(57)【要約】  プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源と、同軸空洞共振器組立体と、直流電力供給源とを含む。無線周波数電力供給源は、電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供する。共振器組立体は、無線周波数電力供給源に結合される中間導体を含み、また仮想の短絡を含む。直流電力供給源は仮想の短絡で中間導体に連結され、第１の比率より小さい電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供する。
2017517675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、かつ第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の位置に近位である中間導体に連結される直流電力供給源と、
を含むプラズマ発生器。
【請求項２】
前記直流電力供給源と前記同軸空洞共振器組立体との間に連結され、前記直流電力供給源に無線周波数電力の電圧供給の通過を制限するように構成される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項３】
前記無線周波数制御部品は、前記同軸空洞共振器組立体の基準平面に対して１８０゜位相が異なる無線周波数電力の電圧供給を変えるように構成される追加共振器組立体である、請求項２に記載のプラズマ発生器。
【請求項４】
前記同軸空洞共振器組立体は、連続配置で結合される複数の１／４波長同軸空洞共振器を含み、前記共振器は、前記無線周波数電力供給源に結合される中間導体を含む、請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項５】
電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供するように前記無線周波数電力供給源に指示するように構成され、電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供するように前記直流電力供給源に指示するように構成される電力供給源制御器をさらに含み、前記第１の比率は前記第２の比率より大きい、請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項６】
無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の位置に結合される近位端部を有する中間導体を含む開放端部放電１／４波長同軸空洞共振器と、
前記第１の位置の近位に連結される直流電力供給源と、
を含むプラズマ発生器。
【請求項７】
電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供するように構成される無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の位置に近位である中間導体に連結され、前記第１の比率より小さい電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供するように構成される直流電力供給源と、
を含むプラズマ発生器。
【請求項８】
無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の位置に近位である同軸空洞共振器組立体に直流電力の実質的に一定な電圧供給を提供するように構成される電力供給源と、
を含むプラズマ発生器。
【請求項９】
プラズマを開始するために必要な臨界量の電圧の影響下にプラズマを発生させる装置であって、
電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供するように構成される無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の位置に近位である中間導体に連結され、電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供するように構成され、前記直流電力の電圧供給が前記無線周波数電力の電圧供給と共に前記臨界電圧を充足するか超過する直流電力供給源と、
を含み、
前記第１の比率は前記第２の比率より大きい、プラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記直流電力供給源は、直流電力の実質的に一定な電圧供給として前記直流電力の電圧供給を提供するモードで動作するように構成される、請求項９に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記直流電力供給源と前記同軸空洞共振器組立体との間に連結され、前記直流電力供給源に前記無線周波数電力の電圧供給の通過を制限するように構成される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項９に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記無線周波数制御部品は、前記同軸空洞共振器組立体の基準平面に対して１８０゜位相が異なる無線周波数電力の電圧供給を変えるように構成される追加共振器組立体である、請求項１１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
前記臨界電圧を充足したり超過する電圧の組み合わせられた供給源を提供するように前記無線周波数電力供給源及び前記直流電力供給源に指示するように構成される電力供給源制御器をさらに含み、前記第１の比率は前記第２の比率より大きい、請求項９に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
プラズマを開始するために必要な臨界量の電圧の影響下にプラズマを発生させる装置であって、
無線周波数電力の電圧供給を提供するように構成される無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の位置で前記同軸空洞共振器組立体に直流電力の電圧供給を提供するように構成される電力供給源であって、前記直流電力の電圧供給が前記無線周波数電力の電圧供給と共に前記臨界量の電圧を充足するか超過する電力供給源と、
を含み、
前記電力供給源は、前記臨界量の電圧の約５１％の下限及び１００％未満の上限を有する範囲で前記直流電力の電圧供給を提供するようにさらに構成されるプラズマ発生装置。
【請求項１５】
前記電力供給源は、直流電力の実質的に一定な電圧供給として前記直流電力の電圧供給を提供するモードで動作するように構成される、請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】
前記直流電力供給源と前記同軸空洞共振器組立体との間に連結され、前記直流電力供給源に前記無線周波数電力の通過を制限するように構成される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１７】
前記無線周波数制御部品は、前記同軸空洞共振器組立体の基準平面に対して１８０゜位相が異なる無線周波数電力の電圧供給を変えるように構成される追加共振器組立体である、請求項１６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１８】
電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供するように前記無線周波数電力供給源に指示するように構成され、電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供するように前記直流電力供給源に指示するように構成される電力供給源制御器をさらに含み、前記第１の比率は前記第２の比率より大きい、請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１９】
第１の中間導体を含み、第１の電気的長さを維持するように構成され、第１の近位端部及び第１の遠位端部を有する第１の１／４波長同軸空洞共振器組立体と、
第２の中間導体を含み、第２の近位端部及び第２の遠位端部を有する第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体であって、前記第１の１／４波長同軸空洞共振器組立体及び前記第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体は、前記第２の近位端部が連結地点で前記第１の遠位端部に連結されるように互いに対して配置される第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体と、
