CN101970122A - 气动式静电辅助喷涂分配装置的发电机 - Google Patents

气动式静电辅助喷涂分配装置的发电机 Download PDF

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Abstract

一种喷涂分配装置(20)包含扳机组件(26)，用于启动该喷涂分配装置以分配涂层材料，及包含喷嘴，该涂层材料透过该喷嘴得以分配。该喷涂分配装置也包含第一通口(30)，适用于供应压缩气体至该喷涂分配装置、及包含第二通口，适用于供应涂层材料至该喷涂分配装置。该装置更包含具有一轴多相发电机(38)。涡轮转子(40)，安置在该轴上。耦接至该第一通口的压缩气体冲击该涡轮转子来旋转该轴，产生多相电压。该装置更包含电极(62)，其邻近该喷嘴且耦接至该多相发电机用以接收其中电流来静电并对该涂层材料充电。

Description

气动式静电辅助喷涂分配装置的发电机
相关申请的交叉引用
与本申请相关的申请有：U.S.S.N.12/045,155，名称为“用于气动静电雾化及分配装置的密封电源”；U.S.S.N.12/045,175，名称为“用于气动静电辅助涂层材料雾化器的电路板结构”；U.S.S.N.12/045,173，名称为“在气动静电辅助涂层材料雾化器中控制温度”；U.S.S.N.12/045,169，名称为“在气动静电辅助涂层材料雾化器的输出电极处显示相对电压的电路”及U.S.S.N.12/045,354，名称为“用于在模铸树脂或聚合物外壳中维持高转矩接头的方法和装置”。上述所有的申请与本申请在同一天提交，所有这些申请的内容在此通过引用而被并入本申请中。
技术领域
本发明是关于静电辅助涂层材料喷雾及分配装置，下文有时称为喷枪或枪。在不限制本发明的范围情况下，基于采用压缩气体(通常为压缩空气)驱动的喷枪上下文中揭示本发明。以下，此等枪有时称为无绳喷枪或无绳枪。
背景技术
人们已知各种类型的手动和自动喷枪。在以下美国专利中图示和说明了无绳静电手枪：4,219,865；4,290,091；4,377,838和4,491,276。而且，举例而言，在下列美国专利和公开申请案中图示和说明了自动和手动喷枪：2006/0283386；2006/0219824；2006/0081729；2004/0195405；2003/0006322；美国专利号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；5,284,299；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。还有WO 2005/014177及WO 01/85353的披露。还有EP 0 734 777及GB 2 153 260的披露。还有Ransburg型号REA 3、REA 4、REA 70、REA 90、REM和M-90枪，它们均可从ITW Ransburg公司(俄亥俄州托莱多市菲利普大街320号，43612-1493)获得。
这些引用材料的披露内容以引用方式并入本申请。以上所列并非意欲表示已完全检索所有相关技术，也没有表示除所列之外不存在其它相关技术，也没有指所列技术对于可专利性具有实质意义。也不应推断任何此种表示。
发明内容
根据本发明的一个方面，一喷涂分配装置包含扳机组件，用于启动该喷涂分配装置，以分配涂层材料，及包含喷嘴，该涂层材料通过喷嘴得以分配。该装置也包含第一通口，适用于供应压缩气体至该喷涂分配装置、及包含第二通口，适用于供应涂层材料至喷涂分配装置。该装置还包含多相(例如三相)发电机，该发电机具有一轴。一涡轮转子，安置在该轴上。耦接至第一通口的压缩气体冲击涡轮转子来旋转该轴，以产生多相电压。该装置还包含邻近该喷嘴的电极，该电极耦接至三相发电机，以接收其中电流，来静电地对该涂层材料充电。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置还包含调整器，该调整器耦接至三相发电机，用于调整三相电压。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置更包含电压放大器，用于放大经调整的三相电压，电压放大器耦接至调整器。
作为示例，根据本发明的这方面，该电压放大器包含振荡器，耦接至该振荡器的变压器，及耦接至该变压器的电压放大器串接。
作为示例，根据本发明的这方面，该调整器包含输出终端以及与该输出终端串联的电阻。该输出终端耦接至该变压器。
作为示例，根据本发明的这方面，与该输出终端串联的电阻包含n个电阻，n＞1，每个电阻能够分别消散由该n个电阻全体所消散的总热量的约1/n。
作为示例，根据本发明的这方面，旋转涡轮转子的压缩气体也流通过该n个电阻。旋转该涡轮转的压缩气体冷却该n个电阻。
作为示例，根据本发明的这方面，该喷涂分配装置还包含套筒，其用于支撑喷嘴。电压放大器至少部分地容纳于套筒中。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置还包含相当于枪把形手柄，用于使喷涂分配装置适于被手持。该扳机组件适以可由操作者的手来操纵。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置还包含套筒，其自该手柄延伸，且在远程于该手柄的端处支撑该喷嘴。该电压放大器至少部分地经容纳于该套筒中。
