KR19980035991U - Electro-Hydraulic Electro-Hydraulic Servovalve - Google Patents
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Abstract
본 고안은 전왜 진동자를 구동용 진동자로 사용하여 구동 특성 및 정밀도를 향상시킨 전왜형 전기-유압 서보밸브의 제공에 관한 것이다.The present invention relates to the provision of an electro-distortion electro-hydraulic servovalve with improved driving characteristics and precision by using an electro-distorter vibrator as a driving vibrator.
본 고안에 따른 서보밸브는 금속 탄성체(11a)(11b)와, 상기 금속 탄성체의 하부에 각각 분극방향을 상호 반대로 하여 적층된 복수의 전왜 소자(12)들과, 상기 적층된 전왜 소자(12)들의 하단에 연결설치된 T형 금속 탄성체(11c)와, 상기 T형 금속 탄성체(11c)의 하단에 연결설치된 원뿔형 금속 탄성체(11d) 및 금속 볼(13)로 이루어진 전왜 진동자(10)를 포함하는 구성을 특징으로 한다.Servovalve according to the present invention is a metal elastic body (11a) (11b), a plurality of electro-optical elements (12) stacked on the lower portion of the metal elastic body in opposite polarization directions, respectively, and the stacked electro-distortion elements (12) It comprises a T-shaped metal elastic body (11c) connected to the lower end of the field, and the electro-oscillator (10) consisting of a conical metal elastic body (11d) and the metal ball (13) connected to the lower end of the T-shaped metal elastic body (11c). It is characterized by.
상기와 같은 전왜 진동자(10)를 그 구동용 진동자로 사용함으로써 본 고안은 코일, 영구자석 등을 필요로 하는 종전의 서보밸브보다 훨씬 더 소형이면서 월등히 빠른 응답특성 및 저 소비전력특성을 지닌 서보밸브를 구성제공할 수 있다.By using the electro-distortion vibrator 10 as the driving vibrator as described above, the present invention is much smaller than a conventional servo valve requiring a coil, a permanent magnet, and the like, and a servo valve having a much faster response and a lower power consumption. It can provide configuration.
Description
본 고안은 전왜 재료의 소자를 이용한 전왜형 전기-유압 서보밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전왜 진동자를 유압 서보밸브 구동용 진동자로 사용하여 유압 서보장치의 구동 특성 및 정밀도를 향상시킨 것에 관한 것이다.The present invention relates to an electro-distortion electro-hydraulic servo valve using an element of electro-distortion material, and more particularly, to improve driving characteristics and precision of a hydraulic servo device by using an electro-distorter vibrator as a driving servo for a hydraulic servo valve. .
최근, 유량 및 유압의 전자적인 제어의 필요성이 중대함에 따라 각종 전기-유압 서보밸브가 개발되어 유압을 이용한 항공기 및 자동차, 그리고 포크레인, 트럭, 선박 등의 각종 동력 전달원 기기들에 사용되고 있다. 이러한 전기-유압 서보밸브 중 정밀 위치 제어용으로 사용되는 서보밸브의 경우 그 구동 진동자로서는 전자석을 이용한 노즐플래퍼(nozzle flapper)형과 직접 구동형인 무빙코일(moving coil)형이 주종을 이루고 있다.Recently, as the necessity of electronic control of flow rate and hydraulic pressure is great, various electro-hydraulic servo valves have been developed and used in various power transmission devices such as airplanes, automobiles, forks, trucks and ships using hydraulic pressure. Among such electro-hydraulic servo valves, servo valves used for precision position control are mainly composed of a nozzle flapper type using an electromagnet and a moving coil type which is a direct drive type.
그러나 상기한 전자기력을 이용하여 구동되는 노즐플래퍼형 및 무빙코일형 진동자를 서보밸브의 구동 진동자로 채용할 경우 구동부가 복잡하게 되어 소형화를 이룰 수 없고, 인가 전기에 의해 자기적 힘이 발생하고 이를 다시 기계적 변위로 변경하므로 빠른 응답 속도를 얻을 수 없다. 또한 대용량의 출력을 필요로 하는 경우 서보밸브의 구동부인 진동자의 크기가 필요 이상으로 커지고, 크기를 줄일 경우 출력 파워가 현격하게 줄어드는 단점이 있다. 그리고 단순한 바이몰프(bimorph)형 전왜 진동자만을 구동 진동자로 이용한 노즐플래퍼형 서보밸브의 경우 대용량의 출력 파워를 얻기에는 다소 부족하다.However, when employing the nozzle flapper type and moving coil type oscillator driven by the electromagnetic force as the driving vibrator of the servovalve, the driving part becomes complicated and cannot be miniaturized, and the magnetic force is generated by the applied electricity. Since it is changed to mechanical displacement, fast response speed cannot be obtained. In addition, when a large amount of output is required, the size of the vibrator, which is the driving unit of the servovalve, becomes larger than necessary, and when the size is reduced, the output power is significantly reduced. And a nozzle flapper servo valve using only a bimorph electromorphic vibrator as a driving vibrator is somewhat insufficient to obtain a large output power.
