(57)【要約】不活性化器のための共振再充電を行う方法および装置が記載されている。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
当該電源に接続された不活性化器であって、当該不活性化器は不活性化アンテナ・コイルとエネルギ貯蔵キャパシタを備え、入力充電電流パルスの振幅と持続時間を制限するために、当該不活性化アンテナ・コイルの共振インピーダンスとエネルギ貯蔵キャパシタのキャパシタンスによって形成されるインピーダンスを利用するようにした不活性化器と、
から成る装置。
【請求項２】
請求項1に記載する装置であって、前記電源が直流電源であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項2に記載する装置であって、前記直流電源が直流電力供給装置、少なくとも一つのキャパシタを有する直流電力供給装置、少なくとも一つのバッテリの群、少なくとも一つのバッテリと少なくとも一つのキャパシタから成る群、及び少なくとも一つの充電されたキャパシタの群、の内の少なくとも一つを備えていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項1に記載する装置であって、前記電源が交流電源であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項4に記載する装置であって、前記交流電源が非整流交流電源、半波整流交流電源、そして全波整流交流電源の内の少なくとも一つを備えていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項4に記載する装置であって、前記不活性化アンテナ・コイルと前記エネルギ貯蔵キャパシタはインダクターキャパシタ(LC)共振タンク回路を形成するように配置されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項6に記載する装置であって、前記不活性化アンテナ・コイルは約100マイクロヘンリー(μH)から100ミリヘンリー(mH)の間のインダクタンスを持ち、前記エネルギ貯蔵キャパシタは約10マイクロファラド(μF)から10ミリファラド(mF)の間のキャパシタンスを持つことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項6に記載する装置であって、前記LC共振タンク回路によって形成される共振周波数が、前記交流電源電圧の周波数にほぼ等しい周波数から、前記交流電源電圧の周波数の100倍大きい周波数までの範囲にあることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項6に記載する装置であって、電気制御部と充電スイッチを有する充電回路を更に備え、当該充電回路は前記電源からLC(インダクターキャパシタ)共振タンク回路へ、そしてLC共振タンク回路の外へ電力の流れの方向を制御することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項9に記載する装置であって、前記充電回路は一方向充電回路及びニ方向充電回路の内の少なくとも一つを備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項4に記載する装置であって、電気制御部と充電スイッチを有する充電回路を更に備え、当該充電回路は、前記交流電源電圧に関する電流のタイミングを制御することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が正の波形をとっている間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタを充電することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が一つの正の波形をとっている間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタをフルに充電することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が二つまたはそれ以上連続する正の波形の各々の間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタを部分的に充電することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が負の波形をとっている間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタをフルに充電することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が一つの負の波形をとっている間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタをフルに充電することを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が二つまたはそれ以上連続する負の波形の各々の間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタを部分的に充電することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が正と負の両方の波形をとっている間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタを充電することを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項11に記載する装置であって、前記交流電源電圧が一連の連続する正と負の波形の各々の間に、前記充電回路が前記エネルギ貯蔵キャパシタを部分的に充電することを特徴とする装置。
【請求項２０】
電源と、
