静电技术在防尘纱窗中的应用

韩东颖等

摘 要：近年来，静电除尘技术被应用到纱窗行业，这些纱窗主要采用电容器原理和静电发生器两种方式使纱窗带上静电，由于结构复杂、成本较高、安全性低，静电吸附的灰尘不能自动清理，这些纱窗均没有被大众接受。经研究发现，利用摩擦起电原理使窗纱带上静电的过程方便、有效，可行性高，并且可利用单片机控制电动机的正反转带动“双卷轴结构”来实现窗纱的自动摩擦起电和自动清理过程。“双卷轴结构”的主动轴置于窗体的上边框上，从动轴置于窗体的下边框上，窗纱的两头分别卷在主动轴和从动轴上；利用可拆卸集尘盒自动收集由毛刷刷下的尘土；利用棉涤条与窗纱摩擦使窗纱带上静电，棉涤条平行于硬毛刷固定在集尘盒上。这种设计使纱窗具有更好的防尘性能，实现了灰尘的自动清理且结构相对简单，安全系数高。

关键词：静电技术 纱窗 防尘 自动清理

中图分类号：TM151 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0001-02

近年来，由于工业污染、汽车尾气排放等人为因素和浮尘、扬尘、沙尘暴等自然因素的影响，人们赖以生存的空气变得越来越污浊，空气中肆虐的PM2.5让久居都市的人们感到不安。遇重污染天气的时候，住在繁忙道路两侧的居民不能开窗通风，苦不堪言。目前亟待开发出一种简单实用的集防沙和通风于一体的新型窗户，满足广大家庭的需求。

静电技术被广泛应用到各行各业，如静电复印、静电除尘、静电纺丝等。美国加利福尼亚大学penny博士于1935年首次设计了静电式室内空气净化器，从此静电技术开始应用于室内除尘。按净化原理可将室内空气净化器分为三类：过滤吸附型、静电集尘型、复合型。近几年又出现了基于静电技术的防尘纱窗[1～2]，但由于结构复杂、成本较高、安全性低，静电吸附的灰尘不能自动清理，这些纱窗均没有被大众接受。市面上最受欢迎的是仍然隐形纱窗，使用时把窗纱拉下来，不用时窗纱便能自动回卷到纱盒中，使用方便，但结构复杂，且只能遮挡蚊蝇，不能有效防止灰尘进入，透风性能也有待进一步提高。因此，解决这些存在的问题，有利于静电技术在防尘纱窗中的广泛应用。

1 静电发生器在纱窗防尘中的应用

静电发生器[3]的工作原理：由一稳定直流电源提供能量，经自激振荡将其转换成5～20 kHz的频率，并升压至6～10 kV交变电，再经多级倍压整流即可获得更高的电压。这种防尘纱窗一般是将静电发生器固定在窗框上，静电发生器的输入端接低压直流电，输出端的一根线接地，另一根线接到金属网上，然后把金属网覆盖到玻璃纤维[4]纱窗上，玻璃纤维纱窗就会带上静电，这样空气中的灰尘通过纱窗时就会被静电吸附，然后定期清理窗纱上的灰尘就可以达到净化室内空气的目的。

在实验室内进行了实验研究。实验方案及效果如下：把铁丝网固定于金属框架（涂有绝缘漆）上，然后把静电发生器输出的高电压通到铁丝网上（如图1所示），可以观察到电流会击穿绝缘漆向墙壁放电，但是此时铁丝网并没有吸附纸屑，然后把玻璃纤维覆盖在铁丝网上后，观察到玻璃纤维产生了较好的吸附纸屑的效果。实验证明这种方法结构复杂、成本较高、安全性与可行性不高，静电吸附的灰尘不能自动清理。

2 电容器原理在纱窗防尘中的应用

采用这种方法使纱窗具有一定防尘效果的是高压吸尘纱窗[2]，其由两扇窗纱构成，每一扇窗纱用一根导线编织而成，其中一扇窗纱的导线，一端经高压控制系统内的限流电阻与高压控制系统正极相连接，另一端用耐高压的绝缘胶密封，不与空气相通；另一扇窗纱的导线，与高压控制系统负极相连接，导线另一端用耐高压的绝缘胶密封，不与空气相通。两扇窗纱并排竖放，构成一个电容器，结构示意图如图2所示。

