JP2021110409A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に実装された磁気センサーでマグネットローターの磁気を確実に検知できる電動弁を提供する。【解決手段】電動弁１は、キャン３０と基板８５に実装された磁気センサー３５ａ、３５ｂとの間に配置された磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを有している。キャン３０の内側に配置されたマグネットローター４１の外周面４１ａに、マグネットローター４１の回転軸方向に延在する複数のＮ極および複数のＳ極が周方向に交互に並ぶように設けられている。そして、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１が、キャン３０を介してマグネットローター４１と径方向に対向するように配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動弁に関する。特に、本発明は、キャンの内側にマグネットローターが配置された電動弁に関する。

従来の電動弁の一例が特許文献１、２に記載されている。特許文献１の電動弁は、弁体を駆動するためのマグネットローターと、マグネットローターとともに回転される永久磁石と、がキャンの内側に配置されている。この電動弁は、キャンの上方に配置された基板上の磁気センサーによって永久磁石の磁気を検知して、マグネットローターの回転角度を得ている。

特許文献２の電動弁は、弁体を駆動するためのマグネットローターと、マグネットローターの回転軸に固定した磁気ドラムと、上記回転軸の上端部に設けた磁石と、がキャンの内側に配置されている。この電動弁は、キャンの外側に配置された回転角検出用磁気センサーおよび上下位置検出用磁気センサーによって磁気ドラムおよび磁石の磁気を検知して、弁開度を演算している。

特開２０１８−１７９１３３号公報 特開２００１−１２６３３号公報

上述した電動弁は、マグネットローターとは別部品の永久磁石や磁気ドラムを有することから、部品点数が増加して構造が複雑になり、製造コストが上昇してしまうという課題があった。部品点数の増加を抑えるために、例えば引用文献１の電動弁において、基板上の磁気センサーでマグネットローターの磁気を検知する構成が考えられる。しかしながら、基板とマグネットローターとが比較的大きく離れているため、基板上の磁気センサーでマグネットローターの磁気を検知できなかった。

そこで、本発明は、基板に実装された磁気センサーでマグネットローターの磁気を確実に検知できる電動弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電動弁は、弁本体と、前記弁本体に取り付けられた円筒状のキャンと、前記キャンの内側に配置された円筒状のマグネットローターと、前記マグネットローターの回転により前記弁本体内のポートを開閉するように駆動される弁体と、前記キャンの外側に配置されたステーターと、磁気センサーが実装された基板と、を有する電動弁であって、前記キャンと前記磁気センサーとの間に配置された磁気伝達部材を有し、前記マグネットローターの外周面に、当該マグネットローターの回転軸方向に延在する１または複数のＮ極およびＳ極が周方向に交互に並ぶように設けられており、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部が、前記キャンを介して前記マグネットローターと径方向に対向するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、キャンと基板に実装された磁気センサーとの間に配置された磁気伝達部材を有している。キャンの内側に配置されたマグネットローターの外周面に、当該マグネットローターの回転軸方向に延在する１または複数のＮ極およびＳ極が周方向に交互に並ぶように設けられている。そして、磁気伝達部材におけるキャン側の端部が、キャンを介してマグネットローターと径方向に対向するように配置されている。このようにしたことから、マグネットローターの磁極（Ｎ極、Ｓ極）で生じる磁束は径方向に伝わりやすく、磁気伝達部材におけるキャン側の端部をマグネットローターと径方向に対向するように近接して配置することにより、磁束を磁気伝達部材に効率的に伝えることができる。これにより、磁気伝達部材を介して磁気センサーに多くの磁束が伝達され、マグネットローターの磁束を確実に検知できる。

本発明において、前記ステーターには、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部を支持する磁気伝達部材支持部が設けられていることが好ましい。このようにすることで、磁気伝達部材におけるキャン側の端部を、ステーターに対して適切に位置決めすることができる。

本発明において、前記ステーターが、複数の極歯を有し、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部が、前記回転軸方向から見たときに、前記マグネットローターの回転軸と前記複数の極歯のうちの１つの極歯の中心（略中心を含む）とを通る直線上に配置されていることが好ましい。ステーターが複数の極歯を有する構成では、マグネットローターが回転を停止すると、（ｉ）極歯とマグネットローターの磁極とが正対した状態、（ｉｉ）極歯とマグネットローターの外周面における隣接する磁極間の箇所とが正対した状態、のいずれかとなる。上記（ｉ）の状態では、回転軸方向から見た極歯の位置においてＮ極からＳ極に向かう磁束に含まれる径方向成分が最大となり、磁気伝達部材に伝わる磁束が最も多くなる。上記（ｉｉ）の状態では、回転軸方向から見た極歯の位置においてＮ極からＳ極に向かう磁束に含まれる径方向成分が最小となり、磁気伝達部材に伝わる磁束が最も少なくなる。そのため、上記（ｉ）の状態と上記（ｉｉ）の状態とを明確に区別することができ、マグネットローターの停止位置を高精度で得ることができる。また、検知した磁束の波形に基づき、マグネットローターの回転方向を得ることができる。

本発明において、前記磁気伝達部材が、細長い板状または棒状に形成され、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部を含む一部分が、径方向に沿って配置されていることが好ましい。このようにすることで、磁束は径方向に伝わりやすいことから、磁気伝達部材によってマグネットローターからより離れた箇所まで磁束を伝達することができる。

