JP2024091837A - Motor-operated valve and refrigeration cycle system - Google Patents
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Abstract
【課題】ニードル弁4により小流量制御を行う電動弁において、小流量制御域の最大流量のバラツキを抑制、小流量制御域での制御可能範囲を広範囲とする。【解決手段】先端に向かって徐々に径が小さくなる第二円錐台部44を有するニードル弁4を、副弁ポート33aの軸線L上に配置する。駆動部5によって、ニードル弁4を軸線上で進退移動させる。ニードル弁4と副弁ポート33aとにより小流量制御域を得る。主弁体3と主弁ポート13aとにより大流量制御域を得る。ニードル弁4の第二円錐台部44の最小径部に連結する一定径の第二ストレート部45を設ける。第二円錐台部44が副弁ポート33aから抜け出た位置で、副弁ポート33a内に第二ストレート部45が保持される。【選択図】図1[Problem] In an electric valve that performs small flow rate control using a needle valve 4, the variation in the maximum flow rate in the small flow rate control region is suppressed and the controllable range in the small flow rate control region is widened. [Solution] A needle valve 4 having a second truncated cone portion 44 whose diameter gradually decreases toward the tip is arranged on the axis L of a sub-valve port 33a. The needle valve 4 is moved back and forth on the axis by a drive portion 5. A small flow rate control region is obtained by the needle valve 4 and the sub-valve port 33a. A large flow rate control region is obtained by the main valve body 3 and the main valve port 13a. A second straight portion 45 of a constant diameter is provided that is connected to the minimum diameter portion of the second truncated cone portion 44 of the needle valve 4. The second straight portion 45 is held within the sub-valve port 33a at the position where the second truncated cone portion 44 comes out of the sub-valve port 33a. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。 The present invention relates to an electrically operated valve for use in a refrigeration cycle system and a refrigeration cycle system.
従来、空気調和機の冷凍サイクルに設けられる電動弁として、例えば特許第2898906号公報(特許文献1)に開示されたものがある。この電動弁は、弁室の主弁ポート(大径弁口)の開度を変更する主弁体(第2弁体)と、主弁体に形成された副弁ポート(小径弁口)の開度を変更する副弁体(第1弁体)と、副弁体を駆動する電動モータ(ステッピングモータ)を有した駆動部と、を備えている。 Conventionally, an electric valve provided in the refrigeration cycle of an air conditioner is disclosed, for example, in Japanese Patent No. 2898906 (Patent Document 1). This electric valve is equipped with a main valve body (second valve body) that changes the opening degree of the main valve port (large diameter valve port) of the valve chamber, a sub-valve body (first valve body) that changes the opening degree of the sub-valve port (small diameter valve port) formed in the main valve body, and a drive unit having an electric motor (stepping motor) that drives the sub-valve body.
図12はこの電動弁における電動モータの駆動パルス(副弁体のリフト量)と電動弁を流れる冷媒の流量の関係(流量特性)を示すグラフである。そして、この電動弁では、主弁体が着座して主弁ポートを閉じた状態で、電動モータの駆動により副弁体が副弁ポートの開度を変更する状態があり、このとき電動モータの駆動パルスに応じて副弁ポートの開度が制御されることで、図12に示すように小流量制御域となる流量特性が得られる。また、電動モータの駆動により副弁体が引き上げられることで副弁体が主弁体に係合し、主弁体が副弁体と共に引き上げられることで主弁ポートが開き、主弁体が主弁ポートの開度を変更することにより、図12に示すように大流量制御域となる流量特性が得られる。このように、この電動弁は、小流量制御域と大流量制御域と、の二段の流量制御域を有するものである。 Figure 12 is a graph showing the relationship (flow characteristic) between the drive pulse of the electric motor (lift amount of the sub-valve body) and the flow rate of the refrigerant flowing through the electric valve in this motor-operated valve. In this motor-operated valve, when the main valve body is seated and the main valve port is closed, the sub-valve body changes the opening of the sub-valve port by driving the electric motor, and at this time, the opening of the sub-valve port is controlled according to the drive pulse of the electric motor, thereby obtaining a flow characteristic with a small flow control range as shown in Figure 12. In addition, the sub-valve body is raised by driving the electric motor, so that the sub-valve body engages with the main valve body, and the main valve body is raised together with the sub-valve body to open the main valve port, and the main valve body changes the opening of the main valve port, thereby obtaining a flow characteristic with a large flow control range as shown in Figure 12. In this way, this motor-operated valve has two flow control ranges, a small flow control range and a large flow control range.