따라서, 본 고안은 변위 특성 및 발생력 특성이 우수한 적층형 및 바이몰프형 조합 전왜 진동자를 구동부로 하여 상술한 종래의 문제점을 효과있게 해소할 수 있는 전기-유압 서보밸브를 제공하고자 하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in an effort to provide an electro-hydraulic servovalve capable of effectively solving the above-mentioned conventional problems by using a laminated and bimorph type combined electrostrictive vibrator having excellent displacement characteristics and generating force characteristics. have.
도 1은 본 고안에 따른 전왜형 전기-유압 서보밸브(SERVO VALVE)의 구성개요도.1 is a configuration diagram of a pre-distortion electro-hydraulic servo valve (SERVO VALVE) according to the present invention.
도 2(A), 도 2(B)는 본 고안의 전왜형 전기-유압 서보밸브에 사용한 전왜 진동자의 구성개요도.Figure 2 (A), Figure 2 (B) is a schematic view of the structure of the electro-oscillator used in the electro-hydraulic servo-hydraulic valve of the present invention.
도 3은 종래의 기술에 따른 전자석식 서보밸브의 구성개요도.3 is a configuration diagram of an electromagnet servo valve according to the related art.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10:서보밸브 구동용 전왜 진동자11a,11b,11c,11d:금속 탄성체10: Electric distortion oscillator 11a, 11b, 11c, 11d for servo valve driving
12:전왜 소자13:금속 볼12: Distortion element 13: Metal ball
14:영구자석15:코일14: permanent magnet 15: coil
20:노즐부30:스풀부20: nozzle part 30: spool part
40:유체 통로50:외부 케이스40: fluid passage 50: outer case
60:전원60: power supply
이하에서, 본 고안을 첨부도면에 예시된 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.In the following, the present invention will be described in more detail based on the embodiments illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 고안의 전왜형 전기-유압 서보밸브의 한 실례를 나타낸 것이다.Figure 1 shows an example of the electrostrictive electro-hydraulic servo valve of the present invention.
본 고안의 서보밸브는 구동용 전왜 진동자(10)와, 유체가 흐르는 유체 통로(40), 노즐부(20), 그리고 스풀부(30)를 포함하여 구성된다. 유체 통로(40)중 상부의 유체 통로(40a)(40b)는 양쪽 방향에서 일정한 압력으로 유체가 공급되는 통로로서, 양 통로로부터의 두 유체가 만나는 중앙 지점 각 통로단부에 각각 노즐을 설치하여 노즐부(20)를 형성한다. 그리고, 노즐부(20) 위에 구동용 전왜 진동자(10)를 설치하여 진동자(10)의 중간 부분이 상기 노즐부(20)를 이루는 두 노즐 사이의 중앙에 위치하도록 설치한다. 또한 두 유체 통로(40a)(40b) 각각의 양쪽 끝에 별도로 유체 통로(40c)(40d)를 형성하고, 이들의 하단쪽에서 서로 연결 순환되는 유체 통로(40e)를 형성한다. 하단부의 순환 유체 통로(40e)에는 외부의 유체와 연결시킬 수 있는 여러 개의 유체 통로를 추가하여 구성한다.The servovalve of the present invention includes a driving electrostrictive vibrator 10, a fluid passage 40 through which fluid flows, a nozzle part 20, and a spool part 30. The upper fluid passages 40a and 40b of the fluid passages 40 are passages through which fluid is supplied at a constant pressure in both directions, and nozzles are provided at respective end portions of a central point where two fluids from both passages meet. The part 20 is formed. Then, the driving electrostrictive vibrator 10 is installed on the nozzle unit 20 so that the intermediate portion of the vibrator 10 is positioned at the center between the two nozzles forming the nozzle unit 20. In addition, the fluid passages 40c and 40d are formed separately at both ends of each of the two fluid passages 40a and 40b, and the fluid passages 40e which are circulated and connected to each other at their lower ends are formed. The lower end of the circulating fluid passage 40e is configured by adding a plurality of fluid passages that can be connected to the external fluid.
