JP3267662B2 - Direct drive servo valve - Google Patents
Direct drive servo valveInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁界により伸縮駆動す
る超磁歪素子を駆動源としたダイレクトドライブサーボ
弁に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct drive servo valve using a giant magnetostrictive element driven to expand and contract by a magnetic field as a drive source.
【０００２】[0002]
【従来技術】一般にサーボ弁は、小型で応答性に優れし
かも消費電力が小さいという種々の利点を有していると
ころからいわゆるノズルフラッパ型サーボ弁が多数用い
られている。そして、このノズルフラッパ型サーボ弁は
入力電流をフラッパの変位に変換するトルクモータ部
と、フラッパ変位を油圧の圧力差に変換する油圧前段増
幅部と、主回路の流量を制御する主スプール部とから構
成されているのであるが、このノズルフラッパ型サーボ
弁はその構造的特徴でありかつトルクモータ部の動作原
理であるリーケージと呼ばれる（実用流量とは別個独立
して必要となる）作動油流量が必要な構造である。又、
トルクモータ部には数百ミクロンの径のノズル部を有し
ている為に作動油の汚染管理が必要である。2. Description of the Related Art In general, a so-called nozzle flapper type servo valve is widely used because it has various advantages such as small size, excellent responsiveness and low power consumption. This nozzle flapper type servo valve is composed of a torque motor unit that converts input current into flapper displacement, a hydraulic preamplifier that converts flapper displacement into a hydraulic pressure difference, and a main spool unit that controls the flow rate of the main circuit. This nozzle flapper type servo valve has a structural characteristic and requires a hydraulic oil flow rate (needed independently of the actual flow rate) called leakage, which is the principle of operation of the torque motor section. Structure. or,
Since the torque motor section has a nozzle section having a diameter of several hundred microns, it is necessary to control the contamination of hydraulic oil.
【０００３】そこで、このような観点に立ち、リーケー
ジが無く、作動油の汚染管理の問題も無いダイレクトド
ライブサーボ弁が注目されている。そしてこのダイレク
トドライブサーボ弁にはボイスコイルモータを用いたも
のが出回っている。これはストロークは得易いといった
利点がある一方、ダンピング対策、駆動出力の低さ、応
答性の低さ等の課題がある。又、駆動部に圧電素子又は
電歪素子を用いたものも考えられるが、駆動出力も大き
く応答性も良い反面、耐環境性の為、密閉構造が要求さ
れ、素子を機能させる為の電気部と駆動部とを分離して
配設できない、そして駆動時には高い駆動電圧が必要で
あり、しかも素子の歪率が小さいといった種々の問題点
が指摘されている。[0003] From such a viewpoint, a direct drive servo valve that has no leakage and has no problem of contamination control of hydraulic oil has attracted attention. Some of these direct drive servo valves use a voice coil motor. While this has the advantage that the stroke is easy to obtain, it has problems such as damping countermeasures, low drive output, and low responsiveness. Although a drive unit using a piezoelectric element or an electrostrictive element is also conceivable, the drive output is large and the response is good, but a sealed structure is required for environmental resistance, and the electrical unit for functioning the element is required. It has been pointed out that various problems such as the inability to separately dispose the driving unit and the driving unit, a high driving voltage during driving, and a low distortion factor of the element are required.
【０００４】又、以上の他にも電歪素子、磁歪素子を用
いた先行技術としては、特開昭５９−１５８５７４号公
報（磁界により変位する変位発生部材に用いる磁性合金
の素材構成を示したもの）、実開昭６１−１４２７０号
公報（電歪素子又は磁歪素子を駆動源とした切換バルブ
機構）、特開昭６１−３８２８４号公報（電磁石及びソ
レノイドバルブの組合せによるバルブ制御）、特開平２
−２３７４７７号公報（移動部材としての磁歪素子に対
する永久磁石の磁束とコイルに通電して得られる磁場と
の両方の駆動源によって移動制御するもの）、特開平２
−２８８２７４号公報（電磁石に供給される電流によっ
て生じる発熱からの悪影響を防止する手段を設けたも
の）及び特開平３−９１７９号公報（弁体を接合した磁
歪素子の伸縮によってオリフィスの制御を行うもの）等
が夫々開示されているが何れの技術にあっても、前述し
たような種々の問題点を全て解消するものではなかっ
た。Another prior art using electrostrictive elements and magnetostrictive elements is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-158574 (the material composition of a magnetic alloy used for a displacement generating member displaced by a magnetic field is shown. JP-A-61-14270 (switching valve mechanism using an electrostrictive element or a magnetostrictive element as a drive source), JP-A-61-38284 (valve control by a combination of an electromagnet and a solenoid valve), 2
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei. 2-237777 (in which movement is controlled by both a driving source of a magnetic flux of a permanent magnet for a magnetostrictive element as a moving member and a magnetic field obtained by energizing a coil),
JP-288274 (provided with means for preventing adverse effects from heat generated by current supplied to an electromagnet) and JP-A-3-9179 (control of an orifice by expansion and contraction of a magnetostrictive element to which a valve body is joined) ) Are disclosed, but none of the techniques has solved all of the various problems described above.
【０００５】[0005]
【発明の開示】本発明の目的は、上記のような問題点に
鑑み、高出力、高応答であり、作動油の汚染管理の問題
も無く、歪率が大きく、低インピーダンス駆動であり、
電気部と駆動部とを分離して配設できるといった種々の
利点を有するダイレクトドライブサーボ弁を提供するこ
とにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high output, high response, no hydraulic oil contamination control, a large distortion factor, and low impedance driving in view of the above problems.
An object of the present invention is to provide a direct drive servo valve having various advantages such that an electric unit and a drive unit can be disposed separately.