従来の電動弁では、複数の電動弁において、例えば図13に実線で示す狙いの流量特性となるように作成したものでも、部品寸法のバラツキ等により、流量特性にもバラツキが生じてしまう。このバラツキの範囲は部品の寸法公差や組立公差等の影響によるものであるが、例えば図13の例では、実線で示す中心の流量特性に対して、点線で示す上限や破線で示す下限の流量特性のようになる。また、流量特性において、小流量制御域と大流量制御域との境界に屈曲点があり、この屈曲点の位置にもバラツキが生じる。したがって、電動弁のパルス制御を行うには、バラツキ範囲内で、小流量制御域の駆動パルスの上限が最小となる駆動パルス(図13ではA点)よりさらに小さい駆動パルスを上限とし、その上限までの範囲を、微小流量制御の為に実際に使用する微小流量制御可能範囲とする必要がある。 In conventional motorized valves, even if multiple motorized valves are created to have the target flow characteristics shown by the solid line in Figure 13, there will be variation in the flow characteristics due to variations in part dimensions, etc. The range of variation is due to the influence of dimensional tolerances of parts and assembly tolerances, and for example, in the example of Figure 13, the flow characteristics will be like the upper limit shown by the dotted line and the lower limit shown by the dashed line, compared to the center flow characteristics shown by the solid line. In addition, there is a bending point at the boundary between the small flow control area and the large flow control area in the flow characteristics, and the position of this bending point also varies. Therefore, in order to control the pulse of the motorized valve, it is necessary to set the upper limit of the drive pulse smaller than the drive pulse (point A in Figure 13) at which the upper limit of the drive pulse in the small flow control area is the smallest within the variation range, and to set the range up to that upper limit as the micro flow controllable range actually used for micro flow control.
さらに、図13のA点においても流量にバラツキがあり、例えば流量特性の上限(点線の流量特性)では、弁開度が大きすぎて流量を絞り切れない可能性がある。このため、小流量を制御する範囲の上限をA点よりもさらに下げて、その範囲を小流量を制御する範囲とする必要がある。このように、従来の電動弁では、小流量で制御をできる範囲を狭くせざるを得ない。このことは、主弁体と副弁体とによる二段の制御を行うものに限らず、ニードル弁の円錐台部で流量を制御するような電動弁でも同様に問題となる。例えば、小流量制御域の最大流量のバラツキが大きくなって、流量を絞り切れなくなる可能性があり、小流量制御域の小流量の制御として使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲は、流量のバラツキを考慮して狭くする必要がある。 Furthermore, there is variation in the flow rate even at point A in Figure 13. For example, at the upper limit of the flow rate characteristics (flow rate characteristics of the dotted line), the valve opening is too large and the flow rate may not be fully throttled. For this reason, it is necessary to lower the upper limit of the range in which the small flow rate is controlled even further than point A, and set that range as the range in which the small flow rate is controlled. In this way, with conventional motor-operated valves, the range in which control at small flow rates must be narrowed. This is not limited to those that perform two-stage control using a main valve body and a sub-valve body, but is also a problem with motor-operated valves that control the flow rate using the truncated cone part of a needle valve. For example, the variation in the maximum flow rate in the small flow rate control range may become large, making it impossible to fully throttle the flow rate, and the micro flow rate controllable range, which is the range of the drive pulse used to control the small flow rate in the small flow rate control range, must be narrowed in consideration of the variation in the flow rate.
本発明は、ニードル弁により小流量制御を行う電動弁において、小流量制御域の最大流量のバラツキを抑制し、微小流量制御の為に実際に使用する微小流量制御可能範囲を広範囲とすることを課題とする。 The objective of the present invention is to suppress the variation in maximum flow rate in the small flow control range in an electric valve that performs small flow control using a needle valve, and to widen the range in which small flow rate control is actually possible for use in small flow rate control.