但这种设计存在类似的问题，安全性与可行性都不高。需要研究一种低压吸尘纱窗，来提高安全性与可行性，所以设计了一种“铁丝网—尼龙网—铁丝网”的三层复合结构，使上下两层网构成电容器，如图3所示，来验证低压条件下电容器所产生的静电场是否具有明显的吸附灰尘的效果。

利用APS3005D（直流可调稳压电源）来研究其在不同电场强度下的吸尘效果，实验结果表明，低压（0～12 V）条件下，通过电容器原理产生的静电场不具备吸附室内灰尘的效果。

3 一种新的基于静电技术的防尘透风纱窗设计

目前，市面上最受欢迎的是隐形纱窗，所以将静电技术应用于隐形纱窗，衍生出一种新型的基于静电技术的防尘纱窗。利用单片机控制电动机的正反转[5～8]（控制电路如图4所示）带动“双卷轴结构”，“双卷轴结构”的主动轴置于窗框的上边框上，从动轴置于窗框的下边框上，窗纱的两头分别卷在主动轴和从动轴上；利用可拆卸集尘盒自动收集由毛刷刷下的尘土，集尘盒置于窗框的下边框，毛刷固定于集尘盒上；利用棉涤条与窗纱摩擦使窗纱带上静电，棉涤条平行于硬毛刷固定在集尘盒上，可将集尘盒拆卸下来，清理毛刷、棉涤条与集尘盒里的灰尘。

“双卷轴结构”通过链条传动，当电动机正转时，窗纱向下移动，毛刷清理窗纱上的灰尘，同时通过摩擦起电过程，窗纱带上了静电，之后电动机反转，窗纱上移回到初始位置，完成一个循环。循环过程由单片机控制，每隔6 h执行一次，达到清理窗纱并维持窗纱上静电量的目的。由于带上静电的窗纱对灰尘具有吸附作用，所以在提高纱窗防尘效果的同时并没有降低纱窗的通风性能，解决了纱窗防尘与透风的矛盾。

利用Creo制作了纱窗拆解图（图5）与整体构造图（图6），并初步通过实验验证这种设计方法，其产生静电的过程简单、快捷、有效，自动清理并收集了大部分灰尘，具有很好的安全性、实用性和可行性，经过外观优化及各部件的优化后可以应用于楼房、纺纱厂等场所。

4 结语

介绍了静电发生器、高压电容器在纱窗设计中的优势与特色，它们的防尘效果都是显著的，但结构复杂，高压对人们的安全造成威胁，可行性不高。讨论了基于摩擦起电原理纱窗的设计方法及其安全性与可行性。证明了通过摩擦起电的方式，窗纱可以有效地带上静电，对灰尘的吸附效果显著，集尘盒可对灰尘进行自动清理与收集，基于单片机的控制系统可实现自动化。这种设计集防尘、除尘于一体，不仅可以应用于楼房住宅，还可以应用于纺纱厂、微机室等场所。

参考文献

[1] 胡新丰.静电吸尘纱窗：中国，200820088 435.6[P]，2009-03-18.

[2] 上海理工大学.高压吸尘纱窗：中国，200710041301.9[P]，2007-10-24.

[3] 闫万举.高压静电发生器的原理、结构和选用[J].涂装与电镀，2010：24-25.

[4] 李雄辉，胡萍，杨勇，等.聚乙烯涂覆玻璃纤维纱窗布的开发研究[J].塑料科技，2005：35-41.

[5] 何兵.基于MCS-51单片机的步进电机正反转控制实现[J].泸州职业技术学院学报，2008：56-59.

[6] 罗恒年.PLC控制的步进电机门系统[J].中国现代教育装备，2010：49-52.

[7] 黄勇，廖宇，高林.基于单片机的步进电机运动控制系统设计[J].电子测量技术，2008：150-154.

[8] 张秋妍.单片机控制步进电机[J].职业，2009：107-108.

[9] 蔡耀成.三相混合式步进电动机[C]//2001第六届中国小电机技术研讨会论文集，2001：98-103.

[10] 王宗培.步进电动机[C]//电气技术发展综述，2004：33-37.

