CN114593258B - 膨胀阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膨胀阀(1)：‑其具有壳体(4)、传感器(5)、步进马达(6)或BLDC马达、阀座(7)以及与该阀座相互作用的阀体(8)；‑其中步进马达(6)或BLDC马达具有转子(9)和围绕转子(9)的定子(10)；‑其中转子(9)具有与该转子不可旋转地连接的永磁体(12)；‑其中设置有分离罐(14)，该分离罐围绕转子(9)并且将转子侧的湿区域(15)与定子侧的干区域(16)分离；‑其中传感器(5)经由形成为导热层(17)的粘合剂层(18)与分离罐(14)连接。由此，能够消除分离罐(14)的与温度相关的热膨胀，并且使得能够对阀体(8)的位置进行特别精确的检测。

Description

膨胀阀
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的空调系统的膨胀阀。此外，本发明涉及一种具有这种膨胀阀的机动车辆的空调系统。
背景技术
从EP 3 392 538 A1已知一种可电致动的阀，该阀具有转子以及经由分离罐与该转子分离的定子。设置有传感器以便检测转子的旋转角度位置。
膨胀阀(也称为节流阀)是通过局部收缩流动横截面来减小流经的流体的压力从而使体积增加或膨胀的阀。在空调系统中，尤其是在机动车辆中的空调系统中，这种膨胀阀降低了通常如几乎沸腾的液体一样进入到膨胀阀中的制冷剂的压力。这样做时，由于制冷剂在通过膨胀阀时膨胀(压力从10bar降到1bar，同时液体温度下降)，因此发生了状态的等焓变化。在阀中进行膨胀的目的是液体以低过热进入到蒸发器中(仍为液体)。此外，制冷剂进入到蒸发器中，其中制冷剂的液体成分的蒸发过程从环境吸收热量从而蒸发。由此冷却流经蒸发器(热交换器)的流体或空气。
然而，从现有技术已知的电动膨胀阀中，不利的是，对阀位置的精确检测通常很困难。
发明内容
因此，本发明的目的是为电动膨胀阀指示一种改进的或至少一种替代的实施例，通过该实施例尤其能够克服从现有技术已知的缺点。
本发明基于以下总体构思：将用于检测膨胀阀转子的旋转角度位置的传感器(其经由导热层连接到阀体上)与将具有永磁体的转子与传感器分离的分离罐连接，从而补偿永磁体、分离罐与传感器之间的温度差异，并因此也补偿了不同的、与温度相关的热膨胀，由此特别精确地检测转子的位置从而特别精确地检测与该转子连接的阀体的位置，进而能够检测膨胀阀的打开状态。根据本发明的膨胀阀在此例如用在机动车辆的空调系统、电池冷却器和/或油冷却器中并且具有壳体，在该壳体中布置有步进马达或BLDC马达(无刷电机)和阀座以及与该阀座相互作用的阀体。步进马达或BLDC马达具有转子和围绕该转子的定子，其中，转子具有与该转子不可转动地连接的永磁体。传感器转而设置在控制板上并通过分离罐与转子分离。分离罐围绕转子并且在这种情况下将转子侧的湿区域与定子侧的干区域分离，其中，传感器设置在定子侧的干区域中并因此以受保护的方式设置。根据本发明，传感器经由导热粘合剂层连接到分离罐上。该导热层使得传感器没有通过空气层与分离罐分离并由此与分离罐热绝缘。通过经由粘合剂层的导热连接，传感器因此具有与分离罐和步进马达的设置在该分离罐中步进马达的转子至少基本上相同的温度。由于传感器与分离罐之间的温度差异不存在或仅微不足道的情况，通过湿区域中的加热流体产生并作用在转子和该转子的永磁体上的与温度相关的热膨胀被最小化，由此可以特别准确地检测永磁体或转子的位置以及与其连接的阀体的位置，进而可以特别精确地检测膨胀阀的打开或关闭状态。借助于将传感器与分离罐连接的导热粘合剂层，传感器与分离罐之间或者传感器与转子的永磁体之间的绝对距离也能够保持恒定，从而使对距离的相对影响最小化，尤其是甚至能够消除该影响，其中该影响可能导致膨胀阀打开状态的检测不准确。此外，通过每个膨胀阀的初始示教，还能够消除传感器与分离罐之间的与公差相关的距离。
在此尤其考虑导热弹性体或导热泡沫作为传感器与分离罐之间的导热层或粘合剂层。“热界面材料”(缩写为“TIM”)也能够用作导热层或粘合剂层。这些通常是在聚合物树脂(有机硅)的基础上通过附加填充物(化学粘合剂)制造的。还能够使用粘合剂状或类似站合剂的液体，在其加工过程中尽可能少地引入气泡，因为这些气泡会再次损害导热性。此外，这些材料中的许多材料具有传感器与分离罐之间的机械振动解耦的巨大优势，由此也能够使对传感器的振动影响达到最小，该振动影响同样会导致测量不准确。
