JP6755835B2 - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、この種の電動弁として、ステッピングモータ等のモータ部のマグネットロータの回転により弁本体を作動させるものがある。このような電動弁では流体の流路を密閉する必要があり、弁本体と共に密閉構造をなす円筒形状のキャン内に、モータ部のマグネットロータを収容している。そして、モータ部のステータはキャンの外周に配置する構造となっている。例えば特開２００３−５６７３６号公報（特許文献１）及び特開２００９−２６４５３０号公報（特許文献２）に同様な電動弁が開示されている。

また、空気調和機（エアコン）における電動弁は室外機（室外ユニット）に設置されるが、この設置の際は、先ず弁装置（弁本体とキャンのアッセンブリ）を冷媒配管に組み付け、配管の接続部をろう付けして固定した後、ステータをキャンに嵌め込んで固定し、電気配線等を行うようにしている。

特開２００３−５６７３６号公報 特開２００９−２６４５３０号公報

上述したように、電動弁を室外機内に設置する際には、室外機内でステータを弁装置に取り付ける作業が必要となる。しかしながら、複雑に配管された室外機内はスペースが狭いため、作業がしにくいという問題がある。このため、弁装置に対してステータを容易に組み付けられる構造が要求される。

本発明は、マグネットロータを収容するキャンを弁本体に組み付けた弁装置に対してステータを取り付けるようにした電動弁において、キャンの外周にステータを容易に組み付けられる電動弁を提供することを課題とする。

請求項１の電動弁は、モータ部の駆動により作動する弁本体に対して前記モータ部のマグネットロータを収容した軸線を中心とする略円筒形状のキャンを組み付けてなる弁装置と、前記モータ部を構成するとともに前記キャンを嵌め込む円柱形状の嵌挿孔を有するステータと、を備え、前記キャンは前記マグネットロータの外周に対向する小径部と該小径部から前記弁本体側に拡径された大径部とからなり、前記嵌挿孔に前記小径部が嵌め込まれるとともに、前記大径部が前記嵌挿孔の開口部の前記弁本体側に位置する状態で、前記ステータが前記弁装置に装着された電動弁であって、前記ステータに設けられ、前記弁本体側から前記開口部を臨むように延在された弾性片と該弾性片に形成されて前記軸線側に突出し、前記ステータの前記弁本体側の底部に前記嵌挿孔の開口部から前記弁本体側に拡径された袴部の内壁と前記軸線との間に設けられた凸部とを有する弾性部材を備えるとともに、前記キャンは前記大径部の外周に前記弾性部材の前記凸部に係合する凹部を有し、前記凸部と前記凹部とは、前記ステータが前記弁装置に組み付けた状態で係合し、かつ、前記弾性部材の前記凸部が、前記ステータの前記嵌挿孔に前記キャンの前記小径部が嵌挿されるときに該小径部と干渉しないよう、構成されていることを特徴とする。

請求項２の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記キャンの前記凹部が、前記大径部の前記軸線方向の中央位置から前記小径部側に偏在して形成されていることを特徴とする。

請求項３の電動弁は、請求項１または２に記載の電動弁であって、前記弾性部材の前記弾性片は、前記ステータが前記弁装置に装着されていない自然状態で、前記凸部が当該弾性片の基端部よりも前記軸線側に位置するように傾斜した構造となっていることを特徴とする。

請求項４の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

請求項１乃至３の電動弁によれば、弾性部材は、弁本体側からステータの嵌挿孔の開口部を臨むように延在された弾性片とキャンの軸線側に突出する凸部とを有し、この凸部がキャンの大径部の凹部に係合して、ステータが弁装置に組み付けられるが、ステータの嵌挿孔にキャンの小径部を嵌挿するときに、弾性部材の凸部が小径部と干渉しないので、キャンの外周にステータを容易に組み付けることができる。

さらに、請求項２の電動弁によれば、キャンの凹部が、大径部の軸線方向の中央位置から小径部側に偏在して形成されているので、大径部の開口端部に歪みが生じず、このキャンをハウジング等に対して位置ずれすることなく確実に溶接することができる。

請求項４の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１乃至３と同様な効果が得られる。

本発明の実施形態の電動弁の一部断面側面図である。 実施形態の電動弁におけるステータ、ブラケット及びキャンの寸法関係を示す図である。 実施形態の電動弁におけるステータの縦断面図である。 実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。

次に、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の電動弁の一部断面側面図、図２は実施形態の電動弁におけるステータ、ブラケット及びキャンの寸法関係を示す図、図３は実施形態の電動弁におけるステータの縦断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

