(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に基づきパルス信号をスペクトラム拡散した拡散信号を出力する拡散回路と、
前記拡散回路によって出力された拡散信号に従いホールスラスタに出力電圧を出力する電圧出力回路と
を備えるホールスラスタ電源装置。
【請求項２】
前記拡散回路は、前記ホールスラスタの磁場を制御する磁場信号に応じた拡散信号を出力する
請求項１に記載のホールスラスタ電源装置。
【請求項３】
前記拡散回路は、前記磁場信号によって制御される前記磁場が強いほど、前記出力電圧を高くする前記拡散信号を出力する
請求項２に記載のホールスラスタ電源装置。
【請求項４】
前記拡散回路は、基本スイッチング周波数の±１０％から±５０％までの範囲で変調させた拡散信号を出力する
請求項１から３までのいずれか１項に記載のホールスラスタ電源装置。
【請求項５】
前記拡散回路は、複数のスイッチング周波数を基準時間毎に順に切り替えた拡散信号を出力する
請求項１から４までのいずれか１項に記載のホールスラスタ電源装置。
【請求項６】
前記拡散回路は、複数のデューティ比を基準時間毎に順に切り替えた拡散信号を出力する
請求項１から４までのいずれか１項に記載のホールスラスタ電源装置。
【請求項７】
制御信号に従いオンオフ信号をスペクトラム拡散した拡散信号を出力し、
前記拡散信号に従いホールスラスタに出力電圧を出力するホールスラスタ電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホールスラスタを駆動する電源装置及び電源装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホールスラスタを駆動する電源装置は、ホールスラスタを安定して動作させ、ホールスラスタを長寿命化させるために、ホールスラスタの陽極と陰極との間に、周波数がある定数に固定されたパルス電圧を印加し、ホールスラスタを駆動する。パルス電圧のパルス幅は、５μｓｅｃ〜１５μｓｅｃである。
そのため、ホールスラスタを駆動する電源装置では、パルス電圧の繰り返し周波数により、低周波磁界ノイズ又は低周波伝導ノイズが発生する。特にホールスラスタが大電力化されると、大きな低周波磁界ノイズ又は低周波伝導ノイズが発生する。低周波磁界ノイズの標準的な規格は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−４６１  ＲＥ０１である。また、低周波伝導ノイズの標準的な規格は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−４６１  ＣＥ０１である。【０００３】
特許文献１には、パルス電圧によりホールスラスタを駆動させることについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５１３２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ホールスラスタが利用される人工衛星では、機器を限られたスペースに高密度に配置する必要がある。そのため、低周波磁界ノイズ又は低周波伝導ノイズに干渉されやすい機器を、ホールスラスタから物理的な距離を離して配置する、又は、電波遮蔽可能な材料により遮蔽するといった対策がとられる。しかし、この対策をとると、衛星の質量が大きく増加することになる。
この発明は、ホールスラスタを駆動する電源装置から発生する低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズの時間平均ピーク値を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るホールスラスタ電源装置は、
制御信号に基づきパルス信号をスペクトラム拡散した拡散信号を出力する拡散回路と、
前記拡散回路によって出力された拡散信号に従い前記ホールスラスタに出力電圧を出力する電圧出力回路と
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、制御信号に従いパルス信号をスペクトラム拡散した拡散信号に基づきホールスラスタに出力電圧を出力する。これにより、低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズの時間平均ピーク値を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るホールスラスタ電源装置１０の構成図。
