KR100991502B1 - 압전방식에 의한 공압 서보밸브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공급 포트와 배출 포트 및 배기 포트를 갖는 중공형의 메인 바디와, 메인 바디의 중공부 내에 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 이송위치에 따라 각 포트로의 유체 흐름을 단속하는 스풀과, 스풀의 일측 단부에 체결된 마그네트 실드와, 메인 바디의 중공부 내에 설치되어 상기 마그네트 실드가 수용되어 있는 슬리브와, 슬리브와 상기 마그네트 실드 사이의 스풀에 위치하여 스풀을 축 방향으로 이송시켜 공급 포트가 평상시 닫힌 상태를 유지하도록 하는 코일 스프링과, 마그네트 실드와 슬리브에 설치되어 스풀의 위치를 피드백 받아 위치 신호를 제어부로 연결해주는 퍼머넌트 마그네트 및 선형 홀 센서와, 밸브 바디의 일측에 설치되어 스풀을 축 방향으로 이동시켜 공급 포트가 열린 상태를 유지하도록 하는 압전소자(세라믹계열: 지르콘 티탄 산납[PZT])로 구성된 압전방식에 의한 공압 서보밸브에 관한 것으로서 밸브의 구조를 단순화하여 부피를 소형화하고, 압전소자를 이용하여 스풀의 연계 작동성을 높여 위치제어 적응이 뛰어나며, 고속응답 및 사용상의 제품 신뢰도를 향상시키며, 낮은 소비전력과 과전류 및 전압에 의한 노이즈 발생과 분진이나 먼지 등에 의한 오작동을 방지할 수 있다.
공압 서보밸브, 압전소자, 스풀, 감지센서, 밸브 바디.
Description
본 발명은 압전방식에 의한 공압 서보밸브에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 압전효과를 이용하여 스풀을 축 방향으로 이동시켜 각 포트의 개폐를 단속하여 유체 흐름을 조절할 수 있도록 하는 압전방식에 의한 공압 서보밸브에 관한 것이다.
통상의 공압 서보밸브(servo valve)는 서보 솔레노이드에 의한 스풀(spool)의 축방향 운동에 의해 공기의 유로방향을 전환 및 유량을 제어하는 방식의 밸브를 일컫는다.
이러한 공압 서보밸브는 기본적으로 3 또는 5 방향구조의 여러 포트 방식으로, 구동신호는 DC 24V이며, 제어신호는 0∼10V이다.
제어신호가 없거나 5V일 때는 스풀의 변위가 중립점에 위치하게 되므로 공급 포트로 유입되는 유체가 흐르지 못하게 된다.
그러나 제어전압을 0∼5V 또는 5∼10V 사이의 임의의 값을 주게 되면 제어전압에 비례하여 스풀이 이동하게 되고, 공급 포트를 통해 공급되는 유체는 스풀이 이동됨에 따라 어느 한 배출 포트와 연통되면서 유로가 형성되는 것이다.
스풀의 위치를 제어하기 위한 서보 솔레노이드는 자기력에 의해 플런저(스풀)가 이동하게 되면, 플런저의 위치를 피드백 받아서 다시 오차를 보상해 주는 솔레노이드를 칭하는 것으로서, 이때 피드백 센서로 홀 센서가 사용되며, 플런저에 부착되어 있는 영구자석의 이동에 따라 자기력의 변화를 이용하여 위치를 검출하게 된다.
이러한 공압 서보밸브의 일례로서 대한민국 등록특허 제10-2004-430052호의 종래 기술의 설명에 개시되고 있다.
이러한 종래의 공압 서보밸브는 상부에 공급 포트와 그 양쪽에 A,B 배기 포트를 가지며, 하부에는 상기 공급 포트 또는 A,B 배기 포트와 선택적으로 연통되는 A,B 배출 포트를 각각 갖는 메인 바디와,
상기 메인 바디의 중공부에 고정 설치되며 상기 각 공급 및 배출 포트와 연통되는 슬롯을 갖는 슬리브와,
상기 슬리브 내의 축 방향으로 습동 가능하게 설치되어 이송위치에 따라 유체의 흐름을 제어하는 스풀과,
상기 메인 바디의 일측에 설치되어 전기적인 신호에 따라 스풀의 구동을 제어하는 토크 모터와,
상기 스풀에 설치된 영구자석의 이동에 따른 자기력의 변화를 감지하여 위치 를 검출하는 홀 센서로 구성된다.
이러한 종래 기술의 작동원리는 토크 모터에 인가되는 전류의 극성과 세기에 따라 스풀의 전후진 습동거리가 제어된다.
