JP6448460B2

JP6448460B2 - Electric propulsion device

Info

Publication number: JP6448460B2
Application number: JP2015099894A
Authority: JP
Inventors: 敏之尾崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: JP2016217171A

Description

本発明は、電気推進装置の寿命を延ばす技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for extending the life of an electric propulsion device.

電気推進装置は、複数枚の多孔グリッドでプラズマ生成室からイオンを引き出すことによって推力を発生する。
通常、グリッドの数は３枚であり、３枚のグリッドは上流から順にスクリーングリッド、加速グリッド、減速グリッドと呼ばれる。スクリーングリッドには＋１キロボルト程度の正の高電圧が印加され、加速グリッドには−５００ボルト程度の負の高電圧が印加される。減速グリッドはグランド電位を有する。また、プラズマ生成室はスクリーングリッドと同電位で維持される。
このようにスクリーングリッドと加速グリッドとに電圧が印加されることによって正の電界が形成される。そして、プラズマ生成室で生成されたプラズマから正イオンが抽出され、抽出された正イオンが加速される。加速された正イオンは高エネルギーのイオンであり、加速された正イオンによって推力が得られる。 The electric propulsion device generates thrust by extracting ions from the plasma generation chamber with a plurality of porous grids.
Usually, the number of grids is three, and the three grids are called a screen grid, an acceleration grid, and a deceleration grid in order from the upstream. A positive high voltage of about +1 kilovolt is applied to the screen grid, and a negative high voltage of about -500 volts is applied to the acceleration grid. The deceleration grid has a ground potential. The plasma generation chamber is maintained at the same potential as the screen grid.
Thus, a positive electric field is formed by applying a voltage to the screen grid and the acceleration grid. Then, positive ions are extracted from the plasma generated in the plasma generation chamber, and the extracted positive ions are accelerated. The accelerated positive ions are high-energy ions, and thrust is obtained by the accelerated positive ions.

プラズマにならずにプラズマ生成室から漏れ出した中性粒子がスクリーングリッドの下流の領域で高エネルギーのイオンと衝突すると、電荷交換イオンが生成される。
電荷交換イオンは低ポテンシャル領域で生成されるため、電荷交換イオンは加速グリッドに衝突し、加速グリッドは摩耗し、スパッタリングが引き起こされる。減速グリッドは加速グリッドを電荷交換イオンから保護することを目的として設けられている。
スパッタリングによって加速グリッドからはじき飛ばされた原子は減速グリッドに堆積し、原子が堆積することによって導電性の金属片が発生する。この金属片が異なる電位で印加されたグリッド間に付着すると、グリッド間の絶縁が維持されず、高電圧の印加ができなくなる。このような現象は、加速グリッドと減速グリッドとのグリッド間で特に起こり易い。 When neutral particles that have leaked from the plasma generation chamber without becoming plasma collide with high-energy ions in the region downstream of the screen grid, charge exchange ions are generated.
Since the charge exchange ions are generated in the low potential region, the charge exchange ions collide with the acceleration grid, the acceleration grid is worn, and sputtering is caused. The deceleration grid is provided for the purpose of protecting the acceleration grid from charge exchange ions.
The atoms repelled from the acceleration grid by sputtering are deposited on the deceleration grid, and conductive atoms are generated by the deposition of the atoms. If this metal piece adheres between grids applied at different potentials, insulation between the grids is not maintained, and high voltage cannot be applied. Such a phenomenon is particularly likely to occur between the acceleration grid and the deceleration grid.

特許文献１は、金属片が付着したグリッド間の絶縁を回復させるために、電力供給手段を用いて発生させたジュール熱によって金属片を溶断する、という技術を開示している。
この技術は、電気推進装置の寿命の初期から中期のように、金属片による架橋の数が限定的な期間において機能するものと考えられる。
しかし、電気推進装置の寿命の後期から末期には、金属片による架橋が多数発生し、また、複数の架橋が密着するため、全ての金属片を溶断することは困難である。全ての金属片を溶断することができない場合、電気推進装置の推進機能が喪失し、電気推進装置の寿命が尽きてしまう。 Patent Document 1 discloses a technique of fusing a metal piece by Joule heat generated using a power supply means in order to restore insulation between grids to which the metal piece has adhered.
This technique is considered to function in a period in which the number of crosslinks by metal pieces is limited, such as from the beginning to the middle of the life of the electric propulsion device.
However, many cross-sections by metal pieces are generated from the late stage to the end of the life of the electric propulsion apparatus, and a plurality of cross-links are in close contact with each other, so that it is difficult to melt all the metal pieces. If all the metal pieces cannot be fused, the propulsion function of the electric propulsion device is lost, and the life of the electric propulsion device is exhausted.

特開平２−２３０９７１号公報JP-A-2-230971

本発明は、加速グリッドと減速グリッドとが短絡した場合に電気推進装置の推進機能を維持させることによって電気推進装置の寿命を延ばすことを目的とする。 An object of the present invention is to extend the life of an electric propulsion device by maintaining the propulsion function of the electric propulsion device when the acceleration grid and the deceleration grid are short-circuited.

