改进的便携式空气离子发生器的制作方法

本发明涉及便携式空气离子发生器。特别是，本发明涉及但不仅限于可由使用者穿戴的便携式空气离子发生器，例如，挂件。

背景技术：

在此提及背景技术不应被理解为是承认这些技术构成公知常识。

达尔文理论阐述了人类在地球上进化并最终同他们的环境有益地相互作用。例如，当暴露在阳光下，人的皮肤合成维生素d，一种对于整体健康而言有帮助的维生素。蓝光(即，天空的颜色)的作用，当结合氨基乙酰丙酸治疗使用时，被证实可改善皮肤的卟啉响应时间。

人的眼睛是已知的对环境因素产生反应的另一器官。光线疗法，或者是用于治疗目的将身体暴露于光谱下的科学研究，已知或已确信在人眼接收到特定类型的光时对治疗季节性情绪失调、非季节性抑郁以及睡眠时相延迟综合征有效。申请人的技术与已知的人的呼吸器官短期暴露于适度离子化的空气带来的益处相关。

地球环境包括基本由氧气(o2)、氮气(n2)、水蒸气(h2o)、一些二氧化碳气体(co2)、以及比如氢气(h2)的一些稀有气体组成的大气。

这些气体分子被发现在其电中性化合价下相较于其正极性或负极性化合价下占更大比例。在该环境中，由于多种自然原因，包括例如闪电、静电、宇宙辐射、化学过程、甚至分子间的相互作用，这些分子的化合价可由正变为负或者是反过来。负离子为带有根据惯例定义为负电荷的额外的电子的中性分子(o2-、n2-、h2o-、co2-、h2-、或o3-)。

正离子为具有一种丢失的电子因而产生分子的正电荷的中性分子。在空气中，这些离子的一些被发现为被中性化合价的水蒸气包围的分子。众多控制研究表明，在具有负离子的人为改善环境下，人的健康得以改善。其他研究表明，空气的高压或高频离子化会导致在空气中发生不期望的化学反应，包括例如o3、no2、no3、h2o(o3)等的形成。

空气的负离子化的设备因而得以发展，以将周围的空气离子化从而利用多种对健康有益的益处。通常，这些是较大的设备，包括台上安放的设备，或是类似的。一些设备具有可选频率，其能够调制电压及频率以形成受控的电晕以击穿空气中的一些分子的介质电势。

技术的原理是在曲率达到最大处的尖头针附近形成强的局部磁场以将磁场弯曲至更大的势能，所述局部磁场能够在自发共振频率激发分子。

然而，负离子和正离子自然状态下是不稳定的并且只要正负离子遇到它们的配对物就会回复到中性状态，或者对于正离子的例子而言，只要其找到自由(loose)电子，就会回复到中性状态。为了空气离子发生器的有益效果得以观察到，必须在大气中产生并存在显著数量的离子。

此外，并非所有空气离子化设备都在较长的时间段持续产生生物学上可摄取的有效的氧分子，并且离子发生器放置地离使用者越远，离子化的空气的效果越不显著。

尽管已有尝试将空气离子发生器制造的更便携化，仍有许多挑战和复杂性需要克服，以获得有效且有效率的设计，其可自小型便携的设备提供充分的空气离子化性质。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种便携式空气离子发生器，其克服或改善了上述问题或缺陷中的一个或多个，或者至少提供了一种有用的替代方案。

本发明的其他优选的目标将由以下说明而变得明显。

在一种形式中，尽管其不需要是唯一或确实的最宽泛的形式，提供了一种便携式空气离子发生器，包括：

放电电极，其电连接至电路板，以在被激励时产生离子；

便携式电源，其电连接至电路板以激励放电电极；以及

便携式箱体，其具有基本上围绕电源、电路板和放电电极的支撑装置,

其中电路板包括双端电压倍增器，双端电压倍增器连接至交流驱动器以激励放电电极。

优选地，双端电压倍增器包括并联的多个极性交替的二极管。优选地，电容器连接于相邻的二极管之间。优选地，多个二极管中的第一部分连接于来自交流驱动器的第一输入和高压正输出之间，并且多个二极管中的第二部分连接于来自交流驱动器的第二输入和高压负输出之间。

优选地，交流驱动器包括电源管理系统，电源管理系统具有高压自谐振正弦波振荡器。优选地，放电电极为针式放电电极。优选地，自谐振正弦波振荡器具有预设的极限。优选地，自谐振正弦波振荡器由电压调节电路和反馈系统中的至少一个控制。优选地，电压调节电路为两级电压调节电路。

