專利名稱：有限角度旋轉(zhuǎn)式電液伺服閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓伺服控制技術(shù)，涉及直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式伺服閥的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
目前，電液伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的越來越寬，對電液伺服閥提出了某些特殊的技術(shù)要求高頻響，高可靠性，抗油液污染、結(jié)構(gòu)簡單、使用和維護(hù)方便以及成本低廉等，而傳統(tǒng)的電液伺服閥已經(jīng)難以達(dá)到這些要求，因此研制開發(fā)新型的電液伺服閥成為流體傳動(dòng)控制領(lǐng)域發(fā)展的一大難題。隨著基于新型功能材料的驅(qū)動(dòng)器的研制開發(fā)，機(jī)械制造、設(shè)計(jì)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，許多由基于新型功能材料的驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)的電液伺服閥和由微特馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的電液伺服閥便應(yīng)運(yùn)而生。它們的研制大大豐富了伺服閥的應(yīng)用范圍，滿足了某些特殊領(lǐng)域的技術(shù)要求。圖3是一種直接驅(qū)動(dòng)電液伺服閥的原理圖，具體請參見文獻(xiàn)(1)張光瓊，單級轉(zhuǎn)軸式旋轉(zhuǎn)電液伺服閥，機(jī)床與液壓，1991(2)34-38。(2)劉長青，太軍君，新型二級電液數(shù)字伺服閥，水力發(fā)電，2003(2)49-51。上述文獻(xiàn)(1)中對幾種電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了對比，認(rèn)為微型直流伺服電機(jī)其轉(zhuǎn)速通常在10000r/min以上，沖量矩/體積小，頻響低，使用時(shí)必須配以高速比的減速器，產(chǎn)生死區(qū)；步進(jìn)電機(jī)的步距角不可能太??；直流力矩電機(jī)剛度低，抗干擾能力差而且力矩波動(dòng)大。因此，文獻(xiàn)(1)設(shè)計(jì)了極化式雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵作為電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器。文獻(xiàn)(2)中也提出一種步進(jìn)電機(jī)+轉(zhuǎn)閥的數(shù)字伺服閥結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。其缺點(diǎn)是由于步進(jìn)電機(jī)每一步只能轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度，且步距角不可能太小，使轉(zhuǎn)閥閥口開度不連續(xù)，影響控制效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、流量連續(xù)、抗污染能力強(qiáng)、可靠性高、控制靈活、制造和裝配方便的直接驅(qū)動(dòng)電液伺服閥。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種有限角度旋轉(zhuǎn)式電液伺服閥，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、密封圈2、閥芯3、端蓋4、密封圈5、閥套6和閥體7組成，閥體7的上端面有一個(gè)圓柱形非貫通內(nèi)腔，在該內(nèi)腔中有一個(gè)管狀閥套6，與該內(nèi)腔緊配合，閥套6的高度與該內(nèi)腔的深度相同，在閥套6上有四個(gè)沿圓周均布的、開口形狀相同的異形閥口，其中兩個(gè)對稱于圓心的閥口是P口，另外兩個(gè)對稱于圓心的閥口是T口，在閥套6上每相鄰的P口和T口之間有一個(gè)圓形通孔，共有四個(gè)圓形通孔，其中兩個(gè)對稱于圓心的通孔是A孔，另外兩個(gè)對稱于圓心的通孔是B孔，A孔的軸線垂直于B孔軸線，P口中心線垂直于T口中心線，A孔的軸線與P口的中心線成45度角，在閥體7的下端面上有P口接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)P口連通，在閥體7的下端面上有T口接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