Устройство для снятия статического электричества с диэлектрических материалов Российский патент 2020 года по МПК H05F3/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для управления статическим зарядом, в частности к устройству для создания электростатического поля, для того, чтобы снять с диэлектрического материала статический заряд, путем размещения этого материала в электростатическом поле антенны.

Уровень техники

Широко известны устройства, предназначенные для снятия статического электричества с диэлектрических материалов, на поверхности которых произошло скопление статического заряда любой полярности (положительного либо отрицательного).

Известно устройство для снятия статического электричества с диэлектрических материалов (патент US 4271451, опубликован 02.06.1981, кол.3, абз. 1, фиг. 1, 9), включающее блок питания, генератор, усилитель и трансформатор, выполненный из первичной и вторичной катушек.

Также известно устройство для снятия статического электричества с диэлектрических материалов (патент US 3474292, опубликован 21.10.1969 , фиг. 3), в котором один из концов вторичной катушки трансформатора заземлен, а второй конец является свободным.

Техническая проблема

Недостатками известных устройств является то, что при снятии статического электричества происходит «паразитное» явление перезарядки поверхности диэлектрика зарядом противоположной полярности. Другим недостатком известных устройств является необходимость обдувать воздушным потоком поверхность диэлектрика с которой происходит снятие статики, а также необходимость смачивания поверхности диэлектрика.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. При этом достигаются технические результаты, заключающиеся в эффективной нейтрализации статических зарядов любой полярности (положительных и отрицательных), при этом в процессе работы данного устройства, при нейтрализации электрических зарядов, скопившихся на поверхности диэлектрика, не происходит «паразитного» явления перезарядки поверхности диэлектрика зарядом противоположной полярности, причем при использовании данного изобретения нет необходимости обдувать воздушным потоком поверхность диэлектрика с которой происходит снятие статического электричества и нет необходимости смачивания поверхности диэлектрика.

Сущность изобретения

Указанные технические результаты достигаются тем, что устройство для снятия статического электричества с диэлектрических материалов, включающее блок питания, регулируемый генератор импульсов, усилитель, резонансный трансформатор, излучающую антенну и систему автоматической защиты, при этом блок питания соединен с генератором, усилителем и системой защиты, генератор соединен с усилителем, усилитель соединен с резонансным трансформатором, выполненным из первичной и вторичной волноводной катушек, взаимодействующих между собой без использования общего сердечника, причем один из концов вторичной волноводной катушки заземлен, а второй конец является свободным и соединен с излучающей антенной, а генератор настроен так, что во вторичной волноводной катушке образована стоячая волна.

Стоячая волна образуется за счет интерференции, соблюдения условия четвертьволнового резонанса, вследствие чего на излучающей антенне достигается высокая напряженность электростатического поля и высокое значение потенциала.

Вокруг антенны создается переменное электростатическое поле, а область вокруг антенны переходит в состояние частично ионизированного газа, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы и обладающего характерными свойствами для данного состояния, при этом заряды разных полярностей на поверхности диэлектрика нейтрализуются электронами, положительными и отрицательными ионами, которые образуются в эффективной области взаимодействия под воздействием электростатического поля антенны во время работы устройства.

В одном из вариантов осуществления, антенна выполнена из проводника с высоким удельным сопротивлением, в несколько раз превышающее удельное сопротивление проводника, из которого выполнена обмотка вторичной волноводной катушки транформатора.

В одном из вариантов осуществления, проводник представляет собой материал, выбранный из следующих: константан, висмут, манганин, нихром, никелин, титан, фехраль, хромаль, иридий, вольфрам, молибден, нейзильбер, никель, платина, сталь или их сплавов.

В одном из вариантов осуществления, место соединения антенны и проводника вторичной волноводной катушки выполненно изолированным, причем само соединение располагается внутри изоляции.

В одном из вариантов осуществления, антенна выполнена из гибкого проводника круглого сечения с диаметром не более 0,3 мм².

Описание чертежей

На чертеже изображена схема варианта осуществления устройства согласно предлагаемому изобретению.

Позициями на фиг. 1 обозначены:

(1) - Блок питания AC/DC 220В/24В, который предназначен для питания устройства от сети 220В.

(2) - Генератор импульсных сигналов, работающий в импульсном режиме, имеющий функцию регулировки частоты импульсов. Генератор работает в соответствующем диапазоне частот, который позволяет осуществить подстройку частоты и выбрать частоту импульсов таким образом, чтобы обеспечить во вторичной волноводной катушке трансформатора условие четвертьволнового резонанса.

(3) - Усилитель импульсных сигналов, предназначенный для создания в первичной обмотке трансформатора значений высокого напряжения задаваемых генератором (2) импульсных сигналов.

(4) - Резонансный трансформатор,обеспечивающий возможность создания во вторичной волноводной катушке стоячих волн высокочастотного напряжения, их интерференции на условиях четвертьволнового резонанса и достижения максимального значения напряженности на свободном конце вторичной катушки( на антенне), достаточного для создания высокой напряженности электростатического поля антенны-излучателя.

(5) - Излучающая антенна, является продолжением свободного конца вторичной волноводной катушки резонансного трансформатора (4). Предназначена для создания эффективной области взаимодействия с диэлектриком. Антенна размещается в зоне взаимодействия устройства с поверхностью диэлектрика, с которой происходит снятие статического электричества.

(6) - Система автоматической защиты предназначена для отключения устройства при механических обрывах антенны или при контакте антенны излучателя с любыми сторонними металлическими деталями, поверхностями или окружающими предметами.

