JP2012508574A - 電気柵エネルギー供給装置 - Google Patents

Abstract

電気柵エネルギー供給装置を動かす方法であって、エネルギー貯蔵素子にエネルギーを保存する段階と、前記エネルギー貯蔵素子から誘導素子に対してエネルギーを転送する段階とを含み、前記方法が、前記エネルギー貯蔵素子から前記誘導素子に対するエネルギーの転送が発生している間、前記誘導素子から前記エネルギー供給装置の出力における負荷へのエネルギーの転送を防止するように整流素子を使用する段階と、一度前記誘導素子に関するエネルギーしきい値に到達したならば、前記誘導素子に保持されたエネルギーを放出する段階とによって特徴付けられることを特徴とする方法が提供される。

Description

この発明は、電気柵エネルギー供給装置（electric fence energiser：電気牧柵器）に対する改善及び改良に関係する。

電気柵エネルギー供給装置（electric fence energiser：電気牧柵器）は、動物の管理、及びセキュリティ機器において、５０年以上の間使用されている。この期間を通して、基本の回路接続形態は、大幅に変わらなかった。一般的に、コンデンサは、電源によって、前もって選ばれた電圧に充電される。そのコンデンサは、その場合に、電圧を昇圧するための変圧器を通して、電気柵に向けて放電される。

伝統的に、この接続形態を使用するエネルギー供給装置の電力効率は、変圧器、特に変圧器の磁気結合、磁心損失、及び巻線損失によって決定された。効率を向上させる試みは、従って変圧器そのものの設計に焦点を合わせた。

この接続形態の有意の欠点は、柵によって提供された負荷における変化が、システムの効率に関して有する影響である。負荷が所定の最適値から著しく変わる場合に、エネルギー供給装置から負荷に転送されないエネルギーは、回路構成の中の変圧器または他の抵抗成分を有する構成要素において、熱の形で発散される。

非能率的であることと同様に、この発散は、特に高性能のエネルギー供給装置に関して、５ジュールを超えると見積もられる、過熱の問題をもたらし得る。

電気柵システムによってエネルギー供給装置の出力に適用された負荷は、短絡がある場合のゼロオーム付近から、出力に接続がない場合の無限大近くまで、非常に変化し得る。その結果、事実上、単一の“最適な”負荷の選択に基づく全ての設計は、これらの効率の悪さに苦しむことになる。

これらの問題を克服するために多数の努力が行われた。

ニュージーランド特許出願番号第２４０６４１号明細書（NZ 240641）は、エネルギー供給装置の出力における負荷が検出されると共に、従って蓄積コンデンサ（storage capacitor：蓄積容量）によって保存される電荷のレベルが調整される、電気柵エネルギー供給装置を説明する。ニュージーランド特許出願番号第５０９０６１号明細書（NZ 509061）は、効果的に同じ手法を使用するが、しかし、所望のレベルの全体の静電容量を提供するために、多くのコンデンサを接続するか、または切り離すことによって、所望の保存された電荷を達成する。

ニュージーランド特許出願番号第２７２１１２号明細書（NZ 272112）は、メインの蓄積コンデンサの充電を制御するスイッチと直列状態にある誘導子（inductor：インダクタ）と、出力変圧器の一次巻線と並列に配置される追加のコンデンサとを含むことにより形成された共振回路を備えるエネルギー供給装置を提供する。これは、パルスの幅を調整することによって、出力エネルギーの制御を容易にする。この技術による有意の問題は、追加のコンデンサが、メインの蓄積コンデンサと同様の定格電流及び定格電圧を有していなければならず、有意のコストを接続形態に潜在的に加えると共に、更に、出力変圧器の大きさ及びコストに影響を与えることであり得る。

上述の提案された解決方法のいくらかによる主要な問題は、エネルギー供給装置の出力に軽い負荷が存在する状況において、出力変圧器のコアが飽和モードに入ることである。これは、減少する効率と、関連する過熱問題をもたらす。

ニュージーランド特許出願番号第５３５７１９号明細書（NZ 535719）は、エネルギー供給装置の負荷に供給される出力エネルギーを制御するようにオンオフされ得る、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴのような、半導体スイッチング素子を使用した制御方式を実現する。供給されるエネルギーのレベルは、ソフトウェアと連係した、出力における負荷検出によって決定される。エネルギー供給装置の安全な動作のためのソフトウェア及び他の能動電子機器に対する依存と同様に、半導体素子の高コストによって、それは商業化に関して魅力的でなくなる。

その出力における負荷の変化を無効にし得る改良されたエネルギー供給装置が好まれるであろう。理想的に、そのような設計は、大きさ及び費用の節約のために、最小数の構成要素を利用するであろう。更に、そのような構成要素が受動的であったならば、それは、エネルギー供給装置の信頼性を増大させるために望ましいであろう。

