，磁路结构以永磁体为主磁源、线圈为辅助磁源的方式，虽然可实现放电通道内部磁场强度及位形的连续调节，但是在高电压霍尔推力器这种热环境恶劣的条件下应用具有较高的退磁风险，永磁产生的固有磁场难以适应大范围变电压对磁场强度及位形连续可调的需求。
9.cn108320879a公开霍尔推力器柔性磁路调控方法，该方法基于传统霍尔推力器中内线圈和外线圈的排布下，去掉了磁屏，通过对各线圈安匝数的调节，实现磁场外推程度、梯度、强度和位形的调节，在推力器磁路和通道结构不动情况下，增加磁场调节的自由度。
10.由此可见，需要新型的磁路拓扑结构，来保持磁场的可调节性并提升霍尔推力器通道宽度设计自由度。


技术实现要素：

11.本发明为克服现有技术不足，提供一种宽通道霍尔推力器磁路结构及提高磁场强度的方法。该磁路结构及方法保证霍尔推力器磁场的大范围可调节性以及所需的特征磁场强度，同时大范围提高所能实现的放电通道宽度，利用宽通道、低面容比的特点抑制等离子体壁面损失，提高霍尔推力器的放电比冲。
12.一种宽通道霍尔推力器磁路结构包含内磁极、内铁芯、底板、磁屏、外导磁罩、外磁极、内线圈和外线圈；内磁极固定在内铁芯上，外磁极固定在外导磁罩上，内铁芯和外导磁罩固定在底板，内铁芯与磁屏之间布置有内线圈；还包含下线圈、支架和向内导磁罩；内磁极、内铁芯、底板、磁屏、外导磁罩、外磁极、内线圈、外线圈、向内导磁罩、下线圈和支架均为同心的回转体，所述磁屏的截面为u型结构，磁屏内布置有放电通道，外线圈的下方布置有n个向内导磁罩和n个下线圈，向内导磁罩径向垂直外导磁罩设置；
13.当n＝1时，下线圈布置在底板与向内导磁罩之间，向内导磁罩布置在外线圈的下方；
14.当n≥2时，n个向内导磁罩和n个下线圈交替布置在外线圈的下方，且最上部的向内导磁罩与外线圈相邻，最下部的下线圈与底板相邻，n个下线圈串联设置；磁屏的外侧壁与向内导磁罩的内侧壁之间具有较小间隙，磁屏的底部通过支架固定，支架固定在底板上。
15.一种基于宽通道霍尔推力器磁路结构提高磁场强度的方法，所述方法结合的磁路结构包含内磁极、内铁芯、底板、磁屏、外导磁罩、外磁极、内线圈、外线圈、向内导磁罩、下线圈和支架，内磁极、内铁芯、底板、磁屏、外导磁罩、外磁极、内线圈、外线圈、向内导磁罩、下线圈和支架均为同心的回转体；所述方法为：在放电通道中径不变的前提下，将磁屏的内磁屏、外磁屏、内磁极和外磁极分别向内外侧平移，压缩内线圈的径向尺寸，增加内铁芯的径
向尺寸，在外线圈下方增设下线圈及向内导磁罩，设计磁路中磁阻分布，将下线圈产生的磁通量引导至外磁极上，下线圈形成的磁通与内线圈、外线圈组合形成的磁通在磁回路中共同作用，同向串联励磁互相增强，使得下线圈单独工作与内线圈、外线圈同向励磁工作时产生的对称磁场位形相同，磁场强度满足线性叠加关系，三种线圈同向串联励磁互相增强，实现放电通道宽度增加并提高磁场强度，通过改变内、外线圈的电流的比例实现磁场位形向内或者向外偏转，保证磁场位形调节的自由度，通过改变下线圈的电流实现磁场强度的调节，进而保证磁场位形及强度的大范围可调节性。
16.本发明相比现有技术的有益效果是：
