CN114483692B - 一种旋转直接驱动式电液伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转直接驱动式电液伺服阀，包括控制器，与控制器连接的驱动电机，以及与驱动电机连接的阀体，所述阀体内套装有阀芯，所述阀体、所述阀芯的中央设有流道，所述驱动电机的旋转轴***阀体后***至阀芯中，所述阀芯中设有用以降低驱动电机的旋转轴与阀芯连接处的摩擦的支撑结构，以及设于阀芯内的用以减少阀芯对驱动电机的反作用力引起的驱动电机与阀体之间侧隙的挠性结构。与现有技术相比，本发明具有减少驱动结构的摩擦、提高了伺服阀的稳定性和使用寿命等优点。

Description

一种旋转直接驱动式电液伺服阀

技术领域

本发明涉及液压控制元件技术领域，尤其是涉及一种旋转直接驱动式电液伺服阀。

背景技术

直接驱动式电液伺服阀采用电-机械转换装置来直接驱动主阀阀芯，克服了传统的以双喷嘴挡板式伺服阀、射流管式伺服阀为代表的带前置级机械反馈式电液伺服阀的抗污染能力差、内泄漏大和加工工艺苛刻等难以克服的障碍，同时具有结构简单、成本低、可靠性高、自检测容易等优点。现有旋转直接驱动式电液伺服阀多采用偏心小球副形式的驱动接口来实现力矩马达的旋转运动与主阀芯的直线运动的转换，因为马达转动与滑阀直线运动方向垂直，这种结构形式的直驱阀相对于同轴直驱的结构形式更加紧凑而且对于主阀芯运动方向的外界振动不敏感。但是偏心小球副的驱动接口结构中小球与阀芯直接发生线接触摩擦，磨损严重；并且阀芯还会发生绕轴旋转运动，易导致阀芯失稳发生卡滞现象。现有旋转直接驱动式电液伺服阀亟需解决驱动接口结构摩擦磨损以及阀芯失稳卡滞的问题。

中国专利CN207609815U公开了一种推挽式结构的直驱伺服阀，利用设置在阀芯两端的丝杠连接的柔性杆结构实现直驱阀驱动机构的冗余配置，当一端发生故障时另一端可以继续工作，但该专利无法应用于旋转直接驱动式的电液伺服阀结构。中国专利CN211288293U公开了一种插装式旋转直驱电液伺服阀，在致动驱动器与阀芯之间设计一个液压放大机构，减小了伺服阀对致动器力矩要求，但该专利只能应用于阀芯旋转的直驱阀，无法应用于阀芯直线运动的旋转直驱阀。因此，需要设计一种能够解决旋转直接驱动式电液伺服阀驱动接口结构摩擦磨损以及阀芯失稳卡滞的问题的新型结构。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种旋转直接驱动式电液伺服阀。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种旋转直接驱动式电液伺服阀，该伺服阀包括控制器，与控制器连接的驱动电机，以及与驱动电机连接的阀体，所述阀体内套装有阀芯，所述阀体、所述阀芯的中央设有流道，所述驱动电机的旋转轴***阀体后***至阀芯中，所述阀芯中设有阀芯主体，用以降低驱动电机的旋转轴与阀芯连接处的摩擦的支撑结构，以及设于阀芯主体内的用以减少阀芯对驱动电机的反作用力引起的驱动电机与阀体之间侧隙的挠性结构。

所述阀芯主体的中心设有所述流道，所述流道周向设置所述支撑结构。所述支撑结构设有与所述流道相同轴心的通孔。在本发明伺服阀中，以阀芯主体的轴心方向为x轴，以平行于轴心方向剖面的半径方向为y轴，以垂直于轴心方向剖面的方向为z轴，所述支撑结构与阀芯主体之间留有用以容纳自身在y方向的位移运动的y方向的间隙。

