CN111148928A - 电动阀 - Google Patents

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Abstract

提供一种抑制成本并具有优良耐磨性的电动阀。电动阀具备：具有阀座的阀主体；具有固定于所述阀主体的定子和相对于所述定子被驱动旋转的转子的电机；使所述转子的旋转减速并传递至输出齿轮的行星齿轮式减速机构；能够沿着轴线方向移动以与所述阀座接触、分离的阀芯；将所述输出齿轮的旋转移动变换为所述阀芯的轴线方向的移动的螺纹进给机构。所述行星齿轮式减速机构具备：与所述转子连结的太阳齿轮；与所述太阳齿轮啮合的行星齿轮；将所述行星齿轮支承为旋转自如的行星架；与所述行星齿轮啮合的环状的齿圈；以及与所述太阳齿轮的轴线方向端抵接的滑动部件。所述输出齿轮具有与所述齿圈不同的齿数且与所述行星齿轮啮合，所述滑动部件由与所述太阳齿轮的材料不同的异种材料形成。

Description

电动阀
技术领域
本发明涉及电动阀，例如，涉及一种组入制冷循环中并用于制冷剂等的流体的流量控制的电动阀。
背景技术
以往，作为利用电动机对阀进行开闭的所谓的电动阀，已知有将转子的旋转直接传递到螺纹机构从而进行阀的开闭的结构。对于这样的电动阀，要求在更高负载的条件下使阀开闭，或者进一步提高阀开度的分辨率。
如专利文献1所示，对此本申请人提出了通过行星齿轮式减速机构将转子的旋转减速并传递到螺纹机构的电动阀。在这样的电动阀中，由于转子的单位旋转的转矩增大，因此在高负载的条件下也能使用，另外能够提高每个驱动脉冲的阀开度的分辨率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开第4817671号说明书
发明要解决的技术问题
但是，在将一体地形成在太阳齿轮的上端的太阳齿轮部件的下表面与齿圈的上表面相对配置的行星齿轮式减速机构中，在其结构上，若使两者抵接则产生滑动。另一方面，从降低成本的观点来看，一般优选由树脂材料形成太阳齿轮和齿圈。然而，若使由相同树脂材料形成的太阳齿轮部件的下表面与齿圈的上表面滑动，则由于这些部件的滑动面之间的相对速度高，因此有导致过早磨损的可能。因此，在专利文献1中，设置板簧而将太阳齿轮部件向一方向施力从而使太阳齿轮部件与齿圈分离。但是，从成本削减的观点来看要求省略板簧。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制成本并具有优良耐磨性的电动阀。
用于解决技术问题的技术手段
为了达成上述目的，根据本发明的电动阀具备：阀主体，该阀主体具有阀座；电机，该电机具有固定于所述阀主体的定子和相对于所述定子被驱动旋转的转子；行星齿轮式减速机构，该行星齿轮式减速机构使所述转子的旋转减速并传递至输出齿轮；阀芯，该阀芯能够沿着轴线方向移动以与所述阀座接触、分离；以及螺纹进给机构，该螺纹进给机构将所述输出齿轮的旋转移动变换为所述阀芯的轴线方向移动，所述行星齿轮式减速机构具备：太阳齿轮，该太阳齿轮与所述转子连结；行星齿轮，该行星齿轮与所述太阳齿轮啮合；行星架，该行星架将所述行星齿轮支承为旋转自如；环状的齿圈，该齿圈与所述行星齿轮啮合；以及滑动部件，该滑动部件与所述太阳齿轮的轴线方向端抵接，所述输出齿轮具有与所述齿圈不同的齿数，且所述输出齿轮与所述行星齿轮啮合，所述滑动部件由与所述太阳齿轮的材料不同的异种材料形成。
优选的是，所述滑动部件是环状体，该环状体配置在所述太阳齿轮与所述行星架之间，且相对于所述太阳齿轮与所述行星架中的至少一方滑动。
优选的是，所述滑动部件是输出轴，该输出轴相对于所述太阳齿轮的轴线方向端滑动，并且与所述输出齿轮连结而向所述螺纹进给机构传递旋转力。
优选的是，所述太阳齿轮的材料是树脂，所述滑动部件的材料是金属、陶瓷或玻璃。
发明效果
