KR101973691B1

KR101973691B1 - A Servo valve using Magneto-Rheological substance

Info

Publication number: KR101973691B1
Application number: KR1020170105459A
Authority: KR
Inventors: 최승복; 신상운; 이태훈
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2019-04-30
Also published as: KR20190020460A

Abstract

본 발명은 자기유변체를 이용하여 서보밸브의 구동시 항복응력에 대한 제어뿐만 아니라 유로 크기를 조절하는 것으로 정밀한 밸브제어 가능한 자기유변체를 이용한 서보밸브를 개시한다. 본 발명은 자기유변체에 의해서 압력 또는 유량을 제어하는 서보 밸브에 있어서, 적어도 하나의 유로를 포함하고 적어도 하나의 코일부재가 상기 유로에 인접하게 배치된 밸브 몸체; 상기 유로를 통과하며 상기 코일부재로부터 자기장이 가해지면 항복응력이 높아져 상기 유로 내의 압력강하를 조절하는 자기유변유체(MRF); 및 상기 밸브 몸체의 상기 유로 주변에 형성되고, 상기 코일부재에 근접하게 배치되어 자기장이 가해지면 성장하여 상기 유로의 폭을 좁게 하는 자기유변탄성체(MRE)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a servo valve using a magnetic oil variant capable of precise valve control by controlling a flow path size as well as controlling a yield stress when a servo valve is driven using a magnetic oil variant. A servo valve for controlling a pressure or a flow rate by a magnetic oil variant, comprising: a valve body including at least one flow passage and at least one coil member disposed adjacent to the flow passage; A magnetorheological fluid (MRF) passing through the flow path and adjusting a pressure drop in the flow path by increasing a yield stress when a magnetic field is applied from the coil member; And a magnetorheic elastomer (MRE) formed around the flow path of the valve body, the magnetorheological elastomer (MRE) disposed adjacent to the coil member and growing when the magnetic field is applied, thereby narrowing the width of the flow path.

Description

[0001] The present invention relates to a servo valve using a magnetostrictive body,

본 발명은 서보 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기유변체를 이용한 서보밸브에 관한 것이다. The present invention relates to a servo valve, and more particularly, to a servo valve using a magnetic oil variant.

일반적으로, 서보 밸브는 전류의 세기에 비례하여 유량을 조절하는 장치이다. 도 1은 종래의 서보 밸브의 구성을 보여주는 구성도로서, 종래의 서보 밸브는 'P1', 'P2'의 압력차에 의해서 스풀(4)이 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다. 이때 스풀(4)이 좌측으로 이동하면 하측 유로 중 'P'의 압력이 'B'와 연결되고, 스풀(4)이 우측으로 이동하면 하측 유로 중 'P'의 압력이 'A'와 연결된다. 여기서 유압량은 스풀(4)의 이동량에 의해 결정된다. 이때 외부에서 전기신호를 주게 되면, 자석(1)과, 코일(2)를 포함하는 모터(3)가 작동하게 되어 도 1과 같이 플레퍼(5)가 우측 또는 좌측으로 이동하게 되며, 이러한 플레퍼(5)의 이동에 의해 노즐(6)의 개폐가 이루어짐으로써 압력 'P1'과 'P2'의 조절이 가능하게 되는 구성입니다. Generally, a servo valve is a device that adjusts a flow rate in proportion to the intensity of a current. FIG. 1 is a view showing a configuration of a conventional servo valve. In the conventional servo valve, the spool 4 is moved to the left or right by a pressure difference of 'P1' and 'P2'. At this time, when the spool 4 moves to the left, the pressure of 'P' in the lower flow path is connected to 'B', and when the spool 4 moves to the right, the pressure of 'P' . Here, the amount of hydraulic pressure is determined by the amount of movement of the spool 4. At this time, when an external electric signal is given, the motor 3 including the magnet 1 and the coil 2 is operated, and the pluffer 5 moves to the right or left as shown in Fig. 1, By opening and closing the nozzle 6 by the movement of the fur 5, it is possible to control the pressures 'P1' and 'P2'.