作为示例，根据本发明的这方面，发电机容纳于一模块中，该模块是在邻近该套筒的远端处所提供。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置还包含整流器，其耦接至三相发电机以供整流三相电压，及耦接至整流器的调整器以供调整所经整流的三相电压，该整流器及该调整器也被容纳于一模块中。
作为示例，根据本发明的这方面，旋转涡轮转子的压缩气体也流通过整流器及调整器的至少一者，以消散来自整流器及调整器的至少一者之各元件的热量。
作为示例，根据本发明的这方面，旋转涡轮转的压缩气体也流通过调整器以消散来自调整器之各元件的热量。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置包含用于喷雾液态涂层材料的装置。第二通口适用于供应液态涂层材料至该喷涂分配装置。
作为示例，根据本发明的这方面，调整器包含过电压保护电路。
作为示例，根据本发明的这方面，过电压保护电路包含自我重置过电压保护电路。
作为示例，根据本发明的这方面，调整器包含限制电路，用于如果过度的压缩气体流至该涡轮转子时，减低发电机输出失控的可能性。
作为示例，根据本发明的这方面，旋转涡轮转子的压缩气体也流通过限制电路。限制电路包含散热装置，其用于当过度的压缩气体流至涡轮转子时消散许多热量，以便过度的压缩气体流至该涡轮转子，为该散热装置提供增加的冷却能力。
作为示例，根据本发明的这方面，调整器包含限制电路，用于当该发电机受到轻负载时而减低发电机失控的可能性。
作为示例，根据本发明的这方面，喷涂分配装置还包含限制电路，限制电路大小的选定要使得当发电机受到轻负载时避免该发电机超速。
作为示例，根据本发明的这方面，限制电路包含n个固态装置，n＞1，每个固态装置能够消散由该n个固态装置全体地所消散的总热量的约1/n。
作为示例，根据本发明的这方面，旋转涡轮转子的压缩气体也流通过该限制电路。旋转涡轮转子的压缩气体冷却该限制电路。
作为示例，根据本发明的这方面，调整器包含输出电压调节电路，其适用于负载发电机，造成发电机的速度下降，产生较低的发电机输出电压。
作为示例，根据本发明的这方面，输出电压调节电路包含磁性启动式开关，其控制电流流经该输出电压调节电路；及磁铁，其可移动来选择地启动该磁性启动式开关，从而将输出电压调节电路放至于调整器电路中，或将输出电压调节电路从调整器电路中移去。
作为示例，根据本发明的这方面，输出电压调节电路包含n个电阻，n＞1，每个电阻能够消散由该n个电阻全体地所消散的总热量的约1/n。
作为示例，根据本发明的这方面，旋转涡轮转子的压缩气体也流通过该n个电阻。旋转涡轮转子的压缩气体冷却该n个电阻。
作为示例，根据本发明的这方面，调整器包含输出终端以及与该输出终端串联的自我重置保险丝。
作为示例，根据本发明的这方面，调整器包含输出口以及跨过输出口的瞬变干扰抑制器二极管，用作在反相传输的瞬变电流进入调整器后保护输出口。
附图说明
参考以下具体实施例和说明本发明的附图可更好地理解本发明，在以下附图中：
图1a示例说明手持式无绳喷枪的透视图；
图1b示例说明图1a中示例说明的手持式无绳喷枪的纵剖面侧视图；
图1c示例说明图1a-b中示例说明的手持式无绳喷枪某些细节的透视图；
图1d示例说明图1a-b中示例说明的手持式无绳喷枪某些细节的透视图；
图2a示例说明对所描述的喷枪有用的高量值电压串接组件的顶视平面图；
图2b示例说明对所描述喷枪有用的高量值电压串接合件的局部剖面图，大体上沿图2a中的剖面线2b-2b取得；
图2c示例说明对图2a-b中示例说明的高量值电压串接组件的端部正视图，大体上沿2图a-b中之剖面线2c-2c取得；
图2d示例说明对图2a-b中示例说明的高量值电压串接组件的局部剖面图，大体上沿2图a-b中之剖面线2d-2d取得；
图2e示例说明对图2a-b中示例说明的高量值电压串接组件的端部正视图，大体上沿图2a-b中的剖面线2e-2e取得；
图3a-c示例说明印刷电路(PC)板组合件的透视图(图3a-b)，及立面图(图3c)，该印刷电路板组件包含对所描述的喷枪有用的控制电路；
图4示例说明对所描述的喷枪有用的压缩空气动力低量值电压发电机控制电路的示意图；
图5示例说明对所描述的喷枪有用的高量值电压串接组件的示意图；及
图6示例说明对所描述的喷枪有用的光发射二极管(LED)电路的示意图。
具体实施方式
本文所述，“发电机”是指将机械能转换为电能的机器，包括用于产生直流电或交流电的装置。
以下的示意电路图的描述和方块电路图的描述标识出具体的集成电路和其它元件，以及在许多情况下标识出这些集成电路和元件的具体来源。为说明的完整，给出与这些集成电路和元件相关联特定端子及引脚名称和数字。应了解，这些端子及引脚识别符是为这些具体标识的元件提供的。应该理解，这样做不应构成一表示，也不应推断任何此种表示：具体元件、元件值或来源是来自于相同或其他来源的能够执行必需功能的唯一元件。应进行一步理解，自相同或不同来源的可用的其它合适元件可能使用与本说明中所提供的元件不相同的端子/引脚识别符。
参考图1a-d，手持式无绳喷枪20包含手柄组件22，该手柄组件具有相当于枪把形的手柄24；扳机组件26，用于启动枪20以分配充有静电荷喷雾的涂层材料微滴；及套筒组件28，用于支撑在其远端的喷嘴30。在其下端，手柄组件22支撑包含接头34、36的电源模块组件32，在此具体实施例中，液体涂料中之压缩气体(通常是压缩空气)及涂层材料透过接头34、36各自被供应至枪20。电源模块32容纳三相发电机38，诸如举例而言，Maxon EC-max部件号为348702，其可从Maxon Precision Motors公司(马萨诸塞州瀑布河市沃尔德伦路101号，02720)获得。使用多相发电机38的显著益处是发电机38可以较低旋转速度运行(在一实施例中，明显较低；为300rpm，而先前技术中高达42Krpm)。一般地，较低旋转速率致使增加发电机寿命，减少修理成本及减少设备故障时间。
