JP3092413B2 - 圧電素子駆動装置 - Google Patents
圧電素子駆動装置Info
- Publication number
- JP3092413B2 JP3092413B2 JP05245080A JP24508093A JP3092413B2 JP 3092413 B2 JP3092413 B2 JP 3092413B2 JP 05245080 A JP05245080 A JP 05245080A JP 24508093 A JP24508093 A JP 24508093A JP 3092413 B2 JP3092413 B2 JP 3092413B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- voltage
- driving device
- magnetic circuit
- inductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子駆動装置、特
にアクチュエータとして用いられる圧電素子の駆動装置
に関する。
にアクチュエータとして用いられる圧電素子の駆動装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、内燃機関の燃料噴射弁のアクチュ
エータとして、その良好な高速制御性から圧電素子が注
目されてきている。図9は、そのような圧電素子を用い
た内燃機関用燃料噴射弁装置の一例の構成を示す概念構
成図であり、そこには燃料噴射弁100内に駆動用アク
チュエータとして圧電素子101が利用されている。す
なわち、圧電素子101の収縮に応じて、皿バネ103
により押圧されているピストン102が上昇して作動油
104の圧力が燃料溜め107内の受圧面108の受圧
以下となると、プッシュロッド105が上昇して圧力室
106内の燃料が燃料溜め107を経て噴射孔109か
ら加圧噴射される。また、圧電素子101の伸張時に
は、作動油104の圧力が増して圧縮時と逆の作用によ
り噴射孔109が閉じて噴射が停止する。なお、圧電素
子アクチュエータによる燃料噴射弁としては、図示のも
のとは逆に、圧電素子の伸張時に燃料を噴射し、収縮時
に吸入するタイプのものもあり、これらは燃料噴射状態
である圧電素子の収縮あるいは伸張状態の継続時間によ
り燃料噴射量が決定されることとなる。
エータとして、その良好な高速制御性から圧電素子が注
目されてきている。図9は、そのような圧電素子を用い
た内燃機関用燃料噴射弁装置の一例の構成を示す概念構
成図であり、そこには燃料噴射弁100内に駆動用アク
チュエータとして圧電素子101が利用されている。す
なわち、圧電素子101の収縮に応じて、皿バネ103
により押圧されているピストン102が上昇して作動油
104の圧力が燃料溜め107内の受圧面108の受圧
以下となると、プッシュロッド105が上昇して圧力室
106内の燃料が燃料溜め107を経て噴射孔109か
ら加圧噴射される。また、圧電素子101の伸張時に
は、作動油104の圧力が増して圧縮時と逆の作用によ
り噴射孔109が閉じて噴射が停止する。なお、圧電素
子アクチュエータによる燃料噴射弁としては、図示のも
のとは逆に、圧電素子の伸張時に燃料を噴射し、収縮時
に吸入するタイプのものもあり、これらは燃料噴射状態
である圧電素子の収縮あるいは伸張状態の継続時間によ
り燃料噴射量が決定されることとなる。
【0003】図10は、上述したような内燃機関用燃料
噴射弁の圧電アクチュエータを駆動する圧電素子駆動装
置の一例を示す回路図であり、101は上述した内燃機
関燃料噴射弁駆動用の圧電素子、11は電圧Vi の直流
電源、12は直流電圧Vi から所定の電圧Vo を取り出
すためのスイッチング電源回路であるDC−DCコンバ
ータ、13はDC−DCコンバータ12の出力を安定化
し、かつ、圧電素子101に充電電流を供給するための
電解コンデンサ、14は充電用インダクタとしての充電
コイル、15は充電スイッチング用サイリスタ、16は
放電スイッチング用サイリスタ、17は放電用インダク
タとしての放電コイルである。
噴射弁の圧電アクチュエータを駆動する圧電素子駆動装
置の一例を示す回路図であり、101は上述した内燃機
関燃料噴射弁駆動用の圧電素子、11は電圧Vi の直流
電源、12は直流電圧Vi から所定の電圧Vo を取り出
すためのスイッチング電源回路であるDC−DCコンバ
ータ、13はDC−DCコンバータ12の出力を安定化
し、かつ、圧電素子101に充電電流を供給するための
電解コンデンサ、14は充電用インダクタとしての充電
コイル、15は充電スイッチング用サイリスタ、16は
放電スイッチング用サイリスタ、17は放電用インダク
タとしての放電コイルである。
【0004】充電用サイリスタ15のオン時、電解コン
デンサ13から電源電流が供給され、充電コイル14お
よび圧電素子101の静電容量すなわち圧電容量からな
る共振回路に共振電流を流し,圧電素子101を充電す