17.本发明的磁路结构，通过增设在通道外部的下线圈为内磁回路和外磁回路同时提供磁通量，其单独工作即可形成霍尔推力器特征磁场，与内外线圈共同励磁产生的对称磁场满足线性叠加关系。相当于将为内磁回路提供磁通势的内线圈的一部分转移至通道外部，因此可最大限度地降低内部线圈占用的径向尺寸，将大部分内部径向空间分配给内磁芯，结合高导磁材料的应用解决了霍尔推力器内磁芯磁饱和以及径向尺寸约束对可实现通道宽度的限制。下线圈形成的磁通与内线圈、外线圈组合形成的磁通在磁回路中共同作用，同向串联励磁互相增强，解决了通道宽度增加内外磁极之间磁阻变大造成的磁通量降低、磁场强度过低的问题。本发明的磁路可保证磁场强度不变的前提下大幅提高可实现的放电通道宽度，提高了霍尔推力器放电通道设计的自由度。此外，通过宽通道的实现可有效抑制霍尔推力器壁面损失，为提高放电电压、实现更高比冲放电提供了可行性，同时降低壁面热沉积，提升霍尔推力器高电压放电的热稳定性。
18.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
19.图1为目前广泛应用的典型霍尔推力器磁路结构
20.图2为图1中磁路结构的等效电路图；
21.图3为本发明霍尔推力器磁路结构
22.图4为本发明磁路结构的等效电路图；
23.图5为本发明霍尔推力器磁路结构的变式示意图；
24.图6为本发明磁路结构内线圈、外线圈励磁时磁场位形仿真结果图；
25.图7为本发明磁路结构下线圈励磁时磁场位形仿真结果图；
26.图8为本发明磁路结构内线圈、外线圈、下线圈同向串联励磁时磁场位形仿真结果图；
27.图9为本发明磁路结构不同线圈励磁时通道中心线上的磁场强度仿真结果图；
28.图10为本发明磁路结构单下线圈励磁替代内线圈与外线圈的磁场强度仿真结果图；
29.图11为本发明磁路结构多级下线圈励磁的磁场强度仿真结果图。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语
应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
31.如图3-图5所示，本实施方式的一种宽通道霍尔推力器磁路结构，包含内磁极1、内铁芯2、底板3、磁屏4、外导磁罩5-1、外磁极6、内线圈7和外线圈8；内磁极1固定在内铁芯2上，外磁极6固定在外导磁罩5-1上，内铁芯2和外导磁罩5-1固定在底板3，内铁芯2与磁屏4之间布置有内线圈7；
32.还包含下线圈9、支架10和向内导磁罩5-2；内磁极1、内铁芯2、底板3、磁屏4、外导磁罩5-1、外磁极6、内线圈7、外线圈8、向内导磁罩5-2、下线圈9和支架10均为同心的回转体，所述磁屏4截面为u型结构，磁屏4内布置有放电通道，外线圈8的下方布置有n个向内导磁罩5-2和n个下线圈，向内导磁罩5-2径向垂直外导磁罩5-1设置；
33.当n＝1时，下线圈9布置在底板3与向内导磁罩5-2之间，向内导磁罩5-2布置在外线圈8的下方；
34.当n≥2时，n个向内导磁罩5-2和n个下线圈9交替布置在外线圈8的下方，且最上部的向内导磁罩5-2与外线圈8相邻，最下部的下线圈9与底板3相邻，n个下线圈9串联设置；
35.磁屏4的外侧壁与向内导磁罩5-2的内侧壁之间具有较小间隙，磁屏4的底部通过支架10固定，支架10固定在底板3上。
36.向内导磁罩5-2的内侧壁与磁屏4外侧壁间隙距离保持较小值，目的是减小如图4中的磁阻rm5，以调配下线圈9单独励磁时通过磁阻rm1和rm2的磁通量，实现通道内部对称平衡的磁场位形。
37.本实施方式的磁路结构在通道外部增设了下线圈9，通过下线圈9为内磁回路和外磁回路同时提供磁通，其单独工作即可形成霍尔推力器特征磁场，与内线圈7和外线圈8串联励磁产生的对称磁场满足线性叠加关系，三种线圈同向串联励磁可以互相增强磁场。因此，可大幅度地缩减内部线圈径向尺寸，进而大幅提升放电通道宽度。
