(57)【要約】      （修正有）【課題】入手可能な任意の電源で動作する雑草不活性化デバイスを提供する。【解決手段】雑草不活性化デバイスは少なくとも２つの電極を備え、そのうちの少なくとも１つの電極は雑草に向けられる。雑草不活性化デバイスは、物理的な除草装置として使用される。任意の相数の直流または交流電源が、電圧を生成する。この電圧は、周波数を増加させるインバータに給電される。増加した周波数を伴う電流が、高調波フィルタに給電される。高調波フィルタは、電圧倍率器への電圧入力をさらに増加させる高周波変成器に給電してもよい。前の構成要素の出力は、コッククロフト−ウォルトン型、または全波コッククロフト−ウォルトン型の電圧倍率器などの、電圧倍率器に供給される。電圧倍率器は、負荷によって異なる電圧レベルを提供するので、いかなる追加の電子回路、プロセッサ、または制御器を必要とすることなく、可変負荷のための自動調整による電力制御を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雑草不活性化デバイスであって、
少なくとも２つの電極と、
直流または交流電源と、
電流を前記少なくとも２つの電極に供給するよう構成され、
インバータ、
誘導性および／または容量性高調波フィルタ、または、
ダイオードで構成された容量性電圧倍率器
のうちの少なくとも２つを備える、電気電子コンバータ接続形態と
を備え、
感電によって侵入植物を制御するために、単独で、または共に作動するステージと並列に構成され、前記電極のうちの少なくとも１つは雑草に向けられるよう構成された、雑草不活性化デバイス。
【請求項２】
前記電源によって給電され、誘導性および／または容量性の高調波フィルタに給電するよう構成されたインバータをさらに備える、請求項１に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項３】
前記構成要素の出力を受けるよう構成された、高周波変成器をさらに備える、請求項１に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項４】
前記構成要素の出力を受けるように構成され、負荷によって異なる電圧レベルを提供する電圧倍率器をさらに備える、請求項１に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項５】
前記インバータが、共振または疑似共振となるよう設定されたスイッチングを有する、請求項２に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項６】
前記電源が、３０Ｈｚ〜９０Ｈｚの範囲の周波数を有する交流電流供給装置を備え、交流電流を整流するよう構成された全波整流器をさらに備え、交流電流の２倍の周波数であるパルス状直流電流を作り出す、請求項１に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項７】
パルス状直流電流を弱めるよう構成され、前記全波整流器の出力に並列に切替されるコンデンサをさらに備える、請求項６に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項８】
パルス状かつ弱められた直流電流を切替し、パルス状かつ弱められた直流電流よりも高い周波数の矩形交流電流を作り出すよう構成された、ハーフブリッジインバータをさらに備える、請求項７に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項９】
前記ハーフブリッジインバータの出力を受けて、前記ハーフブリッジインバータからの入力よりも高い電圧を作り出すよう構成される高周波変成器をさらに備える、請求項８に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項１０】
前記高周波変成器を受動的に冷却するよう構成された、冷却シンクまたは冷却ブレードをさらに備える、請求項９に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項１１】
前記高周波変成器が、二次巻き線に中央タップを備える、請求項９に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項１２】
前記二次巻き線の第１の極と中央タップとの間、および前記二次巻き線の第２の極と前記中央タップとの間で、パルス状直流電流が前記容量性電圧倍率器によって増幅される、請求項１１に記載の雑草不活性化デバイス。
【請求項１３】