本発明において、前記磁気伝達部材における前記磁気センサー側の端部を含む他部分が、前記磁気センサーの感磁面と直交する方向に沿って配置されていることが好ましい。このようにすることで、磁気センサーにおいて磁束を適切に検知できる。

本発明において、前記マグネットローターが、前記ポートを閉じるとき前記回転軸方向の一方側に移動しかつ前記ポートを開くとき前記回転軸方向の他方側に移動し、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部が、前記ステーターより前記回転軸方向の他方側に配置され、前記ポートを閉じた状態において前記キャンを介して前記マグネットローターと径方向に対向するように配置されていることが好ましい。このようにすることで、回転軸方向に移動するマグネットローターと磁気伝達部材におけるキャン側の端部とが、閉弁状態から開弁状態に至るまで径方向に対向することになる。そのため、閉弁状態から開弁状態までのいずれの状態においてもマグネットローターの磁束を確実に検知でき、マグネットローターの回転角度を高精度で得ることができる。

本発明において、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部の前記回転軸方向の位置が、前記ポートを閉じた状態から前記ポートを全開にした状態までのいずれの状態においても前記マグネットローターの全長の範囲内にあることが好ましい。このようにすることで、マグネットローターと磁気伝達部材におけるキャン側の端部とが、ポートを閉じた状態（閉弁状態）からポートを全開にした状態（開弁状態）までのいずれの状態においても径方向に対向することになる。そのため、マグネットローターの磁束を確実に検知でき、マグネットローターの回転角度を高精度で得ることができる。

本発明において、前記ステーターの前記回転軸方向の位置が、前記ポートを閉じた状態から前記ポートを全開にした状態までのいずれの状態においても前記マグネットローターの全長の範囲内にあることが好ましい。このようにすることで、閉弁状態から開弁状態までのいずれの状態においてもマグネットローターにステーターの磁力を効率的に作用させることができ、マグネットローターを効率的に回転させることができる。

本発明において、前記基板における前記磁気センサーの実装面が、前記キャンと径方向に対向するように配置されていることが好ましい。このようにすることで、磁束は径方向に伝わりやすいことから、磁気伝達部材を介して磁気センサーに効率的に磁束を伝達することができる。

本発明において、前記キャンおよび前記ステーターを収容するハウジングと、前記基板を収容するケースと、前記磁気伝達部材と当該磁気伝達部材を支持する支持体とを有する磁気伝達ユニットと、をさらに有し、前記ハウジングに設けられたハウジング開口と前記ケースに設けられたケース開口とが接続されるとともに、前記ハウジングにおける前記ハウジング開口の周縁部と前記ケースにおける前記ケース開口の周縁部とが接合され、前記磁気伝達ユニットは、前記磁気伝達部材が前記ケース開口および前記ハウジング開口に挿通され、前記支持体が前記ケースに取り付けられることが好ましい。このようにすることで、磁気伝達部材をケース開口およびハウジング開口に挿通して、磁気伝達部材をキャンの近傍に容易に配置することができる。また、ハウジングにおけるハウジング開口の周縁部とケースにおけるケース開口の周縁部とが接合されているので、気密性を確保できる。

本発明によれば、基板に実装された磁気センサーでマグネットローターの磁気を確実に検知できる

本発明の一実施例に係る電動弁の正面図である。 図１の電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図１の電動弁の開弁状態を示す縦断面図である。 図２のＸ１−Ｘ１線に沿う断面図である。 図１の電動弁のマグネットローターおよびステーターを説明する図である。 図１の電動弁のステーターの斜視図である。 図１の電動弁のステーターの縦断面図である。 図１の電動弁のハウジングの斜視図である。 図１の電動弁のケースの斜視図である。 図１の電動弁の磁気伝達ユニットの斜視図である。 図１の電動弁のステーターの変形例の構成を示す斜視図である。 １枚の細長い板状の磁気伝達部材をマグネットローターの回転軸方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 １枚の正方形板状の磁気伝達部材をマグネットローターの回転軸方向および径方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 １枚の細長い板状の磁気伝達部材をマグネットローターの径方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 図１４の構成の平面図である。 ２枚の細長い板状の磁気伝達部材をマグネットローターの回転軸方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 ２枚の正方形板状の磁気伝達部材をマグネットローターの回転軸方向および径方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 ２枚の細長い板状の磁気伝達部材をマグネットローターの径方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 図１８の構成の平面図である。 ２枚の折り曲げた細長い板状の磁気伝達部材におけるマグネットローター側の端部を含む一部分のみをマグネットローターの径方向に延在するように配置した構成での磁束の伝わり方を模式的に示す斜視図である。 図２０の構成の斜視図である。

以下、本発明の一実施例に係る電動弁について、図１〜図２１を参照して説明する。本実施例の電動弁は、例えば、冷凍サイクル等において冷媒流量を調整するために使用される。

図１は、本発明の一実施例に係る電動弁の正面図である。図２、図３は、図１の電動弁の閉弁状態および開弁状態を示す軸線Ｌに沿う断面図（縦断面図）である。図４は、図２のＸ１−Ｘ１線に沿う断面図である。図４において、キャンの内側は記載を省略している。図５は、図１の電動弁のマグネットローターおよびステーターを説明する図である。図５（ａ）は、図２のＸ２−Ｘ２線に沿う断面図である。図５（ａ）において、キャン、マグネットローターおよびステーターの上段ステーターのヨークのみ示しており、また、磁気伝達部材の位置を破線で示している。図５（ｂ）は、マグネットローターの斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）において、マグネットローターの磁極（Ｎ極、Ｓ極）を模式的に示している。図６、図７は、図１の電動弁のステーターユニットの斜視図および縦断面図である。図８〜図１０は、図１の電動弁のハウジング、ケースおよび磁気伝達ユニットの斜視図である。図８において、ハウジングの内側にステーターが配置されている。図１１は、図１の電動弁のステーターの変形例の構成を示す斜視図である。図１２〜図２１は、マグネットローターから磁気伝達部材への磁束の伝わり方を模式的に示す図である。

