(57)【要約】例えば燃料インジェクタで使用するために、熱膨張により燃料インジェクタに損傷を生じさせることなくより高い周波数で安全かつ効率的に圧電素子を制御する方法について説明する。本発明の特徴を組み込んだ方法は、波形生成、波形スケール、および電力増幅を利用して、圧電素子を駆動させることができる。実施形態の中には、様々な動作条件を利用してスケール値を決定する。スケール値は、目標値と比較されて、生成した波形と共に利用されることになるスケールのレベルを決定することができる。【選択図】図１
2017505597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を動作させる方法であって、
測定可能な特性を有する第１の波形を入力パルスから生成するステップと、
前記圧電素子の動作パラメータを測定し、該動作パラメータを、該動作パラメータの目標値と、また、前記波形が有する前記測定可能な特性と比較するステップと、
前記第１波形の前記特性が前記目標値とより近く一致するように前記第１波形をスケールし、スケールされた出力波形を生じるステップと、
任意で、前記スケールされた出力波形を増幅して、前記圧電素子を駆動させるのに十分な電圧レベルを有する電流を供給するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記波形が有する前記測定可能な動作の特性が周波数を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記測定された圧電動作パラメータが圧電電流を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記目標値が目標電流値を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記波形の形状がスケールによっては修正されない、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１波形をスケールするステップが、前記第１波形の振幅を修正するためにスケール値を使用することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記スケール値が、動作周波数で電源入力を分割することによって決定される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１波形をスケールして修正された波形を生成するために、ソフトウェア・モジュールが使用される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記スケールされた出力波形がデジタルであり、前記スケールされた出力波形を増幅させるよりも前に、前記スケールされた出力波形をアナログ信号に変換するためにデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が使用される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
圧電素子を動作させる方法であって、
周波数を有する波形を入力パルスから生成し、前記周波数を測定するステップと、
スケール値を決定するステップであって、
前記波形の前記周波数をクリティカル周波数値と比較し、前記測定した周波数が前記クリティカル周波数値よりも小さい場合は、前記波形を修正しないステップと、
前記周波数が前記クリティカル周波数値よりも大きい場合は、基準値を決定するために前記波形の周波数によって電流を前記圧電素子に対して分割し、前記基準値を目標値と比較するステップであって、前記基準値が前記目標値に等しい場合は、前記波形を修正しないように進め、前記基準値が前記目標値よりも大きい場合は、前記波形の特性を減少させるのに使用されるスケール係数を決定し、前記基準値が前記目標値よりも小さい場合は、前記波形の特性を増加させるのに使用されるスケール値を決定するステップと、
によるステップと、
前記スケール値を印加することによって前記波形を修正して、スケールされた出力波形を供給する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記波形を修正するステップにより、前記波形の形状を修正する結果とはならない、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第１波形をスケールし、前記スケールされた波形を生成するために、ソフトウェア・モジュールが使用される、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記スケールされた出力波形がデジタルであり、前記スケールされた出力波形をアナログ信号に変換するためにデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が使用され、任意で、前記スケールされた出力波形を増幅させる、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
