数字式音圈电机控制伺服阀的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了数字式音圈电机控制伺服阀，包括音圈电机、四通伺服阀、霍尔位置传感器和数字式伺服控制器，数字式伺服控制器安装在音圈电机和霍尔位置传感器上，并通过电缆分别与音圈电机和霍尔位置传感器连接，音圈电机直接驱动四通伺服阀，音圈电机包括导磁耐压外壳、动圈组件和内磁铁，霍尔位置传感器包括位置反馈杆、感应线圈、传感器耐压管和外壳支撑架，四通伺服阀包括阀体、阀芯、阀套和端盖板，阀芯与动圈组件和位置反馈杆刚性连接，阀体与音圈电机的导磁耐压外壳固定。本实用新型的数字式音圈电机控制伺服阀，功能可以同时满足比例阀和伺服阀性能特征，其结构抗油液污染能力强，既可以在液压回路中闭环控制也可以开环控制。
【专利说明】
数字式音圈电机控制伺服阀
技术领域
[0001]本实用新型涉及伺服阀，具体是一种数字式音圈电机控制伺服阀。
【背景技术】
[0002]比例控制阀和伺服阀通称为电调制液压控制阀。在电调制液压控制阀中，比例控制阀应用于液压回路，主要起开环控制下连续调节作用，也可以实现闭环控制应用，但是，其在闭环控制调节时动态响应不够高;而伺服阀虽然动态响应高，但其只能应用于闭环控制回路而不能用于开环控制回路中，另外，伺服阀本身结构抗油液污染能力较差，在一般工业液压领域使用有一定局限性。
【实用新型内容】
[0003]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种数字式音圈电机控制伺服阀，功能可以同时满足比例阀和伺服阀性能特征，动态响应达到伺服阀水平并且可以在开环控制回路应用，其结构抗油液污染能力强，而且既可以在液压回路中闭环控制也可以开环控制。
[0004]本实用新型采取以下技术方案:数字式音圈电机控制伺服阀，包括音圈电机、四通伺服阀、霍尔位置传感器和数字式伺服控制器，所述数字式伺服控制器安装在音圈电机和霍尔位置传感器上，所述音圈电机直接驱动四通伺服阀；所述音圈电机包括导磁耐压外壳以及位于导磁耐压外壳内的动圈组件和内磁铁，所述霍尔位置传感器包括感应线圈、位置反馈杆、传感器耐压管和外壳支撑架，所述外壳支撑架内设有感应线圈，所述感应线圈一端固定有传感器耐压管，所述传感器耐压管的一端固定于导磁耐压外壳上，所述位置反馈杆与动圈组件螺纹连接;所述四通伺服阀包括阀体、位于阀体内的零遮盖四控制边功能的阀芯和阀套以及设置在阀体侧部的端盖板，所述阀芯的一端设有弹簧座和复位弹簧，阀芯的另一端与动圈组件和位置反馈杆刚性连接，阀芯运动由音圈电机调节，所述阀体与音圈电机的导磁耐压外壳固定，所述阀体下部设有回油口 T、压力油口P、进出油口 A和进出油口B，并通过阀体内部油道与阀芯的工作腔连通。阀体中的油道分别与阀套的4个节流窗口相通，在工作中，由阀芯的前后精准运动，实现油路P-A，B-T，反相P-B，A-T的连续、精准、高频控制。
[0005]所述数字式伺服控制器包括伺服控制器和保护外壳，所述保护外壳的一侧设有通讯口，另一侧设有七芯插头，所述保护外壳安装在导磁耐压外壳和外壳支撑架上，所述数字式伺服控制器通过电缆分别与音圈电机和霍尔位置传感器连接。
[0006]所述阀体侧部的端盖板上还设有排气螺钉。可以方便腔内排气，避免回路残留气体聚集在阀腔死区对阀工作产生干扰作用。
[0007 ]所述阀体与音圈电机的导磁耐压外壳之间设有隔磁板。
[0008]所述导磁耐压外壳上设有耐油耐压的音圈电机插座，所述数字式伺服控制器通过电缆与耐油耐压的音圈电机插座连接。
[0009]该伺服阀采用音圈电机，通过霍尔位置传感器构成电气闭环反馈控制，伺服阀的四个节流控制口要保证零遮盖，首先保证机械零位的误差很小，然后通过调节霍尔传感器的电气零位来修正。工作中，根据输入信号大小的连续变化，数字伺服控制器与霍尔传感器形成自动闭环调节，来精确、高速控制音圈电机的推力大小，从而达到伺服阀的自动油路换向和流量变化的连续、精准调节。
