用于控制机电元件的方法技术

技术编号:18792486 阅读:2 留言:0更新日期:2018-08-29 10:34
本发明专利技术涉及用于激活机电元件(3)的至少一区段(特别是变化区段)的方法,包括步骤:提供机电元件,其中至少所述变化部分有至少两个彼此隔开的电极,电极之间布置有多个域的多晶和铁电或铁电压电材料,其中在初始状态下至少一些域的偏振方向彼此不同;通过施加具有限定振幅和持续时间的至少一个电压脉冲形式的电压在变化区段的电极间产生电场;由于至少一个电压脉冲,将具有彼此不同偏振方向的一些域变换成相同偏振方向状态,从而产生机电元件沿长度方向V的长度增加,该长度增加在无电压下被限定和保持,或者由于至少一个电压脉冲,将有相同偏振方向的一些域转换成有彼此不同偏振方向的状态,由此产生机电元件沿长度方向V的长度减小,该长度减小在不存在电压下限定和保持。本发明专利技术还涉及用该方法激活的机电元件作为调节元件,且涉及两个相对于彼此移动的元件(1,2)之间布置由该方法激活的机电元件。

Method for controlling electromechanical elements

The present invention relates to a method for activating at least one section (especially a change section) of an electromechanical element (3) including steps of providing an electromechanical element in which at least two electrodes are separated from each other and polycrystalline and ferroelectric or ferroelectric materials with multiple domains are arranged between the electrodes, from the initial state to The polarization directions of the fewer domains are different from each other; an electric field is generated between the electrodes of the varying section by applying a voltage in the form of at least one voltage pulse with a limited amplitude and duration; and some domains with different polarization directions from each other are transformed into the same polarization direction state due to at least one voltage pulse, thereby producing The length of the electromechanical element increases along the length direction V, which is limited and maintained under no voltage, or because at least one voltage pulse converts some regions of the same polarization direction into states with different polarization directions from each other, resulting in a reduction in the length of the electromechanical element along the length direction V, which decreases in length not exceeding Limit and maintain under the presence of voltage. The invention also relates to an electromechanical element activated by the method as a regulating element, and relates to the arrangement of electromechanical elements activated by the method between two elements (1,2) moving relative to each other.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制机电元件的方法
本专利技术涉及用于控制机电元件的方法和由这种方法控制的机电元件作为调节元件的用途。
