RU2223574C2 - Пьезоэлектрический привод - Google Patents
Пьезоэлектрический привод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2223574C2 RU2223574C2 RU99122020/28A RU99122020A RU2223574C2 RU 2223574 C2 RU2223574 C2 RU 2223574C2 RU 99122020/28 A RU99122020/28 A RU 99122020/28A RU 99122020 A RU99122020 A RU 99122020A RU 2223574 C2 RU2223574 C2 RU 2223574C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- piezoelectric
- external electrodes
- contact
- voltage source
- Prior art date
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 7
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract 3
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- -1 NaK tartrate Chemical class 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229940095064 tartrate Drugs 0.000 description 1
- 239000011032 tourmaline Substances 0.000 description 1
- 229940070527 tourmaline Drugs 0.000 description 1
- 229910052613 tourmaline Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Изобретение относится к многослойным пьезоэлектрическим приводам. Сущность изобретения: привод имеет множество пластин из пьезоэлектрического материала, направление поляризации которых ориентировано перпендикулярно плоскости их расположения и которые размещены в виде пакета одна над другой в направлении поляризации, источник управляющего напряжения с двумя контактными выводами, две группы с по крайней мере двумя внешними электродами в каждой и множество внутренних электродов, каждый из которых расположен между пьезоэлектрическими пластинами. Внешние электроды первой группы электрически соединены с первым контактным выводом источника напряжения, а внешние электроды второй группы электрически соединены со вторым контактным выводом источника напряжения. Внутренние электроды контактируют, чередуясь, с внешними электродами таким образом, что один внутренний электрод электрически соединен с первым контактным выводом источника напряжения, а следующий по высоте пакета внутренний электрод электрически соединен со вторым контактным выводом источника напряжения. Внутренние электроды контактируют с внешними электродами в циклически повторяющейся по высоте пакета последовательности. Технический результат: снижение склонности к растрескиванию и улучшение возможности по шунтированию трещин в случае их образования. 5 з.п.ф-лы, 8 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к пьезоэлектрическому приводу, известного, например, из заявки DE 3713697 А1 типа.
Обычно пьезоэлектрические приводы состоят, как схематично показано на фиг. 3 приложенных к настоящему описанию чертежей, из нескольких расположенных одна над другой пластин 2 из пьезоэлектрического материала, так называемых пьезоэлементов, образующих своего рода многослойную структуру по типу пакета или стопки, при этом направление "упаковки" пьезоэлектрических пластин в пакете совпадает с общим направлением поляризации этих пьезопластин. По обеим боковым сторонам стопки, соответственно пьезопакета, расположено по одному внешнему электроду 3 и 4, которые электрически соединены с контактными выводами 12а и 12b источника 11 управляющего напряжения. Между пьезоэлектрическими пластинами 2 размещены соответствующие внутренние электроды 7 и 9 пьезоэлектрического привода 1. Эти внутренние электроды 7 и 9, попеременно чередуясь, электрически контактируют только с одним из внешних электродов 3 и 4, и поэтому каждые из двух смежных, расположенных один над другим внутренних электродов 7 и 9 электрически соединены с различными контактными выводами 12а и 12b источника 11 управляющего напряжения.
В имеющем такую компоновку пьезоэлектрическом приводе каждый пьезоэлемент 2 обеими его поверхностями соединен соответственно с одним электродом 7 и с одним электродом 9, к которым через внешние электроды 3 и 4 прикладывается электрическое напряжение. При приложении напряжения каждый из расположенных один над другим пластинчатых пьезоэлементов 2 в пакете расширяется в направлении возникающего между электродами 7 и 9 электрического поля, направление которого совпадает с направлением поляризации пьезоэлектрических пластин 2. Благодаря большому числу пьезоэлементов 2 в пакете обеспечивается сравнительно большой ход всей конструкции при относительно малой величине управляющего напряжения, называемого также напряжением возбуждения.
Область применения пьезоэлектрических приводов вышеописанного типа достаточно широка, и они используются, например, для управления запорными элементами (обычно иглами) клапанных форсунок для впрыскивания топлива, для управления гидроклапанами, в качестве приводов микронасосов, для управления электрическими реле и т.п. Из уровня техники уже известны такие различные области применения пьезоприводов.
Из ЕР 0361480 В1 известна используемая в двигателях внутреннего сгорания форсунка для впрыскивания топлива, служащая для открытия и закрытия которой игла приводится в возвратно-поступательное движение. Приводом для такого возвратно-поступательного движения является пакет пьезоэлектрически возбуждаемых пластин, снабженных плоскими электродами.
