CN100481549C - 用于使压电致动器极化的方法和装置 - Google Patents

用于使压电致动器极化的方法和装置 Download PDF

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Abstract

说明了用于使压电致动器极化的方法和装置，其中高频脉冲电压可以被用于使致动器极化。这通过以下方式来实现，即在两个保持元件之间布置与第二压电致动器串联的要极化的致动器。所述保持元件给致动器(1)提供所期望的预应力。通过补偿元件来补偿致动器(1)的长度变化，使得即使在高频脉冲电压的情况下以及因此在高频长度变化的情况下也将预应力保持在所期望的值域内。优选地，第二压电致动器被构造为与第一致动器相同，并且与第一致动器一起被极化。由此可以在极化过程中同时使两个压电致动器极化。

Description

用于使压电致动器极化的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于使压电致动器极化的方法和一种用于使压电致动器极化的装置。
背景技术
压电致动器被应用于不同的技术领域，以便操作执行机构。在此，压电致动器具有重要的优点，即能够以高的动态和大的力进行快速操作。
压电致动器由多个压电层构成。各个压电层分别被布置在两个金属电极之间。为了操作压电致动器，将电压施加到压电层上，所述电压导致各个压电层的延长并且整体上导致压电致动器的延长。为了使压电层在制造之后具有压电效应，需要首先使压电层极化，其中在所述压电效应中压电层的厚度在施加电压的情况下变化。
为了使压电层极化，施加电极化场、即电压，由此相对于未极化的原始状态得到剩余极化和在压电层中对齐的畴(Domaene)在极化场的场方向上的有秩序的分布。在压电层极化之后，压电层残留地、即持续地在所施加的极化场的方向上被延长。通过以下方式使压电层的残留的延长匹配于使用压电致动器时的电压条件，即在压缩应力之下实现极化。由此减少在极化之后出现的、压电层的沉降效应(Setzeffekte)。相应的按照前序部分的方法从国际公开号为WO99/31739的国际专利申请中已知。
为了使压电致动器极化，使用在时间上变化的电压，因为由此实现改善的极化。在极化过程期间，压电致动器的长度根据所施加的电压脉冲发生变化。因为压电致动器被夹紧以表示两个保持装置之间的压缩应力，所以由保持装置在压电致动器上所产生的压缩应力通过压电致动器的长度变化来改变。由此对压电致动器的极化过程产生不良影响。
发明内容
本发明的任务在于，提供用于使压电致动器极化的方法和装置，利用所述方法能够改进极化过程。
根据本发明的用于使压电的第一致动器极化的方法，其中所述第一致动器包括被布置在两个端面之间的多个压电层，其中每个压电层被布置在两个电极之间，其中将具有变化的电压值的电压施加到所述压电层的电极上以使所述压电层极化，其中所述第一致动器在极化期间被布置在两个保持元件之间，其中压电的第二致动器被布置为与所述第一致动器串联，所述第二致动器具有两个端面，其中所述第一致动器的一个端面与所述第二致动器的一个端面有效连接，以便由所述保持元件通过外端面给两个致动器施加压缩应力，分别给所述第一和第二致动器提供变化的第一和第二电压以便极化，在极化的起始阶段之后，确定被施加到两个致动器上的电压使得两个电压之和在时间上是恒定的，以便尽管所述第一和第二致动器由于所述电压而产生长度变化，但两个致动器的总长度在时间上被保持恒定。
根据本发明的用于使压电的第一致动器极化的装置，其中所述第一致动器被夹紧在预夹紧保持装置的两个保持元件之间，其中所述第一致动器经由控制线与控制单元相连接，其中经由所述保持元件将预应力施加到所述第一致动器上，其中在所述第一致动器与保持元件之间布置有压电的第二致动器，所述第二致动器经由第二控制线与所述控制单元相连接，所述控制单元在极化过程期间在极化的起始阶段之后给第一和第二致动器提供具有变化的幅度的极化电压，使得两个致动器的由于所述极化电压而产生的长度变化相互补偿。
本发明的优点在于：预应力在极化期间基本上被保持恒定。为此，在第一压电致动器与预夹紧保持装置(Vorspannhalterung)之间布置有第二压电致动器，该第二压电致动器在第一压电致动器极化时产生长度补偿。由此确保：两个压电致动器的总长度基本上保持恒定。因此，预夹紧保持装置的保持元件的位置在起始阶段之后基本上被保持恒定。