优选地，箱体为一体的。优选地，箱体包括至少两部分，其焊接在一起以形成围绕电源、电路板和针式放电电极的单个一体式壳体。优选地，箱体在针式放电电极处或靠近针式放电电极处具有开口，配置为允许空气负离子通过。

优选地，放电电极经由电极弹性件连接至电路板。优选地，电极弹性件包括螺旋弹簧。优选地，电极弹性件包括经由桥接部相互连接的两个分离的螺旋弹簧部分。优选地，电极弹性件设置于凹形杯状针托的空穴中。

优选地，便携式空气离子发生器还包括至少一个接地电极。优选地，接地电极具有位于便携式箱体的外部的至少一部分。优选地，接地电极为保护围绕件的形式。优选地，保护围绕件电连接至便携式电源的负极。优选地，保护围绕件经由接地弹簧连接至便携式电源的负极。优选地，接地弹簧包括扭转弹簧。

优选地，提供有至少两个接地电极。优选地，至少一个接地电极位于便携式箱体的第一侧，并且至少一个接地电极位于便携式箱体的第二侧。优选地，便携式箱体以邻近接地电极的孔使得接地电极和/或接地弹簧的一部分得以从中穿过。

优选地，接地电极电连接至邻近针定位的阴极，以在针式放电电极和各个接地电极之间产生电场。

优选地，便携式电源包括直流电源。优选地，直流电源包括可再充电的电池。优选地，离子发生器还包括外部电源连接器，用于以外部电路对可再充电的电池充电。优选地，便携式直流电源为锂离子电池，具有约4.2伏的最大再充电电压，以及约3.3伏的放电限值。优选地，由针式放电电极和接地电极形成的电场将离子加速至1.9cm2/vs的能级。

优选地，便携式空气离子发生器包括用户界面。优选地，用户界面包括多个输出指示器以及多个输入控制器，优选地，输出指示器为led，输入控制器为按键。

本发明的更多特征以及优点将由以下详细说明而变得明显。

附图说明

仅以示例的方式，在以下参照附图对本发明的优选实施方式做更全面的描述，其中：

图1示出无颈带的便携式空气离子发生器的前向立体图；

图2为图1所示的便携式空气离子发生器的后向立体图，其中示出控制面板；

图3为具有颈带的挂件式离子发生器的分解立体图；

图4为便携式箱体的前部及第二保护围绕件的分解立体图；

图5为针和针保护装置的放大图；

图6为具有包含于内的内部组件的挂件式离子发生器的便携式箱体的前部和后部的分解立体图；

图7为前盖移除后的便携式空气离子发生器的局部分解立体图；

图8为便携式空气离子发生器的底视图；

图9为双端高压供电电路的图形示意图；

图10为led分配电路的图形示意图；

图11为微处理器电路布局的图形示意图；

图12为充电控制电路的图形示意图；

图13为电源插座连接的图形示意图；

图14为自谐振正弦波交流转换器的图形示意图；

图15为电池再充电机构的图形示意图；以及

图16为用于控制高压输出电平的电压调节系统的图形示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，便携式离子发生器100包括便携式箱体101，便携式箱体101显示为具有弧状的角部及圆化的斜边的三角形形状。尽管由于多个原因曲线型的三角形形状是优选的，但应当理解其他形状也可采用。

箱体101在图3、4、7和8中示出更多细节。箱体101包括以80、81标记的超声焊接的塑料模制壳体的前部4和后部13，模制壳体具有多个内部结构件，例如后部13上的夹子73，用于在焊接前暂时与前部4连接，以及一系列孔72，用于支撑自其它支撑件65的调整片，支撑件65位于金属制成的第一保护围绕件14上，第一保护围绕件用作经由导线连接至电源6的负极的接地端，或者第二保护围绕件3经由支撑件66连接至电池6。

前部4和后部13还显示了在其交界面有开口50、51、52。带开口50使得颈带12得以穿过，电源开口52允许使用充电器(未示出)，主开口51使得负离子得以自针8释放出，针8经由电极弹簧90连接至电路板5。在图5中最清晰可见的，弹簧为螺旋弹簧。特别地，弹簧包括由桥接部相互连接的两个螺旋线圈。