Другая клапанная форсунка, используемая в системах впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания, например в дизельных двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива, известна из DE 3533085 А1, при этом открытием и закрытием такой форсунки также управляет игла, которая приводится в возвратно-поступательное движение, соответственно перемещается пьезоэлектрическим исполнительным органом. Последний и в этом случае состоит из определенного числа пластинчатых пьезоэлементов и при приложении электрического напряжения может в течение очень короткого промежутка времени удлиняться, соответственно укорачиваться, в осевом направлении.
Кроме того, в DE 3800203 С2 описана клапанная форсунка для впрыскивания топлива с пьезокерамическим исполнительным органом, который образован набранными в пакет пьезокерамическими пластинами, напряжение к каждой из которых подводится по отдельности. Отличительная особенность пьезоэлектрического привода, используемого в такой клапанной форсунке, заключается прежде всего в том, что пакет состоит из набранных попарно пьезокерамических пластин противоположной полярности, благодаря чему увеличивается величина хода иглы форсунки.
Еще одна возможная область применения пьезоэлектрических приводов известна из заявки ЕР 0477400 А1, описанная в которой конструкция пьезоэлектрического привода для датчика перемещений должна обеспечивать увеличение величины хода этого привода.
Хотя в приведенных выше в качестве примеров публикациях, которые раскрывают возможные области применения пьезоэлектрических приводов указанного в начале описания типа, устройство и принцип действия этих пьезоэлектрических приводов и не рассмотрены подробно, тем не менее все они по своему устройству и принципу действия по существу соответствуют описанному выше пьезоэлектрическому приводу, показанному на фиг.3.
В обычных пьезоэлектрических приводах обусловленное пьезоэлектрическим эффектом растяжение пьезоэлементов 2 вследствие жесткого соединения пакета этих пьезоэлементов и внутренних электродов 7, 9 с двумя внешними электродами 3, 4 происходит главным образом в центральной зоне, где внутренние электроды 7 и 9 взаимно перекрываются. В краевых же зонах 13, где внутренние электроды 7 и 9 не перекрываются друг с другом, образуется участок с переменной напряженностью электрического поля, в результате чего элементы привода деформируются неравномерно и в них возникают растягивающие напряжения. Указанные растягивающие напряжения в известных приводах часто приводят к образованию трещин. Процесс такого растрескивания более наглядно поясняется на фиг.4А и 4Б. При этом на фиг.4А привод 1 изображен в нейтральном положении, т.е. при отсутствии управляющего напряжения, а на фиг.4Б привод 1 показан в рабочем состоянии, т.е. при приложенном напряжении, под действием которого пьезоэлементы 2 растянуты.
На фиг.4А и 4Б в увеличенном масштабе показан фрагмент IV обычного пьезоэлектрического привода, изображенного на фиг. 3. В граничной зоне между пакетом, состоящим из пьезоэлементов 2 и внутренних электродов 7, 9, и внешними электродами 3, 4 можно выделить два участка 13 и 14. На участке 13 внутренний электрод 7 не доходит до внешнего электрода 4, а керамика, обычно используемая в пьезоэлементе 2, на этом участке находится в спеченном по всему сечению состоянии. На другом участке, т.е. на участке 14, внутренний электрод 9 проходит до внешнего электрода 4, но не контактирует с противоположным внешним электродом 3. Прочность сцепления на втором участке 14, т. е. сила адгезии между пьезоэлементом 2 и внутренним электродом 9, в 3-5 раз меньше прочности сцепления на участке 13 в объеме пьезоэлектрического материала. При приложении управляющего напряжения растяжение в центре привода 1 существенно превышает таковое на участке, граничащим с внешними электродами, как показано на фиг.4Б. Возникающие в результате этого высокие растягивающие напряжения на участках 13 и 14 привода 1 часто приводят к образованию трещин 15 на граничном участке 14 между внутренними электродами 9 и пьезоэлементами 2. В ходе эксплуатации привода 1 эти трещины 15 постепенно распространяются, переходя в конечном итоге во внешний электрод 4, в результате чего контакт внутренних электродов 9 с пьезоэлектриком по крайней мере на отдельных участках существенно ухудшается или даже полностью нарушается, вследствие чего суммарная величина, на которую растягивается привод 1, уменьшается.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать пьезоэлектрический привод, который был бы лишен описанных выше недостатков, присущих известным пьезоэлектрическим приводам.
