旋转伺服阀的制作方法

旋转伺服阀
发明领域
1.本发明涉及伺服阀及其相关的改进。更具体地说，本发明涉及旋转伺服阀的阀芯和壳体设计的改进，以及使用这种旋转伺服阀的两级阀的改进。
2.发明背景
3.伺服阀在各行业应用广泛，用于响应输入信号而控制液压致动器或气压致动器的运动，用于需要精确控制致动器的行业，例如在航空航天业。伺服阀通过阀门改变流体流量以控制致动器(例如液压缸或气压缸或马达)产生的位置、速度、加速度或力。
4.伺服阀通常包括移动元件(阀芯)和含有流体入口和出口的固定元件(例如壳体、套筒或歧管)。这两个元件的相对运动控制着通过阀的流体流量。
5.旋转伺服阀通常包括阀芯，其安装为相对于限定流体入口和出口的固定元件旋转。通过相对于流体入口和出口而旋转阀芯，可以提供或改变流体入口和出口之间的流动路径，从而允许控制通过阀的流体流量。
6.线性伺服阀通常包括阀芯，其安装为相对于限定流体入口和出口的固定元件轴向位移。通过相对于入口和出口来回移动阀芯，可以提供或改变流体入口和出口之间的流动路径，从而允许控制通过阀的流体流量。
7.旋转伺服阀通常既具有“单级”设计或“两级”设计，其中“单级”设计中阀芯由马达(通常是电动马达)驱动，通常通过减速齿轮连接到阀芯，而“两级”设计中阀芯由单独的先导级驱动。与两级或多级阀相比，单级阀提供的优势是对供应压力或粘度的变化缺乏敏感性。单级阀通常用于第一级操作的先导流体不可用的应用；然而，它们通常不能产生先导式两级阀的高阀芯驱动力。
8.旋转伺服阀在大功率流体系统中的使用已经受到限制，因为更大的操作摩擦导致旋转伺服阀的效率往往低于线性伺服阀。然而，它们的优点是更容易连接到旋转电动马达。
9.已知的旋转伺服阀设计具有壳体，该壳体包括围绕中央旋转阀芯径向相对的成对端口。每个端口中的压力被成倍增加并提供给径向相对的端口。随着阀芯旋转，不同压力下端口之间的不同通道逐渐打开和关闭。
10.这种设计的一个问题是，加压流体流入会在阀芯上产生径向负载，产生不平衡并通过操作摩擦造成能量损失。此外，当流体围绕阀芯流动时，会根据“伯努利效应”在阀芯上产生扭矩负载。承受这些负载的需求可能决定阀内各种组件的尺寸，因此，减少这些负载有利于减小阀的尺寸和/或重量。
11.本发明意在减轻上述问题。替代地或进一步地，本发明意在提供一种改进的伺服阀。
12.发明概述
13.根据第一方面，本发明提供了一种用于控制流体流量的旋转伺服阀，该伺服阀包括以下的一个或多个：限定圆柱形空腔和第一层端口的壳体部分。第一层端口具有三对端口，包括第一对服务端口。每对端口设置成围绕圆柱形空腔径向相对；阀芯部分可以包括两个相对的锯齿状侧面和相对于所述锯齿状侧面具有增大的半径的两个相对侧面。增大半径
的每一侧面在两个锯齿状侧面之间延伸。阀芯部分可以安装成相对于圆柱形空腔从中间位置旋转至打开位置，其中在中间位置每个增大半径的侧面阻塞至少一个端口以防止流体流过阀，而在打开位置在第一对服务端口的每个服务端口和相应的一个剩余端口之间提供流体流动路径。每个流体流动路径至少部分地由锯齿状侧面之一限定。
14.提供的三对端口，其中每对端口位于空腔的相对侧面上，可以使阀芯上的径向力更好地平衡。上述阀芯和端口的设置可以允许流体沿相对的锯齿侧面以相反的方向流动，从而在一侧产生顺时针扭矩，在另一侧产生逆时针扭矩，这导致在给定流量下阀芯上的总扭矩负载减少，因为相反的扭矩可能相互抵消。在两个锯齿状的侧面内提供一个阀芯，限定通过空腔/阀芯的流动路径，可以允许减小给定流量下的扭矩负载，因为通过锯齿状侧面的流体产生的压力位于靠近阀芯旋转轴的位置。减少阀芯上的负载可以允许给定流量下实现使用更小和/或更轻的阀(例如，通过减少抵消扭矩所需的马达尺寸和/或允许使用更小的组件)和/或可以增加阀的寿命。每对端口可以包含两个相同类型的端口，例如两个返回端口、两个压力端口和/或两个服务端口。在阀内存在两种类型的服务端口，例如两个第一服务端口和两个第二服务端口的情况下，则一对可以包含两个相同类型的服务端口。
15.应当理解，如本文所用，半径是指从阀芯中央到阀芯外表面的径向距离。
16.增大半径的每个侧面可具有不小于锯齿状侧面的最大半径的半径。增大半径的每一侧面可以具有沿该侧面的整个长度的半径。因此，在增大半径的侧面的任何点上，该半径可不小于锯齿状侧面的最大半径。
17.增大半径的每个侧面可具有沿着该侧面的长度恒定的半径。因此，增大半径的每一侧面可具有恒定半径。增大半径的每一侧面可以是凸侧面，例如弧形侧面。
18.增大半径的每个侧面可具有沿该侧面的长度变化的半径，前提是可变半径不小于锯齿状侧面的最大半径。
19.每个锯齿状侧面可以限定两个端口之间的流动路径的一部分。因此，在使用中流体可以流过至少锯齿侧面一部分，例如全部。每个锯齿状侧面可以限定流体流动控制表面，在该表面上可以改变流体流动特性以控制作用在阀芯上的负载。
20.每个锯齿状侧面可具有沿该侧面的长度变化的半径。每个侧面的半径可从临近该侧面末端的最大半径(即，在临近增大半径的侧面的区域)减小到位于沿该侧面中间的最小半径。每个锯齿状侧面可以是凹侧面，例如相对于长度的半径变化率可以从该侧面末端处的最大值减小到沿该侧面中间的最小值。这样的一个侧面可以提供改进的流体流量，例如具有减少的湍流。
21.每个锯齿状侧面可以是直侧面。每个锯齿状侧面可以由虚拟的圆柱形阀芯部分的弦来限定，也就是说，其端点都位于虚拟阀芯的圆周上的直线。两个锯齿状侧面可以彼此平行地延伸。两个锯齿状侧面可以是对称的。
22.每个增大半径的侧面在两个锯齿状侧面之间延伸。因此，阀芯的圆周可以仅包括两个增大半径的侧面和两个锯齿状侧面。
23.壳体部分可以仅限定三对端口，或者可替代地至少限定三对端口。每组三对端口可以称为一个层。因此，壳体部分可以限定一层端口，每层端口具有三对端口。一层的端口可沿阀芯与任何其他层(如果存在)的端口隔开。三对端口可以围绕空腔的圆周设置。三对端口可沿着阀芯和/或空腔的长度位于基本相同的轴向位置。
24.当阀芯处于打开位置时，可以在第一对服务端口和剩余的两对端口中的一对之间提供流体流动路径。剩余的两对端口中的另一对可以被阻塞，例如被阀芯阻塞，例如被增大半径的侧面阻塞。
25.三对端口可以是第一对服务端口、第二对服务端口和一对压力端口或一对返回端口。在打开位置，可以在压力或服务端口(取决于存在的情况)与第一服务端口之间提供流体流动路径。因此，例如，当阀芯旋转到打开位置时，可提供从压力到服务的流体流动路径。可以是当阀芯旋转到打开位置时，第二对服务端口被阻塞，例如被增大半径的侧面阻塞。
26.阀芯部分可以位于空腔内，使得在不存在锯齿状侧面的阀芯表面与空腔的内表面之间基本上没有间隙。如本文所定义，阀芯的大部分表面可与空腔的内表面接触。此处定义的“接触”是指空腔内表面和阀芯表面之间的任何间隙足够小，使得流体的内部泄漏小于通过阀流量的5％。因此，除了通过锯齿状侧面之外，可以防止围绕阀芯的流体流量。因此，阀芯和限定空腔的壳体内表面之间的接触，可定义为阀芯和壳体内表面之间足够紧密，以防止空腔内表面和阀芯表面之间的显著流量。例如，阀芯和所述内表面之间的间隙可以是5μm或更小。通过这种方式，可以实现对通过阀的流体流量的精确控制，因为凹槽和流体入口/出口之间对齐程度决定了流体的量。
