(57)【要約】【課題】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い昇降圧回路を含む電磁波発振装置を提供すること。【解決手段】複数の昇降圧手段２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを備えた昇降圧回路２０と、昇降圧手段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、昇降圧手段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、複数の昇降圧手段２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから順次電流を増幅器４に非平滑で出力し、増幅器から抵抗部に電磁波を供給するとともに、１の昇降圧手段が電流を出力した際に検出器６が検出した反射波の値が所定値を越えたとき、１の昇降圧手段２ａの１又は複数回後に電流を出力する昇降圧手段２ｂ（２ｃ）のスイッチング素子Ｓｂ（Ｓｃ）への作動信号を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の昇降圧手段を備えた昇降圧回路と、
前記昇降圧手段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
増幅器と、該増幅器から出力された電磁波が供給される抵抗部との間に配設した抵抗部からの反射波を検出する検出器とを備え、
前記制御装置は、電磁波発振器の発振タイミングに合わせて、昇降圧回路の複数の昇降圧手段から順次電流を増幅器に非平滑で出力し、増幅器から抵抗部に電磁波を供給するとともに、１の昇降圧手段が電流を出力した際に前記検出器が検出した反射波の値が所定値を越えたとき、１の昇降圧手段の１又は複数回後に電流を出力する昇降圧手段のスイッチング素子への作動信号を停止するようにした昇降圧回路を含む電磁波発振装置。
【請求項２】
前記制御装置は、電磁波発振器の制御を兼ねるようにした請求項１記載の昇降圧回路を含む電磁波発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１４／１１５７０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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コンバータであって昇圧手段を含む）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。また、交流電源（例えば１００Ｖ）を降圧回路（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータであって降圧手段を含む）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場合がある。昇降圧手段は、電流の供給源となる電源装置によって昇圧手段、降圧手段が使い分けられている。
【０００５】
そして、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。これは一般的な昇降圧回路の仕様上の問題であり、係る問題を解消するため、本発明者等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を停止するように制御することで、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案している。この電磁波発振装置は、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。これによって、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、増幅器などのデバイス保護と省電力化を図っている。
【０００６】
しかし、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流すとき、増幅器から発振された電磁波の供給先（点火装置であれば燃焼室等）からの反射波が過大となったとき、電磁波発振器の発振タイミング内であって引き続き次の昇圧チョッパから電流を流し続けると反射波によって電磁波発振装置の部品に損傷をきたす場合がある。
【０００７】
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、電磁波発振装置の各部品が、電磁波発振装置から発振する電磁波の供給先から生じる反射波によって損傷することを防止するように制御する昇降圧回路を含む電磁波発振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の電磁波発信装置は、複数の昇降圧手段を備えた昇降圧回路と、
前記昇降圧手段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
増幅器と、該増幅器から出力された電磁波が供給される抵抗部との間に配設した抵抗部からの反射波を検出する検出器とを備え、
前記制御装置は、電磁波発振器の発振タイミングに合わせて、昇降圧回路の複数の昇降圧手段から順次電流を増幅器に非平滑で出力し、増幅器から抵抗部に電磁波を供給するとともに、１の昇降圧手段が電流を出力した際に検出器が検出した反射波の値が所定値を越えたとき、１の昇降圧手段の１又は複数回後に電流を出力する昇降圧手段のスイッチング素子への作動信号を停止するようにしている。
【０００９】
本発明の昇降圧回路を含む電磁波発振装置は、昇降圧手段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発振装置で反射波の値が所定値を越えたとき以降に電流を出力する昇降圧手段の作動を停止する。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の昇降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、複数の昇降圧手段から順次電圧を主力するように構成しているから１の昇降圧手段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一方で、昇降圧手段に平滑化コンデンサ、例えば電解コンデンサを配設する必要がないため昇降圧手段のスイッチング素子への作動信号を停止すると即座に増幅器の作動を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の昇降圧回路を含む電磁波発振装置の昇圧回路の回路図（昇圧手段）である。