請求項1の電動弁は、ニードル弁が小径弁ポートの軸線上に配置され、電動モータのロータの回転運動をねじ送り機構で直線運動に変換することにより前記ニードル弁を前記軸線方向に進退させて、前記小径弁ポートの開口部と前記ニードル弁との隙間の開口面積によって、冷媒の流量を制御する電動弁において、弁室の主弁ポートの開度を変更する主弁体を備えるとともに当該主弁体に前記小径弁ポートが形成され、前記ニードル弁が前記小径弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートの開度を変更する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有し、前記ニードル弁は、前記主弁体に係合するとともに、前記主弁体と前記軸線方向に離接可能なニードル弁側当接面を有し、前記主弁体は、前記ニードル弁に係合する主弁体側当接面を有し、前記ニードル弁側当接面と前記主弁体側当接面が係合した係合状態で前記ニードル弁と一体的に移動して前記主弁ポートの開度を変更するよう構成されており、前記ニードル弁が、前記小径弁ポート側の先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐台部と、前記円錐台部において径が最も大きくなる基端側に連結して設けられ、前記ニードル弁が前記小径弁ポート側に最も移動した際に、前記小径弁ポート内に位置する一定径のストレート部と、を備えており、前記ニードル弁は、前記小径弁ポート側に最も移動した際でも当該小径弁ポートに着座せず、前記ストレート部と前記小径弁ポートの間に流路が形成され、前記小径弁ポートが、前記軸線を中心軸とする円筒状に形成され、前記係合状態の時、前記ニードル弁の先端部の前記主弁ポート側の端面は、前記主弁体における前記小径弁ポートの上端面に対して、前記ねじ送り機構から離れた位置に配置されるとともに、前記ニードル弁が前記小径弁ポート側に最も移動した際、前記円錐台部の前記ロータ側の端部は、前記主弁体における前記小径弁ポートの上端面に対して、前記ねじ送り機構から離れた位置に配置され、前記小径弁ポートの主弁ポート側の端部にはテーパ空間が形成され、前記テーパ空間の内径は主弁ポートに近づくにしたがって拡大することを特徴とする。
The motor-operated valve of
請求項2の電動弁は、請求項1に記載の電動弁であって、前記ニードル弁が、前記円錐台部において係が最も小さくなる最小径部に連結する一定径の第二ストレート部を更に備えていることを特徴とする。
請求項3の電動弁は、請求項2に記載の電動弁であって、前記係合状態の時、前記第二ストレート部と前記円錐台部の境界は前記テーパ部よりも前記小径弁ポート側に備えられることを特徴とする。
The electric valve of
The electric valve of
請求項4の電動弁は、請求項2に記載の電動弁において、前記ニードル弁における前記ストレート部の長さが、当該ストレート部の外径よりも小さいことを特徴とする。
The motor-operated valve of
請求項5の電動弁は、請求項1に記載の電動弁において、前記主弁体には、前記円筒状の前記小径弁ポートにおける前記ニードル弁側とは反対側の端部開口を最小径部としたテーパ筒部が形成されていることを特徴とする。
他の電動弁は、請求項1に記載の電動弁において、前記主弁体が、筒状に形成され、前記ニードル弁が内側に配置されるとともに前記小径弁ポート側とは反対側に移動した前記ニードル弁が係合する保持部と、前記保持部において前記小径弁ポートよりも前記主弁ポート側の端部に位置し、前記保持部及び前記主弁ポートよりも大径に拡径した部分から当該主弁ポートよりも小径の先端部まで先細りとなったテーパ環状に形成され、前記主弁ポートの開度を変更する主弁部と、を備えることを特徴とする。
請求項6の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に設けられた電子膨張弁と、前記室内熱交換器に設けられる除湿弁とを含む冷凍サイクルシステムであって、請求項1に記載の電動弁が、前記除湿弁として用いられていることを特徴とする。
The motor-operated valve of claim 5 is the motor-operated valve of
Another motor-operated valve is characterized in that, in the motor-operated valve described in
The refrigeration cycle system of claim 6 is a refrigeration cycle system including a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, an electronic expansion valve provided between the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger, and a dehumidification valve provided in the indoor heat exchanger, and is characterized in that the electric valve described in
上記の電動弁によれば、小径弁ポートの開口部とニードル弁の円錐台部との隙間の開口面積によって、小流量制御域での冷媒の流量が制御されるが、このニードル弁は円錐台部の最小径部に連結する一定径のストレート部を有し、この円錐台部の最小径部が小径弁ポートから抜け出た位置で、小径弁ポート内にストレート部が保持されるので、小流量制御域の終端から定流量域となる。したがって、小流量制御域における最大流量のバラツキを抑制して、最大流量での流量が絞れなくなる現象を防止できるとともに、実際に微小流量の制御に使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲を広範囲とすることができ、微小流量制御可能範囲の制御性を向上させることができる。 With the motor-operated valve described above, the flow rate of the refrigerant in the small flow control range is controlled by the opening area of the gap between the opening of the small diameter valve port and the truncated cone of the needle valve. This needle valve has a straight section of constant diameter connected to the minimum diameter part of the truncated cone, and the straight section is held within the small diameter valve port at the position where the minimum diameter part of the truncated cone exits the small diameter valve port, so the constant flow range is reached from the end of the small flow control range. This suppresses the variation in the maximum flow rate in the small flow control range, preventing the phenomenon where the flow rate at the maximum flow rate cannot be throttled, and also makes it possible to widen the range of possible micro flow control, which is the range of the drive pulse actually used to control the micro flow rate, and improves the controllability of the micro flow control range.
上記の冷凍サイクルシステムによれば、上記の電動弁と同様な効果が得られる。 The above refrigeration cycle system provides the same effects as the above motor-operated valve.
