WO2018062608A1 - 압전 서보 밸브 - Google Patents

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WO2018062608A1
WO2018062608A1 PCT/KR2016/012386 KR2016012386W WO2018062608A1 WO 2018062608 A1 WO2018062608 A1 WO 2018062608A1 KR 2016012386 W KR2016012386 W KR 2016012386W WO 2018062608 A1 WO2018062608 A1 WO 2018062608A1
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piezoelectric
spool
displacement
actuator
lever
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PCT/KR2016/012386
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김인성
김민수
정순종
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한국전기연구원
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    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric servo valve for intermittent flow of fluid passing through the valve body in accordance with a linear motion of the spool, and more particularly, a piezoelectric actuator for generating displacement by the piezoelectric element, and the piezoelectric actuator
  • the present invention relates to a piezoelectric servovalve capable of reliably interrupting the flow of fluid by linearly moving a spool through a displacement magnification transfer lever that enlarges and transfers displacement to both ends of the spool.
  • a spool is installed in a linear motion between the flow paths so that the fluid flows through the flow path by a position determined according to the linear motion of the spool. Is to crack down.
  • the servo valve is equipped with an actuator that generates displacement to enable the linear movement of the spool, which is an electromagnetic actuator using an electromagnetic coil, which is complicated in structure and control, generates a lot of heat due to electromagnets, and frequently causes failures such as coil burnout and failure. It is not easy to repair or replace at the same time, the flapper contaminates the fluid and has a lot of power consumption problems.
  • a piezoelectric servo valve has been developed in which a spool is linearly moved using a piezoelectric element actuator that can solve the above problems.
  • the conventional piezoelectric servo valve is configured to press only one end of the spool by installing a piezoelectric element on one side of the valve body, the linear movement stroke of the spool is not sufficiently secured by the limited displacement by the piezoelectric element. There is a problem that can not be applied in practice.
  • the actuator using the piezoelectric element alone does not sufficiently secure the linear motion stroke of the spool, so it is necessary to add a configuration or improve the structure to compensate for this.
  • the present invention has been invented to solve the above problems, using a piezoelectric element that is simple in structure and control and easy to repair and replace as an actuator, and supplements the limit of the linear motion stroke of the spool according to the limited displacement of the piezoelectric element. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric servovalve that can actually apply a piezoelectric actuator to which an element is applied.
  • the valve body is provided with an inflow passage and a discharge passage through which the fluid passes;
  • a spool installed so as to be linearly movable in a space between the inflow passage and the discharge passage to interrupt the flow of the fluid according to a position;
  • a piezoelectric actuator provided on one side of the valve body and composed of a piezoelectric element for piezoelectric movement according to a power applied from the outside;
  • a displacement magnification transfer lever installed between the piezoelectric actuator and the spool to enlarge and transfer the displacement generated from the piezoelectric actuator to the spool to linearly move the spool.
  • the piezoelectric actuator may include a fixed plate installed on the valve body, a first piezoelectric element installed on one side of one surface of the fixed plate, and at least one piezoelectric element stacked vertically in multiple stages with the same piezoelectric movement direction, and installed on the other side of the fixed plate. At least one piezoelectric element is characterized in that the piezoelectric movement direction is composed of a second piezoelectric body stacked vertically in multiple stages.
  • the displacement expanding transfer lever is connected between the first piezoelectric body and one end of the spool, and has a multi-joint structure formed by a link, and includes a first lever for linearly moving the spool in one direction according to the piezoelectric motion of the first piezoelectric body;
  • a second joint is connected between the second piezoelectric body and the other end of the spool, and has a multi-joint structure formed by a link.
  • the piezoelectric actuator includes a fixed rod installed on the valve body, a connection fixed plate fixedly installed in the middle of the fixed rod, and at least one piezoelectric element that is extrapolated to one side of the fixed rod around the connection fixed plate and generates displacement in one direction of the fixed rod.
  • a first piezoelectric element in which elements are stacked in multiple stages horizontally, and a second piezoelectric element in which at least one piezoelectric element that is extrapolated to the other side of the fixed rod around the connection fixing plate and generates displacement in the other direction of the fixed rod It is characterized in that the configuration.
