電液伺服閥的電氣-機械轉(zhuǎn)換器

電氣機械轉(zhuǎn)換器包括電流力轉(zhuǎn)換和力位移轉(zhuǎn)換兩個功能。

典型的電氣-機械轉(zhuǎn)換器為力馬達(dá)或力矩馬達(dá)。力馬達(dá)是一種直線運動電氣-機械轉(zhuǎn)換器，而力矩馬達(dá)則是旋轉(zhuǎn)運動的電氣-機械轉(zhuǎn)換器。力馬達(dá)和力矩馬達(dá)的功用是將輸入的控制電流信號轉(zhuǎn)換為與電流成比例的輸出力或力矩，再經(jīng)彈性組件（彈簧管、彈簧片等）轉(zhuǎn)換為驅(qū)動先導(dǎo)級閥運動的直線位移或轉(zhuǎn)角，使先導(dǎo)級閥定位、回零。通常力馬達(dá)的輸入電流為l50～300mA，輸出力為3～5N。力矩馬達(dá)的輸入電流為10～30mA，輸出力矩為0.02～0.06N·m。

伺服閥中所用的電氣-機械轉(zhuǎn)換器有動圈式和動鐵式兩種結(jié)構(gòu)。

(1)動圈式電氣-機械轉(zhuǎn)換器。動圈式電氣-機械轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生運動的部分是線圈組

成的控制繞組，故稱為“動圈式”。輸入電流信號后，產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的力信號，再通過反饋彈簧（復(fù)位彈簧）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位移量輸出，故簡稱為動圈式“力馬達(dá)”（平動式）或“力矩馬達(dá)”（轉(zhuǎn)動式）。動圈式力馬達(dá)和力矩馬達(dá)的工作原理是位于磁場中的載流導(dǎo)體（即動圈）受力作用。

動圈式力馬達(dá)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，永久磁鐵1及內(nèi)、外導(dǎo)磁體2、3構(gòu)成閉合磁路，在環(huán)狀工作氣隙中安放著可移動的控制繞組4，它通常繞制在線圈架上，以提高結(jié)構(gòu)強度，并采用彈簧5懸掛。當(dāng)繞組中通八控制電流時，按照載流導(dǎo)線在磁場中受力的原理移動并帶動閥心（圖中未畫出）移動，此力的大小與磁場強度、導(dǎo)線長度及電流大小成比例，力的方向由電流方向及固定磁通方向按電磁學(xué)中的左手定則確定。圖3所示為動圈式力矩馬達(dá)，與力馬達(dá)所不同的是采用扭力彈簧或軸承加盤囤扭力彈簧懸掛控制線圈。當(dāng)線圈中通人控制電流時，按照載流導(dǎo)線在磁場中受力的原理使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

磁場的勵磁方式有永磁式和電磁式兩種，工程上多采用永磁式結(jié)構(gòu)，其尺寸緊湊。

動圈式力馬達(dá)和力矩馬達(dá)的控制電流較大（可達(dá)幾百毫安至幾安培），輸出行程也較大[±(2～4)mm]，而且穩(wěn)態(tài)特性線性度較好，滯環(huán)小，故應(yīng)用較多。但其體積較大，而且由于動圈受油的阻尼較大，其動態(tài)響應(yīng)不如動鐵式力矩馬達(dá)快。多用于控制工業(yè)伺服閥，也有用于控制高頻伺服閥的特殊結(jié)構(gòu)動圈式力馬達(dá)。

(2)動鐵式力矩馬達(dá)。動鐵式力矩馬達(dá)輸入為電信號，輸出為力矩。圖4所示為動鐵式力矩馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖。

它由左右兩塊永久磁鐵、上下兩塊導(dǎo)磁體l及4、帶扭軸(彈簧管)6的銜鐵5及套在線圈上的兩個控制線圈3組成，銜鐵懸掛在彈簧管上，可以繞彈簧管在4個氣隙中擺動。左右兩塊永久磁鐵使上下導(dǎo)磁體的氣隙中產(chǎn)生相同方向的極化磁場。沒有輸入信號時，銜鐵與上下導(dǎo)磁體之間的4個氣隙距離相等，銜鐵受到的電磁力相互抵消而使銜鐵處于中間平衡狀態(tài)。當(dāng)輸入控制電流時，產(chǎn)生相應(yīng)的控制磁場，它在上下氣隙中的方向相反，因此打破了原有的平衡，使銜鐵產(chǎn)生與控制電流大小和方向相對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，并且使銜鐵轉(zhuǎn)動，直至電磁力矩與負(fù)載力矩和彈簧反力矩等相平衡。但轉(zhuǎn)角是很小的，可以看成是微小的直線位移。

動鐵式力矩馬達(dá)輸出力矩較小，適合控制噴嘴擋板之類的先導(dǎo)級閥。其優(yōu)點是自振頻率較高，動態(tài)響應(yīng)快，功率、質(zhì)量比較大，抗加速度零漂性好；缺點是：限于氣隙的形式，其轉(zhuǎn)角和工作行程很小(通常小于0.2mm)，材料性能及制造精度要求高，價格昂貴，此外，它的控制電流較小（僅幾十毫安），故抗干擾能力較差。