(57)【要約】  不活性化器は不活性化アンテナ・コイルとエネルギを貯蔵するためのキャパシタを有している。不活性化器は、不活性化期間の間、貯蔵されたエネルギを交流電流に変換する。この交流電流は、当該不活性化期間中に、不活性化アンテナ・コイルを通じて不活性化磁場を発生させる。この交流電流は、不活性化期間中に、リングダウン減衰エンベロープを形成する。  電気的インピダンスを有するエネルギ回収モジュールは、不活性化期間のある部分の期間において、インピダンスに基づき交流電流に変換されたエネルギの一部を回収するために、不活性化器に結合されている。また、その他の実施例が説明され、請求項に記載されている。
2008543230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性化アンテナ・コイルとエネルギを貯蔵するためのキャパシタを有する不活性化器であって、
当該不活性化器は、不活性化期間に亘って、当該貯蔵されたエネルギを交流電流に変換し、
当該交流電流は、当該不活性化期間中に、当該不活性化アンテナ・コイルを通じて不活性化磁場を発生させ、
当該交流電流は、当該不活性化期間中に、リングダウン減衰エンベロープを形成する不活性化器と、
電気的インピダンスを有するエネルギ回収モジュールであって、
当該不活性化期間のある部分の期間において、当該インピダンスに基づき当該交流電流に変換されたエネルギの一部を回収するために、当該不活性化器に結合されているエネルギ回収モジュールと、
から成ることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項1に記載された装置であって、前記エネルギ回収モジュールが前記不活性化アンテナ・コイルに結合されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項1に記載された装置であって、前記エネルギ回収モジュールが前記キャパシタに結合されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項1に記載された装置であって、前記エネルギ回収モジュールがエネルギ・カップリング・キャパシタを通じて前記不活性化器に結合されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項1に記載された装置であって、前記エネルギ回収モジュールがエネルギ・カップリング・インダクタを通じて前記不活性化器に結合されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項1に記載された装置であって、前記キャパシタの電圧を整流するために、前記不活性化器と前記エネルギ回収モジュールとの間に結合された整流器を更に備えていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項1に記載された装置であって、前記エネルギ回収モジュールによって回収された前記エネルギの一部を貯蔵するために、前記エネルギ回収モジュールに結合されたエネルギ貯蔵装置を更に備えていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項1に記載された装置であって、前記不活性化器が、前記エネルギ回収モジュールの前記インピダンスを制御するために、ある周波数とデューティ・サイクルを有する信号を発生させるための制御器を備えていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項8に記載された装置であって、前記エネルギ回収モジュールが、前記制御器に結合されたスイッチを備え、当該スイッチがある時間の間当該スイッチを“ON”状態にするための前記信号と、ある時間の間当該スイッチを“OFF”状態にするための前記信号とを受信することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項9に記載された装置であって、前記不活性化期間の間、前記周波数が一定に維持されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項9に記載された装置であって、前記不活性化期間の間、前記周波数が可変であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項9に記載された装置であって、前記不活性化期間の間、前記デューティ・サイクルが一定に維持されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項9に記載された装置であって、前記不活性化期間の間、前記デューティ・サイクルが可変であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項8に記載された装置であって、前記不活性化期間の間の異なった時間において、前記リングダウン減衰エンベロープを変えるために、前記信号が前記エネルギ回収モジュールの前記インピダンスを変えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項8に記載された装置であって、前記制御器が前記信号を発生させるためのプロセッサーを備えていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
エネルギ貯蔵装置に貯蔵されたエネルギを使用する不活性化器によって、不活性化期間の間、不活性化用磁場を発生させるステップと、
エネルギ回収モジュールによって、当該不活性化用磁場を発生させるために使用された当該エネルギの一部を回収するステップであって、当該エネルギがリングダウン減衰エンベロープを形成するステップと、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項16に記載された方法であって、前記回収されたエネルギの一部を貯蔵するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項16に記載された方法であって、前記エネルギの一部を回収するステップが、第二の不活性化サイクルにおいて前記磁場を発生させるために、前記回収され貯蔵されたエネルギを前記不活性器に供給するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項16に記載された方法であって、前記エネルギを整流するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項16に記載された方法であって、前記不活性化期間中に、前記リングダウン減衰エンベロープを更に備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電子物品監視(EAS)システムは在庫管理や、万引き、EASセキュリティ・ラベルを備えたタグを付けた物品を管理領域から無許可で運び出すことを防止するために使用されている。かかるシステムでは、管理領域を囲い込んだ監視領域(典型的な例として、小売店舗における入り口及び／又は出口)を確立するために送信機と受信機が使用されている。監視領域は、監視領域から運び出される物品や、監視領域へ運び込まれる物品がその監視領域を通過しなければならなくなるようにして設定される。
【０００２】
EASセキュリティ・ラベルは、例えば、商品、製品、ケース、パレット、あるいはコンテナー等の物品に添付される。このラベルには、EASシステムの送信機が監視領域へ向けて送信する第一の信号に相互作用するように設定されたマーカーやセンサーが組み込まれている。この相互作用によって、監視領域内に第二の信号が確立されるようになっている。EASシステムの受信機はこの第二の信号を受信する。もし、EASセキュリティ・ラベルを備えたタグが添付された物品がその監視領域を通過すると、EASシステムは、その第二の信号によって、管理領域内に無許可の物品が存在することを認識し、例えば、ある条件下においてアラームを起動させるようになっている。一旦、物品が購入されてしまえば、EASセキュリティ・ラベルがその監視領域を通過した場合であってもアラームが起動されないようにそのEASセキュリティ・ラベルは不活性化される。
【発明の開示】
【０００３】
