用於顯示在靜電輔助塗層材料噴霧器的輸出電極處的相對電壓的電路的製作方法

2023-09-19 18:14:30 4

專利名稱：用於顯示在靜電輔助塗層材料噴霧器的輸出電極處的相對電壓的電路的製作方法
技術領域：
本發明是關於靜電輔助塗層材料噴霧及分配裝置，下文有時稱為噴槍或槍。在不 限制本發 明的範圍情況下，基於採用壓縮氣體(通常為壓縮空氣)驅動的噴槍上下文中揭 示本發明。以下，此等槍有時稱為無繩噴槍或無繩槍。
背景技術：
人們已知各種類型的手動和自動噴槍。在以下美國專利中圖示和說明了無繩 靜電手槍=4,219,865 ；4, 290,091 ；4，377，838和4，491，276。而且，舉例而言，在下列美 國專利和公開申請案中圖示和說明了自動和手動噴槍=2006/0283386 ；2006/0219824 ； 2006/0081729 ；2004/0195405 ；2003/0006322；美國專利號 7，296，760 ；7，296，759 ； 7，292，322 ；7，247，205 ；7，217，442 ；7，166，164 ；7，143，963 ；7，128，277 ；6，955，724 ； 6，951，309 ；6，929，698 ；6，916，023 ；6，877，681 ；6，854，672 ；6，817，553 ；6，796，519 ； 6，790，285 ；6，776，362 ；6，758，425 ；RE38, 526 ；6，712，292 ；6，698，670 ；6，679，193 ； 6，669，112 ；6，572，029 ；6，488，264 ；6，460，787 ；6，402，058 ；RE36, 378 ；6，276，616 ； 6，189，809 ；6，179，223 ；5，836，517 ；5，829，679 ；5，803，313 ；RE35, 769 ；5，647，543 ； 5，639，027 ；5，618，001 ；5，582，350 ；5，553，788 ；5，400，971 ；5，395，054 ；D350, 387 ； D349, 559 ；5，351，887 ；5，332，159 ；5，332，156 ；5，330，108 ；5，303，865 ；5，299，740 ； 5，289，977 ；5，289，974 ；5，284，301 ；5，284，2 99 ；5，236，425 ；5，236，129 ；5，218，305 ； 5，209，405 ；5，209，365 ；5，178，330 ；5，119，992 ；5，118，080 ；5，180，104 ；D325, 241 ； 5，093，625 ；5，090，623 ；5，080，289 ；5，074，466 ；5，073，709 ；5，064，119 ；5，063，350 ； 5，054，687 ；5，039，019 ；D318, 712 ；5，022，590 ；4，993，645 ；4，978，075 ；4，934，607 ； 4，934，603 ；D313, 064 ；4，927，079 ；4，921，172 ；4，911，367 ；D305, 453 ；D305, 452 ； D305, 057 ；D303, 139 ；4，890，190 ；4，844，342 ；4，828，218 ；4，819，879 ；4，770，117 ； 4，760，962 ；4，759，502 ；4，747，546 ；4，702，420 ；4，613，082 ；4，606，501 ；4，572，438 ； 4，567，911 ；D287, 266 ；4，537，357 ；4，529，131 ；4，513，913 ；4，483，483 ；4，453，670 ； 4，437，614 ；4，433，812 ；4，401，268 ；4，361，283 ；D270, 368 ；D270, 367 ；D270, 180 ；D270, 179 ；RE30, 968 ；4，331，298 ；4，289，278 ；4，285，446 ；4，266，721 ；4，248，386 ； 4，216，915 ；4，214，709 ；4，174，071 ；4，174，070 ；4，171，100 ；4，169，545 ；4，165，022 ； D252, 097 ；4，133，483 ；4，122，327 ；4，116，364 ；4，114，564 ；4，105，164 ；4，081，904 ； 4，066，041 ；4，037，561 ；4，030，857 ；4，020，393 ；4，002，777 ；4，001，935 ；3，990，609 ； 3，964，683 ；3，949，266 ；3，940，061 ；3，932，071 ；3，557，821 ；3，169，883 ；及 3，169，882。還 有WO 2005/014177及WO 01/85353 的披露。還有EP 0 734 777及GB 2 153 260 的披露。還 有 Ransburg 型號 REA 3,REA 4,REA 70,REA 90、REM 和 M-90 槍，它們均可從 ITW Ransburg 公司(俄亥俄州託萊多市菲利普大街320號，43612-1493)獲得。這些引用材料的披露內容以引用方式併入本申請。以上所列並非意欲表示已完全 檢索所有相關技術，也沒有表示除所列之外不存在其它相關技術，也沒有指所列技術對於 可專利性具有實質意義。不應推斷任何此種表示。

發明內容
