CN105626612A - 一种高集成度数字伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压控制领域，具体涉及一种高集成度数字伺服阀。本发明包括阀芯、阀套和壳体：所述阀芯嵌入阀套，阀套嵌入壳体内；还包括驱动机构，阀芯的尾端与驱动机构的驱动端连接；驱动机构包括定子、转子、空心轴、丝杆、丝杠螺母和角位移传感器：定子产生的旋转磁势驱动转子、空心轴、丝杠螺母同步旋转，丝杠螺母带动丝杆直线运动，为阀芯提供驱动力，角位移传感器监测转子角位移和角速度，实现闭环控制。本发明解决了现有伺服阀集成度不高、体积较大，不符合目前产品小型化、轻量化的发展趋势以及不能直接进行数字控制的技术问题。

Description

一种高集成度数字伺服阀

技术领域

本发明属于液压控制领域，具体涉及一种高集成度数字伺服阀。

背景技术

伺服阀是液压控制的核心元件。传统两级模拟伺服阀靠前置级驱动功率级滑阀，前置级一般采用喷嘴挡板、偏导射流或射流管伺服阀，其输入信号为模拟信号，抗干扰能力差，且控制性能差。同时，传统前置级中存在很多微小孔径，加工困难，加工成本大，且很容易被微小的多余物堵塞，从而影响整个系统的性能，甚至导致系统功能失效。

鉴于传统模拟伺服阀存在的一些缺点，同时随着现代电子技术的飞速发展，特别是嵌入式处理器具有体积小、质量轻、价格低廉、采样频率高、开发方便等特点，数字控制技术现在已经广泛地应用于电液伺服控制当中，形成新型的数字式伺服阀。数字阀种类繁多，目前主要分为间接数字伺服阀和直接数字伺服阀。但是这些数字阀集成度不高、体积较大，不符合目前产品小型化、轻量化的发展趋势，因此研究一种高集成度数字伺服阀迫在眉睫。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有伺服阀集成度不高、体积大，不符合目前产品小型化、轻量化的发展趋势。

本发明采用了如下技术方案：

一种高集成度数字伺服阀，包括阀芯、阀套和壳体，所述阀芯嵌入阀套，所述阀套嵌入壳体内；还包括驱动机构，阀芯的尾端与驱动机构的驱动端连接。

所述的一种高集成度数字伺服阀，所述阀套尾端设有开口，阀芯尾端设有凸台，驱动机构驱动端设有与凸台尺寸相匹配的凹槽：阀芯的凸台穿过阀套尾端的开口，通过凹槽与驱动机构驱动端相连接。

所述的一种高集成度数字伺服阀，所述驱动机构定子、转子、空心轴、丝杆、丝杠螺母和角位移传感器：所述转子嵌套于定子内部，定子产生的旋转磁势驱动转子旋转；所述空心轴嵌套于转子内部，其内部空心部分设有安装丝杠螺母的丝杆，丝杠螺母外壁与空心轴内壁相对固定，能够使转子的旋转运动通过空心轴传递给丝杠螺母，进而通过丝杠螺母的旋转带动丝杆在轴线方向进行直线运动，丝杠从空心轴伸出，作为驱动机构的驱动端为阀芯提供驱动力；所述角位移传感器用于监测转子角位移和角速度，并将数字角位移和角速度信号反馈给驱动机构外部的数字控制器，进而对定子的控制电流输出控制指令，完成对位置的精准控制。

所述的一种高集成度数字伺服阀，所述阀芯与阀套之间采用动密封进行径向对外密封；阀套与壳体之间采用静密封进行径向对外密封。

所述的一种高集成度数字伺服阀，驱动机构所述空心轴首、尾两端分别设置一个角接触球轴承。

所述的一种高集成度数字伺服阀，驱动机构所述定子由壳体内部的止动坐肩和定子轴向固定件进行轴向固定；

驱动机构所述转子由转子轴向固定件和空心轴外表面的止动坐肩锁紧于空心轴外部；所述丝杠螺母通过键与空心轴加固；转子、空心轴和丝杠螺母作为一个整体同步旋转；

驱动机构所述角位移传感器设置于空心轴尾端，通过角位移传感器固定件进行轴向固定。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种高集成度数字伺服阀，采用高集成的驱动机构与伺服阀相连，极大减小了整阀体积，在同等输出功率下，体积约为目前直驱数字阀的60％，较好地满足了产品小型化、轻量化的技术要求。