パルスを電気柵に供給する際に使用されないエネルギーが、熱の形で発散されるよりむしろ回収されるであろうならば、それは同様に利点になるであろう。

前述の問題を解決するか、または有益な選択を少なくとも公衆に提供することが、本発明の目的である。

この明細書において引用されたあらゆる特許または特許出願を含む全ての参考文献は、参照によってここに組み込まれる。どの参考文献も従来技術を構成しないと了解される。参考文献の討論は、それらの著者が何を主張するかを明示すると共に、出願人は、引用された文書の正確度及び適切性を疑う権利を保有する。多くの従来技術の出版物がここで参照されるが、この参考文献は、これらの文書のうちのいずれもが、ニュージーランドもしくは他の国において、当該技術における共通の一般知識の一部を形成するという承認を構成しないということが、明らかに理解されるであろう。

用語“包含する（comprise）”は、独立した法制度をなす区域を変更すると、排他的な意味にも、または包括的な意味にも、どちらにも属すると考えられ得るということが認識される。この明細書に関して、そして、特に言及されない限り、用語“包含する”は、包括的な意味を有するものとする。−すなわち、それは、直接参照を付けるリストに記載された構成要素ばかりでなく他の指定されない構成要素または要素の包含を意味すると解釈されることになる。用語“包含される（comprised）”または“包含している（comprising）”が方法または処理における１つ以上の段階に関して使用される場合に、この論理的根拠が、同様に、使用されることになる。

更に、本発明の特徴及び利点は、例としてのみ与えられる後続する説明から明白になるであろう。

本発明の１つの特徴によれば、電気柵エネルギー供給装置を動かす方法であって、ｉ．エネルギー貯蔵素子にエネルギーを保存する段階と、ｉｉ．前記エネルギー貯蔵素子から誘導素子に対してエネルギーを転送する段階とを含み、前記方法が、ｉｉｉ．前記エネルギー貯蔵素子から前記誘導素子に対するエネルギーの転送が発生している間、前記誘導素子から前記エネルギー供給装置の出力における負荷へのエネルギーの転送を防止するように整流素子を使用する段階と、ｉＶ．一度前記誘導素子に関するエネルギーしきい値に到達したならば、前記誘導素子に保持されたエネルギーを放出する段階とによって特徴付けられることを特徴とする方法が提供される。

本発明の別の特徴によれば、ｖ．前記エネルギー貯蔵素子に、前記誘導素子によって放出されると共に前記負荷によって吸収されなかったエネルギーを保存する段階を含むことを特徴とする、上述のような方法が提供される。

本発明の別の特徴によれば、負荷に接続されるように構成された出力を有する電気柵エネルギー供給装置であって、前記負荷に接続される誘導素子と、前記誘導素子にエネルギーを転送するように構成されたエネルギー貯蔵素子と、整流素子とを備え、前記整流素子が、前記エネルギー貯蔵素子から前記誘導素子に対するエネルギーの転送が発生している間、前記誘導素子から前記負荷へのエネルギーの転送を防止するように構成されることを特徴とする電気柵エネルギー供給装置が提供される。

本発明の別の実施例によれば、前記エネルギー貯蔵素子が、前記誘導素子によって放出されると共に前記負荷によって吸収されなかったエネルギーを保存するように構成されることを特徴とする、上述のような電気柵エネルギー供給装置が提供される。

好ましい実施例において、前記電気柵エネルギー供給装置は、前記エネルギー貯蔵素子の前記誘導素子に対する接続を制御するように構成される制御可能なスイッチング素子を備える。この制御可能なスイッチング素子は、サイリスタであろうということが想定されるが、しかしながら、これが限定することを意図していないと共に、例えばトライアック、ＳｉＣＦＥＴ、またはＩＧＢＴのような、当業者に知られているあらゆる適当なスイッチング素子が使用され得る。

好ましい実施例において、前記エネルギー供給装置は、前記制御可能なスイッチング素子を制御するように構成される制御装置を備える。

前記制御装置は、典型的に意思決定のアルゴリズムを実行するであろうコンピュータコードを実行するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであろうということが想定される。しかしながら、当業者は、これが限定することを意図していないと共に、前記制御装置は、エネルギーの放出及びエネルギーの保存を決定するために所定のしきい値を利用するアナログハードウェアもしくはデジタルハードウェアであり得ると認識するであろう。前記制御装置は、従って、更に、エネルギー供給装置の様々な特徴の電気的パラメータ、及びエネルギー供給装置の制御動作に関する情報を受け取るように構成され得る。

好ましい実施例において、前記エネルギー貯蔵素子は、少なくとも１つのコンデンサを含む。当業者は、前記エネルギー貯蔵素子はコンデンサであるという言及が限定することを意図していないと共に、例えばフライホイール（flywheel）システムまたは超電導磁気エネルギー貯蔵（Superconducting Magnetic Energy Storage：ＳＭＥＳ）システムのようなその他のエネルギー貯蔵構成要素が、本発明によって実施され得ると認識するであろう。