涡轮转子40安装于发电机38的轴42上。压缩空气通过一耦接至接头34(而接头34被耦接至地空气软管组合件44)被引导通过组件32，且被导向转子40之叶片上，以旋转轴42，从而在端子75-1、75-2、75-3(图4)产生三相电压。发电机38的输出在电源模块组件32中被整流并调整，且通过手柄组件22中的导体将来自电源模块组件经整流并调整的输出耦接至串接组件50，该串接组件50自手柄组件22的前顶部延伸至套筒组件28中。
先前技术中，用烧结金属套管导引发电机之轴端，使无绳枪结合发电机。因此，在先前技术中，无绳枪不能对发电机轴提供精确导引。这可能导致将更高振动级别自发电机传输至操作者的身体上。本发明枪20的发电机38使用球或滚柱轴承。由精确球或滚柱轴承导引的发电机38可降低安装点的传输至振动，因此降低至操作者的振动，从而潜在地降低操作者的疲劳。但是，商业上可用的分数(或小)马力电机(例如发电机38)的轴承易于发生溶剂穿透、轴承润滑退变，造成潜在地发生轴承故障和发电机38故障。对以上标识的用作发电机38之电机的测试证实，在溶剂中浸泡一分钟将相当快速地降低轴承润滑性能并导致轴承被卡。为克服此潜在故障模式，分别将上及下保护盖51、53固定至发电机38的壳体，以降低溶剂渗入轴承的可能性。对如此保护的发电机38执行相同的一分钟溶剂浸泡测试。这样的测试没有产生可察觉的性能上的退变，即使是在若干次一分钟溶剂浸泡测试之后。
现在具体参考图2a-e，串接组件50包含在其中封装串接组件50的封装壳52、位于印刷电路(PC)板上的振荡器组件54、变压器组件56、电压倍增器串接58及串联输出电阻串60，提供160MΩ电阻，通过串接58输出耦合到充电电极62，而充电电极62位于阀针64的喷嘴30端。
现在特别参考图3a-c及图4，发电机38控制电路安装于三互连印刷电路板70、72、74上，三个互连印刷电路板70、72、74形成一相当于反“U”结构，以便冷却电路元件及有效使用电源模块组件32内的可用空间。图4示出分布在三个印刷电路板70、72、74上电路的电路图，其中围绕每一印刷电路板70、72、74上的虚线示出每一印刷电路板70、72、74上的元件。将发电机38之三相绕组，端子75-1、75-2、75-3，耦接至各自二极管76、78、80的阴极及各自二极管82、84、86的阳极的接头。作为示例，二极管76、78、80、82、84、86为ON Semiconductor类型的MBR140SFT Schottky二极管。导体88、90两端如此整流的三相电势通过并联电路47过滤，该并联电路包括47μF电容92、94及15KΩ、0.1W、1％电阻96。导体88、90两端还耦接串联连接的100KΩ、0.1W、1％电阻98-和1μF、10％、35V电容100组合。导体90与地耦接。
将FET 102(作为示例，Fairchild Semiconductor 2N7002 FET)之栅极耦接至电阻98及电容100的接头。将FET 102的源极耦接至导体90。将其漏极透过10KΩ、0.1W、1％电阻104耦接至导体88。将FET 102的漏极还耦接至FET 106的栅极，作为示例，FET 106为International Rectifier IRLU3410 FET。将FET 106的漏极和源极分别耦接至导体88、90。导体88、90两端耦接15KΩ、0.1W、1％电阻108。导体88、90两端耦接串联连接的100KΩ、0.1W、1％电阻110和1μF、10％、35V电容112组合。将FET 114(作为示例，Fairchild Semiconductor 2N7002FET)的栅极耦接至电阻110与电容112的接头。将FET 114之源极耦接至导体90。将其漏极通过10KΩ、0.1W、1％电阻116耦接至导体88。将FET 114之漏极还耦接至FET 118(作为示例，International Rectifier IRLU3410 FET)的栅极。将FET 118的漏极和源极分别耦接至导体88、90。
将齐纳二极管120之阴极耦接至导体88。二极管120作为示例可为17 V、.5W齐纳二极管。将二极管120的阳极通过1KΩ、0.1W、1％电阻122耦接至SCR 124的栅极，且通过2KΩ、0.1W、1％电阻126将其耦接至导体90。将SCR 124的阳极耦接至导体88。将其阴极耦接至导体90。作为示例，SCR 124为ON Semiconductor类型MCR100-3 SCR。将双极PNP晶体管128的发射极耦接至导体88。将其集电极耦接至导体90。将其基极通过1.1Ω、1W、1％电阻130耦接至导体88。作为示例，晶体管128为ON Semiconductor类型MJD32C晶体管。将其基极还耦接至四并联齐纳二极管132、134、136、138的阴极，他们的阳极耦接至导体90。作为示例，二极管132、134、136、138为15V、5W ON Semiconductor类型1N5352B齐纳二极管。