圧電素子ドライバであって、
デジタル入力を受け、波形出力を生じるように構成される波形生成器と、
前記波形出力を受け、スケールされた出力波形を生成するように構成されるスケーリング・モジュールと、
前記スケールされた出力波形を受け、増幅された波形を生成するように構成される電力増幅器と
を備える、圧電素子ドライバ。
【請求項１５】
前記スケーリング・モジュールが情報を受けるように構成され、前記受けた情報に基づいて、任意に、前記波形を修正するのに使用されるスケール値を生成する、請求項１４記載のドライバ。
【請求項１６】
受ける情報が、スケール値を生成するように使用される１つ以上の動作パラメータを含む、請求項１４記載のドライバ。
【請求項１７】
前記１つ以上の動作パラメータが圧電アクチュエータの温度を含む、請求項１６記載のドライバ。
【請求項１８】
前記スケーリング・モジュールが、動作周波数によって圧電電力を分割して、スケール値を生成し、次いで前記スケール値を目標値と比較するように構成される、請求項１５記載のドライバ。
【請求項１９】
前記スケール値が、特定の周波数以下の一定の値にセットされる、請求項１５記載のドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は全般的に圧電素子に関するものである。特に、このような素子の動作を制御する方法およびデバイスに関するものである。
【従来技術】
【０００２】
[0002]  現在の内燃機関の大部分は、燃料インジェクション・システムを利用し、高圧の下で小孔を通じて燃料を強制的に噴出させることによって、微粒燃料をエンジンに届けることができる。これらの燃料インジェクション・システムは、かつて使用されたキャブレタよりも正確かつ効率的なものとなる傾向にある。これらのシステムで利用される通例の燃料インジェクタは、液体式、電磁気式、または、圧電式で作動するインジェクタ・ピンを利用する。
【０００３】
[0003]  圧電素子は、電圧が圧電素子にわたって印加されるときに、サイズを変更する材料を使用する。電圧が除去されるときに、圧電素子はその元のサイズに復帰する。アクチュエータとして使用するときは、数多くの圧電素子が共にスタックされて、より大規模な圧電素子、即ち「圧電スタック」を形成する。その結果、アクチュエータの変位を増加させることができる。圧電式で作動する燃料インジェクタでは、これら圧電素子の１つ以上または圧電スタックを使用して、燃料計量のために燃料インジェクタ・ピンを内燃機関に向けて移動させることができる。これらのデバイスに関連して、スプリングのような様々な構造がしばしば適用される。その結果、復帰力を印加し、つまり、エネルギーの作用がもはや圧電スタックに適用されなくなった後に、燃料インジェクタ・ピンのその「静止」位置への復元を促進することができる。
【０００４】
[0004]  圧電アクチュエータは通例、電圧駆動式または電流駆動式のいずれかである。このようなアクチュエータは、低い作動周波数で最適に作動するが、約１００ヘルツ（Ｈｚ）以下の動作周波数に制限される。より高い周波数では、圧電素子のエネルギー損失によって圧電スタックの自己発熱を引き起こす。圧電素子の温度が上昇するにつれ、圧電素子の静電容量も増加する。静電容量の増加は、今度は、圧電アクチュエータを作動させるのに必要となる電荷を増加させる。増加する電荷の必要性により、更に加熱を増大させ、「熱暴走」として知られる現象が生じる結果となる。熱暴走は静電容量の増大を伴う。その結果、電流を増大および熱を増大させて、ポジティブ・フィードバック・ループを形成する。当該ポジティブ・フィードバック・ループは、圧電アクチュエータの温度を、最適および／または安全に動作させることができるレベルを超過するレベルにまで最終的に引き上げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]  つまり、悪影響が生じることなる、より高い周波数で圧電素子が効率的かつ安全に動作するのを可能にする効率的な制御方法が必要とされる。