이렇게 구성된 하단부의 순환 유체 통로(40e)에 원기둥형 스풀부(30)를 삽입설치한다. 삽입된 원기둥형 스풀부(30)는 서로 다른 직경으로 된 다수의 부분들을 갖도록 제작되어 그 이동 위치에 따라 하단부의 순환 유체 통로(40e)에 부가연결된 외부 유체 출입구들을 개폐하는 역할을 한다. 한편 원통형 스풀부(30) 중앙의 구멍에는 전왜 진동자(10) 하단에 위치한 볼(13)을 삽입 설치한다.The cylindrical spool portion 30 is inserted into the circulating fluid passage 40e at the lower end configured as described above. The inserted cylindrical spool portion 30 is made to have a plurality of parts having different diameters and serves to open and close external fluid inlets connected to the circulating fluid passage 40e at the lower end according to the movement position. On the other hand, in the hole in the center of the cylindrical spool portion 30 is inserted into the ball 13 located in the lower distortion transducer 10.
도 2(A) 및 도 2(B)는 본 고안의 전기-유압 서보밸브에 사용한 전왜 진동자(10)의 구성개요를 보여준다. 도 2(A)의 전왜 진동자는 외부 케이스(50)에 결합되는 두 개의 금속 탄성체(11a)(11b) 하부에 복수의 전왜 소자(12)들을 각 소자의 분극방향(화살표로 표시)이 서로 반대가 되도록 적층하여 적층형 전왜 진동자를 구성한다. 이와 같이 된 적층형 전왜 진동자의 하단에 T자형 금속 탄성체(11c)를 체결하고, 체결된 T자형 금속 탄성체(11c)의 수직부 측면에 전왜 소자(12)를 부착하여 바이몰프형 전왜 진동자를 구성한다. 또한, 상기 T자형 금속 탄성체(11c)의 하단에는 원뿔형 금속 탄성체(11d) 및 금속 볼(13)을 도시된 양태로 연결 설치한다. 이렇게 구성된 전왜 진동자(10)의 하단 금속 볼(13)을 스풀부(30)의 중앙 구멍에 삽입 설치하고, 전왜 진동자(10) 상부는 외부 케이스(50)에 단단히 결합시켜 전왜형 서보밸브를 구성한다.2 (A) and 2 (B) show the configuration of the electro-distortion vibrator 10 used in the electro-hydraulic servo valve of the present invention. The transverse distortion transducer of FIG. 2 (A) has a plurality of transverse distortion elements 12 under the two metal elastic bodies 11a and 11b coupled to the outer case 50, and the polarization directions (indicated by arrows) of the elements are opposite to each other. Laminated so as to constitute a lamination type electrostrain vibrator. The T-shaped metal elastic body 11c is fastened to the lower end of the laminated transverse warp vibrator as described above, and the warping element 12 is attached to the vertical side of the fastened T-shaped metal elastic body 11c to form a bimorph type warping vibrator. . In addition, a conical metal elastic body 11d and a metal ball 13 are connected to the lower end of the T-shaped elastic body 11c in the illustrated embodiment. The lower metal ball 13 of the electro-distorter vibrator 10 configured as described above is inserted and installed in the center hole of the spool part 30, and the top of the electro-distorter vibrator 10 is firmly coupled to the outer case 50 to form an electro-distortion servo valve. do.
도 2(B)에 나타낸 전왜 진동자의 경우는 상술한 도 2(A)의 전왜 진동자 구성과는 적층형 전왜 소자(12)의 상단과 하단에 연결되는 금속 탄성체(11a)(11b)(11c)에 구멍(16)을 형성한 것만 상이하고, 나머지 부분은 동일하다.In the case of the warp vibrator shown in FIG. 2 (B), the structure of the warp vibrator shown in FIG. 2 (A) is different from that of the metal elastic bodies 11a, 11b, and 11c connected to the upper and lower ends of the stacked type warp element 12. Only what formed the hole 16 is different, and remainder is the same.
그리고, 도 2(A) 및 도 2(B)의 전왜 진동자를 구성하는 전왜 진동자(12)들에 각각 교류 전원(V)을 도시된 양태로 연결하여 필요한 구동 전압을 공급한다.Then, AC power supply V is connected to each of the warping vibrators 12 constituting the warping vibrator of FIGS. 2A and 2B in the illustrated mode to supply the required driving voltage.