る。この時、圧電素子101は充電電荷量に応じて伸張
し、上記図9に示した燃料噴射弁の場合は燃料の供給を
停止する。所定の時点において放電用サイリスタ16が
オンになると、圧電素子101の充電電荷は放電コイル
17を経て流れる共振電流により放電される。この時点
において、圧電素子101は圧縮され、燃料噴射弁が開
かれて燃料が噴射されるが、その後再び充電が行われる
時点まで燃料が噴射されることにより燃料噴射量が制御
される。
デンサ13から電源電流が供給され、充電コイル14お
よび圧電素子101の静電容量すなわち圧電容量からな
る共振回路に共振電流を流し,圧電素子101を充電す
る。この時、圧電素子101は充電電荷量に応じて伸張
し、上記図9に示した燃料噴射弁の場合は燃料の供給を
停止する。所定の時点において放電用サイリスタ16が
オンになると、圧電素子101の充電電荷は放電コイル
17を経て流れる共振電流により放電される。この時点
において、圧電素子101は圧縮され、燃料噴射弁が開
かれて燃料が噴射されるが、その後再び充電が行われる
時点まで燃料が噴射されることにより燃料噴射量が制御
される。
【0005】図11は、図10の回路における各部の電
圧、電流を示す波形図であり、(A)は圧電素子101
の両端電圧VP 、(B)は圧電素子101の充電電流I
1 、(C)は圧電素子の放電電流I2 である。ここで、
充電用サイリスタ15および放電用サイリスタ16は、
図示されていない燃料噴射時間制御装置により、例え
ば、所定の時点aおよびbにおいてゲートされる。圧電
素子の両端電圧VP は、充電時には充電用サイリスタ1
5により例えば6アンペアに達する共振電流の半サイク
ルが流れ、電源電圧Vo より高い正の値(例えば600
ボルト)まで振れてその値に維持され、そして、放電時
には同様に放電用サイリスタ15により共振電流の半サ
イクルが流れ、その正の値から減衰振動により決まる負
の値(例えば−200ボルト)まで振れてその値に維持
される。その場合に、図示されているように、圧電素子
の充電および放電の終了部分において、それぞれ正側の
オーバーシュートおよび負側のアンダーシュート、すな
わち、いわゆるヒゲが発生する。
圧、電流を示す波形図であり、(A)は圧電素子101
の両端電圧VP 、(B)は圧電素子101の充電電流I
1 、(C)は圧電素子の放電電流I2 である。ここで、
充電用サイリスタ15および放電用サイリスタ16は、
図示されていない燃料噴射時間制御装置により、例え
ば、所定の時点aおよびbにおいてゲートされる。圧電
素子の両端電圧VP は、充電時には充電用サイリスタ1
5により例えば6アンペアに達する共振電流の半サイク
ルが流れ、電源電圧Vo より高い正の値(例えば600
ボルト)まで振れてその値に維持され、そして、放電時
には同様に放電用サイリスタ15により共振電流の半サ
イクルが流れ、その正の値から減衰振動により決まる負
の値(例えば−200ボルト)まで振れてその値に維持
される。その場合に、図示されているように、圧電素子
の充電および放電の終了部分において、それぞれ正側の
オーバーシュートおよび負側のアンダーシュート、すな
わち、いわゆるヒゲが発生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようなDC−DC
コンバータの出力電圧をLC共振回路により昇圧して、
圧電素子の充電時には電源電圧以上の正電圧を印加し、
放電時には負側の電圧を印加するようにした圧電素子駆
動装置においては、電源電圧が高い値に変動した場合、
特に、圧電素子の放電時に印加される負側電圧つまり負
側へのアンダーシュートが負側に大きな値となり、それ
によって、圧電素子の分極劣化が激しくなり、圧電素子
の劣化が速まるという問題がある。
コンバータの出力電圧をLC共振回路により昇圧して、
圧電素子の充電時には電源電圧以上の正電圧を印加し、
放電時には負側の電圧を印加するようにした圧電素子駆
動装置においては、電源電圧が高い値に変動した場合、
特に、圧電素子の放電時に印加される負側電圧つまり負
側へのアンダーシュートが負側に大きな値となり、それ
によって、圧電素子の分極劣化が激しくなり、圧電素子
の劣化が速まるという問題がある。
【0007】この問題を解決するために、放電用インダ
クタに二次インダクタすなわち二次コイルを電磁結合さ
せ、その二次コイルに直流バイアス電流を流して放電用
インダクタを飽和し易くしておき、電源電圧が変動によ
り上昇した場合、放電コイルが飽和して放電電流が制限
されるようにすることが提案されている(特願平4−3
01329号)。
クタに二次インダクタすなわち二次コイルを電磁結合さ
せ、その二次コイルに直流バイアス電流を流して放電用
インダクタを飽和し易くしておき、電源電圧が変動によ
り上昇した場合、放電コイルが飽和して放電電流が制限
されるようにすることが提案されている(特願平4−3
01329号)。
【0008】しかしながら、この提案によっても、放電
