JP4379296B2 - 電源装置及び、ホールスラスタ装置 - Google Patents

電源装置及び、ホールスラスタ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4379296B2
JP4379296B2 JP2004312023A JP2004312023A JP4379296B2 JP 4379296 B2 JP4379296 B2 JP 4379296B2 JP 2004312023 A JP2004312023 A JP 2004312023A JP 2004312023 A JP2004312023 A JP 2004312023A JP 4379296 B2 JP4379296 B2 JP 4379296B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
magnetic field
anode
current
change rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2004312023A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006125236A (ja
Inventor
弘行 大須賀
貴史 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2004312023A priority Critical patent/JP4379296B2/ja
Publication of JP2006125236A publication Critical patent/JP2006125236A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4379296B2 publication Critical patent/JP4379296B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0018—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
    • F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
    • F03H1/0075—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field with an annular channel; Hall-effect thrusters with closed electron drift

Description

この発明は、ホールスラスタの電源装置及び、ホールスラスタ装置に関するものである。
従来の電源装置は、磁場制御電源が定電流となった後に、アノード電源を立ち上げていた。（例えば非特許文献１参照）
David H.Manzella 著 AIAA-2001-3774 High Voltage SPT Performance2001年7月8日-11日 PA01-34427
前記非特許文献１の技術は、磁場制御電源が定電流となった後にアノード電源を立ち上げるため、アノード電流が急峻に立ち上がり、ホールスラスタ装置の部品にストレスがかかるという問題点があった。
本発明は、アノード電流が急激に立ち上がらないようにすることで、ホールスラスタ装置の部品にかかるストレスを軽減するものである。
本発明に係わる電源装置は、ホールスラスタの電界を制御するアノード電源と、磁場を制御する磁場制御電源と、を備える電源装置において、前記磁場制御電源の電流を定電流値になるまで単位時間当たり正の電流変化率で増加させ、立ち上げる時間を遅らせて前記アノード電源の電圧を定電圧値になるまで単位時間当たり正の電圧変化率で増加させるものである。
本発明に係わるホールスラスタ装置は、アノード電極と、陰極電子源と、前記アノード電極と前記陰極電子源との間に接続され、両者間に電位差を与えるアノード電源と、前記アノード電極と前記陰極電子源との間に発生する電界に対して直交する磁場を発生する磁場発生回路と、前記磁場発生回路に電力を供給する磁場制御電源と、を備え、前記磁場制御電源の電流を定電流値になるまで単位時間当たり正の電流変化率で増加させ、立ち上げる時間を遅らせて前記アノード電源の電圧を定電圧値になるまで単位時間当たり正の電圧変化率で増加させるものである。
本発明によれば、アノード電流は急激に立ち上がらないため、電源装置の部品にかかるストレス及びホールスラスタ装置のストレスを低減できる。
実施の形態１．
図１から図３は、本発明の実施の形態１を示す図である。図１はホールスラスタ装置の概念図であり、図２はホールスラスタ装置の断面図である。
以下、図１及び図２を用いてホールスラスタ装置１について説明する。
陰極電子源２は、熱電子発生部１００を備えている。熱電子発生部１００から熱電子を放出させるため、熱電子発生部１００には熱電子生成用電源３が接続されている。熱電子生成用電源３により熱電子発生部１００に電力を供給することにより、熱電子発生部１００から熱電子が放出される。
ポールピース４は筒状であり、一端面にはアノード電極５が備えられている。また、ホイルピース４の中心軸上には磁場発生回路７が備えられている。
陰極電子源２とアノード電極５と間にはアノード電源６が接続されている。陰極電子源２とアノード電極５との電位差は、アノード電源６により自由にコントロールすることができる。なお、アノード電源６は、一例として定電圧源である。陰極電子源２とアノード電極５との間に電位差が発生した場合、ポールピース４には電界Ｅが発生する。
磁場発生回路７には磁場制御電源８が接続されている。磁場発生回路７により発生する磁場Ｂの強さは、磁場制御電源８により自由にコントロールすることができる。なお、電界Ｅと磁場Ｂとは直交している。もちろん、電界Ｅと磁場Ｂとは直交している場合が最も効率がよいが、設計に応じて角度を持たせても良い。
