TWI680694B - 電離器 - Google Patents

Abstract

提升藉由正極側之高電壓輸出電路的正極高電壓之產生效率，同時降低在負極側之高電壓輸出電路產生的紋波電壓而防止負極高電壓之輸出下降。

具有：正極側變壓器(8)及負極側變壓器(9)，其係一次側交替被連接於交流電源(5、6)；正極側之高電壓輸出電路(10)，其係第1輸入端子(13)及第2輸入端子(14)被連接於上述正極側變壓器(8)之二次側之接地端子(8a)及電源端子(8b)，從第1輸出端子(15)輸出直流之正極高電壓；負極側之高電壓輸出電路(11)，其係第3輸入端子(20)及第4輸入端子(21)被連接於負極側變壓器(9)之二次側之接地端子(9a)及電源端子(9b)，從第2輸出端子(22)輸出直流之負極高電壓；和放電電極(3)，其係被連接於上述第1輸出端子(15)，上述正極側變壓器(8)之接地端子(8a)和上述正極側之高電壓輸出電路(10)之第1輸入端子(13)經電容器(16)被連接。

Description

電離器

本發明係關於從正、負共通之放電電極交替產生正極性及負極性而除去帶電體之電荷的脈衝AC方式之電離器。

從正、負共通之放電電極交替產生正極性及負極性而除去帶電體之電荷的脈衝AC方式之電離器，藉由例如專利文獻1為公眾所知。該公眾所知的電離器具有圖3所示般之高電壓產生電路。該高電壓產生電路具有一次側以開關31a、31b交替連接於交流電源30a、30b之正極側及負極側之變壓器32a、32b，和被連接於該正極側及負極側之變壓器32a、32b之二次側的正極側及負極側之高電壓輸出電路33a、33b、共通連接於兩電路的放電電極34，藉由將上述正極側及負極側之高電壓輸出電路33a、33b經上述變壓器32a、32b交替連接於交流電源30a、30b，在該正極側及負極側之高電壓輸出電路33a、33b交替產生正極性及負極性而輸出至上述放電電極34， 且從該放電電極34交替產生正極性及負極性之離子。

上述正極側及負極側之高電壓輸出電路33a、33b係由複數之電容器C和複數之二極體D所構成的柯克勞夫-沃耳吞(cockcroft-walton)電路。

再者，同樣的高電壓產生電路也揭示於專利文獻2。

在上述電離器中，於連接上述正極側之高電壓輸出電路33a和負極側之高電壓輸出電路33b之時，以負極側之高電壓輸出電路33b之輸出成為正極側之高電壓輸出電路33a之基準電位之方式，以連接線37互相連接該負極側之高電壓輸出電路33b之輸出端子35和正極側之高電壓輸出電路33a之輸入端子36。此時，藉由互相分斷上述正極側之變壓器32a之接地端子38和上述輸入端子36而絕緣。如此一來，有藉由互相絕緣上述接地端子38和輸入端子36，可以降低上述正極側之變壓器32a之耐電壓的優點。

但是，當互相絕緣上述接地端子38和輸入端子36時，如圖3所示般，於正極側之高電壓輸出電路33a之升壓動作時，因藉由正極側之變壓器32a之二次電壓產生之交流電流I1、I2在正極側之高電壓輸出電路33a和負極側之高電壓輸出電路33b之雙方流動，故其流通路徑變長，其結果，產生如正極高電壓之產生效率下降，被施加至放電電極34之正極高電壓下降之問題。

並且，上述交流電流I1係上述變壓器32a之二次側之電壓在圖中向上之時的電流，交流電流I2係上述變壓 器32a之二次側之電壓在圖中向下之時的電流。

再者，上述柯克勞夫-沃耳吞電路係藉由組合二極體D的整流作用和電容器C的平滑作用，輸出升壓之直流高電壓的電路。在該電路中，因上述電容器C於平滑動作時重覆充電和放電，故從上述高電壓輸出電路33a、33b輸出之直流高電壓Vo之波形，如圖4所示般，藉由交流成分重疊而成為波紋狀，其紋波電壓為Vp。圖中之符號Vt為上述變壓器32a、32b之二次電壓。

