JP2005282403A

JP2005282403A - 電源装置

Info

Publication number: JP2005282403A
Application number: JP2004094845A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osuga; 弘行大須賀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP4281600B2

Abstract

【課題】電源装置のアノード電源部の出力に大容量のコンデンサを有せずに電気推進機の放電振動を抑制し、さらには放電短絡があった場合の電気的なストレスを緩和し、より電気推進機の寿命を長くする電源装置を得ることを目的としている。
【解決手段】電源装置の構成にひとつ以上のアノード電流検出器９と電源制御部７を備え、アノード電流ｂの放電振動を抑制する手段として、アノード電流ｂを検出し、その検出電流信号を電源制御部７で適切に信号変換し、磁場制御電源部３の出力を最適にするようにフィードバック制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は電源装置に関し、さらに詳しくは人工衛星等に搭載される電気推進機、特にホールスラスタの電源装置に関する。

流量調整器の流量センサの補正を軌道上で行うことができ、長期間にわたる動作において推進剤の流量を常に把握することが可能なイオンエンジン装置を得るてめに、流量調整器に供給する推進剤を停止した状態での流量信号を測定するとともに、流量調整器に一定流量の推進剤を供給する装置を付加し、一定流量を供給した状態での流量信号を測定することにより、換算式における定数項と傾きの補正を軌道上で行い、センサ特性が変化した後の換算式に更新して常に正確な流量を把握するものは開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−２８７５５０号公報（第１図）

従来の電源装置では、電気推進機の放電振動の対策は、アノード電源部の出力に大容量のコンデンサを有する必要があったため、電源部の質量が大きく、寸法が大きいという課題があった。また、放電短絡があった場合は、上記コンデンサに蓄積した高電圧のエネルギーが一度に放出されるため、電気推進機の電極ならびに電源装置と電気推進機それぞれを接続するケーブルとコネクタに多大な過負荷電流を流し、電気推進機の電極の摩耗劣化を促進させるために電気推進機の寿命を短くする欠点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、大容量のコンデンサを有せずに電気推進機の放電振動を抑制し、さらには放電短絡があった場合の電気的なストレスを緩和し、より電気推進機の寿命を長くする電源装置を得ることを目的としている。

この発明の電源装置は、直流電源の一端にアノード電源部とひとつ以上の磁場制御電源部とホローカソードヒータ部と電源部とホローカソードキーパ電源部と流量制御電源部の入力側に各電源部を各々並列に接続し、またこれら上記の電源部出力の一端を電源装置の負荷である電気推進機に接続する電源装置において、アノード電源部の出力電流の変動分が放電振動を安定とする所定の電流値となるように前記アノード電源部の出力電流の変動分を検出する電流検出器と、前記アノード電源部の出力電流の検出信号を受けて各電源部の出力を適切に制御する電源制御部と、前記電源制御回部からフィードバック制御される磁場制御電源部とを具備するものである。

大容量のコンデンサを使用しないで、電気推進機の放電振動を抑制し、アノード電源部の出力電流の変動分を検出する電流検出器を備え、電流検出信号を電源制御回部に接続してフィードバック制御することにより、放電短絡があった場合にも電気的なストレスを緩和し、より電気推進機の寿命を長くする電源装置が実現出来るという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電源装置を示すものであり、１は衛星等の直流電源、２はアノード電源部、３は磁場制御電源部、４はホローカソードヒータ電源部、５はホローカソードキーパ電源部、６は流量制御電源部、７は電源制御部、８は電源装置、９は電流検出器、１０は磁場制御電源部２、１１は電気推進機、ａは地上からのコマンド信号、ｂはアノード電流、ｃはアノード電流信号、ｄは磁場電流制御信号である。

図１において、衛星等の直流電源１からの電力を電源装置８の各部で地上からのコマンド信号ａ（各部対応の波形は図２参照）でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電気推進機１１に所定の安定した電力を供給する。（コマンド信号ａから各部へのコマンドを出す接続は図１では省略している。）

この電源装置８の内部は、電圧制御されるアノード電源部２と磁場制御電源部３とホローカソードヒータ電源部４とホローカソードキーパ電源部５と流量制御信号ｆを出力する流量制御電源部６とアノード電流ｂを検出し、アノード電流信号ｃを電源制御部７に出力する検出器９とアノード電流信号ｃを受けて磁場制御電源部３に磁場電流制御指令信号ｄをフィードバックする電源制御部７から構成されている。

図２はこの発明における電源装置のシーケンスの１例を示す図であり、図２（ａ）は常時検出されるアノード電流、図２（ｂ）〜図２（ｆ）は図１のコマンド信号ａにより各部をＯＮ／ＯＦＦする信号波形、図２（ｇ）は制御された結果の波形を示す図である。

図２（ｂ）はアノード電源部２をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、
図２（ｃ）は磁場制御電源部３をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、
図２（ｄ）はホローカソードヒータ電源部４をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図２（ｅ）はホローカソードキーパ電源部５をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図２（ｆ）は流量制御電源部６をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形である。

