一种超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式电液伺服阀，属液压伺服控制技术领域。包括阀体（２０）、滑阀偶件、电－机转换器、位于电－机转换器与滑阀偶件之间的微位移放大器。上述电－机转换器包括热补偿罩（１２）、安装于热补偿罩内的超磁致伸缩棒（１３）、位于热补偿罩（１２）外侧的线圈骨架（２），还包括依次绕于线圈骨架（２）外侧的驱动线圈（４）和偏置线圈（３）。本发明专利技术相对于传统力马达驱动方式具有驱动功率大和响应速度快的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超磁致伸縮材料的应用，属液压伺服控制
技术背景传统的两级电液伺服阀价格昂贵，制造工艺复杂，对使用环境要求严格。单 级直动式电液伺服阀具有结构简单、价格低、响应快、抗污染能力强、可靠性 高、无先导级泄漏、特性不受供油压力影响等性能优点，已经成为流体传动与控 制领域的一个重要发展方向和竞争焦点。因此发展直动式单级电液伺服阀将有助 于提高电液伺服阀的性能指标、改善电液伺服阀控制系统的控制特性以及更好地 满足日益提高的市场需求，进而推动流体传动及控制技术的发展。单级直动式电液伺服阀也称为DDV伺服阀，分为直动式电液流量伺服阀和 直动式电液压力伺服阀两种。其中电液流量伺服阀最为常用，它在电一机转换器 (力马达)和滑阀之间没有喷嘴挡板液压放大器，而是采用电一机转换器(力马 达)直接驱动滑阀阀芯运动。文献1 (电液伺服阀技术，田源道著，航空工业出版社，2008.1: 61 62) 介绍了一种直动式电液流量伺服阀结构与工作原理，该阀主要由永磁差动线性力 马达、圆柱式阀芯阀套组成的直线位移滑阀、位移传感器和集成模拟控制电路构 成。马达由支撑弹簧、衔铁组件和控制线圈等零件组成并直接和阀芯连接，驱动 阀芯运动。给马达线圈输入双向控制电流则马达产生与电流成比例的双向驱动 力，则驱动力驱动阀芯双向运动。滑阀阀芯一端装有LVDT位移传感器，它把滑 阀阀芯位移转换为电压信号并反馈到控制电路的输入端，与输入指令信号相比 较，构成位移闭环控制。该阀由于采用永磁力马达作为电一机转换器驱动滑阀阀 芯运动，与新型超磁致伸縮执行器比较，其频响较低，响应较慢，输出功率也较 小。该阀采用差动变压器位移传感器作为反馈构成位移闭环，与半导体应变式位移传感器比较，其参与滑阀阀芯运动部分质量加大，因此该反馈形式进一步限制 了伺服阀的频响。超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material,简写为GMM)是一种新 型的功能材料，具有应变大，响应速度快，能量传输密度高和输出力大等优异性 能。目前该材料已在世界各先进国家引起广泛的注意，首先被用于水声换能器件 的开发，并在海军、航海、海洋工程等领域的水下通信、海底油田探测及跟踪定 位等方面已得到了应用。随后逐步开始应用于声纳、微位移控制、蠕动机械、超 精密机床加工控制、新型电动机、机器人、传感器等新型器件中。文献2 (Takahiro Urai. Development of a vavle using a giant magnetostrictive actuator. Proceeding of the sencond JHPS international symposium on fluid power. Edited by T.Maeda.Tokyo, 1993: 131~135)所述，日本的Takahiro Urai等人用GMM 转换器设计出了单级直动式伺服阀。它的原理是通过线圈中变化的电流产生磁场， 使GMM棒伸縮，从而驱动与GMM转换器直接连接的阀芯产生位移，并且按照 其位移量大小来控制阀口流量。此外，对应于GMM磁场的变形特性为非线性， 用位置传感器和放大级使用PI闭环控制的方法加以调节和克服。它的特点是采用 闭环控制，结构紧凑，精度高，响应快。与同类型的电液伺服阀相比其频响已明 显提高，但由于GMM棒没有微位移放大，其行程较小，故该伺服阀控制流量较 小，仅为2L/min。GMM在其它流体控制元件中也有大量的应用，日本住友轻金属工业公司在 柱塞式流体泵上利用超磁致伸缩执行器直接驱动活塞，现已制成形似一节电池那 样的密闭型GMM泵(Dariusz A. Bushko, James H Goldie. High performance magnetostrictive actuators. IEEE, AES Systems Magazine,November, 1991:21~25)， 该泵具有响应快和高精度控制流量等特点。