CN102612246A - 静电消除器 - Google Patents

Abstract

提供了一种脉冲AC型静电消除器，其中一般情况下由变压器构成的初级升压电路不需要具有较佳的绝缘性能。在静电消除器中，正极性的高压生成电路的输出线与负极性的高压生成电路的接地端连接，以向共享放电电极交替施加正负极性的高电压。负极性的变压器的次级绕组的接地端端子接地，并且这个接地端端子不与负极性的次级升压整流电路连接。

Description

静电消除器

技术领域

本发明涉及一种从共享的放电电极交替发射正负极性离子来使带电体(工件)不带电的静电消除器。

背景技术

静电消除器已经被用于用离子氛来填充工件的周围，以便使带电工件不带电。静电消除器可以划分为AC型和DC型，AC型向共享放电电极交替施加正负极性的高电压，DC型向两个放电电极中的一个施加正极性的高电压并且向另一个放电电极施加负极性的高电压。通常认为，当放电电极和带电体之间的间距相对较大时，在放电电极中生成的离子需要时间来到达带电体，并且因此在各个放电电极中生成相同极性离子的DC型静电消除器是比较适合的。另一方面，认为当放电电极与带电体之间的间距相对较小时，借助同一个放电电极交替生成正负极性的离子的AC型静电消除器比较合适。

下面将说明AC型静电消除器的发展历史。首先，正如在未审查的日本专利公开第2005-183350号中所看到的，开发出了一种由变压器对民用AC电源的电压进行升压并且将这一经过升压的AC高电压供应给共享放电电极的系统。根据这种系统，向放电电极供应正负高电压的频率是由AC电源的频率决定的，从而造成了难以改变要施加给放电电极的正负高电压的频率和占空比的问题。

众所周知，希望根据放电电极与带电体(工件)之间的间隔和来自工件方的请求来选择要施加给放电电极的正负高电压的频率和占空比。尤其是在对正在运动的细长薄膜、纸张等进行均匀消电的情况下或者在对易于充电的带电体进行消电的情况下，希望以相对较高的频率生成正负离子。为了对此做出响应，开发出了未审查的日本专利公开第2000-58290号的静电消除器。

本说明书所附的图1示出了未审查日本专利公开第2000-58290号中公开的静电消除器的典型高压电源电路。参照图1，图中所示的静电消除器100配备有正极性的第一高压生成电路102和负极性的第二高压生成电路104，并且这些第一和第二高压生成电路102和104经由分别起到阻抗作用的第一和第二电阻器106和108与放电电极110相连接。

在图1的这个静电消除器100中，电源经由第一主开关元件112供应到正极性的第一高压生成电路102，并且电源经由第二主开关元件114供应到负极性的第二高压生成电路104。因此，根据这种静电消除器100，第一和第二主开关元件112和114的接通/关断操作交替进行，从而一个主开关元件112(114)被接通时另一个主开关元件114(112)被关断，并且从而可以向同一个放电电极110交替施加正负极性的脉冲状高电压。而且，改变第一和第二主开关元件112和114的接通/关断周期可以自由地改变频率，并且进一步地，改变第一和第二主开关元件112和114的接通/关断周期可以改变正/负极性的高电压的占空比。

出于与前面图1的静电消除器100相同的目的，还开发出了未审查日本专利公开第2004-55442号中公开的静电消除器。本说明书所附的图2示出了未审查日本专利公开第2004-55442号中公开的典型高压电源电路。在图2中，与前面图1的静电消除器100相同的元件具有相同的参考标号，以省略对其说明，并且将会针对图2中所示的静电消除器120的特征部分给出说明。

参照图2，与前面图1的静电消除器100一样，图中所示的静电消除器120配备有两个(第一和第二)高压生成电路102和104，并且AC电源经由主开关元件122供应给正极性的第一高压生成电路102。负极性的第二高压生成电路104中的输出线128与正极性的第一高压生成电路102的接地端连接，并且由负极性的第二高压生成电路104生成的高电压经由正极性的第一高压生成电路102输出到共享放电电极110。

根据图2的静电消除器120，在为负极性的第二高压生成电路104连续供应电源的同时，该第二高压生成电路104连续生成负极性的高电压。然后，当针对正极性的第一高压生成电路102的主开关元件122接通时，在正极性的第一高压生成电路102中生成正极性的高电压。

因此，当单独一个主开关元件122被接通时，将通过合成第一高压生成电路102生成的电压和第二高压生成电路104生成的电压所得到的高电压施加到放电电极110上。应当注意，当主开关元件122被关断时，由第二高压生成电路104生成的负极性的高电压被施加到放电电极110上。

下面将会给出更加具体的说明，其中将正极性的由第一高压生成电路102生成的电压表述为″Vp″，将负极性的由第二高压生成电路104生成的电压表述为″Vn″，并且将施加到放电电极110的电压(输出电压)表述为″Vo″。当单一主开关元件122关断时，负极性的第二高压生成电路104的输出电压Vn基本上都被施加给放电电极110(Vo＝Vn)。另一方面，当主开关元件122为接通时，通过合成第一和第二高压生成电路102和104生成的电压而获得的输出电压(Vp+Vn)基本上都被施加给了放电电极110(Vo＝Vp+Vn)。

因此，当+5000V的高电压和-5000V的高电压被交替施加给共享放电电极110时，需要第一高压生成电路102所生成的电压Vp是输出电压Vo的两倍。

应当注意，图2的这种静电消除器120中也与前面图1的静电消除器100中一样，改变单一主开关元件122的接通/关断周期能够自由改变频率，并且，改变主开关元件122的接通/关断周期能够改变正/负极性的高电压的占空比。