次に、本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムの実施形態について図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の電動弁の縦断面図、図2は第1実施形態の電動弁におけるニードル弁が副弁ポートに最も近づいた位置にあるときの要部拡大断面図、図3は第1実施形態の電動弁におけるニードル弁が副弁ポートに最も近づいた位置と主弁体に係合する位置との間にあるときの要部拡大断面図、図4は第1実施形態の電動弁におけるニードル弁が主弁体に係合する位置にあるときの要部拡大断面図、図5は第1実施形態の電動弁における主弁体の全開状態を示す要部拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図1乃至図4の図面における上下に対応する。この電動弁100は、弁ハウジング1と、ガイド部材2と、主弁体3と、ニードル弁4と、駆動部5と、を備えている。
Next, the embodiments of the motor-operated valve and the refrigeration cycle system of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the motor-operated valve of the first embodiment, FIG. 2 is an enlarged sectional view of the main part of the motor-operated valve of the first embodiment when the needle valve is in the position closest to the auxiliary valve port, FIG. 3 is an enlarged sectional view of the main part of the motor-operated valve of the first embodiment when the needle valve is between the position closest to the auxiliary valve port and the position where it engages with the main valve body, FIG. 4 is an enlarged sectional view of the main part of the motor-operated valve of the first embodiment when the needle valve is in the position where it engages with the main valve body, and FIG. 5 is an enlarged sectional view of the main part of the motor-operated valve of the first embodiment showing the fully open state of the main valve body. The concept of "upper and lower" in the following description corresponds to the upper and lower in the drawings of FIG. 1 to FIG. 4. This motor-operated
弁ハウジング1は例えば、黄銅、ステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室1Rを有している。弁ハウジング1の外周片側には弁室1Rに導通される第1継手管11が接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第2継手管12が接続されている。また、第2継手管12の弁室1R側には円筒状の主弁座13が形成され、この主弁座13の内側は主弁ポート13aとなっており、第2継手管12は主弁ポート13aを介して弁室1Rに導通される。主弁ポート13aは軸線Lを中心とする円柱形状の透孔である。なお、第1継手管11及び第2継手管12は、弁ハウジング1に対してろう付け等により固着されている。
The
弁ハウジング1の上端の開口部には、ガイド部材2が取り付けられている。ガイド部材2は、弁ハウジング1の内周面内に圧入される圧入部21と、圧入部21の内側に位置する略円柱状のガイド部22と、ガイド部22の上部に延設されたホルダ部23と、ガイド部22の外周に位置するリング状のフランジ部24とを有している。圧入部21、ガイド部22,ホルダ部23は樹脂製の一体品として構成されている。また、フランジ部24は、例えば、黄銅、ステンレス等の金属板であり、このフランジ部24は、インサート成形により樹脂製の圧入部21及びホルダ部22と共に一体に設けられている。
A
そして、ガイド部材2は、弁ハウジング1に組み付けられ、フランジ部24を介して弁ハウジング1の上端部に溶接により固定されている。また、ガイド部材2において、ガイド部22には軸線Lと同軸の円筒形状のガイド孔22aが形成されるとともに、ホルダ部23の中心には、ガイド孔22aと同軸の雌ねじ部23aとそのねじ孔が形成されている。ホルダ部23のガイド孔22a内に主弁体3が配設されている。
The
主弁体3は、主弁座13に対して着座及び離座する主弁部31と、円柱状のニードルガイド孔32aを有する保持部32と、副弁座33と、を有している。保持部32のニードルガイド孔32a内には、後述の弁軸41に取り付けられたワッシャ46とガイド用ボス部47とが挿通されるとともに、この保持部32の上端にはリング状のリテーナ321が嵌合固着または溶接等により固着されている。また、保持部32の上端外周部は縮径されており、この保持部32の上端外周部とガイド孔22aの上端部との間には、主弁ばね3aが配設されており、この主弁ばね3aにより主弁体3は主弁座13の方向(閉方向)に付勢されている。副弁座33はニードルガイド孔32aの下端部に位置しており、その中心には「小径弁ポート」としての副弁ポート33aが形成されている。この副弁ポート33aは、軸線Lを中心とする円形の形状である。また、保持部32の側面の少なくとも一箇所には、ニードルガイド孔32aと弁室1Rとを導通する導通孔32bが形成されており、後述のようにニードル弁4が副弁ポート33aを開状態としたとき、弁室1R、ニードルガイド孔32a、副弁ポート33a及び主弁ポート13aが導通する。
The
ニードル弁4は、後述のロータ軸51の下端部にこのロータ軸51と一体に形成されてロータ軸51側に連なる弁軸41と、弁軸41側に連なる第一円錐台部42と、第一円錐台部42に連なる第一ストレート部43と、第一ストレート部43に連なる第二円錐台部44と、第二円錐台部44に連なる第二ストレート部45と、を一体に形成して備えている。また、ニードル弁4は、弁軸41に配設された円環状のワッシャ46と、弁軸41に固着されたガイド用ボス部47と、を有している。ガイド用ボス部47は弁軸41と別体として固着されているが、ガイド用ボス部47は弁軸41と一体に形成されたものでもよい。なお、本発明における「円錐台部」及び「ストレート部」は、それぞれ第二円錐台部44及び第二ストレート部45に対応する。第一ストレート部43は、副弁ポート33aに整合してこの副弁ポート33a内に挿通可能な径であり、その側面は軸線L方向で同径となっている。また、第二円錐台部44の頂角(軸線L回りで180°離間する母線同士の成す角度)は第一円錐台部42の頂角よりも小さくなっている。また、第二ストレート部45の側面の径は副弁ポート33aの径より小さく、軸線L方向で同径となっている。そして、ワッシャ46とガイド用ボス部47は、ニードルガイド孔32a内に摺動可能に挿通されている。
The
弁ハウジング1の上端にはケース14が溶接等によって気密に固定され、このケース14の内外に駆動部5が構成されている。駆動部5は、「電動モータ」としてのステッピングモータ5Aと、ステッピングモータ5Aの回転によりニードル弁4を進退させるねじ送り機構5Bと、ステッピングモータ5Aの回転を規制するストッパ機構5Cと、を備えている。
A
ステッピングモータ5Aは、ロータ軸51と、ケース14の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ52と、ケース14の外周においてマグネットロータ52に対して対向配置されたステータコイル53と、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。ロータ軸51はブッシュを介してマグネットロータ52の中心に取り付けられ、このロータ軸51のガイド部材2側の外周には雄ねじ部51aが形成されている。この雄ねじ部51aはガイド部材2の雌ねじ部23aに螺合されており、これにより、ガイド部材2はロータ軸51を軸線L上に支持している。そして、ガイド部材2の雌ねじ部23aとロータ軸51の雄ねじ部51aはねじ送り機構5Bを構成している。