摘 要：近年来，静电除尘技术被应用到纱窗行业，这些纱窗主要采用电容器原理和静电发生器两种方式使纱窗带上静电，由于结构复杂、成本较高、安全性低，静电吸附的灰尘不能自动清理，这些纱窗均没有被大众接受。经研究发现，利用摩擦起电原理使窗纱带上静电的过程方便、有效，可行性高，并且可利用单片机控制电动机的正反转带动“双卷轴结构”来实现窗纱的自动摩擦起电和自动清理过程。“双卷轴结构”的主动轴置于窗体的上边框上，从动轴置于窗体的下边框上，窗纱的两头分别卷在主动轴和从动轴上；利用可拆卸集尘盒自动收集由毛刷刷下的尘土；利用棉涤条与窗纱摩擦使窗纱带上静电，棉涤条平行于硬毛刷固定在集尘盒上。这种设计使纱窗具有更好的防尘性能，实现了灰尘的自动清理且结构相对简单，安全系数高。

关键词：静电技术 纱窗 防尘 自动清理

中图分类号：TM151 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0001-02

近年来，由于工业污染、汽车尾气排放等人为因素和浮尘、扬尘、沙尘暴等自然因素的影响，人们赖以生存的空气变得越来越污浊，空气中肆虐的PM2.5让久居都市的人们感到不安。遇重污染天气的时候，住在繁忙道路两侧的居民不能开窗通风，苦不堪言。目前亟待开发出一种简单实用的集防沙和通风于一体的新型窗户，满足广大家庭的需求。

静电技术被广泛应用到各行各业，如静电复印、静电除尘、静电纺丝等。美国加利福尼亚大学penny博士于1935年首次设计了静电式室内空气净化器，从此静电技术开始应用于室内除尘。按净化原理可将室内空气净化器分为三类：过滤吸附型、静电集尘型、复合型。近几年又出现了基于静电技术的防尘纱窗[1～2]，但由于结构复杂、成本较高、安全性低，静电吸附的灰尘不能自动清理，这些纱窗均没有被大众接受。市面上最受欢迎的是仍然隐形纱窗，使用时把窗纱拉下来，不用时窗纱便能自动回卷到纱盒中，使用方便，但结构复杂，且只能遮挡蚊蝇，不能有效防止灰尘进入，透风性能也有待进一步提高。因此，解决这些存在的问题，有利于静电技术在防尘纱窗中的广泛应用。

1 静电发生器在纱窗防尘中的应用

静电发生器[3]的工作原理：由一稳定直流电源提供能量，经自激振荡将其转换成5～20 kHz的频率，并升压至6～10 kV交变电，再经多级倍压整流即可获得更高的电压。这种防尘纱窗一般是将静电发生器固定在窗框上，静电发生器的输入端接低压直流电，输出端的一根线接地，另一根线接到金属网上，然后把金属网覆盖到玻璃纤维[4]纱窗上，玻璃纤维纱窗就会带上静电，这样空气中的灰尘通过纱窗时就会被静电吸附，然后定期清理窗纱上的灰尘就可以达到净化室内空气的目的。

在实验室内进行了实验研究。实验方案及效果如下：把铁丝网固定于金属框架（涂有绝缘漆）上，然后把静电发生器输出的高电压通到铁丝网上（如图1所示），可以观察到电流会击穿绝缘漆向墙壁放电，但是此时铁丝网并没有吸附纸屑，然后把玻璃纤维覆盖在铁丝网上后，观察到玻璃纤维产生了较好的吸附纸屑的效果。实验证明这种方法结构复杂、成本较高、安全性与可行性不高，静电吸附的灰尘不能自动清理。

2 电容器原理在纱窗防尘中的应用

采用这种方法使纱窗具有一定防尘效果的是高压吸尘纱窗[2]，其由两扇窗纱构成，每一扇窗纱用一根导线编织而成，其中一扇窗纱的导线，一端经高压控制系统内的限流电阻与高压控制系统正极相连接，另一端用耐高压的绝缘胶密封，不与空气相通；另一扇窗纱的导线，与高压控制系统负极相连接，导线另一端用耐高压的绝缘胶密封，不与空气相通。两扇窗纱并排竖放，构成一个电容器，结构示意图如图2所示。