【図２】同昇降圧回路を含む電磁波発振装置の降圧回路の回路図（降圧手段）である。
【図３】本発明の昇降圧回路を含む電磁波発振装置における、電磁波発信器の電磁波発振パターンに合わせた昇降圧手段のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦパターン示すグラフである。
【図４】本発明の昇降圧回路を含む電磁波発振装置において抵抗部が電磁波点火プラグにおける、電磁波発信器の電磁波発振パターンに合わせた昇降圧手段のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦパターン示すとともに、反射波が所定値を越えたときの動作を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜実施形態１＞
本実施形態１は、本発明に係る昇降圧回路を含む電磁波発振装置である。本実施形態で使用する昇降圧手段２は、インダクタＬにエネルギを蓄える時間比をコントロールすることで昇圧動作と降圧動作の切り替えが可能な昇降圧回路を採用することもできるが、本実施形態では図１に示す昇圧回路を備えた昇圧手段と図２に示す降圧回路を備えた降圧手段を採用するようにしている。そして、図１に示す昇圧回路を含む電磁波発振装置１は、複数の昇圧手段２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（以下、総称するときは昇圧手段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、昇圧手段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、昇圧手段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、複数の昇圧手段２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・から順次電流を増幅器４に非平滑で出力し、増幅器から抵抗部に電磁波を供給するとともに、１の昇圧手段が電流を出力した際に検出器６が検出した反射波の値が所定値を越えたとき、１の昇圧手段２ａの１又は複数回後に電流を出力する昇降圧手段２ｂ・・・のスイッチング素子Ｓｂ・・・への作動信号を停止するようにしている。
【００１５】
また、電磁波発振器３からの電磁波の発振タイミングは、本実施形態ではパルス発振を主として取り扱っているが、連続波で出力する場合であっても複数の昇降圧手段２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・それぞれを所定時間、例えば、１マイクロ秒ずつ順次途切れることなく電流を出力することで対応することができる。また、制御装置５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。
【００１６】
昇降圧回路２０を構成する昇降圧手段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つ昇降圧手段２を備えている。増幅器４で増幅される電磁波の供給先となる抵抗部は、例えば、電磁波を昇圧することで放電電極と接地電極間の電位差を高め放電を生じさせる電磁波点火プラグが挙げられ、この場合、内燃機関（例えば乗用車）のバッテリ１２Ｖを３２Ｖに昇圧する。この昇圧手段は、周知の昇圧手段と同様、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にすることで電源Ｐ（例えば、直流電源）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。
【００１７】
また、降圧回路を採用する電磁波の供給先となる抵抗部は、例えば、電子レンジやＬＩＢＳ計測器のプラズマに電磁波を照射するマイクロ波アシストＬＩＢＳ計測器などが挙げられ、例えば５０Ｖの電流を３２Ｖに降圧する。
【００１８】
そして、本実施形態の昇降圧手段２を構成するコンデンサは、周知の昇降圧手段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、昇降圧手段２を含む昇降圧回路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。また、図に示す、コンデンサＣ１を配設することで、電磁波発振器３から出力する波形の立ち上がり時の時間当たりの電流を高めることができる。これによって、信号印加から電流値が既定値に到達するまでの遅れ時間を可及的に０に近づけることができるが、立ち上がりの遅れ時間が大きな問題とならない場合には、コンデンサＣ１を省略することもできる。
【００１９】
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、電磁波発信器３へ供給される電流の平滑回路である。また、電磁波発信器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降圧回路２０から供給するようにしても構わない。
【００２０】
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。電磁波発振器３からの出力される電磁波は連続波を出力することも可能であるが、本実施形態ではパルスで出力するようにしている。一般的な増幅器においては、電磁波発振器３から出力される信号の形式（連続波又はパルス）にかかわらず、昇降圧手段２から常時、電流が印加されているが本実施形態においては、パルスで出力される電磁波発振器３に合わせて出力される。そして、増幅器４で増幅された電磁波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）は供給先となる抵抗部となる点火プラグや電磁波放射アンテナ７に供給される。この際、供給先が複数ある場合、分配器Ｄを介して分配される。Ｃは電磁波が照射されるキャビティを示し、内燃機関においては燃焼室、電子レンジにおいては加熱室が該当する。
