KR0167621B1 - 가변 저주파수 유압유체 오실레이터 - Google Patents

가변 저주파수 유압유체 오실레이터 Download PDF

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Abstract

운동량교환 유체증폭기(10)를 포함하는 유압유체 오실레이터는 4방향 왕복밸브(12)에 연결되어 있다. 4방향 밸브는 발생원(42)으로부터 이용장치(C1, C2)까지 유압유체의 흐름을 제어하도록 연결되어 있다.
유체증폭기는 4방향밸브에 입력시그날(90,80)을 제공하도록 연결되어 4방향 밸브가 입력시그날에 감응하여 왕복운동하도록 한다.
정(正)(88,98) 및 부(負)(84,94)의 피이드백 경로는 모두 유체증폭기의 각각의 출력포트(16,18)로부터 각각의 제어포트(20,22)로 제공되어 4방향 밸브의 진동을 제어한다.

Description

[발명의 명칭]
가변 저주파수 유압유체 오실레이터
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
[발명의 기술분야]
본 발명은 일반적으로 유체오실레이터(fluid oscillator)에 관한 것으로, 특히 저주파수 유압유체 오실레이터(low frequency hydrofluidic oscillator)에 관한 것이다.
[선행기술]
유체증폭기와, 유체증폭기의 진동에 감응하는 출력펄스 또는 유체흐름을 제공하기 위하여 유체수용챔버내에 설치된 피스톤을 이용하는 유체오실레이터가 알려져 있다. 예를들면, 상기 구조는 미국특허 제 3,124,999호에 개시되어 있는데 이경우 비록 출력시그날의 진동수가 변환될 수 있지만 그러한 변환은 피스톤의 길이와 무게를 기계적으로 변화시키거나 피스톤운동에 의해 택일적으로 폐쇄되고 노출되는 구멍들의 간격조정에 의해서만 달성될 수 있다.
유체증폭기 구동형 오실레이터의 다른 형태는 유체증폭기의 제어포트(control port)에 연결된 피이드백 통로의 기계적인 개방 또는 폐쇄에 의해 조절된다. 상기 장치는 미국특허 제 3,340,896호에 게재되어 있다.
한편, 다른 형태의 구조는 Re.27,352에 개시된 바와같은데, 여기서는 동조공동(tuned cavites)과 같은 공조공진장치가 유체증폭기의 주파수를 제어한다.
미국특허 제 3,568,702호 및 미국특허 제 3,682,042호에 게재된 다른 공기오실레이터는 출원인에게 공지된 것들이다. 미국특허 제 3,568,702호에서는 순수 유체오실레이터가 개시되어 있는데 상기 오실레이터는 상호접속 R-C 회로를 가진 3개의 쌍안정 유체증폭기(bistable fluid amplifier)를 포함하며 제어시그날 압력이 오실레이터의 주파수범위를 제어하는 부가의 유체컨디션닝회로(fluidic conditioning circuit)를 통하여 오실레이터에 가해진다. 미국특허 제 3,682,042호에서는 왕복스터러(reciprocating stirrers) 또는 그와 유사한 것을 구동하기에 적합한 모터가 쌍안정 유체증폭기에 의해 직접 구동되는데, 주파수는 피스톤운동의 말기에서 배출포트를 차단함으로써 제어된다.
비록 위에서 간단히 언급된 공지의 오실레이터 각각이 의도한 목적을 달성하도록 적절히 작동되지만 주파수의 변환이 가능하고 유체증폭기의 고유주파수보다 훨씬 낮은 저주파수 범위에 있는 출력유체 시그날을 제공하기 위하여 왕복밸브(reciprocal valve)를 구동시키기 위한 유체증폭기를 이용한 경우는 없었다.
[발명의 개요]
본 발명의 가변 저주파수 유압유체 오실레이터는 운동량교환 유체증폭기(momentum exchange fluidic amplifier)를 포함하는데 이 증폭기는 불연속적인 출력유체펄스(output fluid pulse)를 제공하기 위하여 왕복밸브수단을 구동시킨다. 한편, 밸브수단의 왕복운동은 유체증폭기의 제어포트에 정(正) 및 부(負)의 유체압력 피이드백 시그날이 동시에 가해져서 제어된다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 유압유체 오실레이터를 설명하는 개략도.
