CN101501877A - 作为三形体构成的压电陶瓷弯曲转换器的电子控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种作为三形体构成的压电陶瓷弯曲转换器的电子控制装置，其中设置有一个由两个电阻支路(18，19)组成的、由第一电压源(Ust1)加电压的第一分压器(17)，该分压器的第一电阻支路(18)连接三形体(10)的第一压电陶瓷板(11)和其中间层(13)；此外，设置有一个由两个电阻支路(25，19)组成的第二分压器(24)，该分压器的第一电阻支路(25)连接三形体(10)的第二压电陶瓷板(12)和其中间层(13)；第一分压器(17)的第二电阻支路(19)也构成第二分压器(24)的第二电阻支路(19)，这样，用一个电压源就可实现一块压电陶瓷板被施加拉应力和另一块压电陶瓷板被施加压应力，因此弯曲运动通过两块压电陶瓷板支持，从而只须施加很小的电压。

Description

作为三形体构成的压电陶瓷弯曲转换器的电子控制装置
技术领域
本发明涉及一种作为三形体构成的压电陶瓷弯曲转换器的电子控制装置，该弯曲转换器由两块压电陶瓷板组成，其间布置一层无源中间层。
背景技术
按熟知的方式对这种三形体在一个方向内进行机械弯曲时，在第一块压电陶瓷板上连接一个电压源，并把一个电压源接到另一块压电陶瓷板上进行另一个方向的机械弯曲。但也可通过合适的转换装置把电压源的电压或者施加到一块压电陶瓷板上或者施加到另一块压电陶瓷板上，在所有情况中，对应的另一块压电陶瓷板是无源的。
发明内容
本发明的目的在于在机械弯曲过程中两块压电陶瓷板都接通，而不增加电压源的数。
根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的控制装置来实现的。
通过两个分压器以有利的方式只用一个电压源来实现三形体的双极性控制，在这种控制下，两个陶瓷都是有源的。这样，在一个压电陶瓷板内产生拉应力，并在另一块压电陶瓷板内通过其反极性而可同时产生压应力，所以受拉应力作用的压电陶瓷受力较小，一方面是因为必须施加较小的电压，另一方面则是另一块压电陶瓷板支持了弯曲过程。尽管如此，但对一个方向内的弯曲过程只需要一个电压源。
所以用于每块压电陶瓷板都受力较小，这就提高了使用寿命并产生很小的磨损现象。
通过从属权利要求中列出的诸多措施可使权利要求1给定的电子控制装置得到进一步的改进。
两个分压器的两个第一电阻支路最好分别具有一个二极管和一个电阻元件的串联电路。也可按有利的方式用一只齐纳二极管代替电阻元件，齐纳二极管对过电压构成附加的防护。其中二极管和齐纳二极管分别是反极性连接的。这两个第一电阻支路的两个二极管的阴极直接地或间接地即例如通过一个电阻相互连接，以便获得要求的反向电压。
还可把另一个电阻元件连接到第一电阻支路和压电陶瓷板之间来进行电压或电流限制。
为了能在两个方向内进行弯曲运动，第二分压器可与第二电压源连接，其中两个电压源可交替接通来产生两个反向的弯曲运动。另一种办法是，也可例如用一个转换开关来把第一电压源转接到第一或第二分压器，这样，即使在两个方向进行弯曲运动时也只需要一个唯一的电压源。
三形体以特殊的方式适用作为阀门的阀开关元件。其中所需的电子元件适合布置在阀门的柔性导体上，而且这种柔性导体通常总是存在的。
附图说明
本发明的两个实施例示于附图中并在下面予以详细说明。附图表示：
图1第一实施例的电路图；
图2说明动作方式的电压图；
图3本发明第二实施例的电路图；
图4说明图3实施例的动作方式的电压图。
具体实施方式
在图1中示意示出的、作为三形体10构成的压电陶瓷弯曲转换器按熟知的方式由两块在其间布置一层中间层13的压电陶瓷板11、12组成。其中，中间层13的衬底材料一般与压电陶瓷板11、12粘接或按其他方式固定其上。按照压电陶瓷板11、12和中间层13的数目，三形体10有三个电接头14～16。
第一电压源17有两个电阻支路18、19，其中第一电阻支路18由一个电阻元件20与一个二极管21串联组成，第二电阻支路19则由一个电阻元件22组成。分压器17的其他熟知的方案原则上也是可用的。
电阻支路18、19之间的分压器17的抽头通过电接头16与无源中间层13连接。第一电阻支路18的另一连接端则通过另一电阻元件23和电接头14与第一压电陶瓷板11连接。
第二分压器24由两个电阻支路25、29组成。其中第一电阻支路25与第一分压器17的第一电阻分压器18对称并也由一个电阻元件26与一个二极管27串联组成。两个分压器17、24具有同一个第二电阻支路19。第二分压器24的第一电阻支路25相应地通过一个电阻元件28和电接头15与第二压电陶瓷板12连接。
整个装置例如可布置在一个流体控制阀29中，其中三形体10构成阀开关元件。电子元件例如集成在阀29的通常是现成的柔性导体上，这例如可从EP 171 7500 A1得知。如果三形体10只在一个弯曲方向内进行弯曲过程，则只须一个电压源Ust1连接到第一分压器17。这时的电压情况示于图2曲线图的左半图中。其中电压UC1为第一压电陶瓷板11和中间层13之间的电压，而用虚线示出的反极性连接的电压UC2则是第二压电陶瓷板12和中间层13之间的电压。这两个电压UC1和UC2用电压源Ust1和两个分压器17、24来产生，这时中间层的电压通过分压器17、24升高。其中，在压电陶瓷板11中产生拉应力，而在压电陶瓷板12中则产生压应力，所以两块陶瓷板11、12在相同的弯曲方向内产生运动。
如果第二电压源Ust2连接到第二分压器24上，而第一分压器Ust1断开，则情况正好相反，且三形体10在反方向内产生弯曲运动。这时电压情况示于图2的右半图中。
两个二极管21、27反极性连接，也即其阴极相互连接。但这种连接也可间接地通过至少一个电阻元件来实现。这两个二极管防止在Ust2变成0时的电压Ust1的短路，以及相反的情况。
如果需要三形体10在两个相反的弯曲方向内产生弯曲运动，则也可不用两个电压源Ust1和Ust2而只用一个电压源，在这种情况下，这个电压源通过一个未示出的转换开关有选择地连接到两个分压器17和24上。
在作为阀元件构成时例如在作为3/2方向阀构成的流体控制阀29时就需要三形体的这种弯曲运动，而在2/2方向阀时则只需一个弯曲方向的弯曲运动。
在图3所示的第二实施例中，相同的或作用相同的元件沿用相同的附图标记，并不再赘述。在变型的第一分压器17’中，变型的第一电阻支路18’只取代第一电阻支路18并具有一个齐纳二极管30以取代电阻元件20。变型的第二分压器24’的变型的第一电阻支路25’相应地具有一个齐纳二极管31。
通过这两个齐纳二极管30、31产生的不同于图2的电压变化如图4所示。齐纳二极管30、31构成附加的过电压防护。电压UC1和UC2在两个弯曲方向内被限制到200伏，当然这只是一个例子。其中总是受压应力作用的压电陶瓷板一直到电压源Uts1或Uts2的200伏电压都保持恒定，然后下降到-50伏的值。这意味着受压应力作用的压电陶瓷板总是只有在电压超过200伏时才接通来支持运动。通过分压器17，24的元件选择可按要求的方式调节电压情况。