在根据本发明的解决方案的一个有利的进一步改进方案中，传感器形成为用于检测由永磁体生成的磁场、尤其是检测磁场的强度和/或磁场的方向矢量。这种传感器例如能够形成为所谓的霍尔传感器、尤其是所谓的3D霍尔传感器，借助于该传感器能够检测能够直接换算成膨胀阀的打开程度的相对简单的间距或距离测量以及/或者旋转角度变化。此外，借助于这种3D霍尔传感器，可以实现非接触式和非碰触式距离检测，这使得首先可以将传感器设置在膨胀阀的干区域中，而转子或永磁体设置在湿区域中。此外，借助于这种传感器，可以用单个传感器检测所有空间方向，这不仅在成本方面存在优势，而且在安装空间方面也存在优势。这种霍尔传感器的另一个巨大优势在于，只要霍尔传感器所处的磁场是恒定的，这些霍尔传感器也会传递信号。这允许相对简单地检测转子的旋转角度位置从而检测膨胀阀的打开状态。
在根据本发明的解决方案的一个有利的进一步改进方案中，传感器形成为用于检测传感器和/或永磁体的温度。通过温度检测，转而可以计算与温度相关的影响(例如与材料相关的不同热膨胀)从而消除这些影响，由此还能够改进对根据本发明的膨胀阀的打开状态的检测。
在根据本发明的解决方案的一个进一步有利实施例中，传感器形成为用于检测磁体的轴向位置和/或旋转角度。原则上，在此存在两种不同的实施例：即一种是永磁体与阀体一起旋转时沿轴向调整，从而打开或关闭膨胀阀；另一种是在永磁体旋转时，该永磁体保持在相同的轴向位置并且仅阀体由于位于永磁体与阀体之间的螺纹而沿轴向方向调整，从而打开或关闭膨胀阀。当然，在此也可以想到的是，传感器只检测永磁体的旋转角度位置，因为仅由此就能够独立于永磁体与阀体的相互作用来检测阀体的打开位置从而检测膨胀阀的打开位置。
在本发明的一个有利的进一步改进方案中，永磁体以罐状方式形成并且具有信号发生器区域和转子区域。信号发生器区域在此优选地面向传感器，而转子区域能够围绕轴。由于永磁体的转子区域围绕轴以环状方式间隔地设置的情况，因此轴的一部分能够设置在永磁体的转子区域内并且由此以节省空间的方式容纳。
方便地，设置有存储装置以用于记录由传感器测量的温度。借助于这种存储装置，可以记录温度曲线，其中存储装置能够另外形成为用于记录由传感器测量的永磁体的旋转角度，从而记录膨胀阀的打开状态。通过同时储存膨胀阀的打开状态和温度，还可以通过相应的评估过滤掉与温度相关的热膨胀从而过滤掉不准确。
本发明还基于以下总体构思：为机动车辆的空调系统配备这种膨胀阀并且由此能够实现膨胀阀的打开状态的特别精确且尤其是与温度无关的检测。当然，这种膨胀阀也能够用在具有冷却器、制冷剂冷却水回路和冷凝器的油冷却器、电池冷却器中。
本发明的其他重要特征和优点将从附图以及借助附图从相关联的附图说明中显现。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的并且下面将要进一步说明的特征不仅能够以相应指示的组合形式使用，还可以以其他的组合形式或者单独地使用。
附图说明
在附图中示出了本发明的优选的示例实施例，并且在下面的说明中对其进行了更详细地说明，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
分别示意性地示出，
图1示出了穿过根据本发明的膨胀阀的截面视图，
图2示出了图1中经由导热层与分离罐连接的传感器区域的细节示图。
具体实施方式
根据图1，用于机动车辆3的空调单元2、电池冷却器和/或油冷却器的根据本发明的膨胀阀1具有壳体4，在该壳体中设置有传感器5(例如3D霍尔传感器)以及步进马达6或BLDC马达。还设置有阀座7和与其相互作用的阀体8。步进马达6或BLDC马达具有转子9和围绕转子9的定子10，例如在图1所示的情况下，该定子具有两个线圈11。转子9具有永磁体12，其中，传感器5设置在控制板13上。
此外，设置有分离罐14，其围绕转子9并且将转子侧的湿区域15与定子侧的干区域16分离。借助于分离罐14，能够将传感器5设置在干区域16中并且因此以受保护的方式设置。根据本发明，传感器5此时经由形成为导热层17的粘合剂层18连接到分离罐14上。因此，可以实现传感器5与分离罐14的热连接和机械连接，从而防止传感器5与分离罐14之间的温度差异，该温度差异可能导致对膨胀阀1的打开状态的检测不准确。借助于粘合剂层18，尤其能够防止在传感器5与分离罐14之间出现绝缘的空气层，该绝缘空气层例如由于湿区域15中较高的温度而能够导致那里更强烈的与温度相关的热膨胀从而导致测量不准确。
同时，通过传感器5与分离罐14的机械耦合，在传感器5与分离罐14或永磁体12之间的绝对距离也保持恒定，由此对距离的相对影响能够至少大大降低、优选甚至被消除。通过每个膨胀阀1的初始示教，传感器5和分离罐14之间的与公差相关的距离也设置为零。为了使粘合剂层18的与温度相关的热膨胀保持尽可能小，该粘合剂层形成为相对较薄并且例如仅具有厚度d＜1mm、标称0.7mm。
