JPH09503897A - 電気負荷の給電装置 - Google Patents

電気負荷の給電装置

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JPH09503897A JP7504933A JP50493394A JPH09503897A JP H09503897 A JPH09503897 A JP H09503897A JP 7504933 A JP7504933 A JP 7504933A JP 50493394 A JP50493394 A JP 50493394A JP H09503897 A JPH09503897 A JP H09503897A
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ソコロフ,ウラジミール
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ソコロフ,ウラジミール
シッキンガー,イワン
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Abstract

(57)【要約】 オーミック抵抗、誘導または容量負荷を給電するために、針状パルス列が使用され、その針状パルスが1ミリ秒よりも小さい持続時間を有する。負荷の公称電圧に対しはるかに高いパルス振幅により、効率のかなり増大が得られるが、負荷を損傷するとか、または、有効寿命を低下することがない。針状パルスは、一定振幅で、同一極性である。パルス電圧と公称電圧との比は、常に、1.7より大きい。

Description

【発明の詳細な説明】 電気負荷の給電装置 本発明は、所定の公称電圧を有する電気負荷へ給電する装置に関するもの で、この装置は、供給電圧源へ接続した入力と、負荷へ接続した出力とを備えて いる。 この種の装置は、最も単純な形式では、供給電圧源、例えば、蓄電池また は電気回路網を負荷へ接続する回路を閉じる機械的スイッチから成っている。最 も代表的な負荷は、白熱電球である。この回路には、さらに、過負荷用のヒュー ズも含まれる。 回路技術の特定の装置により、例えば、白熱電球の輝度を0%から100 %制御するために、負荷には、多かれ少なかれエネルギが送られる。これは、例 えば、ポテンショメータにより行われる。現在では、交流電圧の各半波を負荷へ 遅れた選択可能な時間で接続するサイリスタまたはトライアクスによる、いわゆ る位相角制御が、広く使用されている。 電気負荷への直流給電と電気負荷への交流給電とには、それぞれ、利点と 不利な点とがある。いくつかの試みが、増加した輝度と可視光発生量(与えられ た電力により)とを得るために効率を改善することにより、特に、白熱電球とほ かの照明装置について行われた。 電気負荷へ給電するために、パルス列の衝撃係数、即ち、負荷へ送られる 電力を0〜100%に決定する、パルス幅のパルス間隔即ち時間間隔に対する比 で、パルス状の供給電圧を印加するステップモータ等についても詳細に知られて いる。このパルス状給電の極端な場合では、純粋な直流が負荷へ給電される。そ の場合、パルス幅は100%であり、時間間隔は0%であって、これは、無限大 の衝撃係数(パルス/時間間隔)に相当する。電圧パルスの電圧の振幅は、それ ぞれの場合、負荷の公称電圧に相当しなければならない。 本発明の目的は、電気的エネルギーを高く発生するために、効率の低い、 特にオーミック抵抗、例えば、白熱電球の場合、しかし、純粋にまたは主に誘導 または容量の負荷の場合でも、従来技術に比較して電気負荷への給電効率を非常 に高くすることである。 本発明によれば、これは、針状パルスの列を負荷へ接続された出力へ印加 する鋭い針状パルスにより達成される。 理想的な場合、これらのパルスはディラック・サージ、即ち、極めて高い 大きさと極端に短いが、安定したパルス持続時間を有するパルスである。 負荷へ送られる針状パルスの振幅は、パルスを発生する、現在使用可能な 電子回路により制約される。現在使用可能な電子回路装置の場合、約100ナノ 秒の大きさのパルス持続時間が実現される。従って、非常に高い電圧を使用する ことが出来、これは、1または2位数の大きさの範囲だけ負荷の公称電圧より大 きい。 直流回路の場合、負荷へ送られる印加電圧が、決して公称電圧より実質的 に大きくないことに注意しなければならない。しかし、一方で、供給電圧と公称 電圧との商と、他方で、消費体(白熱電球の輝度)とこの消費体の有効寿命との 効率との間にほぼ比例関係があることが知られている。例えば、公称電圧100 ボルトの電球が、90ボルトまたはさらに80ボルトの電圧を供給されている場 合、効率は低下する。即ち、可視光の発生量は、明らかに低下する。