JPH0365068A - Driver of piezoelectric actuator - Google Patents
Driver of piezoelectric actuatorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
髪棗些立且里旦互
本発明は、圧電アクチュエータの駆動装置に関し、更に
詳細には、上記アクチュエータの出力変位を正確に制御
する駆動装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a drive device for a piezoelectric actuator, and more particularly to a drive device that accurately controls the output displacement of the actuator.
藍圭旦蓋亘
一般に、圧電アクチュエータは、誘電体である圧電素子
とこれを挟む２つの電極から構成されているため、圧電
アクチュエータを〒種のコンデンサと見なすことができ
る。圧電アクチュエータの軸線方向変形は圧電アクチュ
エータに蓄電されたるスイッチングによって圧電アクチ
ュエータを充電あるいは放電することにより、制御して
いた。In general, a piezoelectric actuator is composed of a dielectric piezoelectric element and two electrodes sandwiching the piezoelectric element, so the piezoelectric actuator can be regarded as a type of capacitor. The axial deformation of the piezoelectric actuator has been controlled by charging or discharging the piezoelectric actuator by switching the electric power stored in the piezoelectric actuator.
また、圧電アクチュエータの充電方向、すなわち電圧の
印加方向は一定であり、従って、圧電アクチュエータの
出力変位の方向は一定であった。Furthermore, the charging direction of the piezoelectric actuator, that is, the direction of voltage application, was constant, and therefore the direction of output displacement of the piezoelectric actuator was constant.
発Ｈが解決しようと る課題
しかしながら、単なるスイッチングでは、充放電の時間
を制御できず、かつ充放電の際に電流値が変動するため
に、正確な充電量、放電量の管理ができず、ひいては、
圧電アクチュエータの出力変位の正確な制御、特に中間
変位の正確な制御が困難であるという問題があった。Problems that hydrogen generation aims to solve However, with simple switching, it is not possible to control the charging and discharging time, and the current value fluctuates during charging and discharging, making it impossible to accurately manage the amount of charge and discharge. In addition,
There has been a problem in that it is difficult to accurately control the output displacement of the piezoelectric actuator, especially the intermediate displacement.
また、圧電アクチュエータの充電方向が一定で、圧電ア
クチュエータの出力変位の方向が一定なので、大きな出
力変位を得るのが難しいという問題があった。Furthermore, since the charging direction of the piezoelectric actuator is constant and the direction of output displacement of the piezoelectric actuator is constant, there is a problem that it is difficult to obtain a large output displacement.
そこで、本発明は、充放電の時間を制御し、かつ充放電
の際の電流を一定に維持すると共に、正逆何れの方向に
も充電できるようにすることにより、充電量、放電量、
ひいては圧電アクチュエータの出力変位を中間変位を含
めて正確に制御することができ、かつ大きな出力変位を
得ることができる圧電アクチュエータの駆動装置を提供
することを目的とする。Therefore, the present invention controls the charging and discharging time, maintains the current constant during charging and discharging, and enables charging in either the forward or reverse direction, thereby reducing the amount of charge, the amount of discharge,
Further, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric actuator drive device that can accurately control the output displacement of the piezoelectric actuator including intermediate displacement, and can obtain a large output displacement.
課題を解決するための手段
本発明によれば、上記課題を解決するために、圧電アク
チュエータの駆動装置であって、圧電アクチュエータを
正方向に一定電流で充電し又は放電させるための駆動回
路と、圧電アクチュエータを逆方向に一定電流で充電し
又は放電させるための駆動回路と、駆動回路に制御信号
を出力して駆動回路の作動時間を制御するための制御装
置とを備え、圧電アクチュエータを正方向あるいは逆方
向に一定電流で所定時間充電又は放電し、所望の出力変
位に対応する目標電位まで、充電又は放電の繰り返しに
よって圧電アクチュエータの電位を増減させる装置が提
供される。Means for Solving the Problems According to the present invention, in order to solve the above problems, there is provided a drive device for a piezoelectric actuator, which includes a drive circuit for charging or discharging the piezoelectric actuator in the positive direction with a constant current; The piezoelectric actuator is equipped with a drive circuit for charging or discharging the piezoelectric actuator in the reverse direction with a constant current, and a control device for outputting a control signal to the drive circuit to control the operating time of the drive circuit. Alternatively, a device is provided in which the piezoelectric actuator is charged or discharged in the opposite direction with a constant current for a predetermined period of time, and the potential of the piezoelectric actuator is increased or decreased by repeating the charging or discharging until a target potential corresponding to a desired output displacement is reached.