前記第１の１／４同軸空洞共振器組立体と第２の１／４同軸空洞共振器組立体間の連結地点に隣接して連結される直流電力入力ラインと、
を含むプラズマ発生器。
【請求項２０】
前記直流電力入力ラインに沿って配置される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項１９に記載のプラズマ発生器。
【請求項２１】
前記無線周波数制御部品は、
第３電気的長さを維持するように構成され、第３近位端部及び第３遠位端部を有する第３中間導体と、
前記第３近位端部と実質的に同一平面上である第４近位端部、及び前記第３遠位端部と実質的に同一平面上である第４遠位端部を有し、第４電気的長さを維持するように構成される第１の外部伝導壁部分として、前記第４電気的長さは前記第１の電気的長さの２倍の整数倍である電気的長さの差の分だけ、前記第３電気的長さよりも短い電気的長さである第１の外部伝導壁部分と、を含む追加共振器組立体である、請求項２０に記載のプラズマ発生器。
【請求項２２】
１／４波長の整数倍の電気的長さを維持するように構成される中間導体であって、近位端部、遠位端部、及び共振するように構成される共振部分を有する中間導体と、
前記中間導体の周囲に配置される外部導体と、
前記中間導体に連結される直流電力入力ラインと、
前記中間導体の共振部分への結合関係で配置される無線周波数電力結合手段と、を含むプラズマ発生器。
【請求項２３】
前記直流電力入力ラインは、前記中間導体の近位端部に連結される、請求項２２に記載のプラズマ発生器。
【請求項２４】
前記遠位端部と前記直流電力入力ラインとの間の中間導体に沿って部分的に配置される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項２３に記載のプラズマ発生器。
【請求項２５】
前記無線周波数制御部品は、
外部伝導経路と、
前記外部伝導経路より短い電気的長さを有する内部伝導経路を含む折り曲がった共振器組立体であり、前記内部伝導経路及び前記外部伝導経路は１／２波長の整数倍である電気的長さの差を有する、請求項２４に記載のプラズマ発生器。
【請求項２６】
前記無線周波数電力結合手段は、前記中間導体と平行に配向され、１／４波長の整数倍である中間導体に沿って長さを延長する曲線の板を含む、請求項２５に記載のプラズマ発生器。
【請求項２７】
前記曲線の板は、その長さの約４０％である幅を有する、請求項２６に記載のプラズマ発生器。
【請求項２８】
前記遠位端部近傍の中間導体の部分は、テーパー形状であり、空気に露出され、前記近位端部近傍の中間導体の部分は、剛性誘電体で取り囲まれる、請求項２６に記載のプラズマ発生器。
【請求項２９】
１／４波長の整数倍の電気的長さを維持するように構成される中間導体と、
前記中間導体を取り囲む外部導体と、
前記中間導体に沿って配置される無線周波数制御部品と、
前記無線周波数制御部品に連結される直流電力入力ラインと、
を含むプラズマ発生器。
【請求項３０】
前記無線周波数制御部品は、
外部伝導経路と、
前記外部伝導経路より短い電気的長さを有する内部伝導経路を含む折り曲がった共振器組立体であり、前記内部伝導経路及び前記外部伝導経路は、１／２波長の整数倍である電気的長さの差を有する、請求項２９に記載のプラズマ発生器。
【請求項３１】
前記中間導体への結合関係で配置される無線周波数電力結合手段をさらに含む、請求項３０に記載のプラズマ発生器。
【請求項３２】
前記無線周波数電力結合手段は、前記中間導体を実質的に取り囲む、請求項３１に記載のプラズマ発生器。
【請求項３３】
第１の近位端部及び第１の遠位端部を有する内部中間導体部分と、
第２の近位端部及び第２の遠位端部を有する外部中間導体部分と、
前記内部中間導体部分及び前記外部中間導体部分に連結される連結中間導体部分と、
前記第１の近位端部に連結される直流電力入力ラインと、
を含み、
内部伝導経路は、１／４波長の整数倍である電気的長さを有し、前記第１の近位端部から前記第１の遠位端部までに直接規定され、
外部伝導経路は、１／２波長の整数倍の分だけ前記内部伝導経路の電気的長さより長い電気的長さを有し、前記第１の近位端部から前記連結中間導体部分、前記第２の近位端部、前記第２の遠位端部、前記連結中間導体部分、前記第１の遠位端部までに規定される１／４波長同軸空洞共振器組立体。
【請求項３４】
前記内部中間導体部分への結合関係で配置される無線周波数電力結合手段をさらに含む、請求項３３に記載の１／４波長同軸空洞共振器組立体。
【請求項３５】
前記無線周波数電力結合手段に連結される負性抵抗装置をさらに含む、請求項３４に記載の１／４波長同軸空洞共振器組立体。
【請求項３６】
前記負性抵抗装置及び前記直流電力入力ラインは両方とも単一の直流電力供給源に連結される、請求項３５に記載の１／４波長同軸空洞共振器組立体。
【請求項３７】
無線周波数電力供給源の影響下に仮想のショート位置を維持するように構成される中間導体と、
前記中間導体の周囲に配置される外部導体と、
前記仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される直流電力入力ラインであって、直流電力供給源から直流電力の電圧供給を受けるように構成される直流電力入力ラインを含むプラズマ発生器。
【請求項３８】
前記直流電力入力ラインと前記中間導体との間に連結され、前記直流電力供給源に無線周波数電力の電圧供給の通過を制限するように構成される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項３７に記載のプラズマ発生器。
【請求項３９】
前記無線周波数制御部品は、前記プラズマ発生器の基準平面に対して１８０゜位相が異なる無線周波数電力の電圧供給を変えるように構成される追加共振器組立体である、請求項３８に記載のプラズマ発生器。
【請求項４０】
前記プラズマ発生器は、連続配置で結合される複数の１／４波長同軸空洞共振器を含み、前記共振器は、前記無線周波数電力供給源に結合される中間導体を含む、請求項３７に記載のプラズマ発生器。
【請求項４１】
シャーシーと、
駆動トレインと、
１セットのホイールと、
可燃性燃料を収容するように構成される燃料供給源と、
酸素の供給を案内するように構成される酸素入口と、
前記可燃性燃料及び前記酸素の供給を受けるように構成される燃焼チャンバーと、
無線周波数電力供給源と、
直流電力供給源と、
前記燃焼チャンバーに少なくとも部分的に露出されるプラズマ発生器と、
を含み、
前記プラズマ発生器は、
前記無線周波数電力供給源に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体であって、前記中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される同軸空洞共振器組立体と、
前記直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインであって、前記仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される直流電力入力ラインと、を含む車両。
【請求項４２】
シャーシーと、
方向フィンと、
ステアリング装置と、
可燃性燃料を収容可能な燃料供給源と、
酸素の供給を案内可能な酸素入口と、
前記可燃性燃焼及び前記酸素の供給を受けるように構成される燃焼環境と、
無線周波数電力供給源と、
直流電力供給源と、
前記燃焼環境に少なくとも部分的に露出されるプラズマ発生器と、
を含み、
前記プラズマ発生器は、
前記無線周波数電力供給源に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体であって、前記中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される同軸空洞共振器組立体と、
前記直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインであって、前記仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される直流電力入力ラインと、を含む車両。
【請求項４３】
燃料入口と、
酸素入口と、
前記燃料入口及び前記酸素入口に露出される燃焼環境と、
前記燃焼環境に少なくとも部分的に露出されるプラズマ発生器と、
を含み、
前記プラズマ発生器は、
無線周波数電力供給源に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体であって、前記中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される同軸空洞共振器組立体と、