図１〜図４に示すように、電動弁１は、弁本体１０と、キャン３０と、磁気センサー３５ａ、３５ｂと、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂと、駆動機構４０と、弁体５０と、ステーター６０と、ハウジング７０と、ケース８０と、基板８５と、を有している。

弁本体１０は、例えば、アルミニウム合金などの金属材料で構成されている。弁本体１０は、直方体状の本体部１１と、本体部１１の上面１１ａから上方に向けて突出した円筒部１２と、を有している。本体部１１の内部には、弁室１３が設けられている。本体部１１には、図２の左方に延びる流路１７と、図２の右方に延びる流路１８と、が設けられている。流路１７は、弁室１３に接続されている。流路１８は、弁室１３に開口するポート１９を介して弁室１３に接続されている。

円筒部１２の外周面の一部には、雄ねじ部１２ｂが設けられている。本体部１１には、上面１１ａに開口する雌ねじ部１１ｂが設けられている。雄ねじ部１２ｂが雌ねじ部１１ｂに螺合されることで、本体部１１と円筒部１２とが一体的に結合されている。円筒部１２の内側空間は、弁室１３に接続されている。

弁本体１０は、さらに鍔部２０を有している。鍔部２０は、例えば、ステンレスなどの金属材料で構成されている。鍔部２０は、円環板状に形成されている。鍔部２０の内周縁２０ａは、円筒部１２の上端部にろう付けなどにより接合されている。

キャン３０は、例えば、ステンレスなどの金属材料で構成されている。キャン３０は、上端部が塞がれた円筒状に形成されている。キャン３０の下端部は、鍔部２０の外周縁２０ｂに溶接などにより接合されている。キャン３０の内側には、駆動機構４０が配置される。

磁気センサー３５ａ、３５ｂは、例えば、ホール素子を有し、感磁面を通過する磁束（磁束密度）の向きおよび大きさに応じた信号を出力するホールＩＣで構成されている。他の種類の磁気センサーを用いてもよい。磁気センサー３５ａ、３５ｂが出力する信号に基づいてマグネットローター４１の回転角度および回転方向を得ることができる。本実施例は、２つの磁気センサー３５ａ、３５ｂを有する構成であるが、例えば、１つの磁気センサー３５ａのみ有する構成でもよい。

磁気センサー３５ａ、３５ｂは、基板８５の実装面８５ａに実装されている。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、それぞれの感磁面が実装面８５ａと平行になるように配置される。

磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、例えば、ヨークなどに用いられる比較的磁束を通しやすい金属材料で構成されている。磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、細長い板状に形成されている。磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、棒状や矩形板状などの他の形状に形成されていてもよい。

磁気伝達部材３６ａは、キャン３０と磁気センサー３５ａとの間に配置されている。磁気伝達部材３６ａは、鈍角に折り曲げられており、磁気伝達部材３６ａにおけるキャン３０側の端部（以下、「キャン側端部３６ａ１」という）を含む直線状の第１部分Ａ１と、磁気伝達部材３６ａにおける磁気センサー３５ａ側の端部（以下、「センサー側端部３６ａ２」という）を含む直線状の第２部分Ａ２と、が連設された構成を有している。

磁気伝達部材３６ｂは、キャン３０と磁気センサー３５ｂとの間に配置されている。磁気伝達部材３６ｂは、鈍角に折り曲げられており、磁気伝達部材３６ｂにおけるキャン３０側の端部（以下、「キャン側端部３６ｂ１」という）を含む直線状の第１部分Ｂ１と、磁気伝達部材３６ｂにおける磁気センサー３５ｂ側の端部（以下、「センサー側端部３６ｂ２」という）を含む直線状の第２部分Ｂ２と、が連設された構成を有している。

磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、折り曲げ角度を調節することにより、第１部分Ａ１、Ｂ１をマグネットローター４１の径方向に沿って配置することができ、かつ、第２部分Ａ２、Ｂ２を磁気センサー３５ａ、３５ｂの感磁面と直交する方向に沿って配置することができる。なお、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、折り曲げずに平板状としてもよい。

磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、それぞれの第２部分Ａ２、Ｂ２を支持する支持体である合成樹脂製のビーム３７とインサート成形により一体化されている。磁気伝達部材３６ａ、３６ｂとビーム３７とで磁気伝達ユニット３８を構成している。

駆動機構４０は、弁体５０を上下方向に駆動する。駆動機構４０は、マグネットローター４１と、弁軸ホルダー４２と、ガイドブッシュ４３と、弁軸４４と、を有している。

マグネットローター４１は、キャン３０の内径より若干小さい外径を有する略円筒状に形成されている。マグネットローター４１の外周面４１ａには、複数のＮ極および複数のＳ極が設けられている。複数のＮ極および複数のＳ極は、軸線Ｌ方向に延在しており、周方向に等間隔でかつ交互に配置されている。Ｎ極およびＳ極は１つずつ設けられていてもよい。本実施例において、１２個のＮ極および１２個のＳ極が１５度間隔で交互に配置されている。マグネットローター４１は、キャン３０の内側に回転可能に配置されている。図５（ａ）、（ｂ）にマグネットローター４１のＮ極およびＳ極の配置イメージを示す。図５（ａ）、（ｂ）において、斜線領域がＮ極を模式的に示し、ドット領域がＳ極を模式的に示す。マグネットローター４１の回転軸は軸線Ｌと一致する。