发明内容

在图1的静电消除器100的高压电源电路中，当第一主开关元件112接通并且第二主开关元件114关断时，正极性的第一高压生成电路102经由负极性的第二高压生成电路104接地，并且因此正极性高压生成电路102所生成的电压Vp被分到第一和第二电阻器106和108中，然后被施加到放电电极110。类似地，当第一主开关元件112关断并且第二主开关元件114接通时，负极性的第二高压生成电路104经由正极性的第一高压生成电路102接地，并且因此这一负极性的第二高压生成电路104所生成的电压Vn被分到第一和第二电阻器106和108中，然后被施加到放电电极110。因此，正负极性的高压生成电路104和106各自的部分能力实际上是无效的。

另一方面，在图2的静电消除器120的高压电源电路中，只有正极性的第一高压生成电路102的部分能力实际上是无效的，如上所述。在这点上，与图1的静电消除器100相比，图2的静电消除器120能够减小负极性的第二高压生成电路104的大量负担。由此，后面将会说明，当高压电源电路中包含科克罗夫-瓦尔顿电路(倍电压整流电路)时，会有实现其级数减少的优点，从而减少了部件数量。

不过，在图2的静电消除器120中，正极性的第一高压生成电路102中的变压器124需要具有较佳的绝缘性能，这样就造成了不得不增大变压器124大小的问题。这个问题将会在下面具体说明。在图2的静电消除器120中，由于负极性的第二高压生成电路104中的输出线128与正极性端的变压器124的次级绕组126的接地端端子连接，因此当主开关元件122为关断时，正极性高压生成电路102中包含的正极性端变压器124的次级绕组126的接地端端子进入被施加由负极性的高压生成电路104生成的高电压Vn的状态。

在这一高电压Vn是可以电晕放电的电压的情况下，当主开关元件122关断时，需要防止在变压器124内部发生电晕放电，即在初级绕组132和次级绕组126之间发生电晕放电。换句话说，当主开关元件122为关断时，变压器124需要在初级绕组132和次级绕组126之间具有较佳的绝缘性能，从而防止由负极性高电压Vn造成的在变压器124内部发生电晕放电。

一般来说，变压器内部的绝缘是通过增加初级绕组和次级绕组之间的距离实现的，并且也可以通过增加次级绕组与内芯之间的距离来实现。由此，在图2的静电消除器120中，需要采用初级绕组132和次级绕组126之间的间隔较大并且次级绕组126和内芯之间的间隔较大的变压器，来作为要在正极性的第一高压生成电路102中采用的变压器124。图2的静电消除器120的第一高压生成电路102可以采用的变压器的例子可以例如包括未审查日本专利公开第2006-173356号中公开的变压器，该变压器具体来说是通过分别围绕着独立的轴心缠绕初级绕组和次级绕组而获得的变压器。

不过，在初级绕组132和次级绕组126之间具有较大间距的变压器具有相对较低的功率转换效率，此外，在次级绕组126和内芯之间具有较大间距的变压器具有更低的功率转换效率。无论如何，为了解决图2的静电消除器120的问题，别无选择，只有采用极端庞大的变压器来作为要加入到正极性的第一高压生成电路102中的变压器124。不必说，这会引起静电消除器120尺寸变大。尤其是在静电消除器包括多个放电电极的情况下，加入这样尺寸巨大的变压器将会变成缩小静电消除器大小的巨大阻碍。

本发明的目的是提供一种静电消除器，前提是它是脉冲AC型静电消除器，并且其中一般情况下由变压器构成的初级升压电路不需要具有较佳的绝缘性能。

本发明的另一个目的是提供一种前提是脉冲AC型静电消除器并且能够减少高压电源电路的部件数量的静电消除器。

在说明本发明的基本概念结构之前，首先，将会参照图3说明本发明的典型具体实例的基本结构。应当注意，在图3中，对于与前面图1和2中相同的元件，使用了相同的参考标号。通过与前面图2的传统静电消除器120相比较立刻就可以知道，在作为本发明具体实例的静电消除器200中，负极性的第二高压生成电路104与正极性的第一高压生成电路102的接地端连接。因此，负极性的第二高压生成电路104生成的高电压Vn经由正极性的第一高压生成电路102中的输出线202施加到放电电极110上。此外，正极性的第一高压生成电路102中的变压器124的次级绕组126的接地端端子接地，并且这个接地端端子与第二高压生成电路104中的输出线204断开。

在根据本发明的图3的高压电源电路中，电源206经由第一和第二主开关元件112和114分别与正极性的第一高压生成电路102和负极性的第二高压生成电路104连接。因此，进行第一和第二主开关元件112和114的交替接通/关断控制能够向共享放电电极110交替施加正负极性的高电压。

应当注意，可以使得图解说明的例子中的正极性的第一高压生成电路102和负极性的第二高压生成电路104具有反相的关系。就是说，可以在第一高压生成电路102中生成负极性的高电压，并且可以在第二高压生成电路104中生成正极性的高电压。

在具有本发明的典型具体实例的基本结构的高压电源电路(图3)中，如前所述，当第一主开关元件112关断并且第二主开关元件114接通时，在负极性的第二高压生成电路104中生成高电压，所生成的电压Vn通过正极性的第一高压生成电路102中的输出线202施加给共享放电电极110。不同于图2的传统静电消除器120，在正极性的第一高压生成电路102中包含的变压器124中，次级绕组126接地并且次级绕组126的接地端端子与负极性的第二高压生成电路104断开，从而由第二高压生成电路104生成的负极性的高电压Vn不会被施加给这一次级绕组126。

由此，在根据本发明的静电消除器200中，不需要正极性的第一高压生成电路102中包含的变压器124像图2的传统静电消除器120一样具有较佳的绝缘性能，并且例如，可以使用未审查日本专利公开第2007-250841号中公开的典型倒相变压器。此外，对第一和第二主开关元件112和114在接通/关断之间交替切换能够交替地向共享放电电极110施加由正极性的第一高压生成电路102生成的电压Vp和由负极性的第二高压生成电路104生成的电压Vn。此外，虽然在所图示的例子中，第二高压生成电路104生成的电压Vn被施加给第一高压生成电路102中包含的电容器C1，但是可以相对轻松地获得具有高压电阻的电容器，即使是尺寸很小的电容器。这可以帮助避免图3的静电消除器200由于应用的原因而尺寸变大。

