CN108474493B - 电动阀 - Google Patents
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Abstract
在电动阀中，防止流体的压力差对螺纹进给机构的影响，从而防止开阀点以及流量特性的变动。在步进电机(6)的磁性转子(62)固定转子轴(4)。由转子轴(4)保持阀芯(5)。由阀壳(1)侧的支撑部件(3)支撑转子轴(4)。由支撑部件(3)的内螺纹部(32a)和转子轴(4)的外螺纹部(42a)构成螺纹进给机构。通过磁性转子(62)的旋转使阀芯(5)沿轴线(L)方向移动来开闭阀口(21)。在磁性转子(62)的上部配设螺旋弹簧(7)。利用螺旋弹簧(7)使外螺纹部(42a)总是抵接于内螺纹部(32a)。
Description
技术领域
本发明涉及空调机、冷冻机等的冷冻循环的膨胀阀等控制制冷剂等流体的流量的电动阀。
背景技术
现今，作为在空调机、冷冻机等的冷冻循环中使用的电动阀，例如有日本特开2001-271956号公报(专利文献1)以及日本特开2006-322535号公报(专利文献2)所公开的电动阀(流量控制阀)。在这些电动阀的步进电机(电动马达)的外壳内配设有磁性转子，并在安装于磁性转子的外螺纹轴的下部具有针状部。并且，外螺纹轴同阀主体侧的支撑部件的内螺纹部一起构成螺纹进给机构，并且构成为使磁性转子旋转而通过螺纹进给机构来利用针状部对阀口进行开闭。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-271956号公报
专利文献2：日本特开2006-322535号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，对于空调机、冷冻机，在提高节能性能的方面积极地进行了研究，并且在其冷冻循环中使用的电动阀也需求相同的性能。作为电动阀所需求的性能，例如举出提高微小流量域的控制性、减少流量偏差等。
尤其在大型空调机(PAC、大厦多联空调等)中，有必须关闭电动阀的用途。在该情况下，电动阀必须在针对步进电机的预定脉冲(开阀点)时从闭阀状态开阀。
图6是示出与上述现有的电动阀相同地具备螺纹进给机构的电动阀的一个例子的图，图7是说明现有的电动阀的问题点的图，基于该图对电动阀的螺纹进给机构的问题点进行说明。在该电动阀的阀壳100的侧面安装有与阀室100A连通的一次侧接头管101，在阀壳100的下端部安装有二次侧接头管102和阀座部件103，并且在该阀座部件103形成有以轴线P为中心的阀口103a。并且，在阀壳100的上部安装有支撑部件104，并在支撑部件104形成有内螺纹部104a。并且，在内螺纹部104a内，以使外螺纹部105a螺纹结合的方式配设有与未图示的步进电机的磁性转子连结的转子轴105。另外，在转子轴105安装有阀芯106。而且，阀芯106通过基于转子轴105的旋转实现的内螺纹部104a和外螺纹部105a的螺纹进给机构而同转子轴105一起沿轴线P方向移动，从而阀芯106的针状部106a对阀口103a进行开闭。
另一方面，使用这种电动阀，以便对应于冷冻循环的制冷模式与制热模式的切换而制冷剂的流路方向成为双向。即，制冷剂的流动被切换至从一次侧接头101向二次侧接头102流动的正向(实线箭头)、和从二次侧接头102向一次侧接头101流动的反向(虚线箭头)。此时，因制冷剂的流动的正向和反向之间的制冷剂的压力差而产生的负荷经由阀芯106相对于转子轴105在相互相反的方向上作用。并且，上述螺纹进给机构在其构造上在内螺纹部104a与外螺纹部105a之间具有微小的间隙。因此，当制冷剂的流动是正向时，如图7(A)所示，相对于转子轴105施加正向负荷。并且，当制冷剂的流动是反向时，如图7(B)所示，相对于转子轴105施加反向负荷。因此，在正向和反向中，外螺纹部105a相对于内螺纹部104a的在轴线P方向上的位置产生位移。该位移量与因间隙而产生的螺纹松动对应。