38.在上述磁路结构的实施中，所述下线圈9可分解为多级串联的线圈，如图5所示。n≥2个下线圈同时为内、外磁回路提供磁通量，可以提高磁路的调节自由度。
39.所述内线圈7可从磁路中去除，进一步减小内线圈占据的内部空间，改善内磁芯的饱和程度。通过调节图4中的磁阻rm4和rm6，利用多个放置在放电通道外部及磁屏4底部与底板3之间的多级下线圈9为内磁回路、外磁回路提供磁通量，进而实现放电通道内对称平衡的磁场位形及恰当的磁场强度，多级下线圈串联可在固定的磁场位形下大范围调节磁场强度，同时保留外线圈8的设置，通过改变外线圈8的电流大小和方向可实现磁场位形向内或者向外偏转，保证磁场位形调节的自由度。
40.进一步地，所述内线圈7、外线圈8、下线圈9均为耐高温励磁导线缠绕在相应的骨架上制成，其骨架为不导磁材料制成，优选的材料为钛合金tc4。
41.所述磁屏4为一体结构，内磁屏4-1和外磁屏4-2通过底部连接为一体，截面呈u形。
42.所述内铁芯2顶部和底部具有螺纹孔，底板3上具有与内铁芯2下表面对应的通孔，通过螺栓穿过底板3上的通孔将内铁芯2固定在底板3的顶部。
43.所述内磁极1上具有与内铁芯2顶部螺纹孔对应的通孔，通过螺栓穿过内磁极1上的通孔将内磁极1固定在内铁芯2顶部。
44.所述内线圈7置于内磁极1、内铁芯2和底板3合围形成的c型空腔内，通过螺栓固定在底板3上对应的安装孔上。
45.所述向内导磁罩5-2与外导磁罩5-1为一体成型结构，向内导磁罩5-2径向置于外导磁罩5-1内侧。
46.所述外导磁罩5置于底板3顶部，二者通过螺栓螺母配合安装固连为一体。
47.所述单个下线圈9或者多级下线圈9置于向内导磁罩5-2、外导磁罩5-1、底板3合围形成的c型空腔内，通过螺栓固定在底板3上对应的安装孔上。
48.所述外磁极6与外导磁罩5-1顶部具有对应的安装孔，其中外导磁罩5-1顶部为螺纹孔，外磁极6上的是通孔，外磁极6可以通过螺栓固定在外导磁罩5-1顶部的安装孔上。
49.所述外线圈8置于外磁极6、外导磁罩5-1、向内导磁罩5-2合围形成的c型空腔内，通过螺栓固定在外磁极下表面上。
50.所述支架10截面为t字形，为薄壁空心回转体结构，包括顶板10-1和侧壁10-2，顶板10-1外侧上表面突出一个定位凸台10-3。
51.所述底板3上表面具有与支架10的侧壁10-2相对应的安装槽，支架10的侧壁嵌入底板3的安装槽内固定，保障二者的同心度。
52.磁屏4外侧壁卡在支架10的定位凸台上，通过过盈配合安装固定在支架10顶部。
53.可选地，支架10使用轻质高强度合金，优选地可使用钛合金tc4。
54.可选地，内磁极1、内铁芯2、底板3、磁屏4、外导磁罩5-1、向内导磁罩5-2、外磁极6均为导磁结构，其中，内铁芯2内磁感应强度最高，最容易达到磁饱和临界条件，优选地，内铁芯2使用高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金(高导磁材料1j22)；
55.优选地，内磁极1、底板3、磁屏4、外导磁罩5-1、向内导磁罩5-2和外磁极6均为电工纯铁dt4c。
56.可选地，所述内线圈7、外线圈8和下线圈9均由耐高温励磁导线缠绕在相应的骨架上制成，其骨架为不导磁材料制成。优选的骨架材料为钛合金tc4。
