JP2000029527A - 所望の通りに伸長するように圧電素子を制御するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の通りに伸長するように圧電素子を制御
するための方法及び装置を改善し、簡単なやり方で効率
的にしかも他の過程又はコンポーネントを妨害すること
なしに所望通りに圧電素子が伸長されるように構成する
ことである。 【解決手段】 上記課題は、圧電素子を充電するために
使用される電圧をその都度の要求に応じて調整すること
又は複数の異なる高さの電圧から選択することによって
解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は所望の通りに伸長す
るように圧電素子を制御するための方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ここで詳しく考察する圧電素子は専らと
いうわけではないがとりわけアクチュエータ乃至は調整
素子として使用される圧電素子である。圧電素子はこの
ような目的のために使用される。というのも、これら圧
電素子は周知の通り印加される電圧に依存して収縮又は
伸長する特性を有するからである。

【０００３】圧電素子による調整素子の実用的な実現
は、当該調整素子が高速な及び/又は頻繁な運動を実施
する必要がある場合にとりわけ有利である。

【０００４】調整素子としての圧電素子の使用はとりわ
け内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて有利であることが
証明されている。燃料噴射ノズルにおける圧電素子の使
用可能性については例えばＥＰ０３７１４６９Ｂ１及び
ＥＰ０３７９１８２Ｂ１を参照のこと。

【０００５】圧電素子は容量性負荷であり、この容量性
負荷は先に示したようにその都度の充電状態乃至はこの
圧電素子で発生する電圧又は印加される電圧に相応して
収縮及び伸長する。

【０００６】圧電素子の充放電はとりわけ誘導性特性を
有する構成素子、例えばコイルを介して行われる。この
コイルはまず第１に充電の際に発生する充電電流及び放
電の際に発生する放電電流を制限することに使用され
る。このような装置は図２に示されている。

【０００７】充電乃至は放電される圧電素子は図２では
参照符号１０１で示されている。この圧電素子は充電ス
イッチ１０２を介してオンできる充電電流回路及び放電
スイッチ１０６を介してオンできる放電電流回路の構成
部分であり、この充電電流回路は充電スイッチ１０２、
ダイオード１０３、充電コイル１０４、圧電素子１０１
及び電圧源１０５の直列回路から構成され、放電電流回
路は放電スイッチ１０６、ダイオード１０７、放電コイ
ル１０８及び圧電素子１０１の直列回路から構成され
る。

【０００８】充電電流回路のダイオード１０３は、この
充電電流回路において圧電素子を放電する電流が流れる
のを阻止する。放電電流回路のダイオード１０７はこの
放電電流回路に圧電素子を充電する電流が流れるのを阻
止する。

【０００９】通常はオフ状態の充電スイッチ１０２がオ
ンされると、充電電流回路に充電電流が流れ、この充電
電流によって圧電素子１０１は充電される。圧電素子１
０１に蓄積される電荷乃至はこれによってこの圧電素子
で発生する電圧、すなわちこの圧電素子１０１の瞬時の
外部寸法はこの圧電素子１０１のこの充電の後では基本
的に不変のまま保持される。

【００１０】通常は同様にオフ状態の放電スイッチ１０
６がオンされると、この放電電流回路に放電電流が流
れ、この放電電流によって圧電素子１０１は放電され
る。この圧電素子の充電状態乃至はこれによってこの圧
電素子で発生する電圧、すなわちこの圧電素子１０１の
瞬時の外部寸法はこの圧電素子１０１のこの放電の後で
は基本的に不変のまま保持される。

【００１１】圧電素子のこのような充放電は有利であ
る。というのも、このような充放電は、この充電電流回
路にも放電電流回路にも取り立てて言うほどのオーム抵
抗がないので損失電力が少なくほんの僅かな発熱だけで
行われるからである。

