本发明的实施方式涉及一种伺服阀，该伺服阀包括单个电动机，所述电动机驱动独立伺服阀组件的独立阀构件。每个阀构件控制来自于独立液压流体源的液压流体的流量。为了使每个阀构件在其他阀构件不可操作的情况下(例如由液压流体中携带的垃圾引起的阀构件的堵塞而造成的)具有操作的能力，每个伺服阀组件包括压缩组件，所述压缩组件使每个伺服阀组件具有克服堵塞的能力。
在一个方案中，所述压缩组件作为一对设置在由所述阀构件限定的通道内的活塞配置，所述活塞通过在所述阀构件内的止动部上提供压力而被预先加载。在两个阀构件都能够在它们各自的流体通道内平移的情况下，由所述活塞上的阀构件驱动部产生的力小于所述活塞施加在所述止动部上的预载力。因此，所述转子组件的转动使每个阀构件在其相应的流体通道内平移。在一个阀构件不能在伺服阀组件的流体通道内平移(即阀构件被堵塞)的情况下，由受堵塞的阀构件的活塞上的阀构件驱动部产生的力大于由所述活塞施加在所述阀构件中的所述止动部上的力。因此，所述转子组件的转动使没被堵塞的阀构件在其相应的流体通道内平移并且使所述阀构件驱动部关于所述受堵塞的阀构件压缩其中一个预先加载的活塞。因此，所述压缩组件在所述伺服阀的第二伺服阀组件的阀组件被堵塞的情况下能够使所述伺服阀的其中一个伺服阀组件继续操作。
图1示出了伺服阀24的布置。所述伺服阀24包括两个伺服阀组件26-1，26-2、一个电动机28(例如直驱式伺服阀电动机)、两个位移传感器30-1，30-2(例如线性可变位移传感器(LVDT))以及一个控制器31(例如处理器和存储器)。所述控制器31配置成操作所述直驱式伺服阀电动机28以便于控制所述的两个伺服阀组件26-1，26-2的操作。
每个伺服阀组件26-1，26-2包括限定了流体通道34-1，34-2的壳32-1，32-2。每个壳32-1，32-2包括套筒35，如图2中所示，以及设置在相应的流体通道34-1，34-2内的阀构件36-1，36-2，例如阀芯。每个阀构件36-1，36-2配置成计量流体从相应的加压流体源37-1，37-2通过相应的流体通道34-1，34-2流到液压或流体致动器33的量。因此，每个伺服阀组件26-1，26-2提供了对流体致动器33的冗余控制，其中第一伺服阀组件26-1控制所述流体致动器33的第一部分33-1，第二伺服阀组件26-2控制所述流体致动器33的第二部分33-2。
每个壳32-1，32-2包括用于控制所述阀构件36-1，36-2在其相应的流体通道34-1，34-2内的位置的阀控制端口。例如，参见第一壳32-1，该壳32-1包括向所述流体通道34-1的供应输入端38-1，所述流体源37-1将加压液压流体引入所述流体通道34-1。所述壳32-1还包括第一和第二控制输出端40-1，42-1以及返回输出端44-1，所述第一和第二控制输出端40-1，42-1将所述加压流体从所述流体通道34-1引到所述流体致动器33，所述返回输出端44-1将所述加压流体引到所述流体源37-1的贮存器。
如图1中所示，所述直驱式伺服阀电动机28包括定子60和转子组件62。所述定子60相对于所述第一和第二阀组件壳32-1，32-2处于固定位置，所述转子组件62配置成响应于通过所述定子60的线圈64的特定电流关于所述定子60转动到特定角度位置。例如所述转子组件62配置成在有限的弧度范围内(例如+/-20度)转动以便于在相应的流体通道34-1，34-2内在全闭位置与全开位置之间驱动所述阀构件36-1，36-2。
所述转子组件62包括由所述第一阀构件36-1支撑的第一端70和由所述第二阀构件36-2支撑的相对的第二端72。每端70，72包括阀构件驱动部74-1和74-2，所述阀构件驱动部74-1和74-2分别配置成将所述转子轴68的旋转运动施加到每个相应的阀构件36-1，36-2并且使每个阀构件36-1，36-2在每个相应的流体通道34-1，34-2内纵向地平移，从而调节流体流过所述阀控制端口。例如，所述转子轴62包括设置在该转子轴两端上的并且由所述阀构件36-1，36-2支撑的阀构件驱动部74-1，74-2。在一个方案中，如图3中所示并参照所述第一伺服阀组件26-1，所述阀构件驱动部74-1包括偏心驱动元件76-1，例如由碳化钨(tungsten carbide)材料成型的球，该偏心驱动元件76-1在偏离所述转子轴68的转动轴线78的位置上连接到所述转子轴68。在使用中，所述直驱式伺服阀电动机28配置成通过相应的阀构件驱动部74-1，74-2向每个阀构件36-1，36-2提供大约100磅的力。
