(57)【要約】本発明は、スプレーのような器具の内部に、電圧利得変圧器（２）と、変圧器（２）の外部に配置された電圧増幅器（３）を含んだ高電圧カスケードを収容した、発電機に関するものである。前記変圧器（２）は、少なくとも二個の基本変圧器（２Ａ、２Ｂ）から成る、ダブルまたは複式の変圧器であり、その一次巻線（８Ａ、８Ｂ）が、電気的に並行で取り付けられ、その個々の二次巻線（９Ａ、９Ｂ）が、電気的に直列で取り付けられ、前記構成がカスケードの直径を減らし、且つそのスプレーまたは別の器具への組み込みを容易に行うことができる。本発明は自動車産業用のロボットに応用可能である。
2005500894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に静電塗装器具（１５）の内部に収容された発電機と、一方で電圧ブースター変圧器（２）、他方で変圧器（２）の出力部に配置された、高電圧増幅器（３）を具備した高電圧“カスケード”（１６）とを備えた、静電塗装器具（１５）用の高電圧発生装置において、
前記変圧器（２）は、少なくとも二つの基本変圧器により形成された、ダブルまたは複式の変圧器から成り、その個々の一次巻線（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）は、電気的に並列で取り付けられ、その個々の二次巻線（９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）は、電気的に直列で取り付けられ、二次巻線（９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）の直列配置が出力電圧（Ｖｓ）をもたらし、総電圧（Ｖｓ／Ｎ）が二次巻線の各々の端子をわたり、それが電圧増幅器（３）の入力電圧であることを特徴とする高電圧発生装置。
【請求項２】
二個またはそれ以上の基本変圧器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は互いに同軸に配置され、“カスケード”（１６）の最大直径または最大断面が、各基本変圧器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の直径または断面よりも大きくならないことを特徴とする請求項１に記載の高電圧発生装置。
【請求項３】
各基本変圧器（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）が、円筒形または実質的に円筒形状の変圧器で、ポット形のフェライト部分（１０Ａ、１０Ｂ）を具備し、磁束を確実に閉じ込めることを特徴とする請求項１に記載の高電圧発生装置。
【請求項４】
発電機の“高電圧”側の接続が、複数のバッフル（１４）の構成体を介して行われ、それにより地上に対する高電圧の絶縁距離を長くすることを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の高電圧発生装置。
【請求項５】
塗装器具が、塗装ブースによって支持された静電塗装スプレー（１５）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高電圧発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的な意味で、自動車産業において、塗装ロボットに使用されるスプレーのような、静電塗装器具に関連するものである。特に本発明は、高い電圧を発生させる組立体に関連しており、塗料を充電することを目的に、そのような静電塗装器具の電極に供給される高い電圧（典型的に数十キロボルト）を発生させることができ、この塗装器具の堆積の効率と、塗料塗布の品質を改善する。
【０００２】
（背景技術）
そのような装置は、例えば米国特許明細書ＵＳ ３６０８８２３ Ａ、ＵＳ ３７３１１４５ Ａ、及びＵＳ ５０６７４３４ Ａにより知られている。
【０００３】
それらの装置は一般的に、“低電圧”と称される、振幅可変で周波数可変なＡＣ電圧を発生させる、電子制御ユニットと、特に変圧器及び電圧増幅器を備えた“カスケード”とを組合せて成っている。
