JPH07107754A - 圧電素子駆動装置 - Google Patents
圧電素子駆動装置Info
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- JPH07107754A JPH07107754A JP5245080A JP24508093A JPH07107754A JP H07107754 A JPH07107754 A JP H07107754A JP 5245080 A JP5245080 A JP 5245080A JP 24508093 A JP24508093 A JP 24508093A JP H07107754 A JPH07107754 A JP H07107754A
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Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 充電用インダクタ14' と圧電素子101 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 VO 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17' 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(18)。
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。 【構成】 充電用インダクタ14' と圧電素子101 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 VO 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17' 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(18)。
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
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 true JPH07107754A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3092413B2 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) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002004924A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-09 | Robert Bosch Gmbh | 圧電素子を充電または放電するための装置、システムの圧電素子を充電するための方法および燃料噴射システムに使用されるのに特別適している用途 |
| JP2007055188A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Seiko Epson Corp | インクジェットプリンタ |
| US20150366065A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | Continental Automotive Gmbh | Device having a circuit board and an electronic circuit with an electrolytic capacitor arranged on the circuit board |
| CN105978397A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-09-28 | 中国第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 |
| WO2017073642A1 (ja) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子駆動回路および流体制御装置 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP05245080A patent/JP3092413B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002004924A (ja) * | 2000-04-01 | 2002-01-09 | Robert Bosch Gmbh | 圧電素子を充電または放電するための装置、システムの圧電素子を充電するための方法および燃料噴射システムに使用されるのに特別適している用途 |
| JP2007055188A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-03-08 | Seiko Epson Corp | インクジェットプリンタ |
| 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 |
| US20150366065A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | Continental Automotive Gmbh | Device having a circuit board and an electronic circuit with an electrolytic capacitor arranged on the circuit board |
| WO2017073642A1 (ja) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子駆動回路および流体制御装置 |
| JP6160800B1 (ja) * | 2015-10-30 | 2017-07-12 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子駆動回路および流体制御装置 |
| GB2558703A (en) * | 2015-10-30 | 2018-07-18 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric element driving circuit and fluid control apparatus |
| GB2558703B (en) * | 2015-10-30 | 2021-02-24 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric element driving circuit and fluid control apparatus |
| US11605773B2 (en) | 2015-10-30 | 2023-03-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric element driving circuit and fluid control apparatus |
| CN105978397A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-09-28 | 中国第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 |
| 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 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3092413B2 (ja) | 2000-09-25 |
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