しかし、効 率を低下すると、有効寿命は同時に増加する。供給電圧が反対に110ボルトま たは120ボルトに高くなると、効率、即ち、この場合、可視光発生量は改善さ れるが、これにより、有効寿命は低下する。供給電圧が公称電圧よりかなり高く なると、例えば、係数1.5倍に高くなると、負荷は短時間に破壊される。 本発明の装置により、負荷の有効寿命は、明らかに負の方向へ影響されず 、むしろ、伸びる。負荷へ印加される針状パルスは、極端に短い持続時間である ので、負荷は破壊されず、パルスの電圧が負荷の公称電圧より非常に高い場合で さえも、破壊されない。 本発明の装置の場合、針状パルスの衝撃係数は殆ど約0.3であり、これ は、例えば、パルス持続時間のパルス時間間隔に対する比3対10に相当する。 例えば、白熱電球へ給電している場合、同一可視光発生量が、本発明によ り、達成され、通常の交流電圧の代わりに、電球の公称電圧より数倍高い電圧振 幅を有する針状パルスが供給され、消費される電力は、初期に消費される電力の 内のわずかだけであることが分かった。 ディラック・サージのスペクトルを観察すると、多様な調波が見られる。 すべての成分は電気負荷に消費されている。特に、純粋に誘導性であるか、また は、誘導成分を含んでいる負荷の場合、ダイオードが負荷に対し並列であるが逆 方向に接続されている。これにより得られた効果は、潜在的反作用エネルギーが 、負荷へ戻されることである。 本発明により、針状パルスはパルス幅が一定であるが、同時に、極端に狭 く、比較的に高い電圧振幅である。そのパルスは常に直流パルスであり、即ち、 同一極性を有するパルスである。 負荷制御の調整は、パルス時間間隔の伸長を対応させることにより、簡単 に行われる。負荷の最大電力において、衝撃係数(パルス持続時間/パルス時間 間隔)は、この場合、可能な最大値0.3へ設定される。従って、供給電圧振幅 の公称電圧に対する対応する比は、約1.7(3の平方根)である。値の低い電 圧比(パルスの振幅/負荷の公称電圧)の場合、良い結果はもはや得られないが 、得られたエネルギー発生量は、従来技術と比較して、それでも良い。パルスの 振幅と負荷の公称電圧との比を高くするにつれて、得られる効果は良くなる。好 適なことは、1.7より大きい電圧比、特に、3より大きい値であり、特に、5 より大きい値が好適である。負荷の公称電圧は、パルス持続時間へ基準化された パルス時間間隔の平方根により割られた針状パルスの振幅よりも小さくてはなら ない(UZnom≧UB/平方根(tp/tI))。 短いパルスの場合、速いスイッチング速度を得るために、電子スイッチが 使用されなければならない。従って、本発明により、高速電子スイッチが、本装 置の入力と出力との間に配置されている。従って、例えば、電界効果形トランジ スタ(FET)またはバイポーラ形トランジスタが使用可能である。FETを高 速スイッチとして使用する場合、印加電圧による制御が行われる。バイポーラ形 トランジスタが使用される場合、FETの高オーミック入力抵抗またはバイポー ラ形トランジスタの低オーミック入力抵抗を考慮し、高速スイッチング速度を得 るために、電流制御が行われる。 高圧振幅の針状パルスを使用するには、環境への、具体的には、供給電圧 源へのマイナスの影響を防止する手段が必要である。本発明により、装置の入力 は、それに接続したLCフィルターを有する。この低域フィルターにより、エネ ルギーは針状パルスに適用することが出来、前記パルスを安定するが、同時に、 電圧源への反作用を防止する。 負荷から供給電圧源の方向へのエネルギーの逆流は、特に、装置の出力の 上流に接続された逆流阻止ダイオードにより防止される。 負荷へ供給される針状パルスの電圧の振幅は、針状パルス列の衝撃係数に 関係している。本発明にれよれば、公称電圧の値は、衝撃係数の平方根の計算に より、針状パルスの電圧の振幅に関係している。1:10の衝撃係数tI:tp と与えられた公称電圧に関して、針状パルスの電圧の振幅は、公称電圧の約3倍 より高くてはならない。従って、電圧パルスの所定のレベル(蓄電池電圧)に対 し、衝撃係数の平方根に相当する係数だけ蓄電池電圧より小さくてもよい。この 条件は、負荷が、実際に公称電力よりかなり大きい電力を受けるが、従来のよう に同じエネルギーを受けなければという必要条件に基づいて設定された。 上記概説の負荷制御の原理を具体的に適用する場合、本発明は、負荷は電 子ホーンまたはサイレンであることを前提としている。 電子サイレンは知られている。電子トランスジューサ(拡声器)は、増幅 器の最終段階を経て変調段階により駆動される。この既知の電子サイレンの動作 モードは、基本的にアナログである。