(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともコンデンサとコイルを有し直流電源からノイズを除去するフィルタ回路と、該フィルタ回路の出力を高周波の交流に変換する高周波変換回路と、該高周波の交流を昇圧して放電アーク用電圧を発生する主トランスと、主トランスの出力を直流に整流する整流回路と、該整流回路の出力をアークジェットスラスタに印加する陽極ラインおよび陰極ラインと、前記フィルタ回路の出力のプラス側をスイッチング回路を介してアースするアースラインと、アースラインに設けた１次巻線と前記陰極ラインに設けた２次巻線とで形成した高電圧トランスとからなり、スイッチング回路のオン・オフにより陰極ラインの２次巻線にアークジェットスラスタのアークを始動させる高電圧を発生するようにし、かつ、陽極ラインはアースされており、上記陰極ラインの２次巻線および陰極ラインの２次巻線とアークジェットスラスタとの間の配線はアークジェットスラスタのアークを始動させる高電圧に耐える絶縁性を有する被覆が施されており、陽極ライン、主トランスの２次側および整流回路は通常の放電アーク用の低電圧に耐える絶縁性を有する被覆が施されていることを特徴とするアークジェットスラスタの制御起動回路。
【請求項２】
前記フィルタ回路はインプットフィルタであり、前記高周波変換回路は、前記フィルタ回路と主トランスとの間に設けられたスイッチングトランジスタで断続を繰返して直流を高周波の交流に変換するものであり、前記スイッチング回路はアークジェットスラスタの始動時にアースラインを接続／切断するスイッチングトランジスタであり、前記整流回路は２つのダイオードと前記２次巻線が兼ねる出力インダクタとで構成される請求項１記載のアークジェットスラスタの制御始動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星等の軌道制御用に用いられる推力発生装置に係り、さらに詳しくは、放電アークにより推進ガスを昇温してノズルより噴射するアークジェットスラスタの制御始動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アークジェットスラスタは、例えば図２に示すように、衛星構体１（人工衛星等の構造体）にブラケット２を介して固定されたアークジェットスラスタの本体３（スラスタ構体）、本体の一端に設けられたノズル４、本体の内側に軸方向に延びた陰極ロッド５および本体に一端が溶接され衛星の推薬供給設備（図示せず）から推進ガスＧ（推薬）を供給するガス供給管６等から構成されており、陰極ロッド５とノズル４の間にアーク放電Ａを形成し、このアーク放電Ａにより推進ガスＧを昇温してエンタルピを高め、ノズル４から推進ガスＧを噴射して推力を発生する推力発生装置である。なお、図２で７は絶縁材、８はコネクタ、９は電力ケーブルである。
【０００３】
本願出願人はかかるアークジェットスラスタの制御始動回路について特許出願を行った（特願平５−２２５３１５）。図３は上記出願に開示された制御始動回路の回路図である。この図において、制御始動回路１０は、直流電源１１からノイズを除去するフィルタ回路１２と、フィルタ回路１２の出力を高周波に変換する高周波変換回路１４と、高周波から放電アーク用電圧を発生する主トランス１６と、主トランス１６の出力を整流する整流回路１８と、整流回路１８の出力をアークジェットスラスタ３４に印加する陽極ライン２２および陰極ライン２４と、フィルタ回路１２の出力のプラス側をスイッチング回路１９を介してアース（接地）するアースライン２６と、アースライン２６に１次巻線２０ａを有し陽極ライン２２に２次巻線２０ｂを有する高電圧トランス２０とを備えている。高電圧トランス２０は、スイッチング回路１９の短時間オン・オフにより２次巻線側に高電圧を発生させるように１次巻線２０ａと２次巻線２０ｂの巻線比および極性が定められている。なお、２次巻線２０ｂの下流側の陽極ライン２２ａはアースしている。
【０００４】
