CN205136188U - 一种伺服电机直驱型伺服阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种级数更少，***稳定性高，可靠性好，抗污染性强，维护成本低，应用场合更广，制造难度和成本更低的伺服电机直驱型伺服阀。它包括主阀芯、阀体、弹簧、阀体端盖、丝杆螺母、滚珠丝杆和伺服电机；主阀芯滑动安装于阀体内；阀体内设置有四个油口；主阀芯通过左、中、右三个位置的变化调节四个油口之间的接通状态；主阀芯的左端通过弹簧与阀体端盖相抵；主阀芯的右端与丝杆螺母相连，丝杆螺母安装于滚珠丝杆上，伺服电机包括伺服电机轴、伺服电机转子、伺服电机定子和旋转编码器；伺服电机轴的左端与滚珠丝杆相连接；伺服电机转子与伺服电机轴相连，伺服电机定子套在伺服电机转子外，旋转编码器安装于伺服电机轴的右端。

Description

一种伺服电机直驱型伺服阀

技术领域

本实用新型涉及一种伺服阀，具体是指一种伺服电机直驱型伺服阀。

背景技术

伺服阀又叫液控伺服阀主要是指电液伺服阀，它在接受电气模拟信号后，相应输出调制的流量和压力。它既是电液转换元件，也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电气输入信号转换为大功率的液压能(流量和压力)输出。在电液伺服***中，它将电气部分与液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大。电液伺服阀是电液伺服***控制的核心。

电液伺服阀一般按力矩马达型式分为动圈式和永磁式两种。传统的伺服阀大部分采用永磁式力矩马达，此类伺服阀还可分为喷嘴挡板式和射流式两大类。目前国内生产伺服阀的厂家大部分以喷嘴挡板式为主。以现有的力反馈式伺服阀的工作原理为例，进一步结合附图1，现有技术中的伺服阀包括，1-永久磁铁；2-衔铁；3-扭轴；4-喷嘴；5-弹簧片；6-过滤器；7-滑阀；8-线圈；9-轭铁等主要部件。伺服阀无信号电流输入时，衔铁和挡板处于中间位置。这时喷嘴4二腔的压力pa＝pb，滑阀7二端压力相等，滑阀处于零位。输入电流后，电磁力矩使衔铁2连同挡板偏转θ角。设θ为顺时针偏转，则由于挡板的偏移使pa＞pb，滑阀向右移动。滑阀的移动，通过反馈弹簧片又带动挡板和衔铁反方向旋转(逆时针)，二喷嘴压力差又减小。在衔铁的原始平衡位置(无信号时的位置)附近，力矩马达的电磁力矩、滑阀二端压差通过弹簧片作用于衔铁的力矩以及喷嘴压力作用于挡板的力矩三者取得平衡，衔铁就不再运动。同时作用于滑阀上的油压力与反馈弹簧变形力相互平衡，滑阀在离开零位一段距离的位置上定位。这种依靠力矩平衡来决定滑阀位置的方式称为力反馈式。如果忽略喷嘴作用于挡板上的力，则马达电磁力矩与滑阀二端不平衡压力所产生的力矩平衡，弹簧片也只是受到电磁力矩的作用。因此其变形，也就是滑阀离开零位的距离和电磁力矩成正比。同时由于力矩马达的电磁力矩和输入电流成正比，所以滑阀的位移与输入的电流成正比，也就是通过滑阀的流量与输入电流成正比，并且电流的极性决定液流的方向，这样便满足了对电液伺服阀的功能要求。

目前，国内生产上述结构的伺服阀的厂家主要有：航空工业总公司第六○九研究所、航空工业总公司第六一八研究所、北京机床研究所、中国运载火箭技术研究院第十八研究所、上海航天控制工程研究所、九江中船仪表有限责任公司(四四一厂)及中国船舶重工集团公司第七○四研究所。国外生产伺服阀的厂家主要有：美国Moog公司、英国Dowty公司、美国Team公司、俄罗斯的“祖国”设计局、沃斯霍得工厂等，此外美国Park公司、EatonVickers公司、德国Bosch公司、Rexroth公司等亦有自己的伺服阀产品。本专利申请的实用新型人发现，上述结构的伺服阀在实际使用时，存在如下不足之处：

1、现有技术无一不是采用电驱偏转马达(实际为电磁铁)，偏转马达的驱动力较小，大都采用二级结构，先导级采用双喷嘴结构，主阀代采用滑阀式结构。这样导致实际应用时线性度不理想，且零位容易漂移。特别受环境温度、振动影响较大，影响了可靠性。

2、现有结构中的双喷嘴与挡流板在实际加工中难度较大，成本很高。影响了伺服阀在普通工业设备上的使用。

3、喷嘴与挡流板的间隙很小，在实际使用中对油液的清洁度要求很高，一般均需达到NAS7级清洁度。如果油液不清洁可受到污染会引起喷嘴或节流孔局部或全部堵塞，导致引起频响下降，分辨降率低，严重的引起***不稳定，伺服阀失效。