【０００４】
（発明の開示）
電子制御ユニットは、一般的に、実質的なシヌソイド、低ＡＣ電圧を送電し、その周波数は、数十キロヘルツ（特に２０〜５０ｋＨｚの間）であり、その振幅（ピークからピーク）は数十ボルトである。
【０００５】
変圧器は慣例上、巻数比１００であり、その出力電圧は１０，０００ボルト（ピークからピーク）である。増幅器は、各々コンデンサとダイオードから成る整流器のステージを備え、二つの連続ステージは、変圧器から発するピーク電圧を倍にするように、直列に取り付けられる。
【０００６】
塗装スプレーの技術における傾向は、一方でその容積、特にその外径を相当減らし、塗装ブースにおける噴霧される過剰な塗装によって生じる屑を減らす。
【０００７】
しかし他方で、欧州とＵ．Ｓ．Ａ．において有効な標準的な機械は、現在高電圧“カスケード”をスプレーに組み込んで、火花発生の場合に放出されやすい蓄積電気エネルギーを最少にしている。更に好ましくは、現在利用可能な基準的な機械によると、火花発生中に解放されたエネルギーは、溶媒を基にした液体塗料に関して、０．２４ミリジュールよりも少なくし、また粉末塗料に関して、点火が起きないように、５ミリジュールよりも少なくしなければならない。従って高電圧“カスケード”並びにスプレー自体におけるエネルギーは、最少にしなければならない。
【０００８】
それらの要求により、既に高電圧“カスケード”がスプレーの内部に配置されるようにしており、もしこの“カスケード”が外部に配置されると、それを高電圧ケーブルによって連結しなければならず、それは本来の静電容量に関連しており、そこに過剰なエネルギーを蓄積し得る。
【０００９】
スプレーの内部にある高電圧“カスケード”のハウジングは、それらの寸法及びその断面を減らす傾向がある。１００ｋＶの高電圧に関して、スプレーの電極と“カスケード”の“低電圧”側との間に、適切な絶縁距離を維持するため、最少距離で約２０センチメートル必要である。従って、“カスケード”はスプレーに沿って長く伸びるように設計しなければならない。また別の点で、所望の寸法の“カスケード”に関して、更に長く且つ更に小さな断面を有することが、好ましい。
【００１０】
この要求は、またスプレーの寸法を小さくすることによるもので、すで上記で示したように、それらのスプレーは更に別の構成要素：すなわち弁、様々な導管（空気、溶媒、塗料）、モーター、タービン、（例えば光ファイバーによる）タービン速度測定装置を収容しなければならない。
【００１１】
しかしスプレーの全長は、塗装ブースの全幅に影響があるので、それは適度でなければならない。
【００１２】
コンデンサとダイオードを具備したステージから成る、高電圧“カスケード”を備えた電圧増幅器のクラッタは、コンデンサのできるだけ近くにダイオードを配置することによって、及びコンデンサの寸法を小さくすることによって、最大限に減らされ得る。
【００１３】
しかし、複数のコンデンサを利用すると、その誘電体はセラミック製のディスクから成り、それらコンデンサの静電容量の値が、式：Ｃ＝ε×ｄ／ｓによって与えられ、ここで：
εは、セラミックの誘電定数、
ｄは、セラミックディスクの高さ、
ｓは、セラミックディスクの断面、
である。
【００１４】
この式を利用して、セラミックの所望の誘電定数に関して、セラミックディスクの断面の減少は、静電容量すなわち蓄積エネルギーの値の増加を導き、それは既に上記のように、安全性に対して不利であること明らかである。更に、コンデンサに関してセラミックを使用することが必要であり、その誘電定数は、温度を関数として、できるだけ安定するように、すなわち材料、すなわち因数εの選択を制限したままである。
【００１５】
加えて現在、電圧増幅器は、最大断面を有する高電圧“カスケード”の一部分ではなく、変圧器は慣例上、大きな断面を有している。ゆえに電圧増幅器のコンデンサの寸法を小さくするだけでは、ここに提議した問題を解決するには不充分であり、またそれは変圧器に干渉することは必然であろう。
【００１６】