直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインであって、前記仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される直流電力入力ラインと、
を含むエンジン。
【請求項４４】
無線周波数電力出力及び直流電力出力を提供可能な電子点火制御器と、
プラズマ発生器と、
を含み、
前記プラズマ発生器は、
前記無線周波数電力出力に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体であって、前記中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される同軸空洞共振器組立体と、
前記直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインであって、前記仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される直流電力入力ラインと、を含む点火システム。
【請求項４５】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって同軸空洞共振器組立体でプラズマを発生させる方法であって、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程であって、前記電圧の第１の部分の提供は、電圧に対する電力の第１の比率を規定する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記電圧の第２の部分の提供は、電圧に対する電力の第２の比率を規定する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量を提供することによって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含み、
前記第２の比率は前記第１の比率より小さい、プラズマ発生方法。
【請求項４６】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって同軸空洞共振器組立体でプラズマを発生させる方法であって、
前記共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記直流電力は前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに十分な電圧の組み合わせられた量の５１％を超える電圧を提供する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量の提供によって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含むプラズマ発生方法。
【請求項４７】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体を有する点火システムにおいてプラズマを発生させる方法であって、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程であって、前記電圧の第１の部分の提供は電圧に対する電力の第１の比率を規定する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記電圧の第２の部分の提供は電圧に対する電力の第２の比率を規定する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量を提供することによって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含み、
前記第２の比率は前記第１の比率より小さい、プラズマ発生方法。
【請求項４８】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって同軸空洞共振器組立体を有する点火システムにおいてプラズマを発生させる方法であって、
前記共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記直流電力は前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに十分な電圧の組み合わせられた量の５１％を超える電圧を提供する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量の提供によって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含むプラズマ発生方法。
【請求項４９】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体を有するエンジンにおいてプラズマを発生させる方法であって、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程であって、前記電圧の第１の部分の提供は電圧に対する電力の第１の比率を規定する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記電圧の第２の部分の提供は電圧に対する電力の第２の比率を規定する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量を提供することによって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含み、
前記第２の比率は前記第１の比率より小さい、プラズマ発生方法。
【請求項５０】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体を有するエンジンにおいてプラズマを発生させる方法であって、
前記共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記直流電力は、前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに十分な電圧の組み合わせられた量の５１％を超える電圧を提供する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量の提供によって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含むプラズマ発生方法。
【請求項５１】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体を有するエンジンを持つ車両においてプラズマを発生させる方法であって、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程であって、前記電圧の第１の部分の提供は電圧に対する電力の第１の比率を規定する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記電圧の第２の部分の提供は電圧に対する電力の第２の比率を規定する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量を提供することによって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含み、
前記第２の比率は前記第１の比率より小さい、プラズマ発生方法。
【請求項５２】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体を有するエンジンを持つ車両においてプラズマを発生させる方法であって、
前記共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記直流電力は、前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに十分な電圧の組み合わせられた量の５１％を超える電圧を提供する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量の提供によって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含むプラズマ発生方法。
【請求項５３】
無線周波数電力供給源と、
直流電力供給源と、
前記直流電力供給源によって提供され、前記無線周波数電力供給源によって提供される組み合わせ電圧からプラズマを開始する手段と、
を含むプラズマ発生器。
【請求項５４】
前記直流電力供給源から前記無線周波数電力供給源を分離する手段をさらに含む、請求項５３に記載のプラズマ発生器。
【請求項５５】
無線周波数電力の電圧供給を提供する手段と、
直流電力の電圧供給を提供する手段と、
