(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極と、前記アノード電極に隣接して配され磁場を発生させる磁場発生部と、前記アノード電極側から前記アノード電極と前記磁場発生部との間のチャネル空間にガスを供給する供給部とを有するイオン加速装置を制御する電源装置であって、
前記イオン加速装置は、前記チャネル空間に供給された電子をホール効果により前記ガスに作用させて前記チャネル空間内でイオン加速を行い、
前記電源装置は、前記アノード電極に印加する電圧を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記アノード電極に印加される電圧が、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形を有するように制御しており、
前記交流電圧の周波数は、前記イオン加速装置の放電振動の周波数よりも高い値であることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
アノード電極と、前記アノード電極に隣接して配され磁場を発生させる磁場発生部と、前記アノード電極側から前記アノード電極と前記磁場発生部との間のチャネル空間にガス
を供給する供給部とを有するイオン加速装置を制御する電源装置であって、
前記イオン加速装置は、前記チャネル空間に供給された電子をホール効果により前記ガスに作用させて前記チャネル空間内でイオン加速を行い、
前記電源装置は、前記アノード電極に印加する電圧を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記アノード電極に印加される電圧が、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形を有するように制御しており、
前記交流電圧の周波数は、前記イオン加速装置の放電振動の周波数よりも低い値であることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記電圧波形における最低電圧は、５０Ｖ以上２５０Ｖ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源装置は、
第１の電圧レベルを発生する第１の電圧源と、
前記第１の電圧レベルより高い第２の電圧レベルを発生する第２の電圧源と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の電圧源及び前記第２の電圧源を用いて、前記第１の電圧レベルと前記第２の電圧レベルとが交互に現れる電圧波形を有する電圧を生成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第２の電圧源から前記アノード電極へ流れる電流を制限する電流制限素子をさらに備えた
ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
アノード電極と、前記アノード電極に隣接して配され磁場を発生させる磁場発生部と、前記アノード電極側から前記アノード電極と前記磁場発生部との間のチャネル空間にガス
を供給する供給部とを有するイオン加速装置を制御する電源装置であって、
前記イオン加速装置は、前記チャネル空間に供給された電子をホール効果により前記ガスに作用させて前記チャネル空間内でイオン加速を行い、
前記電源装置は、前記アノード電極に印加する電圧を制御する制御部を備え、
前記電源装置は、チョッパ回路をさらに備え、
前記制御部は、前記チョッパ回路を用いて、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形を有する電圧を生成して前記アノード電極に印加することを特徴とする電源装置。
【請求項７】
前記イオン加速装置が衛星の電気推進装置であり、且つ前記電圧波形における最低電圧が衛星のバス電圧と均等である
ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記イオン加速装置が商用交流電源で駆動され、且つ前記電圧波形における最低電圧が商用交流電源が整流化された電圧のレベルと均等である
ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
前記チョッパ回路は、スイッチング素子を含み、
前記チョッパ回路のスイッチング周波数は、前記交流電圧の周波数と均等である、あるいは、前記交流電圧の周波数の定数倍と均等である
ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記電源装置は、前記磁場発生部の少なくとも一部をリアクトルとして用いたチョッパ回路をさらに備え、
前記制御部は、前記チョッパ回路を用いて、前記直流電圧に前記交流電圧が重畳された電圧波形を有する電圧を生成する
ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記磁場発生部におけるリアクトルとして用いられていない部分に、前記磁場発生部におけるリアクトルとして用いられている部分の電流変動を打ち消す電流を供給する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記磁場発生部の前記少なくとも一部を含む磁気回路における少なくとも一部は、高周波用の磁性材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記イオン加速装置は、ＴＡＬ（Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ａｎｏｄｅ  Ｌａｙｅｒ）型のホールスラスタである
ことを特徴とする請求項１、２または６のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記電源装置は、複数の前記イオン加速装置を並行して制御し、
前記制御部は、前記複数のイオン加速装置について、前記アノード電極に印加される電圧が、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形をそれぞれ有し、前記交流電圧の位相が互いに異なるように、制御する
ことを特徴とする請求項１、２または６のいずれか一項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホールスラスタは、環状の放電空間（チャネル空間）の一方（アノード電極側）からガスを導入し、放電空間内でガスをイオン化して加速し、放電空間の他方（カソード側）に出力する。このイオンの出力の反作用によってホールスラスタの推力が得られる。環状の放電空間には径方向に磁界が形成されており、カソードから放出され環状の放電空間に入った電子は、磁界の磁束によるホール効果のために、環状の放電空間の周方向にドリフトする。これによって、電子がガスを電離（イオン化）させてイオンが生成される。また、環状の放電空間には軸方向に電界が形成されているが、電子はホール効果により軸方向の動きが抑制されるので、生成されたイオンが選択的に軸方向に加速される。
【０００３】
ホールスラスタを安定に動作させる上での問題の１つとして、放電振動現象の発生が挙げられる。放電振動現象に関しては、いくつかの種類の振動現象があるが、そのうち、１０ｋＨｚ前後の周波数でアノード電流の電流波形が振動する放電振動と呼ばれる現象がある。放電振動は、ホールスラスタを搭載したシステムの安定性、信頼性および耐久性に重大な影響を及ぼす。このため、この放電振動を安定に、かつ推進性能を保ちつつその向上も図れるよう制御することが必要である。
【０００４】
特許文献１には、アノード電極、磁場生成用コイル、及びガス流量調節器を有するホールスラスタを制御する電源装置において、アノード電流の振動の強さがアノード電圧とガス流量とコイル電流とに関係付けられた関数を実験的に得て、この関数に従ってアノード電圧とガス流量とコイル電流とを制御することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、アノード電流の振動（放電振動）を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７７６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、アノード電圧とガス流量とコイル電流との組み合わせで、放電振動が十分に少なくなる安定制御領域が存在する。この安定制御領域の内部でアノード電圧とガス流量とコイル電流とを制御することで、放電振動の生じない安定な動作が可能になる。たとえばアノード電圧およびガス流量をある値に設定した場合、コイル電流を安定制御領域に設定することで、安定動作が可能になる。
【０００７】
しかしながら、この安定制御領域は、チャネル空間を形成する隔壁であるスラスタチャネルの状態に強く依存するため、ホールスラスタ（イオン加速装置）を長時間動作させた場合、この安定制御領域が変化してしまう。この経年的な変化は、１つにはスラスタチャネルの磨耗に起因する。
【０００８】
特許文献１に記載の技術は、ホールスラスタ及び電源装置の出荷前に、アノード電流の振動の強さがアノード電圧とガス流量とコイル電流とに関係付けられた関数を実験的に得て、電源装置に設定しておくものであると考えられる。このため、ホールスラスタ及び電源装置の出荷後に、ホールスラスタを長時間動作させてスラスタチャネルが経年的に変化した場合、それに応じて、放電振動の生じない安定制御領域も変化してしまい、放電振動を安定的に制御することが困難になる傾向にある。
【０００９】
