JPH02303361A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 スターリングサイクル冷却器等の電源回路に関し、 機器に供給される電力の変動を低減することを目的とし
、 電源電圧を所定の直流電圧に変換するＤ　Ｃ／ＤＣコン
バータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力！圧を設定する
電圧設定回路と、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータの出力を所
定の電圧及び周波数を有する交流に変換するＤ　Ｃ／Ａ
　Ｃインバータと、この交流の周波数を設定する周波数
設定回路とを設けた電源回路において、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃ
コンバータの一次側電流の変動を検出する電流変動検出
手段を設け、電圧設定回路及び／又は周波数設定回路が
その設定値を一次側電流の増減に対応して減増させる構
成とした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、スターリングサイクル冷却器のような負荷が
周期的に変動するような装置に用いる電源回路に関する
ものである。

〔従来の技術〕

観測用の赤外線検出器を搭載した人工衛星においては、
赤外線検出器をその要求性能が得られる７７°に一１１
０’に程度の低温に冷却する冷却器が必要とされている
。この冷却器としては、放射冷却方式のものと、強制循
環冷却方式とが採用されており、冷却能力が高く素子ア
ライメント上有利な後者が次第に主流となる傾向が見ら
れる。

スターリングサイクル冷却器はこの強制循環冷却方式の
代表的なものとして実用化されるに到っている。

第４図は従来のスターリングサイクル冷却器の概略図を
示すものである。スターリングサイクル冷却器５は、誘
導モータ５１によってクランク軸５２を回転させ、圧縮
シリンダ５３に内嵌さたピストン５４と膨張シリンダ５
５に内嵌されたピストン５６とを一定の位相差を置いて
同期駆動するように構成されている。前記圧縮シリンダ
５３と膨張シリンダ５５とは放熱器５７及び蓄冷器５８
を介在させた通路５９で連通させてあり、これら圧縮シ
リンダ５３、膨張シリンダ５５及び通路５９には例えば
ヘリウムガス等の作動ガスを封入しである。そして、誘
導モータ５１で両ピストン５４・５６を駆動することに
より圧縮行程、放熱行程、膨張行程、及び吸熱行程から
なる冷凍サイクル、すなわち、逆スターリングサイクル
を繰り返すようにしである。被冷却物である赤外線検出
器７は真空断熱室７１内で膨張シリンダ５５に熱伝導可
能に固定され、膨張行程において膨張シリンダ５５の膨
張仕事により吸熱されて冷却される。

また、この赤外線検出器７は真空断熱室７１の一端に設
けた窓７２を透過して入射した光線の中の赤外線を検出
するように構成されている。

このスターリングサイクル冷却器５の誘導モータ５１に
電力を供給する電源回路としては、例えば第５図（Ａ）
あるいは第５図（Ｂ）に示すものがある。

第５図（Ａ）に示すものは、直流の衛星電源からＤ　Ｃ
／Ｄ　Ｃコンバータ１を介して所定の電圧の直流電流を
得、Ｄ　Ｃ／Ａ　Ｃインバータ３で所定の相間電圧及び
周波数を有する３相交流を得てスターリングサイクル冷
却器５に電力を供給するように構成しである。この場合
、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバーク１の出力電圧は電圧設定器
１２によって制御され、Ｄ　Ｃ／Ａ　Ｃインバータ３の
出力周波数は周波数設定回路１４によって制御されるよ
うになっている。

第５図（Ｂ）に示すものは交流の衛星電源からトランス
ｌｌａと、整流回路１１ｂと、平滑回路１１ｃとによっ
て所定の電圧の直流電流を得、更に、Ｄ　Ｃ／Ａ　Ｃイ
ンバータ３で所定の相間電圧及び周波数を有する３相交
流を得てスターリングサイクル冷却器５に電力を供給す
るように構成しである。この場合、Ｄ　Ｃ／Ａ　Ｃイン
バータ３から出力される電流の周波数は周波数設定回路
１４によって制御される。

そして、このスターリングサイクル冷却器５では上記の
ように負荷が異なる行程が繰り返されるので、衛星の電
源から誘導モータに供給される電力に周期的な変動が生
じるという事が知られている。この動力変動の大きさは
冷却能力によってことなるが、例えば、公称出力が８０
Ｗのスターリングサイクル冷却器５においては、作動ガ
スが圧縮される圧縮行程では公称出力８０Ｗよりも２゜
Ｗ程度大きい電力が必要とされ、作動ガスが膨張する吸
熱行程では基準必要電力８０Ｗよりも２゜Ｗ程度小さい
電力が必要とされ、約４０Ｗ程度の動力変動が生じる。

