Патент 2118868

Рамочный электрод

 

Изобретение относится к ионно-оптическим ускорителям ионов и может быть использовано в ионных двигателях. Рамочный электрод содержит параллельно установленные электродные элементы, закрепленные на рамке с помощью узлов крепления тяг, и дистанционирующее электродные элементы устройство. Электродные элементы выполнены в виде стержней, растягиваемых проволочными тягами. Концевые участки, расположенные по крайней мере с одной стороны стержневых элементов, опираются своей боковой поверхностью на плоскую поверхность регулирующей балки, установленной в рамке с возможностью вращения. Проволочные тяги крепят к концевым участкам стержневых элементов напротив опорной поверхности балки. Стержневые электродные элементы могут быть образованы в плоской пластине параллельными щелями. Дистанционирующее устройство выполнятся в виде по крайней мере одной зубчатой рейки, закрепленной на балке. Изобретение направлено на улучшение фокусирующих свойств электродных систем при сохранении работоспособности и стабильности характеристик в процессе работы устройства. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ионно-оптическим системам ускорителей ионов и может использоваться в ионных двигателях.

Известен ионный источник (1) с ионно-оптической системой, электроды которой выполнены в виде плоских дисков с отверстиями. Недостатком таких электродов является потеря устойчивости и, следовательно, изменение их формы при нагреве конструкции.

Повышение стабильности формы электрода может быть получено за счет использования конструкции, в которой электрод образован системой натянутых струн, расположенных в одной плоскости (2). Такой электрод содержит рамку, систему подпружиненных параллельных струн и узлы крепления, натягивающие струны элементов. Причем пружины установлены на рамке, а между пружинами установлены дистанционирующие валики с резьбой, которые могут поворачиваться вокруг своей оси и качаться относительно плоскости электрода. На струны по скользящей посадке нанизаны цилиндрические элементы. Геометрия задается натянутой струной, а цилиндрические элементы как бы увеличивают ее диаметр.

Известный электрод может обеспечить стабильность формы на рабочих режимах за счет натяжения струны и высокий ресурс за счет цилиндрических элементов, поскольку они увеличивают объем электрода, при распылении которого сохраняется работоспособность изделия. Однако в этом случае могут использоваться только круглые цилиндрические элементы, т.к. поворот элементов иной формы вокруг своей оси приведет к изменению фокусирующих свойств системы, состоящей из натянутых струн с нанизанными на них цилиндрическими элементами.

Заявленное изобретение направлено на улучшение фокусирующих свойств систем, использующих электроды подобной конструкции, при сохранении работоспособности и стабильности характеристик в процессе работы устройства.

Данный технический результат достигается тем, что в рамочном электроде, содержащем параллельно установленные электродные элементы, закрепленные на рамке с помощью узлов крепления тяг, и дистанционирующее электродные элементы устройство, согласно настоящему изобретению электродные элементы выполнены в виде стержней, растягиваемых проволочными тягами, при этом концевые участки, расположенные по крайней мере с одной стороны стержневых элементов, опираются своей боковой поверхностью на плоскость поверхности регулирующей балки, установленной в рамке с возможностью вращения и покачивания, а проволочные тяги крепятся к концевым участкам стержневых элементов напротив опорной поверхности балки.

Стержневые электродные элементы могут быть образованы в плоской пластине параллельными щелями, в этом случае электрод имеет форму гребенки.

Дистанционирующее устройство предпочтительно выполняется в виде по меньшей мере одной зубчатой рейки, которая может быть закреплена на балке.

Далее изобретение раскрывается на примере его реализации и поясняется чертежами, на которых изображено следующее: на фиг. 1 представлен разрез рамочного электрода; на фиг. 2 представлен вид на рамочный электрод со стороны стержневых элементов.

Рамочный электрод состоит из рамки 1, системы параллельных стержневых элементов 2, растягиваемых пружинами 3 с помощью проволочных тяг 4. Концевые участки стержневых электродных элементов 2 опираются своей боковой поверхностью на плоскую поверхность 5 регулирующих балок 6. Узлы крепления 7 проволочных тяг 4 к концевым участкам стержневых элементов 2 расположены напротив опорной поверхности 5 балок 6, что позволяет предотвращать возникновение изгибающих моментов при растяжении электродных элементов.

Стержневые элементы 2 дистанционируются друг от друга с помощью специального дистанционирующего устройства, в качестве которого используются зубчатые рейки 8.