根据本发明，能够提供一种抑制成本并具有优良耐磨性的电动阀。
附图说明
图1是表示本实施方式的电动阀的整体纵剖视图。
图2是分解表示在图1所示的电动阀中使用的行星齿轮式减速机构的立体图。
图3是分解表示图2所示的行星齿轮式减速机构的行星齿轮与行星架的立体图。
图4是放大表示图1的结构中的壳体30的内部的图。
图5是其他实施方式的电动阀的与图4相同的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式中的电动阀进行说明。另外，在以下的实施方式以及比较例的说明中，对具有相同功能的部位、部件标注相同的符号，并对标注相同符号的部位、部件省略重复说明。
(异种材料以及轴线方向的定义)
在此，在两个部件彼此滑动时产生“粘着磨损”的情况下，形成该部件的材料被称为同种材料。另外，“异种材料”是指非同种材料的材料，即，在使两个部件彼此滑动时不产生“粘着磨损”的情况下，相对于一方部件的材料，另一方部件的材料相当于异种材料。作为异种材料的例子，例如在将任意的材料分类到金属、树脂、陶瓷、玻璃等类别时，不同类别的材料彼此相当于异种材料。另外，“轴线方向”在这里是指阀主体的轴线方向。
(实施方式一)
图1是表示本实施方式的电动阀的整体纵剖视图。图2是分解表示在图1所示的电动阀中使用的行星齿轮式减速机构的立体图，但为了便于理解将一部分切去后显示。图3是分解表示图2所示的行星齿轮式减速机构的行星齿轮与行星架的立体图。
电动阀1具有：驱动部1a，该驱动部1a具有利用励磁作用而工作的电机，该电机由定子2以及转子组装体(也称为转子)8构成；齿轮减速器部1b，该齿轮减速器部1b通过该驱动部1a被输入旋转驱动力而进行齿轮减速并输出减速后的旋转力；以及螺纹进给机构1c，该螺纹进给机构1c使由该齿轮减速器部1b减速了的旋转通过螺纹作用变换为轴线方向的位移并输出。
壳体30是经由支承部件68固定安装于阀主体10的气密容器，具有薄壁的有顶圆筒状。驱动部1a具有定子2以及通过定子2被驱动旋转的永磁体型的转子组装体8。定子2是固定配置在壳体30的外周部且是由卷绕于线圈架的线圈140与树脂一体模制而构成的电动机的励磁装置。转子组装体8被旋转自如地支承于壳体30的内部。由定子2与转子组装体8构成作为电动机的一例的步进电机。
定子2通过由板簧形成的安装用金属件180装卸自如地嵌合安装于壳体30。在本例中，形成于壳体30的圆顶部102弹性地嵌合于在安装用金属件180形成的孔182，由此，定子2相对于壳体30定位。为了定子2的励磁，经由引线142从外部的电源向线圈140供电。
阀主体10在其内部形成有阀室14，并且在其底部15形成有在阀主体10的底面开口的节流孔16。在阀主体10固定安装有与阀室14的侧面连通的配管22以及与节流孔16的下端连通的配管20。
齿轮减速器部1b由使转子组装体8的旋转减速的行星齿轮式减速机构(以下简称为“减速机构”)40构成。
如图2所示，减速机构40具有：与转子组装体8为一体的太阳齿轮41；多个(在本例中为三个)轴线方向上较长的行星齿轮43，行星齿轮43由行星架42支承为旋转自如且行星齿轮43与太阳齿轮41啮合，行星架42例如通过对塑料进行成型加工而形成；齿圈44，该齿圈44与太阳齿轮同心配置且相对于阀主体10被固定支承，并且齿圈44与各行星齿轮43的一部分(上侧部分)啮合；以及输出齿轮45，该输出齿轮45形成为有底圆筒状且在内周形成有齿数与齿圈44的齿数稍有不同的内齿(即与齿圈44为变位关系)。太阳齿轮41、行星架42、齿圈44以及输出齿轮45由PPS(聚苯硫醚树脂)形成。
在图3中，行星架42具有将三个柱部42a平行地植设于上表面外周而形成的下部圆盘42b以及环状的板42c。在柱部42a的上端形成有圆筒状的突起42d，在板42c形成有与之分别对应的三个贯通孔42e。