[0006]  本明細書では、圧電制御方法およびそのデバイス（例えば、ドライバ）について説明する。これらは、圧電素子、例えば燃料インジェクタの圧電素子が、過度な加熱により燃料インジェクタに悪影響（例えば損傷）が生じることなくより高い周波数で安全かつ効率的に動作するのを可能にする。本発明の特徴を組み込んだ方法およびデバイスは、波形生成器、波形スケール・モジュール、および電力増幅器を利用することを含むことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0007]  いくつかの実施形態では、方法およびデバイスは、圧電素子の動作の間に得られる電気特性（例えば周波数および／または圧電素子電流）の計測値のような計測値を使用してレベルを決定する。当該レベルにより、加熱を低減させるために圧電素子に送られる電気的活性化信号を修正することができる。このことは、圧電素子が、より高い周波数（例えば、少なくとも２００Ｈｚの周波数）で、圧電素子または燃料インジェクタの他の部分に悪影響を生じさせることなく、安全かつ効率的に動作することを可能にする。
【０００７】
[0008]  本発明の特徴を組み込んだ一実施形態では、圧電素子を動作させる方法は、第１の波形を入力パルスから生成するステップであって、当該波形が測定可能な特性(feature)を有するステップ、圧電素子の動作パラメータを測定し、これらの動作パラメータを、動作パラメータの目標値と、また、波形の測定可能な特性と比較するステップ、目標値により近く一致するように第１波形をスケールし(scale)、つまり、スケールされた出力波形を作成するステップ、そして任意で、スケールされた出力波形を、圧電素子を駆動させるのに十分なレベルに増幅させるステップを含む。
【０００８】
[0009]  本発明の特徴を組み込んだ他の実施形態では、圧電素子を動作させる方法は、周波数を有する波形を入力パルスから生成するステップ、周波数を測定するステップ、次いで、波形の周波数をクリティカル周波数値と比較することによってスケール値を決定するステップを含む。測定した周波数がクリティカル周波数値よりも小さい場合は、波形は修正されない。周波数がクリティカル周波数値よりも大きい場合は、基準値を決定するために波形の周波数によって圧電電流が分割され、基準値が目標値と比較される。基準値が目標値に等しい場合は、波形は修正されない。基準値が目標値よりも大きい場合は、波形の特性を減少させるのに使用されるスケール係数が決定される。基準値が目標値よりも小さい場合は、波形の特性を増加させるのに使用されるスケール値が決定される。次いで、スケール値を印加することによって波形が修正され、スケールされた出力波形を供給することができる。
【０００９】
[0010]  本発明の特徴を組み込んだ更なる他の実施形態では、圧電素子ドライバは、デジタル入力を受け、波形出力を作成するように構成される波形生成器、波形出力を受け、スケールされた出力波形を生成するように構成されるスケール・モジュール、および、スケールされた出力波形を受け、増幅された波形を生成するように構成される電力増幅器を備える。
【００１０】
[0011]  本発明が有するこれらのおよび他の特徴および利点は、次の発明の詳細な説明に基づいて、添付した図面と共に考慮することで当業者によって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、システムの概略図であり、入力パルス・ストリームのコンポーネントを通じて伝達される信号のフローが、本発明の特徴を組み込んだ圧電コンポーネント・システムの出力を制御する。
【図２】図２は、本発明の特徴を組み込んだシステムの概略図であり、入力パルス・ストリームのコンポーネントを通じて伝達される信号のフローが圧電コンポーネント・システムの出力を制御する。
【図３】図３は、図２に表した信号のフローの異なるポイントにおける様々な信号波形を示す比較図である。
【図４】図４は、本発明の特徴を組み込んだ圧電アクチュエータ動作の例示の方法における決定ポイントおよび応答を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の特徴を組み込んだスケール・プロセスの実施形態を示す電流対周波数のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0017]  燃料インジェクタで利用される圧電素子について本明細書で説明する。当該圧電素子は、過度な加熱により圧電素子に悪影響（例えば損傷）を生じさせることなく通常よりも高い周波数で安全かつ効率的に動作するのを可能にする。これらの方法は、様々な要因を監視し、また、取得される情報を利用することを含むことができる。その結果、圧電素子への活性化信号を対応の手法で調整することができる。活性化信号は、様々なやり方で調整することができる。例えば、信号伝達フローで相互に接続された１つ以上のコンポーネントの信号出力は、例えば波形生成器および電量増幅器を使用することによって変更することができる。これらの様々な特徴は、車両のエンジン制御ユニット（「ＥＣＵ」）によって制御することができる。
【００１３】
