CN101086304A - 电动阀 - Google Patents

Abstract

本发明的电动阀，不使用高价的行星齿轮减速机构就可具有高分辨力的阀开度，且小型价廉。对空调的制冷剂流量进行控制的电动阀(1)具有正齿轮式减速轮组机构(50)，该正齿轮式减速轮组机构(50)是可将电动机(30)的旋转减速成低速旋转以变换为阀的开闭动作、由多个正齿轮(54～58)组合而成，当正齿轮(54～58)的模数设为m、减速比设为1/K、表示正齿轮式减速轮组机构(50)中齿轮径向最大外形尺寸的圆的直径设为D时，由于D/K满足如下关系，故各正齿轮的尺寸平衡良好，小型价廉、且可获得高分辨力、较大减速比。D＝α·m；α＝20～100；K＝m/β；β＝8～20。

Description

电动阀

技术领域

本发明涉及对空调的制冷剂流量进行控制的电动阀，尤其涉及这样一种电动阀，其具有可将电动机的旋转减速成低速旋转以变换为阀的开闭动作的由多个正齿轮组合而成的正齿轮式减速轮组机构。

背景技术

作为对空调的制冷剂流量进行控制的电动阀即将电动机的旋转变换为阀的开闭动作的电动阀，按大类划分，已知有下面二类。第1类是，将电动机的旋转直接传递给螺旋机构对阀进行开闭，例如专利文献1和专利文献2所揭示的；第2类是，利用减速装置将转子的旋转予以减速并传递给螺旋机构，例如专利文献3和专利文献4所揭示的。

专利文献1：日本特开2000-356278号公报

专利文献2：日本特开2004-197800号公报

专利文献3：日本特开2002-84732号公报

专利文献4：日本特开2003-232465号公报

上述第1类的电动阀尽管能构成得较紧凑，但用途限于低负荷的场合，且有难以将每一驱动脉冲的阀开度精细地设定的不良情况。

上述第2类的电动阀虽然也能用于负荷较大的场合，能较精细地设定每一驱动脉冲的阀开度，但要构成得紧凑，就要采用例如行星齿轮式减速机构。但是，行星齿轮式减速机构有如下问题：要求苛刻的制造精度，结构复杂，且制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不必使用高价的行星齿轮减速机构而能具有高分辨力的阀开度且小型价廉的电动阀。

本发明的电动阀是对空调的制冷剂流量进行控制的电动阀，具有为了将电动机的旋转减速成低速旋转以变换为阀的开闭动作而由多个正齿轮组合而成的正齿轮式减速轮组机构，当用于所述正齿轮式减速轮组机构的正齿轮的模数设为m、减速比设为1/K、表示所述正齿轮式减速轮组机构中齿轮径向最大外形尺寸的圆的直径设为D时，D和K满足如下关系：

D＝α·m  α＝20～100

K＝m/β  β＝8～20

采用这种电动阀，由于用于正齿轮式减速轮组机构的正齿轮的模数、减速比和表示齿轮径向最大外形尺寸的圆的直径被设定在上述的范围，故正齿轮式减速轮组机构中各正齿轮的尺寸平衡良好，可获得小型价廉、且具有高分辨力、较大减速比的电动阀。

在所述电动阀中，所述正齿轮式减速轮组机构可作成具有多级由互相啮合的二个正齿轮构成的减速级。采用这种结构，当电动机的输出旋转被输入到正齿轮式减速轮组机构时，因多级的减速级而以非常高的减速比被减速，可用高的分辨力对阀开度进行控制。

在所述电动阀中，所述正齿轮式减速轮组机构的正齿轮的所述模数m可设计成0.2～0.4，表示所述最大外形尺寸的圆的直径D可设计成40mm以下，所述减速比1/K可设计成1/30～1/100。通过选择这些数值范围，制造就不会困难，可获得轴向和径向都足够小型且具有较大减速比的电动阀。

更具体地说，所述电动阀的所述正齿轮式减速轮组机构被收容在齿轮箱内，且将来自所述正齿轮式减速轮组机构的旋转输出变换为螺纹轴轴向的输出变位的螺旋机构部安装在所述齿轮箱上，所述电动机具有：配设在所述齿轮箱外部的的电动机励磁装置；和永磁型的转子装配体，该转子装配体旋转自如地支承在所述齿轮箱的外部上，且通过所述电动机励磁装置而被旋转驱动，同时将该旋转输入到所述正齿轮式减速轮组机构中，在所述齿轮箱的外部配设有与所述螺旋机构部连接的阀本体，所述阀本体包括：阀室；形成在该阀室的一部分壁面上的阀座；与所述阀座接触、分离而对形成在所述阀座上的开口进行开闭的阀芯；受到所述螺旋机构部的输出变位而使所述阀芯与所述阀座接触、分离的阀棒；以及波纹管，该波纹管跨设安装在所述阀棒和所述阀本体之间，阻止制冷剂进入所述齿轮箱内。