在此，相对于第一压电致动器相移地给第二压电致动器提供变化的电压，其中在起始阶段之后这样确定两个电压，使得所述电压之和近似地保持恒定，其中在起始阶段中提高电压的幅度。以这种方式实现：两个压电致动器的总长度在极化过程期间基本上保持恒定。由此能够通过预夹紧保持装置的保持元件的位置调节来在极化过程开始时将恒定的预应力确定到两个压电致动器上，而无需在起始阶段之后在第一和/或第二致动器的极化期间改变预夹紧保持装置的保持元件的位置。
基于本发明方法，能够施加具有高的频率的电压，该电压被用于使压电致动器极化。因为压电致动器在长度变化时具有高的动态(Dynamik)，所以第一压电致动器的快速的长度变化能够通过第二压电致动器的相应快速的长度变化来补偿。利用保持元件的位置变化不能达到相应高的频率，因为保持元件的惯性不允许相应的动态的运动。
优选地，被同时施加到两个致动器上的电压这样来确定，使得第一致动器的电极上的电压的提高或降低等于第二致动器的电极上的电压的降低或提高。以这种方式，作用于两个致动器的压电层上的电压变化被选择为大小相同。
在本发明方法的另一实施形式中，在极化过程期间通过预夹紧保持装置的保持元件的位置变化来补偿第一和/或第二压电致动器在起始阶段期间的长度变化。尽管出现该长度变化，在极化过程期间作用于压电致动器上的压缩应力也以这种方式近似地被保持恒定。
本发明装置具有以下优点：在第一压电致动器的极化过程期间出现的高度动态的长度变化精确地通过第二压电致动器来补偿，使得在极化过程期间作用于第一和/或第二压电致动器上的预应力基本上被保持恒定。为此，所述装置具有控制器，该控制器这样执行第一和第二致动器的极化，使得由于第一致动器中的极化而产生的长度变化通过由于第二致动器中的极化而产生的长度变化来补偿。
在另一优选的实施形式中，预夹紧装置的用于保持压电致动器的至少一个保持元件可移动地被保持，并且该保持元件的位置由控制单元以相应的方式来改变，以便补偿在起始阶段期间出现的压电致动器的长度变化。
附图说明
下面根据附图更详细地阐明本发明。
图1示出压电致动器的示意性结构，
图2示出用于使压电致动器极化的装置，
图3示出第一极化方法的特性曲线，以及
图4示出第二极化方法的特性曲线。
具体实施方式
图1示出第一压电致动器1的示意性结构，该第一压电致动器1由多个压电层11组成。这些压电层11以层堆栈的形式相叠地被布置，其中各个压电层11受到两个平面电极12的限制。因此，在两个压电层11之间分别布置有电极12。层堆栈在下端受第一盖板16限制，并且在上端受第二盖板17限制。两个盖板16、17被压紧在套管式的管状弹簧18之间，该管状弹簧18在图1中仅仅示意性地被示出。管状弹簧18在朝压电层11的层堆栈的方向上给第一和第二盖板16、17预加应力。根据所期望的实施形式，也可以舍弃管状弹簧18。
电极12基本上根据压电层11的平面形状来构造。电极12交替地被连接到第一或第二导体14、15上。第一和第二导体14、15被布置在层堆栈的相对的拐角区域处。为了使每个电极12不与每个第一和第二导体14和15接触，设置有相应的槽，使得电极12只与第一或第二导体14、15导电接触。所述槽在电极12的区域内邻接于第一或第二导体14、15。以这种方式确保：压电层11被布置在两个电极12之间，这些电极12与第一或第二导体14、15导电连接。如果现在电压被施加到第一和第二导体14、15上，则该电压被施加到压电层11的每两个电极12上。由此具有压电层11的层堆栈是多个压电层的串联电路。所述层堆栈是单片构造的多层压电致动器。
第一致动器1例如可以被用作阀门传动机构，并且具有可超过109个工作周期的工作时间。电极12优选地被构造为金属电极。第一和第二导体14、15首先被用于使压电层11极化，接着被用于驱动第一致动器1。为了能够利用第一致动器实现5-60μm的工作行程，需要5-40mm的堆栈高度，这对应于至多1000个压电层11的数量。
在制造了层堆栈之后，压电层11的烧结的陶瓷晶粒具有极化方向不同的自发极化区域。自发极化与晶格的变形相关联。出现的内部电压可以部分地仅仅通过构造多个畴来降低。在自发极化之后，各个畴的偶极矩这样被对齐，使得它们基于统计分布的极化方向互相补偿。