用インダクタの飽和量を設定するための回路設計が面倒
であり、したがって、効果的に飽和特性を利用すること
が困難であり、また、二次コイルを流れる電流を利用す
るため、効果的に上記したヒゲを除去することができな
いという問題点を有している。そこで、本発明は、簡単
な構成により、圧電素子の放電電流を制限し、圧電素子
の長寿命化を図ることのできる圧電素子駆動装置を提供
することを目的とする。
用インダクタの飽和量を設定するための回路設計が面倒
であり、したがって、効果的に飽和特性を利用すること
が困難であり、また、二次コイルを流れる電流を利用す
るため、効果的に上記したヒゲを除去することができな
いという問題点を有している。そこで、本発明は、簡単
な構成により、圧電素子の放電電流を制限し、圧電素子
の長寿命化を図ることのできる圧電素子駆動装置を提供
することを目的とする。
【0009】更に、本発明は、圧電素子駆動電圧にオー
バーシュートおよびアンダーシュートが発生することの
ない圧電素子駆動装置を提供することを目的とする。
バーシュートおよびアンダーシュートが発生することの
ない圧電素子駆動装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電素子駆
動装置は、充電用インダクタと圧電素子の静電容量とに
より構成される第1の共振回路を用いて電源電圧を越え
る高電圧を圧電素子に印加して充電を行い、かつ、放電
用インダクタと圧電素子の静電容量とにより構成される
第2の共振回路を用いて圧電素子に負側電圧を印加して
放電を行うようにされた圧電素子駆動装置において、圧
電素子の印加電圧の正および負の最大電圧をそれぞれ検
出し、その検出出力に応じて充電用および/あるいは放
電用インダクタの電磁回路断面積を可変とするように構
成される。
動装置は、充電用インダクタと圧電素子の静電容量とに
より構成される第1の共振回路を用いて電源電圧を越え
る高電圧を圧電素子に印加して充電を行い、かつ、放電
用インダクタと圧電素子の静電容量とにより構成される
第2の共振回路を用いて圧電素子に負側電圧を印加して
放電を行うようにされた圧電素子駆動装置において、圧
電素子の印加電圧の正および負の最大電圧をそれぞれ検
出し、その検出出力に応じて充電用および/あるいは放
電用インダクタの電磁回路断面積を可変とするように構
成される。
【0011】
【作用】このような構成によれば、圧電素子に印加され
る正および負の最大電圧に応じて電磁回路の断面積を可
変としてインダクタの飽和量を変えるようにして、印加
電圧をフィードバック制御することにより、大きな負側
へのアンダーシュートを抑制し、それにより、圧電素子
の分極劣化を防止することができる。
る正および負の最大電圧に応じて電磁回路の断面積を可
変としてインダクタの飽和量を変えるようにして、印加
電圧をフィードバック制御することにより、大きな負側
へのアンダーシュートを抑制し、それにより、圧電素子
の分極劣化を防止することができる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明による圧電素子駆動装置の実
施例の回路構成を示す回路図である。本実施例における
圧電素子駆動用の回路構成は図10に示されている従来
装置と基本的には同一であり、同一の構成要素には同一
の符号が付されている。しかし、充電用インダクタとし
ての充電コイル14’および放電用インダクタとしての
放電コイル17’は、例えば図2に示されているよう
に、従来と異なる磁気回路を有しており、また、圧電素
子101の両端電圧VP あるいは充電電流I1および指
示値を入力とし、DC−DCコンバータ12の出力電圧
VO 、または、充電コイル14’あるいは放電コイル1
7’の磁気回路を制御する制御出力を出力するフィード
バック制御回路18が設けられている。
施例の回路構成を示す回路図である。本実施例における
圧電素子駆動用の回路構成は図10に示されている従来
装置と基本的には同一であり、同一の構成要素には同一
の符号が付されている。しかし、充電用インダクタとし
ての充電コイル14’および放電用インダクタとしての
放電コイル17’は、例えば図2に示されているよう
に、従来と異なる磁気回路を有しており、また、圧電素
子101の両端電圧VP あるいは充電電流I1および指
示値を入力とし、DC−DCコンバータ12の出力電圧
VO 、または、充電コイル14’あるいは放電コイル1
7’の磁気回路を制御する制御出力を出力するフィード
バック制御回路18が設けられている。
【0013】図2は、本発明による圧電素子駆動装置に
用いられる磁気回路の構造を示す概念図であり、図中、
1は充電コイル14’あるいは放電コイル17’となる
コイル、2はコイル1のインダクタンスを調整するため
の磁気コアである。磁気コア2は、断面積S1 、磁路長
l1 の第1の磁気回路部分3および断面積S2 (S2<
S1 )、磁路長l2 の第2の磁気回路部分4を直列に有
