JP4290781B2 - ピエゾ電気素子の充放電方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ電気素子の充放電装置であって、充電も放電も、インダクタンスとして作用する１つの素子を介して行われ、充電電流及び放電電流は、インダクタンスとして作用する素子を介して案内され、インダクタンスとして作用する素子及びピエゾ電気素子は、直列に接続され、ピエゾ電気素子の充電は、充電過程中充電スイッチを繰り返し閉じたり開いたりすることによって行われ、及び／又は、ピエゾ電気素子の放電は、放電過程中放電スイッチを繰り返し閉じたり開いたりすることによって行われる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここで詳細に考察しているピエゾ電気素子は、殊に（但し、排他的にではなく）、アクチュエータ乃至調整部材として使用されるピエゾ電気素子である。ピエゾ電気素子は、公知のように、それに印加された電圧に依存して収縮又は膨張する特性を有しているので、そのような目的のために使われる。
【０００３】
ピエゾ電気素子によって調整部材を実際に構成すると、殊に、当該調整部材が高速乃至頻繁に運動する場合には有利であることが分かる。
【０００４】
ピエゾ電気素子を調整部材として使用すると、特に、内燃機関用の燃料噴射ノズルの場合、有利であることが分かる。ピエゾ電気素子を燃料噴射ノズルに使うことができるということは、ヨーロッパ特許公開第０３７１４６９号公報及びヨーロッパ特許公開第０３７９１８２号公報に記載されている。
【０００５】
ピエゾ電気素子は、前述のように、部分的に既に示されているように、容量性の負荷であり、その都度の充電状態に応じて、乃至、当該ピエゾ電気素子に調整又は印加された電圧に応じて、収縮及び膨張する。
【０００６】
ピエゾ電気素子の充放電のために、２つの基本的な原理が公知である。即ち、オーム抵抗を介しての充放電及びコイルを介しての充放電であり、オーム抵抗もコイルも、特に、充電時に生起する充電電流及び放電時に生起する放電電流を制限するために使われる。
【０００７】
第１の変形、即ち、オーム抵抗を介しての充放電は、図９に示されている。
【０００８】
図９に参照番号１０１で示されている充電乃至放電すべきピエゾ電気素子は、充電トランジスタ１０２及び放電トランジスタ１０３と接続されている。
【０００９】
一方では、充電トランジスタ１０２は、充電増幅器１０４によって制御され、導通接続された状態では、ピエゾ電気素子１０１には、正の給電電圧が印加され、他方では、放電トランジスタ１０３は、放電増幅器１０５によって制御され、導通接続された状態では、ピエゾ電気素子１０１は接地される。
【００１０】
充電トランジスタ１０２の導通接続された状態では、この充電トランジスタを通って充電電流が流れ、この充電電流によって、ピエゾ電気素子１０１が充電される。ピエゾ電気素子１０１の電荷が増大すると、このピエゾ電気素子に生じる電圧が上昇し、それに応じて、このピエゾ電気素子の外寸も変化する。充電トランジスタ１０２の遮断状態では、つまり、充電過程の中断乃至終了状態では、ピエゾ電気素子１０１に蓄積された電荷乃至ピエゾ電気素子に、それによって調整された電圧は、依然として実質的に変化せず、従って、ピエゾ電気素子１０１の実際の外側の寸法は、依然として実質的に変化しない。
【００１１】
放電トランジスタ１０３の導通接続状態では、この放電トランジスタを介して、放電電流が流れ、この放電電流によって、ピエゾ電気素子１０１が放電される。ピエゾ電気素子１０１の放電が増大すると、このピエゾ電気素子に生じる電圧は低下し、それに応じて、このピエゾ電気素子の外寸も変化する。放電トランジスタ１０３の遮断、つまり、放電過程の中断乃至終了状態では、ピエゾ電気素子１０１に更に蓄積された電荷乃至このピエゾ電気素子に、それによって調整された電圧は維持され、従って、ピエゾ電気素子１０１の実際の外寸も維持され続ける。
【００１２】