一般に必要な音の大きさが、得られるもの とするならば(例えば、32mの距離で115dB)、かなりの電力がトランス ジューサへ送られなければならない。増幅器の最終段階の固有の出力インピーダ ンスを、負荷のインピーダンスへ適合させることが必要である。これにより、か なりの損失が発生する。 本発明による電子サイレンは、最終段階の電子スイッチを経て、電気音響 トランスジューサを電圧源、具体的には、蓄電池へ接続する針状パルス発生器を 有している。 本発明の実施態様は、添付図面により詳細に説明されるであろう。 図1は、電気負荷に給電する装置の基本回路図である。 図2は、理想的ディラック針状パルスに似た実際の針状パルスのパルス図 である。 図3は、針状パルス列を示す。 図4は、電気負荷に給電する装置の基本回路図であり、これは図1に説明 図として示されているだけである。 図5は、図4にブロックとして示された、実際の針状パルス(NIG)の 発生器の詳細な回路図である。 図6は、整流器(従来の)と針状パルス発生器NIG(本発明による)と により交流電圧源から白熱電球へ給電する回路装置を示している。 図7は、理想的調波発信と四つの異なるパルスの信号形とスペクトル写真 の比較図を示しており、二つの最上の列(図7(A)と7(B))に示されたパ ルスは、好適な針状パルス(Ni)に相当し、図7(C)と7(D)とは、なお も針状パルスとして使用可能である。 図8は、エネルギー源から負荷を経て流れる代表的エネルギーの流れの説 明図であり、三つの負荷のそれぞれの基本的に異なる効率により示されている。 図9は、電子サイレンに給電する構成図を示している。 図1により、蓄電池電圧UBを有する電圧源2は、スイッチング装置6を 介して接続された、公称電圧UZnomの負荷Lを有する。 電圧源2は、蓄電池、または、直流電圧UBを、例えば、220Vの主交 流電圧から変圧器、整流器および平滑コンデンサにより供給する従来の整流器装 置である。 この場合、負荷Lは、具体的には、オーミック抵抗、詳細に言えば、電気 白熱電球である。ここで説明する実施態様は、誘導と容量の負荷または複合負荷 (オーミック抵抗、誘導および容量の要素の組み合わせの負荷)にも適している 。しかし、本発明は、具体的には、白熱電球、電気音響トランスジューサおよび 圧電変換器などの低効率の、オーミック抵抗、誘導および容量の負荷で使用され る。 負荷としての電気音響トランスジューサの適用例として、電子サイレンが 以降に説明されており、これは優れたエネルギー発生の良い実施例を構成してい る。 図1に示されているように、蓄電池電圧UBは、本発明により、負荷Lの 公称電圧UZnomより遥かに高い。 スイッチング装置6において、針状パルス列(ディラック・パルスに似て いる)は、以降に詳細に説明する回路技術装置により蓄電池電圧UBから発生し 、蓄電池電圧UBに対応する個々のパルスの電圧の振幅と衝撃係数(パルス持続 時間/パルス時間間隔)とは、調節可能であり、0.3より大きくない。 図3に示されているように、そこに示された針状パルスは、蓄電池電圧U Bに対応するピーク振幅を有しており、この振幅は係数4だけ負荷の公称電圧U Znomより大きい。示された実施態様において、パルス持続時間tIのパルス時 間間隔tpに対する比は、約1:16である。個々のパルスの“周期的持続時間 ”は、不等性To>Tを保持している最初の周期Toを除いて、Tである。これ は回路技術により行われる。 図2は、個々の安定した針状パルスを拡大図で示している。この針状パル スは、(理想的)ディラック・パルスの近似値を構成している。本来の全パルス 持続時間はtIである。このパルス持続時間tIは、100ナノ秒より小さい立 ち上がり時間tL、約100(大きくて200)ナノ秒の“保持時間”tDおよ び500ナノ秒より小さい減衰時間tTを含んでいる。蓄電池電圧UBは、10 と1000Vとの間にある。 図4は、図1に説明図として単に示されているスイッチング装置6の詳細 図である。スイッチング装置の入力が左に示されており、これは蓄電池電圧UB を入力し、公称電圧UZnomを有する負荷Lが接続されている出力が、図4の右 に示されている。スイッチング装置の入力には、コイル62とコンデンサー64 とから成っているLCフィルターが配置されている。 この実施例においては、自己阻止FETとして設計された電子スイッチ6 6は、そのゲート端子Gにおいて印加電圧の針状パルス発生器NIG68により 制御される。この端子を経て、スイッチ66は、ONまたはOFFの状態を針状 パルス発生器へ信号する。その出力において、ダイオードD2は、負荷へ並列で あるが逆方向に配置されている。その出力と電子スイッチ66との間には、逆流 阻止ダイオードD1が配置されている。 