JP-7855266-B2 - 電動弁

Inventors

• 吉田 竜也
• 荒井 裕介

Assignees

• 株式会社不二工機

Dates

Publication Date

20260508

Application Date

20250108

Priority Date

20220421

Claims (1)

1. 弁口および前記弁口を囲む弁座を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、弁軸と、ステッピングモーターと、前記ステッピングモーターを制御する制御装置と、を有する電動弁であって、 前記弁軸と前記弁本体または前記弁体とが送りねじ機構を構成し、 前記弁軸が、前記ステッピングモーターのマグネットローターに同軸に固定され、 前記弁軸の端部が、前記弁体と接続され、 前記マグネットローターが閉弁方向に回転すると前記弁体が前記弁口に向かって移動され、 前記弁体が前記弁座に接すると前記弁座が前記弁体の前記弁口に向かう移動を規制し、 前記制御装置が、 （Ａ）前記マグネットローターの回転が規制されたときに前記ステッピングモーターのステーターに生じる逆起電圧に基づいて前記マグネットローターの前記閉弁方向への回転が規制されたことを検出し、 （Ｂ）初期化動作モードにおいて、前記マグネットローターを前記閉弁方向に回転させ、前記マグネットローターの前記閉弁方向への回転が規制されたときの前記マグネットローターの位置を基準位置として取得し、 （Ｃ）通常動作モードにおいて、前記基準位置に基づいて前記マグネットローターの位置を制御し、 前記マグネットローターが前記基準位置にあるときに前記ステッピングモーターに最大数のパルスが入力されると、前記マグネットローターが前記基準位置から全開位置まで回転し、 前記制御装置によって受信される弁体移動命令が、前記マグネットローターの目標位置に対応する弁開度を含み、前記弁開度０［％］が前記基準位置に対応し、前記弁開度１００［％］が前記全開位置に対応し、 前記制御装置が、 （Ｄ）前記弁体移動命令を外部装置から受信し、 （Ｅ）前記弁開度が０［％］以上でかつ１００［％］以下のとき、前記マグネットローターの位置が前記弁開度に対応する前記目標位置になるように前記マグネットローターを回転させ、 （Ｆ）前記弁開度が０［％］より小さいときまたは１００［％］より大きいとき、不正な前記弁開度を受信したことを示す命令実行結果を前記外部装置に送信する、電動弁。

