(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの電極を備え、それにより少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置に関する。雑草不活性化装置は、毒性除草剤を利用することなく雑草制御を可能にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、
−  前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、
−  それにより、前記少なくとも１つの電源が、ＤＣ／ＡＣ変換用の少なくとも１つの電子ｈブリッジインバータを備え、矩形波ＡＣ電流を生成し、
−  それにより、１．０ｋＨｚを超える周波数で変換が生じることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項２】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、少なくとも１つの電子ｈブリッジインバータが、パルス幅を制御することによりパルス幅変調（ＰＷＭ）をもたらす手段を備えることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項３】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、少なくとも１つのトランジスタが、パルス密度を制御することによりパルス密度変調（ＰＤＭ）をもたらす手段を備えることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項４】
請求項２に記載の前記ＰＷＭと、請求項３に記載の前記ＰＤＭとが、直列につながっていることを特徴とする、請求項２及び３に記載の雑草不活性化装置。
【請求項５】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、
−  前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、
−  それにより、前記少なくとも１つの電源には、少なくとも１つのコンデンサを事前充電するための少なくとも１つの事前充電ユニットが続き、
−  前記少なくとも１つのコンデンサが、エネルギー消費バッファとして作用し、
−  前記少なくとも１つの事前充電ユニットが、前記少なくとも１つのコンデンサの突入電流を減衰させることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの事前充電ユニットが、前記少なくとも１つのコンデンサの前記突入電流を制御するための電気抵抗及び／又はトランジスタを備えることを特徴とする、請求項５に記載の雑草不活性化装置。
【請求項７】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、
−  前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、
−  それにより、前記少なくとも１つの電源が、回路上の電圧ピークを制限する手段を備え、それにより、前記手段が：
−  変圧器の固有の誘導特性と外部インダクタとの間の関係を制限することにより、二次側での前記電圧ピークを制限することを確実にする誘導電圧ピーク制御部、
−  印加と並列であるＡＣ／ＤＣ電圧ピーク制御部であって、コンデンサ及び抵抗を通って前記ＡＣ／ＤＣ電圧ピーク制御部を流れる出力の僅かな部分を整流し、抵抗によってシステムの全体電力の僅かな部分で前記コンデンサを充電／放電することにより前記電圧ピークを制限する、ＡＣ／ＤＣ電圧ピーク制御部、
−  電圧を上昇させ得る問題となる高調波を除去するための選択高調波除去（ＳＨＥ）解決手段、から成る群から選択されることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項８】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、
−  前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、
−  それにより、前記少なくとも１つの電源が、測定されたパラメータに従ってＤＣ電圧を調節して、個別の電力供給を確保する電子手段（ｐ．ｅｘ．バック、ブースト及びバック−ブーストＰＦＣトポロジ）を備えることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項９】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、前記少なくとも１つの電源が、インターカレートされ互いに絶縁された３〜７個の二次−一次−二次の構造化されたスロットを有する変圧器を含むことを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、前記少なくとも１つの電源が、リッツ編成された電線構造を有する変圧器を備え、リッツ線が、互いに電気的に絶縁されるとともに撚り合わされていない複数の素線から成ることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、前記少なくとも１つの電源が、リッツ編成された電線構造を有する変圧器を備え、リッツ線が、互いに電気的に絶縁されるとともに撚り合わされていない複数の素線から成ることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、前記少なくとも１つの電極が、少なくとも１つの電源によって電気エネルギーを供給され、前記少なくとも１つの電源が、平面状の配線構造を有する変圧器を備えることを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、検出器が：
−  環境特性を検出するための、Ｘ線カメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス、並びに適当な場合に、素材で覆われた構造、
−  構造を相関予測する及び土壌特性に処理パラメータを適用するための、地面にあるか又は地面の下の印加装置の付近にある、Ｘ線分光センサ又は光分光センサ又はセンサマトリクス、
−  地中構造及び地上空間条件を検出するための、レーダーカメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス；
−  空間構造を認識し、選択的な処理パラメータの設定のために前記空間構造を特徴付けるための超音波センサ、
−  電流印加装置及び前記構造の処理の指向を特徴付けるために、前記構造若しくは関連する表面構造、又はＵＶ放出、色、特定波長の吸収能力、含水率などの個別の構造的特徴による放射放出の２次元若しくは３次元光学イメージを生成するための、放射範囲２５０〜３５００ｎｍの、能動型及び受動型のカメラシステム、単一のセンサ並びにセンサマトリクス、
−  感電死の制御及び処理パラメータの最適化及び作業結果の文書化のために、感電死処理における前記構造及びそれらの処理に起因する変化を選択的に特徴付けるための、能動型蛍光カメラシステム、単一のセンサ及びセンサマトリクス（クロロフィル蛍光及び他の構造的構成）、
−  処理サイクルの安全性をモニタリングするための、熱撮像カメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス、