  • the displacement expanding lever is connected between an end of the first piezoelectric body and one end of the spool and has a multi-joint structure formed by a link, and includes a first lever for linearly moving the spool in one direction according to the piezoelectric motion of the first piezoelectric body. And a second lever connected between an end of the second piezoelectric body and the other end of the spool and having a multi-joint structure formed by a link to linearly move the spool in the other direction according to the piezoelectric motion of the second piezoelectric body. It is done.
  • a controller for controlling the power applied to the piezoelectric actuator to determine the position of the spool.
  • the controller is characterized by determining the movement distance of the spool by adjusting the displacement of the piezoelectric actuator through the voltage control of the power supply.
  • the controller is characterized in that for controlling the displacement speed of the piezoelectric actuator through the frequency control of the power source to determine the moving speed of the spool.
  • a position detection sensor is installed on the displacement escalation transfer lever to detect the position of the spool.
  • the controller receives feedback of the position information of the spool, and the voltage and frequency of the power supply determines the moving distance and the moving speed of the spool. It characterized in that to correct.
  • the piezoelectric servo valve according to the present invention having the above configuration can expect the following effects.
  • the piezoelectric actuator As the piezoelectric actuator is applied, it is a simple structure that does not require hydraulic oil and flapper, and is easy to control, eliminates contamination of the fluid, prevents heat generation, reduces power consumption, and reduces failure, which is very efficient in structure and economy.
  • the spool As the displacement of the piezoelectric actuator is transmitted to the spool through the displacement expansion lever, the spool is linearly moved, thereby eliminating the limitation caused by the limited displacement of the piezoelectric actuator, thereby greatly expanding the application area of the piezoelectric actuator.
  • the position detection sensor for detecting the position of the spool since the position detection sensor for detecting the position of the spool is included, the displacement amount and the displacement speed of the piezoelectric actuator according to the voltage and frequency of the applied power can be corrected, thereby ensuring operability and reliability at the same time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention.
  • the present invention is a piezoelectric actuator using a piezoelectric element that is simple in structure and control and easy to repair and replace the linear movement of the spool to control the flow of fluid in the space between the inlet flow passage and the discharge flow passage provided in the valve body It relates to a piezoelectric servo valve to control.
  • the piezoelectric servo valve according to the present invention solves the problem of the conventional piezoelectric servo valve which shows the limit of linear movement stroke of the spool according to the limited displacement of the piezoelectric element so that the piezoelectric element can be actually applied to the servovalve. It is characteristic.
  • This feature is composed of a valve body, a spool, an actuator and a controller, the actuator is a piezoelectric actuator for generating displacement through expansion and contraction according to the piezoelectric movement of the piezoelectric element, and the displacement generated from the piezoelectric actuator to the spool by expanding the spool It is achieved by the configuration consisting of the displacement magnification transfer lever for linear movement.
  • Piezoelectric servo valve according to a preferred embodiment of the present invention as shown in Figures 1 and 2 largely the valve body 10, the spool 20, the piezoelectric actuator 30, the displacement expansion transfer lever 40 and the controller 50 It is composed of
  • valve body 10 is a fluid passes along the inside.
  • the valve body 10 is formed with an inflow passage 11 through which the fluid is introduced, and a discharge passage 12 through which the fluid introduced into the inflow passage 11 is discharged.
  • the inflow passage 11 and the discharge passage 12 may be formed in plurality in accordance with the control structure of the piezoelectric servo valve.
  • the spool 20 is installed inside the valve body 10 to control the flow of fluid passing through the discharge passage 12 from the outlet passage 11 of the valve body 10.
  • the spool 20 is installed in the space between the inflow passage 11 and the discharge passage 12 inside the valve body 10 so as to be able to linearly move, opening and closing the piezoelectric servo valve according to the position of the inflow passage 11.
  • the fluid introduced from the intermittent discharge or discharge into the discharge passage 12.
  • the piezoelectric actuator 30 generates a displacement for linearly moving the spool 20. That is, the piezoelectric actuator 30 is formed on one side of the valve body 10 is made of a piezoelectric element for piezoelectric movement in which the elastic displacement is generated in accordance with the power applied from the outside to generate the pressure according to the elastic displacement.