EASラベルは、二つのストリップ材料から構成されている。1つは、磁気-機械的共鳴現象を呈する高透磁率磁性材料からできた共振器であり、もう1つは硬い磁気材料からできたバイアス・エレメントである。このバイアス・エレメントの状態によってEASラベルの運用周波数が設定される。ラベルの活性化は、バイアス・エレメントの磁化によって行われる。磁化されたバイアス・エレメントを、脱磁モジュールによって脱磁することによりラベルの不活性化が行われる。この脱磁プロセスでは、バイアス・エレメントに第一の期間において、ラベルのバイアス・エレメントの保磁力に打ち勝つのに十分な強さの、強い交流(AC)磁場をかけ、その後第二の期間において、リングダウン減衰のエンベロープに沿って、ゼロに近づくまで磁場の強度を徐々に下げていく。この第二の期間におけるリングダウン・エンベロープに沿った減衰は、例えば、リングダウン減衰率とも呼ばれている。脱磁サイクルは、第一及び第二の期間に亘って行われる脱磁の全プロセスに必要となる時間のことを言う。有効な脱磁を行うためには、磁場の強度を低減させ始める前に、バイアス・エレメントの材料の保磁力に打ち勝つのに十分な強い磁場を適用することが必要になる。脱磁サイクル中(特に、リングダウン減衰の期間中)に磁場を適用するということは、ある大きさの脱磁エネルギが必要になるということである。通常このエネルギのある部分は、消費され消散されるものである。
【０００４】
ここで述べる実施例は、通常は消散してしまう脱磁エネルギのある部分を回収する技術を提供するものである。回収されたエネルギは、電源へもどしたり、あるいはエネルギ貯蔵装置の中で貯蔵することによって、以降の不活性化サイクルにおいて再使用される。この実施例では、モジュール内において使用されているインダクタンス(L)、キャパシタンス(C)、そして抵抗(R)のようなモジュールの各エレメントと共に、高効率の不活性化アンテナ・コイルが使用される。また、この実施例では、最適な不活性化のパフォーマンスを実現するために不活性化モジュールのリングダウン減衰率を制御する技術が使用される。
【０００５】
図1は、不活性化器モジュール114(不活性化器)とエネルギ回収モジュール112からなる不活性化・エネルギ回収脱磁モジュール100(脱磁器)の一つの実施例を示したものである。脱磁器100は、種々のタイプの不活性化器114とエネルギ回収モジュール112とを、例えば種々のアーキテクチャとトポロジーから構成される種々の形で組み合わせて使用することによって実現することができる。ある実施例では、不活性化器114をインダクタ〜キャパシタ〜抵抗(LCR)共振タンク回路モジュールによって構成することができる。ある実施例では、LCR共振タンク回路のインダクタとキャパシタのエレメントについては明確に規定することができるが、抵抗のエレメントについてはLCRモジュールの集合体としての寄生特性と抵抗損失特性が含まれるようになっている。不活性化器114では不活性化キャパシタ108を介してエネルギ回収モジュール112に接続された不活性化リングダウン減衰モジュールが備えられている。ある実施例では、不活性化器114は、エネルギ・カプラ115を介してエネルギ回収モジュール112に接続されている。ある実施例では、このエネルギ・カプラ115としてキャパシターを利用することができる。ある実施例では、このエネルギ・カプラ115としてインダクターを利用することもできる。従って、エネルギ回収モジュール112は不活性化器114に容量的に結合されるか、あるいは誘導的に結合されるようにすることができる。一般的には、不活性化キャパシタ108は不活性化サイクルを開始する前に、図示しないエネルギ・ソースまたはエネルギ貯蔵装置によって充電される。ある実施例では、不活性化器114は不活性化スイッチ106(スイッチ)に接続された不活性化アンテナ・コイル102(コイル)を備えている。ある実施例では、不活性化アンテナ・コイル102は不活性化アンテナ・コイル102の近くの不活性化領域を形成する空間に強い磁場を発生させるための空芯または磁気コアのいずれかから成るワイヤ製のコイルを備えている。ある実施例では、その他のスイッチを使用することも可能ではあるが、不活性化スイッチ106としてトライアックを使用している。不活性化器114は、更に、不活性化スイッチ106に接続された不活性化・エネルギ回収制御モジュール104を備えている。この不活性化制御器104(不活性化・エネルギ回収制御モジュール104)は、連結部110を経由して不活性化スイッチ106に接続され、そして連結部118を経由してエネルギ回収モジュール112に接続されている。不活性化制御器104は、例えば、連結部118を経由して不活性化スイッチ106をコントロールすることによって、不活性化リングダウン減衰のタイミングを制御するようになっている。ある実施例では、リングダウン期間全体にわたる所定のプロフィールを持ったリングダウン減衰を作り出すために、不活性化制御器104をマイクロプロセッサーで構成するようにしても良い。不活性化プロセスの間、EASラベルは不活性化領域、例えば強い磁場の中、へ持ち込まれ、そして、強いAC磁場がEASラベルに適用される。例えば、EASラベルを不活性化するために、不活性化期間中、不活性化制御器104は不活性化スイッチ106を“ON”状態にして、不活性化キャパシタ108に貯蔵されたエネルギをコイル電流116として不活性化アンテナ・コイル102へ流すようになっている。コイル電流116はEASラベルを不活性化す���ための磁場を発生させる。不活性化器114は脱磁プロセスを開始させるために不活性化スイッチ106を制御し、そしてリングダウン減衰期間中、不活性化キャパシタ108の中にもともと蓄えられていたエネルギがLCR共鳴タンク回路の中の種々の抵抗要素において消散するので、AC磁場の強さは減少していく。不活性化器114と同等なLCR共鳴タンク・モジュールでは、強くて漸減していくAC磁場を作り出すようになっている。不活性化器114は不活性化サイクルの開始に先立ち、電圧を掛けることによって不活性化キャパシタ108を充電する。不活性化制御器104による制御によって不活性化サイクルが開始されるとき、不活性化スイッチ106は充電された不活性化キャパシタ108を不活性化アンテナ・コイル102に接続する。このコイル102のインダクタンスは不活性化キャパシタ108と一緒に共鳴タンク・モジュールを形成する。共鳴タンク・モジュールにおける集合体としての等価な抵抗値が十分小さければ、LCR共鳴タンク回路では、不活性化アンテナ・コイル102には減衰し、漸減するACコイル電流116が流れる。このコイル電流116は不活性化アンテナ・コイル102の巻き線の中を流れ、不活性化領域内に漸減するAC磁場を作り出す。コイル電流116とその結果生じる磁場が所定のレベルまで減衰したときに、不活性化サイクルは完了する。不活性化キャパシタ108が完全に再充電されると、不活性化器114は次の不活性化サイクルのための準備が整う。
【０００６】
不活性化アンテナ・コイル102のインダクタンス、共振のための不活性化キャパシタ108のキャパシタンス、および不活性化キャパシタ108の充電電圧によって、不活性化サイクルのためのピーク電圧、コイル電流116、および不活性化器114のLCRモジュールの共振周波数が決定される。更に、例えば、不活性化アンテナ・コイル102のサイズ、その巻き線の構造、および磁気コアの材料が磁場の強さと不活性化器114のLCRモジュールの抵抗損失特性を決定づける設計パラメータとなる。
【０００７】
EASラベルを適切に不活性化するためには、不活性化磁場におけるAC磁場のエンベロープが指数関数的な減衰、あるいはリングダウン減衰によって所定の比率で減少していくことが求められる。ある実施例においては、この所定の比率としては、共振サイクルの1つの磁場のピーク値から、続く1/2サイクル後における、反対位相の磁場のピーク値が35%以上低下しないような比率に制限される。より早い(大きい)リングダウン減衰率はEASラベルの不活性化には不十分なものとなる。ゆっくりとした(小さい)リングダウン減衰率は、不活性化領域内に静止して配置されたEASラベルの不活性化に良い結果をもたらす。しかし、極めてゆっくりとしたリングダウン減衰率は望ましいものではない。なぜならば、そのような場合には、リングダウン減衰のエンベロープが不活性化サイクルの終了時のゼロに近い小さな値に到達するまでに、非常に長い減衰時間が必要になるからである。低共振周波数の不活性化器114では応答時間が制限される。従って、早く移動するEASラベルの場合、もし不活性化磁場がまだ減衰し続けている間にEASラベルが不活性化領域へ入って、かつ出て行くことになれば、適切に不活性化されないので、極めてゆっくりとしたリングダウン減衰は、あまり望ましいものではない。従って、ここで説明する実施例のいくつかにおいては、リングダウン減衰率は20%〜30%の間に設定されている。
【０００８】