因此，於上述負極側之高電壓輸出電路33b之動作時，從其輸出端子35被輸入至正極側之高電壓輸出電路33a之輸入端子36之負極高電壓通過該正極側之高電壓輸出電路33a之時，上述紋波電壓Vp以該正極側之高電壓輸出電路33a被升壓，其結果，也有產生如被輸出至上述放電電極34之負極高電壓下降之問題。如此之輸出下降僅產生在上述柯克勞夫-沃耳吞電路之連接層段數部分。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特許第5508302號公報

[專利文獻2]日本特許第4687716號公報

本發明之技術性課題係在脈衝AC式之電離器中，不使正極側之變壓器成為高耐壓，提升藉由正極側之高電壓輸出電路的正極高電壓之產生效率，並且降低在負極側之高電壓輸出電路之輸出端子產生之紋波電壓而防止放電電極中之負極高電壓之輸出下降。

為了解決上述課題，本發明之電離器具有：正極側及負極側變壓器，其分別具有一次側和二次側，一次側藉由開關機構交替連接於交流電源，在二次側具有接地端子和電源端子；正極側之高電壓輸出電路，其具有第1輸入端子及第2輸入端子，和第1輸出端子，上述第1輸入端子及第2輸入端子被連接於上述正極側變壓器之上述接地端子及電源端子，從上述第1輸出端子輸出直流之正極高電壓；負極側之高電壓輸出電路，其具有第3輸入端子及第4輸入端子，和第2輸出端子，上述第3輸入端子及第4輸入端子被連接於上述負極側變壓器之上述接地端子及電源端子，從上述第2輸出端子輸出直流之負極高電壓；紋波電壓衰減用之電容器，其係連接被連接於上述正極側之高電壓輸出電路之第1輸出端子的放電電極，和上述正極側變壓器之上述接地端子，和上述正極側之高電壓輸出電路之上述第1輸入端子；及連接線，其係連接上述負極側之高電壓輸出電路之第2輸出端子，和上述正極側之高電壓輸出電路之第1輸入端子。

在本發明中，上述正極側之高電壓輸出電路之第1輸出端子和第1輸入端子係經第1電阻而被連接，再者，上述負極側之高電壓輸出電路之第2輸出端子和第3輸入端子係經第2電阻連接為佳。

再者，在本發明中，上述正極側及負極側之高電壓輸出電路係由以二極體和電容器所構成之柯克勞夫-沃耳吞電路所構成。

若藉由本發明時，藉由經紋波電壓衰減用之電容器連接正極側變壓器之接地端子，和正極側之高電壓輸出電路之第1輸入端子，不會使上述正極側之變壓器成為高耐壓，可以提升藉由正極側之高電壓輸出電路的正極高電壓之產生效率，同時可以使在負極側之高電壓施出電路之輸出端子產生的紋波電壓衰減，而可以防止在放電電極中之負極高電壓之輸出下降。

3‧‧‧放電電極

4‧‧‧開關機構

5、6‧‧‧交流電源

8‧‧‧正極側變壓器

9‧‧‧負極側變壓器

8a、9a‧‧‧接地端子

8b、9b‧‧‧電源端子

10‧‧‧正極側之高電壓輸出電路

11‧‧‧負極側之高電壓輸出電路

13‧‧‧第1輸入端子

14‧‧‧第2輸入端子

15‧‧‧第1輸出端子

16‧‧‧衰減用電容器

20‧‧‧第3輸入端子

21‧‧‧第4輸入端子

22‧‧‧第2輸出端子

23‧‧‧連接線

D1-D8‧‧‧二極體

C1-C8‧‧‧電容器

R1‧‧‧第1電阻

R2‧‧‧第2電阻

圖1為與本發明有關之電離器之一實施型態的電路圖。

圖2為表示藉由衰減用電容器之紋波電壓之衰減效果的線圖。

圖3為公眾所知之電離器的電路圖。

圖4為從表示公眾所知的電離器之高電壓輸出電路之輸出端子被輸出之紋波電壓的線圖。

圖1為表示與本發明有關之脈衝AC式電離器之一實施型態的電路圖。該電離器具有正極側之高電壓產生部1、負極側之高電壓產生部2、共同被連接於該些正極側及負極側之高電壓產生部1、2之放電電極3，藉由利用開關機構4將上述正極側之高電壓產生部1和負極側之高電壓產生部2交替連接於交流電源5、6，使在上述高電壓產生部1、2交替產生正極性及負極性之高電壓而輸出至上述放電電極3，且使從該放電電極3交替釋放出正極性及負極性之離子。