充電トランジスタ１０２及び放電トランジスタ１０３は、制御可能なオーム抵抗同様、充電電流乃至放電電流に対して作用する。そうすることによって、充電電流及び放電電流を制御することができる様になり、そうすることによって、充電過程及び放電過程を正確に所望の通り経過させることができる。しかし、充電トランジスタ１０２を介して流れる充電電流、及び、放電トランジスタ１０３を通って流れる放電電流によって、そこに、相当大きな損失電力が発生する。トランジスタで消費される損失エネルギは、充放電周期毎に、ピエゾ電気素子１０１に蓄積されたエネルギの、少なくとも倍の高さである。この高い損失エネルギによって、充電トランジスタ１０２及び放電トランジスタ１０３が非常に強く加熱し、これは、欠点であることが分かる。
【００１３】
特に、そのために、ピエゾ電気素子の充放電のための前述の第２の変形態様、即ち、この充電及び放電をコイルを介して行う。つまり、この第２の変形態様を実際に実施したものは、図１０に示されている。
【００１４】
図１０に参照番号２０１で示されている充放電すべきピエゾ電気素子は、充電スイッチ２０２を介して閉じることができる充電電流回路及び放電スイッチ２０６を介して閉じることができる放電電流回路の構成部品であり、その際、充電電流回路は、充電スイッチ２０２、ダイオード２０３、充電コイル２０４、ピエゾ電気素子２０１、及び電圧源２０５の直列接続から構成されており、その際、放電電流回路は、放電スイッチ２０６、ダイオード２０７、放電コイル２０８、及びピエゾ電気素子２０１の直列接続から構成されている。
【００１５】
充電電流回路のダイオード２０３は、充電電流回路内に、ピエゾ電気素子を放電する電流が流れるのを阻止する。ダイオード２０３及び充電スイッチ２０２は、一緒に半導体スイッチとして構成することができる。
【００１６】
放電電流回路のダイオード２０７は、放電電流回路内に、ピエゾ電気素子を充電する電流が流れるのを阻止する。ダイオード２０７及び充電スイッチ２０６は、ダイオード２０３及び充電スイッチ２０２と同様に一緒に半導体スイッチとして構成することができる。
【００１７】
通常のように、開かれている充電スイッチ２０２が閉じられると、充電電流回路内に、充電電流が流れ、この充電電流によって、ピエゾ電気素子２０１が充電される；つまり、ピエゾ電気素子２０１に蓄積された電荷、乃至、このピエゾ電気素子２０１に充電により調整された電圧、それらと共に、ピエゾ電気素子２０１の実際の外寸も、ピエゾ電気素子２０１の充電後、実質的に変化しないままである。
【００１８】
通常のように、同様に開かれている放電スイッチ２０６が閉じられると、放電電流回路内に、放電電流が流れ、この放電電流によって、ピエゾ電気素子２０１が放電される；つまり、ピエゾ電気素子２０１の充電状態、乃至、ピエゾ電気素子２０１に、充電により調整された電圧、それらと共に、ピエゾ電気素子２０１の実際の外寸も、ピエゾ電気素子２０１の放電後、実質的に変化しないままである。
【００１９】
充電コイル２０４及び放電コイル２０６は、充電電流に対して、乃至、放電電流に対して、実質的に、インダクタンスとして作用する素子を構成する；つまり、充電コイル２０４及びピエゾ電気素子２０１並びに放電コイル２０６及びピエゾ電気素子２０１は、ピエゾ電気素子の充電乃至放電時に、その都度、ＬＣ直列振動回路を構成する。
【００２０】
図１０に関して説明した形式の回路、及び、その種の回路を用いてピエゾ電気素子を充放電する方法は、ヨーロッパ特許公開第０３７１４６９号公報及びヨーロッパ特許公開第０３７９１８２号公報から公知である。
【００２１】
前述の各刊行物から公知の、前述の基本原理による方法及び装置は、請求項１の上位概念の方法乃至請求項１０の上位概念の装置である。
【００２２】
図１０の回路では、充電電流回路も放電電流回路も、定格値のオーム抵抗とは関係ないので、ピエゾ電気素子の充電及び放電によって（オーム抵抗を充電電流と放電電流が流れることによって）発生される熱エネルギは極めて僅かである。
【００２３】