この傾向は、アノードレイヤー型のホールスラスタについて特に顕著である。ホールスラスタには通常ＳＰＴ型（Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ）と呼ばれるマグネティックレイヤー型と、ＴＡＬ型（Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ａｎｏｄｅ  Ｌａｙｅｒ）と呼ばれるアノードレイヤー型の２種類があるが、ＴＡＬ型は性能は良いものの、ＳＰＴ型と比較して放電振動の抑制が難しく、場合によっては放電が停止することもあるため、実用化されていない。経年的に安定制御領域が変動しても放電振動を制御して十分に安定に動作できる方法があれば、原理的に性能の良いＴＡＬ型ホールスラスタの実用化が大きく前進することになる。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経年的にイオン加速装置の安定制御領域が変動しても放電振動を安定的に制御でき、所期推進性能を保つばかりでなく、その向上をも図れる電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる電源装置は、アノード電極と、前記アノード電極に隣接して配され磁場を発生させる磁場発生部と、前記アノード電極側から前記アノード電極と前記磁場発生部との間のチャネル空間にガスを供給する供給部とを有するイオン加速装置を制御する電源装置であって、前記イオン加速装置は、前記チャネル空間に供給された電子をホール効果により前記ガスに作用させて前記チャネル空間内でイオン加速を行い、前記電源装置は、前記アノード電極に印加する電圧を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記アノード電極に印加される電圧が、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形を有するように制御しており、前記交流電圧の周波数は、前記イオン加速装置の放電振動の周波数よりも高い値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スラスタチャネルの状態によらず、アノード電源の駆動周期に同期してアノード電流を振動動作させることができる。すなわち、イオン加速装置が自分で勝手に振動を始めるのではなく、その振動のしやすさを外部から例えばパルス的に変調することができる。これにより、放電振動の周期を外部から制御できるため、イオン加速装置を安定に制御することができる。すなわち、経年的にイオン加速装置の安定制御領域が変動してもその状態の変化に依存することなく放電振動を安定的に制御できる。従来の制御では放電の振動が制御できないために放電が消えてしまったり、推進効率が低下してしまったりという現象が生じていたが、本発明を用いることで装置の安定性および信頼性を大きく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる電源装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるイオン加速装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における放電振動の現象を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態６にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態６の変形例にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態７にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態７にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態８にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態１１にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態１１にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態１１にかかる電源装置の動作を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態１〜１２の変形例における電源装置の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態１〜１２の変形例におけるイオン加速装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる電源装置１００について説明する。図１は、電源装置１００の構成を示す図である。
【００１６】
電源装置１００は、イオン加速を行うための放電機器であるイオン加速装置１０に用いる電源装置である。イオン加速装置１０は、例えば、人工衛星などに搭載される電気推進装置であり、例えば、図１に示すようなＳＰＴ型（Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ）のホールスラスタである。
【００１７】
電源装置１００は、イオン加速装置１０及びカソード部２０を制御する。カソード部２０は、電子を発生させてイオン加速装置１０へ供給する。イオン加速装置１０は、供給された電子を用いてイオンを発生させ加速させる。
【００１８】
イオン加速装置１０は、例えば、環状の装置であり（図２参照）、図１では、イオン加速装置１０の中心軸を通り、中心軸に平行な面でのイオン加速装置１０の断面図を示し、図２では、イオン加速装置１０を図１のＡ−Ａ線で切った場合の断面図を示している。
【００１９】
イオン加速装置１０は、図１及び図２に示すように、アノード電極１２、磁場発生部１１、ガス供給部１５、チャネル内壁１６、及びチャネル外壁１７を有する。
【００２０】
アノード電極１２は、例えば、中空円盤状の導体板で形成されている。アノード電極１２は、イオン加速装置１０の軸方向におけるガス供給部１５側に配されている。アノード電極１２は、アノード電極１２と磁場発生部１１との間の環状のチャネル空間１８に面している。
【００２１】
アノード電極１２は、電源装置１００から供給されるアノード電流Ｉａと、電源装置１００により印加されるアノード電圧Ｖａとに従って、アノード電極１２からイオン加速装置１０の軸方向に沿って離れる電界を発生させる。
【００２２】
磁場発生部１１は、アノード電極１２に隣接した位置に配されている。すなわち、磁場発生部１１は、内部コイル１３、外部コイル１４、ヨーク３２、及びポールピース１９を有する。内部コイル１３は、アノード電極１２の内側でアノード電極１２に隣接し、例えば、アノード電極１２の内側からイオン加速装置１０の軸方向に沿ってカソード部２０側に延びた略円柱形状を有している。外部コイル１４は、アノード電極１２の外側でアノード電極１２に隣接し、例えば、アノード電極１２の外側からイオン加速装置１０の軸方向に沿ってカソード部２０側に延びた略円筒形状のものが、一般に複数個、チャネル外壁１７の外側に配置されている。
【００２３】
内部コイル１３及び外部コイル１４は、ポールピース１９を介してそれぞれ電源装置１００から供給されるコイル電流Ｉｃに従って、環状のチャネル空間１８を径方向に貫く磁場を発生させる。ポールピース１９は、チャネル空間１８の出力端近傍において、内部コイル１３及び外部コイル１４に対応して設けられている。ポールピース１９は、例えば、内部コイル１３及び外部コイル１４におけるチャネル空間１８の出力端側を覆う。
【００２４】
ガス供給部１５は、アノード電極１２側から環状のチャネル空間１８にガスを供給する。すなわち、ガス供給部１５は、イオン化させるべきガスをチャネル空間１８に供給する。イオン化させるべきガスは、例えば、Ｘｅガスである。
【００２５】
ガス供給部１５は、例えば、供給管１５ａ及びガス流量調節器１５ｂを有する。供給管１５ａは、アノード電極１２に設けられた供給口１５ａ１を介してチャネル空間１８に連通されている。ガス流量調節器１５ｂは、ガス供給源（図示せず）と供給管１５ａとの間に設けられ、ガス供給源から供給管１５ａへ導かれるガスの流量を調節する。ガス流量調節器１５ｂは、例えば、開度を調整可能な調整弁である。
【００２６】
チャネル内壁１６は、アノード電極１２の内側側方からイオン加速装置１０の軸方向に沿ってカソード部２０側に延びた略円筒形状を有している。
【００２７】
チャネル外壁１７は、アノード電極１２の外側側方からイオン加速装置１０の軸方向に沿ってカソード部２０側に延びた略円筒形状を有している。
【００２８】
カソード部２０は、イオン加速装置１０の略軸方向に沿ってアノード電極１２から離間した位置に配されている。カソード部２０は、チャネル空間１８の出力端に隣接した位置に配されている。
【００２９】
カソード部２０は、例えば、ホローカソード２１、供給管２２、及びガス流量調節器２３を有する。供給管２２は、ホローカソード２１内の空間に連通されている。ガス流量調節器２３は、ガス供給源（図示せず）と供給管２２との間に設けられ、ガス供給源から供給管２２へ導かれるガスの流量を調節する。ガス流量調節器２３は、例えば、開度を調整可能な調整弁である。すなわち、供給管２２及びガス流量調節器２３は、電子を発生させるために用いるガスをホローカソード２１内の空間に供給する。電子を発生させるために用いるガスは、例えば、Ｘｅガスである。ホローカソード２１は、その空間に面した位置にヒータ２１ａを有し、供給されたガスをヒータ２１ａで加熱して電子を発生させる。ホローカソード２１は、発生させた電子をチャネル空間１８内及びチャネル空間１８の出力端近傍へ供給する。
【００３０】
チャネル空間１８は、チャネル内壁１６、チャネル外壁１７、及びアノード電極１２に囲まれて形成された例えば略円筒状の空間である。このチャネル空間１８の一方（図１の下方）からチャネル空間１８内にガス供給部１５によりガスが供給される。このとき、カソード部２０からチャネル空間１８内に電子も供給され、供給された電子は、磁場発生部１１で発生された径方向の磁界の磁束によるホール効果のために、環状のチャネル空間１８内を周方向にドリフトする。これによって、電子がガスを電離（イオン化）させてイオンを生成する。
【００３１】