この図において、フィルタ回路１２は、コンデンサ１２ａとコイル１２ｂを有し、さらにフィルタトランス１２ｃを有するインプットフィルタである。また高周波変換回路１４はフィルタ回路１２と主トランス１６の間を例えば４０ＫＨｚの周期で継続してオン・オフするスイッチングトランジスタであり、さらにスイッチング回路１９はアースライン２６を短時間接続した後切断するスイッチングトランジスタであり、高電圧トランス２０の２次巻線２０ｂは通常のアーク放電時の出力インダクタを兼用する。
【０００５】
かかる構成により、アークジェットスラスタ２４を始動するには陽極ライン２２と陰極ライン２４との間に短時間の間、例えば２ｋＶ程度の高電圧をかけアークジェットスラスタ２４内で初期アークを発生させる必要がある。そのためスイッチング回路１９をオンにするとフィルタ回路１２のプラス側からスイッチング回路１９を通り高電圧トランス２０の１次巻線２０ａを通ってアースに至る電流が流れる。数百マイクロ秒程度の短時間通電した後、スイッチング回路１９をオフにすると１次巻線２０ａには電流を維持しようとして高電圧が発生する。この高電圧は高電圧トランス２０により増幅され、アークジェットスラスタ３４には初期アークの発生に必要な数ｋＶ（実際には２ｋＶ程度）の電圧が２０マイクロ秒程度の間印加される。
【０００６】
この高電圧によりアークが一旦発生するとアークを継続するためにアークジェットスラスタ３４に印加される直流の電圧は通常の１００Ｖ程度でよいので、主トランス１６から送られる高周波の交流電流は２つのダイオード１８ａ、１８ｂおよび出力インダクタを兼ねる２次巻線２０ｂから構成される整流回路１８により整流されて電圧が約１００Ｖの直流となり、アークジェットスラスタ３４内を流れてアークを持続する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、このアークジェットスラスタの制御始動回路は、出力インダクタを兼ねる２次巻線２０ｂを有する高電圧トランス２０により、アークジェットスラスタ３４の点火に必要な高電圧が容易に得られ、簡単な回路で安定したアークを発生させることができるという特徴を有している。しかし、高電圧トランス２０が接地された陽極ライン２２に設けられているので、図３にハッチングを施して示した部分にすべてマイナス数ｋＶの高電圧がかかり、そのため絶縁の被覆を厳重に行う必要があり、特に宇宙機器では重量が重くなるという問題がある。すなわち、アークジェットスラスタ３４のマイナス側にはマイナス数ｋＶの電圧がかかっており、この高電圧は、図３において、出力インダクタを兼ねる２次巻線２０ｂの上流側２０ｃと下流側２０ｄの間に発生するものであり、２次巻線２０ｂの下流側２０ｄとアークジェットスラスタ３４との間の陽極ライン２２ａは接地されているので０ボルトに保たれる。一方、２次巻線２０ｂの上流側２０ｃより上流の陽極ライン２２、陰極ライン２４、主トランス１６の２次側およびダイオード１８ａ、１８ｂを含む整流回路１８はすべて数ｋＶの高電圧に耐える絶縁性を有していることが必要である。
【０００８】
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、高圧トランス２０を接地されていない陰極ライン２４に移すことにより、２次巻線２０ｂの下流側２０ｄからアークジェットスラスタ３４の間のみを高電圧に耐える絶縁性を持たせればよく、陽極ライン２２、主トランスの２次側および整流回路１８はすべて通常の１００Ｖ程度の電圧に耐える絶縁性を持てばよく、したがって、絶縁被覆の重量を軽減することができるアークジェットスラスタの制御始動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のアークジェットスラスタの制御始動回路は、少なくともコンデンサとコイルを有し直流電源からノイズを除去するフィルタ回路と、該フィルタ回路の出力を高周波の交流に変換する高周波変換回路と、該高周波の交流を昇圧して放電アーク用電圧を発生する主トランスと、主トランスの出力を直流に整流する整流回路と、該整流回路の出力をアークジェットスラスタに印加する陽極ラインおよび陰極ラインと、前記フィルタ回路の出力のプラス側をスイッチング回路を介してアースするアースラインと、アースラインに設けた１次巻線と前記陰極ラインに設けた２次巻線とで形成した高電圧トランスとからなり、スイッチング回路のオン・オフにより陰極ラインの２次巻線にアークジェットスラスタのアークを始動させる高電圧を発生するようにし、かつ、陽極ラインはアースされている。