)T口連通，在閥體7的下端面上有A孔接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)A孔連通，在閥體7的下端面上有B孔接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)B孔連通；端蓋4通過螺釘與閥體7的上端面牢固連接，在端蓋4和閥體7的上端面之間有密封圈5，在端蓋4與管狀閥套6對應(yīng)的位置有一個(gè)軸孔，該軸孔與管狀閥套6同軸；在管狀閥套6的內(nèi)腔中有一個(gè)閥芯3，它由上段直徑小的閥芯軸和下段直徑大的閥芯體組成，閥芯軸插入閥蓋4的軸孔內(nèi)，在閥芯軸與軸孔之間有密封圈2，閥芯體的上段和下段是完整的圓周面，其中段有沿圓周均勻分布的四個(gè)凹槽，將中段圓周分割成四段隔開的閥瓣，每個(gè)閥瓣的寬度相同，并與閥套6P口和T口的開口寬度相適應(yīng)，閥芯體的圓周面與閥套6的內(nèi)圓柱面滑動(dòng)配合；驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的殼體通過螺釘與閥蓋4連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)軸與閥芯3的閥芯軸連接，其特征在于，(1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1采用內(nèi)置有角位移傳感器的有限角度無刷直流伺服電機(jī)；(2)閥套6上的P口和T口都是如下形狀是一個(gè)橫置的鼓形，兩側(cè)的垂直邊為直線，上邊和下邊為對稱的向外凸起的圓滑曲線，設(shè)h(θ)為P口和T口的垂直高度，則它可用下式表達(dá)h(θ)=h0cosθ2,]]>式中，θ是閥芯3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，h0是θ為零時(shí)異形油口的初始高度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明由內(nèi)置有角位移傳感器的有限角度無刷直流伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥芯的結(jié)構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)閥芯在整個(gè)工作范圍內(nèi)閥口開度都連續(xù)。而且閥口采用異形口，使其開口面積與旋轉(zhuǎn)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)角度在工作范圍內(nèi)嚴(yán)格成正比，不存在θ≈sinθ的近似誤差，控制比較簡單。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、流量連續(xù)、抗污染能力強(qiáng)、可靠性高、控制靈活、制造和裝配方便，線性度好，增益恒定。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中閥體部分是中心垂直剖視圖。
圖2是圖1的左側(cè)視圖，圖中閥體部分是中心垂直剖視圖。
圖3是閥芯和閥套的水平剖視圖。
圖4是一種現(xiàn)有的直接驅(qū)動(dòng)伺服閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1、2、3，本發(fā)明有限角度旋轉(zhuǎn)式電液伺服閥，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、密封圈2、閥芯3、端蓋4、密封圈5、閥套6和閥體7組成。閥體7的上端面有一個(gè)圓柱形非貫通內(nèi)腔，在該內(nèi)腔中有一個(gè)管狀閥套6，與該內(nèi)腔緊配合，閥套6的高度與該內(nèi)腔的深度相同。在閥套6上有四個(gè)沿圓周均布的、開口形狀相同的異形閥口，其中兩個(gè)對稱于圓心的閥口是P口，另外兩個(gè)對稱于圓心的閥口是T口。其中P口是壓力油口，T口是回油口。在閥套6上每相鄰的P口和T口之間有一個(gè)圓形通孔，共有四個(gè)圓形通孔，其中兩個(gè)對稱于圓心的通孔是A孔，另外兩個(gè)對稱于圓心的通孔是B孔。A孔和B孔起通油作用。A孔的軸線垂直于B孔軸線，P口中心線垂直于T口中心線，A孔的軸線與P口的中心線成45度角。在閥體7的下端面上有P口接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)P口連通；在閥體7的下端面上有T口接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)T口連通；在閥體7的下端面上有A孔接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)A孔連通；在閥體7的下端面上有B孔接口，該接口通過閥體7內(nèi)部的通路分別與閥套6的兩個(gè)B孔連通。