因此，从概念上讲，如图4中所示，根据本发明的静电消除器250具有向共享放电电极110交替施加正极性高电压和负极性高电压的高压电源电路252。高压电源电路252具有：生成正极性或负极性高电压的第一高压生成电路254；生成极性与第一高压生成电路254生成的高电压相反的高电压的第二高压生成电路256；为第一高压生成电路254接通/关断电源的第一开关电路258；为第二高压生成电路256接通/关断电源的第二开关电路260；和控制第一和第二开关电路258和260的接通/关断的控制器262。第一高压生成电路254具有升高经由第一开关电路258供应的电源电压的第一初级升压电路264，和进一步升高从第一初级升压电路264输出的已升高电压以使得该电压更高且同时对该已升高电压进行整流的第一次级升压整流电路266。第二高压生成电路256具有升高经由第二开关电路260供应的电源电压的第二初级升压电路268，和进一步升高从第二初级升压电路268输出的已升高电压以使得该电压更高且同时对该已升高电压进行整流的第二次级升压整流电路270。第一和第二初级升压电路264和268在输出端接地。第一次级升压整流电路266与放电电极110连接。第二次级升压整流电路270接地，同时第二次级升压整流电路270经由第一次级升压整流电路266耦接至放电电极110。

将借助前述图3的具体实例来具体说明如下的图4中所示的各个构成元件。

(1)图3中所示的正极性第一高压生成电路102相当于图4中所示的第一高压生成电路254。

(2)图3中所示的负极性第二高压生成电路104相当于图4中所示的第二高压生成电路256。

(3)图3中所示的正极性的第一高压生成电路102中包含的变压器124相当于图4中所示的第一初级升压电路264。

(4)图3中所示的负极性第二高压生成电路104中包含的变压器208相当于图4中所示的第二初级升压电路268。

(5)图3中所示的正极性的第一高压生成电路102中包含的科克罗夫-瓦尔顿电路210相当于图4中所示的第一次级升压整流电路266。应当注意，科克罗夫-瓦尔顿电路210是公知的，并且是以电容器C1和C2以及二极管D1和D2的组合为单位构成的。由于可以通过增加电容器C1和C2以及二极管D1和D2的组合的数量(即级数)来倍增电压，因此这个科克罗夫-瓦尔顿电路210被称为倍电压整流电路。

(6)图3中所示的负极性第二高压生成电路104中包含的科克罗夫-瓦尔顿电路212相当于图4中所示的第二次级升压整流电路270。

因此，根据本发明，升压部件(典型地是构成第一和第二初级升压电路264和268的各个变压器)不需要具有较佳的绝缘性能。此外，由于不存在传统静电消除器100(图1)和120(图2)中很成问题的由高压生成电路102和/或104生成的高电压部分无效的问题，第一和第二次级升压整流电路266和270的输出电压可以以基本独立的方式施加到共享放电电极110。因此，第一和第二次级升压整流电路266和270可以基本上具备生成要施加给放电电极110的正负极性的高电压的能力。出于这一原因，当这些第一和第二次级升压整流电路266和270是例如由科克罗夫-瓦尔顿电路210和212构成时，可以使其级数很小。

此外，关于″第一和第二初级升压电路264和268接地″等句子中包含的术语″接地″，这一术语″接地″例如并不局限于图3中所示的正极性高压生成电路102中包含的正极性端变压器124的次级绕组126的接地端端子直接接地，还可以包括次级绕组126的接地端端子经由电阻器、电容器等等接地。

在本发明的优选实施方式中，各个第一和第二次级升压整流电路264、266、268和270是由包括电容器的倍电压整流电路构成的，并且此外还具有与至少一个倍电压整流电路的电容器并联连接的阻抗元件或开关元件，从而可以使静电消除器的输出波形接近于矩形脉冲状波形。

此外，在本发明的优选实施方式中，在第一次级升压整流电路316的输入部分中设置了电容器C1和齐纳二极管452，从而可以将过电压从第一初级升压电路264的接地端端子放电到地。

附图说明

图1是传统静电消除器中包含的高压电源电路的电路图；

图2是另一种传统静电消除器中包含的高压电源电路的电路图；

图3是表示本发明中包含的静电消除器的高压电源电路的具体基本结构图的示意图；

图4是本发明的基本概念结构图；

图5是第一实施方式的静电消除器的结构图；

图6是表示图5中所示的静电消除器的变型实施方式的示意图；

图7是解释为什么可以采用压电元件(压电变压器)作为根据本发明的静电消除器的初级升压电路的示意图；

图8是作为图5的变型实施方式的，结合了压电变压器作为初级升压电路的静电消除器的结构图；

图9是表示结合了使得电容器与变压器的电感谐振的开关电路的实施方式的静电消除器的范例的示意图；

图10是表示变型实施方式的开关电路的示意图；

图11是表示另一种变型实施方式的开关电路的示意图；

图12是表示另一种变型实施方式的开关电路的示意图；

图13是表示再一种变型实施方式的开关电路的示意图；

图14是解释该实施方式的脉冲AC型静电消除器存在的问题的示意图；

图15是表示已经采取了补救措施来使得该实施方式的脉冲AC型静电消除器的输出波形接近于矩形脉冲波形的静电消除器的示意图；

图16是解释图15中所示的静电消除器的输出波形的示意图；

图17是表示图15的静电消除器的变型实施方式的示意图；

图18是表示类似于图15和17的静电消除器，已经采取了使得输出波形接近于矩形脉冲波形的另一种补救措施的该实施方式的静电消除器的示意图；

图19是解释杂散电容对输出波形施加的影响的示意图，杂散电容一般来说被看做是静电消除器的问题之一；

图20是表示已经采取了补救措施对抗杂散电容的实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图21是表示已经采取了另一种补救措施对抗杂散电容的实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图22是解释将杂散电容中储存的电荷发射到地的开关元件SWs的接通时机的示意图；