本発明の電気推進装置は、
イオンが発生するイオン源と、
前記イオン源で発生したイオンが通過するスクリーングリッドと、
前記スクリーングリッドを通過したイオンが通過する加速グリッドと、
前記加速グリッドを通過したイオンが通過する減速グリッドと、
前記スクリーングリッドと前記加速グリッドと前記減速グリッドとが短絡していない場合、前記スクリーングリッドに正電圧を印加し、前記加速グリッドに負電圧を印加し、前記減速グリッドに基準電圧を印加するグリッド制御回路とを備える。
前記グリッド制御回路は、前記加速グリッドと前記減速グリッドとが短絡した場合、前記スクリーングリッドに正電圧を印加し、前記加速グリッドと前記減速グリッドとの両方に負電圧または基準電圧を印加する。 The electric propulsion device of the present invention is
An ion source from which ions are generated;
A screen grid through which ions generated in the ion source pass;
An acceleration grid through which ions that have passed through the screen grid pass;
A deceleration grid through which ions that have passed through the acceleration grid pass;
Grid control that applies a positive voltage to the screen grid, a negative voltage to the acceleration grid, and a reference voltage to the deceleration grid when the screen grid, the acceleration grid, and the deceleration grid are not short-circuited Circuit.
The grid control circuit applies a positive voltage to the screen grid and applies a negative voltage or a reference voltage to both the acceleration grid and the deceleration grid when the acceleration grid and the deceleration grid are short-circuited.

本発明によれば、加速グリッドと減速グリッドとが短絡した場合に加速グリッドと減速グリッドとの両方に負電圧または基準電圧が印加されるため、スクリーングリッドと加速グリッドとのグリッド間に正の電界が発生する。
これにより、電気推進装置の推進機能が維持されるため、電気推進装置の寿命を延ばすことができる。 According to the present invention, when the acceleration grid and the deceleration grid are short-circuited, since a negative voltage or a reference voltage is applied to both the acceleration grid and the deceleration grid, a positive electric field is generated between the screen grid and the acceleration grid. Will occur.
Thereby, since the propulsion function of the electric propulsion device is maintained, the life of the electric propulsion device can be extended.

実施の形態１における電気推進装置１００の構成図。1 is a configuration diagram of an electric propulsion device 100 according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１におけるスイッチ回路１２１の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a switch circuit 121 in the first embodiment. 実施の形態１において加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合のスイッチ回路１２１を示す図。The figure which shows the switch circuit 121 when the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１においてスクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合のスイッチ回路１２１を示す図。FIG. 3 shows a switch circuit 121 when the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited in the first embodiment. 実施の形態１におけるスイッチ回路１２１の構成の別例を示す図。FIG. 5 shows another example of the structure of the switch circuit 121 in Embodiment 1. 実施の形態１において加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合のスイッチ回路１２１の別例を示す図。The figure which shows another example of the switch circuit 121 when the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１においてスクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合のスイッチ回路１２１の別例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the switch circuit 121 when the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited in the first embodiment.

実施の形態１．
３つのグリッドを備える電気推進装置１００において２つのグリッドが短絡してしまった場合に電気推進装置１００の推進機能を維持することによって電気推進装置１００の寿命を延ばす形態について、図１から図７に基づいて説明する。 Embodiment 1 FIG.
In the electric propulsion apparatus 100 having three grids, FIGS. 1 to 7 show an embodiment that extends the life of the electric propulsion apparatus 100 by maintaining the propulsion function of the electric propulsion apparatus 100 when two grids are short-circuited. This will be explained based on.

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、電気推進装置１００の構成について説明する。
電気推進装置１００は、加速させたイオン１０１をイオンビーム１０３として噴射することによって推進力を得る装置である。電気推進装置１００は、イオンスラスタまたはイオンエンジンとも呼ばれる。イオン１０１は正の電荷を帯びた正イオンである。正イオンは陽イオンともいう。 *** Explanation of configuration ***
Based on FIG. 1, the structure of the electric propulsion apparatus 100 is demonstrated.
The electric propulsion apparatus 100 is an apparatus that obtains a propulsive force by ejecting accelerated ions 101 as an ion beam 103. The electric propulsion device 100 is also called an ion thruster or an ion engine. The ion 101 is a positive ion having a positive charge. Positive ions are also called cations.

電気推進装置１００は、プラズマを生成するプラズマ生成器１４０と、プラズマ生成器１４０の電源であるプラズマ生成電源１６１とを備える。
プラズマ生成器１４０は、電子１４２を発生させる主陰極１４１と、推進剤である中性粒子１４４が封入されるプラズマ生成室１４３とを備える。
プラズマ生成室１４３では、電子１４２が中性粒子１４４に衝突することによって、イオン１０１を含んだプラズマが生成される。
プラズマ生成室１４３の内部は、イオン１０１が発生するイオン源１０２である。 The electric propulsion apparatus 100 includes a plasma generator 140 that generates plasma and a plasma generation power source 161 that is a power source of the plasma generator 140.
The plasma generator 140 includes a main cathode 141 that generates electrons 142 and a plasma generation chamber 143 in which neutral particles 144 that are propellants are enclosed.
In the plasma generation chamber 143, the electrons 142 collide with the neutral particles 144, so that plasma containing the ions 101 is generated.
Inside the plasma generation chamber 143 is an ion source 102 that generates ions 101.