本発明の好ましい実施態様に寄れば、上記二つの駆動回
路は、それぞれ直流電源と、定電流回路を介して上記直
流電源に直列に接続された一対のトランジスタと、該一
対のトランジスタとグランドとの間に接続されたもう１
つの定電流回路とを備え、上記二つの駆動回路のうちの
一方の駆動回路の一対のトランジスタの接続線と他方の
駆動回路の一対のトランジスタの接続線とは一つの圧電
アクチュエータを介してグランドされている。According to a preferred embodiment of the present invention, the two drive circuits each include a DC power supply, a pair of transistors connected in series to the DC power supply via a constant current circuit, and a connection between the pair of transistors and ground. Another one connected between
The connection line between the pair of transistors in one of the two drive circuits and the connection line between the pair of transistors in the other drive circuit are grounded via one piezoelectric actuator. ing.
（作用）
上述の如く、本発明においては、圧電アクチュエータを
正方向に一定電流で充電し又は放電させるための駆動回
路と、圧電アクチュエータを逆方向に一定電流で充電し
又は放電させるための駆動回路と、駆動回路に制御信号
を出力して駆動回路の作動時間を制御するための制御装
置とを設けたので、圧電アクチュエータを一定電流で所
定時間充放電することができ、すなわち、正確な充電量
、放電量の管理ができ、ひいては、圧電アクチュエータ
の出力変位の正確な制御、特に中間変位の正確な制御が
でき、かつ圧電アクチュエータが伸び方向と縮み方向の
双方に変位して出力変位が大きくなる。(Function) As described above, the present invention includes a drive circuit for charging or discharging the piezoelectric actuator in the forward direction with a constant current, and a drive circuit for charging or discharging the piezoelectric actuator in the reverse direction with a constant current. and a control device for outputting a control signal to the drive circuit to control the operating time of the drive circuit, it is possible to charge and discharge the piezoelectric actuator with a constant current for a predetermined time, that is, to accurately charge the amount of charge. , the amount of discharge can be managed, and in turn, the output displacement of the piezoelectric actuator can be accurately controlled, especially the intermediate displacement, and the piezoelectric actuator can be displaced in both the extension and contraction directions, increasing the output displacement. .
実施例 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。Example Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第１図は、本発明による駆動装置の一実施例の構成を概
略的に示す図である。図示の駆動装置は、圧電アクチュ
エータ１を正方向に一定電流で充電し又は放電させるた
めの駆動回路２ａと、圧電アクチュエータｌを逆方向に
一定電流で充電し又は放電させるための駆動回路２ｂと
を備えている。FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an embodiment of a drive device according to the present invention. The illustrated drive device includes a drive circuit 2a for charging or discharging the piezoelectric actuator 1 in the forward direction with a constant current, and a drive circuit 2b for charging or discharging the piezoelectric actuator 1 in the reverse direction with a constant current. We are prepared.
駆動回路２ａ、２ｂの入力には、上記充電時間又は放電
時間を制御する制御信号を介して駆動回路２ａ、２ｂの
出力を制御するための中央制御装置（ＣＰＵ）３の出力
が接続されている。The output of a central control unit (CPU) 3 for controlling the output of the drive circuits 2a, 2b is connected to the inputs of the drive circuits 2a, 2b via a control signal for controlling the charging time or discharging time. .
