DISPOSITIVO DE GENERACION DE PLASMA DE RADIOFRECUENCIA.

Dispositivo de generación de plasma (110) que comprende dos electrodos (103,

106), un resonador en serie que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y que comprende un condensador (111) provisto de dos bornes, y un bobinado inductivo (112) rodeado por un blindaje (132), estando el condensador y el bobinado dispuestos en serie, estando conectados los electrodos a los bornes respectivos del condensador, estando caracterizado el dispositivo porque la relación del radio del bobinado (rint) al radio del blindaje (rext) está comprendida entre 0,5 y 0,6 y preferiblemente es igual a 0,56

Dispositivo de generación de plasma de radiofrecuencia.

La presente invención se refiere de manera general a la generación de plasma en un gas, y más especialmente a los dispositivos de generación de plasma de inductancia integrada. La generación de plasma es, en particular, utilizada para el encendido controlado de motores de combustión interna por los electrodos de una bujía, pero se puede igualmente utilizar, por ejemplo, para una esterilización en un procedimiento de climatización o en sistemas de descontaminación.

Más concretamente, la invención se refiere a un dispositivo de generación de plasma que comprende dos electrodos, un resonador en serie que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y que comprende un condensador provisto de dos bornes, y un bobinado inductivo rodeado por un blindaje, estando dispuestos el condensador y la bobinado en serie, estando conectados los electrodos a los bornes respectivos del condensador.

Se describe un dispositivo de este tipo, en particular, en forma de bujía en el documento FR 2.859.830. Este tipo de bujía presente unas capacidades parásitas internas reducidas y forma un resonador en serie que presenta un coeficiente de sobretensión elevado. Aunque este dispositivo permita mantener una tensión de radiofrecuencia entre sus electrodos para la generación de un plasma, su optimización seguía siendo hasta ahora problemática.

En este contexto, el objetivo de la invención es proponer un dispositivo de generación de plasma de radiofrecuencia aún más potente.

A tal efecto, el dispositivo de la presente invención, por otra parte conforme a la definición que se da del mismo en el preámbulo precedente, se caracteriza esencialmente porque la relación del radio de bobinado r_int respecto al radio del blindaje r_ext, se encuentra comprendida entre 0,5 y 0,6 y es preferiblemente igual a 0,56.

Otras particularidades y ventajas de la invención aparecerán claramente en la lectura de la descripción siguiente que se da a título de ejemplo no limitativo y haciendo referencia a las figuras.

La figura 1 corresponde a una representación esquemática en corte de un ejemplo de bujía utilizable en el sistema de generación de plasma; y

la figura 2 corresponde a un gráfico que representa un estudio del coeficiente de sobretensión (y) en función de la relación r_int/r_ext (x).

La figura 1 ilustra detalles de la estructura de un dispositivo de generación plasma de radiofrecuencia de la técnica anterior, en forma de una bujía de chispa de superficie, para el cual se pruebe especialmente ventajosa la aplicación de una excitación de radiofrecuencia.

La bujía 110 puede ser fijada en la culata 104 de un motor 105 de combustión interna de un vehículo automóvil.

La bujía de efecto de superficie 110 comprende un electrodo cilíndrico de baja tensión que sirve de casquillo metálico 103 destinado a ser atornillado en el vaciado realizado en una culata de motor y que desemboca en el interior de la cámara de combustión. El casquillo 103 está destinado a ser conectado eléctricamente a la masa. Así pues, el casquillo 103 rodea a un electrodo de alta tensión cilíndrico 106 dispuesto en posición central. El electrodo 106 está aislado del casquillo 103 por medio de un manguito aislante 100. El manguito aislante está constituido por un material cuya permitividad relativa es superior a 1, por ejemplo una cerámica. La bujía presenta un espacio 105 que separa el dieléctricos 100 y un extremo del electrodo 103.

Para una aplicación al encendido de automóvil, el experto en la técnica utilizará unos electrodos y un aislante que presenten unos materiales y una geometría adecuados para iniciar una combustión en una mezcla con una densidad de combustión y para resistir el plasma así formado.

La figura 1 representa igualmente una vista en corte de una bujía que integra ventajosamente un resonador en serie tal como describe en el documento de la técnica anterior mencionado más arriba. La bujía 110 presenta un borne de conexión 131, unido a un primer extremo de un bobinado inductivo 112. El segundo extremo del bobinado inductivo 112 se conecta a un extremo interno del electrodo de alta tensión 106, Este extremo está igualmente en contacto con un elemento aislante 111 que forma el condensador.

Los electrodos 103 y 106 están separados en este ejemplo por el material dieléctrico 100. El resonador en serie integrado en la bujía 110 comprende el bobinado inductivo 112 y el elemento aislante 100 que forma igualmente el condensador entre los electrodos 103 y 106, El condensador y el bobinado inductivo 112 están dispuestos en serie. La capacidad en serie del resonador en serie está formada por el condensador y por las capacidades parásitas internas de la bujía. Esta capacidad está dispuesta en serie con una inductancia para formar el resonador en serie. Cuando la longitud de la conexión entre la inductancia y el condensador es reducida, se reducen las capacidades parásitas en la bujía. La bujía 110 es así utilizada para mantener la tensión alterna entre los electrodos 103 y 106, en el campo de frecuencia deseado, preferiblemente de 1 Mhz a 20 Mhz.