Claims (10)

1.由两块在其间布置一层无源中间层(13)的压电陶瓷板(11、12)组成的作为三形体(10)构成的压电陶瓷弯曲转换器的电子控制装置，带有由两个电阻支路(18，18’，19)组成的、由第一电压源(Ust1)加电压的第一分压器(17，17’)和由两个电阻支路(25，25’，19)组成的第二分压器(24；24’)，其中第一电阻支路(18、18’)连接第一压电陶瓷板(11)和中间层(13)，第一电阻支路(25，25’)连接第二压电陶瓷板(12)和中间层(13)，且第一分压器(17，17’)的第二电阻支路(19)也构成第二分压器(24，24’)的第二电阻支路(19)。
2.按权利要求1的控制装置，其特征为，两个第一电阻支路(18，25)分别具有一只二极管(21，27)和一个电阻元件(20，26)的串联电路。
3.按权利要求1的控制装置，其特征为，两个第一电阻支路(18’，25’)分别具有一只二极管(21，27)和一个齐纳二极管(30，31)的串联电路。
4.按权利要求3的控制装置，其特征为，二极管(21，27)和齐纳二极管(30，31)分别反极性连接。
5.按权利要求2至4任一项的控制装置，其特征为，两个第一电阻支路(18，25；18’，25’)的两个二极管(21，27)的阴极直接地或间接地相互连接。
6.按前述权利要求任一项的控制装置，其特征为，在第一电阻支路(18，25；18’，25’)和压电陶瓷板(11，12)之间分别连接一个电阻元件(23，28)。
7.按前述权利要求任一项的控制装置，其特征为，第二分压器(24；24’)与第二电压源(Ust2)连接，其中电压源(Ust1或Ust2)可交替地接通。
8.按权利要求1至6任一项的控制装置，其特征为，第一电压源(Ust1)可转换地连接到第一分压器(17；17’)上或第二分压器(24；24’)上。
9.按前述权利要求任一项的控制装置，其特征为，三形体(10)作为阀(29)的阀开关元件构成。
10.按权利要求9的控制装置，其特征为，电子元件布置在或集成在阀(29)的柔性导体上。
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