チャネル空間１８内でガスが電離（イオン化）されて生成されたイオンは、アノード電極１２で発生された軸方向の電界により加速され、他方（図１の上方）から出力される。このイオンの出力の反作用によってイオン加速装置１０の推力が得られる。
【００３２】
イオンを加速するために、アノード電極１２にアノード電流Ｉａが供給され、それに応じて、陰極であるホローカソード２１とアノード電極１２との間にアノード電圧Ｖａが印加される。イオンを選択的かつ効率的に加速するために、電子は、上記のホール効果により軸方向の動きが抑制され環状のチャネル空間１８内に閉じ込められる。
【００３３】
この磁場は、環状のチャネル空間１８の内部および外部に設けられた電磁石すなわち内部コイル１３及び外部コイル１４によって形成され、チャネル空間１８の出口付近のポールピース１９によって、円環の半径方向にほぼ均一に印加されるように設計されている。内部コイル１３、外部コイル１４、ヨーク３２、及びポールピース１９を含む磁気回路の設計によって、例えば、チャネル空間１８の出口付近の磁束密度が例えば最も高くなるように設計されている。
【００３４】
電磁石は内部（内部コイル１３）だけ、あるいは外部（外部コイル１４）だけ、あるいは一部が永久磁石で構成されている場合もある。一般には、内部および外部の電磁石に流れるコイル電流Ｉｃによって磁束密度を変化させる。このとき、コイル電流Ｉｃは、直流電流によって駆動され、この電流源の電流を制御することによってチャネル内部に形成される磁束密度を制御することが一般的である。
【００３５】
イオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）は、イオンを選択的に加速して噴射するものであるので、同時に電子を噴射して電気的中性を保つための電子源が必要である。図１に示すホローカソード２１がこの電子源である。イオン加速装置１０のアノード電極１２には、ホローカソード２１に対して例えば２００〜３００Ｖ程度の正の電圧が印加され、この電位差によりチャネル空間１８内部に生じた電界によってイオンが加速される。このようなイオン加速装置１０のシステムでは、イオン加速装置１０およびカソード部２０を駆動し、制御するための電源および制御システムが必要である。
【００３６】
電源装置１００は、主電源１１０、電源処理部１２０、ガス制御部１３０、及び主制御部１４０を有する。主電源１１０は、主電源を発生させ、電源処理部１２０へ供給する。電源処理部１２０は、供給された主電源を用いて、所定の電源を生成しイオン加速装置１０及びガス制御部１３０へ供給する。ガス制御部１３０は、電源処理部１２０から供給された電源を用いて動作し、イオン加速装置１０及びカソード部２０におけるガスの流量を制御する。主制御部１４０は、主電源１１０、電源処理部１２０、及びガス制御部１３０の各部を全体的に制御する。
【００３７】
電源処理部１２０は、アノード電源１２２、内部コイル電源１２３、外部コイル電源１２４、ヒータ電源１２６、及びキーパ電源１２７を有する。ガス制御部１３０は、ガス流量制御装置１３１及びガス流量制御装置１３２を有する。
【００３８】
電源装置１００は、例えば、アノード電極１２と、磁場生成用コイルである内部コイル１３および外部コイル１４と、ガス流量調節器１５ｂとを制御する。アノード電源１２２は、アノード電極１２へアノード電圧Ｖａを印加する。コイル電源である内部コイル電源１２３および外部コイル電源１２４は、磁場生成用コイルである内部コイル１３および外部コイル１４へコイル電流Ｉｃを流す。ガス流量制御装置１３１は、ガス流量調節器１５ｂを介してガス流量を調整する。主制御部１４０は、アノード電極１２へ印加されるアノード電圧Ｖａと磁場生成用コイルである内部コイル１３および外部コイル１４へ流されるコイル電流Ｉｃとガス流量調節器１５ｂを介して流されるガス流量とを制御してイオン加速装置１０のイオン加速量を調整し、少なくともアノード電圧とコイル電流とに関係付けられた関数に従ってアノード電圧とコイル電流とガス流量とを制御する。
【００３９】
ガス流量制御装置１３１は、主制御部１４０からの指令に従ってイオン加速装置１０のガス導入部におけるガス流量を制御する。また、主制御部１４０からの指令に従って内部コイル電源１２３および外部コイル電源１２４は、内部コイル１３および外部コイル１４に流れるコイル電流Ｉｃを制御する。内部コイル１３および外部コイル１４には、一定の直流電流であるコイル電流Ｉｃを流し、このコイル電流Ｉｃによってチャネル空間（イオン加速領域）１８内に一定の磁界が形成される。内部コイル電源１２３および外部コイル電源１２４によって、内部コイル１３に流れる電流および外部コイル１４に流れる電流は、それぞれ独立して設定することができ、これによってチャネル空間（イオン加速領域）１８内の磁束密度の微調整および磁界分布の微調整を行うことができる。
【００４０】
アノード電源１２２は、アノード電極１２に印加するアノード電圧を制御する。定常運転時には、略一定値すなわち直流のアノード電圧Ｖａがアノード電極１２へ印加される。アノード電圧Ｖａによってイオンが加速され、イオン加速装置１０の推力が得られる。また、通常、アノード電圧Ｖａは１００〜４００Ｖの範囲の中で設定される。加速されたイオンによるイオン電流および放電空間内の電子の移動による電子電流は、回路上ではアノード電源１２２によって流されることになる。このため、アノード電源１２２は、イオン加速装置１０の推力を得るためのエネルギを供給する部分であり、イオン加速装置１０のシステムでは最も容量の大きな電源である。
【００４１】
電子源であるホローカソード２１は、ホローカソード２１に供給されるガスの流量を制御するためのガス流量制御装置１３２、ホローカソード２１の陰極を過熱するためのヒータ電源１２６、およびホローカソード２１からの電子の流れを安定に維持するためのキーパ電源１２７によって制御されている。
【００４２】
イオン加速装置１０を駆動するための主制御部１４０は、イオン加速装置１０を搭載する人工衛星のシステム（図示せず）または地上からの指令（図示せず）によって制御されている。本実施の形態では、主制御部１４０によって、少なくとも、アノード電源１２２、コイル電源１２３、１２４およびガス流量制御装置１３１、１３２が制御されている。
【００４３】
例えば、アノード電極１２とホローカソード２１との間には、上記のように直流のアノード電圧Ｖａが印加される。このとき、直流のアノード電圧Ｖａを印加しているにもかかわらず、アノード電極１２に供給されるアノード電流Ｉａが激しく振動するという現象が発生する。これがいわゆる放電振動の現象である。図３はその様子を示したものである。図３において、縦軸はアノード電圧Ｖａ及びアノード電流Ｉａそれぞれの振幅を示し、横軸は時間を示す。アノード電圧Ｖａは略一定値で安定しているがアノード電流Ｉａが大きく変動している。電源のインピーダンスが十分に大きくない場合は電流の変動の影響を受けてアノード電圧が若干変動するが、通常その変動は十分小さくなるように設計される。
【００４４】
この変動現象は理論的には詳細な説明が行われているが、そもそもの原因はイオン加速装置１０内部（チャネル空間１８内）の電子密度の変動であり、非常に単純に言えば放電が点いたり消えたりしている、という現象であると考えられる。この振動の周波数はイオン加速装置１０の放電に関するさまざまなパラメータに依存しており、したがって周波数はコイル電流やガス流量などの運用条件、スラスタチャネル（すなわち、チャネル空間を形成する隔壁）の状態、経年劣化などによって変動しうるが、それほど極端に変動するわけではない。しかしながら条件によってはこの振動が非常に大きくなり、電源の動作やイオン加速装置１０の寿命に影響を与えることになる。
【００４５】
上記のように、アノード電圧とガス流量とコイル電流との組み合わせで、放電振動が十分に少なくなる安定制御領域が存在する。この安定制御領域の内部でアノード電圧とガス流量とコイル電流とを制御することで、放電振動の生じない安定な動作が可能になる。たとえばコイル電流およびガス流量をある値に設定した場合、アノード電圧を安定制御領域に設定することで、安定動作が可能になる。
【００４６】
しかし、この安定制御領域は、チャネル空間１８を形成する隔壁であるスラスタチャネル（すなわち、図１に示すチャネル内壁１６、チャネル外壁１７、及びアノード電極１２）の状態に強く依存するため、イオン加速装置１０を長時間動作させた場合、この安定制御領域が変化してしまう。安定制御領域の経年的な変化は、１つにはスラスタチャネルの磨耗に起因する。
【００４７】
ここで、仮に、イオン加速装置１０、カソード部２０、及び電源装置１００を含むシステムの出荷前に、アノード電流の振動の強さがアノード電圧とガス流量とコイル電流とに関係付けられた関数を実験的に得て、電源装置１００に設定しておく場合を考える。この場合、イオン加速装置１０、カソード部２０、及び電源装置１００を含むシステムの出荷後に、イオン加速装置１０を長時間動作させてスラスタチャネル（チャネル内壁１６、チャネル外壁１７、及びアノード電極１２）が経年的に変化した場合、それに応じて、放電振動を抑制する安定制御領域も変化してしまい、放電振動を安定的に制御することが困難になる傾向にある。
【００４８】
それに対して、本発明では、アノード電流がなんらかの周期で振動する、という特性があるのであれば、アノード電源１２２から印加するアノード電圧Ｖａの波形をそれに近い周期で変動させてやれば、放電のしやすさがアノード電源１２２の周波数によって決定されるので、アノード電流Ｉａの振動もその周波数に同期する。
【００４９】
すなわち、図３に示すような直流的に安定したアノード電圧Ｖａによる通常の駆動方法において、放電振動は、例えばコイル電流Ｉｃに非常に敏感であり、スラスタチャネルの状態が変化するとコイル電流Ｉｃの適正値も変化してしまい、新たな調整が必要になる。
【００５０】
それに対して、本実施の形態では、電源装置１００の主制御部１４０は、アノード電極１２に印加されるアノード電圧Ｖａが、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形（図４〜図６参照）を有するように制御する。こういったパルス駆動を行うと、アノード電流Ｉａの振動の周期がアノード電源１２２の駆動周波数に同期するため、振動の周波数がコイル電流Ｉｃ、つまり磁束密度に比較的鈍感になることが期待される。このため、イオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）の安定性及び制御性を大幅に向上できる。