電気推進装置１００は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との３枚のグリッドから成るグリッド群を備える。各グリッドはイオン１０１が通過する複数の孔１１４を備える。
スクリーングリッド１１１は、イオン源１０２に隣接し、イオン源１０２で発生したイオン１０１が通過するグリッドである。スクリーングリッド１１１はイオン１０１の流れの上流側に配置される。
加速グリッド１１２は、スクリーングリッド１１１に隣接し、スクリーングリッド１１１を通過したイオン１０１が通過するグリッドである。
減速グリッド１１３は、加速グリッド１１２に隣接し、加速グリッド１１２を通過したイオン１０１が通過するグリッドである。減速グリッド１１３はイオン１０１の流れの下流側に配置される。
イオン１０１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との電位差によって加速し、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との電位差によって減速し、イオンビーム１０３として噴射される。 The electric propulsion apparatus 100 includes a grid group composed of three grids of a screen grid 111, an acceleration grid 112, and a deceleration grid 113. Each grid includes a plurality of holes 114 through which ions 101 pass.
The screen grid 111 is a grid adjacent to the ion source 102 and through which the ions 101 generated by the ion source 102 pass. The screen grid 111 is disposed on the upstream side of the ion 101 flow.
The acceleration grid 112 is a grid that is adjacent to the screen grid 111 and through which the ions 101 that have passed through the screen grid 111 pass.
The deceleration grid 113 is a grid that is adjacent to the acceleration grid 112 and through which the ions 101 that have passed through the acceleration grid 112 pass. The deceleration grid 113 is disposed downstream of the ion 101 flow.
The ions 101 are accelerated by the potential difference between the screen grid 111 and the acceleration grid 112, decelerated by the potential difference between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113, and ejected as the ion beam 103.

電気推進装置１００は、イオンビーム１０３を電気的に中和する中和器１５０と、中和器１５０の電源である中和陰極電源１６２とを備える。
中和器１５０は、電子１５２を発生させる中和陰極１５１を備える。電子１５２は中和電子ともいう。
電子１５２がイオンビーム１０３として噴射されたイオン１０１に衝突することによって、イオン１０１の電荷が中性になる。つまり、イオンビーム１０３は電気的に中和する。 The electric propulsion apparatus 100 includes a neutralizer 150 that electrically neutralizes the ion beam 103 and a neutralization cathode power source 162 that is a power source of the neutralizer 150.
The neutralizer 150 includes a neutralization cathode 151 that generates electrons 152. The electrons 152 are also called neutralizing electrons.
When the electrons 152 collide with the ions 101 ejected as the ion beam 103, the charge of the ions 101 becomes neutral. That is, the ion beam 103 is electrically neutralized.

電気推進装置１００は、正電圧源１３１と負電圧源１３２と基準電位点１３３とを備える。
正電圧源１３１は、正電圧を発生させる電源である。正電圧は、基準電位に対して正の電位を有する電圧である。例えば、正電圧は＋１キロボルト程度の高電圧である。
負電圧源１３２は、負電圧を発生させる電源である。負電圧は、基準電位に対して負の電位を有する電圧である。例えば、負電圧は−５００ボルト程度の高電圧である。
基準電位点１３３は、グランドともいい、基準電圧に相当する基準電位を有する。基準電圧は、基準電位を有する電圧であり、グランド電圧ともいう。基準電圧は０ボルトである。 The electric propulsion apparatus 100 includes a positive voltage source 131, a negative voltage source 132, and a reference potential point 133.
The positive voltage source 131 is a power source that generates a positive voltage. The positive voltage is a voltage having a positive potential with respect to the reference potential. For example, the positive voltage is a high voltage of about +1 kilovolt.
The negative voltage source 132 is a power source that generates a negative voltage. The negative voltage is a voltage having a negative potential with respect to the reference potential. For example, the negative voltage is a high voltage of about −500 volts.
The reference potential point 133 is also referred to as a ground, and has a reference potential corresponding to a reference voltage. The reference voltage is a voltage having a reference potential and is also referred to as a ground voltage. The reference voltage is 0 volts.

電気推進装置１００は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とのそれぞれに印加する電圧を制御するグリッド制御回路１２０を備える。
グリッド制御回路１２０は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡していない場合、スクリーングリッド１１１に正電圧を印加し、加速グリッド１１２に負電圧を印加し、減速グリッド１１３に基準電圧を印加する。
グリッド制御回路１２０は、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合、スクリーングリッド１１１に正電圧を印加し、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との両方に負電圧または基準電圧を印加する。
グリッド制御回路１２０は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との両方に正電圧を印加し、減速グリッド１１３に負電圧または基準電圧を印加する。 The electric propulsion apparatus 100 includes a grid control circuit 120 that controls voltages applied to the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113.
When the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113 are not short-circuited, the grid control circuit 120 applies a positive voltage to the screen grid 111, applies a negative voltage to the acceleration grid 112, and uses the deceleration grid 113 as a reference. Apply voltage.
When the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited, the grid control circuit 120 applies a positive voltage to the screen grid 111 and applies a negative voltage or a reference voltage to both the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113.
When the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited, the grid control circuit 120 applies a positive voltage to both the screen grid 111 and the acceleration grid 112 and applies a negative voltage or a reference voltage to the deceleration grid 113.

