CN103262273A

CN103262273A - 激励器、激励器系统和对激励器的操控

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Publication number: CN103262273A
Application number: CN2011800617650A
Authority: CN
Inventors: J.施密特
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP5837612B2; CN103262273B; US20130342083A1; EP2656408A1; WO2012084957A1; DE102010055621A1; EP2656408B1; JP2014501478A; US9419199B2

Abstract

激励器（1），具有-堆叠状布置的压电元件（16），-第一和第二内电极（5，3），其交替布置在所述压电元件（16）之间，-第一外电极（4），其与第一内电极（5）导电连接，-第二外电极（2），其与第二内电极（3）导电连接，其特征在于，所述激励器（1）包括多个激励器片段（81、82、83、84、85），并且第二外电极（2）包括单独的电极段（21、22、23），所述电极段分别与激励器片段（81、82、83、84、85）之一中的或者一组激励器片段（81、82、83、84、85）中的第二内电极（3）导电连接。

Description

激励器、激励器系统和对激励器的操控

背景技术

激励器、例如多层激励器用于不同领域，一个示例是发动机的喷射系统。激励器包括在施加电压时伸展的压电元件。对于喷射系统来说，期望在越来越高的冲程情况下具有越来越快的切换时间的激励器。这两种要求互相矛盾：对于更高的冲程来说，由于激励器中的陶瓷的最大伸展性，也需要更长的激励器。激励器用于伸展的速度取决于激励器中的声速。由于激励器中有限的声速，随着激励器的长度增加，激励器的切换时间也更长。伸展在激励器内以弹性波的形式传播。在此，每个单个域、也即每个伸展的压电元件都是部分波的源。它们最终叠加成总变形。由于部分波从其形成的位置直至激励器顶端的不同传播时间，在激励器的操控电压具有理想陡度的情况下也得出激励器伸展的最小翻转时间（Flankenzeit），也就是激励器伸展之前的、出于物理原因不能被低于的时间。

用于即使有上述限制也达到较高冲程的两种方法使用比较短的激励器并且由此随之而来具有短的切换时间。冲程或者所需的调整行程可以通过借助于摇转杆的机械变换或者通过借助于液压放大器的机械变换来实现。

发明内容

任务是提供一种就上述方面有所改善的激励器。

该任务通过具有权利要求1的特征的激励器来解决。规定一种激励器，其具有堆叠状布置的压电元件；第一和第二内电极，其交替布置在所述压电元件之间；第一外电极，其与第一内电极导电连接；以及第二外电极，其与第二内电极导电连接。所述激励器包括多个激励器片段，并且第二外电极包括单独的电极段，所述电极段分别与激励器片段之一中的或者一组激励器片段中的第二内电极导电连接。每个电极段仅仅与第二内电极的部分中的一个导电连接。单独的、彼此不接触或相互不直接导电连接的电极段允许时间偏移地操控激励器片段，使得伸展过程不对于所有压电元件同时展开，而是时间上有偏移。

激励器包括多个片段，这些片段分别具有被时间偏移地操控的压电元件和内电极。所述操控对于整个激励器的所有区域不同时进行，而是对于激励器的各个片段时间偏移地进行。所述时间偏移被有利地选择为，使得其精确地对应于激励器中的声速。由此，在激励器伸展时弹性部分波彼此重叠为，使得对于激励器的伸展来说得出比在同时操控外电极时明显更短的翻转时间。翻转时间的下限不再受到整个激励器的长度的限制，而是受到各个区域的长度的限制。

本发明的其他有利构型在从属权利要求中说明。

在一个实施例中，第一外电极也包括单独的电极段，所述电极段分别仅仅与第一内电极的一部分、即与激励器片段之一中的或者一组激励器片段中的第一内电极导电连接。设置两个经分割的外电极允许在设计激励器时有更大的自由度。第一和第二外电极处的段的划分可以一致。可替换地，分割是不对称的。

电极段在一个实施例中分别与相邻激励器片段中的或者第一内电极或者第二内电极导电连接。这能够在经分割的第一外电极和经分割的第二外电极情况下实现，使得第一外电极的第一电极段与第一激励器片段和与该第一激励器片段相邻的第二激励器片段中的第一内电极导电连接，并且第二外电极的第二电极段与第二激励器片段和与该第二激励器片段相邻的第三激励器片段中的第二内电极导电连接。换句话说：第一和第二外电极彼此偏移地布置，使得它们在相同的以及不同的激励器片段中导电接触内电极。