一般的に、従来技術の不活性化モジュールを使用した従来技術型の不活性化アンテナ・モジュールにおいて、不活性化アンテナ・コイル102やその他のエレメントのような、不活性化器のコア・アンテナを形成するために高効率の材料を使用することに大きなメリットはない。一旦、20%〜30%のリングダウン減衰率が設定されてしまえば、リングダウン減衰率を高めることは有利なことではない。前にも述べた通り、迅速な不活性化応答が必要になるので、極めてゆっくりとしたリングダウン減衰率は使用されないからである。
【０００９】
非常に大きな不活性化距離を必要とするような実施例では、EASラベルを不活性化するために非常に大きなエネルギが必要になる。従って、不活性化領域のサイズを大きく増大させるために、不活性化アンテナ・コイル102内に十分に高い強度の磁場を形成するよう、不活性化キャパシタ108には非常に大きなエネルギを貯蔵するための容量が必要になる。しかしながら、このような実施例は高価なものとなり、各不活性化サイクル後において不活性化キャパシタ108を完全に再充電するために必要となる供給電源のサイズが大きくなるために現実的なものではなくなる。高効率を必要とする実施例としては、バッテリにより運用されるシステムである。もし、早く、効率的なEASラベルの不活性化を行うために、リングダウン減衰率を20%〜30%以下にまで低減させるならば、高高率な不活性化アンテナ・コイル102を使った実施例は、もはや有益ではない。
【００１０】
供給電源の電力レベルを増大し、大きなバルク・キャパシタを使用することによって、必要とする供給電源を平均化するために、ある実施例では大きな電力モジュールを使用するようにしている。また、別の実施例では、不活性化キャパシタ108に貯蔵されるエネルギの量を低減させるために、そして不活性化の範囲を広げるために、そしてバッテリーの寿命を増大させるために、効率のよい電力モジュールを使用するようにしている。
【００１１】
不活性化制御器104は、例えば、連結部118を介してエネルギ回収プロセスのタイミングを制御している。リングダウン減衰の期間中、不活性化制御器104は、通常不活性化サイクルのリングダウン減衰中に消費されてしまうエネルギを回収するために、エネルギ回収モジュール112を制御し、あるいは調節する。ここで説明する種々の実施例では、エネルギ回収モジュール112は、不活性化サイクルの共振リングダウン減衰期間中に、不活性化器114からエネルギを回収するために使用されている。エネルギ回収モジュール112の実施例においては、不活性化器114から直接的に、あるいは不活性化器114へのエネルギ・カップリング・キャパシタを通じての結合によって、あるいは不活性化器114へのエネルギ・カップリング・インダクタを通じての結合によってエネルギを回収するようにしている。回収したエネルギは、電源またはバッテリやキャパシタのような電力貯蔵装置に移送される。この回収されたエネルギは続く不活性化サイクルにおいて使用される。ある実施例では、従来の回路構成を持った不活性化器114では、消費されてしまうエネルギを回収することによって脱磁器100の全体としての電力の効率を向上させるようにしたエネルギ回収モジュール112を備えている。
【００１２】
このエネルギ回収モジュール112によって、望ましい20-30%のリングダウン減衰率よりも更にゆっくりとリングダウンするように設定された高効率の脱磁器100が実現されている。エネルギ回収モジュール112を使用することによって、通常であれば消費されてしまうエネルギを効率よく回収しながら、望ましいリングダウン減衰率を達成できる方法を提供することができる。ここで回収されたエネルギを、続く不活性化サイクルにおいて使用することによって脱磁器100の効率を高めるために、回収されたエネルギは電源あるいは電力貯蔵装置へ移送される。脱磁器100の効率を高めることによって、不活性化器114への供給電力に対する設計上の要求レベルを低減することが可能になると共に、素早く効率的な不活性化を実現するために必要となる、適切なリングダウン減衰のエンベロープを形成しつつ高高率な材料をも使用できるようにすることができる。
【００１３】
図2は、LCRの等価回路モジュール200を図示したものである。ある実施例においては、脱磁器100のLCRの等価回路モジュール200は、インダクタンス素子202(L)、(これは、不活性化アンテナ・コイル102のインダクタンスやその他の浮遊インダクタンス、あるいは寄生インダクタンスを表すものである)、キャパシタンス素子206(C)、(これは、不活性化キャパシタ108、不活性化スイッチ106のキャパシタンスやその他の浮遊キャパシタンス、あるいは寄生キャパシタンスを表すものである)を備えている。ある実施例では、一般的には、LCRの等価回路モジュール200内には個別の(離散的な)抵抗素子を備えていない。むしろ、抵抗素子204(R)は、不活性化キャパシタ108の等価直列抵抗(ESR)、不活性化スイッチ106の等価直列抵抗(ESR)、不活性化アンテナ・コイル102の巻き線の抵抗、および不活性化アンテナ・コイル102の中に磁心が使用されているような場合には、磁性材料内で生じる損失のようなその他の損失を形成する抵抗から構成される。不活性化リングダウン減衰の期間中、インダクタンス素子202(L)、抵抗素子204(R)、キャパシタンス素子206(C)はLCRの等価回路モジュールを形成する。ある実施例では、不活性化リングダウン減衰モジュールに直接的に、あるいは間接的に接続されたエネルギ回収モジュール112を備えている。
【００１４】
図3は、不活性化スイッチ106が“ON”状態にされた時点からの不活性化キャパシタ108の電圧波形のグラフ300を示したものである。このグラフ300では、不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧は縦軸302にとってあり、時間は横軸304にとってある。図3には二つのグラフが示されている。グラフ306は不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧を示したものであり、グラフ308A、308Bは、このリングダウン減衰電圧の正および負のエンベロープを示したものである。このグラフ306、およびグラフ308A、308Bは、エネルギ回収モジュール112の影響のない、不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧の波形と、減衰エンベロープの波形を示したものである。例えば、グラフ306は、不活性化キャパシタ108の両端に接続されたエネルギ回収モジュール112のない場合の不活性化キャパシタ108の両端にかかる電圧波形を示したものであり、従って、エネルギ回収しない場合の波形である。グラフ306の不活性化器のリングダウン減衰電圧波形を示したグラフ308A、308Bは、正の部分308Aと負の部分308Bからなる。後述する式(1)は不活性化器114内の不活性化キャパシタ108の電圧波形の挙動を時間の関数(t)として表したものである。式(5)はグラフ308A、308Bのリングダウン減衰のエンベロープを定義したものである。ここで、式(5)は式(1)の最初の項であり、グラフ306の正弦波の不活性化器電圧の指数関数の減衰率を定義したものである。
【式１】
【００１５】
2008543230.tif 000003
ここで、Ｖinitは不活性化キャパシタ108にかかる初期電圧である。
【式２】
【００１６】
2008543230.tif 000004
【式３】
【００１７】
2008543230.tif 000005
【式４】
【００１８】
2008543230.tif 000006
【式５】
【００１９】
2008543230.tif 000007
図4は、図1に示す脱磁器100のLCRの等価回路モジュール400の一実施例を図示したものであり、キャパシタンス素子206(C)および、これに並行に接続されたエネルギ回収モジュール112を備えている。更に、このLCRの等価回路モジュール400はインダクタンス素子202(L)と抵抗素子204(R)を更に備えている。エネルギ回収モジュール112は等価負荷402(Re)によって表すようにしても良い。ある実施例においては、エネルギ回収モジュール112はキャパシタンス素子206に並行に接続された定負荷402として表すようにしても良い。しかし、制御モジュールは、不活性化のリングダウン減衰期間中に、LCRの等価回路モジュール400から引き出されるエネルギの大きさが時間の関数として変化するように、この並行に接続された負荷402を制御するために使用される。このことについては、更に詳細に後述する。不活性化キャパシタ206(キャパシタンス素子206)にかかる電圧は、例えば式(6)によって近似される。エネルギ回収モジュール112は、回収したエネルギを電源またはエネルギ貯蔵モジュールへ効率よく戻すよう移送し、その結果エネルギが節約される。エネルギ貯蔵モジュールについては、後述する。