한편, 자기유변유체(MRF; Magneto-Rheological Fluid)는 미소의 상자성 입자를 포함하는 비콜로이드 용액으로, 자기장을 인가하지 않을 경우 상온에서 0.20Pa-sec ∼ 0.30Pa-sec의 점성을 가지고, 150㎄/m ∼ 250㎄/m의 자기장이 가해지면 50㎪ ∼100㎪의 높은 항복 응력을 갖는다. 또한, 자기유변유체는 빠른 응답시간으로 자기 포화(magnetic saturation)에 의해 최대 항복 응력이 제한되며, 또한 -40℃ ∼ 150℃의 작동 범위와 유입되는 불순물에 대해서 상당히 둔감한 특성을 갖는다.Magneto-Rheological Fluid (MRF) is a non-colloidal solution containing minute paramagnetic particles. When a magnetic field is not applied, it has a viscosity of 0.20 Pa-sec to 0.30 Pa-sec at room temperature, / m ~ 250 ㎄ / m, it has a high yield stress of 50 ~ 100.. In addition, the magnetorheological fluid is limited in its maximum yield stress by magnetic saturation at a fast response time, and is also very insensitive to the operating range of -40 ° C to 150 ° C and to the incoming impurities.

이런 특성을 갖는 자기유변유체는 자기장이 가해질 경우에 액체 상태에서 젤 상태로 변하면서 유체에 포함된 입자가 체인을 형성하게 되어 유체의 전단 항복 응력이 변화하게 된다. 즉, 자기장이 인가되지 않았을 때에는 뉴토니안 유체(newtonian fluid)의 거동을 나타내지만, 자기장이 인가되면 유체 중에 분산된 입자가 체인을 형성하게 되어 전단 변형률이 발생하지 않은 상태에서도 항복 응력을 가지며, 각속도의 증가에 따라서 발생되는 토크가 증가하는 빙햄 유체(bingham fluid)의 거동을 나타낸다.A magnetorheological fluid with such properties changes from a liquid state to a gel state when a magnetic field is applied, and particles contained in the fluid form a chain, which changes the shear yield stress of the fluid. That is, when the magnetic field is not applied, it shows the behavior of the Newtonian fluid. However, when the magnetic field is applied, the particles dispersed in the fluid form a chain, so that even when the shear strain is not generated, (Bingham fluid) in which the torque generated by the increase of the torque is increased.

한편, 종래에는 이러한 자기유변유체를 이용하여 자기장이 형성되는 부분에서 항복응력을 증가시켜 압력강하를 이루는 자기유변유체를 이용한 서보 밸브가 개시되어 있다. Conventionally, there has been disclosed a servo valve using a magnetorheological fluid which increases a yield stress at a portion where a magnetic field is formed by using such a magnetorheological fluid to make a pressure drop.

그러나, 이러한 자기유변유체를 이용한 서보 밸브는 자기장이 인가될 때, 일정 자기장 세기에서 자기유변유체의 항복응력이 포화상태가 되므로, 압력강하의 제어 범위가 제한적이다. 이 때문에 높은 압력 강하를 유도하기 위해서는 밸브를 대형화하거나, 자기유변유체가 통과하는 유로 크기가 좁아져야 한다.However, the servo valve using the magnetorheological fluid has a limited range of pressure drop because the yield stress of the magnetorheological fluid becomes saturated at a constant magnetic field strength when a magnetic field is applied. For this reason, in order to induce a high pressure drop, it is necessary to enlarge the valve or to narrow the size of the passage through which the magnetorheological fluid passes.

이러한 이유로 밸브가 대형화된다면, 인가 전류가 높아져야 하므로 전력소모가 커지는 문제점이 제기된다. 또한 전력소모가 커지므로 발열에 대한 문제가 제기된다. 또한 유로 크기를 좁게 하는 경우에는 전류를 인가하지 않은 상태에서도 압력강하가 급격히 증가되는 문제가 제기된다. 아울러, 낮은 압력강하로 설정하기 위해서는 토출 압력을 높여야 하기 때문에 펌프에 토출 압력을 조절하는 기능이 추가로 요구되는 문제점이 제기되었다. For this reason, if the valve is enlarged, the applied current must be increased, which causes a problem of increased power consumption. In addition, power consumption is increased, which raises a problem of heat generation. Also, when the flow path size is narrowed, the pressure drop rapidly increases even when the current is not applied. In addition, since the discharge pressure must be increased in order to set the pressure drop to a low level, there is a problem that a function of controlling the discharge pressure is additionally required.