57.作为一种可实施方式，基于上述宽通道霍尔推力器磁路结构，还提供一种基于宽通道霍尔推力器磁路结构提高磁场强度的方法，所述方法结合的磁路结构包含内磁极1、内铁芯2、底板3、磁屏4、外导磁罩5-1、外磁极6、内线圈7、外线圈8、向内导磁罩5-2、下线圈9和支架10，内磁极1、内铁芯2、底板3、磁屏4、外导磁罩5-1、外磁极6、内线圈7、外线圈8、向内导磁罩5-2、下线圈9和支架10均为同心的回转体；
58.所述方法为：在放电通道中径不变的前提下，将磁屏4的内磁屏4-1、外磁屏4-2、内磁极1和外磁极6分别向内外侧平移，压缩内线圈7的径向尺寸，增加内铁芯2的径向尺寸，在外线圈8下方增设下线圈9及向内导磁罩5-2，设计磁路中磁阻分布，将下线圈9产生的磁通量引导至外磁极6上，下线圈9形成的磁通与内线圈7、外线圈8组合形成的磁通在磁回路中共同作用，同向串联励磁互相增强，使得下线圈9单独工作与内线圈7、外线圈8同向励磁工作时产生的对称磁场位形相同，磁场强度满足线性叠加关系，三种线圈同向串联励磁互相增强，实现放电通道宽度增加并提高磁场强度，通过改变内、外线圈8的电流比例实现磁场位形向内或者向外偏转，保证磁场位形调节的自由度，通过改变下线圈的电流实现磁场强度的调节，进而保证磁场位形及强度的大范围可调节性。
59.进一步来说，通过调节下线圈9与内线圈7之间的磁阻，利用n个下线圈9为内磁路和外磁回路提供磁通量，进而实现放电通道内对称平衡的磁场位形，多个下线圈9串联可在固定的磁场位形下大范围调节磁场强度。
60.下面以具体实施例对本发明构思作进一步地说明：
61.实施例1、以1.35kw等级霍尔推力器hep-100的标准尺寸，即放电通道中直径85mm为基础构建磁路模型进行磁场仿真，最终确定的推力器通道内、外直径分别为55mm、115mm，通道宽度达到30mm，远大于原型机hep-100的通道宽度15mm。内、外双线圈励磁，调节通道内产生对称的磁场位形如图6所示，与霍尔推力器需要的典型磁场位形一致，此时内线圈安匝数为874,，外线圈安匝数为308，通道中心线上的最大径向磁场强度约163.2gauss，通道出口处径向磁场强度约147.0gauss，磁场后加载程度10％。下线圈单独励磁时通道内磁场位形如图7所示，可见与图4中内、外线圈励磁时的磁场位形基本一致，提供安匝数为885时，通道中心线上的最大径向磁场强度80.69gauss，通道出口处径向磁场强度为72.7gauss，磁场后加载程度约10％，与内、外线圈串联励磁时一致。由此可见，在磁路未达到磁饱和前的线性励磁区间，下线圈产生的磁场与内、外线圈产生的磁场满足线性叠加关系。
62.进一步仿真验证，内线圈7、外线圈8和下线圈9同向串联励磁，加载励磁电流安匝数分别为874、308、885与单独励磁时一致，此时磁场位形如图8所示。可见三种线圈同时励磁的总磁场位形与内、外线圈同时励磁(图6)与下线圈单独励磁(图7)产生的磁场位形基本一致，而且此时通道中心线上的最大径向磁场强度242.26gauss(图9所示)，与内、外线圈同向励磁(图6)与下线圈单独励磁(图7)时的163.2gauss和80.69gauss之和基本一致，可见磁场满足线性叠加关系。此外，hep-100通道中心线上的最大磁场强度240gauss，本发明磁路结构产生的磁场与之对比在磁场位形上保证了相似性，磁场强度也没有减弱，同时将放电通道宽度从hep-100的15mm提升到30mm。由此可见，本发明磁路结构可有效拓展霍尔推力器的放电通道宽度，进而削弱等离子体与放电通道的相互作用，提高高电压放电热稳定性和极限电压值，进而为霍尔推力器高比冲放电提供了技术保障。