前記電圧倍率器が、前記入力電圧を６倍に増幅するよう構成された６倍倍率器である、請求項１２に記載の雑草不活性化デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１８年４月１９日に出願された特許文献１の優先権を主張し、その開示は参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、少なくとも２つの電極を備え、そのうちの少なくとも１つの電極は雑草に向けられる雑草不活性化デバイスに関する。雑草不活性化デバイスは、物理的な除草装置として使用される。
【背景技術】
【０００３】
市販タイプの雑草不活性化デバイスは、まだ公開されていない特許文献２に開示されている。特許文献２によると、高圧変成器を利用して高電圧を作り出す。１キロボルト〜２０キロボルトの範囲の高電圧が、制御する雑草に接触するか、または雑草に近付ける電極に印加される。この物理的除草は、人間に至る食物連鎖の中に拡散し得る化学除草剤を利用しないという、大きな利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２０１８  ００３  １９９．４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１７／００１４５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前技術世代で必要とされたソフトウェア、またはより大きい他の部品を必要とせずに電力を制御する高力率コンバータを構成する、小型、安価、かつ入手可能な電子部品を使用できる電気回路を提供することである。この特定のコンバータは、少なくとも以下の部品、すなわちインバータと、誘導性または容量性の高調波フィルタと、ダイオードおよびコンデンサから成る容量性の電圧倍率器と、から構成される。
【０００６】
したがって、少なくとも２つの電極を備え、そのうちの少なくとも１つの電極は雑草に向けられ、少なくとも１つの電力源によって電気エネルギーが供給される、雑草不活性化デバイスが提案される。少なくとも１つの電力源は、例として、３０Ｈｚ〜９０Ｈｚの範囲、好ましくは５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲の周波数の交流電流供給装置を備えてよく、それによって交流電流は、全波整流器によって直流に整流され、交流周波数を２倍にするパルス状直流電流を作り出す。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、入手可能な任意の電源で動作する雑草不活性化デバイスが提案される。
【０００８】
電源が、フルブリッジインバータまたはハーフブリッジインバータなどのインバータに給電され、入力電流の周波数とは異なる高周波電流を作り出す。このインバータからの電流は、高周波変成器に伝えることができ、その一方で、高周波変成器の出力電圧は１キロボルト〜１２キロボルトの範囲にあり、次に出力電流は、コッククロフト・ウォルトン型の６倍倍率器などの電圧倍率器によって増幅される。あるいは、インバータからの出力を、電圧倍率器に直接給電することができる。倍率器によって、コイルワイヤおよび接続配線における電気絶縁を高度に要求する、高圧変成器を利用する必要がなくなる。次に６倍倍率器の出力は、電気除草のための電極に伝えられる。
【０００９】
上記で提案された電子コンバータの異なる接続形態を、図１に示すように、単相回路用に作ることができる。侵入植物は、すでに過去に根拠づけられているように、電気／電子の観点から可変の負荷抵抗として表わしてよい。
【００１０】
接続形態要素を以下に列挙する。
−電力グリッドまたは発電機などの電源
−電源が交流である場合の、整流器または整流ブリッジ
−ハーフブリッジインバータまたはフルブリッジインバータなどのインバータ
−容量性および／または誘導性の高調波フィルタ
−高周波変成器
−容量性の電圧倍率器
【００１１】
例えば倍電圧器を、変成器の二次側によって給電される電圧倍率器として使用することで、変成器の高電圧動作における絶縁の課題が軽減され、同様に、所望の電圧レベルを実現するために必要な巻き数も低減されて、変成器の構築を容易にし、すでに高周波動作のために低減された変成器のサイズ、重量、および体積を、減少させる。
【００１２】
インバータの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）が、共振型スイッチングと共に作動できるよう、誘導子および／または誘導性／容量性のフィルタ値を調整することによって、ＩＧＢＴの伝導損を軽減させ、コンバータの効率を増加させる。ＩＧＢＴの共振周波数は、可変負荷および電圧倍率器の効果を考慮すると、外部の誘導子と、変成器の一次側、または電圧倍率器に直接反映される総静電容量との間の共振として、同調される。