[0018]  本発明の特徴を組み込んだ方法は、圧電素子の動作中の様々な要因（例えば周波数および／または圧電素子電流）での測定値（例えば電気的測定値）を用いる。本発明の特徴を組み込んだ方法は、圧電素子に送られる電気的活性化信号についての修正の程度を計算する際に、電荷、電流および電圧といった動作パラメータを使用することについて詳細に説明する。その一方で、圧電素子の動作や望ましくない潜在的な悪影響に関連する他の動作パラメータを利用できることが理解される。動作パラメータの測定値は、公知の様々なセンサ・デバイスを利用することによって取得することができる。測定値はまた、車両のＥＣＵに伝達することができる。車両のＥＣＵは、それらの値に基づいて計算を走らせることができ、また、前述の波形生成器および電力増幅器のような様々な特性を活性化および／または調整することができる。
【００１４】
[0019]  いくつかの実施形態では、波形スケール・モジュールが利用される。波形スケール・モジュールは、例えば振幅を特定の値で乗算することによって、波形を調整または変更するための公知の如何なるデバイスにもすることができる。波形スケール・モジュールは、例えば、圧電素子の電荷、周波数、および／または電流が特定のレベルに達したというような、特定の関連の測定可能値を示す特定の信号を受け取ると、所望の値によって振幅を調整するように構成することができる。
【００１５】
[0020]  本開示の全体にわたり、本明細書の好適な実施形態および図示される例は、典型的なものとして提供されるのであり、本開示の範囲を限定するのではない。本明細書において用いられる、「本発明」、「方法」、「本方法」または「本発明」という用語は、本明細書で説明される発明および如何なる均等物の特徴を組み込んだ任意の実施形態の内の１つに関連するものである。更に、本文書にわたり、「本発明」、「方法」、「本方法」または「本発明」が有する様々な特徴（１または複数）への参照は、特許請求される全ての実施形態または方法が参照される特徴（１または複数）を含まねばならないことを意味するのではない。
【００１６】
[0021]  また、要素または特徴が他の要素またはエレメント「に(on)」または「に隣接する」と称されるときは、当該他の要素または特徴に直接に接する、または隣接することができ、或いは、更に存在する要素または特徴を仲介することができることも理解される。更に、「外側に(outer)」、「上に(above)」、「より下に(lower)」、「下に(below)」、および類似の用語は、１つの特徴から他の特徴への関係を説明するために本明細書で使用されることがある。これらの用語は、図面に示した方向に加えて、異なる方向を包含するのを意図することが理解される。
【００１７】
[0022]  第１および第２等の用語が様々な要素またはコンポーネントを説明するために使用されるが、これら要素またはコンポーネントは、これらの用語によって限定してはならないものである。これらの用語は、１つの要素またはコンポーネントを他の要素またはコンポーネントから区別するために使用されるに過ぎないものである。つまり、後述する第１の要素またはコンポーネントは、本発明の教示を逸脱しない範囲で、第２の要素またはコンポーネントと称することができよう。本明細書において用いる、「および／または」という用語は、関連するリストの項目の内の１つ以上の一部および全ての組み合わせを含むものである。
【００１８】
[0023]  本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図するのではない。「１つ(ａ，ａｎ)」および「その（ｔｈｅ）」の単数形は、文脈がそうでないことを明示的に示さない限りにおいて、複数形のものも含む。更に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ，ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の用語は、本明細書で用いられる場合は、所定の特性、整数、ステップ、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を特定するものであるが、その存在や、１つ以上の他の特性、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネントおよび／またはこれらの群の内の１つ以上の付加を排除するものではない。
【００１９】
[0024]  本発明の実施形態について、理想とされる本発明の実施形態の概略図を参照ながら説明する。つまり、例示の信号フローからの変更態様が、例えば考案される。本発明の実施形態は、本明細書において例示される特定の実施形態に限定されるものとして解釈されてはならないが、異なるエンジン設計に採用するのに必要となり得る逸脱を含むことになる。
【００２０】