第２図に、上記駆動回路２ａ、２ｂの回路図を概略的に
示す。図示の回路は、一端が直流電源（図示せず）に接
続された例えば１つの抵抗からなる定電流回路２１ａを
備えている。定電流回路２１ａの他端は、トランジスタ
２３ａのエミッタに接続されている。トランジスタ２３
ａの″ベースは中央制御装置３の出力端子に接続され、
トランジスタ２３ａのコレクタは別のトランジスタ２４
ａのコレクタに接続されている。トランジスタ２４ａの
ベースは中央制御装置３の出力端子に接続され、トラン
ジスタ２４ａのエミッタはもう１つの定電流回路２２ａ
を介してグランドに接続されている。上記直流電源、一
対のトランジスタ２３ａ、２４ａ、及び一対の定電流回
路２１ａ、２２ａは、駆動回路２ａを構成する。FIG. 2 schematically shows a circuit diagram of the drive circuits 2a and 2b. The illustrated circuit includes a constant current circuit 21a consisting of, for example, one resistor, one end of which is connected to a DC power source (not shown). The other end of the constant current circuit 21a is connected to the emitter of the transistor 23a. transistor 23
The base of a is connected to the output terminal of the central control device 3,
The collector of the transistor 23a is connected to another transistor 24.
It is connected to the collector of a. The base of the transistor 24a is connected to the output terminal of the central control unit 3, and the emitter of the transistor 24a is connected to another constant current circuit 22a.
connected to ground via. The DC power supply, the pair of transistors 23a and 24a, and the pair of constant current circuits 21a and 22a constitute a drive circuit 2a.
また、図示の回路は、定電流回路２１ｂ１２２ｂ、トラ
ンジスタ２３ｂ、２４ｂを備えている。これらは定電流
回路２１ａ、２２ａｚ トランジスタ２３ａ、２４ａ
と同様に接続され、駆動回路２ｂを構成する。Further, the illustrated circuit includes a constant current circuit 21b122b and transistors 23b and 24b. These are constant current circuits 21a, 22az transistors 23a, 24a
The drive circuit 2b is connected in the same manner as the drive circuit 2b.
トランジスタ２３ａのコレクタとトランジスタ２４ａの
コレクタとの接続線は分岐して圧電アクチュエータ１の
一方の電極に接続され、また分岐点と電極の間でダイオ
ード２５ａを介してグランドされている。ダイオード２
５ａはグランド方向が逆方向となるように設置されてい
る。一方、トランジスタ２３ｂのコレクタとトランジス
タ２４ｂのコレクタとの接続線は分岐して圧電アクチュ
エータｌの他方の電極に接続され、また分岐点と電極の
間でダイオード２５ｂを介してグランドされている。ダ
イオード２５ｂもグランド方向が逆方向となるように設
置されている。The connection line between the collector of the transistor 23a and the collector of the transistor 24a is branched and connected to one electrode of the piezoelectric actuator 1, and is grounded via a diode 25a between the branch point and the electrode. diode 2
5a is installed so that the ground direction is opposite. On the other hand, the connection line between the collector of the transistor 23b and the collector of the transistor 24b is branched and connected to the other electrode of the piezoelectric actuator l, and is grounded via a diode 25b between the branch point and the electrode. The diode 25b is also installed so that the ground direction is opposite to the ground direction.
上記のように構成された本実施例に係る駆動装置の作動
を以下に説明する。The operation of the drive device according to this embodiment configured as described above will be described below.