<선행문헌 1> : 대한민국 특허공개 제2003-0039890호(공개일: 2003년 05월 22일)<Prior art 1> Korean Patent Publication No. 2003-0039890 (Published on May 22, 2003)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 자기유변체를 이용하여 서보밸브의 구동시 항복응력에 대한 제어뿐만 아니라 유로 크기를 조절하는 것으로 정밀한 밸브제어 가능한 자기유변체를 이용한 서보밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다. Disclosure of the Invention The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a servo valve using a magnetic oil variant capable of precise valve control by controlling a flow path size as well as controlling a yield stress when a servo valve is driven The purpose is to provide.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 자기유변체에 의해서 압력 또는 유량을 제어하는 서보 밸브에 있어서, 적어도 하나의 유로를 포함하고 적어도 하나의 코일부재가 상기 유로에 인접하게 배치된 밸브 몸체; 상기 유로를 통과하며 상기 코일부재로부터 자기장이 가해지면 항복응력이 높아져 상기 유로 내의 압력강하를 조절하는 자기유변유체(MRF); 및 상기 밸브 몸체의 상기 유로 주변에 형성되고, 상기 코일부재에 근접하게 배치되어 자기장이 가해지면 성장하여 상기 유로의 폭을 좁게 하는 자기유변탄성체(MRE)를 포함하여 이루어진 자기유변체를 이용한 서보밸브가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a servo valve for controlling a pressure or a flow rate by a magnetic oil variator, the servo valve comprising at least one flow passage, at least one coil member being adjacent A deployed valve body; A magnetorheological fluid (MRF) passing through the flow path and adjusting a pressure drop in the flow path by increasing a yield stress when a magnetic field is applied from the coil member; And a magnetorheological elastomer (MRE) formed around the flow path of the valve body and disposed close to the coil member to grow when the magnetic field is applied to narrow the width of the flow path, Is provided.

상기 코일부재는 다수개가 상기 밸브 몸체에 수직방향으로 일정간격마다 형성된 것일 수 있다.And a plurality of the coil members may be formed at predetermined intervals in a direction perpendicular to the valve body.

상기 자기유변탄성체(MRE)는 복수 겹으로 형성된 것일 수 있다.The magnetorheic elastomer (MRE) may be formed in a plurality of layers.

본 발명에 따르면, 자기유변체 의해서 압력 또는 유량을 제어하는 서보 밸브의 유로를 자기유변유체와 자기유변탄성체를 이용하여 유량제어를 함으로써, 항복응력 이외에 직접적으로 유로의 폭을 조절하는 것으로보다 정밀한 압력 또는 유량을 제어할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, by controlling the flow rate of the servo valve for controlling the pressure or the flow rate by the magnetic oil variator by using the magnetorheological fluid and the magnetorheic elastomer, by controlling the width of the flow path directly in addition to the yield stress, Or the flow rate can be controlled.

도 1은 종래의 서보 밸브의 구성을 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변체를 이용한 서보밸브의 유로 일부를 나타내는 단면도, 및
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기유변체를 이용한 서보밸브의 유로 일부를 나타내는 단면도이다. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional servo valve,
FIG. 2 is a sectional view showing a part of a flow path of a servo valve using a magnetic oil variant according to an embodiment of the present invention, and FIG.
3 is a cross-sectional view illustrating a portion of a flow path of a servo valve using a magnetic oil variant according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 첨부된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately in order to describe its own invention in the best way. The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Further, unless otherwise defined in the technical terms and the scientific terms used, those having ordinary skill in the art to which the present invention belongs have the same meaning as commonly understood. In the following description and the accompanying drawings, descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted. The accompanying drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification. It is to be noted that the same elements among the drawings are denoted by the same reference numerals whenever possible.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변체를 이용한 서보밸브의 유로 일부를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기유변체를 이용한 서보밸브의 유로 일부를 나타내는 단면도이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a servovalve valve, and more particularly, to be.