他方、その種の回路を実際に実施する場合に、殊に、かなりの大きさの充電コイル２０４及び放電コイル２０８のために、比較的多くのスペースを必要とし、それにより、ピエゾ電気素子の、充放電電流に対して実質的にインダクタンスとして作用する素子を介しての充放電は、所定の場合には可能でなく、又は、何れにせよ、即座には可能でない。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に記載した装置を改善して、それにより、狭隘な状態下でもピエゾ電気素子を効率良く充放電することができるようにすることにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によると、インダクタンスとして作用する１つの素子が、並列接続された多数の分路内に設けられたピエゾ電気素子の充放電のために使用され、各々の充電過程中充電される必要がある単数又は複数のピエゾ電気素子は、配属された選択スイッチを介して選択されることによって解決される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
少なくとも部分的に、ピエゾ電気素子の充放電を、充放電電流に対して実質的にインダクタンスとして作用する素子を介して、つまり、例えば、コイル又はコイル同様に作用する素子を介して行うことにより、充電電流路及び放電電流路を実質的に電気負荷とは無関係にしておくことができ、そうすることによって、一方では、エネルギ消費を極めて小さくすることができる（と言うのは、損失電力が小さく、放電時に、ピエゾ電気素子から取り出されたエネルギを電圧源の方に帰還するか、又は、コンデンサに蓄積することができるからである）。また、そうすることによって、他方では、充放電時に生起する回路の発熱を極めて小さくすることができる。その結果、そうすることによって、それぞれの構成部品（電流源を含む）を比較的僅かな出力用に構成することができ、従来、場合により必要だった冷却用の手段を完全になくすか、又は、何れにせよ、その大きさを極めて小さくすることができる。
【００２７】
充電電流及び放電電流を、インダクタンスとして作用する同じ素子を介して案内する、即ち、充電電流及び放電電流を、例えば、同じコイル又はコイル同様に作用する素子を介して案内することによって、更に、多数の構成部品、より正確に言うと、インダクタンスとして作用する素子の個数を最小に保持することができ、つまり、この点から相当大量の素子数であることから、考察している装置構成の大きさに及ぼす影響は計り知れないものがある。
【００２８】
従って、簡単且つエレガントなやり方で、狭隘な状態下でも、ピエゾ電気素子を効率良く充放電することができる。
【００２９】
本発明の装置は、更に、従来技術の装置に比して、簡単且つ安価に製造することができる。
【００３０】
本発明の有利な実施例については、従属請求項に記載されている。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明について、図示の実施例を用いて説明する。
【００３２】
ピエゾ電気素子（その充電及び放電については、以下詳細に説明する）は、例えば、内燃機関の燃料噴射ノズル（殊に、所謂コモンレールインジェクタ）の調整部材として組み込むことができる。しかし、ピエゾ電気素子の、その種の用途に限定されるものではなく、ピエゾ電気素子は、基本的に、任意の目的の任意の装置に使うことができる。
【００３３】
ピエゾ電気素子は、充電に応動して膨張し、放電に応動して収縮することが前提である。しかし、本発明は、当然、これとは正反対の場合でも使用することができる。
【００３４】
以下、図１を用いて、本発明の、ピエゾ電気素子の充電及び放電のための装置の第１の実施例について説明する。
【００３５】
ピエゾ電気素子（考察している実施例では、充電用である）は、図１では、参照番号１で示されている。
【００３６】
図１から分かるように、ピエゾ電気素子１の端子の一方は、持続的に接地されており（電圧源の第１の極と接続されており）、それに対して、ピエゾ電気素子の端子の他方は、コイル２と、充電スイッチ３とダイオード４との並列接続とを介して電圧源の第２の極と接続されており、更に、コイル２と、放電スイッチ５とダイオード６との並列接続とを介して電圧源の第１の極と接続されている。