−  位置特定及び処理モニタリングのために、前記構造の表面及び屈折特性を決定するための、テラヘルツカメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス、
−  前記構造及びそれらの表面特性を位置特定するための、又は電気化学システム、運搬システム及びアクチュエータ制御の空間ハザードを回避するための、三角測量又は通過時間計測部を有する機械的伝達システム及びレーザー光学系、
−  空間作業モデルを作り出すために超音波、レーザーシステム、レーダーシステム又は他の空間走査及び撮像方法を使用する、運搬車両及び電流印加装置の周囲にある空間撮像センサ、
−  感電死の処理を最適化するために、湿度、露点、水膜、降雨強度、温度（土壌、土壌表面、空気）などの特性を決定するための環境モニタリングセンサ、
−  処理の特徴付け及び安全性制御のための、オゾン測定、煙、一酸化炭素、ＶＯＣ、土壌伝導度、含水率、印加装置の牽引力などの化学的／物理的な感受性、
−  処理制御のために金属材料を検出するための磁気及び誘導センサ、
−  感電死パラメータの制御を最適化するための地中の現地測定センサ、
−  感電死システムの電気工学処理モニタリングセンサ（例えば、電流、電圧、周波数）、から成る群から選択されるセンサで個々の雑草を検出することを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項１４】
前記運搬車両、前記アクチュエータの動き、並びに前記感電死の前記電力及び位置特定パラメータ（電流、電圧、土壌抵抗、湿度）を、位置に依存した態様でジオマッピングするための装置を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の雑草不活性化装置。
【請求項１５】
前記ジオマッピングするための装置が、不活性化された雑草の記録を取るＧＰＳセンサであることを特徴とする、請求項１４に記載の雑草不活性化装置。
【請求項１６】
前記センサデータから前記結果を計算し、システムにリンクされた全てのアクチュエータを含む前記感電死システムの制御、前記運搬車両の動き及び配置、並びに特定の範囲における前記構造の絶対位置及び生物学的特性又はそれらの現在及び将来の発生確率の文書化のために使用される関連システムに、特にしかし非限定的にＢＵＳシステムに、前記結果を送信する制御システムを有することを特徴とする、請求項１３又は１５に記載の雑草不活性化装置。
【請求項１７】
前記構造に関するデータを、前記感電死システムから独立して、個々に移動可能なセンサ又は、それら自体のセンサデータなど他のデータ入力方法によって処理及び使用できることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の雑草不活性化装置。
【請求項１８】
前記センサデータを、空間イメージとしてジオリファレンスすることができ、前記構造の部分的な拡張現実に変換でき、後に制御及び更なる処置のために使用できるように処理及び使用できることを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の雑草不活性化装置。
【請求項１９】
少なくとも１つの電極を備え、それにより前記少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置において、移動可能な運搬車の速度に影響を及ぼすために、特に、しかし非限定的にＢＵＳシステムに接続されているか又は前記ＢＵＳシステムに集積されている制御装置を有することを特徴とする、雑草不活性化装置。
【請求項２０】
前記移動可能な運搬車が、牽引車、被牽引車、自己駆動車両、又は無限軌道若しくは歩行用トラップ上の移動物体であることを特徴とする、請求項１９に記載の雑草不活性化装置。
【請求項２１】
前記移動可能な運搬車が飛行物体であることを特徴とする、請求項１９に記載の雑草不活性化装置。
【請求項２２】
前記移動可能な運搬車が、自己駆動するか又は遠隔制御されることを特徴とする、請求項１９又は２０のいずれか一項に記載の雑草不活性化装置。
【請求項２３】
感電死用の装置、すなわち、電気物理的方法及び／又は環境中で生物学的構造の電流を利用して前記構造を直接又は間接的に処置して弱体化させるための装置において、移動可能な運搬車と、電流印加装置と、アクチュエータと、対象の感電死を可能にするために特定の構造の存在を検出するセンサと、を備えることを特徴とする感電死用の装置。
【請求項２４】
前記センサが、近接位置特定又はＧＰＳ信号に基づいて前記構造及び前記移動可能な運搬車の位置を決定することを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
（能動型放射源と組み合わされた能動型システムの場合の）前記センサが、以下のセンサの群：
−  環境特性を検出するための、Ｘ線カメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス、並びに適当な場合に、素材で覆われた構造、
−  前記構造を相関予測する及び土壌特性に処理パラメータを適用するための、地面にあるか又は地面の下の前記印加装置の付近にある、Ｘ線分光センサ又は光分光センサ又はセンサマトリクス、
−  地中構造及び地上空間条件を検出するための、レーダーカメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス；
−  空間構造を認識し、選択的な処理パラメータの設定のために前記空間構造を特徴付けるための超音波センサ、
−  前記電流印加装置及び前記構造の処理の指向を特徴付けるために、前記構造若しくは関連する表面構造、又はＵＶ放出、色、特定波長の吸収能力、含水率などの個別の構造的特徴による放射放出の２次元若しくは３次元光学イメージを生成するための、放射範囲２５０〜３５００ｎｍの、能動型及び受動型のカメラシステム、単一のセンサ並びにセンサマトリクス、
−  前記感電死の制御及び処理パラメータの最適化及び作業結果の文書化のために、感電死処理における構造及びそれらの処理に起因する変化を選択的に特徴付けるための、能動型蛍光カメラシステム、単一のセンサ及びセンサマトリクス（クロロフィル蛍光及び他の構造的構成）、
−  処理サイクルの安全性をモニタリングするための、熱撮像カメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス、
−  位置特定及び処理モニタリングのために、前記構造の表面及び屈折特性を決定するための、テラヘルツカメラ、単一のセンサ及びセンサマトリクス、
−  前記構造及びそれらの表面特性を位置特定するための、又は電気化学システム、運搬システム及びアクチュエータ制御の空間ハザードを回避するための、三角測量又は通過時間計測部を有する機械的伝達システム及びレーザー光学系、
−  空間作業モデルを作り出すために超音波、レーザーシステム、レーダーシステム又は他の空間走査及び撮像方法を使用する、前記運搬車両及び前記電流印加装置の周囲にある空間撮像センサ、
−  感電死の処理を最適化するために、湿度、露点、水膜、降雨強度、温度（土壌、土壌表面、空気）などの特性を決定するための環境モニタリングセンサ、
−  処理の特徴付け及び安全性制御のための、オゾン測定、煙、一酸化炭素、ＶＯＣ、土壌伝導度、含水率、印加装置の牽引力などの化学的／物理的な感受性、
−  処理制御のために金属材料を検出するための磁気及び誘導センサ、
−  感電死パラメータの制御を最適化するための地中の現地測定センサ、