즉, 스풀의 중앙 밸브가 도면상 우측으로 이동하게 되면 스풀의 소구경부에 의해 공급 포트와 A 배기 포트가 연통되면서 유로가 형성되고, 반대로 스풀의 중앙 밸브가 도면상 좌측으로 이동하게 되면 스풀의 소구경부에 의해 공급 포트와 B 배기 포트가 연통되면서 유로가 형성된다.
한편, 스풀의 좌측밸브가 도면상에서 좌측으로 이동하게 되면 이때도 역시 스풀의 소구경부에 의해 A 배출 포트와 A 배기 포트가 연통되면서 이들 상호 간에 유로가 형성된다.
상기한 바와 같이 솔레노이드를 채용한 종래의 공압 서보밸브는 솔레노이드, 플런저, 일체형 스풀에 의한 구조로서, 그 구조가 복잡하고 부피가 커지면서 소형화가 어렵고, 과전류 및 전압에 의한 노이즈 발생 및 솔레노이드와 스풀의 연계 작동성이 저하되어 정밀제어가 어려우며, 고속 응답성이 떨어지므로 사용상의 신뢰도가 저하되며, 분진이나 먼지 등이 끼이는 경우 오작동의 원인이 되는 한편, 수명저하, 공기 누출의 우려가 있다.
본 발명은 밸브의 구조를 단순화하여 부피를 소형화하고, 압전소자를 이용하 여 스풀의 연계 작동성을 높여 정밀 위치제어 및 고속 응답성, 높은 홀딩력, 장수명으로 제품 사용상의 신뢰도를 향상시키며, 전압 및 전류이상에 의한 노이즈 발생과 분진이나 먼지 등에 의한 오작동을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전방식에 의한 공압 서보밸브는,
공급 포트와 배출 포트 및 배기 포트를 갖는 중공형의 메인 바디와, 메인 바디의 중공부 내에 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 이송위치에 따라 각 포트로의 유체 흐름을 단속하는 스풀과, 스풀의 일측 단부에 체결된 마그네트 실드와, 메인 바디의 중공부 내에 설치되어 상기 마그네트 실드가 수용되어 있는 슬리브와, 슬리브와 상기 마그네트 실드 사이의 스풀에 위치하여 스풀을 축 방향으로 이송시켜 공급 포트가 평상시 닫힌 상태를 유지하도록 하는 코일 스프링과, 마그네트 실드와 슬리브에 설치되어 스풀의 위치를 피드백 받아 위치 신호를 제어부로 연결해주는 퍼머넌트 마그네트 및 선형 홀 센서와, 밸브 바디의 일측에 설치되어 스풀을 축 방향으로 이동시켜 공급 포트가 열린 상태를 유지하도록 하는 압전소자(세라믹계열: 지르콘 티탄 산납[PZT])로 구성된 압전방식에 의한 공압 서보밸브에 특징이 있다.
상기 압전소자는 상기 밸브 바디의 일측에 설치되어 상기 스풀을 축 방향으로 이동시켜 상기 공급 포트가 열린 상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자는 다수의 장볼드에 의해 컨트롤부를 수용하고 있는 컨트롤부 캡과 함께 상기 밸브 바디의 일측에 결합할 수 있다.
상기 압전소자는 피에조 홀더의 중앙부에 판 형상의 탄성체부재가 마련되고, 상기 탄성체부재의 양면 중앙부에 원판 형상의 압전 세라믹이 부착된 구조를 형성되어 있다.
상기 마그네트 실드 내의 퍼머넌트 마그네트에 의해 가해지는 자기력의 변화에 의해 상기 스풀의 위치를 감지하는 선형 홀 센서가 상기 슬리브에 매설되고, 상기 컨트롤부는 상기 선형 홀 센서에 의해 피드백되는 상기 스풀의 위치를 확인한 후 압전소자에 가해지는 전류량의 세기의 기계적 거리 변위량으로 변환 조절하여 스풀의 위치를 조절할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 코일 스프링과 함께 압전소자를 이용하여 밸브 바디 내의 스풀을 축 방향으로 이동시켜 공급 포트와 배출 포트 그리고 배기 포트의 개폐를 단속하여 유체 흐름의 유로를 형성시킴으로써, 밸브의 구조가 단순해져 부피를 소형화할 수 있는 이점이 있고, 스풀의 연계 작동성을 높여 사용상의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점이 있으며, 전기적 이상 현상 및 분진이나 먼지 등에 의한 오작동을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작동에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 공압 서보밸브의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 공압 서보밸브의 분해 사시도이며, 도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 개시된 본 발명의 닫힌 상태의 단면도 및 일부 발췌 확대도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 열린 상태의 단면도 및 일부 발췌 확대도이다.