[0025]  本開示による実施形態は、被加熱および／または臨界超過の条件の下で燃料を利用するインジェクション・システムを含む、様々な燃料インジェクション・システムで利用することができる。これらの例は、次の特許文献（それらの図面、概略図、線図、および関連の記載された説明を含む）に記載される。即ち、米国特許第８,４０２,９５１号、米国特許第８,１７６,９００号、米国特許第８,１１６,９６３号、米国特許第８,０７９,３４８号、米国特許第７,９９２,５４５号、米国特許第７,９６６,９９０号、米国特許第７,９４５,３７５号、米国特許第７,７６２,２３６号、米国特許第７,７４３,７５４号、米国特許第７,６５７,３６３号、米国特許第７,５４６,８２６号、そして、米国特許第７,４４４,２３０号である。これらの文書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものである。
【００２１】
[0026]  図１は、燃料インジェクタが有する波形生成器１０２、電力増幅器１０４、および圧電素子１０６を通じた信号フローを示す信号伝達１００の概略図である。圧電ドライバ１０１は、波形生成器１０２、電力増幅器１０４、および波形スケーリング・モジュール１０８を備えることができる。波形スケーリング・モジュール１０８は、伝達フロー中の波形生成器１０２と電力増幅器１０４の間に配置される。波形スケーリング・モジュール１０８は、監視された動作パラメータ（例えば、電力、電流、電圧）に応答して、または、他の電子システム（例えば、エンジン管理システム）から受ける命令に応答して、波形の振幅を変更することができるが、その一方で波形の全般的な形状は変更しない。
【００２２】
[0027]  波形スケーリング・モジュール１０８は、監視されたパラメータに応答して、または、他のエンジン制御コンポーネントからの命令に応答して、圧電素子１０６に対し、駆動電圧を低減させることができる。低減した駆動電圧は、圧電素子１０６で消失する電力量だけ低下させる。つまり、圧電素子１０６の温度増加を最小化することができる。
【００２３】
[0028]  図１に示されるように、波形生成器１０２は、入力パルス１１０に応答して所望の電圧波形１１４を生じ、つまり所望の出力波形１１４の幅および／または形状を生成することができる。波形スケーリング・モジュール１０８は、監視されたパラメータおよび／または受けた命令によって決定される値を波形１１４に乗算する。次いで、その結果としてスケールされた波形１１６は、電力増幅器によって、圧電アクチュエータ１０６を駆動させるのに必要となるレベルまで一定の利得で増幅されることができる。
【００２４】
[0029]  監視される動作パラメータは、スケールの決定を行うのに使用される。当該動作パラメータは、圧電電流、増幅電流、増幅電力、温度、動作周波数、またはパラメータの如何なる組み合わせも含むことができるが、これに限定されない。入力パルス信号１１８および圧電電流信号１１２から受け取られる情報は、いくつかのやり方で利用することができる。例えば、一実施形態では、増幅器の電源入力は動作周波数によって分割される。エネルギー損失を無視すると、結果としての値は電荷に比例する。電荷の整合を維持することによって、安定した圧電作動のストロークをデリバすることができる。波形スケーリング・モジュール１０８は、電荷値を所望の値と比較することができ、また、修正した出力波形１１４を提供することができる。その結果、実際の電荷を所望の値に一致させることができる。
【００２５】
[0030]  特定の閾値周波数以下では、熱暴走の課題は最小限となり、付加的な制御は必要とされない。これらより低い周波数では、波形スケールは必要とされない。また、波形スケーリング・モジュール１０８は、波形生成器１０２から電力増幅器１０４まで、スケールすることなく信号を通過させるように構成することができる。他の実施態様では、出力波形１１４は、波形スケーリング・モジュール１０８が電源オフ、或いは不活性とされるときに、当該波形スケーリング・モジュール１０８を通過させることができる。
【００２６】
[0031]  他の制御戦略を実施することができる。例えば、より直接的に電流または電力の調整を試行する代替として、またはこれに加えて、電流または電力の増加を、電流または電力の閾値に達するまで、またスケール値がより小さい値に変化するまで、許容することができる。同様に、制御は、周波数の閾値を越えることに基づくようにしてもよい。一旦周波数の閾値に達すると、スケール値を、周波数にしたがってセットしてもよく、または、一定の値まで減少のみさせてもよい。当該制御スキームの拡張は、いくつかの閾値およびいくつかのスケール値を使用するということである。他の実施態様では、他のエンジン制御電子装置（例えば、ＥＣＯでランするモデル・ベース制御）によって供給される信号によって、スケーリング・モジュールの行為を制御することができる。
【００２７】