しかし変圧器は、条件を満たすこと特に小型化が最も難しい部分であるままで、ここに必要な約１５ＶＡの電力を、約１００の巻数比で、維持する。
【００１７】
変圧器の一次側は、０．１〜０．２テスラの最少の磁気誘導を有するように、すなわち式：Ｐｉｒｏｎ（Ｂ）−Ｂ（２＋ｘ）：０≦ｘ≦１によって与えられる鉄損を最少にするため、限定される。これによって、式：Ｂ〜１／Ｎ１を利用して、変圧器の一次側において大きな数の巻数Ｎ１が必要になる。結果、所望の巻数比の観点で、変圧器の二次側は、数千の巻が必要である。
【００１８】
一次巻線は、一般的に変圧器の心臓部に配置され、二次巻線は幾つかの層として、外部に対して配置される。このことで、変圧器の総断面を大きくなる。
【００１９】
変圧器の全体損失を最少にすることにも望ましく、その損失は、特に銅損及び鉄損から生じる。
【００２０】
銅損は、一次巻線の抵抗と二次巻線の抵抗によるものである。それら抵抗の各々は、巻線の全長と巻線を構成するワイヤの断面によるものである。従って、小さなワイヤの断面は、長さが等しくても、より大きな抵抗とより高い銅損を必然的に伴う。同じく、巻数の増加は巻線の全長すなわち銅損を増やす。単にワイヤ断面を減らすこと、または巻数を増やすことは、従って本質的に充分な解決にはならない。
【００２１】
鉄損に関する限り、それらは上記で既に説明したように磁気誘導と、周波数と、磁束を導くために使用される磁気材料の性質、並びにこの材料の全体の大きさによるものである。数十キロヘルツの周波数で動作するため、一方では、様々な種類の中から選ばれ、且つ従来は電子工学の分野に使用されていた形をしたフェライトを使用して、磁束を発生させている。これに関しても同様に、現行の解決手段は不充分であり；特に典型的な既知の機器は、円筒型フェライトコアに巻かれた変圧器から成っており、それは磁束を閉じ込めることなく、ゆえに出力電圧は、電流が増えると減り；出力電圧に依存する塗料の堆積効率も、電流が増えると共に減少する。
【００２２】
特に寸法の特徴に関して似た問題が、塗料噴霧用の携帯型銃の場合に生じる。
【００２３】
本発明の目的は、“カスケード”の直径を適切に減らすことで、スプレーまたは別の器具への組み込みを容易にし、必要とされる電力を維持し且つ組立体の動作状態を改善するように、“変圧器”部分においても改良された、高電圧“カスケード”機器を提供することによって、解決することである。
【００２４】
この目的に関して、本発明の課題は、本質的に静電塗装器具用の高電圧発生装置であり、前記発電機は特に、器具の内部に収容され、一方に電圧ブースター変圧器を、他方に変圧器の出力部に配置される電圧増幅器を具備した高電圧“カスケード”を備え、この発電機は、前記変圧器が少なくとも二つの基本変圧器から形成された、ダブルまたは複数の変圧器から成り、その個々の一次巻線が電気的に並列に取り付けられ、その個々の二次巻線が電気的に直列に取り付けられ、第二巻線の直列配置は、出力電圧をもたらし、総電圧が二次巻線の各々の端子をわたって、それが電圧増幅器の入力電圧になることを特徴としている。
【００２５】
例えば、単一の変圧器の等価を行うため、その巻数比は１００であり、本発明は二つの基本変圧器を組み合わせることによって用いられており、その各々の比が５０であり、二つの基本変圧器の個々の一次側は、並列に取り付けられ、そうして低電圧で両方とも電圧が加えられ、それら直列に取り付けられた二つの基本変圧器の二次側は、この直列配置の端子をわたって、適切な出力電圧（各二次側の端子をわたる電圧の二倍）をもたらし、前記出力電圧が、電圧増幅器の入力電圧になる。
【００２６】
本発明の課題である発電機は、ゆえに高電圧“カスケード”における二つかそれ以上の基本変圧器を特別に組合せることを特徴としている。本発明を実施する好ましい形態は、“カスケード”の最大直径または最大断面が、各基本変圧器の直径または断面よりも大きくならないようにして、それら二つまたはそれ以上の基本変圧器に関して、互いに同軸に配置させることである。
【００２７】
有利には、各基本変圧器が、円筒形または実質的に円筒形の外形をして、磁束閉じ込めを確実に行うポット形のフェライト部分を有した変圧器である。
【００２８】