針状パルス発生器68は、それに接続された電位差計70を有しており、 電位差計は主スイッチHSと直列に配置され、これにより、間隔または間隔持続 時間が最小から無限大まで調節可能である。無限大の時間間隔は、主スイッチの 解放により調節され、これは針状パルス発生器68のスイッチオフに相当する。 ここでは単純化のために省略されたほかの調節部材は、そのほかに、パルス持続 時間、針状パルス発生器の阻止と阻止解放、パルスの外部同期化と変調、および それらと独立してパルス時間間隔の調節を行う。 針状パルス発生器68の動作電流は、FETスイッチ66のソース端子S と針状パルス発生器68との間の接続と、針状パルス発生器68と図4に係る装 置の下方の共通母線との間の接続とを経由して流れる。 図5は、図4の針状パルス発生器68の詳細図であり、これは、実際に適 用する場合、小さい寸法(10×20×30mm)の一つのモジュールとして設 計される。それは、5〜100Vの蓄電池電圧UBについて設計される。10〜 1000Vで、20Wまでの蓄電池電圧UB用の少し大きいモジュールは、現在 利用可能な構成要素により可能である。電子構成要素の今後の発達により、数千 ボルトの範囲の電圧の針状パルス発生器は可能である。 本実施例の事前に設定された最大衝撃係数は、1:9である。ここでは詳 細に示されていない密封容器により、−20〜+60℃の、安定した動作温度範 囲が確実になる。 二つの端子HとLとの間には、抵抗体R2と、二つのダイオード10と2 0との直列接続が形成されている。電圧を印加すると、トランジスタT1のベー スの電位が高くなり、これにより、このトランジスタT1がオープンする。トラ ンジスタT1は、一定電流源として動作し、T1のエミッタに配置された抵抗体 R1の大きさに依存して、一定電流を抵抗体R2とダイオード20とへ送り、図 5の左上に示されたコンデンサーCを充電する。 図5の右へ、電流が、電圧分割抵抗体R13とR14とを通って同時に流 れ、従って、基準電流Urは前記これらの抵抗体の間で調節される。コンデンサ ーCが完全に充電されると、コンデンサーの電圧Ucは、基準電圧Urの約1. 05倍である。これは、二つの独立したトランジスタT3とT5とにより形成さ れたユニジャンクション・トランジスタUJTにより行われ、この場合、T3の ベースはT5のコレクタへ接続され、T5のベースはT3のコレクタへ接続され ている。トランジスタT3のエミッタE2の電位が基準電圧Urより高い限り、 UJTは、抵抗体R9とR10とを流れる電流を阻止する。 コンデンサーの電圧が、基準電圧のUrより約5パーセント大きい値にな ると直ちに、針状パルス(図2のtL)の前縁は立ち上がり始める。UJTを始 動すると、電流が抵抗体R9とR10とに流れ、そのエミッタと比較してそのベ ース電位が急速に低下するため、トランジスタT4は直ちに開く。針状パルスN I(ディラック・針状パルスに似ている)は、ダイオード40と50へ送られる 。次に、電流はダイオード60を通って抵抗体R7、R8へも流れる。 トランジスタT2のベースの電位が増加して、T2は開き、これにより、トラ ンジスタT1は瞬間的に阻止する。これにより、コンデンサーCの充電は中断さ れる。コンデンサーCに蓄えられたエネルギーは、トランジスタT4とダイオー ド40、50とを経て出力1’と2’とへ送られる。図2の持続時間tDは、図 5の回路においてコンデンサーの放電路により限定され、これはUJT、R10 、および抵抗体R9と抵抗体R6を含んでいるトランジスタT4のベース−エミ ッタ経路との並列接続により構成されている。 UJTの解放時間は、コンデンサーCが殆ど完全に放電するまで続く。こ のコンデンサーCは、最初の針状パルスの始動前においてのみ完全に空であった 。これは、最初の時間T0が比較的に長いためである。UJTの閉止は、図2の 時間tTにおいて行われる。 図6は、一方で負荷としての白熱電球に給電する従来の装置と、他方で本 発明の装置とを示す回路構成を示している。 220V交流電圧回路網は、それに接続された二つの変圧器TR1,TR 2を有する。TR1の二次側に、15Vの交流電圧が全波整流器により整流され 、12Vの白熱電球GBの出力ジャック端子へ送られる。その出力には、電流計 と電圧計とが配置されている。この消費体回路は、機械的主スイッチHSにより 制御される。 TR2の二次側のコイルは、48Vの交流電圧を全波整流器へ送る。この ようにして、約60Vの直流電圧の蓄電池電圧は、コンデンサーCEにおいて使 用可能である。 針状パルス発生器は、図5に関連して前述したように、針状パルス列をそ こから、発生する。針状パルスは、12V白熱電球が負荷として接続されている 出力へ送られる。