(57)【要約】  本発明は、平面エレメント(1)が向かい合う2つの表面(15、15')および両表面間を延びる中立ファイバ平面(2)を有しており、それぞれ変換器材料を有し且つ電子構成部品または電子アセンブリ(8)と結合されている少なくとも1つのアクチュエータ(9)および少なくとも1つのセンサ(10)を備える前記平面エレメント(1)の、振動に影響を与えるための装置および方法に関するものである。本発明は、少なくとも1つのアクチュエータおよび少なくとも1つのセンサが両方の表面および中立ファイバ平面からそれぞれ距離を置いて平面エレメント内に完全に組み込まれていることを特徴とする。
2008513694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面エレメント(1)が、向かい合う2つの表面(15、15')および両表面(15、15')間を延びる中立ファイバ平面(2)を有し、それぞれ変換器材料を有し且つ少なくとも1つの電子構成部品と結合されている少なくとも1つのアクチュエータ(9)および少なくとも1つのセンサ(10)を有する、前記平面エレメント(1)の振動に影響を与えるための装置であって、
アクチュエータ(9)とセンサ(10)が、両表面(15、15')および中立ファイバ平面(2)からそれぞれ距離を置いて平面エレメント(1)内部に完全に組み込まれていることを特徴とする装置。
【請求項２】
アクチュエータ(9)と両表面(15、15')の一方との距離が、アクチュエータ(9)と中立ファイバ平面(2)との距離より小さいことを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項３】
中立ファイバ平面(2)に対して対称に平面エレメント(1)内部に組み込まれた少なくとも2つのアクチュエータ(9)が設けられていることを特徴とする請求項1から2のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
中立ファイバ平面(2)に対して対称に平面エレメント(1)内部に組み込まれた少なくとも2つのセンサ(10)が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
それぞれアクチュエータ(9)とセンサ(10)からなり、それぞれ表面(15)と中立ファイバ平面との間に、アクチュエータ(9)およびセンサ(10)が中立ファイバ平面(2)に平行に向き、中立ファイバ平面(2)に対して垂直に、相互に少なくとも部分的にオーバラップして配置されるように配置された少なくとも2つのアクチュエータ-センサ対が設けられ、前記少なくとも2つのアクチュエータ-センサ対が中立ファイバ平面(2)に対して対称に平面エレメント(1)内部に組み込まれていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記アクチュエータ(9)およびセンサ(10)が、それぞれ圧電変換器(5)として形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ(9)およびセンサ(10)が、14cm2までの面積サイズと0.1mm〜0.4mmの平面肉厚を有し平面状に形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ(9)とセンサ(10)が、１つの圧電変換器(5)として形成された唯一の構成ユニットに組み合わされていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記構成ユニットが制御ユニットと結合され、それにより前記構成ユニットが交互にまたは同時にアクチュエータ(9)およびセンサ(10)として作動可能になることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記平面エレメント(1)が、電気プリント回路板であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記電気プリント回路板(19)が、繊維強化複合材、特にガラスファイバ強化プラスチック(GFK)を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記センサ(10)およびアクチュエータ(9)が制御ユニット(8)と結合され、前記制御ユニット(8)がアクチュエータ(9)およびセンサ(10)と共に制御ループを形成することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも1つのセンサ(10)および少なくとも1つのアクチュエータ(9)が、少なくとも1つの誘導電気構成部品(14)または抵抗電気構成部品(13)と電気的に結合されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