根據本發明的一方面，一種噴塗分配裝置包含扳機組合件及噴嘴，該扳機組合件 用於致動該噴塗分配裝置以分配塗層材料，該塗層材料通過所述噴嘴而得以分配。該噴塗 分配裝置還包含電壓來源及增加該電壓來源的電壓的電壓倍增器。該電壓倍增器被耦接至 所述電壓來源。該電壓倍增器的輸出被端充電至高量值靜電位，且被調整用於當該分配裝 置分配塗層材料時對該塗層材料充電。該噴塗分配裝置還包含電路，該電路用於提供所述 輸出端處的電壓的目視指示，該用於所述輸出端處的電壓的目視指示的電路包括，第一阻 抗，該第一阻抗兩端顯示(appear)該輸出端處的電壓的一部分；以及隔離放大器，該隔離 放大器具有輸入端及輸出端，該輸入端被耦接至所述第一阻抗。該隔離放大器將所述第一 阻抗與該隔離放大器的輸出端隔離。該隔離放大器的輸出端被耦接至光源，用於提供該電 壓倍增器輸出端處的電壓的目視指示。作為示例，根據本發明的這個方面，該噴塗分配裝置還包括差動放大器，該差動放 大器具有正輸入端(+)、反輸入端(_)及輸出端。該差動放大器的正(+)及負(_)輸入端之 一被耦接至所述電壓來源，且該差動放大器的所述正(+)及負(_)輸入端中的另一者被耦 接至所述隔離放大器輸出端。該差動放大器輸出端被耦接至所述光源，用於提供該電壓倍 增器輸出端處的電壓的目視指示。作為示例，根據本發明的這個方面，所述第一阻抗包括電阻及電容的並聯組合。作為示例，根據本發明的這個方面，所述第一阻抗還包括與所述電阻及所述電容 並聯的瞬變抑制器，以減小由於電壓倍增器串接的電壓瞬變而破壞所述隔離放大器的可能 性。根據本發明的另一方面，一種噴塗分配裝置包含扳機組合件，該扳機組合件用於 致動該噴塗分配裝置以分配塗層材料；以及噴嘴，所述塗層材料通過該噴嘴而得以分配。 該 噴塗分配裝置還包含電壓來源及增加該電壓來源的電壓的電壓倍增器。該電壓倍增器被耦 接至該電壓來源。該電壓倍增器的輸出端被充電至高量值靜電位，且被調整用以當該分配 裝置分配塗層材料時對該塗層材料充電。該噴塗分配裝置還包含電路，該電路用於提供所 述輸出端處的電壓的目視指示，該用於所述輸出端處的電壓的目視指示的電路包括第一阻 抗及差動放大器，該第一阻抗兩端顯示該輸出端處的電壓的一部分，該差動放大器具有正輸入端(+)、負輸入端(-)及輸出端。該差動放大器的正(+)及負(-)輸入端之一被耦接至 該電壓來源，且該差動放大器的正(+)及負(-)輸入端中的另一者被耦接至該第一阻抗。該 差動放大器輸出端被耦接至光源，以用於提供該電壓倍增器輸出端處的電壓的目視指示。作為示例，根據本發明的這個方面，該噴塗分配裝置還包括隔離放大器，該隔離放 大器具有輸入端及輸出端，該輸入端被耦接至所述第一阻抗，該輸出端被耦接至所述的差 動放大器的正(+)及負(-)輸入端中的另一者。該隔離放大器將所述第一阻抗與所述差動 放大器的所述正(+)及負(-)輸入端的所述另一者隔離作為示例，根據本發明的這個方面，所述第一阻抗包括電阻及電容的並聯組合。作為示例，根據本發明這個方面，所述第一阻抗還包括與所述電阻及所述電容並 聯的瞬變抑制器，以減小由於所述電壓倍增器串接的電壓瞬變而破壞所述差動放大器的可 能性。作為示例，根據本發明的這個方面，所述第一阻抗包括與所述電阻及所述電容並 聯的瞬變抑制器，以減小由於所述電壓倍增器串接的電壓瞬變而破壞所述隔離放大器及所 述差動放大器的可能性。作為示例，根據本發明的這個方面，、所述電壓倍增器包含振蕩器、耦接至該振蕩 器的變壓器及耦接至該變壓器的電壓倍增器串接。作為示例，根據本發明的這個方面，所述電壓倍增器串接通過過第二阻抗被耦接 至該電壓倍增器輸出端，該第二阻抗的實分量在所述第一阻抗的實分量的約2X IO3倍至約 4X IO3倍的量級上。作為示例，根據本發明的這個方面，所述第一阻抗包括電阻及電容的並聯組合。


參考以下具體實施例和說明本發明的附圖可更好地理解本發明，在以下附圖中圖Ia示例說明手持式無繩噴槍的透視圖；圖Ib示例說明圖Ia中示例說明的手持式無繩噴槍的縱剖面側視圖；圖Ic示例說明圖la-b中示例說明的手持式無繩噴槍某些細節的透視圖；圖Id示例說明圖la-b中示例說明的手持式無繩噴槍某些細節的透視圖；圖2a示例說明對所描述的噴槍有用的高量值電壓串接組件的頂視平面圖；圖2b示例說明對所描述噴槍有用的高量值電壓串接合件的局部剖面圖，大體上 沿圖2a中的剖面線2b_2b取得；圖2c示例說明對圖2a_b中示例說明的高量值電壓串接組件的端部正視圖，大體 上沿2圖a-b中之剖面線2c_2c取得；圖2d示例說明對圖2a_b中示例說明的高量值電壓串接組件的局部剖面圖，大體 上沿2圖a-b中之剖面線2d-2d取得；圖2e示例說明對圖2a_b中示例說明的高量值電壓串接組件的端部正視圖，大體 上沿圖2a_b中的剖面線2e_2e取得；圖3a_c示例說明印刷電路(PC)板組合件的透視圖(圖3a_b)，及立面圖(圖3c)， 該印刷電路板組件包含對所描述的噴槍有用的控制電路；圖4示例說明對所描述的噴槍有用的壓縮空氣動力低量值電壓發電機控制電路的示意圖；圖5示例說明對所描述的噴槍有用的高量值電壓串接組件的示意圖；及圖6示例說明對所描述的噴槍有用的光發射二極體(LED)電路的示意圖。
具體實施方式

本文所述，「發電機」是指將機械能轉換為電能的機器，包括用於產生直流電或交 流電的裝置。以下的示意電路圖的描述和方塊電路圖的描述標識出具體的集成電路和其它元 件，以及在許多情況下標識出這些集成電路和元件的具體來源。為說明的完整，給出與這些 集成電路和元件相關聯特定端子及引腳名稱和數字。應了解，這些端子及引腳識別符是為 這些具體標識的元件提供的。應該理解，這樣做不應構成一表示，也不應推斷任何此種表 示具體元件、元件值或來源是來自於相同或其他來源的能夠執行必需功能的唯一元件。應 進行一步理解，自相同或不同來源的可用的其它合適元件可能使用與本說明中所提供的元 件不相同的端子/引腳識別符。參考圖la-d，手持式無繩噴槍20包含手柄組件22，該手柄組件具有相當於槍把形 的手柄24 ；扳機組件26，用於啟動槍20以分配充有靜電荷噴霧的塗層材料微滴；及套筒組 件28，用於支撐在其遠端的噴嘴30。