压电弯曲变换器及其使用制造技术

本发明专利技术涉及压电弯曲变换器，其具有一个细长的支撑体（２），支撑体至少在一个侧面备有层叠的压电体（６）。用于操纵压电弯曲变换器的电子系统（２３）和／或传感器系统（３３）的至少一个部件（２４，３２）布置在支撑体（２）内部和／或在支撑体（２）与层叠压电体（６）之间和／或在层叠压电体（６）的相邻压电层之间。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种压电弯曲变换器，其具有一个细长的支撑体，支撑体在至少一个纵向侧面上备有一个压电多层体，该压电多层体具有许多压电材料层和置于压电材料层中间的电极。本专利技术还涉及这种压电弯曲变换器的使用。例如在WO99/17383中公开了这样一种压电弯曲变换器，它也可以描述为多层弯曲促动器。该压电弯曲变换器包括细长的板形或杆形支撑体，支撑体在其具有大面积的两个相对纵向侧面上分别备有一个压电多层体。每个压电多层体由许多叠置的压电材料层和布置在压电材料层之间的板形电极组成。在支撑体上延伸的导电体可用于对电极施加控制电压，控制电压使压电多层体长度收缩，从而导致压电弯曲变换器在垂直其纵向的方向上弯曲。为操纵压电弯曲变换器，通常依赖适当的电子系统，电子系统的部件保证例如将可用的低压电流转换成足够高的控制电压。在这方面，多层技术提供了这样的优点，即与同等尺寸的单块压电体情况相比，即使在低得多的控制电压情况下也可以获得足够的操纵压电弯曲变换器的电能。但是，电子部件需要足够的空间，这防碍了具有压电弯曲变换器的装置，例如阀，的小型化。已知压电弯曲变换器的另一个问题是提供对操纵行为的监控和/或反馈。对于安装了压电弯曲变换器的装置的整体尺寸来讲，采用适用于此目的的传感器技术也是不利的。因此，本专利技术的一个目的是建议一种措施，使得具有前述类型压电弯曲变换器的装置的尺寸更紧凑。本专利技术的另一个目的是这种压电弯曲变换器的适当应用。与前述类型压电弯曲变换器相关的第一个目的是这样实现的，即在支撑体内部和/或支撑体与压电多层体之间和/或压电多层体的相邻压电材料层之间容纳用于操纵压电弯曲变换器的电子系统和/或传感器系统的至少一个部件。本专利技术基于这样的认识，即与多层弯曲变换器一起使用的进行操纵所必需的电子系统和/或传感器系统的部件在其尺寸和几何形状方面是这样设计的，即它们可以集成在压电弯曲变换器内，从而可以不必使用这些需要较大安装空间的电子部件和/或传感器部件。这样，电子和/或传感器部件可例如容纳在支撑体内部，尽管它们也可布置在压电多层体的压电材料层之间或布置在支撑体与安装在支撑体上的压电多层体之间。对于传感器部件，就存在这样的可能性，即将其置于要检测与操纵相关的参数的位置。这样例如在安全阀的应用情况下，通过集成在压电弯曲变换器结构中的传感器部件，可以保证促动器设置的精确可靠的反馈信息。已经发现特别有利的是，提供带有一个压电多层体的这样的压电弯曲变换器，其中单个压电材料层的层厚最多为25微米，其中14微米和20微米之间的厚度范围是推荐的，最可取的层厚为17微米。这导致了这样一种低电压多层结构，其具有极薄的层并从而具有大大降低的部件驱动电压，该电压远远小于范围超过60伏的现有技术驱动电压。从而也减少了电压转换所需电路的结构复杂性，这更加简化了本专利技术中电子部件在压电弯曲变换器中的集成。而且，还有这样的优点，即适用于高压范围的设计标准不再适用了，因此布线和压电弯曲变换器壳体设计或配备了该压电弯曲变换器的一个装置的壳体设计具有更多的设计可能性。不过在压电材料中实现了足够的电场强度，与结构尺寸相比，可能有更大的调整力和调整位移。本专利技术的其它有利设计方案由从属权利要求给出。至少集成的电子部件之一可以构成电压转换器电路，电流限制电路或充电和放电电路的一部分，或者其自身构成一个这样的电路。至少一个这种传感器部件可由偏移传感器、由一个或多个压电材料层或由感应传感器和线圈组成，其中所述位移传感器是例如应变片(DMS)形式的，用于检测弯曲变换器的偏移。集成在支撑材料或压电材料中的位移传感器的一个重大优点在于，可以将其用于系统跟踪促动器的偏移以补偿压电松弛和漂移效应的情况下。这使得可能的控制应用具有长期稳定性。另一个使用可能性是对调整件进行功能监控。此外，所需类型和结构的其它传感器可集成在系统中，例如力，加速度或温度传感器。如果支撑体设计为具有至少两个叠置支撑体层的多层体形式，其中支撑体的层平面最好与压电材料层的层平面平行并且各个部件可置于支撑体的每两个相邻层之间，那么可特别简单地将一个或多个电子部件和/或传感器部件集成在支撑体内。为使控制压电多层体和操纵任何传感器系统所需的导电体在支撑体上分布最佳，导电体最好布置在支撑体的不同部件支持面上，相互连接是通过横穿安装面的一个或多个孔，所谓的通路实现的。如果支撑体是利用多层体技术制造的，导电体既可以布置在支撑体的相邻层之间又可以布置在外支撑体层的外表面上，位于一个支撑体层任何一面上的导电体可通过仅穿过该支撑体层的孔接触。当压电弯曲变换器具有所谓的三晶形，支撑体安装有两个压电体，两个压电体布置在支撑体的两个相互背离的纵向侧面上时，这种结构特别有利。在这种情况下，两个压电体最好设计成上述类型的压电多层体形式，以能够基于上述优点，迫使压电弯曲变换器在两个相互相反的方向上移动。