【００１２】しかし、他方でこの充放電の際に充放電の
量を制御することはできない。充電コイル１０４及び圧
電素子１０１乃至は放電コイル１０８及び圧電素子１０
１は、この圧電素子の充電乃至は放電の際にＬＣ直列振
動回路を形成し、この圧電素子は最初の振動回路振動の
最初の電流半波によってのみ充電乃至は放電される。
（振動回路の後続の振動は充電電流回路及び放電電流回
路に含まれるダイオード１０３乃至は１０７によって阻
止される。）このこと自体はまた結果として次のことを
伴う。すなわち、充電及び放電の量は基本的に専ら（動
作中には変更不能な）振動回路素子の技術的データ（よ
りくわしく言えば、充電乃至は放電コイルのインダクタ
ンス及び圧電素子のキャパシタンス）によって決定され
てしまう。

【００１３】しかし、所定の適用例（例えば圧電素子が
アクチュエータとして内燃機関の燃料噴射ノズルに使用
される場合）に対して様々な、場合によっては変化する
伸長をできるだけ正確に圧電素子に生じさせることがで
きることが必要である。

【００１４】これは、例えば図２のような充放電回路を
使用する際に圧電素子の充電及び/又は放電が次のよう
に(タイミング制御されて)行われるならばどうにか可能
である。すなわち、充電コイル１０４及び放電コイル１
０８がもはや又はもはや絶対にまず第１に振動回路素子
としてではなくエネルギバッファとして作用し、このエ
ネルギバッファは繰り返し交互に（充電の際には）電流
供給源によって乃至は（放電の際には）圧電素子によっ
て供給される電気エネルギを（磁気エネルギの形式で）
蓄積し、さらにこの蓄積されたエネルギを電気エネルギ
の形式で（充電の際には）圧電素子に送出し乃至は（放
電の際には）どこか他の所に送出し、このエネルギ蓄積
及びエネルギ送出の時点及び持続時間（つまりは量）が
相応のスイッチの操作によって決定されるように(タイ
ミング制御されて)行われるならばどうにか可能であ
る。

【００１５】これによって、圧電素子は任意の数の、任
意の大きさの、任意の時間間隔で連続する段階において
所望どおりに大きく充放電される。

【００１６】この結果として充電及び/又は放電の量も
時間経過も所望の通りに、しかもコイル及び圧電素子の
技術的データに十分に依存せずに制御できる。

【００１７】しかし、タイミング制御された充電及び/
又は放電は相対的に高いコストを必要とし、さらに場合
によっては電磁的な妨害の原因となりうる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、所望の通りに伸長するように圧電素子を制御するた
めの方法及び装置を改善し、簡単なやり方で効率的にし
かも他の過程又は他のコンポーネントを妨害することな
しに所望通りに圧電素子が伸長されるように構成するこ
とである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、方法におい
ては、圧電素子を充電するために使用される電圧をその
都度の要求に応じて調整すること又は複数の異なる高さ
の電圧から選択することによって解決される。

【００２０】装置においては、この装置が圧電素子を充
電するために使用される電圧をその都度の要求に応じて
調整すること又は複数の異なる高さの電圧から選択する
ことによって解決される。

【００２１】

【発明の実施の形態】様々な大きさの電圧を圧電素子を
充電するために使用することが可能になることによっ
て、圧電素子が充電によってどのくらいの電圧に充電さ
れるのか乃至はどのくらい圧電素子が伸長するのか、と
いうことを制御することができる。

【００２２】これによって、まず最初に、例えば振動回
路として作用する又は動作する充電電流回路を介して圧
電素子を充電する場合にはこれまでは充電過程を制御で
きなかったが、このような充電方法においても充電の時
間経過及び充電量を的確に制御することができる。この
場合、たとえ振動回路として作用する又は動作する充電
電流回路を介して圧電素子を充電する場合でも段階的な
充電を実施することができる。これは所定の適用に対し
て大きな利点である。

【００２３】振動回路として作用する又は動作する充電
電流回路を介して圧電素子を充電する場合でも充電過程
への制御及び段階的な充電が可能であるということは、
とりわけ有利である。というのも、圧電素子のこのよう
な充電はとりわけ損失電力が少なくかつ妨害なしに実施
されるからである。

