27]参照图1?图10，一种二维力反馈式电液伺服阀，包括斜翼式力矩马达和液压放大部分。斜翼式力矩马达由上轭铁16、下轭铁22、衔铁19、第一永磁体29、第二永磁体30、第一弹簧杆17、第二弹簧杆31、第一线圈18、第二线圈21和固定螺钉等组成。上轭铁16、下轭铁22及衔铁19均为导磁体；第一永磁体29、第二永磁体30分别对称放置于上轭铁和下轭铁外侧，用来提供极化磁势；第一线圈18、第二线圈21分别对称缠绕于上轭铁和下轭铁内侧，用来提供控制磁势；第一弹簧杆17、第二弹簧杆31作为弹性元件穿进衔铁19上下脊面的两个小孔并与其固连，其球头端则分别可活动地插入上轭铁16和下轭铁22的球窝中，衔铁19直接和阀芯27固连并由此被保持在马达的中位。整个力矩马达装配完毕后，再通过螺钉固连到阀体的一端。
[0028]如图3、图4和图5所示。与用作喷嘴挡板阀和射流管阀电-机械转换器的普通力矩马达不同的是，对于斜翼式力矩马达而言，衔铁19由水平设置的中心轴和两侧翼面构成，两侧翼面、上轭铁16和下轭铁22的极靴表面与水平面之间有倾斜角，以垂直于水平面、竖直向上的轴为Z轴，左右翼面呈以Z轴为中心轴的180°阵列特征，其中左翼面围绕Z轴旋转180°后，刚好和右翼面重合；上轭铁16和下轭铁22的左右极靴表面也是呈以Z轴为中心轴的180°阵列特征；左翼面插入到上轭铁16和下轭铁22的左极靴表面之间，三者相互平行并形成左上工作气隙和左下工作气隙；右翼面插入到上轭铁16和下轭铁22的右极靴表面之间，三者相互平行并形成右上工作气隙和右下工作气隙；四个工作气隙的高度相同；四个工作气隙高度的变化不仅受到衔铁19转动的影响，同时也受到阀芯27轴向位移的影响，以此实现阀芯位移对力矩马达的力反馈。不通电时马达无力矩输出，衔铁位于中位；当线圈18、21通电时，永磁体29、30的极化磁势和线圈的控制磁势在四个工作气隙下相互差动叠加，从而产生电磁力矩带动衔铁19旋转，直到电磁力矩与弹簧杆17、31反力矩相互平衡，衔铁19停止转动，此时衔铁19的输出力矩与控制电流成正比，调节电流大小便可控制衔铁19的旋转角度。当衔铁19有轴向位移时，衔铁19和上下轭铁16、22的极靴之间的气隙高度又发生变化，使得作用在衔铁19上的合力矩失去平衡，从而带动衔铁19和阀芯27在移动过程中同时作反向转动，直到衔铁19和上下轭铁16、22的极靴之间的气隙高度恢复到原值。在上述过程中，阀芯27的轴向位移是通过衔铁19的气隙变化来使得衔铁19输出的电磁力矩发生变化，从而实现位移-力反馈的。
[0029]如图1、图2、图7、图8和图9所示，液压放大部分包括阀芯27、阀套11、阀体6、后盖板1、右塞环25、同心环13、堵头3、0型密封圈4、5、7、8、9、10、12、15、26以及若干螺钉等。阀芯27与阀套11、后盖板1配合构成左敏感腔h，靠近左敏感腔h的阀芯27左端台肩表面上开设有两对轴对称的高低压槽a和b，阀杆上还开有过流孔c和d，高压槽a、过流孔c和过流孔d通过开设于阀芯内部的过流通道相连接，低压槽b则直接和回油口连接；阀芯27装于阀套11中，阀套11和阀体6之间通过0型密封圈5、7、8、9、10密封；阀芯27上装有同心环13和右塞环25以保证阀芯27、阀套11和阀体6之间的定位；阀套11的内表面上开设有一对轴对称的直槽感受通道f，感受通道的一端和敏感腔h相通，另一端与高低压槽a和b构成阻力半桥，阻力半桥通过感受通道f控制敏感腔h内的压力。
[0030]本实施例以阀芯直径为12.5mm的120L/min流量的二维力反馈式电液伺服阀为例，结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0031]二维力反馈式电液伺服阀的工作原理如下:如图9所示，当液压栗打开，斜翼式力矩马达未通电时，衔铁19在第一弹簧杆17和第二弹簧杆31支撑下处于中位，其两侧翼面的上下工作气隙高度相等(均为g)，二维力反馈式电液伺服阀的右腔k通过过流孔d，经小孔c和阀芯27杆内通道与进油P 口(系统压力)相通，右腔k的承压面积为左敏感腔h面积的一半；左敏感腔h的压力由开设在阀芯27左端台肩上的一对高低压槽a和b与开设于阀套11内表面的一对直槽感受通道f相交的两个微小矩形窗串联的液压阻力半桥控制。在静态时若不考虑摩擦力及液动力的影响，左敏感腔h的压力为P 口压力(系统压力)的一半，阀芯27轴向保持静压平衡，与直槽感受通道f相交的高低压槽两侧的遮盖面积相等。