−  前記構造の特徴付け及び処理最適化及び文書化のための、感電死システムの電気工学処理モニタリングセンサ（例えば、電流、電圧、周波数、位相シフト、波形など）、から選択されることを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記センサデータから前記結果を計算し、システムにリンクされた全てのアクチュエータを含む前記感電死システムの制御、前記運搬車両の動き及び配置、並びに特定の範囲における前記構造の絶対位置及び生物学的特性又はそれらの現在及び将来の発生確率の文書化のために使用される関連システムに、特にしかし非限定的にＢＵＳシステムに、前記結果を送信する制御システムを有することを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記構造に関するデータはまた、前記感電死システムから独立して、個々に移動可能なセンサ又は、それら自体のセンサデータなど他のデータ入力方法によって処理及び使用できることを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記センサデータを、空間イメージとしてジオリファレンスすることができ、前記構造の部分的な拡張現実に変換でき、後に制御及び更なる処置のために使用できるように処理及び使用できることを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記運搬車両、前記アクチュエータの動き、並びに前記感電死の前記電力及び前記位置特定パラメータ−電流、電圧、土壌抵抗を位置に依存した態様でジオマッピングするための装置を備えることを特徴とする、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記移動可能な運搬車の速度に影響を及ぼすために、特に、しかし非限定的にＢＵＳシステムに接続されているか又は前記ＢＵＳシステムに集積されている制御装置を有することを特徴とする、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記移動可能な運搬車が、牽引車、被牽引車、自己駆動車両、又は無限軌道若しくは歩行用トラップ上の移動物体であることを特徴とする、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記移動可能な運搬車が飛行物体であることを特徴とする、請求項２３〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記移動可能な運搬車が、自己駆動するか又は遠隔制御されることを特徴とする、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
電子除草回路であって、以下のコンポーネント：
−  交流発電機又は他のＡＣ電源、
−  電流を制限するための誘導電流制限リアクトル（ＣＬＲ）、
−  ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）にＤＣを供給するための整流器又は整流ブリッジ、
−  前記ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）に対する電圧リップルの供給及び抑制を行うためのコンデンサバンク、
−  変圧器、
のうちの少なくとも２つを備える、電子除草回路。
【請求項３５】
前記交流発電機、前記ＣＬＲ及び／又は前記整流器が、唯一のＤＣ電源又は同等物によって置換されていることを特徴とする、請求項３４に記載の電子除草回路。
【請求項３６】
ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）のパルスが制御され、それゆえ、システムの全体電流が制御されることを特徴とする、請求項３４又は３５に記載の電子除草回路。
【請求項３７】
突入電流を制限するために前記コンデンサバンクの前に事前充電回路が使用されることを特徴とする、請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項３８】
個々の変圧器のＰＤＭ電流制御と、より高い周波数のＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）の使用とを組み合わせて、前記ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）の出力のＡＣのＰＷＭ制御によって各セグメントで個々に動的な精度で電流を制御することを特徴とする、請求項３４〜３７のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項３９】
ＰＦＣトポロジが、降圧（バック）、昇圧（ブースト）又は昇降圧（バック−ブースト）による電圧調整及び力率補正のために使用され、それにより、前記整流器の前に高周波フィルタが、前記交流発電機によるスイッチ周波数汚染を回避することを特徴とする、請求項３４〜３８のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項４０】
前記変圧器が僅かなリーケージインダクタンスを有し、外部インダクタが、前記変圧器と直列に追加されており、ＤＣリンクと等しい最大値の電圧ピークをクランプするために使用されることを特徴とする、請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項４１】
前記整流器が、前記変圧器の二次コイルに電極と並列に追加されていることを特徴とする、請求項３４〜４０のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項４２】
一次電圧による高調波成分が、ＰＷＭによって取り出され、準矩形波を作ることを特徴とする、請求項３４〜４１のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項４３】
変圧器コイル構造が、インターカレートされ互いに絶縁された３〜７個の二次−一次−二次編成されたスロットを備えることを特徴とする、請求項３４〜４２のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項４４】
前記変圧器の電線が、リッツ編成されているか、又は固定面（平面状）で構成されていることを特徴とする、請求項３４〜４３のいずれか一項に記載の電子除草回路。
【請求項４５】
真空袋が、前記変圧器のコイルを封入するために使用されていることを特徴とする、請求項４４に記載の電子除草回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの電極を備え、それにより少なくとも１つの電極が雑草に導かれる、雑草不活性化装置（ｗｅｅｄ  ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
農園又は農地の雑草を制御するために、ある程度植物に固有の効果を有する除草剤を利用することがよく知られている。好ましい作物は使用する除草剤による影響を殆ど受けず、好ましくない雑草は除草剤の毒性効果によって荒廃する。環境の除草剤汚染を制御するために、太陽の紫外線又は微生物代謝によって化学的に荒廃するように除草剤を製造することもよく知られている。除草剤は生分解性であるか又は物理的手段によって分解するが、除草剤汚染は生物圏にとって重大な脅威である。
【０００３】
除草剤汚染を克服するために、好ましくない雑草を毒性物質以外の手段によって不活性化させることが望まれる場合がある。
【０００４】
この特定の問題は、少なくとも１つの電極を備え、それにより少なくとも１つの電極が雑草に向けられる、雑草不活性化装置によって解決することができる。
【０００５】