【００２４】圧電素子はこうして簡単なやり方で効率的
にしかも他の過程又は他のコンポーネントを妨害するこ
となしに任意の数の、任意の大きさの、任意の時間間隔
で連続する段階において所望通りに伸長される。

【００２５】本発明の有利な実施形態は従属請求項、以
下の記述及び図面から得られる。

【００２６】

【実施例】本発明を次に図面を参照しつつ実施例に基づ
いて詳しく説明する。

【００２７】以下において詳しくその充電及び放電が記
述される圧電素子は例えば内燃機関の燃料噴射ノズル
（例えばいわゆるコモンレールインジェクタ）において
調整素子として使用される。しかし、圧電素子のこのよ
うな使用にはいかなる制約も存在しない。この圧電素子
は基本的に任意の装置で任意の目的のために使用でき
る。

【００２８】この圧電素子は充電に応答して伸長し、放
電に応答して収縮することを前提とする。しかし、本発
明は当然これとは正反対の場合にも適用できる。

【００２９】図１を参照しながら圧電素子の充放電のた
めの装置の実施例を記述する。

【００３０】図１に示された装置はとりわけ次の点で際
立っている。すなわち、この装置は、圧電素子を充電す
るために使用する電圧をその都度の要求に応じて調整で
きる又は複数の異なる高さの電圧から選択できる点で際
立っている。

【００３１】この実施例において充電乃至は放電される
この圧電素子は図１では参照符号１によって示されてい
る。

【００３２】図１の装置はさらに第１のコイル２ａ、第
２のコイル２ｂ、第１の充電スイッチ３ａ、ダイオード
３ｂ、第１の放電スイッチ４ａ、ダイオード４ｂ、第２
の充電スイッチ５ａ、ダイオード５ｂ、第２の放電スイ
ッチ６ａ、ダイオード６ｂ、第１のコンデンサ７ａ、第
２のコンデンサ７ｂ、バッテリ８、直流電圧変換器９、
ダイオード１０及び選択スイッチ１１を含む。これらは
図１のように接続されている。

【００３３】第１の充電スイッチ３ａ及びダイオード３
ｂ、第１の放電スイッチ４ａ及びダイオード４ｂ、第２
の充電スイッチ５ａ及びダイオード５ｂならびに第２の
放電スイッチ６ａ及びダイオード６ｂはそれぞれ半導体
スイッチとして実現できる。ダイオード３ｂ、４ｂ、５
ｂ及び６ｂは、充電の際に放電を惹起する電流が流れる
こと乃至は放電の際に充電を惹起する電流が流れること
をそれぞれ阻止する。

【００３４】第１のコイル２ａ及び第２のコイル２ｂは
有利には中間タップを有する一つのコイルによって実現
されている。

【００３５】ダイオード１０は保護ダイオードであり、
この保護ダイオードによって圧電素子１がこの圧電素子
１の放電の際にあまりにも放電し過ぎてこれにより負に
充電されること、これは事情によっては圧電素子に損害
を与えかねない、を阻止することができる。

【００３６】図１の装置は２つ供給電圧源を含み、これ
ら２つの供給電圧源のうちの第１の供給電圧源はバッテ
リ８、直流電圧変換器９及び（バッファコンデンサとし
て使用される）第１のコンデンサ７ａから構成され、第
２の供給電圧源は（同様にバッファコンデンサとして使
用される）第２のコンデンサ７ｂから構成される。

【００３７】第１のコンデンサ７ａは例えば自動車用バ
ッテリであるバッテリ８及びこのバッテリ８に後置接続
された直流電圧変換器９によって充電される。これによ
ってバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）は基本的に任意の他
の直流電圧に変換され、第１のコンデンサ７ａを介して
第１の供給電圧として供給される。

【００３８】第２のコンデンサ７ｂは、第１の供給電圧
を使用して、後ほどより詳しく記述されるコンデンサ充
電電流回路を介してこの第２のコンデンサ７ｂによって
第２の供給電圧として供給される電圧にまで充電され
る。

