| Dokumentenidentifikation |
EP1031259 21.07.2005 |
| EP-Veröffentlichungsnummer |
0001031259 |
| Titel |
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR NEUTRALISIERUNG EINER ELEKTROSTATISCH GELADENEN OBERFLÄCHE |
| Anmelder |
Ion Systems, Inc., Berkeley, Calif., US |
| Erfinder |
PITEL, J., Ira, Morristown, US; BLITSHTEYN, Mark, New Hartford, US; GEFTER, Petr, San Francisco, US |
| Vertreter |
derzeit kein Vertreter bestellt |
| DE-Aktenzeichen |
69830609 |
| Vertragsstaaten |
CH, DE, GB, IT, LI |
| Sprache des Dokument |
EN |
| EP-Anmeldetag |
28.10.1998 |
| EP-Aktenzeichen |
989574025 |
| WO-Anmeldetag |
28.10.1998 |
| PCT-Aktenzeichen |
PCT/US98/22904 |
| WO-Veröffentlichungsnummer |
0099025160 |
| WO-Veröffentlichungsdatum |
20.05.1999 |
| EP-Offenlegungsdatum |
30.08.2000 |
| EP date of grant |
15.06.2005 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
21.07.2005 |
| IPC-Hauptklasse |
H05F 3/06
|
| IPC-Nebenklasse |
H05F 3/04
|
| Beschreibung[en] |
|
Field of the Invention:
This invention relates to apparatus and methods of providing positive
and negative ions for controlling surface charge, for example, on stationary objects
and on continuous moving webs of non-conductive material.
Background of the Invention:
Many industrial operations are confronted by the build up of static
charge on work pieces which then contribute to undesirable particulate contamination,
unwanted movement, or other undesirable physical parameters associated with the
work pieces. In the preparation of continuous films of sheet plastic materials,
extended lengths of non-conductive plastic films pass rapidly over one or more rollers
and accumulate substantial electrostatic charge that then attracts surface contaminants,
and inhibits tight compaction in take-up rolls, impedes surface coating processes,
and otherwise interferes with safe processing of the films. Air ionizers are commonly
positioned in close proximity to such moving webs to supply positive and negative
ions for substantially neutralizing static charge on the web material. These air
ionizers commonly contain pointed ionizing electrodes and operate at voltages of
several kilovolts supplied to the ionizer via heavily-insulated cables from remote
generators positioned away from the moving web. In large industrial applications,
such webs may be several feet wide, operate at high linear speeds, and exhibit wide
variations in the amount of static charge requiring neutralization at any given
time or location along the moving web. Typically, ion currents of about 0,0039 to
3,9 µA per linear cm (0,1 to 10 µA per linear inch) of the moving web are required
for neutralization. The webs may vary in widths from several inches (1 inch = 2,54
cm) to 20 feet (6,1 m). This requires that the generators which supply such ionizers
be capable of sustaining the output current of about 1-5 milliamperes at voltage
levels of about 3-15 kilovolts.
Several types of electrical air ionizers are available for controlling
static charges on the fast-moving webs. Ionizers that operate at alternating voltages
at the power line frequencies of 50-60 Hz are especially capable of efficient neutralization
at reasonable cost. Line AC voltage at power-line frequency is applied to a high
voltage transformer, the secondary winding of which produces about 4 kV to 10kV
AC voltage at the power-line frequency. This secondary voltage is applied to ionizing
electrodes that are commonly positioned within a grounded metal enclosure, with
openings through which the electrodes extend. This creates very strong electric
field in the vicinity of the electrodes for generating corona discharge.
The corona discharge is used to create positive and negative ions
in the surrounding air.
These conventional AC air ionizers provide alternating quantities
of positive and negative ions around ionizing electrodes closely spaced adjacent
to the moving web. Such ions migrate by electrostatic attraction toward the oppositely
charged web to neutralize static charge on the web. However, the web will attract
the necessary ions of the requisite polarity and the excess ions will return to
the electrodes or to the grounded enclosure. In the case of substantially neutral
or uncharged webs, ions will not flow to it because of the absence of an electrical
field. Operation in this manner provides a condition of self-balancing, and the
excess of ions still available after the surface charge is neutralized generally
do not cause overcompensation of the original charge on the web. However, in that
process there is a considerable loss of the generated ions to ion migration back
toward the electrodes when the polarity of the AC voltage reverses. The subsequent
ion recombination with the electrodes leaves fewer ions available to neutralize
static charge on the moving web and generally reduces the efficiency of such ionizers.
Certain known AC air ionizers use two diodes connected to the output of the high
voltage transformer to conduct currents of opposite directions and thus serve as
half-wave rectifiers for the high voltages supplied through such diodes to ionizing
electrodes of opposite polarities. The electrodes are located close to each other
to help generate the intense electric field necessary for ionization. This arrangement
prevents the electrodes from changing their respective polarities and thereby reduces
the loss of ions back to the electrodes that generated the ions. In ionizers of
this type, if a web does not carry static charge to attract ions, ions of one polarity
generated around an electrode during one half cycle are attracted to and are neutralized
at the other electrode of opposite polarity during the subsequent half cycle, thereby
providing self-balancing operation. All such conventional ionizers require heavily-insulated
cabling between ionizing electrodes and high-voltage transformers mounted remotely
from the electrodes because of the large size and heavy weight of such transformers.
Another problem is that such conventional AC ionizers generally are
incapable of measuring and monitoring the ion currents without employing complex
external sensors and circuitry. That difficulty arises from the fact that the alternating
potential applied to the electrodes couples capacitively to the electrically grounded
components of the ionizer and the generator to produce a significant capacitive
current that has a different phase and can substantially exceed the ion current.
As a consequence, feedback control of AC high voltage ionizers is very difficulty,
and the ability to selectively and independently control positive and negative output
voltages in AC ionizers can only be achieved using more complex and expensive generator
circuitry.
Other known air ionizers of the bipolar pulsed DC type resolve issues
of size and weight by using small-size switching generators operating at high frequency.
Bipolar pulsed-DC ionizers are capable of detecting the ionization current without
employing complex external sensors and accompanying circuitry. For example, the
voltage drop across a ground return resistor through which a flow of electrical
charges is conducted away from the ionizing electrode can be sensed to provide an
indication corresponding to the ionization current. (See, for example, the apparatus
described in U.S. Patent No. 4,809,127). However, this apparatus only monitors its
own internal parameters and generally does not respond to charge levels on a moving
web or other workpiece. These schemes using pulsed DC voltages of positive and negative
polarity supplied to separate ionizing electrodes are also known to avoid the loss
of ions back to the electrodes, both by separating the electrodes in space and operating
only one electrode at a time, and thus improve ionization efficiency. However, such
schemes are limited in pulse repetition frequency due to rise and decay times of
the pulses of opposite polarity that tend to overlap at high switching rates. Such
ionizers are commonly designed to operate at slow switching rates, typically 5Hz
maximum, to allow the ions to propel away from the ionizer (which is usually installed
several feet above the surface to be neutralized) before the electrode of the opposite
polarity becomes active and pulls back the ions produced in the previous cycle.
Such ionizers generally require relatively large spacings, e.g. 7,6-30,5 cm (3"-12"),
between the electrodes of opposite polarities. Circuitry design limitations commonly
limit the alternating switching rate of the positive and negative generators to
about 5 alternations per second. This low frequency makes pulsed DC technology impractical
for neutralization of surface charges on fast-moving webs. Another limitation of
these pulsed DC ionizers is the low output power of high voltage generators which
are suitable for area ionization purposes, but typically insufficient for neutralization
of surface charges on fast-moving webs.
Air ionizers that operate on dual steady-state DC high voltage supplies
have found only a limited use for neutralization of surface charge on moving webs.
This is due to the difficulty of controlling balanced positive and negative ion
generation, and due to the propensity of such ionizers to charge the surface instead
of neutralize surface charges. While it is possible to achieve balanced ionization
with steady-state dual DC ionizers, considerably higher costs are involved relative
to AC ionizers. Devices of the types described above are disclosed in the literature
(See, for example, U.S. Patent No. 5,432,454).
Summary of the Invention:
In accordance with the present invention, two high voltage generators
are operated to produce positive or negative voltages of about 3-15 kilovolts. The
positive high voltage and negative high voltage are supplied to separate respective
electrodes that are positioned in close proximity to the work piece (e.g., a moving
web) to be neutralized with air ions. The generators which apply high voltages of
predetermined polarities to the respective electrodes include ground return electrical
paths through which electrical charges of polarities opposite to those of the electrodes
are conducted away from the generators at rates corresponding to the rates of air
ion generation by the respective electrodes. Also, the respective ground return
paths of the two high voltage generators are connected to a summing junction and
associated metering circuitry.
In accordance with the illustrated embodiment of the present invention,
the positive electrodes act as the electrical potential reference for the negative
electrodes positioned in close proximity thereto, and the negative electrodes act
as the electrical potential reference for the positive electrodes to produce the
desirable intense electrical field required for air ionization. With the ionizing
electrode of one polarity positioned in close proximity to an electrode of the opposite
polarity, and the sufficient potential difference between the electrodes, substantially
all ion current from positive electrodes flows to the negative electrodes, and substantially
all ion current from negative electrodes flows to the positive electrodes in the
absence of an external electrostatic field from a charged surface (or when only
a weak field is present) in the immediate vicinity of the ionizing electrodes. Accordingly,
when there are substantially no external electrostatic fields from a charged surface,
such as moving web, in the vicinity of the ionizing electrodes, substantially all
ion currents flow between the electrodes of opposite polarities, and the DC component
of the current in the system ground return will be substantially zero. If the web,
however, carries surface charge, the associated electrostatic field causes ions
of the polarity opposite to the polarity of the surface charge on the web to leave
the ionizing electrodes and flow to the charged surface.