弁軸ホルダー４２は、上端が塞がれた円筒状に形成されている。弁軸ホルダー４２の上端部には支持リング４５がかしめにより固定されている。支持リング４５を介して、マグネットローター４１と弁軸ホルダー４２とが一体的に結合されている。弁軸ホルダー４２の内周面には、雌ねじ部４２ｃが設けられている。

ガイドブッシュ４３は、外径が大きい大径円筒部４３ａと、大径円筒部４３ａの上端部に同軸に連設された外径が小さい小径円筒部４３ｂと、を有している。小径円筒部４３ｂの外周面には、弁軸ホルダー４２の雌ねじ部４２ｃと螺合される雄ねじ部４３ｃが設けられている。ガイドブッシュ４３は、大径円筒部４３ａが弁本体１０の円筒部１２の内側に圧入されることにより、弁本体１０と結合されている。

弁軸４４は、円柱状の胴部４４ａと、胴部４４ａの上端部に同軸に連設された胴部４４ａより小径の上部小径部４４ｂと、を有している。上部小径部４４ｂは、弁軸ホルダー４２を貫通して配置されており、抜け止めとなるプッシュナット４６が取り付けられている。弁軸４４は、弁軸ホルダー４２と、弁軸４４における胴部４４ａと上部小径部４４ｂとの間の段部と、の間に配置された圧縮コイルばね４７によって、下方に向けて押されている。

弁軸ホルダー４２には、上ストッパ体４８が取り付けられている。ガイドブッシュ４３の大径円筒部４３ａには、下ストッパ体４９が取り付けられている。弁軸ホルダー４２が回転することにより下限位置に至ると、上ストッパ体４８が下ストッパ体４９に当接して弁軸ホルダー４２のさらなる回転が規制される。

弁体５０は、弁軸４４の下端部に一体的に設けられている。弁体５０は、駆動機構４０によって上下方向に移動するように駆動され、弁室１３に開口するポート１９を開閉する。

ステーター６０は、図６、図７に示すように、略円筒状に形成されており、内周面６０ａにより画定される嵌合孔６０ｂを有している。嵌合孔６０ｂの内径は、キャン３０の外径と同一である。ステーター６０は、嵌合孔６０ｂにキャン３０が嵌合されることによりキャン３０の外側に配置される。ステーター６０は、上段ステーター６１と、下段ステーター６２と、合成樹脂製のモールド６５と、を有している。

上段ステーター６１と下段ステーター６２とは、上下に重ねて配置されている。図７に示すように、上段ステーター６１は、ヨーク６１ａと、ヨーク６１ａにボビン６１ｂを介して巻回されたコイル６１ｃとを有している。ヨーク６１ａは、周方向に等間隔に並んで配置された複数のクローポール型の極歯６３を有している。本実施例において、ヨーク６１ａは、２４個の極歯６３を有している。複数の極歯６３は、先端（細い方の端部）が下方を向く下向き極歯６３ａと、先端が上方を向く上向き極歯６３ｂと、を有している。複数の下向き極歯６３ａと複数の上向き極歯６３ｂとは、周方向に交互に配置されている。

下段ステーター６２は、上段ステーター６１と同様の構成を有している。下段ステーター６２は、ヨーク６２ａと、ボビン６２ｂと、コイル６２ｃと、複数のクローポール型の極歯６４（下向き極歯６４ａおよび上向き極歯６４ｂ）と、を有している。下段ステーター６２は、上段ステーター６１に対して複数の極歯６３の間隔の半分だけ周方向にずれて配置されている。本実施例では、複数の極歯６３の間隔および複数の極歯６４の間隔がそれぞれ１５度（３６０度／２４）であり、下段ステーター６２は、上段ステーター６１に対して７．５度（１５度／２）だけ周方向にずれて配置されている。上段ステーター６１および下段ステーター６２とマグネットローター４１とでステッピングモータを構成する。なお、本実施例は、ステーター６０がクローポール型の極歯を有する構成について説明するものであるが、他の種類の極歯を有する構成を採用してもよい。

モールド６５は、上段ステーター６１および下段ステーター６２内に充填されており、複数の極歯６３および複数の極歯６４とともにステーター６０の内周面６０ａを構成している。モールド６５は、環状部６６と、端子支持部６７と、を有している。

環状部６６は、円環状に形成されており、キャン３０の外径と同一の内径を有している。環状部６６は、上段ステーター６１の上面に配置されている。

端子支持部６７は、上段ステーター６１および下段ステーター６２から側方（図２の右方）に延びるように配置されている。端子支持部６７は、上段ステーター６１のコイル６１ｃおよび下段ステーター６２のコイル６２ｃに接続された複数の端子６８が埋め込まれている。複数の端子６８は、端子支持部６７の先端６７ａから突出しており、基板８５と接続されている。

本実施例では、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１が環状部６６の上面６６ｃに配置され、センサー側端部３６ａ２、３６ｂ２だけがビーム３７によって支持されている。このような構成以外に、例えば、キャン側端部３６ａ１、３６ｂ１も支持する構成を採用してもよい。具体的には、モールド６５に、図１１に示すような環状部６６を設けた構成が一例として考えられる。図１１に示す環状部６６には、磁気伝達部材支持部６６ａ、６６ｂが設けられている。