  • the displacement magnification transfer lever 40 enlarges and transfers the displacement generated in the piezoelectric actuator 30 to the spool 20 to enable linear movement of the spool 20. That is, the displacement expanding transfer lever 40 enlarges and transmits the displacement of the piezoelectric actuator 30 to the spool 20 through the link and the arm to open and close the piezoelectric servovalve.
  • the piezoelectric actuator 30 is installed on one side of the fixed plate 31 and the fixed plate 31 installed on the valve body 10, and at least one piezoelectric element 32a has the same piezoelectric movement direction.
  • the first piezoelectric body 32 which is vertically stacked in multiple stages
  • the second piezoelectric member 33 which is installed on the other side of one surface of the fixed plate 31 and at least one piezoelectric element 33a is vertically stacked in multiple stages with the same direction of piezoelectric movement. Can be configured.
  • first piezoelectric member 32 and the second piezoelectric member 33 may be displaced to the opposite side of the fixed plate 31 through the other end according to the power applied to one end supported by the fixed plate 31.
  • the displacement expanding transfer lever 40 is connected between the first piezoelectric member 32 and one end of the spool 20, and has a first lever 42 made of a multi-joint structure by a link 41a and an arm 41b,
  • the second piezoelectric member 33 and the other end of the spool 20 are connected to each other, and are composed of a second lever 44 having a multi-joint structure formed by a link 43a and an arm 43b.
  • the spool 20 moves linearly in one direction or the other direction by the first lever 42 or the second lever 43, thereby piezoelectric. It interrupts the fluid passing through the servovalve.
  • the piezoelectric actuator 30 includes a fixed rod 34 installed on the valve body 10, a connection fixed plate 37 fixedly installed in the middle of the fixed rod 34, and a connection fixed plate 37.
  • the first piezoelectric element 35 which is extrapolated to one side of the fixed rod 34 and at least one piezoelectric element 35a is horizontally stacked in multiple stages, and the connection rod plate 37 of the fixed rod 34
  • the second piezoelectric body 36 may be configured to be extrapolated to the other side along the longitudinal direction and at least one piezoelectric element 36a may be stacked in multiple stages horizontally.
  • the first piezoelectric member 35 is displaced in one direction of the fixing rod 34 opposite to the connecting fixing plate 37 and the second piezoelectric member 36 is connected to the fixing plate 37 at the opposite side. Displacement occurs in the other direction of the fixed rod (34).
  • the displacement expanding transfer lever 40 is connected between the first piezoelectric member 35 and one end of the spool 20 and has a first lever 46 formed of a multi-joint structure by the link 45a and the arm 45b,
  • the other end of the second piezoelectric body 36 and the spool 20 is connected to each other, and is composed of a second lever 48 having a multi-joint structure formed by a link 47a and an arm 47b.
  • the displacement occurs in one horizontal direction in the first piezoelectric member 35, and the first lever 46 is connected to the spool 20 through the link 45a and the arm 45b.
  • the spool 20 is linearly moved in one direction by expanding and transmitting to one end.
  • the second lever 48 is pulled in one direction by the spool 20.
  • controller 50 determines the opening and closing of the piezoelectric servo valve according to the position of the spool 20 by controlling the power applied to the piezoelectric actuator 30.
  • the controller 50 may control the displacement amount and the displacement speed of the piezoelectric actuator 30 by controlling the voltage and frequency of the power applied to the piezoelectric actuator 30, respectively.
  • the piezoelectric servo valve may further include a position sensor 60 for detecting the position of the spool 20, as shown in FIGS.
  • the position detecting sensor 60 is installed on the first levers 42 and 46 and the second levers 44 and 48 constituting the displacement escalation transfer lever 40, respectively.
  • the position information of 20 is obtained and fed back to the controller 50.
  • the controller 50 uses the position information of the spool 20 received from the position sensor 60, and the displacement amount and the displacement speed of the piezoelectric actuator 30 according to the voltage and frequency of the power applied to the piezoelectric actuator 30. Will be corrected.
  • the controller 50 can precisely control the moving distance and the moving speed of the spool 20 according to the power applied to the piezoelectric actuator 30, thereby ensuring the operability and reliability of the piezoelectric servovalve at the same time.