当該電源と、不活性化コイルおよび不活性化キャパシタとの間に接続された再充電スイッチ、並びに当該再充電スイッチと不活性化スイッチに接続された不活性化制御器を有する共振再充電回路であって、当該不活性化制御器が共振充電パルスで当該不活性化キャパシタを充電するために、当該再充電スイッチをオン状態にし、当該不活性化スイッチをオフ状態にし、更に、当該不活性化制御器が当該不活性化キャパシタから当該不活性化コイルに電流を送って不活性化フィールドを作り出すために、当該再充電スイッチをオフ状態にし、当該不活性化スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項２１】
請求項20に記載する不活性化器であって、前記不活性化コイルが前記電流を受け、そしてその電流波形に従い前記不活性化フィールドを発生させ、前記共振充電パルスを形成するための初期電流パルスを有する当該電流波形が、前記不活性化コイルを通り、前記不活性化キャパシタを充電するために前記不活性化キャパシタに流れ込むことを特徴とする不活性化器。
【請求項２２】
請求項20に記載する不活性化器であって、前記再充電スイッチがシリコン制御整流器、並列逆転シリコン制御整流器、バイポーラ・トランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ、直列のダイオードを備えた金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、およびリレイのいずれか一つから成ることを特徴とする不活性化器。
【請求項２３】
請求項20に記載する不活性化器であって、前記不活性化スイッチがトライアック(Triac)、並列逆転シリコン制御整流器、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、およびリレイのいずれか一つから成ることを特徴とする不活性化器。
【請求項２４】
請求項20に記載する不活性化器であって、前記電源が、前記再充電スイッチに接続された直流電源とバルク・キャパシタのセットから成ることを特徴とする不活性化器。
【請求項２５】
請求項24に記載する不活性化器であって、前記バルク・キャパシタのキャパシタンスが前記不活性化キャパシタのキャパシタンスより大きいか、等しいことを特徴とする不活性化器。
【請求項２６】
請求項24に記載する不活性化器であって、前記共振再充電回路が前記不活性化フィールドの共振周波数よりも実質的に大きいか等しい共振周波数を発生することを特徴とする不活性化器。
【請求項２７】
請求項24に記載する不活性化器であって、前記再充電スイッチをオン状態にするためにタイミング波形の最初のパルスに従って、そして前記不活性化スイッチをオン状態にするために当該タイミング波形の2番目のパルスに従って、前記不活性化制御器が作動することを特徴とする不活性化器。
【請求項２８】
請求項24に記載する不活性化器であって、前記不活性化スイッチをオン状態にするために前記タイミング波形の最初のパルスに従って、そして前記再充電スイッチをオン状態にするために当該タイミング波形の2番目のパルスに従って、前記不活性化制御器が作動することを特徴とする不活性化器。
【請求項２９】
請求項20に記載する不活性化器であって、前記電源が、前記再充電スイッチに接続された交流電源から成ることを特徴とする不活性化器。
【請求項３０】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記共振再充電回路が、前記交流電源の周波数よりも大きい共振周波数を発生させることを特徴とする不活性化器。
【請求項３１】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記不活性化制御器が、前記再充電スイッチがオン状態になる時を調整することにより前記不活性化キャパシタの電圧を制御することを特徴とする不活性化器。
【請求項３２】
請求項31に記載する不活性化器であって、前記不活性化制御器が、前記交流電源の電圧波形の位相角に従って、前記再充電スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項３３】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記電圧波形の正のゼロ交差が位相角0度に対応させ、そして前記不活性化制御器が、前記交流電源の前記電圧が正であるときに前記再充電スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項３４】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記電圧波形の正のゼロ交差が位相角0度に対応させ、そして前記不活性化制御器が、前記交流電源の前記電圧が正であり、かつ約90度の位相角を有するときに前記再充電スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項３５】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記不活性化制御器が、不活性化キャパシタ電圧あるいは充電電流を制御できるようにするために、交流電圧が正の間位相角を調整することを特徴とする不活性化器。
【請求項３６】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記不活性化制御器が、前記交流電源電圧の変化を補償するために、交流電圧が正の間位相角を調整することを特徴とする不活性化器。
【請求項３７】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記電圧波形の負のゼロ交差が位相角0度に対応させ、そして前記不活性化制御器が、前記交流電源の前記電圧が負であるときに前記再充電スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項３８】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記電圧波形の負のゼロ交差が位相角0度に対応させ、そして前記不活性化制御器が、前記交流電源の前記電圧が負であり、かつ約90度の位相角を有するときに前記再充電スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項３９】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記不活性化制御器が、不活性化キャパシタ電圧あるいは充電電流を制御できるようにするために、交流電圧が負の間位相角を調整することを特徴とする不活性化器。