본 발명의 압전방식에 의한 공압 서보밸브는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이,
제1, 2공급 포트(123)(124)와 제1, 2배출 포트(125)(126) 및 배기 포트(135)를 갖는 중공형의 메인 바디(101)와,
이 메인 바디(101)의 중공부(127a) 내에 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 이송위치에 따라 각 포트(123,124,125,126,135)로의 유체 흐름을 단속하는 스풀(102)과,
이 스풀의 일측 단부에 체결된 마그네트 실드(107)와, 이 메인 바디(101)의 중공부 내에 설치되어 마그네트 실드(107)가 수용되어 있는 슬리브(108)와,
이 슬리브와 마그네트 실드(107) 사이의 스풀(102)의 지지단턱부(129)에 위치하여 스풀(102)을 축 방향으로 이송시켜 공급 포트(123,124)가 닫힌 상태를 유지하도록 하는 코일 스프링(120)과,
이 마그네트 실드(107)와 슬리브(108)에 설치되어 스풀(102)의 위치를 피드백받아 위치 오차를 보상해 주는 퍼머넌트 마그네트(109) 및 선형 홀 센서(106)와,
밸브 바디(101)의 일측에 설치되어 스풀(102)을 축 방향으로 이동시켜 공급 포트(123)(124)가 열린 상태를 유지하도록 하는 압전소자(100)로 구성되어 있다.
상기 밸브 바디(101)는 공급 포트(123)(124)와 배출 포트(125)(126) 그리고 배기 포트(135)와 연통되는 중공부(127a)(127b)를 가지는데, 상기 중공부(127a)는 유체흐름을 위한 유로의 일부로서 스풀(102)을 이동 가능하도록 수용하고, 상기 슬리브(108)가 세트 스크류(119)에 의해 고정된 중공부(127b)는 스풀(102)과 이의 단부에 체결된 마그네트 실드(107)을 이동 가능하도록 수용하고 있다.
상기 스풀(102)은 유체의 흐름을 위한 유로를 형성하는 소구경부(122a)(122b)와 공급 포트(123)(124)의 개폐를 단속하는 대구경부(130a)(130b)(130c)를 갖는다.
상기 스풀(102)의 일측에는 지지단턱부(129)와 나사돌기부(130)가 접하고 있는데, 이 지지단턱부(129)에는 스풀(102)을 축 방향으로 이동시켜 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 대구경부(130a)(130b)(130c)에 의해 공급 포트(123)(124)가 닫힌 상태를 유지하도록 하는 코일 스프링(120)이 마련되어 있고, 상기 나사돌기부(130)에는 마그네트 실드(107)가 너트(108)에 고정되어 있다.
상기 마그네트 실드(107)에는 퍼머넌트 마그네트(109)가 내재하여 있고, 슬리브(108)에는 스풀(102)의 이동에 따라 위치가 변화하는 퍼머넌트 마그네트(109)에 의해 가해지는 자기력을 감지하는 선형 홀 센서(106)가 매몰되어 있다.
즉, 상기 선형 홀 센서(106)가 스풀(102)의 위치변화에 의한 퍼머넌트 마그 네트(109)의 자기력 변화를 감지하여 이를 컨트롤부(113)에 피드백시킴으로써 컨트롤부(113)는 스풀(102) 위치를 보정할 수 있다.
상기 스풀(102)의 타측에는 스풀(102)의 길이방향으로 형성된 가이드 홈(128)이 형성되고, 상기 가이드 홈에는 가이드 핀(104)이 끼워져 밸브 바디(101)에 고정되어 있으므로 코일 스프링(120)이나 압전소자(100)에 의해 스풀(102)이 축 방향으로 이동할 때 회전하지 않는다.
상기 스풀(102)이 끼워진 밸브 바디(101)의 중공부(127a)는 단부 캡(103)에 의해 기밀을 유지할 수 있도록 밀폐되어 있는데, 상기 단부 캡(103)은 스냅 링(105)에 의해 밸브 바디(101)에 고정된다.
상기 압전소자(100)는 세라믹 계열의 지르콘티탄산납(PZT) 등으로 이루어지고 컨트롤부(113)로부터 전원을 공급받아 스풀(102)을 축 방향으로 이동시키는 것으로서, 이 압전소자(100)에 의한 스풀(102)의 이동으로 도 5 및 도 6에서와 같이 공급 포트(123)(124)를 막고 있던 대구경부(130a)(130b)(130c)가 제거됨으로써 공급 포트(123)(124)와 소구경부(122a)(122b) 그리고 배출 포트(125)(126)로 이어지는 유체 흐름(화살표)을 위한 유로가 형성된다.