【００３９】第２の供給電圧はこの実施例では明らかに
第１の供給電圧よりも大きい。

【００４０】ここで次のことを指摘しておく。すなわ
ち、本発明の実施例で実際に適用される第２の供給電圧
の発生及び供給はなるほど確実な利点を提供するが、決
して強制的に実施されなければならないものではない。
とりわけ重要なことは、圧電素子の充電が調整可能な又
は選択可能な電圧を使用して充電できることである。こ
の電圧の発生及び供給は原理的には任意のやり方で行う
ことができる。

【００４１】スイッチ３ａ、４ａ、５ａ、６ａ及び１１
のオンオフによって第１及び第２の圧電素子充電電流回
路、第１及び第２の圧電素子放電電流回路及び既述のコ
ンデンサ充電電流回路が形成され、この際、第１の圧電
素子充電電流回路は、圧電素子１、第１のコンデンサ７
ａ、第１の充電スイッチ３ａ、ダイオード３ｂ、第１の
コイル２ａ及び選択スイッチ１１を含み、第１の圧電素
子放電電流回路は、圧電素子１、第１のコンデンサ７
ａ、第１の放電スイッチ４ａ、ダイオード４ｂ、第１の
コイル２ａ及び選択スイッチ１１を含み、第２の圧電素
子充電電流回路は、圧電素子１、第２のコンデンサ７
ｂ、第２の充電スイッチ５ａ、ダイオード５ｂ、第２の
コイル２ｂ、第１のコイル２ａ及び選択スイッチ１１を
含み、第２の圧電素子放電電流回路は、圧電素子１、第
２のコンデンサ７ｂ、第２の放電スイッチ６ａ、ダイオ
ード６ｂ、第２のコイル２ｂ、第１のコイル２ａ及び選
択スイッチ１１を含み、コンデンサ充電電流回路は、第
２のコンデンサ７ｂ、第１のコンデンサ７ａ、第１の充
電スイッチ３ａ、ダイオード３ｂ、第２のコイル２ｂ、
第２の放電スイッチ６ａ及びダイオード６ｂを含む。

【００４２】第１及び第２の圧電素子充電電流回路と第
１及び第２の圧電素子放電電流回路とは、圧電素子１の
充電乃至は放電のために使用され、これに対してコンデ
ンサ充電電流回路は第２のコンデンサ７ｂを第２の給電
電圧にまで充電するために使用される。

【００４３】圧電素子１の充電又は放電も第２のコンデ
ンサ７ｂの充電も行われる必要がない場合及び圧電素子
１の充電又は放電も第２のコンデンサ７ｂの充電も行わ
れる必要がない限りは、スイッチ３ａ、４ａ、５ａ、６
ａ及び１１はオフされている。この状態では図１の装置
は停止状態にある。つまり、全ての素子が基本的に変化
しないままでその状態を保持する。よって、電流は流れ
ない。

【００４４】圧電素子の充電は選択的に第１の圧電素子
充電電流回路又は第２の圧電素子充電電流回路を介して
（それぞれ圧電素子充電電流回路を流れる充電電流によ
って）行われる。この実施例では第１の充電電流回路も
第２の充電電流回路も振動回路として動作される。

【００４５】第１の圧電素子充電電流回路を介する圧電
素子の充電はこの第１の圧電素子充電電流回路のオンに
よって（スイッチ３ａ及び１１がオンされスイッチ４
ａ、５ａ、６ａがオフされて）開始される。

【００４６】第１の圧電素子充電電流回路がオンされる
と、この第１の圧電素子充電電流回路において圧電素子
を充電する充電電流が流れ始める。この充電電流の大き
さ及び時間経過はこの場合基本的に圧電素子１、第１の
コイル２ａ及び第１のコンデンサ７ａによって形成され
るＬＣ直列振動回路に依存する。この充電電流は第１の
圧電素子充電電流回路のオンの後でかなり迅速に最大値
まで上昇し、次いで再びかなり迅速に下降する。圧電素
子を再び放電させかねない電流フローの方向の逆転はダ
イオード３ｂによって阻止される。