理想的には、植物感電死の有効性は、二元的に考えること、すなわち、植物が死ぬか、死なないか、という２つの状態を有すると考えることができる。有効性は、個々の植物の根で必要とされる致死エネルギー消費と、根系の体積との間の関係とみなすことができる。この関係は、植物毎に、また条件（温度、湿度など）によって多少変化し得るが、必要とされる致死エネルギー消費は、植物の根の体積に比例する：
【０００６】
【数１】
2021503874.tif 000003
【０００７】
ここで、
−  Ｃ（ｎ）は、その個別の植物の決定された条件での電気感受性定数；
−  Ｅ（ｎ  ｒｏｏｔ）は、Ｎ植物の根でのエネルギー消費；
−  Ａｐ（ｎ  ｒｏｏｔ）は、Ｎ植物の根系の体積。
【０００８】
理論的な面から、植物は、２つの直列抵抗と見ることができる。システム的な植物制御の有効性は、植物の呼吸系ではなく根系を殺すことの直接の結果である。植物は、その呼吸系が多少損傷している場合に回復し得るが、その根系が養分を植物の残り部分に送れなくなった場合には確実に死に、養分欠乏によって必ず死滅する。
【０００９】
植物全体抵抗[Ｒｎ]は、２つの抵抗、Ｒｎ  ａｉｒとＲｎ  ｒｏｏｔの合計である。
Ｒｎ＝Ｒｎ  ａｉｒ＋Ｒｎ  ｒｏｏｔ
【００１０】
Ｒ  ａｉｒ：個々の植物の電気除草に対する感受性を下げる
Ｒ  ｒｏｏｔ：個々の植物の電気除草に対する感受性を上げる
【００１１】
Ｒｎ  ａｉｒは、植物の空中部分の電気抵抗を意味し、Ｒｎ  ｒｏｏｔは、植物の土壌中部分の電気抵抗を意味する（図２１）。
【００１２】
異なる植物種は、個々の異なる植物最小エネルギー消費を有する。植物全体抵抗［Ｒｎ］を２つの抵抗、Ｒｎ  ａｉｒとＲｎ  ｒｏｏｔの合計とみなすと、オームの法則の直接の結果として、電圧Ｕは、システムの電流Ｉ及び電気抵抗Ｒに比例する。
オームの法則：Ｕ＝Ｉ＊Ｒ
【００１３】
そのことから、植物全体を通って流れる電流（Ｉ）の量はＵ／Ｒｎとして導出できる。
【００１４】
電力は、以下によって与えられ：
Ｐ＝Ｖ＊Ｉ
エネルギーは、時間内に印加される電力であり、以下によって与えられる：
Ｅ＝Ｐ＊ｔ
【００１５】
それゆえ、設定電圧Ｕと、この電圧を印加する設定時間量とが与えられた場合、下式に従って、全体抵抗Ｒｎが小さいほど多くのエネルギーが植物全体を通って流れることを意味する：
【００１６】
【数２】
2021503874.tif 000004
【００１７】
それゆえ、植物全体抵抗の増加は、エネルギー消費に反比例する。
【００１８】
個々の植物種毎の個々の異なる植物エネルギー消費に関連して、呼吸系体積／根系体積の比による個々の植物の感受性も異なる。設定された植物全体抵抗Ｒｎと、印加される設定エネルギーとが与えられた場合、植物の呼吸系ではなく根系を殺すことが目標であるので、根系で消費されるエネルギー（Ｅｒ）は、呼吸系で消費されるエネルギー（Ｅａ）によって影響される：
【００１９】
【数３】
2021503874.tif 000005
【００２０】
それゆえ、根系で消費される全体エネルギーは、以下のとおりである：
【００２１】
【数４】
2021503874.tif 000006
【００２２】
ここで、電流（Ｉ）、印加時間（ｔ）及び全体エネルギー流（Ｅ）が設定される。
【００２３】
このため、呼吸系抵抗（Ｒｎ  ａｉｒ）が小さいほど多くのエネルギーが根で消費され、結果として、個々の植物の電気除草に対する感受性が上がる。全体抵抗（Ｒｎ）が呼吸系抵抗と根系抵抗の合計であるので、
Ｒｎ＝Ｒｎ  ａｉｒ＋Ｒｎ  ｒｏｏｔ
【００２４】
植物は、呼吸系で何が起きたかにかかわらず、根が殺された場合に死ぬと考えられ、所与の全体抵抗（Ｒｎ）に関しては、根系抵抗が大きいほど、呼吸系抵抗が小さいことを意味する。それゆえ、Ｒｎ  ａｉｒは、Ｒｎ  ａｉｒが大きいほど個々の植物の電気除草に対する感受性を下げ、Ｒｎ  ｒｏｏｔは、Ｒｎ  ｒｏｏｔが大きいほど電気除草に対する個々の感受性を上げる。
【００２５】
個々の植物に多くの葉が存在するほど接触領域が大きいことを意味し、それゆえ、葉が多いほど空気抵抗が小さいことを意味し、根が多いほど接触領域が大きいことを意味し、それゆえ、根が多いほど根抵抗が小さいことを意味することも見出すことができる。以下では、完全な植物感電死システムの電気的変数と、それらの相互作用が、数学的根拠に基づいて規定される。以下の数学的な記述によって、システムの抵抗と、異なる土壌及び植物がシステムの有効性にどのように影響するかとの間の関係を、更に理解することができる。結論は、システムの有効性に関する影響要因を更に説明及び決定することを可能にするだろう。場合によって、単一の印加装置が、２つ以上の植物に同時に接触し得る。それらの場合、消費エネルギーは、印加装置によって接触された全ての植物によって分割される。並列抵抗に対する等価抵抗を規定する式は、以下のとおりである：
【００２６】
【数５】
2021503874.tif 000007
【００２７】
植物感電死抵抗回路は、図１の図に示されるように、単一の印加装置によって接触された植物から成る並列抵抗と合わせられた土壌抵抗によって形成される。
【００２８】
理想的な植物感電死システムは、図１に関して以下の特徴を有するべきである。
−  システムの電圧は、変圧器の二次側によって規定される、
−  システムは公称電力を常に供給する、
−  電圧は、出力抵抗負荷が変化すると直ちに適応して、公称電力での作動を確実にする、
−  力率は１であるべきである。
【００２９】
このことは、この理想的なシステムでは、以下のことを意味する：
Ｐｔ＝Ｖ＊ＩＴ
【００３０】
以下では、植物系における個々の植物エネルギー消費に注目する。室内実験により、平均０．１５ｍの広葉植物の致死量エネルギーが、通常１００〜１，０００（百〜１千）ジュールで変化することが見出された。完全な植物感電死機器において、変圧器の電圧Ｕは、全体抵抗Ｒｔが変化するたびに適応して、単一の力率で、その電力消費が全体電力容量と等しくなることを確実にする。植物感電死に利用可能な実際の電力は、システムによって供給される全体電力から、土壌抵抗によって消費される電力を減じたものである：
【００３１】
【数６】
2021503874.tif 000008
【００３２】
得られた電力は、以下のとおり、植物Ｎ又は植物Ｎ以外の他の全ての植物のいずれかによって消費されなければならない：
【００３３】
【数７】
2021503874.tif 000009
【００３４】
それゆえ、任意の特定の植物を殺すために利用可能な電力は、全体電力から、土壌中で失われる電力と、他の植物を感電死させるために使用される電力とを減じて決定される。
【００３５】
【数８】
2021503874.tif 000010
【００３６】
オームの法則によれば、そのことは、以下のように見ることもできる：
【００３７】
【数９】
2021503874.tif 000011
【００３８】
それゆえ、植物Ｎによるエネルギー消費を以下のとおり結論付けることができる：
−  全体電力Ｖ２に比例する
−  露出時間ｔに比例する
−  印加速度に反比例し、このことは、露出時間の比例減少を意味する；
【００３９】
ついては、更なる変化がないという条件で、更に以下のことを結論付けることができる：
−  土壌抵抗が大きいほど有効性が下がる；
−  植物Ｎの抵抗が大きいほど有効性が下がる；
−  植物Ｎを除いた植物システムの抵抗が大きいほど有効性が上がる。
【００４０】
同様の電気抵抗及び同様の呼吸系／根系を有する植物を伴うシステムが、より一様に分布した有効性を有することも結論付けることができる。
【００４１】