【０００６】本発明の目的は、少なくともスプールと、
磁界により伸縮駆動する超磁歪素子を配設した駆動部を
有するダイレクトドライブサーボ弁であって、この超磁
歪素子の一方側に前記超磁歪素子と熱膨張係数が同じで
かつ非磁性の支持部材を配設し、温度変化により前記超
磁歪素子に生ずる熱膨張をキャンセル可能に構成し、更
に前記超磁歪素子が他の部材と可動接触する端面を球面
に形成し、当該超磁歪素子には軸方向の圧縮荷重以外の
外力が負荷されないように構成したことを特徴とするダ
イレクトドライブサーボ弁によって達成される。An object of the present invention is to provide at least a spool,
A direct drive servo valve having a drive unit provided with a giant magnetostrictive element that is driven to expand and contract by a magnetic field, and a nonmagnetic support member having the same thermal expansion coefficient as the giant magnetostrictive element on one side of the giant magnetostrictive element. disposed, the cancel configured to be capable of thermal expansion generated in the giant magnetostrictive element due to a temperature change, a further
The surface on which the giant magnetostrictive element is in movable contact with another member has a spherical surface.
Formed on the giant magnetostrictive element, except for the compressive load in the axial direction.
This is achieved by a direct-drive servo valve characterized in that external force is not applied .
【０００７】又、本発明の目的は、少なくともスプール
と、磁界により伸縮駆動する超磁歪素子を配設した駆動
部を有するダイレクトドライブサーボ弁であって、前記
超磁歪素子の伸縮方向前後端にマグネットを配設し、こ
のマグネットの磁界により予め前記超磁歪素子の中立点
を位置決め可能に構成したことを特徴とするダイレクト
ドライブサーボ弁によって達成される。Another object of the present invention is to provide a direct drive servo valve having at least a spool and a drive unit provided with a giant magnetostrictive element driven to expand and contract by a magnetic field, wherein magnets are provided at front and rear ends of the giant magnetostrictive element in the direction of expansion and contraction. The direct drive servo valve is characterized in that the neutral point of the giant magnetostrictive element can be positioned in advance by the magnetic field of the magnet.
【０００８】なお本発明のダイレクトドライブサーボ弁
においては、スプールと超磁歪素子間にストローク増幅
機構を配設することが望ましい。特に本発明のダイレク
トドライブサーボ弁において、超磁歪素子の伸縮方向前
後端にマグネットを配設したものについては、超磁歪素
子は適度の圧縮荷重下で歪率が最大となるので、軸方向
の適度な圧縮荷重を負荷し、更に超磁歪素子が他の部材
と可動接触する端面を球面に形成し、当該超磁歪素子に
は軸方向の圧縮荷重以外の外力が負荷されないように構
成することが望ましい。 The direct drive servo valve of the present invention
, Stroke amplification between the spool and the giant magnetostrictive element
It is desirable to provide a mechanism. In particular, the director of the present invention
In the expansion / contraction direction of the giant magnetostrictive element
For those with a magnet at the rear end, the giant magnetostrictive element has a maximum strain under a moderate compressive load, so a moderate compressive load is applied in the axial direction, and the giant magnetostrictive element is It is desirable that the movable contact end surface is formed in a spherical shape so that the giant magnetostrictive element is not subjected to an external force other than an axial compressive load.
【０００９】[0009]
【作用】上記の如く構成したダイレクトドライブサーボ
弁にあっては、超磁歪素子の一方側を、この超磁歪素子
と熱膨張が同じでかつ非磁性の支持部材によって支持す
ることによって、超磁歪素子を駆動させた時に生ずる発
熱による超磁歪素子の熱膨張を支持部材の熱膨張で相互
にキャンセルされることになる。更に支持部材に非磁性
の素材を用いて形成することによって磁束が支持部材を
通らずに、超磁歪素子に集中する結果、超磁歪素子に対
する安定した磁界が得られることになる。In the direct drive servo valve constructed as described above, one side of the giant magnetostrictive element is supported by a non-magnetic support member having the same thermal expansion as that of the giant magnetostrictive element. , The thermal expansion of the giant magnetostrictive element due to the heat generated when the device is driven is canceled by the thermal expansion of the support member. Further, by forming the support member using a non-magnetic material, the magnetic flux concentrates on the giant magnetostrictive element without passing through the support member, so that a stable magnetic field for the giant magnetostrictive element can be obtained.
【００１０】又、上記の如く構成したダイレクトドライ
ブサーボ弁にあっては、超磁歪素子の伸縮方向前後端に
マグネットを配設することによって、この前後端のマグ
ネットが常時発生する磁界の作用によって超磁歪素子の
中立点（もしくはバルブのナルポジション）の位置決め
が予めセットしておけるので、このマグネットを配設し
ない場合に比べて超磁歪素子に予め流しておくナル電流
（電圧）も不要で省エネルギーにも繋がり、更には入力
電流レベルを低下させることができるのでコイルの発熱
も小さくなって熱膨張も減るといった効率の良い駆動操
作を行なえるものである。In the direct drive servo valve constructed as described above, magnets are disposed at the front and rear ends of the giant magnetostrictive element in the direction of expansion and contraction. Since the neutral point of the magnetostrictive element (or the null position of the valve) can be set in advance, a null current (voltage) previously applied to the giant magnetostrictive element is not required as compared with a case where this magnet is not provided. In addition, since the input current level can be reduced, an efficient driving operation such that heat generation of the coil is reduced and thermal expansion is reduced can be performed.
