JPH10308542A - ピエゾ電気素子の充放電方法及び装置 - Google Patents

ピエゾ電気素子の充放電方法及び装置

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JPH10308542A JP10096113A JP9611398A JPH10308542A JP H10308542 A JPH10308542 A JP H10308542A JP 10096113 A JP10096113 A JP 10096113A JP 9611398 A JP9611398 A JP 9611398A JP H10308542 A JPH10308542 A JP H10308542A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 ピエゾ電気素子の充放電方法及び装置で
あって、充電も放電も、少なくとも部分的に充電電流乃
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
する素子を介して行われる。充電電流及び放電電流は、
少なくとも部分的にインダクタンスとして作用する同じ
素子を介して案内される。 【効果】 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、簡単且つ安価に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾ電気素子の
充放電方法であって、充電も放電も、少なくとも部分的
に充電電流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介して行われる方法及びピエゾ
電気素子の充放電装置に関する。
【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０３７
９１８２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１
０２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２
０２、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２０
６、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２０
２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２０
６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２
０１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
に記載した方法乃至装置を改善して、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、充電電流及び放電電流は、少なくとも部分的にイ
ンダクタンスとして作用する同じ素子を介して案内され
ることによって解決される。また、少なくともインダク
タンスとして作用する素子は、充電電流も放電電流も当
該素子を介して案内されるように配設されていることに
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方法を実施した回路の第
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、１
２Ｖ）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ｉＬＥ（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ｉＬＡ（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ｉＥＥ（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ｉＥＡ（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ＵＢ
【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〜３００
μｓの領域）及び放電過程（時間スケール上の約４００
μｓ〜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１１１，１２１，・・・，１ｎ１の直列接続と、
選択スイッチ１１２，１２２，・・・，１ｎ２とダイオ
ード１１３，１２３，・・・，１ｎ３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１１２及びピエゾ分岐回路１１のダイオード１
１３、ピエゾ分岐回路１２の選択スイッチ１２２及びダ
イオード１２３、ピエゾ分岐回路１ｎ３の選択スイッチ
１ｎ２及びダイオード１ｎ３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１１１，１２１・・・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１１１，１２１・・・１ｎ１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１１２，１２２・・・１ｎ２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１１２，１２２・・・１ｎ２が閉じ
られている全てのピエゾ電気素子１１１，１２１・・・
１ｎ１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１１２，１２２・・・１ｎ ２を閉じることによ
って、充電すべきピエゾ電気素子１１１，１２１・・・
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１１１，１２１・・・１ｎ１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１１２，１２２・・・１ｎ２を
開閉してよい。
【００７４】選択されたピエゾ電気素子１１１，１２１
・・・１ｎ１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１１１，
１２１・・・１ｎ１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１１１，１２１・・・１ｎ
１の放電は、配属の選択スイッチ１１２，１２２・・・
１ｎ２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１１３，１２３・・・１
ｎ３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１１１，１２１・・
・１ｎ１が放電される。
【００７６】ピエゾ電気素子１１１，１２１・・・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１１１，１２１・・
・１ｎ１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１
１１，１２１・・・１ｎ１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ＵＢ、
【００８０】◇ コイル２を流れる電流、
【００８１】▽ ピエゾ電気素子１１１に生じる電圧、
【００８２】△ ピエゾ電気素子１２１に生じる電圧、
【００８３】○ ピエゾ電気素子１ｎ１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１１１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１２１の充放電過程（時間スケール上で約０．８
ｍｓ〜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方法によると、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
フロントページの続き (72)発明者 アレクサンダー ホック ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ク ニットリンガー シュトラーセ １

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピエゾ電気素子（１；１１１，１２１，
    ・・・１ｎ１）の充放電方法であって、充電も放電も、
    少なくとも部分的に充電電流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（２）を介して
    行われる方法において、充電電流及び放電電流は、少な
    くとも部分的にインダクタンスとして作用する同じ素子
    を介して案内されることを特徴とするピエゾ電気素子の
    充放電方法。
  2. 【請求項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記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 コイル（２）及びピエゾ電気素子（１；
    １１１，１２１，・・・１ｎ１）は、直列接続されてい
    る請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 ピエゾ電気素子（１；１１１，１２１，
    ・・・１ｎ１）の充電は、充電スイッチ（３）の繰り返
    し開閉によって行われ、前記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、インダクタンスとして作用する前記素子内に蓄積さ
    れた前記エネルギが前記ピエゾ電気素子に送出される請
    求項１〜３までのいずれか１記載の方法。
  5. 【請求項５】 ピエゾ電気素子（１；１１１，１２１，
    ・・・１ｎ１）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、前記放電スイッチを閉
    じると、前記ピエゾ電気素子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と、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
    〜４までのいずれか１記載の方法。
  6. 【請求項６】 インダクタンスとして作用する素子
    （２）から送出されたエネルギは、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５記載の方法。
  7. 【請求項７】 インダクタンスとして作用する素子
    （２）は、並列接続された分路内に設けられた多数のピ
    エゾ電気素子（１；１１１，１２１，・・・１ｎ １）の
    充放電のために使用される請求項１〜６までのいずれか
    １記載の方法。
  8. 【請求項８】 それぞれの充電過程中充電される単数又
    は複数のピエゾ電気素子（１；１１１，１２１，・・・
    １ｎ１）は、配属された選択スイッチ（１１ ２，１
    ２２，・・・１ｎ２）を介して選択される請求項７記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 単数又は複数のピエゾ電気素子（１；１
    １１，１２１，・・・１ｎ１）は、負電位に充電されな
    いように保護されている請求項１〜８までのいずれか１
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ピエゾ電気素子（１；１１１，１
    ２１，・・・１ｎ１）の充放電装置であって、充電も放
    電も、少なくとも部分的に充電電流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（２）を
    介して行われる装置において、少なくともインダクタン
    スとして作用する素子は、充電電流も放電電流も当該素
    子を介して案内されるように配設されていることを特徴
    とするピエゾ電気素子の充放電装置。
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