제2도는 제1도의 오실레이터에 의하여 발생되는 출력시그날을 나타내는 파형.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
제1도를 참조하면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 유압유체 오실레이터는 4방향 스풀밸브와 같은 왕복밸브수단(12)과 이에 연결된 운동량교환 유체증폭기(10)를 포함하고 있다. 운동량교환 유체증폭기(10)는 당업자에게 주지된 구성으로 입력포트(14), 제 1 및 제 2 출력포트(16,18) 그리고 제 1 및 제 2 제어포트(20,22)를 포함하고 있으며 배출포트(26)를 포함하는 인터액션챔버(24) 또한 포함하고 있다. 당업자에게 주지된 바대로 운동량교환 유체증폭기는 둘 또는 그 이상의 스트림(stream)이 상호 작용하는 장치를 포함하는데, 스트림간 상호작용시 이들 스트림(제어스트림)의 하나 또는 그 이상의 다른 스트림(파워스트림)을 편향시켜 인터액션챔버의 측벽과 스트림 사이의 상호작용을 거의 또는 전혀 없게 한다.
상기 운동량교환 유체증폭기에서의 파워스트림 편향은 제어시그날 진폭에 따라 연속적으로 가변적이다. 이러한 형태의 유체증폭기에서 인터액션챔버 측벽의 세부윤곽은 스트림들 자체 사이의 상호작용력에 있어 2차적으로 중요하다. 비록 상기 장치의 측벽이 인터액션챔버내에서 유체를 함유하도록 사용될 수 있고, 따라서 요망된 분위기압력하의 일정영역에서 스트림들을 상호 작용하도록 하는 것을 가능하게 하지만 측벽은 상호작용하는 스트림들의 고속부위로부터 약간 이격되어 있고 파워스트림이 측벽에 접근하거나 접촉하지 못하도록 배치되어 있다.
왕복밸브수단(12)은 보어(32)내에 왕복 가능하도록 배치된 스풀(30)을 포함한다. 스풀(30)이 보어(32)내에서 왕복 운동함에 따라 출력포트(34,36) 각각은 스풀상의 랜드(38,40) 각각에 의해 제어된다. 상기 운동에 의해 발생원(42)으로부터의 유압유체와 같은 가압유체(fluid under pressure)는 통로(44)와 입력포트(46,48) 각각을 통하여 유동되고 그다음 밸브(30)의 운동방향에 의존하여 출력포트(34) 또는 출력포트(36)를 통하여 흐르게 된다. 회수포트(50)는 통로(52)에 의해 회수부(sump 혹은 return: 54)에 연결되어 있다.
당업자에게 주지된 바와같이 닫힌 유압계(closed hydraulic system)에서는 유체가 하나의 제어포트에서 로드장치(도시되지 않음)로 유동될때 상기 유체는 또한 회수포트를 통하여 상기 로드장치에서 회수부(54)로 흐르게 된다.
말단챔버(56,58)는 스풀(30)상의 말단랜드(60,62)와 보어(32)의 말단벽(70,72)에 의해 한정된다. 챔버(56,58)에 배치된 스프링(64,68)은 챔버(56,58)에 가해지는 유압력 시그날이 부재시 제1도에 도해된 바처럼 중립위치(null position)에 스풀(30)을 위치시킨다.
유체압력 시그날이 챔버(58)에 가해지면 스풀(30)은 제1도에 도시된 바처럼 하향 이동하게 되어 랜드(38)로 하여금 출력포트(34)를 개방하도록 하고 결국에는 발생원(42)으로부터의 가압 유체가 통로(74)를 통하여 유동하도록 하여 출력시그날(C1)로 나타나게 된다.
택일적으로, 유체압력 시그날이 챔버(56)에 가해지면, 스풀(30)은 제1도에 도시된 바처럼 상향 이동하게 되어 랜드(40)로 하여금 출력포트(36)를 개방하도록 하고 결국에는 발생원(42)으로부터의 가압 유압유체를 통로(76)를 통하여 유동하도록 하여 출력시그날(C2)로 나타나게 된다. 당업자라면 이해되는 바와같이 가압 유체가 통로(74) 또는 통로(76)를 따라 흐를때 회수부(54)는 통로(74,76)중 다른 한쪽에 연결된다.