도 2(A) 혹은 도 2(B)에 나타낸 전왜 진동자중 바이몰프 전왜 진동자 부분에 교류 전압 V를 인가할 경우 전왜 진동자의 볼(13)에서 발생한 변위(δball)는 각각 다음 식(1) 및 (2)와 같이 나타낼 수 있다.When an alternating voltage V is applied to the bimorph bipolar warp vibrator portion shown in FIG. 2A or 2B, the displacement δ ball generated in the ball 13 of the warp vibrator is represented by the following equation (1), respectively. And (2).
여기서 L1과 L2는 각각 두쌍의 적층형 전왜 진동자 부분을 지지하는 T자형 금속 탄성체(11c)의 상단 길이 및 후단의 전왜 소자 길이를 의미한다. 그리고 n은 적층형 전왜 진동자 부분에 사용한 전왜 소자의 개수이고, w 및 h는 각각 전왜 소자의 폭 및 높이를 의미한다. 또한 d33및 d31은 전쇄 소자의 특성 상수를 의미하고, 식(2)의 δMC는 도 2(B)의 적층 전왜 소자의 위 아래에 부착된 금속 탄성체에 의하여 부가적으로 전왜 소자의 적층 방향으로 확대되는 변형량을 의미한다. 일반적으로 전왜상수 d31은 음의 값을 가지므로 일반적인 바이몰프형 전왜 진동자보다 더 큰 변위를 발생함을 알 수 있다.Here, L 1 and L 2 refer to the top length of the T-shaped metal elastic body 11c and the rear end distortion device length, respectively, supporting two pairs of stacked electrostrictive vibrator parts. And n is the number of electro-distortion elements used in the stacked electro-distortion vibrator portion, and w and h respectively represent the width and height of the electro-distortion element. In addition, d 33 and d 31 represent the characteristic constant of the electro-optical device, and δ MC in Equation (2) is additionally stacked by the metal elastomer attached to the top and bottom of the laminated electro-distortion device of Fig. 2 (B) It means the amount of deformation enlarged in the direction. In general, the distortion coefficient d 31 has a negative value, and therefore, it can be seen that it generates a larger displacement than a general bimorphic electrostrain oscillator.
작용에 있어서, 도 2(A) 혹은 도 2(B)의 전왜 진동자(10)를 도 1과 같이 결합설치하여 전왜형 서보밸브를 구성하고, 전왜 진동자(10)에 교류 혹은 계단형 직류 전압을 인가할 경우 전왜 진동자 하단부가 좌우로 변형하게 된다. 이러한 전왜 진동자 하단부의 변형에 의해 노즐부(20)의 왼쪽 혹은 오른쪽의 노즐이 막히게 되어 유체 통로(40)의 통로가 변경되고, 일정한 압력으로 공급되는 유체의 흐름이 변경되게 된다. 일례로 전왜 진동자(10) 하단이 오른쪽으로 변형되어 노즐부(20)의 오른쪽 노즐을 차단하게 되면, 노즐부(20)에 연결된 오른쪽 유체통로(40b)가 차단되어 유체의 흐름이 오른쪽 하단 유체 통로(40d)로 변경되어 이루어지고, 이 통로를 통한 유체는 스풀부(30)를 도면상 왼쪽으로 이동시키는 압력으로 작용하여 스풀부(30)가 왼쪽으로 이동하게 된다. 상대적으로 노즐부(20)의 왼쪽 노즐은 완전히 열리게 되어 유체가 순환하게 된다. 이로써 상기 스풀부(30)가 내장된 유체 통로(40e)에 연결된 별도의 유체 통로들을 통해 작동하고자 하는 부위로 유체를 선택 공급할 수 있게 된다. 만약, 상기 전왜 진동자(10) 하단부가 왼쪽으로 변형된 경우는 상기의 반대로 동작하게 된다. 또한 인가 전압의 크기에 의해 전왜 진동자의 변형량이 결정되게 되고, 그 변형량에 의해 스풀부(30)의 이동 거리가 결정된다. 그러므로 스풀부(30) 이동 거리를 검출하는 별도의 센서를 설치할 경우, 이 센서의 출력을 전왜 진동자의 공급 전압에 피드백(feedback)시켜 스풀부(30)의 이동 거리를 정밀하게 조절할 수 있고 관련장치의 작동부에 공급하고자 하는 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 전왜형 전기-유압 서보밸브의 구성 제공이 가능하다.In operation, the warp vibrator 10 of FIG. 2A or FIG. 2B is combined and installed as shown in FIG. 1 to form a warp type servo valve, and AC or step DC voltage is applied to the warp vibrator 10. When applied, the whole distortion vibrator bottom part is deformed to the left and right. Due to the deformation of the lower end of the electro-oscillator, the nozzle on the left or right side of the nozzle unit 20 is blocked, so that the passage of the fluid passage 40 is changed, and the flow of the fluid supplied at a constant pressure is changed. For example, when the lower end of the distortion transducer 10 is deformed to the right to block the right nozzle of the nozzle unit 20, the right fluid passage 40b connected to the nozzle unit 20 is blocked so that the flow of the fluid is lower right fluid passage. 