【００１１】又、ダイレクトドライブサーボ弁のスプー
ル部と超磁歪素子間にストローク増幅機構を配設するこ
とによって、超磁歪素子の歪みストロークの増幅を達成
できる。又、超磁歪素子が他の部材と可動接触する端面
を球面に形成することによって、この他の部材から伝達
される軸ズレ等による曲げモーメントもこの球面の接触
部分でもって相互に回動するので、超磁歪素子に対して
は常に軸方向の圧縮荷重以外の外力が負荷されることは
ない。従って、効率的に歪率が得られる圧縮荷重が負荷
できるとともに、圧縮荷重以外の外力（例えば曲げモー
メント等により生ずる引張応力等）に脆い超磁歪素子を
保護することができる。Further, by disposing a stroke amplifying mechanism between the spool portion of the direct drive servo valve and the giant magnetostrictive element, the distortion stroke of the giant magnetostrictive element can be amplified. In addition, since the giant magnetostrictive element has a spherical end face that is in movable contact with another member, the bending moment due to axial misalignment transmitted from the other member also rotates relative to each other at the contact portion of the spherical surface. The external force other than the axial compressive load is not always applied to the giant magnetostrictive element. Therefore, it is possible to apply a compressive load capable of efficiently obtaining a strain rate, and to protect a giant magnetostrictive element that is fragile against an external force other than the compressive load (for example, a tensile stress generated by a bending moment or the like).
【００１２】[0012]
【実施例】図１〜図８は本発明に係るダイレクトドライ
ブサーボ弁の第１実施例を示すもので、図１は、ダイレ
クトドライブサーボ弁の断面図、図２は、超磁歪素子に
おける熱膨張対策原理の説明図、図３（ａ）、（ｂ）は
超磁歪素子と他の部材との接触部位の要部説明図、図４
は、超磁歪素子の歪特性図、図５は、ダイレクトドライ
ブサーボ弁のストローク特性図、図６は、同・フロー特
性図、図７（ａ）、（ｂ）は、ステップレスポンス特性
図、図８（ａ）、（ｂ）は、周波数レスポンス特性図で
ある。1 to 8 show a first embodiment of a direct drive servo valve according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a direct drive servo valve, and FIG. 2 is a thermal expansion in a giant magnetostrictive element. FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of the principle of the countermeasure, and FIGS. 3A and 3B are main portion explanatory diagrams of contact portions between the giant magnetostrictive element and other members; FIGS.
Is a distortion characteristic diagram of the giant magnetostrictive element, FIG. 5 is a stroke characteristic diagram of the direct drive servo valve, FIG. 6 is a flow characteristic diagram thereof, and FIGS. 7A and 7B are step response characteristic diagrams. 8 (a) and (b) are frequency response characteristic diagrams.
【００１３】Ｘはダイレクトドライブサーボ弁であり、
駆動部Ａと、ボディ・スプール部Ｂと、位置検出部Ｃ
と、アンプ部Ｄとにより構成されている。駆動部Ａにお
いて、Ａ１は中空形状のヨークである。Ａ２はこのヨー
クＡ１に内設される中空形状のコイルボビンであり、後
述する超磁歪素子Ａ４と同じ熱膨張係数を有する素材で
形成されている。Ａ３はこのコイルボビンＡ２の外周に
巻回されるコイルであり、アンプ部Ｄからのスプール制
御量に対応する電流が流されるものである。X is a direct drive servo valve,
Drive unit A, body spool unit B, and position detection unit C
And an amplifier section D. In the driving section A, A1 is a yoke having a hollow shape. A2 is a hollow coil bobbin provided inside the yoke A1, and is formed of a material having the same coefficient of thermal expansion as the giant magnetostrictive element A4 described later. A3 is a coil wound around the outer periphery of the coil bobbin A2, through which a current corresponding to the spool control amount from the amplifier section D flows.
【００１４】Ａ４はコイルボビンＡ２の中空部Ａ２ａに
摺動可能に内設されると共にその一端が受け部材Ａ７を
介して規制受け部Ａ５によって移動規制される超磁歪素
子である。そして、この超磁歪素子Ａ４は、前記コイル
Ａ３に流される電流により生じる磁界の強弱によって所
定量歪み、この歪み（率）に応じて移動規制されていな
い側即ちスプール側にプランジャーＡ６を駆動（移動）
させ、その結果として、流量の制御が達成されるもので
ある。又、この超磁歪素子Ａ４は適度の圧縮荷重下で歪
率が最大となる性質を有しており、この性質を有効に利
用するため、所定の機構（後述するサラバネＢ３や油圧
機構Ｂ５）でもって適度の圧縮荷重が負荷されるように
構成するものである。A4 is a giant magnetostrictive element slidably provided in the hollow portion A2a of the coil bobbin A2 and one end of which is restricted in movement by a regulation receiving portion A5 via a receiving member A7. The giant magnetostrictive element A4 is distorted by a predetermined amount due to the strength of the magnetic field generated by the current flowing through the coil A3, and drives the plunger A6 to the side that is not restricted in movement according to the distortion (rate), that is, the spool side ( Move)
As a result, control of the flow rate is achieved. Further, the giant magnetostrictive element A4 has a property that the strain rate is maximized under an appropriate compressive load, and in order to effectively use this property, a predetermined mechanism (a later-described spring B3 and a hydraulic mechanism B5) is used. Thus, an appropriate compressive load is applied.
