JP4734791B2 - Servo valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、船舶、車両、一般産業機械等に用いられるサーボバルブに関し、特に、アクチュエータの作動油の流量制御等に有効なサーボバルブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
航空機、船舶、車両、一般産業機械等のアクチュエータの作動油の流量制御等に用いられるサーボバルブには種々のタイプのものがあり、例えば図3に示すようなノズルフラッパ方式のサーボバルブが一般に知られている。
【0003】
すなわち、このサーボバルブ31は、入力電流をアーマチュア34を介してフラッパ38の変位に変換するトルクモータ部32と、フラッパ38の変位をフラッパ38を挟んで対向して設けられる一対のノズル39、39を介して油圧の圧力差に変換する油圧増幅部36と、油圧増幅部36の圧力差をピストン45の変位に変換して、作動油の流量を制御するバルブ部42と、ピストン45の変位をフラッパ38にフィードバックするフィードバック部52とを具えている。
【0004】
そして、上記のような構成のサーボバルブ31のトルクモータ部32に電流を入力すると、入力電流に応じたトルクがトルクモータ部32に発生してアーマチュア34が回転し、アーマチュア34の回転に追従してフラッパ38が揺動してノズル39の方向に変位し、フラッパ38の変位に応じて両ノズル39、39の背圧に差が生じる。ここで、両ノズル39、39の背圧は、ピストン45の両端面に作用する圧力であるから、両ノズル39、39の背圧の差に応じてピストン45が移動し、変位する。そして、ピストン45が変位すると、ピストン45の変位に追従してフィードバック部52のフィードバックワイヤ53が撓み、フィードバックワイヤ53が撓んだ状態から元の状態に復帰することによりフラッパ38が中央に押し戻され、両ノズル39、39の背圧の差が0となり、ピストン45がその位置に停止し、バルブ部42を介しての作動油の流量が決定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成のサーボバルブ31にあっては、大容量の作動油の流量を制御する場合等に複数のサーボバルブ31、31を並列させて使用することがあるが、個々のサーボバルブ31の特性に差があるために動作が不安定となり、複数のサーボバルブ31、31を完全に同期させることができず、所望の流量制御を行うことができない。このような問題を解決するために、複数のサーボバルブ31、31をメカニカルなリンク機構(図示せず)によって連結して同期させる方法も提案されているが、メカニカルなリンク機構は構造が複雑なため、サーボバルブ全体としての構造が複雑化し、価格も高くなってしまう。
【0006】
本発明は、前記のような問題点を解決したものであって、複数のサーボバルブを並列させて使用する場合に、個々のサーボバルブの特性の差に影響されることなく複数のサーボバルブを完全に同期させることができるとともに、全体の構造を簡素化することができ、しかも価格を安く抑えることができるサーボバルブを提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明は、ボディに、入力電流をアーマチュアを介してフラッパの変位に変換するトルクモータ部と、前記フラッパの変位をフラッパを挟んで対向して設けられる一対のノズルを介して油圧の圧力差に変換する油圧増幅部と、該油圧増幅部の圧力差をピストンの変位に変換し、作動油の流量を制御するバルブ部と、前記ピストンの変位を前記フラッパにフィードバックするフィードバック部とを設けてなるサーボバルブにおいて、前記バルブ部を、前記一方のノズルに接続される一方のバルブ半部と、前記他方のノズルに接続される他方のバルブ半部との2つに分割して1組とし、これを少なくとも2組並列に設け、各組みの一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部を前記アーマチュアと一体に変位する同期板に常時当接させて同期させるように構成した手段を採用したものである。
この場合、例えば、前記ボディに支持軸を軸受を介して回転自在に取り付けるとともに、該支持軸の一端部を前記アーマチュアに一体に連結し、他端部を前記ボディに一体に連結し、かつ、該支持軸に前記同期板及び前記フラッパを連結して支持軸の回転に追従させて揺動させるようにするとよい。
また、前記支持軸をトーションスプリングで構成して、前記フィードバック部と兼用させてもよい。
【0008】
本発明は、前記のような手段を採用したことにより、トルクモータ部に電流が入力すると、その入力電流に応じたトルクが発生してアーマチュアが変位し、アーマチュアの変位と一体にフラッパ及び同期板が変位し、フラッパと両ノズルとの距離が変化し、両ノズルの背圧に差が生じ、この背圧の差により各組の一方のバルブ半部のピストン又は他方のバルブ半部のピストンが移動して変位し、作動油の流量が制御されることになる。この場合、各組の一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部は同期板に常時当接しているので、同期して作動する。