端蓋4通過螺釘與閥體7的上端面牢固連接，在端蓋4和閥體7的上端面之間有密封圈5，將結(jié)合面的間隙密封。在端蓋4與管狀閥套6對應(yīng)的位置有一個(gè)軸孔，該軸孔與管狀閥套6同軸。在管狀閥套6的內(nèi)腔中有一個(gè)閥芯3，它由上段直徑小的閥芯軸和下段直徑大的閥芯體組成，閥芯軸插入閥蓋4的軸孔內(nèi)，在閥芯軸與軸孔之間有密封圈2。閥芯體的上段和下段是完整的圓周面，其中段有沿圓周均勻分布的四個(gè)凹槽，將中段圓周分割成四段隔開的閥瓣，每個(gè)閥瓣的寬度相同，并與閥套6P口和T口的開口寬度相適應(yīng)，當(dāng)閥瓣的中心線與異形閥口的中心線重合時(shí)，四個(gè)閥瓣恰好將四個(gè)異形閥口完全封閉。閥芯體的圓周面與閥套6的內(nèi)圓柱面滑動(dòng)配合，其配合可采用H6/g5。驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的殼體通過螺釘與閥蓋4連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)軸與閥芯3的閥芯軸連接。圖1、2中，在閥芯3的閥芯軸上有孔，電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)軸插入該孔中并鎖緊。本發(fā)明的改進(jìn)在于，第一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)1采用內(nèi)置有角位移傳感器的有限角度無刷直流伺服電機(jī)。該電機(jī)內(nèi)置的角位移傳感器可實(shí)時(shí)檢測角度誤差信號，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到期望的角度。另外，輸出軸轉(zhuǎn)角的有限角度限制了轉(zhuǎn)軸的任意轉(zhuǎn)動(dòng)，可以防止轉(zhuǎn)動(dòng)超差使旋轉(zhuǎn)式伺服閥失控。
第二、閥套6上的P口和T口都是如下形狀是一個(gè)橫置的鼓形，兩側(cè)的垂直邊為直線，上邊和下邊為對稱的向外凸起的圓滑曲線，設(shè)h(θ)為P口和T口的垂直高度，則它可用下式表達(dá)h(θ)=h0cosθ2,]]>式中，θ是閥芯3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，h0是θ為零時(shí)異形油口的初始高度。閥口高度h(θ)是從閥口上邊緣到對應(yīng)的下邊緣的垂直距離。在閥口中心h(θ)值最大，越靠近兩側(cè)h(θ)值越小。定義當(dāng)閥芯3上的閥瓣中心線與P口和T口的中心線重合時(shí)θ為零，此時(shí)h0即為P口和T口的垂直側(cè)邊的長度。
為了良好對中并減小摩擦，在所說的閥芯體的上段和下段各開有1～3道寬×深為0.5×0.5mm的環(huán)形槽。
本發(fā)明的工作原理是輸入指令經(jīng)DSP放大器后輸出電壓信號u，然后經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換放大為電流信號I送給有限角度無刷直流伺服電機(jī)1，伺服電機(jī)1隨即產(chǎn)生θ的角位移；由于電機(jī)軸與閥芯3為同軸剛性聯(lián)接，電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)閥芯3轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)閥芯半徑為r，如果閥芯3轉(zhuǎn)動(dòng)角度為-14.5°＜θ＜+14.5°，閥套6的四個(gè)異形閥口與旋轉(zhuǎn)閥芯3為零遮蓋，則閥口開度為x=2r·sinθ2.]]>當(dāng)伺服電機(jī)1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)θ的角位移時(shí)，旋轉(zhuǎn)閥芯3也轉(zhuǎn)動(dòng)θ的角位移，使P口和B孔、T口和A孔以一定的閥口開度相連通。當(dāng)伺服電機(jī)1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)θ的角位移時(shí)，使P口和A孔、T口和B孔也以一定的閥口開度相連通。由于P口和T口采用異形閥口，使閥口開口面積與轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ成正比。從而，輸入指令信號幅值大小與閥口開口面積嚴(yán)格成正比，輸入指令信號的極性決定閥口的開口方向。