为了提供能用的工作行程，必要的是，使各个畴的偶极矩的极化方向在一个方向上对齐。偶极矩的对齐通过以下方式来实现，即将电极化场施加到压电层11上，由此平行于第一致动器1的纵轴出现畴的偶极矩的极化，因为电极12被布置为垂直于致动器1的纵轴。此外，层堆栈在堆栈的纵轴上受到剩余的长度变化。为了改进极化方法，使由压电层11组成的层堆栈在所确定的压缩应力之下暴露于极化场并且使该层堆栈极化。该极化场通过将极化电压施加到第一和第二导体14、15上来产生。可选地，可以将极化温度设定为20-150℃。通常使用强度为2-2.5kV/mm的电极化场。在整个极化时间期间，保持该极化场和压缩应力。对于典型的极化过程来说，极化时间通常在几分钟的范围内。
试验已表明：可以通过以下方式来制造具有特别好的特性的压电致动器1，即利用可变的极化场产生压电致动器1的压电层11的极化。在此，在极化方法期间连续地施加具有变化的幅度的特性曲线形式的多个电压脉冲。在极化方法期间，通过变化的电压将变化的电极化场施加到压电层11上。电压的特性曲线的幅度可以具有正弦形的、矩形的、或其它具有变化的幅度的电压变化曲线。然而，在这种处理方式中问题在于，将作用于层堆栈上的压缩应力保持在所规定的范围内。因此这是困难的，因为在所述极化方法中压电致动器根据变化的电压改变其长度。
作用于压电致动器1上的压缩应力应处于所规定的范围内，不超过某个最大值并且不低于某个最小值，以便不损害被极化的致动器1的品质。在现有技术中，压电致动器1的长度变化要求：改变保持元件的距离，以便作用于压电致动器1上的压缩应力保持在所期望的应力范围内，其中在极化过程中压电致动器1被夹于所述保持元件之间。随着在极化过程期间被施加到压电层11上的电压的频率不断增加，越来越难维持夹紧装置的两个保持元件之间的距离变化。由于保持元件的惯性，在极化过程期间在极化电压的频率高的情况下不再能够维持预应力的精确设定。
本发明建议一种改进的极化方法和一种用于执行该极化方法的改进的装置，该极化方法和装置将根据图2更详细地进行说明。根据所选的实施方案，第一致动器1在被引入到管状弹簧18之前或者之后被极化。
图2以示意图示出具有两个保持元件5、6的预夹紧保持装置4，所述保持元件5、6在极化过程期间将可调节的预应力施加给第一和第二压电致动器1、2。保持元件5、6经由壳体7相互有效连接。在所示的实施形式中，第一保持元件5与壳体7固定地相连接。第二保持元件6经由机械结构8可移动地被保持在壳体7上。机械结构8在所示的实施例中被构造为具有蜗轮蜗杆传动装置的电动机。通过相应地控制电动机，可以沿壳体的纵向移动第二保持元件6的位置。由此改变两个保持元件5、6之间的距离L。
电动机经由控制线与控制单元9相连接。控制单元9经由第一控制线10与第一致动器1相连接。两条第一控制线10连接到第一致动器1的第一或第二导体14、15上。第一致动器1被布置为在纵向上平行于壳体7，并且以第二盖板17靠在第一保持元件5上。在一种优选的实施形式中，在第一保持元件5与第一致动器1的第二盖板17之间布置有压力传感器19。该压力传感器19经由信号线20与控制单元9相连接。该压力传感器19检测由预夹紧保持装置4施加到第一和第二致动器1、2上的预应力。
在所示的实施例中，第二致动器2被布置在第一致动器1和第二保持元件6之间。第二致动器2优选地被构造为与第一致动器1相同。优选地，第二致动器2的第二长度12等于第一致动器1的第一长度11。第二致动器2经由两条第二控制线21连接到控制单元9上。第二控制线21之一连接到第一导体14上，而另一条第二控制线21连接到第二导体15上。
为了执行极化过程，控制单元9通过以下方式在纵向上将所确定的预应力施加到第一和第二致动器1、2上，即第二保持元件6通过电动机相应地朝第一保持元件5的方向移动。根据是否设置有压力传感器19，将通过实验确定的第二保持元件6的移动路径用于控制电动机，或者控制单元9在第二保持元件6移动期间通过压力传感器19检测作用于第一和第二致动器上的预应力，并且一直移动第二保持元件6，直到所期望的预应力施加在第一和第二致动器1、2上。
图3示出两个致动器的具有起始阶段的极化方法的示意性特性曲线。在图3a中在时间t上绘出了极化电压P1、P2。在图3b中绘出了第一和第二致动器1、2在时间t上的长度变化W1、W2。在图3c中示出第一和第二致动器1、2在时间t上的长度变化之和。起始阶段从零时刻t0延伸至第二阶段的起始时刻TA。