将晶体管128的基极还耦接至一开关140(作为示例，Hamlin类型MITI-3V1簧片开关)的一端子。将开关140的其它端子耦接至十并联324Ω、1W、1％电阻142-1、142-2、……、142-10网络的一端子。将电阻142-1、142-2、……、142-10的其它端子耦接至导体90。还将晶体管128的基极通过三个1Ω、1W、1％电阻144-1、144-2、144-3组成的并联网络及串联1.5A、24V保险丝146耦接至变压器组件56的VCenterTap端子。参见图5。VCT端子及导体90两端的最大电压(以下有时称VCT)由双向齐纳二极管148调整，作为例证，该二极管为一Littelfuse SMBJ15CA 15V二极管。
参照图4的示意图，自三输入相75-1、75-2、75-3的每一相至地电位的典型rms电压大约为7.5V rms，频率大约为300Hz。二极管76、78、80、82、84及86形成三相全波桥式整流器，用以将该发电机38的三相交流输出转换为直流。过滤器电容92及94平滑被整流输出之波纹。导体88、90两端之典型电压为约15.5VDC。
图4的电路图包括两个并联连结的单个延迟电路。如果一延迟电路故障停用，则另一延迟电路仍可操作。第一延迟电路包括电阻96、98、104，电容100及FET 102、106。第二延迟电路包括电阻108、110、116，电容112及FET 114、118。如上所述，发电机38及图4的电路位于喷枪20本身中。由于喷枪20可喷射可燃液体材料，按照许多工业标准(例如FM、EN等等)，其操作环境被视为危险的。发电机38及图4的电路必须满足对诸如用于爆炸气体环境(explosive atmosphere)中电气设备工业标准的要求。满足这种要求之方法之一是在达到危险电势之前，将该发电机38及图4电路置于被充压密闭体内部。所述标准要求在达到危险电势之前吹扫(purged)五个密闭体积。对于90SLPM以下的气流，所示发电机38(Maxon EC-max部件号348702)不会产生危险电压，原因在于该气流不足以克服发电机38的惯性并以足够高的速度旋转发电机38。发电机38及图4的电路的密闭体积为40mL。将90标准升每分钟转换为mL每秒得到：
90L/分钟×1分钟/60秒×1000mL/L＝1500mL/秒
因此，在气流速率为90SLPM，吹扫200mL所需的时间(5次吹扫乘以40mL/吹扫)为：
200mL/(1500mL/秒)＝133ms。
对于更高的气流，吹扫时间将更短。因此，为在达到危险电压之前完全吹扫密封体，吹扫时间必须为133ms或更大。
由于吹扫空气与发电机38涡轮40空气相同，如果发电机空气被延迟，则吹扫空气也会延迟。因此，延迟发电机38的启动直至密闭体积被吹扫是不可行的。尽管可能为吹扫空气与涡轮40空气使用分开的空气源，但这样做会被视为导致建造和操作更加复杂、昂贵，并导致枪20更重。
由于不能延迟发电机的启动，枪20电路将短路图4的电源输出，直至吹扫完成所希望的五个密闭体积。使用EN标准60079-11：2007爆炸气体环境——内在安全“i”电气保护测试，确定如图4中短路电源输出不足以点燃IIB气体组的最危险的混合物。因此，如果可将输出短路至少133ms，在吹扫5密闭体积之前将不会出现危险电势。两个并联连结的单个延迟电路实现此目标。
参照图4，电容92、94两端的最初电压为零伏。因为跨越晶体管102、114之栅极到导体90也出现零伏，所以最初，晶体管102、114关闭(电路断路)。当发电机38开始旋转时，导体88、90两端之电压开始上升。因为晶体管102、114关闭，导体88、90两端之电压也出现在晶体管106、118的栅极至导体90处。一旦此电压达到栅极门槛电压(对每个晶体管106、118约2.5伏)，晶体管106、118导通并将导体88、90两端之电压箝制于此电位(约2.5伏)。同时，电容器100、112两端之电压随着电荷流过串联组合98、100及110、112而上升。当电容器100、112两端之电压达到晶体管102、114之栅极门槛电压时，晶体管102、114导通。晶体管106、118的栅极电压下降至其门槛电压以下，且晶体管106、118关闭。这允许导体88、90两端之电压上升至其正常操作电位，约15.5VDC。选择串联组合98、100与110、112之RC时间常数值，以便晶体管106、118保持导通至少133ms，但不过分长，使得达到正常操作电位的延迟很短。
当扳机26释放时，电阻96及108分泄来自电容器100及112的电荷，以便当枪20下一次启动时，延迟电路准备好再次操作。选择电阻96及108的大小，以便只需几(通常2-5)秒即可使电容器100及112放电，因此对于典型喷涂应用中所遇到相对短(2-5秒)的启动中断来说，基本无延迟。对于较长的启动中断来说，电容器100及112将放电，延迟电路96、98、104、100、102、106；和108、110、116、112、114、118在下次触发之前将被重置。电阻96及108的大小选择系触发之间之延迟与确保以下考虑之间的权衡：当扳机被释放足够长时间，在足以在密闭体积中收集潜在有害气体时，在下次拉动扳机26时，使得延迟电路96、98、104、100、102、106；108、110、116、112、114、118将如上所述工作。