图23是表示已经对次级升压整流电路中包含的电容器采取了保护措施的该实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图24是表示已经采取了防触电措施的实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图25是表示已经采取了防触电措施的另一种实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图26是表示适合于确保固定比率的离子平衡的该实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图27是表示适合于确保固定比率的离子平衡的另一个实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图28是表示能够以简单方式调节离子平衡的该实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图29是表示配备了对离子平衡控制所需要的放电强度进行检测的装置等的该实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图30是表示对用于离子平衡控制的放电强度进行检测的半波整流电路的示意图；

图31是表示对用于离子平衡控制的放电强度进行检测的全波整流电路的示意图；

图32是采用了压电变压器、防触电电阻器、电流感测电阻器和用于输出波形的响应改善和电位稳定的电阻器Rn和Rp的该实施方式的静电消除器的总结构图；

图33是表示图29的静电消除器的变型实施方式的示意图；

图34是表示配备了检测放电强度的另一种装置的该实施方式的脉冲AC型静电消除器的示意图；

图35是解释可以加入到图34的静电消除器中来检测放电强度的高压电缆的示意图；

图36是解释与可以被加入到配有多个放电电极的静电消除器中来检测放电强度的高压配电板或配电线相结合来检测放电强度的机构的示意图；

图37是表示图36中所示的机构的变型实施方式的示意图；和

图38是表示图34的脉冲AC型静电消除器的变型实施方式的示意图。

具体实施方式

在下文中，将会基于附图说明本发明的优选实施方式。

实施方式(图5和6)：

图5表示本发明的第一实施方式的脉冲AC类型的静电消除器。参照图5，静电消除器300具有高压电源电路302，并且这一高压电源电路302中生成的正负极性的高电压被交替施加给共享放电电极304，从而借助这一共享放电电极304交替生成正离子和负离子。

高压电源电路302具有正极性的高压生成电路306和负极性的高压生成电路308，并且这两个高压生成电路306和308分别包括由绕组变压器构成的初级升压电路310和312和由科克罗夫-瓦尔顿(Cockcroft-Walton)电路(倍电压整流电路)构成的次级升压整流电路314和316。

经由第一主开关元件318为构成正极性初级升压电路310的绕组变压器供应电源320。另一方面，经由第二主开关元件322为构成负极性初级升压电路312的绕组变压器供应电源324。

构成画在图5下侧的正极性初级升压电路310的变压器的次级绕组310a的接地端端子310b接地，同时与构成正极侧的次级升压整流电路314的科克罗夫-瓦尔顿电路的接地端相连接。这一正极性次级升压整流电路314中的输出线326与画在图5上侧的负极性次级升压整流电路316的接地端相连接。

负极性的次级升压整流电路316是由科克罗夫-瓦尔顿电路组成的倍电压整流电路构成的，并且这一负极性的次级升压整流电路316的输出通过高压生成电路302中的输出通道328被直接施加到放电电极304。自然，放电电极304的数量可以是一个或者多于一个。

构成负极性初级升压电路312的变压器的次级绕组312a的接地端端子312b接地，并且这一接地端端子312b与前述负极性次级升压整流电路316不连接。话句话说，构成负电极端初级升压电路312的变压器的次级绕组312a的接地端端子312b不与接续这一初级升压电路312的负极性次级升压整流电路316连接。

应当注意，第一实施方式的静电消除器300还具有图中没有示出的控制器，并且前述正电极端和正电极端主开关元件318和322是由从这一控制器输出的接通/关断信号驱动的。

当关断正电极端主开关元件318的同时接通负电极端主开关元件322时，负极性高压生成电路308中生成的负极性高电压通过输出通道328被施加到放电电极304，并且在该放电电极304中生成负极性离子。

相反，当关断负电极端主开关元件322的同时接通正电极端主开关元件318时，在正极性高压生成电路306中生成的负极性高电压经由输出线326和负极性次级升压整流电路316，并通过高压电源电路302中的作为这一负极性次级升压整流电路316的输出通道的输出通道328施加给共享放电电极304。从而，在放电电极304中生成了正极性的离子。

应当注意，在第一实施方式的脉冲AC型静电消除器300中也是一样，可以使正极性的高压生成电路306和负极性的高压生成电路308具有相反的关系，和前面说明的图3的静电消除器200中一样。就是说，在图5的静电消除器300中，将负极性的次级升压整流电路316中的输出通道328与放电电极304连接，同时将正极性的次级升压整流电路314中的输出线326与负极性的次级升压整流电路316的接地端连接，以便将正极性的高电压通过高压电源电路302中的输出通道328施加到放电电极304上，该输出通道328同时也用作负极性的次级升压整流电路316中的输出通道，但是作为这种实施方式的一种变型实施方式，可以使得正极性的次级升压整流电路314中的输出线326作为高压电源电路302中的输出通道，并且可以将负极性的次级升压整流电路316中的输出线328与正极性的次级升压整流电路314的接地端连接，以便经由正极性的次级升压整流电路314中的输出通道将这一负极性的次级升压整流电路316中生成的负极性的高电压输出到放电电极304。

虽然在所示出的第一实施方式的静电消除器300中，构成正负极性的次级升压整流电路314和316的倍电压整流电路各自是由三级科克罗夫-瓦尔顿电路组成的，但是除了三级以外，它们的级数可以是一或者多于一。此外，正负极性的次级升压整流电路314和316各自的倍电压整流电路的级数可以是彼此不同的。