27.压力端口可定义为在使用中与加压流体供应流体连通的端口。压力端口可通过壳体和/或歧管(如果存在)连接至加压流体供应。
28.返回端口可定义为在使用中与比加压流体供应具有更低压力的返回流体流体连通的端口。返回端口可以通过壳体和/或歧管(如果存在)连接到所述返回流体。
29.服务端口可以定义为在使用中与将被伺服阀控制的系统元件流体连通的端口。系统元件可以是二级阀、液压致动器和/或液压马达。根据致动器的性质和阀的操作状态，服务端口可以是流体入口或流体出口。服务端口可以通过壳体和/或歧管(如果存在)连接到系统元件。伺服阀可以包括单一类型的服务端口(第一服务端口)。因此，可以由阀门提供单个服务连接，并且伺服阀可以是三通阀。可选择地，伺服阀可以包括两种类型的服务端口(第一服务端口和第二服务端口)。因此，可以提供两个服务连接，并且伺服阀可以是四通阀。可以是通过所述服务端口之一到达系统元件的流体供应导致与阀门相连的系统元件沿第一方向移动，而通过所述另一个端口到达系统元件的流体供应导致系统元件沿相反的第二方向移动。
30.三对端口可以是第一对服务端口、一对压力端口和一对返回端口。当阀芯旋转到第一位置时，可以提供从压力端口到服务端口的流体流动路径。可以是当阀芯旋转到第一位置时，返回端口可被阻塞。
31.阀芯可以设置为在成从所述中间位置到第二打开位置的第二相反方向上旋转，其中在每个服务端口和另一个剩余端口之间提供流体流动路径，每个流体流动路径至少部分地由锯齿状侧面之一限定。
32.旋转伺服阀可以进一步被配置为使得在第一打开位置打开(即通过流体流动路径连接到服务端口)的那些端口在第二位置关闭。因此，在第一打开位置可以在压力端口和第一服务端口之间提供流体流动路径，而在第二打开位置可以在第一服务端口和返回端口之间提供流体流动路径，或者反之亦然。可选择地，在第一打开位置可以在压力端口(如果存在)或返回端口(如果存在)与第一服务端口之间提供流体流动路径，而在第二位置可以在
相同的一个压力端口(如果存在)或返回端口(如果存在)和第二个服务端口之间提供流体流动路径。
33.流体可以是液压流体。
34.旋转伺服阀可以被配置为由电动马达直接驱动。与使用单独的放大器先导级相比，直接驱动的配置可以提供额外的效率增益。
35.旋转伺服阀可以关于中心线对称，从而在阀芯的任一侧面提供类似的流动。
36.壳体可以是空心圆柱管，最大直径小于50mm。
37.阀芯的最大直径可以小于壳体最大直径的一半，优选地，可以小于壳体最大直径的三分之一。
38.壳体可以使用增材制造形成。使用增材制造技术的制造可有助于提供具有本发明所需端口的壳体部分，因为与传统(减材)商业制造技术相比它允许在壳体内和通向壳体的流动通道的布局方面具有更大的灵活性，而传统(减材)商业制造技术可能仅限于例如直孔的。
39.壳体可以是金属壳体，例如钢壳体。壳体可以安装在歧管内和/或形成歧管的一部分。
40.计量元件可以进一步包括位于每个服务端口内的分流器。
41.分流器可以包括位于服务端口紧邻上游的主体，例如在壳体内，与在限定空腔的表面中形成的端口间隔开，并且设置成在使用中流体在通过端口之前在分隔器的任一侧流动。分流器可包括从端口内侧壁(即限定端口的壳体部分)延伸到端口中的弯曲突起。分流器可以起到分流流体流量的作用，从而减小流动面积并增加流体控制表面附近的流体速度(提供随之而来的压力降低)。这样一个特性可以因此降低作用在阀芯上的负载大小。
42.阀芯可包括一个或多个从一个锯齿状侧面延伸到相对锯齿状侧面的贯穿导管。所述导管可以设置成在两个锯齿状侧面之间提供流动路径，这样的特征可以有助于平衡阀芯上的局部压力。
43.旋转伺服阀可以被设置为提供三通控制。即，将压力和返回(分别通过压力端口和回返回端口)与单个服务(通过第一组服务端口)连接。在三通阀的情况下，在壳体中提供多于一组(或层)的端口和相应的阀芯部分可能是有利的，以增加通过给定尺寸阀的流量。
44.旋转伺服阀可以被设置为提供四通控制。即，将压力和返回(分别通过压力端口和返回端口)与第一和第二服务(分别通过第一和第二服务端口)连接。第一和第二服务可以是致动器(或系统元件)的任一侧。根据本发明，提供多于一组(或层)的端口和相应的阀芯部分可有助于在阀门中提供四通控制。
45.旋转伺服阀可以进一步包括限定圆柱形空腔和第二层端口的壳体部分，第二层具有三对端口，包括第一对服务端口，每对端口被设置成围绕圆柱形空腔在径向上相对；第二阀芯部分包括两个相对的锯齿状侧面和相对于所述锯齿状侧面具有增大的半径的两个相对侧面，每个增大半径的侧面在锯齿状侧面之间延伸，并且其中第二阀芯部分被安装为相对于圆柱形空腔从中间位置旋转至打开位置，其中在中间位置第二阀芯部分的每个增大半径的侧面阻塞第二层的至少一个端口以防止流体流过阀门，而在打开位置(第一打开位置)在第二层的第二对的每个服务端口和其余端口中的相应一个端口之间提供流体流动路径，每个流体流动路径至少部分地由第二部分的锯齿状侧面之一限定。
46.第二阀芯部分可以设置成从所述中间位置到第二打开位置沿相反的第二方向旋转，其中在每个服务端口和另一个剩余端口之间提供流体流动路径，每个流体流动路径至少部分地由锯齿状侧面之一限定。
47.在第一层中的三对端口为第一对服务端口(例如作为第一服务端口)、第二对服务端口(例如作为第二服务端口)和一对压力端口或一对返回端口的情况下，第二层中的三对端口可以是第一对服务端口(例如作为第一服务端口)、第二对服务端口(例如作为第二服务端口)和一对压力端口或一对返回端口中的另一个。因此，当第一层和第二层的阀芯部分处于第一打开位置时，流体可以在压力端口和第一对服务端口之间的第一层中，以及在第二服务端口和返回端口之间的第二层中流动。类似地，当第一层和第二层的阀芯部分处于第二打开位置时，流体可以在压力端口和第二对服务端口之间的第一层中，以及在返回端口和第一对服务端口之间的第二层中流动。
48.在第一层中的三对端口为第一对服务端口、一对压力端口和一对返回端口的情况下，第二层中的三对端口为第二对服务端口、一对压力端口和一对返回端口。因此，当第一层和第二层的阀芯部分处于第一打开位置时，流体可以在压力端口和第一对服务端口之间的第一层中，以及在第二对服务端口和返回端口之间的第二层中流动。类似地，当第一层和第二层的阀芯部分处于第二打开位置时，流体可以在第一对服务端口和返回端口之间的第一层中，以及在压力端口和第二对服务端口之间的第二层中流动。
49.伺服阀可以包括另外的层和另外的阀芯部分。例如，伺服阀可以包括四层和四个对应的阀芯部分。