图4的电路包括过电压保护电路，其包括齐纳二极管120、电阻122及126，及SCR 124。齐纳二极管120是17伏齐纳二极管。导体88、90两端的正常最大工作电压约为15.5VDC。如果导体88、90两端之电压上升，则可能产生跨越电极62及地的不安全电压。如果此电压上升至约17VDC，则齐纳二极管120将开始导电，导致电流流过电阻126。流过电阻126的电流导致在电阻122、电阻126、齐纳二极管120节点处产生电压。此电压在电阻122中产生电流，使得SCR 124导通。SCR 124的触发将有效地短路导体88、90，使导体88、90两端的电压自约17VDC降低至一两伏的量级。发电机被短路电路移除载荷。释放扳机26将停止发电机38，此将移除导体88、90两端之电压，从而重置SCR 124。无需使用者动作以重置此条件。
图4的电路图包括一限流电路，其包括功率晶体管128及电阻130。空气涡轮40驱动的电气发电机38特征之一在于当至涡轮40之气流增加时，发电机38之功率输出随之增加。若无限流电路，功率输出的增加将导致喷枪20的输出电压量值过高。增加的功率输出也可能超过耦接至发电机38的电路组件的功率额定值。包括功率晶体管128及电阻130的限流电路能解决这样的问题。根据奥姆定律，当流经电阻130之电流增加时，其两端的电压降随之增加。如果此电压降达到晶体管128的基极-发射极导通电压(通常为0.7V)，则晶体管128将开始将电流分流至地，从而保持流经电阻130之电流相对恒定。在此电路中，选择电阻130得大小，以便当流经电阻130的电流约为0.5A时导通晶体管128。因此，在VCT处最大电流约为0.5A。当气流增加时，流经晶体管128的电流随之增加。这可能导致晶体管128中出现显著热扩散。为缓和此情况，为晶体管128提供一散热片。包含晶体管128的U形电路板70、72、74安装于发电机38上，由穿过发电机38壳体顶部的三个螺钉附接。因此，电路板70、72、74位于与发电机38相同之密闭体中。此密闭体很小，以降低喷枪的体积和重量，并保持所需吹扫体积小。使用三件(U形电路板70、72、74)，板70、72、74可位于带涡轮40驱动发电机38之室内。将来自发电机38之排出的充足空气导向板70、72、74组件上方，包括晶体管128及其散热片，以帮助冷却它们。电路板70、72、74及发电机38必须都满足用于爆炸气体环境中的电气设备的要求。因此，将其读置于相同密闭体中有其优点，以便上述吹扫方法将满足二者的要求。
图4的电路包括电压调节电路，其包括齐纳二极管132、134、136及138。若无齐纳二极管132、134、136及138，当VCT处的负载电流降低时，发电机38上的负载将降低。发电机38速度将增加，导致VCT与导体90两端的电压增加。对于轻负载，速度及电压之增加可能很显著，以致发电机38可能超过其额定速度(在此情况下300Hz)，且VCT与导体90两端之电压可能导致喷枪20操作不安全。电压调节电路132、134、136、138能解决这样的问题。当VCT处负载电流降低时，发电机38速度将增加，且晶体管128之基极处电压将增加，直至(在此情况下，在约15伏DC)齐纳二极管132、134、136、138开始导电。因此，对于轻负载，在此情况中，晶体管128之基极处电压将被限制在约15伏。这有助于喷枪20的安全操作。当齐纳二极管132、134、136、138从发电机38导电时，其将对发电机38产生附加负载。选择齐纳二极管132、134、136、138的大小(在此情况下，15伏)，以便当在VCT处只有很少或无电流吸取时，保持发电机38(在此情况下额定于300Hz)的速度不过高。
涡轮40基于至涡轮40的气流产生力矩。当至涡轮40的气流增加或降低时，发电机38的电流输出随之增加或降低。使用齐纳二极管132、134、136、138，约0.5A的电流总是流过电阻130。所有不流经VCT的其它电流将流过齐纳二极管132、134、136、138。当通过VCT的负载电流增加时，通过齐纳二极管132、134、136、138的电流将下降。最终，在某些操作条件下，通过齐纳二极管132、134、136、138的电流下降至零，齐纳二极管两端的电压下降至15伏以下，齐纳二极管将停止导电。当负载要求发电机38在其目前输入力矩下所发送其所有电流时，将出现这样的情况。
多个(n)齐纳二极管132、134、136、138(在此情况下n＝4)用于将功率耗散分布于多个装置132、134、136、138上，以便任一装置132、134、136、138所需耗散的功率仅是其单独在电路中时所耗散功率的1/n。此外，某些安全标准要求重复安全电路，以便如果一装置发生故障，另一(或多个)其它装置可为电路中所包括的装置提供保护。
对于最轻之负载，齐纳二极管132、134、136、138可耗散显著的功率。因此，它们也安装于电路板70、72、74上，且使用来自空气涡轮40排出空气冷却，该空气流过齐纳二极管132、134、136、138及其它电路元件上方。
图4的电路包括低KV设定点电路，其包括簧片开关140及电阻142-1、……、142-10。选择电阻142-1、……、142-10的大小(在此情况下，每电阻324Ω)，以便使其并联组合(在此情况下32.4Ω)向发电机38提供一负载，使得当簧片开关140闭合时，导致发电机38加速，因此VCT至导体90两端之电压下降，在喷枪20的电极62处产生一较低输出电压。当操作者喷涂展示法拉第笼(Faraday cages)的物体时，这样做甚为便利，其中，喷枪20处的较低输出电压将有助于在此等笼罩区域内提供更佳的覆盖。而且，在正常喷涂期间，一些操作者期望在较低输出高量值电压情况下操作此等枪的输出电极，以减少在操作者方向充电涂层材料颗粒的喷涂褶皱(paint wrap-back)，或因其它由操作者确定的原因也需要这样做。通常，当簧开关140打开时，该较低设定点选择为可用满输出的50％与75％之间，但也可为其它值。