其他特征部、诸如用于保持按键9、10的支座附接至后部13的内部。内部还如图3所示包括开口61以使得按键9、10或led11得以穿过。内部还提供电路板5的支座，以及同针8一起的针支座7。针支座7包括凹状的杯，其具有由大致环形的壁63围绕的空穴62。针支座7的外部设有支撑腿64。

图6示出保护围绕件3、14如何能够滑入箱体盖4、13内设置的小开口72，以经由支撑调整片73、60锁定到位，以及经由穿过开口93、94的接地弹簧91电连接至电路板5。

三角形的便携式箱体101作为特别紧凑的实施方式示出并考虑，其中电池6大致为矩形并位于箱体101的底部，并且针托位于箱体101的顶部。

尽管示出了便携式箱体101的一种优选的几何结构，但采用能够与一个或多个负离子针8相关联的、具有任何几何结构的电源的任何箱体形状都是可预期的。举例来说，如果在一替代的实施方式中采用两根针同两个矩形电池一同工作，可采用方形的箱体从而使挂件式离子发生器100的整体体积优化。本领域普通技术人员应意识到，配合不同几何结构的直流电池电源采用不同的几何结构组合。本领域普通技术人员还应意识到，尽管示出了颈带12，将挂件式离子发生器100固定至使用者的其他方式也可以预期，包括但不仅限于弹性的臂带、夹子、支架、别针、磁体，或常用于将这样的设备附接至佩戴者的其他任何形式的固定装置。

可预期的还有挂件式离子发生器100和其他设备合为一体使用，其他设备包括，举例来说，一副眼镜、耳机、已有的项链、或置于口袋中的物件或是背心上的固定器。在一实施方式中，可提供有导向管92，以使得可替代的用于固定的装置得以安全使用。

回到图5，当空气处于与针式放电电极8的尖端60相接触时，产生负离子，针式放电电极8位于挂件式离子发生器100的上部处于或接近主开口51，其在图3和6中显示的最为清楚。

针8的尖端60是具有最大的曲率半径r的尖头，并且电荷d的密度将变为q＝4πr²d，电势p＝4πrd，垂直于表面向外的力f变为f＝2πd²。当d达到一定水平时，力f变得足以击穿围绕的分子的电介质，并且出现电晕或流光。还发现，在将高于50khz的固有频率或适当频率作为载波频率的情况下，期望的小离子的产率降低。

在此以引用方式完整并入美国专利no.5,973,905，在美国专利no.5,973,905中，教导了用于具有针尖的空气负离子生成器的一些优选的可选调制频率通常为约40hz、25hz、10hz或约7.83hz。载波频率典型地是处于15khz至20khz的范围的频率，并且最佳约为17khz。频率的范围自1hz至任何所需频率。美国专利no.5,973,905还教导了电晕如何需要邻近接地电极。

在挂件式离子发生器100的例子中，三角形接地电极3、14作为围绕件加强了电晕中产生的局部电场，以分离负电荷的离子和正电荷的离子，从而防止带正负电荷的离子的重新结合和对其加速。在所示的实施方式的例子中，三角形接地电极3、14位于外部箱体101的顶部，并将离子加速至1.9cm2/vs的能级。

在一实施方式中，便携式空气离子发生器100至少具有电连接至电路板5的针式放电电极8，以在激励时产生向外负离子通量。便携式直流电源示为具有大约4.2伏的最大再充电电压及大约3.1伏的放电限值的矩形锂离子电池6，其包括经由连接器电连接的阳极和阴极，如图15中cn2所示，用于为针式放电电极8提供电能。

在如图1所示的实施方式中，便携式箱体101包括用于保持电源的支撑装置，例如颈带12，具有优选地如图9-16所示的不同的元件的电路板5，和针式放电电极8。便携式箱体101包括两个接地电极3、14，其电连接至如图9所示的高压倍增器的正端，以在针式放电电极8和各个接地电极3、14之间产生电场。

参考图9-16的电路布局示例，电路板5包括多个部分，包含如图9所示的双端电压倍增器高压电源电路，如图10中所示的led分配电路，如图11所示的程序化微处理器，如图12所示的充电控制电路，如图13所示的电源插座连接，如图14所示的自谐振正弦波交流振荡器逆变器的形式的交流驱动器，如图15所示的电池再充电系统，以及如图16所示的用于控制高压输出电平的电压调节系统。