【請求項４０】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記不活性化制御器が、前記交流電源電圧の変化を補償するために、交流電圧が負の間位相角を調整することを特徴とする不活性化器。
【請求項４１】
請求項32に記載する不活性化器であって、前記再充電スイッチに流れる電流がゼロまで下がり、そして前記再充電スイッチがオフ状態にされると同時に、前記不活性化制御器が前記不活性化スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項４２】
請求項41に記載する不活性化器であって、前記交流電源の前記電圧波形の次のゼロ交差の時に、前記不活性化制御器が前記不活性化スイッチをオン状態にすることを特徴とする不活性化器。
【請求項４３】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が正の波形をとっている間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタを充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項４４】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が一つの正の波形をとっている間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタをフルに充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項４５】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が二つまたはそれ以上の連続する正の波形の各々の間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタを部分的に充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項４６】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が負の波形をとっている間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタを充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項４７】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が一つの負の波形をとっている間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタをフルに充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項４８】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が二つまたはそれ以上の連続する負の波形の各々の間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタを部分的に充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項４９】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が正および負の両方の波形をとっている間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタを充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項５０】
請求項29に記載する不活性化器であって、前記交流電源電圧が連続する一連の正および負の波形の各々の間に、前記共振再充電回路が前記不活性化キャパシタを部分的に充電することを特徴とする不活性化器。
【請求項５１】
不活性化器においてマーカーを不活性化するための信号を受け取るステップと、
当該不活性化器における不活性化サイクルの間、当該マーカーを不活性化するための不活性化フィールドを作り出すステップであって、当該不活性化フィールドが共振充電パルスを発生させるステップと、そして
当該不活性化器の充電サイクルの間、当該共振充電パルスを使用して不活性化器を充電するステップとから成る方法。
【請求項５２】
請求項51に記載する方法であって、前記不活性化フィールドを作り出すステップが
電源を不活性化キャパシタから切り離すための再充電スイッチをオフ状態にするステップと、
電流を当該不活性化キャパシタから不活性化コイルへ送るために不活性化スイッチをオン状態にするステップと、そして
前記共振充電パルスを形成するための初期の負の電流パルスを持った電流波形に従って、当該不活性化コイルによって交流磁気フィールドを発生させるステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項52に記載する方法であって、前記不活性化器を充電するステップが、
前記不活性化キャパシタを前記電源に接続するために、前記再充電スイッチをオン状態にするステップと、そして
前記共振充電パルスを前記不活性化キャパシタに送るために前記不活性化スイッチをオフ状態にするステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項53に記載する方法であって、更に、
前記再充電スイッチと前記不活性化スイッチを制御するために不活性化制御器によって制御信号を発生させるステップを備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電子物品監視(EAS)システムは、監視領域から許可を得ていない物の移動を防止するように設計されている。典型的なEASシステムでは、モニター・システムと１つまたは複数のセキュリティ・タグとから構成されている。このモニター・システムは、監視領域へのアクセス・ポイントにおいて問合せ領域を作り出すことができるようになっている。セキュリティ・タグは衣料品のような物に固定されるようになっている。もし、タグが固定された物が、この問合せ領域に入ってきた場合に、当該監視領域からタグが固定された許可を得ていない物が移動されようとしていることを知らせる、警報が発せられるようになっている。