中央制御装置３が駆動回路２ａのトランジスタ２３ａの
ベースに充電トリガ信号を、又駆動回路２ｂのトランジ
スタ２４ｂのベースに放電トリガ信号を所定時間与える
とトランジスタ２３ａ及びトランジスタ２４ｂが所定時
間導通状態になり、直流電源が定電流回路２１ａ、トラ
ンジスタ２３ａ、トランジスタ ２４ｂ、及び定電流回
路２２ｂを介して圧電アクチュエータｌに所定時間接続
する。こうして、圧電アクチュエータｌに正方向、すな
わち、第２図の太実線矢印方向に直流一定電流が所定時
間通電され、圧電アクチュエータ１は正方向に所定電荷
量だけ充電される。これにより、圧電アクチュエータ１
は正方向、すなわち、延びる方向に所定量だけ変位する
。When the central control device 3 applies a charge trigger signal to the base of the transistor 23a of the drive circuit 2a and a discharge trigger signal to the base of the transistor 24b of the drive circuit 2b for a predetermined time, the transistor 23a and the transistor 24b become conductive for a predetermined time, A DC power source is connected to the piezoelectric actuator l for a predetermined time via a constant current circuit 21a, a transistor 23a, a transistor 24b, and a constant current circuit 22b. In this way, a constant DC current is applied to the piezoelectric actuator 1 in the positive direction, that is, in the direction of the thick solid line arrow in FIG. 2 for a predetermined period of time, and the piezoelectric actuator 1 is charged in the positive direction by a predetermined amount of charge. As a result, the piezoelectric actuator 1
is displaced by a predetermined amount in the positive direction, that is, in the extending direction.
一方、中央制御装置３が駆動回路２ａのトランジスタ２
４ａのベースに放電トリガ信号を所定時間与えるとトラ
ンジスタ２４ａが所定時間導通状態になり、圧電アクチ
ュエータｌが定電流回路２２ａ、ｈランジスタ２４ａ１
及びダイオード２５ｂを介して所定時間グランドに接続
する。こうして、圧電アクチュエータ１は正方向、すな
わち第２図の細実線矢印方向に所定電荷量だけ放電する
。これにより、圧電アクチュエータｌの変位は所定量だ
け低減する。On the other hand, the central controller 3 controls the transistor 2 of the drive circuit 2a.
When a discharge trigger signal is applied to the base of 4a for a predetermined time, the transistor 24a becomes conductive for a predetermined time, and the piezoelectric actuator l is connected to the constant current circuit 22a and the h transistor 24a1.
and is connected to ground for a predetermined time via the diode 25b. In this way, the piezoelectric actuator 1 discharges a predetermined amount of charge in the positive direction, that is, in the direction of the thin solid line arrow in FIG. Thereby, the displacement of the piezoelectric actuator l is reduced by a predetermined amount.
中央制御装置３が駆動回路２ｂのトランジスタ２３ｂの
ベースに充電トリガ信号を、又駆動回路２ａのトランジ
スタ２４ａのベースに放電トリガ信号を所定時間与える
とトランジスタ２３ｂ及びトランジスタ２４ａが所定時
間導通状態になり、直流電源が定電流回路２１ｂ、トラ
ンジスタ２３ｂ１ トランジスタ ２４ａ１及び定電流
回路２２ａを介して圧電アクチュエータ１に所定時間接
続する。こうして、圧電アクチュエータ１に逆方向、す
なわち、第２図の太破線矢印方向に直流一定電流が所定
時間通電され、圧電アクチュエータｌは逆方向に所定電
荷量だけ充電される。これにより、圧電アクチュエータ
１は逆方向、すなわち、縮む方向に所定量だけ変位する
。When the central control device 3 applies a charge trigger signal to the base of the transistor 23b of the drive circuit 2b and a discharge trigger signal to the base of the transistor 24a of the drive circuit 2a for a predetermined time, the transistor 23b and the transistor 24a become conductive for a predetermined time, A DC power source is connected to the piezoelectric actuator 1 for a predetermined period of time via the constant current circuit 21b, the transistor 23b1, the transistor 24a1, and the constant current circuit 22a. In this way, a constant DC current is applied to the piezoelectric actuator 1 in the opposite direction, that is, in the direction of the bold broken arrow in FIG. 2 for a predetermined period of time, and the piezoelectric actuator 1 is charged in the opposite direction by a predetermined amount of charge. As a result, the piezoelectric actuator 1 is displaced by a predetermined amount in the opposite direction, that is, in the direction of contraction.