Эта задача решается согласно изобретению с помощью пьезоэлектрического привода, имеющего множество размещенных в виде пакета одна над другой пластин из пьезоэлектрического материала, направление поляризации каждой из которых ориентировано перпендикулярно ее плоскости и каждая из которых имеет возможность расширения в направлении приложенного к ней электрического поля, направление которого совпадает с направлением поляризации пластины, источник управляющего напряжения с двумя контактными выводами, две группы по крайней мере по два внешних электрода в каждой, причем внешние электроды первой группы электрически соединены с первым контактным выводом источника напряжения, а внешние электроды второй группы электрически соединены со вторым контактным выводом источника напряжения, и каждый из внешних электродов размещен на разных боковых сторонах пакета пьезоэлектрических пластин, и множество внутренних электродов, каждый из которых расположен между пьезоэлектрическими пластинами и которые контактируют, чередуясь, с внешними электродами таким образом, что один внутренний электрод электрически соединен с первым контактным выводом источника напряжения, а следующий по высоте пакета внутренний электрод электрически соединен со вторым контактным выводом источника напряжения, при этом внутренние электроды контактируют с внешними электродами в циклически повторяющейся по высоте пакета последовательности.
Преимущество предлагаемого в изобретении пьезоэлектрического привода заключается в том, что благодаря выполнению этого привода с двумя группами внешних электродов, каждая из которых образована по меньшей мере двумя электродами, участки переходных соединений внутренних электродов с внешними электродами распределяются по большему числу боковых поверхностей привода, благодаря чему эти участки на одной боковой стороне привода можно разнести по высоте пакета на большее расстояние и одновременно обеспечить спекание пьезоэлектрического материала по всему его объему в трех краевых зонах, окружающих каждый из внутренних электродов. Такое решение позволяет ослабить возникающие в приводе растягивающие напряжения и тем самым существенно уменьшить склонность этого привода к растрескиванию в целом и прежде всего в краевых зонах. Другое преимущество изобретения состоит в том, что благодаря применению четырех внешних электродов значительно улучшается отвод тепла от привода.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения внешние электроды двух групп предлагается располагать по периметру пакета с чередованием.
Помимо этого пьезоэлектрическим пластинам предпочтительно придавать квадратную в плане форму.
В качестве пьезоэлектрического материала для изготовления пластин предпочтительно использовать пьезокерамику на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС-керамику).
Переходные соединения между внутренними электродами и различными внешними электродами особенно предпочтительно располагать в циклически повторяющейся по высоте пакета последовательности. Благодаря этому участки переходных соединений распределяются по всей высоте привода не только равномерно, но и на максимальном удалении друг от друга, что при возможном образовании трещин облегчает возможность их шунтирования по внешним электродам. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения с целью упомянутого шунтирования трещин на наружных поверхностях внешних электродов предусмотрены гофрированные электроды. При этом шаг между гофрами таких гофрированных электродов в четыре раза превышает расстояние между двумя расположенными последовательно в пакете внутренними электродами, а места контакта гофрированных электродов с внешними электродами в каждом случае находятся между участками переходных соединений внутренних электродов с соответствующими внешними электродами. В обычных пьезоэлектрических приводах шаг между гофрами был бы вдвое меньше указанного и, как следствие этого, существовала бы опасность спайки гофрированных электродов по всей их поверхности с внешними электродами.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые упрощенные чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - предлагаемый в изобретении пьезоэлектрический привод в сечении плоскостью 1-1 по фиг.2А,
на фиг. 2А-2Г - вид сверху показанного на фиг.1 привода в сечении плоскостью II-II по фиг.1, соответственно плоскостями, проходящими через расположенные на различных уровнях внутренние электроды и параллельными плоскости II-II,
на фиг.3 - известный пьезоэлектрический привод в разрезе,
на фиг. 4А и 4Б - увеличенное изображение фрагмента IV пьезоэлектрического привода по фиг.3, поясняющее процесс образования трещин в обычных пьезоэлектрических приводах.