63.实施例2、在实施例1的基础上，将内线圈7取消，并适当增加内磁芯2的径向尺寸，下线圈9单独励磁产生的磁场位形与图7一致，加载电流安匝数2192时通道中心线上的最大径向磁场强度可以达到240gauss左右，与实施例中内线圈7、外线圈8、下线圈9分别加载安匝数为874、308、885的励磁电流产生的磁场强度基本一致，对比如图10所示。仿真验证了可以使用置于通道外部的下线圈等效替代内线圈的功能，同时保留有外线圈8可以增加磁场位形调节的自由度。
64.实施例3、在实施例2的基础上，将下线圈9拓展为两级，使用两级下线圈9同向串联励磁，分别加载安匝数为885的励磁电流，产生的磁场位形与图7中展示的单级下线圈结果一致，通道中心线上的径向磁场强度最大值为159.8gauss(图11所示)，几乎是单级下线圈励磁时产生的80.69gauss的两倍。可见，本实施例磁路结构的下线圈可以实现多级串联，多级下线圈的磁场满足线性叠加关系，通过该方式提高安匝数进而提升对应的磁场强度。
65.本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

技术特征：
1.一种宽通道霍尔推力器磁路结构，包含内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、磁屏(4)、外导磁罩(5-1)、外磁极(6)、内线圈(7)和外线圈(8)；内磁极(1)固定在内铁芯(2)上，外磁极(6)固定在外导磁罩(5-1)上，内铁芯(2)和外导磁罩(5-1)固定在底板(3)，内铁芯(2)与磁屏(4)之间布置有内线圈(7)；其特征在于：还包含下线圈(9)、支架(10)和向内导磁罩(5-2)；内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、磁屏(4)、外导磁罩(5-1)、外磁极(6)、内线圈(7)、外线圈(8)、向内导磁罩(5-2)、下线圈(9)和支架(10)均为同心的回转体，所述磁屏(4)的截面为u型结构，磁屏(4)内布置有放电通道，外线圈(8)的下方布置有n个向内导磁罩(5-2)和n个下线圈，向内导磁罩(5-2)径向垂直外导磁罩(5-1)设置；当n＝1时，下线圈(9)布置在底板(3)与向内导磁罩(5-2)之间，向内导磁罩(5-2)布置在外线圈(8)的下方；当n≥2时，n个向内导磁罩(5-2)和n个下线圈(9)交替布置在外线圈(8)的下方，且最上部的向内导磁罩(5-2)与外线圈(8)相邻，最下部的下线圈(9)与底板(3)相邻，n个下线圈(9)串联设置；磁屏(4)的外侧壁与向内导磁罩(5-2)的内侧壁之间具有较小间隙，磁屏(4)的底部通过支架(10)固定，支架(10)固定在底板(3)上。2.根据权利要求1所述一种宽通道霍尔推力器磁路结构，其特征在于：内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、磁屏(4)、外导磁罩(5-1)、向内导磁罩(5-2)和外磁极(6)均为导磁材料。3.根据权利要求2所述一种宽通道霍尔推力器磁路结构，其特征在于：所述内铁芯(2)为高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金。4.根据权利要求1所述一种宽通道霍尔推力器磁路结构，其特征在于：内磁极(1)、底板(3)、磁屏(4)、外导磁罩(5-1)、向内导磁罩(5-2)和外磁极(6)均为电工纯铁dt4c。5.