离子发生器100还包括电源管理系统，其作为电路板5的一部分，用以使得当针式放电电极8被激励并在电场中产生离子时自便携式直流电源6流失的电能最小化。图16示出调节器，其由图11所示的微控制器驱动，用以提供基于反馈信号针对高电压输出电平的粗控制和精细控制，如图14中vpri_avg所示，调节器用以在电池电压的一定范围内维持恒定的输出电平。

图2示出一种可能的控制面板54，其中7个led在箱体101的后部13上对齐排列为两行。模式(mode)按键17和设置(set)按键18用于输入并控制便携式离子发生器100的不同的可变参数。为开启设备，设置按键按下达一预设时间段。在一个实施方式中，开启设备所需的预设时间段为2秒。一旦开启，设备以低功率模式和低频设置启动，其只需最低的运转功率。

离子发生器100具有三个输出功率水平：代表最大输出电压的25％的低水平21，代表最大输出电压的50％的中等水平20，以及代表最大输出电压的100％的高水平19。通过按模式按键17在三个功率水平之间切换功率水平，直至位于电源标志上方的功率led25亮起。然后通过按下设置按键18进行切换，直到三个led19、20、21中的一个亮起以指示选取的功率水平。离子发生器100可以通过按下设置按键18达预设时间段来关闭。在一个实施方式中，关闭设备的持续时间为2秒。

运转的频率的变化以相似的方式执行。模式按键17被按下直至频率led23亮起。通过按下设置按键18，频率水平在4hz的低水平21、10hz的中等水平20和25hz的高水平19之间切换。一旦选定频率(即相应的led亮起)，控制面板54在运转4秒之后恢复至如上所述的功率水平。

一旦达到运转的限值，led22闪烁。在一个实施方式中，在led22开始闪烁前，针8可运转1100小时。为重置这一功能，在一预期的实施方式中，在新的针尖端60被置入针保护装置7内之后，同时按下模式按键17和设置按键18达预设时间段，例如2秒。针托61优选地永久固定在装置内。

最后，led24对应于电池水平，其与所述三个led水平19-21中的一个相关地亮起。一旦电池6使用寿命结束或已经失效，例如电池达到了1000次充电，电池6的更换可能需要用工具(未示出)对焊接在一起的前部4和后部13进行破环性分离，对电池6的选择性处理是有益于环保的。

电池再充电插座26，在图2中最清晰可见，位于开口52中并允许连接直流充电器，直流充电器进一步连接至本地电源。在一个实施方式中，充电器为5伏直流充电器。在预期的一实施方式中，当连接有充电器(未示出)时，所述三个led19、20、21相继亮起，同电池led24一起表示充电，直至充电器从插座26移除或者断开同本地电源的连接。

在可替代的预期的实施方式中，当充电器连接至插座26以绕过电池时，或者离子发生器100关闭时，挂件式离子发生器100可产生负离子。在一预期的实施方式中，锂离子电池充电直至达到电池6的最大再充电电压，例如4.2伏左右。如果锂离子电池的电压达到预设的低电压，例如3.2伏左右时，电路5可关闭离子发生器100直至电池能被再充电。在一预期的实施方式中，电池6可在16小时的时间段产生负离子(在高设置下)，并且可在多至44小时的时间段产生负离子(在低设置下)。一旦电池不能再充电，或由于任何其他原因，电池的更换需要用工具对便携式箱体101的相对的两半4和13进行破环性分离，以及将电池6从电路板5上物理移除。

在省电模式中，电源管理系统的各个部分均在最低功率下使用。电源管理系统的这些改进包括在用模式按键17或设置按键18进行选择后关闭led，除了电池led24和与适当的电池水平相关的led19、20、21在很低的占空比闪烁。

在图15中所示的实施方式中，电源管理系统还包括低噪声自谐振正弦波振荡器。在一实施方式中，如图9所示，升压转换器利用以高频率运转的壶形铁氧体芯变压器驱动非常高效率的二极管和低电容值的电容器。

包括电源管理系统、变压器和倍增器的控制模块被用于使得电池6的电量流失最小化。电源管理系统的其他特征包括关闭led显示、电池电压截止、针的使用寿命利用的管理以及通过频率调制和/或电压控制进行的对电源供应的耗尽时间的管理。

在一实施方式中，电源管理系统包括待机模式，当针式放电电极8未被激励时，启用待机模式。在一实施方式中，电源管理系统还包括平衡的交流驱动器，其形式为连接至多路复用器的交流逆变器。