【００１３】
本発明を、図面を参照して説明する。図面は参照のみのものであり、本発明を限定するようには考慮されていないことを理解されたい。図中では、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、除草デバイスに電流を提供する回路図である。
【図２】図２は、回路の代替の実施形態を示す図である。
【図３】図３は、回路の別の代替の実施形態を示す図である。
【図４】図４は、回路のさらに別の代替の実施形態を示す図である。
【図５】図５は、図１の接続形態を三相システムに適合させた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
除草デバイスに電流を提供する回路の例を、図１に示す。
【００１６】
図１に示す例示の接続形態は、図２に示すような電圧６倍倍率器のように、高次の電圧倍率器を変成器の二次側に使用することによって改善することができる。高次の倍率器は、上記と同じ根拠を用いて、変成器の構造をより簡単にする。インピーダンス整合が、倍電圧器を伴うコンバータによる説明と同様に発生するが、以下に提示する接続形態において電力結合範囲を拡げることができる。
【００１７】
変成器の二次側に反映される外部の誘電子も、倍電圧器の一連のインピーダンスとのインピーダンス整合をもたらすことになり、この「植物耐性」との関連が、コンデンサと並列の抵抗値として、変成器によって確認されることになる。コンデンサはこの抵抗値と反比例する。出力電圧は負荷抵抗と共に変化することになり、一旦倍電圧器のコンデンサの充電が、確認される一連の合計インピーダンスによって「制御」されると、異なる電力値が、基本的な電力方程式Ｐ＝Ｖ２／Ｒに従い、負荷抵抗に依存してコンバータによって送達されることになる。ここで、Ｒ、Ｖ、およびＰはそれぞれ、負荷抵抗、その電圧、およびその電力損失である。インピーダンス整合が自動調整で生じるとき、このコンバータの接続形態は、制御方策の実施を必要とせず、自動調整の電力制御を呈する。
【００１８】
変成器によって確認されるインピーダンスは、上記で説明したように、やはり可変コンデンサと並列の抵抗値である。コンバータが、最適な最大電力を特定のインピーダンス値に送達するよう、インバータの共振型スイッチングを同調させることができる。出力電力は、倍電圧器の説明と同じ理由から可変であるが、異なる次数の電圧倍率器では、全ての倍率器のコンデンサの充電を考慮に入れなければならない。
【００１９】
電圧倍率器の一連のインピーダンスは、変成器の二次側が、一旦この新しい接続形態による実際の開回路状態でなくなると、変成器の一連の共振励起の問題を一部解決する。
【００２０】
負荷抵抗が低い値となる傾向がある場合（短絡状態）、電圧倍率器が、一次側に反映されて外部の誘電子に関連付けられた一連のインピーダンスを呈し、変成器を高い短絡電流から保護する。負荷が高い値となる傾向がある場合（開回路状態）、電圧倍率器の全てのコンデンサは充電され、二次側の電圧ピークを増加させるが、倍率器のステージ（６倍倍率器の場合は６）と等しい最大値までに、二次側の電圧ピークを制限する。
【００２１】
変成器をこの危険な動作から保護する別の方策は、図３および図４に示すように、外部の誘電子の後に適切な容量性フィルタまたは容量性誘導性フィルタを追加することである。フィルタは、高次の高調波成分を変成器の入力電圧から取り除くことが想定されるので、この方策を用いて一連の共振励起を避けることができる。
【００２２】
「植物耐性」が、同調した値から逸脱するとき、送達された電力は最適な最大値から減少するが、異なる値の負荷抵抗に送達された電力を示し、電源としての電力グリッドおよび容量性の電圧６倍倍率器を考慮する以下の表で確認できるように、電力値のかなりの範囲は、さらに様々な負荷抵抗に送達される。説明した電子コンバータが、過去に侵入植物の制御のために使用されたことがないことに留意することは重要である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
接続形態が、他の接続形態ですでに説明したように、直流源または三相源などの高電力源および三相整流器を使用して高電力用途に適合できるが、上記で説明した電子コンバータは、単相の低および中程度の電力用途に最適化されるので、手動用途に理想的である。
【００２５】