【式６】
【００２０】
2008543230.tif 000008
ここで、Ｖinitは不活性化キャパシタ206にかかる初期電圧である。
【式７】
【００２１】
2008543230.tif 000009
【式８】
【００２２】
2008543230.tif 000010
【式９】
【００２３】
2008543230.tif 000011
式(7)−式(8)は、ソリッドステート・パワー変換の原理(Ralph  E.  Tarter,1985,  Howard  W.  Sams,  pgs.  33−36)から引用したものである。
【００２４】
図5は、不活性化スイッチ106が“ON”状態にされた時点からの不活性化キャパシタ108にかかる電圧波形のグラフ300を示したものである。このグラフ300では、不活性化キャパシタ108の電圧は縦軸302上にとってあり、時間は横軸304上にとってある。図3には三つのグラフが示されている。前述したように、グラフ306はエネルギ回収を行なっていないときの不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧を示したものであり、グラフ308A、308Bは、このリングダウン減衰電圧のエンベロープを示したものであり、グラフ502はエネルギ回収モジュール112の影響を受けたときのキャパシタのリングダウン減衰電圧を示したものである。比較を行なうと、グラフ306とグラフ308A、308Bは、エネルギ回収モジュール112のエネルギ回収機能を作動させていないときの不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧と減衰エンベロープ波形を示すものである。また、グラフ502は不活性化キャパシタ108の両端に接続されたエネルギ回収モジュール112の負荷の影響を受けた時の不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧を示したものである。例えば、図5は、脱磁器100の不活性化キャパシタ108のリングダウン減衰電圧がグラフ308A、308Bによって示されたエンベロープに従った自然なリングダウン減衰電圧よりももっと早く減衰するように、不活性化リングダウン減衰モジュール、即ち、例えば不活性化器114に内蔵されたエネルギがエネルギ回収モジュール112によって引き出すことができることを示したものである。
【００２５】
図6は、不活性化・エネルギ回収脱磁モジュール600(脱磁器)の一実施例としてのブロックダイヤグラムを示したものである。ある実施例においては、脱磁モジュール600は、不活性化器601、整流器604、エネルギ回収モジュール112、および、例えば電源またはエネルギ貯蔵装置からなるエネルギ・モジュール606から構成される。不活性化器601には不活性化スイッチ106に接続された不活性化アンテナ・コイル102が備えられている。そして、不活性化スイッチ106は順に不活性化キャパシタ108に接続されている。不活性化・エネルギ回収制御モジュール602(制御器)は、不活性化スイッチ106への連結部610とエネルギ回収モジュール112への連結部612を経由してエネルギ回収機能を制御できるようになっている。不活性化・エネルギ回収制御モジュール602(制御器)は不活性化キャパシタ108にかかる電圧減衰波形を制御する。一つの実施例において、制御器602は、リングダウン減衰期間全体にわたって所定のリングダウン減衰プロフィールを提供するために、更にマイクロプロセッサ105を備えるようにしても良い。ある実施例では、エネルギ回収モジュール112は不活性化キャパシタ108を跨いで接続するようにしても良い。別の実施例では、不活性化アンテナ・コイル102(図示せず)を跨いで接続されるか、あるいはキャパシタンス結合あるいはインダクタンス結合(図示せず)を介して脱磁モジュール600に接続されたエネルギ回収モジュール112を備えている。ある実施例においては、整流器604は不活性化キャパシタ108とエネルギ回収モジュール112の間に備えられている。整流器604は全波整流器604あるいは半波整流器604のいずれであっても良い。整流器604は不活性化キャパシタ108電圧を整流する。整流された電圧は、その後、例えば、入力ターミナルの位置においてエネルギ回収モジュール112の入力として供給される。エネルギ回収モジュール112は回収したエネルギを変換し、それを出力ターミナル616を介してエネルギ・モジュール606(エネルギ貯蔵装置606)へ供給する。ある実施例では、例えば、エネルギ・モジュール606はバッテリ又はその他の電気を作り出す装置であれば良い。ある実施例では、エネルギ・モジュール606はキャパシタ、再充電可能なバッテリあるいはその他のエネルギ貯蔵装置、たとえば、回収したエネルギを後ほどの使用するために貯蔵できる装置であれば良い。
【００２６】
エネルギ回収モジュール112は、エネルギ・モジュール606にとって望ましい特性に依存して変化する。一般に、エネルギ回収モジュール112の実施例では、例えば、スイッチ、インダクタあるいは変圧を行なうための変圧器のようなインダクタンス素子を備えている。ある実施例では、このスイッチとしては高周波スイッチで良く、インダクタンス素子としては高周波インダクタンス素子で良い。エネルギ回収モジュール112の実施例としては、例えばエネルギ回収機能を実現するために、種々のトポロジに基づくスイッチング・レギュレータを備えるようにしても良い。特定のトポロジを選び出すことは、入出力の特性に依存する。例えば、入出力の特性としては、不活性化キャパシタ108の予期される入力電圧、エネルギ・モジュール606へ供給される出力電圧、エネルギ回収モジュール112の負荷効果、およびエネルギ回収モジュール112の運用電力レベルなどがある。
【００２７】
図7、13、14、および15は、エネルギ回収モジュール112に適したスイッチング・レギュレータ／コンバータ(レギュレータ)のトポロジのダイヤグラムを示したものである。これらのトポロジは、アイソレイテッド・フライバック・レギュレータ、ブースト・レギュレータ、バック・レギュレータ、シングル・エンド・インダクタンス・レギュレータ（SEPIC）を備えるようにして良い。これらのトポロジの各々は、電圧と電力のレベルの種々の組み合わせに対して適したものであるが、これらのものは、ここで説明する実施例に従って、エネルギ回収モジュール112を実現するために使用できるトポロジの網羅的なリストを表したものではない。種々のトポロジの構造の説明を行なっているが、本明細書ではこれらの種々のトポロジの運用例が図7に示されるアイソレイテッド・フライバック・トポロジ(isolated  flyback  topology)を参照しつつ記載されている。
【００２８】
図7はアイソレイテッド・フライバック・レギュレータ700のトポロジを備えたエネルギ回収モジュール112の一つの実施例を示したものである。アイソレイテッド・フライバック・レギュレータ700は、例えば、主巻き線704と二次巻き線706からなる一対になったインダクタ702を備えている。一端において、主巻き線704は整流器604に入力ターミナル614によって接続されている。また、他端において、主巻き線704はスイッチ708に接続されている。ある実施例においては、スイッチ708は、たとえば高周波スイッチであっても良い。二次巻き線706はダイオード710に直列接続されており、このダイオード710はキャパシタ712に並列接続されている。キャパシタ712に跨って発生する電圧は出力ターミナル616を介してエネルギ・モジュール606に供給される。例えば、整流器604からの電圧Ｖin615は入力ターミナル614において受け渡され、主巻き線704に供給される。スイッチ708が所定の期間“ＯＮ”状態になると、グランドへ導通されたリターン経路が形成され、電圧Ｖin615によって電流Ｉinが生じ、矢印714によって示した方向へ流れる。スイッチ708が“ＯＮ”状態にされ、制御器602によって発生させられた周波数ｆｓのパルスが連結部612を経由してスイッチ708に供給され、これによって所定の期間、スイッチ708が制御される。従って、制御器602によって、一対になったインダクタ702を流れる電流Ｉinの変換が制御される。スイッチ708が“ＯＮ”状態になると、一対になったインダクタ702にエネルギが貯蔵される。スイッチ708が“ＯＦＦ”状態になると、電流Ｉoutがキャパシタ712へ流れ込む。従って、電流Ｉinは電流Ｉoutに変換される。矢印720によって示された方向に流れるエネルギ回収電流Ｉoutは直列配置されたダイオード710に供給され、キャパシタ712が充電されることより電圧Ｖcap719が得られる。出力キャパシタ電圧Ｖcap719は連結部616を経由してエネルギ・モジュール606へ供給される。従って、エネルギ回収モジュール112は、入力ターミナル614において、エネルギを一対になったインダクタ702に流れる電流Ｉinに変換する。そして、制御器602とスイッチ708による制御によって、その電流を、連結部616を経由してエネルギ・モジュール606へ供給する。キャパシタ電圧Ｖcap719はエネルギ・モジュール606へ供給され、あるいはエネルギ・モジュール606を充電する。そして、このエネルギ・モジュール606はバッテリ、再充電可能バッテリ、キャパシタ、あるいはその他の電気エネルギ源や電気エネルギ貯蔵装置から構成される。