[0010]本实用新型的优点是:1、由于音圈电机具有极高的动态特性和响应加速度，具有较大的推力，可以克服阀芯运动产生各种摩擦力、液动力、弹簧力及干扰惯动量，满足伺服阀的高级控制性能。2、该阀与喷嘴挡板结构的伺服阀相比，具有更强的抗干扰能力，与高频响比例控制阀相比，具有很高的动态频响，很大的电比例调节推力，能够精确控制阀芯位移量，阀芯位移变化达到0.0 Imm分辨率，调节性能比高频响比例控制阀还高，且具有很高的耐磨性和使用寿命。3、采用数字式伺服控制器，通过数字化控制调节，满足工业自动化接口需要，调节方便。4、该阀采用比例方向节流阀的阀套窗口结构原理，具有控制机能形式多样，抗油污染能力强的特点。5、该阀在没有构成电反馈闭环时，就是普通电驱换向阀工作原理，如果控制失灵，有利于回路应用。6、该阀不仅可以在伺服系统中对流量连续闭环调节，也可以与外部的位置反馈或压力反馈或角度反馈，实现执行元件的位置或压力或角度的闭环控制。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的结构不意图；
[0012]图2是图1中I处的局部放大图；
[0013]图3是图1中Π处的局部放大图；
[0014]图4是图1的仰视图；
[0015]图中，1、霍尔位置传感器，2、外壳支撑架，3、伺服控制器，4、通讯口，5、七芯插头，
6、音圈电机插座，7、阀套，8、阀芯，9、阀体，10、第一弹簧座，11、复位弹簧，12、第一O形圈，13、排气螺钉，14、端盖板，15、第二弹簧座，16、第二 O形圈，17、阀芯限位垫，18、隔磁板，19、第三O形圈，20、动圈组件，21、位置反馈杆，22、导磁耐压外壳，23、内磁铁，24、传感器耐压管，25、第四O形圈，26、回油口 T，27、压力油口P，28、进出油口 A，29、进出油口B，30、感应线圈，31、保护外壳。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明，但实用新型的保护范围不限于此。
[0017]如图1至4所示，数字式音圈电机控制伺服阀，包括音圈电机、四通伺服阀、霍尔位置传感器I和数字式伺服控制器，音圈电机直接驱动四通伺服阀。音圈电机包括导磁耐压外壳22以及位于导磁耐压外壳22内的动圈组件20和内磁铁23，导磁耐压外壳22上设有耐油耐压的音圈电机插座6，数字式伺服控制器通过电缆与耐油耐压的音圈电机插座6连接，四通伺服阀与音圈电机的导磁耐压外壳22之间设有隔磁板18，导磁耐压外壳22和隔磁板之间设有第三O形圈19。由于是极高的动态性能和极高的加速度及额定值达80Ν，峰值150Ν的推力，使音圈电机在克服摩擦力、弹簧力、液动力、惯动量时，可以达到阀芯90%开度时为87ΗΖ，10%开度为260HZJ-3分贝点)。
[0018]霍尔位置传感器I包括感应线圈30、位置反馈杆21、传感器耐压管24和外壳支撑架2，外壳支撑架2内设有感应线圈30，感应线圈30的一端固定有传感器耐压管24，传感器耐压管24的一端固定于导磁耐压外壳22上，二者之间设有第四O形圈25，数字式伺服控制器通过电缆与霍尔位置传感器I连接，位置反馈杆21与动圈组件20螺纹连接，动圈组件20与阀芯8也是螺纹连接。位置反馈杆21是非接触式，因此能达到很高的使用寿命。
[0019]四通伺服阀包括阀体9、位于阀体9内的零遮盖四控制边功能的阀芯8和阀套7以及设置在阀体9侧部的端盖板14，端盖板14上设有排气螺钉13，可以方便腔内排气，避免回路残留气体聚集在阀腔死区对阀工作产生干扰作用。阀体9与端盖板14之间还设有第一 O形圈12，阀芯8的一端设有第一弹簧座10和第二弹簧座15以及复位弹簧11，第二弹簧座15位于端盖板14上，阀芯8的另一端与动圈组件20和传感器的反馈杆21刚性连接，阀芯运动由音圈电机调节，位置传感器I可以机械及电气调节伺服阀芯8的零位。阀体9与音圈电机的导磁耐压外壳22通过螺栓固定，二者之间还设有隔磁板18，阀芯8和隔磁板18之间设有阀芯限位垫17。阀体9下部设有回油口T、压力油口P、进出油口A和进出油口B，并通过阀体内部油道与阀芯8各个工作腔连通，进出油口 A和进出油口 B处设有第二 O形圈16。该伺服阀用四边阀口零遮盖结构，具有伺服阀相同的性能，可以扩展阀各种中位机能，具有各种比例伺服阀性能，即可以在液压回路中闭环控制也可以开环控制。阀芯8与阀套7精密导向，摩擦力极小，且具有很尚的耐磨性。
[0020]数字式伺服控制器包括保护外壳31和位于保护外壳31内的伺服控制器3，保护外壳的一侧设有RS232通讯口 4，另一侧设有七芯插头5、保护外壳安装在导磁耐压外壳22和外壳支撑架2上。数字式伺服控制器由微处理器控制，内核为DSP运算功能的数字控制，通过软件编程，具有数字调节功能，通用性可靠性好，满足工业自动化接口需要，调节方便。