도 2를 참조하면, 본 발명의 자기유변체를 이용한 서보밸브는 중심의 보빈(16)이 형성되고 외측으로는 슬리브(15)가 형성된다. 보빈(16)과 슬리브(15) 사이에는 유로(11,12)가 관통된다. 이 유로(11,12)에는 자기유변유체(50)가 공급된다. Referring to FIG. 2, the servo valve using the magnetic oil variant of the present invention has a bobbin 16 at the center and a sleeve 15 at the outer side. Between the bobbin 16 and the sleeve 15, passages 11 and 12 are passed. The magnetorheological fluid (50) is supplied to the flow paths (11, 12).

구체적으로, 밸브 몸체(10)의 내부에 적어도 하나의 유로(11,12)가 형성된다. 도 2에서 유로(11,12)는 밸브 몸체(10)의 내부에 원통형으로 형성된 것으로 표시하였다. 이때 유로(11,12)는 다수개가 밸브 몸체(10)에 형성될 수도 있으나 본 실시예에서는 원통형의 제1 유로(11)와 제2 유로(12)가 서로 연결된 형태로 도시하였다. Specifically, at least one flow path (11, 12) is formed in the valve body (10). In FIG. 2, the flow paths 11 and 12 are shown as being formed in the inside of the valve body 10 in a cylindrical shape. At this time, a plurality of the oil passages 11 and 12 may be formed in the valve body 10, but in this embodiment, the cylindrical first oil passage 11 and the second oil passage 12 are connected to each other.

한편, 밸브 몸체(10)의 유로(11,12) 주변에는 수직방향을 따라 일정간격으로 배치된 다수의 코일부재(20,20')가 배치될 수 있다. 이 코일부재(20,20')는 전류가 인가되면 자기장을 형성하는 기능을 한다. 또한 코일부재(20,20')는 요구되는 압력강하의 정도에 따라 배치되는 개수를 보다 증가시킬 수 있다. 이 경우 배치간격은 도 2에 나타난 것보다 보다 조밀하거나, 경우에 따라 보다 넓게 배치될 수 있다. On the other hand, a plurality of coil members 20 and 20 'arranged at regular intervals along the vertical direction may be disposed around the flow paths 11 and 12 of the valve body 10. The coil members 20 and 20 'function to form a magnetic field when an electric current is applied. Further, the coil members 20 and 20 'can further increase the number of arranged coil units according to the degree of the required pressure drop. In this case, the arrangement interval can be set to be denser than that shown in Fig. 2, or may be arranged to be wider as occasion demands.

또한 밸브 몸체(10)에 형성된 유로(11,12)에는 자기유변유체(50)가 통과하도록 공급된다. 이에 따라 코일 부재(20)에 전류가 인가되어 자기장이 형성되면 유로(11,12)를 통과하는 자기유변유체(50)는 액체 상태에서 젤(gel) 상태로 변하면서 유체에 포함된 입자가 체인을 형성하게 된다. 이로 인해 유체의 전단 항복 응력이 변화하게 된다. 즉, 자기장이 인가되지 않았을 때에는 일반적인 거동을 나타내지만, 자기장이 인가되면 유체 중에 분산된 입자가 체인을 형성하게 되어 전단 변형률이 발생하지 않은 상태에서도 항복 응력을 가지게 된다. The flow paths 11 and 12 formed in the valve body 10 are also supplied with the magnetorheological fluid 50 passing therethrough. Accordingly, when a current is applied to the coil member 20 to form a magnetic field, the magnetorheological fluid 50 passing through the channels 11 and 12 is changed from a liquid state to a gel state, . As a result, the shear yield stress of the fluid changes. That is, when the magnetic field is not applied, it exhibits the general behavior, but when the magnetic field is applied, the particles dispersed in the fluid form a chain, so that the yield stress is obtained even when the shear strain is not generated.

한편, 본 발명은 밸브 몸체(10)의 보빈(16) 둘레에 자기유변탄성체(MRE; 30,40)가 일정 두께를 갖도록 형성된다. In the meantime, the present invention is formed such that Magnetic Resonance Molecules (MRE) 30 and 40 have a certain thickness around the bobbin 16 of the valve body 10.