【００３７】
電圧源は、バッテリ７（例えば、自動車のバッテリ）、バッテリの後ろに接続された直流電圧変換器８、直流電圧変換器の後ろに接続された、バッファコンデンサとして使われるコンデンサ９から構成されている。この装置構成によって、バッテリ電圧（例えば、１２Ｖ）は、実質的に任意の他の直流電圧に変換され、給電電圧として用いられる。
【００３８】
ピエゾ電気素子１の充電及び放電は、考察している実施例では、クロック同期して行われる。即ち、充電スイッチ３及び放電スイッチ５は、充放電過程中繰り返し開閉される。
【００３９】
その際、生じる状態については、後で、図２〜５を用いて説明する。その際、図２及び３には、ピエゾ電気素子１の充電状態が示されており、図４及び５には、ピエゾ電気素子１の放電状態が示されている。
【００４０】
ピエゾ電気素子１の充電及び放電が行われない場合には、その場合に限って、充電スイッチ３及び放電スイッチ５は、開かれている。この状態では、図１に示されている回路は、定常状態である。即ち、ピエゾ電気素子１の充電状態は、依然として実質的に変わらず、電流は流れない。
【００４１】
ピエゾ電気素子の充電開始によって、充電スイッチ３は、繰り返し開閉され、その際、放電スイッチ５は開かれている。
【００４２】
充電スイッチ３が閉じると、図２に示されている状態が生じる。即ち、ピエゾ電気素子１、コンデンサ９及びコイル２の直列接続から構成された閉電流回路が形成され、この閉電流回路には、図２に矢印で示されている電流ｉ_ＬＥ（ｔ）が流れる。この電流によって、コイル２に、エネルギが蓄積される。その際、図２のエネルギ流は、コンデンサ９とピエゾ電気素子１との正の電位差によって生じる。
【００４３】
充電スイッチ３が閉じた後、充電スイッチ３が短時間（例えば、数μｓ）開かれると、図３に示された状態が生じる。即ち、ピエゾ電気素子１、ダイオード６及びコイル２の直列接続から構成された閉電流回路が形成され、この閉電流回路には、図３に矢印で示された電流ｉ_ＬＡ（ｔ）が流れる。この電流によって、コイル２に蓄積されたエネルギが完全にピエゾ電気素子１に流れる。ピエゾ電気素子へのエネルギ供給に相応して、ピエゾ電気素子に生じる電圧は上昇し、ピエゾ電気素子の外寸も大きくなる。コイル２からピエゾ電気素子１へのエネルギ転送後、再び、図１の回路の既述の定常状態に達する。
【００４４】
定常状態に達してから、又は、定常状態に達する前に既に、又は、定常状態に達してから後初めて（充電過程の所望の時間経過に応じて）、充電スイッチ３は、新たに閉じられ、再び開かれ、その際、前述の過程が繰り返される。充電スイッチ３の新たな開閉によって、ピエゾ電気素子１に蓄積されたエネルギが増大し（ピエゾ電気素子１に蓄積されたエネルギと新たに供給されるエネルギとが加算される）、それに応じて、ピエゾ電気素子に生じる電圧及びピエゾ電気素子の外寸は増大する。
【００４５】
充電スイッチ３の既述の開閉を多数回繰り返すと、ピエゾ電気素子に生じる電圧及びピエゾ電気素子の拡がりが段階的に増大する（この点については、後述の図６の説明を参照されたい）。
【００４６】
充電スイッチ３が所定数回閉じられる、乃至、ピエゾ電気素子１が所望の充電状態に達すると、ピエゾ電気素子の充電は、充電スイッチ３が開かれることによって終了される。
【００４７】
ピエゾ電気素子１が再度放電される必要がある場合、このピエゾ電気素子１の放電は、放電スイッチ５を繰り返し開閉することによって行われ、この際、充電スイッチ３は、依然として開かれている。
【００４８】
放電スイッチ５が閉じられた場合、図４に示された状態が生じる。即ち、ピエゾ電気素子１とコイル２との直列接続から構成された閉電流回路が形成され、この閉電流回路に、図４に矢印によって示された電流ｉ_ＥＥ（ｔ）が流れる。この電流によって、ピエゾ電気素子に蓄積されたエネルギ（同エネルギの一部が）コイル２に転送される。ピエゾ電気素子１からコイル２へのエネルギの転送に相応して、ピエゾ電気素子に生じる電圧及びピエゾ電気素子の外寸が低減される。
【００４９】