【背景技術】
【０００２】
顧客がチェックアウト・カウンターで支払いのために物品を差し出すと、チェックアウトの店員がセキュリティ・タグをその物品から取りはずすか、不活性化器を使用することにより、そのセキュリティ・タグを不活性化する。後者の場合、不活性化器を改良することによって不活性化作業を容易にすることができ、顧客にとっても店員にとっても便利になる。そのようなことから、EASシステムにおける不活性化技術を改良することについてのニーズが存在している。
【０００３】
実施例として扱っている主題については、特に明細書の結論部分において記載するとともに、明確にクレームされている。しかしながら、目的、特徴点および利点とともに、その構成および操作方法の両者を示す実施例は、添付する図を見ることによって、そして以下の詳細な説明を参照することによってよく理解できるものである。
【発明の開示】
【０００４】
実施例の説明
ここには、実施例を深く理解してもらうために、多くの詳細情報が説明されている。しかしながら、これらの実施例は、これらの詳細情報が無くとも実施できるものであるということは当業者であれば理解できることである。他の例においては、実施例を不明確なものとならないようにするために、公知の方法、手順、コンポーネント、および回路については詳細には説明していない。
【０００５】
ここで開示された特定の構造上のまたは機能上の詳細は、代表的なものであって、実施例の範囲を限定するためのものではないということが理解されるであろう。
【０００６】
当該明細書において、「一つの実施例」、「実施例」と記載されているものは、実施例に関連する特定の特徴、構造、あるいは特性は、少なくとも一つの実施例に包含されるものであることを意味するものであるということを理解しておくことは重要である。本明細書のいろいろな場所に記載されている「一つの実施例として」という句の全てが、必ずしも同じ実施例について言及しているものであると考える必要はない。
【０００７】
実施例はEASシステムの不活性化器を対象としたものである。この不活性化器は、EASシステムのセキュリティ・タグを不活性化するために使用することができる。このセキュリティ・タグは、例えば、ハードまたはソフトな外部シェルの中に収納されたEASマーカから構成されている。不活性化器は不活性化フィールドを作り出すようになっている。このマーカは、マーカを不活性化するために不活性化フィールドを通過させることができるようになっている。一旦不活性化されると、EASセキュリティ・タグは警報装置を作動させることなく問い合わせ領域を通過することができるようになる。
【０００８】
セキュリティ・タグに使用するマーカの一つの例として、磁気―機械式マーカがある。磁気―機械式マーカは二つのコンポーネントを有している。第一のコンポーネントは、磁気―機械的共振現象を示すものであって、高透磁率材料の一つ又は複数のストリップから作られた共振器である。そして、第二のコンポーネントは、硬い磁気材料の一つ又は複数のストリップから作られたバイアス要素である。バイアス要素の状態によってマーカの作動周波数が設定される。活性なマーカは磁化され、EAS検出システムの検出範囲にある作動周波数に設定するためのバイアス要素を有している。マーカの不活性化はバイアス要素の脱磁によって、マーカの作動周波数をEAS検出システムの検出範囲外にシフトすることによって達成される。バイアス要素を脱磁するための技術は、通常、徐々にゼロに近い点にまでその強度を弱めるようにして交流磁気フィールドを適用する方法が使われる。バイアス要素を効率よく脱磁するためには、強度を低下させる前に、バイアス要素材料の保磁力に打ち勝つように、磁気フィールドを充分強くして適用することが必要になる。
【０００９】
この徐々に強度が低下する交流磁気フィールド作り出すための技術の一つとして、インダクタ-キャパシタ(LC)共振タンク回路がある。不活性化キャパシタは不活性化サイクルを開始する前に充電させるようにしても良い。不活性化サイクルを開始する際に、スイッチによって充電されたキャパシタを不活性化コイルに接続させる。このコイルは誘導コイルなので、充電された不活性化キャパシタと共に、共振タンク回路を形成する。コイルの巻き線中の抵抗、スイッチと不活性化キャパシタの実効直列抵抗(ESR)、および回路中のその他の損失は、LC共振タンク回路の抵抗成分となる。もし、このタンク回路の抵抗が十分低いと、得られるLCR回路は減衰が低く、徐々に低下する交流電流が不活性化コイルを流れる。この電流は、不活性化領域に徐々に減衰していくAC磁気フィールドを作り出す不活性化コイルの巻き線を流れる。不活性化サイクルは、コイルを流れる電流と、不活性化磁気フィールドが相対的に低いレベルにまで減衰していく時に行われる。不活性化サイクルが完了した後、不活性化キャパシタは再充電される。一旦、不活性化キャパシタの再充電が完了すると、不活性化器は、別の不活性化サイクルのための準備が完了する。
【００１０】
不活性化キャパシタが再充電されている時は、不活性化器を他のマーカーを不活性化させるために使用することはできない。従って、特に、短い時間に多くの商品の不活性化を行いたいと考えている顧客のように、不活性化を大量に行う場合には、この再充電時間を低減させることが望まれる。このような要求は、不活性化器に使用される電源の設計に影響を与えることになる。例えば、十分に充電された不活性化キャパシタの典型的なものの場合、約100マイクロファラド(μF)のキャパシタンスを持ち、約500ボルト(V)まで充電される。キャパシタに蓄積されるエネルギーの大きさは、約12.5ジュールになる。不活性化を大量に行う場合には、キャパシタの再充電を250ミリ秒以下の時間で行う必要がある。この要求を満たすためには、この様な使い方をする電源として250ミリ秒の充電時間の間、平均50ワットの電力を供給することが必要になる。この電源に要求されるピーク電力は、キャパシタの電圧がほぼ0ボルトの時に必要になる突入電流(inrush  current)のために、しばしば実質的に高いものになる。このような用途においては、電源には100ワットのピーク電力を供給できるものであることが要求される。ピーク電力の要求が比較的高いものであったとしても、平均電力の要求は実質的には低い。例えば、不活性化器は平均して、1秒間に1回だけの不活性化サイクルを行うことができるものであることが要求される。12.5ジュールの不活性化エネルギを必要とする不活性化器では、要求される平均電力は12.5ワットあるいは要求されるピーク電力の1/8である。