另一方面，由锌合金形成的行星齿轮43在其轴线方向的两端具有圆筒状的凸部43a(仅图示上端侧)。与凸部43a相对地，在下部圆盘42b形成有轴孔42f，在板42c形成有轴孔42g。
如下所示进行行星架42与行星齿轮43的组装。首先，在将凸部43a嵌合到轴孔42f并且将行星齿轮43安装到下部圆盘42b后，将凸部43a进一步嵌合到轴孔42g，并且使贯通孔42e与柱部42a的突起42d卡合从而组装板42c。然后，例如，通过利用超声波焊接装置对突起42d进行焊接，可以将板42c固定于柱部42a。由于轴孔42f、42g与凸部43a可以相对旋转，行星齿轮43构成为相对于行星架42旋转自如。另外，行星架42的安装方法不限于以上方法。
由图2明确可知，各行星齿轮43在与齿圈44啮合的同时在各行星齿轮43的一部分(下侧部分)与输出齿轮45的内齿啮合。在图1中，由减速机构40减速了的转子组装体8的旋转力经由输出齿轮45传递到螺纹进给机构1c的输出轴(驱动器)46。不锈钢制成的输出轴46的上端与输出齿轮45同轴地固定安装。
转子组装体8利用含有磁性材料的塑料材料(这里是PPS)，将作为周壁的筒体202和配置在中央的太阳齿轮部件204一体地成型为有顶筒状，并且转子组装体8通过沿轴线方向贯通太阳齿轮部件204的轴201而被旋转自如地配设在壳体30的内部。如图2所示，在植设于太阳齿轮部件204的中心的圆筒的外周形成有太阳齿轮41。齿圈44是例如对塑料进行成型加工而制成的环状的齿轮，齿圈44的下部固定安装在齿轮箱220的上部，该齿轮箱220是嵌合在阀主体10的上部的圆筒状的部件(参见图1)。
根据这样的结构，当被输入电动机的输出旋转的太阳齿轮41进行自转旋转时，与太阳齿轮41和齿圈44啮合的行星齿轮43一边自转一边绕太阳齿轮41公转。由于行星齿轮43与输出齿轮45啮合而输出齿轮45与齿圈44的关系为变位的关系，通过行星齿轮43的该旋转，输出齿轮45根据变位的程度(齿数差)相对于齿圈44以例如是50比1左右的相对非常高的减速比而旋转。行星齿轮43与有变位关系的齿圈44以及输出齿轮45啮合的行星齿轮机构被称为奇异行星齿轮机构。
根据本实施方式，设置有与太阳齿轮41的轴线方向端抵接的滑动部件，该滑动部件相对于太阳齿轮41由异种材料形成。因此，不会因与太阳齿轮41的滑动而产生磨损(主要是粘着磨损)，由此，不用通过弹簧部件等对行星架42在远离太阳齿轮41的方向上施力就能够抑制太阳齿轮41的磨损。以下，对包括滑动部件进行具体说明。
图4是将图1的结构中的壳体30的内部放大并显示的图。如图4所示，行星架42的下部圆盘42b在中央具有供轴201贯通的圆形开口42h。另外，轴201沿轴线方向贯通的太阳齿轮41在顶端(下端)具有环状的轴套41a(图2中局部图示)。
更进一步地，在环状的轴套41a与下部圆盘42b之间配置有不锈钢制成的薄板状的环状体48(图4中阴影线所示)。作为滑动部件的环状体48可以是与轴套41a具有相同直径的垫圈。
在图1中，螺纹进给机构1c具有筒状轴承50、螺纹轴52以及球体65。筒状轴承50的下端部嵌入阀主体10内，筒状轴承50在经由上侧法兰部75被支承于阀主体10的台阶部64的状态下，通过冲压加工等方法不能从阀主体10拔出地被安装于阀主体10。
在筒状轴承50的上端面从下侧支承减速机构40的输出齿轮45，并且减速机构40的输出轴46插入筒状轴承50的中空上部。形成于筒状轴承50的中空下部的内螺纹部51与形成于螺纹轴52的外周的外螺纹部53螺合。另外，设置于螺纹轴52的作为平板驱动部的凸状部54插入于在减速机构40的输出轴46的下端部形成的狭缝状的凹部55而将输出轴46的旋转传递到螺纹轴52。在螺纹轴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于螺纹轴52。