【００４７】こうしてこの充電は開始され最初の振動回
路振動の最初の電流半波によって終了される。第１の充
電スイッチ３ａ及び選択スイッチ１１は充電過程の自動
的な終了の後で再びオフされる。

【００４８】圧電素子への充電電流によって惹起される
電荷輸送は、この圧電素子に蓄積される電荷の増加を結
果的に伴い、これによりこの圧電素子で発生する電圧の
増大及びこの圧電素子の伸長の増大を結果的に伴う。

【００４９】圧電素子で蓄積される電荷、この圧電素子
で発生する電圧及びこの圧電素子の伸長は、充電過程の
終了の後では基本的に不変のままに保持される。

【００５０】圧電素子がここで記述されるように行われ
る充電によってどの程度充電されるかは、この実施例で
は専ら振動回路素子の技術的データ、よりくわしく言え
ば圧電素子１、第１のコイル２ａ及び第１のコンデンサ
７ａの技術的データならびにこの第１のコンデンサ７ａ
によって供給される第１の供給電圧に依存する。

【００５１】第１のコイル２ａのインダクタンスはこの
場合最大充電電流強度及び充電時間を決定し、圧電素子
１及び第１のコンデンサ７ａのキャパシタンス及び第１
の供給電圧は圧電素子の充電後にこの圧電素子で発生す
る電圧を決定する。

【００５２】ここに記述されるように行われる充電の結
果として圧電素子で発生する電圧Ｕ _PEnd1は次式で表さ
れる。

【００５３】Ｕ_PEnd1＝２・{Ｃ_B1/(Ｃ_B1＋Ｃ_P)}・Ｕ_B10 ただしここでＵ_PEnd1は圧電素子の充電後にこの圧電素
子で発生する電圧、Ｃ_P は圧電素子のキャパシタン
ス、Ｕ_B10 は第１の給電電圧（第１のコンデンサ７ａ
に充電過程の開始時点に充電されている電圧）、Ｃ
_B1 は第１のコンデンサ７ａのキャパシタンスであ
る。

【００５４】ここに記述されるように行われる圧電素子
の充電の際には充電中に充電量の制御が行われないにも
かかわらず、圧電素子は所望の通りに任意に伸長され
る。

【００５５】この圧電素子の所望の通りの伸長が第１の
圧電素子充電電流回路を介する圧電素子の充電によって
得られない場合、他の供給電圧を使用して充電を行い
「さえ」すればよい。これは、この実施例では例えば第
２の圧電素子充電電流回路のような他の圧電素子充電電
流回路を介する充電によって行うことができる。

【００５６】第２の圧電素子充電電流回路による圧電素
子の充電は、この電流回路のオン（スイッチ５ａ及び１
１がオンされスイッチ３ａ、４ａ及び６ａがオフされ
る）によって開始される。

【００５７】この後で経過する過程は第１の圧電素子充
電回路を介する圧電素子の充電の際に生じる過程に相応
する。異なる点は、第２の圧電素子充電回路を介するこ
の圧電素子の充電の場合にこの圧電素子で発生される電
圧が第１の圧電素子充電回路を介するこの圧電素子の充
電の場合よりも大きい、ということ「だけ」である。こ
の原因は、圧電素子の充電を実施するために使用される
電圧、すなわち（第１の圧電素子充電回路を介する圧電
素子の充電の際に）第１のコンデンサ７ａによって供給
される第１の供給電圧と（第２の圧電素子充電回路を介
するこの圧電素子の充電の際に）第２のコンデンサ７ｂ
によって供給される第２の供給電圧とは異なる大きさで
あることである。この第２の供給電圧は、前述したよう
に、第１の供給電圧よりも大きい。

