[发明专利]双自由度力矩马达驱动的力反馈型电液比例阀

说明书

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域中的电液比例阀，尤其涉及一种双自由度力矩马达驱动的力反馈型电液比例阀。

背景技术

在阀的实际结构中，考虑到加工的便利性，阀芯一般会采用圆柱体的结构以便和阀体上的阀芯孔相配合构成阀口。由于圆柱滑阀的阀芯具有径向的旋转运动和轴向的直线运动两个自由度，且这两个自由度之间不相互干涉，因而可以用这两个运动自由度分别实现先导级和主阀的功能，一般可用阀芯的旋转运动实现先导级的功能，而用直线运动来实现主阀的开口，这是因为滑阀阀口的面积梯度可以做的很大，且阀芯在阀孔中也较容易与端盖等配合形成所谓的敏感腔。

浙江工业大学长期从事新型流体控制元件的研究，针对电液流量伺服阀，提出了2D阀的新结构，其基于独特的液压伺服螺旋机构（发明专利授权号200910153014.6），将原本在物理上分离的液压先导级和功率级合二为一，大大简化了阀的结构，降低了成本，视其应用场合不同可用来构成2D电液换向阀、2D电液比例阀和2D电液伺服阀等从低端到高端的全系列电液控制元件，特别是将其用来代替价格昂贵且需要进口的三级大流量电液伺服阀，构成具有自主知识产权的高频大流量2D电液伺服阀，具有特别重要的工程实用价值。

然而为了形成液压伺服螺旋机构，需要在2D阀阀套的内表面上加工出空间螺旋槽，而这需要三轴以上的国外进口电火花机床才能加工，不但加工时间长，而且生产成本很高，这对于定位于高端应用场合的伺服阀尚可忍受，但如果要将2D阀结构用于比例阀或者换向阀，就无法实现廉价大规模的生产，导致产品失去市场竞争力。

为了克服原有的2D阀阀套上空间螺旋槽加工困难、成本高，较难应用于比例阀的问题，浙江工业大学也曾提出过一种2D液压助力电液比例换向阀的方案（发明专利申请号：201210136156.3），其由阀本体、压扭联轴器和普通工业用比例电磁铁（或其它线性电-机械转换器）三部分共轴联接而成，由于阀套上不再采用空间螺旋槽设计，而改成简单的直槽形式和阀芯上的高低压孔构成液压阻力半桥来控制敏感腔的压力，因此需要压扭联轴器来将比例电磁铁的推力转换为作用于阀芯的正向或反向扭矩，驱动阀芯转动，同时形成阀芯位移与直槽和高低压孔遮盖面积之间差值的负反馈，从而构成阀芯的旋转和平动的双运动自由度来实现导控型电液比例换向（节流）阀功能，由阀芯转动使液压阻力桥路输出压力发生变化，进而产生静压力驱动阀芯轴向运动。和传统的比例阀相比，该2D液压助力电液比例换向阀原理先进，在高压大流量下仍可以采用单级结构，但不足之处在于需要额外增加一个压扭连轴器，其结构和加工工艺均较为复杂，从而增加了阀的成本。

发明内容

为了克服原有2D液压助力电液比例换向阀需要压扭联轴器、结构复杂、成本高的问题，本发明提供一种双自由度力矩马达驱动的电液比例阀，其保留了原有2D液压助力电液比例换向阀全部优点的同时，去掉了结构复杂的压扭联轴器，从而大大简化了整个阀的结构（整个阀只有力矩马达和阀本体两部分），减少了零件数，降低了成本，是用来构成比例阀的理想方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

双自由度力矩马达驱动的电液比例阀,由阀本体部分和作为电-机械转换器的双自由度力矩马达构成，所述阀本体部分包括阀体、阀芯和阀套，所述阀套密封安装在阀体内，所述阀芯可转动并可轴向滑动地安装在阀套内；

阀套左端安装后盖板，阀芯左端安装堵头，阀芯右端安装有同心环和右塞环；

阀芯、阀套、堵头和后盖板配合构成敏感腔，靠近敏感腔端的阀芯台肩表面上开设有高低压孔；阀套的内表面上开设有感受油液压力的直槽，其一端和敏感腔相通，另一端与高压孔和低压孔构成阻力半桥；

阀的右腔通过小孔b，经阀芯杆内通道和小孔a与进油P口相通；

阀体的右端安装所述的力矩马达，所述的力矩马达包括衔铁、上导磁体、下导磁体、永磁体、弹簧杆、侧盖板、衔铁外壳、线圈、压套和压板等部件构成；所述的衔铁设置在上导磁体和下导磁体的极靴之间，极靴末端所在平面与水平面成倾角；所述衔铁是扁平长条状结构的良导磁体，衔铁与阀芯伸出端连接，衔铁左右两臂平面与极靴末端平面平行，衔铁驱动阀芯在一定角度范围内绕阀芯轴线旋转的同时，还可以沿阀芯轴线方向平动；

衔铁的左右两臂侧面均安装弹簧杆，弹簧杆的另一端连接衔铁外壳两端的侧盖板，弹簧杆的弹性力矩与力矩马达电磁力矩之间产生相互作用以确保衔铁不被上下导磁体的极靴吸附，同时起到对中作用。

阀芯台肩表面上开设有两对相同的轴对称的高低压孔，阀套的内表面上开有一对轴对称的直槽。