回到图1和2，每个伺服阀组件26-1，26-2包括使每个伺服阀组件26-1，26-2具有克服堵塞的能力的压缩组件46-1，46-2，正如下面要详细描述的。为了方便起见，如图2中所示并且参照所述第一伺服阀组件26-1，所述阀构件36-1限定了沿着所述阀构件36-1的纵轴49-1延伸的通道50。所述通道50设置成与加压流体源37-1流体连通。例如，如图1中所示，所述流体源37-1连接到所述壳32-1的供应输入端38-1并且向限定在第一阀构件36-1内的第一通道部51-1提供加压流体，向限定在所述第一阀构件36-1内的第二通道部53-1提供加压流体。每个通道部51-1，53-1限定有相应的止动部57-1，59-1。在一个配置中，每个止动部57-1，59-1相当于每个相应的通道部51-1，53-1的直径上的减小。为了方便起见，参照图1和2中的第一伺服阀组件26-1，所述压缩组件46-1包括设置在所述第一通道部51-1内的第一活塞56-1和设置在所述第二通道部53-1内的第二活塞。包含在所述第一和第二通道部51-1，53-1内的加压流体在每个活塞56-1，58-1的顶端61-1，63-1施加载荷并且使这些活塞向所述阀构件36-1内的相应的止动部57-1，59-1预先加载。在一个方案中，每个活塞56-1，58-1在每个相应的止动部57-1，59-1上施加大约50磅的预载荷。
在一个方案中，所述压缩组件46-1，46-2配置成在每个阀构件36-1，36-2在其相应的流体通道34-1，34-2内可平移时在阀构件驱动部74-1，74-2与相应的阀构件36-1，36-2之间提供载荷传递。例如，在操作期间，所述控制器31接收来自于指示所述控制器31以特定方式操作所述伺服阀组件26-1，26-2(例如增加流量、减小流量、终止流量等等)的用户输入装置的命令信号90。所述控制器31还接收来自于每个位移传感器30-1，30-2的位置信号92-1，92-2从而能够使所述控制器31确定每个阀构件36-1，36-2在其相应的流体通道34-1，34-2内的当前位置。该控制器31将所述命令信号90与所述位置信号92-1，92-2进行比较，并且当该控制器检测到所述命令信号90与所述位置信号92-1，92-2之间的差别时，该控制器31向所述电动机28发送控制信号94。
响应于所述定子60从所述控制器31接收到的所述控制信号94，所述转子组件62关于所述定子60转动。所述转子组件62的转动使每个阀构件驱动部74-1，74-2在相应的阀构件36-1，36-2内转动并且根据所述转子组件62的转动方向在与所述阀构件36-1，36-2连接的第一活塞56-1，56-2或者与所述阀构件36-1，36-2连接的第二活塞58-1，58-2上施加载荷。在每个阀构件36-1，36-2在其相应的流体通道34-1，34-2内可平移的情况下，由所述阀构件驱动部74-1，74-2在与所述阀构件36-1，36-2连接的所述第一活塞56-1，56-2或与所述阀构件36-1，36-2连接的所述第二活塞58-1，58-2上施加的力小于或基本等于由相应活塞56-1，56-2，58-1，58-2在所述阀构件驱动部74-1，74-2上施加的力。因此，当所述阀构件驱动部74-1，74-2在相应的阀构件36-1，36-2内转动时，这种转动使所述阀构件36-1，36-2在它们相关联的流体通道34-1，34-2内横向平移75。这种横向平移调节了从所述加压流体源37-1，37-2流到相应的流体致动器33-1，33-2的流体流量。
在一个方案中，所述压缩组件46-1，46-2配置成使每个伺服阀组件26-1，26-2具有克服堵塞的能力并且当其中阀构件36-1，36-2之一失去在其相应的流体通道34-1，34-2内的平移能力时能够使所述阀构件驱动部74-1，74-2在阀构件36-1，36-2之一内转动。例如，假如所述流体通道34-1包括堆积在所述阀构件36-1和其相应的套筒35之间的相对大的垃圾颗粒使得该阀构件36-1不能沿着所述流体通道34-1纵向平移并且在所述套筒35内被完全堵塞。
响应于所述定子60从所述控制器31接收到的控制信号94，所述转子组件62关于所述定子60转动。所述转子组件62的转动使每个阀构件驱动部74-1，74-2在相应的阀构件36-1，36-2内转动并且根据所述转子组件62的转动方向在与所述阀构件36-1，36-2连接的第一活塞56-1，56-2或者与所述阀构件36-1，36-2连接的第二活塞58-1，58-2上施加载荷。在所述第二阀构件36-2在其相应的流体通道34-2内可平移的情况下，由所述阀构件驱动部74-2在与所述阀构件36-1，36-2连接的所述第一活塞56-2或所述第二活塞58-2上施加的力小于或基本等于由所述活塞56-2，58-2在相应的止动部57-2，59-2上施加的力。但是，所述第一阀构件36-1不能在所述流体通道34-1内平移，所以当所述阀构件驱动部74-1在所述阀构件36-1内转动时，所述阀构件驱动部74-1在所述第一活塞56-1或所述第二活塞58-1上施加一载荷，该载荷超过由所述第一活塞56-1或所述第二活塞58-1在相应的止动部57-1，59-1上施加的预载荷。因此，所述阀构件驱动部74-1使所述第一或第二活塞56-1，58-1移动并且能够使所述转子62持续转动，从而能够使所述转子62控制所述第二伺服阀组件32-2的所述第二阀构件36-2的位置。同样地，在该示例中，当所述第一阀构件36-1不能操作时，所述压缩组件46-1能够使所述第二伺服阀组件持续地操作以控制所述流体致动器33。