螺纹轴52的旋转通过与筒状轴承50之间的螺纹作用而变换为轴线方向的移动，经由球体65以及球体支承部件66向阀轴60侧传递。另外，也可以在螺纹轴52设置凹部，在输出轴46设置插入凹部的凸状部。
在螺纹进给机构1c中，在使螺纹轴52向开阀方向移动时，为了除去内螺纹部51和外螺纹部53之间的齿隙，在阀主体10设置有将阀轴60向开阀方向施力的螺旋弹簧70。为了支承螺旋弹簧70，在阀室14设置有金属制成的有底筒状的弹簧支承件73。该弹簧支承件73具有筒状的周壁74、上侧法兰部75、下侧法兰部76以及筒状的引导部78，周壁74覆盖在周壁74与阀轴60的上部外周之间空开的圆管状的空间，上侧法兰部75从周壁74的上端向外方放射状地延伸，下侧法兰部76从周壁74的下端放射状地延伸到阀轴60的外周，引导部78从下侧法兰部76与阀轴60同轴地进一步延伸。引导部78的内周相对于阀轴60的外周面滑动，并构成引导阀轴60的孔77。
配置在阀轴60与周壁74之间的空间的螺旋弹簧70的上端部与阀轴60的大径部67抵接，螺旋弹簧70的下端部通过与弹簧支承件73的下侧法兰部76抵接而以被压缩的状态被支承。周壁74的上侧法兰部75被夹持在形成于阀主体10的阀孔63的下端的台阶部64与安装于阀孔63的筒状轴承50的下端部之间而被固定。
利用以压缩状态保持于弹簧支承件73的螺旋弹簧70的弹簧力，阀轴60被始终向开阀方向(螺纹进给机构1c的方向)施力，当利用来自螺纹进给机构1c的力将阀轴60向闭阀方向压下时，使阀轴60克服螺旋弹簧70的弹簧力并下降，使形成在阀轴60的顶端的阀芯61落座于阀座62而关闭节流孔16。
由于螺纹轴52能够相对于转子组装体8的旋转以微小的转速旋转，能够以微小的位移来控制与该旋转对应的螺纹轴52的轴线方向位移，因此，能够通过齿轮减速器部1b以高分辨率对阀轴60相对于阀座62的位置进行定位，并且能够高精度地控制阀芯61与节流孔16之间的流路面积，能够高精度地调节通过的制冷剂流量。即，实现高分辨率的阀开度控制。在使螺纹进给机构1c沿开阀方向动作时，利用螺旋弹簧70的弹簧力，阀轴60追随螺纹轴52的上升而移动。
在图1所示的电动阀中，通过弹簧支承件73的引导部78内侧(孔77)与阀轴60之间的微小间隙、以及在阀主体10与在筒状轴承50等适当设置的间隙而向壳体30内导入制冷剂。弹簧支承件73的引导部78与阀轴60之间的微小间隙具有防止可能包含在制冷剂中的异物侵入到壳体30内的作用。
本实施方式的电动阀1中，输出齿轮45与输出轴46一体地旋转并沿轴线方向移动。由于设置了这样的结构，不需要在输出齿轮与输出轴之间设置复杂的接头结构，从而能够提供简单的电动阀1。
对本实施方式的电动阀1的动作进行说明。当电动阀1根据开阀信号从外部电源经由引线142被供给电力时，定子2产生磁力。基于该磁力，转子组装体8被驱动旋转，在规定方向上产生旋转力。该旋转力被传递到太阳齿轮41，并且经由减速机构40减速而传递到输出齿轮45。进一步，输出齿轮45的旋转移动经由螺纹进给机构1c变换为螺纹轴52的上升移动，因此利用螺旋弹簧70的弹簧力被施力的阀轴60追随螺纹轴52的上升，阀芯61离开阀座62从而允许制冷剂的通过。另一方面，当根据闭阀信号从外部电源经由引线142被供给相反特性的电力时，通过与以上相反的动作，阀轴60克服螺旋弹簧70的弹簧力而下降，阀芯61落座于阀座62从而阻止制冷剂的通过。
在本实施方式中，由于行星架42被载放在输出齿轮45的底面上，根据输出齿轮45的升降，行星架42与行星齿轮43也进行升降。
在这种情况下，假设既不设置现有技术的弹簧部件也不设置环状体48，则设置于转子组装体8的太阳齿轮部件204的下表面与齿圈44的上表面抵接，在减速机构的动作期间相互滑动。
因此，为了防止这样的问题，在本实施方式中，将能够比较廉价地制造的不锈钢制成的环状体48作为滑动部件配置在轴套41a与下部圆盘42b之间。由此，在轴套41a与环状体48之间或者环状体48与下部圆盘42b之间虽然产生相对滑动，但是由于轴套41a及下部圆盘42b与环状体48互为异种材料，即使在苛刻的条件下也不会产生磨损，能够避免轴套41a的过早磨损。