【００５８】圧電素子で発生される電圧が高くなればな
るほど、この圧電素子はますます大きく伸長する。

【００５９】それゆえ、圧電素子を充電するために使用
される電圧を介して、この圧電素子がこの充電によって
どれくらい伸長されるか、を決定できる。

【００６０】従って、調整可能な電圧又は様々な大きさ
の電圧から選択可能な電圧を圧電素子の充電に使用する
ことによって、この圧電素子は所望の通りに充電され
る。しかも、たとえこの充電が振動回路として作用又は
動作する圧電素子充電電流回路を介して行われる場合で
も、この圧電素子は所望の通りに充電される。

【００６１】この実施例では圧電素子は第１の又は第２
の圧電素子充電電流回路を介して「のみ」充電される。
勿論、様々な大きさの供給電圧を有する任意の数のさら
に他の圧電素子充電電流回路を選択のために準備するこ
ともできる。代替的に又は付加的に、（例えば直流電圧
変換器９への相応の介入動作によって）供給電圧（複数
の供給電圧）を調整できるようにする構成を設けること
もできる。この場合には、圧電素子をこの圧電素子の充
電によって所望の通りに正確に任意に伸長させるために
は、ただ一つの圧電素子充電電流回路だけで十分であ
る。

【００６２】ここで挙げた実施形態ではまず最初に充電
される圧電素子は各充電の前に放電されていることが前
提となっていた。しかし、圧電素子の充電のために様々
な大きさの電圧を使用する方法は、段階的な充電を実施
することも許容する。これは、少なくとも振動回路とし
て作用又は動作する圧電素子充電電流回路を介する圧電
素子の充電の場合にはこれまでは不可能だった。という
のも、この圧電素子は最初の充電段階によってすでにこ
れまでの唯一の供給電圧よりも高い電圧にまで充電され
てしまうからである。（充電に使用される供給電圧が充
電される圧電素子の電圧よりも高い場合にだけ、この圧
電素子はさらに後続充電され得る。）圧電素子の多段階
式充電は、例えばこの圧電素子が内燃機関の燃料噴射ノ
ズルのアクチュエータとして使用され、小さいアクチュ
エータ変位によって付加される噴射が惹起しなければな
らない場合には有利である。

【００６３】圧電素子を図１の装置によって多段階式に
充電する方法はこの実施例では次のステップを含む、す
なわち、 １）コンデンサ充電電流回路を介して第２のコンデンサ
７ｂを圧電素子のさらなる後続充電に適した電圧にまで
（場合によってはこの第２のコンデンサの事前の放電の
後で）充電するステップ、 ２）第１の圧電素子充電電流回路を介してこの圧電素子
を充電するステップ、 ３）第２の圧電素子充電電流回路を介してこの圧電素子
を後続充電するステップを含む。

【００６４】ここで指摘しておくが、これは決して圧電
素子の多段階式の充電のための唯一の方法ではないし、
圧電素子は次に記述されるように又は他のやり方で任意
の数のさらに多くのステップにおいて後続充電すること
もできる。

【００６５】以下の考察では、第１のコンデンサ７ａが
まず最初にＵ_B10で記される電圧にまで充電されてお
り、さらに第２のコンデンサ７ｂで発生する電圧は０Ｖ
であることを初期条件とする。

【００６６】第２の給電電圧への第２のコンデンサ７ｂ
の充電（つまり上記ステップ１）はコンデンサ充電電流
回路をオンする（スイッチ３ａ及び６ａはオンされ、ス
イッチ４ａ、５ａ及び１１はオフされる）ことによって
開始される。

【００６７】コンデンサ充電電流回路のオンによってこ
のコンデンサ充電電流回路において第２のコンデンサ７
ｂを充電する充電電流が流れ始める。この第２のコンデ
ンサ７ｂを充電するための詳細に関しては、第１及び第
２の圧電素子充電電流回路によって圧電素子を充電する
実施形態を参照のこと。すなわち、コンデンサ充電電流
回路は構造、機能及び作動方法においてほぼ完全に圧電
素子充電電流回路に相応している。唯一の相違点は、一
方の場合では第２のコンデンサ７ｂが充電され、他方の
場合では（同様に容量性特性を有する）圧電素子が充電
されることである。