放電スイッチ５が閉じられた後直ぐに（例えば、数μｓ）、放電スイッチが開かれると、図５に示された状態が生じる。即ち、ピエゾ電気素子１、コンデンサ９、ダイオード４及びコイル２の直列接続から構成された閉電流回路が形成され、この閉電流回路には、図５に矢印で示したような電流ｉ_ＥＡ（ｔ）が流れる。この電流によって、コイル２に蓄積されたエネルギは、完全にコンデンサ９に戻って蓄積される。コイル２からコンデンサ９へのエネルギ転送が行われた後、再度、図１の回路の既述の定常状態が達成される。
【００５０】
定常状態に達してから、又は、定常状態に達する前に既に、又は、定常状態に達してから後初めて（放電過程の所望の時間経過に応じて）、放電スイッチ５は、新たに閉じられ、再び開かれ、その際、前述の過程が繰り返される。放電スイッチ５の新たな開閉によって、ピエゾ電気素子１に蓄積されたエネルギは、更に低減し、それに応じて、ピエゾ電気素子に生じる電圧及びピエゾ電気素子の外寸は同様に低減する。
【００５１】
放電スイッチ５の既述の開閉が多数回繰り返されると、ピエゾ電気素子に生じる電圧及びピエゾ電気素子の拡がりは、段階的に低減する（この点については、図６の説明を参照されたい）。
【００５２】
放電スイッチ３が、所定回数開閉され、乃至、ピエゾ電気素子が所望の放電状態に達すると、ピエゾ電気素子の放電は、放電スイッチ５が開かれることによって終了される。
【００５３】
図１に示された回路が作動されると、より正確に言うと、既述のように、ピエゾ電気素子１の充電及び放電が行われると、図６に示されている電流及び電圧経過特性が生じる。
【００５４】
図６に示された曲線には、測定量を示す記号が付けられている。用いられている記号は、以下のことを意味する：
【００５５】
□ コンデンサ９に生じる電圧Ｕ_Ｂ
【００５６】
◇ ピエゾ電気素子１に生じる電圧
【００５７】
∨ コイル２を流れる電流
【００５８】
図６に示された電流及び電圧経過特性から、充電過程（時間スケール上の約１００μｓ〜３００μｓの領域）及び放電過程（時間スケール上の約４００μｓ〜６００μｓの領域）が分かる；即ち、そのことは、前述の、図１の回路の構成、機能及び動作形式の理解から即座に分かるので、これ以上詳細に説明しない。
【００５９】
図６から分かるように、ピエゾ電気素子１に生じる電圧は、均一且つ認識し得る程度に良好に制御することができる経過特性を有している。
【００６０】
それと同時に、ピエゾ電気素子の充電及び放電が行われる図１の回路は、考えられる限り、簡単に構成することができ、効率も最適である。このために、殊に３つの要因が寄与する。即ち、
【００６１】
１）同一のコイル（即ち、コイル２）を介して充電及び放電が行われ、
【００６２】
２）オーム抵抗での熱発生による損失エネルギは、無視し得る程度に僅かであり、
【００６３】
３）ピエゾ電気素子に蓄積されたエネルギは、実質的に完全にコンデンサ９に戻して蓄積され、従って、即座に再利用することができる。
【００６４】
最初に挙げた点によって、構成素子の個数、殊に、元来比較的大きなコイルの個数を最小に保持することができる。第２及び第３の点によって、バッテリ７及び直流電圧変換器８を比較的小さな出力に構成することができる。
【００６５】
前述の点は全て、単独でも組み合わせても、ピエゾ電気素子の充電及び放電のために設けられる回路を極めて小さなスペースに収容することができ、その製造及び作動コストを極めて小さく保持することができるか、又は、少なくとも、それに寄与する。
【００６６】
ピエゾ電気素子の充電及び放電用の既述の方法の本質的技術思想の前述のものによって、乃至、この方法を実施するのに適した回路によって、ただ１つのピエゾ電気素子を順次連続して充電及び放電するのではなく、順次連続して多数のピエゾ電気素子を順次連続して充電及び放電することができる。
【００６７】
このことを行うことができる回路は、図７に示されている。
【００６８】
