電液伺服閥的電氣-機械轉換器

電氣機械轉換器包括電流力轉換和力位移轉換兩個功能。

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

伺服閥中所用的電氣-機械轉換器有動圈式和動鐵式兩種結構。

(1)動圈式電氣-機械轉換器。動圈式電氣-機械轉換器產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，產生相應大小和方向的力信號，再通過反饋彈簧（復位彈簧）轉化為相應的位移量輸出，故簡稱為動圈式“力馬達”（平動式）或“力矩馬達”（轉動式）。動圈式力馬達和力矩馬達的工作原理是位于磁場中的載流導體（即動圈）受力作用。

動圈式力馬達結構原理如圖2所示，永久磁鐵1及內、外導磁體2、3構成閉合磁路，在環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，以提高結構強度，并采用彈簧5懸掛。當繞組中通八控制電流時，按照載流導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中的左手定則確定。圖3所示為動圈式力矩馬達，與力馬達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。當線圈中通人控制電流時，按照載流導線在磁場中受力的原理使轉子轉動。

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構，其尺寸緊湊。

動圈式力馬達和力矩馬達的控制電流較大（可達幾百毫安至幾安培），輸出行程也較大[±(2～4)mm]，而且穩態特性線性度較好，滯環小，故應用較多。但其體積較大，而且由于動圈受油的阻尼較大，其動態響應不如動鐵式力矩馬達快。多用于控制工業伺服閥，也有用于控制高頻伺服閥的特殊結構動圈式力馬達。

(2)動鐵式力矩馬達。動鐵式力矩馬達輸入為電信號，輸出為力矩。圖4所示為動鐵式力矩馬達的結構原理圖。

它由左右兩塊永久磁鐵、上下兩塊導磁體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磁體的氣隙中產生相同方向的極化磁場。沒有輸入信號時，銜鐵與上下導磁體之間的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。當輸入控制電流時，產生相應的控制磁場，它在上下氣隙中的方向相反，因此打破了原有的平衡，使銜鐵產生與控制電流大小和方向相對應的轉矩，并且使銜鐵轉動，直至電磁力矩與負載力矩和彈簧反力矩等相平衡。但轉角是很小的，可以看成是微小的直線位移。

動鐵式力矩馬達輸出力矩較小，適合控制噴嘴擋板之類的先導級閥。其優點是自振頻率較高，動態響應快，功率、質量比較大，抗加速度零漂性好；缺點是：限于氣隙的形式，其轉角和工作行程很小(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。