【００１１】
不活性化キャパシタを充電するための従来技術は、多くの理由から満足なものではなかった。例えば、不活性化キャパシタは、再充電の時間に関する要求を満たすために、キャパシタへ高いピーク電力を供給することができる容量を持ったDC電源から直接充電されていた。しかしながら、このようなアプローチは、電源のサイズおよびコストを増大させていた。別の例として、バルク・キャパシタを使うこともできる。バルク・キャパシタは不活性化キャパシタの電圧よりも高い電圧に充電された状態を維持することができる。再充電の時間の間、スイッチがオンされ、電流を制限するための抵抗器を通って不活性化キャパシタへバルク・キャパシタから電流が流れる。電流を制限するための抵抗器の抵抗値はキャパシタの再充電中のピーク電流を制限するために設定される。もし、バルク・キャパシタと共振キャパシタとの間にスイッチを設けないとすると、電流を制限する抵抗器は、不活性化サイクルが行われている間であって、不活性化キャパシタがバルク・キャパシタに対して負にバイアスされている時に、電源出力の整流器を通じて流れる電流を制限するためにサイジングしなければならなくなる。
【００１２】
電流を制限する抵抗器と共にバルク・キャパシタを使用することによって、電源のピーク電力に対する要求を低減させることができるが、いくつかの不利な点も残る。例えば、バルク・キャパシタを使用することによって、不活性化キャパシタを再充電する速度を遅くしてしまうことになる。この速度は、不活性化キャパシタの電圧がバルク・キャパシタの電圧に近づいてきた、再充電の終わりにおいて、特に遅くなる。再充電の速度は、不活性化キャパシタの電圧よりも実質的に高い電圧にバルク・キャパシタの電圧を上げるか、スイッチと電源整流器および電流を制限する抵抗器を流れる定格電流を増加させることによって改善させることができる。しかし、このことはコンポーネントのコストを増大させることになる。別の例では、バルク・キャパシタを利用する従来技術はあまり有効でない。再充電の間、電流を制限する抵抗器は相当な量の電力を消費する。このことは、不活性化器の効率を低減させ、電源の平均電力を増大させることになる。更に、別の例では、電流を制限する抵抗器は通常ヒート・シンクを必要とし、このことが不活性化器のコストを更に増大させることになる。
【００１３】
本発明の実施例では、電力線などのAC電源、あるいはDA電源またはバルク・キャパシタから不活性化キャパシタにエネルギを移送するために、共振再充電のアプローチを取ることによって、これらの、そしてその他の問題を解決することができる。共振再充電は、抵抗器やトランジスタのような消散的な電流制限制御要素を必要とすることなく、従来の技術よりも早く行われるようになる。本発明にかかる実施例では、共振というアプローチを取っているため、共振回路のインピーダンスは、電流制限抵抗器またはその他の電流制限レギュレータの高い抵抗損失を生じることなく、電流を制限することになる。このことは,再充電回路効率を高めることになる。本発明にかかる実施例が本来的に持っている別の利点は、不活性化キャパシタはAC又はDC電源の電圧よりも高い電圧まで充電することができる点にある。
【００１４】
ここで、図について詳細に言及する。図中に示される同じ要素には同じ番号を付してある。図1は、本発明に係る１つの実施例であって、直流(DC)電源を有する不活性化器を示したものである。図1には不活性化器100を示してある。不活性化器100は、多くの異なった要素から構成されている。これら以外の要素を追加したり、あるいは図1に示されている代表的な要素に替えて別の要素を使用するようにすることもでき、これらは本実施例の範囲内のものであるということを理解すべきである。実施例はここに記載されたものに限定されるものではない。
【００１５】
１つの実施例においては、不活性化器100では不活性化サイクルと再充電サイクルが行われる。不活性化サイクルの間、不活性化器100はEASマーカを不活性化するために使用される。再充電サイクルの間、不活性化器100は次の不活性化サイクルに先立ち再充電される。
【００１６】
１つの実施例においては、DC電源102とバルク・キャパシタ104のセットが、不活性化器100用電源として使用される。この場合、共振再充電回路120はバルク・キャパシタ104と不活性化キャパシタ114の間に接続される。もし、バルク・キャパシタ104のキャパシタンスが不活性化キャパシタ114のキャパシタンスよりも非常に大きい場合には、共振再充電回路120の共振周波数は、ほぼ不活性化の共振周波数と同等になる。更に、バルク・キャパシタ104のキャパシタンスが相対的に大きいときには、ピーク時電力というよりもむしろ平均不活性化電力を供給するようにすることができるため、電源の定格値を下げることができる。
【００１７】
１つの実施例として、共振再充電回路120は、DC電源102及びバルク・キャパシタ104と、直列接続された不活性化キャパシタ114および不活性化コイル112の間に再充電スイッチ108を接続するようにしても良い。共振再充電回路120は更に再充電スイッチ108と不活性化スイッチ110に接続された不活性化制御器106を備えるようにすることができる。
【００１８】
不活性化サイクルの間、不活性化制御器106は再充電スイッチ108をオフ状態にし、不活性化スイッチ110をオン状態に切り替えるようになっている。これにより、不活性化キャパシタ114は不活性化コイル112に対して放電する。もし、不活性化コイル112、不活性化キャパシタ114の等価直列抵抗(ESR)、及び不活性化スイッチ110の等価直列抵抗(ESR)を組み合わせた抵抗が十分低いものであるなら、共振再充電回路120は低減衰共振を形成し、好ましく、ゆっくり減衰する不活性化コイル112に流れるAC電流を生み出すことができるようになる。不活性化コイル112に流れるこの電流は、不活性化コイルの回りの不活性化領域に適切な不活性化フィールドを形成することになる。
【００１９】