上述正極側之高電壓產生部1具有：正極側變壓器8，其具有一次側和二次側；第1交流電源5，其係經第1開關4a而被連接於該正極側變壓器8之一次側；和正極側之高電壓輸出電路10，其係被連接於上述正極側變壓器8之二次側之接地端子8a和電源端子8b。

上述正極側之高電壓輸出電路10係由四個二極體D1-D4四個電容器C1-C4所構成之2段連接之柯克勞夫-沃耳吞電路所構成，具有第1輸入端子13及第2輸入端子14、第1輸出端子15。上述第1輸入端子13係經紋波電壓衰減用之電容器16(以下，稱為「衰減用電容器」)被連接於上述正極側變壓器8之上述接地端子 8a，上述第2輸入端子14被連接於上述正極側變壓器8之上述電源端子8b，在上述第1輸出端子15連接有上述放電電極3。再者，上述第1輸出端子15和上述第1輸入端子13經第1電阻R1互相連接。

上述四個二極體D1-D4中，兩個二極體D1、D3係在與上述正極側變壓器8接地之接地端子8a連接之接地線L1，和與非接地之電源端子8b連接之電源線L2之間，以相對於從上述接地線L1朝向電源線L2之電流成為順方向之方式被連接，剩下之兩個二極體D2、D4相反地以相對於從上述電源線L2朝向接地線L1之電流成為順方向之方式被連接。再者，在四個電容器C1-C4中，兩個電容器C1、C3係被串聯連接於上述電源線L2上，剩下的兩個電容器C2、C4被串聯連接於上述接地線L1上。

另外，上述負極側之高電壓產生部2具有：負極側變壓器9，其具有一次側和二次側；第2交流電源6，其係經第2開關4b而被連接於該負極側變壓器9之一次側；和負極側之高電壓輸出電路11，其係被連接於上述負極側變壓器9之二次側之接地端子9a和電源端子9b。

上述負極側之高電壓輸出電路11係由四個二極體D5-D8和四個電容器C5-C8所構成之2段連接之柯克勞夫-沃耳吞電路所構成，具有第3輸入端子20及第4輸入端子21、第2輸出端子22。上述第3輸入端子20係被連接於上述負極側變壓器9之上述接地端子9a，上述 第4輸入端子21被連接於上述負極側變壓器9之上述電源端子9b。上述第2輸出端子22係藉由連接線23被連接於上述正極側之高電壓輸出電路10之第1輸入端子13。再者，上述第2輸出端子22和上述第3輸入端子20經第2電阻R2互相連接。

再者，上述四個二極體D5-D8中，兩個二極體D5、D7係在與上述負極側變壓器9之接地端子9a連接之接地線L3，和與上述電源端子9b連接之電源線L4之間，以相對於從該電源線L4朝向上述接地線L3之電流成為順方向之方式被連接，剩下之兩個二極體D6、D8相反地以相對於從上述接地線L3朝向電源線L4之電流成為順方向之方式被連接。再者，在四個電容器C5-C8中，兩個電容器C5、C7係被串聯連接於上述電源線L4上，剩下的兩個電容器C6、C8被串聯連接於上述接地線L3上。

並且，在本實施型態中，雖然以2段連接上述正極側及負極側之高電壓輸出電路10、11之上述二極體D1-D8和電容器C1-C8，但是該些亦可以3段以上連接。

上述第1開關4a和第2開關4b與控制電路4c一起構成上述開關機構4，藉由利用上述控制電路4c交替開關上述第1開關4a和第2開關4b，上述正極側變壓器8和負極側變壓器9被交替連接於交流電源5、6。