而且，在图5中所示的第一实施方式的静电消除器300中，示出了AC电源(正弦波)作为电源320和324，但是可以采用脉冲波电源来取代这些电源。此外，虽然在图5中将这些AC电源表示为分离的电源，但是它们可以是由一个AC电源构成的，或者可以是图9中所示的通过将DC电源与谐振电路组合起来而获得的AC电源。

此外，图5中所示的电源320和324可以是由DC电源构成的并且主开关元件318和322可以受到控制，从而向初级升压电路310和312供应脉冲状AC电源。下面将会给出更加具体的说明。例如，正电极端主开关元件318在其应当是接通状态时在一个时间段期间被重复地接通/关断，从而向初级升压电路310施加脉冲状电压，并且正电极端主开关318在其应当是关断状态时在一个时间段期间被保持在关断状态下。类似地，负电极端主开关元件322在其应当是接通状态时也在一个时间段期间被重复地接通/关断，并且这一负电极端主开关322在其应当是关断状态时在一个时间段期间被保持在关断状态下。

图6示出了变型实施方式的脉冲AC型静电消除器330。在图中所示的变型实施方式中，负极性的次级升压整流电路316是由一级科克罗夫-瓦尔顿电路构成的，并且另一方面，正极性的次级升压整流电路314是由二级科克罗夫-瓦尔顿电路构成的。众所周知，在放电电极304中，负极性的击穿电压高于正极性的击穿电压。出于这一原因，在变型实施方式的静电消除器330中采用将正极性的次级升压整流电路314所生成的电压提高得超过负极性的次级升压整流电路生成的电压的构造，将会有助于由放电电极304生成的正离子和负离子之间的离子平衡控制。

除了图5中所示的绕组变压器等之外，初级升压电路312和314可以各自是由图7中所示的压电元件(压电变压器)352构成的。在图7的右侧，示出了与压电变压器352等效的电路。图8表示采用了压电变压器352作为初级升压电路312和314的脉冲AC型静电消除器350。从图8中可以看出，构成负极性初级升压电路312的压电变压器352的接地端端子352b接地，并且这一接地端端子352b与负极性的次级升压整流电路316不连接。换句话说，构成负电极端初级升压电路312的压电变压器352的接地端端子352b不与接续这一初级升压电路312的负极性次级升压整流电路316连接。

开关电路(图9到13)：

可以考虑使得电容器与构成各个正负极性的初级升压电路310和312的绕组变压器的电感谐振的第一系统和将AC电压或脉冲状电压输入到各个初级升压电路310和312中的第二系统，作为从初级升压电路310(312)向次级升压整流电路314(316)输出脉冲状电压的系统。

图9图解说明上述第一系统的具体实例，即使得电容器与构成各个正负极性的初级升压电路310和312的绕组变压器的电感谐振的系统。图9中所示的静电消除器340已经采用了未审查日本专利公开第2002-216994号中公开的构造作为正极性的高压生成电路306中包含的第一开关电路360和负极性的高压生成电路308中包含的第二开关电路362。

下面将会给出关于这一点的具体说明。在图9的静电消除器340中，初级升压电路310和312配备有三级绕组310c和312c。于是，第一和第二开关电路360和362包括双极晶体管Tr和谐振电容器C，并且与第一和第二开关电路360和362对应的初级升压电路310和312中的各个变压器由推挽系统驱动。应当注意，可以采用场效应晶体管(FET)代替第一和第二开关电路360和360各自包含的双极晶体管Tr。

变压器的三级绕组310c和312c的电感被反馈给晶体管Tr，并且这能够实现由三级绕组310c、312c和电容器C限定的谐振频率下的振荡。

应当注意，术语″绕组变压器的电感″一般情况下包括初级侧电感、次级侧电感和变压器的漏电感。因此，可以依据所要采用的绕组变压器的结构来决定使用其中的哪一个电感来实现振荡。

应当注意到，作为变型实施方式，可以省略第一和第二开关电路360和362中包含的谐振电容器C，并且可以使得次级升压整流电路314和316中的电容器与变压器310和312谐振，以产生振荡。

开关电路360(362)并不局限于上述结构。图10到15图解说明了各种各样的开关电路的具体结构。图10中所示的开关电路364是图9中公开的前述开关电路360(362)的变型实施方式，并且其中加入了电压比较器(运算输出)366来代替图9的开关电路360(362)中包含的晶体管Tr。此外，图10的开关电路364具有第一和第二开关元件368和370，并且第一和第二开关元件368和370是由电压比较器366驱动的，从而可以从初级升压电路310(312)中的次级绕组310a(312a)输出脉冲状电压。此外，第一和第二开关元件368和340可以由晶体管或FET构成。根据图10的这种开关电路364，可以采用没有三级绕组的变压器作为各个初级升压电路310和312的变压器。

在图11中所示的开关电路374中，和图9和10中一样，初级升压电路310和312中的变压器是由推挽系统驱动的。于是，图11的开关电路374具有振荡器376和由这个振荡器376驱动的第一和第二开关元件378和380，并且第一和第二开关元件378和380与初级升压电路310(312)中的变压器的初级绕组310d的一端和另一端相连接。第一和第二开关元件378和380被振荡器376交替地接通/关断，并且初级绕组310d的一端和另一端被处于接通状态的第一或第二开关元件378或380接地。

图12中所示的开关电路384是由谐振电容器C和开关元件386构成的。初级升压电路310(312)中的变压器的次级绕组310a(312a)的接地端端子310b(312b)与电流检测装置388连接，并且借助由这一电流检测装置388检测到的电流，对上述开关元件386的接通/关断进行反馈控制。

