KR101110280B1 - 히스테리시스 저감기능을 가지는 유압서보밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정확한 밸런스를 유지하여 어느 한 방향으로 치우치는 현상을 방지하고 작동과정에서 주변 부품과의 간섭과 마찰로 인하여 히스테리시스가 발생하는 것을 배제할 수 있도록 한 히스테리시스 저감기능을 가지는 유압서보밸브에 관한 것으로서, 밸브바디 내부에 유체 이동 경로를 결정하도록 내장되는 슬리브와 스풀, 상기 밸브바디의 일측에 결합 되어 스풀을 움직이는 리니어액추에이터와, 상기 리니어액추에이터는 프론트 및 리어코어튜브 사이에 요크 내부에 코일을 권선하여 보빈으로 구성되어 삽입되는 코일조립체와, 상기 보빈의 내부에 자력을 보강할 수 있게 삽입하는 마그네트링과 이를 유지하는 코어캡과, 상기 코어캡 내부에는 횡 방향으로는 삽입되어 전기적인 신호를 인가받아 스풀을 움직이는 플런저와, 상기 리니어액추에이터 대향 위치의 스풀의 외측단에 결합하여 리니어액추에이터의 구동에 따른 변위를 자속에 의해 코일 전압으로 변위를 측정하는 LVDT를 포함하는 유압서보밸브에 있어서;
상기 플런저의 외경과 코어캡의 내경 사이의 갭을 극복할 수 있는 부싱을 더 개재하는 것이 특징이다.

Description

히스테리시스 저감기능을 가지는 유압서보밸브{THE HYDRAULIC SERVO VALVE WHICH HAS A HYSTERESIS REDUCATION FUNCTION}

본 발명은 히스테리시스 저감기능을 가지는 유압서보밸브에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유압서보밸브를 구성하는 리니어액추에이터의 플런저가 밸런싱을 유지할 수 있도록 함으로서 안정된 작동성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 유압 제어 장치는 무거운 하중의 신속하고 정확한 위치제어를 위하여 사용되며, 전자제어와 유압동력의 이점을 모두 얻을 수 있는 전자와 유압을 결합한 시스템이 널리 이용되고 있다.

상기와 같이 유압을 이용하여 속도와 위치를 제어하는 유압실린더 또는 유압모터를 이용하게 되며, 우주항공산업에서부터 일반적인 산업분야에까지 널리 적용되고 있으며, 이와 같이 유압실린더와 유압모터의 속도와 방향 등을 정확하고 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 것이 유압서보밸브이다.

상기와 같은 통상적인 유압서보밸브(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 유입 및 배출유로를 가지는 밸브바디(2)의 내부에 유체(오일)의 이동 경로를 결정하기 위한 슬리브와 스풀이 내장된다.

상기 스풀은 밸브바디의 일측에 결합 되는 리니어액추에이터(3)에 의하여 좌우 방향(스풀의 축방향)으로 움직이게 된다.

상기 리니어액추에이터(3)는 요크(4) 내부에 코일(5)을 권선하여 보빈(6)으로 구성되는 코일조립체(7)를 삽입하고, 요크(4)의 양측은 프론트 및 리어코너튜브(8,9)로 마감한다.

상기 보빈(6)의 내부에는 자력보강을 위한 마그네트링(10)을 개재하고, 마그네트링(10)의 내부 횡 방향으로는 플런저(11)가 삽입되어 입력신호로서 전류가 코일에 인가되면, 아마츄어(7)에 발생하는 자극과 함께 마그네트링(11)의 자력에 의하여 플런저(11)가 축 방향으로 움직이면서 스풀을 작동시키게 된다.

이와 같이 코일에 인가되는 전류의 차이에 의하여 플런저의 움직이는 방향이 달라지게 됨으로써, 유압회로를 결정하게 되는 스풀의 위치를 결정하게 되는 것이다.

상기와 같은 유압서보밸브는 전류를 인가받은 리니어액추에이터의 플런저가 자력에 의하여 축 방향으로 움직여 스풀을 작동시켜 유압회로를 구성하게 되므로 유압수단으로 정확하게 유압을 인가하여 작동할 수 있게 된다.

이 과정에서 플런저가 정확하게 밸런싱을 유지하지 못하고 어느 한 방향으로 미세하게 기울어진 상태를 유지하는 경우가 발생하게 되는 데, 이러한 경우에는 전기신호를 인가받아 플런저가 작동할 때, 플런저와 코어캡이 간섭과 마찰을 일으키게 되므로 히스테리시스(Hysteresis)가 발생하게 된다.

이와 같이 플런저 원활하게 작동하지 못할 경우에는 이와 연결되어 있는 스풀에까지 영향을 미치게 되므로 결국에는 유압회로가 정상적으로 이루어지지 못하게 되어 원활한 작동성을 보장하지 못하게 된다.