进一步地，所述支撑结构可采用滚动轴承或滑动轴承。

所述挠性结构设于所述支撑结构的x方向的两侧。所述挠性结构的x方向的尺寸远大于z方向的尺寸，所述挠性结构的z方向的尺寸远大于y方向的尺寸且所述挠性结构在x方向的截面形状为矩形或圆形。

进一步地，所述阀体的流道中部位置开设有下沉的孔，下沉的孔中容纳有用以定位驱动电机的旋转轴的末端的支撑件。

在本发明伺服阀中，所述驱动电机的旋转轴设有偏心结构。

作为一种优选方式，所述偏心结构为对心-偏心-对心变截面轴结构，包括依次设置的对心轴段、偏心轴段和对心变截面轴段，偏心轴段的直径尺寸与所述阀芯内部的支撑结构的通孔的直径尺寸相同，偏心轴段***阀芯内部的支撑结构，位于末端的对心变截面轴段的直径尺寸与阀体的流道的下沉的孔的直径尺寸相同，位于末端的对心变截面轴段***所述阀体的支撑件中。

作为另一种优选方式，所述偏心结构包括偏心旋转轴以及设置在偏心旋转轴末端的球体，所述球体的直径尺寸与所述支撑结构的通孔的直径尺寸相同，所述球体***所述支撑结构中，且所述球体的球心与阀芯的中心轴线处于同一高度。

本发明提供的旋转直接驱动式电液伺服阀，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明通过设计带挠性结构和支撑结构的阀芯，改变了驱动接口的实现原理，挠性结构使得阀芯可以实现单纯轴向直线位移而不发生绕轴转动，支撑结构使得驱动结构的摩擦大大减少，提高了伺服阀的稳定性和使用寿命，结构简单，安全可靠。

2)设计挠性结构可以有效地吸收电机偏心轴在垂直阀芯运动方向上造成的位移，减小阀芯和阀芯之间的摩擦从而延长伺服阀的使用寿命，也可以减小阀芯给电机反作用力造成的侧隙泄露；

3)挠性结构中部设计有支撑结构，且电机轴末端设置支撑件，可以降低电机旋转轴与阀芯连接处的摩擦，并保证电机的回转精度。

附图说明

图1为实施例中旋转直接驱动式电液伺服阀的主视剖面结构示意图；

图2为实施例中旋转直接驱动式电液伺服阀的阀芯的俯视剖面结构示意图；

图3为实施例中旋转直接驱动式电液伺服阀的驱动电机旋转轴的第一种结构形式示意图；

图4为实施例中旋转直接驱动式电液伺服阀的驱动电机旋转轴的第二种结构形式示意图；

图中标号所示：1、控制器，2、驱动电机，3、压板，4、阀体，5、支撑件，6、阀芯；7、阀芯主体，8、挠性结构，9、支撑结构，10、偏心结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明涉及一种旋转直接驱动式电液伺服阀，其结构参见图1、图2。如图1、图2所示，该伺服阀包括控制器1、驱动电机2、压板3、阀体4、支撑件5和阀芯6。阀芯6套装于阀体4内，阀体4、阀芯6的中央设有流道。阀体4的流道中部位置开设有下沉的孔，用以容纳支撑件5，该下沉的孔设置在阀芯6的流道的底部。

控制器1与驱动电机2连接，驱动电机2通过两块压板3***到阀体4形成紧密连接，即：在阀体4对应控制器1的方向的端部表面围绕驱动电机2的旋转轴对应的端部设置两块压板3，使驱动电机2的旋转轴对应的端部***到阀体4形成紧密连接。***到阀体4后，驱动电机2的旋转轴***到阀芯6中，也可进一步***支撑件5中，支撑件5的作用是对驱动电机2的旋转轴实现定位。