상기 압전소자(100)는 피에조 홀더(121)의 중앙부에 판 형상의 탄성체부재(110)(elastic material)가 마련되고, 이 탄성체부재(110)의 양면 중앙부에 원판 형상의 압전 세라믹(111)(piezo electric ceramic)이 부착된 구조를 갖는다.
이때, 상기 압전소자(100)는 다수의 장볼트(116)가 콘덴서 캡(114), 컨트롤부 캡(112), 피에조 홀더(121) 각각에 일치 관통된 관통공을 관통해서 밸브 바 디(101)의 결합공(134)에 나사 체결되므로 컨트롤부(113)와 함께 밸브 바디(101)와 일체형으로 결합한다. 상기 콘덴서 캡(114)에는 커넥터(115)가 분리 결합한다.
도 1은 본 발명에 의한 공압 서보밸브의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 공압 서보밸브의 분해 사시도.
도 3은 도 1 및 도 2에 개시된 공압 서보밸브의 닫힌 상태를 보인 단면도.
도 4는 도 3의 일부 발췌 확대도.
도 5는 도 1 및 도 2에 개시된 공압 서보밸브의 열린 상태를 보인 단면도.
도 6은 도 5의 일부 발췌 확대도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100: 압전소자 101: 밸브 바디
102: 스풀 103: 단부 캡
104: 가이드 핀 105: 스냅링
106: 선형 홀 센서 107: 마그네트 실드
108: 슬리브 109: 퍼머넌트 마그네트
110: 탄성체 111: 압전 세라믹
112: 컨트롤부 캡 113: 컨트롤부
114: 콘덴서 캡 115: 커넥터
116: 장볼트 119: 세트 스크류
120: 코일 스프링 121: 피에조 홀더
122a, 122b: 소구경부 123: 제1공급 포트
124: 제2공급 포트 125: 제1배출 포트
126: 제2배출 포트 127a, 127b: 중공부
128: 가이드 홈 129: 지지단턱부
130 : 나사돌기부 130a, 130b, 130c: 대구경부
134 : 결합공 135: 배기 포트
Claims (4)
- 삭제
- 공급 포트와 배출 포트 및 배기 포트를 갖는 중공형의 메인 바디와, 상기 메인 바디의 중공부 내에 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 이송위치에 따라 각 포트로의 유체 흐름을 단속하는 스풀을 포함하되, 상기 스풀의 일측 단부에 체결된 마그네트 실드와, 상기 메인 바디의 중공부 내에 설치되어 상기 마그네트 실드가 수용되어 있는 슬리브와, 상기 슬리브와 상기 마그네트 실드 사이의 스풀에 위치하여 상기 스풀을 축 방향으로 이송시켜 상기 공급 포트가 평상시 닫힌 상태를 유지하도록 하는 안전용 코일 스프링과, 상기 마그네트 실드와 상기 슬리브에 설치되어 상기 스풀의 위치를 피드백 받아 위치 신호를 컨트롤부로 연결해 주는 퍼머넌트 마그네트 및 선형 홀 센서와, 밸브 바디의 일측에 설치되어 상기 스풀을 축 방향으로 이동시켜 상기 공급 포트가 열린 상태를 유지하도록 하는 압전소자로 구성된 공압 서보밸브에 있어서,상기 압전소자는 다수의 장볼트에 의해 컨트롤부를 수용하고 있는 컨트롤부 캡과 함께 상기 밸브 바디의 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 압전방식에 의한 공압 서보밸브.
- 제2항에 있어서,상기 압전소자는 피에조 홀더의 중앙부에 판 형상의 탄성체부재가 마련되고, 상기 탄성체부재의 양면 중앙부에 원판 형상의 압전 세라믹구조로 의해 전기적 에너지를 인가하면 원뿔 형상의 기계적 거리 변위량으로 변환되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 압전방식의 공압 서보밸브.
- 제2항에 있어서,상기 마그네트 실드 내의 퍼머넌트 마그네트에 의해 가해지는 자기력의 변화에 의해 상기 스풀의 위치를 감지하는 선형 홀 센서가 상기 슬리브에 매설되고, 상기 컨트롤부는 상기 선형 홀 센서에 의해 피드백되는 상기 스풀의 위치를 확인한 후 압전소자에 가해지는 전류량의 세기와 방향을 조절하여 스풀의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 압전방식의 공압 서보밸브.
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| KR1020080072316A KR100991502B1 (ko) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | 압전방식에 의한 공압 서보밸브 |
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ID=42085703
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| KR1020080072316A KR100991502B1 (ko) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | 압전방식에 의한 공압 서보밸브 |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
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-
2008
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Patent Citations (2)
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