プリント回路板(1)の振動を減衰させるための請求項1から13のいずれか一項に記載の装置の使用。
【請求項１５】
平面エレメント(1)が、向かい合う2つの表面(15、15')および両表面間を延びる中立ファイバ平面(2)を有し、それぞれ変換器材料を有し且つ少なくとも1つの電子構成部品と結合されている少なくとも1つのアクチュエータ(9)および少なくとも1つのセンサ(10)を有する、前記平面エレメント(1)の振動に影響を与える方法であって、
前記アクチュエータ(9)およびセンサ(10)が平面エレメント(1)の両表面(15、15')および中立ファイバ平面(2)から距離を置き、中立ファイバ平面(2)に平行に設置されるように、前記少なくとも1つのアクチュエータ(9)と少なくとも1つのセンサ(10)がその中で組み込まれた、平面エレメント(1)を準備する方法ステップと、
平面エレメント(1)内部で形成される振動を少なくとも1つのセンサ(10)によって検出する方法ステップと、
平面エレメント(1)内部で形成される振動に影響を与えるために、アクチュエータ(9)によって振動を発生させる方法ステップとを特徴とする方法。
【請求項１６】
アクチュエータ(9)によって発生される振動が、プリント回路板(1)内部で形成される振動に対する逆振動の形で発生することを特徴とする請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
逆振動を発生させるために、中立ファイバ平面(2)に関して向い合った、圧電変換器(5、5')として形成された2つのアクチュエータ(9)が、その長さ変化がそれぞれ互いに逆相で行われるように長さ変化が励起されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
平面エレメント(1)が、向かい合う2つの表面(15、15')および両表面間を延びる中立ファイバ平面(2)を有し、それぞれ圧電材料を有し且つ少なくとも1つの電子構成部品と結合されている少なくとも2つの構成部品を有する、前記平面エレメント(1)の振動に影響を与える方法であって、
アクチュエータ(9)およびセンサ(10)が平面エレメント(1)の両表面(15、15')および中立ファイバ平面(2)から距離を置き、中立ファイバ平面(2)に平行に設置されるように、前記アクチュエータ(9)とセンサ(10)がその中で組み込まれた、平面エレメント(1)を準備する方法ステップと、
平面エレメント(1)内部で発生する振動エネルギーの少なくとも一部分を前記構成部品内で電気エネルギーに変換する方法ステップと、
前記電気エネルギーを、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することによって排出し、前記熱エネルギーを放出する方法ステップとを特徴とする方法。
【請求項１９】
電気エネルギーの変換および熱エネルギーの放出が、前記構成部品を少なくとも1つの誘導性電気構成部品(14)または抵抗性電気構成部品(13)と結合することによって行われることを特徴とする請求項18に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面エレメントが、向かい合う2つの表面および両表面間を延びる中立ファイバ平面を有し、それぞれ変換器材料を有し且つ電子構成部品または電子アセンブリと結合されている少なくとも1つのアクチュエータおよび少なくとも1つのセンサを有する、前記平面エレメントの振動に影響を与えるための装置および方法に関する。平面エレメントとしては、プリント回路板が優先的に考慮される。
【背景技術】
【０００２】
機械的に振動する平面エレメントに影響を与える装置は、数々の技術分野、例えば、音響学、自動車製造業、または航空宇宙工学で使用される。
【０００３】