図７に示されている回路は、図１に示された回路を基礎としており、相互に、相応の素子は、同じ参照番号で示されている。図１の唯一のピエゾ電気素子１は、その他のダイオード１０と多数個（ｎ個）のピエゾ分岐回路１１，１２，・・・，１ｎとの並列接続に代えられており、その際、各ピエゾ分岐回路は、ピエゾ電気素子１１_１，１２_１，・・・，１ｎ_１の直列接続と、選択スイッチ１１_２，１２_２，・・・，１ｎ_２とダイオード１１_３，１２_３，・・・，１ｎ_３との並列接続とから構成されている。
【００６９】
ダイオード１０によると、ピエゾ電気素子に正の電圧が発生するのが阻止される。と言うのは、ピエゾ電気素子が、それに正の電圧が発生することによって、場合によっては破損されることがあるからである。
【００７０】
それぞれのピエゾ分岐回路で並列に設けられている選択スイッチ−ダイオード対、即ち、選択スイッチ１１_２及びピエゾ分岐回路１１のダイオード１１_３、ピエゾ分岐回路１２の選択スイッチ１２_２及びダイオード１２_３、ピエゾ分岐回路１ｎ_３の選択スイッチ１ｎ_２及びダイオード１ｎ_３は、電気スイッチによって、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴのような非励振ダイオードによって構成することができる。
【００７１】
ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の充電及び放電は、図１のピエゾ電気素子の充電及び放電と同様に行われる。即ち、充電のために、充電スイッチ３が繰り返し開閉され、放電のためには、放電スイッチ５が繰り返し開閉される。
【００７２】
充電スイッチ３の繰り返し開閉時に、ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の単数乃至複数の、どのピエゾ電気素子が充電されるのかについては、選択スイッチ１１_２，１２_２・・・１ｎ_２によって決められ；つまり、その都度、充電スイッチ３の繰り返し開閉の間選択スイッチ１１_２，１２_２・・・１ｎ_２が閉じられている全てのピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１が充電される。
【００７３】
一般に、充電過程以外で、配属された選択スイッチ１１_２，１２_２・・・１ｎ_２を閉じることによって、充電すべきピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１が選択され、当該スイッチを開くことよって、この選択が中止されるが、しかし、所定の場合、例えば、ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の複数を同時に種々異なる強さに充電する必要がある場合には、充電過程中も選択スイッチ１１_２，１２_２・・・１ｎ_２を開閉してよい。
【００７４】
選択されたピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の充電時に生じる過程は、実質的に、図１の回路で生じる過程と同一である。図２及び３、及び、それに関する説明も当てはまるが、唯一相違する点は、ピエゾ電気素子１ではなくて、ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の１つ又は複数が充電される点である。
【００７５】
ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の放電は、配属の選択スイッチ１１_２，１２_２・・・１ｎ_２の調整とは無関係に行われる。と言うのは、ピエゾ電気素子の放電を生じさせる放電電流は、各ピエゾ電気素子に配属されたダイオード１１_３，１２_３・・・１ｎ_３を介して流れるからである。従って、この放電過程によって、完全に充電された全てのピエゾ電気素子又は部分的に充電されたピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１が放電される。
【００７６】
ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の放電時に生じる過程は、実質的に、図１の回路で生じる過程と同一である。図４及び５、及び、それに関する説明も当てはまるが、唯一相違する点は、ピエゾ電気素子１ではなくて、ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１の１つ又は複数が放電される点である。