在一种优选的实施形式中，与调节预应力并行地在起始阶段期间将变化的第一极化电压P1施加给第一致动器1，该第一极化电压P1的幅度围绕上升的第一均值波动。此外，在起始阶段期间将变化的第二极化电压施加给第二致动器，该第二极化电压的幅度围绕上升的第二均值波动。第一和第二极化电压以这样的方式相互匹配，使得第一和第二极化电压之和持续不断地增加到所规定的值。第一和第二极化电压可以具有不同的电压变化曲线。在图3a中示出了正弦曲线形式的第一和第二极化电压，所述正弦曲线相互相移90°。
由于第一极化电压P1的均值在起始阶段期间增加，所以第一致动器1的第一长度L1相应地改变第一长度变化W1，如图3b中所示。由于第二极化电压P2的均值在起始阶段期间增加，所以第二致动器2的第二长度L2相应地增大第二长度变化W2，如图3b中所示。由此作用于第一和第二致动器1、2上的预应力也因此不依赖于第一和第二保持元件5、6的相对位置而增加。
在第二阶段的起始时刻TA之后起始阶段结束时，第一和第二极化电压P1、P2已达到最大均值，其中第一和第二极化电压P1、P2围绕该最大均值波动。第一和第二极化电压P1、P2在起始阶段之后被如此构造，使得第一和第二极化电压P1、P2之和基本上在时间上是恒定的。因为极化电压之和基本上在时间上是恒定的，所以第一和第二致动器的长度变化之和(W1+W2)也基本上在时间上是恒定的，如图3c中所示。
在第一极化电压P1施加在第一致动器1上的情况下以及在第二极化电压P2施加在第二致动器2上的情况下，所期望的预应力由控制单元9通过调节保持元件5、6的距离而在起始阶段期间被调节到所期望的值。
因为两个致动器1、2的长度变化之和(W1+W2)在起始阶段之后基本上保持恒定，所以尽管第一和第二极化电压P1、P2围绕各自的均值波动，也不需要改变第一和第二保持元件之间的距离，以便将第一和第二致动器的最大预应力保持在所确定的值域内。
由此，第一和第二极化电压可以具有高的频率，第一和第二极化电压以该频率围绕各自的均值波动，而无须重新调节第一和第二保持元件的距离。由此可能的高的频率对于第一和/或第二致动器的极化而言是有利的。
图4示出所述方法的另一实施形式在起始阶段之后在起始时刻TA后的第二阶段中的特性曲线，在该起始时刻，第一和第二极化电压的锯齿形变化被选择作为曲线变化。在图4a中示出被施加到第一和第二致动器1、2上的第一和第二极化电压P1、P2的变化。在起始阶段之后，在起始时刻TA，具有最大值的第一极化电压P1施加在第一致动器1上。第二极化电压P2具有值0。
被输入给第一致动器1的第一极化电压P1和第二极化电压P2被如此构造，使得第一和第二极化电压之和基本上在时间上保持恒定。为此，曲线变化是相同的，然而这样被时移，使得第一和第二极化电压之和(P1+P2)基本上是恒定的。
在图4b中示出了极化电压P1、P2之和(P1+P2)。由于极化电压之和恒定，所以第一和第二致动器1、2的串联的总长度L也基本上是恒定的，其中由第一以及第二致动器1、2的第一长度11和第二长度12得出所述总长度。在图4c中示出了所述总长度L。只要作用于第一和第二致动器上的预应力不离开所规定的范围，就可以容忍总长度L的微小波动。
在第二阶段的起始时刻TA，第一和第二致动器1、2具有初始长度。第一和第二保持元件5、6彼此相距由控制单元9所确定的距离。此外，通过保持元件5、6对致动器1、2施加所期望的预应力FG。在起始时刻TA，最大极化电压Umax施加在第一致动器1上。在起始时刻TA，具有值0V的第二极化电压P2施加在第二致动器上。在起始时刻，第一和第二极化电压P1、P2之和对应于最大电压值Umax。该起始时刻已经是在起始阶段之后的第一方法步骤。接着，在第二方法步骤中，第二极化电压P2被升高到较高的值。极化电压P1、P2的较高和较低的值取决于所期望的极化过程。
在所示的实施例中，第一极化电压P1从最大电压值Umax被线性地降低，直到在第一时刻T1被降低到值0V。同时，第二极化电压P2从值0V被线性地提高，直到在第一时刻T1被提高到最大电压值Umax。在第一方法步骤期间、即在起始时刻TA和第一时刻T1之间，极化电压之和P1+P2基本上对应于最大电压值Umax。但是，根据实施形式，极化电压之和也可以微小地波动，如图4b的曲线图中所示。