【００２１】
増幅器４に印加する電圧は、図３に示すように、電磁波発信器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として昇降圧回路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つめのパルス発信ｂに対してはスイッチング素子ＳｂのみをＯｆｆとして昇降圧回路２０から電圧を印加し、パルス発信ｃ、パルス発信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。
【００２２】
また、電磁波発振器３からの発振間隔が短い場合、特に電磁波のみで点火を生じさせる点火プラグの場合、図４に示すように、初期プラズマの生成に第１バースト（Ｂｕｒｓｔ１）として、５マイクロ秒〜１５マイクロ秒（本実施形態においては、１０マイクロ秒）電磁波を発振し、０．１マイクロ秒程度の休止の後、第２バースト（Ｂｕｒｓｔ２）として０．１マイクロ秒ＯＮ、０．９マイクロ秒ＯＦＦといった周期が１マイクロ秒でデューティ比１０％の発振を３５０回〜７００回行うようにしている。この場合、１度の点火により電磁波は最大約７１５マイクロ秒の間、増幅器４に電流を印加する必要があるが、４ストロークの内燃機関の場合、例えば、２４００ｒｐｍで回転しているエンジンの場合、ピストンが２往復する時間は５００ミリ秒であって電磁波を発振する時間は全体の０．２％にも満たない。また、分配器Ｄを使って、例えば４気筒の内燃機関に電磁波を供給するように構成したとしても、全体の１％にも満たない。そのため、上述の１度の点火により電磁波を最大約７１５マイクロ秒の間デューティ比１０％で点火プラグに供給する場合では、７１５マイクロ秒の間、複数の昇圧手段２から例えば１０マイクロ秒ごと連続で途切れることなく増幅器４に電流を印加するように制御する。このように制御しても増幅器４に電流を印加する割合は稼働時間の１％以下であり、消費電力を低減することで機器の発熱を低減することができる。従って、昇降圧回路２からの電流の出力を完全に電磁波の発振と同期させる必要はない。
【００２３】
そして、本実施形態においては、電磁波発振器３から発振され、増幅器４において増幅された電磁波が供給される抵抗部（例えば、電磁波を昇圧手段で昇圧し、電極間で放電を生じさせる電磁波点火プラグ７）から反射する反射波を検出器６によって検出し、この検出値が所定値を越えたとき、つまり、１の昇降圧手段２ａが電流を出力した際に検出器６が検出した反射波の値が所定値を越えたとき、例えば、反射波の割合が６０％、好ましくは７０％を越えたとき、１の昇降圧手段２ａの１又は複数回後に電流を出力する昇降圧手段２ｂ、２ｃのスイッチング素子Ｓｂ、Ｓｃへの作動信号を停止する（スイッチング素子をＯＦＦにしない）ようにしている。本実施形態においては、１回後である昇降圧手段２ｂのスイッチング素子Ｓｂへの作動信号を停止し、その１０マイクロ秒の間、電磁波発振器３から発振された電磁波の抵抗部への供給を停止するようにしている。
【００２４】
具体的には、図４に示すように、昇降圧手段２のうち１の昇降圧手段２ａの電流出力ａｎの際の反射波が所定値を越えたとき次に出力予定である昇降圧手段２ｂの電流出力ｂｎを停止する。この場合、さらに次の昇降圧手段２ｃの電流出力ｃｎも停止することもできる。反射波が所定値を越えたときの昇降圧手段の後、何回分の昇降圧手段を停止するかは特に限定するものではなく、反射波の値によって決定することができる。つまり、反射波の値が６０％以上７０％未満の場合は１回、７０％以上８０％未満の場合は２回、８０％以上の場合は３回となるように設定することができる。
【００２５】
このように、複数の昇降圧手段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、それぞれの昇降圧手段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。そして、本実施形態においては、１の昇降圧手段２が電流を出力した際の抵抗部へ供給される電磁波の反射波が所定値を越えたときに増幅器４への電流の供給を停止するときも、それぞれの昇降圧手段２には大容量のコンデンサを配設していないから即座に増幅器４への電流の停止を可能とし、反射波による各機器の損傷を有効に防止することができる。
【００２６】
＜内燃機関の昇降圧回路を含む電磁波発振装置としての効果＞
本発明の昇降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。
【００２７】
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、複数の電磁波発信装置の内、１の電磁波発信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信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、本発明の昇降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。また、反射波に応じて電磁波供給を即座に停止することができるから、各機器への反射波による損傷を有効に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明の昇降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信する用途に好適に用いられる。また、本発明の昇降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。
【符号の説明】
【００２９】
１    昇降圧回路を含む電磁波発振装置
２    昇降圧手段
２０  昇降圧回路
３    電磁波発振器
４    増幅器
５    制御装置
６    検出器
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    電源
【図１】
2018073558.tif 000003
【図２】
2018073558.tif 000004
【図３】
2018073558.tif 000005
【図４】
2018073558.tif 000006