For example, when the moving web carries a negative electrostatic
charge, its electrostatic field attracts the ions from positive electrodes. As a
result, some positive ion current flows to the moving web to neutralize its surface
charge, while the ion current from the negative electrodes significantly flows to
the positive electrodes or back to the negative electrode during the inactive half
cycles thereof. The DC component of the current in the system ground return thus
changes from zero to the value directly related to the ion current that flows to
the surface of the charged web. The resultant current that leaves the ionizer can
be measured or otherwise monitored in the common ground return path as an indication
of the polarity and magnitude of the charge on the surface. In accordance with the
method of the present invention, the ionizer acts as a sensor for the charge on
the work piece. A signal from the ionizer can then be used to control the outputs
of the generators without the need for external sensors.
In the other embodiment of the present invention the ion currents
from the electrodes are balanced in a setting resembling actual industrial installations
where such ionizers are located near electrically grounded metal machine frame components.
In such conditions, if a web of material carries negligible or small static charge,
some ions will still be flowing away from the ionizer toward the metal machine frame.
That flow of ions, if it is not balanced, may cause unintended charging of the web.
In order to make the above described method work in the industrial setting the DC
component of the current in the common ground return path should be substantially
zero when the surface, such as moving web, does not carry static charges. This is
accomplished by placing the ionizing electrodes in proximity to the grounded metal
member, such as a plate, and the voltages applied to the ionizing electrodes are
adjusted until the DC component of the current in the common ground return equals
substantially zero.
The associated high voltage generators may be of many different types
for producing positive and negative voltages of different wave shapes and amplitudes.
The advantage of the present invention is significantly increased when the two high
voltage generators are operated to produce positive or negative voltages of about
3-15 kilovolts during respective operational half-cycles at a selected switching
or repetition rate. In operation during one half of the switching duty cycle, the
first generator produces only positive half-cycles of high-voltage and the other
generator is substantially inactive. Then, during the alternate half of the switching
cycle, such other generator produces only negative half-cycles of high-voltage and
the first generator is substantially inactive. In each half duty cycle of the applied
AC power, the potential of ionizing electrodes connected to the active high voltage
generator is elevated to air ionization levels while the ionizing electrodes connected
to the inactive generator serve as a ground (or zero potential) reference. Quantities
of positive and negative air ions accumulate around the ionizing electrodes. Ions
of opposite polarity to the charge on the web are attracted toward the web. Ions
of the same polarity as the charge on the web, and excess air ions of the first
polarity that were not attracted to the web due, for example, to low levels of static
charge on the web, are more actively attracted back either to the electrode that
generated them when its potential changes substantially to zero, or to the electrode
of opposite polarity during the excitation thereof. These effects contribute significantly
to self-balancing ionization and neutralization of the net static charge on a moving
web. However, this self-balancing does not result in high loss of ions, as in conventional
AC ionizers, where the same electrodes that change polarities pull back significantly
higher portions of the ions generated in the previous half-cycle.
The high voltage generators in one embodiment of the invention include
multiple stages of power conversion in which the high voltage output is produced
by a high frequency inverter (operating typically at a frequency greater that 20KHz).
Therefore the high-voltage, step-up transformers can be reduced in size and weight
for convenient packaging and mounting adjacent the ionizing electrodes near the
work piece. This eliminates heavily-insulated, high-voltage cabling conventionally
utilized in A.C. ionizers between the electrodes and remotely-located high voltage
generators. The alternating rate at which the generators are activated and inactivated
may be in the range preferably between 50 cycles per second and 400 cycles per second.
In one embodiment of the present invention, the output of the high
voltage generators during their respective inactive half cycles are caused to be
at substantially lower electrical potentials so that the ionizing electrodes connected
to the associated generator act as the electrical potential reference to the active
ionizing electrodes to produce the desirable intense electrical field required for
ionization.
In one embodiment of the present invention, the outputs of one or
both of separate high voltage generators are selectively and independently controlled
to control the net ion output. This allows desired levels of positive and negative
ion currents to be achieved by changing the high voltages applied to the respective
ionizing electrodes. In this manner, the ratio of ion currents can be changed over
a wide range from only positive ions to only negative ions, and including generally
equal positive and negative ion currents for balanced ionization in order to neutralize
the surface charge of any polarity and magnitude on a fast-moving web. In this embodiment,
the ion current attributable to one polarity of high voltage may be maintained at
maximum level by reducing the high voltage applied to the electrode of the other
polarity in order to most effectively neutralize surface charge of a known polarity.
The ionizer may also be used as a charging device where desirable, for example,
by installing electrodes adjacent to a metal roller that carries the web, and adjusting
the output of the high voltage generators to produce predominantly positive (or
predominantly negative) ions.
Brief Description of the Drawings:
- Figure 1A is a block schematic diagram of one embodiment of the present invention;
- Figure 1B is a block schematic diagram of one embodiment of the present invention
operating in self-balanced mode;
- Figure 1C is a block schematic diagram of one embodiment of the present invention
operating in non-balanced mode;
- Figure 2 is a block schematic diagram of the high-voltage generators of Figures
1A, 1B and 1C according to one embodiment of the invention;
- Figure 3 is a circuit diagram of the generators of Figure 1;
- Figure 4 is a perspective view of air ionizing electrodes positioned relative
to a moving web to be neutralized; and
- Figure 5 is a block schematic diagram of the high-voltage generators of Figures
1A, 1B, and 1C according to another embodiment of the invention.
Detailed Description of the Invention:
In accordance with the present invention, two high-voltage generators
9, 11 are operated, as illustrated in Figure 1A, to produce only positive (or negative)
high voltages 13, 15 on respective outputs 80, 82. The output voltages from each
generator 9, 11 are supplied to respective sets of ion emitter electrodes 47, 49
that are conventionally formed as sharp tips or points oriented toward a workpiece
that is to be neutralized by the supplied ions. Additional resistors 90, 92 of high
resistance values (e.g., 20 to 200 megohms) may be connected between output terminals
and ion emitter electrodes 47, 49 to limit maximum output current for safety purposes.
The electrodes 47,49 are positioned in close proximity to the work piece 10 (e.g.,
a moving web) to be neutralized with air ions. The generators which apply high voltages
of predetermined polarities to the respective electrodes include ground return electrical
paths 109 and 111 through which electrical charges of polarities opposite to those
of the electrodes are conducted away from the generators at rates corresponding
to the rates of air ion generation by the respective electrodes 47 and 49. Also,
the respective ground return paths of the two high voltage generators are connected
to a summing junction 113, similar to the circuitry described in U.S. Pat. No. 4,809,127
issued Feb. 28, 1989 to Arnold J. Steinman et al., and to the associated metering
circuitry 107 in the common ground return path 115. However, unlike the above mentioned
prior art, in the present invention substantially all ion current from positive
electrodes flows to the negative electrodes, and substantially all ion current from
negative electrodes flows to the positive electrodes in the absence of an external
electrostatic field from the surface 10 (or when only a weak field is present) in
the immediate vicinity of the ionizing electrodes. This is achieved by a combination
of a specific distance between ionizing electrodes of the opposite polarities,
where each ionizing electrode of positive polarity 47 is positioned in close proximity
to an electrode of the negative polarity 49, and by the potential differences between
the electrodes of opposite polarities. Under these conditions, the DC component
of the current in the common ground return path 115 may be substantially zero when
there are substantially no external electrostatic fields from a charged surface
in the vicinity of the ionizing electrodes . When an adjacent surface 10 has a charge
on it, the associated electrostatic field causes ions of the polarity opposite to
the polarity of the surface charge on the web to leave the ionizing electrodes and
flow to the charged surface. The resultant current that leaves the ionizer can be
measured or otherwise monitored in the common ground return 115 as an indication
of the polarity and magnitude of the charge on the surface.
Figure 1B shows an embodiment of the present invention in which the
ionizer is placed at a set distance from a electrically grounded metal plate 22
to simulate typical industrial installations. The current in the common ground return
path 115 is measured with the metering circuit 107. The output of the high-voltage
generator 9 (or of the high-voltage generator 11) is controlled to vary the effective
ionizing potential supplied to the electrodes 47, while the ionizing potential on
the electrode 49 is unchanged, until the ion currents from the electrodes are balanced
and the DC component of the current in the common ground return is substantially
zero. As illustrated in Figure 1C, an imbalance in the quantities of positive and
negative ions supplied to an initially neutral web 10 may produce residual charge
on the web at locations downstream of the ionizer.
In one embodiment of the present invention the two high voltage generators
9, 11 are operated to produce positive or negative voltages of about 3-15 kilovolts
during respective operational half-cycles at a selected switching or repetition
rate. In operation during one half of the switching duty cycle, one generator produces
only positive half-cycles of high-voltage and the other generator is substantially
inactive. Then, during the alternate duty cycle, such other generator produces only
negative half-cycles of high-voltage and the one generator is substantially inactive.
The operating duty cycles may be conveniently determined by power line frequency
for alternately activating each of the separate high-voltage generators 9, 11 to
produce half-cycles of high-voltage 13, 15 on the outputs 80, 82.
Specifically, each generator 9, 11 includes circuitry for operating
at high frequency of about 20 kilohertz on applied electrical power, and such high
frequency operation conveniently reduces the size and weight of voltage step-up
transformers used to produce the high peak output voltages 13, 15 of one or other
polarities.
Referring now to Figure 2, there is shown a block schematic diagram
of the circuit stages including high-voltage generators 9, 11 whose ground return
paths, in one embodiment, may be connected to one summing junction 113. The generators
9, 11 receive alternate half waves of applied power (e.g., conventional AC power-line
supply) via respective half-wave rectifiers 19,21. The alternate half-cycles 23,
25 of the applied AC power 20 thus power the respective inverters 27, 29 to produce
oscillations 31, 33 at high frequencies of about 20 kilohertz only during alternate
half-cycles of the applied AC power 20. Such high-frequency oscillations at high-voltages
of about 3-15 kilovolts are then half-wave rectified by respective diodes 35, 37
to supply the resultant half-wave rectified, high-frequency, high voltages to the
respective filters 39, 41. These filters remove the high-frequency components of
the half-wave rectified voltages to produce respective high-voltage outputs 43,
45 that vary over time substantially as the half-wave rectified, applied AC power
23, 25 varies with time. The filtered output voltages 43, 45 are supplied to separate
respective sets of ion emitter electrodes 47, 49 of the type and orientation, as
previously described. The inverters 27, 29 may be controlled in response to applied
control signal to vary the effective ionizing potential supplied to respective electrodes
47, 49. A resistor 85 is connected between the outputs of the high voltage generators
to provide substantially zero potential on the output and associated electrode 47,
49 that is inactive during an alternate half-duty cycle. As shown in Figure 2, the
inverters 27, 29 may be directly controlled in conventional manner to alter the
high voltage outputs supplied to the respective electrodes 47, 49 in response to
applied control signal 101 derived, for example, as illustrated and described later
herein with reference to Figure 3.