该簧片开关140位于板组件70、72、74的边缘附近，以便使簧片开关140可被控制钮141启动，以移动一磁铁，该磁铁在密闭体外侧上的钮141的头143中。当钮141转动以使磁铁的位置在簧片开关140附近时，簧片开关140闭合，连接电路中电阻142-1、……、142-10的并联组合，从而在该喷枪20输出62处产生较低KV设定点。当钮141转动以使磁铁的位置远离簧片开关140时，簧片开关140断开，将电阻142-1、……、142-10的并联组合脱离电路，从而在该喷枪20输出62处产生高KV设定点。
当选定低KV设定点时，一些功率(在几瓦量级)将耗散于电阻142-1、……、142-10上。如上所述，单个、多瓦电阻通常较大且笨重。为降低整体包装之大小，并联使用十个1瓦(324Ω)表面安装电阻142-1、……、142-10，以替代一10瓦(32.4Ω)电阻。组合件的整体剖面保持很小，导致更小的包装及更小的密闭体。将所有电阻142-1、……、142-10的功率耗散限制于其额定值的50％。因此，如果电阻的最大功率耗散预期为0.5瓦，将使用1瓦电阻。
由于电阻142-1、……、142-10共同以瓦的功率数量级进行耗散，他们也安装于电路板70、72、74上，且使用来自空气涡轮40排出的空气冷却，该空气流过电阻142-1、……、142-10及安装于板70、72、74上之其它电路元件的上方。
图4所示电路包括降电压电阻，由电阻144-1、144-2及144-3之并联组合而成。将绝大多数电压提供至VCT导致将涂层材料喷涂到被喷涂物件上的更高传输效率。但是，枪20必须满足由诸如厂家手册等机构和审核及批准的和诸如EN 50050等欧洲标准的安全要求。这些要求通常需要在62处的喷枪20输出不能点燃特定爆炸气体环境中最具有爆炸性的混合物(在此情况下，空气中5.25％丙烷)。提供电阻144-1、……、144-3，在需要的情况下可降低喷枪20的输出，以满足这样的要求。
当电阻144-1、……、144-3处于电路中时，根据奥姆定律，在VCT处的电压下降为流经R20、R21及R22的并联组合之电流与电阻144-1、……、144-3并联组合之电阻之乘积。因此，VCT处之电压由以下给出：
VCT＝Vbase of 128-IR144-1，R144-2，R144-3×R144-1‖R144-2‖R144-3
从中可见，当负载电流(IR144-1，R144-2，R144-3)增加时，并联组合R144-1‖R144-2‖R144-3两端之电压降也随之增加。大多数枪按其无负载KV分类。因此在无负载时，对喷枪输出电压的影响最小，但随着负载增加，电压将降低更多。因此，喷枪的KV额定可保持基本上相同。如果在特定应用中，电阻144-1、……、144-3不必要用满足安全要求，则只需将其在板70、72、74上处于非工作状态，并插入一跨接线，以便VCT处的电压与晶体管128的基极处相同。此外应注意，如果必须附加装置以满足安全要求，可在十分之一奥姆的数量级上增加电阻130的限流电阻，以降低喷枪20之可用输出电流。
电阻144-1、……、144-3是一瓦表面安装电阻，替代一个三瓦电阻，导致更小的整体密闭体。它们也安装于电路板70、72、74上，且被来自空气涡轮40的排出空气冷却。
图4所示电路图包括多热保险丝146。此保险丝设计为若超过其跳开电流(在此情况下1.5A)则打开，且当电源关闭时重置自身。保险丝146的保持电流为0.75A，其允许最大期望不中断电流约0.5A，即使在对于使得多个热装置易在较小电流程度跳开的之高温的情况下也是如此。
图4所示电路图包括瞬变干扰抑制器二极管148。瞬变干扰抑制器二极管148跨越VCT及导体90耦接，且选择其大小能将任何高于额定15.5VDC输出一伏或二伏的电压尖峰分流至地。二极管148的主要目的是分流任何来自如图5电路的任何瞬变电流，以防止这样的瞬变电流负面影响图4中的任何电路，图5中的电路是耦接到VCT的。
图3a-c最佳示例说明了U形板组件70、72、74。此组件包括三块印刷电路板70、72、74，将其结合在一起而产生最终的U形板组件。以此方式布置该板组件，且利用小穿孔和表面安装元件允许发电机38/涡轮40安装于板组件70、72、74的U中，且允许板组件70、72、74的整体剖面保持接近如图4所示的发电机38/涡轮40的整体剖面。这样导致更小、更轻的密闭体积，其所需吹扫时间更少。
为保护板70、72、74组件不沾上驱动该涡轮40输入空气引入的污染，可使用任何已知可用技术(例如喷涂、浸涂或真空沉积)使用例如聚对二甲苯对该板均匀涂层。但是，当使用均匀涂层时，必须注意对热耗散元件进行适当冷却。
示例的发电机38是反向操作的三相、无刷直流电机。无刷电机可消除导致更短电机寿命的刷磨损。也可使用二相电机，但来自二相电机的输出波纹将更大，可能需要更大的过滤电容器92、94。而且，二相电机可能必需要以更快地旋转以产生相同输出功率，其可导致更短的电机寿命。空气涡轮40排出的空气也导向该发电机38上方和周围，以在操作期间将其冷却。这样也导致更长的电机寿命。
现特别参照图5，串接组件50包括振荡器组件54、变压器组件56、串接58及串联输出电阻串60。串接组合件50基本上如美国公开专利申请案第2006/0283386 A1号中所示及描述，因此在此不再做任何更详细地说明。将来自变压器组件56的高压变压器的次级绕组56-2的反馈耦接至差动放大器150的正(+)输入端，该差动放大器被设置成均增益缓冲器。放大器150的连结反相(-)和输出端子通过49.9KΩ电阻152耦接至差动放大器154之-输入端。作为示例，放大器150、154为ON Semiconductor类型的LM358DMR2双运算放大器。