Description

本発明は、電動弁に関する。 特許文献１は、従来の電動弁の一例を開示している。このような電動弁は、エアコンなどが有する冷凍サイクルに組み込まれる。電動弁は、弁本体と、弁体と、弁体を移動させるためのステッピングモーターと、を有している。ステッピングモーターは、マグネットローターとステーターとを有している。ステッピングモーターにパルスが入力されるとマグネットローターが回転する。マグネットローターの回転に応じて弁体が移動し、弁本体の弁口を流れる流体（冷媒）の流量が変化する。 特開２０１８－１７９１３３公報 本発明の第１実施例に係る電動弁の断面図である。電動弁のステーターユニットの断面図である。電動弁の弁体が弁座に接しているときの弁体およびその近傍の断面図である。電動弁の弁体が弁座から離れているときの弁体およびその近傍の断面図である。電動弁における弁開度と流量との関係を示すグラフである。電動弁の機能ブロック図である。図１の電動弁の変形例の構成を示す断面図である。本発明の第２実施例に係る電動弁の断面図である。本発明の第３実施例に係る電動弁の断面図である。 （第１実施例） 以下、本発明の第１実施例に係る電動弁１について、図１～図７を参照して説明する。電動弁１は、例えば、空気調和機の冷凍サイクルに組み込まれ、空気調和機の制御ユニット４００からの命令に応じて動作する。制御ユニット４００は、電動弁１の外部にある外部装置である。 図１は、本発明の第１実施例に係る電動弁の断面図である。図２は、電動弁のステーターユニットの断面図である。図３、図４は、電動弁の弁体およびその近傍の断面図である。図３は、弁体が弁座に接している状態を示す。図４は、弁体が弁座から離れている状態を示す。図１、図３、図４において、電動弁の弁軸および弁体を正面から見た状態で示す。図５は、電動弁における弁開度と流量との関係を示すグラフである。図６は、電動弁の機能ブロック図である。図７は、図１の電動弁の変形例の構成を示す断面図である。 図１、図２に示すように、電動弁１は、弁本体１０と、キャン２０と、駆動機構３０と、弁体４０と、制御装置８０と、を有している。 弁本体１０は、アルミニウム合金などの金属製である。弁本体１０は、本体部材１１と、流路ブロック１２と、支持部材１３と、を有している。 本体部材１１は、円筒形状を有している。本体部材１１は、弁室１４と、弁口１５と、弁座１６と、を有している。弁口１５は、弁室１４に開口している。弁座１６は、円環形状の内向きのテーパー面である。弁座１６は、弁室１４において弁口１５を囲んでいる。弁座１６の内周縁１６ａは、弁口１５の上端１５ａに接続されている。本体部材１１は、第１取付孔１１ａを有している。第１取付孔１１ａは、本体部材１１の上面１１ｂに配置されている。 流路ブロック１２は、直方体形状を有している。流路ブロック１２は、第２取付孔１２ａを有している。第２取付孔１２ａは、流路ブロック１２の上面１２ｂに配置されている。本体部材１１は、第２取付孔１２ａに配置されている。本体部材１１は、ねじ構造により流路ブロック１２に取り付けられている。本体部材１１の上面１１ｂと流路ブロック１２の上面１２ｂとは、同一平面上にある。本体部材１１および流路ブロック１２には、流路１７と、流路１８と、が設けられている。流路１７は、弁室１４に接続されている。流路１８は、弁口１５を介して弁室１４に接続されている。なお、電動弁１において、流路ブロック１２を省略して、本体部材１１が直方体形状を有していてもよい。 支持部材１３は、円筒形状を有している。支持部材１３は、第１取付孔１１ａに配置されている。支持部材１３は、ねじ構造により本体部材１１に取り付けられている。支持部材１３の上部は、本体部材１１の上面１１ｂから上方に突出している。支持部材１３は、上下方向（軸線Ｌ方向）に貫通する弁軸孔１３ａを有している。弁軸孔１３ａは、弁口１５と上下方向に向かい合っている。弁軸孔１３ａは、弁口１５と同軸に配置されている。支持部材１３は、雌ねじ１３ｃを有している。雌ねじ１３ｃは、弁軸孔１３ａの内周面に配置されている。 キャン２０は、ステンレスなどの金属製である。キャン２０は、円筒形状を有している。キャン２０は、下端が開口しかつ上端が塞がれている。キャン２０の下端は、円環板形状の接続部材２５を介して支持部材１３の上部に固定されている。 なお、図７に示す電動弁１Ａのように、支持部材１３Ａが、圧入構造により本体部材１１Ａに取り付けられていてもよい。電動弁１Ａにおいて、本体部材１１Ａの上部が、流路ブロック１２の上面１２ｂから上方に突出しており、キャン２０の下端が、本体部材１１Ａの上部に固定されている。 駆動機構３０は、弁体４０を上下方向に移動させる。駆動機構３０は、マグネットローター３１と、弁軸３４と、ステーターユニット５０と、を有している。 マグネットローター３１は、円筒形状を有している。マグネットローター３１は、上端が開口しかつ下端が塞がれている。マグネットローター３１の外径は、キャン２０の内径より小さい。マグネットローター３１は、複数のＮ極および複数のＳ極を有している。複数のＮ極および複数のＳ極は、マグネットローター３１の外周面に配置されている。複数のＮ極および複数のＳ極は、上下方向に延在している。複数のＮ極および複数のＳ極は、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。マグネットローター３１は、例えば、Ｎ極を１２個有し、Ｓ極を１２個有している。 弁軸３４は、円柱形状を有している。弁軸３４の上端（一端）は、マグネットローター３１の下端に同軸に固定されている。弁軸３４は、雄ねじ３４ｃを有している。雄ねじ３４ｃは、弁軸３４の外周面に配置されている。弁軸３４は弁軸孔１３ａに配置され、雄ねじ３４ｃが雌ねじ１３ｃに螺合される。雌ねじ１３ｃと雄ねじ３４ｃとは、送りねじ機構３３を構成している。弁軸３４が回転すると、弁軸３４が回転方向に応じて上下方向に移動する。 弁体４０は、弁室１４に配置されている。弁体４０は、弁口１５と上下方向に向かい合っている。