在其下端，手柄組件22支撐包含接頭34、36的電源模 塊組件32，在此具體實施例中，液體塗料中之壓縮氣體(通常是壓縮空氣)及塗層材料透 過接頭34、36各自被供應至槍20。電源模塊32容納三相發電機38，諸如舉例而言，Maxon EC-max部件號為348702，其可從Maxon Precision Motors公司(麻薩諸塞州瀑布河市沃 爾德倫路101號，02720)獲得。使用多相發電機38的顯著益處是發電機38可以較低旋轉 速度運行(在一實施例中，明顯較低；為300rpm，而先前技術中高達42Krpm)。一般地，較低 旋轉速率致使增加發電機壽命，減少修理成本及減少設備故障時間。渦輪轉子40安裝於發電機38的軸42上。壓縮空氣通過一耦接至接頭34(而接 頭34被耦接至地空氣軟管組合件44)被弓I導通過組件32，且被導向轉子40之葉片上，以旋 轉軸42，從而在端子75-1、75-2、75-3(圖4)產生三相電壓。發電機38的輸出在電源模塊 組件32中被整流並調整，且通過手柄組件22中的導體將來自電源模塊組件經整流並調整 的輸出耦接至串接組件50，該串接組件50自手柄組件22的前頂部延伸至套筒組件28中。先前技術中，用燒結金屬套管導引發電機之軸端，使無繩槍結合發電機。因此，在 先前技術中，無繩槍不能對發電機軸提供精確導引。這可能導致將更高振動級別自發電機 傳輸至操作者的身體上。本發明槍20的發電機38使用球或滾柱軸承。由精確球或滾柱軸 承導引的發電機38可降低安裝點的傳輸至振動，因此降低至操作者的振動，從而潛在地降 低操作者的疲勞。但是，商業上可用的分數(或小)馬力電機(例如發電機38)的軸承易 於發生溶劑穿透、軸承潤滑退變，造成潛在地發生軸承故障和發電機38故障。對以上標識 的用作發電機38之電機的測試證實，在溶劑中浸泡一分鐘將相當快速地降低軸承潤滑性 能並導致軸承被卡。為克服此潛在故障模式，分別將上及下保護蓋51、53固定至發電機38 的殼體，以降低溶劑滲入軸承的可能性。對如此保護的發電機38執行相同的一分鐘溶劑浸 泡測試。這樣的測試沒有產生可察覺的性能上的退變，即使是在若干次一分鐘溶劑浸泡測 試之後。
現在具體參考圖2a_e，串接組件50包含在其中封裝串接組件50的封裝殼52、位 於印刷電路(PC)板上的振蕩器組件54、變壓器組件56、電壓倍增器串接58及串聯輸出電 阻串60，提供160ΜΩ電阻，通過串接58輸出耦合到充電電極62，而充電電極62位於閥針 64的噴嘴30端。現在特別參考圖3a_c及圖4，發電機38控制電路安裝於三互連印刷電路板70、 72、74上，三個互連印刷電路板70、72、74形成一相當於反「U」結構，以便冷卻電路元件及有 效使用電源模塊組件32內的可用空間。圖4示出分布在三個印刷電路板70、72、74上電路 的電路圖，其中圍繞每一印刷電路板70、72、74上的虛線示出每一印刷電路板70、72、74上 的元件。將發電機38之三相繞組，端子75-1、75-2、75-3，耦接至各自二極體76、78、80的 陰極及各自二極體82、84、86的陽極的接頭。作為示例，二極體76、78、80、82、84、86為ON Semiconductor類型的MBR140SFT Schottky 二極體。導體88、90兩端如此整流的三相電勢 通過並聯電路47過濾，該並聯電路包括47 μ F電容92、94及15ΚΩ、0. 1W、1%電阻96。導 體88、90兩端還耦接串聯連接的100K Ω、0. 1W、1%電阻98-和lyF、10%、35V電容100組 合。導體90與地耦接。將FET 102 (作為示例，Fairchild Semiconductor 2N7002 FET)之柵極耦接至電 阻98及電容100的接頭。將FET 102的源極耦接至導體90。將其漏極透過IOK Ω、0. Iff, 電阻104耦接至導體88。將FET 102的漏極還耦接至FET 106的柵極，作為示例，FET 106 為 International Rectifier IRLU3410 FET。將 FET 106 的漏極和源極分別耦接至 導體88、90。導體88、90兩端耦接15ΚΩ、0. 1W、1%電阻108。導體88、90兩端耦接串聯連 接的100ΚΩ、0. 1W、1%電阻110和lyF、10%、35V電容112組合。將FET 114 (作為示例， Fairchild Semiconductor 2N7002 FET)的柵極耦接至電阻110與電容112的接頭。將FET 114之源極耦接至導體90。將其漏極通過10ΚΩ、0. 1W、1%電阻116耦接至導體88。將FET 114 之漏極還耦接至 FET 118(作為示例，International Rectifier IRLU3410 FET)的柵 極。將FET 118的漏極和源極分別耦接至導體88、90。將齊納二極體120之陰極耦接至導體88。二極體120作為示例可為17V、. 5W齊納 二極體。將二極體120的陽極通過IK Ω、0. 1W、1%電阻122耦接至SCR 124的柵極，且通過 2ΚΩ、0. 1W、1%電阻126將其耦接至導體90。將SCR 124的陽極耦接至導體88。將其陰極 耦接至導體90。作為示例，SCR 124為ON Semiconductor類型MCR100-3 SCR。將雙極PNP 電晶體128的發射極耦接至導體88。將其集電極耦接至導體90。將其基極通過1. 1 Ω、1W、 1 %電阻130耦接至導體88。作為示例，電晶體128為ON Semiconductor類型MJD32C晶體 管。將其基極還耦接至四並聯齊納二極體132、134、136、138的陰極，他們的陽極耦接至導 體 90。作為示例，二極體 132、134、136、138 為 15V、5W ON Semiconductor 類型 1N5352B 齊 納二極體。