Балки 6 имеют прямоугольное сечение и установлены в рамке 1 на оси вращения, на одном конце которой выполнена цилиндрическая, а на другом - шаровая опоры, размещенные в эксцентриках 9.

Функцию электрода выполняет система параллельно расположенных стержневых элементов 2, которая в общем случае может быть сформирована как отдельными стержнями, так и плоской пластиной с параллельными щелями, выполненной в форме гребенки, зубьями которой являются стержневые элементы.

Для выполнения своего назначения электрод должен иметь заданную геометрию, т.е. все его элементы должны быть расположены в одной плоскости параллельно друг другу.

При сборке и юстировке элементов конструкции это требование обеспечивается следующим образом.

Поворачивая эксцентрики 9 и после этого балки 6 вокруг своих продольных осей при фиксированном положении эксцентриков 9, можно добиться того, чтобы поверхности балок 6, расположенных с разных сторон стержней 2, были расположены в одной плоскости. При опоре на эту поверхность плоской поверхности электрода или боковых поверхностей концевых участков стержней одинаковой толщины все стержневые элементы будут находится в одной плоскости.

Параллельность элементов и их дистанционирование между собой обеспечивается с помощью зубчатых реек 8, закрепленных на балках 6.

Таким образом, в холодном (нерабочем) состоянии могут быть обеспечены параллельность элементов, образующих электрод, а также расположение их в одной плоскости.

Компенсация термических удлинений и обеспечение стабильной формы электрода при его работе, например, в составе ионно-оптической системы ионного двигателя происходят за счет использования специальной системы крепления стержневых элементов 2, которая создает в них растягивающее усилие. В состав этой системы входят установленные на рамке 1 пружинные элементы 3, создающие растягивающее усилие, и система проволочных тяг 4, обеспечивающих передачу усилий к концевым участкам стержневых элементов 2 через узлы крепления 7.

Параллельно установленные электродные стержневые элементы, закрепленные на рамке с помощью растягивающих проволочных тяг и предварительно установленные в заданное положение с помощью регулировочных балок и зубчатых реек, в течение ресурса сохраняют необходимые размеры и форму в условиях тепловых нагрузок за счет возможности выбора определенного поперечного сечения стержней, сохранения фиксированного положения электродных элементов, компенсации теплового расширения стержней в продольном направлении и исключения изгибающих моментов в узлах крепления тяг, которые могут привести к деформации стержней, т. е. рамочный электрод, приведенный в независимом пункте формулы изобретения, по сравнению с другими известными аналогами обеспечивает стабильность характеристик в процессе работы.

Все вышеизложенное подтверждает возможность достижения технического результата при использовании рамочного электрода согласно настоящему изобретению.

Предлагаемый рамочный электрод может использоваться в составе ионно-оптической системы источника ускоренных ионов или ионного двигателя в паре с электродом такой же конструкции или с электродом, образованным системой натянутых струн (2). При работе на первый (эмиссионный) электрод подается положительный потенциал, соответствующий энергии ионов в пучке, а на второй (ускоряющий) электрод - отрицательный потенциал, необходимый для создания требуемой извлекающей разности потенциалов. В качестве выходного электрода может использоваться заземленный кольцевой или рамочный электрод, охватывающий весь ионный пучок.

Литература 1. Патент США N 4873467, кл. H 01 J 27/00, F 02 K 9/00.

2. Международная заявка N WO 94/05032 Al, H 01 J 1/46, H 01 J 3/04, 03.03.94.

Формула изобретения

1. Рамочный электрод, содержащий параллельно установленные электродные элементы, закрепленные на рамке с помощью узлов крепления тяг, и дистанционирующее электродные элементы устройство, отличающийся тем, что электродные элементы выполнены в виде стержней, растягиваемых проволочными тягами, при этом концевые участки, расположенные по крайней мере с одной стороны стержневых элементов, опираются своей боковой поверхностью на плоскую поверхность регулирующей балки, установленной в рамке с возможностью вращения, а проволочные тяги крепятся к концевым участкам стержневых элементов напротив опорной поверхности балки.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что стержневые электродные элементы образованы в плоской пластине параллельными щелями.

3. Электрод по п.1 или 2, отличающийся тем, что дистанционирующее устройство выполнено в виде по крайней мере одной зубчатой рейки.

4. Электрод по п.3, отличающийся тем, что зубчатая рейка закреплена на балке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2