更なる実証において、異なる種類の電力の使用による有効性が明らかにされる。特許文献１において、Ｓａｙｙｏｕは、最大１ｋＨｚまでの植物感電死を研究し、周波数と共にＤＣのおおよそ同じ効率まで効率が高まることを見出した。最近の試行において、Ｓａｙｙｏｕは、より高い周波数が使用される場合でも、おおよそその同じ効率で安定化することを見出した。特許文献１の開示内容は、本開示の一部をなすものである。
【００４２】
Ｓａｙｙｏｕの教示から、個々の植物が考慮される場合に、異なる植物が異なる周波数でどのように反応するかは、いまだ解決されていない問題である。異なる植物が異なる抵抗特性を有することが想定され、それゆえ、より多くの植物を一度に除草するときに単一の植物ごとに適するように印加周波数を変化させることは、困難な工学的課題であろう。
【００４３】
先行技術による従前のシステムは通常、以下のコンポーネントのうちの一部又は全てで構成された：システム用の正弦波電源。これは通常、発電機群、牽引車に結合された交流発電機、電源出力又は任意の他の電源とすることができた。過電流から保護し、力率を高めるためのＣＬＲインダクタ。回路のこの段は、フューズ、回路遮断器、熱磁気回路遮断器を収容する／含むこともできる。更に、ソフトウェア又は手動較正によって通常制御される、固体継電器又は他のＰＷＭ（パルス幅変調器）又は電力制御コンポーネントで構成された電力制御システム。更に、電気除草に適した電圧を確保するための変圧器システム。通常の電力／電圧の正弦波電源は１００〜１，０００Ｖの範囲であり、電気除草は１，０００〜２０，０００Ｖを必要とする。そして更に、異なる印加装置の必要性を下げ、除草の効率及び性能を高め、極が互いに同じ距離にある（それゆえおおよそ同じ電気抵抗である）印加装置を機械的に構築することを簡単にする、ダイオード及びコンデンサで構成された整流ブリッジ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開１９９９-１１３０号公報
【特許文献２】ブラジル国特許第０５０２２９１号
【非特許文献】
【００４５】
【非特許文献１】Ｊｏｎａｓ  Ｅ．Ｈｕｂｅｒ及びＪｏｈａｎｎ  Ｗ．Ｋｏｌａｒ  「Ｖｏｌｕｍｅ／Ｗｅｉｇｈｔ／Ｃｏｓｔ  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ａ  １ＭＶＡ  １０ｋＶ／４００Ｖ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  ａｇａｉｎｓｔ  ａ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  Ｌｏｗ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ」Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＥＴＨ  チューリッヒ、
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
従前に教示された電気除草システムには、問題及び課題がある。比較的低い周波数（通常５０〜６５Ｈｚ）で作動する直近のシステムの（電子的ではなく）電気的な特性のため、それらのシステムは：重量が非常に大きく、非常に大型であり、自己調節して問題を回避して効率及び有効性を高めることがなく、新規のセンサ及び高出力エレクトロニクス技術の最近の発展との相乗効果を有することがなかった。最終的に、非常に高い周波数でコンポーネントが作動しない。
【００４７】
それらの特性は、市場への本技術の適用が大いに制限されるという他の課題を生じさせた。最も一般的な問題のいくつかは、以下のとおりである：
ＣＬＲは（フューズ及び熱磁気回路遮断器も）、システム全体の電流を制限する戦略を提供するが、それを制御するために何もせず、システムが最適な性能及びエネルギー消費／品質で又はその付近で作動することを確実にすることもない；
発電コンポーネント（５０〜６５Ｈｚ）よりも非常に高い周波数で作動できない電力制御システムの低周波数に固有の高い印加不完全性（一部の植物は、大きな「オフ」時間のため通電されない）；ＰＷＭによって適切な電流を調節することの困難さ、これは、低周波数が発電コンポーネント（交流発電機、電源出力など）でのエネルギー消費の大きな変動に変わるためである；
それぞれに変化する植物−土壌電気抵抗の現実に対して、連続した電力及び／又は適当な印加電力を確保するように電圧を自動調節することの固有の不可能さ；（電源よりも非常に高い周波数を有することができないＰＷＭ制御での）システムの低周波数による長いサイクル及び応答時間は公称電力（それゆえ、システムのエネルギー、効率及び有効性）からの不可避の逸脱を生じさせ、植物−土壌システムの電気抵抗は、特にそのような機器がより速く走行する、及び／又は大きな幅を有する場合に、システムが自己調節できるよりも急激に変化する；
ボルタ電気アーク（火花）を形成する周波数域、及び空気をイオン除去する時間（０．１〜１００ｍｓ）を超えるＰＷＭの調節は、印加が大量の乾燥した有機物質に対して行われる場合に、燃え始めることがある望ましくない火花の形成に影響を及ぼすことがある；
典型的な５０〜６５ｈｚ変圧器の固有のサイズ、コスト、重量及び性質により、印加装置を個々に制御される大量の変圧器に細分化することは工学的課題であり、このことは、システムの幅全体を通じて非一様な印加を生じさせる。これは、印加装置の一部分が別の部分とは完全に異なる電気抵抗にアクセスすることがあり、一部分が非常に大きな電力を印加し、その一方で他の部分が殆ど印加しない（場合によっては、望ましくない侵入植物を殺すのに十分ではない）ことを生じさせるためである；
典型的な５０〜６５Ｈｚ変圧器は、非常に重く、高価である；
電力制御の欠如及び電力消費減衰の欠如のため、電力消費は、急激に変化し、発電周波数（交流発電機の周波数）に逆影響を及ぼすことがあり、このことは、発電コンポーネントを損傷させるのみならず、システム全体を通じた周波数及び電圧の急激な変化を生じさせることがある。これは、一部の交流発電機が、変化を考慮するのに十分なほど速く電圧を自己調節できないためである；
電圧の潜在的な変動は、特に、電力制御システム（固体継電器）及び整流ブリッジで、問題又は損傷を生じさせることがある。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
それらの上記問題は、異なる解決手段を有するが、問題の大部分が、従前の技術が電子的ではなく電気的であり、いかなる種類の遠隔計測又は自己調整も有していない、という事実から生じることを理解することが重要である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】植物感電死抵抗回路の形成を示している。
【図２】理想化されたＰＷＭ電流制御の簡単な例を示している。
【図３】トランジスタが、制御システムによって制御され、発電コンポーネントが過電流問題を被らないことを示している。
【図４】２つの電流制御システムを示す。
【図５】抵抗の付近で自由流を可能にするスイッチの制御を、電流消費に関する情報を提供する電流計の測定値によって、行うことを示している。
【図６】１つの変圧器の、２〜１００Ｈｚ（０，０１〜２，０秒）の範囲の単一の整流のための簡略化された回路を示している。
【図７】個々の変圧器の電流制御が、各変圧器及びその対応する電極の個々の電流制御に比例する、簡略化された回路を示している。
【図８】ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）によるＰＷＭと、個々の変圧器のＰＤＭ電流制御とが組み合わされた理想化されたＰＷＭ形式を示している。