【００１０】
前記フィルタ回路はインプットフィルタであり、前記高周波変換回路は前記フィルタ回路と主トランスとの間に設けられたスイッチングトランジスタで断続を繰返して直流を高周波の交流に変換するものであり、前記スイッチング回路はアースラインを接続／切断するスイッチングトランジスタであり、前記整流回路は２つのダイオードと前記２次巻線が兼ねる出力インダクタとで構成さえているのが好ましい。
【００１１】
次に本発明の作用を説明する。
本発明は図３を用いて説明した従来技術の改良に係るものであり、改良したのは、陽極ラインに設けてある高電圧トランスを陰極ラインのアークジェットスラスタとの接続部付近に移動し、高電圧のかかる部分を高電圧トランスからアークジェットスラスタまでの部分に限定し、主トランス、整流回路および陽極ラインには高電圧がかからないようにしたものである。したがって、これらの部分の絶縁性は通常の１００Ｖ程度の電圧に耐えられるものでよいので、宇宙機器など重量が大きな問題となるものに対し絶縁被覆などの重量を軽減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明のアークジェットスラスタの制御始動回路の回路図である。なお、本発明は図３を用いて説明した従来のアークジェットスラスタの制御始動回路の改良に係るものなので、図１において、図３と共通の部分については同一の符号を付しており、重複した説明は省略し、主に改良した部分について説明する。
【００１３】
図１において、３０はアークジェットスラスタの制御始動回路である。この回路において、図３に示す回路１０と異なるのは図３において陽極ライン２２に設けてある高電圧トランス２０を、図１では、陰極ライン２４に移動し、それにともなって、フィルタ回路１２のプラス側をスイッチング回路１９を介してアースするアースライン２６を陰極ライン２４側に移動している。陽極ライン２２はアースされているので電位は０に保たれていて、アークジェットスラスタの始動時にマイナス数ｋＶの高電圧がかかるのは図１でハッチングを施した部分、すなわち、２次巻線２０ｂ以降アークジェットスラスタ３４までの陰極ライン２４ａに限られる。したがって、図３において、ハッチングを施した部分、すなわち、主トランス１６、ダイオード１８ａ、１８ｂを含む整流回路１８、陽極ライン２２の高電圧トランス２０の上流側および陰極ライン２４の一部には数ｋＶの高電圧はかからないので、これらの部分の絶縁性は通常のアークジェットスラスタの負荷電圧である１００Ｖ程度の電圧に耐える絶縁性を持てばよい。回路の高電圧部分が少なくなったことで高電圧対策、すなわち、厚い被覆を施すことを要する部分が少なくなり、回路の小型、軽量化が可能になる。宇宙機器においては重量軽減は重要であり、本発明の効果は大きい。
【００１４】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のアークジェットスラスタの制御始動回路は従来のア−クジェットスラスタの制御始動回路の陽極ラインに設けてある高電圧トランスを陰極ラインに移動したので、高電圧のかかる部分が大幅に少なくなり、したがって、回路の小型、軽量化が可能になるなどの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアークジェットスラスタの制御始動回路の回路図である。
【図２】アークジェットスラスタの断面図である。
【図３】従来のアークジェットスラスタの制御開始回路の回路図である。
【符号の説明】
１２    フィルタ回路
１４    高周波変換回路
１６    主トランス
１８    整流回路
１９    スイッチング回路
２０    高電圧トランス
２０ａ  １次巻線
２０ｂ  ２次巻線兼出力インダクタ
２２    陽極ライン
２４    陰極ライン
２６    アースライン
３０    制御始動回路
３４    アークジェットスラスタ
【図１】
0004158844.tif 000002
【図２】
0004158844.tif 000003
【図３】
0004158844.tif 000004