さらに、支持軸をトーションスプリングで構成してフィードバック部と兼用した場合には、支持軸がアーマチュアと一体に回転したときに支持軸に捩れが発生し、支持軸が捩れた状態から元の状態に復帰することによりフラッパが中立位置に押し戻され、各バルブ半部のピストンの変位がフラッパにフィードバックされる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図1には、本発明によるサーボバルブの一実施の形態が示されていて、このサーボバルブ1は、ボディ9に設けられるトルクモータ部2と油圧増幅部12とバルブ部18とフィードバック部31とを具えている。
【0010】
トルクモータ部2は、入力電流をフラッパ14の変位に変換するものであって、先端部に対向する磁極を有する永久磁石3と、永久磁3石の両磁極間に回転自在に設けられるアーマチュア4と、アーマチュア4の周囲に巻回されるコイル5と、アーマチュア4に一端が連結されるとともに、他端がボディ9側に固定される支持軸6と、支持軸6をボディ9に回転自在に支持するラジアル軸受等の軸受7と、支持軸6とボディ9との間をシールするOリング等のシール部材8とから構成されている。
【0011】
油圧増幅部12は、トルクモータ部2のアーマチュア4の変位をフラッパ14を介して油圧の圧力差に変換するものであって、トルクモータ部2の支持軸6に軸線と直交するように連結されて支持軸6に追従して揺動するフラッパ14と、フラッパ14を挟んで対向して設けられる一対のノズル15、15とからなるノズルフラッパ機構13を具えている。
【0012】
トルクモータ部2の支持軸6には支持軸6の軸線と直交するように2つの同期板10、11が十字状に連結され、支持軸6の回転に追従して揺動するようになっている。一方の同期板10には後述するバルブ部18の一方のバルブ半部19が常時当接し、他方の同期板11には他方のバルブ半部25が常時当接するようになっている。
【0013】
各ノズル15の内部にはメインフィルタ17及びオリフィス16を介して作動油が導かれるようになっている。一方のノズル15は後述するバルブ部18の一方のバルブ半部19のシリンダ室21の後端部に連通され、他方のノズル15は他方のバルブ半部25のシリンダ室27の後端部に連通されるようになっている。したがって、各ノズル15に作用する背圧は各バルブ半部19、25のシリンダ室21、27の後端部、すなわち各ピストン22、28の後端面に導かれるようになっている。
【0014】
そして、トルクモータ部2への入力電流が0の場合には、フラッパ14は両ノズル15、15から等距離に位置し、両ノズル15、15から同量・同圧の作動油が噴出し、両ノズル15、15の背圧はバランスがとられた状態となる。一方、トルクモータ部2に電流が入力されてアーマチュア4が回転すると、アーマチュア4と一体に支持軸6が回転するとともに、支持軸6の回転に追従してフラッパ14及び同期板10、11が揺動し、フラッパ14がノズル15の方向に変位する。フラッパ14がノズル15の方向に変位すると、フラッパ14と両ノズル15、15との距離が変化し、両ノズル15、15の背圧のバランスが崩れ、両ノズル15、15の背圧が変化し、両ノズル15、15からピストン22、28の後端面に導かれる作動油の圧力に差が生じ、その圧力差に応じてピストン22、28が移動し、変位することになる。
【0015】
バルブ部18は、一方のバルブ半部19と他方のバルブ半部25とからなるものであって、この2つバルブ半部19、25からなるものを1組として、これを2組並列にボディ9に設けて構成したものである。
【0016】
一方のバルブ半部19は、内部にシリンダ室21が設けられるとともに、シリンダ室21と連通する供給ポート(図示せず)、戻りポート(図示せず)及び制御ポート(図示せず)が設けられるボディ20と、ボディ20のシリンダ室21内に移動自在に設けられるピストン22と、シリンダ室21の後端面とピストン22の後端面との間に設けられるスプリング24と、ピストン22の先端部に一体に設けられてシリンダ室21から突出するプランジャ23とから構成されている。
【0017】
他方のバルブ半部25は、内部にシリンダ室27が設けられるとともに、シリンダ室27と連通する供給ポート(図示せず)、戻りポート(図示せず)及び制御ポート(図示せず)が設けられるボディ26と、ボディ26のシリンダ室27内に移動自在に設けられるピストン28と、シリンダ室27の後端面とピストン28の後端面との間に設けられるスプリング30と、ピストン28の先端部に一体に設けられてシリンダ室27から突出するプランジャ29とから構成されている。
【0018】
各バルブ部18の一方のバルブ半部19のシリンダ室21の後端部には油圧増幅部12の一方のノズル15の背圧が導かれ、他方のバルブ半部25のシリンダ室27の後端部には油圧増幅部12の他方のノズル15の背圧が導かれ、両ノズル15、15の背圧の差に応じて一方のバルブ半部19のピストン22又は他方のバルブ半部25のピストン28がシリンダ室21、27内を移動し、変位する。そして、ピストン22、28の変位に応じて各ポートが開閉され又は各ポートの開閉度が調整され、各ポートを介しての作動油の流量が制御されるものである。
【0019】
フィードバック部31は、トーションスプリングからなる支持軸6に兼用させたものであって、支持軸6がアーマチュア4の回転と一体に回転したときに支持軸6には捩れが発生し、支持軸6が捩れた状態から元の状態に復帰することによりフラッパ14が中立位置に押し戻され、ピストン22、28をその位置に停止させ、ピストン22、28を介しての作動油の流量を決定する。すなわち、支持軸6は、ピストン22、28の変位をフラッパ14にフィードバックさせる機能を有するものである。