Осуществление изобретения

Пример осуществления изобретения.

Диэлектрический материал (экстругированный пенополистирол), движущийся на производственной линии, подвергали воздействию с помощью устройства, согласно предлагаемому изобретению, при этом излучающая антенна устройства была натянута поперек линии на высоте примерно 1 см над диэлектрическим материалом. На поверхности материала имеется паразитный статический заряд. Устройство включали и выключали через небольшие интервалы времени. Значения статического электричества регистрировали специально предназначенным для этого прибором-измерителем статического заряда SF156 Puls Electronic. На экране измерительного прибора отображается значение статического заряда на поверхности диэлектрика в единицах кВ на 100 мм.

По результатам испытаний, при включенном устройстве, значения статического напряжения на поверхности диэлектрика составляли не более 1 кВ, при выключенном устройстве, значения значения статического напряжения на поверхности диэлектрика составляли 8-10 кВ.

При увеличении заряженности материала в несколько раз, при выключенном устройстве, значения статического напряжения на поверхности диэлектрика составляли 30-40 кВ, при включенном устройстве, значения статического напряжения на поверхности диэлектрика составляли не более 1 кВ.

В заявленном изобретении необходимые условия для создания значения высокой напряженности электростатического поля вокруг антенны (5) и соответственно выполнение условий начальной ионизации газа обеспечиваются тем, что используемый в решении режим работы и резонансный трансформатор (4) является трансформатором Тесла, импульсная накачка которого происходит с использованием на входе генератора сигналов (2) и усилителя импульсных сигналов (3), который собран на мощном полевом транзисторе, например на полупроводниковом ключе типа IGBT.

Для достижения на антенне (5) необходимой напряженности электростатического поля и получения заявленного назначения устройства, а именно снятия статического электричества, должен выполняться резонансный режим работы трансформатора (4).

Регулируя частоту накачки импульсным генератором (2), необходимо подобрать значение частоты накачки и выйти в режим абсолютно точного резонанса, при этом на антенне (5) появится видимый искровой разряд, что подтверждает процесс ионизации и высокой напряженности электростатического поля антенны (5).

При этом, для того, чтобы снять с диэлектрического материала статический заряд достаточно поместить этот материал в электростатическое поле антенны.

Таким образом, достигается эффективная нейтрализация статических зарядов любой полярности (положительных и отрицательных), при этом в процессе работы данного устройства, при нейтрализации электрических зарядов, скопившихся на поверхности диэлектрика, не происходит «паразитного» явления перезарядки поверхности диэлектрика зарядом противоположной полярности, причем при использовании данного изобретения нет необходимости обдувать воздушным потоком поверхность диэлектрика, с которой происходит снятие статического электричества, и нет необходимости смачивания поверхности диэлектрика.

Настоящее изобретение относится к устройству для управления статическим зарядом, в частности, к устройству для создания электростатического поля, для того, чтобы снять с диэлектрического материала статический заряд любой полярности, путем размещения этого материала в область взаимодействия, находящуюся под воздействием электростатического поля антенны устройства. При этом достигаются технические результаты, заключающиеся в эффективной нейтрализации статических зарядов любой полярности (положительных и отрицательных), при этом в процессе работы данного устройства, при нейтрализации электрических зарядов, скопившихся на поверхности диэлектрика, не происходит «паразитного» явления перезарядки поверхности диэлектрика зарядом противоположной полярности, причем при использовании данного изобретения нет необходимости обдувать воздушным потоком поверхность диэлектрика, с которой происходит снятие статического электричества, и нет необходимости смачивания поверхности диэлектрика. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для снятия статического электричества с диэлектрических материалов, включающее блок питания, регулируемый генератор импульсов, усилитель, резонансный трансформатор, излучающую антенну и систему автоматической защиты, при этом блок питания соединен с генератором, усилителем и системой защиты, генератор соединен с усилителем, усилитель соединен с резонансным трансформатором, выполненным из первичной и вторичной волноводной катушек, взаимодействующих между собой без использования общего сердечника, причем один из концов вторичной волноводной катушки заземлен, а второй конец является свободным и соединен с излучающей антенной, а генератор настроен так, что во вторичной волноводной катушке образована стоячая волна.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стоячая волна образуется за счет интерференции, соблюдения условия четвертьволнового резонанса, вследствие чего на излучающей антенне достигается высокая напряженность электростатического поля и высокое значение потенциала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вокруг излучающей антенны создается переменное электростатическое поле, а область вокруг антенны переходит в состояние частично ионизированного газа, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы и обладающего характерными свойствами для данного состояния, при этом заряды разных полярностей на поверхности диэлектрика нейтрализуются электронами, положительными и отрицательными ионами, которые образуются в эффективной области взаимодействия под воздействием электростатического поля антенны во время работы устройства.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что излучающая антенна выполнена из проводника с высоким удельным сопротивлением, в несколько раз превышающим удельное сопротивление проводника, из которого выполнена обмотка вторичной волноводной катушки трансформатора.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводник представляет собой материал, выбранный из следующих: константан, висмут, манганин, нихром, никелин, титан, фехраль, хромаль, иридий, вольфрам, молибден, нейзильбер, никель, платина, сталь или их сплавов.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что место соединения антенны и проводника вторичной волноводной катушки выполнено изолированным, причем само соединение располагается внутри изоляции.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антенна выполнена из гибкого проводника круглого сечения с диаметром не более 0,3 мм².