磁場制御電源８は、一例として定電流源である。電源装置９は、アノード電源６と、磁場制御電源８を備えた電源装置である。
図２により、磁場Ｂの発生について説明する。ポールピース４は一種の磁気回路を構成し、磁場発生回路７で発生した磁場はポールピース４を通り、磁場Ｂを発生している。
次に、図１を用いてホールスラスタ装置１の推進に関して説明する。ホールスラスタ装置１において、陰極電子源２から発生した電子２２０は、ポールピース４内の電界Ｅ及び磁場Ｂにより加速されホール運動する。
アノード電極５の背面には、推進剤供給装置２００が備えられている。推進剤供給装置２００からは、推進剤の一例としてキセノン２１０が発せられる。なお、推進剤はキセノン以外でもよく、設計により任意に決定して良い。推進剤供給装置２００から発せられたキセノン２１０は、アノード電極５に備えられたアノード電極ホール２３０を通ってポールピース４内に導入される。
ポールピース４に導入されたキセノン２１０は、加速された電子２２０と電離衝突することでキセノンイオンとなる。このキセノンイオンが電界Ｅで加速される事でホールスラスタ装置１は、推進力を得ている。
図３の（１）は、従来のアノード電源電流と磁場制御電源電流との関係を示し、図３の（２）は、本発明によるアノード電源電流と磁場制御電源電流との関係を示す。
従来例を図３（１）を用いて説明する。磁場制御電源８はステップ的に立ち上げ、磁場発生回路７への供給電流（磁場制御電源電流）が一定値になった後に、アノード電源６により陰極電子源２とアノード電極５との間に電位差（アノード電源電圧）を印加する。この場合、陰極電子源２とアノード電極５との電界Ｅが閾値を越えたときに、陰極電子源２とアノード電極５との間で放電が発生し、アノード電源電流にパルス２０が発生する。
パルス２０のピーク電流は、アノード電源電流の一定値の２倍以上となることがあるため、アノード電源６をはじめとするホールスラスタ装置１に定常値以上のストレスがかかる。
本発明について図３（２）を用いて説明する。磁場制御電源８の電流（磁場制御電源電流）を定電流値になるまで単位時間当たり正の電流変化率で増加させ、遅れてアノード電源６の電圧（アノード電源電圧）を定電圧値になるまで単位時間当たり正の電圧変化率で増加させる。つまり、アノード電源６は磁場制御電源８より遅れて立ち上げる。この遅れ２１は、磁場制御電源８の電流が定電流値になる前であればよい。
磁場制御電源８の電流変化率は、直線的でもｎ次関数でも設計に応じて設定してかまわない。アノード電源６の電圧変化率は、磁場制御電源８の電流変化率と比例させる事が優れる。つまり、磁場制御電源８の電流変化率をＩ(t)、定数をＫとすると、アノード電源６の電圧変化率Ｖ(t)はＶ(t)＝ＫＩ(t−Δt)となる。
なお、Δｔは、時間遅れを示す。Δｔは設計に応じて任意に設定してかまわないが、磁場制御電源８の電流値が定電流値になる前である必要がある。
電流変化率及び電圧変化率は、アノード電流が所定の定電流値になる前に正の傾きを持っていればよく、アノード電源６のスタート電圧及び、磁場制御電源８のスタート電流は、負から開始しても良い。もちろん、電源の状況により一時的に負の傾きとなっても、全体として正の傾きとなっていればよい。
電源装置９は、磁場制御電源８及びアノード電源６を前記の様に制御した場合、陰極電子源２とアノード電極５との間で放電が開始しても、アノード電源電流が定常値を越えるパルスが発生しない。定常値とは、アノード電源が定電流値になったときのアノード電流値を指す。このため、アノード電源６をはじめとするホールスラスタ装置１にストレスが掛からない。
ホールスラスタ装置１は、人工衛星または類する宇宙機等に搭載され、衛星または宇宙機等の軌道を制御する。
以上のように、ホールスラスタの電界を制御するアノード電源６と、磁場を制御する磁場制御電源８と、を備える電源装置９において、磁場制御電源８の電流を定電流値になるまで単位時間当たり正の電流変化率で増加させ、立ち上げる時間を遅らせてアノード電源６の電圧を定電圧値になるまで単位時間当たり正の電圧変化率で増加させる電源装置では、アノード電源電流にパルスが発生しないため、アノード電源６をはじめとするホールスラスタ装置１にストレスが掛からない。
前記アノード電源６を立ち上げる時間の遅れは、定電流値になる前であればよい。また、電流変化率と、電圧変化率とは比例関係にあればよい。この様な条件であれば、アノード電源電流にパルスが発生しないため、アノード電源６をはじめとするホールスラスタ装置１にストレスが掛からない。
アノード電極５と、陰極電子源２と、アノード電極５と陰極電子源２との間に接続され両者間に電位差を与えるアノード電源６と、アノード電極５と、陰極電子源２の間に発生する電界に対して直交する磁場を発生する磁場発生回路７と、磁場発生回路７に電力を供給する磁場制御電源８と、を備え、磁場制御電源の電流を定電流値になるまで単位時間当たり正の電流変化率で増加させ、立ち上げる時間を遅らせて前記アノード電源の電圧を定電圧値になるまで単位時間当たり正の電圧変化率で増加させるホールスラスタ装置において、アノード電源電流にパルスが発生しないため、アノード電源６をはじめとするホールスラスタ装置１にストレスが掛からない。
実施の形態１に係わるホールスラスタ装置の概念図を示した図である。 実施の形態１に係わるホールスラスタ装置の断面図である。 （１）は、従来のアノード電源電流と磁場制御電源電流との関係を示す図である。（２）は、本発明によるアノード電源電流と磁場制御電源電流との関係を示す図である。
符号の説明
１ ホールスラスタ装置、２ 陰極電子源、３ 熱電子生成用電源、４ ポールピース、５ アノード電極、６ アノード電源、７ 磁場発生回路、８ 磁場制御電源、９ 電源装置、２０ パルス、２１ 遅れ、１００ 熱電子発生部、２００ 推進剤供給装置、２１０ 推進剤、２２０ 電子、２３０ アノード電極ホール。

