DE102012009210A1

DE102012009210A1 - Controller for electrically controlling piezo-material of piezo element for engine, has control and/or regulating device generating resulting difference voltage due to mechanical function of electric voltage as useful energy

Info

Publication number: DE102012009210A1
Application number: DE201210009210
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-14

Abstract

The controller has a control and/or regulating device stretching and/or compressing and exciting a piezo-material to specific oscillation frequency such as in a range of resonant frequency by electric voltage. The device stretches or compresses the piezo-material in sequence and alternately by mechanical contraction and expansion and generates resulting difference voltage due to the mechanical function of the electric voltage as useful energy, which is decreased at electric poles. The stretching or compressing process and the voltage generation process are repeated at intervals.

Description

Die Erfindung betrifft eine spezielle, insbesondere elektrische Ansteuerung eines PIEZO-Elements.The invention relates to a special, in particular electrical control of a PIEZO element.

Die Idee geht von prozessphasensynchronisierten Arbeitstakten definierter Bauelemente (insbesondere Aktions- und Reaktionskräften) aus. Im Falle von Kraftmaschinen ergeben sich hierdurch erhebliche Vorteile zum allgemeinen bzw. sonstigen Stand der Technik. Vor allem die erfindungsgemäße sehr günstige Kraft- bzw. Druckenergieausnutzung ergibt ein deutliches Verbesserungspotenzial bzgl. des resultierenden Nutzwirkungsgrades.The idea is based on process-phase-synchronized work cycles of defined components (in particular action and reaction forces). In the case of engines, this results in significant advantages to the general or other prior art. Above all, the very favorable force or pressure energy utilization according to the invention results in a clear potential for improvement with regard to the resulting efficiency of use.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, dass – im Falle der Ausführung als Kraftmaschine – der Prozessablauf örtlich und zeitlich derart optimiert wird, dass bei einer gegebenen Anzahl von Arbeitszyklen pro Zeiteinheit, besonders für den resultierenden Energieüberschuss, maximale Werte erreicht werden können.The object of the invention is also that - in the case of execution as an engine - the process flow is locally and temporally optimized so that at a given number of cycles per unit time, especially for the resulting energy surplus, maximum values can be achieved.

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß und im Wesentlichen dadurch gelöst, dass im Gegensatz zum Stand der Technik, eine Maschine realisiert wird, welche im Kerngedanken insbesondere aus aufeinander abgestimmten sowie optimierten Bauelementen besteht, die in ihrer Kombination aus elektrischen und mechanischen Einflußgrößen die gewünschten vorteilhaften Eigenschaften aufweist.The objects are achieved according to the invention and essentially by the fact that in contrast to the prior art, a machine is realized, which consists in the core idea in particular of coordinated and optimized components, which has the desired advantageous properties in their combination of electrical and mechanical parameters.

Bei der erfindungsgemäßen Maschine wird eine optimale Betriebsart erreicht, insbesondere auch durch eine passende Art der Steuerung des Prozessablaufes. Der Bedingung einer optimalen Energieübertragung wird die Ausbildung von speziellen Wirkflächen bzw. -körpern vorausgesetzt, welche zusammen mit ggf. zusätzlichen Koppelelementen den Prozess räumlich und zeitlich vorgeben, wobei über die Formgebung und räumliche Platzierung hinausgehend bei Bedarf auch das Ausmaß von Bewegungsbahnen bzw. weiterer Einflussgrößen anderer angeschlossener weiterer Systeme berücksichtigt werden kann.In the machine according to the invention, an optimum operating mode is achieved, in particular by a suitable type of control of the process sequence. The condition of an optimal energy transfer is the formation of special active surfaces or bodies presupposed, which together with possibly additional coupling elements specify the process spatially and temporally, going beyond the shaping and spatial placement, if necessary, the extent of trajectories or other factors other connected other systems can be considered.