磁気伝達部材支持部６６ａ、６６ｂは、径方向に延在しかつ上方に開口したスリットである。磁気伝達部材支持部６６ａは、磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１を支持する。磁気伝達部材支持部６６ｂは、磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１を支持する。磁気伝達部材支持部６６ａ、６６ｂは、スリット以外の形状を採用してもよい。例えば、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂが棒状に形成されている構成では、磁気伝達部材支持部６６ａ、６６ｂが環状部６６を径方向に貫通する孔であってもよい。磁気伝達部材３６ａ、３６ｂは、キャン側端部３６ａ１、３６ｂ１およびセンサー側端部３６ａ２、３６ｂ２の少なくとも一方のみ支持されていればよい。

磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１は、ポート１９を閉じた状態（閉弁状態）からポート１９を全開にした状態（開弁状態）までのいずれの状態においても、キャン３０を介してマグネットローター４１の外周面４１ａと当該マグネットローター４１の径方向に対向するように配置される。キャン側端部３６ａ１は、キャン３０の外周面３０ａとわずかな隙間をあけて配置される。なお、キャン側端部３６ａ１は、キャン３０の外周面３０ａに接していてもよい。磁気伝達部材３６ａのセンサー側端部３６ａ２は、磁気センサー３５ａとわずかな隙間をあけて配置される。

磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１は、閉弁状態から開弁状態までのいずれの状態においても、キャン３０を介してマグネットローター４１の外周面４１ａと当該マグネットローター４１の径方向に対向するように配置される。キャン側端部３６ｂ１は、キャン３０の外周面３０ａとわずかな隙間をあけて配置される。なお、キャン側端部３６ｂ１は、キャン３０の外周面３０ａに接していてもよい。磁気伝達部材３６ｂのセンサー側端部３６ｂ２は、磁気センサー３５ｂとわずかな隙間をあけて配置される。

また、磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１は、マグネットローター４１の回転軸方向から見たときに、回転軸（軸線Ｌ）と上段ステーター６１の１つの極歯６３の中心とを通る直線Ｆ１上に配置される。同様に、磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１は、マグネットローター４１の回転軸方向からみたときに、回転軸と上段ステーター６１の１つの極歯６３の中心とを通る直線Ｆ２上に配置される。極歯６３の「中心」には、中心に加えて略中心を含み、以下同様である。複数のクローポール型の極歯６３を備えたヨーク６１ａを有する構成では、マグネットローター４１が回転を停止すると、（ｉ）極歯６３とマグネットローター４１の磁極とが正対した状態、（ｉｉ）極歯６３とマグネットローター４１の外周面４１ａにおける隣接する磁極間の箇所とが正対した状態、のいずれかとなる。上記（ｉ）の状態では、回転軸方向から見た極歯６３の位置においてＮ極からＳ極に向かう磁束に含まれる径方向成分が最大となり、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂに伝わる磁束が最も多くなる。上記（ｉｉ）の状態では、回転軸方向から見た極歯６３の位置においてＮ極からＳ極に向かう磁束に含まれる径方向成分が最小となり、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂに伝わる磁束が最も少なくなる。そのため、上記（ｉ）の状態と上記（ｉｉ）の状態とを明確に区別することができ、マグネットローターの停止位置を高精度で得ることができる。また、検知した磁束の波形に基づき、マグネットローター４１の回転方向を得ることができる。

また、マグネットローター４１の回転軸方向から見たときに、磁気伝達部材３６ａの一部分である第１部分Ａ１が直線Ｆ１上に配置され、磁気伝達部材３６ｂの一部分である第１部分Ｂ１が直線Ｆ２上に配置される。直線Ｆ１、Ｆ２は、径方向に沿う直線である。このようにすることで、マグネットローター４１の磁束は径方向に伝わりやすいことから、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂによってマグネットローターからより離れた箇所まで磁束を伝達することができる。

また、磁気伝達部材３６ａの他部分である第２部分Ａ２および磁気伝達部材３６ｂの他部分である第２部分Ｂ２が、基板８５の実装面８５ａ（すなわち磁気センサー３５ａ、３５ｂの感磁面）と直交する方向に沿って配置されている。このようにすることで、磁気センサー３５ａ、３５ｂにおいて磁束を適切に検知できる。

本実施例において、磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１と磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１とは、互いに隣接する極歯６３と同じ間隔（１５度）をあけて配置されているが、これに限定されない。例えば、磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１と磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１とは、次の式（１）に示される間隔θ［度］をあけて配置されていてもよい。
θ＝（９０／ｎ）＋（３６０×ｍ）／ｎ ・・・（１）
ただし、ｎは１つのステーターが有する極歯数の１／２の値であり、ｍは任意の整数であり、θ＜３６０度である。

磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１および磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１は、上記式（１）を満たすように配置されることで、一方がマグネットローター４１の磁極と正対すると、他方がマグネットローター４１の外周面４１ａにおける隣接する磁極間の箇所と正対する。これにより、キャン側端部３６ａ１およびキャン側端部３６ｂ１の一方に伝わる磁束が最大のとき、他方に伝わる磁束が最小となる。これにより、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを介して磁気センサー３５ａ、３５ｂに磁束が伝達されると、磁気センサー３５ａ、３５ｂの一方によって検知される磁束が最大のとき、他方によって検知される磁束が最小となる。そのため、マグネットローター４１の回転角度を高精度で得ることができる。