【００１５】尚、この超磁歪素子Ａ４は圧縮荷重に対し
ては一定の強度を有している一方、引張応力に対しては
脆い性質を有している。しかしながら、単に軸方向に圧
縮荷重が負荷されるように構成してもダイレクトドライ
ブサーボ弁Ｘの構造上、悪影響を持つ引張応力等の外力
が超磁歪素子Ａ４に掛かることは避けられないものであ
る。従ってその対策として、超磁歪素子Ａ４がプランジ
ャーＡ６（このプランジャーＡ６と超磁歪素子Ａ４とは
図１にも示すようにリジッドに接合されている。）を介
してボディ・スプール部Ｂ側のスプールＢ２）と可動接
触する端面を双方の端面とも球状端面Ａ６ａ（Ｂ２ａ）
に形成し、この部位でもって相互に回動するように構成
するものである（図３（ａ）参照）。このように構成す
ることによって、スプールＢ２の軸ズレ等によって伝達
される曲げモーメント（超磁歪素子４を損壊させる悪影
響のある外力）がそのまま直に曲げモーメントとして超
磁歪素子Ａ４に伝わらないように、即ち可動接触する球
状端面Ａ６ａ（Ｂ２ａ）にて、超磁歪素子Ａ４に対して
は常に軸方向の圧縮荷重に変化させた外力として負荷さ
れるように構成するものである。このように構成するこ
とによって、歪を効率良く発生させると共に引張応力
（この場合は曲げモーメントを起因とする）に対して脆
い性質を持つ超磁歪素子Ａ４を保護することができるの
である。The giant magnetostrictive element A4 has a certain strength against a compressive load, but has a brittle property against a tensile stress. However, even if the compression load is simply applied in the axial direction, it is unavoidable that an external force such as a tensile stress having an adverse effect is applied to the giant magnetostrictive element A4 due to the structure of the direct drive servo valve X. . Therefore, as a countermeasure, the giant magnetostrictive element A4 is connected to the body spool portion B via the plunger A6 (the plunger A6 and the giant magnetostrictive element A4 are rigidly joined as shown in FIG. 1). The end face that is in movable contact with the spool B2) is a spherical end face A6a (B2a) for both end faces.
And are configured to rotate relative to each other at this portion (see FIG. 3A). With such a configuration, the bending moment (an external force that has an adverse effect of damaging the giant magnetostrictive element 4) transmitted by the axial displacement of the spool B2 is not directly transmitted to the giant magnetostrictive element A4 as the bending moment. That is, at the spherical end face A6a (B2a) that is in movable contact, the giant magnetostrictive element A4 is configured to always be loaded as an external force changed to a compressive load in the axial direction. With this configuration, it is possible to efficiently generate strain and protect the giant magnetostrictive element A4 having a property of being brittle against tensile stress (in this case, due to bending moment).
【００１６】尚、以上の説明は超磁歪素子Ａ４のボディ
・スプール部Ｂ側の端面についてのものであったが、超
磁歪素子Ａ４の規制受け部Ａ５側の端面Ａ５ａ（Ａ７
ａ）（図３（ｂ）参照）についてもそれぞれ同様の構成
を施すものである。又、駆動力を得る為にコイルＡ３に
所定の電流が流されるものであるが、この際に生ずるコ
イルＡ３の発熱に伴い超磁歪素子Ａ４並びにコイルボビ
ンＡ２には熱膨張が生じてしまうことは避けられない。
しかも、両者Ａ２、Ａ４の熱膨張率が異なる場合には両
者の位置合わせが微妙にシフトしていまい、スプールＢ
２の変位量の精度が低下してしまうというトラブルが生
じていた。以下に図３の相互にキャンセルし合う原理を
模式化した説明図を用いてこの熱膨張対策について説明
する。即ち、超磁歪素子Ａ４と同じ線膨張係数（熱膨張
率）を有すると共に非磁性の素材（例えば、アルミ青
銅、リン青銅、ＳＵＳ等の素材）でコイルボビンＡ２を
形成し、両者Ａ２、Ａ４の熱膨張によるシフトがそれぞ
れキャンセルし合うように配置するものである。尚、コ
イルボビンＡ２に用いる素材を非磁性のものに限定する
ことによって、もし磁性素材を用いた場合にはコイルＡ
３から発せられる磁束がコイルボビンＡ２側にも通って
しまい超磁歪素子Ａ４の磁歪（率）が安定せず悪影響を
与えてしまう点を考慮したものであり、常に所望の磁界
が得られるようにしたものである。Although the above description has been made with respect to the end surface of the giant magnetostrictive element A4 on the side of the body spool portion B, the end surface A5a (A7
A) (see FIG. 3B) has the same configuration. A predetermined current is applied to the coil A3 in order to obtain a driving force. However, it is necessary to prevent the giant magnetostrictive element A4 and the coil bobbin A2 from being thermally expanded due to the heat generated by the coil A3. I can't.
In addition, when the thermal expansion coefficients of the two A2 and A4 are different, the positioning of the two is slightly shifted, and the spool B
A problem has occurred in that the accuracy of the displacement amount of No. 2 is reduced. Hereinafter, this countermeasure against thermal expansion will be described with reference to an explanatory diagram schematically illustrating the principle of canceling each other in FIG. That is, the coil bobbin A2 is formed of a non-magnetic material (for example, a material such as aluminum bronze, phosphor bronze, or SUS) having the same linear expansion coefficient (coefficient of thermal expansion) as that of the giant magnetostrictive element A4. The shifts due to the expansion are arranged so as to cancel each other. By limiting the material used for the coil bobbin A2 to a non-magnetic material, if a magnetic material is used, the coil A
In consideration of the fact that the magnetic flux emitted from No. 3 also passes through the coil bobbin A2 side, the magnetostriction (rate) of the giant magnetostrictive element A4 is not stabilized and adversely affects, so that a desired magnetic field is always obtained. Things.
【００１７】ボディ・スプール部Ｂにおいて、Ｂ１は中
空形状のボディ、Ｂ２はボディＢ１の中空部に摺動可能
に配置されるスプールであり、このスプールＢ２のプラ
ンジャーＡ６と接触する側の端面は前記球状端面Ａ６ａ
に対応して回動可能な球状端面Ｂ２ａとして形成される
ものである。Ｂ３は、スプールＢ２の他端側に配置され
るサラバネであって、このサラバネＢ３の弾性による適
宜な圧縮荷重でスプールＢ２を駆動部Ａ側へ付勢し保持
するものである。In the body spool portion B, B1 is a hollow body, B2 is a spool slidably disposed in the hollow portion of the body B1, and an end surface of the spool B2 on the side that contacts the plunger A6 is formed. The spherical end face A6a
Is formed as a spherical end face B2a that can rotate in accordance with the above. B3 is a flat spring disposed on the other end side of the spool B2. The flat spring B3 urges the spool B2 toward the drive section A with an appropriate compression load due to the elasticity of the flat spring B3 and holds the spool.