【００７７】
図７に示された回路が、ピエゾ電気素子１１_１，１２_１・・・１ｎ_１が、前述の充放電の場合と同様に順次連続して個別に充放電されるように作動されると、図８に示された電流及び電圧経過特性が生じる。
【００７８】
図８に示された曲線には、その測定量を示す記号が付されている。使用されている記号は、以下のことを示す：
【００７９】
□ コンデンサ９に生じる電圧Ｕ_Ｂ、
【００８０】
◇ コイル２を流れる電流、
【００８１】
▽ ピエゾ電気素子１１_１に生じる電圧、
【００８２】
△ ピエゾ電気素子１２_１に生じる電圧、
【００８３】
○ ピエゾ電気素子１ｎ_１に生じる電圧。
【００８４】
図８に示された電流及び電圧経過特性は、ピエゾ電気素子１１_１の充放電過程を示し（時間スケール上で約０．１ｍｓ〜０．７ｍｓの領域内）、ピエゾ電気素子１２_１の充放電過程（時間スケール上で約０．８ｍｓ〜１．４ｍｓの領域内）、及びピエゾ電気素子１ｎ_１の充放電過程（時間スケール上で約１．５ｍｓ〜２．１ｍｓの領域内）を示し、即ち、そのことは、前述の、図７の回路の構成、機能及び動作形式の理解から即座に分かるので、これ以上詳細に説明しない。
【００８５】
図８から分かるように、ピエゾ電気素子に生じる電圧は、ほぼ直線経過であって、認識し得る程度に良好に制御できる経過特性を有している。
【００８６】
それと同時に、ピエゾ電気素子の充電及び放電が行われる図７の回路を、考えられる限り簡単に構成して、効率を最適にすることができる。と言うのは、図１の回路の場合に既述したように、特に、同一のコイル（即ち、コイル２）を介して充電及び放電を行うことができ、オーム抵抗内の熱発生によって損失エネルギが無視し得る程度に僅かであり、ピエゾ電気素子に蓄積されたエネルギは、実質的に完全にコンデンサ９に戻して蓄積され、従って、即座に再利用することができるからである。
【００８７】
第１に挙げた点によって、構成素子の個数、殊に、元来比較的大きなコイルの個数を最小に保持することができる。第２及び第３に挙げた点によって、バッテリ７及び直流電圧変換器８を比較的小さな出力用に構成することができる。
【００８８】
前述の点の全てによって、単独であれ、組み合わせであれ、ここで考察している、ピエゾ電気素子の充電及び放電用の回路（図７の回路）を、極めて小さなスペースに収容し、その製造及び作動コストを最小に保持することができるか、又は、少なくとも、それらのことに寄与する。
【００８９】
ここで説明している実施例では、それぞれ１つのコイルが、インダクタンスとして作動する素子として使われている。しかし、これに制限されない。そのコイルの代わりに（相応に変形された回路構成及び回路動作の場合）、インダクタンスとして作動する他の素子、例えば、トランスジューサー、トランス等を用いることもできる。
【００９０】
既述のように、充電及び放電をクロック制御により構成することにも制限されない。充電乃至放電は、択一選択的に、又は補完的に他の形式で実行してもよい。特に、充電乃至放電を完全に、又は、部分的に、振動回路として作動する単数又は複数の放電電流回路を介して行うようにしてもよい。
【００９１】
【効果】
本発明の装置及び本発明の装置によると、簡単且つエレガントな形式で、狭隘な状態でも、ピエゾ電気素子を効率的に充電及び放電することができ、従来技術の装置に比して、簡単且つ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によるピエゾ電気素子の充放電に適した本発明の回路を示す図
【図２】第１の充電期間中（充電スイッチ３が閉じられている）図１の回路で生じる状態の説明に供する図
【図３】第２の充電期間中（充電スイッチ３が再度開かれている）図１の回路で生じる状態の説明に供する図
【図４】第１の放電期間中（放電スイッチ５が閉じられている）図１の回路で生じる状態の説明に供する図