在具有上述構成之電離器中，當以上述開關 機構4之控制電路4c關閉上述第1開關4a，並且開放上述第2開關4b時，正極側變壓器8之一次側被連接於交流電源5，在該正極側變壓器8之二次側產生的交流之二次電壓通過上述電源端子8b和接地端子8a被施加於上述正極側之高電壓輸出電路10。

如此一來，在上述高電壓輸出電路10中，上述二次電壓之極性每次反轉，各二極體D1-D4依序成為導通狀態而順序被充電至各電容器C1-C4，最終從上述第1輸出端子15輸出被整流及平滑而升壓之直流的正極高電壓。該正極高電壓被施加於上述放電電極3，從該放電電極3釋放出正極性之離子。

此時，藉由上述正極側變壓器8之二次電壓產生之交流電流I1、I2流通之路徑，如圖1所示般成為僅在極側之高電壓輸出電路10內，該些路徑長比起圖3所示之公眾所知之電離器非常短。因此，正極高電壓之產生效率較上述公眾所知的電離器提升。

並且，上述交流電流I1係上述正極側變壓器8之二次側之電壓在圖中向上之時的電流，交流電流I2係上述正極側變壓器8之二次側之電壓在圖中向下之時的電流。

如圖1所示般，使用具有衰減用電容器16之本發明之電離器，和拆下衰減用電容器16而絕緣上述接地端子8a和第1輸入端子13之電路構成(參照圖3)之比較用電離器，使各電離器之柯克勞夫-沃耳吞電路之連接段數成為4段，使同電路之電容器之電容成為100pF， 使上述衰減用電容器之電容成為68pF，使正極側變壓器8之輸入電壓成為8V而進行實驗之時，確認出在本發明之電離器中，被施加至上述放電電極3之正極高電壓為6.0kV，對此在比較用之電離器之時，被施加於放電電極3之正極電壓為5.8kV，藉由設置上述衰減用電容器16，輸出電壓也增加至200V。

並且，當上述第1開關4a開啟時，被充電至上述正極側之高電壓輸出電路10之各電容器C1-C4之電荷通過上述第1電阻R1而被放電。

接著，當以上述開關機構4之控制電路4c關閉上述第2開關4b，並且開啟上述第1開關4a時，負極側變壓器9之一次側被連接於交流電源6，在該負極側變壓器9之二次側產生的交流之二次電壓從上述電源端子9b和接地端子9a被施加於上述負極側之高電壓輸出電路11。

如此一來，在上述高電壓輸出電路11中，上述二次電壓之極性每次反轉，各二極體D5-D8依序成為導通狀態而順序被充電至各電容器C5-C8，最終從上述第2輸出端子22輸出被整流及平滑而升壓之直流的負極高電壓。該負極高電壓係通過上述連接線23而被輸入至上述正極側之高電壓輸出電路10之第1輸入端子13，通過該正極側之高電壓輸出電路10而被施加至上述放電電極3，依此從該放電電極3釋放出負極性之離子。

此時，雖然如圖2所示般，從上述高電壓輸 出電路11被輸出之直流之負極高電壓Vo的波形，藉由交流成分被重疊而成為波紋狀，但是於無設置上述衰減用電容器16之時，其波形之一部分成為虛線般，此時之紋波電壓為Vp1。

但是，上述衰減用電容器16係藉由被連接於上述正極側變壓器8之接地端子8a和正極側之高電壓輸出電路10之第1輸入端子13之間，依此上述紋波狀之負極高電壓Vo如圖2之實線所示般被平滑化，其紋波電壓衰減至Vp2。

即是，因上述衰減用電容器16之配置如圖1之鏈線所示般，與將該衰減用電容器16在上述第2輸出端子22和第3輸入端子20之間與上述電容器C5、C6做並聯連接相同，故藉由該些衰減用電容器16和電容器C5、C6增加沿著接地線L3之靜電電容。如此一來，當靜電電容增加時，因平滑動作時之放電時間變長，故上述第2輸出端子22中之負極高電壓之紋波電壓變小。