[0032]  図２は、本発明の特徴を組み込んだ信号伝達２００の他の実施形態についての概略図である。図２に示されるように、波形生成モジュール２０２およびスケーリング・モジュール２０４は、マイクロプロセッサ２０６内にあるソフトウェア・モジュールである。入力パルス２０８に関するデータを波形生成モジュール２０２が受けると、波形生成モジュールは圧電素子２１２での使用に適したデジタル波形２１０を生じさせる。デジタル波形２１０は、上昇や下降の回数のような要素を制限し、バウンドを軽減させる特徴を組み込む。
【００２８】
[0033]  図２を引き続き参照する。次いで、デジタル・バージョンの波形２１０は、スケーリング・ソフトウェア・モジュール２０４によってスケールすることができる。スケーリング・ソフトウェア・モジュール２０４は、センサ（例えば電流検知抵抗器２１４）を通じて検知される電圧と同様に、パルス入力ストリームから決定される、動作周波数を利用することができる。抵抗器２１４は、高圧電源２１６の一部とすることができる。高圧電源２１６は電力増幅器２１８に電力を供給するのに使用することができる。電源２１６は「フライバック式上昇(flyback boost)」変換器を備えることができる。電流検知抵抗器２１４から取得される電流測定値は、電源２１６の電力出力に関連付けることができる。
【００２９】
[0034]  電流検知抵抗器２１４を超えた電圧は、フィルタ２２０によってフィルタリングすることができ、次いで、信号レベルは通例低いために増幅器２２２によって増幅することができ、その結果、信号２２４を供給することができる。次いで、この信号２２４はマイクロプロセッサ２０６内のスケーリング・モジュール２０４に送られる。スケーリング・モジュール２０４は、信号２２４の値を周波数で分割することができ、つまり、スケール値を生じさせることができる。次いで、その結果のスケール値は、所望の目標値、例えば、圧電素子２１２についての最適な駆動条件（例えば、最適な駆動電流）に対応する値と比較することができる。その結果が目標値よりも大きい場合に、スケール値を減少させることができる。その値が目標値よりも小さい場合に、スケール値を増加させることができる。次いで、波形２１０はスケール値で乗算することができる。スケーリング・モジュール２０４は、動作周波数が所望の特定の値以下であるときに、波形２１０をスケールしないように構成することができる。いくつかの実施形態では、この所望の特定の値は、約１００Ｈｚにセットされる。
【００３０】
[0035]  次いで、スケーリング・モジュール２０４のデジタル出力２２６は、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２２８に送ることができる。デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２２８は、アナログ出力電圧２３０に変換される。次いで、Ｄ／Ａ変換器２２８からのアナログ出力電圧２３０は、出力電圧２３０を増幅できる電力増幅器２１８の入力に印加することができる。いくつかの実施形態では、電力増幅器は、約０〜５ボルトの信号レベルから、圧電素子２１２を駆動させるのに通例は最適なより高い電圧信号（約６〜２００ボルト）までの出力電圧２３０を増幅させる。電力増幅器２１８は、様々な構成で実装することができる。例えば、電力増幅器２１８は、リニア増幅器またはスイッチング増幅器を備えることができる。いくつかの実施形態では、電力増幅器は、リニア増幅器を備えるか、またはリニア増幅器に類似する特性を有するように構成することができる。
【００３１】
[0036]  図２で使用可能な制御入力は、電力、電源および周波数を含む一方で、関連の情報を提供する他の制御入力、例えば圧電電流が利用できるものと理解される。スケール値は、他のエンジン制御電子装置によって生成され、またデジタル信号としてこの圧電ドライバに送られることができる。
【００３２】
[0037]  図３は、図２に関して上記で検討した入力および出力を比較したグラフ３００であり、入力パルス２０８、波形生成器モジュール２０２によって供給されるデジタル波形２１０、およびスケーリング・モジュールからのデジタル出力２２６を含む。図３に示されるように、図２の上記方法は、結果として、スケーリング・モジュール２０４のデジタル出力２２６に対し、振幅を著しくスケールし、初期入力パルス２０８の出力信号の外観を変化させる。
【００３３】
[0038]  図４は、本発明の特徴を組み込んだ圧電素子を駆動させる一方法についての論理フロー概略図４００の例を示す。論理フロー概略図４００は、波形に印加するスケール値を決定するための方法について説明する。第１ステップ４０２では、波形（例えば、前述のように波形生成器による入力パルスに応答して生成される波形）の周波数は、クリティカル値と比較される。クリティカル値は、関連する如何なる所望の値にもすることができる。例えば、圧電アクチュエータについての最適な動作条件、または圧電アクチュエータについての安全および／若しくは効率的な動作レベルに関連する閾値の値である。図示される実施形態では、周波数およびクリティカル値の間の比較は、周波数がクリティカル値よりも大きいかについて問い合わせることを含む。答えが「いいえ」の場合は、スケール値はそのまま変更されない。答えが「はい」の場合は、プロセスは第２ステップ４０４へと進む。