Im Wesentlichen besteht der erfindungsgemäße Grundgedanke im Zusammenspiel von elektrischer Anregung eines PIEZO-Materials und dessen mechanischer Stauchung bzw. Dehnung, mit dessen anschließender Expansion bzw. Kontraktion sowie der hieraus äquivalenten elektrischen Wirkgrößen. Erfindungsgemäß sollen diese Vorgänge im Wesentlichen bei der Resonanzfrequenz des PIEZO-Materials ablaufen, was sich vorteilhaft auf die Höhe der gewonnenen Nutzenergie auswirkt.Essentially, the basic idea according to the invention consists of the interaction of electrical excitation of a PIEZO material and its mechanical compression or expansion, with its subsequent expansion or contraction, and of the electrical action variables equivalent thereto. According to the invention, these processes are to take place essentially at the resonance frequency of the PIEZO material, which has an advantageous effect on the level of the useful energy obtained.

Dabei wird eine elektrische Halbwelle zur Anregung des PIEZO-Materials benutzt (geringere Energiemenge), während die andere elektrische Halbwelle als Nutzenergie zur Verfügung stehen soll (größere Energiemenge). Mit anderen Worten: Eine mechanische Verformung entsteht als Folge von elektrischer Anregung, während eine weitere, entgegengesetzte mechanische Verformung als Folge einer newtonschen, mechanischen Reaktion entsteht. Alternativ kann direkt nach der elektrischen Erregung im Resonanzbereich sowie der mechanischen Bewegung des Piezos infolge der resultierenden Differenzspannung bzw. der Vergrößerungsfunktion elektrische Nutzenergie an den Polen des Piezos abgegriffen werden.One electric half-wave is used to excite the PIEZO material (lower amount of energy), while the other half-wave is to be available as useful energy (larger amount of energy). In other words, mechanical deformation occurs as a result of electrical excitation, while another, opposite mechanical deformation arises as a result of a Newtonian mechanical reaction. Alternatively, electrical useful energy at the poles of the piezo can be tapped directly after the electrical excitation in the resonance range and the mechanical movement of the piezo as a result of the resulting differential voltage or the magnification function.

Da die Erfindung im Wesentlichen eher prinzipieller Natur ist, wird auf eine nähere Beschreibung mittels einer Figur bzw. Abbildung verzichtet und der einfache Grundgedanke nur mittels des ersten Hauptanspruches formuliert bzw. offenbart.Since the invention is essentially of a more fundamental nature, a detailed description by means of a figure or illustration is omitted and the simple basic idea formulated or disclosed only by means of the first main claim.

Durch die bessere Energieausnutzung kann auch ein sinnvolles Frequenzniveau angestrebt werden, was sich positiv auf die Lebensdauer der Erfindung auswirkt.Due to the better energy utilization, a meaningful frequency level can also be sought, which has a positive effect on the life of the invention.

In der Summe betrachtet ergibt sich insgesamt eine Einrichtung, welche im Ergebnis kostengünstig und einfach in der Herstellung ist sowie effektive und saubere Nutzenergie zur Verfügung stellen kann.Overall, this results in a device which, as a result, is inexpensive and easy to manufacture, and can provide effective and clean useful energy.

Claims

Activation of a PIEZO material, characterized in that the PIEZO material is excited with an electrical voltage to a certain vibration frequency, in particular in the region of the resonance frequency and is thereby stretched or compressed, and thereafter in sequence and substantially alternately by mechanical contraction or expansion of the stretched or compressed PIEZO material or by the resulting differential voltage due to the magnification function again generates an electrical voltage as useful energy, which can be removed at the electrical poles and this process is repeated at intervals.

Activation of a PIEZO material according to claim 1, characterized in that a plurality of PIEZO elements are individually excited by a control or regulating device and yet interconnected summation and process compliant mechanically and electrically interconnected.

Activation of a PIEZO material according to any one of claims, characterized in that substantially the majority of the installed Piezos be excited with differentiated frequencies in the range of individual resonance frequencies.