总长度L应理想地在第一极化步骤期间、即在起始时刻TA和第一时刻T1之间基本上对应于起始值。然而，既可能由于在控制时的不精确性又可能由于第一和第二致动器1、2的材料特性的偏差而在第一极化步骤期间出现总长度的微小的变化或波动。图4d中所示的预应力F应在第一方法步骤期间基本上保持恒定。由于在控制时的不精确性或者第一和第二致动器1、2的不同的材料特性，也可能出现预应力的起始值FG的微小偏差。
接着，在第一和第二时刻T1、T2之间的第三方法步骤中，第一和第二极化电压P1、P2被保持恒定。
接着，在第二时刻T2之后的第四方法步骤中，第二极化电压P2被线性地降低，直到在第三时刻T3被降低到值0V。同时，从第二时刻T2出发，第一极化电压P1从值0V出发被提高，直到在第三时刻T3被提高到最大电压值Umax。极化电压的对称的转变被重复所确定的时间间隔，如从图4a中可以看出的那样。通过实验确定该所确定的时间间隔，其中该时间间隔被选择为这样长，直到达到了第一和/或第二致动器1、2的所期望的极化状态。
根据应用情况，第一和第二极化电压P1、P2被保持恒定的时间段可以被缩小或完全被略去。此外，代替线性变化，第一和第二极化电压P1、P2的变化也可以具有另外的时间变化特性、例如分级变化或指数变化或任意其它类型的变化。
因为在极化过程的起始阶段期间出现第一和第二致动器1、2的总长度L的变化，所以在一种有利的实施形式中第一和第二保持元件5、6的距离在起始阶段期间被增加。因此，该距离从初始值开始增加，直至在起始阶段结束时增加到终值。因此，总长度L在起始阶段期间也从初始值上升，直至在起始阶段结束时上升到终值。
作用于第一和第二致动器1、2上的预应力应基本上被保持在所确定的值域内。因此，允许围绕预应力的初始值FG的波动。在极化过程结束时，两个极化电压P1、P2被降低到值0，并且预应力随后同样被减小到值0。
被提供给第一和第二致动器的极化电压的频率取决于所使用的致动器1、2并且可以处于数百赫兹的范围内。
借助一个实例阐明了本发明，在该实例中第二致动器2被布置为与第一致动器1串联，该第二致动器2被构造为与第一致动器1基本上相同。这提供以下优点：第一和第二致动器1、2基本上具有相同的依赖于所施加的极化电压的长度变化特性。由此，不仅第一和第二致动器的长度的时间变化是相同的，而且第一和第二致动器在最大电压Umax的情况下所产生的最大偏转也是相同的。因此，可以将第一和第二极化电压P1、P2的基本上相同的、但是在时间上相互偏移的曲线变化用于第一和第二致动器的极化。通过这种方法，可以在极化过程中分别使用两个未被极化的致动器，使得在极化过程中同时使两个致动器极化。
在另一实施形式中，也可以串联连接不同的压电致动器。然而，这在极化时需要更高的花费，因为必须使用两个致动器的极化电压的不同曲线(Profile)，以便由两个致动器的长度之和所组成的总长度L在极化期间基本上保持恒定。在两个具有不同压电特性的致动器的情况下，极化电压的相应的曲线也不同地被构造。为了在压电致动器具有不同压电特性的情况下也保持预应力F被限制在所期望的范围内，也可以通过由压力传感器19检测预应力来实现极化电压P1、P2的调节。在此，控制单元9利用压力传感器19监控施加到第一和第二致动器上的压缩应力，并且这样调节两个致动器1、2的极化电压P1、P2，使得预应力F停留在所期望的范围内，并且仍然给第一和第二致动器提供脉冲调制的极化电压而且实现第一和第二致动器的剩余极化。然而，也可以将通过实验确定的曲线变化用于两个极化电压。
在另一优选的实施形式中，代替第二致动器2，也可以使用每一个其它的补偿元件，利用该补偿元件可以基本上补偿第一致动器1在极化过程期间的长度变化。该补偿元件例如可以由多个压电致动器构成，这些压电致动器相应地受控制单元9控制。然而，也可以使用补偿元件，该补偿元件基本上利用弹力起作用并且被构造为被动的补偿元件而且将预应力限制在最大值内。
图5示出一种有利的用于给第一和第二压电致动器1、2提供相应的极化电压的电路装置。在该实施例中，第一致动器1的第一导体14与第一电压U1相连接，而第二致动器2的第二导体15与第三电压U3相连接。第一电压U1和第三电压U3分别是恒定的并且具有电势差。在所选择的实施例中，第一和第三电压U1、U3是正的，其中第一电压U1具有最小电压值Umin，而第三电压U3具有最大电压值Umax。第一致动器1的第二导体15和第二致动器2的第一导体相互电连接，并且由控制单元9提供交流电压U2，该交流电压U2在最大电压值Umax和最小电压值Umin之间来回跳变。基于该有利的电路装置，足以给第一和第二致动器提供仅仅一个交流电压和两个恒定的、但不同的电压。以这种方式能够简单且低成本地在极化过程期间进行电压供给。