しかも、この電力変動の周期は５０Ｈｚ以下（通常は１
５Ｈｚ　〜２０Ｈｚ）であり、例えば冷却器駆動周波数
が４００　Ｈｚの場合には約１５Ｈｚの周波数で電力変
動が生じることが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、人工衛星には、前記赤外線検知器７及びスタ
ーリングサイクル冷却器５の他に、他の観測機器、送受
信用機器、姿勢制御用機器、熱制御用機器、電源制御用
機器等が搭載されており、しかも、これらの機器は共通
の電源に接続されている。したがって、スターリングサ
イクル冷却器５に供給される電力の変動器上、衛星電源
ラインに電流変化となって現れ、他の機器には電源電圧
変動となって影響を与えることになる。

このような電力の変動を低減させる方法としては、機械
的に負荷を平均化する方法、すなわち、クランク軸５２
にフライホイールを付加して回転力を平均化する方法と
、電気的に電力変動を平均化する方法、すなわち、Ｌ／
Ｃフィルタを使用して電力変動を平均化する方法とが考
えられる。

しかしながら、機械的な方法は、重量の増加、外形寸法
の増加、必要電力の増加と問題を伴うので実用的でない
。

また、Ｌ／Ｃフィルタを使用する方法も、電力変動の周
波数が低周波であり、かつ、電流が多いため、大型にな
り、外形寸法の増加、重量の増加等の問題が伴い、やは
り実用性に乏しい。

この事情は上記のような衛星用スターリングサイクル冷
却器ばかりでなく小型化が要求されるスターリングサイ
クル冷却器についても当然現れる現象である。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、ス
ターリングサイクル冷却器に供給される電力の変動を低
減できるようにしたスターリングサイクル冷却器の電源
回路を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、例えば第１図に示すように、電源電圧を所定
の直流電圧に変換するＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータｌと、
Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータｌの出力電圧を設定する電圧
設定回路２と、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ１の出力を所
定の電圧及び周波数を存する交流゛に変換するＤ　Ｃ／
Ａ　Ｃインバータ３と、この交流の周波数を設定する周
波数設定回路４とを設けた、電源回路を前提とするもの
で、上記の目的を達成するため、次のような手段を講じ
ている。

すなわち、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータｌの一次側電流の
変動を検出する電流変動検出手段６を設け、電圧設定回
路２及び／又は周波数設定回路４がその設定値を前記一
次側電流の増減に対応して減増させる構成とした。

〔作用〕

本発明においては、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータｌの一次
ｇＩｊｔ流ｉの増減に対応して電圧設定回路２の設定値
、すなわち、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ１の出力電圧が
一次側電流ｉが増加する時に減少され、一次側電流ｉＡ
＜Ｎ少する時に増加される。また、これとともに、ある
いは、これに代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の一次側
電流ｉの増減に対応して周波数設定回路４の設定値、す
なわち、ＤＣ／ＡＣコンバータ３の出力周波数が一次側
電流ｉが増加する時に減少され、一次側電流ｉが減少す
る時に増加される。

（実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る衛星用スターリングサ
イクル冷却器の電源回路の構成図である。

同図に示す如（に、衛星電源は左端の衛星電源入力ぐ＋
）と衛星電源ＲＴＮ　（−）とに接続され、衛星電源は
Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ１において所定の電圧を存す
る直流に変換され、Ｄ　Ｃ／Ａ　Ｃインバータ３におい
て所定の相間電圧Ｖと周波数とを有する３相交流に変換
されてからスターリングサイクル冷却器（以下、単に冷
却器という）５に入力される。また、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコ
ンバータ１の出力電圧は電圧設定回路２の出力によって
制御され、ＤＡ／ＤＣインバータ３から出力される電流
の周波数は周波数設定回路４によって制御されるように
なっている。

Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ１の一次側にはこの一次側の
電流、すなわち、一次側電流ｉの変動を検出する電流変
動検出手段６が挿入される。この電流変動検出手段６は
電流検出回路６ａと、該電流検出回路６ａが検出した電
流ｉ、から直流分を除去し、交流骨ｉｃを抽出して増幅
する直流カット増幅回路６ｂとを備え、この交流骨ｉ　
ｃを電圧設定回路２と周波数設定回路４とに出力するよ
うになっている。