弁体４０は、弁軸３４の下端（他端）に接続されている。弁軸３４と弁体４０とは、例えば、円柱形状のワークピースを切削加工して、一体的に形成される。 弁体４０は、制御部４５と、着座部４７と、を有している。制御部４５は、弁口１５に向かうにしたがって徐々に径が小さくなるテーパー形状（円錐台形状）を有している。着座部４７は、弁口１５に向かうにしたがって徐々に径が小さくなるテーパー形状を有している。制御部４５のテーパー角度は、着座部４７のテーパー角度より小さい。制御部４５の上端は、着座部４７の下端に接続されている。制御部４５の外周面は、制御面４６である。着座部４７の外周面は、着座面４８である。制御面４６および着座面４８は、外向きのテーパー面である。 弁体４０は、駆動機構３０によって上下方向に移動される。弁体４０の移動によって弁口１５が開閉される。図３に示すように、着座面４８が弁座１６の内周縁１６ａに接すると弁口１５が閉じる。図４に示すように、着座面４８が弁座１６の内周縁１６ａから離れると弁口１５が開く。着座面４８が内周縁１６ａから離れると、内周縁１６ａと弁体４０との間に円環形状の隙間（絞り流路）が形成される。絞り流路の面積は、弁口１５を流れる流体の流量と密接な関係を有する。 図５のグラフは、電動弁１における弁開度と流量との関係を示している。弁開度は、弁体４０の弁座１６に対する位置（弁体４０が弁座１６に接する位置からの移動量）をパーセンテージで示している。弁体４０の位置は、マグネットローター３１の位置と対応している。電動弁１において、着座面４８が弁座１６の内周縁１６ａに接しているときのマグネットローター３１の位置を基準位置Ｒｘとし、マグネットローター３１が基準位置Ｒｘにあるときの弁開度を０％としている。基準位置Ｒｘから所定の回転角度離れたマグネットローター３１の位置を全開位置Ｒｚとし、マグネットローター３１が全開位置Ｒｚにあるときの弁開度を１００％としている。流量は、弁口１５を流れる流体の流量をパーセンテージで示している。マグネットローター３１が基準位置Ｒｘにあるときの流量を０％とし、全開位置Ｒｚにあるときの流量を１００％としている。 マグネットローター３１が開弁方向に回転されると、送りねじ機構３３によって弁軸３４および弁体４０が上方に移動する。マグネットローター３１が閉弁方向に回転されると、送りねじ機構３３によって弁軸３４および弁体４０が下方に移動する。弁体４０が下方に移動して着座面４８が弁座１６の内周縁１６ａに接すると、弁体４０および弁軸３４の下方への移動が規制される。弁軸３４の下方への移動が規制されると、雄ねじ３４ｃと雌ねじ１３ｃとが締め付けられ、送りねじ機構が止まる。これにより、送りねじ機構３３によって弁軸３４およびマグネットローター３１の閉弁方向の回転が規制される。 ステーターユニット５０は、ステーター６０と、ハウジング７０と、を有している。 ステーター６０は、円筒形状を有している。ステーター６０は、Ａ相ステーター６１と、Ｂ相ステーター６２と、合成樹脂製のモールド６３と、を有している。 Ａ相ステーター６１は、内周側に複数のクローポール型の極歯６１ａ、６１ｂを有している。極歯６１ａの先端は下方に向いており、極歯６１ｂの先端は上方に向いている。極歯６１ａと極歯６１ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。Ａ相ステーター６１は、例えば、極歯６１ａを１２個有し、極歯６１ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６１ａと極歯６１ｂとの間の角度は、１５度である。Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃが通電されると、極歯６１ａと極歯６１ｂとは互いに異なる極性となる。 Ｂ相ステーター６２は、内周側に複数のクローポール型の極歯６２ａ、６２ｂを有している。極歯６２ａの先端は下方に向いており、極歯６２ｂの先端は上方に向いている。極歯６２ａと極歯６２ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。Ｂ相ステーター６２は、例えば、極歯６２ａを１２個有し、極歯６２ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６２ａと極歯６２ｂとの間の角度は、１５度である。Ｂ相ステーター６２のコイル６２ｃが通電されると、極歯６２ａと極歯６２ｂとは互いに異なる極性となる。 Ａ相ステーター６１とＢ相ステーター６２とは、同軸に配置されている。Ａ相ステーター６１とＢ相ステーター６２とは、互いに接している。軸線Ｌ方向から見たときに互いに隣り合うＡ相ステーター６１の極歯６１ａとＢ相ステーター６２の極歯６２ａとの間の角度は、７．５度である。 モールド６３は、Ａ相ステーター６１およびＢ相ステーター６２の内側に充填されている。また、モールド６３は、極歯６１ａ、６１ｂおよび極歯６２ａ、６２ｂとともにステーター内周面６０ａを構成している。ステーター内周面６０ａの径は、キャン２０の外周面の径と同じである。モールド６３は、端子支持部６４を有している。 端子支持部６４は、Ａ相ステーター６１およびＢ相ステーター６２から横方向（軸線Ｌと直交する方向）に延びている。端子支持部６４は、複数の端子６５を支持している。複数の端子６５は、端子支持部６４の先端から横方向に突出している。複数の端子６５は、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃおよびＢ相ステーター６２のコイル６２ｃと接続されている。 電動弁１において、本体部材１１（弁口１５、弁座１６）、支持部材１３（弁軸孔１３ａ）、キャン２０、マグネットローター３１、弁軸３４、弁体４０（制御部４５、着座部４７）、ステーター６０（Ａ相ステーター６１、Ｂ相ステーター６２）は、それぞれの中心軸が軸線Ｌに一致する。 ステーター６０の内側には、キャン２０が配置される。キャン２０の内側には、マグネットローター３１が配置される。マグネット