ジャックプラグHSは、針状パルス時間間隔の制御部材として 働き、従って、各回路の完全な制御を最も容易な方法で可能にするように、それ に装着された電位差計を有する。 図6により設計された回路構成は、動作において、下方の給電装置、即ち 、本発明により設計された給電装置が、平均電力消費の半分だけで同一電球GB の輝度を生成することを明らかにした。 さらに、誘導負荷についての試験は、同様なエネルギー節減効果を明らか にした。例えば、圧力室付きの電気音響変換器(強力拡声器)は、本発明の装置 により誘導負荷として給電された。この場合でもまた、従来の装置と比較してか なりのエネルギー節減が達成された。 図6の実動作説明の配置は、低効率のオーミック抵抗負荷(白熱電球)の 従来タイプと発明的タイプとの給電の比較を比較している。 図7の左の部分は、理想的調波発振HSと、1:7.2から1:180の 広い範囲で異なるパルス/パルス時間間隔比の四つのパルス列との機能を示して いる。すべての発振機能の周期Tは、20ミリ秒の持続時間に:計画的に調整さ れており、これは、図の左下部分のHS機能の場合、50Hzの反復周波数その ものである。5種類の発振機能は、同一振幅Aを(計画的に)有する。 各発振機能についてフーリエ級数を容易に示すように、周期持続時間Tの 始めと終わりは、調波発振の正の半波のピークにおいて始まり、図7(E)の左 下までか、または、四つのパルス列のパルスの中央である。周期Tは、一つの全 サイクル回転、即ち、2π(rad)または360°としても示されている。 各パルスの持続時間は、その半分の“開放角”pとその半分の持続時間と の双方により示されている。 フーリエ分析により、発振機能が、設定された周波数と関連し近似した振 幅との純粋な調波発振の具体的な計算可能であって、かつ、測定可能な数を表す ように、すべての発振機能は、適切なフーリエ級数により説明することが出来る 。調波機能を一つにすると、基本機能を得る。 図7の左の五つの各発振機能の電圧は、図7の右に示されたスペクトルを 有する。ここで留意すべきことは、四つのパルス列の調波成分のスペクトルの振 幅が、一定の比率で描かれていないことである(図は針状パルス列のスペクトル 線を誇張して示している)。 お分かりのように、図7(E)のスペクトルの調波発振の振幅Aは、与え られた時間の範囲でその振幅に厳密に一致している。 しかし、パルス列のスペクトルは、ある量のいくつかの調波成分を生成す る。パルスが狭くなればなるほど、この量は大きくなる。 本発明により、衝撃係数1:3の針状パルスが使用されており、これらは 、図7(A),図7(B),および図7(C)の針状パルスのように、可能な限 り狭く、図7(D)の場合もそうである。 図7(D)のパルスは、それぞれ、個々のスペクトル線が非常に一様でな いスペクトルを有する。それらの振幅は、図7の説明図と反対に、その大きさは 非常に異なっている。 図7の上部に示された二つのスペクトルは、本発明の目的に特に有利なス ペクトルを構成している。実質的に理想的スペクトルは、図7(A)に示された パルス列により実現しており、大きさの程度に関し、これは現在利用出来る回路 装置により実際の適用において具体化されている。スペクトルの個々の成分は、 実質的にすべてが同一な大きさであり、それぞれは、非常に低い振幅値を有し、 図7(A)に示されているより非常に小さい。 これらの個々の成分の小さい振幅と短い持続時間とにより、この信号が送 られた回路の良好な安定性が得られるので、図7(A)の右に示されたスペクト ルは、特に有利である。 針状パルス発生器が、本発明の装置に使用され、1:180の衝撃係数で 図7(A)に示された針状パルスを発生すると、非常に多数の調波成分が得られ 、その振幅は、それぞれ、比較的に小さく、開放角p=1°=0.028rad を生成する。本実施例の相互に似た振幅は、それぞれ、パルス振幅の1パーセン ト より幾分小さいように、計算される。 上記考察は、オームの法則の有効な範囲で維持される。オームの法則の有 効性は、持続時間T(図3参照)が100ナノ秒より大きい場合に、明らかに存 在する。より短い持続時間は、電子構成要素が存在しないので、現在および予測 可能な将来において殆ど実現されない。 従って、前述の考察は、本発明のオーミック抵抗、誘導、容量および複合 の負荷に給電する非常に狭い針状パルスの利用は、常に、回路の動作の高い安定 性を生むことを示している。負荷を電圧源、特に、交流電圧源へ接続すると、過 渡状態が発生し、それらを防止するために回路技術により複雑な装置が必要とな る。このような問題は、本発明の針状パルスを使用することにより、極めて初期 から排除される。 図8は、エネルギーの流れの三つのケースを図示している。無損失なエネ ルギーの流れは、実際に適用する場合存在しない。 