【００１８】位置検出部Ｃにおいて、Ｃ１はＬＶＤＴで
あり軸直結されるスプールＢ２の変位量を電圧変換しア
ンプ部Ｄにスプール位置（補償値）をフィードバックす
るものである。アンプ部Ｄにおいては、コンピュータ等
からのストローク量制御信号Ｓに応じた電流を駆動部Ａ
のコイルＡ３に流し、スプールＢ２の変位量をＬＶＤＴ
Ｃ１を経てその補償値が再度このアンプ部Ｄにフィード
バックされるものである。In the position detecting section C, C1 denotes an LVDT, which converts the displacement of the spool B2 directly connected to the shaft into a voltage and feeds back the spool position (compensation value) to the amplifier section D. In the amplifier section D, a current corresponding to a stroke amount control signal S from a computer or the like is supplied to the drive section A.
And the displacement of the spool B2 is set to LVDT.
The compensation value is fed back to the amplifier D again via C1.
【００１９】即ち、Ｄ１はＰＩコントロールを行う増幅
器であって、超磁歪素子の持つ非線形でありかつヒステ
リシスの特性に対してこのＰＩコントロールによって線
形でノンヒステリシスを達成するものである。つまりこ
のＰＩコントロールによってコイルＡ３に対する入力電
流ＶＳスプールストローク（あるいは流量）の線型化を
達成して制御精度の向上を図っているものである。That is, D1 is an amplifier for performing PI control, which achieves non-hysteresis in a non-linear and hysteresis characteristic of the giant magnetostrictive element by this PI control in a linear manner. That is, this PI control achieves linearization of the input current VS spool stroke (or flow rate) for the coil A3, thereby improving control accuracy.
【００２０】次に、上記のように構成させたダイレクト
ドライブサーボ弁の動作について説明する。 （１） コンピュータ等からの指令信号として、スプー
ルＢ２のストローク制御信号指令信号Ｓ1 がアンプ部Ｄ
に入力されるとこのストローク制御信号指令信号Ｓ1 に
対応した制御電流Ｉ2 がコイルＡ２に流される。 （２） この制御電流Ｉ2 に応じた磁界が超磁歪素子Ａ
４に負荷されて超磁歪素子Ａ４が所定の歪み率でもって
歪むことにより生じた駆動力がプランジャーＡ６を介し
てスプールＢ２に伝達される。この結果、流量が制御さ
れるものである。 （３） そしてこの時、スプールＢ２の他端に配設され
たＬＶＤＴＣ１によってスプール変位が電気的に検出さ
れ、この検出信号Ｓ3 がアンプ部Ｄの増幅器Ｄ１に入力
される。そしてここでＰＩコントロールがなされてコイ
ルＡ３に対する入力電流ＶＳスプールストローク（ある
いは流量）の線型化が達成された上での補償値としての
制御電流Ｉ4 を再度コイルＡ２に流すことによってスプ
ールＢ２の精度の高い制御が達成されるのである。 （４） 尚、前述した熱膨張対策が施されているのでコ
イルＡ２から発生する熱による超磁歪素子Ａ４とこの超
磁歪素子Ａ４を支持するコイルボビンＡ２に生じる熱膨
張も相互にキャンセルし合って位置合わせも安定するも
のである。 （５） 又、前述したように、例えば曲げモーメント等
の引張力には脆い性質を有している超磁歪素子Ａ４の保
護対策として、他の部材を介した場合も含めて超磁歪素
子Ａ４と可動接触する端面を双方の端面とも球状端面Ａ
６ａ（Ｂ２ａ）、Ａ５ａ（Ａ７ａ）に形成し、超磁歪素
子４を損壊させる悪影響のある外力がそのまま直に曲げ
モーメントとなって超磁歪素子Ａ４に伝わらないよう
に、即ち、超磁歪素子Ａ４に対しては常に軸方向の圧縮
荷重に変化させた外力として負荷される結果、保護対策
は万全なものとなる。Next, the operation of the direct drive servo valve configured as described above will be described. (1) as a command signal from the computer or the like, the stroke control signal command signal S 1 is amplifier part D of the spool B2
The control current I 2 corresponding is input to the stroke control signal command signals S 1 to is flowed to the coil A2. (2) The magnetic field corresponding to the control current I 2 is a giant magnetostrictive element A
4, a driving force generated by the giant magnetostrictive element A4 being distorted at a predetermined distortion rate is transmitted to the spool B2 via the plunger A6. As a result, the flow rate is controlled. (3) Then at this time, the spool displacement is electrically detected by LVDTC1 disposed at the other end of the spool B2, this detection signal S 3 is inputted to the amplifier D1 of the amplifier unit D. The input current VS spool stroke (or flow rate) of the precision of the spool B2 by passing the control current I 4 again coil A2 as compensation value on the linearized has been achieved with respect to where it is made PI control coil A3 High control is achieved. (4) Since the measures against the thermal expansion described above are taken, the thermal expansions of the giant magnetostrictive element A4 and the coil bobbin A2 supporting the giant magnetostrictive element A4 due to the heat generated from the coil A2 cancel each other out. Matching is also stable. (5) As described above, as a protective measure for the giant magnetostrictive element A4 having a property of being brittle against tensile force such as a bending moment, for example, the giant magnetostrictive element A4 including other members may be used as a protective measure. The movable contact end faces are spherical end faces A for both end faces.
6a (B2a) and A5a (A7a) so that an external force that has an adverse effect of damaging the giant magnetostrictive element 4 is not directly transmitted to the giant magnetostrictive element A4 as a bending moment, that is, the giant magnetostrictive element A4 On the other hand, as a result of being always applied as an external force changed to an axial compressive load, the protection measures are thorough.