不活性化サイクルの間、不活性化制御器106は再充電スイッチ108をオン状態にし、不活性化スイッチ110をオフ状態に切り替えるようになっている。これにより、次の不活性化サイクルの準備のために、不活性化コイル112からの共振充電パルスによって不活性化キャパシタ114を充電することになる。後に、詳細に述べるが、不活性化サイクルの前であれば、再充電はいつ行っても良いが、不活性化サイクルの直前に不活性化キャパシタ114を再充電するように、不活性化制御器106を設定するほうが有利である。
【００２０】
１つの実施例として、再充電スイッチ108と不活性化スイッチ110は多くの異なったタイプの半導体で実現することができる。１つの実施例として、例えば、再充電スイッチ108はサイリスタ(Silicon  Controlled  Rectifier:SCR:シリコン制御整流器)、並列逆転SCR(parallel  inverted  SCR)、バイポーラ・トランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)、直列のダイオードを備えた金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、リレイなどを使用することによって実行される。一つの実施例として、例えば、不活性化スイッチ110はトライアック(Triac)、並列逆転SCR(parallel  inverted  SCR)、IGBT、MOSFET、リレイなどを使用することによって実行される。実施例としては、これらに限定されるものではない。
【００２１】
図2は、一つの実施例として、DC電源を使用した際の不活性化コイルを流れる電流波形のグラフを示したものである。図2は不活性化コイル112を流れる電流を示したものである。電流波形の最初の部分に示されたマイナスの電流パルスは、不活性化コイル112を通って不活性化キャパシタ114に流れ込む共振充電パルスである。この初期パルスは不活性化キャパシタ114をフルに充電するのに十分なものであれば良い。このLC回路の共振インピーダンスは、再充電スイッチ108に流れる電流を制限することになる。この例におけるピーク電流は、約40アンペアに制限されている。この例では、不活性化キャパシタ114は約2ミリ秒でフルに充電されるようになっている。
【００２２】
図3は、一つの実施例として、DC電源を使用した際の不活性化コイルにおけるタイミング波形のグラフを示したものである。図3は、不活性化制御器106から出されるタイミング波形の例を示したものである。この例においては、最初のパルスが再充電スイッチ108をオン状態にする。第二のパルスが不活性化スイッチ110をオン状態にし、不活性化キャパシタ114に溜められたエネルギを不活性化コイル112に流すようにする。
【００２３】
図4は、一つの実施例として、DC電源を使用した際の不活性化キャパシタとバルク・キャパシタのセットの電圧波形のグラフを示したものである。図4には、不活性化キャパシタ114に生じる不活性化キャパシタの電圧波形が示されている。不活性化制御器106が再充電スイッチ108をオン状態にすると、不活性化キャパシタ114が不活性化コイル112を介して比較的早く充電される。この再充電は共振周波数のサイクルのわずか1/2の間に行われる。この例の場合、不活性化キャパシタ114は約2ミリ秒の間に、約475Vまで充電される。
【００２４】
図4には、更にバルク・キャパシタ104に生じるバルク・キャパシタの電圧波形も示されている。共振再充電時間中には、LCタンク回路の共振インピーダンスによって制限されつつバルク・キャパシタ104から比較的高い電流が流れる。この時間帯に、バルク・キャパシタ104の電圧は約300Vから約250Vにまで低下する。もっと大きなキャパシタンスを持ったバルク・キャパシタ104を使用すれば、電圧低下を小さくすることができる。更に、多数のバルク・キャパシタ104を並列に接続することにより、個々のキャパシタの各々に流れる充電パルス電流を小さくすることができる。実施例としては、ここで述べたものに限定されるものではない。
【００２５】
図5は、交流電源(AC)を使用した不活性化器の一実施例を示したものである。図5には、不活性化器500が示されている。不活性化器500は、共振再充電回路520に接続されたAC電源502を備えている。AC電源502は、例えば、小売店やマーケットに供給されている配電線であっても良い。図5に示された共振再充電回路520は、図1に示された共振再充電回路に類似したものであっても良い。しかしながら、不活性化制御回路506は、再充電スイッチ508と不活性化スイッチ510のタイミング操作に使用するために位相制御回路516を備えるようにしても良い。
【００２６】
一つの実施例として、共振再充電回路520は、AC電源502に直接接続するようにしても良い。この場合、不活性化キャパシタ514と不活性化コイル512によって形成されるLCタンク回路の共振周波数がAC電源502の周波数よりも大きい場合には、共振再充電は適切に行なわれる。LC回路の共振周波数がAC電源502の周波数と等しいか、あるいはそれよりも低い場合であっても使用することはできるが、AC電源502の周波数よりも実質的に高い共振周波数のLC回路を使用することのほうが有利になる。AC電源502の周波数よりも実質的に高い共振周波数のLC回路を使用することによって、再充電サイクル中に強い共振パルスを形成することができるようになる。
【００２７】
図6は、一つの実施例として、AC電源を使用した際の再充電スイッチと不活性化スイッチのタイミング波形のグラフを示したものである。前にも述べたように、不活性化制御回路506には、不活性化および再充電サイクルの間の、再充電スイッチ508と不活性化スイッチ510に対するタイミング操作のために、位相制御回路516を使用するようにしても良い。一つの実施例として、例えば、不活性化キャパシタ514の充電電圧は共振再充電サイクルの開始のタイミングを調整することによって制御するようにしても良い。このようなアプローチは、AC電源502の電圧変化と一緒に不活性化キャパシタ514の充電電圧を調整するために、あるいは異なった対象物のために不活性化フィールドの強度を調整できるようにするために使用することもできる。
【００２８】