  • the present invention relates to a piezoelectric servo valve for intermittent flow of fluid passing through the valve body in accordance with a linear motion of the spool, and more particularly, a piezoelectric actuator for generating displacement by the piezoelectric element, and the piezoelectric actuator It can be used in the field of piezoelectric servo valve which can reliably interrupt the flow of the fluid by linearly moving the spool through the displacement magnification transfer lever which enlarges and transfers the displacement to both ends of the spool.

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Abstract

본 발명은 스풀의 직선 운동에 따라 밸브몸체의 내부를 통과하는 유체의 흐름을 단속하는 압전 서보 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전소자에 의해 변위를 발생시키는 압전액추에이터와, 상기 압전액추에이터에서 발생한 변위를 스풀의 양단으로 확대 전달하는 변위확대전달레버를 통해 스풀을 직선 운동시켜 유체의 통과 흐름을 확실하게 단속할 수 있는 압전 서보 밸브에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 유체가 통과하는 유입유로와 배출유로가 구비된 밸브몸체; 상기 유입유로와 배출유로의 사이 공간에서 직선 운동 가능하게 설치되어 위치에 따라 상기 유체의 통과 흐름을 단속하는 스풀; 상기 밸브몸체의 일측에 구비되고 외부에서 인가되는 전원에 따라 압전 운동하는 압전소자로 이루어져 변위를 발생시키는 압전액추에이터; 및 상기 압전액추에이터와 상기 스풀의 사이에 설치되어 상기 압전액추에이터에서 발생하는 변위를 확대시켜 상기 스풀로 전달하여 상기 스풀을 직선 운동시키는 변위확대전달레버;로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브를 기술적 요지로 한다.

Description

압전 서보 밸브
본 발명은 스풀의 직선 운동에 따라 밸브몸체의 내부를 통과하는 유체의 흐름을 단속하는 압전 서보 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전소자에 의해 변위를 발생시키는 압전액추에이터와, 상기 압전액추에이터에서 발생한 변위를 스풀의 양단으로 확대 전달하는 변위확대전달레버를 통해 스풀을 직선 운동시켜 유체의 통과 흐름을 확실하게 단속할 수 있는 압전 서보 밸브에 관한 것이다.
통상의 서보 밸브(servo valve)는 밸브몸체의 내부에 복수 개의 유로가 형성되고 유로의 사이에 스풀이 직선 운동 가능하게 설치되어 스풀의 직선 운동에 따라 결정되는 위치에 의해 유로를 통과하는 유체의 흐름을 단속하는 것이다.
이때 서보 밸브에는 스풀의 직선 운동이 가능하도록 변위를 발생시키는 액추에이터가 구비되는데, 이는 전자코일을 이용한 전자식 액추에이터로서 구조 및 제어가 복잡하고 전자석으로 인해 열 발생이 많고 코일 소손 등의 고장이 빈번하며 고장시 수리나 교체도 쉽지 않으며 플레퍼로 인해 유체가 오염되고 전력 소모량도 많은 문제점이 있다.
그리하여 상기한 문제점을 해소할 수 있는 압전소자 방식의 액추에이터를 이용하여 스풀을 직선 운동시키는 압전방식에 의한 서보 밸브가 개발되었다.