Referring now to the circuit diagram of Figure 3, there is shown an
input filter network 50 including a varistor and inductive and capacitive elements
for protecting against power-line voltage transients and electromagnetic interference.
The applied AC power at line, or other, frequency and any convenient voltage level
(e.g., 24 volts, 120 volts, 220 volts, etc.) is applied via diodes 19, 21 to respective
high-frequency inverters 27, 29. For each inverter, the half-wave rectified applied
AC voltage is filtered 52, 54 for application to the high-frequency oscillators
56, 58 that include voltage step-up transformers 60, 62. The step-up transformers
60, 62 each includes windings connected in respective drain or collector circuits
of transistor pairs 68, 70. The step-up transformers include windings coupled to
the base or gate circuits of the transistor pair to form regenerative feedback loops
that sustain oscillating operation during conduction of power-line current through
the associated diode 19, 21, substantially at a frequency determined by the tank
circuit of capacitance 63, 65 and the primary inductance of winding 67, 69. The
inductors 57, 59 smooth current flow to the parallel-resonant tank circuits of coils
67, 69 and capacitors 63, 65. Current transformers 64, 66 sample the collector or
drain currents of transistor pair 68, 70 to provide a proportional current of reduced
magnitude to drive the transistor pair 68, 70. The proportional drive current allows
operation over a wide range of input voltages encountered during the half-sine wave
variations in each alternate cycle.
Each step-up transformer 60 and 62 includes output winding 72 or 74
connected to capacitive voltage doubler circuits 76, 78 that produce rectified high-voltages
on output terminals 80, 82 of one or other polarity. The rectified output voltages
filtered via capacitors 84, 86 to provide the output voltages 43, 45 that are applied
to the respective ion emitter electrodes 47, 49. The output voltages 43, 45 should
be adjusted to such levels relative to each other, or to the system ground, that
the ionizing electrodes 47, 49 generate positive and negative ion currents of substantially
equal magnitude to facilitate balanced ionization conditions. The resistor 85 of
very high resistance (e.g., 50 megohms) is connected between output terminals to
discharge the filter capacitors 84, 86, and additional resistors 90, 92 of high
resistance values may be connected between output terminals and ion emitter electrodes
47, 49 to limit maximum output current supplied by the voltage doublers 76, 78.
The transformers 60, 62, 64, 66 and other components of small size for operation
at high frequency promote convenient packaging in a common housing 103 for mounting
with the ionizing electrodes 47, 49 near the moving web 10, as shown in Figure 4.
Such mounting obviates exposed high-voltage cabling between the high voltage generator
and ionizing electrodes and promotes safe, low-voltage connections from an AC power
source to the housing 103.
The metering circuit utilized to measure the DC component of the current
in the common system ground return will be described in more detail. Electrical
charges of polarities opposite to the charges on the ionizing electrodes are conducted
away from the generators through the ground return electrical path 109 of the positive
high-voltage generator 9 and ground return electrical path 111 of the negative high-voltage
generator 11. The respective ground return paths 109 and 111 of the two high voltage
generators are connected to a summing junction 113 and then to chassis ground through
high resistance 105 which also functions as a return current sensing resistor. Further
components of the metering circuit include a capacitor 106, connected in parallel
with resistor 105 to serve as a filter. The voltage drop across resistance 105 is
measured by DC voltmeter 107 or a similar instrument, as shown in Figure 3. This
system ground return current thus indicates or monitors the polarity and magnitude
of the net ion current that flows from the ionizer to the charged surface, and can
be sensed to provide information about the charge levels on the moving web, or about
the operation of the ionizer, or may be used to supply signal to inverters 27, 29
as illustrated in Figure 2 to control the levels of high voltages applied to the
respective electrodes 47,49.
Referring now to Figure 4, there is shown one embodiment of the electrodes
47, 49 connected to respective outputs 80, 82 and mounted in close proximity to
a moving web 10. High voltage generators are packaged in a common housing 103 for
mounting with the ionizing electrodes 47, 49 near the moving web 10. Such mounting
obviates exposed high-voltage cabling between the high voltage generator and ionizing
electrodes and promotes safe, low-voltage connections from an AC power source to
the housing 103. In this configuration, rows of ionizing electrodes in the form
of tapered pins 47, 49 are attached in common to high-voltage conductors 95, 97
of one or other polarity, and air ions of one polarity and then of opposite polarity
are produced during alternate duty cycles in close proximity to the moving web 10
for controlling static charge on the web 10. In each half duty cycle of input signal,
the potential on one row of pins or electrodes 47, 49 is elevated to air ionization
levels (e.g., 3-15 kilovolts) while the other row of pins or electrodes serves as
a ground (or zero potential) reference for establishing high field gradients around
the pins or electrodes 47, 49 to promote air ionization.
In another embodiment, the ionizing electrodes of both polarities
may be aligned in a single row in alternating (-), (+), (-), (+) orientations, with
spacing between adjacent electrodes in the range of about 6,35 to 50,8 mm (1/4 to
2 inches), and with preferred spacing of about 1/2 to 1 inch. In still another embodiment,
the electrodes are positioned in pairs so that each electrode for positive voltage
has an electrode for negative voltage as a neighbor, where the distance between
the electrodes in the pairs is shorter than the distance between the pairs of the
electrodes.
In an alternative embodiment, as illustrated in Figure 5, conventional
pulse-width modulators, or choppers 24, 26 are connected prior to the inverters
27, 29 to reduce the average (or integrated) input voltage 28, 30, but without substantially
changing the envelope or waveshape of the voltage 28, 30 applied to the inverters
27, 29. The choppers 24, 26 as pulse-width modulators may include transistors, MOSFETs,
or other similar switching devices which are turned off and on at frequencies comparable
to the oscillation frequencies of the inverters with variable on-period controlled
in response to applied control signal 101 derived from the output of an amplifier
117. The input of the amplifier 117 is connected to the metering circuit containing
resistor 105 and capacitor 106. The ratio of the on-period to the total period (on
and off) may remain constant over one complete half-cycle of the applied low frequency
input 23, 25, with the result that the average output voltages of the choppers as
applied to the inverters 27, 29 retain the half-sinusoidal waveshape at amplitudes
that are reduced in relation to the reduction of the duty cycle.
The DC component of the current in the ground return path indicates
or monitors the polarity and magnitude of the net ion current, and can be used to
supply signal to the choppers 24, 26 as illustrated in Figure 5, to control the
levels of high voltages applied to the respective electrodes 47, 49. In this embodiment
of the present invention, the self-balancing of charge neutralization on a moving
web 10 may be enhanced by active control of one or other of the generators 9, 11
in response, for example, to the signal at the input 99 to the amplifier 117 that
is representative of the net current in the system ground return.
In this embodiment, the circuit as illustrated in Figure 5 produces
a control signal 99 for application to one or both of the generators 9, 11 in the
manner as previously described to alter the ionizing potential of the output voltage
produced thereby. For instance, a signal in the ground return indicating net positive
ion current going to a charged web may be used to decrease the output of chopper
26 in the negative generator 11, and thus reduce the voltage on negative ionizing
electrodes 49. Lowering the negative voltage effectively reduces the number of positive
ions attracted and recombined with the negative electrode 49.
The present invention may also be used to deposit charge on a surface
by transferring the ions from the electrodes onto the surface for the purpose of,
for example, so-called electrostatic 'pinning' of sheet and film material to other
sheets or holding surfaces. To accomplish this, ionizing electrodes are positioned
adjacent a grounded surface such as a metal roller which transports the film material.
The high voltage generators are adjusted to generate different ratios of positive
and negative ionization currents for a bipolar charging of the surface, or a preponderance
of ions of one polarity at the associated electrodes for a largely unipolar charging
of the surface. The Coulomb forces established between the electrodes and the grounded
metal roller move the ions toward the film material supported on the roller, thereby
to charge the web of film material.
Therefore, the high voltage generators, ionizing electrodes, and control
schemes according to the present invention provide supplies of positive and negative
ions for control of static charge on a work piece such as a moving web of dielectric
material. Self-balancing or signal control of electrostatic charge neutralization
by generated air ions thus promote control of surface charge, for example, charge
neutralization substantially to zero net charge for enhanced processing of the web
material.