技术介绍
从US8,138,658B2已知一种具有若干层压电-铁电材料的致动器,其中限定的电场可以选择性地施加到各个层,以便通过例如域折叠将完全非极化的域状态转换为完全极化的域状态(反之亦然)来利用铁电部件的非线性效。通过所述域折叠,在这些层中可以实现不连续的变形变化,如变形跳跃,而在致动器的其他层中利用压电效应导致线性且连续的变形变化。总的来说,这导致致动器具有延长的调节行程范围。另一个优点是,由域折叠产生的致动器的变形甚至在不施加外部电压的情况下得以保持。由US8,138,658B2已知的致动器的缺点是变形跳跃的产生,使得该致动器不能用于非常精细的调节运动,或者只能以非常高的控制力度来使用。
技术实现思路
因此,本专利技术的目的在于提供一种用于控制机电元件的至少一个区段(即变化区段)的方法,该方法使得该机电元件适用于非常精细且限定的调节运动,其中通过施加电场产生变化区段的变形即使在移除相应的电场之后仍然保留。该目的通过以下的方法来实现。因此,本专利技术是一种用于控制机电元件的至少一部分的方法,其中相应的部分限定了变化区段。在这点上应该强调的是,变化区段也可以包括完整的机电元件。换句话说,本专利技术包括完整的机电元件对应于变化区段,并且完整的机电元件通过根据本专利技术的方法来致动。根据本专利技术的方法包括以下步骤:提供机电元件,其中至少所述变化区段包括彼此间隔开的至少两个电极以及设置在电极之间的具有多个域的多晶和铁电或铁电压电材料,其中在初始状态下,至少一部分域包括彼此不同的偏振方向;通过施加具有限定振幅和限定持续时间的至少一个电压脉冲形式的电压来在变化区段的电极之间产生电场;将具有彼此偏离的偏振方向的一部分域转换到由于所述至少一个电压脉冲而具有相同偏振方向的状态,并且由此产生限定的且在不存在电压的情况下得以保持的机电元件的变化区段沿长度方向V的长度的增加,或者将具有相同偏振方向的一部分域转换成偏振方向由于至少一个电压脉冲而彼此偏离的状态,并由此产生限定的且在不存在电压的情况下得以保持的机电元件的变化区段沿长度方向V的长度的减小。如本文所用的术语“机电元件”在最一般的意义上指代一种元件,其中由于电压的作用或电场的作用激发可用于例如致动运动的机械反应(例如长度变化)。同时,该术语在最一般的意义上指代一种元件,其中以相反的方式,例如施加压缩力的机械作用导致产生电场或电压。本文所用的术语“域”是指多晶和铁电或铁电压电材料的一部分,其中存在相同或几乎相同的偏振方向。上面提到的术语“长度方向V”描述了可用于特定应用的机电元件的幅度最大和伸展的方向。根据电压脉冲的幅度和持续时间,偏振状态通过至少一个电压脉冲在更小或更大的部分域处永久改变,使得机电元件的变化区段的限定的和持续的变形变化产生。如果在这种情况下具有不同偏振方向的相应域被转换成具有相同偏振方向的状态,则结果是机电元件沿着长度方向V的变化区段的长度变大,而具有相同偏振方向的域转换成偏振方向不同的状态导致机电元件沿长度方向V方向的变化区段的长度减小。电压脉冲的持续时间在50和150ms之间,并且优选在70和120ms之间可能是有利的。在这种情况下,电压脉冲的上升部分的持续时间和电压脉冲的下降部分的持续时间可以在5和20ms之间,并且优选地在8和12ms之间,这可能是有利的。还有利的是,在提供机电元件的步骤之后且在通过以至少一个电压脉冲的形式施加电压在变化区段的电极之间产生电场的步骤之前,执行用于生成变化区段的限定的初始长度的步骤,其中将这样的一个或多个电压施加到变化区段的电极,此后得出变化区段对应于100%的偏振度的最大长度增加和/或对应于0%的偏振度的最大长度减小,其中最大长度增加和最大长度减小之间的差限定最大可能长度变化范围。还有一个优点是,在预期的长度变化小于最大长度变化范围的50%时,这样的电压被施加到变化区段的电极上,使得产生0%的偏振度,并且当预期的长度变化大于最大长度变化范围的50%时,这样的电压施加到变化区段的电极上,使得产生100%的偏振度。此外有利的是,提供一种机电元件,其中在初始状态下,变化区段的材料具有40%至60%的偏振度,并且特别优选50%的偏振度。在这种情况的偏振度下,机电元件的变化区段的材料的域的比例被指定,其具有相同的偏振方向。通过机电元件的变化区段的材料在其初始状态下的相应的偏振,通过减小相同偏振方向的域的数量可以实现机电元件的变化区段从初始状态开始沿着长度方向V的长度减小。另外,可能有利的是,用于机电元件的变化区段沿长度方向V的长度的限定增加的电压脉冲的幅度被确定大小,使得相邻电极之间的合成电场强度是在矫顽磁场强度的50%和200%之间。在这种情况下,所施加的电压脉冲的持续时间越长和/或数量越多,对应的振幅可以越小,反之亦然,相应的放大可以更大,施加电压脉冲的持续时间和/或数量越小。通过矫顽磁场强度是指足以满足场强方向上铁电材料域的所有偶极矩(饱和偏振)或将偏振减小到零的场强。此外,可能有利的是,用于机电元件的变化区段沿长度方向V的长度的限定减小的电压脉冲的幅度的大小确定为,使得相邻电极之间的所得电场强度为在矫顽磁场强度的10%和90%之间。