【図２】実施の形態１に係るアノード電源２０の動作を示すフローチャート。
【図３】実施の形態１に係るパルス幅制御処理のフローチャート。
【図４】実施の形態２に係るホールスラスタ電源装置１０の構成図。
【図５】実施の形態３に係る制御の効果を示す図。
【図６】実施の形態４に係る制御の効果を示す図。
【図７】実施の形態５に係る制御の効果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係るホールスラスタ電源装置１０の構成を説明する。
ホールスラスタ電源装置１０は、人工衛星等に搭載されるホールスラスタ４０を駆動させるための電源装置である。
ホールスラスタ４０は、電界を印加するための陽極４１と、電子を受けるための陰極４２と、磁界を発生させるための磁気回路４３とを備える。ホールスラスタ４０は、プラズマ源となる推進剤であるキセノンガス等の供給を受けた状態において、ホールスラスタ電源装置１０から少なくとも電界Ｅと磁界Ｂを発生させることができる電力の供給を受けて、ローレンツ力（電界Ｅ×磁界Ｂ）を原理とした電磁加速機構により推進力を発生する。
【００１０】
ホールスラスタ電源装置１０は、アノード電源２０と、磁場電源３０とを備える。アノード電源２０は、電界Ｅを制御する装置であり、ホールスラスタ４０の陽極４１と陰極４２との間にプラズマを加速するための電力を供給する装置である。磁場電源３０は、磁界Ｂを制御する装置であり、ホールスラスタ４０の磁気回路４３に電力を供給する装置である。
アノード電源２０は、ホールスラスタ４０の陽極４１と陰極４２との間に電圧を出力する電圧出力回路２１と、電圧出力回路２１によって出力される電圧を制御するパルス幅制御回路２２とを備える。電圧出力回路２１は、入力フィルタ２１１と、メインスイッチ２１２と、カレントトランス２１３と、メイントランス２１４と、ダイオード整流２１５と、出力フィルタ２１６と、ドライバ２１７とを備える。パルス幅制御回路２２は、比較回路２２１と、パルス発生回路２２２と、拡散回路２２３とを備える。
【００１１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２から図３を参照して、実施の形態１に係るホールスラスタ電源装置１０の動作を説明する。
実施の形態１に係るホールスラスタ電源装置１０の動作は、実施の形態１に係るホールスラスタ電源装置の制御方法に相当する。
【００１２】
ホールスラスタ電源装置１０は、まず、磁場電源３０からホールスラスタ４０の磁気回路４３に電力を供給する。次に、ホールスラスタ電源装置１０は、推進剤がホールスラスタ４０に充満された状態で、オンオフ信号５３に従いアノード電源２０がオンされ、アノード電源２０からホールスラスタ４０の陽極４１と陰極４２との間に、１０μｓｅｃ程度のパルス電圧である出力電圧５２を印加する。すると、キセノンガスがプラズマ化されて、電磁加速される。これにより、ホールスラスタ４０が駆動し、推進力が発生される。
【００１３】
図２を参照して、実施の形態１に係るアノード電源２０の動作を説明する。
（ステップＳ１：パルス幅制御処理）
パルス幅制御回路２２は、制御信号５４に基づきパルス信号であるパルス幅制御信号５７をスペクトラム拡散することにより、拡散波形が成形された拡散信号５８を電圧出力回路２１のドライバ２１７に出力する。
【００１４】
（ステップＳ２：電圧出力処理）
電圧出力回路２１では、ステップＳ１で出力された拡散信号５８に基づき、ドライバ２
１７によりメインスイッチ２１２がオンオフ制御される。メインスイッチ２１２のオンオフ制御に従い、入力フィルタ２１１によって受け付けられた入力電圧５１がカレントトランス２１３を介してメイントランス２１４に出力される。メイントランス２１４で基準電圧まで昇圧された交流電圧が、ダイオード整流２１５で整流され、出力フィルタ２１６で平滑にされて、出力電圧５２としてホールスラスタ４０の陽極４１と陰極４２との間に印加される。
【００１５】
図３を参照して、実施の形態１に係るパルス幅制御処理を説明する。
（ステップＳ１１：比較処理）
比較回路２２１は、ホールスラスタ４０に出力された出力電圧５２の検出信号５５を出力フィルタ２６から取得する。比較回路２２１は、外部から制御信号５４の入力を受け付ける。そして、比較回路２２１は、検出信号５５の信号レベルと制御信号５４の信号レベルとを比較し、比較した結果を示す比較信号５６を出力する。
例えば、比較回路２２１は、検出信号５５が１８０Ｖ（ボルト）を示し、制御信号５４が２００Ｖを示す場合、２０Ｖ高い出力電圧５２を出力することを示す比較信号５６を出力する。