グリッド制御回路１２０は、スイッチ回路１２１と、短絡検出回路１２９とを備える。
スイッチ回路１２１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡していない場合、スクリーングリッド１１１を正電圧源１３１に接続し、加速グリッド１１２を負電圧源１３２に接続し、減速グリッド１１３を基準電位点１３３に接続する。
スイッチ回路１２１は、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合、減速グリッド１１３の接続先を基準電位点１３３から負電圧源１３２に切り替える。但し、スイッチ回路１２１は、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合、減速グリッド１１３の接続先を切り替える代わりに、加速グリッド１１２の接続先を負電圧源１３２から基準電位点１３３に切り替えてもよい。
スイッチ回路１２１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合、加速グリッド１１２の接続先を負電圧源１３２から正電圧源１３１に切り替える。さらに、スイッチ回路１２１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合、減速グリッド１１３の接続先を基準電位点１３３から負電圧源１３２に切り替えてもよい。 The grid control circuit 120 includes a switch circuit 121 and a short circuit detection circuit 129.
The switch circuit 121 connects the screen grid 111 to the positive voltage source 131 and connects the acceleration grid 112 to the negative voltage source 132 when the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113 are not short-circuited. 113 is connected to the reference potential point 133.
When the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited, the switch circuit 121 switches the connection destination of the deceleration grid 113 from the reference potential point 133 to the negative voltage source 132. However, when the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited, the switch circuit 121 switches the connection destination of the acceleration grid 112 from the negative voltage source 132 to the reference potential point 133 instead of switching the connection destination of the deceleration grid 113. Also good.
The switch circuit 121 switches the connection destination of the acceleration grid 112 from the negative voltage source 132 to the positive voltage source 131 when the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited. Further, the switch circuit 121 may switch the connection destination of the deceleration grid 113 from the reference potential point 133 to the negative voltage source 132 when the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited.

短絡検出回路１２９は、負電圧源１３２の正極から減速グリッド１１３に流れる電流Ｉ_Ａの大きさが電流閾値を超えたときに、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との短絡を検出する。負電圧源１３２の正極は基準電位点１３３に接続している。
短絡検出回路１２９は、負電圧源１３２の正極から正電圧源１３１の負極に流れる電流Ｉ_Ｂの大きさが電流閾値を超えたときに、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との短絡を検出する。負電圧源１３２の正極は正電圧源１３１の負極に接続している。
電流閾値は予め決められた最大電流の大きさを示す。
各電源および各電圧源の図において、プラスは正極を意味し、マイナスは負極を意味する。 Short detection circuit 129, the magnitude of the current I _A flowing from the positive electrode of the negative voltage supply 132 to the deceleration grid 113 when exceeding the current threshold, detecting a short circuit between the accelerator grid 112 and the deceleration grid 113. The positive electrode of the negative voltage source 132 is connected to the reference potential point 133.
Short detection circuit 129, when the magnitude of the current I _B flowing from the positive electrode of the negative voltage source 132 to the negative pole of the positive voltage supply 131 exceeds the current threshold to detect a short circuit between the screen grid 111 and accelerator grid 112. The positive electrode of the negative voltage source 132 is connected to the negative electrode of the positive voltage source 131.
The current threshold indicates a predetermined maximum current magnitude.
In the diagrams of each power source and each voltage source, plus means a positive electrode and minus means a negative electrode.

短絡検出回路１２９の構成は、一般的な電源保護回路において過電流を検出する過電流検出回路と同様である。過電流は電流閾値よりも大きい電流である。 The configuration of the short circuit detection circuit 129 is the same as that of an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent in a general power supply protection circuit. An overcurrent is a current larger than a current threshold.

図２に基づいて、スイッチ回路１２１の構成について説明する。
スイッチ回路１２１は、第１の正電圧スイッチ１２２と、第２の正電圧スイッチ１２３と、第１の負電圧スイッチ１２４と、第２の負電圧スイッチ１２５と、第１の基準電圧スイッチ１２６とを備える。
第１の正電圧スイッチ１２２および第２の正電圧スイッチ１２３は、正電圧源１３１の正極に接続している。
第１の負電圧スイッチ１２４および第２の負電圧スイッチ１２５は、負電圧源１３２の負極に接続している。
第１の基準電圧スイッチ１２６は、基準電位点１３３に接続している。 The configuration of the switch circuit 121 will be described with reference to FIG.
The switch circuit 121 includes a first positive voltage switch 122, a second positive voltage switch 123, a first negative voltage switch 124, a second negative voltage switch 125, and a first reference voltage switch 126. Prepare.
The first positive voltage switch 122 and the second positive voltage switch 123 are connected to the positive electrode of the positive voltage source 131.
The first negative voltage switch 124 and the second negative voltage switch 125 are connected to the negative electrode of the negative voltage source 132.
The first reference voltage switch 126 is connected to the reference potential point 133.