通過調(diào)節(jié)輸入指令信號，就能控制系統(tǒng)的流量和方向。另外，伺服電機(jī)1輸出軸上內(nèi)置有角位移傳感器，通過反饋回路可精確定位旋轉(zhuǎn)角度θ值，以保證伺服閥穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種有限角度旋轉(zhuǎn)式電液伺服閥，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)[1]、密封圈[2]、旋轉(zhuǎn)閥芯[3]、端蓋[4]、密封圈[5]、閥套[6]和閥體[7]組成，閥體[7]的上端面有一個(gè)圓柱形非貫通內(nèi)腔，在該內(nèi)腔中有一個(gè)管狀閥套[6]，與該內(nèi)腔緊配合，閥套[6]的高度與該內(nèi)腔的深度相同，在閥套[6]上有四個(gè)沿圓周均布的、開口形狀相同的異形閥口，其中兩個(gè)對稱于圓心的閥口是P口，另外兩個(gè)對稱于圓心的閥口是T口，在閥套[6]上每相鄰的P口和T口之間有一個(gè)圓形通孔，共有四個(gè)圓形通孔，其中兩個(gè)對稱于圓心的通孔是A孔，另外兩個(gè)對稱于圓心的通孔是B孔，A孔的軸線垂直于B孔軸線，P口中心線垂直于T口中心線，A孔的軸線與P口的中心線成45度角，在閥體[7]的下端面上有P口接口，該接口通過閥體[7]內(nèi)部的通路分別與閥套[6]的兩個(gè)P口連通，在閥體[7]的下端面上有T口接口，該接口通過閥體[7]內(nèi)部的通路分別與閥套[6]的兩個(gè)T口連通，在閥體[7]的下端面上有A孔接口，該接口通過閥體[7]內(nèi)部的通路分別與閥套[6]的兩個(gè)A孔連通，在閥體[7]的下端面上有B孔接口，該接口通過閥體[7]內(nèi)部的通路分別與閥套[6]的兩個(gè)B孔連通；端蓋[4]通過螺釘與閥體[7]的上端面牢固連接，在端蓋[4]和閥體[7]的上端面之間有密封圈[5]，在端蓋[4]與管狀閥套[6]對應(yīng)的位置有一個(gè)軸孔，該軸孔與管狀閥套[6]同軸；在管狀閥套[6]的內(nèi)腔中有一個(gè)閥芯[3]，它由上段直徑小的閥芯軸和下段直徑大的閥芯體組成，閥芯軸插入閥蓋[4]的軸孔內(nèi)，在閥芯軸與軸孔之間有密封圈[2]，閥芯體的上段和下段是完整的圓周面，其中段有沿圓周均勻分布的四個(gè)凹槽，將中段圓周分割成四段隔開的閥瓣，每個(gè)閥瓣的寬度相同，并與閥套[6]P口和T口的開口寬度相適應(yīng)，閥芯體的圓周面與閥套[6]的內(nèi)圓柱面滑動(dòng)配合；驅(qū)動(dòng)電機(jī)[1]的殼體通過螺釘與閥蓋[4]連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)[1]的驅(qū)動(dòng)軸與閥芯[3]的閥芯軸連接，其特征在于，(1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)[1]采用內(nèi)置有角位移傳感器的有限角度無刷直流伺服電機(jī)；(2)閥套[6]上的P口和T口都是如下形狀是一個(gè)橫置的鼓形，兩側(cè)的垂直邊為直線，上邊和下邊為對稱的向外凸起的圓滑曲線，設(shè)h(θ)為P口和T口的垂直高度，則它可用下式表達(dá)h(θ)=h0cosθ2,]]>式中，θ是閥芯[3]的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，h0是θ為零時(shí)異形油口的初始高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服閥，其特征在于，在所說的閥芯體的上段和下段各有1～3道環(huán)形槽。
全文摘要
本發(fā)明屬于液壓伺服控制技術(shù)，涉及直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式伺服閥的改進(jìn)。它由驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、密封圈2、旋轉(zhuǎn)閥芯3、端蓋4、密封圈5、閥套6和閥體7組成，其特征在于，驅(qū)動(dòng)電機(jī)1采用內(nèi)置有角位移傳感器的有限角度無刷直流伺服電機(jī)；閥套6上的P口和T口都是一個(gè)橫置的鼓形。本發(fā)明閥芯在整個(gè)工作范圍內(nèi)閥口開度都連續(xù)，而且開口面積與旋轉(zhuǎn)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)角度在工作范圍內(nèi)嚴(yán)格成正比，線性度好，增益恒定。
文檔編號F15B13/00GK1661243SQ200410004538
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者焦宗夏, 李樹立, 郭宏 申請人:北京航空航天大學(xué)