ハウジング７０は、合成樹脂製であり、キャン３０およびステーター６０の外形に沿った形状を有している。ハウジング７０は、内側にキャン３０およびステーター６０を収容する。ハウジング７０は、弁本体１０側に向けて突出する円筒状の筒状部７３を有している。筒状部７３は、弁本体１０の円筒部１２を囲むように配置されている。筒状部７３と円筒部１２との間には、ゴム材などの弾性材料で構成された円環状のＯリングである封止部材１００が圧縮状態で配置されている。ハウジング７０は、側方に向く四角形状のハウジング開口７４が設けられている。ハウジング開口７４から、端子支持部６７が突出している。

ケース８０は、合成樹脂製であり、１つの側面が開口した直方体箱状のケース本体８１と、ケース本体８１の側面の開口を塞ぐ平板状の蓋体８２と、ケース本体８１から上方に延びる筒状のコネクタ８３と、を有している。

ケース本体８１は、基板８５を収容している。基板８５は、電子部品が実装されるプリント基板である。基板８５の実装面８５ａには、磁気センサー３５ａ、３５ｂが実装されている。基板８５には、磁気センサー３５ａ、３５ｂによって出力された信号に基づいて、マグネットローター４１の回転角度や弁開度（ポート１９の開度）を演算するコンピューターなどからなる演算装置が実装されていてもよい。

ケース本体８１における蓋体８２と対向する側壁部８１ａには、複数のボス８１ｂと、四角形状のケース開口８４が設けられている。ケース開口８４は、ハウジング７０のハウジング開口７４と接続される。ハウジング７０におけるハウジング開口７４の周縁部とケース本体８１におけるケース開口８４の周縁部とが、例えば、超音波溶着や赤外線溶着などにより接合されている。

複数のボス８１ｂには、磁気伝達ユニット３８のビーム３７が取り付けられており、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂがケース開口８４およびハウジング開口７４を挿通するように配置されている。また、複数のボス８１ｂには、基板８５が取り付けられている。基板８５の実装面８５ａは、キャン３０と径方向に対向している。

電動弁１において、弁本体１０の円筒部１２、ポート１９、キャン３０、マグネットローター４１、弁軸ホルダー４２、ガイドブッシュ４３、弁軸４４、弁体５０、ステーター６０（上段ステーター６１、下段ステーター６２、モールド６５の環状部６６）およびハウジング７０の筒状部７３は、それぞれの軸が軸線Ｌに一致する。換言すると、これらは全て同軸に配置されている。軸線Ｌ方向は上下方向に一致する。

次に、電動弁１の動作について説明する。

電動弁１において、マグネットローター４１が一方向に回転するように、上段ステーター６１および下段ステーター６２に通電する。マグネットローター４１とともに弁軸ホルダー４２が回転して、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃとガイドブッシュ４３の雄ねじ４３ｃとのねじ送り作用により、マグネットローター４１および弁軸ホルダー４２が下方（すなわち回転軸方向の一方側）に移動する。弁軸ホルダー４２とともに弁軸４４も下方に移動して弁体５０がポート１９を閉じる（閉弁状態）。

または、電動弁１において、マグネットローター４１が他方向に回転するように、上段ステーター６１および下段ステーター６２に通電する。マグネットローター４１とともに弁軸ホルダー４２が回転して、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃとガイドブッシュ４３の雄ねじ４３ｃとのねじ送り作用により、マグネットローター４１および弁軸ホルダー４２が上方（すなわち回転軸方向の他方側）に移動する。弁軸ホルダー４２とともに弁軸４４も上方に移動して弁体５０がポート１９を開く（開弁状態）。

そして、マグネットローター４１が回転すると、外周面４１ａに設けられた各Ｎ極および各Ｓ極と磁気伝達部材３６ａのキャン側端部３６ａ１および磁気伝達部材３６ｂのキャン側端部３６ｂ１との位置関係が変化して、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを介して磁気センサー３５ａ、３５ｂに伝達される磁束の向きおよび大きさが変化する。これにより、マグネットローター４１の回転角度に応じて、磁気センサー３５ａ、３５ｂから出力される信号が変化し、この信号に基づいてマグネットローター４１の回転角度および回転方向を得ることができる。

本発明者らは、磁気伝達部材の形状、延在方向および個数と、マグネットローター４１の磁束の伝わり方との関係について、シミュレーションを用いて解析を行った。解析結果を図１２〜図２１に示す。図１２〜図２１は、マグネットローターから磁気伝達部材への磁束の伝わり方を模式的に示す図である。図１２〜図２１において、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂの色の濃い領域が所定量以上の磁束が伝わっている領域を示している。色の濃い領域が大きいほど、磁束が伝わりやすいことを示している。また、マグネットローターにおける色の濃い領域は磁極（Ｎ極、Ｓ極）を示している。図１５、図１９、図２１において、マグネットローターの磁極を結ぶ磁力線を黒線で模式的に示している。図１４と図１５、図１８と図１９、図２０と図２１、は同一構成を異なる図の向き（斜視図、平面図）で示している。表１に、各図の詳細を示す。

図１２〜図１５は、１枚の磁気伝達部材３６ａを用いた構成を示している。図１２、図１３、図１４の順で、色の濃い領域が大きく広がっている。そして、これら３つの構成の中では、図１４に示す１枚の細長い板状の磁気伝達部材３６ａをマグネットローター４１の径方向に延在するように配置した構成が、マグネットローターから最も離れた箇所まで磁束を伝達できることがわかる。