古典的機械工学と情報技術のクロスリンクが、特にメカトロニクスおよびアダプトロニクスの分野において増加しつつある結果、プリント回路板上の電子アセンブリの使用が、例えば自動車製造業、航空宇宙工学、さらには工作機械製造分野において増大してきている。プリント回路板が共振励起される場合、その際に生じるプリント回路板の機械的振動により弾性変形が引き起こされかねず、それにより、プリント回路板の表面に沿った顕著な伸張、圧縮がもたらされる。その場合、表面上に存在する導体経路および付加された電子構成部品に負荷がかかる。導体経路におけるクラックの発生または破損によりプリント回路板自体が破損し、はんだ接続および他の接続が働かなくなり、付加された部品が機械的応力により破損または脱着して電子アセンブリの故障をもたらしかねない。したがって、電子アセンブリ内でのこのような振動を減衰する方法が求められている。
【０００４】
平面エレメントの振動に影響を与えるために、例えば筋かいの形の機械的補強のような特別な構造設計による、あるいは、各平面エレメント内で振動減衰材料を使用することによる受動装置が知られている。その他に、例えば適切な保持具の使用による、平面エレメントの周囲との機械的振動の減結合を引き起こす装置が知られている。
【０００５】
このような振動に影響を与えるための受動装置は効率が良いため、望ましくない機械的振動を減衰する目的で広く応用されている。しかしながら、これには追加の必要空間および追加の重量が必要なことが不都合である。さらに、振動に影響を与える有効性は影響を与える振動の周波数に依存する。一般にこの有効性は低周波数では明らかに低下し、したがって受動システムを数百ヘルツの振動数未満の応用例に使用することは不可能である。
【０００６】
平面エレメントの振動に影響を与えるための周知の代替方法では、典型的には、制御ユニットと結合された少なくとも1つのセンサおよびアクチュエータを備える能動システムを利用する。その際、センサおよびアクチュエータは、平面エレメントと動作結合される。一般的に上記コンポーネントは制御ループを形成し、これにより、センサによって検出された信号に基づいてアクチュエータを定義通りに制御することが可能になる。センサにより、平面エレメントの振動の振幅、周波数および位相位置が直接または間接に検出される。例えば平面エレメントの現存する振動を減衰すべき場合、センサ信号に対して特定の位相位置、周波数および振幅を有し、平面エレメントの振動を相殺する逆振動を平面エレメント内で誘導する、制御信号がアクチュエータに供給される。アクチュエータは、平面エレメントの定義された振動を励起および増幅し、あるいは、平面エレメント上に定義されたせん断力、圧縮力および張力を導入するために利用することもできる。
【０００７】
肉厚の薄い平面エレメントの振動に影響を与えるには、アクチュエータとして圧電変換器が特に適していることが明らかになった。したがって、様々な圧電材料を有する、異なる形状および大きさのこのようなアクチュエータが、とりわけ平面状圧電変換器の形で使用される。センサとしては加速センサ、ひずみ計のような様々な構成部品、あるいは圧電変換器も使用される。平面エレメントの振動に影響を与えるために変換器材料を使用する利点は、とりわけ、その軽量さと小型さ、そして数ヘルツから数キロヘルツの振動周波数で使用できることにある。
【０００８】
米国特許第4,565,940号から、圧電特性を有する有機重合体を有するアクチュエータを使用するこの種の装置が明らかである。例えばポリフッ化ビニリデン(PVF2)のような、かかる有機重合体は、たいていは箔として形成される。上記の装置では、PVF2箔は、圧電アクチュエータとして働く平面エレメントの表面に設置される。センサとしては、同様に平面エレメント表面上に設置された加速度計またはひずみ計が使用される。したがって、平面エレメントの片面のみに設置された圧電箔アクチュエータにより、曲げモーメントのみでなく縦力も平面エレメント内に導入される。しかし両方の効果が重畳することにより、能動的に振動に影響を与える有効性に不利な影響が及ぼされる。
【０００９】
この問題を解決するために、欧州特許第0 806 589号には、平面エレメントの表面に圧電アクチュエータを付加する他に、アクチュエータの自由表面に固定された、振動を検出する加速センサを設置することが提案されている。アクチュエータおよびそれと結合されたセンサは、アクチュエータおよびセンサがほぼ、平面エレメントの共振励起時に形成される最大振動波腹に位置するように、平面エレメントの表面に設置される。しかしこの装置でもなお、アクチュエータおよびその上に設置されたセンサを設けることにより、他の形での利用が望ましい平面エレメントの表面部分が失われるという欠点がある。