しており、第2の磁気回路部分4はその断面積S2 を変
化しうる機構を含んでいる。すなわち、この磁気回路
は、第2の磁気回路部分4が第1の磁気回路部分3より
先に飽和するように構成されている。
用いられる磁気回路の構造を示す概念図であり、図中、
1は充電コイル14’あるいは放電コイル17’となる
コイル、2はコイル1のインダクタンスを調整するため
の磁気コアである。磁気コア2は、断面積S1 、磁路長
l1 の第1の磁気回路部分3および断面積S2 (S2<
S1 )、磁路長l2 の第2の磁気回路部分4を直列に有
しており、第2の磁気回路部分4はその断面積S2 を変
化しうる機構を含んでいる。すなわち、この磁気回路
は、第2の磁気回路部分4が第1の磁気回路部分3より
先に飽和するように構成されている。
【0014】図3は、図2の磁気回路を実現するための
一具体例の構造を示す斜視図である。磁気コア2はE型
コア2−1およびI型コア2−2から構成され、コイル
1がE型コア2−1の中央脚に巻回されている。同図
(A)は、点線矢印により示されているように、I型コ
ア2−2をE型コア2−1のE型断面に垂直な方向に移
動可能として両コアの接触面積を可変とし、小断面積の
磁気回路部分を形成するとともに断面積を調整可能とす
る構造を示している。また、同図(B)は、点線矢印に
より示されているように、I型コア2−2をE型コア2
−1のE型断面に平行な方向に移動可能として両コアの
接触面積を可変とし、小断面積の磁気回路部分を形成す
るとともに断面積を調整可能とする構造を示している。
一具体例の構造を示す斜視図である。磁気コア2はE型
コア2−1およびI型コア2−2から構成され、コイル
1がE型コア2−1の中央脚に巻回されている。同図
(A)は、点線矢印により示されているように、I型コ
ア2−2をE型コア2−1のE型断面に垂直な方向に移
動可能として両コアの接触面積を可変とし、小断面積の
磁気回路部分を形成するとともに断面積を調整可能とす
る構造を示している。また、同図(B)は、点線矢印に
より示されているように、I型コア2−2をE型コア2
−1のE型断面に平行な方向に移動可能として両コアの
接触面積を可変とし、小断面積の磁気回路部分を形成す
るとともに断面積を調整可能とする構造を示している。
【0015】また、図4は、磁気回路の他の具体例の構
造を示す斜視図である。磁気コア2は片方の端面が閉じ
られた中空円筒型の二つのコア半部23、24からな
り、各コア半部23あるいは24は、それぞれ、対向す
る位置に設けられた切り欠き25、25と、中央に閉じ
られた端面に植立され、コイル1が巻回される中央円筒
部26を持っており、両コア半部23、24はそれらの
切り欠き25、25が一致あるいは対向するように接合
された構造を有している。両コア半部23、24は軸穴
27の周りを相対的に回転することができ、切り欠き2
5、25の対向する態様を変化させることにより接触面
積を変化させ、磁気回路の断面積を可変としている。な
お、この磁気回路においては、中央の軸穴27に磁性体
28を出し入れすることにより、回路中のコイル1のイ
ンダクタンスを可変にすることもできる。
造を示す斜視図である。磁気コア2は片方の端面が閉じ
られた中空円筒型の二つのコア半部23、24からな
り、各コア半部23あるいは24は、それぞれ、対向す
る位置に設けられた切り欠き25、25と、中央に閉じ
られた端面に植立され、コイル1が巻回される中央円筒
部26を持っており、両コア半部23、24はそれらの
切り欠き25、25が一致あるいは対向するように接合
された構造を有している。両コア半部23、24は軸穴
27の周りを相対的に回転することができ、切り欠き2
5、25の対向する態様を変化させることにより接触面
積を変化させ、磁気回路の断面積を可変としている。な
お、この磁気回路においては、中央の軸穴27に磁性体
28を出し入れすることにより、回路中のコイル1のイ
ンダクタンスを可変にすることもできる。
【0016】更に他の具体例としては、図示されてはい
ないが、通常の磁気コア2に対して、少なくとも部分的
に、永久磁石あるいは電磁石を用いて磁気バイアスを与
えることにより、磁気コア2の飽和特性を部分的に可変
とすることもできる。また、上記した磁気コア2の断面
積の調整機構は、機械的、電気的あるいは電気機械的な
あらゆる手段を利用することができる。
ないが、通常の磁気コア2に対して、少なくとも部分的
に、永久磁石あるいは電磁石を用いて磁気バイアスを与
えることにより、磁気コア2の飽和特性を部分的に可変
とすることもできる。また、上記した磁気コア2の断面
積の調整機構は、機械的、電気的あるいは電気機械的な
あらゆる手段を利用することができる。
【0017】以上のように構成されている本発明による
圧電素子駆動装置によれば、種々の制御態様により圧電
素子の両端電圧すなわち印加電圧をフィードバック制御
することができ、圧電素子101の印加電圧VP を正お
よび負電圧ともに任意に設定することが可能となる。例