尽管示出了一种类型的控制机构，但允许易于快速变更所示的功率水平、频率和/或其他参数或者其他任何参数的其他类型的界面或控制的使用，包括采用声音设备、滚动按键、点击按键或是其他任何类型的按键，都是可以预期的。

在一个实施方式中，考虑了一种服务的广告的方法，其中使用便携式空气离子发生器的使用者期望改善健康，方法包括以下步骤，将服务提供者与有健康改善需求的使用者一起的广告置于多种空气离子发生器的箱体的表面部分，向服务的使用者分发便携式空气离子发生器，以及同服务提供者的服务相关联地展示及使用便携式空气离子发生器，以建立改善健康同服务提供者之间的联系。

回到图1，并且更多细节在图5中示出，透明窗1置于贴花纸2上，贴花纸2利用至少一个对扣在前箱体盖4上卡扣就位，对扣由箱体盖4上的凹部67和透明窗1上的凸部71构成，凸部71如图所示地穿过贴花纸2上的开口70以最终将贴花纸固定在挂件式离子发生器100上，并在便携式箱体4的外表面上形成第一信息或广告空间69。

再一次地，图中所示为与挂件式离子发生器100的整体三角形形状相关的三角形贴花纸2及附接结构。本领域普通技术人员应意识到，尽管只详细说明了一种形状，信息或广告可经过创造性的和美学的变化以最佳地适应于设备。并且，可以预见空间69可由透明窗1保护或者在不具有这样的窗1的情况下提供。例如，贴花纸2可具有粘性面，可永久固定至箱体盖4，或者箱体盖4的部分可具有或者不具有雕刻、颜色或类似物。

在使用中，便携式空气离化设备可由使用者佩戴，例如采用颈带12佩戴，以在使用者周围的区域，特别是使用者的头部区域周围提供生物活性的负氧离子。一旦开启，便携式电源向电路板提供电能，电路板进而如所需要地激励放电电极。在放电电极8的附近产生离子化的空气并经由主开口51离开箱体101。

有利地，本发明的便携式离子化设备相比于先前不采用双端电压倍增器的较小的旧式设计而言，具有较低的所需的总体电压倍增以及更小的电流损耗。并且自谐振振荡器提供更可靠的电压生成并且降低电流损耗，特别是相比于传统的双相电路。这些改进产生了具有显著更好的能效的设备，由于其便携式电源供电的特性，结果对使用者而言有更短的停工时间且更便利。

由于激励放电电极中涉及的高电压，对于使用者可能有很大的安全性上的疑虑。已作出了很大的努力来确保便携式离子化设备对于使用者而言尽可能的安全。除了焊接形成的塑料箱体相比于通常的“夹紧”或过盈配合的箱体具有显著更高的强度外，其相比于传统设计还显著地更具安全性。

应理解的是，前述内容仅仅是本发明的一些例子和实施方式的详细说明，根据在此公开的内容可对公开的实施方式做出不背离本发明的范围或精神的多种改动。因此，前面的说明并非意在限制本发明的保护范围，而是向本领域普通技术人员提供充分的公开内容，使其得以没有过度的负担地实施本发明。

本说明书中，诸如第一和第二、左和右、顶和底及类似的形容词仅用来将一个元件或动作同其他元件或动作区分开，而不必然要求或暗示任何实际上是这样的相互关系或顺序。上下文所允许的，参照数值或组件或步骤(及类似物)的内容，不应理解为限制到是数值、组件或步骤中的仅仅一个，而应可以是数值、组件或步骤等等中的一个或多个。

提供本发明的各个实施例的上述说明，是出于向相关领域普通技术人员进行说明的目的。这些并不是旨在穷尽本发明或将本发明限制为单个的公开的实施方式。如上所述，本发明的多种替代方案和变型基于上述教导对于本领域技术人员是显然的。因此，尽管具体讨论了一些可替代的实施方式，但其他实施方式仍将是明显的或是可相对容易的由本领域普通技术人员改进得到。本发明旨在包含在此讨论的本发明的所有可替代的方式、修改和变型例，以及落入上述的本发明的精神和范围的其他实施方式。

本说明书中，术语“包括”、“包含”、“具有”或是相似的术语旨在表示非排除性的包含，由此包括一系列的元件的方法、系统或装置并非仅包括那些元件，而是可包括未列出的其他元件。