【００１０】
さらに欧州特許第0 975 891号からは、プリント回路板のできるだけ多くの面が本来のエレクトロニクス用に使用できるように、アクチュエータが支持エレメント上に設置された能動的振動減衰を持つプリント回路板構成が明らかである。しかし、支持エレメント上への設置により、このアクチュエータは破損しやすい形で配置されている。さらに、平面エレメント内に所期のアクチュエータ力を取り入れるのが、支持エレメントにより難しくなる。
【００１１】
平面エレメントの振動に影響を与えるための能動装置はすべて、アクチュエータおよび/またはセンサの制御用にパワーエレクトロニクスを必要とする。
【００１２】
アクチュエータおよび/またはセンサが使用される、平面エレメント、特にプリント回路板用の振動に影響を与えるための周知の装置および方法は、要約すると以下の欠点を有する。
【００１３】
-  アクチュエータおよびセンサが直接または間接に平面エレメント表面上に固定され、これを少なくとも部分的に覆う。このために必要な面積が、他の用途、例えばさらなる電子構成部品用としては失われる。さらに、表面上に設置されたアクチュエータおよびセンサは、特にアクチュエータおよびセンサが支持エレメント上に設置されている場合、外部の影響に対して破損しやすい形で露出して設置されている。
【００１４】
-  平面エレメントの表面の片側のみにアクチュエータおよびセンサを設置することにより、曲げモーメントのみでなく縦力も導入または感知される。両方の効果が重畳することにより能動的に振動に影響を与える有効性が損なわれる。
【００１５】
-  アクチュエータおよび/またはセンサが、電気制御ループ内部で使用される。アクチュエータおよび/またはセンサの制御はパワーエレクトロニクスを必要とし、追加の電気エネルギーを消費する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、それぞれ変換器材料を有する少なくとも1つのアクチュエータおよび少なくとも1つのセンサを有する好ましくはプリント回路板の形の平面エレメントの振動に影響を与えるための装置および方法を、前記平面エレメントの表面上にアクチュエータまたはセンサを設けることにより場所がなるべく失われないように提供することにある。さらに、平面エレメント内部では広い範囲で曲げ振動のみが検出可能であり、所期の通りに影響を与えることが可能であるべきである。そのうえ、平面エレメントの振動に影響を与えることがパワーエレクトロニクスを必要とせずに可能であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の課題の解決策は、請求項1に示されている。請求項15および請求項18の主題はそれぞれ平面エレメントの振動に影響を与える方法である。本発明の思想を有利に発展させる特徴は、従属請求項の主題であり、特に実施例に関する説明から引き出すことができる。
【００１８】
平面エレメントが、向かい合う2つの表面および両表面間を延びる中立ファイバ平面を有し、それぞれ変換器材料を有する少なくとも1つのアクチュエータおよび少なくとも1つのセンサを有する、本発明による前記平面エレメントの振動に影響を与えるための装置は、アクチュエータおよびセンサが前記両表面および中立ファイバ平面からそれぞれ距離を置いて平面エレメント内部に完全に組み込まれていることを特徴とする。
【００１９】
その際、中立ファイバ平面は、平面エレメントを曲げる際に引張り応力または圧縮応力が発生しない平面エレメント内部のすべての点の全体を表す。つまり、平面エレメント内には、曲げ応力が導入された場合に、例えば平面エレメントの機械的振動によって伸張も圧縮もせず、したがってその縦方向伸長が変わらないただ１つの層平面が存在する。均質な材料の平面エレメントでは、中立ファイバ平面は、平面エレメント断面の重心を通って延びる。
【００２０】