將電晶體128的基極還耦接至一開關140 (作為示例，Hamlin類型MITI-3V1簧片 開關)的一端子。將開關140的其它端子耦接至十並聯324 Ω、1W、1 %電阻142-1、142-2、… …、142-10網絡的一端子。將電阻142-1、142-2、……、142-10的其它端子耦接至導體90。 還將電晶體128的基極通過三個1 Ω、1W、1 %電阻144-1、144-2、144-3組成的並聯網絡及串 聯1. 5A、24V保險絲146耦接至變壓器組件56的VCenterTap端子。參見圖5。VCT端子及 導體90兩端的最大電壓(以下有時稱VCT)由雙向齊納二極體148調整，作為例證，該二極體為一 Littelfuse SMBJ15CA 15V 二極體。參照圖4的示意圖，自三輸入相75-1、75-2、75_3的每一相至地電位的典型rms電 壓大約為7. 5V rms,頻率大約為300Hz。二極體76、78、80、82、84及86形成三 相全波橋式 整流器，用以將該發電機38的三相交流輸出轉換為直流。過濾器電容92及94平滑被整流 輸出之波紋。導體88、90兩端之典型電壓為約15. 5VDC。圖4的電路圖包括兩個並聯連結的單個延遲電路。如果一延遲電路故障停用，則 另一延遲電路仍可操作。第一延遲電路包括電阻96、98、104，電容100及FET 102、106。第 二延遲電路包括電阻108、110、116，電容112及FET 114、118。如上所述，發電機38及圖4 的電路位於噴槍20本身中。由於噴槍20可噴射可燃液體材料，按照許多工業標準(例如 FM、EN等等)，其操作環境被視為危險的。發電機38及圖4的電路必須滿足對諸如用於爆 炸氣體環境(explosive atmosphere)中電氣設備工業標準的要求。滿足這種要求之方法 之一是在達到危險電勢之前，將該發電機38及圖4電路置於被充壓密閉體內部。所述標準 要求在達到危險電勢之前吹掃(purged)五個密閉體積。對於90 SLPM以下的氣流，所示發 電機38 (Maxon EC-max部件號348702)不會產生危險電壓，原因在於該氣流不足以克服發 電機38的慣性並以足夠高的速度旋轉發電機38。發電機38及圖4的電路的密閉體積為 40mL。將90標準升每分鐘轉換為mL每秒得到90L/ 分鐘 X 1 分鐘 /60 秒 X 1000mL/L = 1500mL/ 秒因此，在氣流速率為90SLPM，吹掃200mL所需的時間(5次吹掃乘以40mL/吹掃) 為200mL/(1500mL/秒)=133ms。對於更高的氣流，吹掃時間將更短。因此，為在達到危險電壓之前完全吹掃密封 體，吹掃時間必須為133ms或更大。由於吹掃空氣與發電機38渦輪40空氣相同，如果發電機空氣被延遲，則吹掃空氣 也會延遲。因此，延遲發電機38的啟動直至密閉體積被吹掃是不可行的。儘管可能為吹 掃空氣與渦輪40空氣使用分開的空氣源，但這樣做會被視為導致建造和操作更加複雜、昂 貴，並導致槍20更重。由於不能延遲發電機的啟動，槍20電路將短路圖4的電源輸出，直至吹掃完成所 希望的五個密閉體積。使用EN標準60079-11 2007爆炸氣體環境一內在安全「i」電氣 保護測試，確定如圖4中短路電源輸出不足以點燃IIB氣體組的最危險的混合物。因此，如 果可將輸出短路至少133ms，在吹掃5密閉體積之前將不會出現危險電勢。兩個並聯連結的 單個延遲電路實現此目標。參照圖4，電容92、94兩端的最初電壓為零伏。因為跨越電晶體102、114之柵極 到導體90也出現零伏，所以最初，電晶體102、114關閉(電路斷路)。當發電機38開始旋 轉時，導體88、90兩端之電壓開始上升。因為電晶體102、114關閉，導體88、90兩端之電壓 也出現在電晶體106、118的柵極至導體90處。一旦此電壓達到柵極門檻電壓(對每個晶 體管106、118約2. 5伏)，電晶體106、118導通並將導體88、90兩端之電壓箝制於此電位 (約2. 5伏)。同時，電容100、112兩端之電壓隨著電荷流過串聯組合98、100及110、112 而上升。當電容100、112兩端之電壓達到電晶體102、114之柵極門檻電壓時，電晶體102、 114導通。電晶體106、118的柵極電壓下降至其門檻電壓以下，且電晶體106、118關閉。這允許導體88、90兩端之電壓上升至其正常操作電位，約15.5VDC。選擇串聯組合98、100與 110、112之RC時間常數值，以便電晶體106、118保持導通至少133ms，但不過分長，使得達 到正常操作電位的延遲很短。當扳機26釋放時，電阻96及108分洩來自電容100及112的電荷，以便當槍20 下一次啟動時，延遲電路準備好再次操作。選擇電阻96及108的大小，以便只需幾(通常 2-5)秒即可使電容100及112放電，因此對於典型噴塗應用中所遇到相對短(2-5秒)的 啟動中斷來說，基本無延遲。對於較長的啟動中斷來說，電容100及112將放電，延遲電路 96、98、104、100、102、106 ；和 108、110、116、112、114、118 在下次觸發之前將被重置。電阻 96及108的大小選擇系觸發之間之延遲與確保以下考慮之間的權衡當扳機被釋放足夠長 時間，在足以在密閉體積中收集潛在有害氣體時，在下次拉動扳機26時，使得延遲電路96、 98、104、100、102、106 ；108、110、116、112、114、118 將如上所述工作。圖4的電路包括過電壓保護電路，其包括齊納二極體120、電阻122及126，及SCR 124。齊納二極體120是17伏齊納二極體。導體88、90兩端的正常最大工作電壓約為 15. 5VDC。如果導體88、90兩端之電壓上升，則可能產生跨越電極62及地的不安全電壓。 