放大器154的正(+)输入端通过49.9KΩ电阻156耦接至地，且通过49.9KΩ电阻158耦接至VCT电源。放大器154的负(-)输入端通过49.9KΩ电阻160耦接至放大器154的输出端，该输出端子通过由二个2.05KΩ电阻161-1、161-2的并联组合耦接至红LED 163的阳极(图6)。将LED 163的阴极耦接至地。启动时，枪20之操作者通过手柄组件22顶部的后盖组件165(图1)的透镜可看见LED 163。放大器150正(+)输入端子通过可变电阻162、0.47μF电容器164及49.9KΩ电阻166的并联组合耦接至地。作为示例，可变电阻162是Littelfuse SMBJ15A 15V装置。
自电极62放电产生的电子流过枪至目标空间，对意欲喷涂目标的涂层材料颗粒充电。在目标处(为此目的，其通常尽可能保持接近地电位)，将该充电涂层材料颗粒冲击该目标，且来自充电涂层材料颗粒的电子通过地及元件162、164、166的并联组合返回高电位变压器次级56-2的“高”或+(即，接近地电位)的一侧。因此，跨越电阻166产生与该串接58的输出电流成比例的电压降。电容164过滤此电压，在运算放大器150之正(+)输入端提供更少噪声的直流电位。可变电阻162降低由串接58的操作所引起瞬态电流破坏运算放大器150及其它电路元件的可能性。运算放大器150被构成为为电压跟随器，以隔离其正(+)输入端处的电压与其输出端处的电压。这样有助于确保返回高电位变压器56-2的“高”或正(+)一侧的所有电流流过电阻166。
电阻166两端的电压由以下给出：
VR166＝IOUT×R166
其中IOUT等于来自电极62的电流，R166是电阻166的电阻。因为运算放大器150被构成为为电压跟随器，VR166出现在运算放大器150的输出端及运算放大器150的负(-)输入端。选择电阻166的大小，以便运算放大器150的正(+)输入端的电压为5伏(每100微安流经电阻166的)。电阻152、160、156及158的组合与运算放大器154形成一差动放大器，其在运算放大器154的输出导致如下电压：
VLED＝VCT-VOUT150
VCT是图4所示的电源电路上经调节直流电压输出，将其提供至变压器56的初级绕组56-1的中心抽头。振荡器54的输出晶体管以数十千赫兹数量级的频率交替地将变压器56之初级56-1地相应半周切换至地。次级56-2德输出被串接58调整及倍增。喷枪20必须满足如诸如厂家手册的审核机构何诸如EN 50050之EN标准的安全要求。这样的要求通常需要在喷枪20在电极62处的输出不能点燃特定爆炸气体环境中最有爆炸性混合物(在此情况下，空气中5.25％丙烷)。为帮助实现此目的，通常布置电源电路，以便在自喷枪20的电极62之处负载电流增加时，VCT降低。
由于，
VOUT150＝VR166＝IOUT×R166
则，
VLED＝VCT-IOUT×R166
对于轻负载，在电极62处输出电压之量值很高，IOUT很小，且VCT在15至15.5伏数量级。因此，对于轻负载，VLED在12至15伏数量级。当负载增加时，电极62处输出电压数量值降低且VLED降低，至少因为更重的负载将降低供应VCT的输入电源的负载，导致降低VCT，而且，因为对于更重的负载，IOUT增加。最终，对于在电极62处的输出为低电压量值的重负载，IOUT×R166超过VCT。当发生这种情况时，VLED变为零。因此，该电路设计如下：
对于轻负载，当电极62的输出电压的数量值很高时，VLED在12至15VDC的数量级；
对于中负载，当电极62的输出电压的数量值在其中等范围时，VLED在5至12VDC的数量级；及，
对于重负载，当电极62的输出电压的数量值低时，VLED在0至5VDC的数量级。
将VLED(运算放大器154的输出端)耦接至如图6所示电路的引脚H1-1。将如图6所示电路的引脚H1-2耦接至地。因此，对于轻负载，图6的LED 163很明亮。对于中负载，LED 163稍暗；对于重负载，LED 163将显著变暗或完全关闭。因此，LED 163的照明强度反映喷枪20上端子62处的实际电压。此外，对于来自串接58的过高输出电流而导致的故障模式，LED 163将显著变暗或完全关闭，以此向使用者警告此情况，以便采取纠正措施。当喷涂导电性的涂层材料，可能形成喷涂枪20输出短路，导致端子62处输出电压很小或无电压时，在这种情况下对于枪20之操作者尤其重要。带有串接的输入电路操作的显示装置的枪设计，在亮度上展示很小或不展示变化。
空气是从来自于干净、干燥空气源172通过接地的空气软管组件44提供至喷枪20。将空气沿手柄24向上提供至扳机阀174。拉动扳机26将打开扳机阀174，以允许空气流出枪20前部，以雾化正在喷涂的涂层材料。打开扳机阀174也允许空气沿手柄24向下通过手柄组件22中的空气供应管175流回发电机38。输入空气通过连往盖176的空气入口被提供至发电机38。盖176围绕涡轮转子40，而涡轮转子40安装在发电机38轴42上，且使用O环密封，以便仅一方向的空气流透过该盖176中四个间隔90°的开口，该开口将空气导向转子40。空气流导致转子40及其安装有该转子的发电机轴42旋转。流经转子40之后，空气围绕互连结的印刷电路板70、72、74流动，为发电机38、板70、72、74及其上安装的元件提供冷却空气。然后通过接头182将空气排出。