但这种设计存在类似的问题，安全性与可行性都不高。需要研究一种低压吸尘纱窗，来提高安全性与可行性，所以设计了一种“铁丝网—尼龙网—铁丝网”的三层复合结构，使上下两层网构成电容器，如图3所示，来验证低压条件下电容器所产生的静电场是否具有明显的吸附灰尘的效果。

利用APS3005D（直流可调稳压电源）来研究其在不同电场强度下的吸尘效果，实验结果表明，低压（0～12 V）条件下，通过电容器原理产生的静电场不具备吸附室内灰尘的效果。

3 一种新的基于静电技术的防尘透风纱窗设计

目前，市面上最受欢迎的是隐形纱窗，所以将静电技术应用于隐形纱窗，衍生出一种新型的基于静电技术的防尘纱窗。利用单片机控制电动机的正反转[5～8]（控制电路如图4所示）带动“双卷轴结构”，“双卷轴结构”的主动轴置于窗框的上边框上，从动轴置于窗框的下边框上，窗纱的两头分别卷在主动轴和从动轴上；利用可拆卸集尘盒自动收集由毛刷刷下的尘土，集尘盒置于窗框的下边框，毛刷固定于集尘盒上；利用棉涤条与窗纱摩擦使窗纱带上静电，棉涤条平行于硬毛刷固定在集尘盒上，可将集尘盒拆卸下来，清理毛刷、棉涤条与集尘盒里的灰尘。

“双卷轴结构”通过链条传动，当电动机正转时，窗纱向下移动，毛刷清理窗纱上的灰尘，同时通过摩擦起电过程，窗纱带上了静电，之后电动机反转，窗纱上移回到初始位置，完成一个循环。循环过程由单片机控制，每隔6 h执行一次，达到清理窗纱并维持窗纱上静电量的目的。由于带上静电的窗纱对灰尘具有吸附作用，所以在提高纱窗防尘效果的同时并没有降低纱窗的通风性能，解决了纱窗防尘与透风的矛盾。

利用Creo制作了纱窗拆解图（图5）与整体构造图（图6），并初步通过实验验证这种设计方法，其产生静电的过程简单、快捷、有效，自动清理并收集了大部分灰尘，具有很好的安全性、实用性和可行性，经过外观优化及各部件的优化后可以应用于楼房、纺纱厂等场所。

4 结语

介绍了静电发生器、高压电容器在纱窗设计中的优势与特色，它们的防尘效果都是显著的，但结构复杂，高压对人们的安全造成威胁，可行性不高。讨论了基于摩擦起电原理纱窗的设计方法及其安全性与可行性。证明了通过摩擦起电的方式，窗纱可以有效地带上静电，对灰尘的吸附效果显著，集尘盒可对灰尘进行自动清理与收集，基于单片机的控制系统可实现自动化。这种设计集防尘、除尘于一体，不仅可以应用于楼房住宅，还可以应用于纺纱厂、微机室等场所。

参考文献

[1] 胡新丰.静电吸尘纱窗：中国，200820088 435.6[P]，2009-03-18.

[2] 上海理工大学.高压吸尘纱窗：中国，200710041301.9[P]，2007-10-24.

[3] 闫万举.高压静电发生器的原理、结构和选用[J].涂装与电镀，2010：24-25.

[4] 李雄辉，胡萍，杨勇，等.聚乙烯涂覆玻璃纤维纱窗布的开发研究[J].塑料科技，2005：35-41.

[5] 何兵.基于MCS-51单片机的步进电机正反转控制实现[J].泸州职业技术学院学报，2008：56-59.

[6] 罗恒年.PLC控制的步进电机门系统[J].中国现代教育装备，2010：49-52.

[7] 黄勇，廖宇，高林.基于单片机的步进电机运动控制系统设计[J].电子测量技术，2008：150-154.

[8] 张秋妍.单片机控制步进电机[J].职业，2009：107-108.

[9] 蔡耀成.三相混合式步进电动机[C]//2001第六届中国小电机技术研讨会论文集，2001：98-103.

[10] 王宗培.步进电动机[C]//电气技术发展综述，2004：33-37.