前記無線周波数電力の電圧供給への結合配置に配向され、かつ前記直流電力の電圧供給への連結のための仮想のショート位置を維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
を含むプラズマ発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１４年８月４日に出願された米国仮出願番号第６１／９７６，８４３号に対する優先権及び全体利益を主張し、米国仮出願は参照として含まれる。
【０００２】
この技術は一般に、可燃性材料の電気式点火の分野に関し、特に、可燃性材料を点火するためにプラズマを発生させる用途及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術において燃焼混合物を点火するために用いられる少なくとも２つの基本方法がある。圧縮を用いた自動点火及びスパーク点火がある。現在、非常に多数のスパーク点火（ＳＩ）エンジンが用いられており、制限された化石燃料物資を消耗する。相当な環境的且つ経済的利益が、燃焼エンジンをより一層効率的にすることによって得られる。ＳＩエンジンの高い熱効率は、軽い燃料空気混合物による動作によって及び高電力密度及び圧力での動作によって得られる。不幸にも、混合物が軽いため、点火及び燃焼はより一層難しくなる。より大きい面積を有するより多いエネルギースパークは、信頼動作のために、例えば、シリンダーシステム又はレール−プラグ点火器ごとに複数のスパークプラグを使用して要求される。より多いエネルギースパークが使用されることによって、それの全体点火効率は高エネルギーレベルがスパークプラグ寿命に有害であるため、減少される。これは作業が必要である。また、この高エネルギーレベルは、エンジン効率の全体減少だけでなく、好ましくない汚染物質の形成に寄与する。
【０００４】
無線周波数（ＲＦ）プラズマ点火供給源は、従来直流（ＤＣ）スパーク点火に対する代案を提供し、より効率的、軽いそして清潔な燃焼を可能にして、関連した経済的な且つ環境的な利点をもたらす。プラズマを発生させる一方法は、ＲＦ供給源及び定常電磁波を用いてコロナ放電プラズマを発生させる段階を伴う。従来技術はＲＦ発振器及び増幅器を用いて、要求されたＲＦ電力を所望の周波数で発生させる。ＲＦ発振器及び増幅器は、半導体又は電子管ベースであってもよく、この技術分野に公知である。ＲＦ発振器及び増幅器は、１／４波長同軸空洞共振器に結合され、結局、ＲＦ発振器によって決定される周波数及び空洞の共振周波数で空洞で定常ＲＦ波を発展させる。１／４波長同軸空洞共振器の入力端部を電気的に短くし、他の端部を電気的に開放されたままにすることによって、ＲＦエネルギーは空洞で共振増加して１／４波長同軸空洞共振器の開放端部でコロナ放電プラズマを生成する。コロナ放電プラズマは可燃性材料の点火手段として、特に、燃焼エンジンの燃焼チャンバーで一般的に機能することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の発明の概要段落のそれぞれは、本発明が以下の詳細な説明によって開示される構造又は方法要素の組み合わせとしてどのように具現され得るかの非限定の例を記載する。各発明の概要段落の任意の一つ以上の要素は、他の任意の一つ以上の個別要素と共に使用され得る。
【０００６】
プラズマ発生器は、連続配置で結合される１／４波長同軸空洞共振器の組立体を含む。共振器は、無線周波数電力供給源に結合される近位端部を有する中間導体を含み、また仮想の短絡を含む。直流電力供給源は仮想の短絡に近位である共振器組立体に連結される。
【０００７】
プラズマ発生器は１／４波長同軸空洞共振器を含む。共振器は、無線周波数電力供給源に結合され、また仮想の短絡を維持するように構成される遠位端部を有する中間導体を含む。また、装置は、仮想の短絡に結合される近位端部を有する中間導体を含む開放端部放電同軸空洞共振器をさらに含む。直流電力供給源は開放端部放電１／４波長同軸空洞共振器の近位端部に連結される。
【０００８】
プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源と、同軸空洞共振器と、直流電力供給源とを含む。この二重供給源装置の動作を説明するために、２個の電力供給源の比率が参照される。無線周波数電力供給源は、電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供する。共振器は、無線周波数電力供給源に結合される中間導体を含み、また仮想の短絡を含む。直流電力供給源は仮想の短絡の位置で中間導体に連結され、第１の比率よりも小さい電圧比率に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供する。
【０００９】
プラズマ発生器は第１の中間導体を含み、第１の電気的長さを維持するように構成される第１の１／４波長同軸空洞共振器組立体を含み、第１の１／４波長同軸空洞共振器組立体は、第１の近位端部及び第１の遠位端部を有する。また、発生器は、第２の中間導体を含む第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体をさらに含み、第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体は、第２の近位端部及び第２の遠位端部を有し、第１の１／４波長同軸空洞共振器組立体及び第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体は、第２の近位端部が連結地点で第１の遠位端部に連結されるように互いに対して配置される。直流は、第１及び第２の１／４波長同軸空洞共振器組立体の間の連結地点に隣接して連結される直流電力入力ラインを介して供給され得る。
【００１０】
プラズマ発生器は、１／４波長の整数倍の電気的長さを維持するように構成される中間導体を含み、中間導体は、近位端部と、遠位端部と、共振するように構成される共振部分とを有する。発生器は、中間導体の周囲に配置される外部導体をさらに含む。電力の組み合わせは、中間導体に連結される直流電力入力ライン、及び中間導体の共振部分への結合関係で配置される無線周波数電力結合手段を介して提供され得る。
【００１１】
プラズマ発生器は、１／４波長の整数倍の電気的長さを維持するように構成される中間導体を含む。発生器は、中間導体を取り囲む外部導体をさらに含む。電力の組み合わせは、中間導体に沿って配置される無線周波数制御部品、及び無線周波数制御部品に連結される直流電力入力ラインを介して提供され得る。
【００１２】
１／４波長同軸空洞共振器組立体は、第１の近位端部及び第１の遠位端部を有する内部中間導体部分と、第２の近位端部及び第２の遠位端部を有する外部中間導体部分とを含む。１／４波長同軸空洞共振器組立体は、内部中間導体部分及び外部中間導体部分に連結される連結中間導体部分をさらに含む。組立体は、内部伝導経路が１／４波長の整数倍である電気的長さを有し、第１の近位端部から第１の遠位端部までに直接規定されるように構成され、外部伝導経路が１／２波長の整数倍の分だけ内部伝導通路の電気的長さよりも長い電気的長さを有し、第１の近位端部から連結中間導体部分、第２の近位端部、第２の遠位端部、連結中間導体部分、第１の遠位端部までに規定されるように構成される。直流電力は、第１の近位端部に連結される直流電力入力ラインを介して提供され得る。
【００１３】
プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源の影響下に仮想のショート位置を維持するように構成される中間導体と、中間導体の周囲に配置される外部導体を含む。直流電力入力ラインは、仮想のショート位置に近位である中間導体に連結され、直流電力入力ラインは、直流電力供給源から直流電力の電圧供給を受けるように構成される。
【００１４】
車両は、シャーシーと、駆動トレインと、１セットのホイールと、燃料供給源と、酸素入口と、燃焼チャンバーと、無線周波数電力供給源と、直流電力供給源と、燃焼チャンバーに露出されるプラズマ発生器とを含む。プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体を含み、同軸空洞共振器組立体は、中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される。直流電力は、直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインを介して提供され、直流電力入力ラインは、仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される。
【００１５】