如果此電壓上升至約17VDC，則齊納二極體120將開始導電，導致電流流過電阻126。流過 電阻126的電流導致在電阻122、電阻126、齊納二極體120節點處產生電壓。此電壓在電 阻122中產生電流，使得SCR 124導通。SCR 124的觸發將有效地短路導體88、90，使導體 88、90兩端的電壓自約17VDC降低至一兩伏的量級。發電機被短路電路移除載荷。釋放扳 機26將停止發電機38，此將移除導體88、90兩端之電壓，從而重置SCR 124。無需使用者 動作以重 置此條件。圖4的電路圖包括一限流電路，其包括功率電晶體128及電阻130。空氣渦輪40 驅動的電氣發電機38特徵之一在於當至渦輪40之氣流增加時，發電機38之功率輸出隨之 增加。若無限流電路，功率輸出的增加將導致噴槍20的輸出電壓量值過高。增加的功率輸 出也可能超過耦接至發電機38的電路組件的功率額定值。包括功率電晶體128及電阻130 的限流電路能解決這樣的問題。根據奧姆定律，當流經電阻130之電流增加時，其兩端的電 壓降隨之增加。如果此電壓降達到電晶體128的基極-發射極導通電壓(通常為0. 7V)，則 電晶體128將開始將電流分流至地，從而保持流經電阻130之電流相對恆定。在此電路中， 選擇電阻130得大小，以便當流經電阻130的電流約為0. 5A時導通電晶體128。因此，在 VCT處最大電流約為0.5A。當氣流增加時，流經電晶體128的電流隨之增加。這可能導致 電晶體128中出現顯著熱擴散。為緩和此情況，為電晶體128提供一散熱片。包含電晶體 128的U形電路板70、72、74安裝於發電機38上，由穿過發電機38殼體頂部的三個螺釘附 接。因此，電路板70、72、74位於與發電機38相同之密閉體中。此密閉體很小，以降低噴槍 的體積和重量，並保持所需吹掃體積小。使用三件卬形電路板70、72、74)，板70、72、74可 位於帶渦輪40驅動發電機38之室內。將來自發電機38之排出的充足空氣導向板70、72、 74組件上方，包括電晶體128及其散熱片，以幫助冷卻它們。電路板70、72、74及發電機38 必須都滿足用於爆炸氣體環境中的電氣設備的要求。因此，將其讀置於相同密閉體中有其 優點，以便上述吹掃方法將滿足二者的要求。圖4的電路包括電壓調節電路，其包括齊納二極體132、134、136及138。若無齊納 二極體132、134、136及138，當VCT處的負載電流降低時，發電機38上的負載將降低。發電機38速度將增加，導致VCT與導體90兩端的電壓增加。對於輕負載，速度及電壓之增加可 能很顯著，以致發電機38可能超過其額定速度(在此情況下300Hz)，且VCT與導體90兩端 之電壓可能導致噴槍20操作不安全。電壓調節電路132、134、136、138能解決這樣的問題。 當VCT處負載電流降低時，發電機38速度將增加，且電晶體128之基極處電壓將增加，直至 (在此情況下，在約15伏DC)齊納二極體132、134、136、138開始導電。因此，對於輕負載， 在此情況中，電晶體128之基極處電壓將被限制在約15伏。這有助於噴槍20的安全操作。 當齊納二極體132、134、136、138從發電機38導電時，其將對發電機38產生附加負載。選 擇齊納二極體132、134、136、138的大小(在此情況下，15伏)，以便當在VCT處只有很少或 無電流吸取時，保持發電機38 (在此情況下額定於300Hz)的速度不過高。 渦輪40基於至渦輪40的氣流產生力矩。當至渦輪40的氣流增加或降低時，發電 機38的電流輸出隨之增加或降低。使用齊納二極體132、134、136、138，約0. 5A的電流總是 流過電阻130。所有不流經VCT的其它電流將流過齊納二極體132、134、136、138。當通過 VCT的負載電流增加時，通過齊納二極體132、134、136、138的電流將下降。最終，在某些操 作條件下，通過齊納二極體132、134、136、138的電流下降至零，齊納二極體兩端的電壓下 降至15伏以下，齊納二極體將停止導電。當負載要求發電機38在其目前輸入力矩下所發 送其所有電流時，將出現這樣的情況。多個(η)齊納二極體132、134、136、138 (在此情況下η = 4)用於將功率耗散分布 於多個裝置132、134、136、138上，以便任一裝置132、134、136、138所需耗散的功率僅是其 單獨在電路中時所耗散功率的1/η。此外，某些安全標準要求重複安全電路，以便如果一裝 置發生故障，另一(或多個)其它裝置可為電路中所包括的裝置提供保護。對於最輕之負載，齊納二極體132、134、136、138可耗散顯著的功率。因此，它們也 安裝於電路板70、72、74上，且使用來自空氣渦輪40排出空氣冷卻，該空氣流過齊納二極體 132、134、136、138及其它電路元件上方。圖4的電路包括低KV設定點電路，其包括簧片開關140及電阻142_1、……、 142-10。選擇電阻142-1、……、142-10的大小(在此情況下，每電阻324Ω)，以便使其並 聯組合(在此情況下32. 4Ω)向發電機38提供一負載，使得當簧片開關140閉合時，導致 發電機38加速，因此VCT至導體90兩端之電壓下降，在噴槍20的電極62處產生一較低輸 出電壓。當操作者噴塗展示法拉第籠(Faraday cages)的物體時，這樣做甚為便利，其中， 噴槍20處的較低輸出電壓將有助於在此等籠罩區域內提供更佳的覆蓋。而且，在正常噴塗 期間，一些操作者期望在較低輸出高量值電壓情況下操作此等槍的輸出電極，以減少在操 作者方向充電塗層材料顆粒的噴塗褶皺(paint wrap-back)，或因其它由操作者確定的原 因也需要這樣做。通常，當簧開關140打開時，該較低設定點選擇為可用滿輸出的50%與 75%之間，但也可為其它值。該簧片開關140位於板組件70、72、74的邊緣附近，以便使簧片開關140可被控制 鈕141啟動，以移動一磁鐵，該磁鐵在密閉體外側上的鈕141的頭143中。當鈕141轉動以 使磁鐵的位置在簧片開關140附近時，簧片開關140閉合，連接電路中電阻142-1、……、 142-10的並聯組合，從而在該噴槍20輸出62處產生較低KV設定點。當鈕141轉動以使磁 鐵的位置遠離簧片開關140時，簧片開關140斷開，將電阻142-1、……、142_10的並聯組 合脫離電路，從而在該噴槍20輸出62處產生高KV設定點。