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| Anspruch[de] |
- Verfahren zum Neutralisieren einer elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche mittels
eines Systems, das eine erste und eine zweite Ionisierungs-Elektroden (47, 49) umfaßt,
die mit jeweils einem ersten und einem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) verbunden
sind, welche die ersten und die zweiten Ionisierungs-Elektrode (47, 49) mit jeweils
einer positiven Hochspannung und einer negativen Hochspannung versorgen, um mittels
der ersten Elektrode (47) positive Ionen und mittels der zweiten Elektrode (49)
negative Ionen zu erzeugen, wobei das Verfahren umfaßt:
- a) Einrichten eines gemeinsamen Masse-Rückpfads (109; 111) für den ersten und
den zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11);
- b) Wegführen eines Flusses elektrischer Ladungen entgegengesetzter Polarität
von dem ersten Hochspannungsgenerator (9) über dessen gemeinsamen Masse-Rückpfad
(109) mit einer Rate, die im wesentlichen der Ionenerzeugungsrate der ersten Ionisierungs-Elektrode
(47) entspricht;
- c) Wegführen eines Flusses elektrischer Ladungen entgegengesetzter Polarität
von dem zweiten Hochspannungsgenerator (11) über den gemeinsamen Masse-Rückpfad
(111) mit einer Rate, die im wesentlichen der Ionenerzeugungsrate der zweiten lonisierungs-Elektrode
(49) entspricht;
- d) Leiten im wesentlichen aller Ionen der von der ersten und der zweiten Elektrode
(47, 49) erzeugten Ionen der einen oder anderen Polarität, so daß diese in
Abwesenheit eines externen elektrostatischen Feldes nahe der ersten und der zweiten
Elektrode (47, 49) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) in Richtung
der Elektrode (49, 47) der entgegengesetzten Polarität fließen;
- e) Anordnen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) nahe einer Oberfläche,
die elektrostatische Ladung veränderlicher Größe aufweist, einschließlich
von im wesentlichen Null-Ladung, welche die eine oder andere Polarität aufweist,
um dadurch ein elektrostatisches Feld zwischen der geladenen Oberfläche und der
ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) einzurichten, um einen Teil des von der
Elektrode mit entgegengesetzter Polarität stammenden Ionenstroms zur geladenen Oberflächen
fließen zu lassen;
- f) Kombinieren des Flusses elektrostatischer Ladungen von dem ersten und dem
zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) über den gemeinsamen Masse-Rückpfad (109,
111), mit , einer Rate, die im wesentlichen der Ionenstromflußrate der geladenen
Oberfläche entspricht; und
- g) Abtasten des kombinierten Flusses elektrischer Ladungen, die von dem ersten
und dem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) stammen.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abtastens des kombinierten
Flusses elektrischer Ladungen von dem ersten und dem zweiten Hochspannungsgenerator
(9, 11) umfaßt: Messen und Überwachen der Gleichstrom-Komponente des kombinierten
Flusses elektrischer Ladungen.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleichstrom-Komponente des kombinierten
Flusses elektrischer Ladungen von dem ersten und dem zweiten Hochspannungsgenerator
(9, 11) über deren gemeinsamen Masse-Rückpfad (109; 111) in Abwesenheit eines externen
elektrostatischen Feldes in der Nähe der ersten und der zweiten Elektrode im wesentlichen
null ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend:
- intermittierendes und alternierendes Betätigen des ersten und des zweiten Hochspannungsgenerators
(9, 11).
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei in dem Schritt des Betätigens der erste und
der zweite Hochspannungsgenerator (9, 11) betätigt wird, um eine Hochspannungs-Ausgabe
zu erzeugen, während der Ausgang des anderen Hochspannungsgenerators (9, 11) im
wesentlichen null ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hochspannungs-Ausgänge
des ersten und des zweiten Hochspannungsgenerators (9, 11) unabhängig voneinander
einstellbar sind.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner
umfaßt:
- Anordnen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) nahe der Oberfläche und
der leitenden Masse und
- bei Fehlen der Oberfläche, Einstellen der Gleichstrom-Komponente des kombinierten
Flusses elektrischer Ladungen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Hochspannungsgenerator
auf im wesentlichen Null.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Einstellens der Gleichstrom-Komponente
ausgeführt wird, indem das Niveau der Hochspannung eingestellt wird, welche von
zumindest dem ersten oder dem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) geliefert wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Abstand zu einer leitenden Masse
im Bereich von ungefähr 0,0254 m bis 0,152 m (ungefähr 1 Zoll bis ungefähr 6 Zoll)
liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner umfaßt:
- g) Anordnen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) nahe der Oberfläche,
auf der eine elektrische Ladung vorliegt, um ein externes elektrostatisches Feld
in der Nähe der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) der einen oder anderen
Polarität aufzubauen, um einen Ionenstrom von der ersten oder der zweiten Elektrode
(47, 49) mit entgegengesetzter Polarität zu der geladenen Oberfläche fließen
zu lassen;
- h) Einrichten des kombinierten Flusses elektrischer Ladungen von sowohl dem
ersten als auch dem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) über den gemeinsamen
Massen-Rückpfad (109; 111);
- i) ferner Einrichten der Gleichstrom-Komponente des kombinierten Flusses elektrischer
Ladungen, so daß dieser im wesentlichen der Rate des Ionenstromflusses entspricht,
der zu der geladenen Oberfläche geführt wird; und
- k) Abtasten der Gleichstrom-Komponente des kombinierten Flusses elektrischer
Ladungen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, umfassend:
- intermittierendes und alternierendes Betätigen des ersten und des zweiten Hochspannungsgenerator
(9, 11).
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Schritt des Betätigens der erste oder
der zweite Hochspannungsgenerator (9, 11) betätigt wird, um eine Hochspannungs-Ausgabe
vorzusehen, während die Ausgabe der andere Hochspannungsgeneratoren (9, 11) ein
wesentlich geringeres Niveau aufweist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ein Verfahren zum Versorgen
von Elektroden (47, 49) mit Ionisierungspotentialen zum Ionisieren von Luft mittels
eines Paars Inverter umfaßt, wobei diese jeweils geeignet sind, in Reaktion
auf ein angelegtes elektrisches Signal Schwingungen bei hohen Frequenzen vorzusehen,
wobei das Verfahren umfaßt:
- l) alternierendes Anlegen elektrischer Signale an die Inverter, um jeden Inverter
in entgegengesetzter Phase mit Energie zu versorgen, um eine hochfrequente Schwingung
vorzusehen;
- m)Ausbilden eines Wechselstrom-Hochspannungsausgangs ausgehend von den Schwingungen
in jedem Inverter; und
- n) Gleichrichten der von jedem Inverter stammenden Wechselstrom-Hochspannungsausgabe,
um daraus während des Betriebs des zugeordneten Inverters in einem Zeitintervall
aus der Wechselstrom-Hochspannungsausgabe eine halbwellen-gleichgerichtete Ausgabe
zu erzeugen, während dieser durch die angelegten elektrischen Signale mit Energie
versorgt ist, um die Ionisierungselektroden mit Ionisierungspotential zu versorgen.
- Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner umfaßt:
- o) Versorgen einer Bahn bewegten dielektrischen Materials mit Ionen, die an
den Ionisierungselektroden (47, 49) erzeugt werden, an einer ausgewählten Stelle,
die von der bewegten Bahn durchlaufen wird, um auf der Bahn vorgesehene Ladungen
zu neutralisieren; und
- p) Abtasten einer Gleichstrom-Komponente des kombinierten Flusses elektrischer
Ladungen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Hochspannungsgenerator in einem
gemeinsamen Massepfad, um ein Steuersignal zum selektiven Steuern der erzeugten
Ionen im Hinblick auf zumindest einen Parameter und Menge und Polarität vorzusehen,
um restliche, auf der Bahn verbleibende Ladung nach deren Bewegung an der Stelle
vorbei, an der die Bahn mit Ionen versorgt wird, zu reduzieren.
- Verfahren nach Anspruch 14, wobei zumindest einer der Inverter mit dem Steuersignal
versorgt wird, um die von diesem ausgegebene Wechselstrom-Hochspannung selektiv
zu verändern.
- Vorrichtung zum Neutralisieren einer elektrostatisch geladenen Oberfläche, umfassend:
- eine erste und eine zweite Elektrode (47, 49), die nahe an einer Bahn aus einem
Material angeordnet werden können, das potentiell elektrostatische Ladung ausbildet,
und die angeordnet sind, um Luft zum Versorgen des Materials mit Ionen zu ionisieren;
- einen ersten Hochspannungsgenerator (9), der mit der ersten Elektrode (47) verbunden
ist, um an diese eine positive Hochspannung anzulegen, und einen zweiten Hochspannungsgenerator
(11), der mit der zweiten Elektrode (49) verbunden ist, um an diese eine negative
Hochspannung anzulegen, wobei sowohl der erste als auch der zweite Hochspannungsgenerator
(9, 11) eine unabhängig einstellbare Hochspannungsausgabe erzeugt;
- einen gemeinsamen Masse-Rückpfad (109; 111), durch den elektrische Ladungen
entgegengesetzter Polarität von dem ersten und dem zweiten Hochspannungsgenerator
(9, 11) weggeleitet werden;
- einen Steuerschaltkreis zum Betätigen des ersten und des zweiten Hochspannungsgenerators
(9, 11), um die jeweilige positive und negative Hochspannung intermittierend und
im wesentlichen mit der Stromversorgungsfrequenz alternierend vorzusehen;
- einen Abtastschaltkreis, der mit dem gemeinsamen Masse-Rückpfad (109; 111) verbunden
ist, um den kombinierten Fluß elektrischer Ladungen von sowohl dem ersten
als auch dem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) abzutasten; und
- Anpassungsmittel, um den kombinierten Fluß elektrischer Ladungen in dem
gemeinsamen Masse-Rückpfad (109; 111) auf einer Rate zu halten, die im wesentlichen
der Ionenflußrate von der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) zu der
geladenen Oberfläche entspricht.
- Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Anpassungsmittel die erste und die zweite
Elektrode (47, 49) umfassen, die mit einem Abstand voneinander angeordnet sind,
bei dem im wesentlichen alle Luftionen in Abwesenheit des externen elektrischen
Feldes in der Nähe der ersten und der zweiten Elektrode zwischen der ersten und
der zweiten Elektrode (47, 49) fließen.
- Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Anpassungsmittel ferner Mittel zum Erzeugen
eines Potentialunterschieds zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49)
umfassen, bei dem im wesentlichen alle Luftionen in Abwesenheit des externen elektrischen
Feldes in der Nähe der ersten und der zweiten Elektrode zwischen der ersten und
der zweiten Elektrode (47, 49) fließen.
- Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Anpassungsmittel eine Kombination des
Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) und dem Potentialunterschied
zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) umfassen, bei dem im wesentlichen
alle Luftionen in Abwesenheit eines externen elektrischen Feldes in der Nähe der
ersten und der zweiten Elektrode zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47,
49) fließen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Ausgänge des ersten
Generators (9) und des zweiten Generators (11) über einen Widerstand (85) verbunden
sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Widerstand (85) einen Widerstandswert
hat, der so gewählt ist, daß der Ausgang des einen Hochspannungsgenerators
(9; 11) im wesentlichen eine Ausgabe von Null vorsieht, wenn der andere Hochspannungsgenerator
(11; 9) am Ausgang ein hohes Niveau aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei der erste und der zweite
Hochspannungsgenerator (9, 11) jeweils mit einer hohen Frequenz oberhalb der Stromversorgungsfrequenz
arbeiten und Aufwärtstransformatoren umfassen, die im Vergleich zu Aufwärtstransformatoren,
die bei Stromversorgungsfrequenz betrieben werden, eine geringe Größe aufweisen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, um ein geladenes Objekt mit
Ionen zu versorgen, wobei der Abtastschaltkreis eine Angabe des Betrags und der
Polarität des Netto-Ionenstroms in Verhältnis zu dem Betrag und der Polarität des
geladenen Objekts vorsieht.
- Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend:
- eine Schaltung, die mit dem ersten und dem zweiten Generator (9, 11) verbunden
ist, um ein alternierendes Eingangssignal mit einer gewählten Frequenz vorzusehen,
um den ersten Generator (9) während der positiven Halbwelle des Eingangssignals
zu betreiben, um eine Hochspannung der einen Polarität zu erzeugen, und um den zweiten
Generator (11) während der negativen Halbwelle des Eingangssignals zu betreiben,
um eine Hochspannung der entgegengesetzten Polarität zu erzeugen; wobei
- die erste und die zweite Elektrode (47, 49) nahe einer Bahn aus einem Material
positionierbar ist, das potentiell elektrostatische Ladung ausbildet und zum Empfangen
der Hochspannung angeschlossen ist, welche von dem jeweiligen Generator (9, 11)
erzeugt wird, um an einer Ionisierungs-Elektrode (47, 49) während einer Halbwelle
des alternierenden Eingangssignals Ionen der einen Polarität zu erzeugen und um
an der anderen Ionisierungs-Elektrode (47, 49) während der anderen Halbwelle des
alternierenden Eingangssignals Ionen der entgegengesetzten Polarität zu erzeugen;
und
- jede der Elektroden (47, 49) in geringer Nähe zu einer Elektrode (49) der entgegengesetzten
Polarität angeordnet ist, um zu bewirken, daß in Abwesenheit des externen
elektrischen Feldes in der Nähe der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) im
wesentlichen alle Luftionen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49)
fließen.
- Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei jede Elektrode (47, 49) in geringer Nähe
zu einer Elektrode (49) der entgegengesetzten Polarität angeordnet ist, um während
jedes Betriebszyklus jede Elektrode (47) im wesentlichen mit einem Referenzpotential
von Null zu versehen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei der erste und der zweite
Generator (9, 11) Mittel umfassen, um den Potentialunterschied zwischen der ersten
und der zweiten Elektrode (47, 49) zu erzeugen, bei dem im wesentlichen alle Luftionen
in Abwesenheit des externen elektrischen Feldes in der Nähe der ersten und der zweiten
Elektrode (47, 49) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (47, 49) fließen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der erste und der zweite
Generator (9, 11) umfaßt:
- einen Halbwellengleichrichter, der zum Gleichrichten des alternierenden Eingangssignals
angeschlossen ist, um ein gleichgerichtetes Niederspannungs-Wechselstromsignal mit
einer Polarität für den ersten Generator (9) und mit der entgegengesetzten Polarität
für den zweiten Generator (11) zu erzeugen;
- einen Inverter, in jedem Generator (9, 11), der so angeschlossen ist, daß
er während des zugeordneten Halbwellenintervalls das Niederspannungs-Signal von
dem Halbwellengleichrichter in ein Hochspannungs-Wechselstromsignal mit hoher Frequenz
umwandelt; und
- einen zweiten Halbwellengleichrichter, der mit jedem Inverter verbunden ist,
um während des zugeordneten Halbwellenintervalls des alternierenden Eingangssignals
das Hochspannungs-Wechselstromsignal mit hoher Frequenz in eine gleichgerichtete
Halbwellen-Hochspannung umzuwandeln.
- Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei jeder der zweiten Halbwellengleichrichter
(78; 76) einen Spannungsverdoppler einschließlich einer ersten Diode und einem
ersten Kondensator umfaßt, die in Serie geschaltet sind, um das Hochspannungs-Wechselstromsignal
mit hoher Frequenz zu empfangen, und eine zweite Diode und einen zweiten Kondensator
(86) umfaßt, die in Serie geschaltet und über der ersten Diode angeschlossen
sind, um an dem zweiten Kondensator (86) die halbwellen-gleichgerichtete Hochspannung
zu erzeugen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei die Inverter Transformatoren
und Gleichrichtungsschaltkreise umfassen, die benachbart zu den Elektroden (47,
49) angeordnet sind, um die Länge der Hochspannungs-Verbindungen zwischen den Elektroden
(47, 49) und den Gleichrichtungsschaltkreisen zu verringern.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der Schaltkreis ein Diodenpaar
umfaßt, das gemeinsam mit einer Versorgung des alternierenden Eingangssignals
verbunden ist, wobei eine Diode des Diodenpaars, das mit dem ersten Generator (9)
verbunden ist, um diesen Generator während einer Halbwelle des alternierenden Eingangssignals
zu betätigen, und die andere Diode des Diodenpaars mit dem zweiten Generator verbunden
ist, um diesen Generator während einer anderen Halbwelle des alternierenden Eingangssignals
zu betätigen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, mit:
- einem Schaltkreis, der eine gemeinsame Verbindung der Generatoren (9, 11) als
eine Systemmasse ausbildet, um die kombinierten Rückströme der Generatoren (9, 11)
in der Systemmasse abzutasten, um daraus ein Signal zu erzeugen, das den Betrag
und die Richtung der in der Systemmasse kombinierten Rückströme angeben kann.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei die Ausgänge der Generatoren
(9, 11) voneinander unabhängig einstellbar sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 32, um ein geladenes Objekt mit
Ionen zu versorgen, wobei das Signal eine Angabe des Betrags und der Polarität des
Netto-Ionenstroms im Verhältnis zum Betrag und der Polarität des geladenen Objekts
angibt.
- Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei zumindest einer der Generatoren (9; 11)
die von diesem erzeugte Hochspannungs-Ausgabe in Reaktion auf das angelegte Steuersignal
verändert.
- Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei das Steuersignal proportional zu dem Systemmasse-Rückstrom
(109; 111) ist und die Ausgabe von zumindest einem der Inverter ändert, um ein gewähltes
Verhältnis positiver und negativer Ionen zu erzeugen, die von den Ionisierungs-Elektroden
(47, 49) erzeugt werden, welche angeschlossen sind, um die Hochspannungen positiver
und negativer Polarität zu empfangen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 35, wobei die Frequenz des alternierenden
Eingangssignals die Frequenz der Stromversorgungs-Wechselspannung ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei jede Elektrode (47, 49)
nahe einer leitenden Oberfläche angeordnet ist, die in Kontakt mit einem nichtleitenden
Material ist, welches zwischen der Oberfläche und der Elektrode (47, 49) angeordnet
ist, um dieses Material während eines Betriebszyklus mit Ionen der einen Polarität
zu versorgen und um es während des anderen Betriebszyklus mit Ionen der entgegengesetzten
Polarität zu versorgen, um eine elektrostatische Netto-Ladung auf dem Material vorzusehen,
die eine Anziehungskraft zwischen diesem und der leitenden Oberfläche entwickelt.
- Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Ausgänge der Generatoren (9, 11) so
betrieben werden, daß sie mit den Ionisierungselektroden ein Übergewicht positiver
und negativer Ionen erzeugen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 38, wobei der Abtastschaltkreis
in dem gemeinsamen Masse-Rückpfad (109; 111), einen Widerstand (105) in dem Masse-Rückpfad
(109; 111) und einen Filterkondensator (106) enthält, der parallel zu dem Widerstand
(105) geschaltet ist, sowie ein Voltmeter (107), um den Spannungsabfall über dem
Widerstand (105) zu messen, der durch den kombinierten Fluß der von dem ersten
und dem zweiten Hochspannungsgenerator (9, 11) stammenden elektrischen Ladungen
erzeugt wird.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 39, wobei der Abstand zwischen der
ersten und der zweiten Elektrode (47; 49) von ungefähr 0,00635 m bis ungefähr 0,0508
m (1/4 Zoll bis ungefähr 2 Zoll) reicht und der Potentialunterschied zwischen der
ersten und der zweiten Elektrode (47; 49) von ungefähr 3000 Volt bis ungefähr 15000
Volt reicht.
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| Anspruch[en] |
- A method for neutralizing an electrostatically charged surface with a system
including first and second ionizing electrodes (47, 49) connected to respective
first and second high voltage generators (9, 11) that supply positive high voltage
and negative high voltage separately to the first and second ionizing electrodes
(47, 49) for generating positive ions from the first electrode (47) and negative
ions from the second (49) electrode, the method comprising:
- a) establishing a common ground return (109; 111) for both said first and second
high voltage generators (9, 11);
- b) conducting away a flow of electrical charges of opposite polarity from said
first high voltage generator (9) through the common ground return (109) therefor
at a rate corresponding substantially to the rate of ion production by the first
ionizing electrode (47);
- c) conducting away a flow of electrical charges of opposite polarity from said
second high voltage generator (11) through the common ground return (111) at a rate
corresponding substantially to the rate of ion production by the second ionizing
electrode (49);
- d) directing substantially all ions of one and another polarity produced by
the first and second electrodes (47, 49) to flow between said first and second electrodes
(47, 49) towards the electrode (49, 47) of opposite polarity in the absence of an
external electrostatic field in the vicinity of said first and second electrodes
(47, 49) ;
- e) disposing said first and second electrodes (47, 49) near a surface exhibiting
electrostatic charge of various magnitude, including substantially zero charge,
of one or other polarity for establishing thereby an electrostatic field between
the charged surface and the first and second electrodes (47, 49) to cause a portion
of ion current from the electrode of opposite polarity to flow to the charged surface;
- f) combining the flow of electrical charges from both of said first and second
high voltage generators (9, 11 ) through the common ground return (109; 111) at
a rate corresponding substantially to the rate of ion current flow to the charged
surface; and
- g) sensing said combined flow of the electrical charges from both of said first
and second high voltage generators (9, 11).
- The method according to Claim 1 wherein the step of sensing the combined flow
of electrical charges from both of said first and second high voltage generators
(9, 11) includes measuring and monitoring the DC component of said combined flow
of electrical changes.