当該技術において知られているように、エネルギー貯蔵素子によって保存されるべきエネルギーは、充電回路によって供給され得るということが想定される。充電回路のための電源は、バッテリ電力、太陽電池（solar：ソーラー）電力、配電線（main）電力、または電気エネルギーの他のソースであり得る。もし配電線によって電力が供給されるならば、その場合に、安全基準によって指定された絶縁（isolation）に関する必要条件が、当業者に知られているあらゆる方法で、充電回路に組み込まれ得る。

好ましい実施例において、前記誘導素子は、第１の誘導素子及び第２の誘導素子から構成される。これが限定することを意図していないと共に、本発明があらゆる数の誘導素子を用いて実現され得るということが認識されるべきである。

好ましい実施例において、前記第１の誘導素子及び前記第２の誘導素子は、それぞれ、変圧器の一次巻線及び二次巻線である。前記誘導素子が変圧器の一部分であるという言及が限定することを意図していないと共に、前記誘導素子は、当該技術の中で知られているあらゆる単独の伝導性の構成要素であり得るということが認識されるべきである。

好ましい実施例において、前記第１の誘導素子及び前記第２の誘導素子は、電気的絶縁（electrical isolation）を行って、相互に磁気的に結合される。前記第１の誘導素子及び前記第２の誘導素子は、その一方で、単巻変圧器（autotransformer）の個別の巻線であり得る。これは限定することを意図していないと共に、前記第１の誘導素子及び前記第２の誘導素子は、当該技術において知られているあらゆる方法で相互に結合され得る。前記第１の誘導素子及び前記第２の誘導素子が結合されるという言及は、それによってエネルギーが２つの素子の間で伝達され得るあらゆる方法を指していると理解されるべきである。

単一の誘導素子が使用される場合に、必要とされる絶縁が、電源によって前記エネルギー供給装置に提供され得るということが同じく認識されるべきである。

整流素子に対する言及は、電気回路における電流の流れを遮断するか、もしくは他の場合は制御するために使用され得るあらゆる要素を意味すると理解されるべきである。例えば、整流素子は、ダイオード、またはダイオードのチェーン（chain）であり得る。

しかしながら、例えばＳＣＲ、トライアック、またはＩＧＢＴのような、あらゆる適当な制御可能なスイッチが、前記エネルギー貯蔵素子から前記第１の誘導素子に対してエネルギーが移動している間に出力を通る電流の流れを遮断する機能を実行するために使用され得る。

前記誘導素子のエネルギーしきい値が前記エネルギー貯蔵素子によって保存されるエネルギーの量に相当するということが想定される。

しかしながら、当該技術において知られているように、前記エネルギー貯蔵素子によって保存されるエネルギーの量が制御回路を用いて調整され得るということが認識されるべきである。このような方法で、負荷に対して放出されたエネルギー量は、様々な規制上の要件に従って制限され得るか、もしくは制御され得る。

当業者は、空心インダクタンスに保存されることが可能であるエネルギーが本質的に限界を有していないと理解するであろう。この場合、エネルギーしきい値は、前記貯蔵素子における全エネルギーが前記誘導素子に転送された瞬間であり、その瞬間において、前記誘導素子によって保存されるエネルギーは、そのピークになる。

本明細書における、前記エネルギー貯蔵素子によって保存されることが可能であるエネルギーの量に相当する前記誘導素子のエネルギーしきい値に対する言及は、限定することを意図していない。

前記エネルギー貯蔵素子が完全に放電された瞬間に、前記第１の誘導素子によって保存される磁束は、縮小すると共に、前記第２の誘導素子における電圧を誘導し始めることになる。これによって、電流が、整流素子を通って、前記エネルギー供給装置の出力に接続された前記負荷に流れ込む。前記負荷に対するエネルギーの流入は、パルスとして知られている。

第２の誘導素子が使用されない場合に、単一の誘導素子の逆の起電力（electromotive force：ＥＭＦ）が、該誘導素子が十分に充電されたとき、該誘導素子における電流の減少を妨害するということが認識されるべきである。これは、誘導素子のアースに対する接続と比較した、エネルギー貯蔵素子と誘導素子と整流素子との接続点における正の電圧をもたらすと共に、整流素子が、負荷に対してエネルギーを転送し始めることになる。

前記負荷が開回路を表している場合には、エネルギーはほとんど吸収されないことになる。この場合、エネルギーは、前記誘導素子から抜け出して、逆極性で前記エネルギー貯蔵素子を充電しながら、前記エネルギー貯蔵素子に戻るように転送されることになる。極性を正規に戻すために、そのサイクルは繰り返される。このとき、前記エネルギー貯蔵素子は、前記第１の誘導素子から切り離され、次の放電サイクルまでエネルギーを保存する。