Claims (12)

1.用于使压电的第一致动器(1)极化的方法，其中所述第一致动器(1)包括被布置在两个端面(16，17)之间的多个压电层(11)，其中每个压电层被布置在两个电极(12)之间，其中将具有变化的电压值的电压施加到所述压电层(11)的电极(12)上以使所述压电层(11)极化，其中所述第一致动器(1)在极化期间被布置在两个保持元件(5，6)之间，
其特征在于，
压电的第二致动器(2)被布置为与所述第一致动器(1)串联，所述第二致动器(2)具有两个端面(16，17)，其中所述第一致动器的一个端面(16)与所述第二致动器(2)的一个端面(17)有效连接，以便由所述保持元件(5，6)通过外端面(17，16)给两个致动器(1，2)施加压缩应力，
分别给所述第一和第二致动器(1，2)提供变化的第一和第二电压以便极化，在极化的起始阶段之后，确定被施加到两个致动器(1，2)上的电压使得两个电压之和在时间上是恒定的，以便尽管所述第一和第二致动器(1，2)由于所述电压而产生长度变化，但两个致动器(1，2)的总长度在时间上被保持恒定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法被应用在喷油嘴中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一和第二电压在极化期间在最小值和最大值之间变化。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
在所述起始阶段期间，变化的第一和第二电压的最大值从初始值被提高到终值，并且
在所述起始阶段之后，在所述第一和第二致动器(1，2)的极化期间，所述第一和第二电压的幅度在所述终值和更低的值之间周期性地变化。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
将还未被极化的致动器用作第二致动器(2)，并由此在极化过程中同时使两个致动器(1，2)极化。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一和第二电压具有相同的频率，这样将所述第一和第二电压相移后再施加到所述第一和第二致动器(1，2)上，使得在所述起始阶段之后所述第一和第二电压之和保持恒定。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所确定的极化方向上使用电压脉冲，交替地给所述第一和第二致动器(1，2)提供电压脉冲，以及同时将所述第二和第一致动器(1，2)的电极置于相同的电势上。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
形成电压脉冲，使得所述第一致动器(1)的电极上的电压随时间的变化等于所述第二致动器(2)的电极上的电压随时间的变化，其中一个致动器(1)上的电压上升而同时另一个致动器(2)上的电压下降。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
一个保持元件(6)相对于另一个保持元件(5)可移动地被放置，所述第一和第二致动器(1，2)的在极化过程的起始阶段期间出现的长度变化通过移动可移动的保持元件(6)来补偿。
10.用于使压电的第一致动器(1)极化的装置，其中所述第一致动器(1)被夹紧在预夹紧保持装置(4)的两个保持元件(5，6)之间，其中所述第一致动器(1)经由控制线(10)与控制单元(9)相连接，其中经由所述保持元件(5，6)将预应力施加到所述第一致动器(1)上，
其特征在于，
在所述第一致动器(1)与保持元件(5，6)之间布置有压电的第二致动器(2)，所述第二致动器(2)经由第二控制线(21)与所述控制单元(9)相连接，所述控制单元(9)在极化过程期间在极化的起始阶段之后给第一和第二致动器(1，2)提供具有变化的幅度的极化电压，使得两个致动器(1，2)的由于所述极化电压而产生的长度变化相互补偿。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，