发电机38轴42的旋转导致三相发电机38产生电，在将其由VCT提供至串接组件50之前，由印刷电路板70、72、74上的电路对其进行全波整流。由于四个齐纳二极管132、134、136、138的限制，齐纳二极管148两端的最大电压为16VDC。当释放喷枪扳机26时，扳机阀174关闭，阻止空气流移至发电机38及喷嘴30。

Claims (29)

1.一种喷涂分配装置，其包含扳机组件，其用于启动该喷涂分配装置以分配涂层材料；用于分配涂层材料的喷嘴；第一通口，其适用于供应压缩气体至该喷涂分配装置；第二通口，其适用于供应涂层材料至所述喷涂分配装置；三相发电机，其具有一轴；涡轮转子，其被安置在所述轴上；耦接至所述第一通口的压缩气体冲击所述涡轮转子来旋转所述轴，产生三相电压；以及电极，其邻近所述喷嘴且耦接至所述三相发电机以接收其中电流来静电地对所述涂层材料充电。
2.如权利要求1所述的喷涂分配装置，其还包含调整器，所述调整器耦接至所述三相发电机，用于调整所述三相电压。
3.如权利要求2所述的喷涂分配装置，其还包含电压放大器，其用于放大所经调整的三相电压，该电压放大器耦合至所述调整器。
4.如权利要求3所述的喷涂分配装置，其中所述电压放大器包含振荡器，耦接至所述振荡器的变压器，以及耦接至所述变压器的电压放大器串接。
5.如权利要求4所述的喷涂分配装置，还包含套筒，用于支撑所述喷嘴，所述电压放大器至少部分地容纳于该套筒中。
6.如权利要求1所述的喷涂分配装置，其还包含相当于枪把形手柄，用于使所述喷涂分配装置适于被手持，所述扳机组件适于由操作者的手来操纵。
7.如权利要求6所述的喷涂分配装置，其还包含套筒，该套筒自所述手柄延伸，且在该套筒远离于所述手柄的一端处支撑所述喷嘴，所述电压放大器至少部分地容纳于所述套筒中。
8.如权利要求7所述的喷涂分配装置，其中所述三相发电机容纳于一模块中，所述模块邻近于所述手柄的远离所述套筒的一端。
9.如权利要求8所述的喷涂分配装置，其还包含整流器，其耦接至所述三相发电机以用于整流所述三相电压；及调整器，其耦接至所述整流器，用于调整所经整流的所述三相电压，所述整流器及所述调整器也被容纳于所述模块中。
10.如权利要求9所述的喷涂分配装置，其中旋转所述涡轮转子的压缩气体也流通过所述整流器及所述调整器之至少一者，以消散来自所述整流器及所述调整器中至少一者的各元件的热量。
11.如权利要求2所述的喷涂分配装置，其中旋转所述涡轮转子的压缩气体也流通过所述调整器，以消散来自所述调整器之各元件的热量。
12.如权利要求1所述的喷涂分配装置，其用于喷雾液态涂层材料，所述第二通口适用于供应液态涂层材料至该喷涂分配装置。
13.如权利要求2所述的喷涂分配装置，其中所述调整器包含过电压保护电路。
14.如权利要求13所述的喷涂分配装置，其中所述过电压保护电路包含自我重置过电压保护电路。
15.权利要求2所述之喷涂分配装置，其中所述调整器包含限制电路，用于如果过度的压缩气体流至该涡轮转子时降低所述发电机输出失控的可能性。
16.权利要求15所述的喷涂分配装置，其中所述旋转涡轮转子的压缩气体也流通过限制电路，该限制电路包含散热装置，其用于当过度的压缩气体流至涡轮转子时消散许多热量，以便过度的压缩气体流至该涡轮转子，为该散热装置提供增加的冷却能力。
17.权利要求2所述之喷涂分配装置，其中所述调整器包含限制电路，用于当所述发电机受到轻负载时而降低发电机失控的可能性。
18.权利要求17所述之喷涂分配装置，其中所述限制电路大小的选定要使得当发电机受到轻负载时避免该发电机超速。
19.权利要求17所述之喷涂分配装置，其中所述限制电路包含n个固态装置，n＞1，每个固态装置能够消散由该n个固态装置全体地所消散的总热量的约1/n。
20.权利要求17所述之喷涂分配装置，所述旋转涡轮转子的压缩气体也流通过所述限制电路，旋转涡轮转子的压缩气体冷却所述限制电路。
21.权利要求2所述之喷涂分配装置，其中所述调整器包含输出电压调节电路，其适用于负载发电机，造成发电机的速度下降，产生较低的发电机输出电压。
22.权利要求21所述的喷涂分配装置，其中所述输出电压调节电路包含磁性启动式开关，其控制电流流经该输出电压调节电路；及磁铁，其可移动来选择地启动该磁性启动式开关，从而将输出电压调节电路放至于所述调整器电路中，或将输出电压调节电路从调整器电路中移去。
23.权利要求22所述的喷涂分配装置，其中所述输出电压调节电路包含n个电阻，n＞1，每个电阻能够消散由该n个电阻全体地所消散的总热量的约1/n。
24.权利要求23所述的喷涂分配装置，其中所述旋转涡轮转子的压缩气体也流通过所述n个电阻。旋转涡轮转子的压缩气体冷却所述n个电阻。
25.权利要求4所述的喷涂分配装置，其中所述调整器包含输出终端以及与所述输出终端串联的电阻，所述输出终端和所述变压器耦接。
26.权利要求25所述之喷涂分配装置，其中和所述输出终端串联的电阻含n个电阻，n＞1，每个电阻能够消散由该n个电阻全体地所消散的总热量的约1/n。
27.权利要求26所述的喷涂分配装置，其中旋转所述涡轮转子的压缩气体也流通过所述n个电阻，旋转所述涡轮转子的压缩气体冷却所述n个电阻。
28.权利要求2所述的喷涂分配装置，其中所述调整器包含输出终端以及与该输出终端串联的自我重置保险丝。
29.权利要求2所述的喷涂分配装置，其中所述调整器包含输出口以及跨过该输出口的瞬变干扰抑制器二极管，用作在反相传输的瞬变电流进入调整器后保护输出口。
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