The stepping
以上の構成により、ステッピングモータ5Aの駆動により、マグネットロータ52及びロータ軸51が回転し、ロータ軸51の雄ねじ部51aとガイド部材2の雌ねじ部23aとのねじ送り機構5Bにより、ロータ軸51が軸線L方向に移動する。そして、ニードル弁4が軸線L方向に進退移動してニードル弁4が副弁ポート33aに対して近接又は離間する。これにより、副弁ポート33aの開度が制御される。また、ニードル弁4(ワッシャ46)が主弁体3(リテーナ321)に係合し、主弁体3はニードル弁4と共に移動して、主弁座13に対して着座及び離座する。これにより、第1継手管11から第2継手管12へ、あるいは第2継手管12から第1継手管11へ流れる冷媒の流量が制御される。マグネットロータ52には突起部52aが形成されており、マグネットロータ52の回転に伴って突起部52aが回転ストッパ機構5Cを作動させ、ロータ軸51(及びマグネットロータ52)の最下端位置及び最上端位置が規制される。図1及び図2はロータ軸51(及びマグネットロータ52)が最下端位置にある状態である。
With the above configuration, the
図6はステッピングモータ5Aにおける駆動パルスのパルス量(=弁開度)と流量の関係を示すグラフであり、図2乃至図6を参照して電動弁100の詳細な動作について説明する。
Figure 6 is a graph showing the relationship between the pulse amount (= valve opening) of the drive pulse in the stepping
以上の電動弁100は、以下のように動作する。まず、図2(及び図1)の状態では、主弁体3の主弁部31が主弁座13に着座し、主弁ポート13aが閉じられた弁閉状態である。一方、副弁ポート33aに最も近づいた位置にあるニードル弁4は、第一ストレート部43が副弁ポート33a内に挿通されているが、このニードル弁4は副弁座33に着座せず、第一ストレート部43の外周面と副弁ポート33aとの隙間を冷媒が僅かに流れる。すなわち、図6に示すように、駆動パルスが基準点(ゼロ点)であっても微小な流量が生じることとなる。
The motor-operated
次に、ステッピングモータ5Aの駆動によりマグネットロータ52を回転させてニードル弁4を上昇させることで、図3に示すように、ニードル弁4の第一ストレート部43が副弁ポート33aから抜け出し、ニードル弁4の第二円錐台部44と副弁ポート33aとの隙間によって流路が形成される。ここで、第二円錐台部44は徐々に直径が小さくなることから副弁ポート33aとの隙間が大きくなり、流路が拡大されることとなり、図6に示すように、流量が徐々に増加する。この際、主弁体3の主弁部31が主弁座13に着座したままであるため、ニードル弁4の第二円錐台部44が副弁ポート33aから抜け出すまでは、流量の増加は微小である。このようにニードル弁4を、副弁ポート33aに最も近づいた位置から第二円錐台部44が副弁ポート33aから抜け出す位置までの間で移動させて、副弁ポート33aの開度を変更する制御域が小流量制御域である。この小流量制御域におけるステッピングモータ5Aの駆動パルスのパルス量(=弁リフト量)に対する流量の変化は大流量制御域に比べて小さくなる。
Next, the stepping
次に、図4に示すように、ニードル弁4を主弁体31に係合する位置まで上昇させてワッシャ46を主弁体3に係合させると、主弁体3はニードル弁4と共に上昇する。そして、さらに上昇させると、図5に示すように、弁軸41(及びワッシャ46)によって主弁体3が引き上げられ、主弁部31が主弁座13から離間して弁開する。このように主弁体3を着座位置(閉位置)から弁開位置(開位置)に向かって上昇させる制御域が大流量制御域であって、この大流量制御域におけるステッピングモータ5Aの駆動パルスのパルス量(=弁リフト量)に対する流量の変化は大きなものとなる。そして、図5に示す弁開位置まで主弁体3を上昇させた全開状態において、流量は最大となる。なお、全開状態における流量としては、一次継手管11及び二次継手管12の開口面積に対し、主弁部31と主弁座13の隙間の開口面積が同等以上となり、主弁部31や主弁ポート13aによって流量が絞られない状態、すなわち電動弁100が単なる流路として機能するような開度に設定されている。
Next, as shown in FIG. 4, when the
ここで、図3に示す位置から図4に示す位置に到るまでに、ニードル弁4の第二円錐台部44と第二ストレート部45との境界部分(円錐台部の最小径部)が、副弁ポート33aから抜け出す瞬間がある。この瞬間から図4に示す位置までは、副弁ポート33a内には第二ストレート部45だけが位置し、この副弁ポート33aと第二ストレート部45との隙間の開口面積は一定である。このため、図6に示すように、小流量制御域の終端から大流量制御域に到るまでの間に、一定流量を保つ定流量域が生じている。したがって、本電動弁100によれば、小流量制御域における最大流量のバラツキを抑制することができ、この副弁ポート33aにおいて最大流量での流量を十分絞ることができる。また、実際に微小流量の制御に使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲を広範囲とすることができ、微小流量制御可能範囲の制御性を向上させることができる。
Here, from the position shown in FIG. 3 to the position shown in FIG. 4, there is a moment when the boundary portion (the minimum diameter portion of the cone) between the second
図7は第2実施形態の電動弁の縦断面図、図8は第2実施形態におけるマグネットロータの最下端位置に対応するニードル弁を示す要部拡大断面図、図9は第2実施形態におけるニードル弁の第二円錐台部と弁ポートとの隙間を冷媒が流れる状態を示す要部拡大断面図、図10は第2実施形態におけるニードル弁の第二ストレート部が弁ポート内に位置する状態を示す要部拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図7の図面における上下に対応する。 Figure 7 is a vertical cross-sectional view of the motor-operated valve of the second embodiment, Figure 8 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a needle valve corresponding to the lowest end position of the magnet rotor in the second embodiment, Figure 9 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing the state in which refrigerant flows through the gap between the second truncated cone part of the needle valve and the valve port in the second embodiment, and Figure 10 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing the state in which the second straight part of the needle valve in the second embodiment is positioned within the valve port. Note that the concepts of "upper and lower" in the following explanation correspond to the upper and lower in the drawing of Figure 7.