на фиг.1 - предлагаемый в изобретении пьезоэлектрический привод в сечении плоскостью 1-1 по фиг.2А,
на фиг. 2А-2Г - вид сверху показанного на фиг.1 привода в сечении плоскостью II-II по фиг.1, соответственно плоскостями, проходящими через расположенные на различных уровнях внутренние электроды и параллельными плоскости II-II,
на фиг.3 - известный пьезоэлектрический привод в разрезе,
на фиг. 4А и 4Б - увеличенное изображение фрагмента IV пьезоэлектрического привода по фиг.3, поясняющее процесс образования трещин в обычных пьезоэлектрических приводах.
На фиг.1 и 2 в качестве примера показан предпочтительный вариант выполнения предлагаемого в изобретении пьезоэлектрического привода 1. При этом на фиг. 1 привод 1 изображен в сечении плоскостью I-I по фиг.2А, а на фиг.2А-2Г показано расположение внутренних электродов 7, 8, 9 и 10 в сечении плоскостью II-II по фиг.1, соответственно в параллельных ей плоскостях.
Как и обычные пьезоэлектрические приводы, предлагаемый в изобретении пьезоэлектрический привод 1 состоит из множества выполненных из пьезоэлектрического материала пластин 2, направление поляризации которых по существу перпендикулярно их плоскости и которые слоями расположены одна над другой в направлении их общей поляризации, образуя так называемый пьезопакет (пьезостопку). В качестве пьезоэлектрического материала для пьезоэлемента 2 можно использовать, например, кварц, турмалин, титанат бария (BaTiO3) или специальные типы пьезокерамики, предпочтительно керамику на основе цирконата-титаната свинца, т.е. так называемую ЦТС-керамику (PbZrO3-PbTiO3). Пригодны также органические соли, например NaK-тартрат, и большое число других известных пьезоэлектрических материалов.
Между отдельными пьезоэлектрическими пластинами 2 расположено соответственно по внутреннему электроду 7, 8, 9, 10. На боковых поверхностях 16, 17, 18, 19 пьезопакета предусмотрены проходящие по всей его высоте внешние электроды 3, 4, 5, 6, которые могут быть выполнены, например, в виде нанесенного на боковую поверхность слоя припоя. Каждый внутренний электрод 7, 8, 9, 10 контактирует только с одним из соответствующих внешних электродов 3, 4, 5, 6, т.е. каждый из внутренних электродов 7-10 проходит внутри пьезопакета только до одной из его боковых поверхностей 16, 17, 18 или 19, не доходя до остальных трех боковых поверхностей 16-19, соответственно остальных трех внешних электродов 3-6, как это показано на фиг.2А-2Г для внутренних электродов 7-10, расположенных последовательно один над другим по высоте пакета. На участках 13, где внутренние электроды не имеют сквозных соединений с внешними электродами, пьезокерамика пьезоэлектрических пластин 2 спечена по всему сечению.
Для достижения необходимого эффекта при работе пьезоэлектрического привода 1 внутренние и внешние электроды соединены по следующей схеме. Внешние электроды 3-6 разделены на две группы 3+5 и 4+6, каждая из которых может электрически соединяться с одним из соответствующих контактных выводов 12а и 12Ь источника 11 управляющего напряжения, соответственно напряжения возбуждения. Внутренние электроды 7-10 контактируют с внешними электродами 3-6 таким образом, что каждый из внутренних электродов 7, 9 электрически соединяется с одним из контактных выводов 12а источника 11 напряжения, а соответственно следующие по высоте пакета внутренние электроды 8, 10 соединяются с другим контактным выводом 12b. Благодаря соединению по такой схеме каждая пьезоэлектрическая пластина 2, образующая пластинчатый пьезоэлемент, обеими ее плоскостями контактирует с электродами 7, 9, соответственно 8, 10, электрическое напряжение к которым в свою очередь может быть приложено от источника 11 через внешние электроды 3, 5 и 4, 6. Как и в обычных пьезоэлектрических приводах, при приложении напряжения каждая из расположенных друг над другом в пакете пьезоэлектрических пластин 2 расширяется в направлении возникающего между электродами 7, 9 и 8, 10 электрического поля, направление которого совпадает с направлением поляризации этих пьезоэлектрических пластин 2. Благодаря большому числу пьезоэлементов (пьезоэлектрических пластин 2) в пакете достигается сравнительно большая величина хода всей конструкции, при этом из-за жесткого соединения пакетированных пьезоэлектрических пластин 2 с внешними электродами 3-6 поступательное движение может осуществляться только в средней зоне между этими внешними электродами 3-6.