그러나 상기한 종래의 압전방식에 의한 서보 밸브는 밸브몸체의 일측에 압전소자를 설치하여 스풀의 일단만을 가압하는 형태로 구성됨에 따라 압전소자에 의한 한정된 변위에 의해 스풀의 직선 운동 스트로크가 충분히 확보되지 않아 실제로 적용할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 압전소자를 이용한 액추에이터만으로는 스풀의 직선 운동 스트로크 충분하게 확보되지 않으므로 이를 보완할 수 있는 구성을 부가하거나 구조 개선이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 구조 및 제어가 간편하고 수리 및 교체도 용이한 압전소자를 액추에이터로 이용하고 압전소자의 한정된 변위에 따른 스풀의 직선 운동 스트로크 한계를 보완하여 압전소자를 적용한 압전액추에이터를 실제 적용할 수 있는 압전 서보 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 서보 밸브는, 유체가 통과하는 유입유로와 배출유로가 구비된 밸브몸체; 상기 유입유로와 배출유로의 사이 공간에서 직선 운동 가능하게 설치되어 위치에 따라 상기 유체의 통과 흐름을 단속하는 스풀; 상기 밸브몸체의 일측에 구비되고 외부에서 인가되는 전원에 따라 압전 운동하는 압전소자로 이루어져 변위를 발생시키는 압전액추에이터; 및 상기 압전액추에이터와 상기 스풀의 사이에 설치되어 상기 압전액추에이터에서 발생하는 변위를 확대시켜 상기 스풀로 전달하여 상기 스풀을 직선 운동시키는 변위확대전달레버;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전액추에이터는 상기 밸브몸체에 설치된 고정판과, 상기 고정판의 일면 일측에 설치되고 적어도 하나 이상의 압전소자가 압전 운동 방향이 동일하게 수직으로 다단 적층된 제1압전체와, 상기 고정판의 일면 타측에 설치되고 적어도 하나 이상의 압전소자가 압전 운동 방향이 동일하게 수직으로 다단 적층된 제2압전체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 변위확대전달레버는 상기 제1압전체와 상기 스풀의 일단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 상기 제1압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 일방향으로 직선 운동시키는 제1레버와, 상기 제2압전체와 상기 스풀의 타단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 제2압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 타방향으로 직선 운동시키는 제2레버로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전액추에이터는 상기 밸브몸체에 설치된 고정봉과, 상기 고정봉의 중간에 고정 설치된 연결고정판과, 상기 연결고정판을 중심으로 상기 고정봉의 일측에 외삽되고 상기 고정봉의 일측 방향으로 변위를 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전소자가 수평으로 다단 적층된 제1압전체와, 상기 연결고정판을 중심으로 상기 고정봉의 타측에 외삽되고 상기 고정봉의 타측 방향으로 변위를 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전소자가 수평으로 다단 적층된 제2압전체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 변위확대전달레버는 상기 제1압전체의 단부와 상기 스풀의 일단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 상기 제1압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 일방향으로 직선 운동시키는 제1레버와, 상기 제2압전체의 단부와 상기 스풀의 타단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 상기 제2압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 타방향으로 직선 운동시키는 제2레버로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전액추에이터에 인가되는 전원을 제어하여 상기 스풀의 위치를 결정하는 컨트롤러;가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 상기 전원의 전압 제어를 통해 상기 압전액추에이터의 변위량을 조절하여 상기 스풀의 이동거리를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 상기 전원의 주파수 제어를 통해 상기 압전액추에이터의 변위속도를 조절하여 상기 스풀의 이동속도를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 변위확대전달레버에 설치되어 상기 스풀의 위치를 감지하는 위치감지센서가 더 포함되어 상기 컨트롤러가 상기 스풀의 위치정보를 피드백 받아 상기 스풀의 이동거리와 이동속도를 결정하는 상기 전원의 전압과 주파수를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 압전 서보 밸브는 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 압전액추에이터가 적용됨에 따라 작동유와 플레퍼가 필요 없는 간단한 구조이고 제어도 용이하고 유체의 오염도 해소되고 열 발생도 막고 전력소모도 줄이고 고장도 줄일 수 있으므로 구조 및 경제적으로 매우 효율적이다.
그리고 변위확대전달레버를 통해 압전액추에이터의 변위를 스풀로 확대 전달하여 스풀을 직선 운동시킴에 따라 압전액추에이터의 한정된 변위로 인한 한계를 해소하여 압전액추에이터의 응용영역이 크게 확대된다.
또한, 스풀의 위치를 감지하는 위치감지센서가 포함됨에 따라 인가되는 전원의 전압과 주파수에 따른 압전액추에이터의 변위량과 변위속도를 보정할 수 있으므로 동작성 및 신뢰성이 동시에 보장된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 모식도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 모식도.
본 발명은 밸브몸체의 내부에 구비된 유입유로와 배출유로의 사이 공간에서 유체의 통과 흐름을 단속하는 스풀의 직선 운동을 구조 및 제어가 간편하고 수리 및 교체도 용이한 압전소자를 이용한 압전액추에이터로 제어하는 압전 서보 밸브에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 압전 서보 밸브는 압전소자의 한정된 변위에 따른 스풀의 직선 운동 스트로크 한계를 보인 종래의 압전방식에 의한 서보 밸브의 문제점을 해소하여 압전소자를 실제로 서보 밸브에 적용 가능하도록 한 것이 특징이다.