図8の左に示されたケースは、エネルギー源Qから消費体Vへの、理想的 100パーセントのエネルギーの流れであり、全エネルギーは仕事へ変換され、 即ち、“浪費エネルギー”はどのようなものでも発生しない。 図8の中央に示されたケース2は、実際の適用において頻繁に発生してい る状態を示しており、この場合、エネルギーの主要な部分(ここでは80パーセ ント)が、消費体において有効な仕事に変換され、20パーセントだけが損失す る。 図8の右に、ケース3が示されており、供給されたエネルギーの5パーセ ントだけが有効な仕事に変換され、残りは浪費エネルギーを構成している。この ケースは、供給された電気エネルギーの約5パーセントが、光に変換される白熱 電球にそのまま相当し、残りの95パーセントは、(非常に好ましくない)熱に 変換される。本発明による装置は、ケース3により概説された固有の状態の改善 をケース2へ行う。 上記考察は、主にオーミック抵抗の負荷へ払われる。しかし、本発明は、 同じように、誘導、容量または複合負荷へ適用することが可能である。このよう な負荷の活性エネルギーについて言及することは出来ないが、明らかなエネルギ ーの流れを考察すると、本発明による装置は、改善された効率を達成するだけで なく、向上された安定性も達成していることは明らかである。 図1と図4とに示された装置は、さらに、現在使用されているスイッチン グ装置では達成されない固有の利点を備えている。即ち、 a) 負荷をオンにすると、選択された各回路構成に従って、0ボルトの電圧が 回路に印加される。 b) 0から最大値まで無限に変えられる調整を行うことが、そのための回路技 術に関して特定の装置を必要とせずに、可能である。針状パルス(NI)を発生 するために使用されるパルス発生器は、パルス時間間隔の交替を特に浪費するこ となく行うことが出来る構造である。 図9は、電子サイレン100の構造をブロックダイアグラムにより示して いる。指数ホーンを備えた電気音響トランスジューサ106は、ここでは特に関 連のない増幅器回路の最終段階104へ接続されている。最終段階104の図示 されたスイッチは、実際には、半導体の構成要素の形で形成されており、針状パ ルス発生器(NIGI)102により制御され、NIG 102からのディラッ ク・針状パルスの周波数は、420Hz(厳密に言えば:第一調波発振)であり 、サイレンの標準周波数に相当する。最終段階104のスイッチは、電気音響ト ランスジューサ106をLCフィルター105(コイルとコンデンサー)を介し て蓄電池108へ接続されている。NIG 102は、それ自体が既知でありか つ電子サイレンに広く使用されているプログラム制御器である制御装置112に より制御される。実際に適用するに当たっては、最終段階104は、本質的に前 述スイッチだけで構成している。 既知の電子サイレンとは反対に、図9のサイレンの動作モードは、純粋な デジタル特性である。 図9に示されたサイレンの本質的利点は、本質的に、零入力電流が流れな いことである。針状パルスが最終段階へ送られないと、最終段階により構成され たスイッチは、本質的に開いている。最終段階の出力の内部抵抗は、本質的にゼ ロであり、本質的に損失がなく動作を行う。 ここで使用された針状パルスの特性により、全サイレン音を全体で発する 420Hzの動作周波数のほかに、多数の調波発振が、ここでは存在する。 図9のサイレンは、特に有利な状態で、それ自体既知の“マスキング効果 ”の生成を可能にする。この効果は、二つの周波数の発生により行われ、この周 波数は密接に隣接しているが、お互いに明確に異なり、全体係数により相互関係 はなく、図9では、別のNIG 110がこの最終段階へ接続されている。 NIGIIの周波数は、NIGIの周波数に関し、若干、小さく設定されて いる。この制御モードにより、サイレン音が発生し、この音は−心理的音響のた めに−これを聞く人には、同じ強さの二つの同一音源により発生した音よりも大 きいと感じられる。これに代わるものとして、前記NIGIIを別個にほかの最終 段階に加え、電気音響トランスジューサを二つの最終段階へ接続することもでき る。 さらに、複数の電気音響トランスジューサが、並列、直列または、並列及び直 列の形で、最終段階104または前記一対の最終段階へ接続することも出来る。 図面に示されていない実際の実施態様では、図9に示されたタイプの複数 のサイレンが、サイレン塔に配置されており、各電気音響トランスジューサの指 数ホーンが、異なる高さで、この塔の垂直軸に対し異なる放射角で配置されてい る。 NIGI 102とNIGII 110とは、NIG 68と同様に設計さ れている(図5)。 