El resonador en serie integrado en la bujía presenta preferiblemente un único bobinado inductivo 112, facilitando la fabricación de una bujía de este tipo.

Es necesario un gran numero de espiras en el bobinado únicos 112 para obtener una inductancia del orden de 50 µH. Ahora bien, un gran número de espiras genera capacidades parásitas. El único bobinado inductivo 112 presenta preferiblemente un eje (identificado por la línea de trazo mixto) y está constituido por una pluralidad de espiras superpuestas según su eje. Se entiende así que la proyección de una espira sea idéntica a la proyección de todas las espiras según este eje. Se límite entonces las capacidades parásitas no superponiendo espiras radialmente.

La bujía comprende además ventajosamente un blindaje 132 conectado a una masa y que rodea el bobinado inductivo 112, Las líneas de campo se vuelven a cerrar así en el interior del blindaje 132. El blindaje 132 reduce así las emisiones electromagnéticas parásitas de la bujía 110. El bobinado 112 puede generar en efecto campos electromagnéticos intensos con la excitación de radiofrecuencia que se prevé aplicar entre los electrodos. Estos campos pueden, en particular, perturbar sistemas a bordo de un vehículo o superar unos umbrales definidos en unas normas de emisión. El blindaje 132 está constituido preferiblemente de un material no férreo con elevada conductividad, tal como el cobre o la plata. Se puede utilizar, en particular, un lazo conductor como blindaje 132.

El bobinado 112 y el blindaje 132 están preferentemente separados por un manguito de aislamiento 133 de un material dieléctrico apropiado, que presenta un coeficiente dieléctrico superior a 1, y preferiblemente una buena rigidez dieléctrica con el fin de reducir aún más el riesgo de perforación o de efluvio, en el origen de las disipaciones de energía. Por supuesto, cuanto menores son las disipaciones de energía, más elevada es la amplitud de la tensión aplicada entre los electrodos y más elevada es la duración de la vida de la bujía. El material dieléctrico puede ser por ejemplo una de las resinas de siliconas comercializadas bajo las referencias Elastosil M4601, Elastosil RTV-2 o Elastosil RT622 (presentando ésta última una tensión de perforación de 20 kV/mm y una constante dieléctrica de 2,8). Se puede prever que la superficie exterior del manguito 133 sea metalizada para constituir el blindaje 132 antes citado.

De manera general, se privilegiará un enrollamiento del bobinado 112 alrededor de un elemento macizo 134 realizado de material aislante y/o no magnético, preferiblemente ambas cosas. Se reducen así aún más los riesgos de perforación y las capacidades parásitas.

Un plasma formado con la ayuda de un dispositivo de este tipo presenta numerosos intereses en el marco del encendido de automóvil tal como una disminución sensible de la tasa de detonaciones en un sistema de mezcla pobre estratificada, una reducción del desgaste de los electrodos o incluso una adaptación del volumen de iniciación del encendido en función de la densidad.

Una excitación de radiofrecuencia se adapta igualmente a una aplicación de depósito de plasma, en un gas que presenta una densidad comprendida entre 10^-2 mol/l y 5*10^-2 mol/l. El gas utilizado en esta aplicación...

1. Dispositivo de generación de plasma (110) que comprende dos electrodos (103, 106), un resonador en serie que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y que comprende un condensador (111) provisto de dos bornes, y un bobinado inductivo (112) rodeado por un blindaje (132), estando el condensador y el bobinado dispuestos en serie, estando conectados los electrodos a los bornes respectivos del condensador, estando caracterizado el dispositivo porque la relación del radio del bobinado (r_int) al radio del blindaje (r_ext) está comprendida entre 0,5 y 0,6 y preferiblemente es igual a 0,56.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el resonador en serie comprende un único bobinado inductivo (112).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el resonador en serie presenta una frecuencia de resonancia en la gama de 1 MHz a 20 MHz.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de generación de plasma de radiofrecuencia es una bujía de encendido para motor.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el blindaje (132) y el bobinado inductivo (132) están separados por un manguito de aislamiento (133) de un material que presenta un coeficiente dieléctrico superior a 1.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la superficie exterior (132) del manguito de aislamiento está metalizada y constituye el blindaje.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el blindaje comprende un lazo conductor.

8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bobinado inductivo (112) está enrollado alrededor de un elemento macizo (134) constituido de un material no magnético.

9. Dispositivo según la reivindicación 6 o la reivindicación 8, caracterizado porque uno de dichos materiales de aislamiento presenta una tensión de perforación superior a 20 kV/mm.

10. Utilización de un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el marco de un encendido de combustión en un vehículo automóvil con motor de combustión interna.

11. Utilización de un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para una esterilización en el marco de un procedimiento de climatización.