【0020】
そして、上記のように構成したサーボバルブ1のトルクモータ部2に電流を入力すると、その入力電流に比例したトルクがトルクモータ部2に発生し、そのトルクに応じてアーマチュア4が回転する。
【0021】
そして、アーマチュア4が回転すると、アーマチュア4の回転と一体に支持軸6が回転し、支持軸6に捩れが発生し、支持軸6の回転に追従してフラッパ14及び同期板10、11が揺動し、フラッパ14がノズル15の方向に変位し、両ノズル15、15から等距離に位置していたフラッパ14と両ノズル15、15との距離が変化し、バランスが保たれていた両ノズル15、15の背圧に差が生じる。この背圧は、ピストン22、28の後端面に作用する圧力であるから、圧力の低い方にピストン22、28が移動し始める。この場合、各バルブ部18の一方のバルブ半部19のプランジャ23には一方の同期板10が常時当接し、他方のバルブ半部25のプランジャ29には他方の同期板11が常時当接しているので、両バルブ部18、18の一方のバルブ半部19及び他方のバルブ半部25は同期して作動することになる。
【0022】
そして、支持軸6が捩れた状態から元の状態に復帰することによりフラッパ14が中立位置に押し戻され、両ノズル15、15の背圧の差が0となり、ピストン22、28がその位置に停止し、バルブ部18を介しての作動油の流量が決定されることになる。
【0023】
上記のように構成した本実施の形態によるサーボバルブ1にあっては、支持軸6に設けた同期板10、11によって両バルブ部18、18の一方のバルブ半部19及び他方のバルブ半部25を同期させて作動させることができるので、個々のバルブ半部19、25に特性の差があっても動作が不安定になるようなことはなく、両バルブ部18、18は制御流量の誤差の範囲で完全に同期することになる。したがって、両バルブ部18、18をアクチュエータ(図示せず)に接続した場合に、メカニカルなリンク機構を必要とすることなく、力学的に完全に同期させて作動させることができる。また、両バルブ部18、18の極性を変えてそれぞれアクチュエータに接続した場合には、速度の位相を完全に180°ずらすことができるので、往復運動を回転運動等に変える用途に有効となる。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、バルブ部を、一方のノズルに接続される一方のバルブ半部と、他方のノズルに接続される他方のバルブ半部との2つに分割して1組とし、これを少なくとも2組並列に設け、各組みの一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部をアーマチュアと一体に変位する同期板に常時当接させたことにより、個々のバルブ半部の特性に差があっても動作が不安定になるようなことはなく、複数のバルブ部を完全に同期させて作動させることができる。つまり、複数のバルブ部を例えばアクチュエータに接続した場合等にも、バルブ部を力学的に完全に同期して作動させることができる。したがって、構造が複雑で高価なメカニカルなリンク機構が不要となり、サーボバルブ全体としての構造を簡素化でき、価格も低減させることができる。さらに、複数のバルブ部の極性を変えて各々アクチュエータに接続した場合等に、速度の位相を180°ずらすことも容易にできるので、往復運動を回転運動等に変える用途に有効となる。
また、ボディに支持軸を軸受を介して回転自在に取り付けるとともに、支持軸とボディとの間をシール部材でシールしたことにより、軸受に市販品の安価なラジアル軸受等を用いることができるとともに、シール部材に市販品の安価なOリング等を用いることができる。したがって、全体としての価格を安く抑えることができ、安価なサーボバルブを提供できる。
また、支持軸をトーションスプリングで構成して、フィードバック部と兼用させたことにより、安価なトーションスプリングからなる支持軸によってピストンの変位をフラッパにフィードバックさせるフィードバック部を構成できるので、これによっても全体としての価格を安く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるサーボバルブの一実施の形態を示した概略図である。
【図2】 従来のサーボバルブの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
1…サーボバルブ
2…トルクモータ部
3…永久磁石
4…アーマチュア
5…コイル
6…支持軸
7…軸受
8…シール部材
9…ボディ
10、11…同期板
12…油圧増幅部
13…ノズルフラッパ機構
14…フラッパ
15…ノズル
16…オリフィス
18…バルブ部
19…一方のバルブ半部
20、26…ボディ
21、27…シリンダ室
22、28…ピストン
23、29…プランジャ
24、30…スプリング
25…他方のバルブ半部
31…フィードバック部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo valve used in an aircraft, a ship, a vehicle, a general industrial machine, and the like, and more particularly, to a servo valve effective for controlling a flow rate of hydraulic fluid of an actuator.