50.服务端口可以大于压力和/或返回端口。服务端口的表面积(在所述空腔内部端口的开口处)可以是压力端口和/或返回端口的表面积的两倍。
51.伺服阀可以包括阀芯，该阀芯包括第一阀芯部分和第二阀芯部分(如果存在)，以及任何另外的阀芯部分(如果存在)。阀芯可以一体成型。伺服阀可以包括壳体，该壳体包括第一壳体部分、第二壳体部分(如果存在)以及任何另外的壳体部分。壳体可以一体成型。
52.每层的端口可以与壳体内的任何其他层的端口径向对齐(但轴向分离)。在操作中，第一阀芯部分相对于壳体的旋转位置，因此可以与第二阀芯部分相对于第二壳体的旋转位置相同。
53.在本发明的第二方面，提供了一种使用旋转伺服阀控制流体流量的方法，该伺服阀包括：限定空腔和第一层端口的壳体，第一层端口具有三对端口，包括第一对服务端口，每对端口被设置成围绕空腔径向相对；阀芯部分包括两个相对的锯齿状侧面和相对于所述锯齿状侧面具有增大半径的两个相对侧面，每个增大半径的侧面在两个锯齿状侧面之间延伸，并且其中该方法包括将阀芯部分从中间位置旋转至打开位置，其中在该中间位置增大半径的每个侧面阻塞至少一个端口以防止流体流过阀，而在打开位置流体在第一对端口的每个服务端口和相应的剩余端口对中一个端口之间流动，流体在所述端口之间流动时通过锯齿状侧面。
54.该方法可以进一步包括将阀芯部分从中间位置旋转到第二打开位置的步骤，其中在第二打开位置流体在第一对端口的每个服务端口和相应的剩余端口对中的另一个端口之间流动，流体在所述端口之间流动时通过锯齿状侧面。
55.在本发明的第三方面，提供了一种用于控制流体流量的两级伺服阀，其中第一级
阀是旋转阀，而第二级阀是与旋转阀同轴安装的线性阀。
56.第一级和第二级同轴安装可以有助于在给定流量下生产更紧凑的阀。
57.本发明的两级阀可以提供比第一级流量大10
‑
200倍的第二级流量。可选择地，两级阀可以包括其他级，例如第三级。
58.第一级的旋转阀可以是根据本发明前面所述的的第一方面的阀。
59.流体可以是液压流体。第一级可以连接(例如液压连接)到第二级，使得第一级阀的旋转位移在第二级阀中产生相应的线性位移。
60.第二级阀可包括第二级阀芯。第二级阀芯可包括细长的、通常为圆柱形的主体。第二级阀可包括套筒。套筒可以限定圆柱形空腔和一层或多层端口。套筒可以安装在歧管中，该歧管可以包括与所述端口流体连通的多个流动通道。第二级阀芯可以同心地安装在套筒内。第二级阀芯可以安装成沿套筒的纵向轴线移动。
61.第一级阀可包括第一级阀芯。第一级阀和第二级阀的阀芯可以同轴安装。即，第一级和第二级的阀芯的旋转轴线可以在公共轴线上。第一级和第二级阀芯可以同心安装。即，第一级和第二级阀芯的至少一部分可以重叠，使得第一级阀芯的至少一部分位于第二级阀芯的一部分内(或反之亦然)。
62.第一级阀芯可以安装在壳体内。壳体可以安装在第一级歧管上或形成第一级歧管的一部分。
63.第二级阀可以包括第一空腔和第二空腔，每个空腔被设置成使得所述腔中的流体对第二级阀芯施加压力，使得在使用中，由于第一和第二腔之间的压力差，第二级阀芯相对于套筒移动。两级阀可包括用于提供第二级阀芯位置反馈的传感器。第一和/或第二空腔中的流体可以作用(即施加压力)于阀芯表面的相应部分。第一空腔的相应部分的表面积可以不同于第二空腔的相应部分的表面积。因此，可以是对于每个腔中的相同压力，不同的力被施加于第二级阀芯。可选择地，第一空腔和第二空腔的阀芯表面的对应部分的表面积可以相同。对应部分的表面积可以由阀芯的直径和/或空腔的横截面积确定。
64.第一和/或第二级的一个或多个：阀芯、壳体、套筒和/或歧管，可以使用增材制造技术形成。第二级阀芯的最大直径可以小于100mm。第一级阀芯的最大直径可以小于50mm。第二级套筒的最大直径可以小于150mm。第一级壳体的最大直径可以小于100mm。第二级套筒的最小直径可以大于20mm。
65.第一级阀可被配置为直接驱动。第一级阀可以直接连接到旋转马达。这种特征可以提供使静态流体泄漏(即功率损失)最小化的益处。第一级阀可以是双向的。
66.第二级阀可以被配置为在第一空腔和第二空腔中的一个空腔中接收压力源流体流量。第二级阀可以被配置为在第一和第二空腔中的另一个中接收服务流体流量。服务流体流量可以从第一级阀接收，例如经由在第一和/或第二级歧管中形成的多个流道中的一个。第二级阀芯可包括一个或多个流道，其配置为向第二空腔提供流体。接收来自第一级阀的服务流体的空腔的横截面积可以是接收供应压力的空腔的横截面积的两倍。
67.第一和/或第二空腔中的每一个都可以从相应的远端延伸到阀芯中。该空腔或每个空腔可以在平行于第二级阀芯的纵向轴线的方向上延伸。
68.第一级阀芯可以延伸到第一空腔中。第一级阀和第二级阀可以安装成使得第一级歧管和/或壳体延伸到第二级阀芯的第一空腔中。第一级歧管和/或壳体可被配置成使得第
一级歧管和/或壳体装配在第一空腔内以密封第一空腔。
69.第二空腔的横截面积可以不同于第一空腔的横截面积，使得对于每个腔中的相同压力，不同的力被施加到第二级阀芯。例如，第一空腔的横截面积可以是第二空腔的横截面积的两倍(或反之亦然)。
70.第二级可以配置为使得第一和/或第二空腔中的加压流体作用在阀芯的各自远端上。一个远端的阀芯直径可以不同于在另一个远端的阀芯直径，使得对于给定压力下，每个空腔中的不同的力被施加到第二级阀芯。
71.第一级的旋转阀可以包括单层端口，如本发明前面讨论涉及的第一方面。单层端口可以有一对服务端口、一对压力端口和一对返回端口。因此，第一级阀可以是三通阀。
72.旋转阀可包括两层或更多层端口，如本发明前面讨论涉及的第一方面。因此，旋转阀可以提供四通控制。在这种四通配置中，每一层可包括一对服务端口、一对压力端口和一对返回端口。可选择地，每一层可包括两对服务端口，以及压力端口或返回端口中的一个(一层具有压力端口，而另一层具有返回端口)。
73.第二级阀可以被配置为接收第一空腔中的第一服务流体流量和第二空腔中的第二不同的服务流体流量。第一和第二服务流量中的每一个都可以从第一级阀接收。在这样的构造中，可变压力可以通过第一服务流体流量施加在第一腔中，而第二可变压力可以通过第二不同的服务流体流量施加在第二空腔中。
74.本发明可以提供一种用于控制流体流量的两级伺服阀，其包括第一方面的第一级阀和与第一级阀同轴安装的第二级线性阀。
75.所述阀可以包括被构造为控制阀的操作的控制系统。控制系统可以包括一个或多个磁体，该磁体被构造为使阀芯偏向中间位置。控制系统可以包括安装在阀芯和/或壳体上的第一磁体和位于另一个阀芯和/或壳体上的第二磁体或磁性(例如铁磁)材料。在使用中，磁体的吸引力或排斥力(取决于它们的极性是相同的还是相反的)可以使阀芯移向中间位置。类似地，磁体和磁性材料的吸引力可以使阀芯移向中间位置。