图8是上述电动阀的流量特性图，横轴示出与步进电机的脉冲数对应的阀开度，纵轴示出流经阀口103a的流体的流量。开始开阀的开阀点是流量0的情况，被确定为步进电机的预定脉冲数的点。但是，与图7(A)所示的正向的情况相比，在反向的情况下，如图7(B)所示，转子轴105(阀芯106)浮起与螺纹松动的量对应的量。因此，如图8所示，在反向的情况下，特性向阀开度变小的方向偏移。因此，在正向和反向之间，即使是相同的阀开度，流量也产生差异(流量正反差)。这样，因螺纹进给机构的间隙，流体的正向和反向之间的压力差影响流量特性。此外，在专利文献1以及2中记载有利用弹簧来消除螺纹进给机构的背隙的内容，但未考虑流体的压力，从而在这一方面有改进的余地。
本发明的课题在于，在电动阀中，防止流体的压力差对螺纹进给机构的影响，从而防止开阀点以及流量特性的变动。
用于解决课题的方案
方案1的电动阀利用螺纹进给机构将构成电动马达的磁性转子的旋转运动变换成阀芯的直线运动，使该阀芯相对于阀口进退来对流过该阀口的流体的流量进行控制，上述电动阀的特征在于，具备作为上述磁性转子的转子轴而构成并保持上述阀芯的阀芯保持部、和在上述轴线上支撑该阀芯保持部的支撑部件，在上述阀芯保持部和上述支撑部件中的一方形成有外螺纹部，并在另一方形成有内螺纹部，由该外螺纹部和该内螺纹部构成上述螺纹进给机构，
并且具备施力机构，该施力机构以比因预先设定的最高工作压力差而作用于上述阀芯的力大的载荷来对沿上述轴线方向可动的上述阀芯保持部或者上述磁性转子沿上述轴线方向进行施力，其中，上述预先设定的最高工作压力差为针对上述阀口的流体的流入侧的压力与针对该阀口的流体的流出侧的压力之间的最高压力差。
方案2的电动阀的特征在于，在方案1所记载的电动阀中，上述阀芯经由阀簧而保持于上述阀芯保持部，上述阀芯通过上述阀簧而相对于上述阀芯保持部以比因上述最高工作压力差而作用于上述阀芯的力大的载荷来向上述阀口侧被施力。
方案3的电动阀的特征在于，在方案1或者2所记载的电动阀中，上述施力机构在上述轴线上相对于上述阀芯保持部配置于与上述支撑部件的相反的一侧，并向上述支撑部件的方向对上述阀芯保持部进行施力。
方案4的电动阀的特征在于，在方案1或者2所记载的电动阀中，上述施力机构在上述轴线上配置于上述磁性转子与上述支撑部件之间，并向远离上述阀口的方向对上述磁性转子进行施力。
发明的效果如下。
根据方案1的电动阀，对于螺纹进给机构而言，由于由施力机构以比因最高工作压力差而作用于阀芯的力大的载荷在轴线方向上对沿轴线方向可动的阀芯保持部或者磁性转子进行施力，所以在螺纹进给机构中，外螺纹部与内螺纹部总是抵接。由于最高工作压力差所产生的力是流体作用于螺纹进给机构的力中的最大的力，所以在流体的流动的正向、反向中任一方向上，外螺纹部与内螺纹部抵接的状态并非总是变化。因此，即使流体的压力成为产生最高工作压力差那样的压力，与磁性转子的旋转位置对应的阀开度和流经阀口的流体的流量的特性(流量特性)也不变化。
根据方案2的电动阀，除方案1的效果之外，利用阀簧的缓冲作用来防止针状部切入阀口的情况，并且即使在阀芯使阀口全闭时，阀芯也不会因上述最高工作压力差而浮起。
根据方案3的电动阀，除方案1或者2的效果之外，由于施力机构在轴线上相对于阀芯保持部配置于与支撑部件的相反侧的位置，并向支撑部件的方向对阀芯保持部进行施力，所以对于使阀芯成为开阀状态那样的最高工作压力差是有效果的。
根据方案4的电动阀，除方案1或者2的效果之外，由于施力机构在轴线上配置于磁性转子与支撑部件之间，并向远离阀口的方向对磁性转子进行施力，所以对于使阀芯成为闭阀状态那样的最高工作压力差是有效果的。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电动阀的纵剖视图。