Следует также отметить, что применение четырех внешних электродов 3-6 вместо обычно используемых двух внешних электродов 3-4 позволяет улучшить отвод тепла от привода 1. Менее эффективный теплоотвод у известных пьезоприводов связан с тем, что пьезокерамика обладает меньшей теплопроводностью по сравнению с металлами.
С целью снизить согласно изобретению склонность пьезоэлектрического привода 1 к растрескиванию, что подробно пояснялось выше со ссылкой на фиг.4А и 4Б, контактирование внутренних электродов 7-10 с внешними электродами 3-6 осуществляется, кроме того, с соблюдением следующих условий. Каждый из внутренних электродов 7 контактирует с внешним электродом 3, а следующие в пакете внутренние электроды 8, 9 и 10 контактируют с другими внешними электродами 4, 5, соответственно 6, при этом одновременно, как указано выше, каждый из внутренних электродов 7, 9 электрически должен быть соединен с контактным выводом 12а источника 11 напряжения, а каждый из следующих по высоте пакета внутренних электродов 8, 10 должен быть соединен с контактным выводом 12b источника 11 напряжения, чтобы возникающее при приложении напряжения электрическое поле могло создать в пьезоэлементах (пьезоэлектрических пластинах 2) пьезоэффект.
Для варианта выполнения, показанного на фиг.1 и 2А-2Г, сказанное, в частности, означает, что первый внутренний электрод 7 контактирует с первым, расположенным на первой боковой поверхности 16 пьезопакета внешним электродом 3, который в свою очередь электрически соединен с первым контактным выводом 12а источника 11 напряжения (фиг.2А), следующий по высоте пакета внутренний электрод 8 контактирует со вторым, расположенным на второй боковой поверхности 17 пьезопакета внешним электродом 4, который в свою очередь электрически соединен со вторым контактным выводом 12b источника 11 напряжения (фиг.2Б), следующий по высоте пакета внутренний электрод 9 контактирует с третьим, расположенным на третьей боковой поверхности 18 пьезопакета внешним электродом 5, который в свою очередь электрически соединен с первым контактным выводом 12а источника 11 напряжения (фиг.2В), и, наконец, следующий внутренний электрод 10 контактирует с четвертым, расположенным на четвертой боковой поверхности 19 пьезопакета внешним электродом 6, который в свою очередь электрически соединен со вторым контактным выводом 12b источника 11 напряжения (фиг.2Г). Такая последовательность расположения внутренних электродов 7-10 повторяется периодически по всей высоте пьезопакета, благодаря чему по высоте последнего обеспечивается равномерное распределение участков 14 переходных соединений между внутренними и внешними электродами.
Последовательность соединений в пределах одного циклически повторяющегося периода расположения внутренних электродов в принципе может быть выбрана любой в рамках вышеуказанной общей концепции. Более того, внешние электроды 3, 5 и 4, 6 каждой группы также необязательно должны располагаться на соответствующих противоположных боковых сторонах 16+18 и 17+19 пьезопакета. Однако по соображениям симметрии и связанного с этим равномерного распределения электрических полей и растягивающих напряжений в пьезоэлектрическом приводе 1 внешние электроды 3-6, условно разделенные на две группы по одинаковым полярностям, предпочтительно располагать по периметру пьезопакета, соответственно по его боковым сторонам 16-19 с чередованием.
Далее в вышеописанном варианте пьезоэлектрические пластины 2 имеют в плане практически квадратную форму. Однако изобретение не ограничивается только такой формой пьезоэлектрических пластин 2, которые могут быть выполнены и прямоугольными, многоугольными или круглыми. Число внешних электродов 3-6, а также электрическое соединение внешних электродов 3-6 с внутренними электродами 7-10 аналогичны в этих случаях вышеописанному варианту по фиг.1 и 2.
На фиг. 1 в качестве примера показан также гофрированный электрод 20, расположенный поверх внешнего электрода 3, соответственно припаянный к нему. Соответственно и три остальных внешних электрода 4-6 имеют такой же гофрированный электрод 20.
Каждый из этих гофрированных электродов 20 припаян к внешнему электроду 3 на тех участках, которые расположены по середине между переходными электрическими соединениями внутренних электродов 7 с соответствующим внешним электродом 3. При описанном выше периодически повторяющемся расположении внутренних электродов 7-10 шаг между гофрами гофрированных электродов 20 в четыре раза превышает расстояние между двумя соседними внутренними электродами. В случае возможного образования в приводе трещин 15, которые показаны на фиг.4Б, трещина, образовавшаяся в одном из внешних электродов 3-6, шунтируется гофрированным электродом 20, что обеспечивает надежный контакт со всеми внутренними электродами 7-10. Для изготовления гофрированных электродов используется лист из токопроводящего материала, предпочтительно латунный лист толщиной 0,05 мм.