[0021]本实用新型的原理:伺服控制器3通过信号控制音圈电机的动圈组件20运动，动圈组件20与位置反馈杆21、阀芯8刚性连接，当音圈电机工作时，与动圈组件20连接的阀芯8偏移一定位移量，与阀套7之间构成一定四边节流口变化，位置反馈杆21将检测到的阀芯8的位移量由霍尔效应产生电信号反馈到伺服控制器3中，构成位置闭环控制原理。当没有信号输入时，阀芯8在复位弹簧11的作用下保持在偏置安全位；当有信号输入时，带霍尔位置传感器I的音圈电机的动圈组件20，直接驱动阀芯8，在阀套7内构成零遮盖四控制边功能。节流阀口的大小，调节进出油口 A和进出油口 B的流量变化，流量通过主阀体压力油口 P进入、从主阀体回油口T流出。阀芯8开口位置偏差量由传感器的位置反馈杆21产生反馈偏差信号与输入信号值比较，直到输入信号值与实际值相等，使阀芯8处于受力平衡，以保持阀芯8与阀套7之间构成的开口位置精度值，这样，阀芯8行程位置及控制阀口变化在闭环控制条件下与输入信号值成比例变化调节。
[0022]阀芯8与阀套7之间构成的是四边滑阀口，每个控制阀口均有很小的遮盖量或者零遮盖量，带霍尔位置传感器的音圈电机带电工作后，推动伺服阀芯8产生一定开口量，按比例节流原理控制输出流量，当音圈电机带正电时，伺服阀芯8受力向左侧移动，与复位弹簧11产生的力相平衡，位置传感器使位移量与输入信号值构成比例关系，这时，油液通过阀芯8与阀套7之间形成的节流窗口，分别从压力油口P至进出油口A，进出油口B至回油口T。音圈电机带负电时，阀芯8受力向右侧移动，复位弹簧11也产生的一定推力，霍尔位置传感器I使位移量与输入信号值构成比例关系，这时，油液通过阀芯8与阀套7之间形成的节流窗口，分别从压力油口 P至进出油口 B、进出油口 A至回油口 T。
[0023]当音圈电机断电时，阀芯8被复为弹簧11推向偏置右端位，可以保持各个油口处于封闭或者连通的安全位置。音圈电机工作时，整个导磁耐压外壳22和传感器耐压管24是连通的，始终渗入油液中，并具有耐压力至1MPa能力。音圈电机插座6安装在导磁耐压外壳22上，这种插座是由插针、烧结玻璃、金属外壳制成，其本身具有耐压力至1MPa能力，当然使用中，音圈电机部份最多充满IMPa的液压油。
[0024]本实用新型的数字式音圈电机控制伺服阀，工作时，通过集成一体化的数字式伺服控制器，控制音圈电机直驱，由霍尔效应的位置传感器将阀芯的位置反馈到伺服控制器，构成高频闭环控制。另外此伺服阀可以单独使用，也可以当做导阀，外接位置反馈或压力反馈，实现2级伺服控制。
【主权项】
1.数字式音圈电机控制伺服阀，其特征在于:包括音圈电机、四通伺服阀、霍尔位置传感器和数字式伺服控制器，所述数字式伺服控制器安装在音圈电机和霍尔位置传感器上，所述音圈电机直接驱动四通伺服阀， 所述音圈电机包括导磁耐压外壳以及位于导磁耐压外壳内的动圈组件和内磁铁，所述霍尔位置传感器包括感应线圈、位置反馈杆、传感器耐压管和外壳支撑架，所述外壳支撑架内设有感应线圈，所述感应线圈一端固定有传感器耐压管，所述传感器耐压管的一端固定于导磁耐压外壳上，所述位置反馈杆与动圈组件螺纹连接， 所述四通伺服阀包括阀体、位于阀体内的零遮盖四控制边功能的阀芯和阀套以及设置在阀体侧部的端盖板，所述阀芯的一端设有弹簧座和复位弹簧，阀芯的另一端与动圈组件和位置反馈杆刚性连接，阀芯运动由音圈电机调节，所述阀体与音圈电机的导磁耐压外壳固定，所述阀体下部设有回油口 T、压力油口P、进出油口 A和进出油口B，并通过阀体内部油道与阀芯的工作腔连通。2.根据权利要求1所述的数字式音圈电机控制伺服阀，其特征在于:所述数字式伺服控制器包括伺服控制器和保护外壳，所述保护外壳的一侧设有通讯口，另一侧设有七芯插头，所述保护外壳安装在导磁耐压外壳和外壳支撑架上，所述数字式伺服控制器通过电缆分别与音圈电机和霍尔位置传感器连接。3.根据权利要求1所述的数字式音圈电机控制伺服阀，其特征在于:所述阀体侧部的端盖板上设有排气螺钉。4.根据权利要求1所述的数字式音圈电机控制伺服阀，其特征在于:所述阀体与音圈电机的导磁耐压外壳之间设有隔磁板。5.根据权利要求1所述的数字式音圈电机控制伺服阀，其特征在于:所述导磁耐压外壳上设有音圈电机插座，所述数字式伺服控制器通过电缆与音圈电机插座连接。
【文档编号】F15B13/02GK205423376SQ201620196589
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】陈东升, 但新强, 郝跃跃
【申请人】海门市油威力液压工业有限责任公司