【図９】ブースト、バック又はバック−ブーストのＰＦＣ回路トポグラフィを示している。
【図１０】高調波の相互作用によって生じるピークが、例示されている。
【図１１】開放負荷状況が生じるときの公称負荷に対する変圧器の二次電圧を示している。
【図１２】簡略化された回路設計が、示されている。
【図１３】保護システムを伴わない場合（上）及び伴う場合（下）における所与の変圧器に関する電圧波形式のシミュレーションを示している。
【図１４】変圧器の二次コイルに電極と並列に整流器回路を追加する様子を示している。
【図１５】負荷を伴う場合と伴わない場合の波形が、ほぼ同じことを示している。
【図１６】制御された矩形波による電圧の増大が、負荷がないときに、より低い高調波の効果に制限されることを示している。
【図１７】異なるものの略同等のＨＦＴパラメータを使用した場合の、最小コスト、最大電力密度及び最大効率を示している。
【図１８】３個のスロットのリール構造例を示している。
【図１９】織り合わされた状態の素線を示している。
【図２０】容器への簡単な注ぎ込み法によって電子真空封入が生じる様子を示している。
【図２１】Ｒｎ  ａｉｒとＲｎ  ｒｏｏｔを示している。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下では、電子除草回路について論じる。そのようなシステムのための基本回路は、以下のコンポーネントのうちの少なくとも２つで構成される：交流発電機又は他のＡＣ電源、電流を制限するためのＣＬＲ、ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は矩形波ｈブリッジインバータ）にＤＣを供給するための整流器又は整流ブリッジ、ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は矩形波ｈブリッジインバータ）に対する電圧リップルの供給及び抑制を行うためのコンデンサバンク、及び変圧器。あるいは、交流発電機、ＣＬＲ及び整流器は、単一のＤＣ電源又は同等物で置換することができる。
【００５１】
本質的に、この基本的な電気除草回路は、従前に言及し、以下で記述する、従前の電気除草回路設計の問題の潜在的な解決手段を可能にする。より低い周波数で作動する従前のシステムにおいて、電流制御は、典型的に固体継電器を使用して行われた。それらの継電器は、ＡＣ電源よりも非常に高い周波数では、各電源サイクル（５０〜６５Ｈｚ）と干渉せずに作動することができなかった。このことは、高い印加不完全性をもたらすことがあった（一部の植物は、大きな「オフ」時間のため適切に制御されなかった）。一例として：５ｋｍ／ｈで走行する機器における５０Ｈｚサイクルのワンタイムギャップは、２，７７ｃｍのオフ長さを意味する。小さな植物が２，７７ｃｍ未満であり得ることを考慮すると、そのようなギャップは、一部の植物が感電死によって制御されることを完全に妨げることがある。現在の技術段階にあるＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）が１ｋＨｚ〜１Ｍｈｚの並びの周波数を可能にするので、電流制御システムの低周波数に関連する問題は、ここで提案される電流制御技術を用いるときには関係しない。発想は、ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）でのパルスを制御する、それゆえシステムの全体電流を制御するというものであり、これは、侵入植物の電気的制御にこれまで使用されていなかった。理想化されたＰＷＭ電流制御の簡単な例が図２に示される。
【００５２】
バッファなしで作動する場合、大きなオン−オフ期間（特に、１０ｍｓを超える場合）が、発電コンポーネントでの電力消費に非常に大きな差を生じさせることがある。この差は、機械的及び電気的なコンポーネントの応力及び損失過熱に変わることがある。平均電流（それ以上の点）に対して制御するためのオフ期間のハイ時間は、それを生じさせることがあるが、火花制御、過電流保護停止などのＰＷＭに関する他の制御も、それを生じさせることがある。この効果は、電源とＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）との間のエネルギー消費バッファとして機能するコンデンサバンクによって大きく減衰される。短い時間において、コンデンサバンクは、消費が一時的に生成よりも多い場合及び逆の場合にエネルギーの蓄えとして機能する。このシステムのマイナス面は、システムを始動又は再始動させるときに初期充電を行うためにコンデンサバンクに大きな電流が流入することである。機器を始動又は再始動させるときに、コンデンサバンクに流入する電流が、非常に大きくなり、発電コンポーネントに対する要求が増すことがある。
【００５３】
これを減衰させるために、コンデンサバンク充電時に消費減衰器を有する必要がある。これは、電子的に又は簡単な抵抗回路によって制御することができる。
【００５４】
電子的な解決手段は、電流消費が非常に大きい時にＰＷＭを制御するための高電力高速トランジスタ（Ｍｏｓｆｅｔ、ＩＧＢＴなど）を備える。このトランジスタは、制御システムによって制御され、発電コンポーネントが過電流問題を被らないことへの保証を提供する、図３。この特定の電流制御用のコンデンサバンク消費減衰器ＩＧＢＴは、制御システムに結合されたデジタル信号で電流計の出力によって動的に制御することができるか、又は、システムが始動若しくは再始動するときに常にアクティブとなることができる。コンデンサバンク消費減衰器が作動中に、どれほど大きな電流が流れ得るかという理想化された例である。コンデンサバンク消費減衰器バンド用の変調周波数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚであるべきである。
【００５５】
あるいは、より安価でより強固な解決手段は、電流が大きすぎるときに、電流を減少させる電気抵抗を充電が経ることを確実にする、事前充電回路を有することである。コンデンサバンクが特定の充電レベルに達し、電源が十分な電流を供給できるようになった後、回路は閉じる（電気抵抗の付近で短絡する）。抵抗の付近で自由流を可能にするスイッチの制御は、電流消費に関する情報を提供する電流計の測定値によって、始動時若しくは再始動時、又は両方の組み合わせでタイマーによって、自動的に行うことができる、図５。
【００５６】
複数の電極に対する最初のアプローチは、特許文献２において行われたが、特許文献２の教示と現在の方法との間には決定的な違いがある。典型的な５０〜６５Ｈｚ変圧器のサイズが大きいことにより、１つのみの変圧器にそれぞれ接続される必要があるより小さなセグメントで、１つの変圧器から他の変圧器への逆流を生じさせないように、エネルギーを制御することは困難である。このことは、特に、一部の植物が電気抵抗が小さな経路を提供する場合に、印加品質を非一様にし、印加装置の全体幅における良好な品質制御のための十分なエネルギーを伴うことなしに他の植物を残す。この技術は、システムの各変圧器及びそれぞれの電極を通る全電力を交互にし、０，０１〜２，０秒であるべき各整流サイクルで、低減した量の植物にエネルギーを「集中させる」。この技術は、多数の植物を同時に感電死させるために必要な全体エネルギー量を低減させるという言及された目的を有する。請求項は、２、３個の変圧器を有する５０〜６５Ｈｚシステムのための実際的な値を有するが、その技術は、同時に使用できる変圧器の可能な数を大きく制限する：ｘ個の変圧器がある場合、そのために１つの変圧器を個々に整流することができ、ｘ−１個の変圧器を切る必要がある。