[0002]
[Prior art]
There are various types of servo valves used for controlling the flow rate of hydraulic fluid for actuators of aircraft, ships, vehicles, general industrial machines, etc. For example, a nozzle flapper type servo valve as shown in FIG. 3 is generally known. ing.
[0003]
That is, the
[0004]
When a current is input to the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0006]
The present invention solves the above-described problems. When a plurality of servo valves are used in parallel, the plurality of servo valves are not affected by the difference in characteristics of the individual servo valves. An object of the present invention is to provide a servo valve that can be completely synchronized, that can simplify the entire structure, and that can keep the price low.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a body with a torque motor unit that converts an input current into a displacement of a flapper via an armature, and a pair of displacements of the flapper that are opposed to each other with the flapper interposed therebetween. A hydraulic pressure amplifying part for converting the pressure difference of the hydraulic pressure through a nozzle, a valve part for converting the pressure difference of the hydraulic pressure amplifying part into a displacement of the piston and controlling the flow rate of hydraulic oil, and the displacement of the piston to the flapper; In a servo valve provided with a feedback section for feedback, the valve section is divided into two valves, one valve half connected to the one nozzle and the other valve half connected to the other nozzle. A synchronizing plate which is divided into two groups and is provided in parallel with at least two sets, and one valve half and the other valve half of each set are displaced integrally with the armature. It is obtained by employing the means arranged to synchronize by constantly abut.
In this case, for example, a support shaft is rotatably attached to the body via a bearing, one end of the support shaft is integrally connected to the armature, the other end is integrally connected to the body, and The synchronization plate and the flapper may be coupled to the support shaft so as to swing following the rotation of the support shaft.