(实施方式二)
图5是其他实施方式的电动阀的壳体内部的剖视图。在本实施方式中不使用环状体，作为其替代，由输出轴46兼任(图5中阴影线所示)与太阳齿轮41的轴套41a滑动的滑动部件。即，输出轴46的上端部作为滑动部件发挥作用。
更具体而言，使设置在行星架42的下部圆盘42b的中央的圆形开口42h更大径化，并使输出轴46的上端向上方进一步延长而嵌合于圆形开口42h。此时，从下部圆盘42b露出的输出轴46的上端面与太阳齿轮41的轴套41a的下表面抵接，并在电动阀1的动作时相互滑动。由于轴套41a由PPS制成，与此相对输出轴46由不锈钢制成，两者互为异种材料，因而在滑动时不会产生磨损，由此能够避免轴套41a的过早磨损。根据本实施方式，除省略了现有技术的弹簧部件之外，不用增加部件就能够抑制轴套41a的磨损，因此简化了装配工序。除此以外的结构与上述的实施方式相同。
另外，本发明不限于上述实施方式。在本发明的范围内，能够对上述实施方式的任意结构要素进行变形。另外，在上述实施方式中可以追加或省略任意的结构要素。
例如，在以上的实施方式中，环状体是不锈钢制的，但也可以是其他金属制、或者陶瓷制或玻璃制的。
符号说明
1电动阀
1a驱动部
1b齿轮减速器部
1c螺纹进给机构
2定子
8转子组装体
10阀主体
14阀室
16节流孔
20、22配管
30壳体
40行星齿轮式减速机构
41太阳齿轮
42行星架
43行星齿轮
44齿圈
45输出齿轮
46输出轴
48环状体
50筒状轴承
51内螺纹部
52螺纹轴
53外螺纹部
54凸状部
55凹部
60阀轴
61阀芯
62阀座
63阀孔
64台阶部
65球体
66球体支承部件
67大径部
68支承部件
70螺旋弹簧
73弹簧支承件
74周壁
75上侧法兰部
76下侧法兰部
77孔
78引导部
102圆顶部
140线圈
142引线
180安装用金属件
182孔
201轴
202筒体
220齿轮箱

Claims (4)

1.一种电动阀，其特征在于，具备：
阀主体，该阀主体具有阀座；
电机，该电机具有固定于所述阀主体的定子和相对于所述定子被驱动旋转的转子；
行星齿轮式减速机构，该行星齿轮式减速机构使所述转子的旋转减速并传递至输出齿轮；
阀芯，该阀芯能够沿着轴线方向移动以与所述阀座接触、分离；以及
螺纹进给机构，该螺纹进给机构将所述输出齿轮的旋转移动变换为所述阀芯的轴线方向移动，
所述行星齿轮式减速机构具备：
太阳齿轮，该太阳齿轮与所述转子连结；
行星齿轮，该行星齿轮与所述太阳齿轮啮合；
行星架，该行星架将所述行星齿轮支承为旋转自如；
环状的齿圈，该齿圈与所述行星齿轮啮合；以及
滑动部件，该滑动部件与所述太阳齿轮的轴线方向端抵接，
所述输出齿轮具有与所述齿圈不同的齿数，且所述输出齿轮与所述行星齿轮啮合，
所述滑动部件由与所述太阳齿轮的材料不同的异种材料形成。
2.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，
所述滑动部件是环状体，该环状体配置在所述太阳齿轮与所述行星架之间，且相对于所述太阳齿轮与所述行星架中的至少一方滑动。
3.根据权利要求1所述的电动阀，其特征在于，
所述滑动部件是输出轴，该输出轴相对于所述太阳齿轮的轴线方向端滑动，并且与所述输出齿轮连结而向所述螺纹进给机构传递旋转力。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的电动阀，其特征在于，
所述太阳齿轮的材料是树脂，所述滑动部件的材料是金属、陶瓷或玻璃。
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