KR20110025711A - 제어신호가 없는 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 파이롯트밸브와 서보밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이롯트 동작형 서보밸브와 서보밸브의 파이롯트밸브에 관한 것으로,

제어신호가 있을 때만, 제어신호의 크기에 비례하여 노즐을 열어 주는 감압장치(23,24,25)가 동작하여 노즐(오리피스)(16)이 열려 에너지를 사용하고, 제어신호가 없을 때는 감압장치(23,24,25)가 정지하고 노즐(오리피스)(17)이 닫혀 에너지를 사용하지 않으므로, 에너지 절약형 서보밸브의 파이롯트밸브를 제공할 수 있다.

서보밸브, 파이롯트밸브, 노즐 닫힘형, 에너지 절약형, 노즐 플래퍼

Description

제어신호가 없는 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 파이롯트밸브와 서보밸브 {THE SERVO VALVE AND THE PILOT VALVE OF SERVO VALVE WITH THE NOZZLE CLOSED IN NO CONTROL SIGNAL STATE }

본 발명은 서보밸브의 소비 에너지 절감을 위한 서보밸브의 파이롯트밸브와 서보밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어신호가 있을 때만 노즐(오리피스)이 열려 에너지를 사용하고, 제어신호가 없을 때는 노즐(오리피스)이 닫혀 에너지를 사용하지 않으므로, 서보밸브의 사용에너지를 절약할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은, 최근 고속 정밀작업의 필요성이 증대함에 따라 사용이 많아 지는 전자제어 유압 서보밸브의 노즐 플래퍼형 파이롯트밸브(도1)와 파이롯트형 서보밸브에 관한 것으로, 종래의 유압 서보밸브의 노즐 플래퍼형 파이롯트밸브와 파이롯트형 서보밸브는 제어신호가 없을 때는 코일(11)에 전류가 흐르지 않아 아마추어(13)은 수평으로 유지되고, 플래퍼는 좌우측의 노즐들(16,17)의 중간에 위치한다. 플래퍼(18)가 노즐(16,17)과 떨어져 있어 노즐(오리피스)(17)이 열린 상태로 대기하고, 제어신호가 있을 때는 코일(11)에 전류가 흘러 아마추어(13)가 자석(12)과의 작용으로 플래퍼(18)가 노즐(17)로 접근하여 우측노즐(오리피스)(17) 을 닫으므로, 우측 노즐(17)의 압력은 높아지고 좌측 노즐(16)은 압력은 내려가므로 좌우측의 노즐(16,17) 사이에 압력차이가 생겨, 파이롯트밸브의 스풀(19)을 동작시키는 압력을 만든다. 따라서, 제어신호가 없을 때에는 좌우측의 노즐이 동시에, 제어신호가 있을 때는 신호에 따라 어느 한쪽의 노즐이 계속해서 공급하는 유압 에너지를 소모하는 구조로 되어 있다.

본 발명은 서보밸브의 단점으로 지적되어 온 큰 동작 에너지 소모를 작게 줄인, 동작 에너지 소모가 작은 유압 서보밸브의 파이롯트밸브와 파이롯트형 서보밸브를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

발명은 서보밸브의 단점으로 지적되어 온 에너지소모를 줄이기 위해, 종래 방법과는 반대로 동작하여, 제어신호가 있을 때만 노즐(오리피스)이 열려 에너지를 사용하고, 제어신호가 없을 때는 노즐(오리피스)이 완전히 닫혀 에너지를 사용하지 않으므로, 에너지 소모가 작은 유압 서보밸브의 파이롯트밸브와 파이롯트형 서보밸브를 제공한다.

대부분의 실제 응용에서는, 전체 동작시간에서 10%이하에서만 서보밸브의 제어동작이 이루어지므로, 제어신호가 있을 때만 에너지를 사용하는 본 발명의 유압 서보밸브 파이롯트밸브와 파이롯트형 서보밸브는 90%이상의 에너지 소모를 줄일 수 있고, 대기 상태에서는 유압에너지 소모를 전혀 하지 않는다.

본 발명의 목표는, 제어 동작을 하지 않을 때는 에너지를 소모하지 않고, 제어 동작을 할 때만 에너지를 소모하는 서보밸브의 파이롯트밸브와 파이롯트형 서보밸브를 제공하는 데 있다.

파이롯트(pilot) 밸브는 도2와 같이 공급압력(14,15)과 압력차이 형성기구인 노즐(16,17), 감압장치(21), 스풀(19), 그리고 스풀(spool) 변위측정장치(22)로 구성된다. 도3의 좌우 측의 필터(31,32)는 공급유량 속의 불순물이 노즐(14,15)부분으로 통과하다가 노즐을 막는 고장을 방지하기 위한 것이다.