В обычном приводе 1, показанном на фиг.3, шаг между гофрами такого гофрированного электрода 20 только в два раза превышал бы расстояние между двумя соседними внутренними электродами 7, 9. При столь малом шаге между гофрами существует опасность спайки гофрированных электродов 20 по всей их поверхности с внешними электродами 3, 4, что не может гарантировать надежного шунтирования трещин.
Claims (6)
1. Пьезоэлектрический привод (1), имеющий множество размещенных в виде пакета одна над другой пластин (2) из пьезоэлектрического материала, направление поляризации каждой из которых ориентировано перпендикулярно ее плоскости и каждая из которых имеет возможность расширения в направлении приложенного к ней электрического поля, направление которого совпадает с направлением поляризации пластины, источник (11) управляющего напряжения с двумя контактными выводами (12а и 12b), две группы по крайней мере по два внешних электрода (3, 5, 4, 6) в каждой, причем внешние электроды (3, 5) первой группы электрически соединены с первым контактным выводом (12а) источника (11) напряжения, а внешние электроды (4, 6) второй группы электрически соединены со вторым контактным выводом (12b) источника (11) напряжения, и каждый из внешних электродов (3, 4, 5, 6) размещен на разных боковых сторонах (16, 17, 18, 19) пакета пьезоэлектрических пластин (2), множество внутренних электродов (7, 8, 9, 10), каждый из которых расположен между пьезоэлектрическими пластинами (2), которые контактируют, чередуясь, с внешними электродами (3, 4, 5, 6) таким образом, что один внутренний электрод (7, 9) электрически соединен с первым контактным выводом (12а) источника (11) напряжения, а следующий по высоте пакета внутренний электрод (8, 10) электрически соединен со вторым контактным выводом (12b) источника (11) напряжения, при этом внутренние электроды (7-10) контактируют с внешними электродами (3-6) в циклически повторяющейся по высоте пакета последовательности.
2. Привод по п.1, отличающийся тем, что внешние электроды (3, 4, 5, 6) двух групп расположены по периметру пакета с чередованием.
3. Привод по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пьезоэлектрические пластины (2) имеют в плане квадратную форму.
4. Привод по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пьезоэлектрический материал представляет собой пьезокерамику на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС-керамику).
5. Привод по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что на наружной поверхности каждого из внешних электродов (3-6) предусмотрен гофрированный электрод (20).
6. Привод по п.5, отличающийся тем, что шаг между гофрами гофрированных электродов (20) в четыре раза превышает расстояние между двумя расположенными последовательно в пакете внутренними электродами (7-10), а места контакта гофрированных электродов (20) с внешними электродами (3-6) в каждом случае находятся между участками переходных соединений внутренних электродов (7-10) с соответствующими внешними электродами (3-6).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19802302.2 | 1998-01-22 | ||
DE19802302A DE19802302A1 (de) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Piezoelektrischer Aktor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99122020A RU99122020A (ru) | 2001-08-20 |
RU2223574C2 true RU2223574C2 (ru) | 2004-02-10 |
Family
ID=7855338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99122020/28A RU2223574C2 (ru) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Пьезоэлектрический привод |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6765337B1 (ru) |
EP (1) | EP0978148B1 (ru) |
JP (1) | JP2001516512A (ru) |
CN (1) | CN1166013C (ru) |
DE (2) | DE19802302A1 (ru) |
RU (1) | RU2223574C2 (ru) |
WO (1) | WO1999038220A1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447544C1 (ru) * | 2010-12-01 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Пьезоэлектрический прибор |