图2是说明第一实施方式中的螺旋弹簧的作用的图。
图3是第一实施方式以及第二实施方式中的电动阀的流量特性图。
图4是本发明的第二实施方式的电动阀的纵剖视图。
图5是说明第二实施方式中的螺旋弹簧的作用的图。
图6是示出现有的具备螺纹进给机构的电动阀的一个例子的图。
图7是说明现有的电动阀的问题点的图。
图8是现有的电动阀的流量特性图。
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明的电动阀的实施方式进行说明。图1是第一实施方式的电动阀的纵剖视图。此外，以下的说明中的“上下”的概念与图1的附图中的上下对应。
该实施方式的电动阀具有大致呈圆筒形状的阀壳1，阀壳1的内侧成为阀室1A。在阀壳1安装有从侧面侧连通至阀室1A的一次侧接头管11，并且在阀室1A的下端部安装有二次侧接头管12。另外，在阀壳1且在二次侧接头管12的阀室1A侧配设有阀座部件2。阀座部件2呈圆柱形状且由不锈钢或者黄铜等形成，在该阀座部件2形成有阀口21，阀口21的以轴线L为中心的截面形状呈圆形。
在阀壳1的阀室1A内和其上部安装有支撑部件3。支撑部件3具有与阀壳1的内径同径的基部31、形成于基部31的上部的支架部32、以及形成于基部31的下部的连结部33。支撑部件3的连结部33的端部结合于阀座部件2，并且基部31嵌合于阀壳1。而且，利用嵌入至阀壳1的上部开口的安装金属零件3a来推压基部31的周围，从而将支撑部件3固定于阀壳1。
在支撑部件3的基部31形成有供后述的阀芯5插通的插通孔31a。并且，在支架部32的中心形成有与阀口21的轴线L同轴的内螺纹部32a和其螺纹孔，并且形成有直径比内螺纹部32a的螺纹孔的外周大的圆筒状的导向孔32b。另外，在连结部33形成有与阀室1A以及阀口21连通的通路33a。而且，在支架部32的内螺纹部32a的螺纹孔和导向孔32b内配设有作为“阀芯保持部”的转子轴4。
转子轴4具有与支撑部件3的导向孔32b整合的大径部41、直径比大径部41的直径小的小径部42、抵接于后述的磁性转子62的凸缘部43、以及嵌合于磁性转子62的凸起部44。并且，在凸起部44的端部具有固定金属零件45。对于转子轴4而言，在使凸缘部43抵接于磁性转子62的状态下，凸起部44嵌合于磁性转子62的嵌合孔62a，从而固定金属零件45固定于凸起部44。而且，利用凸缘部43和固定金属零件45的凸缘部45a来夹住磁性转子62。由此，转子轴4固定于磁性转子62。
在转子轴4的小径部42的外周形成有外螺纹部42a，该外螺纹部42a与支撑部件3的内螺纹部32a螺纹结合。并且，在转子轴4的大径部41形成有圆筒状的弹簧收纳部41a，另外在小径部42的中央形成有滑动孔42b。而且，从弹簧收纳部41a至滑动孔42b为止嵌插有阀芯5。
阀芯5由不锈钢或者黄铜等形成，具有下端的针状部51、圆柱棒状的杆部52、以及直径比杆部52的直径大的头部53。头部53嵌入在转子轴4的弹簧收纳部41a内，并且杆部52在滑动孔42b插通。并且，杆部52从支撑部件3的插通孔31a穿过通路33a而延伸配置直至阀座部件2。而且，在转子轴4的弹簧收纳部41a内配设有阀簧46，通过在凸起部44紧固固定金属零件45，来以阀簧46被压缩在固定金属零件45与阀芯5的头部53之间的状态配设阀簧46。由此，以向阀座部件2的方向对阀芯5进行了施力的状态将阀芯5保持于转子轴4。
在阀壳1和安装金属零件3a的上端，通过焊接等气密地固定有步进电机6的外壳61。在外壳61内，以能够旋转的方式设有外周部被磁化为多极的磁性转子62。并且，在外壳61的外周配设有定子线圈63，步进电机6通过对定子线圈63施加脉冲信号，来根据该脉冲数使磁性转子62旋转。