파이롯트밸브의 동작을 설명하면, 외부제어장치가 제어신호를 감압장치(21)에 전달하고, 감압장치(21)는 제어신호에 따라 코일(11,24)의 전류량에 비례적으로 노즐(16,17)의 밀봉기구(23,25)의 개폐를 조절한다. 감압장치의 밀봉기구(23,25)의 비례적인 개폐에 따라 공급압력(14,15)의 압력은 노즐들(16,17)을 통해 유량을 내보며 좌우 측에 비례적으로 압력차이를 만든다. 이 압력차이는 결국 제어신호를 증폭한 것이 되는 것이다. 이때의 압력차이는 다음의 오리피스 공식에 따라 결정된다.

여기서 Q는 통과유량, Cq는 유량계수로 보통 0.65 정도의 값을 가지며, a는 오리피스의 열린 면적, ρ는 유체밀도를 나타낸다. 따라서 노즐(16)이 열린 경우의 압력은 위의 식으로 정해지고, 노즐(17)이 완전히 닫힌 경우의 압력은 공급압력 (14)과 동일하다.

밸브 스풀(19)은 좌우 측의 압력차이가 발생하면 이동하고, 압력차이가 없으 면 정지한다. 그러므로 제어신호에 의해 밸브 스풀(19)이 원하는 위치로 이동한 것을 변위측정장치(22)를 통해 확인한 후에, 제어신호를 제거하면 자기력(도3의 경우) 혹은 탄성력(도4의 경우)으로 노즐이 원래대로 다시 막히고, 압력차이가 사라진다. 압력차이가 없으므로 스풀(19)은 정지한다.

도3은 노즐(16,17)과 감압장치(23,24,25)에 대한 설명으로, 도3의 경우는 좌측의 노즐(16)이 열린 경우이다. 코일(24)에 제어신호의 전류가 도3의 (가)와 같은 방향(24)으로 자장(S<-N))이 형성 되도록 흘러서, 노즐 밀봉도구(23)의 자장(S<-N)으로 형성된 자장과 당기는 인력이 발생하여 좌측의 밀봉도구(23)가 우측으로 이동하므로 좌측의 노즐(16)이 열린다.

위의 설명 예에서, 노즐 밀봉도구(23,25)는 코일(24)자장과 작용하는 자석과 노즐을 막는 원뿔형 밀봉마개로 구성된 예를 보여 준다.

좌측과 우측의 노즐 밀봉도구(23,25)는 서로 밀치는 방향으로 도3의 (가)의 경우는 N극과 N극이 만나고 있다. 따라서 코일(24)에 전기가 없을 때는 자석의 밀치는 힘으로 노즐을 막고 있다. 코일(24)은 중간 위치에 고정되어 있고 좌우 측의 노즐 밀봉도구(23,25)는 코일(24)의 자기력에 의해 노즐(16,17)을 열고 닫는 동작을 하도록 움직인다. 밀봉도구(23,25)의 자석에 의한 반발력이 약하여 충분히 노즐을 밀봉하지 못할 경우에는 밀봉도구(23,25)의 사이에 탄성스프링을 삽입할 수도 있다.

도3과 같은 배치에서, 코일에 의한 흡입력이 작은 경우, 코일 내부에 밀봉도구를 배치할 수 있도록 코일을 크게 제작할 수도 있다. 이렇게 함으로써 코일의 감 는 횟수를 크기에 구애 됨이 없이 증가시킬 수 있다. 코일의 내부 한가운데에서 코일의 자장이 가장 세므로, 노즐과 노즐밀봉도구(23,25)을 코일의 중심에 위치시킨다.

도4는 종래의 노즐 플래퍼형 파이롯트밸브에서, 플래퍼에 노즐밀봉장치가 장착된 본 발명의 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 노즐 플래퍼형 파이롯트밸브를 보여 주고 있다. 제어신호가 없을 때는 플래퍼에 장착된 노즐밀봉장치가 좌우의 노즐을 막고 있고, 제어신호가 도4와 같이 있는 경우에는 아마추어가 반시계방향으로 회전하여, 플래퍼의 밀봉장치가 우측노즐(17)쪽으로 더욱 변형되어 우측노즐 (17)으로 이동하고, 좌측노즐(16)은 플래퍼의 비례적인 이동에 따라 비례적으로 좌측노즐 (16)이 열리게 되어, 좌측노즐(16)으로는 우측노즐(17)에 비해 낮은 압력이 형성된다. 따라서, 파이롯트밸브의 스풀(19)는 종래의 밸브(도1)와 같이 좌측으로 이동하게 된다. 스풀의 이동에 따라 피드백스프링(28)이 변형되고, 플래퍼가 다시 중간으로 위치할 때, 좌측의 피드백스프링(28) 탄성력과 우측의 노즐 압력이 균형을 이루는 지점에서 스풀(19)의 이동이 정지된다. 제어신호가 없어지면, 노즐(17)이 열리므로 스풀은 다시 우측으로 이동하여 원점으로 복귀한다.