実際のテストは、本発明による電子サイレン100が、約1/3の電力で だけで、従来の電子サイレンの音響力を発生することが出来ることを示している 。従って、本発明の電子サイレンは、低価格の電子部品で組み立てることが出来 る。 サイレン100がスイッチオンされない場合、実質的に、零入力電流はN IGI 102に流れないので、NIGII 110と最終段階104には、電流 が、この状態において殆ど流れない。それでも、サイレン100をスイッチオン すると、電子構成要素の“ウオームスタート”がある。 希望するならば、本発明のサイレン100は、非常に高い供給電圧、例え ば、400Vにおいて動作することが出来る。 本発明の装置により、交流電気モータを操作する回転磁界を発生し、かな りのエネルギー節減と単純化とが、従来のモータ制御と比較して、同期化におい て達成されることが可能である。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1995年5月30日 【補正内容】 特許請求の範囲 1.所定の公称電圧(UZnom)を有する電気負荷(L)に給電し、供給 電圧源へ接続する入力と負荷(L)へ接続する出力とを備え、 針状パルス(NI)の列を負荷へ接続された出力へ供給する針状パルスシェー パー(6,68)を有する装置において、 針状パルス(NI)の電圧振幅(UB)が、少なくとも係数1.7倍で、しか し、大きくても“パルス持続時間により割り算されたパルス時間間隔の持続時間 の平方根”(UB≦UZnom・平方根(tp/tI))の係数倍で公称電圧(U Znom)より大きいことを特徴とする前記装置。 2.所定の公称電圧(UZnom)を有する電気負荷(L)に給電し、供給 電圧源へ接続する入力と負荷(L)へ接続する出力とを備え、 針状パルス(NI)の列を負荷へ接続された出力へ供給する針状パルスシェー パー(6,68)を有する装置において、 針状パルス・シェーパー(6,58)が、 (a)一定電流源(T1)により充電されるように形成されたコンデンサー( C)と; (b)二つの抵抗体(R13,R14)で形成され、基準電圧(Ur)を発生 するように働く電圧分配器と; (c)基準電圧(Ur)とコンデンサー電圧(UC)とへ接続され、コンデン サー電圧(UC)が基準電圧(Ur)より僅かに高くなると直ちに始動するユニ ジャンクショントランジスタ(UJT)と; (d)ユニジャンクショントランジスタ(UJT)とコンデンサー(C)とへ 接続され、前記ユニジャンクショントランジスタ(UJT)を始動することによ り、一つの針状パルス(NI)の持続時間の間伝導状態へ切り換えられる最終段 階(T4)と; を有する電子回路により構成されていることを特徴とする装置。 3.針状パルス(NI)の電圧振幅(UB)が少なくとも係数1.7で公 称電圧(UZnom)より大きいことを特徴とする請求項2記載の装置。 4.針状パルス(NI)の電圧振幅(UB)が、大きくても“パルス持続 時間により割り算されたパルス時間間隔の持続時間の平方根”(UB≦UZnom ・平方根(tp/tI))の係数倍で公称電圧(UZnom)より大きいことを特 徴とする請求項2または3記載の装置。 5.針状パルス(NI)がそれぞれ一定のパルス幅(tI)であり、二つ の隣接した針状パルス(NI)の間の時間間隔(tp)だけが可変であることを 特徴とする請求項1乃至ら4記載の装置。 6.衝撃係数(tI/tp)が“0”より僅かに高い値から0.3までの 範囲にあり、tIが一定のパルス持続時間であり、tpが可変パルス時間間隔で あることを特徴とする請求項5記載の装置。 7.針状パルス(NI)が一定の電流パルス、即ち、同一極性のパルスで あることを特徴とする請求項1乃至6記載の装置。 8.ダイオード(D2)が負荷(L)へ並列であるが、逆方向に接続され ていることを特徴とする請求項1乃至7記載の装置。 9.装置が高速電子スイッチ(66)を有することを特徴とする請求項1 乃至8記載の装置。 10.入力が、入力へ接続されたLCフィルター(62,64)を有する ことを特徴とする請求項7に記載の装置。 11.出力がその上流に接続された逆流阻止ダイオード(D1)を有する ことを特徴とする請求項1乃至10記載の装置。 12.負荷が主要なオーミック抵抗、誘導または容量の負荷であることを 特徴とする請求項1乃至11記載の装置。 13.負荷が白熱電球であることを特徴とする請求項12に記載の装置。 14.針状パルス(NI)が、大きくて1000ナノ秒、好適には大きく て700ナノ秒の全持続時間を有することを特徴とする請求項1乃至13記載の 装置。 15.針状パルス(NI)が大きくて100ナノ秒の立ち上がり時間を有 することを特徴とする請求項1乃至第14記載の装置。 16.