设置有压力传感器(19)，所述压力传感器(19)检测所述预应力(F)并且经由信号线(20)转发给所述控制单元(9)，所述控制单元(9)确定两个致动器(1，2)的极化电压，使得所测量的作用于两个致动器(1，2)上的预应力(F)在极化期间处于可预给定的值域内。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述两个保持元件(5，6)被保持在作用为预夹紧保持装置(4)的壳体(7)上，一个保持元件(6)通过电动机可移动地被保持在所述壳体(7)上，所述电动机经由控制线与所述控制单元(9)相连接，并且所述控制单元(9)在起始阶段期间改变可移动的保持元件(6)的位置，以便补偿所述第一和第二致动器(1，2)的、由于第一和第二电压的幅度的提高而出现的长度变化。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007037554A1 (de) * 2007-08-09 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Piezoelektrischer Aktor
US9099986B2 (en) 2011-09-30 2015-08-04 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Cross-sectional dilation mode resonators
FR2990998B1 (fr) 2012-05-23 2016-02-26 Continental Automotive France Procede de pilotage d'au moins un actionneur piezoelectrique d'injecteur de carburant d'un moteur a combustion interne
DE102012111972A1 (de) * 2012-12-07 2014-06-12 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
FR3002592B1 (fr) 2013-02-26 2016-09-16 Continental Automotive France Procede de pilotage d'un injecteur piezoelectrique de carburant d'un moteur a combustion interne de vehicule, comportant une etape de polarisation de l'actionneur piezoelectrique
CN103367631B (zh) * 2013-07-17 2014-12-31 华南理工大学 生物医用压电材料极化装置及方法
FR3009031B1 (fr) 2013-07-29 2015-08-21 Continental Automotive France Procede et dispositif de repolarisation d'un actionneur piezoelectrique d'un injecteur d'un moteur a combustion interne d'un vehicule ayant ete utilise
JP6475441B2 (ja) * 2014-09-01 2019-02-27 株式会社フジキン 圧電素子駆動式バルブ及び圧電素子駆動式バルブを備えた流量制御装置
CN104370556B (zh) * 2014-12-04 2016-11-23 湖南嘉业达电子有限公司 压电陶瓷在六氟化硫气体中的极化方法及其极化装置
DE102015013553B4 (de) 2015-10-20 2018-03-08 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Ansteuerung eines Stellelements
EP3451397A1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 Koninklijke Philips N.V. Actuator device and method