76.两级阀可以包括磁力扭转弹簧。所述阀可以被配置成使得磁力扭转弹簧起作用以使阀芯返回到中间位置。磁力弹簧可包括安装在阀芯上的第一磁体和安装在壳体上的第二磁体。每个磁体可以有一个北极和一个南极。所述阀可以被配置成使得当阀芯处于中间位置时，第一磁体的磁极与第二磁体的相反磁极对齐(例如北与南对齐)。所述阀可以被配置为使得当阀芯从中间位置移开时，第一磁体的磁极移向同极(例如北朝向北)和/或远离第二磁体的相反极。因此，磁力将设法使阀芯返回到中间位置。第一磁体可以是圆柱体的形式。第二磁体可以是环形的。第一磁体可以同心地安装在第二磁体内。
77.两级伺服阀可以进一步包括电转换器，其配置为用于反馈与第二级阀的位置有关的信息。
78.两级阀可以进一步包括电转换器，其配置为反馈与第一级阀的位置有关的信息。
79.在本发明的第四方面，提供了一种操作包括第一(先导)级阀和第二级阀的两级伺服阀的方法，该方法包括旋转(或引起旋转)第一级阀的阀芯，从而产生第二级阀芯的轴向位移。如上所述，第二级阀芯的轴向位移可导致在第二级的端口之间产生或改变流动路径。
80.该方法可以使得第二级的阀芯的位移(以及随后的流动路径的产生或改变)引起系统元件(例如致动器)中的移动。
81.该方法可包括使用直接驱动马达旋转第一级阀芯。
82.该方法可包括沿第一方向将第一级阀芯旋转到第一打开位置，以引起第二级阀芯在第一轴向方向上的移动，然后将第一级阀芯沿第二不同的方向旋转到第二打开位置，以引起第二级阀芯沿第二不同的轴向方向上的移动。
83.在本发明的第五方面，提供了一种包括两层的旋转伺服阀，每层包括限定空腔的壳体部分和包含两个服务端口的四个流体端口；所述四个流体端口提供一对高压端口和一对低压端口，每对端口围绕空腔在径向上彼此相对。该阀还包括具有至少两个锯齿状侧面的阀芯部分，阀芯安装成在中间位置和打开位置之间相对于壳体旋转，其中在中间位置阀芯部分阻挡所述层的至少一对端口以防止流体流过空腔，在打开位置在每个高压端口和低压端口之间通过锯齿状侧面提供流体流动路径。阀芯和壳体部分配置为使得通过每个流体流动路径的流量通过由阀芯和高压端口限定的孔口来计量。
84.在阀芯的高压“边缘”(即在阀芯和高压端口之间的接口处)计量流体流量，可以导致在暴露于流体流量的阀芯表面上的压力分布得到改善。特别是，人们认为在高压边缘(与低压边缘相比)处的流量惯性的增加，可能意味着在高压边缘处计量的流量仍然更好地附着在阀芯表面上，因此可能会减少在该表面的压力变化产生的扭矩负载。如上所详述，出于各种原因，需要减少伺服阀阀芯上的扭矩负载。
85.应当理解，术语“高压”端口和“低压”端口是指流体在流动路径上的两个端口处的相对压力(在正常操作中)。在正常操作中，流体将从高压端口流向低压端口。例如，对于压力端口和服务端口之间的流动路径，压力端口将是高压端口，服务端口将是低压端口。对于返回端口和服务端口之间的流动路径，服务端口将是高压端口，返回端口将是低压端口。
86.在中间位置，流体流动路径上的一个或两个端口可以被阀芯覆盖。应当理解，对于存在于两个端口之间的流体流动路径，两个端口必须至少部分地未被覆盖。在一个端口的未覆盖面积与另一端口的未覆盖面积不同的情况下，较小的未覆盖面积将限制流体通过该流动路径的流量。因此，在端口的未覆盖面积小于另一个端口的未覆盖面积的端口处计量流量。孔口可以定义为(至少部分地)由端口和阀芯限定的开口。孔口的横截面积将因此对应于端口的未覆盖面积。如果孔口的横截面积小于另一个端口的孔口，与端口相关联的孔口可以说是计量通过该端口和另一个端口之间的流动路径的流体流量。术语高压孔口可用于指至少部分地由阀芯和高压端口限定的孔口。术语低压孔口可用于指至少部分地由阀芯和低压端口限定的孔口。
87.所述孔口可以至少部分地由阀芯的外表面限定。
88.阀芯和壳体部分可以被配置为，使得当阀芯处于打开位置时，与阀芯的锯齿状表面平行的流量分量在高压孔口附近的区域比在低压孔口附近的区域大。也就是说，所述阀可配置为使得流体沿着锯齿状侧面的表面流入阀芯空隙(阀芯的锯齿状侧面和壳体部分之间限定的体积)，但从与远离锯齿状侧面成一定角度的阀芯空隙方向流出。
89.所述阀很多配置为，使得当阀芯处于中间位置时，每个高压端口都被阀芯覆盖。所述阀很多配置为，使得当阀芯处于中间位置时，每个低压端口(至少部分地)未被阀芯覆盖。所述端口可位于空腔的圆周周围，使得当阀芯处于打开位置时，与高压端口相比，低压端口的更大区域未被覆盖。因此，低压孔口可以具有比高压孔口更大的横截面积，从而允许在高压孔口处计量。
90.每个端口可沿空腔圆周的一部分延伸。因此，每个端口可以具有圆周的范围或宽度。高压端口的宽度可能小于低压端口的宽度。当阀芯处于打开位置时，这可以允许高压孔口的横截面积小于低压孔口的横截面积。应当理解，壳体内端口的宽度可以变化，但是在端口通向空腔的点的宽度(例如空腔的边缘)对于限定孔口是重要的。
91.与本发明的第一方面的壳体部分相比，本发明的当前方面的壳体部分可以仅限定两对端口，或者可以替代地限定最少两对端口。每组两对端口可以称为一个层。因此，壳体部分可以限定一层端口，每层端口具有两对端口。一层的端口可以沿着阀芯的轴线与任何其他层(如果存在)的端口间隔开。两对端口可以围绕空腔的圆周设置。两对端口可沿着阀芯和/或空腔的长度位于基本相同的轴向位置。
92.可以是第一层的高压端口和低压端口分别为压力端口和服务端口。因此，在第一层中，可以通过至少部分地由压力端口和阀芯限定的孔口来计量流量。可以是第二层的高压端口和低压端口分别为服务端口和返回端口。因此，在第二层中，可以通过至少部分地由服务端口和阀芯限定的孔口来计量流量。第一层的服务端口可以与围绕空腔圆周的第二层服务端口间隔开90度。
93.因此，在根据本发明的当前方面的伺服阀中，所述阀可被设计成使得流量被计量的位置取决于流动路径上的两个端口的相对压力，而不是端口的类型。例如，可以是在第一层中在压力端口处计量流量，而在第二层中在服务端口处计量流量。
94.所述阀可包括四层，第二层和第三层中的每一层包括限定空腔和四个流体端口的壳体部分以及如上所述的阀芯部分。可以是第一层的服务端口为第一服务端口。可以是第二层的服务端口为第二服务端口。可以是第三层的高压端口和低压端口分别为压力端口和第二服务端口。可以是第二层的高压端口和低压端口分别为第一个服务端口和返回端口。因此，四层伺服阀可以是提供两个服务连接的四通阀。所述阀可以进一步包括层的组，例如四层的组，每组层包括如上所述的第一服务端口、第二服务端口、压力端口和/或返回端口。
95.本方面的阀芯可以包括第一(或任何其他)方面的阀芯的任何其他特征。例如，阀芯部分可以包括两个相对的锯齿状侧面和相对于所述锯齿状侧面具有增大的半径的两个相对侧面，增大半径的每个侧面的在两个锯齿状侧面之间延伸，所述阀被设置成这样一个锯齿状侧面，其至少部分地限定了高压端口和低压端口之间的流动路径。
96.如上文更详细讨论的，增大半径的每个侧面可以具有恒定半径。
97.每个锯齿状侧面可以是如上面更详细讨论的直侧面。每个锯齿状侧面可以是如上面更详细讨论的凹侧面。