【００５１】
具体的には、電源装置１００のアノード電源１２２は、直流電圧源１２２ａ、交流電圧源１２２ｂ、及び合成部１２２ｃを有する。直流電圧源１２２ａは、主制御部１４０による制御のもと、直流電圧を発生させる。交流電圧源１２２ｂは、主制御部１４０による制御のもと、交流電圧を発生させる。合成部１２２ｃは、直流電圧源１２２ａにより発生された直流電圧に、交流電圧源１２２ｂにより発生された交流電圧を重畳させて、アノード電圧Ｖａを合成する。合成部１２２ｃは、合成されたアノード電圧Ｖａをアノード電極１２へ供給する。
【００５２】
主制御部１４０により、例えば、図４に示すようにアノード電圧Ｖａを変動させた場合、アノード電圧Ｖａつまり電界が強いときに振動が強くなる。電界が強くなり電子の速度を抑制できなくなるため、振動が生じやすくなる、と考えられる。これはつまり一定の周期で振動の生じやすい状況が発生するわけで、したがって、アノード電流Ｉａの波形は、図４に示すように、アノード電圧Ｖａの強いところで強くなるような形状になると思われる。図４に示すアノード電圧Ｖａの波形ＷＶ１は、直流電圧ＤＣ１に例えば矩形波の交流電圧ＡＣ１が重畳された電圧波形である。なお、図４の横軸は、時間である。
【００５３】
なお、図４に示すアノード電圧Ｖａの電圧波形は、直流電圧ＤＣ１に例えば矩形波の交流電圧ＡＣ１が重畳されたものであるが、本実施の形態の目的は、電圧の波形によって放電の生じやすさを一定周期で変化させるということであるので、矩形波のパルス幅は任意、つまり非常に細いパルス幅でも効果があると思われる。
【００５４】
あるいは、例えば、図５に示すようにアノード電圧Ｖａを変動させてもよい。この場合も、アノード電流Ｉａの波形は、図５に示すように、アノード電圧Ｖａの強いところで強くなるような形状になると思われる。図５に示すアノード電圧Ｖａの波形ＷＶ２は、直流電圧ＤＣ２に例えば略正弦波の交流電圧ＡＣ２が重畳された電圧波形である。なお、図５の横軸は、時間である。
【００５５】
あるいは、レベルが略ゼロである直流電圧に、最低値がゼロあるいは一部マイナスに振れているような矩形波、あるいは正弦波などの波形の交流電圧を重畳させたアノード電圧Ｖａをアノード電極１２に印加してもかまわない。
【００５６】
例えば、図６に示すようにアノード電圧Ｖａを変動させてもよい。この場合も、アノード電流Ｉａの波形は、図６に示すように、アノード電圧Ｖａの強いところで強くなるような形状になると思われる。図６に示すアノード電圧Ｖａの波形ＷＶ３は、レベルが略ゼロである直流電圧ＤＣ３に例えば矩形波の交流電圧ＡＣ３が重畳された電圧波形である。なお、図６の横軸は、時間である。
【００５７】
以上のように、実施の形態１では、電源装置１００の主制御部１４０は、アノード電極１２に印加されるアノード電圧Ｖａが、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形（図４〜図６参照）を有するように制御する。これにより、スラスタチャネル（チャネル内壁１６、チャネル外壁１７、及びアノード電極１２）の状態によらず、アノード電源１２２の駆動周期に同期してアノード電流を振動動作させることができる。すなわち、イオン加速装置１０が自分で勝手に振動を始めるのではなく、その振動のしやすさを外部から例えばパルス的に変調することができる。これにより、放電振動の周期を外部から制御できるため、イオン加速装置１０を安定に制御することができる。すなわち、経年的にイオン加速装置１０の安定制御領域が変動しても放電振動を安定的に制御できる。
【００５８】
また、実施の形態１では、直流電圧に重畳される交流電圧の周波数は、イオン加速装置１０の放電振動の周波数と略同じ値を有する。これにより、放電振動の周期をアノード電源１２２の駆動周期に同期したものに制御することが容易になる。
【００５９】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６０】
実施の形態１では、直流電圧に重畳される交流電圧の周波数がイオン加速装置１０の放電振動の周波数と略同じ値を有するが、実施の形態２では、直流電圧に重畳される交流電圧の周波数がイオン加速装置１０の放電振動の周波数から若干ずれた値を有する。
【００６１】
例えば、イオン加速装置１０の放電振動の周期とは、直流の電圧を印加してイオン加速装置１０を動作させた場合にアノード電流Ｉａが振動する周波数であると定義することができる。この周波数は、イオン加速装置１０の放電に関するさまざまなパラメータに依存しているが、イオン加速装置１０の構造や大きさが決まれば概ね近い値になり、大きく変動するわけではない。このイオン加速装置１０の放電が振動しやすい周波数でアノード電圧Ｖａを変動させるため、イオン加速装置１０の放電状態とアノード電源１２２とを安定して同期させることができる。もっとも、同じような周波数で駆動するが、厳密には同じ周波数か、少し高い周波数か、少し低い周波数かで現象が若干違ってくる。
【００６２】
実施の形態１では、アノード電源１２２の周波数をイオン加速装置１０の振動周波数とほぼ同じに設定した場合のアノード電圧Ｖａとアノード電流Ｉａとの波形の例を図４〜図６に示している。放電が周期的に変動しやすい周波数を選んでいるので、安定的にアノード電源１２２の周波数に同期させることができる。
【００６３】
一方、実施の形態２では、例えば、イオン加速装置１０の本来の振動周波数よりも高い周波数でアノード電源を変動させた場合、アノード電圧Ｖａとアノード電流Ｉａとの波形は、図７に示すようなものになる。放電が成長をはじめるよりも若干早くアノード電圧Ｖａが立ち上がるため、アノード電圧Ｖａに対してアノード電流Ｉａが遅れる遅れ位相の状態になる。アノード電源１２２の変動が積極的に放電の成長を促すような形になるので、安定性が向上すると思われる。なお、図７に示すアノード電圧Ｖａの波形ＷＶ４は、直流電圧ＤＣ４に例えば矩形波の交流電圧ＡＣ４が重畳された電圧波形である。図７の横軸は、時間である。
【００６４】
あるいは、例えば、イオン加速装置１０の本来の振動周波数よりも低い周波数で電源を変動させた場合、アノード電圧Ｖａとアノード電流Ｉａとの波形は、図８に示すようなものになる。アノード電圧Ｖａが高くなるよりも前に放電が変動し始めているため、アノード電圧に対してアノード電流Ｉａが進む進み位相の状態になる。放電の変化をアノード電圧Ｖａが助長するような状態になる。なお、図８に示すアノード電圧Ｖａの波形ＷＶ５は、直流電圧ＤＣ５に例えば矩形波の交流電圧ＡＣ５が重畳された電圧波形である。図８の横軸は、時間である。
【００６５】
このように、実施の形態２では、直流電圧に重畳される交流電圧の周波数がイオン加速装置１０の放電振動の周波数から若干ずれた値を有する。この場合も、放電振動の周期をアノード電源１２２の駆動周期に同期したものに制御することができる。
【００６６】
なお、図７及び図８では、アノード電圧Ｖａの波形は、パルス的に生成することを念頭に直流電圧に重畳される交流電圧を矩形波形で示しているが、直流電圧に重畳される交流電圧の波形は、正弦波の波形でもかまわない。あるいは、例えば、レベルが略ゼロである直流電圧に、最低値がゼロあるいは一部マイナスに振れているような矩形波、あるいは正弦波などの波形の交流電圧を重畳させたアノード電圧Ｖａをアノード電極１２に印加してもかまわない。
【００６７】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６８】
実施の形態１における図６に示す制御動作では、アノード電圧Ｖａの最低値が略ゼロであるような電圧波形でアノード電圧Ｖａを変動させている。このような動作は可能であるが、実際上は推進効率などの点であまり良い動作とはいえない。アノード電圧Ｖａがゼロになる期間があり、その間はイオン加速装置１０のチャネル空間１８内には電位差が生じていないので、電流が流れることができず、放電も消えてしまう可能性がある。これはイオン加速装置１０のプラズマの効率、ひいては推進効率を低下させる可能性がある。
【００６９】
そこで、実施の形態３では、プラズマの効率の観点から、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルを適正なレベルにすることを考える。
【００７０】
具体的には、電源装置１００の主制御部１４０は、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧が５０Ｖ以上２５０Ｖ以下になるように制御する。すなわち、主制御部１４０は、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルが、５０Ｖ以上２５０Ｖ以下になるように制御する。
【００７１】
仮に、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルが５０Ｖより小さいと、アノード電圧Ｖａが低い期間に、電位差が不足して、流れかけた電流が流れにくくなり、すなわち放電が起こりにくくなり、プラズマが消滅する可能性がある。
【００７２】
あるいは、仮に、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルが２５０Ｖより大きいと、アノード電圧Ｖａが低い期間に急激にプラズマが増大して電流が増えてしまい、本発明で目的とした周期的なアノード電流の変動が生じなくなる可能性がある。そもそもイオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）は、２００Ｖ〜３５０ＶなどのＤＣ電圧で駆動されるので、たとえば電圧の最低値を２５０Ｖ以下とすれば、そこから十分に大きな電圧を重畳させて本発明の動作を得ることが容易になる。
【００７３】