- The method according to claim 1 or 2 wherein the DC component of said combined
flow of electrical charge from both of said first and second high voltage generators
(9, 11) through the common ground return (109; 111) thereof is substantially zero
in the absence of an external electrostatic field in the vicinity of the first and
second electrodes.
- The method according to one of the preceding claims comprising:
- actuating said first and second high voltage generators (9, 11) intermittently
and alternately.
- The method according to claim 4 wherein the actuating step, one of the first
and second high voltage generators (9, 11) is actuated to produce high voltage output
while the output of the other of the first and second high voltage generators (9,
11) is substantially zero.
- The method according to one of the preceding claims wherein the high voltage
outputs of said first and second high voltage generators (9, 11)are independently
adjustable.
- The method according to one of the preceding claims, the method further comprising
:
- placing the first and second electrodes (47, 49) near the surface and the conductive
ground and, in absence of said surface, adjusting the DC component of the combined
flow of electrical charges from both of said first and second high voltage generators
to be substantially zero.
- The method of claim 7 wherein the step of adjusting the DC component is accomplished
by adjusting the level of the high voltage supplied by at least one of the first
and second high voltage generators (9, 11).
- The method of claim 7 or 8 wherein said distance from a conductive ground ranges
from about 0.0254 m and 0.152 m (about one inch to about six inches).
- The method according to one of claims 7 to 9 further comprising:
- g) positioning the first and second electrodes (47, 49) near the surface having
electrical charge thereon for establishing an external electrostatic field in the
vicinity of said first and second electrodes (47, 49) of one or another polarity
to cause ion current to flow from the one of the first and second electrodes (47,
49) of opposite polarity to the charged surface;
- h) establishing the combined flow of electrical charges from both of said first
and second high voltage generators (9, 11) through the common ground return (109;
111);
- i) further establishing the DC component of said combined flow of electrical
charges to substantially correspond to the rate of ion current flow directed to
the charged surface; and
- k) sensing said DC components of the combined flow of electrical charges from
both of said first and second high voltage generators (9, 11).
- The method according to one of claims 7 to 10 comprising:
- actuating said first and second high voltage generators (9, 11) intermittently
and alternately.
- The method according to claim 11 wherein in the step of actuating, one of the
first and second high voltage generators (9, 11) is actuated to supply high voltage
output while the output of the other of the first and second high voltage generators
(9, 11) is substantially lower.
- The method according to one of the preceding claims, comprising a method for
supplying ionizing potentials to electrodes (47, 49) for ionizing air from a pair
of inverters, each operable to provide oscillations at high frequencies in response
to applied electrical signal, the method comprising:
- l) alternately applying electrical signals to the inverters to energize each
of the inverters in phase opposition to oscillate at high frequency;
- m) forming AC high-voltage output from the oscillations in each inverter; and
- n) rectifying the AC high-voltage output from each inverter to produce therefrom
a half-wave rectified output from the AC high-voltage output during operation of
the associated inverter in an interval while energized by the applied electrical
signals to supply ionizing potential to the ionizing electrodes.
- The method according to claim 13 comprising:
- o) supplying ions produced at the ionizing electrodes (47, 49) to a web of moving
dielectric material at a selected location traversed by the moving web to neutralize
charge on the web; and
- p) sensing a DC component of the combined flow of electrical charges from both
of said first and second high voltage generators in a common ground path to provide
a control signal for selectively controlling the produced ions in at least one parameter
of quantity and polarity to reduce residual charge remaining on the web after movement
thereof past the location at which ions are supplied to the web.
- The method according to claim 14 wherein the control signal is supplied to at
least one of the inverters for selectively altering the AC high-voltage output therefrom.
- Apparatus for neutralizing an electrostatically charged surface comprising:
- first and second electrodes (47, 49) positionable adjacent to a web of material
potentially exhibiting electrostatic charge and disposed to ionize air for supplying
ions to said material;
- a first high voltage generator (9) coupled to the first electrode (47) to apply
positive high voltage thereto, and a second high voltage generator (11) coupled
to the second electrode (49) to apply negative high voltage thereto, each of the
first and second high voltage generators (9, 11) producing an independently adjustable
high voltage output;
- a common ground return path (109; 111) through which electrical charges of opposite
polarity are conducted away from said first and second high voltage generators (9,
11);
- a control circuitry for actuating said first and second high voltage generators
(9,11) to supply, respectively, the positive and negative high voltages intermittently
and alternately substantially at power line frequency;
- a sensing circuit coupled in said common ground return path (109; 111) for sensing
the combined flow of electrical charges from both of said first and second high
voltage generators(9, 11); and
- matching means for maintaining the combined flow of electrical charge in the
common ground return path (109; 111) at a rate corresponding substantially to the
rate of ion flow from the first and second electrodes (47, 49) to te charged surface.
- The apparatus according to claim 16, wherein said matching means include the
first and second electrodes (47, 49) spaced apart a distance at which substantially
all air ions flow between said first and second electrodes (47, 49) in the absence
of the external electrical field in the vicinity of said first and second electrodes.
- The apparatus according to claim 17, wherein said matching means further comprises
means for generating a potential difference between the first and second electrodes
(47, 49) at which substantially all air ions flow between said first and second
electrodes (47, 49) in the absence of the external electrical field in the vicinity
of said first and second electrodes.
- The apparatus according to claim 16, wherein said matching means comprises a
combination of the distance between the first and second electrodes (47, 49) and
the potential difference between the first and second electrodes (47, 49) at which
substantially all air ions flow between said first and second electrodes (47, 49)
in the absence of the external electrical field in the vicinity of said first and
second electrodes.
- The apparatus according to one of claims 16 to 19, wherein outputs of said first
generator (9) and of the said second generator (11) are connected with a resistor
(85).
- The apparatus according to claim 20 wherein said resistor (85) has the resistance
value selected to establish the output of one high voltage generator (9; 11) at
substantially zero when the other high voltage generator (11; 9) has high output.
- The apparatus according to one of claims 16 to 21, wherein the first and second
high voltage generators (9,11) each operate at high frequency above power line frequency
and include voltage step-up transformers of small size relative to step-up transformers
operable at power line frequency.
- The apparatus according to one of claims 16 to 22 for supplying ions to a charged
object in which said sensing circuit provides indication of the magnitude and polarity
of the net ion current in relation to the magnitude and polarity of the charged
object.
- The Apparatus of claim 16, comprising:
- circuitry connected to the first and second generators (9, 11) for supplying
alternating input signal of selected frequency to operate said first generator (9)
on the positive half-cycle of the input signal to produce the high-voltage of said
one polarity, and to operate the second generator (11) on the negative half-cycle
of the input signal to produce the high voltage of said opposite polarity; whereby
- the first and second electrodes (47, 49) positionable adjacent to a web of material
potentially exhibiting electrostatic charge and coupled to receive the high voltage
produced by respective ones of the generators (9, 11) for producing ions of one
polarity on one of the ionizing electrodes (47, 49) during one half-cycle of the
alternating input signal, and for producing ions of opposite polarity on another
of the ionizing electrodes (47, 49) during the other half-cycle of the alternating
input signal; and
- each of the electrodes (47, 49) is disposed in close proximity to an electrode
(49) of the opposite polarity to cause substantially all air ions to flow between
said first and second electrodes (47, 49) in the absence of the external electrical
field in the vicinity of said first and second electrodes (47, 49).
- The apparatus according to claim 24 wherein each of the electrodes (47, 49)
is disposed in close proximity to an electrode (49) of the opposite polarity to
provide each electrode (47) substantially zero reference potential in close proximity
during each operating cycle.
- The apparatus according to claim 24 or 25, wherein said first and second generators
(9, 11) include means for producing the potential difference between the first and
second electrodes (47, 49) at which substantially all air ions flow between said
first and second electrodes (47, 49) in the absence of the external electrical field
in the vicinity of said first and second electrodes (47, 49).
- The apparatus according to one of claims 24 to 26, wherein each of the first
and second generators (9; 11) comprises:
- a half-wave rectifier connected to rectify the alternating input signal to produce
a rectified low-voltage AC signal of one polarity for the first generator (9) and
of opposite polarity for the second generator (11);
- an inverter in each generator (9, 11) connected to convert the low-voltage signal
from the half-wave rectifier to high-voltage, high-frequency AC during the associated
half-wave interval; and
- a second half-wave rectifier connected to each inverter to convert the high-voltage,
high-frequency AC to half-wave rectified high-voltage during the associated half
wave interval of the alternating input signal.
- The apparatus according to claim 27 wherein each of the second half-wave rectifiers
(78; 76) includes a voltage doubler including a first diode and a first capacitor
serially connected to receive the high-voltage, high-frequency AC and including
a second diode and a second capacitor (86) serially connected across the first diode
for producing said half-wave rectified high voltage across the second capacitor
(86).
- The apparatus according to claim 27 or 28 wherein the inverters including transformers
and the rectifying circuits are disposed adjacent the electrodes (47, 49) to reduce
lengths of high-voltage connections between electrodes (47, 49) and rectifying circuits.
- The apparatus according to one of claims 24 to 29 wherein said circuitry includes
a pair of diodes connected in common to a supply of said alternating input signal,
and including one of said pair of diodes connected to the first generator (9) for
actuating such generator during one half-cycle of the alternating input signal,
and including the other of said pair of diodes connected to the second generator
for actuating such generator during an alternate half-cycle of the alternating input
signal.
- The apparatus according to one of claims 24 to 30 comprising:
- a circuit forming the common connection of the generators (9, 11) as a system
ground for sensing combined return currents of the generators (9, 11) in the system
ground to produce therefrom a signal that is indicative in magnitude and direction
of the system ground combined return currents.
- The apparatus according to one of claims 24 to 31, wherein the outputs of the
generators (9, 11) are independently adjustable.
- The apparatus according to one of claims 16 to 32 for supplying ions to a charged
object in which said signal provides indication of the magnitude and polarity of
the net ion current in relation to the magnitude and polarity of the charged object.
- The apparatus according to claim 33 wherein at least one of the generators (9;
11) alters the high voltage output produced thereby in response to the applied control
signal.
- The apparatus according to claim 34, wherein the control signal is proportional
to the system ground return current (109; 111) and alters the output of at least
the one of the inverters to produce a selected ratio of positive and negative ions
produced by ionizing electrodes (47, 49) connected to receive said high voltages
of positive and negative polarities.