제 1 통로수단(80)은 제한오리피스(82)를 통해 증폭기(10)의 출구포트(16)와 연결되어 유체증폭기(10)로부터의 유압유체 시그날을 챔버(56)에 가하게 된다. 출력포트(16)는 또한 통로(84)와 제한오리피스(86)를 통해 유체증폭기(10)의 제어포트(20)에 연결되어 있다. 또한 출력포트(18)는 제한오리피스(89)를 포함하는 통로수단(88)에 의하여 제어포트(20)에 연결되어 있다.
유체증폭기(10)의 출력포트(18)는 제한오리피스(92)를 통해 제 2 통로(90)에 의하여 왕복밸브수단(12)의 챔버(58)에 연결되어 있다. 또는 출력포트(18)는 통로(94)와 제한오리피스(96)를 경유하여 제어포트(22)에 연결되어 있다. 뿐만아니라, 통로(98)는 제한오리피스(99)를 통하여 유체증폭기의 출력포트(16)와 제어포트(22)를 상호 연결하고 있다.
압축공기와 같은 유체압력은 발생원(100)으로부터 통로수단(102)과 가변제한오리피스(104)를 통해 증폭기(10)의 공급포트(14)로 제공된다. 회수부(106) 또는 대기는 통로(108)에 의해 인터액션챔버(24)의 배출포트(26)에 연결되어 있다.
압축공기와 같은 가압 유체가 발생원(100)에서 입력포트(14)에 가해질때 유체는 입력노즐(106)을 통과하여 파워스트림 또는 제트를 인터액션챔버(24)로 제공하게 된다. 제어노즐(108,110)에서 나타나는 압력에 의존하여 파워스트림은 편향되며 출구포트(16,18)에서 출구압력시그날로 나타나게 된다. 압력시그날이 출력포트(16)에서 나타나면 압력시그날은 통로(80)를 따라 챔버(56)에, 통로(84)를 경유하여 부(負)의 피이드백 시그날로서 제어포트(20)에, 그리고 통로(98)를 경유하여 정(正)의 피이드백 시그날로서 제어포트(22)에 동시에 가해진다. 택일적으로, 출구압력 시그날이 출력포트(18)에서 나타나면 압력시그날은 통로(90)를 따라 챔버(58)에, 통로(94)를 따라 부(負)의 피이드백 시그날로서 제어포트(22)에, 그리고 통로(88)를 따라 정(正)의 피이드백 시그날로서 제어포트(20)에 동시에 가해진다.
유체증폭기(10)의 출력포트(16)에 연결된 제한오리피스(82)와 챔버(56)는 각각 저항과 용량으로 작용하여 R-C 회로로 기능한다. 유사하게 제한오리피스(92)는 저항으로 작용하고 챔버(58)는 출력포트(18)에 연결된 용량으로 작용하여 이들 역시 R-C 회로로 기능하게 된다. 가변리스트릭터(104)의 일정입력 압력과 저항값하에서 0.5 내지 5 헤르쯔 사이의 요망된 진동수는 피이드백 경로의 리스트릭터(restrictor) 뿐만 아니라 R-C 회로의 적절한 수치결정을 통해서도 얻을 수 있다.
[작동]
상기 기재된 유압유체 오실레이터는 유체압력 시그날이 유체증폭기(10)로부터 챔버중 어느 하나에 가해질때 스풀밸브(30)가 그것에 감응하여 이동하면서 출력유압 시그날펄스를 제공함으로써 작동된다. 이때 정(正)의 피이드백 시그날은 대응하는 제어포트에 가해지고 초기에 우세하게 되어 유체증폭기의 출력포트에서 나타나는 출력시그날을 강화시킨다. 챔버가 충만하게 (용량이 완전히 충전)되면 부(負)의 피이드백 시그날로서 대향 제어포트에 가해진 출력포트로부터의 유체압력 시그날이 우세하게 되어 파워스트림을 다른 출력포트로 편향시키고 이것은 스풀밸브의 위치조정방향을 역전시켜 왕복밸브(12)의 대향 출력포트에서 출력 유압 시그날을 제공하게 된다. 진동수는 가변오리피스(104)에 의해 제어될 수 있고 또는 택일적으로, 챔버의 크기 또는 왕복밸브(12)내에서의 스프링들의 스프링 비율을 변화시켜 제어될 수 있다.