在一个方案中，所述位移传感器30-1，30-2还使所述控制器31具有检测特定阀构件36-1，36-2的失效或堵塞的能力。例如，在操作期间，当所述控制器31向所述电动机28发送控制信号94时，所述控制器31接收来自于各个所述位移传感器30-1，30-2的位置信号100-1，100-2。所述控制器31然后将所述位置信号100-1，100-2与阀构件响应的分析模型比较以检测特定阀构件36-1，36-2的平移或非平移。虽然可以以多种方式构造阀构件响应的分析模型，但是在一个方案中，所述分析模型涉及的是命令信号90与位置信号100-1，100-2之间的误差随着时间减小。
以所述第一伺服阀组件26-1为例，在所述控制器31将所述位置信号100-1与所述分析模型比较的情况下，假设所述控制器31检测到所述命令信号90与所述位置信号100-1之间的误差随着时间减小(即所述命令信号90与所述位置信号100-1之间的误差在50毫秒到100毫秒的时间范围内变为零)。因此，所述控制器31检测到了所述第一阀构件36-1在所述第一流体通道34-1内的平移。但是，在所述控制器31将所述位置信号100-1与所述分析模型比较的情况下，假设所述控制器31检测到所述命令信号90与所述位置信号100-1之间是基本恒定的或非减小的误差。这样的非减小的误差表明所述阀构件36-1在所述伺服阀组件26-1内的实际位置与比如从所述用户输入装置提供的所述阀构件36-1的指定位置不对应。在这种情况下，由于相对恒定的误差，所以所述控制器31检测到了所述第一阀构件36-1在所述第一流体通道34-1内的非平移。
在一个方案中，所述控制器31配置成调节所述不可操作的伺服阀组件内的压力以能够使所述压缩组件46的所述活塞56，58在所述通道50内自由地运动并且将对所述电动机20和所述阀构件驱动部74-1，74-2要产生足够的载荷来克服所述压缩组件46的所述预载荷的需求降到最低或消除。接着上面的示例，在所述控制器31检测到所述第一阀构件36-1的非平移的情况下，为了移除由所述压缩组件46-1产生的所述第一预载荷，所述控制器31驱动从流体源37-1到所述第一伺服阀组件26-1的供应管线中的阀以阻挡供应压力并且将液压流体从所述供应输入端38-1排到所述返回输出端44-1，因此将液压流体压力从所述通道50移除并且移除了受堵塞的第一阀构件46-1的活塞56-1，58-1上的压力。
虽然已经特别示出并描述了本发明的多个实施方式，但是本领域技术人员可以理解的是在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的精髓和范围的前提下可以做出外形和细节上的各种改变。
例如，正如上面指出的，包含在所述第一和第二通道部51，53内的加压流体在每个活塞56，58上施加一载荷并且使这些活塞56，58在阀构件36内的相应的止动部57，59上施加预载荷。这种描述仅是示例性的。在一个方案中，设置在所述阀构件36的所述通道50内的弹簧构件使所述活塞56，58向阀构件36内的所述止动部57，59上施加一预载荷。
正如上面指出的，所述位移传感器30-1，30-2可以配置为LVDT。在一个方案中，每个位移传感器30-1，30-2配置为一组多个LVDT。例如，每个位移传感器30-1，30-2包括三个独立的LVDT以检测所述阀构件36-1，36-2在所述伺服阀组件26-1，26-2内的位置。多个LVDT用作位移传感器30提供位移测量的冗余水平。
正如上面指出的，所述位移传感器30-1，30-2连接到所述阀构件36-1，36-2并且配置成检测所述伺服阀组件26-1，26-2内的所述阀构件36-1，36-2的位置。这种描述仅是示例性的。在一个方案中，如图4中所示，转动传感器30’设置在所述直驱式伺服阀电动机28上。例如，如图4中所示，例如是霍耳效应传感器的所述转动传感器30’可以具有设置在所述定子60上的第一传感器元件和设置在所述转子组件62上的第二元件。第一元件关于第二元件的运动使所述转动传感器30’产生表示所述伺服阀组件26-1，26-2内的所述阀构件36-1的位置的信号。