用于所述螺旋机构部的螺纹，其螺纹间距可设计成0.5～1.5mm，螺纹尺寸可设计成M3～M7的范围内。当电动机的旋转被正齿轮式减速轮组机构较大减速时，与其对应成为较大转矩的旋转输出作用在该螺纹上，对于螺旋机构部的螺纹，虽然通过采用上述数值范围那样的螺纹而成为小型的，也可使阀芯可靠地动作。

本发明的电动阀通过上述那样构成，则电动机的旋转利用正齿轮式减速轮组机构的减速作用而以较大的减速比被传递，可在减速后的输出中得到较大的转矩。因此，在对正齿轮式减速轮组机构的输出旋转变换为阀的开闭动作的螺旋机构部中，可发挥强力的阀驱动力。另外，由于较大减速后的旋转赋予螺旋机构部，故能高精度控制阀芯对阀座的移动距离即形成于阀座的开口的开度，获得阀开度的高分辨力，能高精度控制通过电动阀的流量。对于正齿轮式减速轮组机构的各正齿轮，不会受到设计、制造上苛刻的制约，可平衡良好地设定各正齿轮的规格。因此，即使采用正齿轮式减速轮组机构，也可尽可能将各正齿轮尺寸小型化。并且，本发明的电动阀是简单的结构，生产性优异，可价廉地制造。

附图说明

图1是表示本发明电动阀的电动机和减速机构的剖视图。

图2是详细表示本发明电动阀的阀本体的剖视图。

图3是表示减速比与显示减速轮组机构中齿轮径向的最大外形尺寸的圆直径之间关系的曲线图。

图4是表示正齿轮式减速轮组机构中齿轮径向最大外形尺寸的圆的说明图。

具体实施方式

图1是本发明的具有正齿轮式减速轮组机构的电动阀(下面简称为电动阀)的除了阀本体外的主要部分的纵剖视图。对于一部分要素省略了剖面线。图2是详细表示与图1所示的电动阀主要部分组合的阀本体、螺纹轴承、螺纹轴、球体的剖视图。

如图1所示，用符号1表示整体的电动阀，基本结构具有：驱动部2，其通过励磁功能产生作用、包含由定子和转子构成的电动机；齿轮减速机部3，其包含将驱动部2产生的旋转驱动力输入进行齿轮减速、将减速后的旋转予以输出的正齿轮式减速轮组机构；以及螺旋机构部4，其利用螺旋作用将来自齿轮减速机部3的减速旋转变换为螺纹轴向的变位并予以输出。电动阀1用作通过将阀本体部与螺旋机构部4的输出部连接而完成的阀，而图1未表示应连接的阀本体部。螺旋机构部4的螺纹轴向的变位输出被传递到图2中用符号5表示的阀本体部。

在电动阀1中，驱动部2包括电动机30，该电动机30具有构成定子的筒状的电动机励磁装置31、和配置在电动机励磁装置31的内部且受到旋转驱动的永磁型的转子装配体32。该电动机30是步进电动机。电动机励磁装置31具有卷绕在装备于内部的线架34上的线圈33、和通过向线圈33通电被励磁的定子35，线圈33通过电路36、引线37和导线7与外部电源连接得到供电。转子装配体32在传递其输出旋转的支轴39的下端部具有输出齿轮40作为输出部。

驱动部2作为整体配置在齿轮减速机部3的上方，支轴39延伸到齿轮减速机部3内，将输出齿轮40的旋转传递给齿轮减速机部3。驱动部2和齿轮减速机部3由气密容器即盖子41覆盖。盖子41是用金属材料制作的有顶圆筒形状的容器，其下侧部分41a覆盖齿轮减速机部3上的齿轮箱43，在一体地向下侧部分41a的上方延伸的上段部分41b中收容有驱动部2的电动机30。为了容易看清图面，将齿轮减速机部3的各正齿轮向横向展开表示，因此盖子41被绘图成多级圆筒状，但实际上各正齿轮位于电动机30的下方，盖子41是直线的圆筒状。当将盖子41安装在电动机励磁装置31上时，电动机励磁装置31通过由板簧形成的安装件42被按压在齿轮箱43上固定。盖子41的底侧与覆盖齿轮箱43的底板431的橡胶制覆盖部分34一体固定。下侧部分41a的下端周缘部分和覆盖部分34的周缘部分通过铆接部41d固定，并将盖子41的内部从外部保持成密封状态。