WO2013028092A1 (ru) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | Dostiiari Nasir Nadir Ogly | Пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортных средств |
RU2736071C2 (ru) * | 2016-06-14 | 2020-11-11 | Конинклейке Филипс Н.В. | Приводное устройство, содержащее привод на основе электроактивного полимера, и способ возбуждения |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11341838A (ja) * | 1998-05-20 | 1999-12-10 | Tokin Ceramics Corp | 積層型圧電アクチュエータ |
DE19928190A1 (de) * | 1999-06-19 | 2001-01-11 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
DE19946837A1 (de) * | 1999-09-30 | 2001-05-03 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
DE19951118A1 (de) * | 1999-10-23 | 2000-11-09 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor und ein Verfahren zu seiner Herstellung |
JP2002054526A (ja) * | 2000-05-31 | 2002-02-20 | Denso Corp | インジェクタ用圧電体素子 |
DE10113744A1 (de) * | 2000-11-27 | 2002-06-20 | Hans Richter | Elektrische Anschlußanordnung für einen monolithischen Vielschicht-Piezoaktor |
DE10241992B4 (de) * | 2002-09-11 | 2005-05-04 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Aktor |
DE10303407A1 (de) * | 2003-01-27 | 2004-08-19 | Friedrich-Schiller-Universität Jena | Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen Bearbeitung der Oberfläche eines Objektes, insbesondere zum Polieren und Läppen von Halbleitersubstraten |
DE10307825A1 (de) | 2003-02-24 | 2004-09-09 | Epcos Ag | Elektrisches Vielschichtbauelement und Schichtstapel |
JP2004363489A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Ngk Insulators Ltd | 圧電/電歪素子、圧電/電歪素子の製造方法、圧電/電歪デバイス及び圧電/電歪デバイスの製造方法 |
DE10345730A1 (de) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
JP2005150167A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-09 | Ibiden Co Ltd | 積層型圧電素子 |
US7385337B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-06-10 | Tdk Corporation | Multilayer piezoelectric element |
JP4775372B2 (ja) * | 2005-02-15 | 2011-09-21 | 株式会社村田製作所 | 積層型圧電素子 |
DE102005033858B4 (de) * | 2005-07-12 | 2008-01-31 | Siemens Ag | Schalteinrichtung |
DE102006023468B3 (de) * | 2006-05-18 | 2007-09-13 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors |
CN101558506B (zh) * | 2006-12-15 | 2011-03-16 | 京瓷株式会社 | 层叠型压电元件、具有其的喷射装置以及燃料喷射*** |
DE102007003280A1 (de) * | 2007-01-23 | 2008-07-24 | Epcos Ag | Piezoelektrisches Bauelement |
DE102007008266A1 (de) | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Siemens Ag | Piezoaktor und Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktors |
ATE517440T1 (de) * | 2007-03-14 | 2011-08-15 | Delphi Tech Holding Sarl | Reduktion von spannungsgradienten mit piezoelektrischen aktoren |
DE102007060052A1 (de) * | 2007-12-13 | 2009-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Anordnung mit einem Piezoaktor mit mehreren Aktiv- und/oder zusätzlichen Sensorbereichen |
DE102010055620A1 (de) | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Epcos Ag | Aktor, Aktorsystem und Ansteuerung eines Aktors |
DE102010055621A1 (de) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Epcos Ag | Aktor, Aktorsystem und Ansteuerung eines Aktors |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4752712A (en) * | 1985-06-10 | 1988-06-21 | Nippon Soken, Inc. | Piezoelectric laminate stack |
DE3533085A1 (de) | 1985-09-17 | 1987-03-26 | Bosch Gmbh Robert | Zumessventil zur dosierung von fluessigkeiten oder gasen |
DE3713697A1 (de) | 1987-04-24 | 1988-11-10 | Licentia Gmbh | Ultraschnelles steuerventil |
DE3800203C2 (de) | 1988-01-07 | 1997-08-14 | Atlas Fahrzeugtechnik Gmbh | Kraftstoffeinspritzventil |
DE3833093A1 (de) | 1988-09-29 | 1990-04-12 | Siemens Ag | Fuer verbrennungskraftmaschine vorgesehene kraftstoff-einspritzduese mit steuerbarer charakteristik des kraftstoffstrahls |
JP2965602B2 (ja) | 1990-02-26 | 1999-10-18 | 日立金属株式会社 | 積層型変位素子 |
ATE192263T1 (de) | 1990-09-25 | 2000-05-15 | Siemens Ag | Anordnung für einen in hubrichtung wirkenden adaptiven, mechanischen toleranzausgleich für den wegtransformator eines piezoelektrischen aktors |