【００３４】
[0039]  第２ステップ４０４では、電流は周波数によって分割され、基準値を生成する。当該基準値は、次いで目標値と比較される。上記のクリティカル値と同様に、圧電アクチュエータの動作のために波形を調整するために、目標値は、関連する如何なる所望の値にも対応することができる。基準値が目標値に等しい場合は、スケール値はそのまま変更されない。基準値が目標値と等しくない場合は、本プロセスは第３ステップ４０６へと進む。
【００３５】
[0040]  第３ステップ４０６では、基準値は目標値と比較される。基準値が目標値よりも小さい場合は、スケール係数が増加される。基準値が目標値よりも大きい場合は、スケール係数が減少され、本プロセスは第４ステップ４０８へと進む。第４ステップ４０８では、例えば、波形にスケール係数を乗算することによって、スケール値が波形に印加される。論理フロー概略図４００は、次いで、継続的な監視のために第１ステップ４０２にリセットする。
【００３６】
[0041]  これより、本発明の特徴を組み込んだ目標値および基準値について更に詳細に調べる。図５は、動作周波数がｘ軸５０２にプロットされ、電流がｙ軸５０４にプロットされたグラフ５００を示す。基準線５０６は、圧電アクチュエータについての典型的な動作条件を示す。グラフ５００に示されるように、特定の動作周波数の閾値ポイント５０８、例えば、多くの圧電素子の約１００Ｈｚでは、静電容量は、その高周波数レベルでの動作を継続するのに必要とされる電流を増加させる。このことは、結果として、前述した熱暴走の問題となる。このことは、周波数の閾値ポイント５０８を超過した後に、傾きを著しく変化させるによって、基準線５０６に反映される。
【００３７】
[0042]  図５に関連し、基準値は、基準線５０６の初期の傾斜５１０（閾値ポイント５０８を超える前の傾斜）を調べることによって決定することができる。この初期傾斜は、周波数によって分割された電流によって決定される値を有し、閾値ポイント５０８の動作条件よりも前の最適な動作条件下における圧電アクチュエータによって利用される電力を反映する。閾値ポイント５０８を超えた後に、電流または電圧の目標値は、基準ライン５０６の閾値ポイントより前の傾斜条件が継続する結果になることを決定でき、その結果、基準線５０６が継続する推定理想ライン５１２を設けることができる。基本的に、閾値ポイント５０８より後の基準線５０６をスケールして、理想線５１２により近く一致する値を有することができる。
【００３８】
[0043]  理想線５１２の傾斜５１４を使用して、電流レベルの目標値を決定することができる。その傾斜は、周波数によって分割される電流に等しい。周波数は測定することができ、また、それに応じて、理想線５１２の傾斜５１４がベースライン５０６の最初の傾斜５１０により近く一致するように、適切な電流を選択的に印加することができる。電流を制御する１つのやり方は、システムの電圧を変更することによる。つまり、スケール値は、閾値ポイント５０８より後の基準線５０６を、より近く一致する理想線５１２に対してスケールするために必要とされる値となる。したがって、当該スケールはまた、波形の振幅を調整することによっても達成することができる。
【００３９】
[0044]  本発明について、その特定の好適な構成を参照して詳細に説明してきたが、他の変形態様が可能である。本発明の実施形態は、様々な図に示される互換性を有する特徴の如何なる組み合わせを含むことができ、これら実施形態は、明示的に例示および検討されたものに限定してはならないものである。したがって、本発明の趣旨おおよび範囲は、前述のバージョンに限定してはならないものである。
【００４０】
[0045]  上記は、添付の特許請求の範囲に表現した本発明の趣旨および範囲内に収まる全ての変更態様および代替の構成をカバーすることを意図するものである。ここでは、特許請求の範囲に記載されない場合、開示するどの部分も、明示的または黙示的を問わず、パブリックドメインに捧げられることを意図するものではない。
【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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【国際調査報告】
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