而且，其結果，因於上述負極高電壓通過正極側之高電壓輸出電路10時，上述紋波電壓在該正極側之高電壓輸出電路10被升壓之比例變小，故可防止被施加至上述放電電極3之負極高電壓之下降。

並且，圖2中之符號Vt為上述變壓器9之二次電壓。

再者，因從上述負極側之高電壓輸出電路11之第2輸出端子22被輸入至上述正極側之高電壓輸出電 路10之第1輸入端子13的直流之負極高電壓，藉由上述衰減用電容器16被遮斷，不被輸入至正極側變壓器8之接地端子8a，故不需要使該正極側變壓器8成為高耐壓。

如圖1所示般，使用具有衰減用電容器16之本發明的電離器，和拆下衰減用電容器16使上述接地端子8a和第1輸入端子13之電路構成(參照圖3)之比較用之電離器，在使各電離器之柯克勞夫-沃耳吞電路之連接段數成為4段，同電路之電容器之電容成為100pF，上述衰減用電容器之電容成為68pF，正極側變壓器8之輸入電壓成為8V之狀態下，測量被施加上述放電電極3之負極高電壓之時，與本發明之電離器之負極高電壓為-5.7kV，對此比較用之電離器之負極高電壓為-5.4kV。從該結果，可確認紋波電壓藉由上述衰減用電容器16衰減，大幅度抑制被施加至上述放電電極3之負極高電壓的下降。

並且，當上述第2開關4b開啟時，被充電至上述負極側之高電壓輸出電路11之各電容器C5-C8之電荷通過上述第2電阻R2而被放電。

如上述詳細敘述般，在本實施形態中，有下述優點：藉由經上述衰減用電容器16連接上述正極側變壓器8之上述接地端子8a，和上述正極側之高電壓輸出電路10之上述第1輸入端子13，於上述正極側之高電壓產生部1之動作時，藉由正極側變壓器8之二次電壓產生之交流電流流通之流路變短，提升正極高電壓之產生效 率，另外於上述負極側之高電壓產生部2動作時，與從負極側之高電壓輸出電路11之第2輸出端子22被輸出之負極高電壓重疊的上述紋波電壓，藉由上述衰減用電容器16被平滑化且被衰減之結果，防止被輸出至上述放電電極3之負極高電壓之輸出下降。

Claims (3)

1. 一種電離器，其特徵在於具有：正極側變壓器及負極側變壓器，其分別具有一次側和二次側，一次側藉由開關機構交替連接於交流電源，在二次側具有接地端子和電源端子；正極側之高電壓輸出電路，其具有第1輸入端子及第2輸入端子，和第1輸出端子，上述第1輸入端子及第2輸入端子被連接於上述正極側變壓器之上述接地端子及電源端子，從上述第1輸出端子輸出直流之正極高電壓；負極側之高電壓輸出電路，其具有第3輸入端子及第4輸入端子，和第2輸出端子，上述第3輸入端子及第4輸入端子被連接於上述負極側變壓器之上述接地端子及電源端子，從上述第2輸出端子輸出直流之負極高電壓；放電電極，其被連接於上述正極側之高電壓輸出電路之上述第1輸出端子；紋波電壓衰減用之電容器，其係連接上述正極側變壓器之上述接地端子，和上述正極側之高電壓輸出電路之上述第1輸入端子；及連接線，其係連接上述負極側之高電壓輸出電路之第2輸出端子，和上述正極側之高電壓輸出電路之第1輸入端子。
2. 如請求項1所記載之電離器，其中上述正極側之高電壓輸出電路之第1輸出端子和第1輸入端子係經第1電阻而被連接，再者，上述負極側之高電壓輸出電路之第2輸出端子和第3輸入端子係經第2電阻連接。
3. 如請求項1或2所記載之電離器，其中上述正極側及負極側之高電壓輸出電路係藉由二極體和電容器所組成的柯克勞夫-沃耳吞(cockcroft-walton)電路而構成。