摘 要：近年来，静电除尘技术被应用到纱窗行业，这些纱窗主要采用电容器原理和静电发生器两种方式使纱窗带上静电，由于结构复杂、成本较高、安全性低，静电吸附的灰尘不能自动清理，这些纱窗均没有被大众接受。经研究发现，利用摩擦起电原理使窗纱带上静电的过程方便、有效，可行性高，并且可利用单片机控制电动机的正反转带动“双卷轴结构”来实现窗纱的自动摩擦起电和自动清理过程。“双卷轴结构”的主动轴置于窗体的上边框上，从动轴置于窗体的下边框上，窗纱的两头分别卷在主动轴和从动轴上；利用可拆卸集尘盒自动收集由毛刷刷下的尘土；利用棉涤条与窗纱摩擦使窗纱带上静电，棉涤条平行于硬毛刷固定在集尘盒上。这种设计使纱窗具有更好的防尘性能，实现了灰尘的自动清理且结构相对简单，安全系数高。

关键词：静电技术 纱窗 防尘 自动清理

中图分类号：TM151 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0001-02

近年来，由于工业污染、汽车尾气排放等人为因素和浮尘、扬尘、沙尘暴等自然因素的影响，人们赖以生存的空气变得越来越污浊，空气中肆虐的PM2.5让久居都市的人们感到不安。遇重污染天气的时候，住在繁忙道路两侧的居民不能开窗通风，苦不堪言。目前亟待开发出一种简单实用的集防沙和通风于一体的新型窗户，满足广大家庭的需求。

静电技术被广泛应用到各行各业，如静电复印、静电除尘、静电纺丝等。美国加利福尼亚大学penny博士于1935年首次设计了静电式室内空气净化器，从此静电技术开始应用于室内除尘。按净化原理可将室内空气净化器分为三类：过滤吸附型、静电集尘型、复合型。近几年又出现了基于静电技术的防尘纱窗[1～2]，但由于结构复杂、成本较高、安全性低，静电吸附的灰尘不能自动清理，这些纱窗均没有被大众接受。市面上最受欢迎的是仍然隐形纱窗，使用时把窗纱拉下来，不用时窗纱便能自动回卷到纱盒中，使用方便，但结构复杂，且只能遮挡蚊蝇，不能有效防止灰尘进入，透风性能也有待进一步提高。因此，解决这些存在的问题，有利于静电技术在防尘纱窗中的广泛应用。

1 静电发生器在纱窗防尘中的应用

静电发生器[3]的工作原理：由一稳定直流电源提供能量，经自激振荡将其转换成5～20 kHz的频率，并升压至6～10 kV交变电，再经多级倍压整流即可获得更高的电压。这种防尘纱窗一般是将静电发生器固定在窗框上，静电发生器的输入端接低压直流电，输出端的一根线接地，另一根线接到金属网上，然后把金属网覆盖到玻璃纤维[4]纱窗上，玻璃纤维纱窗就会带上静电，这样空气中的灰尘通过纱窗时就会被静电吸附，然后定期清理窗纱上的灰尘就可以达到净化室内空气的目的。

在实验室内进行了实验研究。实验方案及效果如下：把铁丝网固定于金属框架（涂有绝缘漆）上，然后把静电发生器输出的高电压通到铁丝网上（如图1所示），可以观察到电流会击穿绝缘漆向墙壁放电，但是此时铁丝网并没有吸附纸屑，然后把玻璃纤维覆盖在铁丝网上后，观察到玻璃纤维产生了较好的吸附纸屑的效果。实验证明这种方法结构复杂、成本较高、安全性与可行性不高，静电吸附的灰尘不能自动清理。

2 电容器原理在纱窗防尘中的应用

采用这种方法使纱窗具有一定防尘效果的是高压吸尘纱窗[2]，其由两扇窗纱构成，每一扇窗纱用一根导线编织而成，其中一扇窗纱的导线，一端经高压控制系统内的限流电阻与高压控制系统正极相连接，另一端用耐高压的绝缘胶密封，不与空气相通；另一扇窗纱的导线，与高压控制系统负极相连接，导线另一端用耐高压的绝缘胶密封，不与空气相通。两扇窗纱并排竖放，构成一个电容器，结构示意图如图2所示。