电动阀1的齿轮减速机部3具有对转子装配体32的旋转进行减速的正齿轮式减速轮组机构(下面简称为“减速轮组机构”)50。减速轮组机构50具有与驱动部2的支轴39平行且留有间隔配置的纵向旋转轴51、52、53、和分别设在这些纵向旋转轴51～53上的减速用的大径齿轮54、55、56及小径齿轮57、58。大径齿轮54与输出齿轮40啮合，与大径齿轮54一体的小径齿轮57与大径齿轮55啮合，与大径齿轮55一体的小径齿轮58与大径齿轮56啮合。转子装配体32的旋转通过这些齿轮被极大减速，被传递给与末级齿轮56一体的纵向旋转轴53。

在与减速轮组机构50的输出齿轮轴即纵向旋转轴53连接的螺旋机构部4中，来自纵向旋转轴53的旋转输出通过形成在纵向旋转轴53下端的平头驱动部63而被传递给螺纹轴62。在螺纹轴62的上部形成有***着该平头驱动部63的狭槽64。螺纹轴62与形成在筒状轴承60内面的阴螺纹61螺合。在螺纹轴62的下部形成有凹部66，球体67固定在该凹部66中。在轴承60的下端部支承有固定在后述的阀本体部5上的螺母构件65。轴承60与螺母构件65旋转自如地装配。当转子装配体32的旋转通过减速轮组机构50而被传递到纵向旋转轴53时，电动阀1的螺旋机构部4使该旋转经螺纹轴62及球体66而如后述那样变换成使阀开闭的直线运动。

接着详细说明电动阀1的阀本体部5。图2是详细表示阀本体部5所具有的阀本体70、阀棒80等的剖视图。阀本体70的内部下方形成有阀室72，并形成有阀座77作为该阀室72的一部分壁面。在阀本体70上形成有从其底部向下方延伸并与阀室72相通的小孔74。另外，在阀本体70上，为使制冷剂流入和流出而气密地安装有与阀室72侧面连通的配管78a、和与小孔74连通的配管78b。通过阀本体70上端部的外周部与螺母构件65的内周部螺纹结合，防止水分等进入阀本体70内。并在阀本体70上形成有与该阀室72的上部连通、将制冷剂导入的室76。

在阀室72内配置有与阀座77接触分离而对形成于阀座77的开口进行开闭的阀芯90。为使阀芯90移动，与螺旋机构部4的螺纹轴62相连的阀棒80连接在阀芯90上。配设在阀棒80外侧的波纹管81的上端部82利用环构件83通过铆接加工而固定在阀本体70上。对于环构件83在阀本体70上的固定，除了铆接加工外，通过钎焊来保持气密性。

波纹管81的下端部84固定在阀棒80。波纹管81防止导入到阀本体70的室76中的制冷剂进入齿轮箱43。在阀棒80的上端部***固定有球体67用的球体支承构件85。如图1所示，螺纹轴62抵接在球体67的上部，利用螺旋机构部4将轴向的推力传递到阀棒80侧。

装备在盖子41内部的转子装配体32通过将驱动信号供给于电动机励磁装置31的线圈33而进行旋转。

在阀本体部5中，阀芯90受到螺纹轴向的变位输出而相对于阀座77进行接触分离动作，通过该动作来变更阀开度。即，在阀本体部5中，当螺纹轴62在轴承60内进行旋转时，螺纹轴62就被变换成轴向的移动，螺纹轴62的轴向移动量经球体67、球体支承构件85而被传递到阀棒80侧，安装在阀棒80顶端上的阀芯90就沿上下方向直线移动。由此，阀芯90和小孔74之间的流路面积受到控制，制冷剂的流量得到调节。此时，在阀棒80和阀本体70之间跨设安装的波纹管81防止导入到与阀室72连通的室76内的制冷剂进入齿轮箱43内。