さて、図１のように構成された電源装置８は、アノード電源部２の出力であるアノード電流ｂ（図２（ａ））を常時、電流検出器９により検出する。
アノード電流ｂが大きな変動、すなわち放電振動を起こした場合は、その変化分の電流を電流検出器９で検出しているアノード電流信号ｃを電源制御部７へフィードバックする。
すると、電源制御部７はアノード電流信号ｃから磁場電流制御指令信号ｄへ変換して、磁場制御電源部３の出力電流（図２（ｇ））を制御する。

これは、アノード電源部２の出力であるアノード電流ｂの放電振動が所定のレベルの範囲内に抑制されるようにフィードバック制御を行い、放電振動のレベルが適切となるように電源制御部７が動作することである。

図２のように時間経過とともに放電振動を抑制するように磁場制御部の出力電流が変動する。以上のように動作するため、電気推進機１１の動作中は、アノード電流ｂの放電振動が適切に抑制され、電気推進機１１と電源装置８の間に大容量のコンデンサが不必要となり、電気推進機１１に安定な所定の電力を供給することがでる。

また、大容量コンデンサを必要としないため、電気推進機のアノード電極が短絡した場合でも、電気推進機１１にストレスを与えるような多大な電流を流すことはないため、電気推進機１１の放電短絡に伴う電極の摩耗劣化を抑制することができ、寿命をより長くできる。

実施の形態２．
図３はこの発明における電源装置の実施の形態２を示す図であり、ｅはアノード電圧制御信号、ｆは流量制御信号、１〜９、１１、ａ〜ｃは図１と同一または同等である。

図３において、衛星等の直流電源１からの電力を電源装置８の各部で地上からのコマンド信号ａ（各部対応の波形は図４参照）でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電気推進機１１に所定の安定した電力を供給する。（コマンド信号ａから各部へのコマンドを出す接続は図３では省略している。）

なお、上記実施の形態１では、アノード電流ｂを磁場制御電源部３の出力電流を変化させて、アノード電流ｂの放電振動を抑制したが、推力を可変が許容される電気推進機１１においては、アノード電源部２の出力電圧を変化させることより、放電振動を抑制することことが可能である。

図４はこの発明における電源装置のシーケンスの１例を示す図であり、図４（ａ）はアノード電流、図４（ｂ）〜図４（ｆ）はコマンド信号ａにより各部をＯＮ／ＯＦＦする信号波形、図４（ｇ）は制御された結果の波形を示す図である。

図４（ｂ）はアノード電源部２をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図４（ｃ）は磁場制御電源部３をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図４（ｄ）はホローカソードヒータ電源部４をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図４（ｅ）はホローカソードキーパ電源部５をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図４（ｆ）は流量制御電源部６をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形である。

さて、図３のように構成された電源装置８は、アノード電源部２の出力であるアノード電流ｂ（図４（ａ））を常時、電流検出器９により検出する。
アノード電流ｂを常時検出し、アノード電流ｂが放電振動を起こした場合は、その変化分の電流を電流検出器９で検出しているアノード電流信号ｃを電源制御部７へフィードバックする。
すると、電源制御部７はアノード電流信号ｃからアノード電圧制御指令信号ｅへ変換して、アノード電源部２の出力電流（図４（ｇ））を制御する。

これは、アノード電源部２の出力であるアノード電流ｂの放電振動を抑制するようにフィードバック制御を行うように電源制御部７が動作する。

このため、放電振動が抑制されるから電気推進機１１と電源装置８の間に大容量のコンデンサを必要とすることなしに、安定な所定の電力を電気推進機１１に供給することがでる。

また、大容量コンデンサを必要としないため、電気推進機１１のアノード電極が短絡した場合でも、電気推進機１１にストレスを与えるような多大な電流を流すことはないため、電気推進機１１の寿命を長くできる。

実施の形態３．
図５はこの発明の電源装置の実施の形態３を示す図であり、１〜９、１１、ａ〜ｃは図１と、ｅ、ｆは図３と同一または同等である。

図５において、衛星等の直流電源１からの電力を電源装置８の各部で地上からのコマンド信号ａ（各部対応の波形は図６参照）でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電気推進機１１に所定の安定した電力を供給する。（コマンド信号ａから各部へのコマンドを出す接続は図５では省略している。）

図６はこの発明における電源装置のシーケンスの１例を示す図であり、図６（ａ）はアノード電流、図６（ｂ）〜図６（ｆ）はコマンド信号ａにより各部をＯＮ／ＯＦＦする信号波形、図６（ｇ）は制御された結果の波形を示す図である。

図６（ｂ）はアノード電源部２をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図６（ｃ）は磁場制御電源部３をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図６（ｄ）はホローカソードヒータ電源部４をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図６（ｅ）はホローカソードキーパ電源部５をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図６（ｆ）は流量制御電源部６をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形である。