一方、中央制御装置３が駆動回路２ｂのトランジスタ２
４ｂのベースに放電トリが信号を所定時間与えるとトラ
ンジスタ２４ｂが所定時間導通状態になり、圧電アクチ
ュエータｌが定電流回路２２ｂ、）ランジスタ２４ｂ１
及びダイオード２５ａを介して所定時間グランドに接続
する。こうして、圧電アクチュエータ１は逆方向、すな
わち第２図の細破線矢印方向に所定電荷量だけ放電する
。これにより、圧電アクチュエータｌの変位は所定量だ
け低減する。On the other hand, the central controller 3 controls the transistor 2 of the drive circuit 2b.
When the discharge bird applies a signal to the base of 4b for a predetermined period of time, the transistor 24b becomes conductive for a predetermined period of time, and the piezoelectric actuator 1 is connected to the constant current circuit 22b and the transistor 24b1.
and is connected to ground for a predetermined time via the diode 25a. In this way, the piezoelectric actuator 1 discharges a predetermined amount of charge in the opposite direction, that is, in the direction of the thin broken line arrow in FIG. Thereby, the displacement of the piezoelectric actuator l is reduced by a predetermined amount.
駆動回路２ａを使用し、かつ前記一定電流の値とトリガ
信号の発信時間を適正値に設定することにより、第３図
に示すように、充電、放電を繰り返して、圧電アクチュ
エータの正方向、すなわち伸び方向の出力変位制御を、
中間変位を含めて正確に行うことができる。一方、駆動
回路２ｂを使用すれば、前記と同様にして、圧電アクチ
ュエータの逆方向、すなわち縮み方向の出力変位制御を
、中間変位を含めて正確に行うことができる。すなわち
、第３図においては、正方向に充電を３回繰り返すこと
により、圧電アクチュエータの出力は初期値すなわち零
から段階的に二つの中間変位を経て伸び方向に増大し伸
びの最大値に達する。その後放電を３回繰り返すことに
より、伸びの最大値から段階的に二つの中間変位を経て
減少し初期値、すなわち零に復帰する。続いて、逆方向
に充電を３回繰り返すことにより、圧電アクチュエータ
の出力は初期値すなわち零から段階的に二つの中間変位
を経て縮み方向に増大し縮みの最大値に達する。その後
放電を３回繰り返すことにより、縮みの最大値から段階
的に二つの中間変位を経て減少し初期値、すなわち零に
復帰する。By using the drive circuit 2a and setting the constant current value and trigger signal transmission time to appropriate values, as shown in FIG. 3, charging and discharging are repeated to move the piezoelectric actuator in the forward direction, that is, Output displacement control in the elongation direction,
It can be performed accurately including intermediate displacements. On the other hand, if the drive circuit 2b is used, it is possible to accurately control the output displacement of the piezoelectric actuator in the reverse direction, that is, in the contraction direction, including intermediate displacement, in the same manner as described above. That is, in FIG. 3, by repeating charging three times in the positive direction, the output of the piezoelectric actuator gradually increases from the initial value, that is, zero, through two intermediate displacements in the elongation direction, and reaches the maximum elongation value. Thereafter, by repeating the discharge three times, the elongation gradually decreases from the maximum value through two intermediate displacements and returns to the initial value, that is, zero. Subsequently, by repeating charging in the opposite direction three times, the output of the piezoelectric actuator increases from the initial value, that is, zero, through two intermediate displacements stepwise in the direction of contraction, and reaches the maximum value of contraction. Thereafter, by repeating the discharge three times, the contraction gradually decreases through two intermediate displacements from the maximum value and returns to the initial value, that is, zero.