在本发明的一种具体的实施方式中，支撑件5可以采用滚动轴承，具有定位作用，可以保证电机2的旋转轴的旋转精度，同时也避免了电机2的旋转轴与阀体4直接发生摩擦。

在本发明的另一种具体的实施方式中，支撑件5还可以采用滑动轴承，具有定位作用，可以保证电机2的旋转轴的旋转精度，同时也避免了电机2的旋转轴与阀体4直接发生摩擦。

如图2所示，阀芯6包括阀芯主体7、挠性结构8和支撑结构9；阀芯主体7、挠性结构8和支撑结构9为一体化的结构，可以使用同一种材料，可以通过增材制造等方式生产制造。阀芯主体7的内部留有空心，用于容纳挠性结构8和支撑结构9；阀芯主体7的中央设置流道。。流道周向设置支撑结构9，用于降低驱动电机2的旋转轴与阀芯6连接处的摩擦，并保证驱动电机2的旋转精度，支撑结构9设置有通孔，支撑结构9的通孔与阀芯6的流道同轴心。

进一步地，以图2中的阀芯主体7的轴心方向为x轴，以平行于轴心方向剖面的半径方向为y轴，以垂直于轴心方向的剖面的方向为z轴，挠性结构8的x方向的尺寸远大于z方向的尺寸，挠性结构8的z方向的尺寸远大于y方向的尺寸且挠性结构8在x方向的截面形状为矩形或圆形。支撑结构9与阀芯主体7之间留有y方向的间隙来容纳自身在y方向的位移运动，保证支撑结构9在发生位移时不与阀芯主体7发生干涉与碰撞。

挠性结构8设置在支撑结构9的x方向的两侧，且挠性结构8为对称结构。挠性结构8与阀芯主体7之间留有y方向的间隙来容纳自身在y方向的位移运动，保证挠性结构8在发生形变时不与阀芯主体7发生干涉与碰撞。在本实施例中，挠性结构8的几何特征在于其x方向的尺寸远大于z方向的尺寸，其z方向的尺寸远大于y方向的尺寸，其x方向截面形状为矩形。在其他的实施方式中，挠性结构8的几何特征在于其x方向的尺寸远大于z方向的尺寸，其z方向的尺寸远大于y方向的尺寸，其x方向截面形状为圆形。挠性结构8可以吸收驱动电机2的旋转轴施加在y方向上的运动，通过自身在y方向上的弯曲变形使得阀芯主体7在y方向上几乎不产生位移，阀芯6的单纯轴向位移意味着阀芯6和阀体4之间的径向力的减少，从而减少阀芯6和阀体4之间的摩擦磨损、延长伺服阀的使用寿命；挠性结构8还可以减少阀芯6对驱动电机2的反作用力引起的驱动电机2与阀体4侧隙，从而减小泄漏量。

作为一种实施方式，支撑结构9可采用滚动轴承，可以降低驱动电机2旋转轴与阀芯6连接处的摩擦，并保证驱动电机2的旋转精度。

作为另一种实施方式，支撑结构9可采用滑动轴承，可以降低驱动电机2旋转轴与阀芯6连接处的摩擦，并保证驱动电机2的旋转精度。

在本实施例中，驱动电机2的旋转轴设计有偏心结构10，偏心结构10可以有两种形式。一种是对心-偏心-对心变截面轴，即驱动电机2的旋转轴包括依次设置的对心轴段、偏心轴段和对心变截面轴段。如图3所示，偏心轴段的直径公称尺寸与阀芯6内部的支撑结构9的通孔的直径公称尺寸相同，偏心轴段***阀芯6内部的支撑结构9，末端的对心轴段的直径公称尺寸与阀体4的流道沉孔的直径公称尺寸相同，末端的对心轴段***到阀体4的流道沉孔中的支撑件5。另一种是驱动电机2的偏心旋转轴末端带有小球，如图4所示，小球的直径公称尺寸与阀芯6的内部的支撑结构9的通孔的直径公称尺寸相同，小球***到阀芯6内部的支撑结构9中，并且小球的球心与阀芯6的中心轴线处于同一高度，按此小球结构设计的偏心结构10，无需再将旋转轴的末端***支撑件5中。