以前に失われたエネルギーの回復は、従来のエネルギー供給装置と比較すると、同じ性能に対して更に小さな電源が本発明において使用されることを可能にする。これが（大きさまたは電力容量に関して）更に小さなバッテリまたは太陽電池パネルが使用されることを可能にすることになるので、前記エネルギー供給装置が配電線（main）の電源によって電力を供給されない場合に、これは特に有利である。これは、前記エネルギー供給装置のコスト、及び／または、保守の間のこれらの構成部品の取り換えコストを減少させることになる。

更に、節約されたエネルギーが前記エネルギー貯蔵素子に保存されるので、その結果生じる前記エネルギー貯蔵素子を十分に充電するためのサイクル当たりの電源に対する更に低い電力需要は、電源の寿命性能を向上させることになる。バッテリが電源である場合に、放電深度が減少することになるので、これは特に当てはまり、バッテリに対するストレスを比較的少なくし、そして耐用年数を向上させることが期待できる。

前記エネルギー供給装置の出力における負荷の大きさが、サイクルの終りに前記エネルギー貯蔵素子によって回復されて保存されたエネルギー量を決定することになるということが認識されるべきである。このことから、エネルギーが回復された後の前記エネルギー貯蔵素子を横断する電圧のような電気的パラメータを判定することによって、前記電気柵によって提供される前記負荷が判定され得る。

電気的パラメータの判定が当業者に知られているあらゆる適当な方法によって達成され得るということが認識されるべきである。これは、前記制御装置に対する直接入力として、もしくは個別電圧判定装置（separate voltage determining device）を経由して実行され得る。

制御可能なスイッチング素子が前記エネルギー供給装置の出力に配置され得ると共に、前記出力から前記誘導素子を切り離すように操作され得るということが想定される。前記誘導素子によって保存されるエネルギーは、その場合に、前記エネルギー貯蔵素子に戻るであろうということが想定される。

代替実施例において、電源からのエネルギーは、容量性のエネルギー貯蔵素子に転送される前に、最初に誘導的なエネルギー貯蔵素子に保存される。誘導的なエネルギー貯蔵素子及び容量性のエネルギー貯蔵素子は、エネルギーを前記誘導素子に順繰りに転送する共振回路を形成する。前記誘導素子における磁束が縮小し始めるので、エネルギーは、以前に示された方法で柵へ転送される。

好ましい実施例において、前記誘導素子と前記エネルギー貯蔵素子は、２つの素子の共振周波数が全体で前記負荷に放出されるエネルギーの所望のパルス幅をもたらすように選択される。パルスの長さは、前記エネルギー供給装置の出力に転送される電流の量を決定すると共に、それは、安全基準ＩＥＣ６０３３５−２−７６及び他の全国的な変形（national variant：全国的なバリエーション）によって限定されたパラメータである。

特に、パルスの中に含まれるエネルギーの９５％が１００マイクロ秒の期間を占有し、このパルスのＲＭＳ電流がほぼ１５．７アンペアであるパルスを有することが有利である。これは、本発明によって容易に達成できると共に、以前の接続形態によって達成されたパルスエネルギーより大きなパルスエネルギーをもたらす。更に、そのパルスは、最低限の調和関係にある（harmonically related）周波数を有し、それは、他の場合は、電磁波妨害の原因となり得ると共に、柵の長さに沿って下手に行くとパルスを減衰させ得る。

いくらかの現存する技術は、パルスを成形するための追加の誘導子及びコンデンサを使用するが、しかし、使用される追加のコンデンサは、理想的パルスを生成するために、おおよそ蓄積コンデンサと同じ値を有していなければならない。これにより、回路の実効キャパシタンスは、本発明の回路の実効キャパシタンスの２倍になる。同様に、そのパルスは、希望の電圧振幅の半分の電圧振幅を有している。このパルスは、その場合に、所望の出力電圧を達成するために、更に高い比率の変圧器によって変圧されなければならない。変圧器の出力インピーダンスが巻数比の二乗の関数であるので、これは、変圧器における更に高い出力インピーダンス、及び更に大きい損失をもたらす。

エネルギー貯蔵素子を用いて、そして本発明において個別の誘導子の機能と変圧器の機能を遂行する変圧器を用いて、共振回路を形成することによって、所望のパルス幅に関する正しい値を与えるのに必要とされるインダクタンスは、以前の接続形態より概してはるかに小さくなる。これは、変圧器が、空芯巻線技術を使用して、構造において少ない巻数を使用し得ることを意味する。

空芯変圧器を使用する能力は、従来の電気柵の変圧器より、はるかに小さい磁心損失（core loss）をもたらす。更に、飽和状態が効果的に取り除かれ、エネルギー供給装置において利用される構成部品に関するストレス及び関連する保守のコスト、または更に高い特徴を有する構成部品（more highly specified component）の使用を減少させる。従来の電気柵エネルギー供給装置の変圧器における心材のコストが、同様に排除される。

