[发明专利]用于控制压电激励器的弯曲振动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制安装好的压电激励器中的弯曲振动和/或用于安装压电激励器的方法，利用该方法尽可能避免在压电激励器中出现弯曲振动。 

背景技术

压电激励器（piezoelektrischer Aktor，也称为Piezoaktor或Piezoaktuator）利用压电材料构成，并且作为用于产生运动的机械驱动装置使用，其方式是借助于电压改变压电激励器的尺寸、特别是长度。典型地，压电激励器作为压电堆构成，在该压电堆中，极化方向交替的压电材料层与由金属制成的电极交替。电极按其布置的顺序与两个外电极中的一个交替地相连。 

施加到外电极上的交变电压在压电堆的纵向方向上、也就是在压电堆的层彼此重叠地堆叠的方向上产生纵向振动。压电激励器的纵向振动在大量应用中得到使用，例如用于动力燃料注入的目的。为此，压电堆在其纵向方向上安装在支架或接纳组件之间。通常出现一个或多个共振频率，在这些共振频率时所激励的纵向振动是特别强的。 

相反，同样出现的横向振动不是期望的，因为它们会引起压电激励器的扭曲，所述扭曲会影响压电激励器的功能和可能的话在压电堆的边缘面中造成有害的裂纹。横向振动的共振频率通常明显小于纵向振动的共振频率。例如，在30 mm压电激励器中，纵向振动的共振频率典型地约为12 kHz，而横向振动根据压电激励器的安装已经可能出现在2 kHz至3 kHz之间并且被相对较小频率的信号激励。 

当压电激励器对称地安装在支架中时，基于在压电激励器的结构中常有的对称性，理想地不应该出现横向振动。然而，在实际中在安装压电激励器时不总是能够排除小的非对称性和由此造成的机械过应力（Verspannung）。此外，压电激励器内部由于制造公差可能存在非对称性，这同样便利了横向振动的出现。 

在安装或组装时，通过测量压电激励器在支架中的几何取向（Ausrichtung）提供尽可能对称的安装。然而，由此不可能平衡压电激励器中本身存在的非对称性。此外，该安装方法不能够评估压电激励器的实际弯曲振动倾向。以此方式同样不能控制在压电激励器运行时、尤其是第一次开动后较长时间内弯曲振动的出现，这种长时间运行可能例如在装入到为机动车而设计的马达中的压电激励器情况下是期望的。 

发明内容

本发明的任务是说明用于控制以及如果可能的话避免压电激励器中的弯曲振动的方法，在安装或运行激励器时能够有利地使用该方法。 

该任务利用具有权利要求1所述特征的方法得到解决。拓展方案从从属权利要求中得出。 

在用于控制压电激励器的弯曲振动的方法中，用于激励纵向振动而设计和安装的压电激励器的小信号频谱被测量，并且从在所述小信号频谱中出现的共振中检测压电激励器中横向振动的激励。 

在用于安装压电激励器的方法的应用中，压电激励器在纵向方向上安装在支架之间，在该纵向方向上纵向振动能够通过施加交变电压被激励。这些支架是元件，例如一种装置的部件，压电激励器与这些元件机械相连并且压电激励器运行时产生的运动传输到这些元件上。 

安装好的压电激励器的小信号频谱在频率范围中被测量，并且从可在小信号频谱中识别到的共振中检测压电激励器中横向振动的出现。如果可识别到不期望的强的横向振动，则改变压电激励器的安装，例如通过调整，其中优选主要改变那些优先影响横向振动倾向的参数。测量和安装的改变根据需要频繁重复，直到由小信号频谱中的振动共振表明，未出现横向振动或出现的横向振动或弯曲振动低于预给定的极限、尤其是低于预给定的最大振幅。

通过检查小信号频谱中的振动共振是否最多以预给定的最小频率间隔出现，尤其是能够确定横向振动的充分减小。代替这个或附加地能够检查，小信号频谱中的主要的振动共振是否仅高于预给定的最小频率而出现，所述最小频率事先被确定为，使得高于该最小频率基本上不出现横向振动。 

可能与横向振动的出现相关的安装参数例如是压电激励器在支架中的位置、尤其是压电激励器的纵向方向和支架的取向之间的角度，以及从支架施加到压电激励器上的机械应力的强度和方向。 

用于控制压电激励器的弯曲振动的方法基于压电激励器能够作为传感器使用，因为利用此类压电器件电气信号能够被转换成机械运动和机械运动能够被转换成电气信号。作为小信号频谱，尤其是可以依据频率来确定压电激励器的阻抗的绝对值。在机械自振动的范围内，压电激励器的阻抗频谱典型地具有串联共振和在稍高的频率情况下出现的串联共振。