【００１６】
（ステップＳ１２：パルス発生処理）
パルス発生回路２２２は、オンオフ信号５３がオンすることを示す場合に、ステップＳ１１で出力された比較信号５６が示す信号のレベル値に比例したパルス幅制御信号５７を出力する。この際、パルス発生回路２２２は、カレントトランス２１３によって測定されたメイントランス２１４を流れる電流値に基づき、過電流保護を考慮したパルス幅制御信号５７を出力する。
【００１７】
（ステップＳ１３：拡散処理）
拡散回路２２３は、ステップＳ１２で出力されたパルス幅制御信号５７をスペクトラム拡散した拡散信号５８を電圧出力回路２１のドライバ２１７に出力する。
【００１８】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係るホールスラスタ電源装置１０では、パルス幅制御信号５７をスペクトラム拡散した拡散信号５８により、メインスイッチ２１２をオンオフ制御する。これにより、適切に制御された出力電圧５２をホールスラスタ４０に供給することができる。
その結果、低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズの時間平均ピーク値を、衛星の質量を大きく増加させることなく抑えることが可能になる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２は、磁場電源３０から出力される電圧値に応じて、アノード電源２０から出力される出力電圧５２を制御する点が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、この異なる点を説明する。
【００２０】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図４を参照して、実施の形態２に係るホールスラスタ電源装置１０の構成を説明する。
ホールスラスタ電源装置１０が備える機能構成は、図１に示すホールスラスタ電源装置１０と同じである。但し、磁場電源３０は、ホールスラスタ４０の磁場を制御する磁場信号５９に従い出力する電圧値を制御する。また、磁場信号５９は、拡散回路２２３にも入力される。
【００２１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図３のステップＳ１３において、拡散回路２２３は、ホールスラスタ４０の磁場を制御
する磁場信号５９に応じて、パルス幅制御信号５７をスペクトラム拡散させた拡散信号５８を出力する。具体的には、拡散回路２２３は、磁場信号５９によって制御される磁場が強いほど、出力電圧５２を高くする拡散信号５８を出力する。つまり、拡散回路２２３は、磁場信号５９によって制御される磁場の値に、出力電圧５２の値が正比例するような拡散信号５８を出力する。
【００２２】
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態２に係るホールスラスタ電源装置１０では、ホールスラスタ４０の磁場を制御する磁場信号５９に応じた拡散信号５８を出力する。これにより、ホールスラスタ４０を安定動作させることが可能になる。
すなわち、ホールスラスタ４０は、磁場の値が変わると最大の推進剤利用効率、又は、最大の推力を出力できる出力電圧５２のピーク動作点及び安定する動作点が変わる。実施の形態２に係るホールスラスタ電源装置１０では、磁場信号５９によって制御される磁場の値に、出力電圧５２の値が正比例するように制御されるため、不安定な領域でのホールスラスタ４０の動作が排除され、ホールスラスタ４０を安定動作させることが可能になる。
【００２３】
実施の形態３．
実施の形態３では、拡散回路２２３の動作の具体例１について説明する。
【００２４】
拡散回路２２３は、メインスイッチ２１２をスイッチングする基本スイッチング周波数の±１０％から±５０％までの範囲で、ある規則に従い変調を行った拡散信号５８を出力する。
【００２５】
このように制御することにより、アノード電源２０の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合と比較して、１２ｄＢμＶ以上減衰させることができる。