このように、実施の形態３では、電源装置１００の主制御部１４０は、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧が５０Ｖ以上２５０Ｖ以下になるように制御する。これにより、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧を、放電が完全に消失してしまうような電圧より高く、かつ強い放電が急激に生じてしまう電圧よりも低く、設定できる。この結果、放電を安定に維持でき、同時にアノード電圧Ｖａの周期駆動（例えば、パルス駆動）の効果を損なわないようにすることができる。
【００７４】
実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
【００７５】
実施の形態３では、放電を維持しながらアノード電圧Ｖａの周期駆動の効果を損なわないようにするという観点から、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルを決めているが、実施の形態４では、交流電圧が重畳されるべき直流電圧の作りやすさも加味して、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルを決める。
【００７６】
具体的には、実施の形態４では、イオン加速装置１０が衛星（人工衛星）の電気推進装置である場合を想定している。この場合、電源の観点から、交流電圧が重畳されるべき直流電圧、あるいはアノード電圧Ｖａの電圧波形の最低電圧部分をどのように作るか、と考えた場合に、もっとも簡便な方法のひとつが、衛星のバス電圧をそのまま持ってくる、という方法である。すなわち、電源装置１００の主制御部１４０は、イオン加速装置１０が衛星の電気推進装置である場合、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧が、衛星のバス電圧と均等であるように制御する。
【００７７】
衛星のバス電圧には衛星ごとにいろいろな電圧が用いられているが、例えば１００Ｖである。この電圧は実施の形態３で述べたように、電圧の最低電圧値として適している。バス電圧をそのまま、交流電圧が重畳されるべき直流電圧として用いて、アノード電源１２２で交流電圧を作って直流電圧に重畳させてアノード電圧Ｖａを生成する。すなわち、アノード電源１２２は、内部で直流電圧を発生せずに、バス電圧の供給を受けてそのバス電圧をアノード電圧Ｖａの生成用の直流電圧として流用する。これにより、アノード電源１２２は、直流電圧源１２２ａを省略した構成とすることができる。
【００７８】
このように、実施の形態４では、電源装置１００の主制御部１４０は、イオン加速装置１０が衛星の電気推進装置である場合、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧が、衛星のバス電圧と均等であるように制御する。これにより、アノード電源１２２の構成を簡略化でき非常に単純な電源の構成とすることができる。
【００７９】
実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
【００８０】
実施の形態３では、放電を維持しながらアノード電圧Ｖａの周期駆動の効果を損なわないようにするという観点から、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルを決めているが、実施の形態５では、交流電圧が重畳されるべき直流電圧の作りやすさも加味して、交流電圧が重畳されるべき直流電圧のレベルを決める。
【００８１】
具体的には、実施の形態５では、イオン加速装置１０が人工衛星に用いられるのではなく、商用の交流電源につないで用いられる場合を想定している。この場合、電源の観点から、交流電圧が重畳されるべき直流電圧、あるいはアノード電圧Ｖａの電圧波形の最低電圧部分をどのように作るか、と考えた場合に、もっとも簡便な方法の１つが、商用交流電圧を全波整流化する方法である。すなわち、電源装置１００の主制御部１４０は、イオン加速装置１０が商用交流電源で駆動される場合、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧が、商用交流電源が整流化された電圧のレベルと均等であるように制御する。
【００８２】
例えば、１００Ｖの商用交流電圧を全波整流化して平滑化すれば、約１４０Ｖの直流電圧が得られる。この電圧は実施の形態３で述べたように、電圧の最低電圧値として適している。全波整流・平滑化された直流電圧をそのまま、交流電圧が重畳されるべき直流電圧として用いて、アノード電源１２２で交流電圧を作って直流電圧に重畳させてアノード電圧Ｖａを生成する。すなわち、アノード電源１２２は、内部で直流電圧を発生せずに、全波整流化・平滑化された直流電圧の供給を受けてその全波整流化・平滑化された直流電圧をアノード電圧Ｖａの生成用の直流電圧として流用する。これにより、アノード電源１２２は、直流電圧源１２２ａを省略した構成とすることができる。
【００８３】
このように、実施の形態５では、電源装置１００の主制御部１４０は、イオン加速装置１０が商用交流電源で駆動される場合、アノード電圧Ｖａの電圧波形における最低電圧が、商用交流電源が整流化された電圧のレベルと均等であるように制御する。これにより、アノード電源１２２の構成を簡略化でき非常に単純な電源の構成とすることができる。
【００８４】
なお、商用交流電源を全波整流化・平滑化するための構成として、ダイオードやコンデンサを用いた公知の回路構成を適用でき、また、その回路構成は、電源装置１００の外部に設けられていてもよいし、電源装置１００の内部に設けられていてもよい。
【００８５】
実施の形態６．
次に、実施の形態６にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００８６】
図９は実施の形態６の回路構成を示す図である。実施の形態１では、例えば直流電圧源１２２ａで発生した直流電圧に交流電圧源で発生した交流電圧を重畳してアノード電圧Ｖａを生成しているが、実施の形態６では、２つの直流電圧源を用意し、スイッチによってこれらの電圧を切り替えることで、直流電圧に交流電圧が重畳されたアノード電圧を生成する。
【００８７】
具体的には、電源装置１００ｉは、例えば、第１の電圧源ＶＳ１、第２の電圧源ＶＳ２、切り替え部ＳＷＵ、及び主制御部１４０ｉを備える。第１の電圧源ＶＳ１は、第１の電圧レベルＶ１を発生する。第２の電圧源ＶＳ２は、第２の電圧レベルＶ２を発生する。第２の電圧レベルＶ２は、第１の電圧レベルＶ１より高い電圧レベルである。
【００８８】
例えば、第１の電圧源ＶＳ１は、例えば、電圧値Ｖ１の直流電圧を発生させる直流電圧源Ｅ１を有する。これにより、第１の電圧源ＶＳ１は、第１の電圧レベルＶ１を発生する。第２の電圧源ＶＳ２は、例えば、その直流電圧源Ｅ１と、電圧値Ｖｐの直流電圧を発生させる直流電圧源Ｅ２とが直列接続された構成を有する。これにより、第２の電圧源ＶＳ２は、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖｐとの和に相当する第２の電圧レベルＶ２を発生する。
【００８９】
なお、直流電圧源Ｅ１の両端には、コンデンサＣ１が接続されていてもよい。直流電圧源Ｅ２の両端には、コンデンサＣ２が接続されていてもよい。
【００９０】
主制御部１４０ｉは、第１の電圧源ＶＳ１及び第２の電圧源ＶＳ２を用いて、第１の電圧レベルＶ１と第２の電圧レベルＶ２とが交互に現れる電圧波形を有する電圧をアノード電圧Ｖａとして生成する。すなわち、主制御部１４０ｉは、切り替え部ＳＷＵを制御して、第１の状態と第２の状態とに交互に切り替える。言い換えると、主制御部１４０ｉは、第１の状態と第２の状態とをパルス的に切り替えることで、切り替え部ＳＷＵの出力ノードＮ１から出力されるアノード電圧Ｖａのレベルを２段階でパルス的に変化させる。これにより、主制御部１４０ｉは、アノード電極１２に印加されるアノード電圧Ｖａが、直流電圧ＤＣ６に交流電圧ＡＣ６が重畳された電圧波形ＷＶ６を有するように制御する。
【００９１】
なお、主制御部１４０ｉは、パルス信号源１４１ｉから供給する制御信号（パルス信号）のパルス幅を変化させることで、重畳させるパルスの幅を変化させることができるし、直流電圧源の発生する電圧値を変化させることで２段階のパルスの電圧値を変化させることができる。
【００９２】
切り替え部ＳＷＵは、主制御部１４０ｉから制御信号を受け、その制御信号に従って、第１の電圧源ＶＳ１により発生された第１の電圧レベルＶ１がアノード電極１２に供給される第１の状態と、第２の電圧源ＶＳ２により発生された第２の電圧レベルＶ２がアノード電極１２に供給される第２の状態とを切り替える。
【００９３】
具体的には、主制御部１４０ｉは、パルス信号源１４１ｉを有する。パルス信号源１４１ｉは、ＨレベルとＬレベルとが交互に周期的に現れる制御信号を生成して切り替え部ＳＷＵへ供給する。
【００９４】
切り替え部ＳＷＵは、アンプＡＭ、インバータＩＮＶ、スイッチＳＷ１、及びスイッチＳＷ２を有する。アンプＡＭは、パルス信号源１４１ｉから供給された制御信号（パルス信号）を増幅してスイッチＳＷ１へ供給する。インバータＩＮＶは、パルス信号源１４１ｉから供給された制御信号を増幅するとともに論理反転させてスイッチＳＷ２へ供給する。これにより、トランジスタＴｒ１及び還流ダイオードＤ１を含むスイッチＳＷ１と、トランジスタＴｒ２及び還流ダイオードＤ２を含むスイッチＳＷ２とが、排他的にオン・オフされる。
【００９５】
すなわち、スイッチＳＷ１がオフしスイッチＳＷ２がオンしている期間に、切り替え部ＳＷＵの出力ノードＮ１が第１の電圧源ＶＳ１の高圧側ノードＮ３に接続されるとともに第２の電圧源ＶＳ２の高圧側ノードＮ４から遮断され、上記の第１の状態になる。スイッチＳＷ１がオンしスイッチＳＷ２がオフしている期間に、切り替え部ＳＷＵの出力ノードＮ１が第１の電圧源ＶＳ１の高圧側ノードＮ３から遮断されるとともに第２の電圧源ＶＳ２の高圧側ノードＮ４に接続され、上記の第２の状態になる。
【００９６】