Claims (4)

  1. ホールスラスタの電界を制御するアノード電源と、磁場を制御する磁場制御電源と、を備える電源装置において、
    前記磁場制御電源の電流を定電流値になるまで正の電流変化率で増加させ、立ち上げる時間を遅らせて前記アノード電源の電圧を定電圧値になるまで正の電圧変化率で増加させる電源装置。
  2. 前記アノード電源を立ち上げる時間の遅れは、前記定電流値になる前である請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記電流変化率と、前記電圧変化率とは比例関係にある請求項１または請求項２に記載の電源装置。
  4. アノード電極と、
    陰極電子源と、
    前記アノード電極と前記陰極電子源との間に接続され、両者間に電位差を与えるアノード電源と、
    前記アノード電極と前記陰極電子源との間に発生する電界に対して直交する磁場を発生する磁場発生回路と、
    前記磁場発生回路に電力を供給する磁場制御電源と、を備え、
    前記磁場制御電源の電流を定電流値になるまで正の電流変化率で増加させ、立ち上げる時間を遅らせて前記アノード電源の電圧を定電圧値になるまで正の電圧変化率で増加させるホールスラスタ装置。
JP2004312023A 2004-10-27 2004-10-27 電源装置及び、ホールスラスタ装置 Active JP4379296B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004312023A JP4379296B2 (ja) 2004-10-27 2004-10-27 電源装置及び、ホールスラスタ装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004312023A JP4379296B2 (ja) 2004-10-27 2004-10-27 電源装置及び、ホールスラスタ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006125236A JP2006125236A (ja) 2006-05-18
JP4379296B2 true JP4379296B2 (ja) 2009-12-09

Family

ID=36720228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004312023A Active JP4379296B2 (ja) 2004-10-27 2004-10-27 電源装置及び、ホールスラスタ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4379296B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4697460B2 (ja) * 2006-10-04 2011-06-08 三菱電機株式会社 電源装置
JP2008223655A (ja) 2007-03-14 2008-09-25 Japan Aerospace Exploration Agency ホール型電気推進機
CN102782320B (zh) 2010-03-01 2015-01-28 三菱电机株式会社 霍尔推进器及宇宙航行体及推进方法
WO2016149082A1 (en) * 2015-03-15 2016-09-22 Aerojet Rocketdyne, Inc. Hall thruster with exclusive outer magnetic core

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006125236A (ja) 2006-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11505336B2 (en) Inline screw feeding vacuum arc thruster
RU2594939C2 (ru) Реактивный двигатель на основе эффекта холла
US20160273524A1 (en) Bi-modal electrode micro cathode arc thruster
US9897079B2 (en) External discharge hall thruster
EP3379080B1 (en) Cusped-field thruster
US5269131A (en) Segmented ion thruster
US7808353B1 (en) Coil system for plasmoid thruster
US10718319B2 (en) Electric power supply system for a hall effect electric thruster
US10260487B2 (en) MPD thruster that accelerates electrodeless plasma and electrodeless plasma accelerating method using MPD thruster
JP4379296B2 (ja) 電源装置及び、ホールスラスタ装置
CN111486070B (zh) 一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统
Zolotukhin et al. Onset of the magnetized arc and its effect on the momentum of a low-power two-stage pulsed magneto-plasma-dynamic thruster
Wirz et al. Miniature ion thruster for precision formation flying
EP3375714B1 (en) System for in-orbit propulsion via floating conductor cables
Burdovitsin et al. Expansion of the working range of forevacuum plasma electron sources toward higher pressures
CN115681063B (zh) 多工作模式霍尔推进系统的运行方法
EP1619123A2 (en) Staged emitter-attractor ion drive
US7701145B2 (en) Solid expellant plasma generator
JP2005282403A (ja) 電源装置
CN111156140B (zh) 可提高推力分辨率和工质利用率的会切场等离子体推力器
JP2005151636A (ja) 電源回路
Patterson et al. Experimental investigation of a closed-drift thruster
JP5136906B2 (ja) 電子銃及び電子管
TWI651748B (zh) 低壓佈線離子電漿放電源，及其用於具有二次發射之電子源的應用
Zolotukhin et al. A two-stage μCAT-MPD thruster

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080909

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20080929

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081106

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090825

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090907

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002

Year of fee payment: 3