この電動弁200は、弁ハウジング10と、ガイド部材20と、弁ホルダ部30と、ニードル弁40と、駆動部50と、を備えている。
This motor-operated
弁ハウジング10は例えば、黄銅、ステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室10Rを有している。弁ハウジング10の外周片側には弁室10Rに導通される第1継手管110が接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第2継手管120が接続されている。また、第2継手管120の弁室10R側には弁座部材130が嵌合されている。弁座部材130の内側は「小径弁ポート」としての弁ポート130aとなっており、第2継手管120は弁ポート130aを介して弁室10Rに導通される。弁ポート130aは軸線Lを中心とする円柱形状の透孔である。なお、第1継手管110及び第2継手管120は、弁ハウジング10に対してろう付け等により固着されている。
The
弁ハウジング10の上端の開口部には、ガイド部材20が取り付けられている。ガイド部材20は、弁ハウジング10の内周面内に圧入される圧入部210と、圧入部210の内側に位置する略円柱状のガイド部220と、ガイド部220の上部に延設されたホルダ部230と、ガイド部220の外周に位置するリング状のフランジ部240とを有している。圧入部210、ガイド部220,ホルダ部230は樹脂製の一体品として構成されている。また、フランジ部240は、例えば、黄銅、ステンレス等の金属板であり、このフランジ部240は、インサート成形により樹脂製の圧入部210及びホルダ部220と共に一体に設けられている。
A
そして、ガイド部材20は、弁ハウジング10に組み付けられ、フランジ部240を介して弁ハウジング10の上端部に溶接により固定されている。また、ガイド部材20において、ガイド部220には軸線Lと同軸の円筒形状のガイド孔220aが形成されるとともに、ホルダ部230の中心には、ガイド孔220aと同軸の雌ねじ部230aとそのねじ孔が形成されている。そして、ガイド部材20及び弁室10R内には、弁ホルダ部30とニードル弁40とが設けられている。
The
弁ホルダ部30は、円環状のスラストワッシャ310と、円筒状のガイド管320と、バネ受け330と、コイルバネ340とを備えている。ガイド管320は、上端部を内側に曲げることで円環状の天井部320aを有している。一方、後述のロータ軸510は、雄ねじ部510aより下端側の端部にボス部511を有するとともに、このボス部511にはフランジ部512が一体に形成されている。そして、ボス部511が天井部320a内に嵌め込まれてスラストワッシャ310が取り付けられている。また、ガイド管320内には、バネ受け330が軸線L方向に移動可能に設けられ、このバネ受け330とコイルバネ340が収容された状態で、このガイド管320の下端部にニードル弁40が固着されている。
The
ニードル弁40は、ガイド管320に固着されるボス部410と、このボス部410の下部に形成された第一円錐台部420と、第一円錐台部420に連なる第一ストレート部430と、第一ストレート部430に連なる第二円錐台部440と、第二円錐台部440に連なる第二ストレート部450と、を一体に形成して備えている。なお、本発明における「円錐台部」及び「ストレート部」は、それぞれ第二円錐台部440及び第二ストレート部450に対応する。第一ストレート部430は、弁ポート130aに整合してこの弁ポート130a内に挿通可能な径であり、その側面は軸線L方向で同径となっている。また、第二円錐台部440の頂角(軸線L回りで180°離間する母線同士の成す角度)は第一円錐台部420の頂角よりも小さくなっている。また、第二ストレート部450の側面の径は弁ポート130aの径より小さく、軸線L方向で同径となっている。
The
弁ハウジング10の上端にはケース140が溶接等によって気密に固定され、このケース140の内外に駆動部50が構成されている。駆動部50は、「電動モータ」としてのステッピングモータ50Aと、ステッピングモータ50Aの回転によりニードル弁40を進退させるねじ送り機構50Bと、ステッピングモータ50Aの回転を規制するストッパ機構50Cと、を備えている。
A
ステッピングモータ50Aは、ロータ軸510と、ケース140の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ520と、ケース140の外周においてマグネットロータ520に対して対向配置されたステータコイル530と、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。ロータ軸510はブッシュを介してマグネットロータ520の中心に取り付けられ、このロータ軸510のガイド部材20側の外周には雄ねじ部510aが形成されている。この雄ねじ部510aはガイド部材20の雌ねじ部230aに螺合されており、これにより、ガイド部材20はロータ軸510を軸線L上に支持している。そして、ガイド部材20の雌ねじ部230aとロータ軸510の雄ねじ部510aはねじ送り機構50Bを構成している。
The stepping
以上の構成により、ステッピングモータ50Aの駆動により、マグネットロータ520及びロータ軸510が回転し、ロータ軸510の雄ねじ部510aとガイド部材20の雌ねじ部230aとのねじ送り機構50Bにより、ロータ軸510が軸線L方向に移動する。そして、ニードル弁40が軸線L方向に進退移動してニードル弁40が弁ポート130aに対して近接又は離間する。これにより、弁ポート130aの開度が制御され、第1継手管110から第2継手管120へ、あるいは第2継手管120から第1継手管110へ流れる冷媒の流量が制御される。マグネットロータ520には突起部520aが形成されており、マグネットロータ520の回転に伴って突起部520aが回転ストッパ機構50Cを作動させ、ロータ軸510(及びマグネットロータ520)の最下端位置及び最上端位置が規制される。図7及び図8はロータ軸510(及びマグネットロータ520)が最下端位置にある状態である。