本発明に従って平面エレメント内にセンサおよびアクチュエータを完全に収容するには、平面エレメント内部でその表面および中立ファイバ平面から距離を置いた部分のみが適している。殊にこれらの部分においてのみ、センサによって検出可能な圧縮応力および引張り応力が発生する。いわばアクチュエータはこれらの部分においてのみ、引張り応力および圧縮応力を平面エレメント内に導入することができ、それにより、曲げモーメントが狙いを定めて平面エレメント内で発生可能になる。その際、平面エレメント内部で発生する圧縮応力および引張り応力は、平面エレメント材料の弾性特性が線形であると仮定すると、フックの法則に従って、中立ファイバ平面から表面までの距離が増大するにつれてそれに比例して増大する。したがって、圧電変換器として形成されたアクチュエータおよびセンサの有効さは、表面にできるだけ近い組込みの場合に最大になる。
【００２１】
平面エレメントの表面にアクチュエータおよびセンサを設置する場合はこのような周知の結合を介してせん断力のみが伝達できるが、それと違って、使用される圧電変換器を平面エレメント材料で完全に包囲することにより、変換器の能動的に誘導されたまたは受動的に受けた長さの変化が、平面エレメント材料に引張り応力および圧縮応力として伝達される。この引張り応力および圧縮応力により、平面エレメント内部に曲げモーメントを直接導入する、またはそれを直接検出することが可能になり、これにより、センサまたはアクチュエータの有効さが顕著に改善される。
【００２２】
本発明の平面エレメントの振動に影響を与えるための装置は、振動の励起にも振動の減衰にも利用することができる。その際、能動、半受動、および半能動の実施形態が可能である。
【００２３】
本発明の装置の能動実施形態では、平面エレメントの曲げ振動が、センサ内で、平面エレメントの曲げ振動の振幅、周波数および位相位置に依存する電気信号を発生する。センサは、制御ユニットと電気的に結合されている。センサが発生した電気信号は、電気信号の形で制御ユニットに転送される。制御ユニット内で電気信号は評価され、それに基づいてアクチュエータ用の電気制御信号が生成される。アクチュエータは、いわば、制御ユニットと結合されている。したがって、センサ、制御ユニットおよびアクチュエータが制御ループを形成する。応用例に応じて、本発明に従って平面エレメント内に組み込まれたアクチュエータは、例えばその縦方向伸長を変化させるために、特定の振幅、周波数および位相位置で励起することができ、したがって平面エレメント内で圧縮応力および引張り応力が発生され、それが平面エレメントの現存する振動に対して逆相の曲げ振動を引き起こし、それにより平面エレメントの現存する振動を減衰する。他方、それにより、アクチュエータによって、やはり定義された圧縮応力および引張り応力を平面エレメント内に導入することができ、それが平面エレメントの定義された曲げ振動を励起または増幅する。
【００２４】
本発明の装置の半受動実施形態では、圧電変換器が本発明に従ってアクチュエータおよび/またはセンサとして平面エレメント内に導入され、少なくとも1つの適切な抵抗性構成部品またはそのようなアセンブリと結合される。装置のこの実施形態の動作方法は、エネルギー面の考察によって説明することができる。平面エレメントの機械的振動エネルギーは、その際に平面エレメント内に発生する、圧電変換器に作用する圧縮力および張力により、この変換器で電気エネルギーに変換される。圧電変換器が抵抗性構成部品と結合されていることにより、電気エネルギーはまた、抵抗性構成部品により熱エネルギーに変換される。それにより、機械的振動システムからエネルギーが取り去られる。振動するシステムのエネルギーは振動の振幅に依存するので、エネルギーが取り去られると、振幅の低減が、したがって振動の減衰がもたらされる。
【００２５】
本発明による平面エレメントの振動に影響を与えるための装置の半能動実施形態においては、圧電変換器が本発明に従って平面エレメント内に組み込まれ、少なくとも1つの適切な誘導性構成部品またはそのような構成部品をシミュレートする能動回路と結合される。圧電変換器の容量特性、およびそれと少なくとも1つの誘導構成部品との結合により、電気的振動回路が形成される。圧電変換器内で平面エレメントの振動により発生する電荷が、誘導性構成部品と圧電変換器の間を往復振動する。こうして、磁気エネルギーと電気エネルギーの間の周期的交換が起こり、その結果、2つの自由度を有する励起された振動システムが生じ、ここで、いわゆるダンパ周波数(Tilgerfrequenz)において圧電変換器による振動減衰を、したがって平面エレメントの振動減衰をもたらす、いわゆるダンパ効果(Tilgereffekt)が生じる。特に、いかなるパワーエレクトロニクスも不要であり、したがって、このために必要なすべての構成部品を圧電変換器と共に平面エレメント内またはプリント回路板内に組み込むことができることが有利である。