針状パルス(NI)が大きくて200ナノ秒、好適には大きくて1 00ナノ秒の持続時間(tD)を有し、これが機能的推移により決定されること を特徴とする請求項1乃至15記載の装置。 17.針状パルス(NI)が大きくて500ナノ秒の減衰時間を有するこ とを特徴とする請求項1乃至16記載の装置。 18.針状パルスの最小の周期持続時間(T)が約100ナノ秒であるこ とを特徴とする請求項1乃至17記載の装置。 19.負荷が電子サイレン(100)であることを特徴とする請求項1乃 至12,14乃至18記載の装置。 20.針状パルス発生器(102)が、電流源(108)をサイレン(1 00)の電気音響トランスジューサ(106)へ接続している増幅器の最終段階 (104)を制御することを特徴とする請求項19記載の装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD),AM,AT, AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C Z,DE,DK,ES,FI,GB,GE,HU,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LT,LU, LV,MD,MG,MN,MW,NL,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SI,SK,TJ ,TT,UA,US,UZ,VN (72)発明者 ソコロフ,ウラジミール スロベニア リュブリャナ セロブスカ 136,ディ― 61107

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.供給電圧源へ接続された入力と負荷(L)へ接続された出力とを有し 、所定の公称電圧(UZnom)を有する電気負荷(L)に給電する装置において 、 針状パルス(NI)の列を負荷へ接続された出力へ送る針状パルスシェーパー (6,68)を特徴とする装置。 2.針状パルスがそれぞれ一定のパルス幅であり、二つの隣接した針状パ ルスの間の時間間隔だけが可変であることを特徴とする請求項1に記載された装 置。 3.衝撃係数(tI/tp)が“0”より僅かに高い値から0.3までの 範囲にあり、tIが一定のパルス持続時間であり、tpが可変パルス時間間隔で あることを特徴とする請求項に記載の装置。 4.針状パルス(NI)の電圧振幅が、公称電圧より、少なくとも係数1 .7倍で大きいことを特徴とする請求項1乃至3記載の装置。 5.針状パルスが一定の電流パルス、即ち、同一極性のパルスであること を特徴とする請求項1乃至4記載の装置。 6.ダイオード(D2)が負荷(L)へ並列であるが、逆方向に接続され ていることを特徴とする請求項1乃至5記載の装置。 7.装置が高速電子スイッチ(66)を有していることを特徴とする請求 項1乃至6記載の装置。 8.入力が、入力へ接続されたLCフィルター(62,64)を有してい ることを特徴とする請求項7記載の装置。 9.出力がその上流に接続された逆流阻止ダイオード(D1)を有するこ とを特徴とする請求項1乃至8記載の装置。 10.負荷が主要なオーミック抵抗、誘導または容量の負荷であることを 特徴とする請求項1乃至9記載の装置。 11.負荷が白熱電球であることを特徴とする請求項10記載の装置。 12.負荷の公称電圧が、パルス持続時間へ基準化されたパルス時間間隔 の平方根により割り算された針状パルスの振幅の商(UZnom≧UB/平方根 (tp/tI))より小さくないことを特徴とする請求項1乃至第11記載の装 置。 13.針状パルスが、大きくて1000ナノ秒、好適には大きくて700 ナノ秒の全持続時間を有することを特徴とする請求項1乃至12記載の装置。 14.針状パルスが大きくて100ナノ秒の立ち上がり時間を有すること を特徴とする請求項1乃至13記載の装置。 15.針状パルスが大きくて200ナノ秒、好適には大きくて100ナノ 秒の持続時間tDを有し、これが機能的推移により決定されることを特徴とする 請求項1乃至14記載の装置。 16.針状パルスが大きくて500ナノ秒の減衰時間を有することを特徴 とする請求項1乃至15記載の装置。 17.針状パルスの最小の周期持続時間(T)が約100ナノ秒であるこ とを特徴とする請求項1乃至ら16記載の装置。 18.負荷が電子サイレン(100)であることを特徴とする請求項10 記載の装置。 19.針状パルス発生器(102)が、電流源(108)をサイレン(1 00)の電気音響トランスジューサ(106)へ接続している増幅器の最終段階 (104)を制御することを特徴とする請求項18に記載の装置。
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