【００２１】図９は、本発明に係るダイレクトドライブ
サーボ弁の第２実施例を示す断面図である。尚、基本的
な構成、動作は前述した第１実施例と略同様であるので
重複する部分の詳しい説明は省略する。即ち、本第２実
施例では超磁歪素子Ａ４の伸縮方向前後端にマグネット
Ａ８、Ａ８をリジッドに接合し、このマグネットＡ８、
Ａ８の磁界により超磁歪素子Ａ４の中立点（もしくはバ
ルブのナルポジション）の位置決めが予めセットしてお
けるので、このマグネットＡ８、Ａ８を配設しない場合
に比べて超磁歪素子Ａ４に予め流しておくナル電流も不
要で省エネルギーにも繋がり、更には入力電流レベルを
低下させることができるのでコイルＡ３の発熱も小さく
なって熱膨張も減るといった効率の良い駆動操作を行な
えるものである。FIG. 9 is a sectional view showing a second embodiment of the direct drive servo valve according to the present invention. Since the basic configuration and operation are substantially the same as those of the first embodiment, detailed description of the overlapping parts will be omitted. That is, in the second embodiment, magnets A8 and A8 are rigidly joined to the front and rear ends of the giant magnetostrictive element A4 in the expansion and contraction direction.
Since the position of the neutral point (or the null position of the valve) of the giant magnetostrictive element A4 can be set in advance by the magnetic field of A8, the magnetism A8, A8 is supplied to the giant magnetostrictive element A4 in advance as compared with the case where the magnets are not provided. A null current is not required, which leads to energy saving. Further, since the input current level can be reduced, an efficient driving operation such that heat generation of the coil A3 is reduced and thermal expansion is reduced can be performed.
【００２２】又、駆動部Ａ側のプランジャーＡ６とボデ
ィ・スプール部Ｂ側のスプールＢ２の間にストローク増
幅機構Ｂ４（即ち、図に示すベローズＢ４ａ、Ｂ４ｂの
ような断面積の異なる容器を備え、充填した作動油の漏
れを防止した圧油容積を作る原理を利用したもの、或い
はＯリングを用いたもの）を配設したので、スプールス
トロークの格段の増幅が可能となり制御の際の操作性が
向上する。Further, between the plunger A6 on the driving section A side and the spool B2 on the body spool section B side, a container having a different sectional area such as a bellows B4a, B4b shown in the drawing is provided. That uses the principle of creating a hydraulic oil volume that prevents leakage of filled hydraulic oil, or that uses an O-ring), greatly increasing the spool stroke and enabling control operability. Is improved.
【００２３】図１０は、本発明に係るダイレクトドライ
ブサーボ弁の第３実施例を示す断面図である。尚、基本
的な構成、動作は前述した第１実施例と略同様であるの
で重複する部分は詳しい説明は省略する。即ち、本第３
実施例ではスプールＢ２に対する駆動部Ａ側への適宜な
圧縮荷重を負荷する為の機構を油圧機構Ｂ５を用いて構
成したので、安定した圧縮荷重を保持できる。FIG. 10 is a sectional view showing a third embodiment of the direct drive servo valve according to the present invention. Since the basic configuration and operation are substantially the same as those of the first embodiment, detailed description of the same parts will be omitted. That is, the third
In the embodiment, since a mechanism for applying an appropriate compression load to the drive unit A side with respect to the spool B2 is configured using the hydraulic mechanism B5, a stable compression load can be maintained.
【００２４】以上、各実施例において縷々述べてきたよ
うに、磁界内で歪む超磁歪素子の歪率を制御するダイレ
クトドライブサーボ弁において、 超磁歪素子Ａ４の一方側を、この超磁歪素子Ａ４と
熱膨張が同じでかつ非磁性のコイルボビンＡ２によって
支持することによって、超磁歪素子Ａ４に磁界をかける
際にこの超磁歪素子Ａ４及びコイルボビンＡ２にそれぞ
れ生ずる熱膨張を相互にキャンセルしてスプールＢ２の
位置合わせを精度良く行なえるようにしたこと。 更に前記コイルボビンＡ２を非磁性の素材を用いて
形成することによって磁束がコイルボビンＡ２側に不用
意に広がらず、超磁歪素子Ａ４に集中する結果、超磁歪
素子Ａ４に対する安定した磁界が得られるようにしたこ
と。 超磁歪素子Ａ４の伸縮方向前後端にマグネットＡ
８、Ａ８を配設することによって、この前後端のマグネ
ットＡ８、Ａ８から常時発生する磁界の作用によって超
磁歪素子Ａ４の中立点の位置決めが予めセットしておけ
るので、ナル電流も不要で省エネルギーにも繋がり、更
には入力電流レベルを低下させることができるのでコイ
ルＡ３の発熱も小さくなって悪影響の原因となる熱膨張
も減り、効率の良い駆動操作が行なえるものである。 スプールＢ２と超磁歪素子Ａ４間にストローク増幅
機構Ｂ４を配設することによって、超磁歪素子Ａ４のス
トロークの増幅を格段に向上させることができること。 超磁歪素子Ａ４に曲げモーメントが伝達されないよ
うに可動接触する各端面を球状端面Ａ６ａ（Ｂ２ａ）、
Ａ５ａ（Ａ７ａ）に形成することによって、この他の部
材から伝達される軸ズレ等による曲げモーメントもこの
球面の部分でもって相互に回動させ、その結果、超磁歪
素子に対しては常に軸方向の圧縮荷重以外の外力が負荷
されることはなく、圧縮荷重以外の外力（例えば曲げモ
ーメント等により生ずる引張応力等）に対して脆い超磁
歪素子を保護することができると共に歪率が最大となる
圧縮荷重の負荷が可能となること。As described above in each embodiment, in the direct drive servo valve for controlling the distortion rate of the giant magnetostrictive element distorted in the magnetic field, one side of the giant magnetostrictive element A4 is connected to the giant magnetostrictive element A4. The support by the non-magnetic coil bobbin A2 having the same thermal expansion cancels the thermal expansions generated in the giant magnetostrictive element A4 and the coil bobbin A2 when a magnetic field is applied to the giant magnetostrictive element A4, thereby canceling the position of the spool B2. The ability to perform alignment with high accuracy. Further, by forming the coil bobbin A2 using a non-magnetic material, the magnetic flux does not inadvertently spread to the coil bobbin A2 side and concentrates on the giant magnetostrictive element A4, so that a stable magnetic field for the giant magnetostrictive element A4 can be obtained. That you did. Magnets A at the front and rear ends of the giant magnetostrictive element A4
By arranging the magnets A8 and A8, the neutral point of the giant magnetostrictive element A4 can be set in advance by the action of the magnetic field constantly generated from the front and rear magnets A8 and A8. Further, since the input current level can be reduced, the heat generation of the coil A3 is also reduced, and the thermal expansion which causes an adverse effect is reduced, so that an efficient driving operation can be performed. By arranging the stroke amplifying mechanism B4 between the spool B2 and the giant magnetostrictive element A4, the amplification of the stroke of the giant magnetostrictive element A4 can be remarkably improved. Each end face which is in movable contact with the giant magnetostrictive element A4 so as not to transmit a bending moment is a spherical end face A6a (B2a),