德国E.Quandt等人利用超磁致伸縮薄 膜的伸縮效应实现阀口的控制，从而设计出一种超磁致伸縮微型阀(Quandt E, Seemann K. Fabrication and simulation of magnetostrictive thin-film actuator. Sensors and Actuators, 1995, A50: 105-109);国内浙江大学利用GMM对气动喷嘴挡板阀、 液压喷嘴挡板伺服阀和内燃机的高速强力电磁阀进行了机构设计和特性研究，其 主要性能指标均高于传统结构控制阀。基于以上背景，申请者提出由超磁致伸縮执行器驱动的新型单级直动式电液伺服阀设计方案及其两种结构实现形式，即单超磁致伸縮执行器驱动和双超磁致 伸縮执行器驱动两种结构形式，以期应用于未来高响应、高可靠性电液伺服控制 系统或多级电液伺服阀前置级结构。该新型电液伺服阀具有响应快、驱动功率和 控制流量大等显著特点。
技术实现思路
本专利技术的目的利用超磁致伸縮材料响应速度快，能量传输密度高和输出力大 等性能设计新型带有微位移放大装置的超磁致伸縮执行器直接驱动滑阀阀芯，设 计出一种新型单级直动式电液伺服阔的结构，以期提高传统单级直动式电液伺服 阀的频宽、响应速度和控制流量。为实现以上目的，本专利技术中设计了第一种单超磁致伸縮执行器驱动的单级直 动式电液伺服阀，其特征在于包括阀体、位于阀腔内的滑阀偶件、位于滑阀偶 件一侧的电-机转换器、位于电-机转换器与滑阀偶件之间的微位移放大器、位于 滑阀偶件另一侧的复位调零装置；上述电-机转换器包括热补偿罩、安装于热补偿罩内的超磁致伸縮棒、位于热补偿罩外侧的线圈骨架，还包括依次绕于线圈骨架外侧的驱动线圈和偏置线圈；上述滑阀偶件由滑阀阀套和滑阀阀芯组成；上述 微位移放大器包括位移放大腔、安装于位移放大腔内与上述超磁致伸縮棒相联的 输出活塞，位移放大腔的另一端与滑阀阀芯相连；上述阀体上具有与阀腔相连的 主供油道、输出油道及回油冷却循环通道；上述阀体上安装有液控单向阀组件， 还具有与位移放大腔相连的通过液控单向阀组件实现单向注油的单向预压力注 油通道和可控反向泄油的液控单向阀控制油道。上述第一种单超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式电液伺服阀，其单向预压 力注油通道和液压控制油道通过液控单向阀组件实现单向注油和可控反向泄油， 液控单向阀组件可以采用以下结构由安装于单向预压力注油通道一侧的液控单 向阀弹簧座、液控单向阀弹簧、液控单向阀主阀芯及液控单向阀阀套，以及安装 于液压控制油道一侧的液控单向阀控制阀芯组成。上述第一种单超磁致伸縮执行器驱动的单级直动式电液伺服阀，所述复位调 零装置可以采用以下结构包括与滑阀阀芯相连的滑阀复位弹簧、滑阀复位弹簧 座、密封圈、防松螺母、调节螺钉。本专利技术中设计的第二种双超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式电液伺服阀， 其特征在于包括阀体、滑阀偶件、 一对电-机转换器、 一对位于电-机转换器与 滑阀偶件之间的微位移放大器；上述电-机转换器包括热补偿罩、安装于热补偿 罩内的超磁致伸縮棒、位于热补偿罩外侧的线圈骨架，还包括依次绕于线圈骨架 外侧的驱动线圈和偏置线圈；上述滑阀偶件由滑阀阀套和滑阀本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式电液伺服阀，其特征在于： 包括阀体（２５）、位于阀腔（２１）内的滑阀偶件、位于滑阀偶件一侧的电－机转换器、位于电－机转换器与滑阀偶件之间的微位移放大器、位于滑阀偶件另一侧的复位调零装置； 上述 电－机转换器包括热补偿罩（１２）、安装于热补偿罩内的超磁致伸缩棒（１３）、位于热补偿罩（１２）外侧的线圈骨架（２），还包括依次绕于线圈骨架（２）外侧的驱动线圈（４）和偏置线圈（３）； 上述滑阀偶件由滑阀阀套（２３）和滑阀阀芯（２４）组 成； 上述微位移放大器包括位移放大腔（２０）、安装于位移放大腔（２０）内与上述超磁致伸缩棒（１３）相联的输出活塞（１４），位移放大腔的另一端与滑阀阀芯（２４）相连； 上述阀体（２５）上具有与阀腔（２１）相连的主供油通道（２２）、 输出油道（５）及回油冷却循环通道（１１）； 上述阀体（２５）上安装有液控单向阀组件，还具有与位移放大腔（２０）相连的通过液控单向阀组件实现单向注油的单向预压力注油通道（１９）和可控反向泄油的液控单向阀控制油道（３０）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉川，李跃松，鲍和云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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