도5는 도4의 감압장치(30)에 대한 한가지 예의 설명을 위한 단면도이다. 횡축(32)으로 노즐 밀봉장치가 위치하고 종축(31)으로 플래퍼에 고정되며, 플래퍼의 좌우의 이동에 따라 노즐 밀봉장치는 압축탄성부(33)에 의해 탄력적으로 압축된다. 도4의 감압장치(30)가 우측 노즐(17)로 움직이면 감압장치(30)의 우측은 압축이 되고, 좌측은 좌측 노즐(16)을 열게 된다. 따라서, 좌측노즐의 압력은 내려가므로 스 풀(19)은 피드백 스프링(28)의 탄성력과 스풀(19)을 이동시키는 압력이 같아지는 만큼 좌측으로 이동한다.

도5의 탄성부(33)의 형상 예는 다른 형상으로도 탄성부(34) 예로 적용할 수 있음을 보여 준다.

실시 예로 도2 에서는 좌우측의 노즐을 막는 감압장치(21)를 일체형으로 도시 하였으나, 좌측과 우측을 분리한 형태의 감압장치로 설치할 수도 있다.

본 발명의 장치는, 유압 서보밸브의 파이롯트밸브, 공압 서보밸브의 파이롯트밸브, 혹은 그 자체로 유압 서보밸브, 공압 서보밸브로 사용될 수 있다.

제1도는 종래의 노즐 플래퍼 유압 서보밸브의 파이롯트밸브 구조도.

제2도는 본 발명의 감압장치를 구비한 유압 서보밸브의 파이롯트밸브 구조도.

제3도는 본 발명의 감압장치 부분을 노즐과 함께 설명한 구조도.

제4도는 종래의 노즐 플래퍼 유압 서보밸브의 파이롯트밸브에 본 발명의 감압장치를 구비한 구조도.

제5도는 노즐 플래퍼 유압 서보밸브의 감압장치 예의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 코일 12 : 자석

13 : 아마추어 14 : 공급압력(우측)

15 : 공급압력(좌측) 16 : 노즐(좌측)

17 : 노즐(우측) 18 : 플래퍼

19 : 파이롯트밸브 스풀 21 : 감압장치

22 : 변위측정장치 23 : 노즐 밀봉도구(좌측)

24 : 감압장치 코일 25 : 노즐 밀봉도구(우측)

28 : 피드백스프링

30 : 감압장치 31 : 감압장치의 종축

32 : 감압장치의 횡축 33 : 감압장치의 압축탄성부 예

34 : 감압장치의 압축탄성부 다른 예

Claims (3)

1. 본 발명의 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 파이롯트밸브는,

   감압장치(21)가 제어신호가 없을 때는 노즐을 막고 있는 상태가 되어 에너지를 소모하지 않고, 제어신호가 있을 때만 제어신호의 크기에 비례하여, 노즐을 비례적으로 열어서 스풀(19)의 양단 측면에 압력차를 만들어 스풀(19)의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어신호가 없는 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 파이롯트밸브와 서보밸브.
2. 청구 1항에 있어서, 노즐 플래퍼 서보밸브는 플래퍼(18)가 제어신호가 없을 때는 양쪽의 노즐(16,17)을 막고 있는 상태가 되어 에너지를 소모하지 않고, 제어신호가 있을 때만 제어신호의 크기에 따라, 플래퍼(18)가 움직이므로 플래퍼(18)가 멀어지는 쪽의 노즐(16)을 비례적으로 열어 동작하는 것을 특징으로 하는 제어신호가 었는 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 파이롯트밸브와 서보밸브.
3. 청구 1항에 있어서, 감압장치(23,24,25)가 중간의 코일(24)과 좌측 우측의 노즐 조절장치(23,25)로 구성되며, 노즐 조절장치는 노즐 조절기구와 도3의 (가)와 같이 서로 밀치는 반대 방향으로 구성된 자석으로 이루어진 감압장치(23,24,25)로 구성된 것을 특징으로 하는 제어신호가 없는 일반상태에서 노즐이 닫혀 있는 서보밸브용 파이롯트밸브와 서보밸브.

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