By forming the A5a (A7a), the bending moment due to the axial displacement transmitted from other members is also rotated by the spherical portion, and as a result, the giant magnetostrictive element is always rotated in the axial direction. No external force other than the compressive load is applied, and the fragile giant magnetostrictive element can be protected against an external force other than the compressive load (for example, tensile stress generated by a bending moment or the like), and the strain rate is maximized. Able to apply compressive load.
【００２５】等の効果が得られるものである。The following effects can be obtained.
【００２６】[0026]
【効果】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁は、
超磁歪素子の一方側を、この超磁歪素子と熱膨張が同じ
でかつ非磁性の支持部材によって支持することによっ
て、超磁歪素子に磁界をかける際にこの超磁歪素子及び
支持部材にそれぞれ生ずる熱膨張が相互にキャンセルさ
れ、熱膨張による悪影響を防止できる。[Effect] The direct drive servo valve according to the present invention is
By supporting one side of the giant magnetostrictive element with a nonmagnetic support member having the same thermal expansion as that of the giant magnetostrictive element, the heat generated in the giant magnetostrictive element and the support member when a magnetic field is applied to the giant magnetostrictive element, respectively. The expansions are canceled each other, and the adverse effects due to thermal expansion can be prevented.
【００２７】更に支持部材に非磁性の素材を用いて形成
することによって磁束が支持部材を通らずに、超磁歪素
子に集中する結果、超磁歪素子に対する安定した磁界が
得られることになる。又、超磁歪素子の伸縮方向前後端
にマグネットを配設することによって、この前後端のマ
グネットが常時発生する磁界の作用によって超磁歪素子
の中立点の位置決めが予めセットしておけるので、ナル
電流も不要で省エネルギーにも繋がり、更には入力電流
レベルを低下させることができ，コイルＡ３の発熱も小
さくなって悪影響の原因となる熱膨張も減り、効率の良
い駆動操作が行なえる。Further, by forming the support member using a non-magnetic material, the magnetic flux concentrates on the giant magnetostrictive element without passing through the support member. As a result, a stable magnetic field for the giant magnetostrictive element can be obtained. Also, by arranging magnets at the front and rear ends of the giant magnetostrictive element in the direction of expansion and contraction, the neutral point of the giant magnetostrictive element can be set in advance by the action of the magnetic field generated by the magnets at the front and rear ends. This also leads to energy saving, furthermore, the input current level can be reduced, the heat generation of the coil A3 is reduced, and the thermal expansion which causes an adverse effect is reduced, so that an efficient driving operation can be performed.
【００２８】又、スプールと超磁歪素子間にストローク
増幅機構を配設することによって、超磁歪素子の歪みス
トロークの増幅を達成できる。又、超磁歪素子が他の部
材と可動接触する端面を球面に形成することによって、
この他の部材から伝達される軸ズレ等による曲げモーメ
ントもこの球面の部分でもって相互に回動するので、超
磁歪素子に対しては常に軸方向の圧縮荷重以外の外力が
負荷されることはなく、圧縮荷重以外の外力（例えば曲
げモーメント等により生ずる引張応力等）に対して脆い
超磁歪素子を保護することができると共に歪率が最大と
なる圧縮荷重の負荷が可能となる等、種々の効果を奏す
るものである。Further, by disposing a stroke amplifying mechanism between the spool and the giant magnetostrictive element, the distortion stroke of the giant magnetostrictive element can be amplified. Also, by forming the end surface of the giant magnetostrictive element that is in movable contact with other members into a spherical surface,
Since the bending moment due to axial misalignment and the like transmitted from the other members also rotates relative to each other at this spherical portion, external forces other than the axial compressive load are always applied to the giant magnetostrictive element. In addition, it is possible to protect a fragile giant magnetostrictive element against an external force other than a compressive load (for example, tensile stress generated by a bending moment or the like) and to apply a compressive load that maximizes the strain rate. It is effective.
【図１】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁の第
１実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a direct drive servo valve according to the present invention.
【図２】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁の超
磁歪素子における熱膨張対策原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of measures against thermal expansion in the giant magnetostrictive element of the direct drive servo valve according to the present invention.
【図３】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁にお
ける超磁歪素子と他の部材との接触部位の要部説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory view of a main part of a contact portion between a giant magnetostrictive element and another member in the direct drive servo valve according to the present invention.
【図４】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁にお
ける超磁歪素子の歪特性図である。FIG. 4 is a distortion characteristic diagram of a giant magnetostrictive element in the direct drive servo valve according to the present invention.