【００６８】第２のコンデンサ７ｂの充電によってこの
第２のコンデンサ７ｂは電圧 Ｕ_B2End＝２・{Ｃ_B1/(Ｃ_B1＋Ｃ_B2)}・Ｕ_B10 にまで充電される。ただしここでＵ_B2Endはこの充電過
程終了後に第２のコンデンサ７ｂに充電されている電
圧、Ｕ_B10 はこの充電過程の開始時点に第１のコンデ
ンサ７ａに充電されていた電圧）、Ｃ_B1 は第１のコ
ンデンサ７ａのキャパシタンス、Ｃ_B2 は第２のコン
デンサ７ｂキャパシタンスである。

【００６９】第２のコンデンサ７ｂの充電によって第１
のコンデンサ７ａで発生する電圧は Ｕ_B1End＝Ｕ_B10−２・{Ｃ_B1/(Ｃ_B1＋Ｃ_B2)}・Ｕ_B10 にまで降下する。ただしここでＵ_B1Endはこの充電過程
終了後に第１のコンデンサ７ａに充電されている電圧で
ある。

【００７０】第２のコンデンサ７ｂの充電のすぐ後で圧
電素子の充電が開始されると、第１の充電電流回路を介
するこの圧電素子の充電（すなわち、上記ステップ２）
の後にこの圧電素子で電圧 Ｕ_PEnd1＝２・{Ｃ_B1/(Ｃ_B1＋Ｃ_P)} ・Ｕ_B1End ＝２・{Ｃ_B1/(Ｃ_B1＋Ｃ_P)} ・{(Ｃ_B1−Ｃ_B2)/(Ｃ_B1＋Ｃ
_B2)}・Ｕ_B10 が発生する。ただしここでＵ_PEnd1は第１の圧電素子充
電電流回路を介する充電の終了後に圧電素子１に充電さ
れている電圧、Ｃ_P は圧電素子のキャパシタンスで
ある。

【００７１】第２のコンデンサ７ｂに充電されている電
圧は第１の圧電素子充電電流回路を介して圧電素子に充
電された電圧よりも明らかに大きい。従って、この圧電
素子を第２の充電段階において第２の圧電素子充電電流
回路を介して後続充電することができる。

【００７２】これ（すなわち上記ステップ３）を行う
と、第２の圧電素子充電電流回路を介する圧電素子の後
続充電の後にはこの圧電素子で電圧 Ｕ_PEnd2＝２・{Ｃ_B1/(Ｃ_B1＋Ｃ_P)} ・Ｕ_B10 が発生する。

【００７３】これは第１の圧電素子充電電流回路と第２
の圧電素子充電電流回路とを介する連続的な充電によっ
てこの圧電素子に充電される電圧である。この電圧は相
応の大きさの供給電圧によるさらに他の圧電素子充電電
流回路を介する充電によってさらに上昇され得る。

【００７４】圧電素子の段階的充電は既述のように様々
な他のやり方でも実施できる。

【００７５】ここに記述されるように行われる圧電素子
の段階的充電は有利である。というのも、これによって
第１の圧電素子充電電流回路を介する充電の後でこの圧
電素子が持つ電圧と第２の圧電素子充電電流回路を介す
る後続充電の後でこの圧電素子が持つ電圧との比は、す
なわち Ｕ_PEnd1/Ｕ_PEnd2＝ (Ｃ_B1−Ｃ_B2)/(Ｃ_B1＋Ｃ_B2) であり、圧電素子のキャパシタンスには依存しないから
である。つまり、この電圧比は（経年変化プロセス及び
/又は温度変動のために）圧電素子のキャパシタンスが
変化しても不変のままである。これとさらに次の事実、
すなわち、それぞれの充電過程の後でこの圧電素子で発
生する電圧の絶対値は第１のコンデンサに充電される電
圧（電圧直流電圧変換器９によって発生される電圧）を
介して調整可能であるという事実は、圧電素子を持続的
に正確に所望の通りに動作することを可能にする。