及旦旦玄１
以上のように、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動
装置では、圧電アクチュエータの充放電時間が制御され
、かつ充放電の際の電流値が一定に維持されると共に、
圧電アクチュエータが正逆両方向に充放電されるので、
充電量、放電量、ひいては圧電アクチュエータの出力変
位、特に中間変位を正確に制御することができると共に
、圧電アクチュエータが伸び方向と縮み方向の両方向に
変位して大きな出力変位が得られる。As described above, in the piezoelectric actuator drive device according to the present invention, the charging and discharging time of the piezoelectric actuator is controlled, and the current value during charging and discharging is maintained constant,
Since the piezoelectric actuator is charged and discharged in both forward and reverse directions,
The amount of charge, the amount of discharge, and ultimately the output displacement of the piezoelectric actuator, especially the intermediate displacement, can be accurately controlled, and the piezoelectric actuator can be displaced in both the extension direction and the contraction direction to obtain a large output displacement.
第１図は、本発明による駆動装置の一実施例の構成を概
略的に示す図であり、
第２図は、本発明の装置に使用する駆動回路の一例の構
成を概略的に示す図である。
第３図は、本発明による駆動装置の作動の一例を示す図
である。
１・・・圧電アクチュエータ、
２ａ、２ｂ・・・駆動回路、
３・・・中央制御装置、
２１ａ、２２ａ・・・定電流回路、
２１ｂ、２２ｂ・・・定電流回路、
２３ａ、２４ａ・・・トランジスタ、
２３ｂ、２４ｂ・・・トランジスタ、
２５ａ、２５ｂ・・・ダイオード。
第１図FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an example of a drive device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of an example of a drive circuit used in the device of the present invention. be. FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of the drive device according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Piezoelectric actuator, 2a, 2b... Drive circuit, 3... Central control device, 21a, 22a... Constant current circuit, 21b, 22b... Constant current circuit, 23a, 24a... Transistor, 23b, 24b...transistor, 25a, 25b...diode. Figure 1
Claims (2)
アクチュエータを正方向に一定電流で充電し又は放電さ
せるための駆動回路と、 圧電アクチュエータを逆方向に一定電流で充電し又は放
電させるための駆動回路と、 駆動回路に制御信号を出力して駆動回路の作動時間を制
御するための制御装置と、 を備え、 圧電アクチュエータを正方向或いは逆方向に一定電流で
所定時間充電又は放電し、所望の出力変位に対応する目
標電位まで、充電又は放電の繰り返しによって圧電アク
チュエータの電位を増減させることを特徴とする装置。(1) A drive device for a piezoelectric actuator, which includes a drive circuit for charging or discharging the piezoelectric actuator in the forward direction with a constant current, and a drive circuit for charging or discharging the piezoelectric actuator in the reverse direction with a constant current. and a control device for outputting a control signal to the drive circuit to control the operating time of the drive circuit, charging or discharging the piezoelectric actuator with a constant current in the forward or reverse direction for a predetermined time to achieve a desired output. A device characterized in that the potential of a piezoelectric actuator is increased or decreased by repeating charging or discharging until a target potential corresponding to a displacement is reached.
定電流回路を介して上記直流電源に直列に接続された一
対のトランジスタと、該一対のトランジスタとグランド
との間に接続されたもう１つの定電流回路とを備え、 上記二つの駆動回路のうちの一方の駆動回路の一対のト
ランジスタの接続線と他方の駆動回路の一対のトランジ
スタの接続線とは一つの圧電アクチュエータを介してグ
ランドされていることを特徴とする請求項（１）に記載
の装置。(2) The above two drive circuits each have a DC power source,
A pair of transistors connected in series to the DC power supply via a constant current circuit, and another constant current circuit connected between the pair of transistors and ground, and one of the two drive circuits described above. The connecting line between the pair of transistors in one drive circuit and the connecting line between the pair of transistors in the other drive circuit are grounded via one piezoelectric actuator. Device.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2897269B2 (en) |
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| JP2897269B2 (en) | 1999-05-31 |
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