さて、図５のように構成された電源装置８は、検出器７により、アノード電源部２の出力であるアノード電流ｂ（図６（ａ））を常時、電流検出器９により検出する。
アノード電流ｂが放電振動を起こした場合は、その変化分の電流を電流検出器９で検出しているアノード電流信号ｃを電源制御部７へフィードバックする。
すると、電源制御部７はアノード電流信号ｃから磁場電流制御指令信号ｇへ変換して、流量制御電源部６の出力電流ｆを制御する。

この時のその他各部の波形はアノード電源部２の出力波形は図６（ｂ）であり、ホローカソードヒータ電源部４の出力波形は図６（ｄ）であり、ホローカソードキーパ電源部５の出力波形は図６（ｅ）であり、流量制御電源部６の出力波形は図６（ｆ）である。

実施の形態４．
図７はこの発明の電源装置の実施の形態４を示す接続図であり、１０は磁場制御電源部２、ｇは磁場電流制御信号２、１〜９、１１、ａ〜ｃは図１と、ｅ、ｆは図３と同一または同等である。

図７において、衛星等の直流電源１からの電力を電源装置８の各部で地上からのコマンド信号ａ（各部対応の波形は図８参照）でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電気推進機１１に所定の安定した電力を供給する。（コマンド信号ａから各部へのコマンドを出す接続は図７では省略している。）

磁場制御電源２部９は放電振動をより木目細かな制御が可能となるように第２の磁場コイルを有する構造の電気推進機１２に電力を供給するものであり、磁場電流制御指令２信号ｈは、磁場制御電源部２をフィードバック制御する信号である。

図８はこの発明における電源装置のシーケンスの１例を示す図であり、図８（ａ）はアノード電流、図８（ｂ）〜図８（ｆ）はコマンド信号ａにより各部をＯＮ／ＯＦＦする信号波形、図８（ｇ）は制御された結果の波形を示す図である。

図８（ｂ）はアノード電源部２をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図８（ｃ）は磁場制御電源部３をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図８（ｄ）はホローカソードヒータ電源部４をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図８（ｅ）はホローカソードキーパ電源部５をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形であり、図８（ｆ）は流量制御電源部６をＯＮ／ＯＦＦするコマンド信号ａの信号波形である。

さて、図７のように構成された電源装置８は、電流検出器９により、アノード電流ｂ（図８（ａ））を常時、電流検出器９により検出する。
アノード電流ｂが放電振動を起こした場合は、その変化分電流を電流検出器９で検出しているアノード電流信号ｃを電源制御部７へフィードバックする。
すると、電源制御部７はアノード電流信号ｃから磁場電流制御指令信号ｄと磁場電流制御指令信号２（ｈ）へ変換して、磁場電流制御指令信号２（ｈ）で磁場制御電源部２（１０）の出力電流（図８（ｇ））を制御し、磁場電流制御指令信号ｄで磁場制御電源部３の出力を制御する。

また上記の磁場電流制御指令信号２ｈは、電気推進機１２の磁場がよりきめ細かに制御可能となるように構造上の優位性を考慮して、その制御する磁場電流量を決定していることを特徴としている。実施の形態４においては、例えば、磁場電流制御指令信号ｇと磁場電流制御指令信号２ｈの制御比率は１０：１として行うことにより、より精密に放電振動を抑制する。

本発明の実施の形態１における電源装置を示す図である。本発明の実施の形態１における電源シーケンスを示す図である。本発明の実施の形態２における電源装置を示す図である。本発明の実施の形態２における電源シーケンスを示す図である。本発明の実施の形態３における電源装置を示す図である。本発明の実施の形態３における電源シーケンスを示す図である。本発明の実施の形態４における電源装置を示す図である。本発明の実施の形態４における電源シーケンスを示す図である。

符号の説明

１衛星等の直流電源、２アノード電源部、３磁場制御電源部、４ホローカソードヒータ電源部、５ホローカソードキーパ電源部、６流量制御電源部、７電源制御部、８電源装置、９電流検出器、１０磁場制御電源部２、１１電気推進機、ａ地上からのコマンド信号、ｂアノード電流、ｃアノード電流信号、ｄ磁場電流制御信号、ｅアノード電圧制御信号、ｆ流量制御信号ｇ磁場電流制御信号２。

Claims

人工衛星等に搭載される電源装置で、直流電源にアノード電源部、磁場制御電源部、ホローカソードヒータ電源部、ホローカソードキーパ電源部、流量制御電源部の入力を並列に接続し、上記各電源部の出力を電気推進機に接続され、上記各電源部が地上からのコマンド信号でＯＮ／ＯＦＦ制御される電源装置において、
前記アノード電源部の出力電流の変動分を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の出力信号を受けて各電源部の出力を制御する電源制御部と、
を具備することを特徴とする電源装置。
前記電源制御回部からフィードバック制御される磁場制御電源部と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記電源制御回部からフィードバック制御されるアノード電源を具備することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記電源制御回部からフィードバック制御される流量制御電源を具備することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記電源制御回部からフィードバック制御される第1及び第2の磁場制御電源部を具備することを特徴とする請求項１記載の電源装置。