このように、実施の形態６では、電源装置１００ｉの主制御部１４０ｉは、第１の電圧源ＶＳ１及び第２の電圧源ＶＳ２を用いて、第１の電圧レベルＶ１と第２の電圧レベルＶ２とが交互に現れる電圧波形ＷＶ６を有するアノード電圧Ｖａを生成する。これにより、直流電圧ＤＣ６に交流電圧ＡＣ６が重畳された電圧波形ＷＶ６を有するアノード電圧Ｖａを簡易な方法で生成することができる。
【００９７】
なお、第１の電圧源ＶＳ１及び第２の電圧源ＶＳ２は、例えば、電源装置１００ｉにおける主電源１１０（図１参照）内に設けられていてもよい。この場合、切り替え部ＳＷＵは、例えば、アノード電源１２２内に設けられていてもよい。あるいは、第１の電圧源ＶＳ１及び第２の電圧源ＶＳ２は、例えば、電源装置１００ｉにおけるアノード電源１２２内に設けられていてもよい。この場合、切り替え部ＳＷＵは、例えば、アノード電源１２２内に設けられていてもよい。
【００９８】
あるいは、切り替え部ＳＷＵ１は、図１０に示すように、インバータＩＮＶ及びスイッチＳＷ２（図９参照）に代えて、ダイオードＤ２１を有していてもよい。ダイオードＤ２１は、カソードが第１の電圧源ＶＳ１の高圧側ノードＮ３に接続されており、アノードが切り替え部ＳＷＵ１の出力ノードＮ１に接続されている。
【００９９】
この場合、印加されるアノード電圧Ｖａが第２の電圧レベルＶ２＝Ｖ１＋Ｖｐに上昇したときに負荷（アノード電極１２及びホローカソード２１）両端に電流が流れなければ電圧が第１の電圧レベルＶ１まで低下しないため、負荷の電圧はパルス信号源１４１ｉで設定したパルス形状にはならないかもしれないが、アノード電圧Ｖａが高くなったときに放電がちゃんと点火し、負荷のインピーダンスが低下していれば動作としては、図９に示す構成の場合に近いものになる。さらに、電圧を強制的に第１の電圧レベルＶ１にするような機構を持たず、放電を外部から弱めることがないので、より安定的に動作できると思われる。
【０１００】
実施の形態７．
次に、実施の形態７にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態６の変形例と異なる部分を中心に説明する。
【０１０１】
実施の形態６の変形例では、スイッチＳＷ１がオンした際に第２の電圧源ＶＳ２から切り替え部ＳＷＵ１の出力ノードＮ１に流れ込む電流の大きさについて特に考慮していないが、アノード電圧Ｖａのレベルを２段階でパルス的に変化させる場合、アノード電圧Ｖａのレベルが瞬間的に大きくなる可能性がある。
【０１０２】
例えば、アノード電圧Ｖａのレベルが第２の電圧レベルＶ２＝Ｖ１＋Ｖｐに上昇したとき、放電が非線形な特性を持つため、パルス電流が極端に大きくなってイオン加速装置１０や電源装置１００ｉの動作に影響を与える可能性がある。このため、高いパルス電流が流れる部分では電源にある程度電流を制限するような機構を設けておくことが望ましい。一方、アノード電圧Ｖａのレベルが第２の電圧レベルＶ２より低い第１の電圧レベルＶ１の場合は、過電流を生じる可能性が少ない。
【０１０３】
そこで、実施の形態７では、第２の電圧源ＶＳ２からアノード電極１２へ流れる電流を制限する。具体的には、図１１に示すように、電源装置１００ｉは、第２の電圧源ＶＳ２からアノード電極１２へ流れる電流を制限する電流制限素子１２８ｉをさらに備える。
【０１０４】
電流制限素子１２８ｉは、第２の電圧源ＶＳ２の高電圧側の経路に定電流特性を持たせることで、第２の電圧源ＶＳ２からアノード電極１２へ流れる電流を制限する。電流制限素子１２８ｉは、例えば、定電流源ＣＳ１を有する。定電流源ＣＳ１は、例えば、第２の電圧源ＶＳ２の高圧側ノードＮ４と、切り替え部ＳＷＵ１の出力ノードＮ１との間の電流経路上に設けられる。図１１では、高圧側ノードＮ４とスイッチＳＷ１との間に定電流源ＣＳ１が電気的に接続される場合が例示されているが、スイッチＳＷ１と出力ノードＮ１との間に定電流源ＣＳ１が電気的に接続される構成であってもよい。
【０１０５】
このように、実施の形態７では、電流制限素子１２８ｉが、第２の電圧源ＶＳ２からアノード電極１２へ流れる電流を制限する。これにより、アノード電圧Ｖａのレベルが第１の電圧レベルＶ１から第２の電圧レベルＶ２に切り替わる瞬間等にアノード電極１２へ流れる電流の急激な増大を抑制でき、イオン加速装置１０や電源装置１００ｉを安定して動作させることができる。
【０１０６】
なお、図１２に示すように、電流制限素子１２８ｉ１は、定電流源ＣＳ１に代えて、抵抗Ｒ１を有していてもよいし、あるいは、定電流源ＣＳ１に代えて、図示しないリアクトルを有していてもよい。この場合でも、高電圧時に発生するパルス電流が過電流になるのを抑制でき、安定な動作を実現できる。
【０１０７】
実施の形態８．
次に、実施の形態８にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【０１０８】
実施の形態１では、例えば直流電圧源で発生した直流電圧に交流電圧源で発生した交流電圧を重畳してアノード電圧を生成しているが、実施の形態８では、例えば直流電圧源で発生した直流電圧を用いてパルス的に変換を行うことで、直流電圧に交流電圧が重畳されたアノード電圧を生成する。
【０１０９】
具体的には、図１３に示すように、電源装置１００ｊは、チョッパ回路１６０ｊを備える。チョッパ回路１６０ｊは、例えば、直流電圧源Ｅ３から受けた直流電圧を異なるレベル直流電圧へ変換する。チョッパ回路１６０ｊは、例えば、チョッパ昇圧回路であり、直流電圧源Ｅ３から受けた直流電圧をより高いレベルの直流電圧へ昇圧する。なお、図１３では、チョッパ回路１６０ｊが昇圧型のチョッパ回路である場合を例示的に示しているが、フライバックコンバータなどの絶縁型のチョッパ回路であってもよい。
【０１１０】
チョッパ回路１６０ｊは、リアクトルＬ１、スイッチング素子ＳＷ３、ダイオードＤ４、及び平滑コンデンサＣ３を有する。リアクトルＬ１及びダイオードＤ４は、チョッパ回路１６０ｊにおける高圧側ラインＬｐ上で直列に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３及び平滑コンデンサＣ３は、それぞれ、チョッパ回路１６０ｊにおける高圧側ラインＬｐと低圧側ラインＬｎとの間の接続されている。スイッチング素子ＳＷ３は、トランジスタＴｒ３及び還流ダイオードＤ３を含む。
【０１１１】
スイッチング素子ＳＷ３は、主制御部１４０ｊから周期的にレベルが変化する制御信号（例えば、パルス信号）を受け、制御信号に従って、例えば数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ程度の周波数でスイッチング動作を行う。スイッチング素子ＳＷ３がオンしている期間に直流電圧源Ｅ３から電流が流れてリアクトルＬ１にエネルギーが蓄えられ、スイッチング素子ＳＷ３がオフしている期間にそのエネルギーがパルス電流となってダイオードＤ４を通って平滑コンデンサＣ３に蓄えられる。スイッチング素子ＳＷ３がオン・オフしない場合は、平滑コンデンサＣ３の電圧が入力側の直流電圧すなわち直流電圧源Ｅ３の電圧と等しくなり、スイッチング素子ＳＷ３がオン・オフするスイッチング動作によって平滑コンデンサＣ３の電圧がそれより高くなる。通常は平滑コンデンサＣ３をスイッチングによるリップル電流よりも十分に大きなものにしておき、負荷から見た電圧がほぼ一定になるようにする。
【０１１２】
もしもこの平滑コンデンサＣ３の容量が十分に小さい場合、平滑コンデンサＣ３の電圧は、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチングによるリップル電流によって大きく変動する。負荷（イオン加速装置１０）の状態にもよるが、基本的には、出力電圧の波形は、入力の直流電圧にリップルによる交流電圧が重畳されたような形になる。
【０１１３】
つまり、この電源構成は、この発明の目的の電圧波形を実現するために利用することができる。入力にたとえばバス電圧の１００Ｖを用いて、スイッチング素子ＳＷ３によるスイッチングの周波数をイオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）の振動の周波数の近くに設定すれば、１００Ｖに近い電圧から、イオン加速装置１０の放電の周波数に近い周波数で変動する交流波形が重畳された電圧波形が出力される。スイッチング素子ＳＷ３のパルス幅すなわちデューティで重畳される交流成分の大きさを変化させることができ、これはすなわちイオン加速装置１０の推力を変化させることになる。平滑コンデンサＣ３の容量を調節すれば、重畳される交流電圧の、最大値と最小値の差、つまり変動の大きさを調節することができる。
【０１１４】
すなわち、主制御部１４０ｊは、スイッチング素子ＳＷ３によるスイッチング動作を行わせる第１の制御とスイッチング動作を行わせない第２の制御とを交互に行うことで、チョッパ回路１６０ｊが昇圧動作を行う第１の動作とチョッパ回路１６０ｊが昇圧動作を行わない第２の動作とを交互に行うように制御する。
【０１１５】
この回路方式の優れている点は、電圧を印加して放電を開始させるという動作と、電流を流して放電を維持する、という放電の開始および維持に必要な動作を、電源側で実現していることである。つまり、出力に設けられたコンデンサＣ３による定電圧特性で、安定な放電開始が可能であり、一方でリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーによる定電流特性によって、放電を安定に維持し、放電が消えることを防ぐことができる。
【０１１６】
なお、イオン加速装置１０の放電振動の周波数は、８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚなどであり、スイッチング電源のスイッチング周波数に近いので、リアクトルＬ１のインダクタンス値も現実的なものとすることができる。
【０１１７】
このように、実施の形態８では、主制御部１４０ｊは、チョッパ回路１６０ｊを用いて、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形を有する電圧を生成する。すなわち、直流電圧源で発生した直流電圧を用いてパルス的に変換を行うことで、直流電圧に交流電圧が重畳されたアノード電圧Ｖａを生成する。これにより、直流電圧に交流電圧が重畳されたアノード電圧Ｖａの生成を、スイッチング素子ＳＷ３のスイッチング動作で実現できるので、電源装置１００ｊの構造を小型化することが可能になる。