상기와 같이 플런저가 밸런싱을 유지하지 못하는 이유로는 유압서보밸브를 구성하는 전체부품의 높은 정밀도와 높은 조립도를 요구하게 되나, 실질적으로 가공 또는 조립하는 과정에서 아주 미세하게 발생하는 오차에 의하여 조립 후 전체적인 누적 공차에 의하여 이러한 현상이 발생하게 된다.

또한, 종래 기술에서는 플런저(11)의 밸런싱을 유지하기 위하여 플런저 축부의 일측 또는 양측을 유지하기 위한 수단으로 프론트 및 리어코어튜브에 베어링(12)을 개재하는 경우도 있으나, 관련부품수의 증가로 인하여 조립성이 저하되고, 생산원가가 상승하는 부수적인 원인이 되는 것은 물론, 플런저의 축부와 베어링 간의 마찰저항으로 인하여 작동성이 좋지 못하게 된다.

상기와 같이 플런저의 히스테리시스가 증가할 경우에는 유압서보밸브의 원활한 작동성을 보장할 수 없는 것은 물론, 정확하고 정밀한 제어를 수행하기 위한 기본적인 목적달성이 어렵게 되는 등 여러 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 유압서보밸브를 구성하는 리니어액추에이터의 플런저 외경에 자력에 영향을 받지 않는 재질로 부싱을 개재하여 안정된 상태로 플런저의 밸런스를 유지할 수 있도록 함으로서 원활한 작동성을 보장하여 정밀한 제어를 수행하는 유압서보밸브 본래의 목적을 충분하게 달성할 수 있도록 한 것이 특징이다.

본 발명은 플런저의 외경에 부싱을 결합하여 안정된 밸런스를 유지하여 원활한 작동성을 보장하면서 히스테리시스를 배제함으로써 유압서보밸브의 품질을 높일 수 있는 것은 물론, 관련부품 수를 줄여 생산성을 높이면서 생산원가를 저감킬 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브를 도시한 전체 외관 사시도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브를 도시한 단면상태의 구성도.
도 3은 본 발명의 기술인 히스테리시스 저감수단을 장착한 유압서보밸브의 발췌단면도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브용 히스테리저감수단을 발췌한 사시도 및 단면도.
도 5는 종래 기술이 적용된 유압서보밸브의 리니어액추에이터를 발췌한 단면도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브를 도시한 전체 외관 사시도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브를 도시한 단면상태의 구성도, 도 3은 본 발명의 기술인 히스테리시스 저감수단을 장착한 유압서보밸브의 발췌단면도, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브용 히스테리저감수단을 발췌한 사시도 및 단면도로서 함께 설명한다.

통상적인 유압서보밸브(100)는 유입 및 배출유로(101,102)를 가지는 밸브바디(103)의 내부에 유체(오일)의 이동 경로를 결정하기 위한 슬리브(104)와 스풀(105)이 내장된다.

상기 스풀(105)은 밸브바디(103)의 일측에 결합 되는 리니어액추에이터(106)에 의하여 좌우 방향으로 움직이면서 유압회로를 결정하게 된다.

상기 리니어액추에이터(106)는 프론트 및 리어코어튜브(107,108) 사이에 요크(109) 내부에 코일(110)을 권선하여 보빈(111)으로 구성되는 코일조립체(112)를 삽입하고, 상기 보빈(111)의 내부에는 자력보강을 위한 마그네트링(113)을 코어캡(114)으로 유지되도록 한다.

상기 코어캡(114) 내부에는 횡 방향으로는 플런저(115)를 삽입하여 내측단이 스풀(105)과 연결된 상태에서 입력신호로서 전류가 코일(110)에 인가되면, 코일조립체(112)에 발생하는 자극과 함께 마그네트링(113)의 자력에 의하여 플런저(115)가 축 방향 좌,우측으로 움직이면서 스풀(105)을 작동시켜 유압회로(유로)를 형성하도록 한다.

상기 리어코어튜브(108)의 외측에는 엔드커버(116)로 마감한 후 볼트와 고정수단(117)을 이용하여 밸브바디(103)와 견고하게 결합하고, 상기 리니어액추에이터(106)가 결합 되는 대향 위치의 스풀(105)의 외측단에는 리니어액추에이터(106)의 구동에 따른 변위를 자속에 의해 코일 전압으로 변위를 측정하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer,118)를 결합하여 구성된다.

본 발명에서는 상기와 같이 조립된 유압서보밸브(100)의 플런저(115)가 정확한 밸런스를 유지하여 어느 한 방향으로 치우치는 현상을 방지하고 작동과정에서 주변 부품과의 간섭과 마찰로 인하여 히스테리시스가 발생하는 것을 배제할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 플런저(115)의 외경과 코어캡(114)의 내경 사이의 갭(G) 만큼의 사이즈를 가지는 부싱(120)을 더 개재하여 플런저(115)가 미세한 오차 등에 의하여 정확한 중립점에 위치하고 있지 않더라도 어느 한 방향으로 기울어지는 현상을 방지하여 주변 부품과의 기계적인 센터링을 유지할 수 있도록 한다.