이러한 특징은, 밸브몸체와 스풀과 액추에이터 및 컨트롤러로 구성되되, 액추에이터가 압전소자의 압전 운동에 따른 신축을 통해 변위를 발생시키는 압전액추에이터와, 상기 압전액추에이터에서 발생한 변위를 스풀로 확대 전달하여 스풀을 직선 운동시키는 변위확대전달레버로 이루어진 구성에 의해 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 서보 밸브를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 서보 밸브는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 크게 밸브몸체(10)와 스풀(20)과 압전액추에이터(30)와 변위확대전달레버(40) 및 컨트롤러(50)로 구성된다.
먼저, 상기 밸브몸체(10)는 유체가 내부를 따라 통과하는 것이다.
이때 밸브몸체(10)에는 유체가 유입되는 유입유로(11)와, 유입유로(11)로 유입된 유체가 배출되는 배출유로(12)가 형성된다. 단, 유입유로(11)와 배출유로(12)는 압전 서보 밸브의 제어 구조에 따라 복수 개로 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 스풀(20)은 밸브몸체(10)의 내측에 설치되어 밸브몸체(10)의 유출유로(11)에서 배출유로(12)를 통과하는 유체의 흐름을 단속하는 것이다.
즉, 스풀(20)은 밸브몸체(10)의 내측에서 유입유로(11)와 배출유로(12) 사이 공간에 직선 운동 가능하게 설치되어 그 위치에 따라 압전 서보 밸브를 개폐시켜 유입유로(11)에서 유입된 유체가 배출유로(12)로 배출 혹은 배출되지 않게 단속한다.
다음으로, 상기 압전액추에이터(30)는 스풀(20)을 직선 운동시키기 위한 변위를 발생시키는 것이다. 즉, 압전액추에이터(30)는 밸브몸체(10)의 일측에 설치되어 외부에서 인가되는 전원에 따라 신축 변위가 발생하는 압전 운동하는 압전소자로 이루어져 신축 변위에 따른 압력을 발생시키는 것이다.
다음으로, 상기 변위확대전달레버(40)는 압전액추에이터(30)에서 발생한 변위를 스풀(20)로 확대 전달하여 스풀(20)의 직선 운동을 가능하게 하는 것이다. 즉, 변위확대전달레버(40)는 압전액추에이터(30)의 변위를 링크와 암을 통해 스풀(20)로 확대 전달하여 압전 서보 밸브를 개폐시키는 것이다.
여기서, 도 1과 같이 압전액추에이터(30)는 밸브몸체(10)에 설치된 고정판(31)과, 고정판(31)의 일면 일측에 설치되고 적어도 하나 이상의 압전소자(32a)가 압전 운동 방향이 동일하게 수직으로 다단 적층된 제1압전체(32)와, 고정판(31)의 일면 타측에 설치되고 적어도 하나 이상의 압전소자(33a)가 압전 운동 방향이 동일하게 수직으로 다단 적층된 제2압전체(33)로 구성될 수 있다.
즉, 제1압전체(32)와 제2압전체(33)는 고정판(31)에 일단이 지지되어 인가되는 전원에 따라 타단을 통해 고정판(31)의 반대측으로 변위가 발생하게 된다.
이때 변위확대전달레버(40)는 제1압전체(32)와 스풀(20)의 일단 사이에 연결되고 링크(41a)와 암(41b)에 의한 다관절 구조로 이루어진 제1레버(42)와, 제2압전체(33)와 스풀(20)의 타단을 연결하고 링크(43a)와 암(43b)에 의한 다관절 구조로 이루어진 제2레버(44)로 구성된다.
즉, 제1압전체(32)에 전원이 인가되면 제1압전체(32)에서 하방 수직으로 변위가 발생하고 이를 제1레버(42)가 링크(41a)와 암(41b)을 통해 스풀(20)의 일단으로 확대 전달하여 스풀(20)이 일방향으로 직선 운동하게 된다. 이때 제2압전체(33)로는 전원이 차단된 상태이므로 제2레버(43)는 스풀(20)에 의해 일방향으로 견인되게 된다.