【００２６】
以下、本発明を一般的な発明思想を限定することなしに、一実施例について図面を参照して例示的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明による平面エレメントの振動に影響を与えるための装置およびそれにより実施可能な方法は、特にプリント回路板における曲げ振動の減衰用に適する。
【００２８】
プリント回路板は一般的に均質の材料ではなく、複合材、とりわけガラス繊維を含むファイバ複合材からなる。このようなプリント回路板の肉厚は典型的には1mm〜5mmであり、典型的最大面積寸法が2500cm2以下である。したがってプリント回路板は、様々な材料から製造されることから、相応に薄い圧電変換器を組み込むのに非常によく適している。
【００２９】
本発明による平面エレメントに組み込まれたアクチュエータおよびセンサでは、それぞれ圧電変換器が使用され、これらは平面状に形成され、14cm2までの面積サイズと0.1mm〜0.4mmの平面肉厚を有する。これらは、電力供給用の電極を有し、とりわけ、電圧を電極に印加した場合に平面状の圧電変換器が圧電効果の過程で長さ変化を受け、他方、変換器の肉厚変化は相当に無視できるほどであることを特徴とする。平面状変換器の形状付与および電極の形状付与により、制御および振動に影響を与える有効性が適合または最適化できる自由度を達成することができる。
【００３０】
曲げ振動の際のプリント回路板内部の一般的に知られている機械的応力比を表すために、図1に曲がったプリント回路板1の概略断面図が示されている。プリント回路板1の図示された曲げは、断面の上半部で張力3を発生し、これがプリント回路板材料の伸張をもたらし、断面の下半部では圧縮力4を発生し、これはプリント回路板材の圧縮をもたらす。発生する張力3および圧縮力4は両表面15、15'の方向に増加し、中立ファイバ平面2で消失する。張力3および圧縮力4はそれぞれ中立ファイバ平面2に垂直に立っている平面エレメントに曲げ応力を及ぼし、それにより、中立ファイバ平面2に関連するトルクを発生する。
【００３１】
したがって本発明によれば、平面状の圧電変換器が、中立ファイバ平面に平行に設置され、中立ファイバ平面および表面から距離を置くようにプリント回路板内に組み込まれた場合、変換器に周辺材料の対応する張力および圧縮力が作用する。圧電変換器の長さが張力によって増加し、または圧縮力によって減少すると、それぞれ変換器の表面上に負荷が発生し、それにより変換器の電極に捕捉可能な電圧が発生する。他方、本発明による組込み圧電変換器は、電圧がかかると、長さ変化を受け、それにより、中立ファイバ平面に平行な張力および圧縮力が圧電変換器を取り囲む材料に伝達され、それによって曲げモーメントが発生する。
【００３２】
図2aは、変換器5が中立ファイバ平面2に平行に、かつ表面15および中立ファイバ平面2から距離を置いて設置された、圧電変換器5が1つだけ本発明に従ってプリント回路板1内に組み込まれたものを示す。
【００３３】
図2bは、変換器5が制御ユニット8と電気結線7によって結合され、制御ユニット8が変換器5をセンサとしてもアクチュエータとしても制御する、圧電変換器5を有する本発明の装置を示す。測定ブリッジを使用すると、圧電信号をアクチュエータ部分およびセンサ部分に分離することが可能であり、したがって唯一の圧電変換器がセンサとしてもアクチュエータとしても作動可能である。
【００３４】
本発明に従って圧電変換器5をプリント回路板1内に配置すると、曲げモーメントのみならず縦力もプリント回路板1内に導入または検出されるようになる。両方の効果の重畳により振動に影響を与えるのに不利な影響が及ぼされる。曲げモーメントと縦力が重畳して導入される場合の問題は、アクチュエータと並置して設置されたセンサが、曲げひずみのみでなく縦ひずみも測定することである。後者は時折、センサにおいて非常に強度の信号を引き起こすが、振動制御の目的ではない。したがって制御ループはとりわけ、対象外の量を制御する。したがってセンサ信号の最小化は、曲げ振動の減少とまったくまたはわずかしか関係がない。