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２に基づいて、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡していない場合のスイッチ回路１２１の動作について説明する。
動作し始めた当初の電気推進装置１００において、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とのグリッド間は絶縁されている。つまり、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とは互いに短絡していない。
このとき、負電圧源１３２の正極から減速グリッド１１３に流れる電流Ｉ_Ａの大きさは電流閾値を超えない。また、負電圧源１３２の正極から正電圧源１３１の負極に流れる電流Ｉ_Ｂの大きさも電流閾値を超えない。
電流Ｉ_Ａおよび電流Ｉ_Ｂが電流閾値を超えない場合、短絡検出回路１２９は、短絡検出信号１２８を出力しない。短絡検出信号１２８は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との短絡が検出されたときに出力される信号である。 *** Explanation of operation ***
The operation of the switch circuit 121 when the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113 are not short-circuited will be described with reference to FIG.
In the initial electric propulsion apparatus 100 that has started to operate, the grids of the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113 are insulated. That is, the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113 are not short-circuited with each other.
At this time, the magnitude of the current I _A flowing from the positive electrode of the negative voltage supply 132 to the deceleration grid 113 does not exceed the current threshold. Also it does not exceed the current threshold magnitude of current I _B flowing through the negative electrode of the positive voltage supply 131 from the positive electrode of the negative voltage source 132.
When the current _{I A} and the current _{I B} does not exceed the current threshold, the short-circuit detecting circuit 129 does not output the short-circuit detection signal 128. The short circuit detection signal 128 is a signal output when a short circuit between the screen grid 111, the acceleration grid 112, and the deceleration grid 113 is detected.

短絡検出信号１２８が出力されていない場合、スイッチ回路１２１は、第１の正電圧スイッチ１２２をスクリーングリッド１１１に接続する。
また、スイッチ回路１２１は、第２の正電圧スイッチ１２３を加速グリッド１１２から切り離し、第１の負電圧スイッチ１２４を加速グリッド１１２に接続する。
さらに、スイッチ回路１２１は、第２の負電圧スイッチ１２５を減速グリッド１１３から切り離し、第１の基準電圧スイッチ１２６を減速グリッド１１３に接続する。 When the short circuit detection signal 128 is not output, the switch circuit 121 connects the first positive voltage switch 122 to the screen grid 111.
Further, the switch circuit 121 disconnects the second positive voltage switch 123 from the acceleration grid 112 and connects the first negative voltage switch 124 to the acceleration grid 112.
Further, the switch circuit 121 disconnects the second negative voltage switch 125 from the deceleration grid 113 and connects the first reference voltage switch 126 to the deceleration grid 113.

これにより、スクリーングリッド１１１に＋１キロボルト程度の正電圧が印加されて、加速グリッド１１２に−５００ボルト程度の負電圧が印加されて、減速グリッド１１３に０ボルトの基準電圧が印加される。なお、プラズマ生成室１４３の電位は正電圧と同じ電位である。
そして、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との電位差によって、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが正の電界を発生させる。また、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との電位差によって、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが負の電界を発生させる。 As a result, a positive voltage of about +1 kilovolt is applied to the screen grid 111, a negative voltage of about −500 volts is applied to the acceleration grid 112, and a reference voltage of 0 volts is applied to the deceleration grid 113. Note that the potential of the plasma generation chamber 143 is the same as the positive voltage.
The screen grid 111 and the acceleration grid 112 generate a positive electric field due to the potential difference between the screen grid 111 and the acceleration grid 112. Further, due to a potential difference between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113, the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 generate a negative electric field.

イオン１０１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが発生させる正の電界によって抽出および加速されて、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが発生させる負の電界によって減速されて、放射される。図では１つのイオン１０１が放射されているが、実際には多数のイオン１０１がイオンビーム１０３として放射される。 The ions 101 are extracted and accelerated by a positive electric field generated by the screen grid 111 and the acceleration grid 112, and are decelerated by a negative electric field generated by the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 and emitted. In the figure, one ion 101 is emitted, but in reality, a large number of ions 101 are emitted as an ion beam 103.

図１、図３および図４に基づいて、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合およびスクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合のスイッチ回路１２１の動作について説明する。
まず、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合のスイッチ回路１２１について説明する。 The operation of the switch circuit 121 when the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited and when the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 4.
First, the switch circuit 121 when the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited will be described.

図１において、電気推進装置１００が動作すると、プラズマ生成室１４３にある中性粒子１４４の一部は、プラズマにならずにスクリーングリッド１１１の孔１１４から漏れ出してしまう。そして、漏れ出した中性粒子１４４がイオン１０１と衝突すると電荷交換イオンが発生し、発生した電荷交換イオンが加速グリッド１１２に衝突すると加速グリッド１１２から原子がはじき飛ばされる。このように、衝突によって原子がはじき飛ばされることをスパッタリングという。
スパッタリングによってはじき飛ばされた原子は、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との間に堆積する。そして、原子が堆積し続けることによって、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との間に導電性の膜または片が生成される。ここでは、導電性の膜または片を金属片１１５と呼ぶ。 In FIG. 1, when the electric propulsion apparatus 100 operates, a part of the neutral particles 144 in the plasma generation chamber 143 leaks from the holes 114 of the screen grid 111 without becoming plasma. Then, when the leaked neutral particles 144 collide with the ions 101, charge exchange ions are generated. When the generated charge exchange ions collide with the acceleration grid 112, atoms are repelled from the acceleration grid 112. In this manner, sputtering of atoms by collision is called sputtering.
The atoms repelled by sputtering are deposited between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113. As the atoms continue to accumulate, a conductive film or piece is generated between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113. Here, the conductive film or piece is referred to as a metal piece 115.