作为一种优选的实施方式，驱动电机2的旋转轴可以在-20°～20°角度范围内旋转，当驱动电机2的旋转轴在-20°～20°角度范围内旋转时可以改变阀芯6的开度，当驱动电机2的旋转轴未转动时，阀口处于全关状态；当驱动电机2的旋转轴转动到-20°或20°时，阀口处于全开状态。

本发明通过设置带挠性结构和支撑结构的阀芯，改变了驱动接口的实现原理，挠性结构使得阀芯可以实现单纯轴向直线位移而不发生绕轴转动，支撑结构使得驱动结构的摩擦大大减少，提高了伺服阀的稳定性和使用寿命，结构简单，安全可靠。另外，挠性结构可以有效地吸收电机偏心轴在垂直阀芯运动方向上造成的位移，减小阀芯和阀芯之间的摩擦从而延长伺服阀的使用寿命，也可以减小阀芯给电机反作用力造成的侧隙泄露；而挠性结构中部还设有支撑结构，且电机轴末端设置支撑件，可以降低电机旋转轴与阀芯连接处的摩擦，并保证电机的回转精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，包括控制器(1)，与控制器(1)连接的驱动电机(2)，以及与驱动电机(2)连接的阀体(4)，所述阀体(4)内套装有阀芯(6)，所述阀体(4)、所述阀芯(6)的中央设有流道，所述驱动电机(2)的旋转轴***阀体(4)后***至阀芯(6)中，所述阀芯(6)中设有用以降低驱动电机(2)的旋转轴与阀芯(6)连接处的摩擦的支撑结构(9)，以及设于阀芯(6)内的用以减少阀芯(6)对驱动电机(2)的反作用力引起的驱动电机(2)与阀体(4)之间侧隙的挠性结构(8)；

所述阀芯(6)还包括阀芯主体(7)，所述阀芯主体(7)的中心设有所述流道，所述流道周向设置所述支撑结构(9)，所述挠性结构(8)设于所述支撑结构(9)的两侧；

所述支撑结构(9)设有与所述流道相同轴心的通孔。

2.根据权利要求1所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，以阀芯主体(7)的轴心方向为x轴，以平行于轴心方向剖面的半径方向为y轴，以垂直于轴心方向剖面的方向为z轴，所述挠性结构(8)的x方向的尺寸远大于z方向的尺寸，所述挠性结构(8)的z方向的尺寸远大于y方向的尺寸且所述挠性结构(8)在x方向的截面形状为矩形，所述挠性结构(8)设于所述支撑结构(9)的x方向的两侧。

3.根据权利要求1所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，所述支撑结构(9)为滚动轴承或滑动轴承。

4.根据权利要求1所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，所述驱动电机(2)的旋转轴设有偏心结构(10)。

5.根据权利要求4所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，所述阀体(4)的流道中部位置开设有下沉的孔，下沉的孔中容纳有用以定位驱动电机(2)的旋转轴的末端的支撑件(5)。

6.根据权利要求5所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，所述偏心结构(10)为对心-偏心-对心变截面轴结构，包括依次设置的对心轴段、偏心轴段和对心变截面轴段，偏心轴段的直径尺寸与所述阀芯(6)内部的支撑结构(9)的通孔的直径尺寸相同，偏心轴段***阀芯(6)内部的支撑结构(9)，位于末端的对心变截面轴段的直径尺寸与阀体(4)的流道的下沉的孔的直径尺寸相同，位于末端的对心变截面轴段***所述阀体(4)的支撑件(5)中。

7.根据权利要求4所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，所述偏心结构(10)包括偏心旋转轴以及设置在偏心旋转轴末端的球体，所述球体的直径尺寸与所述支撑结构(9)的通孔的直径尺寸相同，所述球体***所述支撑结构(9)中，且所述球体的球心与阀芯(6)的中心轴线处于同一高度。

8.根据权利要求1所述的旋转直接驱动式电液伺服阀，其特征在于，所述支撑结构(9)与阀芯主体(7)之间留有用以容纳自身在y方向的位移运动的y方向的间隙。

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