えば、次のような制御態様が実現される。図5は、本発
明による圧電素子駆動装置の一制御態様を示す制御図で
あり、圧電素子101の印加電圧VP の正電圧最大値V
P + および負電圧最大値VP - を測定し、それぞれ、そ
れらの指示値と比較して、それらの偏差により、それぞ
れ、充電コイル14’および放電コイル17’の磁気回
路の小断面積S2 をフィードバック制御し、正電圧最大
値VP + および負電圧最大値VP - をともに指示値に制
御する。なお、Kは制御系の伝達関数である。
圧電素子駆動装置によれば、種々の制御態様により圧電
素子の両端電圧すなわち印加電圧をフィードバック制御
することができ、圧電素子101の印加電圧VP を正お
よび負電圧ともに任意に設定することが可能となる。例
えば、次のような制御態様が実現される。図5は、本発
明による圧電素子駆動装置の一制御態様を示す制御図で
あり、圧電素子101の印加電圧VP の正電圧最大値V
P + および負電圧最大値VP - を測定し、それぞれ、そ
れらの指示値と比較して、それらの偏差により、それぞ
れ、充電コイル14’および放電コイル17’の磁気回
路の小断面積S2 をフィードバック制御し、正電圧最大
値VP + および負電圧最大値VP - をともに指示値に制
御する。なお、Kは制御系の伝達関数である。
【0018】図6は、本発明による圧電素子駆動装置の
他の制御態様を示す制御図であり、ここでは、充電コイ
ル14’の磁気回路は断面積に変化を設けず(S1 =S
2 )、圧電素子101の印加電圧VP の正電圧最大値V
P + および負電圧最大値VP - を測定し、それぞれ、そ
れらの指示値と比較して、正電圧最大値VP + の偏差に
よりDC−DCコンバータ12の出力電圧VO をフィー
ドバック制御し、かつ、負電圧最大値VP - の偏差によ
り放電コイル17’の磁気回路の小断面積S2をフィー
ドバック制御し、正電圧最大値VP + および負電圧最大
値VP - をともに指示値に制御する。
他の制御態様を示す制御図であり、ここでは、充電コイ
ル14’の磁気回路は断面積に変化を設けず(S1 =S
2 )、圧電素子101の印加電圧VP の正電圧最大値V
P + および負電圧最大値VP - を測定し、それぞれ、そ
れらの指示値と比較して、正電圧最大値VP + の偏差に
よりDC−DCコンバータ12の出力電圧VO をフィー
ドバック制御し、かつ、負電圧最大値VP - の偏差によ
り放電コイル17’の磁気回路の小断面積S2をフィー
ドバック制御し、正電圧最大値VP + および負電圧最大
値VP - をともに指示値に制御する。
【0019】図7は、本発明による圧電素子駆動装置の
更に他の制御態様を示す制御図であり、ここでは、圧電
素子101の両端電圧VP および充電電流I1 から圧電
素子への正電圧印加時の1通電当たりのエネルギーE、
および負電圧最大値VP - を測定し、それぞれ、それら
の指示値と比較して、1通電当たりのエネルギーEの偏
差によりDC−DCコンバータ12の出力電圧VO をフ
ィードバック制御し、かつ、負電圧最大値VP - の偏差
により放電コイル17’の磁気回路の小断面積S2 をフ
ィードバック制御し、1通電当たりのエネルギーEおよ
び負電圧最大値VP - をともに指示値に制御する。
更に他の制御態様を示す制御図であり、ここでは、圧電
素子101の両端電圧VP および充電電流I1 から圧電
素子への正電圧印加時の1通電当たりのエネルギーE、
および負電圧最大値VP - を測定し、それぞれ、それら
の指示値と比較して、1通電当たりのエネルギーEの偏
差によりDC−DCコンバータ12の出力電圧VO をフ
ィードバック制御し、かつ、負電圧最大値VP - の偏差
により放電コイル17’の磁気回路の小断面積S2 をフ
ィードバック制御し、1通電当たりのエネルギーEおよ
び負電圧最大値VP - をともに指示値に制御する。
【0020】図8は、本発明による圧電素子駆動装置の
更に他の制御態様を示す制御図であり、ここでは、圧電
素子101の両端電圧VP および充電電流I1 から圧電
素子への正電圧印加時の1通電当たりのエネルギーE、
および正電圧最大値VP + を測定し、それぞれ、それら
の指示値と比較して、1通電当たりのエネルギーEの偏
差によりDC−DCコンバータ12の出力電圧VO をフ
ィードバック制御し、かつ、正電圧最大値VP + の偏差
により充電コイル14’の磁気回路の小断面積S2 をフ
ィードバック制御し、1通電当たりのエネルギーEおよ
び正電圧最大値VP + をともに指示値に制御する。この
時、正電圧最大値VP + の指示値を最大印加可能電圧に
しておけば、指示値通りの1通電当たりのエネルギーに
保ちつつ、負電圧最大値VP - を常に最小にすることが
できる。
更に他の制御態様を示す制御図であり、ここでは、圧電
素子101の両端電圧VP および充電電流I1 から圧電
素子への正電圧印加時の1通電当たりのエネルギーE、
および正電圧最大値VP + を測定し、それぞれ、それら