- The apparatus according to one of claims 25 to 35 wherein the frequency of the
alternating input signal is the frequency of power-line AC voltage.
- The apparatus according to one of claims 16 to 22 wherein each of the electrodes
(47, 49) is disposed adjacent a conductive surface that is in contact with a non-conductive
material disposed intermediate the surface and the electrode (47; 49) for supplying
to the material ions of one polarity during one operating cycle and for supplying
thereto ions of opposite polarity during another operating cycle to provide net
electrostatic charge on the material for developing attraction thereof to the conductive
surface.
- The apparatus according to claim 37 the outputs of the generators (9,11) are
operated to produce a preponderance of positive or negative ions by the ionizing
electrodes.
- The apparatus according to one of claims 16 - 38, wherein said sensing circuit
in the common ground return path (109; 111) contains a resistor (105) in the ground
return path (109; 111) and a filter capacitor (106) connected in parallel to the
resistor (105), and a voltmeter (107) to measure the voltage drop across said resistor
(105) created by the combined flow of electrical charges from the first and second
high voltage generators (9, 11).
- The apparatus according to one of claims 16 - 39, wherein said distance between
the first and second electrodes (47; 49) ranges from about 0.00635 m to about 0.0508
m (1/4 inch to about 2 inches) and the potential difference between the first and
second electrodes (47; 49) ranges from about 3,000 volts to about 15,000 volts.
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| Anspruch[fr] |
- Procédé pour neutraliser une surface chargée d'électricité statique à l'aide
d'un système qui comprend une première et une deuxième électrode d'ionisation (47,
49) raccordées respectivement à un premier et à un deuxième générateur (9, 11) de
haute tension qui délivrent séparément une haute tension positive et une haute tension
négative à la première et à la deuxième électrode d'ionisation (47, 49) pour créer
des ions positifs à partir de la première électrode (47) et des ions négatifs à
partir de la deuxième électrode (49), le procédé comprenant les étapes qui consistent
à :
- a) établir un retour à la masse commun (109, 111) pour ledit premier et ledit
deuxième générateur (9, 11) de haute tension,
- b) évacuer l'écoulement de charges électriques de polarité opposée dudit premier
générateur (9) de haute tension par le retour à la masse commun (109) à un taux
qui correspond essentiellement au taux de production d'ions par la première électrode
d'ionisation (47),
- c) évacuer l'écoulement de charges électriques de polarité opposée dudit deuxième
générateur (11) de haute tension par le retour à la masse commun (111) à un taux
qui correspond essentiellement au taux de production d'ions par la deuxième électrode
d'ionisation (49),
- d) diriger essentiellement tous les ions de l'une et de l'autre polarité produits
par la première et par la deuxième électrode (47, 49) pour qu'ils s'écoulent de
ladite première et de ladite deuxième électrode (47, 49) à l'électrode (47, 49)
de polarité opposée en l'absence d'un champ électrostatique extérieur au voisinage
de ladite première et de ladite deuxième électrode (47, 49),
- e) disposer ladite première et ladite deuxième électrode (47, 49) à proximité
d'une surface chargée d'électricité statique de niveau variable, notamment une charge
essentiellement nulle, de l'une ou de l'autre polarité, ce qui permet d'établir
un champ électrostatique entre la surface chargée, la première et la deuxième électrode
(47, 49) pour amener une partie du courant ionique de l'électrode de polarité opposée
à s'écouler dans la surface chargée,
- f) combiner les écoulements de charges électriques dudit premier et dudit deuxième
générateur (9, 11) de haute tension par le retour à la masse commun (109, 111) à
un taux qui correspond essentiellement au taux d'écoulement du courant ionique dans
la surface chargée et
- g) détecter ledit écoulement combiné de charges électriques dudit premier et
dudit deuxième générateur (9, 11) de haute tension.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de détection de l'écoulement
combiné de charges électriques dudit premier et dudit deuxième générateur (9, 11)
de haute tension comprend les étapes qui consistent à mesurer et à surveiller la
composante continue dudit écoulement combiné de charges électriques.
- Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la composante continue
dudit écoulement combiné de charges électriques dudit premier et dudit deuxième
générateur (9, 11) de haute tension par leur retour à la masse commun (109, 111)
est essentiellement nulle en l'absence d'un champ électrostatique extérieur au voisinage
de la première et de la deuxième électrode.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes, qui comprend l'étape qui
consiste à :
- activer de manière intermittente et alternée ledit premier et ledit deuxième
générateur (9, 11) de haute tension.
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel, l'un parmi le premier et le deuxième
générateur (9, 11) de haute tension est activé à l'étape d'activation pour produire
une sortie à haute tension, tandis que la sortie de l'autre parmi le premier et
le deuxième générateur (9, 11) de haute tension est essentiellement nulle.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les
sorties à haute tension dudit premier et dudit deuxième générateur (9, 11) de haute
tension peuvent être ajustées indépendamment.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant
en outre les étapes qui consistent à :
- placer la première et la deuxième électrode (47, 49) à proximité de la surface
et de la masse conductrice et, en l'absence de ladite surface, ajuster la composante
continue de l'écoulement combiné de charges électriques dudit premier et dudit deuxième
générateur de haute tension de telle sorte qu'elle soit essentiellement nulle.
- Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'étape d'ajustement de la composante
continue est effectuée en ajustant le niveau de la haute tension délivrée par au
moins l'un parmi le premier et le deuxième générateur (9, 11) de haute tension.
- Procédé selon les revendications 7 ou 8, dans lequel ladite distance par rapport
à la masse conductrice est comprise dans la plage d'environ 0,0254 m à 0,152 m (d'environ
un pouce à environ six pouces).
- Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, qui comprend en outre les étapes
qui consistent à :
- g) positionner la première et la deuxième électrode (47, 49) à proximité de
la surface chargée d'électricité pour établir un champ électrostatique externe au
voisinage de ladite première et de ladite deuxième électrode (47, 49) de l'une et
de l'autre polarité pour amener le courant ionique à s'écouler depuis l'une parmi
la première et la deuxième électrode (47, 49) de polarité opposée jusque dans la
surface chargée,
- h) établir l'écoulement combiné de charges électriques dudit premier et dudit
deuxième générateur (9, 11) de haute tension par le retour à la masse commun (109,
111),
- i) établir en outre la composante continue dudit écoulement combiné de charges
électriques pour qu'elle corresponde essentiellement au taux d'écoulement du courant
ionique dirigé vers la surface chargée et
- k) détecter ladite composante continue de l'écoulement combiné de charges électriques
dudit premier et dudit deuxième générateur (9, 11) de haute tension.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, qui comprend l'étape
qui consiste à :
- activer ledit premier et ledit deuxième générateur (9, 11) de haute tension
de manière intermittente et alternée.
- Procédé selon la revendication 11, dans lequel, l'un parmi le premier et le
deuxième générateur (9, 11) de haute tension est activé à l'étape d'activation pour
délivrer une sortie à haute tension, tandis que la sortie de l'autre parmi le premier
et le deuxième générateur (9, 11) de haute tension est essentiellement plus basse.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend
un procédé pour délivrer, à partir de deux inverseurs qui peuvent tous deux être
activés pour délivrer des oscillations à haute fréquence en réponse au signal électrique
appliqué, des potentiels d'ionisation à des électrodes (47, 49) en vue d'ioniser
l'air, le procédé comprenant les étapes qui consistent à :
- l) appliquer alternativement des signaux électriques sur les inverseurs pour
alimenter en énergie chacun des inverseurs en opposition de phase en vue de les
faire osciller à haute fréquence,
- m) former une sortie alternative à haute tension à partir des oscillations de
chaque inverseur et
- n) redresser la sortie alternative à haute tension de chaque inverseur pour
obtenir en fonctionnement la sortie à demi-alternance redressée de la sortie alternative
à haute tension de l'inverseur associé dans un intervalle de temps pendant lequel
il est alimenté en énergie par les signaux électriques appliqués pour délivrer un
potentiel d'ionisation aux électrodes d'ionisation.
- Procédé selon la revendication 13, qui comprend les étapes qui consistent à
:
- o) délivrer les ions produits par les électrodes d'ionisation (47, 49) dans
une nappe mobile de matériau diélectrique en un emplacement sélectionné traversé
par la nappe mobile, pour neutraliser la charge de la nappe et
- p) détecter la composante continue de l'écoulement combiné de charges électriques
dudit premier et dudit deuxième générateur de haute tension dans un parcours commun
de mise à la masse pour délivrer un signal de commande qui commande de manière sélective
au moins les paramètres de quantité et de polarité des ions produits pour réduire
la charge résiduelle qui reste dans la nappe après qu'elle s'est déplacée au-delà
de l'emplacement où les ions sont délivrés dans la nappe.
- Procédé selon la revendication 14, dans lequel le signal de commande est délivré
à au moins l'un des inverseurs pour modifier sélectivement leur sortie alternative
à haute tension.
- Appareil pour neutraliser une surface chargée d'électricité statique, qui comprend
:
- une première et une deuxième électrode (47, 49) qui peuvent être positionnées
en position adjacente à une nappe de matériau éventuellement chargée d'électricité
statique et qui sont disposées pour ioniser l'air en vue de délivrer des ions audit
matériau,
- un premier générateur (9) de haute tension raccordé à la première électrode
(47) pour lui appliquer une haute tension positive et un deuxième générateur (11)
de haute tension raccordé à la deuxième électrode (49) pour lui appliquer une haute
tension négative, le premier et le deuxième générateur (9, 11) de haute tension
produisant chacun une sortie à haute tension qui peut être ajustée indépendamment,
- un parcours commun de mise à la masse (109, 111) par lequel les charges électriques
de polarité opposée sont évacuées dudit premier et dudit deuxième générateur (9,
11) de haute tension,
- un circuit de commande qui active ledit premier et ledit deuxième générateur
(9, 11) de haute tension pour qu'ils délivrent chacun de manière intermittente et
alternée la haute tension positive et la haute tension négative essentiellement
à la fréquence de l'alimentation en énergie,
- un circuit de détection raccordé audit parcours commun de mise à la masse (109,
111) qui détecte l'écoulement combiné de charges électriques dudit premier et dudit
deuxième générateur (9, 11) de haute tension et
- un moyen d'accord qui maintient l'écoulement combiné de charges électriques
dans le parcours commun de mise à la masse (109, 111) à un taux qui correspond essentiellement
au taux d'écoulement des ions émis par la première et la deuxième électrode (47,
49) dans la surface chargée.