그리고 제2압전체(33)에 전원이 인가되면 제2압전체(33)에서 하방 수직으로 변위가 발생하고 이를 제2레버(44)가 링크(43a)와 암(43b)을 통해 스풀(20)의 일단으로 확대 전달하여 스풀(20)이 타방향으로 직선 운동하게 된다. 이때 제1압전체(32)로는 전원이 차단된 상태이므로 제1레버(42)는 스풀(20)에 의해 타방향으로 견인되게 된다.
따라서 제1압전체(32) 혹은 제2압전체(33)에서 선택적으로 변위가 발생하면서 제1레버(42) 혹은 제2레버(43)에 의해 스풀(20)이 일방향 혹은 타방향으로 직선 운동하여 압전 서보 밸브를 통과하는 유체를 단속하게 된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 압전액추에이터(30)는 밸브몸체(10)에 설치된 고정봉(34)과, 고정봉(34)의 중간에 고정 설치된 연결고정판(37)과, 연결고정판(37)을 기준으로 고정봉(34)의 일측에 외삽되고 적어도 하나 이상의 압전소자(35a)가 수평으로 다단 적층된 제1압전체(35)와, 연결고정판(37)을 기준으로 고정봉(34)의 길이방향을 따라 타측에 외삽되고 적어도 하나 이상의 압전소자(36a)가 수평으로 다단 적층된 제2압전체(36)로도 구성될 수 있다.
즉, 인가되는 전원에 따라 제1압전체(35)는 연결고정판(37)과 반대측인 고정봉(34)의 일측 방향으로 변위가 발생하고 제2압전체(36)는 연결고정판(37)는 반대측인 고정봉(34)의 타측 방향으로 변위가 발생하게 된다.
이때는 변위확대전달레버(40)는 제1압전체(35)와 스풀(20)의 일단 사이에 연결되고 링크(45a)와 암(45b)에 의한 다관절 구조로 이루어진 제1레버(46)와, 제2압전체(36)와 스풀(20)의 타단을 연결하고 링크(47a)와 암(47b)에 의한 다관절 구조로 이루어진 제2레버(48)로 구성된다.
즉, 제1압전체(35)에 전원이 인가되면 제1압전체(35)에서 수평 일측 방향으로 변위가 발생하고 이를 제1레버(46)가 링크(45a)와 암(45b)를 통해 스풀(20)의 일단으로 확대 전달하여 스풀(20)이 일방향으로 직선 운동하게 된다. 이때 제2압전체(36)로는 전원이 차단된 상태이므로 제2레버(48)는 스풀(20)에 의해 일방향으로 견인되게 된다.
그리고 제2압전체(36)에 전원이 인가되면 제2압전체(36)에서 수평 타측 방향으로변위가 발생하고 이를 제2레버(48)가 링크(47a)와 암(47b)를 통해 스풀(20)의 일단으로 확대 전달하여 스풀(20)이 타방향으로 직선 운동하게 된다. 이때 제1압전체(35)로는 전원이 차단된 상태이므로 제1레버(46)는 스풀(20)에 의해 타방향으로 견인되게 된다.
마지막으로, 상기 컨트롤러(50)는 압전액추에이터(30)에 인가되는 전원을 제어하여 스풀(20)의 위치에 따른 압전 서보 밸브의 개폐를 결정하는 것이다.
이때 컨트롤러(50)는 압전액추에이터(30)에 인가되는 전원의 전압과 주파수를 각각 제어함으로써 압전액추에이터(30)의 변위량과 변위속도를 각각 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 서보 밸브는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 스풀(20)의 위치를 감지하는 위치감지센서(60)가 더 포함될 수 있다.
상기 위치감지센서(60)는 변위확대전달레버(40)를 구성하는 제1레버(42,46)와 제2레버(44,48)에 각각 설치되어 스풀(20)의 직선 운동에 따라 스풀(20)의 위치정보를 획득하여 컨트롤러(50)로 피드백하게 된다.