(2)本发明的一种高集成度数字伺服阀，由驱动机构提供驱动力，驱动机构包括定子、转子、丝杆与丝杠螺母。通过精确控制“转子转角→丝杆位移→阀芯位移→流量输出”的方式，对输出流量进行精确控制。该阀直接接受数字信号控制、抗污染能力强、具有较高的动态响应等。

(3)本发明的一种高集成度数字伺服阀，在伺服阀组件的选择上，采用动密封的结构进行径向对外密封，能够减少了阀芯运动对密封圈的磨损，进而提高了整阀的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种高集成度数字伺服阀结构示意图；

图2为驱动机构与伺服阀连接结构示意图；

图3为驱动机构结构示意图；

图中，1-阀芯、2-阀套、3-壳体、4-动密封、5-端盖、6-驱动机构、7-静密封、8-螺钉、601-密封件、602-壳体、603-角接触球轴承、604-转子轴向固定件、605-空心轴、606-丝杆、607-丝杠螺母、608-定子、609-转子、610-键、611-空心轴盖、612-定子轴向固定件、613-支撑盖、614-电缆固定头、615-角位移传感器固定件、616-角位移传感器、617-防尘盖。。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种高集成度数字伺服阀作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例中的高集成度数字伺服阀，包括阀芯1、阀套2、壳体3、动密封4、端盖5以及用以提供驱动力的驱动机构6：所述阀芯1嵌入阀套2，阀套2内部首尾两端通过动密封4对阀芯1进行径向对外密封；所述阀套2嵌入壳体3内，壳体3内通过静密封7对阀套2进行径向对外密封；所述端盖5通过螺钉8与阀套2的首端连接，阀套2的尾端通过螺钉与驱动机构6的驱动端连接。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

如图2所示，所述阀套2尾端设有开口，阀芯1尾端设有凸台，驱动机构6驱动端设有与凸台尺寸相匹配的凹槽：阀芯1的凸台穿过阀套2尾端的开口，通过凹槽与驱动机构6驱动端相连接。作为优选方案，可以采用现有技术保证阀芯1与作为驱动机构6驱动端的丝杆606的同轴度。

实施例3

本实施例与上述两个实施例的区别在于：

如图3所示，所述驱动机构6包括空心轴605、定子608、转子609、丝杆606、丝杠螺母607和角位移传感器615。

所述转子609嵌套于定子608内部，当控制电流流过定子三相绕组，产生旋转磁势时驱动转子609旋转；所述空心轴605嵌套于转子609内部，其内部空心部分设有安装丝杠螺母607的丝杆606，丝杠螺母607外壁与空心轴605内壁相对固定，能够使转子609的旋转运动通过空心轴605传递给丝杠螺母607，进而通过丝杠螺母607的旋转带动丝杆606在轴线方向进行直线运动，丝杆606从空心轴605首端伸出，作为驱动机构的对外机械接口为负载提供驱动力；所述角位移传感器616用于监测转子609角位移和角速度，并将数字角位移和角速度信号反馈给数字阀用驱动机构6外部的数字控制器，进而采用现有技术对定子608的控制电流输出控制指令，完成对位置的精准控制；空心轴605首、尾两端分别设置一个角接触球轴承603，用于为空心轴605提供径向和轴向支撑，确保定子608和转子609径向运行间隙在任何操作条件下均匀且具一定刚性，并有效阻止了负载双轴向力对转子609位置的影响，也为伺服阀阀芯的驱动负载部分提供了稳固的轴向移动参照。

