JP6884938B2 - 昇圧回路を含む電磁波発振装置 - Google Patents

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Description

本発明は、点火装置や電磁波照射アンテナに電磁波を供給する電磁波発振装置に関する。
本発明者等は、内燃機関の着火のための点火装置として、電磁波を利用する点火装置を提案している。例えば電磁波のみを使って、プラズマの発生、拡大及び維持を効率よく行うことができる小型の内燃機関の点火装置として使用することができるプラズマ生成装置として、電磁波を発振する電磁波発振器と、電磁波発振器を制御する制御装置と、電磁波発振器と容量結合した共振回路を含む昇圧回路及び昇圧回路により発生した高電圧を放電させる放電電極を一体的に形成する点火装置を提案している（例えば、特許文献１参照。）。また、一般的な点火プラグのプラズマにマイクロ波を照射してプラズマを維持拡大するプラズマ生成装置も提案している。
国際公開２０１４／１１５７０７号
ところで、特許文献１に記載の点火装置に供給する電磁波は、電磁波発振器からパルスで発振されている。電磁波発振器から発振される電磁波は数Ｗの電磁波で、この電磁波を増幅器で増幅し、点火装置や電磁波照射アンテナに供給している。具体的には、電源（内燃機関では、例えばバッテリ）からの直流電源（１２Ｖ又は２４Ｖ）を昇圧回路（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ）によって連続的な３２Ｖとして、電磁波発振器と増幅器に供給する、そして、電磁波発振器が制御装置から電磁波発振信号（例えばＴＴＬ信号）を受けると、所定のデューティー比、パルス時間等を設定したパターンで電磁波を発振し、常時３２Ｖの高電圧が印加されている増幅器によって所定電力（例えば１ｋＷ）に増幅し点火装置や電磁波照射アンテナに供給する。
しかし、電磁波発振器から発振する電磁波はパルス発振のため、増幅器に対して、常時３２Ｖの高電圧を印加する必要はなく、増幅器など各デバイスに対する保護が十分になされない。これは一般的な昇圧回路の仕様上の問題である。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁波発振器から発振する電磁波がＯＦＦ状態の時は増幅器に電圧を印加することのなく、デバイスの保護を可能とした、昇圧回路を含む電磁波発振装置を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、昇圧回路を含む電磁波発振装置は、
複数の昇圧チョッパを備えた昇圧回路と、
前記昇圧チョッパのスイッチング素子を制御する制御装置と、
所定電圧の供給を受ける電磁波発振器と、
該電磁波発振器からの電磁波を増幅する増幅器とを備え、
前記昇圧チョッパは、制御装置によって、電磁波発振器の発振タイミングに合わせて、複数の昇圧チョッパから順次電流を増幅器に非平滑で出力するようにしている。
本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置は、昇圧チョッパに平滑化コンデンサ、例えば電解コンデンサを配設することなく、電磁波発振器の発振タイミングに合わせて高電圧を非平滑で増幅器に出力する。
この場合において、前記制御装置は、電磁波発振器の制御を兼ねるようにすることができる。
本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置は、電磁波発振器からの電磁波の発振がないときには増幅器への電圧の印加を止めることできるから、増幅器などのデバイス保護を十分に図ることができる。また、複数の昇圧チョッパから順次電圧を主力するように構成しているから１の昇圧チョッパのインダクタに電源からのエネルギを十分に蓄えることができる。
本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置の概略図である。 同昇圧回路を含む電磁波発振装置の昇圧回路の回路図（昇圧チョッパ）である。 本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置における、電磁波発振器の電磁波発振パターンに合わせた昇圧チョッパのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦパターン示すグラフである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
＜実施形態１＞
本実施形態１は、本発明に係る昇圧回路を含む電磁波発振装置である。当該昇圧回路を含む電磁波発振装置１は、図１に示すように、複数の昇圧チョッパ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（以下、総称するときは昇圧チョッパ２と呼ぶ。インダクタＬ、スイッチング素子Ｓ、ダイオードＤ、セラミックコンデンサＣも同様に取り扱う。）を備えた昇圧回路２０と、昇圧チョッパ２のスイッチング素子Ｓを制御する制御装置５と、所定電圧の供給を受ける電磁波発振器３と、この電磁波発振器３からの電磁波を増幅する増幅器４とを備え、昇圧チョッパ２は、制御装置４によって、電磁波発振器３の発振タイミングに合わせて、複数の昇圧チョッパ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから順次電流を増幅器４に非平滑で出力するようにしている。制御装置４は、スイッチング素子Ｓの制御のみならず、電磁波発振器３の制御を兼ねるようすることがこのましい。