针对上述不足，现在的伺服阀所急需要解决的问题如下：

1、增大电磁线圈的驱动力，使得在大多数应用场合下能直接驱动主阀芯，减少伺服阀的级数，提高***稳定性与可靠性。

2、提高伺服阀油液抗污染性，这样在使用中能大大降低维护成本，扩大伺服阀的应用场合。

3、降低在生产制造过程中的制造难度，大幅度降低制造成本，进一步提高伺服阀在普通工业产品上的应用。

综上所述，目前急需要一种级数更少，***稳定性高，可靠性好，抗污染性强，维护成本低，应用场合更广，制造难度和成本更低的伺服阀。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种级数更少，***稳定性高，可靠性好，抗污染性强，维护成本低，应用场合更广，制造难度和成本更低的伺服电机直驱型伺服阀。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种伺服电机直驱型伺服阀，它包括主阀芯、阀体、弹簧、阀体端盖、丝杆螺母、滚珠丝杆和伺服电机；所述的主阀芯滑动安装于阀体内；所述的阀体内设置有四个油口；所述的主阀芯通过左、中、右三个位置的变化调节四个油口之间的接通状态；所述的主阀芯的左端通过弹簧与阀体端盖相抵；主阀芯的右端与丝杆螺母相连，所述的丝杆螺母安装于滚珠丝杆上，所述的伺服电机包括伺服电机轴、伺服电机转子、伺服电机定子和旋转编码器；所述的伺服电机轴的左端与滚珠丝杆相连接；所述的伺服电机转子与伺服电机轴相连，伺服电机定子套在伺服电机转子外，旋转编码器安装于伺服电机轴的右端。

作为优选，所述的伺服电机型号为：德国包米勒公司生产的DSD2-028SO44U-45-31型，额定转矩为0.6Nm，额定功率为280W的电机。

作为优选，所述的旋转编码器的型号为：海德汉公司的EQN1325型多圈绝对值编码器，精度为：2500PPR。

采用上述结构后，本实用新型具有如下优点：本实用新型创造性的采用小型伺服电机直接驱动主阀芯进行轴向的位移控制，现在的伺服电机技术已经很成熟，成本也降到了能接受的程度。在伺服阀的主阀芯上通过滚珠丝杆直接与伺服电机的轴相连，当伺服电机旋转时通过滚珠丝杆带动主阀芯进行轴向移动。且通过伺服电机自带的旋转编码器能精确控制主阀芯的轴向移动量以达到精确控制的目的。而且可以通过安装在出油口的压力传感器形成闭环控制，以精确控制伺服阀的输出压力，真正实施压力与流量的双重反馈控制效果。经过实践证明本实用新型具备如下几点有益效果。

1、方案简单，技术成熟，提高了整个伺服***的可靠性。

2、与传统的伺服阀相比，省去了加工难度较高的挡流板与喷嘴装置，使得整个伺服阀的加工难度大大降低，在提高可靠性的同时降低了加工成本，使得伺服阀的应用领域进一步扩大。

3、因伺服电机工作可靠，没有了传统伺服阀的精密的喷嘴结构，这样对于整个***的抗油液污染度大大提高，使用实际的使用成本大为降低，也同样扩大了伺服阀的应用领域。

4、由于主阀芯的位置完全由伺服电机控制，这样当环境温度、湿度等发生变化时，对伺服阀完全没有影响，提高了实际应用的可靠性。

综上所述，本实用新型提供了一种级数更少，***稳定性高，可靠性好，抗污染性强，维护成本低，应用场合更广，制造难度和成本更低的伺服阀。

附图说明

图1是现有技术中最常见的伺服阀的结构示意图。

图2是本实用新型伺服电机直驱型伺服阀处于中位时的结构示意图。

图3是本实用新型伺服电机直驱型伺服阀处于动作左位时的结构示意图

如图所示：1、永久磁铁，2、衔铁，3、扭轴，4、喷嘴，5、弹簧片，6、过滤器，7、滑阀，8、线圈，9、轭铁；11、主阀芯，12、阀体，13、弹簧，14、阀体端盖，15、丝杆螺母，16、滚珠丝杆，17、伺服电机轴，18、伺服电机转子，19、伺服电机定子、110、旋转编码器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

结合附图2和附图3，一种伺服电机直驱型伺服阀，它包括主阀芯11、阀体12、弹簧13、阀体端盖14、丝杆螺母15、滚珠丝杆16和伺服电机；所述的主阀芯11滑动安装于阀体12内；所述的阀体12内设置有四个油口；所述的主阀芯11通过左、中、右三个位置的变化调节四个油口之间的接通状态；所述的主阀芯11的左端通过弹簧13与阀体端盖14相抵；主阀芯11的右端与丝杆螺母15相连，所述的丝杆螺母15安装于滚珠丝杆16上，所述的伺服电机包括伺服电机轴17、伺服电机转子18、伺服电机定子19和旋转编码器110；所述的伺服电机轴17的左端与滚珠丝杆16相连接；所述的伺服电机转子18与伺服电机轴17相连，伺服电机定子19套在伺服电机转子18外，旋转编码器110安装于伺服电机轴17的右端。