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3586743A (en) * 1965-05-04 1971-06-22 Philippe F Van Eeck Process for making solid state current limiters and other solid state devices
DE2740254C3 (de) * 1977-09-07 1980-02-28 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Verfahren und Anordnung zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen Elementen
US4375042A (en) * 1980-11-24 1983-02-22 Eastman Kodak Company Temperature gradient method of nonuniformly poling a body of polymeric piezoelectric material and novel flexure elements produced thereby
FR2522241A1 (fr) * 1982-02-22 1983-08-26 Thomson Csf Procede de fabrication de transducteurs polymeres piezoelectriques par forgeage
US5310511A (en) * 1992-03-24 1994-05-10 Eastman Kodak Company Method and apparatus for poling a planar polarizable body
DE19756182C2 (de) * 1997-12-17 1999-10-14 Siemens Ag Monolithisches piezokeramisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10028335B4 (de) * 2000-06-08 2004-04-01 Epcos Ag Verfahren zum Polarisieren einer Piezokeramik, Verfahren zur Herstellung eines Piezo-Aktors und Verwendung des Piezo-Aktors
JP3733861B2 (ja) * 2001-02-01 2006-01-11 株式会社村田製作所 積層圧電体の分極方法
DE10148603B4 (de) * 2001-10-02 2004-02-19 Siemens Ag Aktoreinheit mit wenigstens zwei Aktorelementen
JP4082053B2 (ja) * 2002-03-25 2008-04-30 株式会社村田製作所 積層圧電体の分極方法
DE102004001696A1 (de) * 2004-01-12 2005-10-27 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Korrelation zwischen einem ersten Zustand eines piezoelektrischen Bauteils und einem zweiten Zustand des Bauteils sowie Verwendung der Korrelation
ATE380398T1 (de) * 2005-09-16 2007-12-15 Delphi Tech Inc Verfahren zur polarisierung ferroelektrischer materialien
US7652815B2 (en) * 2006-09-08 2010-01-26 Necsel Intellectual Property, Inc. Mobile charge induced periodic poling and device

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