设计可以是这样的，即三晶弯曲变换器具有纤维化合物形式的中间层，结合了作为与活动压电材料层的接触装置的可弯曲印刷电路层，传感器系统和/或电子电路。通过适当选择具有适当热膨胀系数的材料，可实现适当减少热漂移。对此的一个实例是在促动器整体结构中适当结合铜层。除减少热漂移外，铜还可用于设置特定的机械性质如位移和调整力，此外还可用于接触活动压电材料层，集成的传感器和/或电子电路。代替第二个活动压电体，提供一个适配体也是一个优点，该适配体由热膨胀系数与压电多层体基本相同的材料制成。该适配体不产生位移力，也就是说它是一个被动元件，但是与仅在单侧配备有一个压电体的压电弯曲变换器相比，也就是与一个所谓的单晶类型相比，它可以用很低的费用实现一种对称结构，使得可以减少或完全排除固有的热弯曲。而且，适应材料本身也可以是一个传感器或集成在传感器内。传感器也可集成在适应零件内。上面提及的用于实现一定用途的本专利技术的第二个目的是这样实现的，即，使压电弯曲变换器作为阀的调整件形式，更具体地是在用于控制气流的气动部分内。下面参考附图描述本专利技术。附图说明图1以部分分解的放大透视正视图示出了本专利技术压电弯曲变换器的一个优选实施例。图2是沿箭头II方向看到的支撑体朝上支撑面的平面图；图3是面向下面支撑体层的朝上表面看到的穿过图1支撑体位于剖面线III-III上的纵向剖面。图4是穿过如图1中的支撑体位于剖面线IV-IV上的纵向剖面，可选存在的导电体用点划线表示在朝下的支撑面上。图5以图1和2的剖面线V-V上的横截面示出了图1至4的压电弯曲变换器，图中示出了图6和图7示出了根据图2和3穿过压电弯曲变换器另一个实施例支撑体的纵向剖面。图8以图9剖面线VIII-VIII上的纵向剖面示出了压电弯曲变换器另一个实施例的一部分。图9为根据图8的支撑体的朝上支撑面的平面图，其中没有示出支撑体上的压电体。图1至5中示出的弯曲变换器1包括细长板形或杆形支撑体2，支撑体2具有一定的刚度，尽管它是可弯曲的并且最好包括纤维化合物或多层塑料，特别是聚酰胺。彼此背离且位于支撑体2的相对纵向面上的大外表面构成了例如图1和5所示朝上的第一支撑面3和朝下的第二支撑面4。在第一支撑面3上布置有第一压电体5，压电体是利用多层体技术制造的，所以涉及一个压电多层体6。如图5中所示，它包括许多平坦或平直的压电材料层7，压电材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
压电弯曲变换器，其具有一个细长支撑体（２），该支撑体在至少一个纵向侧面上备有一个压电多层体（６），压电多层体具有许多压电材料层（７）和置于压电材料层中间的电极（９和１０），其特征在于，在支撑体（２）内和／或支撑体（２）与压电多层体（６）之间和／或在压电多层体（６）的相邻压电材料层（７）之间容纳电子（２３）和／或传感器（３３）系统的至少一个部件（２４，２４ａ；３２和３２ａ；），该部件用于操纵压电弯曲变换器（１）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2000-5-15 10023556.51.压电弯曲变换器，其具有一个细长支撑体(2)，该支撑体在至少一个纵向侧面上备有一个压电多层体(6)，压电多层体具有许多压电材料层(7)和置于压电材料层中间的电极(9和10)，其特征在于，在支撑体(2)内和/或支撑体(2)与压电多层体(6)之间和/或在压电多层体(6)的相邻压电材料层(7)之间容纳电子(23)和/或传感器(33)系统的至少一个部件(24，24a；32和32a；)，该部件用于操纵压电弯曲变换器(1)。2.根据权利要求1中所述的压电弯曲变换器，其特征在于，至少一个电子部件(24和24a)构成电压转换电路或电流限制或充电/放电电路的一部分或组成这种电路。3.根据权利要求1或2中所述压电弯曲变换器，其特征在于，至少一个电子部件(24和24a)组成压电弯曲变换器控制电子电路的一部分或组成这种电路。4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电弯曲变换器，其特征在于，至少一个传感器部件(32和32a)由检测弯曲变换器偏转的偏转传感器组成，更具体地由应变片或由感应传感器和线圈组成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的压电弯曲变换器，其特征在于，至少一个传感器部件(32和32a)由力传感器，加速度传感器和/或温度传感器组成。6.根据权利要求1至5中任一项所述的压电弯曲变换器，其特征在于，至少一个电子和/或传感器部件(42，24a；32和32a)是利用薄膜技术制造的或作为表面安装的装置(SMD)部件或作为裸露的芯片。7.根据权利要求1至6中任一项所述的压电弯曲变换器，其特征在于，支撑体(2)设计成带有至少两个叠置的支撑体层(25和26)的多层体形式。8.根据权利要求7中所述的压电弯曲变换器，其特征在于，支撑体层和压电材料层的平面彼此平行地延伸。9.根据权利要求7或8中所述的压电弯曲变换器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A施密德，M里德尔，K卢比茨，M迈希尔，M霍夫曼，M魏恩曼，
申请(专利权)人：费斯托合资公司，西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]