在外壳61内且在磁性转子62的上部配设有作为“施力机构”的螺旋弹簧7。螺旋弹簧7以使一端抵接于外壳61的顶面部、使另一端抵接于固定金属零件45的凸缘部45a、从而被压缩在该外壳61与固定金属零件45(转子轴4的一部分)之间的状态配设。由此，螺旋弹簧7在轴线L上配置于相对于作为阀芯保持部的转子轴4位于支撑部件3的相反侧的位置。而且，螺旋弹簧7成为总是向支撑部件3的方向对转子轴4以及磁性转子62施力的状态。
根据以上的结构，转子轴4因磁性转子62的旋转而旋转，并且因转子轴4的外螺纹部42a与支撑部件3的内螺纹部32a的螺纹进给作用，转子轴4以沿轴L方向(上下)进行直线运动的方式位移，从而阀芯5的针状部51相对于阀座部件2的阀口21进退。由此，使阀口21的开度变化，控制例如从一次侧接头管11向二次侧接头管12流动的制冷剂的流量。并且，针状部51抵接于阀座部件2的阀口21的开口缘，从而阀口21成为关闭状态。此外，阀簧46在针状部51抵接于阀座部件2时收缩来进行缓冲作用，从而能够防止针状部51切入阀口21。此外，虽省略图示，但在支撑部件3侧设有固定下端限位器和固定上端限位器，并且在磁性转子62侧设有可动下端限位器和可动上端限位器。由此，限制磁性转子62的转动范围(阀芯5的升降范围)。
此处，电动阀10具有对应于冷冻循环的制冷模式与制热模式的切换而如图1中实线箭头所示地流体(制冷剂)从一次侧接头11流入之后流体从二次侧接头12流出的正向、以及如图1中虚线箭头所示地流体从二次侧接头12流入之后流体从一次侧接头11流出的反向。在该任一方向上，流体的压力均在流入侧较高且在流出侧较低，并且该压力差所产生的力作用于阀芯5。
另一方面，由于电动阀10在冷冻循环中作为节流装置发挥功能，所以上述的流体的流入侧是冷凝器侧，流体的流出侧是蒸发器侧。另外，冷凝器侧的流体的压力是压缩机的喷出侧的压力，蒸发器侧的流体的压力是压缩机的吸入侧的压力。并且，由于根据空调机的使用环境等来预先设定了冷冻循环中的压缩机的运转条件，所以预先确定了针对上述电动阀10的流入侧的压力(高压)与流出侧的压力(低压)之间的最大压力差，该最大压力差是“最高工作压力差ΔPmax”。
当将阀口21的阀口径面积设为A时，因该“最高工作压力差ΔPmax”而作用于阀芯5的负荷的最大值fmax如下式。
fma＝A×ΔPmax
而且，螺旋弹簧7的载荷F1(弹力)如下式那样设定。
F1＞fmax
并且，阀簧46的载荷ff(弹力)也如下式那样设定。
ff＞fmax
图2是说明螺旋弹簧7的作用的图。此外，在图示的例子中，示出最高工作压力差ΔPmax所产生的负荷的最大值fmax从下作用于转子轴4(小径部42)的情况。如图2所示，在转子轴4的外螺纹部42a与支撑部件3的内螺纹部32a之间存在螺纹松动，但因螺旋弹簧7的载荷F1，转子轴4的外螺纹部42a总是抵接于支撑部件3的内螺纹部32a。由于螺旋弹簧7的载荷F1比最高工作压力差所产生的负荷fmax大，所以该外螺纹部42a抵接于内螺纹部32a的状态在流体的流动是正向时和反向时均并非总是变化。因此，如图3所示，阀开度(磁性转子62的旋转位置)和流经阀口21的流体的流量的流量特性在正向时和反向时均相同，在开阀点也没有差异。此外，由于阀簧46的载荷ff和(弹力)均比负荷fmax大，所以在闭阀状态下，阀芯5不会浮起。
图4是第二实施方式的电动阀的纵剖视图。在第二实施方式中，对与第一实施方式相同的要件以及对应的要件标注相同的符号。这些标注有相同的符号的要件呈相同的构造且起到相同的作用效果，适当地省略重复的说明。在该第二实施方式中，使用作为“施力机构”的螺旋弹簧8来代替第一实施方式的螺旋弹簧7。螺旋弹簧8呈圆锥台状的形状，在轴线L上配置于磁性转子62与支撑部件3之间。而且，螺旋弹簧8向远离阀口21的方向对磁性转子62进行施力。在该第二实施方式中，同样，螺旋弹簧8的载荷F2(弹力)如下式那样设定。
F2＞fmax