98.在本发明的第六个方面，提供了一种控制通过旋转伺服阀的流量的方法，该旋转伺服阀包括两层，每层包括限定空腔的壳体部分和包括两个服务端口的四个流体端口；所述四个流体端口提供一对高压端口和一对低压端口，每对端口位于围绕空腔径向相对的位置；以及阀芯部分。该方法可以包括在中间位置和打开位置之间旋转阀芯部分，其中在中间位置阀芯部分阻挡所述层的至少一对端口以防止流体流过空腔，而在打开位置在每个高压端口和低压端口之间提供流体流径；以及通过由阀芯和该层的高压端口限定的孔口来计量各层中的流量。
99.当然，应当理解，关于本发明的一个方面所描述的特征可以并入本发明的其他方面。例如，本发明的方法可以包括结合本发明的装置描述的任何特征，反之亦然。
附图说明
100.现在将仅通过示例的方式参考所附示意图来描述本发明的各实施例，其中：
101.图1示出了现有技术旋转伺服阀某一部分的轴向剖视图；
102.图2是根据本发明的第一示例性实施例的旋转伺服阀的层的轴向剖视图；
103.图3是根据本发明第一示例性实施例的层的轴向剖视图，示出了流体流动路径；
104.图4是根据本发明第二示例性实施例的旋转伺服阀的计量元件的轴向剖视图；
105.图5是根据本发明第三示例性实施例的旋转伺服阀的第一层和第二层的轴向剖视图，示出了进出活塞的流体流动路径；
106.图6是本发明第三示例性实施例的旋转伺服阀壳体的透视图；
107.图7是用于本发明的实施例中的阀芯的透视图；
108.图8是本发明第四示例性实施例的旋转伺服阀的第一层和第二层的轴向剖视图；
109.图9是本发明第五示例性实施例中的旋转伺服阀的三层的轴向剖视图；
110.图10是根据第三实施例的包括层在内的旋转伺服阀的横截面侧视图；
111.图11是根据本发明第六示例性实施例的两级伺服阀中第一级阀和第二级阀的示意图；
112.图12是根据本发明的第七示例性实施例的两级伺服阀中第一级阀和第二级阀的示意图；
113.图13是第六实施例的两级伺服阀的某一部分横截面侧视图；
114.图14是第六实施例的伺服阀的横截面侧视图；
115.图15是根据第八示例性实施例的伺服阀的(a)第一层和(b)第二层的剖视图；以及
116.图16示出了用于示例性实施例中的磁力扭转弹簧。
117.发明详述
118.图1示出了现有技术旋转伺服阀1的一部分，阀芯3可旋转地安装在环绕的壳体5内(安装件未示出)。壳体5大致为圆柱形(以横截面示出)并且成形为限定中央圆柱形空腔7和围绕空腔7的圆周设置并通向空腔7的八个端口(p1
‑
p8)。所述端口径向相对成对排列，p1与p5配对，p2与p6配对，p3与p7配对，p4与p8配对，从而使阀芯3上的压力相等。
119.阀芯3的尺寸在圆柱形空腔7内紧密匹配，使得阀芯3的侧面周围没有明显的流体流动。阀芯3大致为圆柱形，具有四个凹侧面9和四个凸臂11，等距间隔地围绕在阀芯3周围。阀芯3具有四阶旋转对称。当阀芯3在空腔7内旋转时，凸臂11移动以依次打开和关闭(覆盖和打开)端口p1、p3、p5、p7。在该图中，阀芯3显示于中心位置，其中所述端口p1、p3、p5和p7被阀芯3的凸臂11阻塞。在该中心位置，端口之间没有流体流动路径。阀芯3可以顺时针或逆时针移动，对于旋转伺服阀这是典型的用于暴露该阀内的不同流动路径。例如，如果阀芯3顺时针移动几度，则在端口p8和p1、p2和p3、p4和p5以及p6和p7之间打开了流动路径。如果阀芯3逆时针移动几度，则在端口p1和p2、p3和p4、p5和p6以及p7和p8之间打开了流动路径。端口p1、p3、p5和p7可以被称为控制端口，因为这些端口被打开的程度控制着沿每个流动路径的流量。
120.在操作中，施加对应于所需阀芯位置的指令信号以移动阀芯。当提供了从压力到返回的合适的流动路径时，就会产生流向致动器/马达的流体，该致动器/马达根据输入信号被加压。可以采用闭环反馈系统，将与阀芯位置有关的信息反馈给控制器，所述控制器会
相应地改变输入信号，以尽量减小误差。
121.如图所示的旋转伺服阀通常采用传统的减材工艺生产，但会限制其尺寸，因此很难以这种方式生产非常小的阀门。
122.图2示出了根据本发明的第一示例性实施例的旋转伺服阀的层101。所述阀由电动马达(未示出)直接驱动。层101包括可旋转地安装在环绕的壳体105(安装件未示出)内的阀芯103。壳体105大致为圆柱形(以横截面示出)，其形状限定了中心圆柱形空腔107。与现有技术的壳体5相比，本实施例的壳体105限定了通向空腔107的六个端口(d1
‑
d6)。所述端口围绕在空腔107的圆周设置，并径向相对地成对排列(d1与d4、d2与d5、d3与d6)。
123.与现有技术的计量元件1相比，本组件采用增材工艺制造。
124.与现有技术的计量元件1相比，阀芯103具有两阶旋转对称。阀芯103为圆柱形，然而，有其长度的这样一部分，沿着该部分，在阀芯103的相对侧面上形成两个平行的截面113，从而限定两个锯齿状部分。所述截面可以使用切割轮或本领域已知的其他技术来切割。在第一示例性实施例中，截面113为平面；然而在替代实施例中，截面113可以略微凹入。两个截面113通过增大半径的两个侧面115(即阀芯的虚拟圆柱体的其余部分)连接。图2中显示，阀芯103位于中心位置，其中端口d1、d2、d4和d5被突出的侧面115阻塞。在该中心位置，没有提供通过计量元件的流体流动路径。
125.图3示出了本发明第一示例性实施例中的层101，其中层101具有服务连接“s
1”至端口d3和d6，压力连接“pr”至d1和d4，以及返回连接“rt”至d2和d5。阀芯103顺时针旋转到图3所示的位置时，因此提供了服务端口(d3、d6)和压力端口(d1、d4)之间的流动路径，而阀芯103逆时针旋转提供了服务端口(d3、d6)和返回端口(d2、d5)之间的流动路径。在这种配置中，计量元件可以提供三路控制。通过流动路径的液压流体的流动由图3中的虚线示出。该流动在阀芯103上沿着截面113产生表面压力，该表面压力由阀芯103轴上的扭矩反作用。
126.在使用中，液压流体在阀芯上施加静压力(f1和f1')，这可以在轴向和径向分量中解决。轴向分量往往可以忽略不计。由于流体压力在径向相对的对上匹配，在阀芯103的任一侧面产生的径向分量基本相等且相反，并且净径向力接近于零(即平衡)。
127.除了静压产生的力外，由于液压流体在通过计量元件的路径上穿过阀芯表面时的速度变化，阀芯上产生伯努利力(f2,f2')。与现有技术相比，本发明伺服阀的端口设置使得流体以相反的方向流经两个锯齿状截面113，从而在阀芯上产生的扭矩彼此平衡。除了这种平衡之外，由于力作用在接近阀芯中心轴线的表面上，反作用扭矩的大小也减小了。
128.图4示出了第二实施例的层201，其中压力连接和返回连接发生交换，导致对于相同的阀芯旋转，流向相反。图示了几个可选特征(同样适用于第一实施例)。分流器217可设于每个伺服端口s中，以进一步引导和控制流体。此外，阀芯可设置有穿过阀芯203的导管218，以允许流体从一个锯齿状截面213流向另一个锯齿状截面，以平衡局部压力。
