[实用新型]电励磁式二维半桥伺服比例阀

说明书

电励磁式二维半桥伺服比例阀，包括依次同轴连接的直动线性电‑机械转换器、电励磁式环形气隙磁悬浮联轴节、二维(2D)半桥式换向阀本体。电励磁式环形气隙磁悬浮联轴节本体的螺纹连接杆连接弹簧复位机构；外动子的两侧各连接一个斜面极靴，均呈以垂直于中心轴180°阵列特征；内动子可旋转地置于外动子的两侧斜面极靴之间；内动子两侧的斜面槽均呈以垂直于中心轴180°阵列特征，斜面槽内安装内动子磁片；同一侧的斜面极靴的斜面和斜面槽的相互平行，斜面极靴与内动子磁片间的弧形气隙形成驱动阀芯转动的工作气隙。本实用新型能够减小工作气隙，使用更小的磁片即产生到较大转矩。

技术领域

本实用新型属于流体传动及控制领域中电液比例控制技术用的流量和换向控制阀，尤其涉及一种电励磁式二维半桥伺服比例阀。

背景技术

电液伺服控制技术自上世纪四十年代出现以来，便以其功率重量比高、输出力(力矩)大和静动态特性优异等显著特点在机电传动与控制技术中占据了高端位置，重点应用于航空航天、军用武器、船舶、大型电站、钢铁等各种战略工业场合，从而取得了巨大成功。但电液伺服阀对油液污染极其敏感、应用和维护条件苛刻，加上追求零位特性以满足闭环控制的要求，对关键零部件的加工和装配精度要求十分严苛，较难被工业界接受，人们普遍希望能有一种性能可靠、物美价廉、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的控制技术，在此背景下电液比例控制技术应运而生。1967年瑞士布林格尔 (Beringer)公司首次将比例式电-机械转换器(比例电磁铁)用于工业液压阀，生产出的KL型比例换向阀被认为是世界上最早的比例阀。到了二十世纪七、八十年代，由于压力、流量、位移和动压等各种反馈和电校正手段的应用，比例阀的静动态特性大大提高，加之与最新的插装技术深度融合，电液比例控制技术进入了一个黄金时代。发展到今天，几乎所有的传统流量、压力和换向阀，都可以找到对应的电液比例阀产品，其在工业生产中获得了越来越广泛的应用。

比例换向阀要求实现对阀芯的位移(位置)进行连续的比例定位控制，最简单的方式就是通过弹簧将比例电磁铁输出的推力线性地转换为阀芯的位移，这也是单级或直动比例换向阀或流量阀的基本工作原理。然而，油液流经阀口由于伯努利效应，会对阀芯作用一个液动力(也称为伯努利力)，该力的大小与阀口的开口面积和压降乘积成正比，因而直动比例阀随着阀口压差的增大，阀的比例特性明显变差，甚至出现随着阀口压差增加，通过比例阀的流量反而减小的不正常现象。因而，按照电磁铁推力与弹簧力相平衡控制阀芯位置的原理只适用于小流量的比例阀，实际应用的最大工作流量一般在15L/min(最大工作压力为21MPa)以下。此外，为了实现轴向静压力的平衡，直动式比例换向阀或流量阀皆采用滑阀结构，容易受到摩擦力及油液污染的影响出现“卡滞”现象。直动式比例换向阀或流量阀如果要获得较好比例特性，阀芯与阀芯孔之间的配合必须达到较高精度，尤其是对摩擦力较为敏感的圆柱度。比如国外某公司φ6通径比例阀阀芯的精度，圆柱度在1微米以内，如此高的圆柱度已同伺服阀阀芯的精度要求相近，国内普通液压件生产厂家难以做到，这也是国产的直动比例换向阀性能不理想的主要原因之一。采用线性位移传感器(LVDT)对阀芯位置进行测量和闭环控制，构成电反馈型直动比例换向阀，可以在很大程度上提高阀芯的定位刚度和控制精度，最终使电反馈直动比例阀可以像伺服阀那样应用于液压系统的闭环控制(这种阀称为比例伺服阀)，但终因受到磁饱和限制，比例电磁铁输出力有限，无法从根本上解决高压、大流量下液动力的影响问题，在高压(压差大)和大流量的工作状态下仍然会出现流量饱和现象。

消除液动力影响、提高液压阀的过流能力，最根本的办法是采用导控(先导控制)技术。早在1936年美国工程师Harry Vickers为了解决因液动力影响直动溢流阀无法实现高压、大流量系统的压力控制问题发明了导控溢流阀，其基本思想是采用一通径较小的导阀控制静压力，驱动主阀芯运动，因该液压推力比油液流经阀口时所产生液动力大得多，足以消除其对主阀芯运动与控制产生的不利影响。导控的思想后来被广泛地应用于其它液压阀的设计，使液压系统高压、大流量控制成为了现实。后来的各种电液伺服控制元件也是沿用了先导控制的设计思想，其中也包括了电液比例阀。