这里也是,持续时间越长和/或施加的电压脉冲的数量越大,幅度可以越小,反之,相应的放大越大,施加的电压脉冲的持续时间和/或数量越小。另外,可能是有利的是,第一电压脉冲跟随有第二电压脉冲,第二电压脉冲具有与第一电压脉冲不同的极性。此外,第二电压脉冲的幅度可以与第一电压脉冲的幅度不同,并且优选地,第二电压脉冲的幅度小于第一电压脉冲的幅度。本专利技术还涉及根据上述方法的受控机电元件作为致动元件的用途。此外,本专利技术涉及根据上述方法的机电驱动元件在相对移动的两个元件之间的布置。在这种情况下,可能有利的是,在由根据本专利技术的方法控制的机电元件与相对于彼此移动的两个元件中的一个之间布置另外的机电元件,优选为压电致动器。然而,同样可以想到的是,机电元件具有两个不同的区段,其中一个是通过根据本专利技术的方法控制的变化区段,而其余的区段(其然后对应于另外的机电元件或者前述意义上的压电致动器)代表传统的致动器。附图说明附图示出了:图1:使用根据本专利技术的方法确定机电元件的长度或厚度变化的实验装置;图2:当使用根据本专利技术的使用具有相同持续时间和不同正电压的多个电压脉冲的方法时,根据图1的实验装置的机电元件的长度或厚度增加;图3:当使用根据本专利技术的使用具有相同持续时间和不同负电压的多个电压脉冲的方法时,根据图1的实验装置的机电元件的长度或厚度减小;图4:当使用根据本专利技术的使用具有相同持续时间和相同正电压的多个电压脉冲的方法时,根据图1的实验装置的机电元件的长度或厚度增加和位置稳定性;图5:当使用根据本专利技术的使用具有相同持续时间和不同正电压的简单电压脉冲的方法时,根据图1的实验装置的机电元件的长度或厚度增加和位置稳定性;图6:当使用根据本专利技术的使用具有相同持续时间和不同负电压的简单电压脉冲的方法时,根据图1的实验装置的机电元件的长度或厚度减小和位置稳定性;图7:通过本专利技术的方法致动的机电元件作为致动器或其对应装置的使用的示意图;图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制机电元件的至少一个区段的方法,其中所述区段限定变化区段,所述方法包括以下步骤:提供机电元件,其中至少所述变化区段包括彼此间隔开的至少两个电极以及设置在所述电极之间的具有多个域的多晶和铁电或铁电压电材料,其中在初始状态下,所述域的至少一部分包括彼此不同的偏振方向;通过施加具有限定振幅和限定持续时间的至少一个电压脉冲的形式的电压来在所述变化区段的所述电极之间产生电场;由于所述至少一个电压脉冲,将具有彼此偏离的偏振方向的一部分所述域转换成具有相同偏振方向的状态,并且由此产生所述机电元件的所述变化区段沿长度方向V的限定的且在不存在电压的情况下得以保持的长度增加,或者由于所述至少一个电压脉冲,将具有相同偏振方向的一部分所述域转换成偏振方向彼此偏离的状态,并由此产生所述机电元件的所述变化区段沿长度方向V的限定的且在不存在电压的情况下得以保持的长度的减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.20 DE 102015013553.81.一种用于控制机电元件的至少一个区段的方法,其中所述区段限定变化区段,所述方法包括以下步骤:提供机电元件,其中至少所述变化区段包括彼此间隔开的至少两个电极以及设置在所述电极之间的具有多个域的多晶和铁电或铁电压电材料,其中在初始状态下,所述域的至少一部分包括彼此不同的偏振方向;通过施加具有限定振幅和限定持续时间的至少一个电压脉冲的形式的电压来在所述变化区段的所述电极之间产生电场;由于所述至少一个电压脉冲,将具有彼此偏离的偏振方向的一部分所述域转换成具有相同偏振方向的状态,并且由此产生所述机电元件的所述变化区段沿长度方向V的限定的且在不存在电压的情况下得以保持的长度增加,或者由于所述至少一个电压脉冲,将具有相同偏振方向的一部分所述域转换成偏振方向彼此偏离的状态,并由此产生所述机电元件的所述变化区段沿长度方向V的限定的且在不存在电压的情况下得以保持的长度的减小。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,电压脉冲的持续时间在50和150ms之间,并且优选在70和120ms之间。3.如前述权利要求任一项所述的方法,其特征在于,在提供所述机电元件的步骤之后且在通过施加至少一个电压脉冲形式的电压在所述变化区段的所述电极之间产生电场的步骤之前,执行用于产生所述变化区段的限定的初始长度的附加方法步骤,在所述方法步骤中将一个或多个电压施加到所述变化区段的所述电极上,此后,得到对应于所述变化区段100%偏振度的最大的长度增加和/或对应于所述变化区段0%偏振度的最大的长度减小,其中所述最大的长度增加和最大的长度减小之间的差限定出最大可能长度变化范围。4.如权利要求4所述的方法,其特征在于,在预期的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员:哈利·马斯乔纳斯·雷瑟尔
申请(专利权)人:物理仪器PI两合有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1