129.图5示出了第三实施例的示意图，其中提供了两个层301、301a。尽管在图5中彼此相邻地描述，但应当理解，计量元件301、301a共享公共阀芯303和公共壳体305。这种双层构造可用于在操作活塞323时提供四路控制，其中两个服务s1、s2被设置为向活塞323的任一侧面提供流体。该图示出了阀芯从中心位置顺时针旋转的一种结构。流体流(以虚线表示)从压力源pr经过第一服务s1到达活塞323的一个侧面以将活塞323向左移动。来自活塞323另一侧面的流体通过第二服务s2流到返回rt。要向右移动活塞，必须逆时针旋转阀芯，以反转
流动方向。
130.图6示出了本发明的第三示例性实施例的壳体305。壳体305围绕圆柱形空腔307，并且在两个轴向分离的层中具有进入圆柱形空腔307的孔形式的端口。图6中的每个端口都具有相同的高度h。在其他实施例(未示出)中，不同层中的端口可以具有不同的高度。
131.图7示出了与本发明的实施例一起使用的阀芯803。阀芯803是圆柱形的；然而，它包含三个部分(轴向分离以对应于壳体中端口层的轴向间距)，其中两个平行的截面813已在阀芯的相对侧面被切割。
132.图8示出了第四实施例，其中两个计量元件401、401a串联安装并用于控制活塞423，然而与图5的配置相比，端口的连接方式不同。该配置具有连接到较大端口(d3、d6)的压力和返回，以及连接到较小端口(d1、d2、d4和d5)上的第一和第二服务连接s1和s2。
133.图9示出了第五实施例，其中三个计量元件501、501a和501b串联安装，计量元件具有公共阀芯和公共壳体。如果需要，可以串联添加具有公共阀芯和公共壳体的更进一步的计量元件。
134.图10示出了本发明第三示例性实施例的旋转伺服阀301的横截面图。壳体305位于歧管333内，该歧管333包括将圆柱形腔307和端口(d1
‑
d6)连接到歧管332外部的外部端口348的各种流体流动通道349。在使用中，将外部端口348连接到由阀控制的元件(例如活塞)的加压供应、返回或服务端口。阀芯303向上延伸穿过壳体305并穿过马达325，在使用中马达325移动阀芯303以控制通过阀的流体流动。歧管333可以使用增材制造技术由金属制成。
135.如上所述的旋转伺服阀可用作先导级以驱动更高流量的线性第二级。伺服阀的电源通常很小，例如不大于50v和10a。当需要高带宽、高功率伺服阀时，可以使用小型电动阀来控制第二个较大阀的运动，后者进而控制主要流体流量。第二级提供的流量通常比第一级提供的流量大10
‑
200倍。
136.图11示出了第六示例性实施例，其使用本发明第一示例性实施例中所描述类型的直接驱动的单计量旋转伺服阀501，以及包括阀芯(550、550a和550b)的第二级线性阀的三个选择)。在三个选择中的每一个选择中，供应压力被提供到第二级阀芯的一端(如图11左侧所示)，并且来自第一级501的服务供应被提供到第二级阀芯的另一端(如图11右侧所示)。在第一个选择中，供应压力作用在具有减小直径的阀芯550的一端上，而服务压力作用在整个端部直径上，面积比大约为1:2。在第二个选择中，供应压力作用在具有减小直径的阀芯550a的一端，而伺服压力作用在具有更大直径(但小于阀芯主体的直径)的阀芯550b的另一端，面积比接近1:2。在第三个选择中，轴向延伸的空腔形成在阀芯550b的每一端，供应和服务压力作用在相关端的空腔底部。在阀芯550b中，受供应压力作用的空腔的直径小于受服务压力作用的空腔的直径，面积比约为1:2。
137.在示例性实施例中，第一级501与第二级(550、550a、550b)同轴安装。由第一级的旋转反馈和第二级的线性反馈提供控制。可以通过机械或电气方式提供反馈。在一些实施例中，可以使用磁性弹簧来提供旋转反馈。图16示出了磁扭力弹簧770的示意性示例。所述弹簧包括同轴安装在阀芯(图16中未示出)上的圆柱形磁体772，该阀芯同心地位于环形磁体774内。如图16所示，圆柱形磁体772的左半边772a是南极，右半边772b是北极，而环形磁体774的左半边774a是北极，右半边774b是南极。在图16中示出了阀芯处于其中间位置的弹簧。当阀芯以及因此圆柱形磁体772旋转而远离中间位置时，使得相同极性的磁极(例如
772a和774b)靠得更近。因此，所述同极之间的排斥作用抵抗旋转，产生用于使磁体772返回的力而使与它连接的阀芯返回到中间位置。虽然这种磁性控制系统可能不如其他机械控制系统精确，但可能存在需要通过使用扭转磁性弹簧作为控制系统来提供的机械简单性的应用。
138.图12示出了包括伺服阀的第七示例性实施例的示意图，该伺服阀具有由能够提供四路控制的第三示例性实施例中描述的那种类型的直接驱动旋转伺服阀601组成的第一级。第二级包括阀芯650，具有从第一级阀提供到阀芯650一端的第一服务供应s
11
，以及从第一级阀提供到阀芯650另一端的第二服务供应s
12
。同样，显示了第二级阀芯的三个个选择(650、650a和650b)。在第一个选择650中，第二级阀芯650的直径在两端相等，因此s
11
和s
12
作用在相同尺寸的表面区域。在第二个选择650a中，阀芯的直径在两端不同，使得s
11
和s
12
作用于阀芯的不同尺寸的表面区域，面积比大约为1:2。在第三个选择中，在阀芯650b的每一端形成一个空腔，两个空腔的内径相似，使得s
11
和s
12
作用在阀芯的类似尺寸的内表面区域上。
139.在示例性实施例中，第一级601与第二级(650、650a、650b)同轴安装(第一级的两个计量元件也同轴安装)。由来自第一级601的旋转反馈和来自第二级(650、650a、650b)的线性反馈提供控制。
140.图13示出了在第三个选择下与图11的阀类似的阀一部分的特写视图(即，供应压力作用在第二级阀芯的减小的内径上，而服务压力作用在更大的内径上)。示出了三通第一级501，连接到旋转无刷电机531。第一级阀501包括在壳体505内的第一级阀芯503。第一级阀芯503和壳体505一起安装在第一级歧管533内，该第一级歧管533包含提供到第一级的各个端口的流体连接的流道。在另一个实施例中，壳体可与歧管一体成型(即可以没有单独的壳体)。
141.第一级501与包括圆柱形阀芯550b的第二级同轴安装。第二级阀芯550b容纳在套筒535内。套筒位于第二级歧管543(见图14)内，该歧管包括多个流动通道534，其提供到套筒535中端口的流体连接。与套筒相邻的通道534设置为五层，每层具有围绕套筒535的圆周间隔开的八个矩形通道。
142.第二级阀芯550b同心地安装在套筒535内。第二级阀芯550b包括两个空腔(537、539)，所述空腔中的一个从阀芯550b的每一端向内延伸，两个空腔位于中央桥接部分538的两侧。最靠近第一级阀501的空腔537的横截面积大约是另一个空腔539的横截面积的两倍。