在减速轮组机构50中，来自转子装配体32的输出齿轮40的旋转作为输入。输出齿轮40是小径齿轮，与大径齿轮54构成第1减速级，该大径齿轮54与输出齿轮40啮合且支承在纵向旋转轴51上。与大径齿轮54一体的小径齿轮57和支承在邻接的纵向旋转轴52上的大径齿轮55构成第2减速级。同样，与大径齿轮55一体的小径齿轮58和支承在邻接的纵向旋转轴(输出齿轮轴)53上的大径齿轮56构成第3减速级，纵向旋转轴(输出齿轮轴)53就成为减速轮组机构50的输出轴。因此，在齿轮减速机部3中，通过在齿轮径向连接的多个减速级，电动机30的输出旋转(转子装配体32的旋转)以例如50比1程度的较大减速比被减速，并向螺纹轴62传递。由此，螺纹轴62能以微小的转速进行旋转，实现分辨力高的阀开度控制。

作为本发明的电动阀的实施例，可举出如下实施例。在电动阀1中，作为确定减速轮组机构50所使用的正齿轮的齿大小的齿轮模数m，最好设计成0.2～0.4。若齿轮模数m设计成比该范围过于小，则正齿轮的齿大小过于小，就难以制造，另外，要经得起传递转矩的大小，则必须加长齿轮轴向的长度，齿轮减速机部3的齿轮轴向长度就变长。若相反得齿轮模数m设计成比上述范围大，那么，虽然容易制造，但齿轮直径变大，表示减速轮组机构50的齿轮径向最大外形尺寸的圆(图4中用虚线表示的圆)的直径即电动阀1的尺寸也变大。该圆是将正齿轮式减速轮组机构50的齿轮径向作为直径且是包含所有的正齿轮54～58的最小的圆，且是通过一部分或全部正齿轮的齿顶的圆。减速轮组机构50的所述最大外形尺寸是直径为15～40mm那样的小型，同时减速比可获得30～100那样的较大值。另外，作为螺旋机构部4的螺纹轴62，可设计成螺纹间距为0.5～1.5mm的M3～M7的小型三角螺纹(也可是梯形螺纹、方螺纹)。

作为一例子，图3的曲线图表示了减速级数设计成3级或4级、模数m设计为0.2、0.3、0.4、表示减速轮组机构中齿轮径向最大外形尺寸的圆的直径设计成15～40mm时，得到减速比为30～100的组合情况。

Claims (5)

1.一种电动阀，对空调的制冷剂流量进行控制，其特征在于，具有正齿轮式减速轮组机构，其为了将电动机的旋转减速成低速旋转以变换为阀的开闭动作而由多个正齿轮组合而成，

当用于所述正齿轮式减速轮组机构的正齿轮的模数设为m、减速比设为1/K、表示所述正齿轮式减速轮组机构中齿轮径向最大外形尺寸的圆的直径设为D时，D和K满足如下关系：

D＝α·m    α＝20～100

K＝m/β     β＝8～20

2.如权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述正齿轮式减速轮组机构，具有多级由互相啮合的二个正齿轮构成的减速级。

3.如权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述正齿轮式减速轮组机构的正齿轮的所述模数m是0.2～0.4，表示所述最大外形尺寸的圆的直径D是40mm以下，所述减速比1/K是1/30～1/100。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电动阀，其特征在于，所述正齿轮式减速轮组机构收容在齿轮箱内，且将来自所述正齿轮式减速轮组机构的旋转输出变换为螺纹轴轴向的输出变位的螺旋机构部安装在所述齿轮箱上，

所述电动机具有：配设在所述齿轮箱外部的的电动机励磁装置；和永磁型的转子装配体，该转子装配体旋转自如地支承在所述齿轮箱的外部，且通过所述电动机励磁装置而被旋转驱动，同时将该旋转输入到所述正齿轮式减速轮组机构，

在所述齿轮箱的外部配设有与所述螺旋机构部连接的阀本体，所述阀本体包括：阀室；形成在该阀室的一部分壁面上的阀座；与所述阀座接触、分离而对形成在所述阀座上的开口进行开闭的阀芯；受到所述螺旋机构部的输出变位而使所述阀芯与所述阀座接触、分离的阀棒；以及波纹管，该波纹管跨设安装在所述阀棒和所述阀本体之间，阻止制冷剂进入所述齿轮箱内。

5.如权利要求4所述的电动阀，其特征在于，所述螺旋机构部所使用的螺纹，其螺纹间距是0.5～1.5mm，螺纹尺寸是M3～M7的范围。

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