車両は、シャーシーと、方向フィンと、ステアリング装置と、燃料供給源と、酸素入口と、燃焼チャンバーと、無線周波数電力供給源と、直流電力供給源と、燃焼チャンバーに露出されるプラズマ発生器とを含む。プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞発振器組立体を含み、同軸空洞共振器組立体は、中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される。直流電力は、直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインを介して提供され、直流電力入力ラインは、仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される。
【００１６】
エンジンは燃料入口と、酸素入口と、燃焼環境と、燃焼チャンバーに露出されるプラズマ発生器とを含む。プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体を含み、同軸空洞共振器組立体は、中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される。直流電力は、直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインを介して提供され、直流電力入力ラインは、仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される。
【００１７】
点火システムは、電子点火制御器とプラズマ発生器を含む。プラズマ発生器は、無線周波数電力供給源に連結される無線周波数結合手段への結合配置に配向される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体を含み、同軸空洞共振器組立体は、中間導体が仮想のショート位置を維持するために構成されるように構成される。直流電力は、直流電力供給源に連結される直流電力入力ラインを介して提供され、直流電力入力ラインは、仮想のショート位置に近位である中間導体に連結される。
【００１８】
装置は、プラズマを開始するために必要な臨界量の電圧の影響下にプラズマコロナを発生させる。装置は、電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供する無線周波数電力供給源を含む。開放端部放電同軸空洞共振器は無線周波数電力供給源に結合され、燃焼チャンバーに露出される遠位端部を有する中間導体を含む。また、共振器は仮想の短絡を含む。直流電力供給源は、仮想の短絡に近位である中間導体に連結される。直流電力供給源は、電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供し、無線周波数電力の電圧供給が無線周波数電力の電圧供給と共に臨界電圧を充足したり超過する。第１の比率は第２の比率より大きい。
【００１９】
装置は、プラズマを開始するために必要な臨界量の電圧の影響下にプラズマを発生させる。装置は、無線周波数電力の電圧供給を提供する無線周波数電力供給源を含む。同軸空洞共振器は、無線周波数電力供給源に結合される中間導体を含み、また仮想の短絡を含む。直流電力供給源は、仮想の短絡で共振器に直流電力の電圧供給を提供する。直流電力の電圧供給は、無線周波数電力の電圧供給と共に破壊のために要求される臨界量の電圧を充足したり超過する。また、直流電力供給源は、臨界量の電圧の約５１％の下限及び１００％未満の上限を有する範囲で直流電力の電圧供給を提供する。
【００２０】
方法は、無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体でプラズマを発生させる。方法は、無線周波数電力から共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する。共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない電圧の第１の部分は、電圧に対する電力の第１の比率を規定する。また、方法は、直流電力から共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する。共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない電圧の第２の部分は、電圧に対する電力の第２の部分を規定する。方法は、電圧の第１の部分及び電圧の第２の部分から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させ、第２の比率は第１の比率より小さい。
【００２１】
方法は、無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、同軸空洞共振器組立体でプラズマを発生させる。方法は、無線周波数電力から共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する。電圧の第１の部分は共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独では不十分である。また、方法は、直流電力から共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する。電圧の第２の部分は、共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で不十分であるが、共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに十分な電圧の結合された量の５１％を超える。方法は、電圧の第１の部分及び電圧の第２の部分から電圧の組み合わせられた量を提供することによって、共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる。
【００２２】
各図面の簡単な記載が以下に提供される。各図面で同一の参照番号を有する要素は同一であるか、又は機能的に類似の要素を示す。さらに、便宜上、参照番号の左端の数字は、参照番号が最初に現れる図面を識別する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】点火供給源としてスパークプラグを使用する従来技術の点火システムの概略図である。
【図２】点火供給源として同軸空洞共振器を使用する従来技術の点火システムの概略図である。
【図３】ＲＦ減衰器として作用する追加共振器組立体を介して直流電力供給源に連結される例示的な同軸空洞共振器組立体の例の断面図である。
【図４】燃焼チャンバーと動作的に関連する同軸空洞共振器組立体の例の概略図であり、制御器はＲＦ電力供給及びＤＣ電力供給の両方を指示して電力を同軸空洞共振器組立体に提供する。
【図５】ＲＦ減衰器として作用する追加共振器組立体を介して直流電力供給源に連結される例示的な同軸空洞共振器の例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
このような記載は、請求項に引用されていない制限を導入することなく特許法規の実施可能要件を満たすように提供される。各例の全部又は一部は一つ以上の他の例の全部又は一部と組み合わせて使用され得る。
【００２５】
スパークプラグを有する従来技術の点火システム
次に図１に図示される従来の点火システム１００の概略図を参照すると、バッテリー１０２は、スパークプラグワイヤーによってスパークプラグ１０６に連結される電子点火制御システム１０４に連結される。
【００２６】
自動車で発見されるように、典型的な従来技術の点火システム１００において、バッテリー１０２は電気電力を電子点火制御システム１０４に提供する。電子点火制御システム１０４は、点火イベントを触発させる適切なタイミングを決定し、適切な時間に高電圧直流（ＤＣ）パルスをスパークプラグワイヤーを経てスパークプラグ１０６の末端に送る。高電圧パルスは、燃焼チャンバー（図示せず）の内部に配置されるスパークプラグ１０６の先端でスパークの放電を引き起こす。スパークは、燃焼エンジンの燃焼チャンバーの内部にあるガソリン蒸気のような可燃性材料を点火して、点火シーケンスを完成する。
【００２７】
同軸空洞共振器を有する従来技術の点火システム
次に、図２に図示される従来技術の同軸空洞共振器点火システム２００の概略図を参照すると、電力供給源２０２は、同軸空洞共振器２０８に連結される増幅器２０６に電子点火制御システム１０４を介して連結される無線周波数（ＲＦ）発振器２０４に連結される。同軸空洞共振器２０８を使用する例示的なシステムは、本願でこの記載の一部として参照されることによって含まれるスミス等の米国特許第５，３６１，７３７号で記載される。また、米国特許出願第２０１１／０１４６６０７号明細書及び第２０１１／０１７５６９１号明細書は、この記載の一部として参照されることによって含まれる。また、同軸空洞共振器は１／４波長同軸空洞共振器（ＱＷＣＣＲ）と言及され得る。