【００２９】
ある実施例では、スイッチ708の“ＯＮ”時間ｔonは以下の式(10)によって定義される。
【式１０】
【００３０】
2008543230.tif 000012
ここで、ｔonはスイッチ708の“ＯＮ”時間であり、Lpはインダクタ702の主巻き線704のインダクタンスであり、ｆｓは制御器602によって制御されたフライバック・レギュレータ700のスイッチング周波数であり、Ｒloadはフライバック・レギュレータ700によって不活性化キャパシタ108に適用される平均抵抗負荷である。
【００３１】
当業者であれば、式(10)は、制御器602からの一定のスイッチング周波数（ｆｓ）と一定のスイッチ708“ＯＮ”時間を持ち、フライバック・レギュレータ700は不活性化キャパシタ108に対する一定の平均負荷を表していることを理解することができるであろう。主巻き線704のインダクタンス(Lp)は不活性化キャパシタ108の最大電圧と、不活性化器601のスイッチング周波数に適合するように選択することができる。（例えば、このスイッチング周波数は連結部610を介してスイッチ106に適用される。）従って、フライバック・レギュレータ700は、例えば、平均化された一定の抵抗負荷を不活性化器601に与えるため、一定の周波数と一定の負荷サイクルにおいて不連続なモードで運用する。
【００３２】
図8は、スイッチ708の“turn-on”信号とエネルギ回収電流Ｉinとの間の関係を表したグラフ800である。ここで、スイッチ708の“turn-on”信号とエネルギ回収電流Ｉinを縦軸810上に示し、時間を横軸812上に示す。図8には二つのグラフが示されている。グラフ802はスイッチ708の“turn-on”信号を示すものであり、グラフ804はエネルギ回収電流Ｉinに対応する。グラフ802はスイッチ708のスイッチング周期Ｔs（即ち、スイッチング周波数ｆｓ＝１／Ｔs）と、スイッチ708の対応する“ＯＮ”時間ｔonを示したものである。ある実施例においては、スイッチ708の“ＯＮ”時間ｔonはリングダウン減衰の期間を通じて一定になるように設定されている。グラフ804には回収電流Ｉin信号のスイッチング周期Ｔs１が示されている。図８に示すように、回収電流Ｉin信号のスイッチング周期Ｔs１はスイッチ708の“turn-on”周期Ｔsに追従している。
【００３３】
図９は、整流器604を通過した後の不活性化キャパシタ108の電圧Ｖin615と、結果的に得られる高周波エネルギ回収電流Ｉinとを表したグラフ900を示すものである。整流された不活性化キャパシタ108の電圧Ｖin615と結果的に得られる高周波エネルギ回収電流Ｉinとを縦軸615上にとり、時間を横軸912上にとってある。図９には４つのグラフが示されている。グラフ902は、整流された不活性化キャパシタ108の電圧Ｖin615を示したものであり、グラフ904は、高周波エネルギ回収電流Ｉinを示したものであり、グラフ906は、電圧Ｖin615の減衰エンベロープを示したものであり、グラフ908は高周波エネルギ回収電流Ｉinの減衰エンベロープを示したものである。整流された不活性化キャパシタ108の電圧Ｖin615を示したグラフ902と、高周波エネルギ回収電流Ｉinを示したグラフ904は、脱磁器600によって発生した波形である。この脱磁器600においては、一定のスイッチング周波数（ｆｓ）でかつ一定のスイッチ708の“ＯＮ”時間（ｔon）の基で作動するフライバック・レギュレータ700を備えたエネルギ回収モジュール112が作動することにより上記波形が発生する。グラフ902は、結果として、主巻き線704に供給される整流された不活性化キャパシタ108の電圧Ｖin615（入力電圧）となり、グラフ904は、結果として、主巻き線704を通って流れる高周波エネルギ回収電流Ｉinとなる。一定のスイッチング周波数（ｆｓ）でかつ一定のスイッチ708の“ＯＮ”時間（ｔon）の基で作動するフライバック・レギュレータ700は、不活性化期間の中のリングダウン減衰期間Ｔの部分の間、一定の抵抗負荷を不活性化キャパシタ108に与える。不活性化キャパシタ108からの整流された電圧Ｖin615はフライバック・レギュレータ700の入力ターミナル614へ供給され、その結果、期間“ｔon”の間スイッチ708を“ＯＮ”にした時に、エネルギ回収電流Ｉinが生じる。グラフ908に示すように、主巻き線704に流れる高周波エネルギ回収電流Ｉinの減衰エンベロープは、リングダウン減衰期間Ｔ（例えば、グラフ900に示すように約0.02秒）の間にわたって、整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615（グラフ906参照）の減衰エンベロープに追従している。
【００３４】
図10は、図9のグラフ902に示す整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615の不活性化リングダウン減衰期間Ｔの最初の１／４サイクルの部分と、不連続モードで運転されているフライバック・レギュレータ700の電流波形Ｉinを拡大して表したグラフ1000を示すものである。ここで、整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615と、その結果として得られる高周波エネルギ回収電流Ｉinを縦軸1004上にとり、時間は横軸1006上にとってある。図10には、2つのグラフが示してある。グラフ902は、整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615を示したものであり、グラフ904は、高周波エネルギ回収電流Ｉinを示したものである。
【００３５】
図7-10に関連して前述した実施例は、アイソレイテッド・フライバック・レギュレータ700を使用した、エネルギ回収モジュール112のトポロジの一例としての代表的なものである。このエネルギ回収モジュール112は、例えば、不活性化器601のリングダウン減衰期間Ｔの間にわたって不活性化キャパシタ108に対して一定の抵抗負荷をかけるようにして作動するものである。しかしながら、その他の実施例では、更に改良した不活性化性能を実現するためにリングダウン減衰期間Ｔ全体にわたるリングダウン減衰プロファイルを所定のプロファイルとするために、マイクロプロセッサ105を備えるようにすることもできる。ある実施例では、このマイクロプロセッサ105によって不活性化リングダウン減衰の二つの部分全体に対して、リングダウン減衰プロファイルが所定のプロファイルとなるように制御することができる。例えば、このような実施例では、マイクロプロセッサ105の制御によって、リングダウン減衰期間Ｔとして、固定されたデューティ・サイクルではなく調整可能なデューティ・サイクルを提供することができるようになっている。マイクロプロセッサ105によってリングダウン減衰期間Ｔの別の部分において、図9のグラフ908で示すようなリングダウン減衰のエンベロープを変えることができる。例えば、不活性化期間の最初の部分（例えば、最初の数サイクル）においては遅い（ゆっくりした）リングダウン減衰率を適用し、不活性化期間の2番目の部分（例えば、後半の部分）においてはリングダウン減衰率を増加させ、リングダウン減衰を早めるように、マイクロプロセッサ105にてリングダウン減衰率を制御することができる。図1と図6に示す不活性化制御器104と602において、リングダウン減衰期間Ｔの別々の部分のリングダウン減衰を制御するためにマイクロプロセッサ105を備えるようにしても良いし、マイクロプロセッサ105によってこれを制御するようにしても良い。ある実施例においては、不活性化器114、601には、不活性化の期間Ｔの内の最初の数サイクルのゆっくりとしたリングダウン減衰率を持った部分の減衰と、不活性化の期間Ｔの内の後半の部分の早いリングダウン減衰率を持った部分における減衰を制御するために、マイクロプロセッサ105を備えるようにしたり、マイクロプロセッサ105によって制御するようにしても良い。