【００７６】圧電素子の放電は、第１及び/又は第２の
圧電素子放電電流回路を介して行われ、圧電素子充電電
流回路を介する充電と同様に経過する。とりわけ圧電素
子放電電流回路もそれぞれ振動回路として動作される。
さらにそれ以上に、圧電素子がそれぞれの放電段階で放
電する量は、この場合それぞれの放電電流回路に含まれ
るコンデンサ７ａ乃至は７ｂにそれぞれの放電過程の開
始時点に充電されている電圧によって決定される。従っ
て、この圧電素子は、放電の際にも電磁的妨害の原因と
なることなしに効率的に所望の通りに任意に伸長され
る。

【００７７】従って、ここに記述されるように行われる
充電及び放電によって圧電素子は簡単なやり方で効率的
にしかも他の過程又は他のコンポーネントを妨害するこ
となしに任意の数の、任意の大きさのステップにおいて
任意に伸長される。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電素子の充放電のための本発明の装置の実施
例の回路図である。

【図２】圧電素子の充放電のための従来の装置の回路図
である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ａ 第１のコイル ２ｂ 第２のコイル ３ａ 第１の充電スイッチ ３ｂ ダイオード ４ａ 第１の放電スイッチ ４ｂ ダイオード ５ａ 第２の充電スイッチ ５ｂ ダイオード ６ａ 第２の放電スイッチ ６ｂ ダイオード ７ａ 第１のコンデンサ ７ｂ 第２のコンデンサ ８ バッテリ ９ 直流電圧変換器 １０ ダイオード １１ 選択スイッチ １０１ 圧電素子 １０２ 充電スイッチ １０３ ダイオード １０４ 充電コイル １０５ 電圧源 １０６ 放電スイッチ １０７ ダイオード １０８ 放電コイル

フロントページの続き (72)発明者 イェルク ライネケ ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト カ レーシュトラーセ ６ (72)発明者 アレクサンダー ホック ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ク ニットリンガー シュトラーセ １

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望の通りに伸長するように圧電素子を
   制御するための方法において、 圧電素子（１）を充電するために使用される電圧をその
   都度の要求に応じて調整すること又は複数の異なる高さ
   の電圧から選択することを特徴とする、所望の通りに伸
   長するように圧電素子を制御するための方法。
2. 【請求項２】 圧電素子（１）を充電するために使用さ
   れる電圧の調整又は選択は、前記圧電素子に充電によっ
   てもたらすべき所望の通りの伸長を考慮して行われるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 圧電素子（１）を充電するために使用さ
   れる電圧の調整又は選択は、前記圧電素子の瞬時の充電
   状態に依存して行われることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の方法。
4. 【請求項４】 複数の異なる高さの電圧を相応に設計仕
   様され充電されたコンデンサ（７ａ、７ｂ）によって供
   給することを特徴とする請求項１〜３までのうちの１項
   記載の方法。
5. 【請求項５】 コンデンサ（７ａ、７ｂ）の充電は、少
   なくとも部分的には電気的振動回路として作用又は動作
   するコンデンサ充電電流回路（２ｂ、３ａ、３ｂ、６
   ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ）を使用して行われることを特徴
   とする請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 圧電素子（１）を充電するために使用さ
   れる電圧の調整は、コンデンサ（７ａ、７ｂ）を充電す
   るために使用する電圧の変化によって実施されることを
   特徴とする請求項４又は５記載の方法。
7. 【請求項７】 ますます高くなる電圧を使用して複数の
   段階において圧電素子（１）を充電することを特徴とす
   る請求項１〜６までのうちの１項記載の方法。
8. 【請求項８】 所望の通りに伸長するように圧電素子を
   制御するための装置において、 この装置は圧電素子（１）を充電するために使用される
   電圧をその都度の要求に応じて調整すること又は複数の
   異なる高さの電圧から選択することを特徴とする、所望
   の通りに伸長するように圧電素子を制御するための装
   置。