尤其能够考虑将弹性体或能够导热的泡沫作为导热粘合剂层18的材料，其中，两种材料不仅具有良好的导热性，此外还能够用作一方面传感器5与另一方面分离罐14之间的减振器。
传感器5在此形成为用于检测由永磁体12生成的磁场、尤其是检测磁场的强度和/或磁场的方向矢量。通过检测永磁体12的磁场方向矢量，能够检测其旋转角度位置，并由此检测膨胀阀1的打开状态。此外，传感器5能够形成为用于检测传感器5以及/或者永磁体12或分离罐14的温度。借助于存储装置19，可以至少记录或储存由传感器5测量的温度，其中，当然同时还能够想到的是，能够由相应的控制仪器读取的存储装置19还记录膨胀阀1的打开状态或阀体8的打开位置。因此，能够检测并且能够评估具有相关联的温度的膨胀阀的位置。原则上，还能够在此想到的是，能够检测和减去打开位置的与温度相关的变化。
所谓的“传感器漂移”(即磁特性随温度变化的变化)也能够借助于导热层17或粘合剂层18得到更好地补偿。例如，材料越冷，这种传感器漂移就会变得更加明显。由此，不同温度下的测量场值能够代表永磁体12的不同定位位置，从而代表不同的开口位置。与温度相关的磁特性值能够借助于软件校正到标称温度、尤其环境温度。为此，控制板13上的附加温度传感器24是必要的，该传感器能够为此设置在控制板13上。然而，为了能够正确检测永磁体12的温度，传感器5或附加温度传感器24与分离罐14之间的气隙必须经由间隙填充物“短路”(即尽可能被消除)，这利用导热层17或粘合剂层18来进行。
永磁体12在此以罐状方式形成并且具有信号发生器区域20和转子区域21，其中，信号发生器区域20面向传感器5并且具有2极磁体(南-北)。由此，不仅能够测量信号发生器区域20的磁场强度从而测量永磁体12的磁场强度，而且还能够测量场对齐的矢量，由此使得通过传感器5对磁场的特别精确的检测而能够对与永磁体12可操作地连接的阀体8的位置进行特别精确的检测。
两个波形轴向弹簧22设置在永磁体12与阀体8之间，该弹簧将阀体8抵靠螺纹衬套23预紧，使得阀体8始终具有限定位置并且不能在转子内松散地移动。
利用用于传感器5与分离罐14的机械和热耦合的根据本发明的形成为导热层17的粘合剂层18，传感器5与分离罐14或永磁体12之间的温度差异能够至少被最小化，优选甚至被消除，由此能够至少显著降低能够导致阀体8的位置检测误差的干扰。此外，通过传感器5与分离罐14的机械耦合，可以以与温度无关的方式保持这两个部件之间的相对距离相同，由此也能够消除对膨胀阀1的阀体8的位置检测的干扰。传感器5在此直接设置在控制板13上并且不借助于柔性连接件与其连接。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆(3)的空调系统(2)、电池冷却器和/或油冷却器的膨胀阀(1)，
-具有壳体(4)、传感器(5)、步进马达(6)或BLDC马达、阀座(7)以及与所述阀座相互作用的阀体(8)，
-其中，所述步进马达(6)或BLDC马达具有转子(9)和围绕所述转子(9)的定子(10)，
-其中，所述转子(9)具有与所述转子不可转动地连接的永磁体(12)，
-其中，设置有分离罐(14)，所述分离罐围绕所述转子(9)并且将转子侧的湿区域(15)与定子侧的干区域(16)分离，
-其中，所述传感器(5)经由形成为导热层(17)的粘合剂层(18)与所述分离罐(14)连接，并且
-其中，所述传感器(5)形成为用于检测所述传感器(5)和/或所述永磁体(12)的温度。
2.根据权利要求1所述的膨胀阀，
其特征在于，
所述传感器(5)形成为用于检测由永磁体(12)生成的磁场。
3.根据权利要求1或2所述的膨胀阀，
其特征在于，
所述传感器(5)形成为用于检测所述永磁体(12)的轴向位置和/或旋转角度。
4.根据权利要求1或2所述的膨胀阀，
其特征在于，
所述永磁体(12)以罐状方式形成并且具有信号发生器区域(20)和转子区域(21)。
5.根据权利要求4所述的膨胀阀，
其特征在于，
所述信号发生器区域(20)面向所述传感器(5)。
6.根据权利要求1或2所述的膨胀阀，
其特征在于，
设置有存储装置(19)以用于记录由所述传感器(5)测量的温度。
7.根据权利要求1或2所述的膨胀阀，
其特征在于，
所述粘合剂层(18)具有弹性体或具有能够导热的泡沫。
8.根据权利要求2所述的膨胀阀，
其特征在于，
所述传感器(5)形成为用于检测所述磁场的强度和/或所述磁场的方向矢量。
9.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的膨胀阀(1)的机动车辆(3)的空调系统(2)。
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