この場合、おそらくフルブリッジインバータは、必要な電力レベルを送達するために、より適切になり得る。高電力用途に利益となり得る別の変更は、図５に示すような、二次巻き線に中央タップを伴う高周波変成器を使用することである。中央タップは、二次側の絶縁の課題を「分割」し、かつ変成器の安全性を強める。電圧倍率器も使用することができるが、ここでは図５に示すように二重にして使用される。
【００２６】
システムの概説として、任意の相数の直流または交流電源が電圧を生成する。この電圧は、周波数を増加させるインバータに給電される。増加した周波数を伴う電流が、高調波フィルタ（誘導性、容量性、または両方）に給電され、それによって高力率を保証して、別個のＰＦＣの必要性を減少または排除する。誘導性および／または容量性の高調波フィルタは、高周波変成器に給電してよく、それによって電圧倍率器への電圧入力をさらに増加させる。高周波変成器は、その二次巻き線に中央タップを備えてもよく、それが電圧基準または二次コイルの接地の働きをすることができる。上記の構成要素の出力は、コッククロフト−ウォルトン型、または６倍倍率器などの全波コッククロフト−ウォルトン型の電圧倍率器のような電圧倍率器に給電され、６倍だけ入力電圧を増幅する。電圧倍率器は、負荷によって異なる電圧レベルを提供するので、いかなる追加の電子回路、プロセッサ、または制御器を必要とすることなく、可変負荷のための自動調整による電力制御を成す。説明のように、変成器が、高調波フィルタと電圧倍率器との間の電圧をさらに増加させるために必要であった場合、電圧倍率器は常に、変成器の二次側において接続された一連のインピーダンスを表わし、変成器を直流で実際の開回路状態に入れることなく、一連の共振励起の危険、および絶縁を損傷するかまたは他の内部損傷を生じさせることがあるピーク電圧の危険を軽減する。
【００２７】
この特定の構造は、共振または疑似共振として設定されるインバータのスイッチングを可能にする。共振または疑似共振としての、このインバータの設定は、その出力高調波構成を軽減させ、変成器の一連の共振励起の危険を軽減させ、その結果として、変成器の絶縁を損なう危険を軽減させる。さらに、インバータのスイッチ（限定ではないが、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）は、共振または疑似共振モードで作動するときの伝導損を軽減させ、コンバータの全体効率を増加させる。
【００２８】
図１において、電源１からの正弦波電圧は、全波整流器２によって整流され、半波インバータ３に提供されるパルス状直流電圧を生成する。次に、高周波の方形波電圧が半波インバータ３で生成され、電圧増幅ブロック（外部の誘電子４および高周波変成器５）に提供される。高周波変成器５の出力部においてもたらされる増幅された電圧は、倍電圧器６によって２倍にされ、電極７、８を介して可変負荷抵抗９において供給される。
【００２９】
図２の接続形態は図１と全く同じように作動するが、ここでは変成器の出力部における電圧が、電圧６倍倍率器１０によって６倍にされる。図１のように、負荷抵抗は、電極１１および１２を介して、より高い出力電圧を受ける。この接続形態において、図１の接続形態と比較すると、同じ用途に対して、より低い電圧比率の変成器を使用することができる。
【００３０】
図３において、コンデンサ１３が図１の接続形態に追加され、変成器の入力電圧における望ましくない高調波成分をフィルタに掛け、高電圧が電極１４および１５を介して負荷に送達される。図４において、誘導性−容量性（ＬＣ）フィルタ１６が同じ機能として使用され、負荷が電極１７および１８を介して出力電圧を受ける。
【００３１】
図５は、図１の接続形態を三相システムに適合させた図を示す。三相全波整流器２０が、三相電源１９を通して給電され、三相全波整流器２０の出力を全波インバータ２１に提供する。全波インバータ２１は、共振または疑似共振スイッチングで作動して、インバータのスイッチング損失を軽減させる。ここで高周波変成器２２は、その二次側に中央タップを有し、一旦二次電圧が三相用途において標準的に高くなると、二次電圧のストレスを軽減させる。電圧倍率器２３は２倍の倍電圧器であり、図５に示すように対称に接続され、高電圧を電極２４および２５を介して植物耐性箇所に送達する。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態のみを示し、説明したが、多くの変化および変更が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、成され得ることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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