上記のような現象が起こるため、電気推進装置１００が長期間動作すると、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との間に金属片１１５が生成されて、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡してしまう。つまり、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とのグリッド間の絶縁が維持できない状態になってしまう。
このとき、負電圧源１３２の正極から減速グリッド１１３に流れる電流Ｉ_Ａの大きさは電流閾値を超える。
そして、電流Ｉ_Ａが電流閾値を超えた場合、短絡検出回路１２９は、短絡検出信号１２８Ａを出力する。短絡検出信号１２８Ａは、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との短絡が検出されたときに出力される信号である。 When the electric propulsion apparatus 100 operates for a long period of time due to the above phenomenon, a metal piece 115 is generated between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113, and the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited. End up. That is, the insulation between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 cannot be maintained.
At this time, the magnitude of the current I _A flowing from the positive electrode of the negative voltage supply 132 to the deceleration grid 113 exceeds the current threshold.
When the current _{I A} has exceeded the current threshold, the short-circuit detecting circuit 129 outputs the short detection signal 128A. The short circuit detection signal 128A is a signal output when a short circuit between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 is detected.

加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡した場合、減速グリッド１１３に基準電圧を印加しながら、加速グリッド１１２に負の高電圧を印加することはできない。 When the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited, a negative high voltage cannot be applied to the acceleration grid 112 while applying a reference voltage to the deceleration grid 113.

そこで、スイッチ回路１２１は、短絡検出信号１２８Ａが出力された場合、図３に示すように、第１の基準電圧スイッチ１２６を減速グリッド１１３から切り離し、第２の負電圧スイッチ１２５を減速グリッド１１３に接続する。
これにより、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との両方に−５００ボルト程度の負電圧が印加される。
そして、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との電位差によって、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが正の電界を発生させる。 Therefore, when the short circuit detection signal 128A is output, the switch circuit 121 disconnects the first reference voltage switch 126 from the deceleration grid 113 and the second negative voltage switch 125 to the deceleration grid 113 as shown in FIG. Connecting.
As a result, a negative voltage of about −500 volts is applied to both the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113.
The screen grid 111 and the acceleration grid 112 generate a positive electric field due to the potential difference between the screen grid 111 and the acceleration grid 112.

イオン１０１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが発生させる正の電界によって抽出および加速されて、放射される。 The ions 101 are extracted and accelerated by a positive electric field generated by the screen grid 111 and the acceleration grid 112 and emitted.

次に、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合のスイッチ回路１２１の動作について説明する。
スパッタリングによってはじき出された原子は、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との間に堆積しやすいが、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との間にも堆積する。
そのため、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との間に金属片１１５が生成される前に、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との間に金属片１１５が生成される可能性がある。つまり、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが短絡する前に、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡してしまう可能性がある。 Next, the operation of the switch circuit 121 when the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited will be described.
Atoms ejected by sputtering are likely to be deposited between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113, but are also deposited between the screen grid 111 and the acceleration grid 112.
Therefore, the metal piece 115 may be generated between the screen grid 111 and the acceleration grid 112 before the metal piece 115 is generated between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113. In other words, the screen grid 111 and the acceleration grid 112 may be short-circuited before the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 are short-circuited.

スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とのグリッド間の絶縁が維持できない状態になってしまう。
このとき、負電圧源１３２の正極から正電圧源１３１の負極に流れる電流Ｉ_Ｂの大きさは電流閾値を超える。
そして、電流Ｉ_Ｂが電流閾値を超えた場合、短絡検出回路１２９は、短絡検出信号１２８Ｂを出力する。短絡検出信号１２８Ｂは、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との短絡が検出されたときに出力される信号である。 When the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited, the insulation between the screen grid 111 and the acceleration grid 112 cannot be maintained.
At this time, the magnitude of the current I _B flowing from the positive electrode of the negative voltage source 132 to the negative pole of the positive voltage supply 131 exceeds the current threshold.
When the current _{I B} exceeds the current threshold, the short-circuit detecting circuit 129 outputs the short detection signal 128B. The short circuit detection signal 128B is a signal output when a short circuit between the screen grid 111 and the acceleration grid 112 is detected.

スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが短絡した場合、スクリーングリッド１１１に正の高電圧を印加しながら、加速グリッド１１２に負の高電圧を印加することはできない。 When the screen grid 111 and the acceleration grid 112 are short-circuited, a negative high voltage cannot be applied to the acceleration grid 112 while a positive high voltage is applied to the screen grid 111.

そこで、スイッチ回路１２１は、短絡検出信号１２８Ｂが出力された場合、図４に示すように、第１の負電圧スイッチ１２４を加速グリッド１１２から切り離し、第２の正電圧スイッチ１２３を加速グリッド１１２に接続する。さらに、スイッチ回路１２１は、第１の基準電圧スイッチ１２６を減速グリッド１１３から切り離して、第２の負電圧スイッチ１２５を減速グリッド１１３に接続する。
これにより、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との両方に＋１キロボルト程度の正電圧が印加されて、減速グリッド１１３に−５００ボルト程度の負電圧が印加される。
そして、加速グリッド１１２との減速グリッド１１３との電位差によって、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが正の電界を発生させる。 Therefore, when the short circuit detection signal 128B is output, the switch circuit 121 disconnects the first negative voltage switch 124 from the acceleration grid 112 and the second positive voltage switch 123 to the acceleration grid 112 as shown in FIG. Connecting. Further, the switch circuit 121 disconnects the first reference voltage switch 126 from the deceleration grid 113 and connects the second negative voltage switch 125 to the deceleration grid 113.
As a result, a positive voltage of about +1 kilovolt is applied to both the screen grid 111 and the acceleration grid 112, and a negative voltage of about −500 volts is applied to the deceleration grid 113.
The acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 generate a positive electric field due to the potential difference between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113.