在一个实施例中，至少第二外电极的电极段分别包括端子，在这些端子处能施加操控信号。时间偏移的操控信号使得能够时间偏移地操控激励器片段。在经分割的第一外电极情况下，其段也具有端子。

激励器系统包括激励器和控制装置，借助于所述控制装置能将第一操控信号施加在激励器片段之一处，并且第二操控信号能时间偏移地施加在另一激励器片段处。

激励器可以在一个方向上伸展，例如由于激励器在激励器末端处的固定。第一激励器片段在该方向上相对于第二激励器片段布置，其中控制装置适合于相对于将第二操控信号施加在第二激励器片段处有时间延迟地将第一操控信号施加在第一激励器片段处。

当仅仅设置一个经分割的外电极时，控制装置将控制信号施加在该外电极的电极段处并且另外的外电极可以与参考电势连接。在两个经分割的外电极情况下，控制装置适合于为与第一内电极连接的电极段和与第二内电极连接的电极段施加相对于参考电势具有不同符号的电压。将不同的操控信号施加在两个外电极上使得能够更好地、更灵活地操控激励器。

所述时间偏移根据激励器中的声速来选择，以便平衡部分波的传播时间差。

规定一种对激励器的操控，所述激励器具有堆叠状布置的压电元件、交替布置在压电元件之间的第一和第二内电极，其中激励器包括多个激励器片段，在第一激励器片段中或者在第一组激励器片段中的第一和第二内电极之间施加第一操控电压，在第二激励器片段或者在第二组激励器片段中的第一和第二内电极之间施加第二操控电压，所述第一操控电压相对于所述第二操控电压有时间偏移。

激励器可以在一个方向上伸展，其中第一激励器片段在该方向上相对于第二激励器片段布置，并且其中第一操控电压相对于第二操控电压有时间延迟。

附图说明

下面参照附图根据实施例阐述本发明。

图1示出没有经分割的外电极的激励器的实施例，

图2示出用于该激励器的操控电压的时间变化曲线，

图3示出具有经分割的外电极的激励器的实施例，

图4示出同一实施例的透视图，

图5示出同一实施例的示意性截面图，

图6示出施加在电极段处的操控电压的时间变化曲线，

图7示出具有经分割的两个外电极的激励器的另一实施例，

图8示出施加在电极段处的操控电压的时间变化曲线。

具体实施方式

图1示出具有堆叠状布置的压电元件16的传统的多层激励器1的示意性截面图。第一内电极5和第二内电极3交替布置在压电元件16之间。第一内电极5与第一外电极4导电连接。第二内电极3与第二外电极2导电连接。第一和第二内电极5和3分别引导至激励器1的外侧并且在那里与第一外电极4或第二外电极2导电连接。这例如可以通过压印金属膏或者通过焊接金属板来进行，所述金属板构成外电极4，2。

第一外电极4与参考电势7连接。控制装置6将操控信号、例如时变的操控电势施加到第二外电极2处，使得在第一和第二内电极之间有操控电压U，激励器1根据该操控电压U伸展或压缩。

图2示例性示出操控信号或电压U随时间t的变化曲线。信号U的上升具有有限的斜率。

通过施加操控电压Ｕ，激励器１经历冲程。激励器１的伸展在有限的时间中进行。该伸展在激励器１内以弹性波的形式传播。在此，每个单个域或者压电元件１６都是部分波的源。它们彼此重叠，由此结果得到总变形。由于部分波从其形成的位置直至激励器顶端的不同传播时间，在操控无限陡的情况下也得出伸展过程所需的、出于物理原因不能被低于的时间。激励器1越长并且冲程越大，则该时间也越大。

图3示出具有第一外电极4和经分割的第二外电极2的多层激励器1的实施例，该经分割的第二外电极2具有单独的电极段21、22、23。这些单独的电极段21、22、23在空间上彼此分开。这些电极段既不彼此直接导电连接也不互相接触。第一外电极4与参考电势7连接。电极段21、22、23分别具有端子210、220、230，经由这些端子这些电极段与控制装置6连接。经由端子210、220、230可施加操控信号。

图4以三维图示示出具有激励器1和控制装置6的激励器系统。

图5示出激励器1的示意性截面图。该激励器1包括第一和第二内电极5、3，这些内电极与第一外电极4或第二外电极2导电连接。激励器1包括多个激励器片段81、82、83。每个轴向延伸的激励器片段81、82、83与电极段21、22、23的轴向伸展相对应。第一电极段21与第一激励器片段81中的第二内电极3导电连接。第二电极段22与第二激励器片段82中的第二内电极3导电连接。第三电极段23与第三激励器片段83中的第二内电极3导电连接。相反，三个激励器片段81、82、83中的第一内电极5与同一连续的第一外电极4导电连接。