図１６〜図１９は、２枚の磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを用いた構成を示している。図１６、図１７、図１８の順で、色の濃い領域が大きく広がっている。そして、これら３つの構成の中では、図１８に示す２枚の細長い板状の磁気伝達部材３６ａ、３６ｂをマグネットローター４１の径方向に延在するように配置した構成が、マグネットローター４１から最も離れた箇所まで磁束を伝達できることがわかる。また、図１８に示す構成は、１枚の磁気伝達部材３６ａを用いた構成と比べても、マグネットローター４１からさらに離れた箇所まで磁束を伝達できることがわかる。また、図１９に示すように、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂの間に磁力線が延びていることから、Ｎ極、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂおよびＳ極によって磁気回路が形成されていることがわかる。

図２０、図２１は、鈍角に折り曲げられた２枚の磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを、第１部分Ａ１、Ｂ１のみマグネットローター４１の径方向に延在するように配置した構成を示している。図２０に示す構成では、図１８に示す構成と同様に、色の濃い領域が広がっている。このことから、図２０に示す構成でも、図１８に示す構成と同様にマグネットローター４１から離れた箇所まで磁束を伝達できることがわかる。また、図２１に示すように、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂの間に磁力線が延びており、Ｎ極、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂおよびＳ極により磁気回路が形成されていることがわかる。

上記解析結果から、細長い板状の磁気伝達部材をマグネットローター４１の径方向に延在するように配置することで、マグネットローターの磁束を効率的に伝達できることが明らかとなった。また、１枚の磁気伝達部材より２枚の磁気伝達部材を用いた構成の方が、マグネットローターの磁束をより効率的に伝達できることが明らかとなった。

以上より、本実施例の電動弁１によれば、キャン３０と基板８５に実装された磁気センサー３５ａ、３５ｂとの間に配置された磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを有している。キャン３０の内側に配置されたマグネットローター４１の外周面４１ａに、当該マグネットローター４１の回転軸方向に延在する複数のＮ極および複数のＳ極が周方向に交互に並ぶように設けられている。そして、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１が、キャン３０を介してマグネットローター４１と径方向に対向するように配置されている。このようにしたことから、マグネットローター４１の磁極（Ｎ極、Ｓ極）で生じる磁束は径方向に伝わりやすく、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１をマグネットローター４１と径方向に対向して配置することにより、磁束を磁気伝達部材３６ａ、３６ｂに効率的に伝えることができる。これにより、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを介して磁気センサー３５ａ、３５ｂに多くの磁束が伝達され、マグネットローター４１の磁束を確実に検知できる。

また、ステーター６０には、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１を支持する磁気伝達部材支持部６６ａ、６６ｂが設けられていてもよい。このようにすることで、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１を、ステーター６０の極歯６３に対して適切に位置決めすることができる。

また、マグネットローター４１が、ポート１９を閉じるとき下方（回転軸方向の一方側）に移動しかつポート１９を開くとき上方（回転軸方向の他方側）に移動する。磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１が、ステーター６０の上段ステーター６１より上方に配置されている。そして、キャン側端部３６ａ１、３６ｂ１が、ポート１９を閉じた状態においてキャン３０を介してマグネットローター４１と径方向に対向するように配置されている。このようにすることで、上下方向に移動するマグネットローター４１と磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１とが、閉弁状態から開弁状態までのいずれの状態においても径方向に対向することになる。そのため、マグネットローター４１の磁束を確実に検知でき、マグネットローター４１の回転角度を高精度で得ることができる。

また、基板８５の実装面８５ａが、キャン３０と径方向に対向するように配置されている。このようにすることで、磁束は径方向に伝わりやすいことから、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂを介して磁気センサー３５ａ、３５ｂに効率的に磁束を伝達することができる。

また、キャン３０およびステーター６０を収容するハウジング７０と、基板８５を収容するケース８０と、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂとこれらを支持するビーム３７とを有する磁気伝達ユニット３８と、をさらに有している。ハウジング７０に設けられたハウジング開口７４とケース８０に設けられたケース開口８４とが接続されるとともに、ハウジング７０におけるハウジング開口７４の周縁部とケース８０におけるケース開口８４の周縁部とが接合されている。そして、磁気伝達ユニット３８は、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂがケース開口８４およびハウジング開口７４に挿通され、ビーム３７がケース８０に取り付けられている。このようにすることで、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂをケース開口８４およびハウジング開口７４に挿通して、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂをキャンの近傍に容易に配置することができる。また、ハウジング７０におけるハウジング開口７４の周縁部とケース８０におけるケース開口８４の周縁部とが接合されているので、気密性を確保できる。