本発明における共振回路を形成するのに必要とされる追加の誘導子及びコンデンサの排除は、削減されたコスト、（構成部品の関連する損失を排除することによって）改善された電力効率、及び必要とされる回路構成の大きさの縮小をもたらす。

上述の実施例に関して、前記誘導素子と前記エネルギー貯蔵素子の位置は、置き換えられ得ると共に、動作原理はまだ適用されることになるということが認識されるべきである。

本発明は、以下の利点を提供する。
・電気柵に転送されなかったエネルギーの回復による、エネルギー供給装置の増大した効率、及び電力消費（そして関連するコスト）の減少；
・より低い仕様及び従ってより低いコストを有する構成部品の使用を可能にする、熱の形で発散されずに回復された電力によるエネルギー供給装置の構成部品に対するストレスの削減。更にこれは、構成部品の寿命を増大させるのに役立つ。；
・増大した性能及び安全基準との適合性が、実質的に一定であると共に負荷から独立しているパルス幅により達成される。；
・増大した信頼性及び削減されたコストが、従来の接続形態と比較して使用される構成部品の数を減少させることによって達成される。；
・出力としての非常に高負荷の柵に電力を供給する能力は、非常に低いインピーダンスに電力を供給する能力であり得る。；
・エネルギー貯蔵及び出力のための空芯変圧器の使用による、従来の電気柵エネルギー供給装置と比較したより低い損失。；
・以前に必要とされた適応可能な回路構成及び関連するソフトウェアなしの、出力負荷値の範囲にわたって改善された効率。これは、性能を改善する一方、それらの接続形態に関するコストの削減をもたらす。

本発明の一実施例に従って使用される第１の回路の構成図を示す図である。 本発明の一実施例に従って使用される様々な構成部品を横断する電流波形及び電圧波形のグラフィック表示を示す図である。 本発明の一実施例に従って使用される様々な構成部品を横断する電流波形及び電圧波形のグラフィック表示を示す図である。 本発明の一実施例に従って使用される様々な構成部品を横断する電流波形及び電圧波形のグラフィック表示を示す図である。 本発明の一実施例に従って使用される様々な構成部品を横断する電流波形及び電圧波形の更なるグラフィック表示を示す図である。 本発明の一実施例に従って使用される様々な構成部品を横断する電流波形及び電圧波形の更なるグラフィック表示を示す図である。 本発明の一実施例に従って使用される様々な構成部品を横断する電流波形及び電圧波形の更なるグラフィック表示を示す図である。 本発明の別の実施例に従って使用される回路の構成図を示す図である。 本発明の別の実施例に従って使用される回路の構成図を示す図である。 本発明の別の実施例に従って使用される回路の構成図を示す図である。

本発明の更なる特徴は、ほんの一例として与えられた以下の説明から、そして添付図面を参照することによって、明白になるであろう。

図１は、本発明の一実施例による電気柵エネルギー供給装置の構成図である。

（矢印１によって一般的に示される）エネルギー供給装置は、充電回路（２）を備える。

充電回路（２）は、バッテリ、太陽電池（solar：ソーラー）、配電線（main）によって電力を供給され得る。もし配電線によって電力が供給されるならば、その場合に、安全基準によって指定された絶縁（isolation）に関する必要条件が、当業者に知られているあらゆる方法で、エネルギー供給装置（１）に組み込まれなければならない。

エネルギー供給装置は、更に、この実施例ではコンデンサ（３）によって提供されたエネルギー貯蔵素子を備える。

コンデンサ（３）は、第１の誘導素子（４）に直列に接続される。

第１の誘導素子（４）は、第２の誘導素子（５）と磁気的に結合される。第１の誘導素子及び第２の誘導素子（４及び５）が、磁気的に結合されるのと同様に、電気的に結合され得るということ、すなわち単巻変圧器（autotransformer）の形式であり得るということが認識されるべきである。

充電回路（２）は、コンデンサ（３）を事前に選択された値に充電するように構成される。この事前に選択された値は、エネルギー供給装置（１）から放電されるべき利用可能なエネルギーの量を決定する。エネルギー供給装置（１）は、コンデンサ（３）が第１の誘導素子（４）と並列になるよう切り替えるように構成される制御可能なスイッチ（６）を備える。

制御可能なスイッチ（６）は、制御回路（７）によって制御される。

動作中、制御回路（７）は、コンデンサ（３）に、第１の誘導素子（４）に対してエネルギーを転送させるように、制御可能なスイッチ（６）をターンオンする。

電流がコンデンサ（３）から第１の誘導素子（４）に対して流れ込む一方、電圧が第２の誘導素子（５）を横断して誘導される。

整流素子（８）は、第２の誘導素子（５）と接続される。整流素子（８）は、エネルギーがコンデンサ（３）から第１の誘導素子（４）に転送されている間、誘導された電圧によってもたらされる第２の誘導素子（５）からのあらゆる電流の流れを遮断する。