그러면 컨트롤러(50)는 위치감지센서(60)로부터 입력받은 스풀(20)의 위치정보를 이용하여 압전액추에이터(30)로 인가되는 전원의 전압과 주파수에 따른 압전액추에이터(30)의 변위량과 변위속도를 보정하게 된다.
따라서 컨트롤러(50)를 통해 압전액추에이터(30)에 인가되는 전원에 따른 스풀(20)의 이동거리와 이동속도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 압전 서보 밸브의 작동성 및 신뢰성을 동시에 보장할 수 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
본 발명은 스풀의 직선 운동에 따라 밸브몸체의 내부를 통과하는 유체의 흐름을 단속하는 압전 서보 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전소자에 의해 변위를 발생시키는 압전액추에이터와, 상기 압전액추에이터에서 발생한 변위를 스풀의 양단으로 확대 전달하는 변위확대전달레버를 통해 스풀을 직선 운동시켜 유체의 통과 흐름을 확실하게 단속할 수 있는 압전 서보 밸브 분야에 이용가능하다.

Claims (9)

  1. 유체가 통과하는 유입유로와 배출유로가 구비된 밸브몸체;
    상기 유입유로와 배출유로의 사이 공간에서 직선 운동 가능하게 설치되어 위치에 따라 상기 유체의 통과 흐름을 단속하는 스풀;
    상기 밸브몸체의 일측에 구비되고 외부에서 인가되는 전원에 따라 압전 운동하는 압전소자로 이루어져 변위를 발생시키는 압전액추에이터; 및
    상기 압전액추에이터와 상기 스풀의 사이에 설치되어 상기 압전액추에이터에서 발생하는 변위를 확대시켜 상기 스풀로 전달하여 상기 스풀을 직선 운동시키는 변위확대전달레버;로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전액추에이터는
    상기 밸브몸체에 설치된 고정판과, 상기 고정판의 일면 일측에 설치되고 적어도 하나 이상의 압전소자가 압전 운동 방향이 동일하게 수직으로 다단 적층된 제1압전체와, 상기 고정판의 일면 타측에 설치되고 적어도 하나 이상의 압전소자가 압전 운동 방향이 동일하게 수직으로 다단 적층된 제2압전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변위확대전달레버는
    상기 제1압전체와 상기 스풀의 일단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 상기 제1압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 일방향으로 직선 운동시키는 제1레버와, 상기 제2압전체와 상기 스풀의 타단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 제2압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 타방향으로 직선 운동시키는 제2레버로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전액추에이터는
    상기 밸브몸체에 설치된 고정봉과, 상기 고정봉의 중간에 고정 설치된 연결고정판과, 상기 연결고정판을 중심으로 상기 고정봉의 일측에 외삽되고 상기 고정봉의 일측 방향으로 변위를 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전소자가 수평으로 다단 적층된 제1압전체와, 상기 연결고정판을 중심으로 상기 고정봉의 타측에 외삽되고 상기 고정봉의 타측 방향으로 변위를 발생시키는 적어도 하나 이상의 압전소자가 수평으로 다단 적층된 제2압전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변위확대전달레버는
    상기 제1압전체의 단부와 상기 스풀의 일단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 상기 제1압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 일방향으로 직선 운동시키는 제1레버와, 상기 제2압전체의 단부와 상기 스풀의 타단 사이에 연결되고 링크에 의한 다관절 구조로 이루어져 상기 제2압전체의 압전 운동에 따라 상기 스풀을 타방향으로 직선 운동시키는 제2레버로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전액추에이터에 인가되는 전원을 제어하여 상기 스풀의 위치를 결정하는 컨트롤러;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 전원의 전압 제어를 통해 상기 압전액추에이터의 변위량을 조절하여 상기 스풀의 이동거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 전원의 주파수 제어를 통해 상기 압전액추에이터의 변위속도를 조절하여 상기 스풀의 이동속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 변위확대전달레버에 설치되어 상기 스풀의 위치를 감지하는 위치감지센서가 더 포함되어 상기 컨트롤러가 상기 스풀의 위치정보를 피드백 받아 상기 스풀의 이동거리와 이동속도를 결정하는 상기 전원의 전압과 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 압전 서보 밸브.
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