イオン１０１は、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが発生させる正の電界によって抽出および加速されて、放射される。 The ions 101 are extracted and accelerated by a positive electric field generated by the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 and emitted.

＊＊＊別例の説明＊＊＊
図５、図６および図７に基づいて、スイッチ回路１２１の別例について説明する。
図５において、スイッチ回路１２１は、第１の正電圧スイッチ１２２と、第２の正電圧スイッチ１２３と、第１の負電圧スイッチ１２４と、第１の基準電圧スイッチ１２６と、第２の基準電圧スイッチ１２７とを備える。
第２の基準電圧スイッチ１２７は、基準電位点１３３に接続している。 *** Explanation of another example ***
Another example of the switch circuit 121 will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7.
In FIG. 5, the switch circuit 121 includes a first positive voltage switch 122, a second positive voltage switch 123, a first negative voltage switch 124, a first reference voltage switch 126, and a second reference voltage. A switch 127.
The second reference voltage switch 127 is connected to the reference potential point 133.

短絡検出信号１２８が出力されていない場合、スイッチ回路１２１は、図５に示すように、第１の正電圧スイッチ１２２をスクリーングリッド１１１に接続する。さらに、スイッチ回路１２１は、第１の負電圧スイッチ１２４を加速グリッド１１２に接続し、第１の基準電圧スイッチ１２６を減速グリッド１１３に接続する。 When the short circuit detection signal 128 is not output, the switch circuit 121 connects the first positive voltage switch 122 to the screen grid 111 as shown in FIG. Further, the switch circuit 121 connects the first negative voltage switch 124 to the acceleration grid 112 and connects the first reference voltage switch 126 to the deceleration grid 113.

これにより、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが正の電界を発生させて、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが負の電界を発生させる。
イオン１０１は、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが発生させる正の電界によって抽出および加速されて、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが発生させる負の電界によって減速されて、放射される。 Thereby, the screen grid 111 and the acceleration grid 112 generate a positive electric field, and the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 generate a negative electric field.
The ions 101 are extracted and accelerated by a positive electric field generated by the screen grid 111 and the acceleration grid 112, and are decelerated by a negative electric field generated by the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 and emitted.

短絡検出信号１２８Ａが出力された場合、スイッチ回路１２１は、図６に示すように、第１の負電圧スイッチ１２４を加速グリッド１１２から切り離して、第２の基準電圧スイッチ１２７を加速グリッド１１２に接続する。
これにより、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との両方に０ボルトの基準電圧が印加される。
そして、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との電位差によって、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２とが正の電界を発生させる。 When the short circuit detection signal 128A is output, the switch circuit 121 disconnects the first negative voltage switch 124 from the acceleration grid 112 and connects the second reference voltage switch 127 to the acceleration grid 112 as shown in FIG. To do.
As a result, a reference voltage of 0 volts is applied to both the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113.
The screen grid 111 and the acceleration grid 112 generate a positive electric field due to the potential difference between the screen grid 111 and the acceleration grid 112.

短絡検出信号１２８Ｂが出力された場合、スイッチ回路１２１は、図７に示すように、第１の負電圧スイッチ１２４を加速グリッド１１２から切り離して、第２の正電圧スイッチ１２３を加速グリッド１１２に接続する。
これにより、スクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との両方に＋１キロボルト程度の正電圧が印加されて、減速グリッド１１３に０ボルトの基準電圧が印加される。
そして、加速グリッド１１２との減速グリッド１１３との電位差によって、加速グリッド１１２と減速グリッド１１３とが正の電界を発生させる。 When the short circuit detection signal 128B is output, the switch circuit 121 disconnects the first negative voltage switch 124 from the acceleration grid 112 and connects the second positive voltage switch 123 to the acceleration grid 112, as shown in FIG. To do.
As a result, a positive voltage of about +1 kilovolt is applied to both the screen grid 111 and the acceleration grid 112, and a reference voltage of 0 volt is applied to the deceleration grid 113.
The acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 generate a positive electric field due to the potential difference between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113.

＊＊＊効果の説明＊＊＊
加速グリッド１１２と減速グリッド１１３との短絡またはスクリーングリッド１１１と加速グリッド１１２との短絡が発生してしまった場合であっても、電気推進装置１００の推進機能を維持することができる。つまり、電気推進装置１００の寿命を延ばすことができる。 *** Explanation of effects ***
Even when the short-circuit between the acceleration grid 112 and the deceleration grid 113 or the short-circuit between the screen grid 111 and the acceleration grid 112 occurs, the propulsion function of the electric propulsion device 100 can be maintained. That is, the life of the electric propulsion device 100 can be extended.

実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。 The embodiments are exemplifications of preferred forms and are not intended to limit the technical scope of the present invention. The embodiment may be implemented partially or in combination with other embodiments.