【図５】第２の放電期間中（放電スイッチ５が再度開かれている）図１の回路で生じる状態の説明に供する図
【図６】図１の回路の作動時に生じる電圧及び電流経過特性の時間経過を示す図
【図７】本発明の方法による多数のピエゾ電気素子の順次連続的な充放電に適した本発明の回路を示す図
【図８】図７の回路の作動時に生じる電圧及び電流経過特性の時間経過を示す図
【図９】充放電電流に対してオーム抵抗として作動する素子を介してピエゾ電気素子を充電及び放電するための従来の回路を示す図
【図１０】充放電電流に対してコイルとして作動する素子を介してピエゾ電気素子を充電及び放電するための従来の回路を示す図
【符号の説明】
１，１０１，２０１ ピエゾ電気素子
２ コイル
３，２０２ 充電スイッチ
４，６，２０３，２０７ ダイオード
５，２０６ 放電スイッチ
７ バッテリ
８ 直流電圧変換器
９ コンデンサ
１０２ 充電トランジスタ
１０３ 放電トランジスタ
１０４ 充電増幅器
１０５ 放電増幅器
２０４ 充電コイル
２０５ 電圧源
２０８ 放電コイル

Claims (6)

1. ピエゾ電気素子（１；１１_１，１２_１，・・・１ｎ_１）の充放電装置であって、充電も放電も、インダクタンスとして作用する１つの素子（２）を介して行われ、充電電流及び放電電流は、インダクタンスとして作用する素子を介して案内され、前記インダクタンスとして作用する素子（２）及び前記ピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）は、直列に接続され、前記ピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）の前記充電は、充電過程中充電スイッチ（３）を繰り返し閉じたり開いたりすることによって行われ、及び／又は、前記ピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）の前記放電は、放電過程中放電スイッチ（５）を繰り返し閉じたり開いたりすることによって行われる装置において、
   インダクタンスとして作用する１つの素子は、並列接続された多数の分路内に設けられたピエゾ電気素子（１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）の充放電のために使用され、各々の充電過程中充電される必要がある単数又は複数のピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）は、配属された選択スイッチ（１１ _２ ，１２ _２ ，・・・，１ｎ _２ ）を介して選択されることを特徴とするピエゾ電気素子の充放電装置。
2. インダクタンスとして作用する素子（２）は、コイルとして使用される請求項１記載の装置。
3. 充電スイッチを閉じることにより、インダクタンスとして作用する素子（２）内にエネルギが蓄積され、前記充電スイッチを開くことにより、前記インダクタンスとして作用する素子（２）内に蓄積されたエネルギが、ピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）に送出される請求項１又は２記載の装置。
4. 放電スイッチを閉じることにより、ピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）内に蓄積されたエネルギが、インダクタンスとして作用する素子（２）に転送され、前記放電スイッチを開くことにより、インダクタンスとして作用する素子内に蓄積されたエネルギが送出される請求項１〜３までのいずれか１記載の装置。
5. インダクタンスとして作用する素子から送出されたエネルギが、給電電圧源（７，８）の後ろに接続されたバッファコンデンサ（９）に送出される請求項４記載の装置。
6. 単数又は複数のピエゾ電気素子（１；１１ _１ ，１２ _１ ，・・・１ｎ _１ ）は、負電位に充電されないように保護されている請求項１〜５までのいずれか１記載の装置。

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