コンデンサ（３）が完全に放電されると共に、第１の誘導素子（４）に保存される電流及びエネルギーが最大値に到達した場合に、整流素子（８）の電流遮断効果により、まだ出力端子（９、１０）の間に出力電圧が存在しないことになる。

第１の誘導素子（４）によって保存された磁束が縮小し始めると、逆極性の電圧が第２の誘導素子（５）に誘導されることになり、それは、電流が整流素子（８）及び出力負荷（１１）を流れることをもたらすことになる。

電流は、更に、コンデンサ（３）に戻るように流れることになり、コンデンサ（３）を元々充電された極性とは逆極性で充電する。充電のレベルは、出力負荷（１１）に依存することになる。

コンデンサ（３）が逆極性の最大値に充電される場合に、出力端子（９、１０）におけるエネルギー供給装置（１）の出力電圧は、最大値になるであろう。コンデンサ（３）に保存されたエネルギーは、その場合に、第１の誘導素子（４）に戻るように移動すると共に、第２の誘導素子（５）を通って出力負荷（１１）に向かって移動する。

特に負荷（１１）が開回路を表している場合には、エネルギーはほとんど吸収されないことになり、負荷（１１）によって消費されなかったあらゆるエネルギーは、第１の誘導素子（４）から抜け出してコンデンサ（３）に戻るように転送されることになると共に、コンデンサ（３）を逆極性で充電する。

エネルギーは、その場合に、コンデンサ（３）から、制御可能なスイッチ（６）または第２の整流素子（１２）を通って、第１の誘導素子（４）に流れると共に、第１の誘導素子（４）は、負荷に転送されずに残っているエネルギーを再度保存する。

第２の整流素子（１２）は、制御可能なスイッチング素子（６）がサイリスタのような一方向装置である場合だけに必要とされる。もし制御可能なスイッチング素子（６）が内蔵式の整流器を有するトライアックまたはＩＧＢＴであるならば、その場合に、第２の整流素子（１２）が必要とされないことになるということが認識されるべきである。

エネルギーは、その場合に、第１の誘導素子（４）から、制御可能なスイッチング素子（６）を通って、または第２の整流素子（１２）を通って、コンデンサ（３）に戻るように転送される。このとき、制御可能なスイッチング素子（６）及び／または第２の整流素子（１２）は、スイッチを切られ（switched off）、そして、コンデンサ（３）によって保存されるエネルギーは、次の放電サイクルのために使用されるように準備が整った正しい極性になる。

エネルギー供給装置（１）は、更に、コンデンサ（３）を横断して接続される電圧判定装置（voltage determining device）（１３）を備える。電圧判定装置（１３）は、サイクルの終りにコンデンサ（３）を横断する電圧を測定するように構成される。この電圧は、エネルギー供給装置（１）の出力（９、１０）を横断して接続される負荷（１１）の値を判定するために使用され得る。

図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃは、エネルギー供給装置（１）の様々な構成部品を横断する電圧及び電流の波形を表す。それらの波形は、図１を参照して説明されることになる。

図２ａは、コンデンサ（３）を横断する電圧波形を示す。

図２ｂは、エネルギー供給装置（１）の出力（９、１０）における電圧波形を示す。

図２ｃは、第１の誘導素子（４）を通る電流の波形を示す。

時点（２０）において、制御回路（７）は、コンデンサ（３）にその保存エネルギーを第１の誘導素子（４）に転送させるように、制御可能なスイッチング素子（６）のスイッチを入れる。

時点（２１）において、コンデンサ（３）は完全に放電されると共に、電流が整流素子（８）及び負荷（１１）を流れるように、第１の誘導素子（４）によって保存される磁束は、第２の誘導素子（５）を横断する電圧を誘導しながら、縮小し始める。コンデンサ（３）は、更に、逆極性で充電される。

負荷（１１）が開回路を表している場合には、ほとんどエネルギーは吸収されないことになると共に、大部分のエネルギーは、時刻２１と時刻２２との間で見られるように、コンデンサ（３）を逆極性で充電しながら、第１の誘導素子（４）から流れ出て、コンデンサ（３）に戻るように流れることになる。

図３は、図２の波形に対応した、負荷（１１）が更に重くて更に多くのエネルギーを吸収する状況における波形表示を示す。

この状況において、時点（３２）によって示された時刻では、いくらかのエネルギーが、まだコンデンサ（３）に戻るように転送されているということが理解されることになり得る。

図２と図３の両方を参照すると、逆極性でコンデンサ（３）に保存されるエネルギーは、その場合に、制御可能なスイッチング素子（６）または第２の整流素子（１２）を通して第１の誘導素子（４）に放電されると共に、第２の誘導素子（５）を通して負荷（１１）に出力される。

出力端子（９、１０）を横断する出力波形は、図２ｂ及び図３ｂにおいて、それぞれ、符号２２と符号２３で示された時点の間、そして符号３２と符号３３で示された時点の間で見られ得る。