當選定低KV設定點時，一些功率(在幾瓦量級)將耗散於電阻142-1、……、 142-10上。如上所述，單個、多瓦電阻通常較大且笨重。為降低整體包裝之大小，並聯使用 十個1瓦(324 Ω )表面安裝電阻142-1、……、142-10，以替代一 10瓦(32. 4 Ω )電阻。組 合件的整體剖面保持很小，導致更小的包裝及更小的密閉體。將所有電阻142-1、……、 142-10的功率耗散限制於其額定值的50%。因此，如果電阻的最大功率耗散預期為0. 5瓦， 將使用1瓦電阻。
由於電阻142-1、……、142_10共同以瓦的功率數量級進行耗散，他們也安裝於電 路板70、72、74上，且使用來自空氣渦輪40排出的空氣冷卻，該空氣流過電阻142-1、……、 142-10及安裝於板70、72、74上之其它電路元件的上方。圖4所示電路包括降電壓電阻，由電阻144-1、144-2及144_3之並聯組合而成。將 絕大多數電壓提供至VCT導致將塗層材料噴塗到被噴塗物件上的更高傳輸效率。但是，槍 20必須滿足由諸如廠家手冊等機構和審核及批准的和諸如EN 50050等歐洲標準的安全要 求。這些要求通常需要在62處的噴槍20輸出不能點燃特定爆炸氣體環境中最具有爆炸性 的混合物(在此情況下，空氣中5. 25%丙烷)。提供電阻144-1、……、144-3，在需要的情 況下可降低噴槍20的輸出，以滿足這樣的要求。當電阻144-1、……、144-3處於電路中時，根據奧姆定律，在VCT處的電壓下降為 流經R20、R21及R22的並聯組合之電流與電阻144-1、……、144_3並聯組合之電阻之乘 積。因此，VCT處之電壓由以下給出VCT = Vbase。f 128-IE144-1,E144-2,E144-3XR144-1 Il R144-2 || R144-3從中可見，當負載電流(IKM4-UH4-UH4-3)增力卩時，並聯組合 R144-1IIR144-2IIR144-3兩端之電壓降也隨之增加。大多數槍按其無負載KV分類。因此 在無負載時，對噴槍輸出電壓的影響最小，但隨著負載增加，電壓將降低更多。因此，噴槍的 KV額定可保持基本上相同。如果在特定應用中，電阻144-1、……、144-3不必要用滿足安 全要求，則只需將其在板70、72、74上處於非工作狀態，並插入一跨接線，以便VCT處的電壓 與電晶體128的基極處相同。此外應注意，如果必須附加裝置以滿足安全要求，可在十分之 一奧姆的數量級上增加電阻130的限流電阻，以降低噴槍20之可用輸出電流。電阻144-1、……、144-3是一瓦表面安裝電阻，替代一個三瓦電阻，導致更小的整 體密閉體。它們也安裝於電路板70、72、74上，且被來自空氣渦輪40的排出空氣冷卻。圖4所示電路圖包括多熱保險絲146。此保險絲設計為若超過其跳開電流(在此 情況下1. 5A)則打開，且當電源關閉時重置自身。保險絲146的保持電流為0. 75A，其允許 最大期望不中斷電流約0. 5A，即使在對於使得多個熱裝置易在較小電流程度跳開的之高溫 的情況下也是如此。圖4所示電路圖包括瞬變幹擾抑制器二極體148。瞬變幹擾抑制器二極體148跨 越VCT及導體90耦接，且選擇其大小能將任何高於額定15. 5VDC輸出一伏或二伏的電壓尖 峰分流至地。二極體148的主要目的是分流任何來自如圖5電路的任何瞬變電流，以防止 這樣的瞬變電流負面影響圖4中的任何電路，圖5中的電路是耦接到VCT的。圖3a_c最佳示例說明了 U形板組件70、72、74。此組件包括三塊印刷電路板70、 72、74，將其結合在一起而產生最終的U形板組件。以此方式布置該板組件，且利用小穿孔 和表面安裝元件允許發電機38/渦輪40安裝於板組件70、72、74的U中，且允許板組件70、72,74的整體剖面保持接近如圖4所示的發電機38/渦輪40的整體剖面。這樣導致更小、 更輕的密閉體積，其所需吹掃時間更少。為保護板70、72、74組件不沾上驅動該渦輪40輸入空氣引入的汙染，可使用任何 已知可用技術(例如噴塗、浸塗或真空沉積)使用例如聚對二甲苯對該板均勻塗層。但是， 當使用均勻塗層時，必須注意對熱耗散元件進行適當冷卻。示例的發電機38是反向操作的三相、無刷直流電機。無刷電機可消除導致更短電 機壽命的刷磨損。也可使用二相電機，但來自二相電機的輸出波紋將更大，可能需要更大的 過濾電容92、94。而且，二相電機可能必需要以更快地旋轉以產生相同輸出功率，其可導致 更短的電機壽命。空氣渦輪40排出的空氣也導向該發電機38上方和周圍，以在操作期間 將其冷卻。這樣也導致更長的電機壽命。現特別參照圖5，串接組件50包括振蕩器組件54、變壓器組件56、串接58及串聯 輸出電阻串60。串接組合件50基本上如美國公開專利申請案第2006/0283386 Al號中所 示及描述，因此在此不再做任何更詳細地說明。將來自變壓器組件56的高壓變壓器的次級 繞組56-2的反饋耦接至差動放大器150的正(+)輸入端，該差動放大器被設置成均增益緩 衝器。放大器150的連結反相(-)和輸出端子通過49. 9ΚΩ電阻152耦接至差動放大器 154之-輸入端。作為示例，放大器150、154為ON Semiconductor類型的LM358DMR2雙運 算放大器。放大器154的正(+)輸入端通過49. 