Further, the support shaft may be constituted by a torsion spring and may also be used as the feedback unit.
[0008]
According to the present invention, when the current is input to the torque motor unit by employing the above-described means, a torque corresponding to the input current is generated to displace the armature, and the flapper and the synchronization plate are integrated with the armature displacement. Is displaced, the distance between the flapper and both nozzles changes, and a difference occurs in the back pressure of both nozzles, and this difference in back pressure causes the piston of one valve half or the other valve half of each pair to move. It moves and displaces, and the flow rate of hydraulic oil is controlled. In this case, one valve half and the other valve half of each set are always in contact with the synchronization plate, and thus operate in synchronization.
In addition, when the support shaft is composed of a torsion spring and is also used as a feedback unit, the support shaft is twisted when the support shaft rotates integrally with the armature, and the support shaft is changed from the twisted state to the original state. By returning, the flapper is pushed back to the neutral position, and the displacement of the piston in each valve half is fed back to the flapper.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described.
FIG. 1 shows an embodiment of a servo valve according to the present invention. The servo valve 1 includes a
[0010]
The
[0011]
The hydraulic amplifying
[0012]
Two
[0013]
The hydraulic oil is introduced into each
[0014]
When the input current to the
[0015]
The
[0016]
One
[0017]
The
[0018]
The back pressure of one
[0019]
The
[0020]
When a current is input to the
[0021]
When the armature 4 is rotated, the support shaft 6 is rotated integrally with the rotation of the armature 4, and the support shaft 6 is twisted, and the
[0022]
When the support shaft 6 returns from the twisted state to the original state, the
[0023]
In the servo valve 1 according to this embodiment configured as described above, one
[0024]
【The invention's effect】
In the present invention, the valve portion is divided into two parts, that is, one valve half connected to one nozzle and the other valve half connected to the other nozzle. Even if there is a difference in the characteristics of the individual valve halves, one valve half and the other valve half of each set are always in contact with the synchronizing plate that is displaced integrally with the armature. The operation does not become unstable, and the plurality of valve portions can be operated in complete synchronization. That is, even when a plurality of valve portions are connected to, for example, an actuator, the valve portions can be operated in a mechanically completely synchronized manner. Therefore, a complicated and expensive mechanical link mechanism becomes unnecessary, the structure of the entire servo valve can be simplified, and the price can be reduced. Furthermore, when the polarities of a plurality of valve portions are changed and connected to actuators, the speed phase can be easily shifted by 180 °, which is effective for changing the reciprocating motion to a rotational motion or the like.
In addition, the support shaft is rotatably attached to the body via a bearing, and a seal member is used to seal the space between the support shaft and the body, so that a commercially available inexpensive radial bearing can be used for the bearing. A commercially available inexpensive O-ring or the like can be used for the seal member. Therefore, the overall price can be kept low, and an inexpensive servo valve can be provided.
In addition, since the support shaft is composed of a torsion spring and is also used as a feedback unit, a feedback unit that feeds back the displacement of the piston to the flapper can be configured by a support shaft made of an inexpensive torsion spring. The price of can be kept cheap.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a servo valve according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a conventional servo valve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記バルブ部を、前記一対のノズルに接続される一方のバルブ半部と、前記他方のノズルに接続される他方のバルブ半部との2つに分割して1組とし、これを少なくとも2組並列に設け、
各組みの一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部を前記アーマチュアと一体に変位する同期板に常時当接させて同期させるように構成したことを特徴とするサーボバルブ。Oil pressure amplification that converts the input current into the displacement of the flapper via the armature on the body, and the displacement of the flapper via a pair of nozzles provided facing each other across the flapper A servo valve comprising: a valve portion that converts a pressure difference between the hydraulic pressure amplifying portion and a displacement of the piston to control a flow rate of hydraulic oil; and a feedback portion that feeds back the displacement of the piston to the flapper.
The valve part is divided into two parts, one valve half part connected to the pair of nozzles and the other valve half part connected to the other nozzle. In parallel,
A servo valve characterized in that one valve half and the other valve half of each set are always brought into contact with and synchronized with a synchronizing plate that is displaced integrally with the armature.
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