残っている電荷を正規の極性で保存するために、残っているエネルギーは、その場合に、第１の誘導素子（４）から、制御可能なスイッチング素子（６）及び／または第２の整流素子（１２）を通って、コンデンサ（３）に戻るように転送され、そして次の放電サイクル用に準備が整った正規の極性で保存される。

このとき、制御可能なスイッチング素子（６）は、コンデンサ（３）に残っているエネルギーを次の放電サイクルに向けて保存させるように、スイッチを切られる。

図４は、本発明の第２の実施例による電気柵エネルギー供給装置（４０）の構成図である。

この実施例では、例えば電源がバッテリである場合、または絶縁が電源（図示せず）によって行われる場合、安全基準によって電気的絶縁が必要とされない。

エネルギー供給装置（４０）は、第１の誘導素子（４）及び第２の誘導素子（５）を有すると共に、結合を向上させ、巻き線抵抗を下げ、効率を向上させ、そして更に出力インピーダンスを下げるために単巻変圧器（autotransformer）として巻かれる、変圧器（４１）を備える。

その他の点では、動作の理論は、図１を参照して論じられる。

図５は、本発明の第３の実施例による電気柵エネルギー供給装置（５０）の構成図である。

この実施例では、安全基準によって必要とされる絶縁は、充電回路（５１）に組み込まれるか、または電源がバッテリである場合には必要とされない。従って、単一の誘導素子（５２）のみが必要とされる。

充電回路（５１）は、コンデンサ（３）を前もって選ばれた値に充電するように構成される。この前もって選ばれた値は、エネルギー供給装置（５０）から放電されるべき利用可能なエネルギーの量を決定する。

一度充電されれば、制御可能なスイッチ（６）は閉じられると共に、電流がコンデンサ（３）から誘導素子（５２）を通って流れる。

このとき、負の電圧が第１の接点（５３）に存在すると共に、エネルギーは、整流素子（８）を通って出力（９、１０）には流れない。

一度コンデンサの両端の電圧（３）がゼロに到達すれば、誘導素子（５２）は、最大レベルのエネルギーを保存している。

同じ方向の電流の減少に対抗する逆の起電力（ＥＭＦ）が、その場合に、誘導素子（５２）を横断して生成される。これは、第２の接点（５４）に対する第１の接点（５３）における正の電圧となり、整流素子（８）が負荷（１１）にエネルギーを転送し始める。

同時に、コンデンサ（３）が、第１の接点（５３）に対して第３の接点（５５）上で逆極性に充電される。コンデンサ（３）上の電圧が最大値に到達する場合、それは再び整流素子（８）を通って、負荷（１１）を経て、そして誘導素子（５２）に放電する。

負荷（１１）によって消費されなかったあらゆるエネルギーは、その場合に、誘導素子（５２）からコンデンサ（３）に転送される。この時点においてコンデンサ（３）によって保存される電圧は、負荷（１１）の値を示すために測定され得る。

そして、放電サイクルが反復する。

図６は、本発明の第４の実施例による電気柵エネルギー供給装置（６０）の構成図である。

この実施例において、エネルギー供給装置（６０）は、誘導的なエネルギー貯蔵素子（６１）を備える。

誘導的なエネルギー貯蔵素子（６１）は、第１の制御可能なスイッチ（６３）を通って、充電回路（６２）と接続される。誘導的なエネルギー貯蔵素子（６１）は、更に、第２の制御可能なスイッチ（６５）と順番に接続された容量性のエネルギー貯蔵素子（６４）と接続される。

動作中、第２の制御可能なスイッチ（６５）が開かれると共に、第１の制御可能なスイッチ（６３）が閉じられる。エネルギーは、充電回路（６２）から誘導的なエネルギー貯蔵素子（６１）に転送される。

一度所定のエネルギーレベルに充電されれば、第１の制御可能なスイッチ（６３）が開かれると共に、第２の制御可能なスイッチ（６５）が閉じられる。

誘導的なエネルギー貯蔵素子（６１）及び容量性のエネルギー貯蔵素子（６４）は、共振回路を形成すると共に、以前に説明された方法で第１の誘導素子（６６）及び整流素子（６７）を通して負荷（６８）にエネルギーを渡す。

本発明の特徴が一例として単に説明されたと共に、それに対して、添付された請求項において定義されたように、それについての範囲からはずれずに、修正及び追加が行われ得るということが認識されるべきである。