一つの実施例として、不活性化制御回路506は、再充電スイッチ508がオン状態に切り替わる時のタイミングを調整することによって、不活性化キャパシタ514の電圧を制御するようにすることもできる。図6は、再充電スイッチ508と不活性化スイッチ510のタイミング波形を示したものである。図6に示すように再充電スイッチ508のオン状態に切り替える位相角はAC電源502の正のゼロ交差に対応する。この電圧波形の正のゼロ交差の点は、位相0度に対応する。再充電スイッチ508のオン状態にする位置はAC電源502の電圧波形が正であるときであれば、いつでも設定できる。
【００２９】
一つの実施例として、不活性化制御器506と位相制御回路516は、再充電スイッチ508のオン状態に切り替える位相角を調整することによって、不活性化キャパシタ514に対する充電電圧を調整する能力を有する。図6には、再充電スイッチ508が位相角90度の位置でオン状態になる場合のタイミング波形を示してある。再充電スイッチ508における電流がゼロまで低下し、そして再充電スイッチ508がオフ状態になった後不活性化スイッチ510をオン状態にすることができる。不活性化スイッチ510は、再充電スイッチ508がオフ状態になった後であればいつでもオン状態にすることができるが、図6に示すようにAC電源502の電圧波形の次のゼロ交差において不活性化スイッチ510をオン状態にするほうが有利である。
【００３０】
図7は、一つの実施例として、AC電源と不活性化キャパシタの電圧波形のグラフを示したものである。図7には、再充電スイッチ508が位相角90度の位置でオン状態になった場合の、AC電源502と不活性化キャパシタ514の電圧波形を示してある。この場合のAC電源502は約230V  rms、50Hzの電源である。位相角90度において、不活性化キャパシタ514は約530Vdcの電圧にまで、フルに充電されている。
【００３１】
図8は、一つの実施例を示したものであり、AC電源を使用した際の不活性化コイルに流れる電流波形のグラフを示したものである。図8は、不活性化コイル512に、結果的に流れる電流を示したものである。再充電スイッチ508がオン状態になってから、5ミリ秒後に不活性化コイル512に初期充電パルスが流れ始める。このパルスは、不活性化コイル512と不活性化キャパシタ514のインダクタンスによる共振の結果として生じたものである。共振再充電パルスが完全に終わった後、不活性化スイッチ510がオン状態にされ、不活性化キャパシタ514に蓄えられたエネルギが不活性化キャパシタ514と不活性化コイル512によって形成される共振LC回路内の不活性化スイッチ510を通って放出される。
【００３２】
ここで述べた共振再充電技術は他の形態の回路を使用して実行することもできることについて理解できるであろう。例えば、共振再充電回路120および/又は520は、LC共振充電回路にインダクタンスを持たせるために、不活性化コイル以外の誘導素子を使用することによって実現することもできる。他の例として、不活性化器500は、AC電源502から分離させ、AC電源502の電圧を増加させたりあるいは低下させたりするために、変圧器あるいは単巻変圧器を用いて実現することもできる。更に別の例として、AC電源電圧が正または負の波形をとっている間に不活性化キャパシタの再充電を行なうために、共振再充電回路120および/又は520を改良するようにしても良い。更に別の例として、制御回路または制御ロジックは、AC電源502から流れる電流を制限するために、AC電源502の続くサイクル中に不活性化キャパシタを部分的に充電させるようにしても良い。更に別の例として、不活性化スイッチ及び/又は再充電スイッチとして、別のタイプのコンポーネントを使用するようにしても良い。実施例としては、ここで述べたものに限定されるものではない。
【００３３】
ここで説明した共振再充電技術は、EASシステムの不活性化器にいろいろな利点を提供することができる。例えば、実施例の中で、共振再充電回路における共振素子として、不活性化コイルと不活性化キャパシタの誘導素子を使用することができる。このことは、更に高価な誘導素子を必要とすることなく、共振再充電回路を実現できることを意味する。他の例においては、不活性化キャパシタは共振サイクルの1/2で充分に再充電される。これは瞬間的に起こることなので、不活性化キャパシタは、不活性化サイクルの始めの段階において非常に早く再充電される。このことによって、不活性化器が使用されていない時間帯に、再充電のための時間をとる必要性が少なくなる。不活性化キャパシタが放電した状態においては、アイドル状態になるので、キャパシタの寿命を更に長くしたり、あるいはより安価な不活性化キャパシタを使用することができるようになる。更に、別の例では、再充電回路がAC電源502のようなAC電源に接続されている場合、不活性化キャパシタの充電電圧を制御するために、位相制御回路516のような位相制御回路を使用することができる。このことにより、ラインレギュレーションの技術を提供するものである。更に別の例においては、不活性化キャパシタ電圧をモニタしたり、あるいは不活性化キャパシタを流れるリーク電流を補償するために、アイドル中のキャパシタを周期的に再充電するために、回路を追加する必要も生じない。このことによってエネルギとコストの両方を節約することができる。このような特徴は、効率が重要視される、バッテリーにより駆動される装置において特に価値あるものとなる。更に別の例においては、共振再充電回路は不活性化キャパシタを電源電圧よりも高い電圧まで再充電させるために使用することもできる。これによって、入力端子において利用できる電圧よりも高い電圧まで上げるための電力供給装置を追加することなく、電源電圧よりも高い不活性化キャパシタの電圧を利用することが可能になる。また、別の例として、アイドルタイムを伴った短い時間の間にたくさんの不活性化処理を行なうために、不活性化の処理能力が非常に高いものでなければならない用途がいくつかある。かかる用途においては、電力供給装置の定格平均電圧を増大させることなく高い処理能力を提供するために、電力供給とバルク・キャパシタの能力が設定される。例えば、大きなバルク・キャパシタを使い、バルク・キャパシタにわずか6.25ワット供給できるように設計された電力供給装置を用いて、10秒のアイドル期間(0ジュール、0ワット)を伴う毎秒1回の不活性化処理（125ジュール、12.5ワット）において、10-12.5ジュールのピーク不活性化処理能力を有するように不活性化器を設計することができるようになる。その他の例として、たとえばバッテリーにより駆動される装置においては、ピーク電力の要求が低いと、高い等価直列抵抗ＥＳＲを有するバッテリを使用することができるようになる。例えば、このことにより、ＥＳＲは低いがエネルギ密度の低いニッケル・カドミュウム電池よりも、ＥＳＲは高いがエネルギ密度も高いニッケル水素電池を使用することができるようになる。これらはここで述べた共振再充電技術によって得ることができる利点のほんの一部に過ぎ���いということを理解すべきである。実施例はここで述べたものに留まるものではない。