従って、基本変圧器の各々に関して、二次巻数の数は（単一の変圧器による現行の解決手段に比べて）基本変圧器の数によって分けられる。確かに、本発明は一次側の数を増やすが、全ての一次側は電気的に並列に取り付けられており、一次側を介して流れる電流が分割され、ゆえにそれらを小さなワイヤ断面で行うことが可能である。更に、小さな全体の断面の基本変圧器において、一次側の巻部材は、（深く位置して）“隠れる”ことなく、より充分な熱交換から利点を得ることができる。加えて、巻部材の間と巻部材の層の間の電位差は、二次側で、各基本変圧器の第二巻線の入力と出力との間の全的な電位が、例えば二個または三個の基本変圧器の数によって、分割されるので、より小さくなる。これによって、複数の巻線の漏電ラインに対する許容差を減らすこと、及び好適な方法でフェライト部分のウインドウ（ｗｉｎｄｏｗ）を埋めることが可能である。
【００２９】
全てのそれら要素は、基本変圧器の断面、すなわち“カスケード”自体の断面を減らすことが可能であり、それはこの断面が“変圧器”部分の断面によって本質的に決定されるからであり、また例えば数が二個または三個の基本変圧器が、好ましくは同軸に配置されるからである。
【００３０】
本発明の補足的な特徴によると、高電圧“カスケード”の寸法の減少は、絶縁距離を不利に減らすことに伴わず、発電機の“高電圧”側の接続は、バッフルの構成部を介して行われ、それによって地上に対する高電圧の絶縁距離を長くすることを可能にしするが、そのため“カスケード”の幾何学的長さを増やすことなく、そして何ら追加部材を必要ともしない。
【００３１】
全体的に、本発明は携帯形塗料銃またはスプレーの中に容易に組み込むことができ、また直径を減らし、スプレーまたは銃を不利に長くする必要のない、高電圧“カスケード”を得る。
【００３２】
（発明を実施するための最良の形態）
一例として静電塗装器具用の高電圧発電機の数例を示した、添付の概略的図面を参照して、以下の記載からより理解されるであろう。
【００３３】
図１は、“カスケード”を、同一の中心軸Ａに沿った線に配置されたその構成部品と共に示しており、それらは連なって：“変圧器”部分２、電圧増幅器３、電流制限抵抗器４及び、高電圧接触部５であり、それらすべての構成要素は機械的且つ電気的に互いに接続されている。組立体には電気的にエネルギーを、変圧器２の側においては、電子制御ユニット（図示せず）によって与えられるＡＣ電圧で加えられ、この“低電圧”は、入力端子６及び７に導かれる。
【００３４】
本発明によると、図１及び図２でここに図示された例において、電圧ブースター変圧器２は、ダブル変圧器であり、同一構造で、隣接して固定された、二つの基本変圧器２Ａ及び２Ｂから成っている。
【００３５】
詳細には、特に図２に示されているように、一次側の基本変圧器２Ａは、一次巻線８Ａと二次巻線８Ｂを有しており；二つの巻線８Ａ及び８Ｂは、例えば“ＲＭ”と称されるタイプのフェライトポット１０Ａの中心コアの周囲に巻かれており、それにより磁束を閉じ込めることができる。同様に、一次側の基本変圧器２Ｂは一次巻線８Ｂ及び二次巻線９Ｂを有しており；二つの巻線８Ｂ及び９Ｂは、磁束を閉じ込めることができる、フェライトポット１０Ｂの中心コアの周囲に巻かれている。
【００３６】
二つの入力端子６及び７から、二つの基本変圧器２Ａ及び２Ｂの個々の一次巻線８Ａ及び８Ｂは、電気的に並列に取り付けられており、各一次巻線８Ａまたは８Ｂは、同じ入力電圧Ｖｅの基で電圧を加えられるが、制御電子機器によって送電された電流の強さｉの半分である電流の強さｉ／２で、横に動く（ｔｒａｖｅｒｓｅｄ）ようになっている。
【００３７】
他方で、二つの基本変圧器２Ａ及び２Ｂの個々の二次巻線９Ａ及び９Ｂは、電気的に直列で取り付けられており、各二次巻線９Ａまたは９Ｂは変圧器部分２の端子をわたる電圧は、出力電圧Ｖｓの半分、すなわちＶｓ／２になるようにしている。
【００３８】
この変圧器２は、典型的に巻数比１００で、すなわちその出力電圧Ｖｓが、その入力電圧Ｖｅの１００倍である。これを達成するため、各基礎変圧器２Ａまたは２Ｂに関して、巻数比５０が望ましく、それによりそれら基本変圧器２Ａ及び２Ｂの一次側のコイル８Ａ、８Ｂと、二次コイル９Ａ、９Ｂの巻数比を決定する。