【００２８】
従来技術の同軸空洞共振器点火システムの一例において、電力供給源２０２は電気電力をＲＦ発振器２０４に提供する。ＲＦ発振器２０４は、同軸空洞共振器２０８の共振周波数と類似するように選択される周波数でＲＦ信号を発生させる。ＲＦ発振器２０４は、点火イベントを触発する適切なタイミングを決定する電子点火制御システム１０４にＲＦ信号を伝送し、適切な時間に増幅のための増幅器２０６にＲＦ信号を伝送する。増幅器２０６は適切な電力でＲＦ信号を増幅し、十分のエネルギーコロナ放電プラズマ２１０を同軸空洞共振器２０８の中間導体の放電チップで生成し、燃焼エンジンの燃焼チャンバーで可燃性材料を点火する。ＲＦ信号をＱＷＣＣＲに提供する部品の特定組み合わせは、従来技術の異なる例で異なり得る。
【００２９】
ＱＷＣＣＲ２０８は、電界を用いてガス混合物の絶縁破壊を誘導することによってマイクロ波プラズマを生成する。一例において、従来技術のＱＷＣＣＲ２０８は、電磁気エネルギーが結合されて定常電磁気場を引き起こす１／４波長共振同軸空洞で構成される。ＲＦ発振器は、約７５０ＭＨｚと７．５ＧＨｚとの間にある。１〜１０ｃｍの長さを測定する同軸空洞共振器２０８は、７５０ＭＨｚ〜７．５ＧＨｚの範囲の動作周波数にほぼ対応する。この範囲の周波数を発生させる利点は、同軸空洞共振器２０８を含む本体の外形がほとんど従来技術スパークプラグ１０６の大きさに寸法化され得ることにある。
【００３０】
無線周波数電力及び直流電力の両方を使用する同軸空洞共振器を有する点火システム
本発明によって、装置は、無線周波数電力及び直流電力からの電圧の組み合わせられた量を印加することによってプラズマを発生させる構成で組み立てられる複数の共振器を用いてさらに構成され得る。このような装置３００は、例えば、図３に図示される。この特定例で、装置３００は、一緒に結合される２個の１／４波長同軸空洞共振器の組立体である。より詳しくは、例えば、図３に図示される共振器組立体３００は、縦軸３１５に沿う連続配列で結合される第１及び第２の共振器３１０，３１２を含む。
【００３１】
図示の例で、第１及び第２の共振器３１０，３１２は、共通外部導体壁構造３２０によって規定される。壁構造３２０は、軸３１５を中心とする第１及び第２の円筒壁３２２，３２４を含む。第１の壁３２２は、伝導材料で構成され、軸３１５を中心とする第１の円筒空洞３２５を取り囲む。この材料の厚さは、その誘電絶縁破壊強度に基づく。それは、外部導体から内部導体への電流を抑制するために十分に強い必要がある。この例で、第１の円筒空洞３２５は、４（εｒ＝４）とほぼ同等な比誘電率を有する誘電体３２６で充填される。この例で、第１及び第２の共振器３１０，３１２は、軸３１５に垂直である連結平面３３２で互いに隣接する。他の例で、連結平面３３２は垂直である必要はなく、第１の共振器と第２の共振器３１０，３１２との間で一定のインピーダンスを維持する任意の比率で変わり得る。
【００３２】
第２の円筒壁３１２は、伝導材料で構成され、また軸３１５を中心とする第２の空洞３４５を取り囲む。第２の空洞３４５は第１の空洞３２５と同軸であるが、より大きい物理的長さを有する。第２の壁３１２は、第２の空洞３４５の近位端部３４９から縦軸３１５に沿って離隔される遠位端部３４７を有する第２の空洞３４５を提供する。
【００３３】
中間導体構造３５０は、誘電体３２６によって共振器組立体３００の壁構造３２０内で支持される。中間導体構造３５０は、第１及び第２の中間導体３５２，３５４及び放射導体３５７を含む。第１の中間導体３５２は、軸３１５に沿って第１の空洞３２５内に到達する。図示の例で、第１の中間導体３５２は、第１の空洞３２５の近位端部３３０に隣接した近位端部３６０を有し、第１の空洞３２５の遠位端部３４９に隣接した遠位端部３６２を有する。放射導体３５７は、第１の中間導体３５２の遠位端部３６２に隣接した位置から第１の空洞３２５を横切って孔３３９を通って外に放射状に突出する。
【００３４】
第２の中間導体３５４は、第１の中間導体３５２の遠位端部３６２に近位端部３７０を有し、各空洞３４５の遠位端部３４７に位置したり極めて隣接した電極チップとして構成される遠位端部３７２に軸３１５に沿って突出する。
【００３５】
第１の共振器と第２の共振器３１０，３１２の間でインピーダンスの任意のミスマッチを最小化するために、両円筒壁３２２，３２４及び各中間導体３５２，３５４間の相対的な放射厚さは、誘電体３２６の比誘電率及び第２の空洞３４５を満たす空気の誘電率に対して規定される。図示の例で、第２の中間導体３５４の縦軸３１５に沿う物理的長さは、第１の中間導体３５２の縦軸３１５に沿う物理的長さのほぼ２倍である。しかし、４とほぼ同じ比誘電率を有する誘電体３２６に少なくとも部分的に基づくと、両中間導体の電気的長さはほぼ同一である。注意：任意の中間導体と任意の外部導体間の任意のギャップは誘電体で満たされたり、ギャップはアーキングを最小化するのに十分に大きい。また、図３に図示されるように、誘電体３２６は、第１の中間導体３５２及び放射導体３５７の周囲に第１の空洞３２５を満たす。
【００３６】
図示の例で、ＤＣ電力供給源３９０は、仮想の短絡地点に隣接して連結される放射導体３５７を介して中間導体構造３５０に連結される。ＲＦ制御部品、特に、ＲＦ周波数除去共振器組立体３９１が放射導体３５７とＤＣ電力供給源３９０との間に配置されて、ＲＦ電力がＤＣ電力供給源３９０に到達することを制限する。ＲＦ周波数除去共振器組立体はそれぞれ同一の電気的長さ（Ｘ）（第１及び第２の中間導体３５２，３５４と同じ電気的長さ）を有する第１及び第２の部分３９３，３９４と共に中間導体３９２を有する追加共振器組立体３９１である。好ましい例で、図３に表示された電気的長さ（Ｘ）は、１／４波長又はλ／４と同一であり、波長はＲＦ電力の周波数と反比例の関係である。また、追加共振器組立体３９１は、短い外部伝導壁３９５及び長い外部伝導壁３９６を有する。短い外部伝導壁３９５は、追加共振器組立体３９１の反対端部に第１及び第２の端部を有する。また、長い外部伝導壁３９６は、追加共振器組立体３９１の反対端部に第１及び第２の端部を有する。短い外部伝導壁３９５の第１及び第２の端部はそれぞれ、長い外部伝導壁３９６の対応する第１及び第２の端部と反対側にある。
【００３７】
短い外部伝導壁３９５と長い外部伝導壁３９６との電気的長さの差は、第１の中間導体３５２の電気的長さの２倍とほぼ同一である、第１及び第２の部分３９３，３９４の組み合わせられた電気的長さとほぼ同一である。短い外部伝導壁３９５及び長い外部伝導壁３９６は、誘電体で満たされる空洞３９７を取り囲む。この例における活性動作の下に、追加共振器組立体３９１の外部導体に沿って流れる電流は主に、最短経路に沿い、短い外部伝導壁３９５に沿って流れるはずである。したがって、追加共振器組立体３９１の外部導体の電流は、追加共振器組立体３９１の中間導体３９２に沿って流れる電流よりも２個少ない１／４波長を移動するはずである。
【００３８】
また、追加共振器組立体３９１は、空洞３９７の内部及び中間導体３９２の第１及び第２の部分３９３，３９４の間に配置される内部伝導基準平面３９８を有する。この配置は、ＤＣ電力供給源３９０と放射導体３５７との間に連結される周波数除去回路を提供する。追加共振器組立体３９１は、追加共振器組立体３９１の短い外部伝導壁３９５と中間導体３９２間の電気的長さの差のため、ＱＷＣＣＲ組立体３００の基準平面に対して１８０゜位相が異なるＲＦエネルギーの電圧供給を変えるように構成される。
【００３９】
図４に概略的に図示されるように、ＲＦ電力供給源４０１は、電極チップ３７２がシリンダー４０２の燃焼チャンバー４０３に露出された状態で内部燃焼エンジンにおいてシリンダー４０２に連結される第１の中間導体３５２の向かい側のＱＷＣＣＲ組立体３００に結合される。この好ましい例で、制御器４０４は、電力供給源に特定パラメータ内で電圧を供給するように指示するためにＲＦ電力供給源４０１及びＤＣ電力供給源３９０に結合される。制御器４０４は、記載及び請求されるとおりに行うようにプログラムされたり、或いはハードウェア及び／又はソフトウェアで構成され得る任意の適切なプログラム可能ロジック制御器又は他の制御装置、又は制御装置の組み合わせを含むことができる。
【００４０】