昇圧回路２０を構成する昇圧チョッパ２の数は、複数であれば特に限定するものではないが、本実施形態においては４つ昇圧チョッパ２を備えている。そして、本実施形態の昇圧チョッパ２は、周知の昇圧チョッパと同様、インダクタＬは、インダクタＬの図例右端に接続されるスイッチング素子ＳをＯＮにすることで直流電源Ｐからのエネルギを蓄える。そして、スイッチング素子ＳをＯＦＦにすることで、ダイオードＤを介して、高電圧の電流が高圧側の増幅器４に注入される。
そして、本実施形態の昇圧チョッパ２を構成するコンデンサは、周知の昇圧チョッパに使用される出力電流の平滑化を行う平滑コンデンサ（例えば、大容量１０μＦ以上の電解コンデンサ）ではなく、単にノイズを除去する０．５μＦ程度のセラミックコンデンサＣである。そのため、本実施形態のセラミックコンデンサＣは、昇圧チョッパ２を含む昇圧回路２内の浮遊容量による出力側となる増幅器４に過渡的なノイズを発生させる心配が無い場合は、その設置を省略することができる。
電磁波発振器３は、常時所定電圧、例えば１２Ｖを直流電源Ｐから供給される。そして、制御装置５から電磁波発振信号（例えばＴＴＬ信号）を受けると、所定のデューティー比、パルス時間等を設定したパターンで電磁波（マイクロ波、例えば２．４５ＧＨｚ）を出力する。３０は、電磁波発振器３へ供給される電流の平滑回路である。また、電磁波発振器３への電流の供給は直流電源Ｐから直接供給することなく昇圧回路２０から供給するようにしても構わない（図１の二点鎖線参照）。
増幅器４は、電磁波発振器３から出力された数Ｗ程度の電磁波を数ｋＷまで増幅し、点火装置や電磁波照射アンテナに供給する。
増幅器４に印加する電圧は、図３に示すように、電磁波発振器３の電磁波発振パターンに合わせ、１つめのパルス発振ａに対してはスイッチング素子ＳａのみをＯｆｆとして昇圧回路２０から直流電源Ｐから供給を受けた電圧（例えば、１２Ｖ）を昇圧（例えば、３２Ｖ）して印加する。ついで、２つめのパルス発振ｂに対してはスイッチング素子ＳｂのみをＯｆｆとして昇圧回路２０から電圧を印加し、パルス発振ｃ、パルス発振ｄと以下同様に繰り返す。各スイッチング素子ＳのＯｆｆ時間が、直流電源Ｐから供給を受けた電圧に対して長すぎる場合は、各スイッチング素子ＳのＯｎ時間で調整する。なお、増幅器４への高電圧の印加は、電磁波発振器３から電磁波を発振するよりも若干（数マイクロ秒又は数ナノ秒）早く印加するように制御することが好ましい。
このように、複数の昇圧チョッパ２を順に用いて、増幅器４に非平滑で高電圧を出力するようにしたから、それぞれの昇圧チョッパ２のインダクタＬに対して、直流電源Ｐから十分なエネルギを蓄えることができ、安定した電圧を増幅器４に必要なときだけ印加して、電磁波発振装置の運用を行うことができる。
＜内燃機関の昇圧回路を含む電磁波発振装置としての効果＞
本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置１を内燃機関の点火装置に電磁波を供給する電磁波発振装置として使用する場合、上述した効果に加え、以下の効果を有する。
内燃機関において、電磁波のみで点火する点火装置や従来からの点火プラグに電磁波を供給する電磁波照射アンテナに電磁波を供給する場合、電磁波発振器３の半導体の放熱などの観点から、気筒毎に電磁波発振装置を配設することが好ましいが、従来のように増幅器４に、常時電圧を印加している構成の場合、複数の電磁波発振装置の内、１の電磁波発振装置の電磁波発振器３ａが作動したとき何らかの作動ノイズによって発振の必要がない電磁波発振装置の電磁波発振器３ｂが電磁波発振動作を行う場合がある。その際も増幅器４ｂに電圧が印加されていると誤動作の電磁波発振器３ｂからの電磁波が増幅されて出力されてしまうという不具合がある。しかし、本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置１では、誤動作で動作する電磁波発振器３ｂに対応する増幅器４ｂには電圧が印加されていないからそのような不具合が発生することがない。
以上説明したように、本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置は、自動車エンジン等の内燃機関の点火装置、点火プラグへの電磁波照射アンテナに電磁波を発振する用途に好適に用いられる。また、本発明の昇圧回路を含む電磁波発振装置を電磁波照射アンテナに利用するときは、高周波吸収体を利用した加熱装置にマイクロ波を供給する装置に使用する場合や、電子レンジに代表される誘電加熱を利用した加熱装置の他、生ゴミ処理機等にも好適に用いることができる。
１ 昇圧回路を含む電磁波発振装置
２ 昇圧チョッパ
２０ 昇圧回路
３ 電磁波発振器
４ 増幅器
５ 制御装置
Ｓ スイッチング素子
Ｌ インダクタ
Ｄ ダイオード
Ｃ セラミックコンデンサ
Ｐ 直流電源

Claims (2)

  1. それぞれにスイッチング素子が設けられた複数の昇圧チョッパを備えた昇圧回路と、
    前記昇圧チョッパの前記スイッチング素子を制御する制御装置と、
    所定電圧の供給を受けると、電磁波パルスを発振する電磁波発振器と、
    該電磁波発振器からの電磁波パルスを増幅する増幅器とを備え、
    前記昇圧回路の各昇圧チョッパは、前記スイッチング素子の切り替えにより、電源から供給されるエネルギを蓄える状態と、前記電源の電圧を昇圧して前記増幅器に出力する状態とに切り替えられ、
    前記制御装置は、前記電磁波パルスにおける各パルスの発振期間に合わせて、前記昇圧回路にて昇圧した電圧が前記増幅器に間欠的に印加されるように、前記複数の昇圧チョッパにおいて前記スイッチング素子の切り替えを順番に行うことにより、前記複数の昇圧チョッパに対し順番に、昇圧した電圧を前記増幅器に出力させる電磁波発振装置。
  2. 前記制御装置は、前記昇圧回路の制御および前記電磁波発振器の制御を行う請求項１記載の電磁波発振装置。
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