9ΚΩ電阻156耦接至地，且通過49. 9K Ω電 阻158耦 接至VCT電源。放大器154的負(-)輸入端通過49. 9Κ Ω電阻160耦接至放大器 154的輸出端，該輸出端子通過由二個2. 05Κ Ω電阻161-1、161-2的並聯組合耦接至紅LED 163的陽極(圖6)。將LED 163的陰極耦接至地。啟動時，槍20之操作者通過手柄組件22 頂部的後蓋組件165 (圖1)的透鏡可看見LED 163。放大器150正(+)輸入端子通過可變 電阻162、0.47yF電容164及49.9ΚΩ電阻166的並聯組合耦接至地。作為示例，可變電 阻 162 是 Littelfuse SMBJ15A 15V 裝置。自電極62放電產生的電子流過槍至目標空間，對意欲噴塗目標的塗層材料顆粒 充電。在目標處(為此目的，其通常儘可能保持接近地電位)，將該充電塗層材料顆粒衝擊 該目標，且來自充電塗層材料顆粒的電子通過地及元件162、164、166的並聯組合返回高電 位變壓器次級56-2的「高」或+(S卩，接近地電位)的一側。因此，跨越電阻166產生與該 串接58的輸出電流成比例的電壓降。電容164過濾此電壓，在運算放大器150之正⑴輸 入端提供更少噪聲的直流電位。可變電阻162降低由串接58的操作所引起瞬態電流破壞 運算放大器150及其它電路元件的可能性。運算放大器150被構成為為電壓跟隨器，以隔 離其正(+)輸入端處的電壓與其輸出端處的電壓。這樣有助於確保返回高電位變壓器56-2 的「高」或正⑴一側的所有電流流過電阻166。電阻166兩端的電壓由以下給出Ve166 = IoutXR166其中Iqut等於來自電極62的電流，R166是電阻166的電阻。因為運算放大器150 被構成為為電壓跟隨器，Ve166出現在運算放大器150的輸出端及運算放大器150的負(_) 輸入端。選擇電阻166的大小，以便運算放大器150的正(+)輸入端的電壓為5伏(每100 微安流經電阻166的)。電阻152、160、156及158的組合與運算放大器154形成一差動放大器，其在運算放大器154的輸出導致如下電壓Vled = VCT-V0un50VCT是圖4所示的電源電路上經調節直流電壓輸出，將其提供至變壓器56的初級 繞組56-1的中心抽頭。振蕩器54的輸出電晶體以數十千赫茲數量級的頻率交替地將變壓 器56之初級56-1地相應半周切換至地。次級56-2德輸出被串接58調整及倍增。噴槍 20必須滿足如諸如廠家手冊的審核機構何諸如EN 50050之EN標準的安全要求。這樣的 要求通常需要在噴槍20在電極62處的輸出不能點燃特定爆炸氣體環境中最有爆炸性混合 物(在此情況下，空氣中5. 25%丙烷)。為幫助實現此目的，通常布置電源電路，以便在自 噴槍20的電極62之處負載電流增加時，VCT降低。由於， Vout15O — Ve166 — Iout ^ 66貝lj，Vled = VCT-IoutXR166對於輕負載，在電極62處輸出電壓之量值很高，Iqut很小，且VCT在15至15. 5伏 數量級。因此，對於輕負載，V·在12至15伏數量級。當負載增加時，電極62處輸出電壓 數量值降低且V·降低，至少因為更重的負載將降低供應VCT的輸入電源的負載，導致降低 VCT，而且，因為對於更重的負載，Iott增加。最終，對於在電極62處的輸出為低電壓量值的 重負載，ItmXR166超過VCT。當發生這種情況時，Vmi變為零。因此，該電路設計如下對於輕負載，當電極62的輸出電壓的數量值很高時，V·在12至15VDC的數量級；對於中負載，當電極62的輸出電壓的數量值在其中等範圍時，V·在5至12VDC的 數量級 』及,對於重負載，當電極62的輸出電壓的數量值低時，Vled在0至5VDC的數量級。將V·(運算放大器154的輸出端)耦接至如圖6所示電路的引腳H1-1。將如圖 6所示電路的引腳H1-2耦接至地。因此，對於輕負載，圖6的LED 163很明亮。對於中負 載，LED 163稍暗；對於重負載，LED 163將顯著變暗或完全關閉。因此，LED 163的照明強 度反映噴槍20上端子62處的實際電壓。此外，對於來自串接58的過高輸出電流而導致的 故障模式，LED 163將顯著變暗或完全關閉，以此向使用者警告此情況，以便採取糾正措施。 當噴塗導電性的塗層材料，可能形成噴塗槍20輸出短路，導致端子62處輸出電壓很小或無 電壓時，在這種情況下對於槍20之操作者尤其重要。帶有串接的輸入電路操作的顯示裝置 的槍設計，在亮度上展示很小或不展示變化。空氣是從來自於乾淨、乾燥空氣源172通過接地的空氣軟管組件44提供至噴槍 20。將空氣沿手柄24向上提供至扳機閥174。拉動扳機26將打開扳機閥174，以允許空氣 流出槍20前部，以霧化正在噴塗的塗層材料。打開扳機閥174也允許空氣沿手柄24向下 通過手柄組件22中的空氣供應管175流回發電機38。輸入空氣通過連往蓋176的空氣入 口被提供至發電機38。蓋176圍繞渦輪轉子40，而渦輪轉子40安裝在發電機38軸42上， 且使用0環密封，以便僅一方向的空氣流透過該蓋176中四個間隔90 °的開口，該開口將空 氣導向轉子40。空氣流導致轉子40及其安裝有該轉子的發電機軸42旋轉。流經轉子40 之後，空氣圍繞互連結的印刷電路板70、72、74流動，為發電機38、板70、72、74及其上安裝 的元件提供冷卻空氣。然後通過接頭182將空氣排出。
發電機38軸42的旋轉導致三相發電機38產生電，在將其由VCT提供至串接組件 50之前，由印刷電路板70、72、74上的電路對其進行全波整流。由於四個齊納二極體132、 134、136、138的限制，齊納二極體148兩端的最大電壓為16VDC。當釋放噴槍扳機26時，扳 機閥174關閉，阻止空氣流移至發電機38及噴嘴30。
權利要求