上述した実施形態では、マグネットローター４１が回転軸方向に移動する構成であったが、マグネットローター４１の回転軸方向の位置が固定された構成であってもよい。どちらの構成でも、磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１の回転軸方向の位置が、閉弁状態から開弁状態までのいずれの状態においてもマグネットローター４１の全長の範囲内（すなわちマグネットローター４１の下端から上端までの間）にあることが好ましい。このようにすることで、マグネットローター４１と磁気伝達部材３６ａ、３６ｂのキャン側端部３６ａ１、３６ｂ１とが、閉弁状態から開弁状態に至るまで径方向に対向することになる。そのため、マグネットローター４１の磁束を確実に検知でき、マグネットローター４１の回転角度を高精度で得ることができる。また、ステーター６０の上段ステーター６１および下段ステーター６２の回転軸方向の位置が、閉弁状態から開弁状態までのいずれの状態においてもマグネットローター４１の全長の範囲内にあることが好ましい。このようにすることで、閉弁状態から開弁状態に至るまでマグネットローター４１に上段ステーター６１および下段ステーター６２の磁力を効率的に作用させることができ、マグネットローター４１を効率的に回転させることができる。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…電動弁、１０…弁本体、１１…本体部、１１ａ…上面、１１ｂ…雌ねじ部、１２…円筒部、１２ｂ…雄ねじ部、１３…弁室、１７、１８…流路、１９…ポート、２０…鍔部、３０…キャン、３０ａ…外周面、３５ａ、３５ｂ…磁気センサー、３６ａ、３６ｂ…磁気伝達部材、３６ａ１、３６ｂ１…キャン側端部、３６ａ２、３６ｂ２…センサー側端部、Ａ１、Ｂ１…第１部分、Ａ２、Ｂ２…第２部分、３８…磁気伝達ユニット、４０…駆動機構、４１…マグネットローター、４１ａ…外周面、４２…弁軸ホルダー、４２ｃ…雌ねじ部、４３…ガイドブッシュ、４３ａ…大径円筒部、４３ｂ…小径円筒部、４３ｃ…雄ねじ部、４４…弁軸、４４ａ…胴部、４４ｂ…上部小径部、４５…支持リング、４６…プッシュナット、４７…圧縮コイルばね、４８…上ストッパ体、４９…下ストッパ体、５０…弁体、６０…ステーター、６０ａ…内周面、６０ｂ…嵌合孔、６１…上段ステーター、６１ａ…ヨーク、６１ｂ…ボビン、６１ｃ…コイル、６２…下段ステーター、６２ａ…ヨーク、６２ｂ…ボビン、６２ｃ…コイル、６３、６４…極歯、６３ａ、６４ａ…下向き極歯、６３ｂ、６４ｂ…上向き極歯、６５…モールド、６６…環状部、６６ａ、６６ｂ…磁気伝達部材支持部、６６ｃ…上面、６７…端子支持部、６７ａ…先端、６８…端子、７０…ハウジング、７３…筒状部、７４…ハウジング開口、８０…ケース、８１…ケース本体、８１ａ…側壁部、８１ｂ…ボス、８２…蓋体、８３…コネクタ、８４…ケース開口、１００…封止部材

Claims (10)

1. 弁本体と、前記弁本体に取り付けられた円筒状のキャンと、前記キャンの内側に配置された円筒状のマグネットローターと、前記マグネットローターの回転により前記弁本体内のポートを開閉するように駆動される弁体と、前記キャンの外側に配置されたステーターと、磁気センサーが実装された基板と、を有する電動弁であって、
   前記キャンと前記磁気センサーとの間に配置された磁気伝達部材を有し、
   前記マグネットローターの外周面に、当該マグネットローターの回転軸方向に延在する１または複数のＮ極およびＳ極が周方向に交互に並ぶように設けられており、
   前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部が、前記キャンを介して前記マグネットローターと径方向に対向するように配置されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記ステーターには、前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部を支持する磁気伝達部材支持部が設けられている、請求項１に記載の電動弁。
3. 前記ステーターが、複数の極歯を有し、
   前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部が、前記回転軸方向から見たときに、前記マグネットローターの回転軸と前記複数の極歯のうちの１つの極歯の中心とを通る直線上に配置されている、請求項１または請求項２に記載の電動弁。
4. 前記磁気伝達部材が、細長い板状または棒状に形成され、
   前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部を含む一部分が、径方向に沿って配置されている、請求項３に記載の電動弁。
5. 前記磁気伝達部材における前記磁気センサー側の端部を含む他部分が、前記磁気センサーの感磁面と直交する方向に沿って配置されている、請求項４に記載の電動弁。
6. 前記マグネットローターが、前記ポートを閉じるとき前記回転軸方向の一方側に移動しかつ前記ポートを開くとき前記回転軸方向の他方側に移動し、
   前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部が、前記ステーターより前記回転軸方向の他方側に配置され、前記ポートを閉じた状態において前記キャンを介して前記マグネットローターと径方向に対向するように配置されている、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動弁。
7. 前記磁気伝達部材における前記キャン側の端部の前記回転軸方向の位置が、前記ポートを閉じた状態から前記ポートを全開にした状態までのいずれの状態においても前記マグネットローターの全長の範囲内にある、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電動弁。
8. 前記ステーターの前記回転軸方向の位置が、前記ポートを閉じた状態から前記ポートを全開にした状態までのいずれの状態においても前記マグネットローターの全長の範囲内にある、請求項７に記載の電動弁。
9. 前記基板における前記磁気センサーの実装面が、前記キャンと径方向に対向するように配置されている、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の電動弁。
10. 前記キャンおよび前記ステーターを収容するハウジングと、
    前記基板を収容するケースと、
    前記磁気伝達部材と当該磁気伝達部材を支持する支持体とを有する磁気伝達ユニットと、をさらに有し、
    前記ハウジングに設けられたハウジング開口と前記ケースに設けられたケース開口とが接続されるとともに、前記ハウジングにおける前記ハウジング開口の周縁部と前記ケースにおける前記ケース開口の周縁部とが接合され、
    前記磁気伝達ユニットは、前記磁気伝達部材が前記ケース開口および前記ハウジング開口に挿通され、前記支持体が前記ケースに取り付けられる、請求項９に記載の電動弁。

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