이에 따라 코일부재(20,20')에 전류가 인가되면 유로(11,12)를 통과하는 자기유변유체가 일정 항복 응력을 가짐과 동시에 보빈(16)의 둘레에 설치된 자기탄성체(30,40)가 유로(11,12)의 내측으로 성장함으로써 유로(11,12)의 폭이 줄어드는 역할을 한다. Accordingly, when current is applied to the coil members 20 and 20 ', the magnetorheological fluid passing through the flow paths 11 and 12 has a certain yielding stress, and at the same time, the magnetic and elastic members 30 and 40 provided around the bobbin 16, 12 grows to the inside of the flow paths 11, 12, thereby reducing the width of the flow paths 11, 12.

한편, 도 3을 참조하면, 경우에 따라 항복 응력의 변화의 폭을 크게 형성하는 경우에는 유로(11,12)의 폭을 보다 크게 가감시킬 수 있는 경우가 발생될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에서는 복수의 자기유변탄성체(30,40)가 서로 겹쳐진 상태로 배치된 실시예를 제공한다. On the other hand, referring to FIG. 3, when the width of the change in the yield stress is large, the width of the flow paths 11 and 12 may be increased or decreased. Accordingly, another embodiment of the present invention provides an embodiment in which a plurality of magnetophoric elastomers 30, 40 are disposed in a superimposed manner.

이와 같이 구성된 본 발명은 밸브 몸체(10)의 보빈(16) 둘레로 자기유변탄성체(30,40)가 감싸도록 배치되고, 보빈(16)의 내측에는 다수의 코일부재(20,20')가 배치됨으로써 전류인가에 따른 자기장을 형성할 수 있다. 이와 같이 자기장이 형성되면 유로(11,12)를 통과하는 자기유변유체(50)의 항복 응력이 높아짐과 동시에 자기유변 탄성체(30,40)가 일정폭으로 성장하게 된다. 이에 따라 자기유변유체(50)의 항복 응력을 높게 함과 동시에 유로(11,12)의 폭을 보다 좁게 형성(유로감소)할 수 있어, 기존의 서보밸브보다 압력강하의 범위를 크게 형성할 수 있다.The present invention thus constituted is arranged such that the magnetophoretic elastic bodies 30 and 40 are wrapped around the bobbin 16 of the valve body 10 and a plurality of coil members 20 and 20 ' Thereby forming a magnetic field according to the application of the electric current. When the magnetic field is formed as described above, the yield stress of the magnetorheic fluid 50 passing through the flow paths 11 and 12 is increased, and at the same time, the magnetorheic elastomeric materials 30 and 40 are grown with a constant width. Accordingly, the yield stress of the magnetorheological fluid 50 can be increased, and the width of the flow paths 11 and 12 can be formed narrower (the flow path can be reduced), so that the range of the pressure drop can be made larger than that of the conventional servo valve have.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to the particular embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

10: 밸브 몸체
15: 슬리브
16: 보빈
20: 코일 부재
30,40: 자기유변탄성체
40a: 성장된 자기유변탄성체
50: 자기유변유체10: valve body
15: Sleeve
16: Bobbin
20: coil member
30,40: Magneto-rheological elastomer
40a: grown magnetorheological elastomer
50: Magneto-rheological fluid

Claims

A servo valve for controlling a pressure or a flow rate by a magnetic oil variant,
A valve body having a sleeve and a bobbin provided with at least one oil passage therebetween, at least one coil member being disposed adjacent to the oil passage;
A magnetorheological fluid (MRF) passing through the flow path and adjusting a pressure drop in the flow path by increasing a yield stress when a magnetic field is applied from the coil member; And
And a magnetorheic elastomer (MRE) formed around the flow path of the valve body, the magnetorheological elastomer (MRE) disposed adjacent to the coil member and growing when the magnetic field is applied to narrow the width of the flow path,
Wherein a plurality of said coil members are arranged at regular intervals in a direction perpendicular to said bobbin,
Wherein the magnetorheic elastomer (MRE) is formed in a plurality of layers.

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