具体例としては、図５に示すように、拡散回路２２３は、基本スイッチング周波数４０ｋＨｚにおいて、スイッチング時間１０ｍｓ（ミリ秒）の間に、スイッチング周波数を最低３２ｋＨｚ（基本スイッチング周波数の−２０％）→最高４８ｋＨｚ（基本スイッチング周波数の＋２０％）→最低３２ｋＨｚ（基本スイッチング周波数の−２０％）という規則に従い緩やかに変動させる。この具体例では、分解能帯域幅（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＢａｎｄＷｉｄｔｈ，ＲＢＷ）１００Ｈｚの場合、アノード電源２０の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合と比較して、低周波で２５ｄＢμＶ程度、高周波で２０ｄＢμＶ程度低減された。
【００２６】
実施の形態４．
実施の形態４では、拡散回路２２３の動作の具体例２について説明する。
【００２７】
拡散回路２２３は、複数のスイッチング周波数を基準時間毎に順に切り替えて変調した拡散信号５８を出力する。すなわち、拡散回路２２３は、出力電圧５２のピーク電圧値を定めるパルス幅であるデューティ比を固定して複数の周波数を出力し、スペクトラム拡散を行う。
【００２８】
このように動作させることにより、アノード電源２０の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズを６ｄＢμＶ程度減衰させることができる。
具体例としては、図６に示すように、拡散回路２２３は、５ｍｓ毎にスイッチング周波数を４０ｋＨｚと８０ｋＨｚとで交互に切り替えて変動させる。この具体例では、分解能帯域幅（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＢａｎｄＷｉｄｔｈ，ＲＢＷ）１００Ｈｚの場合、アノード電源２０の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合
と比較して、低周波で５ｄＢμＶ程度、高周波で６ｄＢμＶ程度低減された。
【００２９】
実施の形態５．
実施の形態５では、拡散回路２２３の動作の具体例３について説明する。
【００３０】
拡散回路２２３は、複数のデューティ比を基準時間毎に順に切り替えて変調した拡散信号５８を出力する。すなわち、拡散回路２２３は、出力電圧５２のピーク電圧値を定めるパルス幅であるデューティ比を少なくとも２つ以上の定めておき、繰り返し変動させて、スペクトラム拡散を行う。
【００３１】
このように動作させることにより、１秒間で現れるパルス電圧の出力は、平均化されるため、ホールスラスタ４０の推力性能は平均化される。そして、アノード電源２０の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズを２５ｄＢμＶ程度減衰させることができる。
具体例としては、図７に示すように、拡散回路２２３は、スイッチング時間１０ｍｓの間に、スイッチング周波数を最低３２ｋＨｚ（基本スイッチング周波数の−２０％）→最高４８ｋＨｚ（基本スイッチング周波数の＋２０％）→最低３２ｋＨｚ（基本スイッチング周波数の−２０％）という規則に従い緩やかに変動させる場合に、デューディ比を５０％から２５％に変化させる。この具体例では、分解能帯域幅（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＢａｎｄＷｉｄｔｈ，ＲＢＷ）１００Ｈｚの場合、アノード電源２０の低周波磁気ノイズ又は低周波伝導ノイズは、スペクトラム拡散なしの場合と比較して、低周波で２５ｄＢμＶ程度、高周波で２０〜２５ｄＢμＶ程度低減された。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ホールスラスタ電源装置、２０  アノード電源、２１  電圧出力回路、２１１  入力フィルタ、２１２  メインスイッチ、２１３  カレントトランス、２１４  メイントランス、２１５  ダイオード整流、２１６  出力フィルタ、２１７  ドライバ、２２  パルス幅制御回路、２２１  比較回路、２２２  パルス発生回路、２２３  拡散回路、３０  磁場電源、４０  ホールスラスタ、４１  陽極、４２  陰極、４３  磁気回路、５１  入力電圧、５２  出力電圧、５３  オンオフ信号、５４  制御信号、５５  検出信号、５６  比較信号、５７  パルス幅制御信号、５８  拡散信号、５９  磁場信号。
【図１】
0006490315.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006490315.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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