实施例4

本实施例与上述实施例的区别在于：

数字阀用驱动机构6所述定子608由壳体602内部的止动坐肩和定子轴向固定件612进行轴向固定，并确保定子608末匝到壳体的间隙不小于2毫米。

数字阀用驱动机构6所述转子609由转子轴向固定件604和空心轴605外表面的止动坐肩锁紧于空心轴605外部。所述丝杠螺母607通过键610与空心轴605加固，实现二者的同步旋转。转子609、空心轴605和丝杠螺母607作为一个整体同步旋转，有效减少了传递误差。

数字阀用驱动机构6所述角位移传感器616设置于空心轴605尾端，通过角位移传感器固定件615进行轴向固定。作为优选方案，所述空心轴605尾端设有空心轴盖611，便于角位移传感器616接收数字转角信号。

整阀的工作流程如下：

当控制电流流过数字阀用驱动机构6的定子608三相绕组，产生旋转磁势，驱动转子609随之旋转，转子609的旋转运动通过空心轴605传递给丝杠螺母607，丝杠螺母607旋转带动作为驱动端的丝杆606在其轴线方向做直线运动，进而驱动阀芯1进行直线运动。因此只要精确控制转子609的输出转角，就可以精确控制阀芯的位移，进而精确控制整阀流量输出；通过控制转子609转动的方向就可以控制液体流入流出的方向。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (6)

1.一种高集成度数字伺服阀，包括阀芯(1)、阀套(2)和壳体(3)，所述阀芯(1)嵌入阀套(2)，所述阀套(2)嵌入壳体(3)内；其特征在于：还包括驱动机构(6)，阀芯(1)的尾端与驱动机构(6)的驱动端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高集成度数字伺服阀，其特征在于：所述阀套(2)尾端设有开口，阀芯(1)尾端设有凸台，驱动机构驱动端设有与凸台尺寸相匹配的凹槽：阀芯(1)的凸台穿过阀套(2)尾端的开口，通过凹槽与驱动机构驱动端相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种高集成度数字伺服阀，其特征在于：所述驱动机构(6)定子(608)、转子(609)、空心轴(605)、丝杆(606)、丝杠螺母(607)和角位移传感器(616)：所述转子(609)嵌套于定子(608)内部，定子(608)产生的旋转磁势驱动转子(609)旋转；所述空心轴(605)嵌套于转子(609)内部，其内部空心部分设有安装丝杠螺母(607)的丝杆(606)，丝杠螺母(607)外壁与空心轴(605)内壁相对固定，能够使转子(609)的旋转运动通过空心轴(605)传递给丝杠螺母(607)，进而通过丝杠螺母(607)的旋转带动丝杆(606)在轴线方向进行直线运动，丝杠(606)从空心轴(605)伸出，作为驱动机构(6)的驱动端为阀芯(1)提供驱动力；所述角位移传感器(616)用于监测转子角位移和角速度，并将数字角位移和角速度信号反馈给驱动机构(6)外部的数字控制器，进而对定子(608)的控制电流输出控制指令，完成对位置的精准控制。

4.根据权利要求1或2所述的一种高集成度数字伺服阀，其特征在于：所述阀芯(1)与阀套(2)之间采用动密封(4)进行径向对外密封；阀套(2)与壳体(3)之间采用静密封(7)进行径向对外密封。

5.根据权利要求3所述的一种高集成度数字伺服阀，其特征在于：驱动机构(6)所述空心轴(605)首、尾两端分别设置一个角接触球轴承(603)。

6.根据权利要求3所述的一种高集成度数字伺服阀，其特征在于：驱动机构(6)所述定子(608)由壳体(602)内部的止动坐肩和定子轴向固定件(612)进行轴向固定；

驱动机构(6)所述转子(609)由转子轴向固定件(604)和空心轴(605)外表面的止动坐肩锁紧于空心轴(605)外部；所述丝杠螺母(607)通过键(610)与空心轴(605)加固；转子(609)、空心轴(605)和丝杠螺母(607)作为一个整体同步旋转；

驱动机构(6)所述角位移传感器(616)设置于空心轴(605)尾端，通过角位移传感器固定件(615)进行轴向固定。