143.第一级阀501也同心地安装在套筒535内，第一级阀的阀芯503和壳体505的一部分延伸到在第二级阀的阀芯550b中形成的空腔537上部中，使得在第一级阀501和第二级阀芯550b的阀芯503和壳体505之间有一个轴向重叠。
144.第二级阀芯550b安装成使其相对于第一级歧管533线性地(即，沿轴向)移动。第一级歧管533密封最靠近第一级阀501的空腔537，在第一级阀的控制下提供加压流体可流入的腔室。向较小的空腔539提供恒定的供应压力，而来自第一级阀的可变服务压力被施加到较大的空腔537中，两个空腔537、539之间的压力差导致第二级阀芯500b相对于第一级阀歧管533、壳体505和阀芯503移动。
145.两级阀502包括用于提供第二级阀芯位置反馈的霍尔效应传感器541。
146.图14示出了完整歧管543中的图13的阀502，包括流动通道543、控制电子装置545
和连接器547。
147.图15(a)和(b)示出了根据本发明第八示例性实施例的伺服阀的两层。这里将仅讨论与第一实施例不同的本实施例中那些元件。所述阀的第一层(图15(a)所示)包括位于歧管633内的壳体605，该歧管633限定四个端口；两个压力端口p和两个服务端口s1。在使用中，阀芯603可以旋转到打开位置，因此流体可以从压力端口p流到服务端口s1。所述阀的第二层(图15(b)所示)包括在壳体605中形成的另外一组四个端口；两个返回端口r和两个服务端口s1。在两层中，相同类型的端口位于空腔607的彼此相对的侧面。在第二层中，服务端口s1的位置相对于它们在第一层中的位置偏移90度。在每一层中，压力端口p或返回端口r位于两个服务端口s1之间。在所述阀的第一层中，服务端口s1的宽度大于压力口p的宽度。在第二层中，服务端口s1的宽度小于返回端口r的宽度。
148.在使用中，当阀芯处于打开位置时，会在两个端口之间形成一条流动路径。流体将沿着该路径从两个端口的较高压力流向两个端口的较低压力。因此，在第一层中，流体从压力端口p流向服务端口s1。在第二层中，流体从服务端口s1流向返回端口r。从图15(a)中可以看出，由压力端口p和阀芯603的表面限定的孔口660，具有比阀芯603和服务端口s1之间限定的孔口662更小的横截面积。因此，沿压力端口p和返回端口r之间的流动路径流动的阻塞点，位于压力端口p附近。两个端口之间的流量在此较高压力(与服务端口相比)边缘进行计量。类似地，在第二层中，在服务端口s1和阀芯603之间的孔口664的横截面积，具有比在阀芯603和返回端口r之间限定的孔口666更小的横截面积。因此，两个端口之间的流量在(相对较高压力)服务端口边缘计量。
149.可以相信，当使用较高压力边缘进行计量时，离开计量口的流量带有显著的惯性，因此沿阀芯603的表面继续流动，直到最后才开始变得明显分离，在靠近低压边缘的区域只产生一小部分缓慢移动的流体。这使得阀芯表面上的压力分布相当均匀，从而减少了阀芯上的扭矩负载。相比之下，当在低压边缘计量时，进入计量孔口的流量会从与计量孔口直接相邻的区域被“吸入”，在其他地方留下大量缓慢流动的流体。这意味着大部分阀芯表面会看到高压，虽然朝向阀芯的外圆周(扭矩杠杆臂最大的地方)有一个快速流动的流体区域会产生低压，从而产生扭矩负载。因此，在根据本实施例的伺服阀中，作为在任何一对端口中的高压端口处计量流量的结果，可以减少阀芯上的扭矩负载。
150.在与第六实施例相关的另一实施例中，所述阀包括另外两个层。第三层包括两个压力端口p和两个服务端口s2，它们通过壳体连接到不同的服务，例如活塞的另一侧面连接到s1。每个流动路径上的计量孔口至少部分地由压力端口p形成。第四层包括两个服务端口s2(在该层中为高压端口)和两个返回端口r。每个流动路径上的计量孔口至少部分地由服务端口s2形成。因此，本示例性实施例的伺服阀可以允许在四通阀中的高压边缘进行计量。
151.虽然已经参考特定实施例描述和说明了本发明，但本领域的普通技术人员应当理解，本发明适用于本文未具体说明的许多不同变型。
152.在前述描述中，提及具有已知、明显或可预见的等效物的整体或部件的地方，则将这些等效物并入本文中，如同单独阐述一样。应参考权利要求来确定本发明的真实范围，其应被解释为包括任何此类等效物。读者还将理解，被描述为优选、有利、方便等的本发明的整体或特征是可选的，并且不限制独立权利要求的范围。此外，应当理解，这种可选的整体或特征虽然在本发明的一些实施例中可能有益，但在其他实施例中可能是不期望的，因此
可能不存在。
153.可以根据以下编号的项来描述本发明。
154.1.一种控制流体流量的旋转伺服阀，所述伺服阀包括：
155.限定圆柱形空腔和第一层端口的壳体部分，第一层端口具有三对端口，包括第一对服务端口，每对端口设置成围绕圆柱形空腔径向相对，例如其中第一层的三对端口沿空腔的长度位于基本相同的轴向位置；以及
156.包括两个相对的锯齿状侧面和相对于所述锯齿状侧面具有增大的半径的两个相对侧面的阀芯部分，增大半径的每一侧面在两个锯齿状侧面之间延伸，并且其中
157.阀芯部分安装成相对于圆柱形空腔从中间位置旋转至打开位置，其中在中间位置每个增大半径的侧面阻塞至少一个端口以防止流体流过阀，为在打开位置在第一对服务端口的每个服务端口和相应的一个剩余端口之间提供流体流动路径，每个流体流动路径至少部分地由锯齿状侧面之一限定。
158.2.根据项1所述的旋转伺服阀，其中增大半径的每一侧面具有沿该侧面的长度恒定的半径。
159.3.根据项1或项2所述的旋转伺服阀，其中每个锯齿状侧面是直侧面。
160.4.根据项1或项2所述的旋转伺服阀，其中每个锯齿状侧面是凹侧面。
161.5.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，其中所述阀芯部分安装成在从所述中间位置到第二打开位置的第二相反方向上旋转，其中在每个服务端口和另一个剩余端口之间提供流体流动路径，每个流体流动路径至少部分地由锯齿状侧面之一限定。
162.6.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，其中三对端口是第一对服务端口、第二对服务端口和一对压力端口或一对返回端口。
163.7.根据项1
‑
5中任一项所述的旋转伺服阀，其中三对端口是第一对服务端口、一对压力端口和一对返回端口。
164.8.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，其中三对端口中的两对端口中的每个端口具有第一较小的最小宽度，而另一对端口中的每个端口具有第二较大的最小宽度。
165.9.根据项8所述的旋转伺服阀，其中具有第一较小最小宽度的每个端口是具有阶梯轮廓的通道。
166.10.根据项8或项9所述的旋转伺服阀，其中具有第二较大最小宽度的每个端口是具有直侧面的通道。