图13中所示的开关电路390是由全桥电路构成的，在该全桥接电路中，在第一行上串联连接的第一和第二开关元件SW1和SW2与在第二行上串联连接的第三和第四开关元件SW3和SW4彼此并联连接，并且这些第一到第四开关元件SW1到SW4由控制器392进行接通/关断控制。例如，第四开关元件SW4在第一开关元件SW1处于接通状态并且第二和第三开关元件SW2和SW3处于关断状态的情况下被反复地接通/关断，从而可以从初级升压电路310(312)输出脉冲状电压。

次级升压整流电路(图15到18)：

再次参照图5，如上所述，在由正负极性的次级升压整流电路314和316中包含的电容器关断负电极端主开关元件322之后紧接着的时段Tn(图14)内，负极性的输出电压Vn在负极性的次级升压整流电路316中包含的电容器的电荷逐渐失去的影响下，逐渐趋近于零。此外，在随着负电极端主开关元件322的关断而接通正电极端主开关元件318之后紧接着的时段Tp(图14)内，正极性的输出电压Vp在正极性的次级升压整流电路314中包含的电容器的电荷逐渐失去的影响下，逐渐趋近于零。

由此，高压电源电路302的输出电压Vo的波形是并非矩形脉冲波形的波形，而是类似于三角波形的波形，如图14所示。

从基本结构的角度来说，图15中所示的静电消除器400与前面参照图5说明的静电消除器300是一样的。自然，所有图6中和图6之后的各种各样的方案都适合于图15中所示的这种静电消除器400。参照图15，正电极端和负电极端次级升压整流电路314和316分别具有电阻器Rp和Rn，这两个电阻与它们的输出端和接地端连接，用作与电容器并联的阻抗元件。可以在至少一侧上提供电阻Rp和Rn，这一侧最好是相对于共享放电电极304而言的输出端上的次级升压整流电路316。

如上文所述，在次级升压整流电路314和316中提供电阻Rp和Rn能够改善时段Tn和Tp内的前述问题。就是说，使得电阻器Rp和Rn消耗电容器的电荷能够缩短时段Tn和Tp(图16)。

作为前面的电阻器Rp和Rn的变型实施方式，和图17中所示的静电消除器410中一样，可以采用电阻器Rp1到Rp3和Rn1到Rn3与正电极端和负电极端次级升压整流电路314和316的各级中的各个电容器C1n到C3n和C1p到C3p并联连接，并且电阻器Rp1到Rp3和电阻器Rn1到Rn3彼此串联连接的构造。自然，正电极端和负电极端次级升压整流电路314和316中的任何一个都可以由图15中所示的电阻器Rp或Rn来构造，并且另一个可以由图17中所示的电阻器Rn1到Rn3或Rp1到Rp3来构成。

在次级升压整流电路314和316是由具有多级的倍电压整流电路构成的情况下，作为倍电压整流电路的特征，要被施加到第一级电容器Cp1和Cn1、第二级电容器Cp2和Cn2、第三级电容器Cp3和Cn3的电压Vc1、Vc2和Vc3具有Vc1＞Vc2＞Vc3的关系，并且因此希望对并入第一、第二和第三级中的电阻器Rp1到Rp3和Rn1到Rn3的电阻值进行选择以使上述电压均衡。使电压Vc1、Vc2和Vc3均衡允许采用与要加入到具有多个级的倍电压整流电路中的二极管和电容器相同的耐电压应用中的部件，从而减少部件的种类数。

作为另一个变型实施方式，可以采用开关元件SWp和SWn来代替上述电阻Rp和Rn，与图18中所示的静电消除器420中一样。自然，正电极端和负电极端次级升压整流电路314和316中的任何一个都可以由开关元件SWp或Swn来构造，并且另一个可以由图15中所示的电阻器Rn或Rp或者图17中所示的谐振器Rn1到Rn3或Rp1到Rp3来构成。

当与图18中所示的静电消除器420中一样加入了开关元件SWp和SWn时，例如，在负电极端主开关元件324处于接通状态时，正电极端的SWp和负电极端的SWn都被保持在关断状态下。

可以通过在关断负电极端主开关元件322之后立即或者在关断负电极端主开关元件322之后接通正电极端主开关元件318后立即接通开关元件SWp和SWn，来将正负极性的次级升压整流电路314和316中包含的电容器的电荷立即接地，从而可以使高压电源电路302的输出电压Vo的波形接近于矩形脉冲波形。

杂散电容(图19到21)：

静电消除器通常有杂散电容的问题。尤其是在具有未审查日本专利公开第2005-203292号中公开的那种形式的静电消除器中，这种静电消除器具体来说是一种具有彼此分隔开的高压电源部和离子生成部的静电消除器，高压电源部和离子生成部通过屏蔽电缆彼此相接，并且因此在这一屏蔽电缆与地之间产生了杂散电容。举另一个典型的例子来说，在未审查日本专利公开第2008-159389号中公开的细长静电消除器的情况下，这种细长静电消除器具体来说是具有配备了多个放电电极并且通过高压线向这多个放电电极分配高电压的形式的静电消除器，在高压线与地电极之间产生了杂散电容。

这一杂散电容在图15中用参考标号Cc来表示。由于这一杂散电容Cc中储存的电荷通过电阻器Rn和Rp接地，因此在高压电源电路302的输出电压Vo的波形中会出现响应延迟。图19表示在相对较大杂散电容Cc的情况下的输出电压Vo的波形和在相对较小杂散电容Cc的情况下输出电压Vo的波形。输出波形中的这一响应延迟是依据电阻器Rn和Rp及杂散电容Cc的值来决定的。

将参照图20说明针对由静电消除器的杂散电容Cp造成的响应延迟的应对措施的例子。图20中所示的脉冲AC型静电消除器430具有电阻器Rs，该电阻器Rs的一端与高压电源电路302中的输出通道328相连接，并且该电阻器Rs的另一端接地。根据配备有这一电阻器Rs的静电消除器430，杂散电容Cp中储存的电荷可以被电阻器Rs消耗掉。自然，这个电阻器Rs也适用于图17中所示的静电消除器410。