图5是说明螺旋弹簧8的作用的图。此外，在图示的例子中，示出最高工作压力差ΔPmax所产生的负荷的最大值fmax从上作用于转子轴4(小径部42)的情况。在该第二实施方式中，同样，因螺旋弹簧8的载荷F2，转子轴4的外螺纹部42a总是抵接于支撑部件3的内螺纹部32a。由于螺旋弹簧8的载荷F2比最高工作压力差所产生的负荷fmax大，所以外螺纹部42a抵接于内螺纹部32a的状态在流体的流动是正向时和反向时均并非总是变化。因此，与图3所示的第一实施方式相同，阀开度(磁性转子62的旋转位置)和流经阀口21的流体的流量的流量特性在正向时和反向时均相同，在开阀点也没有差异。此外，也可以在螺旋弹簧8与支撑部件3之间、或者螺旋弹簧8与磁性转子62之间、又或者螺旋弹簧8与支撑部件3及磁性转子62双方之间夹着润滑性良好的推力垫圈等。
在以上的实施方式中，对在磁性转子侧的转子轴(阀芯保持部)形成有外螺纹部、并在阀壳侧的支撑部件侧形成有内螺纹部的情况进行了说明，但也能够应用于使该外螺纹部和内螺纹部相互调换后的螺纹进给机构。例如在阀壳侧设置在外周具有外螺纹部的支撑部件，并在磁性转子侧设置具有与该外螺纹部螺纹结合的内螺纹部的转子轴。并且，阀芯贯通具有该外螺纹部的支撑部件而延伸配置直至阀口，利用具有内螺纹部的转子轴来保持该阀芯的与阀口相反的一侧的端部。而且，也可以由施力机构来对沿轴线方向可动的转子轴(阀芯保持部)或者磁性转子进行施力。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的结构并不限定于这些实施方式，本发明也包括不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。
符号的说明
1—阀壳，1A—阀室，11—一次侧接头管，12—二次侧接头管，2—阀座部件，21—阀口，3—支撑部件，32—支架部，32a—内螺纹部，4—转子轴(阀芯保持部)，41—大径部，42—小径部，42a—外螺纹部，42b—滑动孔，43—凸缘部，44—凸起部，45—固定金属零件，45a—凸缘部，5—阀芯，51—针状部，52—杆部，53—头部，6—步进电机，62—磁性转子，7—螺旋弹簧(施力机构)，8—螺旋弹簧(施力机构)，L—轴线。
Claims (4)
1.一种电动阀，利用螺纹进给机构将构成电动马达的磁性转子的旋转运动变换成阀芯的直线运动，使该阀芯相对于阀口进退来对流过该阀口的流体的流量进行控制，上述电动阀的特征在于，
具备作为上述磁性转子的转子轴而构成并保持上述阀芯的阀芯保持部、和在电动阀的轴线上支撑该阀芯保持部的支撑部件，
在上述阀芯保持部和上述支撑部件中的一方形成有外螺纹部，并在另一方形成有内螺纹部，由该外螺纹部和该内螺纹部构成上述螺纹进给机构，
并且具备施力机构，该施力机构以比因预先设定的最高工作压力差而作用于上述阀芯的力大的载荷来对沿上述轴线方向可动的上述阀芯保持部或者上述磁性转子沿上述轴线方向进行施力，其中，上述预先设定的最高工作压力差为针对上述阀口的流体的流入侧的压力与针对该阀口的流体的流出侧的压力之间的最高压力差。
2.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，
上述阀芯经由阀簧而保持于上述阀芯保持部，上述阀芯通过上述阀簧而相对于上述阀芯保持部以比因上述最高工作压力差而作用于上述阀芯的力大的载荷来向上述阀口侧被施力。
3.根据权利要求1或2所述的电动阀，其特征在于，
上述施力机构在上述轴线上相对于上述阀芯保持部配置于与上述支撑部件相反的一侧，并向上述支撑部件的方向对上述阀芯保持部进行施力。
4.根据权利要求1或2所述的电动阀，其特征在于，
上述施力机构在上述轴线上配置于上述磁性转子与上述支撑部件之间，并向远离上述阀口的方向对上述磁性转子进行施力。
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