作为优选，所述的伺服电机型号为：德国包米勒公司生产的DSD2-028SO44U-45-31型，额定转矩为0.6Nm，额定功率为280W的电机。

作为优选，所述的旋转编码器110的型号为：海德汉公司的EQN1325型多圈绝对值编码器，精度为：2500PPR。

采用上述结构后，本实用新型具有如下优点：本实用新型创造性的采用小型伺服电机直接驱动主阀芯进行轴向的位移控制，现在的伺服电机技术已经很成熟，成本也降到了能接受的程度。在伺服阀的主阀芯上通过滚珠丝杆直接与伺服电机的轴相连，当伺服电机旋转时通过滚珠丝杆带动主阀芯进行轴向移动。且通过伺服电机自带的旋转编码器能精确控制主阀芯的轴向移动量以达到精确控制的目的。而且可以通过安装在出油口的压力传感器形成闭环控制，以精确控制伺服阀的输出压力，真正实施压力与流量的双重反馈控制效果。经过实践证明本实用新型具备如下几点有益效果。

1、方案简单，技术成熟，提高了整个伺服***的可靠性。

2、与传统的伺服阀相比，省去了加工难度较高的挡流板与喷嘴装置，使得整个伺服阀的加工难度大大降低，在提高可靠性的同时降低了加工成本，使得伺服阀的应用领域进一步扩大。

3、因伺服电机工作可靠，没有了传统伺服阀的精密的喷嘴结构，这样对于整个***的抗油液污染度大大提高，使用实际的使用成本大为降低，也同样扩大了伺服阀的应用领域。

4、由于主阀芯的位置完全由伺服电机控制，这样当环境温度、湿度等发生变化时，对伺服阀完全没有影响，提高了实际应用的可靠性。

综上所述，本实用新型提供了一种级数更少，***稳定性高，可靠性好，抗污染性强，维护成本低，应用场合更广，制造难度和成本更低的伺服阀。

本实用新型涉及的伺服阀的动作原理如下：

结合附图2，当伺服阀处于中位时，主阀芯11处于中间位置，此时A，B油口被主阀芯隔断，A，B口处于不通状态。伺服阀工作时：

1、左移：如图3所示，此时伺服电机线圈9得到电流激励使伺服电机转动，从而带动丝杆16通过丝杆螺母15使主阀芯向左移动，此时由于主阀芯向左移动，导致P口与A口接通，同时T口与B口接通，驱动外接的油缸或其他液压执行元件。此时P口与A口的开口大小正比于阀芯11的移动距离，同时也正比于伺服电机轴17转动的圈数。也同时正比于伺服电机输入的信号。

2、右移：当伺服电机反转时，与附图3的阀芯移动方向相反，此时P口与B口接通，A口与T口接通，实现执行元件的反向动作。

3、伺服电机转动的位置可通过电机自带的旋转编码器110进行反馈控制，从而实现精确控制的目的。

4、且主阀芯左端的弹簧13长期处于受压状态下，使得丝杆螺母15始终靠紧滚珠丝杆16，消除了滚珠丝杆与丝杆螺母之间的传动间隙，提高了控制精度。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种伺服电机直驱型伺服阀，其特征在于：它包括主阀芯(11)、阀体(12)、弹簧(13)、阀体端盖(14)、丝杆螺母(15)、滚珠丝杆(16)和伺服电机；所述的主阀芯(11)滑动安装于阀体(12)内；所述的阀体(12)内设置有四个油口；所述的主阀芯(11)通过左、中、右三个位置的变化调节四个油口之间的接通状态；所述的主阀芯(11)的左端通过弹簧(13)与阀体端盖(14)相抵；主阀芯(11)的右端与丝杆螺母(15)相连，所述的丝杆螺母(15)安装于滚珠丝杆(16)上，所述的伺服电机包括伺服电机轴(17)、伺服电机转子(18)、伺服电机定子(19)和旋转编码器(110)；所述的伺服电机轴(17)的左端与滚珠丝杆(16)相连接；所述的伺服电机转子(18)与伺服电机轴(17)相连，伺服电机定子(19)套在伺服电机转子(18)外，旋转编码器(110)安装于伺服电机轴(17)的右端。

2.根据权利要求1所述的伺服电机直驱型伺服阀，其特征在于：所述的伺服电机型号为：德国包米勒公司生产的DSD2-028SO44U-45-31型，额定转矩为0.6Nm，额定功率为280W的电机。

3.根据权利要求1所述的伺服电机直驱型伺服阀，其特征在于：所述的旋转编码器(110)的型号为：海德汉公司的EQN1325型多圈绝对值编码器，精度为：2500PPR。