【００３５】
少なくとも2つの圧電変換器をプリント回路板内に組み込むことにより、制御ユニットに対する要件を顕著に低減することができ、さらに振動に影響を与える有効性を高めることができる。
【００３６】
図3aから図3gは、中立ファイバ平面に平行に設けられたそれぞれ2つの圧電変換器5の本発明による様々な構成を表すためのプリント回路板1の概略断面図である。その際、より分かりやすく表す理由から、符号は図3aにのみ記入した。これらは、他の図3bから図3gにも類似に適用できる。図3aから図3dは、それぞれ2つの変換器5、5'がプリント回路板1の半空間、すなわち、プリント回路板1の中立ファイバ平面2と表面15の間に設置されている構成を示す。その際、
図3aは、中立ファイバ平面2に対し異なる距離を置いてオーバーラップせずに並べて設置されている2つの変換器5、5'を示し、
図3bは、中立ファイバ平面2に対して同じ距離を置いてオーバーラップせずに並べて設置されている2つの変換器5、5'を示し、
図3cは、中立ファイバ平面2に対して異なる距離を置いて部分的にオーバーラップして設置されている2つの変換器5、5'を示し、
図3dは、中立ファイバ平面2に対して異なる距離を置いてオーバーラップして設置されている2つの変換器5、5'を示す。
【００３７】
図3eから図3gは、中立ファイバ平面2によって隔てられたプリント回路板1のそれぞれ異なる半空間内に設置された2つの変換器5、5'の構成を示す。その際、
図3eは、中立ファイバ平面2に対して垂直に、部分的にオーバーラップして設置されている2つの変換器5、5'を示し、
図3fは、中立ファイバ平面2に対して垂直に、オーバーラップせずに設置されている2つの変換器5、5'を示し、
図3gは、中立ファイバ平面2に対して垂直に、完全にオーバーラップして設置されている2つの変換器5、5'を示す。
【００３８】
その他の変形形態は、図3eから図3gの構成において、2つの変換器5、5'と中立ファイバ平面2の距離がそれぞれ異なるまたは同じ場合に得られる。
【００３９】
図3gの2つの変換器5、5'の構成は、図3aから図3gに表されたすべての可能な構成のうちで、変換器が、変換器自身をセンサとしてもアクチュエータとしても作動可能にする制御ユニット8に電気的に接続されている限り、プリント回路板1の振動減衰用に最も適している。両変換器5、5'はそれぞれ中立ファイバ平面2に対して垂直に完全にオーバーラップして設置され、好ましくは、プリント回路板の共振振動励起から生じる最大波腹と一致するプリント回路板1内の1つの位置に組み込まれている。
【００４０】
2つの変換器5、5'が中立ファイバ平面2に対して、互いにオーバーラップせずに設置されている他の構成3e、3fはすべて、所期の振動減衰という目指す目標を達成するために、制御ユニット8に対する要件が高くなることになる。
【００４１】
図4には、2つの圧電変換器5、5'を有する本発明による装置の一実施形態が図3gに対応する構成で概略的に示されている。その際、平面状の圧電変換器5、5'はそれらの表面にそれぞれ電極コンタクト6を有し、それらは電気結線7を介して対応する制御ユニット8と結合されている。制御ユニット8は変換器5、5'を上記のようにして制御する。
【００４２】
図5には、本装置の他の好ましい実施形態が概略的に示されている。その際、2つのアクチュエータ-センサ対9/10、9'/10'が設けられ、これらはそれぞれアクチュエータ9、9'およびセンサ10、10'からなり、それぞれ表面15、15'と中立ファイバ平面2の間に、アクチュエータ9、9'およびセンサ10、10'が中立ファイバ平面2に平行に向き、中立ファイバ平面2に対して垂直に互いにオーバーラップして設置されるように位置決めされている。その際、2つのアクチュエータ-センサ対は、中立ファイバ平面2に対して対称にプリント回路板1内に組み込まれている。センサは電気結線12を介し、アクチュエータは電気結線11を介して制御ユニット8と結合されている。アクチュエータ9、9'を制御ユニット8によって逆相制御することにより、縦力のプリント回路板1内への導入は相殺され、他方、導入された曲げモーメントの大きさは倍になる。センサ10、10'が曲げ振動のみを検出するように、外部配線により両センサ信号の差が形成され、あるいは、センサ10、10'の一方が分極方向に関して逆転、つまり、他方のセンサに対して180°回転してプリント回路板1内に組み込まれ、それにより、その出力電圧が同じ変形において逆相となる。両方のセンサ10、10'の並列接続は結局、プリント回路板1の縦ひずみによって発生する負荷の相殺をもたらし、他方、プリント回路板1の曲げ振動によって発生する負荷は加算される。この実施形態の利点は、プリント回路板1の曲げ振動のみに影響が及ぶことである。