[0032]如图10 (a)、10 (b)和10 (c)所示，当斜翼式力矩马达通电时，衔铁19驱动阀芯27作顺时针的转动(从左向右看)，直到输出力矩和第一弹簧杆17和第二弹簧杆31的阻力矩相等的平衡位置，如图10(a)所示；此时衔铁19上下工作气隙高度发生变化(gdPg2，gl>g，g2〈g)，阀芯低压槽b与直槽感受通道f构成的节流口面积增大，高压槽a与感受通道f构成的节流口面积减小，敏感腔h内的压力降低，阀芯27轴向失去平衡向左移动；由于马达的斜翼结构，阀芯27轴向移动导致衔铁19的上下工作气隙高度再度发生变化(&和g4，g3〈gl，g4>g2)，如图10(b)所示，此时作用在衔铁19上的合力矩失去平衡，衔铁19和阀芯27在轴向移动的同时作反向的转动，直到感受通道f与高低压槽之间的两个节流口面积回复到相等，此时衔铁19停止转动，阀芯27停止轴向移动并处于一个新的平衡位置，其敏感腔h压力又恢复为系统压力的一半，如图10(c)所示。在上述过程中，阀芯27的轴向位移通过衔铁19的气隙变化使衔铁19输出的电磁力矩发生变化来实现位移-力反馈，因此该阀实质上为两级的力反馈式电液伺服阀。
[0033]上述【具体实施方式】用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.基于阀芯双自由度的二维力反馈式电液伺服阀，其特征在于:包括斜翼式力矩马达和液压放大机构； 斜翼式力矩马达由上轭铁(16)、下轭铁(22)、衔铁(19)、第一永磁体(29)、第二永磁体(30)、第一弹簧杆(17)、第二弹簧杆(31)、第一线圈(18)、第二线圈(21)组成；上轭铁(16)、下轭铁(22)及衔铁(19)均为导磁体；第一永磁体(29)、第二永磁体(30)分别对称放置于上轭铁和下轭铁外侧，用来提供极化磁势；第一线圈(18)、第二线圈(21)分别对称缠绕于上轭铁和下轭铁内侧，用来提供控制磁势；第一弹簧杆(17)、第二弹簧杆(31)作为弹性元件分别穿进衔铁(19)上下脊面的两个小孔并与其固连，其球头端则分别可活动地插入上轭铁(16)和下轭铁(22)的球窝中，衔铁(19)直接和阀芯(27)固连并由此被保持在马达的中位； 衔铁(19)由水平设置的中心轴和两侧翼面构成，两侧翼面、上轭铁(16)和下轭铁(22)的极靴表面与水平面之间有倾斜角，以垂直于水平面、竖直向上的轴为Z轴，左右翼面呈以Z轴为中心轴的180°阵列特征，其中左翼面围绕Z轴旋转180°后，刚好和右翼面重合；上轭铁(16)和下轭铁(22)的左右极靴表面也是呈以Z轴为中心轴的180°阵列特征；左翼面插入到上轭铁(16)和下轭铁(22)的左极靴表面之间，三者相互平行并形成左上工作气隙和左下工作气隙；右翼面插入到上轭铁(16)和下轭铁(22)的右极靴表面之间，三者相互平行并形成右上工作气隙和右下工作气隙；四个工作气隙的高度相同； 液压放大部分包括阀芯(27)、阀套(11)、阀体(6)、后盖板(1)、右塞环(25)、同心环(13)、堵头(3);阀芯(27)与阀套(11)、后盖板⑴配合构成左敏感腔h，靠近左敏感腔h的阀芯(27)左端台肩表面上开设有两对轴对称的高低压槽a和b，阀杆上还开有过流孔c和d，高压槽a、过流孔c和过流孔d通过开设于阀芯内部的过流通道相连接，低压槽b则直接和回油口连接；阀芯(27)装于阀套(11)中，阀套(11)和阀体(6)之间通过0型密封圈密封；阀芯(27)上装有同心环(13)和右塞环(25)以保证阀芯(27)、阀套(11)和阀体(6)之间的定位；阀套(11)的内表面上开设有一对轴对称的直槽感受通道f，感受通道的一端和敏感腔h相通，另一端与高低压槽a和b构成阻力半桥，阻力半桥通过感受通道f控制敏感腔h内的压力； 所述的斜翼式力矩马达连接到阀体(6)的一端，所述的衔铁(19)的中心轴与阀芯(27)的中心轴位于同一直线上。
【专利摘要】基于阀芯双自由度的二维力反馈式电液伺服阀，包括斜翼式力矩马达和液压放大机构；斜翼式力矩马达的衔铁由水平设置的中心轴和两侧翼面构成，两侧翼面、上轭铁和下轭铁的左右极靴表面呈以垂直轴为中心轴的180°阵列特征，两侧翼面平行地插入到上轭铁和下轭铁的极靴表面之间，形成四个高度相同的工作气隙；斜翼式力矩马达连接到阀体的一端，所述的衔铁的中心轴与阀芯的中心轴位于同一直线上。
【IPC分类】F15B13/02
【公开号】CN205036663
【申请号】CN201520748801
【发明人】孟彬, 申屠胜男, 陈烜, 阮健
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月25日