With the above configuration, the
以上の電動弁200は、以下のように動作する。まず、図7及び図8の状態では、弁ポート130aに最も近づいた位置にあるニードル弁40は、第一ストレート部430が弁ポート130a内に挿通されており、第一ストレート部430の外周面と弁ポート130aとの隙間を冷媒が僅かに流れる。
The motor-operated
次に、ステッピングモータ50Aの駆動によりマグネットロータ520を回転させてニードル弁40を上昇させることで、図9に示すように、ニードル弁40の第一ストレート部430が弁ポート130aから抜け出し、ニードル弁40の第二円錐台部440と弁ポート130aとの隙間によって流路が形成される。ここで、第二円錐台部440は徐々に直径が小さくなることから弁ポート130aとの隙間が大きくなり、流路が拡大されることとなり、図6と同様に流量が徐々に増加するが、この状態では、流量の増加は微小である。このようにニードル弁40の第二円錐台部440と弁ポート130aとの隙間に応じて開度を変更する制御域が小流量制御域であって、この小流量制御域におけるステッピングモータ50Aの駆動パルスのパルス量(=弁リフト量)に対する流量の変化は大流量制御域に比べて小さくなる。
Next, the stepping
ここで、図9に示す位置から図10に示す位置に到るまでに、ニードル弁40の第二円錐台部440と第二ストレート部450との境界部分(円錐台部の最小径部)が、弁ポート130aから抜け出す瞬間がある。この瞬間からは弁ポート130a内には第二ストレート部450だけが位置し、この弁ポート130aと第二ストレート部450との隙間の開口面積は一定である。なお、第二ストレート部450が弁ポート130aから抜け出すと全開状態に向かって流量が急激に増加する大流量制御域となる。これにより、小流量制御域の終端から大流量制御域に到るまでの間に、一定流量を保つ定流量域が生じる。したがって、本電動弁200によれば、小流量制御域における最大流量のバラツキを抑制することができ、この弁ポート130aにおいて最大流量での流量を十分絞ることができる。また、実際に微小流量の制御に使用する駆動パルスの範囲である微小流量制御可能範囲を広範囲とすることができ、微小流量制御可能範囲の制御性を向上させることができる。
Here, from the position shown in FIG. 9 to the position shown in FIG. 10, there is a moment when the boundary portion (the minimum diameter portion of the cone) between the second
次に、図11に基づいて本発明の冷凍サイクルシステムについて説明する。この冷凍サイクルシステムは、例えば、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる。前記第1実施形態の電動弁100は、「除湿制御弁」として第1室内熱交換器91(除湿時冷却器として作動)と第2室内熱交換器92(除湿時加熱器として作動)との間に設けられている。また、前記第2実施形態の電動弁200は「電子膨張弁」として第2室内熱交換器92と室外熱交換器93との間に設けられている。そして、電動弁100、電動弁200、室外熱交換器93、圧縮機94、四方弁95は、ヒ-トポンプ式冷凍サイクルを構成している。第1室内熱交換器91と第2室内熱交換器92及び電動弁100は室内に設置され、室外熱交換器93、圧縮機94、四方弁95および電動弁200は室外に設置されていて冷暖房装置を構成している。
Next, the refrigeration cycle system of the present invention will be described with reference to FIG. 11. This refrigeration cycle system is used, for example, in an air conditioner such as a home air conditioner. The motor-operated
除湿弁としての第1実施形態の電動弁100は、除湿時以外の冷房時または暖房時には主弁体が全開状態とされて、第1室内熱交換器91と第2室内熱交換器92は一つの室内熱交換器とされる。そして、この一体の室内熱交換器と室外熱交換器93は、「蒸発器」及び「凝縮器」として択一的に機能する。すなわち、電子膨張弁としての電動弁200は、蒸発器と凝縮器の間に設けられている。
In the first embodiment of the motor-operated
以上の実施形態では、ガイド部材2,20に雌ねじ部23a,230aが形成され、ロータ軸51,510に雄ねじ部51a,510aが形成されてねじ送り機構を構成しているが、このねじの組み合わせに限るものではなく、逆に、ガイド部材に雄ねじ部が形成され、ロータ軸に雌ねじ部が形成され、上記とは雌ねじと雄ねじとが逆配置の電動弁としてもよい。
In the above embodiment, the
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述し、その他の実施形態についても詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。 The above describes the embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings, and other embodiments have also been described in detail, but the specific configuration is not limited to these embodiments, and the present invention also includes design changes that do not deviate from the gist of the present invention.
1 弁ハウジング
1R 弁室
11 第1継手管
12 第2継手管
13 主弁座
13a 主弁ポート
L 軸線
2 ガイド部材
21 圧入部
22 ガイド部
22a ガイド孔
23 ホルダ部
23a 雌ねじ部
24 フランジ部
3 主弁体
3a 主弁ばね
31 主弁部
32 保持部
33 副弁座
33a 副弁ポート(小径弁ポート)
4 ニードル弁
41 弁軸
42 第一円錐台部
43 第一ストレート部
44 第二円錐台部(円錐台部)
45 第二ストレート部(ストレート部)
46 ワッシャ
47 ガイド用ボス部
5 駆動部
5A ステッピングモータ(電動モータ)
51 ロータ軸
51a 雄ねじ部
52 マグネットロータ
52a 突起部
53 ステータコイル
5B ねじ送り機構
5C ストッパ機構
10 弁ハウジング
10R 弁室
110 第1継手管
120 第2継手管
130 弁座部材
130a 弁ポート(小径ポート)
20 ガイド部材
210 圧入部
220 ガイド部
220a ガイド孔
230 ホルダ部
230a 雌ねじ部
240 フランジ部
30 弁ホルダ部
40 ニードル弁
410 ボス部
420 第一円錐台部
430 第一ストレート部
440 第二円錐台部(円錐台部)
450 第二ストレート部(ストレート部)
50 駆動部
50A ステッピングモータ(電動モータ)
510 ロータ軸
510a 雄ねじ部
520 マグネットロータ
530 ステータコイル
511 ボス部
512 フランジ部
50B ねじ送り機構
50C ストッパ機構
91 第1室内熱交換器
92 第2室内熱交換器
93 室外熱交換器
94 圧縮機
95 四方弁
100 電動弁
200 電動弁
4
45 Second straight section (straight section)
46
51
20
450 Second straight section (straight section)
50
510
Claims (6)
弁室の主弁ポートの開度を変更する主弁体を備えるとともに当該主弁体に前記小径弁ポートが形成され、前記ニードル弁が前記小径弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートの開度を変更する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有し、
前記ニードル弁は、前記主弁体に係合するとともに、前記主弁体と前記軸線方向に離接可能なニードル弁側当接面を有し、
前記主弁体は、前記ニードル弁に係合する主弁体側当接面を有し、
前記ニードル弁側当接面と前記主弁体側当接面が係合した係合状態で前記ニードル弁と一体的に移動して前記主弁ポートの開度を変更するよう構成されており、
前記ニードル弁が、前記小径弁ポート側の先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐台部と、前記円錐台部において径が最も大きくなる基端側に連結して設けられ、前記ニードル弁が前記小径弁ポート側に最も移動した際に、前記小径弁ポート内に位置する一定径のストレート部と、を備えており、
前記ニードル弁は、前記小径弁ポート側に最も移動した際でも当該小径弁ポートに着座せず、前記ストレート部と前記小径弁ポートの間に流路が形成され、
前記小径弁ポートが、前記軸線を中心軸とする円筒状に形成され、
前記係合状態の時、前記ニードル弁の先端部の前記主弁ポート側の端面は、前記主弁体における前記小径弁ポートの上端面に対して、前記ねじ送り機構から離れた位置に配置されるとともに、
前記ニードル弁が前記小径弁ポート側に最も移動した際、前記円錐台部の前記ロータ側の端部は、前記主弁体における前記小径弁ポートの上端面に対して、前記ねじ送り機構から離れた位置に配置され、
前記小径弁ポートの主弁ポート側の端部にはテーパ空間が形成され、
前記テーパ空間の内径は主弁ポートに近づくにしたがって拡大することを特徴とする電動弁。 A motor-operated valve in which a needle valve is disposed on the axis of a small-diameter valve port, and a rotational motion of a rotor of an electric motor is converted into a linear motion by a screw feed mechanism to move the needle valve back and forth in the axial direction, thereby controlling a flow rate of a refrigerant by an opening area of a gap between an opening of the small-diameter valve port and the needle valve,
a main valve body for changing the opening degree of a main valve port of a valve chest, the small diameter valve port being formed in the main valve body, the needle valve having a small flow rate control region for changing the opening degree of the small diameter valve port, and a large flow rate control region for changing the opening degree of the main valve port by the main valve body,
the needle valve has a needle valve side abutment surface that is engaged with the main valve body and is movable in contact with and away from the main valve body in the axial direction,
The main valve body has a main valve body side abutment surface that engages with the needle valve,
the needle valve abutment surface and the main valve body abutment surface are engaged with each other and move together with the needle valve to change the opening degree of the main valve port,
the needle valve comprises a truncated cone portion having a diameter gradually decreasing toward a tip end on the small-diameter valve port side, and a straight portion of a constant diameter connected to a base end side of the truncated cone portion where the diameter is largest, the straight portion being located within the small-diameter valve port when the needle valve moves to the furthest position toward the small-diameter valve port,
the needle valve does not seat on the small-diameter valve port even when it moves to the small-diameter valve port side to the maximum extent, and a flow passage is formed between the straight portion and the small-diameter valve port,
The small diameter valve port is formed in a cylindrical shape with the axis line as a central axis,
In the engaged state, an end face of the tip portion of the needle valve on the side of the main valve port is disposed at a position away from the screw feed mechanism with respect to an upper end face of the small diameter valve port of the main valve body,
when the needle valve moves most toward the small-diameter valve port, an end portion of the truncated cone portion on the rotor side is disposed at a position farther from the screw feed mechanism than an upper end surface of the small-diameter valve port of the main valve body,
A tapered space is formed at an end of the small-diameter valve port on the main valve port side,
An electrically operated valve, wherein an inner diameter of the tapered space increases as it approaches the main valve port.
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