電圧設定回路２はこの交流骨ｉ。を入力し、交流骨ｉｃ
が増加した時にはＤＣ／ＤＣコンバータｌの出力電圧を
下げ、交流骨ｉｃが減少した時にＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバ
ータ１の出力電圧を上げるように構成される。

又、周波数設定回路４はこの交流骨ｉｃを入力し、交流
骨ｉｃが増加した時にはＤ　Ｃ／Ａ　Ｃインバータ３の
出力電流の周波数を下げ、交流骨ｉｃが減少した時にＤ
Ｃ／ＡＣインバータ３の出力電流の周波数を上げるよう
に構成される。

第２図は前記冷却器５の駆動条件図である。同図に示す
如くに、例えば冷却器５を相間電圧８０Ｖ、周波数４０
０Ｈｚ、すなわち、電圧／周波数比（Ｖ／ｆ）＝０．２
で駆動した場合、冷却温度は６０°にとなり、消費電力
は約６７Ｗとなる。

ここで、ｖ／ｆを一定として、交流骨ｉｃが増加して電
力゛が増加する時にはＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータｌの出
力電圧を下げることにより、相間電圧Ｖを下げて電力の
増加を緩和することができる。また、この時に駆動周波
数を下げることにより、電力の増加を緩和することがで
きる。逆に、交流骨ｉｃが減少して電力が減少する時に
は、ＤＣ／ＤＣコンバータｌの出力電圧を上げることに
より、相間電圧Ｖを上げて電力の減少を緩和することが
でき、また、駆動周波数を上げることにより、電力の減
少を緩和することができる。

なお、ここでは一次側電流ｉに対応してその両者を変動
させて電力変動を緩和しているが、電力の増減はＤＣ，
／ＤＣコンバータ１の出力電圧と駆動周波数とのいずれ
か一方のみを変動させることによっても実現できる。例
えば、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータｌの出力電圧を一定と
し、駆動周波数も一定とした場合には、第３図（Ａ）に
示すような電圧変動が生じるのに対して、一次側電流ｉ
が増大して電力が増大する時に駆動周波数を減少させて
冷却器５を低周波駆動し、一次側電流ｉが減少して電力
が減少する時に駆動周波数を増大させて冷却器５を高周
波駆動することにより第３図（Ｂ）に示す如（に電力変
動を減少させることができる。

以上、衛星用のスターリングサイクル冷却器についての
み説明したが、この発明は衛星用のスターリングサイク
ル冷却器ばかりでなく、負荷が周期的に変動するような
他の装置にも使用できることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のスターリングサイクル冷却器の
電源回路は、一次側電流の変動を検出し、Ｄ　Ｃ／Ｄ　
Ｃコンバータの出力電圧及び／又はＤＣ／ＡＤインバー
タの出力電流の周波数を一次側電流の変動に対応してス
ターリングサイクル冷却器の駆動電圧あるいは駆動周波
数をその変動が解消するように補正して電力の変動を抑
制できる。また、一次側電流の変動を検出する電流変動
検出手段を付加し、電圧設定回路及び／又は周波数設定
回路の内部構成を変更するだけでよいので、重量の増加
、外形寸法の増加が小さい上、消費電力の増加を殆どな
くすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る衛星用スターリングサ
イクル冷却器の電源回路の構成図、第２図は前記冷却器
の駆動条件図、第３図（Ａ）は駆動周波数を一定とした
場合の一次側電流の波形図、第３図（Ｂ）は駆動周波数
を制御した場合の一次側電流の波形図、第４図はスター
リングサイクル冷却器を概略的に示す断面図、第５図（
Ａ）及び第５図（［３）はそれぞれ従来の衛星用スター
リングサイクル冷却器の電源＠路の構成図である。 図中、 ■・・・Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ、 ２・・・電圧設定回路、 ３・・・Ｄ　Ｃ／Ａ　Ｃインバータ、 本発明の一虻売４ＰＪ域八図 第１図 ｔ （Ａ） ｔ （Ｂ） 一；欠電う亀追形図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕電源電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ
   コンバータ（１）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の出
   力電圧を設定する電圧設定回路（２）と、ＤＣ／ＤＣコ
   ンバータ（１）の出力を所定の電圧及び周波数を有する
   交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ（３）と、この交
   流の周波数を設定する周波数設定回路（４）とを設けた
   電源回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の一次
   側電流の変動を検出する電流変動検出手段（６）を設け
   、電圧設定回路（２）及び／又は周波数設定回路（４）
   がその設定値を一次側電流の増減に対応して減増させる
   ように構成された電源回路。