プラズマが第２の中間導体３５４の電極チップ３７２に隣接して発生するとき、制御器４０４はＲＦ電力供給源４０１にＲＦエネルギーの電圧供給を第１の中間導体３５２に容量結合するように指示することによって、第１の中間導体３５２の遠位端部３６２に隣接して仮想のショートを生成する。また、この仮想のショートはＲＦエネルギーの電圧供給を第２の中間導体３５４に結合する。ＲＦエネルギーの電圧供給はプラズマを発生させるのに単独で十分でなく、電圧に対する電力の第１の比率で提供される。また、制御器４０４は、ＤＣ電力供給源３９０にプラズマを発生させるのに単独で十分でないＤＣ電力の電圧供給を提供するように指示する。ＤＣ電力の電圧供給は、ＲＦエネルギーの電圧供給と関連する電圧に対する電力の第１の比率未満である電圧に対する電力の第２の比率で提供される。ＲＦエネルギー及びＤＣ電力から組み合わせられた電圧は、プラズマを発生させるのに十分である。その結果、プラズマは第２の中間導体３５４の電極チップ３７２に隣接して発生する。プラズマを発生させるのに十分な組み合わせられた電圧の決定は、燃焼チャンバー４０３に対して測定される状態に応じて制御器４０４でなされ得る。
【００４１】
他の例において、制御器４０４は、遠位端部３７２でプラズマを開始するのに十分な、５１％を超える電圧がＤＣ電力供給源３９０から提供される構成の方式にしてもよい。
【００４２】
他の例において、ＤＣ電力の電圧供給の導入は、上述した特定仮想のショート位置に制限されないが、高電圧ＤＣ電力がＲＦ電力部品によって形成される定常電磁波に最小の影響を及ぼすことを保障し、ＲＦ電力がＤＣ電力供給源を妨害することを制限するために存在し得る任意の他の仮想のショート近傍に提供されてもよい。
【００４３】
他の例において、ＤＣ電力供給源３９０及びＲＦ電力供給源４０１のいずれか一方又は両方は、電極チップ３７２でプラズマを発生させるのに適した電力の組み合わせの提供を指示するための独自の専用制御器を含んでもよく、ＤＣ電力供給源３９０及びＲＦ電力供給源４０１のいずれか一方又は両方は一次電力供給源内に提供されてもよい。一次電力供給源は、ＤＣ電力供給源３９０とＲＦ電力供給源４０１の間で電力出力を制御するように構成され得る。様々な例で、制御器４０４は、ＤＣ電力供給源３９０及びＲＦ電力供給源４０１のいずれか一方又は両方の前に又は後に配置されてもよく、制御器４０４はＤＣ電力供給源３９０及びＲＦ電力供給源４０１を収容する物理的部品内に又は物理的部品無しで同等に統合されてもよい。中間導体へのＲＦ電力供給源４０１の結合は、数個の手段、すなわち、誘導結合（例えば、誘導給電ループ）、平行容量結合（例えば、平行板キャパシタ）、又は非平行容量結合（例えば、非ゼロ電圧導体端部の反対側に印加される電界）によって可能になり得る。使用される特定結合配置は、結合手段及び共振器空洞の特定構造の選択に依存するはずである。
【００４４】
他の例において、ＲＦ周波数除去共振器組立体３９１は、抵抗素子、集中素子インダクター、周波数除去回路を含むが、それに制限されない、ＲＦ電力がＤＣ電力供給源３９０に到達することを区分するための任意の部品、又は連続する部品であってもよい。他の例において、ＲＦ周波数除去共振器組立体３９１は、ＤＣ電力供給源３９０に非常に近接して位置してもよく、ＲＦ周波数除去共振器組立体３９１はＱＷＣＣＲ組立体３００に非常に近接して位置してもよく、ＲＦ周波数除去共振器組立体３９１はＤＣ電力供給源３９０と共振器組立体３００との間のいずれか他の所に位置してもよい。可能な発生地点に近いＲＦを除去して、加熱によって損失されるエネルギー量を減らし、共振器組立体で高品質因子を維持することが好ましい。
【００４５】
他の例において、本開示の教示は、１つだけのＱＷＣＣＲを含む共振器組立体、又は連続して配置される複数のＱＷＣＣＲを含む組立体に適用され得る。使用されるＱＷＣＣＲの数に関係なく、比較的にＲＦ電力の電圧供給（低い電圧、高い電力）と組み合わせて、仮想のショートでＤＣ電力の電圧供給（高い電圧、低い電力）の導入は、向上した燃焼及び向上した全体エンジン効率の全体エネルギー要件を減らしながら、より大きい範囲の燃焼環境でプラズマを発生させるためのより効率的なシステムを提供するはずである。上述したように、ＤＣ電力の電圧供給を使用することによって、非常に大きい電位は、プラズマを発生させるために使用されるＲＦ電力と比較する時、電流又は電力の無視可能な使用を有するシステムに導入される。
【００４６】
本発明によって、装置は、無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を印加することによってプラズマを発生させる連続構成で組み立てられる２個の共振器を用いてさらに構成されてもよく、このような装置５００は例えば図５に図示される。この特定例で、装置５００は、縦軸５１５に沿う連続配置で結合される第１及び第２の共振器部分５１０，５１２を含む。
【００４７】
図示の例で、第１及び第２の共振器部分５１０，５１２は、共通外部導体壁構造５２０によって規定される。壁構造５２０は、軸５１５を中心とする第１及び第２の円筒壁部分５２２，５２４を含む。第１の壁部分５２２は伝導材料で構成され、軸５１５を中心とする第１の円筒空洞５２５を取り囲む。この例で、第１の円筒空洞５２５は誘電体５２６で満たされる。第１の壁部分５２２の環状縁５２８は、第１の空洞５２５の近位端部５３０を規定する。第２の円筒壁部分５２４の近位端部は、第１の空洞５２５の遠位端部５３２に隣接する。
【００４８】
第２の中間導体部分５５４は、第１の中間導体部分５５２の遠位端部５６２に隣接する近位端部５７０を有し、第２の空洞５４５の遠位端部５４７に位置したり非常に隣接した電極チップとして構成される遠位端部５７２に軸５１５に沿って突出する。
【００４９】
孔５７９は、放射導体５７７がＲＦ電力入力ラインによってＲＦ電力供給源４０１に連結されるために、縦軸５１５から外に延長される第１の壁部分５２２を通って放射状に外に到達する。縦軸５１５に相対的に近い放射導体５７７の端部は、中間導体構造５５０に結合配置される平行板キャパシタ５７５に連結される。また、平行板キャパシタ５７５は一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１に結合配置される。
【００５０】
図示の例で、ＤＣ電力供給源３９０はＤＣ電力入力ラインによって中間導体構造５５０の近位端部５６０で中間導体構造５５０に連結される。一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１は、第２の共振器部分５１２とＤＣ電力供給源３９０間に配置されてＲＦ電力がＤＣ電力供給源３９０に到達することを制限する。一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１は、第１の近位端部５９６及び第１の遠位端部５９７を有する内部中間導体部分５９２を含む。また、一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１は外部中間導体部分５９３及び内部中間導体部分５９２及び外部中間導体部分５９３を連結する転移中間導体部分５９４を含む。外部中間導体部分５９３は、第１の近位端部５９６と同じ平面に主に近位端部を有し、第１の遠位端部５９７と同じ平面に主に遠位端部を有する。この例で、転移中間導体部分５９４は、第１の遠位端部５９７の近位に位置する。外部中間導体部分５９３は、内部中間導体部分５９２を取り囲む。
【００５１】
この例で、外部中間導体部分５９３は、内部中間導体部分５９２の残りを取り囲む伝導材料の円筒部分と似ている。内部中間導体部分５９２及び外部中間導体部分５９３の縦長は、それが結合配置にある平行板キャパシタ５７５の縦長とほぼ同一である。内部中間導体部分５９２及び外部中間導体部分５９３の両方のための第１の近位端部５９６と第１の遠位端部５９７の間の電気的長さは１／４波長とほぼ同一である。第２の中間導体５５４及び第２の円筒壁部分５２４は両方とも１／４波長の電気的長さを有するように構成される。
【００５２】
壁構造５２０は、第１の近位端部５９６と同じ平面に主に近位端部を有し、第１の遠位端部５９７と同じ平面に主に遠位端部を有する短い外部導電部分５９５を含む。外部伝導経路は、壁構造５２０の遠位端部（第２の空洞５４５の遠位端部５４７と実質的に同一平面上にある。）から短い外部導電部分５９５に沿って広まり、第１の壁部分５２２の近位端部５３０で中断する。この例で、外部伝導経路は２／４波長の電気的長さを有する。
【００５３】
内部伝導経路は、第２の中間導体部分５５４の電極チップ遠位端部５７２から近位端部５７０へ転移中間導体部分５９４の外部に沿って、外部中間導体部分５９３の遠位端部から近位端部へ外部に沿って、近位端部から遠位端部へ外部中間導体部分５９３の内部壁５９９に沿って、遠位端部から近位端部へ内部中間導体部分５９２に沿って広まる。この例で、この内部伝導経路の電気的長さは、４／４波長、又は２／２波長である。内部伝導経路と外部伝導経路との電気的長さの差は、１／２波長である。
【００５４】
この配置は、ＤＣ電力供給源３９０とＲＦエネルギーの電圧供給との間に連結される無線周波数制御部品を提供する。無線周波数制御部品のこの特定例は、一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１であり、ＱＷＣＣＲ組立体５００の基準平面に対して１８０゜位相が異なるＲＦエネルギーの電圧供給を変えるように構成される。