JPH04197086A (ja) * | 1990-11-28 | 1992-07-16 | Hitachi Ltd | 積層型圧電アクチュエータ及び製造方法 |
US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
US5155409A (en) * | 1991-07-11 | 1992-10-13 | Caterpillar Inc. | Integral conductor for a piezoelectric actuator |
JPH0567819A (ja) * | 1991-09-10 | 1993-03-19 | Nec Corp | 圧電セラミツクトランス |
US5485437A (en) * | 1993-02-05 | 1996-01-16 | Discovision Associates | Shock-resistant, electrostatically actuated pick-up for optical recording and playback |
JP2986706B2 (ja) | 1995-03-03 | 1999-12-06 | 日立金属株式会社 | 圧電素子及びそれを用いた圧電アクチュエータ |
JPH10126202A (ja) * | 1996-10-23 | 1998-05-15 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子およびそれを用いた電子部品 |
-
1998
- 1998-01-22 DE DE19802302A patent/DE19802302A1/de not_active Withdrawn
- 1998-10-21 US US09/381,755 patent/US6765337B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-10-21 WO PCT/DE1998/003075 patent/WO1999038220A1/de active IP Right Grant
- 1998-10-21 DE DE59811430T patent/DE59811430D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-21 EP EP98958203A patent/EP0978148B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-21 JP JP53771299A patent/JP2001516512A/ja not_active Withdrawn
- 1998-10-21 RU RU99122020/28A patent/RU2223574C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1998-10-21 CN CNB988034689A patent/CN1166013C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447544C1 (ru) * | 2010-12-01 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Пьезоэлектрический прибор |
WO2013028092A1 (ru) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | Dostiiari Nasir Nadir Ogly | Пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортных средств |
RU2736071C2 (ru) * | 2016-06-14 | 2020-11-11 | Конинклейке Филипс Н.В. | Приводное устройство, содержащее привод на основе электроактивного полимера, и способ возбуждения |
US11538980B2 (en) | 2016-06-14 | 2022-12-27 | Koninklijke Philips N.V. | Electroactive polymer actuator device and driving method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1999038220A1 (de) | 1999-07-29 |
CN1251211A (zh) | 2000-04-19 |
CN1166013C (zh) | 2004-09-08 |
DE19802302A1 (de) | 1999-07-29 |
US6765337B1 (en) | 2004-07-20 |
EP0978148A1 (de) | 2000-02-09 |
JP2001516512A (ja) | 2001-09-25 |
DE59811430D1 (de) | 2004-06-24 |
EP0978148B1 (de) | 2004-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2223574C2 (ru) | Пьезоэлектрический привод | |
JP5069233B2 (ja) | 移行領域において分極方向が回転するモノリシックピエゾアクチュエータ | |
GB2375886A (en) | Electrode connections for a laminated piezo-electric device | |
CN1238910C (zh) | 压电执行元件 | |
KR100655094B1 (ko) | 압전식 액츄에이터의 제조 방법과 압전식 액츄에이터 | |
JP5586777B2 (ja) | 積層型圧電素子およびこれを備えた噴射装置ならびに燃料噴射システム | |
RU99122020A (ru) | Пьезоэлектрический привод | |
KR100692884B1 (ko) | 열팽창에 적응하는 외부 전극을 갖는 압전 액추에이터 | |
DE19945933C1 (de) | Piezoaktor mit isolationszonenfreier elektrischer Kontaktierung und Verfahren zu dessen Herstellung | |
JP2006101691A (ja) | 応力を減衰する構造体を備えたピエゾアクチュエータ | |
US6215230B1 (en) | Alternately stacked piezoelectric actuator in which each electrode layer leaves an alternately L-shaped stripe of piezoelectric material uncovered | |
JP2005536067A (ja) | ピエゾアクチュエータ | |
WO2009082007A1 (ja) | 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム | |
EP2913858B1 (en) | Multilayered piezo element, as well as piezo actuator, injection apparatus, and fuel injection system provided with said element | |
EP0550435B1 (en) | Piezoelectric solid state motor stack | |
JP2006527486A (ja) | ピエゾアクチュエータ | |
JP4261903B2 (ja) | セラミック電子部品及び噴射装置 | |
JP2002319716A (ja) | 圧電セラミック多層アクチュエーターおよびその製造方法 | |
JP2001313428A (ja) | 積層型圧電アクチュエータおよび噴射装置 | |
JPS63288075A (ja) | 電歪効果素子 | |
JPH08167746A (ja) | 積層型圧電アクチュエータ | |
WO2010141299A1 (en) | Piezoelectric stack actuator assembly | |
JP2005045086A (ja) | インジェクタ装置用積層型圧電素子 | |
EP1519425B1 (en) | Piezoelectric actuator device | |
JP3080052B2 (ja) | 圧電トランス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071022 |