の指示値と比較して、1通電当たりのエネルギーEの偏
差によりDC−DCコンバータ12の出力電圧VO をフ
ィードバック制御し、かつ、正電圧最大値VP + の偏差
により充電コイル14’の磁気回路の小断面積S2 をフ
ィードバック制御し、1通電当たりのエネルギーEおよ
び正電圧最大値VP + をともに指示値に制御する。この
時、正電圧最大値VP + の指示値を最大印加可能電圧に
しておけば、指示値通りの1通電当たりのエネルギーに
保ちつつ、負電圧最大値VP - を常に最小にすることが
できる。
【0021】なお、図7および図8に示されている制御
態様においては、エネルギー指示の代わりに、電荷量の
指示、あるいは、それらの複合値の指示を用いることが
できる。以上のような制御態様を採用することのできる
本発明による圧電素子駆動装置においては、磁気回路の
飽和特性を利用しているため、前述した圧電素子両端電
圧VP のヒゲが殆ど発生せず、また、ノイズの発生も少
ない。更に、圧電素子両端電圧VP の負電圧を制御して
いるので、エネルギーロスを生じず、エネルギーをバッ
テリー等に戻す方法と比べて変換ロスを発生することが
なく、発熱が少なく効率が良い。加えて、回路構成がシ
ンプルであり、信頼性が高く、また、電流制御のため引
回しが容易であり、特に、DC−DCコンバータは指示
値に対して単調増加であればリニアリティは不要なた
め、精密な回路は必要でないことから、回路構成がシン
プルで、信頼性が高く、コストを低減することができ
る。
態様においては、エネルギー指示の代わりに、電荷量の
指示、あるいは、それらの複合値の指示を用いることが
できる。以上のような制御態様を採用することのできる
本発明による圧電素子駆動装置においては、磁気回路の
飽和特性を利用しているため、前述した圧電素子両端電
圧VP のヒゲが殆ど発生せず、また、ノイズの発生も少
ない。更に、圧電素子両端電圧VP の負電圧を制御して
いるので、エネルギーロスを生じず、エネルギーをバッ
テリー等に戻す方法と比べて変換ロスを発生することが
なく、発熱が少なく効率が良い。加えて、回路構成がシ
ンプルであり、信頼性が高く、また、電流制御のため引
回しが容易であり、特に、DC−DCコンバータは指示
値に対して単調増加であればリニアリティは不要なた
め、精密な回路は必要でないことから、回路構成がシン
プルで、信頼性が高く、コストを低減することができ
る。
【0022】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、圧電
素子に印加される正および負の最大電圧に応じて印加電
圧をフィードバック制御することにより、大きな負側へ
のアンダーシュートを抑制し、それにより、圧電素子の
分極劣化を防止することができることから、簡単な構成
により、圧電素子の放電電流を制限し、圧電素子の長寿
命化を図ることのできる圧電素子駆動装置を得ることが
できる。
素子に印加される正および負の最大電圧に応じて印加電
圧をフィードバック制御することにより、大きな負側へ
のアンダーシュートを抑制し、それにより、圧電素子の
分極劣化を防止することができることから、簡単な構成
により、圧電素子の放電電流を制限し、圧電素子の長寿
命化を図ることのできる圧電素子駆動装置を得ることが
できる。
【図1】本発明による圧電素子駆動装置の実施例の回路
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図2】本発明による圧電素子駆動装置に用いられる磁
気回路の構造を示す概念図である。
気回路の構造を示す概念図である。
【図3】本発明による圧電素子駆動装置に用いられる磁
気回路を実現するための一具体例の構造を示す斜視図で
ある。
気回路を実現するための一具体例の構造を示す斜視図で
ある。
【図4】本発明による圧電素子駆動装置に用いられる磁
気回路の他の具体例の構造を示す斜視図である。
気回路の他の具体例の構造を示す斜視図である。
【図5】本発明による圧電素子駆動装置の一制御態様を
示す制御図である。
示す制御図である。
【図6】本発明による圧電素子駆動装置の他の制御態様
を示す制御図である。
を示す制御図である。
【図7】本発明による圧電素子駆動装置の更に他の制御
態様を示す制御図である。
態様を示す制御図である。
【図8】本発明による圧電素子駆動装置の更に他の制御
態様を示す制御図である。
態様を示す制御図である。
【図9】圧電素子を用いた内燃機関用燃料噴射弁装置の
一例の構成を示す概念構成図である。
一例の構成を示す概念構成図である。
【図10】内燃機関用燃料噴射弁の圧電アクチュエータ
を駆動する圧電素子駆動回路の一例を示す回路図であ
る。
を駆動する圧電素子駆動回路の一例を示す回路図であ
る。
【図11】図10の回路における各部を流れる電流を示
す波形図である。
す波形図である。