【００３６】
図11は整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615とその結果として生じる高周波エネルギ回収電流Ｉinとを表したグラフ1100を示したものである。この図には、アイソレーティッド・フライバック・レギュレータ700を使用したトポロジを備えたエネルギ回収モジュール112用のマイクロプロセッサ105によって制御された所定の形状を持ったリングダウン減衰プロフィールが示されている。ある実施例では、エネルギ回収モジュール112は、不活性化器601のリングダウン減衰期間Ｔの間、不活性化キャパシタ108に関して可変抵抗負荷として機能するようになっている。マイクロプロセッサ105は、リングダウン減衰期間Ｔの間を通じて、複数の期間（例えば、Ｔ1、Ｔ2等）に亘ってエネルギ回収モジュール112の可変抵抗負荷特性を制御するために使用される。ある実施例では、例えば、エネルギ回収モジュール112の抵抗負荷特性は、リングダウン・エンベロープの形状に影響を与えるように調整できるようになっている。整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615と、その結果得られる高周波エネルギ回収電流Ｉinとを縦軸1112上にとり、時間を横軸1114上にとってある。図11には5つのグラフが示されている。グラフ1114は、高負荷（大きなエネルギを回収できる意）のエネルギ回収期間Ｔ２1118における整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615を表す。グラフ1106は、エネルギ回収期間Ｔ２においてエネルギ回収に利用できる高周波エネルギ回収電流Ｉinを表す。グラフ1110は、整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615の期間Ｔ11116における減衰率のエンベロープを示す。グラフ1112は、エネルギ回収期間Ｔ２における整流された不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615の減衰率エンベロープを示したものである。図11は、マイクロプロセッサによってリングダウン減衰プロフィールの形状を制御したものの一つの例を示したものである。ここで、例えば、エネルギ回収モジュール112（例えば、フライバック・レギュレータ700の入力インピーダンス）によって、不活性化キャパシタ108へ与える抵抗負荷（例えば、抵抗）は、制御器602に内蔵されたマイクロプロセッサによって、不活性化リングダウン減衰期間の間の異なった時間において、調整できるようになっている。
【００３７】
ある実施例によれば、不活性化リングダウン減衰エンベロープを変えることによって、例えば、不活性化のパフォーマンスを向上させることができる。不活性化器キャパシタ108電圧Ｖin615とエネルギ回収モジュール112の有効な抵抗負荷によって生じるエネルギ回収電流Ｉinとは、期間Ｔ11116の「低負荷（小さなエネルギしか回収できない意）のエネルギ回収モード」から期間Ｔ21118の「高負荷（大きなエネルギを回収できる意）のエネルギ回収モード」へ移行するよう調整される。これによって、リングダウン減衰率は、期間Ｔ11116のエンベロープ1110から期間Ｔ21118のエンベロープ1112へ変えられる。グラフ1106に示すように、エネルギ回収電流Ｉinのリングダウン減衰率にもこれと対応する変化が生じている。前にも述べたように、エネルギ回収モジュール112の有効な抵抗負荷は、不活性化制御器104、602のいずれかに配置されているか、あるいはエネルギ回収モジュール112の中に一体的に組み込まれたマイクロプロセッサによって制御することができる。
【００３８】
図12は、平均効率85％を有するフライバック・レギュレータ700の幾つかのコイルの構成に対する、エネルギ回収率（％）とリングダウン減衰率（％）の関係をグラフ1200として例示したものである。ここで、エネルギ回収率（％）を縦軸1212上にとり、リングダウン減衰率（％）を横軸1214上にとってある。例えば、エネルギ回収モジュール112の異なったタイプの実施例において、種々のレベルのエネルギ回収が実現できる。図12は、アイソレーティッド・フライバック・レギュレータ700を使用したトポロジにおいて形成されたエネルギ回収モジュール112に結合または連結された不活性化器114におけるエネルギ回収率（％）を示すものである。その他のトポロジにおいても、類似の高周波のスイッチング技術を利用しているが、いくぶん異なった波形が得られるようになる。図12には、5つのグラフが示されている。グラフ1202は、20−30％のリングダウン減衰率の範囲を示したものである。グラフ1204は、自然状態でのリングダウン減衰率5％を有する不活性化器114、601に対するデータを示したものである。グラフ1206は、自然状態でのリングダウン減衰率10％を有する不活性化器114、601に対するデータを示したものである。グラフ1208は、自然状態でのリングダウン減衰率15％を有する不活性化器114、601に対するデータを示したものである。グラフ1210は、自然状態でのリングダウン減衰率20％を有する不活性化器114、601に対するデータを示したものである。これらの種々の実施例の効率は、グラフ1204によって示すような、5％の自然状態でのリングダウン減衰率から、グラフ1206によって示すような、10％の自然状態でのリングダウン減衰率、グラフ1208によって示すような、15％の自然状態でのリングダウン減衰率、およびグラフ1210によって示すような、20％の自然状態でのリングダウン減衰率までにわたる範囲を有する。85％の平均効率を有するフライバック・レギュレータ700を使用したエネルギ回収モジュール112を使ったシュミレーションは、異なった運転条件下において不活性化器114、601から回収することができるエネルギの量の見積もり値を予測するために使用することができる。ある実施例では、このシュミレーションは、不活性化キャパシタ108に接続されたフライバック・レギュレータ700を使用して行なわれる。更にこの分析においては、フライバック・レギュレータ700に関係する等価な抵抗負荷はリングダウン減衰期間を通じて一定に維持されている。図12に示すグラフを作り出す際、リングダウン減衰率（％）に対するエネルギ回収率（％）を予測するために、エネルギ回収のための抵抗負荷を変化させる。
【００３９】
表1は、種々のリングダウン減衰率を有する種々の実施例のエネルギ回収率（％）の予測値を示すものであって、20％-35％の間のリングダウン減衰率の場合の不活性化器114、601のエネルギ回収効率を示したものである。表1に示すように、この非常に高い効率を持った不活性化器114、601の実施例では、60％-70％の間の非常に高いエネルギ節約能力を持っている。たとえ低い効率を持った不活性化器114、601の実施例であっても、20％-30％のエネルギ節約能力を持っている。例えば、ターゲットとするリングダウン減衰率が30％であり、自然状態でのリングダウン減衰率が10％の場合、予測されるエネルギ回収率は59％である。
【表１】
2008543230.tif 000013
図13は、ブースト・トポロジ(boost  topology)に基づいてレギュレータ1300が配置されている、エネルギ回収モジュール112の一つの実施例を示したものである。ある実施例では、レギュレータ1300は、例えば、一端が入力ターミナル614と不活性化キャパシタ108に接続されたインダクタ1302を備えている。ある実施例では、インダクタ1302は高周波パワー・インダクタであっても良い。インダクタ1302の他端はダイオード710の一端に直列に接続される。ダイオード710の他端は、キャパシタ712に並列に接続される。キャパシタ712は出力ターミナル616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606に接続されている。図6に関連して説明したように、不活性化キャパシタ108の電圧は、整流器604によって整流される。例えば、電圧Ｖin615は、入力ターミナル614においてインダクタ1302の入力に入る前に整流されるようにしても良い。スイッチ708はインダクタ1302とダイオード710のジャンクション部に接続されている。スイッチ708がｔonの期間“ON”状態になったとき(図8参照)、グランド716に接続される。制御器602はスイッチ708を制御又は調整する。制御器602は周波数fsのパルス802(図8参照)を発生させる。パルス802はスイッチ708を制御するために連結部612に加えられ、その結果、整流された電圧Ｖin615の変換が制御される。従って、“turn-on”の期間ｔon中、電圧Ｖin615によってエネルギ回収電流Iinのパルスが高周波パワー・インダクタ1302を通って、矢印1304によって示された方向へ流れる。従って、不活性化周期の全期間にわたってスイッチ708はfsの周波数で作動し続け、その結果、複数のエネルギ回収電流Iinのパルスが、ダイオード710と充電キャパシタ712を通って、矢印1304によって示された方向に流れる。その結果、電圧Ｖcap720がキャパシタ712に蓄えられ、連結部616を経由してエネルギ回収用のエネルギ貯蔵モジュール606に供給される。キャパシタ電圧Ｖcap720によってエネルギ貯蔵モジュール606が充電される。ここで、エネルギ貯蔵モジュール606としては、バッテリ、再充電可能バッテリ、キャパシタ、あるいはその他の電気エネルギ源または電気エネルギの貯蔵装置であっても良い。従って、レギュレータ1300は、制御器602とスイッチ708の制御によって、入力ターミナル614に入力された整流された電圧Ｖin615によって供給されるエネルギを変換し、連結部616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606へ移送する。
【００４０】
図14は、ブック・トポロジ(buck  topology)に基づいて配置されたレギュレータ1400を備えているエネルギ回収モジュール112の1つの実施例を示したものである。ある実施例では、スイッチ708は、入力ターミナル614とインダクタ1302の1つの端子との間に接続されている。ダイオード1402は、スイッチ708とインダクタ1302とのジャンクション部分に接続されている。ダイオード1402の一方の端子は、グランド716に接続されている。インダクタ1302の他方の端子は、キャパシタ712に対して並列に接続されている。キャパシタ712は、出力ターミナル616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606に接続されている。スイッチ708が期間ｔon（図８参照）の間“ON”状態になると、入力ターミナル614とインダクタ1302との間に導通経路が形成される。制御器602はスイッチ708の作動を制御する。制御器602はfsの周波数のパルス802（図８参照）を発生させる。これらのパルス802は、スイッチ708を制御するために連結部612へ供給され、その結果、整流された電圧Ｖin615の変換が制御される。従って、“turn-on”の期間ｔon中、整流された電圧Ｖin615によってエネルギ回収電流Iinのパルスがインダクタ1302を通って、矢印1404によって示された方向へ流れる。その結果、不活性化期間の全ての期間中、スイッチ708はfsの周波数で駆動され、複数のエネルギ回収電流Iinのパルスが矢印1404によって示された方向に流れ、そしてキャパシタ712が充電される。前にも述べたように、キャパシタ電圧Ｖcap720は、キャパシタ712の中に蓄えられ、エネルギ回収のために、連結部616を経由して、エネルギ貯蔵モジュール606へ供給される。キャパシタ電圧Ｖcap720はエネルギ貯蔵モジュール606を充電する。ここで、エネルギ貯蔵モジュール606としては、バッテリ、再充電可能バッテリ、キャパシタ、あるいはその他の電気エネルギ源または電気エネルギの貯蔵装置であっても良い。従って、レギュレータ1400は、制御器602とスイッチ708による制御に基づき、電圧Ｖin615によって供給されたエネルギを変換し、その変換されたエネルギを連結部616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606へ供給する。
【００４１】
図15は、SEPIC・トポロジ(SEPIC  topology)に基づいて配置されたレギュレータ1500を備えているエネルギ回収モジュール112の1つの実施例を示したものである。ある実施例では、例えば、レギュレータ1300は、一方の端子が入力端子614に接続された第一の高周波パワー・インダクタ1302を備えている。第一の高周波パワー・インダクタ1302のこの端子は不活性化キャパシタ108に接続されている。第一の高周波パワー・インダクタ1302の他方の端子は、スイッチ708の入力側に接続されている。このジャンクション部分において、第一の高周波パワー・インダクタ1302はキャパシタ1502の一方の端子に直列に接続されている。キャパシタ1502の他方の端子は、ダイオード710の一方の端子と第二の高周波パワー・インダクタ1504に接続されている。第二の高周波パワー・インダクタ1504の他方の端子は、グランド716に接続されている。ダイオード710の他方の端子は、キャパシタ712に接続されている。そしてこのキャパシタ712は出力ターミナル616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606に接続されている。図6に関連して前にも述べたように、ある実施例では、例えば、不活性化キャパシタ108にかかる電圧は整流器604によって整流され、整流された電圧Ｖin615は、入力ターミナル614において第一の高周波パワー・インダクタ1302へ供給される。スイッチ708が期間ｔon（図８参照）の間“ON”状態になると、グランド716との間に導通経路が形成される。制御器602はスイッチ708の作動を制御し、fsの周波数のパルス802（図８参照）を発生させる。これらのパルス802は、スイッチ708を制御するために連結部612へ供給され、その結果、整流された電圧Ｖin615の変換が制御される。“turn-on”の期間ｔon中、エネルギ回収電流Iinのパルスが、矢印1504によって示された方向へ流れ、キャパシタ1502とダイオード710を通じてキャパシタ712を充電する。その結果キャパシタ712の端子間に生じるキャパシタ電圧Ｖcap712は連結部616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606へ供給される。キャパシタ電圧Ｖcap712はエネルギ貯蔵モジュール606を充電する。ここで、エネルギ貯蔵モジュール606としては、バッテリ、再充電可能バッテリ、キャパシタ、あるいはその他の電気エネルギ源または電気エネルギの貯蔵装置であっても良い。従って、レギュレータ1500は、制御器602とスイッチ708による制御に基づき、整流された電圧Ｖin615によって入力ターミナル614へ供給されたエネルギを変換し、その変換されたエネルギを連結部616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606へ供給する。
【００４２】
図16は、充電モジュールを備えた不活性化モジュールとエネルギ回収モジュールの一実施例1600のブロック・ダイヤグラムを示したものである。不活性化モジュール、エネルギ回収モジュール、充電モジュール1600は、不活性化モジュール1601と、更に図7、13、14、及び15に関連して説明したトポロジ（例えば、フライバック、ブースト、バック、およびSEPIC）の内の1つに基づいて配置されたエネルギ回収モジュール112を備えている。不活性化モジュール1601は、不活性化スイッチ106に接続され、交互に不活性化キャパシタ108に接続される不活性化アンテナ・コイル102を備えている。充電モジュール1604を充電する不活性化キャパシタは充電スイッチ1606とエネルギ貯蔵モジュール606に接続されている。不活性化モジュール、エネルギ回収モジュール、充電モジュール1600は、エネルギ貯蔵モジュール606を充電モジュール1604と充電スイッチ1606に接続するようにした充電ループ1610を更に備えている。充電ループ1610は、例えば、エネルギ貯蔵モジュール606から不活性化キャパシタ108を充電するための導通経路を形成する。充電スイッチ1606の出力端子は不活性化キャパシタ108に接続されており、充電スイッチ1606の入力端子は充電モジュール1604に接続されている。充電スイッチ1606は、連結部1611を介して不活性化・エネルギ回収・充電制御モジュール1602によって制御されるようになっている。運用の際、充電モジュール1604は当該制御モジュール1602によって、充電スイッチ1606が“ON”状態になったときに、不活性化キャパシタ108を充電する。1つの実施例では、例えば、不活性化キャパシタ108を充電するためのエネルギは、エネルギ貯蔵モジュール606によって供給される。
【００４３】
制御モジュール1602は不活性化モジュール1601の不活性化とエネルギ回収機能を制御する。1つの実施例では、制御モジュール1602は連結部610を経由して不活性化スイッチ106を制御する。不活性化スイッチ106を調整することによって制御モジュール1602は、前述したようにリングダウン減衰が所定の特性に合致するように、不活性化キャパシタ108にかかる電圧波形を制御する。1つの実施例では、不活性化モジュール、エネルギ回収モジュール、充電モジュール1600は、不活性化キャパシタ108に接続されたエネルギ回収モジュール112を備えている。別の実施例では、例えば、不活性化アンテナ・コイル102(図示せず)の両端に跨って接続され、あるいはキャパシティブ結合やインダクティブ結合(図示せず)を介して当該モジュール1600に接続されたエネルギ回収モジュール112を備えている。制御モジュール1602は、更に連結部1612を経由してエネルギ回収モジュール112の作動を制御する。1つの実施例では、整流器604が不活性化キャパシタ108とエネルギ回収モジュール112の間に配置されている。整流器604は、例えば全波整流器あるいは半波整流器のいずれであっても良い。エネルギ回収モジュール112やエネルギ回収技術の種々の実施例においては、全波整流器604あるいは半波整流器604のいずれかの機能に適合できるようにしており、整流器604を使用しないで運転することもできる。ある実施例では、整流器604を備え、不活性化キャパシタ108の両端にかかる電圧は整流器604によって整流される。そして整流された電圧は、例えば、入力ターミナル614においてエネルギ回収モジュール112の入力端子へ供給される。そのとき、例えば、エネルギ回収モジュール112はそのエネルギを整流された入力電圧に変換し、その電圧を出力ターミナル616を経由してエネルギ貯蔵モジュール606へ供給する。1つの実施例では、エネルギ貯蔵モジュール606は、例えばバッテリ、あるいは電気を発生させるその他の装置であれば良い。更に、エネルギ貯蔵モジュール606は、回収されたエネルギが不活性化サイクルの後に続くサイクルにおいて使用するために貯蔵できるものであれば、再充電可能バッテリ、キャパシタ、あるいはその他のエネルギ貯蔵装置でも良い。
【００４４】
運転中、連結部1612を通じて制御モジュール1602の制御によって、充電スイッチ1606が“ON”状態になり、充電ループ1610が形成される。充電スイッチ1606が“ON”状態にある間、充電モジュール1604はエネルギ貯蔵モジュール606によって供給されたエネルギによって、不活性化キャパシタ108を充電する。
【００４５】
図17は、1つの実施例にかかるプロセスのチェックアウト及び/又はプロセス実行の論理的なフロー・ダイヤグラムを示したものである。1つの実施例として、図17はプログラミング・ロジック1700を示したものである。プログラミング・ロジック1700は、これまでに説明してきた1つまたは複数の基本構成によって実行されるシステムの運用の代表的なものである。そしてこの基本構成としては、100,  200,  400,  600,  700,  1300,  1400,  1500,そして1600の番号を付して説明してきたものである。プログラミング・ロジック1700のダイヤグラムに示すように、上述したようなシステムの運用と、それに関係するプログラミング・ロジックは、これを例示することにより、よく理解されるものである。
【００４６】
ブロック1710では、当該システムは最初の不活性化サイクルにおいて不活性化のための磁場を発生させる不活性化器を備えている。ブロック1720では、不活性化のための磁場を発生させるために使用されたエネルギであって、通常であれば不活性化回路において消費されてしまうエネルギの一部が回収される。ブロック1730では、エネルギの回収された部分が後の不活性化サイクルにおいて使用できるように貯蔵される。前にも説明したように、例えば、エネルギの一部を回収することは、回収すべきエネルギの一部に相当する第一の電圧信号を受け取り、この第一の電圧信号を所定の率で、第二の電圧信号へ変換することから成る。そのとき、第二の電圧信号はエネルギ貯蔵モジュールに貯蔵される。ブロック1740では、貯蔵された回収エネルギが第二回目の不活性化サイクルにおいて磁場を発生させるために不活性化器へ戻される。
【００４７】
実施例をより良く理解してもらうために、ここでは、多くの詳細な事項についての説明を行った。しかし、これらの実施例はこのような詳細な説明がなくとも実施できることは、当業者であれば良く理解できるであろう。また、公知の運用、公知のコンポーネント、公知のモジュールについては、これらの実施例が理解しにくくなってしまうことを防ぐため、詳細には説明していない。これまでに説明してきた特定の構成や機能上の詳細については、代表的なものであって、実施例の範囲を限定するものではないことが理解されるであろう。明細書中の「一つの実施例」や「ある実施例」という記載は、実施例に関連して記載した特定の技術的特徴、構成、あるいは特性は、少なくとも一つの実施例において含まれている、ということを意味するものであることに注意をすべきである。また、明細書中のところどころに記載してある「一つの実施例において」との記載は、全て同じ実施例を参照しているというものではない。
【００４８】
いくつかの実施例の説明において「接続された」や「結合された」との表現を使用しているが、これらは派生語と同様に使用しているものである。そして、これらの用語は互いに同義語として使用しているみのではないということを理解すべきである。例えば、「接続された」という用語は二つまたは複数の要素が、直接に物理的、電気的に互いに接触していることを意味する。また、他の例として、「結合された」という用語は二つまたは複数の要素が、直接に物理的、電気的に接触していることを意味する。しかし、この「結合された」という用語は、二つまたは複数の要素が、互いに直接に接触せず、互いに協働したり、相互作用を及ぼしあうことをも意味するものである。実施例は、ここに記載したものに限定される訳ではない。ここまでに述べているように、各実施例の技術的特徴を述べてきたが、当業者であれば、多くの修正、置き換え、変更、等価物の利用等が可能である。従って、添付する特許請求の範囲に記載された事項は、これらの全ての修正と置き換えをカバーすることを意図したものであり、これらは実施例の技術思想の範囲内に含まれていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図1は、本発明の一つの実施例にかかるモジュールの図を示したものである。
【図２】図2は、本発明の一つの実施例にかかるモジュールの図を示したものである。
【図３】図3は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図４】図4は、本発明の一つの実施例にかかるモジュールの図を示したものである。
【図５】図5は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図６】図6は、本発明の一つの実施例にかかるブロック・ダイヤグラムを示したものである。
【図７】図7は、本発明の一つの実施例にかかるダイヤグラムを示したものである。
【図８】図8は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図９】図9は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図１０】図10は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図１１】図11は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図１２】図12は、本発明の一つの実施例にかかる波形のグラフを示したものである。
【図１３】図13は、本発明の一つの実施例にかかるダイヤグラムを示したものである。
【図１４】図14は、本発明の一つの実施例にかかるダイヤグラムを示したものである。
【図１５】図15は、本発明の一つの実施例にかかるダイヤグラムを示したものである。
【図１６】図16は、本発明の一つの実施例にかかるブロック・ダイヤグラムを示したものである。
【図１７】図17は、本発明の一つの実施例にかかるプログラム・ロジックを示したものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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