第八章 電液式伺服閥
8-1 前言
近年來，伺服系統的控制隨著微電腦的快速發展，而快 速的應用在一般產業領域。而以微小的電氣信號控制巨大的 液壓動力之液壓伺服系統中，構成電氣與液壓介面的伺服 閥，可說是電液複合化，即機電整合化之重要零組件之一，
其在伺服機構所佔角色如下圖所示。
微小電子信號 微小機械物理量 小的機械物理量 巨大機械物理量
作
功
機電介面
(伺服閥) 機械
電子
8-2 伺服閥的結構
伺服閥的基本構成的功能方塊圖如下：
故伺服閥包含轉矩馬達組、液壓放大器、滑軸與滑軸套組等 三大部份。伺服閥整體構造如下：
轉矩馬達組功能方塊圖如下：
i T轉矩 a T xf
馬達組
電樞 擋葉組
Ts Xs Ta T
Ts
回饋 彈簧
△Q Xs Xs Qv
液壓放大器之功能方塊 圖如下：
xf 液壓 △Q
放大器
滑軸流 量增益 滑軸與
滑軸套
伺服閥之全系統功能方塊圖如下：
i Ta T xf △Q Xs
Ts Xs
電樞 擋葉組
回饋 彈簧 液壓 放大器
滑軸與 滑軸套
滑軸流 量增益 轉矩
馬達組
8-3 伺服閥的操作
轉矩馬達線圈電流在電樞頂端產生磁力。
電樞－擋葉組對橈性支撐點旋轉。
擋葉關閉噴嘴的一邊而導引壓油至滑軸的另一端。
滑軸移動而使控制口打開，Ps壓油流至一控制口，而另 一控制口之壓油則流回 R 端。
滑軸推動回授彈簧的球形端在電樞－擋葉端產生抵抗力 矩。
當回授力矩等於磁力矩時，電樞－擋葉移動回至中立位 置。
滑軸則停在回授彈簧力矩等於輸入電流產生之力矩時之 位置。
因此滑軸位移比例於輸入電流。
當壓力差固定時，負載流量正比於滑軸位移。
8-4 伺服閥液壓特性
b.額定電流：伺服閥所能輸入的信號值，主要由線圈阻抗與連接形式決定，額 定電流值雖不代表超出此值伺服閥會毀壞或停止，但還是不要超 額載流。。
c.抖動信號(Dither)：與控制輸入一同進入伺服閥的高額信號，抖動信號主要為 改善伺服閥之解析度，但不當的抖動除了會增加閥的內漏 外，更可能會減短閥體的壽命。
d.輸入壓力：伺服閥在輸入端的壓力(Ps)，對伺服閥而言，一般皆有其規定之輸 入壓力，過低的輸入壓力會造成伺服閥中立點偏移與較差之動態特 性。
e.回油壓力：回油管線為將液壓油導回儲槽的通道，而回油端也是整個液壓系統 中壓力的最低點，如同電路的接地點，故回油端壓力有其上限值，
以保護系統回路與閥體之安全。
f.受控流量：受伺服閥控制，由輸入端至輸出端的流量稱之，理想的伺服閥特性 中輸出流量與輸入信號成線性比例。
g.中立區(null region)：流量特性圖中，輸入信號在額定信號±3%內的區域稱之，
不同伺服閥在中立區會有不同的特性。
h.流量增益：控制流量與輸入信號間的比值，即輸入－流量特性圖中的斜率。
i. 壓力增益：輸入－控制端壓差特性圖中，控制端兩端壓差與輸入信號比值 (△Pi/△I)，理想的曲線為對稱原點且兩端飽合之曲線。
j.內漏：伺服閥在無輸入且兩輸入端皆封閉的情況下，在回油端所量測出的流量，
除了液壓放大器中的液流外，還包含流體在滑軸間的液漏，內漏過大亦是 伺服閥的缺陷之一。
k.滑軸重疊量(spool lap)：正重疊(overlap)可降低中立點附近之流量增益與內漏，
而負重疊(underlap)則反之。
l
8-5 伺服閥的動態特性
8-6 其他型態之伺服閥
伺服閥之型態主要係以閥軸之回授方式及驅動方式 作為分類。回授方式可分成機械回授式及電子回授式兩種，
其中機械回授方式係採力量回授型態，已於前節介紹完成，
以下介紹電子回授方式。閥軸之驅動方式除採液壓驅動外，
另有線性馬達驅動方式，又稱直接驅動方式，亦介紹於後。
1. 電子回授式
在液壓放大器部份仍採用噴嘴－擋葉型驅動滑軸，但不具 有回授彈簧，而利用位置檢出器(LVDT)回授滑軸位移，進 行滑軸位移之閉回路控制，其構造如下：
電子式回授型伺服閥主要構成、內部構造與數學方塊圖，如 下列三圖所示：
其功能方塊圖如下：
e xf Xs
轉矩馬 達組
LVDT
滑軸與 滑軸套
滑軸流 量增益 液壓
放大器 伺服放
放大器
2. 直接驅動式(Direct Drive Valve, DDV)
在液壓放大器部份採用線性馬達或電磁鐵直接驅動滑 軸，而利用位置檢出器(LVDT)回授滑軸位移，進行滑軸位移 之閉回路控制，又稱為伺服比例閥(Servo solenoid valve)，構 造如下圖：
其功能方塊圖如下：
e Xs
伺服放 放大器
LVDT
滑軸流 量增益 滑軸與
滑軸套 線性
馬達組
8-7 伺服閥之選用
8-8 伺服閥之規格與測試
一般伺服閥之製作規格如下：
依據上述之規格，則可設計伺服閥測試迴路如下：
額定流量與壓力增益測試結果如下：