보다 상세한 논의를 위하여 파워스트림이 편향되어 유체증폭기(10)의 출력포트(18)에서 출력시그날로 나타나는 경우를 상정하자. 압력시그날은 제한오리피스(92)와 통로(90)를 통과하여 챔버(58)로 입력된다. 동시에, 시그날은 통로(88)와 제한오리피스(89)를 통과하여 정(正)의 피이드백 시그날로서 제어포트(20)에 가해진다. 제한오리피스(89)에 의해 제공되는 저항은 제한오리피스(92)에 희애 제공되는 저항보다 더 크다. 동시에, 제한오리피스(92)의 출구에서의 시그날은 통로(94)와 제한오리피스(96)를 통해 부(負)의 피이드백 시그날로서 제어포트(22)에 가해진다. 상기 부(負)의 피이드백 시그날은 통로(90)에서 챔버(58)로의 유체흐름 저항이 제한오리피스(96)에서 제어포트(22)로의 저항보다 작기 때문에 초기 영향은 미약하다. 그 결과, 출력포트(18)로부터의 유체압력 시그날은 우세한 정(正)의 피이드백 시그날을 제어포트(20)에 제공하는 동시에 챔버(58)의 충전을 개시한다. 챔버(58)가 가압 유체로 충전됨에 따라 밸브(30)는 제2도에 도시된 바와같이 하향 이동하여 랜드(38)로 하여금 유출포트(34)를 개방하도록 하고 제2도에 112에 표시된 출력유압 시그날(C1)을 제공하게 된다. 이때 랜드(40)는 유동출트(36)를 개방시켜 통로(76)와 회수부(54)를 연결시킴으로서 통로(74,76)에 연결된 모터 또는 다른 이용장치(도시되지 않음)에 잔존하는 유압유체가 시스템에 회수되도록 해 준다. 당업자에게 주지된 바대로 유압펄스(112)는 R-C 시정수에 의해 결정되는 지속시간을 갖는데, 이 시정수는 다시 제한오리피스(92)의 저항 및 챔버(58)의 용량에 의해 결정된다. 따라서, 챔버(58)가 [스프링(64)의 스프링 비율에 의존하여)충만되면 가압 유체의 통로(90)에서 챔버(58)로의 흐름은 중단된다. 즉, 유효하게 완전 충전된 챔버(58)의 용량은 무한저항 또는 개회로(open circuit)로 나타난다.
상기 현상이 발생하면 통로(94)와 직렬의 제한오리피스(92,96)를 통해 제어포트(22)에 부(負)의 피이드백 시그날로서 연결되는 출력포트(18)로부터의 유체압력이 우세하게 된다. 제한오리피스(92,96)의 직력저항은 제한오리피스(89)의 저항보다 작고, 따라서 제어포트(22)에 연결된 노즐(106)에서 나타나는 압력시그날은 파워스트림과 상호작용하여 파워스트림을 출력포트(18)에서 출력포트(16)로 편향시킨다. 즉, 제한오리피스들 저항결합과 부(負) 및 정(正)의 경로는 부(負)의 피이드백 경로보다 정(正)의 피이드백 경로에서의 저항이 더 크게 되어 있어 파워스트림을 출구포트(18)에서 출구포트(16)로 편향시킨다. 출구포트(16)에서 유체압력 시그날이 나타나면 유체는 제한오리피스(82)와 통로(80)를 통하여 챔버(56)로 유입되고 이는 스풀밸브를 제1도에 도시된 바와같이 상향 이동케 한다. 나머지 작동과정은 위에서 기재된 것과 동일하다. 챔버(58)를 충만시킨 유체는 그 유동방향이 역류되어 통로(90), 제한오리피스(92), 출구포트(18)를 통해 인터액션챔버(24)로 유입되고 배출포트(26)를 빠져나가 대기 또는 회수부(106)로 회수된다. 스풀밸브(30)의 운동방향이 역전되면 출구포트(36)는 랜드(40)에 의해 개방되어 발생원(42)으로부터 가압 유압유체를 수납하게 된다. 이때, 출구포트(34)는 랜드(38)에 의해 회수부(54)로 개방된다. 그 결과, 출력시그날은 제2도(114)에 도시된 바와같이 C2로 나타나게 되고 동시에 시그날(112)은 도해된 바대로 영점(회수압력)으로 복귀하게 된다.