根据权利要求1所述一种宽通道霍尔推力器磁路结构，其特征在于：所述向内导磁罩(5-2)和外导磁罩(5-1)为一体成型结构。6.根据权利要求1所述一种宽通道霍尔推力器磁路结构，其特征在于：所述内线圈(7)、外线圈(8)和下线圈(9)均由耐高温励磁导线缠绕在相应的骨架上制成，其骨架为不导磁材料制成。7.根据权利要求6所述一种宽通道霍尔推力器磁路结构，其特征在于：所述骨架的材质为钛合金tc4，支架(10)的材质为钛合金tc4。8.一种基于宽通道霍尔推力器磁路结构提高磁场强度的方法，其特征在于：所述方法结合的磁路结构包含内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、磁屏(4)、外导磁罩(5-1)、外磁极(6)、内线圈(7)、外线圈(8)、向内导磁罩(5-2)、下线圈(9)和支架(10)，内磁极(1)、内铁芯(2)、底板(3)、磁屏(4)、外导磁罩(5-1)、外磁极(6)、内线圈(7)、外线圈(8)、向内导磁罩(5-2)、下线圈(9)和支架(10)均为同心的回转体；所述方法为：在放电通道中径不变的前提下，将磁屏(4)的内磁屏(4-1)、外磁屏(4-2)、内磁极(1)和外磁极(6)分别向内外侧平移，压缩内线圈(7)的径向尺寸，增加内铁芯(2)的径向尺寸，在外线圈(8)下方增设下线圈(9)及向内导磁罩(5-2)，设计磁路中磁阻分布，将下线圈(9)产生的磁通量引导至外磁极(6)上，下线圈(9)形成的磁通与内线圈(7)、外线圈(8)组合形成的磁通在磁回路中共同作用，同向串联励磁互相增强，使得下线圈(9)单独工作与内线圈(7)、外线圈(8)同向励磁工作时产生的对称磁场位形相同，磁场强度满足线性
叠加关系，三种线圈同向串联励磁互相增强，实现放电通道宽度增加并提高磁场强度，通过改变内线圈(7)、外线圈(8)的电流比例实现磁场位形向内或者向外偏转，保证磁场位形调节的自由度。9.根据权利要求8所述一种基于宽通道霍尔推力器磁路结构提高磁场强度的方法，其特征在于：通过调节下线圈(9)与内线圈(7)之间的磁阻，利用下线圈(9)为内磁路和外磁回路提供磁通量，进而实现放电通道内对称平衡的磁场位形，改变下线圈(9)的电流即可在固定的磁场位形下大范围调节磁场强度。10.根据权利要求8所述一种基于宽通道霍尔推力器磁路结构提高磁场强度的方法，其特征在于：下线圈(9)可拓展为n级，使用n级下线圈同向串联励磁，分别加载相同安匝数的励磁电流，产生的磁场位形与单级下线圈结果一致，通道中心线上的径向磁场强度最大值是单级下线圈励磁时的n倍。

技术总结
一种宽通道霍尔推力器磁路结构及提高磁场强度的方法，所述磁路结构包含内磁极、内铁芯、底板、磁屏、外导磁罩、外磁极、内线圈、外线圈、下线圈、支架和向内导磁罩；外线圈的下方布置有向内导磁罩和下线圈，向内导磁罩径向垂直外导磁罩设置；多个向内导磁罩和多个下线圈交替布置在外线圈的下方，且最上部的向内导磁罩与外线圈相邻，最下部的下线圈与底板相邻，多个下线圈串联设置，磁屏的底部通过支架固定，支架固定在底板上。本发明保证了霍尔推力器磁场的大范围可调节性以及所需的特征磁场强度，同时大范围提高所能实现的放电通道宽度，利用宽通道、低面容比的特点抑制等离子体壁面损失，提高霍尔推力器的放电比冲。提高霍尔推力器的放电比冲。提高霍尔推力器的放电比冲。


技术研发人员：李鸿 刘星宇 丁永杰 魏立秋 于达仁
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/7