167.11.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，其中所述壳体使用增材制造形成。
168.12.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，还包括位于在每个服务端口内的分流器。
169.13.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，其中所述阀芯包括一个或多个从一个锯齿状侧面延伸到另一个锯齿状侧面的贯穿导管。
170.14.根据前述任一项所述的旋转伺服阀，其中所述旋转伺服阀配置为由电动马达直接驱动。
171.15.根据前述中任一项所述的旋转伺服阀，包括
172.限定圆柱形空腔和第二层端口的壳体部分，第二层具有三对端口，包括第一对服务端口，每对端口设置成围绕圆柱形空腔径向相对，例如其中第二层的三对端口沿空腔的长度位于基本相同的轴向位置；以及
173.包括两个相对的锯齿状侧面和相对于所述锯齿状侧面具有增大的半径的两个相对侧面的第二阀芯部分，增大半径的每一侧面在两个锯齿状侧面之间延伸，并且其中
174.第二阀芯部分安装成相对于圆柱形空腔从中间位置旋转至打开位置，其中在中间位置第二阀芯部分每个增大半径的侧面阻塞第二层的至少一个端口以防止流体流过阀，而在打开位置在第二层的第二对的每个服务端口和相应的一个剩余端口之间提供流体流动路径，每个流体流动路径至少部分地由第二部分的锯齿状侧面之一限定。
175.16.根据引用项6的项15所述的旋转伺服阀，其中第二层中的三对端口是第一对服务端口、第二对服务端口和一对压力端口或一对返回端口中的另一个。
176.17.根据引用项7的项15所述的旋转伺服阀，其中第二层中的三对端口是第二对服务端口、一对压力端口和一对返回端口。
177.18.根据项15
‑
17中任一项所述的旋转伺服阀，其中第一和第二阀芯部分一体地形成以提供公共阀芯，和/或第一和第二壳体部分一体地形成以提供公共壳体。
178.19.一种控制流体流量的两级伺服阀，其中第一级阀为旋转阀，第二级阀为与所述旋转阀同轴安装的线性阀。
179.20.根据项19所述的两级伺服阀，其中第一级阀包括第一级阀芯，第二级阀包括第二级阀芯，并且第一级阀芯的至少一部分与第二级阀芯的一部分同心安装。
180.21.根据项19和20中任一项所述的两级伺服阀，其中第二级阀包括第一空腔和第二空腔，所述阀配置为使得第一空腔和第二腔中的流体对第二级阀施加力，使得在使用中第二级阀芯响应第一腔体和第二腔体之间的压力差而移动。
181.22.根据项21所述的两级伺服阀，其中第一和/或第二空腔从各自的远端延伸到第二级阀芯中。
182.23.根据项21或22所述的两级伺服阀，其中第一级阀芯的一部分位于第一空腔内。
183.24.根据项21
‑
23中任一项所述的两级伺服阀，其中所述旋转阀是被配置为控制单个服务流体的三通阀，并且其中所述阀被配置为使得所述单个服务流体被提供给第一空腔或第二空腔中的一个空腔，供应压力被提供给第一空腔和第二空腔中的另一个空腔。
184.25.根据项24所述的两级阀，其中对应于接收服务流体的空腔的阀芯表面积是对应于接收供应压力的空腔的阀芯表面积的两倍。
185.26.根据项21
‑
23中任一项所述的两级伺服阀，其中所述旋转阀是配置为控制第一服务流体和第二不同服务流体的四通阀，并且其中所述阀被配置为使得第一和第二服务流体中的一个被接收在第一空腔中，而第一和第二服务流体中的另一个被接收在第二空腔中。
186.27.根据项26所述的两级伺服阀，其中对应于接收第一服务流体的空腔的阀芯表面积与对应于接收第二服务流体的空腔的阀芯表面积相同。
187.28.根据项19
‑
27中任一项所述的两级伺服阀，其中所述第一级阀是项1
‑
18中任一项所述的旋转伺服阀。
188.29.一种包括两层的旋转伺服阀，每层包括：
189.限定一个空腔和包括两个服务端口的四个流体端口的壳体部分；四个流体端口提供一对高压端口和一对低压端口，每对端口设置成围绕所述空腔彼此径向相对；以及
190.具有至少两个锯齿状侧面的阀芯部分，阀芯安装成可在中间位置和打开位置之间
相对于壳体旋转，其中在中间位置阀芯部分阻塞所述层的至少一对端口，从而防止流体流过空腔，而在打开位置每个高压端口和低压端口之间通过锯齿状侧面提供流体流动路径；并且其中
191.阀芯和壳体部分配置为使得通过每个流体流动路径的流量由阀芯和高压端口限定的第一孔口计量。
192.30.根据项29所述的旋转伺服阀，其中第二孔口由阀芯和低压端口限定，第二孔口的表面积小于第一孔口的表面积。
193.31.根据项29或项30所述的旋转伺服阀，其中阀芯和壳体部分被配置为当阀芯处于打开位置时，使得平行于阀芯的锯齿状表面的流量分量在靠近高压孔口的区域比靠近低压孔口的区域更大。
194.32.根据项29
‑
31中任一项所述的旋转伺服阀，其中所述高压端口的宽度小于所述低压端口的宽度。
195.33.根据项29
‑
32中任一项所述的旋转伺服阀，其中第一层的高压端口和低压端口分别是压力端口和服务端口；以及
196.第二层的高压端口和低压端口分别为服务端口和返回端口。
197.34.根据项29
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32中任一项所述的旋转伺服阀，其中所述阀包括四层，并且
198.第一层的服务端口为第一服务端口，
199.第二层的服务端口为第二服务端口，
200.第三层的高压端口和低压端口分别为压力端口和第二服务端口，以及
201.第二层的高压端口和低压端口分别为第一服务端口和返回端口。
202.35.根据项29
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34中任一项所述的旋转伺服阀，其中每个阀芯部分包括两个相对的锯齿状侧面和具有相对于所述锯齿状侧面增大半径的两个相对侧面，增大半径的每一侧面在所述两个锯齿状侧面之间延伸。
203.36.根据项35所述的旋转伺服阀，其中增大半径的每一侧面具有恒定半径。
204.37.根据项35或36所述的旋转伺服阀，其中每个锯齿状侧面是直侧面或凹侧面。
205.38.一种通过旋转伺服阀控制流量的方法，所述旋转伺服阀包括两层，每层包括：
206.限定一个空腔和包括两个服务端口的四个流体端口的壳体部分；四个流体端口提供一对高压端口和一对低压端口，每对端口设置成围绕所述空腔彼此径向相对；以及
207.阀芯部分；
208.所述方法包括：
209.在中间位置和打开位置之间旋转阀芯部分，其中在中间位置阀芯部分阻塞所述层的至少一对端口以防止流体流过空腔，而在打开位置在每个高压端口和一个低压端口之间提供流体流动路径；以及
210.使用由阀芯和该层的高压端口限定的孔口计量每一层中的流量。