왕복밸브수단(12)의 출력펄스(112,114) 주파수는 오실레이터에 도입되는 특정한 응용에 의해 요망된 진동수로 제어될 수 있다.
상기 진동수 제어는 스프링(64,68)의 스프링 비율과 같은 매개변수, 챔버(56,58)의 체적, 제한오리피스(82,92)의 저항, 발생원(100)의 압력, 가변제한오리피스(104)의 저항 또는 피이드백 오리피스(86,96,89,99)의 저항을 변화시켜 달성될 수 있다. 챔버(56,58)와 제한오리피스(82,92)의 이용으로, 주파수는 오실레이터로 기능하도록 연결된 운동량교환 유체증폭기의 고유주파수에 비해 매우 낮다는 사실은 당업자에게 이해될 것이다. 전형적인 예로 본 발명의 유압유체 오실레이터 이용으로 1 헤르쯔 이하의 주파수를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 유체압력 시그날의 입력에 감응하는 불연속적인 출력유체 펄스를 제공하고, 상기 유체압력 시그날을 수용하기 위해 왕복밸브수단의 각 말단에 배치된 챔버수단(56,58)을 포함하는 왕복밸브수단(12); 입력포트(14), 제 1 제어포트(20) 및 제 2 제어포트(22) 그리고 제 1 출력포트(16) 및 제 2 출력포트(18)를 한정하는 인터액션챔버(24)를 가지는 운동량교환 유체증폭기(10); 그리고 상기 출력포트(16,18) 각각을 상기 챔버수단(56,58)에 연결하는 통로수단(80,90)을 포함하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터에 있어서, 정(正) 및 부(負)의 피이드백 시그날을 상기 제 1 및 제 2 제어포트(20,22) 각각에 제공하기 위하여 상기 출력포트(16,18) 각각을 상기 제어포트 각각에 연결하는 부가의 통로수단(84,88,94,98)이 제공된 것을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정(正) 및 부(負)의 피이드백 시그날을 제공하는 상기 통로수단(84,88,94,98) 각각은 유동리스트릭터 수단(82,86,89,92,96,99)을 포함하고, 상기 정(正)의 피이드백 통로수단의 유동리스트릭터 수단(88,89)은 상기 부(負)의 피이드백 통로수단의 유동리스트릭터 수단(82,86,92,96)보다 더 큰 유동제한을 제공함을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 왕복밸브수단은 보어(32)내에 배치된 스프링-센타식(64,68) 스풀밸브(30)임을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스풀밸브는 4방향 스풀밸브인 것을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 통로수단은 상기 제 1 제어포트(20), 상기 제 1 출력포트(16) 및 상기 제 1 챔버(56)를 상호 연결하는 제 1 통로(80,84) ; 상기 제 2 제어포트(22), 상기 제 2 출력포트(18) 및 상기 제 2 챔버(58)를 상호 연결하는 제 2 통로(90,94); 상기 제 1 출력포트(16)와 상기 제 2 제어포트(22)를 상호 연결하는 제 3 통로(98) ; 그리고 상기 제 2 출력포트(18)와 상기 제 1 제어포트(20)를 연결하는 제 4 통로(88)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 입력포트에 연결된 주파수 조정수단(104)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주파수 조정수단은 가변 유동리스트릭터인 것을 특징으로 하는 가변 저주파수 유압유체 오실레이터.
KR1019940703515A 1992-04-27 1992-10-13 가변 저주파수 유압유체 오실레이터 KR0167621B1 (ko)

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US874,248 1986-06-13
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