【０１１８】
また、実施の形態８では、チョッパ回路１６０ｊにおける平滑コンデンサＣ３の容量を十分に小さくすることで、アノード電源１２２の駆動周波数をそのままイオン加速装置１０の放電の周波数に同期させることが容易になる。
【０１１９】
また、実施の形態８では、チョッパ回路１６０ｊのスイッチング周波数は、直流電圧に重畳させるべき交流電圧の周波数と均等である。これにより、アノード電源の駆動周波数をそのままイオン加速装置１０の放電の周波数に同期させることが容易になる。
【０１２０】
なお、直流電圧源Ｅ３は、例えば、電源装置１００ｊにおける主電源１１０（図１参照）内に設けられていてもよい。この場合、チョッパ回路１６０ｊの全体がアノード電源１２２内に設けられていてもよいし、チョッパ回路１６０ｊの構成における直流電圧源Ｅ３側の一部の構成が主電源１１０内に設けられ残りの構成がアノード電源１２２内に設けられていてもよい。あるいは、直流電圧源Ｅ３は、例えば、電源装置１００ｊにおけるアノード電源１２２内に設けられていてもよい。この場合、チョッパ回路１６０ｊの全体がアノード電源１２２内に設けられていてもよい。
【０１２１】
実施の形態９．
次に、実施の形態９にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態８と異なる部分を中心に説明する。
【０１２２】
実施の形態８では、電源のスイッチング周波数をスラスタの放電振動の周波数に近く設定するが、現状観測されているスラスタの放電振動の周波数は例えば８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度である。一方、スイッチング電源の周波数を高くしていくとリアクトルＬ１のインダクタンス値を小さくできることから、素子の高速化に伴って高周波化が進んでおり、通常は数十ｋＨｚ、小型の電源では１ＭＨｚに近いものもある。そのように考えるとイオン加速装置１０の放電振動の周波数に電源の周波数を合わせなければいけないというのは電源にとって大きな制約となる。
【０１２３】
そこで、実施の形態９では、イオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）の放電が非線形な現象であることを考慮して、アノード電源１２２の周波数が、放電の周波数の近くだけでなく、その定数倍でも同様の効果が期待できることに着目する。例えば、イオン加速装置１０の放電の周波数がｆｄであったとき、アノード電源１２２の周波数をｎ×ｆｄ（ｎは整数）の近傍にすることで、実施の形態８と同様の効果が期待できる。これによって電源のリアクトルやトランスを小型化できるなど効果が得られる。
【０１２４】
このように、実施の形態９では、チョッパ回路１６０ｊのスイッチング周波数は、直流電圧に重畳させるべき交流電圧の周波数の定数倍と均等である。これにより、アノード電源１２２の駆動周波数をそのままイオン加速装置１０の放電の周波数に同期させることが容易になる。
【０１２５】
実施の形態１０．
次に、実施の形態１０にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態８と異なる部分を中心に説明する。
【０１２６】
実施の形態８では、チョッパ回路１６０ｊの全体がイオン加速装置１０の外部に設けられている。すでに述べたように、イオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）では内部に磁束を形成させるために、多くの場合円筒の内部および外部に電磁石が設けられている。電磁石のコイルには通常ＤＣ電流が流される。
【０１２７】
そこで、実施の形態１０では、チョッパ回路１６０ｋの一部であるリアクトルがイオン加速装置１０内の一部である電磁石のコイルと共用されている。
【０１２８】
具体的には、電源装置１００ｋは、磁場発生部１１の少なくとも一部をリアクトルＬ１ｋとして用いて変換を行うチョッパ回路１６０ｋを備える。例えば、図１４に示すように、チョッパ回路１６０ｋは、イオン加速装置１０の外部コイル１４のひとつを図１３に示すリアクトルＬ１に代わるものとみなしてチョッパ回路１６０ｋを構成している。実施の形態８と同様に、出力側に設けられた平滑コンデンサＣ３の容量は比較的小さな値とする。
【０１２９】
イオン加速装置１０の磁場を形成するためには永久磁石も用いられるが、多くの場合、内部、外部のコイルがあり、後述のように磁場調整用のコイル（トリムコイル）を備える場合もある。この全部を電源のリアクトルとして共用することもできるし、一部だけを用いることもできる。
【０１３０】
このように、実施の形態１０では、電源装置１００ｋは、磁場発生部１１の少なくとも一部をリアクトルＬ１ｋとして用いて変換を行うチョッパ回路１６０ｋを備える。主制御部１４０は、チョッパ回路１６０ｋを用いて、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形を有するアノード電圧Ｖａを生成する。すなわち、磁場発生部の少なくとも一部の電磁石コイルをチョッパ回路１６０ｋのリアクトルＬ１ｋとして共用するので、電源装置１００ｋの大幅な小型化が可能になる。例えば、電源装置１００ｋにおけるアノード電源１２２及び外部コイル電源１２４（図１参照）が共通化された構成としてチョッパ回路１６０ｋを用いることができる。
【０１３１】
なお、電源装置１００ｋにおいて、チョッパ回路１６０ｋと直流電流源Ｅ１との間にフィルタ回路１５０ｋを設けてもよい。
【０１３２】
実施の形態１１．
次に、実施の形態１１にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
【０１３３】
実施の形態１０では、磁場発生部の少なくとも一部の電磁石コイルをチョッパ回路１６０ｋのリアクトルＬ１ｋとして共用している。
【０１３４】
すなわち、イオン加速装置１０の電磁石コイルには一定の磁場を形成するために通常一定電流を流すが、チョッパ回路１６０ｋのリアクトルＬ１ｋには、原理的にパルス電流、あるいは定電流を重畳したパルス電流が流れる。したがって、図１４に示すような構成にした場合、イオン加速装置１０の磁束は電源のスイッチングの周波数で変動することになる。チョッパ回路１６０ｋを電流連続モードで動作させた場合、コイルの電流は直流電流にパルス電流が重畳されたものになるため、磁場の変動もある値をベースとしてある値で振れるような変動になる。このような磁場の変動がイオン加速装置１０の動作に影響する場合もある。
【０１３５】
そこで、実施の形態１１では、例えば図１５に示すように、ホールスラスタの同じ磁気回路の別の部分、つまり、電源のリアクトルとして用いなかった他の電磁石コイルに、この交流的な変動を補正するような電流を流してやる。すなわち、電源装置１００ｑの内部コイル電源１２３ｑは、電流源１２３ｑ１を有する。電流源１２３ｑ１は、例えばリアクトルＬ１ｋに流れる電流に対して位相を１８０度反転させたような電流を生成し内部コイル１３へ供給する。
【０１３６】
例えば、主制御部１４０は、リアクトルＬ１ｋに流れる電流を電流検出器（例えば、カレントトランスなど）でモニタし、リアクトルＬ１ｋに流れる電流の位相を求める。そして、主制御部１４０は、求められた位相に対して１８０度反転させた位相を求め、その１８０度反転させた位相で電流を発生（変動）させるように内部コイル電源１２３ｑの電流源１２３ｑ１を制御する。
【０１３７】
このように、実施の形態１１では、電源装置１００ｑの主制御部１４０が、磁場発生部１１におけるリアクトルＬ１ｋとして用いられていない部分に、リアクトルＬ１ｋとして用いられている部分の電流変動を打ち消す電流を供給されるように制御する。これにより、磁気回路全体としての磁束をほぼ一定値に維持でき、イオン加速装置１０の動作を安定させることができる。
【０１３８】
なお、磁気回路には、これまで述べたように内部、外部のコイルが設けられることが一般的であるが、内部の磁束分布を調整するために、第３のコイルが設けられることもある。例えば、図１６に示すように、磁場発生部１１ｒは、内部コイル１３及び外部コイル１４に加えて第３のコイル３１ｒを有する。第３のコイル３１ｒは、例えばアノード電極１２の近傍に配され、例えば、トリムコイルである。このとき、例えば、第３のコイル３１ｒに、リアクトルＬ１ｋとして用いられている部分の電流変動を打ち消す電流を供給する。
【０１３９】
例えば、電源装置１００ｒは、第３のコイル電源１２５ｒをさらに有する。第３のコイル電源１２５ｒは、電流源１２５ｒ１を有する。主制御部１４０は、リアクトルＬ１ｋに流れる電流を電流検出器（例えば、カレントトランスなど）でモニタし、リアクトルＬ１ｋに流れる電流の位相を求める。そして、主制御部１４０は、求められた位相に対して１８０度反転させた位相を求め、その１８０度反転させた位相で電流を発生（変動）させるように第３のコイル電源１２５ｒの電流源１２５ｒ１を制御する。これにより、磁気回路全体としての磁束をほぼ一定値に維持でき、イオン加速装置１０の動作を安定させることができる。
【０１４０】
また、さらに内部の磁束分布の制御をより積極的に行うので、推進効率を改善できる。
【０１４１】
実施の形態１２．
次に、実施の形態１２にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
【０１４２】
実施の形態１０では、イオン加速装置１０の磁気回路の材料を特に限定していないが、イオン加速装置１０のコイル電流Ｉｃをスイッチングの周波数で変動させる場合、イオン加速装置１０の磁気回路の全部または一部に、この交流電流の周波数でも十分な透磁率があるような高周波用の磁性材料を用いる必要がある。
【０１４３】