图21中所示的脉冲AC型静电消除器440表示用开关元件SWs替换前述电阻器Rs的例子。例如，如图22中所示，可以使这一开关元件SWs与正负极性的主开关元件318和322的接通/关断之间的开关定时相匹配，并且开关元件SWs可以因此通过这些开关元件的接通/关断之间的切换而被中途接通，从而将杂散电容Cp中储存的电荷发射到地。

次级升压整流电路中电容器的保护(图23)：

配备有共享放电电极的脉冲型静电消除器具有参照图3说明的与第一高压生成电路102中的变压器124连接的电容器C1的问题。就是说，当采用将变压器124的接地端端子接地并且这一接地端端子与第二高压生成电路104中的输出线断开这样的结构时，由第二高压生成电路104生成的高电压被施加到与第一高压生成电路102中的变压器124连接的电容器C1上，并且因此这个电容器C1需要具有较高的耐压性能。

已经对图23中所示的脉冲AC型静电消除器450采取了减小电容器C1所需的前述耐压的措施。具体地说，参照图23，静电消除器450具有置于电容器C1和变压器312之间的齐纳二极管(Zenerdiode)452。换句话说，静电消除器450在负极性的次级升压整流电路316的输入部分中具有电容器C1和齐纳二极管452。由此，在向负极性的次级升压整流电路316施加不小于预定电压的电压时，这一过电压被通过构成负极性的初级升压电路312的变压器的次级绕组312a的接地端端子312b发送到地。因此，可以采用耐压相对较低的电容器作为电容器C1。此外，可以采用具有(如齐纳二极管452那样的)电压控制功能的任何部件来作为代替齐纳二极管452的部件。举一个这种部件的例子，可以采用作为一种箝位二极管的Transil(注册商标)。

防止触电措施(图24和25)：

一般地说，对静电消除器已经采取了防止操作者接触放电电极的措施。不过，希望有防止意外触电事故的措施。作为说明性的例子，将电流控制电阻器462放在图24中所示的脉冲AC型静电消除器460中的高压电源电路302中的输出通道328上。此外，可以用电容器代替这个电流控制电阻器462。

举另外一个例子来说，和图25中所示的脉冲AC型静电消除器470中一样，可以将电流控制电阻器464放在正极性的次级升压整流电路314中的输出线326上，即放在连接两个高压生成电路314和316的耦合线上。此外，也可以用电容器代替这个电流控制电阻器464。

离子平衡(图26到28)：

为了在所生成的正极性离子与负极性离子之间达到固定比率的离子平衡，优选使用图26和27中所示的脉冲AC型静电消除器480和490。

图26中所示的静电消除器480在高压电源电路302中的输出通道328上具有电容器482，并且采用了通过这一电容器482使供应给放电电极304的正极性高电压和负极性高电压均衡的构造。

图27中所示的静电消除器490配备有多个放电电极304，同时在各个这些放电电极304与高压电源电路302中的输出通道328之间具有电容器492，并且静电消除器490采用了针对各个放电电极304使正极性高电压和负极性高电压均衡的构造。

虽然图26的电容器482和图27的电容器492可以各自由电容器元件构成，但是图27中由参考标号494表示的高压配电组件可以经由与电容相当的绝缘材料与各个放电电极304容性连接。类似地，当图26的静电消除器480配备了如图中所示的多个放电电极304时，高压配电组件494可以经由与电容等效的绝缘材料与高压电源电路302中的输出线328容性连接。

图28中所示的脉冲AC型静电消除器500具有简单离子平衡功能。这个静电消除器500在接地端次级升压整流电路中具有离子平衡调节电路502，即这一实施方式中的正极性高压生成电路306。这一离子平衡调节电路502执行这些控制：监测接地端次级升压整流电路和地之间的电流以计算离子平衡，根据计算结果调节离子平衡，和改变主开关元件318和322的接通/关断的时间间隔之间的比率和/或改变电源320和324的电压，以达到预定的离子平衡。这个离子平衡调节电路502配备有可变电阻，并且可以调节这一可变电阻的电阻值以改变离子平衡的目标值。此外，由于在未审查日本专利公开第H07-249497号中详细说明了配备有可变电阻的离子平衡调节电路502，因此本文并入了未审查日本专利公开第H07-249497的说明书。可以提供稍后说明的电阻器516来替代离子平衡调节电路502，并且可以由控制器之类监电流感测经这一电阻器516的电流，以根据这一监测到的电流控制离子平衡。次级升压整流电路314和316优选配备有电阻器Rp、Rn作为与各个次级升压整流电路314和316并联的阻抗元件。

放电检测等(图29到38)：

借助间接技术检测由静电消除器产生的正离子和负离子的量，可以帮助离子平衡的控制、放电电极中劣化度的显示等。例如，在图29中所示的脉冲AC型静电消除器510中，构成正负极性的初级升压电路310和312的变压器的各个接地端端子310b、312b经由电阻器512和514接地，以允许对流经各个变压器的次级绕组310a、312a的电流的检测。例如，如未审查日本专利公开第H10-289796号中公开的那样，可以使用这个检测到的电流值来进行离子平衡控制，具体来说包括输出电压的脉宽控制和通知操作者放电电极304发生摩擦之类的警报等。由于在前面的未审查日本专利公开第H10-289796号中详细说明了检测电流值的用法，因此这一未审查日本专利公开第H10-289796号中的说明书并入本文。

应当注意，流经各个电阻器512和514的电流不同于离子平衡调节电路502检测到的整流电流，而是由与初级升压电路相应的次级升压整流电路整流之前的电流，并且因此不仅可以由电阻器512和514检测到电流峰值，而且可以由诸如半波整流电路582(图30)或全波整流电路584(图31)这样的峰值保持电路检测到电流峰值。