- Appareil selon la revendication 16, dans lequel ledit moyen d'accord comprend
la première et la deuxième électrode (47, 49) distantes d'une distance à laquelle
essentiellement tous les ions de l'air s'écoulent entre ladite première et ladite
deuxième électrode (47, 49) en l'absence d'un champ électrique extérieur au voisinage
de ladite première et de ladite deuxième électrode.
- Appareil selon la revendication 17, dans lequel ledit moyen d'accord comprend
en outre un moyen qui crée une différence de potentiel entre la première et la deuxième
électrode (47, 49), par laquelle essentiellement tous les ions de l'air s'écoulent
entre ladite première et ladite deuxième électrode (47, 49) en l'absence d'un champ
électrique extérieur au voisinage de ladite première et de ladite deuxième électrode.
- Appareil selon la revendication 16, dans lequel ledit moyen d'accord comprend
la combinaison de la distance entre la première et la deuxième électrode (47, 49)
et de la différence de potentiel entre la première et la deuxième électrode (47,
49), par laquelle essentiellement tous les ions de l'air s'écoulent entre ladite
première et ladite deuxième électrode (47, 49) en l'absence d'un champ électrique
extérieur au voisinage de ladite première et de ladite deuxième électrode.
- Appareil selon l'une des revendications 16 à 19, dans lequel la sortie dudit
premier générateur (9) et celle dudit deuxième générateur (11) sont raccordées par
une résistance (85).
- Appareil selon la revendication 20, dans lequel ladite résistance (85) présente
une valeur de résistance sélectionnée pour rendre la sortie de l'un des générateurs
(9, 11) de haute tension essentiellement nulle lorsque la sortie de l'autre générateur
(11,9) de haute tension est élevée.
- Appareil selon l'une des revendications 16 à 21, dans lequel le premier et le
deuxième générateur (9, 11) de haute tension fonctionnent chacun à une haute fréquence
supérieure à la fréquence de l'alimentation en énergie et comprennent des transformateurs
à paliers de tension moins encombrants que les transformateurs à paliers qui fonctionnent
à la fréquence de l'alimentation en énergie.
- Appareil selon l'une des revendications 16 à 22, qui délivre des ions dans un
objet chargé, dans lequel ledit circuit de détection fournit une indication du niveau
et de la polarité du courant ionique net par rapport au niveau et à la polarité
de l'objet chargé.
- Appareil selon la revendication 16, qui comprend :
- un circuit qui est raccordé au premier et au deuxième générateur (9, 11) et
qui délivre un signal alternatif d'entrée à une fréquence sélectionnée pour activer
ledit premier générateur (9) pendant la demi-alternance positive du signal d'entrée
en vue de produire la haute tension de ladite première polarité et pour activer
le deuxième générateur (11) pendant la demi-alternance négative du signal d'entrée
en vue de produire la haute tension de ladite polarité opposée,
- la première et la deuxième électrode (47, 49) pouvant être positionnées en position
adjacente à une nappe de matériau éventuellement chargée d'électricité statique
et étant raccordées pour recevoir la haute tension produite par les générateurs
respectifs (9, 11) pour produire des ions d'une première polarité dans l'une des
électrodes (47, 49) d'ionisation pendant la demi-alternance du signal alternatif
d'entrée et pour produire des ions de polarité opposée dans l'autre électrode (47,
49) d'ionisation pendant l'autre demi-alternance du signal alternatif d'entrée et
- les électrodes (47, 49) étant chacune disposées à proximité d'une électrode
(49) de polarité opposée pour amener essentiellement tous les ions de l'air à s'écouler
entre ladite première et ladite deuxième électrode (47, 49) en l'absence d'un champ
électrique extérieur au voisinage de ladite première et de ladite deuxième électrode
(47, 49).
- Appareil selon la revendication 24, dans lequel les électrodes (47, 49) sont
chacune disposées à proximité d'une électrode (49) de polarité opposée pour délivrer
à chaque électrode (47) des potentiels de référence essentiellement nuls et proches
l'un de l'autre pendant chaque cycle de fonctionnement.
- Appareil selon les revendications 24 ou 25, dans lequel ledit premier et ledit
deuxième générateur (9, 11) comprennent un moyen qui crée entre la première et la
deuxième électrode (47, 49) une différence de potentiel par laquelle essentiellement
tous les ions de l'air s'écoulent entre ladite première et ladite deuxième électrode
(47, 49) en l'absence d'un champ électrique extérieur au voisinage de ladite première
et de ladite deuxième électrode (47, 49).
- Appareil selon l'une des revendications 24 à 26, dans lequel le premier et le
deuxième générateur (9, 11) comprennent chacun :
- un redresseur sur demi-alternance raccordé pour redresser le signal alternatif
d'entrée en vue de produire le signal alternatif redressé à basse tension d'une
première polarité pour le premier générateur (9) et de polarité opposée pour le
deuxième générateur (11),
- un inverseur situé dans chaque générateur (9, 11) et raccordé pour convertir
le signal à basse tension du redresseur sur demi-alternance en un signal alternatif
à haute fréquence et à haute tension pendant l'intervalle associé de demi-alternance
et
- un deuxième redresseur sur demi-alternance raccordé à chaque inverseur pour
convertir le signal alternatif à haute fréquence et à haute tension en un signal
redressé à haute tension de demi-alternance pendant la durée de la demi-alternance
associée du signal alternatif d'entrée.
- Appareil selon la revendication 27, dans lequel les deuxièmes redresseurs (78,
76) sur demi-alternance comprennent chacun un doubleur de tension qui comprend une
première diode et un premier condensateur raccordés en série pour recevoir le signal
alternatif à haute fréquence et à haute tension et qui comprend une deuxième diode
et un deuxième condensateur (86) raccordés en série aux bornes de la première diode
pour produire ladite haute tension redressée de demi-alternance aux bornes du deuxième
condensateur (86).
- Appareil selon les revendications 27 ou 28, dans lequel les inverseurs comprennent
des transformateurs, les circuits de redressement étant disposés en position adjacente
aux électrodes (47, 49) pour réduire la longueur des connexions à haute tension
entre les électrodes (47, 49) et les circuits de redressement.
- Appareil selon l'une des revendications 24 à 29, dans lequel ledit circuit comprend
deux diodes raccordées en commun à l'alimentation dudit signal alternatif d'entrée,
l'une desdites deux diodes étant raccordée au premier générateur (9) pour activer
ce générateur pendant une demi-alternance du signal alternatif d'entrée et l'autre
desdites deux diodes étant raccordée au deuxième générateur pour activer ce générateur
pendant une demi-alternance du signal alternatif d'entrée.
- Appareil selon l'une des revendications 24 à 30, qui comprend :
- un circuit qui forme la connexion commune des générateurs (9, 11) comme masse
du système pour détecter les courants combinés de retour des générateurs (9, 11)
dans la masse du système pour produire un signal qui indique le niveau et la direction
des courants combinés de retour à la masse du système.
- Appareil selon l'une quelconque des revendications 24 à 31, dans lequel les
sorties des générateurs (9, 11) peuvent être ajustées indépendamment.
- Appareil selon l'une quelconque des revendications 16 à 32, qui délivre des
ions dans un objet chargé, dans lequel ledit signal fournit une indication du niveau
et de la polarité du courant ionique net par rapport au niveau et à la polarité
de l'objet chargé.
- Appareil selon la revendication 33, dans lequel au moins l'un des générateurs
(9, 11) modifie la sortie à haute tension ainsi produite en réponse au signal de
commande appliqué.
- Appareil selon la revendication 34, dans lequel le signal de commande est proportionnel
au courant de retour (109, 111) à la masse du système et modifie la sortie d'au
moins l'un des inverseurs pour obtenir un rapport sélectionné entre les ions positifs
et les ions négatifs produits par les électrodes d'ionisation (47, 49) raccordées
pour recevoir lesdites hautes tensions de polarité positive et de polarité négative.
- Appareil selon l'une des revendications 25 à 35, dans lequel la fréquence du
signal alternatif d'entrée est la fréquence de la tension continue de l'alimentation
en énergie.
- Appareil selon l'une des revendications 16 à 22,
dans lequel les électrodes (47, 49) sont chacune disposées en position adjacente
à une surface conductrice qui est en contact avec un matériau non conducteur disposé
entre la surface et l'électrode (47, 49) pour délivrer au matériau des ions d'une
première polarité pendant un cycle de fonctionnement et pour lui délivrer des ions
de polarité opposée pendant un autre cycle de fonctionnement en vue d'obtenir une
charge nette d'électricité statique dans le matériau pour développer son attraction
vers la surface conductrice.
- Appareil selon la revendication 37, dans lequel les sorties des générateurs
(9, 11) sont activées pour que les électrodes d'ionisation produisent une prépondérance
d'ions positifs ou d'ions négatifs.
- Appareil selon l'une des revendications 16 à 38, dans lequel ledit circuit de
détection situé dans le parcours commun de mise à la masse (109, 111) comprend une
résistance (105) dans le parcours de mise à la masse (109, 111), un condensateur
(106) de filtrage raccordé en parallèle à la résistance (105) et un voltmètre (107)
qui mesure la chute de tension créée aux bornes de ladite résistance (105) par l'écoulement
combiné des charges électriques délivrées par le premier et par le deuxième générateur
(9, 11) de haute tension.
- Appareil selon l'une des revendications 16 à 39, dans lequel ladite distance
entre la première et la deuxième électrode (47, 49) est comprise entre environ 0,00635
m et environ 0,0508 m (entre 1/4 pouce et environ 2 pouces), la différence de potentiel
entre la première et la deuxième électrode (47, 49) étant comprise dans la plage
d'environ 3 000 volts à environ 15 000 volts.
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