一種噴塗分配裝置，其包含扳機組合件，該扳機組合件用於致動該噴塗分配裝置以分配塗層材料；噴嘴，所述塗層材料通過該噴嘴而得以分配；電壓來源；電壓倍增器，該電壓倍增器用於增加所述電壓來源的電壓，該電壓倍增器耦接至所述電壓來源，該電壓倍增器的輸出端被充電至高量值靜電位且被調整用於當該分配裝置分配所述塗層材料時對該塗層材料充電；以及電路，該電路用於提供所述輸出端處的電壓的目視指示，該電路包括，第一阻抗，該第一阻抗兩端顯示所述輸出端處的電壓的一部分；以及隔離放大器，該隔離放大器具有耦接至所述第一阻抗的輸入端以及具有輸出端，該隔離放大器將所述第一阻抗與該隔離放大器的輸出端隔離，該隔離放大器的輸出端耦接至光源，用於提供該電壓倍增器的輸出端處的電壓的目視指示。
2.如權利要求1所述的噴塗分配裝置，還包括差動放大器，該差動放大器具有正輸入 端(+)、負輸入端(_)及輸出端，該差動放大器的所述正(+)及負(_)輸入端之一耦接至所 述電壓來源，且該差動放大器的所述正(+)及負(_)輸入端中的另一者耦接至所述隔離放 大器的輸出端，並且該差動放大器的輸出端耦接至所述光源，用於提供該電壓倍增器的輸 出端處的電壓的目視指示。
3.如權利要求2所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗包括電阻及電容的並聯組I=I ο
4.如權利要求3所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗還包括與所述電阻及所述 電容並聯的瞬變抑制器，以減小由於電壓倍增器串接的電壓瞬變而破壞所述隔離放大器及 所述差動放大器的可能性。
5.如權利要求1所述的噴塗分配裝置，其中，所述電壓倍增器包含振蕩器、耦接至該振 蕩器的變壓器以及耦接至該變壓器的電壓倍增器串接。
6.如權利要求5所述的噴塗分配裝置，其中，所述電壓倍增器串接通過第二阻抗被 耦接至所述電壓倍增器的輸出端，所述第二阻抗的實分量在所述第一阻抗的實分量的約 2 X IO3倍至約4X IO3倍的量級上。
7.如權利要求5所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗包括電阻及電容並聯組合。
8.如權利要求7所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗還包括與所述電阻及所述 電容並聯的瞬變抑制器，以減小由於電壓倍增器串接的電壓瞬變而破壞所述隔離放大器的 可能性。
9.一種噴塗分配裝置，包含扳機組合件，該扳機組合件用於啟動該噴塗分配裝置以分 配塗層材料；噴嘴，所述塗層材料通過該噴嘴而得以分配；電壓來源；電壓倍增器，該電壓 倍增器用於增加所述電壓來源的電壓，該電壓倍增器耦接至所述電壓來源，該電壓倍增器 的輸出端被充電至高量值靜電位且被調整用於當該分配裝置分配所述塗層材料時對該塗 層材料充電；以及電路，該電路用於提供所述輸出端處的電壓的目視指示，該電路包括，第 一阻抗，該第一阻抗兩端顯示所述輸出端處的電壓的一部分；差動放大器，該差動放大器具 有正輸入端(+)、負輸入端(_)及輸出端，該差動放大器的所述正(+)及負(_)輸入端之一 被耦接至所述電壓來源，且該差動放大器的所述正(+)及負(_)輸入端中的另一者被耦接 至所述第一阻抗，並且該差動放大器的輸出端被耦接至光源，用於提供所述電壓倍增器的 輸出端處的電壓的目視指示。
10.如權利要求9所述的噴塗分配裝置，還包括隔離放大器，該隔離放大器具有輸入端及輸出端，該輸入端耦接至所述第一阻抗，該輸出端耦接至所述差動放大器的所述正(+) 及負(_)輸入端中的另一者，該隔離放大器將所述第一阻抗與所述差動放大器的正(+)及 負(_)輸入端中的所述另一者隔離。
11.如權利要求10所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗包括電阻及電容並聯組I=I O
12.如權利要求11所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗還包括與所述電阻及所 述電容並聯的瞬變抑制器，以減小由於電壓倍增器串接的電壓瞬變而破壞所述隔離放大器 及所述差動放大器的可能性。
13.如權利要求9所述的噴塗分配裝置，其中，所述電壓倍增器包含振蕩器、耦接至該 振蕩器變壓器以及耦接至該變壓器的電壓倍增器串接。
14.如權利要求13所述的噴塗分配裝置，其中，所述電壓倍增器串接通過第二阻抗被 耦接至所述電壓倍增器輸出端，該第二阻抗實分量在所述第一阻抗的實分量的約2X IO3倍 至約4X IO3倍的量級上。
15.如權利要求13所述的噴塗分配裝置，其中，所述第一阻抗包括電阻及電容的並聯 組合。
全文摘要
一種噴塗分配裝置包含扳機組合件(26)及噴嘴(30)，該扳機組合件用於致動該噴塗分配裝置以分配塗層材料，該塗層材料通過該噴嘴得以分配。該噴塗分配裝置還包含電壓來源及用於增加該電壓來源的電壓的電壓倍增器(58)。該電壓倍增器(58)耦接至該電壓來源。該電壓倍增器的輸出端被充電至高量值靜電位且被調整用於當該分配裝置分配塗層材料時對該塗層材料充電。該噴塗分配裝置還包含電路，該電路用於提供所述輸出端處的電壓的目視指示。該噴塗分配裝置還包括用於提供輸出端處的電壓的目視指示的電路，該電路包括第一阻抗及放大器(150，154)，該第一阻抗兩端顯示所述輸出端處的電壓的一部分。該放大器之輸出端耦接至一光源，其用於提供該電壓放大器輸出端的電壓的目視指示。
文檔編號H02M7/04GK101970125SQ200980109082
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月26日 優先權日2008年3月10日
發明者吉因·P··歐登博格 申請人:伊利諾斯工具製品有限公司