【００３９】
変圧器部分２の出力電圧は、電圧増幅器３において、所望の因数、例えば２０で、また増幅され、電圧増幅器は、本質的に既知の方法で、コンデンサ１１とダイオード１２を具備した一連の整流ステージを備え、電圧Ｖｓはこの電圧増幅器３の入力電圧を成す。
【００４０】
図３に示されているように、前に記載された構成要素の組立体は、有利には埋め込み材料１３の中、特に絶縁樹脂の中に埋められる。この埋め込み材料１３は、“カスケード”の前方、すなわち高電圧接触部５の領域で、バッフル１４を形成し、バッフルは、高電圧の絶縁距離を長くすることが可能で、それによって前記“カスケード”の全体構造の長さを（軸Ａに沿って）増やすことはない。
【００４１】
丁度記載された用いられる高電圧“カスケード”は、静電塗装スプレー１５の中に、図４で概略的に図示された方法で、組み込むことができ、そこでは、この“カスケード”が実質的に符号１６で示されている。二つの基礎変圧器２Ａ及び２Ｂの断面は、“カスケード”１６の最大断面を決定し、それはここで、この断面を、比較的小さな値に維持することが可能である。スプレー１５は、示されていない、塗装ロボットによって支持されている。
【００４２】
“変圧器”部分２を形成する、基本変圧器の数は、二個以上で、それにより“カスケード”の最大断面を付加的に減少できる。また図５は変形例を図示しており、この部分２が三個の基礎変圧器２Ａ、２Ｂ及び２Ｃにより形成されている。三個の変圧器２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの個々の一次巻線８Ａ、８Ｂ及び８Ｃは、並列に取り付けられ、そのようにして、入力電圧Ｖｅの下で各々に電圧が加えられる。三個の基本変圧器２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの個々の二次巻線９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、直列に取り付けられ、それらの各々の端子をわたる電圧が、出力電圧Ｖｓの三分の一（Ｖｓ／３）に等しい。
【００４３】
“カスケード”の基本変圧器の数またはその増幅率、或いは電圧増幅器のステージの数は、通常本発明の範囲内で変えてもよい。考えられる同じ考案により、本発明は、塗装ロボットによって支えられる塗装スプレーだけでなく、携帯型塗装銃と別の似た器具にも利用可能である。最後に、本発明の課題である高電圧発生装置は、粉末塗料用の器具と液体塗料用の器具にも、同じように応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
種々の構成要素を具備したような発電機の高電圧“カスケード”の斜視図。
【図２】
図１の“カスケード”の変圧器の回路図。
【図３】
絶縁樹脂内に成形された同じ“カスケード”の斜視図。
【図４】
“カスケード”を中に組み込んだ塗装スプレーの簡略化した斜視図。
【図５】
変圧器の変形例を回路図の形で示した図。
【国際公開パンフレット】
2005500894.tif 000003
2005500894.tif 000004
2005500894.tif 000005
2005500894.tif 000006
2005500894.tif 000007
2005500894.tif 000008
2005500894.tif 000009
2005500894.tif 000010
2005500894.tif 000011
2005500894.tif 000012
2005500894.tif 000013
2005500894.tif 000014
2005500894.tif 000015
2005500894.tif 000016
2005500894.tif 000017
【国際調査報告】
2005500894.tif 000018
2005500894.tif 000019
2005500894.tif 000020
2005500894.tif 000021