【００４３】
図6による本発明の装置の半受動実施形態においては、2つの圧電変換器5、5'は、重なり且つ中立ファイバ平面に対して対称に、プリント回路板1内に組み込まれている。圧電変換器5、5'の電極6は、電気結線7を介して抵抗性構成部品13、またはこのような構成部品をシミュレートする能動回路と結合されている。振動するプリント回路板1では、プリント回路板1の機械的振動エネルギーがまず、直接的圧電効果により両方の圧電変換器5、5'内で電気エネルギーに変換され、これが次いで抵抗性構成部品13を介して熱に変換される。振動中のプリント回路板1の、例えば上への曲げにより、中立ファイバ平面2の上方に組み込まれた変換器5が伸張され、他方、中立ファイバ平面2の下方に組み込まれた変換器5'は圧縮される。変換器5、5'の縦方向伸長のこの相反する変化と、それにより変換器5、5'の表面に発生する負荷つまり電圧は、図6に示されるように、抵抗性構成部品13と接続されている。それにより、プリント回路板1の機械的振動からエネルギーが取り去られ、それが、抵抗性構成部品13により熱エネルギーに変換される。これは、プリント回路板1の振動のいわゆる半受動減衰をもたらす。
【００４４】
図7による本発明の装置の半能動実施形態では、プリント回路板1内に組み込まれた、電極6を有する圧電変換器5が電気結線7を介して誘導性構成部品14またはそのような構成部品をシミュレートする能動回路と結合されている。この電気接続においては、変換器15の容量特性が誘導性構成部品14とあいまって電気的振動回路が生じる。プリント回路板1の機械的振動の減衰は、すでに述べたダンパ効果の利用によって得られる。
【００４５】
半受動減衰も半能動減衰も、パワーエレクトロニクスを必要としないので、圧電変換器の配線に必要な構成部品を既存の構成部品と共にプリント回路板内に組み込むことは考慮に値する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】発生する曲げモーメント、引張り応力、圧縮応力および中立ファイバ平面を表すための振動するプリント回路板の概略断面図である。
【図２】図2aから図2bは、平面エレメント内での圧電変換器の本発明による配置およびその使用を表すためのプリント回路板の概略断面図である。
【図３】図3aから図3gは、平面エレメント内での、1つのアクチュエータと1つのセンサ、2つのアクチュエータ、または2つのセンサという本発明による様々な配置を表すためのプリント回路板の概略断面図である。
【図４】制御ユニットにより、アクチュエータとして制御され、かつ平面エレメントの振動検出のためのセンサとして使用される、2つの圧電変換器からなる構成を表すためのプリント回路板の概略断面図である。
【図５】平面エレメント内の2つのアクチュエータセンサ対の構成からなる制御ループおよび制御ユニットとの接続を示す概略図である。
【図６】圧電変換器を抵抗性構成部品と接続することによる本発明の半受動実施形態の概略図である。
【図７】圧電変換器を誘導性構成部品と接続することによる本発明の半受動実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
1  プリント回路板、平面エレメント
2  中立ファイバ、中立ファイバ平面
3  張力
4  圧縮力
5、5'  圧電変換器
6  圧電変換器表面上の接触電極
7  電気結線
8  制御ユニット
9、9'  アクチュエータとしての圧電変換器
10、10'  センサとしての圧電変換器
11  アクチュエータと制御ユニットの間の電気結線
12  センサと制御ユニットの間の電気結線
13  抵抗性構成部品
14  誘導性構成部品
15、15'  平面エレメントまたはプリント回路板の表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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