图6示意性示出施加在激励器1的电极段21、22、23处的操控信号或电压U1、U2、U3的时间变化曲线。在第一电极段21的端子210处施加第一操控电压U1。在第二电极段22的端子220处施加第二操控电压U2。在第三电极段23的端子230处施加第三操控电压U3。操控电压U1、U2、U3是时间延迟的，从而激励器片段81、82、83被越迟操控。则这些激励器片段就越接近激励器顶端。激励器1在激励器末端或者第三激励器片段83处固定。换句话说，在激励器伸展方向上相对于另一激励片段布置的一个激励器片段81、82、83被延迟操控：首先操控第三激励器片段83，然后是第二激励器片段82，然后是第一激励器片段81。在此将时间偏移选择为使得该时间偏移对应于激励器1中的声速。在此，激励器片段81、82、83的各个部分波彼此叠加，使得得出明显更短的伸展时间。该伸展时间的下限不再受到激励器长度的限制，而是受到各个激励器片段81、82、83的长度的限制。

图7示出具有经分割的第一外电极4和经分割的第二外电极2的激励器1的另一实施例。第一外电极4具有在该情况下不同长度的第一、第二和第三电极段41、42、43。第二外电极2具有在该情况下不同长度的第一、第二和第三电极段21、22、23。激励器片段81、82、83、84、85在电极段21、22、23、41、42、43之间的切口之间轴向延伸。激励器1在激励器末端或第五激励器片段85处固定。在每个电极段21、22、23、41、42、43与其导电连接的内电极中有两个内电极在边缘侧（randseitig）定位，即与电极段21、22、23、41、42、43导电连接的上内电极和下内电极。激励器片段81、82、83、84、85在两个相邻的、在边缘侧定位的内电极之间延伸，其中这些内电极可以与相同的或者与不同的电极段21、22、23、41、42、43导电连接。第一激励器片段81沿着第一外电极1的第一电极段41轴向延伸。第二激励器片段82从第一外电极1的第二电极段42的在边缘侧定位的内电极轴向延伸直至第二外电极2的第一电极段21。因为第一外电极的段41、42、43布置为使得它们相对于第二外电极2的电极段21、22、23错开地布置，因此电极段21、22、42、43与相邻激励器片段81、82、83、84、85的内电极导电连接。因此，例如第二外电极2的第一电极段21导电地与第一和第二激励器片段81、82的第二内电极导电连接。第一外电极4的第二电极段42导电地与第二和第三激励器片段82、83中的第一内电极5导电连接。

图8示出由图7中的控制装置6提供的控制信号或参考电势（Bezugspotenzial）U1、U2、U3、U4、U5、U6相对于基准电势（Referenzpotenzial）的时间变化曲线。第一操控电压U1施加在第一外电极4的第一电极段41的端子410处。第三操控电压U3施加在第一外电极4的第二电极段42的端子420处。第五操控电压U5施加在第一外电极4的第三那电极段43的端子430处。第二操控电压U2施加在第二外电极2的第一电极段21的端子210处。第四操控电压U4施加在第二外电极2的第二电极段22的端子220处。第六操控电压U6施加在第二外电极2的第三电极段23的端子230处。第一、第三、第五操控电压U1、U3、U5的符号与第二、第四和第六操控电压U2、U4、U6的符号相反。

通过第六操控电压U6的上升，第五激励器片段85首先被操控。随着施加在第一外电极4的第三电极段43处的第五操控电压U5的上升，不但第五激励器片段85的第一和第二内电极5、3之间的电压提高，因为电势差提高，而且也开始操控第四激励器片段84。随着施加在第二外电极2的第二电极段22处的第四操控电压U4的上升，不但第四激励器片段84的第一和第二内电极5、3之间的电压提高，因为电势差提高，而且也开始操控第三激励器片段83。该操控依次地对于其他激励器片段继续。

非边缘侧的激励器片段82、83、84由于外电极4、2的段21、22、23、41、42、43的重叠布置分别在两个步骤中被操控。

应当注意，在端子210、220、230、410、420、430处的电压上升或电压下降的时间顺序对于伸展和压缩是相同的，但是在单个端子210、220、230、410、420、430处的电压上升或电压下降在伸展和压缩时就其符号而言有区别。