個々に制御される５０個の個々の変圧器を有する実際的な例において（例えば、ブラジルにおける広範な領域の大豆のための潜在的な機器の場合）、各変圧器について最小量（０，０１秒）の「オン時間」整流を使用するときでも、同じ電極を再びアクティブにするのに０，５秒かかる。その機器が農業用機器の妥当な標準速度である５ｋｍ／時間（１，４ｍ／秒）で移動する場合、例の電極セグメントは、再びアクティブになる前に０，７メートルを通過している。制御されるか又は感電死させられる大部分の侵入植物が０，７ｍ未満のサイズであるので、この方法は、より多くの並列変圧器／電極セグメントの場合には非現実的である。その上、システムは、各変圧器用の電極の必要性を最小化するためにＡＣ／ＤＣ変換器を必要とする三相変圧器とみなされる。変圧器は、３つの異なる接触点（Ａ、Ｂ及びＣ）−電極−を必要とし、この量を２つの電極（＋及び−）に低減するのでＡＣ／ＤＣ変換器にとって好都合である。特許文献２に記述される技術を用いて１つの変圧器の、２〜１００Ｈｚ（０，０１〜２，０秒）の範囲の単一の整流のための簡略化された回路が、図６に示される。あるいは、ここに記述される技術は、一度に１つの個々の変圧器のみ整流を「オン」にすることを宣言しない。コンデンサバンク消費減衰器で言及された同様の技術により、個々の変圧器の電流制御（パルス密度変調ＰＤＭ）は、各変圧器及びその対応する電極の個々の電流制御に比例する。個々の変圧器の電流制御は、サイクル自体を変調させる。これは、個々の変圧器の電流制御の周波数が、システムのＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）の周波数よりも低いためである。簡略化された回路が図７に示される。
【００５７】
ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）によるＰＷＭと、個々の変圧器のＰＤＭ電流制御とが組み合わされた理想化されたＰＷＭ形式が、図８に示される。
【００５８】
ＰＤＭによってＤＣを変調するコンデンサバンク消費減衰器、及び特許文献２に記述される技術−変調が主周波数（０，５〜１００Ｈｚ及び５０〜６５Ｈｚ）とおおよそ同じ周波数域である、雑草を感電死させる電子整流機器とは異なり、個々の変圧器のＰＤＭ電流制御は、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの提案された範囲で変調する。この周波数自体は、ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）の周波数よりも必ず低いが、特許文献２−雑草を感電死させる電子整流機器で提案されるよりも非常に高い範囲にある。それを考慮すると、その時には、個々の変圧器のＰＤＭ電流制御によって、提案される周波数でＰＤＭを作るような安価な技術が利用可能ではなかった。
【００５９】
他の条件が等しければ、変圧器のサイズが周波数に反比例することを考慮すると、周波数が高い（１ｋＨｚ〜１８ｋＨｚ以上）ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）ほど非常に小さな変圧器の使用が可能であり、より多くのより小さな電力変圧器を使用することが実現可能かつ可能である。
【００６０】
個々の変圧器のＰＤＭ電流制御と、より高い周波数のＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）との組み合わせは、セグメント間で電力を分割することのみならず、ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）の出力のＡＣのＰＷＭ制御によって各セグメントで個々に動的な精度で電流を制御することも可能にする。侵入植物の電気的制御にこれまで使用されていなかった、このトポロジを採用する２つの主な理由がある：トランジスタストレスの低下と、ＤＣ／ＡＣ変換器（通常は方形波ｈブリッジインバータ）のＤＣ入力の電圧を動的に調節する可能性とであり、動的及び急激に変化する電気抵抗（植物−土壌電気抵抗システム）を伴う場合でも、変圧器の一次側で（それゆえ、結果として二次側で）の電圧入力を調節して、変圧器の二次側で安定した電力の連続性を確保し、これは、ブースト、バック又はバック−ブーストのＰＦＣ回路トポグラフィ（図９）によってなされる。出力負荷が可変抵抗と同じように挙動するので、抵抗値が下がるときに、二次電流が比例して大きくなり、二次電圧を下げて同じ電力を保つ必要がある。制御ストラテジは、これらの条件でシステムの作動を確保するように機能し：負荷電流値が変化すると、それら個別のＰＦＣ回路でトランジスタが制御ストラテジを指揮することで、パラメータが変化し、ＤＣ出力電圧が修正され、その値を負荷に伝達する電力を一定に保つように適応する。
【００６１】
高周波変圧器での矩形波の使用：これは、インバータが生成できる波形である。マイナス面は、矩形波が、変圧器の二次コイルの電圧挙動を、特に、コイルが開いた回路に面するときに、劇的に変化させ得る高調波成分を有することである。
【００６２】
任意の電気除草システムが、非常に大きな電気抵抗経路を経るかもしれないため、このことは、開いた回路として二次側の変圧器コイルの観点から見ることができる。この事実により、電圧ピーク制限ストラテジの存在が、そのような任意の機器の安全な使用にとって鍵となる。高調波の相互作用によって生じるピークが、図１０に例示される。
【００６３】
（リーケージインダクタンスと巻線キャパシタンスとの間の）直列共振が開放負荷状況で励起され、大きな電圧ピーク及び望ましくない挙動を生じさせる。
【００６４】
以下の図は、開放負荷状況が生じるときの公称負荷に対する変圧器の二次電圧を示す。電圧ピークは、予想される公称出力が５ｋＶ未満であるときに１０ＫＶ超に達する（図１１）。
【００６５】
それらのピークを制限するための３つの代替案がある。第１の代替案として、変圧器が僅かなリーケージインダクタンスを有する場合、外部インダクタを変圧器と直列に追加することができ、またＤＣリンクと等しい最大値に電圧ピークをクランプするために使用することができる。この解決手段は、非常に強固であるという利点を有するが、適切に作動するために低磁性分散変圧器が必要になるという欠点を有し、公称条件での電圧ピークの低下により、伝達される利用可能な電力を低減させる。
【００６６】
簡略化された回路設計が、図１２に示される：この保護システムを伴わない場合（上）及び伴う場合（下）における所与の変圧器に関する電圧波形式のシミュレーションである。まず、図１３に示されるように二次巻線に負荷があり、その後に開放付加が生じる。
【００６７】
電圧ピークを回避するために、第２の代替案は、変圧器の二次コイルに電極と並列に整流器回路を追加することである。この解決手段は、非常に良好で正確な最大電圧制限を可能にするが、高周波システム用の（通常は高価な）高速ダイオードが必要になるという欠点を有する。抵抗器Ｒは、Ｖを制限するとともに過大な電力を損失しないほど十分に大きくなければならない、図１４。負荷を伴う場合と伴わない場合の波形は、著しい電圧の追加を伴わず、ほぼ同じである、図１５。
【００６８】
第３の代替案として、この場合に使用されるストラテジは、ＰＷＭ制御によって高調波成分を一次電圧から取り除き、準矩形波を作ることである。このことは、共振励起を抑制し、結果として過電圧ピークを抑制する。波は、最も問題となる高調波成分に一致するゼロ電圧段を有する。利点は、この解決手段が追加のハードウェアを必要としない点であるが、欠点は、電圧制限がより劣っており、各波中のゼロ電圧段の時間及び範囲によっては、変圧器が供給し得る全体電力及びシステムの電力密度を損ない得る点である。制御された矩形波による電圧の増大は、図１６に示されるように、負荷がないときに、より低い高調波の効果に制限される。