１ エネルギー供給装置
２ 充電回路
３ コンデンサ
４ 第１の誘導素子
５ 第２の誘導素子
６ 制御可能なスイッチ
７ 制御回路
８ 整流素子
９、１０ 出力端子
１１ 出力負荷
１２ 第２の整流素子
１３ 電圧判定装置
４０ 電気柵エネルギー供給装置
４１ 変圧器
５０ 電気柵エネルギー供給装置
５１ 充電回路
５２ 誘導素子
５３ 第１の接点
５４ 第２の接点
６０ 電気柵エネルギー供給装置
６１ 誘導的なエネルギー貯蔵素子
６２ 充電回路
６３ 第１の制御可能なスイッチ
６４ 容量性のエネルギー貯蔵素子
６５ 第２の制御可能なスイッチ
６６ 第１の誘導素子
６７ 整流素子
６８ 負荷

Claims (20)

1. 電気柵エネルギー供給装置を動かす方法であって、
   ｉ．エネルギー貯蔵素子にエネルギーを保存する段階と、
   ｉｉ．前記エネルギー貯蔵素子から誘導素子に対してエネルギーを転送する段階とを含み、
   前記方法が、
   ｉｉｉ．前記エネルギー貯蔵素子から前記誘導素子に対するエネルギーの転送が発生している間、前記誘導素子から前記エネルギー供給装置の出力における負荷へのエネルギーの転送を防止するように整流素子を使用する段階と、
   ｉＶ．一度前記誘導素子に関するエネルギーしきい値に到達したならば、前記誘導素子に保持されたエネルギーを放出する段階と
   によって特徴付けられることを特徴とする方法。
2. ｖ．前記エネルギー貯蔵素子に、前記誘導素子によって放出されると共に前記負荷によって吸収されなかったエネルギーを保存する段階を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記エネルギー貯蔵素子から前記誘導素子に対するエネルギーの転送を制御するように制御可能なスイッチング素子を使用する段階を含む
   ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記誘導素子と前記エネルギー貯蔵素子を、２つの素子の共振周波数が全体で前記負荷に放出されるエネルギーの所望のパルス幅をもたらすように選択する段階を含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記エネルギー貯蔵素子にエネルギーを保存する段階が、最初に誘導的なエネルギー貯蔵素子にエネルギーを保存し、続いて前記エネルギー貯蔵素子にエネルギーを転送する段階を含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 負荷に接続されるように構成された出力を有する電気柵エネルギー供給装置であって、
   前記負荷に接続される誘導素子と、
   前記誘導素子にエネルギーを転送するように構成されたエネルギー貯蔵素子と、
   整流素子とを備え、
   前記整流素子が、前記エネルギー貯蔵素子から前記誘導素子に対するエネルギーの転送が発生している間、前記誘導素子から前記負荷へのエネルギーの転送を防止するように構成される
   ことを特徴とする電気柵エネルギー供給装置。
7. 前記エネルギー貯蔵素子が、前記誘導素子によって放出されると共に前記負荷によって吸収されなかったエネルギーを保存するように構成される
   ことを特徴とする請求項６に記載の電気柵エネルギー供給装置。
8. 前記エネルギー貯蔵素子が、少なくとも１つのコンデンサを含む
   ことを特徴とする請求項６または請求項７のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
9. 前記エネルギー貯蔵素子の前記誘導素子に対する接続を制御するように構成される制御可能なスイッチング素子を備える
   ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
10. 前記制御可能なスイッチング素子が、サイリスタを含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の電気柵エネルギー供給装置。
11. 前記誘導素子が、第１の誘導素子及び第２の誘導素子を備える
    ことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
12. 前記第１の誘導素子が、前記第２の誘導素子と磁気的に結合される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電気柵エネルギー供給装置。
13. 前記第１の誘導素子が、前記第２の誘導素子と電気的に結合される
    ことを特徴とする請求項１２または請求項１３のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
14. 前記誘導素子が変圧器であり、前記第１の誘導素子が前記変圧器の一次巻線であり、そして前記第２の誘導素子が前記変圧器の二次巻線である
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電気柵エネルギー供給装置。
15. 前記変圧器が、空芯変圧器である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の電気柵エネルギー供給装置。
16. 電源によって供給されるエネルギーを保存し、続いて前記エネルギー貯蔵素子にエネルギーを転送するように構成される誘導的なエネルギー貯蔵素子を備える
    ことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
17. 前記エネルギー供給装置の前記負荷に対する接続を制御するように構成される出力制御可能なスイッチング素子を備える
    ことを特徴とする請求項６から請求項１６のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
18. 前記誘導素子と前記エネルギー貯蔵素子が、２つの素子の共振周波数が全体で前記負荷に放出されるエネルギーの所望のパルス幅をもたらすように選択される
    ことを特徴とする請求項６から請求項１７のいずれか一項に記載の電気柵エネルギー供給装置。
19. 実質的にここで“発明を実施するための形態”の欄及び添付図面を参照して説明された、及び“発明を実施するための形態”の欄及び添付図面によって例証された、電気柵エネルギー供給装置を動かす方法。
20. 実質的にここで“発明を実施するための形態”の欄及び添付図面を参照して説明された、及び“発明を実施するための形態”の欄及び添付図面によって例証された、電気柵エネルギー供給装置。

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