【００３４】
ここで述べたように、共振再充電技術を利用した不活性化器は多くの異なった方法で実現することができる。以下の説明は、かかる実現方法の幾つかの例を示したものである。
【００３５】
例えば、一つの実施例として、不活性化器は、不活性化アンテナ・コイルとエネルギ貯蔵キャパシタに接続された電源から成り、当該不活性化器は、入力充電電流パルスの振幅と持続時間を制限するために、不活性化アンテナ・コイルの共振インピーダンスとエネルギ貯蔵キャパシタのキャパシタンスによって形成されるインピーダンスを使用している。
【００３６】
一つの実施例において、電源としてDC電源を備えるようにしても良い。DC電源は、DC電力供給装置、一群のキャパシタを有するDC電力供給装置、少なくとも一つのバッテリからなる群、少なくとも一つのバッテリからなる群とキャパシタの群、並びに少なくとも一つの充電されたキャパシタの群の内の少なくとも一つを備えている。
【００３７】
一つの実施例において、電源としてAC電源を備えるようにしても良い。ＡＣ電源は、非整流AC電源、半波整流されたAC電源、そして全波整流されたAC電源の中の少なくとも一つから成るようにしてもよい。
【００３８】
一つの実施例において、不活性化アンテナ・コイルとエネルギ貯蔵キャパシタはLC共振タンク回路を形成するように配置しても良い。不活性化アンテナ・コイルが約100μＨから100ｍＨの間のインダクタンスを持つようにし、エネルギ貯蔵キャパシタが約10μＦから10ｍＦの間のキャパシタンスを持つようにしても良い。LC共振タンク回路によって形成される共振周波数は、AC電源電圧の周波数とほぼ等しくなる周波数から、AC電源電圧の周波数の約100程度大きい周波数までの範囲に設定するようにしても良い。
【００３９】
一つの実施例において、LC共振タンク回路を電気制御部と充電スイッチを有する充電回路に接続するようにしても良い。充電回路は、電源からLC共振タンク回路へ、そしてLC共振タンク回路の外へ電力の流れの方向を制御できるように設計しても良い。充電回路は、一方向充電回路またはニ方向充電回路を含むようにしても良い。
【００４０】
一つの実施例において、充電回路は、AC電源電圧に関する電流のタイミングを制御するようにしても良い。充電回路は、AC電源電圧が正の波形をとっている間に、AC電源電圧が負の波形をとっている間に、あるいは、AC電源電圧が正と負の両方の波形をとっている間に、エネルギ貯蔵キャパシタを充電することができる。実施例としてはここで説明したものに限定される訳ではない。
【００４１】
一つの実施例において、充電回路は、AC電源が正の波形をとっている間にエネルギ貯蔵キャパシタを充電することができる。例えば、充電回路は、AC電源の一つの正の波形の間にエネルギ貯蔵キャパシタをフルに充電することができる。他の例として、充電回路は、AC電源の二つまたはそれ以上の連続する正の波形の各々の間にエネルギ貯蔵キャパシタを部分的に充電することができる。
【００４２】
一つの実施例において、充電回路は、AC電源が負の波形をとっている間にエネルギ貯蔵キャパシタを充電することができる。例えば、充電回路は、AC電源の一つの負の波形の間にエネルギ貯蔵キャパシタをフルに充電することができる。他の例として、充電回路は、AC電源の二つまたはそれ以上の連続する正の波形の各々の間にエネルギ貯蔵キャパシタを部分的に充電することができる。
【００４３】
一つの実施例において、充電回路は、AC電源が正および負の両方の波形をとっている間にエネルギ貯蔵キャパシタを充電することができる。例えば、充電回路は、AC電源の連続する正と負の波形の各々の間にエネルギ貯蔵キャパシタをフルに充電することができる。
【００４４】
本発明の実施例について、その種々の特徴をここで説明してきたが、この他にも改良したり、置き換えたり、変更したり、そして同じようなものを利用したりすることが多数考えられ、このようなことは当業者であれば直ちに実行できるものである。従って、添付する特許請求の範囲は、かかる改良や変更は本発明の実施例の範囲に入るものとして、これらの全てをカバーしているということを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図1は、一つの実施例に係るものであって、直流電源(DC)を有する不活性化器を示したものである。
【図２】図2は、一つの実施例に係るものであって、直流電源を有する不活性化コイルに流れる電流波形のグラフを示したものである。
【図３】図3は、一つの実施例に係るものであって、直流電源を有する不活性化コイルにおけるタイミング波形のグラフを示したものである。
【図４】図4は、一つの実施例に係るものであって、直流電源を有する不活性化キャパシタとバルク・キャパシタのセットを使用した場合の電圧波形のグラフを示したものである。
【図５】図5は、一つの実施例に係るものであって、交流電源(AC)を有する不活性化器を示したものである。
【図６】図6は、一つの実施例に係るものであって、再充電スイッチと交流電源を有する不活性化スイッチのタイミング波形のグラフを示したものである。
【図７】図7は、一つの実施例に係るものであって、交流電源と不活性化キャパシタの電圧波形のグラフを示したものである。
【図８】図8は、一つの実施例に係るものであって、交流電源を有する不活性化コイルに流れる電流波形のグラフ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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【国際調査報告】
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