【００５５】
当業者は、図５に図示される特定ＱＷＣＣＲ配置が一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１の配向に対して制限されないことを理解するはずである。他の例において、図５に図示される全体ＱＷＣＣＲ配置は、‘伸張され’得ることにより、一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１は遠位端部５７２から相対的に遠く離れて配置され、それ以上平行板キャパシタ５７５に直接結合されないが、平行板キャパシタ５７５と直接結合配置にある中間導体の部分から１／４波長だけ分離され得る。或いは、図５に図示される全体ＱＷＣＣＲ配置はより圧縮され得ることにより、一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１の外部中間導体部分５９３は両方とも平行板キャパシタ５７５だけ遠く縦軸に延長されるが、プラズマ発生のために露出される中間導体の部分も取り囲む。これは、外部中間導体部分５９３が両側方向に縦軸に延長されるようにそれ以上、単純に一列に折り曲がったＲＦ減衰器５９１の端部ではなく中間で転移中間導体部分５９４を配置することによって具現され得る。この配置の任意の特定外形は、誘電体の様々なパラメータに変更することが要求されてインピーダンスマッチング及び全ての１８０゜位相除去を保障するが、このタスクはよく理解されているエンジニアリングタスクである。
【００５６】
一例において、本発明のＱＷＣＣＲ及びＲＦ信号をＱＷＣＣＲに提供する部品の特定組み合わせは、ほぼ従来技術のスパークプラグ１０６の大きさに寸法化され、燃焼エンジンの燃焼チャンバーと結合するようにされる本体に含まれる。より詳しくは、この例は、共振器でマイクロ波増幅器を使用し、発振器増幅器配置で周波数決定要素として共振器を使用する。増幅器／発振器はプラグの上部に付着され、また診断によってモジュールに統合される高電圧供給源 を有する。この例は、タイミング信号と共にモジュールを給電する単一の低電圧ＤＣ供給源の使用を可能にする。
【００５７】
この記載の脈絡で、様々な用語は、特定構成の結果としてそして動作の所定条件の下に、電圧部品が非存在に近似するように測定され得る位置を言及することができる。例えば、“電圧ショート”は、電圧部品が所定条件の下に非存在に近似するような任意の位置を言及することができる。類似の用語は、ゼロに近い電圧の位置、例えば、“仮想の短絡”、“仮想のショート位置”又は“電圧ヌル”を同一に言及することができる。時には、当業者は“仮想のショート”の使用を、ゼロに近い電圧がゼロを交差する定常波の結果であるその位置にのみ制限してもよい。“仮想のヌル”は、時にはさらにたびたびゼロを交差する定常波の結果と異なる理由、例えば、電圧減衰又は除去のためのゼロに近い電圧の位置を言及するために使用され得る。また、この開示の脈絡で、ゼロに近い電圧の位置を言及し得るこの用語のそれぞれは非限定的なものとして意味され、その代わりに、それが記載される応用の特定寸法及び仕様を含むその周囲の脈絡によってのみ制限される。
【００５８】
図面に図示され、上に説明された本発明の例は、添付する請求項の範囲内でなされ得る多くの例の手本である。また、本発明の更なる例は、必要によって、上述した任意の一つ以上の従来技術例から選択される要素をさらに含んで、本発明によって利用可能となる構造及び機能の任意の要求された具現を達成することができる。特許の範囲が添付の請求項の範囲によってのみ制限されることが、出願人の意図である。
【図１】
2017517675.tif 000003
【図２】
2017517675.tif 000004
【図３】
2017517675.tif 000005
【図４】
2017517675.tif 000006
【図５】
2017517675.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月14日(2016.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数電力供給源と、
前記無線周波数電力供給源への結合配置に配向され、かつ第１の位置で電圧ヌルを維持するように構成される中間導体を含む同軸空洞共振器組立体と、
を含むプラズマ発生器。
【請求項２】
直流電力供給源をさらに含む、請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項３】
前記直流電力供給源は、前記第１の位置に近位である中間導体に連結される、請求項２に記載のプラズマ発生器。
【請求項４】
前記直流電力供給源と前記同軸空洞共振器組立体との間に連結され、前記直流電力供給源に無線周波数電力の電圧供給の通過を制限するように構成される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項２に記載のプラズマ発生器。
【請求項５】
前記無線周波数制御部品は、前記同軸空洞共振器組立体の基準平面に対して１８０゜位相が異なる無線周波数電力の電圧供給を変えるように構成される追加共振器組立体である、請求項４に記載のプラズマ発生器。
【請求項６】
前記同軸空洞共振器組立体は、連続配置で結合される複数の１／４波長同軸空洞共振器を含む、請求項３に記載のプラズマ発生器。
【請求項７】
電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供するように前記無線周波数電力供給源に指示するように構成され、電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供するように前記直流電力供給源に指示するように構成される電力供給源制御器をさらに含み、前記第１の比率は前記第２の比率より大きい、請求項２に記載のプラズマ発生器。
【請求項８】
前記第１の位置に結合される近位端部を有する中間導体を含む開放端部放電１／４波長同軸空洞共振器と、
前記第１の位置に近位して連結される直流電力供給源を含む、請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項９】
前記無線周波数電力供給源は、電圧に対する電力の第１の比率を有する無線周波数電力の電圧供給を提供するように構成され、
前記無線周波数電力供給源は、前記第１の比率より小さい電圧に対する電力の第２の比率を有する直流電力の電圧供給を提供するように構成される、請求項１に記載のプラズマ発生器。
【請求項１０】
前記無線周波数電力供給源は、前記第１の位置に近位である同軸空洞共振器組立体に直流電力の実質的に一定な電圧供給を提供するように構成される、請求項９に記載のプラズマ発生器。
【請求項１１】
前記直流電力供給源は、直流電力の実質的に一定な電圧供給として前記直流電力の電圧供給を提供するモードで動作するように構成される、請求項９に記載のプラズマ発生器。
【請求項１２】
前記直流電力供給源と前記同軸空洞共振器組立体との間に連結され、前記直流電力供給源に前記無線周波数電力の電圧供給の通過を制限するように構成される無線周波数制御部品をさらに含む、請求項９に記載のプラズマ発生器。
【請求項１３】
前記無線周波数制御部品は、前記同軸空洞共振器組立体の基準平面に対して１８０゜位相が異なる無線周波数電力の電圧供給を変えるように構成される追加共振器組立体である、請求項１２に記載のプラズマ発生器。
【請求項１４】
無線周波数電力及び直流電力から電圧の組み合わせられた量を提供することによって同軸空洞共振器組立体でプラズマを発生させる方法であって、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない無線周波数電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第１の部分を提供する工程であって、前記電圧の第１の部分の提供は電圧に対する電力の第１の比率を規定する工程と、
前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを開始するのに単独で十分でない直流電力から前記同軸空洞共振器組立体に電圧の第２の部分を提供する工程であって、前記電圧の第２の部分の提供は電圧に対する電力の第２の比率を規定する工程と、
前記電圧の第１の部分及び前記電圧の第２の部分から前記電圧の組み合わせられた量を提供することによって前記同軸空洞共振器組立体の遠位端部でプラズマを発生させる工程と、
を含み、
前記第２の比率は前記第１の比率より小さい、プラズマ発生方法。
【国際調査報告】
2017517675.tif 000008
2017517675.tif 000009
2017517675.tif 000010