40d, and the fluid through this passage acts as a pressure for moving the spool portion 30 to the left in the drawing so that the spool portion 30 moves to the left. Relatively, the left nozzle of the nozzle unit 20 is completely opened so that the fluid circulates. This allows the fluid to be selectively supplied to the site to be operated through separate fluid passages connected to the fluid passage 40e in which the spool part 30 is embedded. If the lower end of the electro-distortion vibrator 10 is deformed to the left side, the reverse operation is performed. In addition, the amount of deformation of the warping oscillator is determined by the magnitude of the applied voltage, and the movement distance of the spool portion 30 is determined by the amount of deformation. Therefore, when a separate sensor for detecting the moving distance of the spool part 30 is installed, the output of this sensor is fed back to the supply voltage of the electroskew vibrator to precisely adjust the moving distance of the spool part 30 and the related device. It is possible to provide a configuration of an electro-distortion electro-hydraulic servo valve that can precisely control the flow rate to be supplied to the operating part of the.
도 3은 기존의 전자석을 이용한 한 전기-유압 서보밸브의 구성개요를 나타낸 것인데, 본 고안과 상이한 점은 서보밸브 구동용 진동자(10')가 영구자석(14), 코일(15), 그리고 금속 탄성체(11')로 구성되어 있어 복잡하고, 큰 부피를 차지한다. 또한 그 작동에 전원(16)으로부터 큰 전류의 공급이 필요하므로 전력의 소모가 많다. 그러나 상술한 본 고안에서와 같이 전기 에너지를 기계 에너지로 직접 변환시키는 PbMgNbO3, 혹은 PbMgNbO3-PbZnNbO3-PbTiO3등의 전왜 소자를 이용한 적층형 전왜 진동자 및 바이몰프형 전왜 진동자를 조합시킨 진동자를 사용하여 서보밸브를 구성할 경우 코일, 영구자석 등을 사용하지 않고도 큰 구동력을 발생시킬 수 있으므로 소형화가 가능하고, 전왜 소자의 응답 속도가 영구자석을 이용한 전자석에 비하여 월등하게 빠르므로 고속 응답 서보밸브를 구성할 수 있다. 또한 아주 미소한 공급전류만으로도 작동가능하므로 소비 전력을 크게 줄일 수 있어 경제적이다. 따라서, 본 고안의 전왜 진동자를 이용하여 서보밸브를 구성할 경우 고 응답성 특성, 저 소비 전력 특성, 그리고 소형화가 가능하여 기존 전자석식 서보밸브의 용도에 비해 그 응용 범위가 크게 확대될 수 있는 효과가 있다.Figure 3 shows the configuration of an electro-hydraulic servo valve using a conventional electromagnet, the difference between the present invention is the servo valve driving vibrator (10 ') is a permanent magnet 14, coil 15, and metal It is composed of an elastic body 11 ', which is complicated and occupies a large volume. In addition, since the operation requires supply of a large current from the power source 16, power consumption is high. However, as in the present invention described above, by using a vibrator in which a multi-layered diaphragm vibrator and a bimorph-type diaphragm vibrator are combined using PbMgNbO3 or PbMgNbO 3 -PbZnNbO 3 -PbTiO 3 , which directly converts electrical energy into mechanical energy, When the servo valve is configured, it can generate a large driving force without using coils or permanent magnets, which makes it possible to miniaturize it. Since the response speed of the electrostrictive element is much faster than the electromagnet using permanent magnets, it constitutes a high-speed response servo valve. can do. It is also economical because it can operate with very small supply current and can greatly reduce power consumption. Therefore, when the servo valve is configured by using the electrostrictive vibrator of the present invention, the high responsiveness, the low power consumption, and the miniaturization are possible, so that the application range of the electromagnet servo valve can be greatly expanded. There is.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| REGI | Registration of establishment | ||
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Payment date: 20040312 Year of fee payment: 5 |
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