【００６９】
新規かつ革新的な回路、ソフトウェア及び新規素材（例えば、半導体用の炭化ケイ素及び透過性磁石用の結晶フェライト）の開発は、高性能ＨＦＴ（高周波変圧器）の使用を可能にする。開発された技術の通常比は、インバータ重量を考慮した上で１Ｋｇ／ＫＶＡ（０．１１／ＫＶＡ体積密度）とみなすことができる。これは、典型的な５０〜６５Ｈｚ変圧器の電力密度である１０Ｋｇ／ＫＶＡから１桁の低減である。システムの性能は、周波数が高くなると低下する。これは、インバータでの周波数が高いほど、熱損失が大きくなるためであり、望ましくない。周波数が（ある点まで）高くなると、変圧器のサイズ及びコストが小さくなり、望ましい。
【００７０】
周波数が高くなると、僅かな影響の低減を伴って変圧器のサイズ及びコストが抑えられる。これは、より高い周波数で抑えられない絶縁材によって確保された設定領域と、より高い周波数で必要になる電線の体積を増加させる表皮効果によって生じる。必要になる電線の体積の増加を抑制するための代替案は、リッツ線を使用することであるが、抑制は、空間を消費するコーティングで構成の各電線が個々に絶縁されなければならないので、制限される。
【００７１】
これら２つの事実から、軽量、低コスト及び高効率を組み合わせることができる最適な周波数範囲がある。炭化ケイ素（又は同様の素材）製のＩＧＢＴインバータ及び結晶性フェライト製の透磁性変圧器コアを使用する場合、この最適範囲は、１５〜３５ｋＨｚであり、１〜１００ｋＨｚで変化する妥当な値である。
【００７２】
各変圧器トポロジは、異なる周波数に対して異なる費用対効果の関係を有するが、組み合わせられた全ての可能性は、最適周波数ではなく、１５〜３５ｋＨｚの最適範囲を作り出す。
【００７３】
この関係が所与の固定ＨＦＴでどのように挙動するかを示す例として、非特許文献２がある。研究者らは、異なるものの略同等のＨＦＴパラメータを使用して、図１７に示されるように、３〜５ｋＨｚの最小コスト、最大電力密度及び最大効率を得た。もちろん、これは、選ばれたパラメータにより変化するが、コンセプトは、いずれの構成でも有効である。
【００７４】
コイル／リールシステム、電線、コア、コネクタ及び封入のみで構成されるが、高周波高電力変圧器の構成は、最新技術である。同じ構成では、線形態様で互いに干渉しない、相互に関係する変数の大きな配列を考慮に入れなければならない。個々の部分及びそれらの関係は、（２つ、３つ挙げるとすれば）以下のような変数を考慮しなければならない：表皮効果による損失、内部ケーブル、尖鋭度、巻線比、熱分散、磁性分散、コア透磁率、コア物理抵抗、潜在的なコロナ効果、巻線窓の最適サイズ、コア形状、直列高調波、並列高調波、小さな空間での高電圧絶縁、層分割、樹脂粘度などである。
【００７５】
磁性分散を低減するために、一次側と二次側との結合は、非常に強く、正確でなければならない。典型的なコイルは、層間に保護絶縁紙を伴って互いに上下に巻回され、この構成は、磁性分散をほとんど助長しない。ＨＴＦでは、それは可能ではない。これは、内部キャパシタンスを過度に生じさせ、それゆえ、内部電流、熱及び電力損失を生じさせるためである。一部の高電位差変圧器では、垂直スロットの長孔形成が用いられるが、ＨＴＦでは、小さなサイズと高電位差との組み合わせのため、必要な層の数を実現することができない。それゆえ、解決手段は、インターカレートされた３〜７個の二次−一次−二次の構造化されたスロットと、それらの間の絶縁紙とを組み合わせることである。表面上は簡単なこの解決手段は、小さな内部キャパシタンスでの低い磁性分散を保証する。そのような解決手段は、侵入植物の電気的制御の変圧器構成にこれまで使用されていなかった。３個のスロットのリール構造例が図１８に示される。
【００７６】
周波数が高いほど表皮効果が高まり、全体を通じて一様にではなく、電線の外側部分を通って不釣り合いに電流が流れる。そのため、電線は、リッツ編成されなければならない。リッツ線は、互いに電気的に絶縁された複数の素線から成る。
【００７７】
この事実は、より高い周波数のために−より多くの電線が必要とされる場合に周波数も制限し、伝導材／絶縁材の比を抑制する。これは、同じ量の導体に関して、線ゲージが小さいほど高い絶縁性を有する（リッツを構成する電線は、互いに絶縁されなければならず、そうでなければ１本の電線として挙動する）ためである。無限周波数は、リッツ構成にある電線を絶縁する無限量の絶縁材を必要とする。
【００７８】
効果の例として、このことは、より高い周波数を有し、以下のとおり、２１℃（７０°Ｆ）での２４ゲージＰＩＣ電話線の代表的なパラメータデータがある：
【００７９】
【表１】
2021503874.tif 000012
【００８０】
表面上は簡単なこの解決手段（リッツ線）は、高周波変圧器を使用する上で鍵となり、直交切断の表面積を大きく増大させ、それゆえ、設定半径の高周波電線を通過し得る最大電流を増大させる。そのような解決手段は、侵入植物の電気的制御の変圧器構成にこれまで使用されていなかった。通常、素線は、撚り合わされるか又は織り合わされるが、撚り合わせは、図１９に示されていない。
【００８１】
通常、容器への簡単な注ぎ込み法によって電子真空封入が生じる。このことは、容易かつ安価に行われるが、ＨＴＦに関する２つの問題を提示する：それは、変圧器を断熱する厚い樹脂層を形成し、時間と共に変圧器を不可避的に過熱させ、それは、コンポーネントのサイズが小さく、かつ閉鎖的であるため、より深い層に侵入しない。それらの事実のため、樹脂が通常気圧に留まる真空袋が使用される。低粘度樹脂の入口が、リールの中央最低点にあり、真空吸引部が中央最高点にあり、樹脂が空気出口点に到達する前に変圧器容積の全体を通過することを確実にするべきである。流れは、気泡が生じないことを確実にするために重力に逆らう。この処理は、変圧器の内部に空気のみならず、空っぽの空間もないことを確実にする。これらは両方とも、コロナ効果及び絶縁問題に寄与する。袋及び型を使用することができる。袋は、余分な樹脂が不要であるという利点を有し、型は、複数回にわたって再利用されるという利点を有する。図２０を参照されたい。
【００８２】
一方で、センサは、電気的に殺されるべき構造（雑草）を決定するが、同時に、残されるべき構造（有益な植物）も決定することができる。このことは、構造の目的を持った破壊が十分であることを意味し、それによって、有益な構造が、残ることが可能となり、殺されずに済む。
【００８３】
そのような制御回路は、個々の変圧器の電力制御技術に既に組み込まれており、それを作動させる外部センサのみを必要とする。このことは、運搬車両が、車両が部分的に自律式であるか又は自律式であるかにかかわらず、その印加装置と共に雑草構造に到達し、有益な構造を損なわないように移動することも意味する。そのようなシステムは、一般に自律式走行用としては存在するが、これまでに感電死と関連しては存在しない。
【００８４】
その上、このコンセプトは、除草パラメータ（周波数、電流、電圧、電圧ピーク、電力、エネルギー、電極の機械的な位置、印加及び火花の連続性）をプログラマブル集積回路（ＰＩＣ）によって電子的に制御することであり、このことは、新規な、より正確な、より効率的な、より有効性の高い使用を可能にするようにパラメータに影響を及ぼす技術に、センサを含める可能性を広げる。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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