すなわち、通常の電磁石コイルでは、直流の電流を流すため、周波数特性は特に必要なく、たとえば電磁軟鉄のような磁性材料が用いられる。しかしながら電磁軟鉄は、スイッチングの周波数として想定される数ｋＨｚ以上の周波数では透磁率がほとんど１になってしまうので、インダクタンス値としても十分な値を得ることが困難になる。また、コイルにより形成させる磁束密度も数ｋＨｚの変動に追従させることが困難になる。
【０１４４】
そこで、実施の形態１２では、スイッチングの周波数で変動されたコイル電流Ｉｃを供給する磁場発生部１１における部分（又は全体）を含む磁気回路（すなわち、図１に示す内部コイル１３、外部コイル１４、ヨーク３２、及びポールピース１９により形成される磁束の通る回路）の少なくとも一部を、高周波用の磁性材料で形成する。
【０１４５】
そのような高周波用の磁性材料は、例えばフェライト、アモルファス、ダストなどの材料である。フェライトは、例えばソフトフェライトであり、例えば、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、又は銅亜鉛フェライトなどである。フェライトは、例えば、軟磁性体の粉末を成型・焼成して製造される。アモルファスは、例えばアモルファス合金であり、例えば軟磁性体を溶融させ急冷して製造される。ダストは、例えばセンダストであり、軟磁性体のバルクを粉末（ダスト）にして押し固めて製造される。
【０１４６】
このように、実施の形態１２では、スイッチングの周波数で変動されたコイル電流Ｉｃを供給する磁場発生部１１の部分を含む磁気回路における少なくとも一部を、高周波用の磁性材料で形成する。これにより、直流電流に交流電流が重畳されたコイル電流Ｉｃを磁場発生部１１の少なくとも一部に供給する場合に、その少なくとも一部に対する高周波特性を向上できる。
【０１４７】
実施の形態１３．
次に、実施の形態１３にかかる電源装置について説明する。以下では、実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
【０１４８】
実施の形態１０では、電源装置が１つのイオン加速装置を制御する場合について例示しているが、実施の形態１３では、電源装置が複数のイオン加速装置を制御する。
【０１４９】
すなわち、イオン加速装置（例えば、ホールスラスタ）を複数駆動する場合に、どのような電源構成が適切かについて考える。例えば、図１７に示すように、電源装置１００ｓが複数（例えば、３台）のイオン加速装置１０−１〜１０−３を制御する場合、電源装置１００ｓは、複数のイオン加速装置１０−１〜１０−３に対応する複数のチョッパ回路１６０ｋ−１〜１４０ｋ−３を有する。各チョッパ回路１６０ｋ−１〜１４０ｋ−３は、対応するイオン加速装置１０−１〜１０−３の外部コイル１４−１〜１４−３のひとつをリアクトルＬ１ｋ−１〜Ｌ１ｋ−３として共用している。
【０１５０】
電源装置１００ｓでは、例えば、複数のチョッパ回路１６０ｋ−１〜１４０ｋ−３に対して、フィルタ回路１５０ｋ及び直流電圧源Ｅ１が共通化されている。
【０１５１】
このとき、各チョッパ回路のスイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２、ＳＷ３−３のスイッチング周波数をｆｄとすると、その周期の１／３＝１／３／ｆｄだけスイッチングタイミングをずらして駆動する。すなわち、複数のチョッパ回路１６０ｋ−１、１４０ｋ−２、１４０ｋ−３における複数のスイッチＳＷ３−１、ＳＷ３−２、ＳＷ３−３へ供給する制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の位相を、互いに、その周期の１／３＝１／３／ｆｄだけずらす。
【０１５２】
これにより、複数のチョッパ回路１６０ｋ−１、１４０ｋ−２、１４０ｋ−３における複数のリアクトルＬ１ｋ−１、Ｌ１ｋ−２、Ｌ１ｋ−３に流れる電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の位相も、その周期の１／３ずつずれ、それらの足し合わせである全体の受電電流（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）は、図１７に示すように、電流リップルが例えば１／３に低減する。
【０１５３】
このように、実施の形態１３では、電源装置が、複数のイオン加速装置１０−１〜１０−３を並行して制御する。主制御部１４０は、複数のイオン加速装置１０−１〜１０−３について、アノード電極１２に印加される電圧が、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧波形をそれぞれ有し、交流電圧の位相が互いに異なるように、制御する。これにより、受電電流の電流リップルを低減できる。すなわち、スイッチング回路はパルスの電流を流すため、電源には何らかのフィルタ回路１５０ｋが必要であるが、このような電源の位相ずらしを行うことによって、電流リップルを低減し、つまり電流の高調波を抑制し、フィルタ回路１５０ｋの小型化を可能にすることができる。
【０１５４】
また、実施の形態１３では、複数台のイオン加速装置１０−１〜１０−３を並列に動かす場合に、それらの交流成分の位相を分散して駆動するので、電源側の負荷も平準化され、またイオン加速装置がホールスラスタである場合に推力を時間的に平準化することができる。
【０１５５】
なお、上記の実施の形態１〜１３において、イオン加速装置１０は、ＳＰＴ型（Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ）である場合を例示しているが、チャネル空間に供給された電子をホール効果によりガスに作用させてチャネル空間内でイオン加速を行うようなものであれば、他の型の装置であってもよい。
【０１５６】
ＳＰＴ型は、現在ホールスラスタの方式として主流であり、いくつものフライト実績もあるが、イオン加速装置１０（例えば、ホールスラスタ）にはこのほかに、ＴＡＬ（Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ａｎｏｄｅ  Ｌａｙｅｒ）型と呼ばれるものがあり、若干形状が異なり、スラスタ内部の放電生成領域の維持機構も若干異なる。例えば、図１８に示すイオン加速装置１０ｐでは、アノード電極１２（図１参照）に代えてホローアノード１２ｐが設けられている。ホローアノード１２ｐは、アノード電極１２ｐ１、内側リング１２ｐ２、及び外側リング１２ｐ３を有する。アノード電極１２ｐ１は、例えば、中空円盤状の導体板で形成されている。内側リング１２ｐ２は、アノード電極１２の内側端部からイオン加速装置１０ｐの軸方向に沿ってカソード部２０側に延びた略円筒形状を有している。外側リング１２ｐ３は、アノード電極１２の外側端部からイオン加速装置１０ｐの軸方向に沿ってカソード部２０側に延びた略円筒形状を有している。
【０１５７】
ＴＡＬ型のイオン加速装置（例えば、図１８参照）はＳＰＴ型のイオン加速装置（例えば、図１参照）に比べて原理的に性能が良いと言われているが、放電振動が非常に不安定なため実用化されていない。しかしながら、上記の実施の形態１〜１２に示すような方式を用いれば、振動の安定性が大幅に向上すると思われる。上記の実施の形態１〜６に示すような方式をＴＡＬ型のイオン加速装置に適用すれば、非常に大きなメリットがある。
【０１５８】
なお、イオン加速装置（例えば、ホールスラスタ）の振動安定性はスラスタの磁束密度に敏感に影響する。このため、磁束密度つまりコイル電流を制御することは、特に出力が変化するときや、スラスタの点火時など、駆動条件がトランジェントに変化する場合の安定制御を行ううえで重要である。コイルには直流電流か、あるいは本発明の方式であれば直流電流に交流成分が重畳されたものが流されるが、この場合コイルの磁性材料が偏磁して、電流を一旦ゼロにしても磁束密度がゼロに戻らず、立ち上げ時などの微妙な制御を行うときに問題となる。これを避けるために、コイル電流を正、負に切り替えることができるような電流源を用いることが考えられる。本発明では交流波形をコイルに流す機構があるため、これをうまく用いるか、あるいは直流電源の電流の向きを切り替える機構を設ける、あるいは正側の電源と負側の電源を設けることが考えられる。
【０１５９】
また、本発明は特に、ホールスラスタの振動現象を抑制して、最適な磁場の制御方法を行うためのものであり、ホールスラスタに適用することが有効である。したがって、全ての実施の形態において、イオン加速装置として、ホールスラスタという人工衛星の推進装置について述べている。しかしながら、本発明を、ホールスラスタと同様の装置をイオン源装置として用いる場合などに適用してもよい。また、本発明は、円環状のイオン源装置だけではなく、電圧によってイオンを加速し、磁場によって電子の動きを制限しようとするような一般的な電気推進装置やイオン加速装置、たとえばイオンスラスタなどにも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
以上のように、本発明にかかる電源装置は、ホールスラスタに有用である。
【符号の説明】
【０１６１】
１０  イオン加速装置
１１  磁場発生部
１２  アノード電極
１３  内部コイル
１４  外部コイル
１５  ガス供給部
１５ａ  供給管
１５ｂ  ガス流量調節器
１６  内側リング
１７  外側リング
１８  チャネル空間
１９  ポールピース
２０  カソード部
２１  ホローカソード
２２  供給管
２３  ガス流量調節器
３２  ヨーク
１００  電源装置
１００ｉ  電源装置
１００ｊ  電源装置
１１０  主電源
１２０  電源処理部
１２２  アノード電源
１２３  内部コイル電源
１２４  外部コイル電源
１２６  ヒータ電源
１２７  キーパ電源
１２８ｉ  電流制限素子
１２８ｉ１  電流制限素子
１３０  ガス制御部
１３１  ガス流量制御装置
１３２  ガス流量制御装置
１４０  主制御部
１４０ｉ  主制御部
ＶＳ１  第１の電圧源
ＶＳ２  第２の電圧源
【図１】
0006045179.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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