但这种设计存在类似的问题，安全性与可行性都不高。需要研究一种低压吸尘纱窗，来提高安全性与可行性，所以设计了一种“铁丝网—尼龙网—铁丝网”的三层复合结构，使上下两层网构成电容器，如图3所示，来验证低压条件下电容器所产生的静电场是否具有明显的吸附灰尘的效果。

利用APS3005D（直流可调稳压电源）来研究其在不同电场强度下的吸尘效果，实验结果表明，低压（0～12 V）条件下，通过电容器原理产生的静电场不具备吸附室内灰尘的效果。

3 一种新的基于静电技术的防尘透风纱窗设计

目前，市面上最受欢迎的是隐形纱窗，所以将静电技术应用于隐形纱窗，衍生出一种新型的基于静电技术的防尘纱窗。利用单片机控制电动机的正反转[5～8]（控制电路如图4所示）带动“双卷轴结构”，“双卷轴结构”的主动轴置于窗框的上边框上，从动轴置于窗框的下边框上，窗纱的两头分别卷在主动轴和从动轴上；利用可拆卸集尘盒自动收集由毛刷刷下的尘土，集尘盒置于窗框的下边框，毛刷固定于集尘盒上；利用棉涤条与窗纱摩擦使窗纱带上静电，棉涤条平行于硬毛刷固定在集尘盒上，可将集尘盒拆卸下来，清理毛刷、棉涤条与集尘盒里的灰尘。

“双卷轴结构”通过链条传动，当电动机正转时，窗纱向下移动，毛刷清理窗纱上的灰尘，同时通过摩擦起电过程，窗纱带上了静电，之后电动机反转，窗纱上移回到初始位置，完成一个循环。循环过程由单片机控制，每隔6 h执行一次，达到清理窗纱并维持窗纱上静电量的目的。由于带上静电的窗纱对灰尘具有吸附作用，所以在提高纱窗防尘效果的同时并没有降低纱窗的通风性能，解决了纱窗防尘与透风的矛盾。

利用Creo制作了纱窗拆解图（图5）与整体构造图（图6），并初步通过实验验证这种设计方法，其产生静电的过程简单、快捷、有效，自动清理并收集了大部分灰尘，具有很好的安全性、实用性和可行性，经过外观优化及各部件的优化后可以应用于楼房、纺纱厂等场所。

4 结语

介绍了静电发生器、高压电容器在纱窗设计中的优势与特色，它们的防尘效果都是显著的，但结构复杂，高压对人们的安全造成威胁，可行性不高。讨论了基于摩擦起电原理纱窗的设计方法及其安全性与可行性。证明了通过摩擦起电的方式，窗纱可以有效地带上静电，对灰尘的吸附效果显著，集尘盒可对灰尘进行自动清理与收集，基于单片机的控制系统可实现自动化。这种设计集防尘、除尘于一体，不仅可以应用于楼房住宅，还可以应用于纺纱厂、微机室等场所。

参考文献

[1] 胡新丰.静电吸尘纱窗：中国，200820088 435.6[P]，2009-03-18.

[2] 上海理工大学.高压吸尘纱窗：中国，200710041301.9[P]，2007-10-24.

[3] 闫万举.高压静电发生器的原理、结构和选用[J].涂装与电镀，2010：24-25.

[4] 李雄辉，胡萍，杨勇，等.聚乙烯涂覆玻璃纤维纱窗布的开发研究[J].塑料科技，2005：35-41.

[5] 何兵.基于MCS-51单片机的步进电机正反转控制实现[J].泸州职业技术学院学报，2008：56-59.

[6] 罗恒年.PLC控制的步进电机门系统[J].中国现代教育装备，2010：49-52.

[7] 黄勇，廖宇，高林.基于单片机的步进电机运动控制系统设计[J].电子测量技术，2008：150-154.

[8] 张秋妍.单片机控制步进电机[J].职业，2009：107-108.

[9] 蔡耀成.三相混合式步进电动机[C]//2001第六届中国小电机技术研讨会论文集，2001：98-103.

[10] 王宗培.步进电动机[C]//电气技术发展综述，2004：33-37.