此外，这一静电消除器510采用了正极性的次级升压整流电路314的输出经由负极性的次级升压整流电路316施加给放电电极304的结构。因此，当由于放电电极304短路之类的原因，过载电流流入电阻器516时，可以由放置在正极性的次级升压整流电路314的接地端上的电阻器516采取安全措施，比如强制停止静电消除器510的操作。

与图8所示由压电变压器352构成初级升压电路的静电消除器350中一样，图32中所示的静电消除器518具有防触电电阻器462、电流感测电阻器516和用于输出波形的响应改善和电位稳定的电阻器Rn和Rp。虽然是否配备这些电阻器462和516、Rn和Rp是任意的，但是可以说图32的静电消除器518是本发明的实际上的优选实施方式。

图33中所示的脉冲AC型静电消除器520是前述图29和30的静电消除器510和518的变型实施方式，并且可以采用各自由运算放大器和电阻器构成的I/V转换器522、524和526代替前述电阻器512、514和516。

如未审查日本专利公开第2004-362951号中详细说明的那样，一般情况下，检测静电消除器的放电强度可以在诸如短路这样的异常出现时停止施加到放电电极的输出电压的控制和向放电电极施加高电压。

图34中所示的脉冲AC型静电消除器530在高压电源电路302中的输出通道328上具有与向多个放电电极304分配高电压的高压配电板或高压配电线494(图26和27)容性耦合的高压电缆或检测电极532，并且还具有与这一检测电极532的接地线连接的电阻器R。此外，静电消除器530具有带来流经电阻器R的电流和以参考值的比率输出控制信号的控制器534。

下面将参照图35到37说明容性耦合的实施方式。图35表示连接在高压电源电路302和放电电极304之间的高压电缆540。在这个高压电缆540中，诸如氯乙烯或硅橡胶这样的柔性绝缘体544包裹着高压线542，并且围绕着这一绝缘体544设置了环状检测电极532，以与高压线542容性耦合，从而柔性绝缘体544可以起到电容器的作用。自然，作为电阻器R的变型实施方式，高压线542可以通过电容器元件接地。此外，在高压电源电路302和放电电极304之间的通道上放置诸如ABS的树脂、PC或PS或陶瓷可以代替绝缘体544。

图36涉及向多个放电电极304分配高电压的高压配电板或配电线494(图26和27)。内置在棒状静电消除器中的印刷电路板或绝缘板550在其一侧的表面上具有高压配电板或配电线494，以及彼此隔开并且与高压配电板或配电线494相邻设置的带状检测电极532，从而可以为印刷电路板或绝缘板550提供杂散电容。作为变型实施方式，和图37中所示的印刷电路板或绝缘板560中一样，可以将高压配电板或配电线494安排在一个表面上，并且可以将带状检测电极532安排在另一个表面上。

图38表示前述图35中所示的AC脉冲型静电消除器530的变型实施方式的静电消除器570。

参照图38，在这一变型实施方式的静电消除器570中，检测电极532被设置在正极性的次级升压整流电路314中的输出线326上，即设置在连接在两个次级升压整流电路314和316之间的输出线326上，并且将由这一检测电极532检测到的电流输入到控制器534中。

至于由图34和38中的控制器534进行的具体控制，通过引用未审查日本专利公开第2004-362951号，省略了对这一具体控制的详细说明。

Claims (7)

1.一种静电消除器，包括向共享放电电极交替施加正极性高电压和负极性高电压的高压电源电路，其中高压电源电路具有：

第一高压生成电路，用于生成正极性或负极性的高电压；

第二高压生成电路，用于生成极性与第一高压生成电路生成的高电压相反的高电压；

第一开关电路，用于对第一高压生成电路接通/关断电源；

第二开关电路，用于对第二高压生成电路接通/关断电源；和

控制器，用于控制第一开关电路和第二开关电路的接通/关断，

第一高压生成电路具有升高经由第一开关电路供应的电源电压的第一初级升压电路，和进一步升高从第一初级升压电路输出的已升高电压以使得该电压更高且同时对该已升高电压进行整流的第一次级升压整流电路，

第二高压生成电路具有升高经由第二开关电路供应的电源电压的第二初级升压电路，和进一步升高从第二初级升压电路输出的已升高电压以使得该电压更高且同时对该已升高电压进行整流的第二次级升压整流电路，

第一初级升压电路和第二初级升压电路在输出端接地，第一次级升压整流电路与放电电极连接，并且第二次级升压整流电路接地，同时第二次级升压整流电路经由第一次级升压整流电路耦接至放电电极。

2.根据权利要求1所述的静电消除器，其中第一次级升压整流电路和第二次级升压整流电路各自是由包括电容器的倍电压整流电路构成的，并且还具有与至少一个倍电压整流电路中的电容器并联连接的阻抗元件。

3.根据权利要求1或2所述的静电消除器，其中

第二次级升压整流电路经由电流感测电路接地，和

控制器至少控制第一开关电路和第二开关电路的接通/关断或者所供应的电源电压，以便基于由电流感测电路感测到的电流，调节从放电电极产生的正负离子的离子平衡。

4.根据权利要求1或2所述的静电消除器，其中第一初级升压电路和第二初级升压电路各自在输出端经由电流感测电路接地，并且还具有根据由电流感测电路感测到的电流检测放电电极的放电状态的放电检测装置。

5.根据权利要求4所述的静电消除器，其中与第二初级升压电路连接的电流感测电路对所感测到的电流进行整流。

6.根据权利要求1或2所述的静电消除器，其中

第一次级升压整流电路具有多个电容器，并且

与第一初级升压电路连接的电容器具有比该多个电容器中的其它电容器更高的耐压性能。

7.根据权利要求1或2所述的静电消除器，其中第一次级升压整流电路具有电容器和齐纳二极管，并且第一次级升压整流电路经由该电容器和齐纳二极管与初级升压电路连接。

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