상기 부싱(120)은 코일조립체(112) 작동시 발생하는 자력에 영향을 받지 않는 재질의 것이 좋으며, 바람직하게는 기계적인 습동 운동에 따른 마찰저항계수가 적은 황동 또는 테프론 계열의 것이 좋다.

상기 부싱(120)은 도면에 예시한 바와 같이 플런저(115)의 외경부 전체를 수용할 수 있는 크기를 가지도록 하나로 구성하여도 되고, 플런저(115)의 외경부 양측에 연접되는 코어캡(114) 위치에 개재할 수 있도록 하나 이상으로 구비하여 개재하는 등 다양한 형태로의 실시가 가능할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 유압서보밸브(100)가 작동하는 과정에서 히스테리시스가 저감 되는 것을 살펴보면 다음과 같다.

리니어액추에이터(106)에 입력신호로서 전류가 코일(110)에 인가되면, 코일조립체(112)에 발생하는 자극과 함께 마그네트링(113)의 자력에 의하여 플런저(115)가 축 방향 좌,우측으로 움직이면서 스풀(105)을 작동시키게 되므로 유압회로를 형성할 수 있게 된다.

물론, 인가되는 전류의 플러스 또는 마이너스에 따라 플런저가 정방향과 역방향으로 이동하면서 스풀(105)을 밀고 당기게 됨으로써 공급된 유압의 출력 방향을 결정하여 유압회로를 결정할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 플런저(115)가 움직일 때, 가공 또는 조립과정에서 발생하는 오차의 누적으로 인하여 정확하게 플런저(115)가 정확하게 중립점에 위치하고 있지 않을 경우에는 어느 한 방향으로 편중되고, 이러한 편중에 의하여 플런저(115)가 작동하는 과정에서 리니어액추에이터(106)를 구성하는 다른 부품과의 간섭과 마찰을 일으키게 되어 원활한 작동성을 확보할 수 없게 된다.

그러나, 본 발명에서는 플런저(115)와 코어캡(114) 사이의 갭(G)에 부싱(120)을 개재하여 플런저(115)가 안정된 상태를 유지하면서 중립점을 유지할 수 있도록 함으로서 원활하고 안정된 작동성을 보장할 수 있게 된다.

물론, 부싱(120)을 더 개재함으로써 플런저(115)가 작동하는 과정에서 일부 습동저항이 발생할 수 있으나, 이는 부싱(120)을 개재하지 않음으로써 플런저(115)가 작동하는 과정에서 주변 부품과 마찰 또는 간섭을 일으키는 것에 비하여 아주 미약한 것이기 때문에 큰 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 부싱(120)을 자력의 영향에 미치지 않는 재질이면서 미끄럼성이 우수한 재질로 구성함으로써 플런저(115)가 작동하는 과정에서 발생할 수 있는 마찰 또는 습동저항을 최소화할 수 있게 된다.

100; 유압서보밸브
105; 스풀
113; 마그네트링
114; 코어캡
115; 플런저
120; 부싱

Claims (2)

1. 밸브바디(103) 내부에 유체 이동 경로를 결정하도록 내장되는 슬리브(104)와 스풀(105);
   상기 밸브바디(103)의 일측에 결합 되어 스풀(105)을 움직이는 리니어액추에이터(106)와;
   상기 리니어액추에이터(106)는 프론트 및 리어코어튜브(107,108) 사이에 요크(109) 내부에 코일(110)을 권선하여 보빈(111)으로 구성되어 삽입되는 코일조립체(112)와;
   상기 보빈(111)의 내부에 자력을 보강할 수 있게 삽입하는 마그네트링(113)과, 상기 마그네트링(113)을 유지하는 코어캡(114)과;
   상기 코어캡(114) 내부에는 횡 방향으로는 삽입되어 전기적인 신호를 인가받아 스풀(105)을 움직이는 플런저(115)와;
   상기 리니어액추에이터(106) 대향 위치의 스풀(105)의 외측단에 결합하여 리니어액추에이터(106)의 구동에 따른 변위를 자속에 의해 코일 전압으로 변위를 측정하는 LVDT(118)를 포함하는 유압서보밸브(100)에 있어서;
   상기 플런저(115)가 정확한 밸런스를 유지하여 어느 한 방향으로 치우치는 현상을 방지하고 작동과정에서 주변 부품과의 간섭과 마찰로 인하여 히스테리시스가 발생하는 것을 배제할 수 있도록,
   상기 플런저(115)의 외경과 코어캡(114)의 내경 사이의 갭(G)을 극복할 수 있는 부싱(120)을 더 개재하는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 저감기능을 가지는 유압서보밸브.
2. 제 1 항에 있어서;
   상기 부싱(120)은 코일조립체(112) 작동시 발생하는 자력에 영향을 받지 않으면서, 기계적인 습동 운동에 따른 마찰저항계수가 적은 재질로 구성하는 것을 특징으로 하는 히스테리시스 저감기능을 가지는 유압서보밸브.

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