【図５】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁のス
トローク特性図である。FIG. 5 is a stroke characteristic diagram of the direct drive servo valve according to the present invention.
【図６】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁のフ
ロー特性図である。FIG. 6 is a flow characteristic diagram of the direct drive servo valve according to the present invention.
【図７】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁のス
テップレスポンス特性図である。FIG. 7 is a step response characteristic diagram of the direct drive servo valve according to the present invention.
【図８】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁の周
波数レスポンス特性図である。FIG. 8 is a frequency response characteristic diagram of the direct drive servo valve according to the present invention.
【図９】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁の第
２実施例の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a second embodiment of the direct drive servo valve according to the present invention.
【図１０】本発明に係るダイレクトドライブサーボ弁の
第３実施例の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a third embodiment of the direct drive servo valve according to the present invention.
Ｘ ダイレクトドライブサーボ弁 Ａ 駆動部 Ｂ ボディ・スプール部 Ｃ 位置検出部 Ｄ アンプ部 Ａ２ コイルボビン Ａ３ コイル Ａ４ 超磁歪素子 Ａ６ａ、Ｂ２ａ、Ａ５ａ、Ａ７ａ 球状端面 Ａ８ マグネット Ｂ２ スプール Ｂ３ サラバネ Ｂ４ ストローク増幅機構 Ｂ５ 油圧機構 Ｃ 位置検出部 Ｃ１ ＬＶＤＴ Ｄ アンプ部 Ｄ１ （ＰＩコントロールを行う）増幅器 X Direct drive servo valve A Drive unit B Body spool unit C Position detection unit D Amplifier unit A2 Coil bobbin A3 Coil A4 Giant magnetostrictive element A6a, B2a, A5a, A7a Spherical end surface A8 Magnet B2 Spool B3 Sara spring B4 Stroke amplification mechanism B5 Hydraulic mechanism C Position detector C1 LVDT D Amplifier D1 (Performs PI control) Amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 孝 神奈川県大和市つきみ野７−８−11 (56)参考文献 特開 平５−122962（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F15B 13/044 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takashi Nakamura 7-8-11 Tsukimino, Yamato City, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-5-122962 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. . 7, DB name) F15B 13/044
Claims (6)
駆動する超磁歪素子を配設した駆動部を有するダイレク
トドライブサーボ弁であって、この超磁歪素子の一方側
に前記超磁歪素子と熱膨張係数が同じでかつ非磁性の支
持部材を配設し、温度変化により前記超磁歪素子に生ず
る熱膨張をキャンセル可能に構成し、更に前記超磁歪素
子が他の部材と可動接触する端面を球面に形成し、当該
超磁歪素子には軸方向の圧縮荷重以外の外力が負荷され
ないように構成したことを特徴とするダイレクトドライ
ブサーボ弁。1. A direct drive servo valve having at least a spool and a drive unit provided with a giant magnetostrictive element that is driven to expand and contract by a magnetic field, wherein one side of the giant magnetostrictive element has a coefficient of thermal expansion that is larger than that of the giant magnetostrictive element. The same and non-magnetic support member is provided, the thermal expansion generated in the giant magnetostrictive element due to a temperature change can be canceled, and the giant magnetostrictive element is formed into a spherical end surface in movable contact with another member. A direct-drive servo valve, wherein an external force other than an axial compressive load is not applied to the giant magnetostrictive element.
ローク増幅機構を配設したことを特徴とする請求項１記
載のダイレクトドライブサーボ弁。2. A spool between the spool and the giant magnetostrictive element.
2. The system according to claim 1, further comprising a roak amplification mechanism.
Direct drive servo valve of the placement.
駆動する超磁歪素子を配設した駆動部を有するダイレク
トドライブサーボ弁であって、 前記超磁歪素子の伸縮方向前後端にマグネットを配設
し、このマグネットの磁界により予め前記超磁歪素子の
中立点を位置決め可能に構成したことを特徴とする ダイ
レクトドライブサーボ弁。(3)At least the spool and the magnetic field
Direct having a drive unit provided with a driving giant magnetostrictive element
Drive servo valve, Magnets are arranged at the front and rear ends of the giant magnetostrictive element in the expansion and contraction direction.
Then, the giant magnetostrictive element is
The neutral point can be positioned. Die
Rect drive servo valve.
る端面を球面に形成し、当該超磁歪素子には軸方向の圧
縮荷重以外の外力が負荷されないように構成したことを
特徴とする請求項３記載のダイレクトドライブサーボ
弁。4. The giant magnetostrictive element is characterized in that an end face in movable contact with another member is formed in a spherical surface, and the giant magnetostrictive element is configured so that no external force other than an axial compressive load is applied to the giant magnetostrictive element. The direct drive servo valve according to claim 3 .
ローク増幅機構を配設したことを特徴とする請求項３記4. A roaming amplification mechanism is provided.
載のダイレクトドライブサーボ弁。Direct drive servo valve.
る端面を球面に形成し、当該超磁歪素子には軸方向の圧End face is formed as a spherical surface, and the giant magnetostrictive element
縮荷重以外の外力が負荷されないように構成したことをThat no external force other than compression load is applied.
特徴とする請求項５記載のダイレクトドライブサーボThe direct drive servo according to claim 5, wherein
弁。valve.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP08696992A JP3267662B2 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Direct drive servo valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08696992A JP3267662B2 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Direct drive servo valve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288206A JPH05288206A (en) | 1993-11-02 |
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| JP08696992A Expired - Fee Related JP3267662B2 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Direct drive servo valve |
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|---|---|---|---|---|
| JP7203547B2 (en) * | 2018-09-26 | 2023-01-13 | 住友重機械工業株式会社 | Injection molding machine |
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- 1992-04-08 JP JP08696992A patent/JP3267662B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05288206A (en) | 1993-11-02 |
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