应当注意，实施例的特征可组合。

附图标记

1 激励器

4、2 外电极

5、3 内电极

6 控制装置

7 参考电势

16 压电元件

21、21、23、41、42、43 电极段

81、82、83、84、85 激励器片段

210、210、230、410、420、430 端子。

Claims

1.激励器（1），具有

-堆叠状布置的压电元件（16），

-第一和第二内电极（5，3），其交替布置在所述压电元件（16）之间，

-第一外电极（4），其与第一内电极（5）导电连接，

-第二外电极（2），其与第二内电极（3）导电连接，

其特征在于，

所述激励器（1）包括多个激励器片段（81、82、83、84、85），并且第二外电极（2）包括单独的电极段（21、22、23），所述电极段分别与激励器片段（81、82、83、84、85）之一中的或者一组激励器片段（81、82、83、84、85）中的第二内电极（3）导电连接。

2.根据权利要求1的激励器（1），

其特征在于，

第一外电极（4）包括单独的电极段（41、42、43），所述电极段分别与激励器片段（81、82、83、84、85）之一中的或者一组激励器片段（81、82、83、84、85）中的第一内电极（5）导电连接。

3.根据权利要求1或2的激励器（1），

其特征在于，

电极段（21、22、23、41、42、43）分别与相邻激励器片段（81、82、83、84、85）中的或者第一内电极（5）或者第二内电极（3）导电连接。

4.根据前述权利要求之一的激励器（1），

其特征在于，

第一电极段（42、43）与第一激励器片段以及与该第一激励器片段相邻的第二激励器片段（82、83；84、85）中的第一内电极（5）导电连接，并且第二电极段（21、22）与第二激励器片段以及与该第二激励器片段相邻的第三激励器片段（82、81；84、83）中的第二内电极（3）导电连接。

5.根据前述权利要求之一的激励器（1），

其特征在于，

至少第二外电极（2）的电极段（21、22、23）分别包括端子（210、220、230），在这些端子处能施加操控信号（U1、U2、U3、U4、U6）。

6.具有根据前述权利要求之一的激励器（1）和控制装置（6）的激励器系统，借助于所述控制装置能将第一操控信号（U1、U2、U3、U4、U5、U6）施加在激励器片段（81、82、83、84、85）之一或者一组激励器片段（81、82、83、84、85）处，并且第二操控信号（U1、U2、U3、U4、U5、U6）能有时间偏移地施加在另一激励器片段（81、82、83、84、85）或另一组激励器片段（81、82、83、84、85）处。

7.根据权利要求6的激励器系统，

其特征在于，

激励器（1）能在一个方向上伸展并且第一激励器片段（81、82、83、84、85）在该方向上相对于第二激励器片段（81、82、83、84、85）布置，其中控制装置（6）适合于相对于将第二操控信号（U1、U2、U3、U4、U5、U6）施加在第二激励器片段（81、82、83、84、85）处有时间延迟地将第一操控信号（U1、U2、U3、U4、U5、U6）施加在第一激励器片段（81、82、83、84、85）处。

8.根据权利要求6或7的激励器系统，

其特征在于，

控制装置（6）适合于为与第一内电极（5）连接的电极段（41、42、43）和与第二内电极（3）连接的电极段（21、22、23）施加相对于参考电势（7）具有不同符号的电压（U1、U2、U3、U4、U5、U6）。

9.根据权利要求6至8之一的激励器系统，

其特征在于，根据激励器（1）中的声速选择时间偏移。

10.对激励器（1）的操控，所述激励器具有堆叠状布置的压电元件（16）、交替布置在压电元件（16）之间的第一和第二内电极（5、3），其中激励器（1）包括多个激励器片段（81、82、83、84、85）并且在第一激励器片段（81、82、83、84、85）中或者在第一组激励器片段（81、82、83、84、85）中的第一和第二内电极（5、3）之间施加第一操控电压，在第二激励器片段（81、82、83、84、85）中或者在第二组激励器片段（81、82、83、84、85）中的第一和第二内电极（5、3）之间施加第二操控电压，所述第一操控电压相对于所述第二操控电压有时间偏移。

11.根据权利要求10的操控，

其特征在于，

激励器（1）能在一个方向上伸展，其中第一激励器片段（81、82、83、84、85）在该方向上相对于第二激励器片段（81、82、83、84、85）布置，并且其中第一操控电压相对于第二操控电压有时间延迟。

12.根据权利要求10或11的操控，

其特征在于，

根据激励器（1）中的声速来选择所述时间偏移。