1…コイル 2…磁気コア 3…第1の磁気回路部分 4…第2の磁気回路部分 11…直流電源 12…DC−DCコンバータ 13…電解コンデンサ 14、14’…充電コイル 15…充電用サイリスタ 16…放電用サイリスタ 17、17’…放電コイル 18…制御回路 21…E型コア 22…I型コア 23、24…コア半部 25…切り欠き 26…中央円筒部 27…軸穴 28…磁性体 100…燃料噴射弁装置 101…圧電素子 102…ピストン 103…皿バネ 104…作動油 105…プッシュロッド 106…圧力室 107…燃料溜め 108…受圧面 109…噴射孔
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−264575(JP,A) 特開 平4−176661(JP,A) 特開 昭63−178777(JP,A) 特開 平2−228008(JP,A) 特開 平1−99270(JP,A) 特開 昭50−47161(JP,A) 特開 平5−184164(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 2/06
Claims (3)
- 【請求項1】 充電用インダクタと圧電素子の静電容量
とにより構成される第1の共振回路を用いて、電源電圧
を越える高電圧を該圧電素子に印加して充電を行い、か
つ、放電用インダクタと該圧電素子の静電容量とにより
構成される第2の共振回路を用いて、該圧電素子に負側
電圧を印加して放電を行う圧電素子駆動装置であって、 上記圧電素子の印加電圧の正および負の最大電圧の少な
くとも一方を検出する検出手段と、 上記充電用インダクタおよび上記放電用インダクタの少
なくとも一方の磁気回路の断面積を部分的に変化させる
磁気回路可変手段と、 上記印加電圧検出手段からの検出出力に応じて、上記磁
気回路可変手段を制御する制御手段とを更に備えた圧電
素子駆動装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の圧電素子駆動装置にお
いて、 検出手段が、圧電素子の正電圧印加時の1通電当たりの
エネルギーをも検出することができる装置。 - 【請求項3】 請求項1あるいは請求項2に記載の圧電
素子駆動装置において、 磁気回路可変手段が、インダクタに含まれている磁気コ
アを少なくとも二つのコア部材により構成し、該二つの
コア部材の接触面積を変化させることにより磁気回路の
断面積を部分的に変化させる装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05245080A JP3092413B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 圧電素子駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05245080A JP3092413B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 圧電素子駆動装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07107754A JPH07107754A (ja) | 1995-04-21 |
JP3092413B2 true JP3092413B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=17128307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05245080A Expired - Fee Related JP3092413B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 圧電素子駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3092413B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60011038T2 (de) * | 2000-04-01 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Zeit und Fall-kontrolliertes Aktivierungssystem für die Aufladung und die Entladung von piezoelektrischen Elementen |
JP4715392B2 (ja) * | 2005-08-26 | 2011-07-06 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェットプリンタ |
DE102014211206B3 (de) * | 2014-06-12 | 2015-09-10 | Continental Automotive Gmbh | Vorrichtung mit einer Leiterplatte und einer darauf angeordneten elektronischen Schaltung, die einen Elektrolytkondensator aufweist, dessen Betriebstemperatur mittels der elektronischen Schaltung regelbar ist |
CN107408620B (zh) * | 2015-10-30 | 2019-08-23 | 株式会社村田制作所 | 压电元件驱动电路以及流体控制装置 |
CN105978397B (zh) * | 2016-05-23 | 2017-12-08 | 中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所 | 压电喷油器的驱动结构 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP05245080A patent/JP3092413B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07107754A (ja) | 1995-04-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4749897A (en) | Driving device for piezoelectric element | |
JP2754610B2 (ja) | 圧電アクチュエータ駆動装置 | |
JP5064607B2 (ja) | 圧電素子の充放電のための方法及び装置 | |
US6005763A (en) | Pulsed-energy controllers and methods of operation thereof | |
JP5331663B2 (ja) | 電磁式燃料噴射弁の駆動回路 | |
EP2733401B1 (en) | Solenoid actuator | |
US20020056443A1 (en) | Electromagnetic fuel injection apparatus, an internal combustion engine having an electromagnetic fuel injection apparatus, and a drive circuit of an electromagnetic fuel injection apparatus | |
JPH02190682A (ja) | 圧電素子の駆動装置 | |
JPH0121342B2 (ja) | ||
KR20010080034A (ko) | 전자 밸브 액추에이터 | |
US4818892A (en) | Laser device with high-voltage pulse generator, high-voltage pulse generator and pulse generating method | |
JP3508407B2 (ja) | 内燃機関用燃料噴射弁の駆動装置 | |
US5363270A (en) | Rapid response dual coil electromagnetic actuator with capacitor | |
JP3092413B2 (ja) | 圧電素子駆動装置 | |
DE3623908C2 (ja) | ||
JP3092411B2 (ja) | 圧電素子駆動装置 | |
Barrett | Core reset considerations in magnetic pulse compression networks | |
JP3141670B2 (ja) | 内燃機関の弁駆動装置及び弁体の初期位置設定方法 | |
EP1522700B1 (en) | Voltage booster circuit for powering a piezoelectric actuator of an injector | |
JP2001234830A (ja) | 内燃機関用蓄圧式燃料噴射装置 | |
JP2546231B2 (ja) | 圧電素子の駆動装置 | |
JPS6337482B2 (ja) | ||
JP3772397B2 (ja) | 燃料噴射弁駆動回路 | |
JP2925537B2 (ja) | 電磁作動装置の応答時間を改善する装置および方法 | |
JP4118432B2 (ja) | 電磁弁駆動回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080728 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080728 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090728 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |