CN102434700B - 电动阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够不使齿数变大而提高减速比、实现小型化的行星齿轮机构。在行星齿轮机构(1)中，因为作为输入齿轮的太阳齿轮(91)与输出内齿轮(45)相比负荷小，所以在行星齿轮(93)上连接模数小的齿轮(第二行星齿轮(95))，并使太阳齿轮(91)与第二行星齿轮(95)啮合。太阳齿轮(91)的模数与第二行星齿轮(95)的相同。向第二行星齿轮(95)传递被减速后的太阳齿轮(91)的旋转，进行减速后的旋转的第二行星齿轮(95)根据环形齿轮(44)与输出内齿轮(45)的微小齿数差进一步减速并输出。

Description

电动阀

技术领域

本发明涉及一种具有太阳齿轮、行星齿轮、固定内齿轮及转动内齿轮的行星齿轮机构、以及使用它进行空调机的制冷剂流量控制用等的电动阀。

背景技术

以往，通过电动机进行阀的开闭的所谓电动阀是一种构成为将转子的旋转直接传递给螺旋机构进行阀的开闭的电动阀，不过，还提出了一种构成为使转子的旋转通过减速机构减速后传递给螺旋机构的电动阀，在这种形式的电动阀中，因为转子的每单位旋转的转矩变大，所以在负荷较大的情况下也能够使用，而且能够提高每驱动脉冲的阀开度的分解度。

本申请人提出一种如下的使电动机的旋转通过减速机构减速后传递的形式的电动阀：通过行星齿轮式减速机构变换成阀的开闭动作，将行星齿轮式减速机构所用的齿轮的模数、减速比、从行星齿轮式减速机构获取输出旋转的输出内齿轮的齿根圆直径的关系设定在一定范围，由此，使作为构成行星齿轮式减速机构的要素的各齿轮的尺寸范围处于良好的平衡，在作为决定电动阀的外径的要素的电机的转子内容纳具有高减速比的行星齿轮式减速机构，在被减速的输出中得到较大的转矩，实现小型化（专利文献1、2）。

专利文献1或专利文献2所述的电动阀，其具有：内部形成有阀室的阀本体；形成于阀室的壁面的一部分的阀座；配置为可以开闭形成于阀座的开口的阀芯；使阀芯与开口接触、分离的阀杆；安装于阀本体、在与阀本体之间划分形成空间的圆筒状的壳体；安装于该壳体的外周部的电动机的励磁装置（定子）；可自由旋转地支撑在壳体的内部、由励磁装置驱动旋转的永磁型的转子组装体；将从3K型奇异行星齿轮式的减速机构输出的输出旋转传递给阀杆而转换成阀芯相对于阀座的接触、分离动作的螺旋机构部，该电动阀构成为使转子组装体和行星齿轮式减速机构配置在由阀本体和壳体划分形成的空间内。

在图4～图6中表示应用了上述现有的行星齿轮式减速机构的电动阀的一例。图4是表示现有的电动阀的一例的整体纵截面图，图5是将图4表示的电动阀所使用的行星齿轮式减速机构局部剖切表示的立体图，图6是图5表示的行星齿轮式减速机构的分解图。整体用符号100表示的电动阀包括：通过励磁功能发挥作用，具有由定子2和转子组装体8构成的电机的驱动部1a；输入由该驱动部1a产生的旋转驱动力，进行齿轮减速并输出减速后的旋转的齿轮减速机部1b；使从该齿轮减速机部1b输出的减速旋转通过螺旋作用变换成螺旋轴方向的位移而输出的进给螺旋机构部1c。

符号30为有顶圆筒状的壳体，该壳体通过承载部件68固定安装在阀本体10，作为气密容器，驱动部1a具有：配设在壳体30的外周部、且通过卷绕于线圈骨架的线圈140与树脂铸型成一体而构成的电动机励磁装置，即定子2；在壳体30的内部被支撑为可自由旋转、且由定子2驱动旋转的永磁型转子组装体8。定子2与转子组装体8构成作为电动机一例的步进电机。

定子2通过由板簧形成的安装用金属部件180嵌装为可以相对于壳体30自由装卸。在该例子中，定子2通过使形成于壳体30的突起102弹性嵌合到形成于安装用金属部件180的孔穴182来定位。为了定子2的励磁，通过端子141及导线142从外部电源对线圈140供电。关于阀本体10，其内部形成阀室14，且其底部15形成有向阀本体10的底面开口的孔口16。阀本体10上固定安装有与阀室14的侧面连通的配管22、以及与孔口16的下端连通的配管20。

齿轮减速机部1b由对转子组装体8的旋转进行减速的行星齿轮式减速机构（以下，简称“减速机构”）40构成。减速机构40具有：与转子组装体8一体的太阳齿轮41；由例如塑料经过成形加工而形成的支架42支撑为可自由旋转、且与太阳齿轮41啮合的多个纵向长的行星齿轮43；与太阳齿轮同心配置，相对于阀本体10固定支撑且与各行星齿轮43的一部分（上侧部分）啮合的环形齿轮44；形成为有底圆筒状、在内周形成有齿数与环形齿轮44的齿数稍许不同的内齿（即，与环形齿轮44呈错位关系）的输出内齿轮45。各行星齿轮43与环形齿轮44啮合，且一部分（下侧部分）与输出内齿轮45啮合。通过减速机构40减速后的转子组装体8的旋转通过输出齿轮45传递到进给螺旋机构1c的输出轴（驱动轴）46。转子组装体8用含有磁性材料的塑料材料使作为周壁的筒体202与配设于中央的太阳齿轮部件204一体成形为有顶筒状，其通过纵向贯通太阳齿轮部件204的轴201可自由旋转地配设在壳体30内部。太阳齿轮41形成于在太阳齿轮部件204的中心延伸的轮毂的外周。环形齿轮44为成形加工例如塑料而制作的环状的齿轮，其固定安装在齿轮箱220的上部，该齿轮箱220为下部嵌合于阀本体10的上部的圆筒状的部件。

根据这种构成，当输入了电动机的输出旋转的太阳齿轮41自转旋转时，与太阳齿轮41及环形齿轮44啮合的行星齿轮43一边自转一边绕太阳齿轮41公转旋转。因为行星齿轮43与输出内齿轮45啮合，且内齿轮45和环形齿轮44的关系为错位关系，因此，通过行星齿轮43的这种旋转，使得输出内齿轮45根据错位的程度（齿数差）相对于环形齿轮44以例如50比1左右的相对很高的减速比进行旋转。行星齿轮43与具有错位关系的环形齿轮44和输出内齿轮45啮合的行星齿轮机构被称为奇异行星齿轮机构。

进给螺旋机构1c具有筒状轴承50、螺旋轴52及球体65。关于筒状轴承50，其下端部嵌入到阀本体10内，相对于阀本体10的台阶部64，在经由弹簧承接主体74的上侧凸缘部75被支撑的状态下利用冲压加工等方式安装成不能从阀本体10脱离。筒状轴承50用其上端面从下侧支撑减速机构40的输出内齿轮45，在筒状轴承50的中空上部插入有减速机构40的输出轴46。形成于筒状轴承50的中空下部的阴螺纹部51上螺合有形成于螺旋轴52的外周的阳螺纹部53。此外，设置于螺旋轴52的作为平驱动部的凸部54插入到形成于减速机构40的输出轴46的下端部的狭缝状的凹部55，将输出轴46的旋转传递到螺旋轴52。螺旋轴52的下端形成有凹部，球体65以嵌入该凹部的状态固定安装在螺旋轴52。螺旋轴52的旋转通过与筒状轴承50间的螺旋作用变换成轴向的移动，通过球体65及球体承载部件66向阀轴60侧传递。此外，还可以构成为：在螺旋轴52设置凹部，将插入到凹部的凸部设置在输出轴46。

在进给螺旋机构1c中，为了消除在使螺旋轴52向开阀方向移动时阴螺纹部51与阳螺纹部53间的间隙，在阀本体10上设有使阀轴60向开阀方向施力的螺旋弹簧70。为了支撑螺旋弹簧70，在阀室12配设有金属制的有底筒状的弹簧承载件73（弹簧包覆部件）。该弹簧承载件73具有：包覆阀轴60的除了下端部的外周面的筒状的周壁74；在其上端形成为向外侧弯曲的形式的上侧凸缘部（向外凸出的凸缘部）75；在周壁74的下端形成为向内侧弯曲且残留有可以使阀轴60贯通的孔洞77的下侧凸缘部（向内凸出的凸缘部）76；从下侧法兰部76向更顶端侧延伸、引导阀轴60的导向部78。螺旋弹簧70的上端部抵接在阀轴60的大径部67、其下端部抵接在弹簧承载件73的下侧凸缘部76，由此被支撑为呈压缩状态。周壁74的上侧凸缘部75夹在阀本体10的形成于阀孔63的下端的台阶部64、与安装在阀孔63的筒状轴承50的下端部之间而固定。

利用在弹簧承载件73中保持为压缩状态的螺旋弹簧70的弹簧力，阀轴60始终被向开阀方向（螺旋机构部1c的方向）施力，当利用来自进给螺旋机构1c的力向闭阀方向按压阀轴60时，克服螺旋弹簧70的弹簧力而使阀轴60下降，使形成于阀轴60的顶端的阀芯61着落到阀座62而关闭孔口16。螺旋轴52能够相对于转子组装体8的旋转以微小的转速旋转，响应该旋转的螺旋轴52的轴向位移能够以微小位移进行控制，所以阀轴60的与阀座62对应的位置可以通过齿轮减速部1b以较高的分解度定位，对于阀芯61与孔口16间的流路面积能够进行高精度控制，能够高精度地调节通过的制冷剂流量。即，达到分解度较高的阀开度控制。当使进给螺旋机构1c向开阀方向动作时，通过螺旋弹簧70的弹簧力，阀轴60随螺旋轴52的上升而移动。

图4所示的电动阀构成为：通过弹簧承载件73的导向部78内侧（孔洞77）与阀轴60间的微小间隙、以及适当地设置在阀本体10及筒状轴承50等的间隙，向壳体30内导入制冷剂。弹簧承载件73的导向部78与阀轴60间的微小间隙具有防止制冷剂可能含有的杂质侵入到壳体30内的作用。

这里，若使齿轮的模数为例如0.2～0.4，使行星齿轮式减速机构的环形齿轮的齿根圆直径为例如直径15mm以下，则由行星齿轮式减速机构产生的减速比也会达到30～100。关于模数以及环形齿轮的直径，通过对它们的数值范围进行选择，能够得到制造不太难，轴向的长度及直径都充分小型化、且具有较大减速比的电动阀。

但是，这些专利文献所公开的电动阀如同一专利文献所述，奇异行星齿轮减速装置的减速比由各齿轮的齿数来自然决定。此外，上述齿轮在该构成的基础上，还必须使模数相同。然而，行星齿轮结构的减速比计算与行星齿轮的齿数的定义无关，内齿轮（也包括内齿轮相互间的齿数差）与太阳齿轮的齿数差因减速比而产生。因此，太阳齿轮齿数＜内齿轮齿数的比率变大，则减速比变大。这样，在需要全部齿啮合的行星齿轮机构中，各齿轮的模数必须相同，行星齿轮的齿数也自然由太阳齿轮及内齿轮的齿数（节圆直径）来决定（若发生转移则会有若干变化）。不过，设计上有多种条件（行星齿轮的个数等），可以只设计与其相符的产品。

专利文献1：日本特开2007-321978号公报

专利文献2；日本特开2008-267464号公报

在如上所述的行星齿轮机构中，当固定齿轮与输出齿轮的外形尺寸确定时，减速比则为规定范围内的数值，不会得到比其更大的减速比。对于得到较大的减速比，齿轮机构会变得大型化。此外，若为了防止齿轮机构的大型化而减小模数，则齿轮的耐久性就会变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对太阳齿轮与行星齿轮的关系在构造上下功夫，进一步提高减速比的行星齿轮机构、及应用了该行星齿轮机构的电动阀。

为了达到上述目的，本发明的电动阀具有：由转子及定子构成的电机；相对于设置在阀本体的阀座进行前进、后退运动的阀芯；以及行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有：太阳齿轮；与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮；与所述行星齿轮啮合的固定内齿轮；与所述行星齿轮啮合的转动内齿轮，所述行星齿轮由与所述固定内齿轮及所述转动内齿轮啮合的第一行星齿轮、以及与所述第一行星齿轮一体设置的、具有比该第一行星齿轮小的模数的第二行星齿轮构成，所述太阳齿轮与所述第二行星齿轮啮合，所述转子的旋转传递给所述太阳齿轮，所述转动内齿轮与所述阀芯连接。

根据本电动阀的特征，因为用与固定内齿轮及转动内齿轮啮合的第一行星齿轮、以及与太阳齿轮啮合的第二行星齿轮构成行星齿轮，所以无需将第二行星齿轮的模数设定为与第一行星齿轮的模数相同，可以使其比该第一行星齿轮的模数小。而且，其结果是，增加了太阳齿轮及与其啮合的第二行星齿轮的齿数的选定自由度，与已有的奇异齿轮机构相比较，可以使其减速率更大。

此外，在以大转矩驱动驱动对象的情况下，也只要减小作为该行星齿轮机构的驱动力输入侧的齿轮的（太阳齿轮及）第二行星齿轮的模数，所以不会使该行星齿轮机构的强度及耐久性下降。

此外，根据本发明的电动阀，转子的旋转传递给太阳齿轮，太阳齿轮的旋转传递给具有较小的模数的第二行星齿轮而输入到行星齿轮机构。通过第二行星齿轮的旋转，与第二行星齿轮一体设置的第一行星齿轮进行旋转。因为第一行星齿轮与固定内齿轮及转动内齿轮啮合，所以能够根据两内齿轮的齿数差以较大的减速比输出。因为转动内齿轮与阀芯连接，所以阀芯被以较大的减速比驱动，从而能够得到用于阀芯驱动的较大的输出转矩。

本发明如上所述，因为构成为使行星齿轮具有与固定内齿轮及转动内齿轮啮合的第一行星齿轮、以及与该第一行星齿轮一体形成、比第一行星齿轮的模数小且与太阳齿轮啮合的第二行星齿轮，所以，通过使行星齿轮机构构成为：由太阳齿轮及与其啮合的第二行星齿轮构成的第一段行星机构、以及由固定内齿轮及与所述转动内齿轮啮合的第一行星齿轮构成的第二段行星机构配设成直线排列的两段，能够进一步提高电动阀的减速比。

附图说明

图1是表示本发明的电动阀的一实施例的整体纵截面图。

图2是将图1表示的电动阀所用的行星齿轮机构局部剖切表示的立体图。

图3是图2表示的行星齿轮机构的分解图。

图4是表示现有的电动阀的一例的整体纵截面图。

图5是将图4表示的电动阀所用的行星齿轮机构局部剖切表示的立体图。

图6是图5表示的行星齿轮机构的分解图。

附图符号说明；

1…电动阀；1a…驱动部；1b…齿轮减速机部；1c…进给螺旋机构；2…定子；8…转子组装体；10…阀本体；14…阀室；16…孔口；20、22…配管；30…壳体；40…行星齿轮式减速机构；41…太阳齿轮；42…支架；43…行星齿轮；44…环形齿轮（固定内齿轮）；45…输出内齿轮（转动内齿轮）；46…输出轴；50…筒状轴承；51…阴螺纹部；52…螺纹轴；53…阳螺纹部；54…凸部；55…凹部；60…阀轴；61…阀芯；62…阀座；63…阀孔；64…台阶部；65…球体；66…球体承载部件；67…台阶部；68…承载部件；70…螺旋弹簧；73…弹簧承载件（弹簧包覆部件）；74…弹簧承接主体；75…上侧凸缘部；76…下侧凸缘部；77…孔洞；78…导向部；80…螺旋弹簧；81…上端部；82…下端部；83…凹槽；90…行星齿轮机构；91…太阳齿轮；93…行星齿轮；94…第一行星齿轮；95…第二行星齿轮；96…辅助太阳齿轮；102…突起；140…线圈；141…插头；142…导线；180…安装用金属部件；182…孔穴；201…轴（旋转轴）；202…筒体；220....齿轮箱。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的行星齿轮机构的一实施例进行说明。在图1～图3所示的本发明的行星齿轮机构90及电动阀1的实施例中，对于与图4～图6所示的构成现有的行星齿轮机构40及电动阀100的部件、部位相同或等同的部件、部位标注相同的符号，并省略再次说明。

图1～图3所示的一实施例中，固定安装或一体地设置于太阳齿轮部件204的太阳齿轮91与图4～图6所示的现有的行星齿轮机构的太阳齿轮41相比，齿数不变，但是其为节圆直径较小的齿轮。即，本实施例的太阳齿轮91与现有的例子的太阳齿轮41相比，模数（m=节圆直径/齿数）变小。

围绕太阳齿轮91配置有多个行星齿轮93（在本实施例中为3个行星齿轮）。各行星齿轮93由与作为固定内齿轮的环形齿轮44及作为转动内齿轮的输出内齿轮45啮合的第一行星齿轮94、以及与太阳齿轮91啮合的第二行星齿轮95构成，第一行星齿轮94和第二行星齿轮95一体构成。第二行星齿轮95配置在环形齿轮44与太阳齿轮部件204之间的空间（图1）。

第一行星齿轮94的模数与现有的行星齿轮43的相同，具有相同的节圆直径和齿数。但是，关于第二行星齿轮95，因为太阳齿轮91的旋转中心与行星齿轮93的旋转中心间的距离与现有的行星齿轮机构的情况下的中心间距离不变，所以太阳齿轮91的节圆直径减小导致了第二行星齿轮95的节圆直径变得较大，齿数与现有的相比也变大。太阳齿轮91与第二行星齿轮95形成为具有相同的模数。因此，在太阳齿轮91与第二行星齿轮95间得到的减速比与在现有的行星齿轮机构的情况下的太阳齿轮41与行星齿轮43间得到的减速比相比更大。

换而言之，该实施例中，将图4～图6所示的现有的3K型奇异行星齿轮机构中的太阳齿轮向与其旋转轴平行的方向拉出，并用与环形齿轮44及输出内齿轮45啮合的第一行星齿轮94、以及与该第一行星齿轮94一体且与所述太阳齿轮啮合的第二行星齿轮95构成行星齿轮93。因此，第一行星齿轮94与环形齿轮44及输出内齿轮45的模数相同，此外，太阳齿轮91及第二行星齿轮95的模数也相同，但是，因为太阳齿轮91与第二行星齿轮95不会与第一行星齿轮94、环形齿轮44及输出内齿轮45啮合，所以，该太阳齿轮91与第二行星齿轮95的模数不必与该第一行星齿轮94、环形齿轮44及输出内齿轮45的模数相同，可以比其小。

这样，太阳齿轮91的旋转，与现有的行星齿轮机构的情况相比进一步减速，然后传递给第二行星齿轮95，与第二行星齿轮95形成为一体的第一行星齿轮94也以该减速后的速度进行行星旋转。因为以减速后的速度进行旋转的第一行星齿轮94与设定为微小齿数差的环形齿轮44及输出内齿轮45啮合，所以，输出内齿轮45可以得到减速比增大得与第一段的行星机构的减速量相当的减速。

在图1～图3所示的一实施例中，在太阳齿轮91的下方设有辅助太阳齿轮96，该辅助太阳齿轮96通过被太阳齿轮91的中心轴插通、被支撑为可自由旋转，而可以相对于太阳齿轮91自由旋转并与各第一行星齿轮94啮合。该辅助太阳齿轮96的模数与第一行星齿轮94的相同。因为该辅助太阳齿轮96可以相对于太阳齿轮91自由旋转，所以不会与太阳齿轮91的旋转干涉。该辅助太阳齿轮96并非用于该行星齿轮机构的减速，其作用在于通过配置在多个第一行星齿轮94的中心部，而对于多个行星齿轮93（第一行星齿轮94）从内侧进行支撑。

因此，上述辅助太阳齿轮96在第一行星齿轮94没有倾倒、弯曲时不必设置，其作为构成可以省略。此外，第一行星齿轮94与第二行星齿轮95既可以分体形成而相互固定安装在一起，也可以通过一体成形来形成。

本行星齿轮机构如图1所示，可以适用于具有由转子8及定子2构成的电机、以及相对于设置在阀本体10的阀座62进行前进、后退运动的阀芯61的电动阀。转子8的旋转传递给太阳齿轮91，作为转动内齿轮的输出内齿轮45通过螺旋机构与阀芯61连接，电机的旋转被大幅减速后传递给输出内齿轮45，该旋转转换成阀芯61的直线运动，因此，相对于电机的输出能够得到极高的分解度和极高的输出转矩。此外，行星齿轮机构可以配置在配置于壳体30内的转子8内。

另外，在上述例子中，太阳齿轮91的齿数被作为与现有的太阳齿轮41的齿数相同的部件进行了说明，但是，本发明不限于此，太阳齿轮91的齿数、及第一行星齿轮94、第二行星齿轮95、以及输出内齿轮45的齿数当然可以根据该行星齿轮机构90所需要的减速率、大小、或其他用途等适当地进行选择、决定。

因此，若增大太阳齿轮91的齿数和/或减小第二行星齿轮95的齿数，则与图4～图6所示的减速机构相比较能够使其增速。

此外，其结果是，在例如要制造各种减速率的行星齿轮装置的情况下，第一行星齿轮94、环形齿轮44及输出内齿轮45为通用部件，只要对太阳齿轮91及第二行星齿轮95根据该行星齿轮装置所要求的减速比及转矩进行适当设计（模数、齿数的选定），就能够容易地进行制造。

Claims (6)

1.一种电动阀，其特征在于，具有：

由转子及定子构成的电机；

相对于设置在阀本体的阀座进行前进、后退运动的阀芯；以及

行星齿轮机构，其具有：

太阳齿轮；

与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮；

与所述行星齿轮啮合的固定内齿轮；

与所述行星齿轮啮合的转动内齿轮，

所述行星齿轮由与所述固定内齿轮及所述转动内齿轮啮合的第一行星齿轮、以及与所述第一行星齿轮一体设置的、具有比该第一行星齿轮小的模数的第二行星齿轮构成，

所述太阳齿轮与所述第二行星齿轮啮合，

所述转子的旋转传递给所述太阳齿轮，所述转动内齿轮与所述阀芯连接。

2.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述太阳齿轮形成为模数与所述第二行星齿轮相同。

3.根据权利要求1或2所述的电动阀，其特征在于，由所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮构成的所述行星齿轮为多个，在所述第一行星齿轮的中心部设有可自由旋转地与该第一行星齿轮啮合的辅助太阳齿轮。

4.根据权利要求3所述的电动阀，其特征在于，所述辅助太阳齿轮支撑于所述太阳齿轮的中心轴。

5.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述行星齿轮机构配置在所述转子内。

6.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述转子配置在设置于所述阀本体的壳体内。