１００電気推進装置、１０１イオン、１０２イオン源、１０３イオンビーム、１１１スクリーングリッド、１１２加速グリッド、１１３減速グリッド、１１４孔、１１５金属片、１２０グリッド制御回路、１２１スイッチ回路、１２２第１の正電圧スイッチ、１２３第２の正電圧スイッチ、１２４第１の負電圧スイッチ、１２５第２の負電圧スイッチ、１２６第１の基準電圧スイッチ、１２７第２の基準電圧スイッチ、１２８短絡検出信号、１２９短絡検出回路、１３１正電圧源、１３２負電圧源、１３３基準電位点、１４０プラズマ生成器、１４１主陰極、１４２電子、１４３プラズマ生成室、１４４中性粒子、１５０中和器、１５１中和陰極、１５２電子、１６１プラズマ生成電源、１６２中和陰極電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electric propulsion apparatus, 101 ion, 102 ion source, 103 ion beam, 111 screen grid, 112 acceleration grid, 113 deceleration grid, 114 hole, 115 metal piece, 120 grid control circuit, 121 switch circuit, 122 1st positive voltage Switch, 123 second positive voltage switch, 124 first negative voltage switch, 125 second negative voltage switch, 126 first reference voltage switch, 127 second reference voltage switch, 128 short circuit detection signal, 129 short circuit detection Circuit, 131 Positive voltage source, 132 Negative voltage source, 133 Reference potential point, 140 Plasma generator, 141 Main cathode, 142 Electron, 143 Plasma generation chamber, 144 Neutral particles, 150 Neutralizer, 151 Neutralization cathode, 152 Electron, 161 Plasma generation power source, 162 Neutralization cathode power supply.

Claims

An ion source from which ions are generated;
A screen grid through which ions generated in the ion source pass;
An acceleration grid through which ions that have passed through the screen grid pass;
A deceleration grid through which ions that have passed through the acceleration grid pass;
Grid control that applies a positive voltage to the screen grid, a negative voltage to the acceleration grid, and a reference voltage to the deceleration grid when the screen grid, the acceleration grid, and the deceleration grid are not short-circuited With circuit,
The grid control circuit applies a positive voltage to the screen grid and applies a negative voltage or a reference voltage to both the acceleration grid and the deceleration grid when the acceleration grid and the deceleration grid are short-circuited. Features an electric propulsion device.

The electric propulsion device is
A positive voltage source for generating a positive voltage and a negative voltage source for generating a negative voltage;
The grid control circuit includes:
When the screen grid, the acceleration grid, and the deceleration grid are not short-circuited, the screen grid is connected to the positive voltage source, the acceleration grid is connected to the negative voltage source, and the deceleration grid is connected to the reference voltage. Comprising a switch circuit connected to a reference potential point having a reference potential corresponding to
The switch circuit is
The electric propulsion device according to claim 1, wherein when the acceleration grid and the deceleration grid are short-circuited, the connection destination of the deceleration grid is switched from the reference potential point to the negative voltage source.

The electric propulsion device is
A positive voltage source for generating a positive voltage and a negative voltage source for generating a negative voltage;
The grid control circuit includes:
When the screen grid, the acceleration grid, and the deceleration grid are not short-circuited, the screen grid is connected to the positive voltage source, the acceleration grid is connected to the negative voltage source, and the deceleration grid is connected to the reference voltage. Comprising a switch circuit connected to a reference potential point having a reference potential corresponding to
The switch circuit is
The electric propulsion apparatus according to claim 1, wherein when the acceleration grid and the deceleration grid are short-circuited, the connection destination of the acceleration grid is switched from the negative voltage source to the reference potential point.

The grid control circuit applies a positive voltage to both the screen grid and the acceleration grid and applies a negative voltage or a reference voltage to the deceleration grid when the screen grid and the acceleration grid are short-circuited. The electric propulsion device according to 1.

The electric propulsion device is
A positive voltage source for generating a positive voltage and a negative voltage source for generating a negative voltage;
The grid control circuit includes:
When the screen grid, the acceleration grid, and the deceleration grid are not short-circuited, the screen grid is connected to the positive voltage source, the acceleration grid is connected to the negative voltage source, and the deceleration grid is connected to the reference voltage. Comprising a switch circuit connected to a reference potential point having a reference potential corresponding to
The switch circuit is
The electric propulsion device according to claim 4, wherein when the screen grid and the acceleration grid are short-circuited, the connection destination of the acceleration grid is switched from the negative voltage source to the positive voltage source.

The switch circuit is
The electric propulsion device according to claim 5, wherein when the screen grid and the acceleration grid are short-circuited, the connection destination of the deceleration grid is switched from the reference potential point to the negative voltage source.

An ion source from which ions are generated;
A screen grid through which ions generated in the ion source pass;
An acceleration grid through which ions that have passed through the screen grid pass;
A deceleration grid through which ions that have passed through the acceleration grid pass;
Grid control that applies a positive voltage to the screen grid, a negative voltage to the acceleration grid, and a reference voltage to the deceleration grid when the screen grid, the acceleration grid, and the deceleration grid are not short-circuited With circuit,
The grid control circuit applies a positive voltage to both the screen grid and the acceleration grid and applies a negative voltage or a reference voltage to the deceleration grid when the screen grid and the acceleration grid are short-circuited. Features an electric propulsion device.