図１に示すように、この電動弁は、「弾性部材」としてのブラケット１と、「モータ部」としてのステッピングモータ１０と、弁本体２０と、非磁性体からなる円筒形状のキャン３０とを備えている。ステッピングモータ１０は、キャン３０の外周に取り付けられた後述説明するステータ１１と、キャン３０の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ１２とで構成されている。なお、マグネットロータ１２の外周面とキャン３０の内周面との間には所定の隙間が設けられている。

弁本体２０はステンレス等のハウジング２１０を有し、このハウジング２１０の内部に弁部材等を内蔵している。そして、この弁本体２０はステッピングモータ１０の駆動（マグネットロータ１２の回転）により作動し、第１継手管２１から第２継手管２２へ流れる流体の流量、または第２継手管２２から第１継手管２１へ流れる流体の流量を制御する。

弁本体２０のハウジング２１０の上端には、キャン３０が溶接等によって気密に組み付けられ、これにより、弁本体２０及びキャン３０は「弁装置」を構成している。

ステータ１１は、樹脂製のボビン１１ａにコイル１１ｂ，１１ｂを巻装することで、軸線Ｌ１方向に一対のコイル部を積層して構成されている。また、ボビン１１ａには、磁極歯１１ｄを持つ継鉄（ヨーク）１１ｃがモールド成形により一体に組み付けられている。

ステータ１１は、中央に軸線Ｌ１を中心とする円柱形状の嵌挿孔１１Ｈを有しており、この嵌挿孔１１Ｈの内周面の一部に継鉄１１ｃの磁極歯１１ｄが配置されている。そして、この磁極歯１１ｄはキャン３０の外周面に密着する。

以上の構成により、ステッピングモータ１０では、コイル１１ｂへのパルス出力の印加によりコイル１１ｂが磁力線を発生する。これにより、磁極歯１１ｄに磁極（Ｎ、Ｓ極）が交互に変化し、マグネットロータ１２に対して磁気吸引力及び磁気反発力を発生し、マグネットロータ１２が回転する。これにより弁本体２０が作動し、前記のように第１継手管２１から第２継手管２２へ、あるいは第２継手管２２から第１継手管２１へ流れる冷媒の流量が制御される。

ステータ１１の弁本体２０側の底部には、嵌挿孔１１Ｈの開口部１１Ｈ１から弁本体２０側に拡径された袴部１１Ｋを有している。また、キャン３０は軸線Ｌ２を中心軸とし、マグネットロータ１２の外周に対向する小径部３０Ａと、小径部３０Ａから弁本体２０側に拡径された大径部３０Ｂとから構成されている。そして、ステータ１１の嵌挿孔１１Ｈ内にキャン３０の小径部３０Ａを嵌め込むとともに、キャン３０の大径部３０Ｂが嵌挿孔１１Ｈの開口部１１Ｈ１の弁本体２０側に位置する状態で、ステータ１１の袴部１１Ｋ内に大径部３０Ｂの一部が収容されている。これにより、ステータ１１が弁装置に装着されている。

ステータ１１の底部の嵌挿孔１１Ｈの開口部１１Ｈ１の周囲の１箇所には、「弾性部材」としてのブラケット１が取り付けられている。ブラケット１は、袴部１１Ｋ内において、弁本体２０側から嵌挿孔１１Ｈの開口部１１Ｈ１を臨むように延在された弾性片１ａと、弾性片１ａに形成された凸部１ｂとを有している。この凸部１ｂは、ステータ１１の袴部１１Ｋの中心側（軸線Ｌ１側）に突出している。さらに、キャン３０は大径部３０Ｂの外周に、ブラケット１の凸部１ｂに係合する形状をした凹部３０ａが複数形成されている。

そして、図１に示すように、ブラケット１の凸部１ｂとキャン３０の凹部３０ａとは、ステータ１１が弁装置に組み付けた状態で係合する。これにより、キャン３０に対して、ステータ１１の軸線Ｌ１回りの位置決めがなされるとともに、ステータ１１は抜け防止をされた状態でキャン３０に取り付けられている。

図２に示すように、ステータ１１の嵌挿孔１１Ｈの内径Ａ、キャン３０の小径部３０Ａの外径Ｂ、自然状態でのブラケット１の凸部１ｂの軸線Ｌ１からの距離Ｃ、キャン３０の大径部３０Ｂの外径Ｄは、それぞれ、以下のように設定されている。
Ｃ＜Ａ／２ …（１）
Ｂ／２＜Ｃ＋（Ａ−Ｂ） …（２）
Ｄ／２＞Ｃ＋（Ａ−Ｂ） …（３）

条件（１）は、凸部１ｂがステータ１１の嵌挿孔１１Ｈの内壁より内側（軸線Ｌ１側）に突出する条件である。条件（２）は、ステータ１１にキャン３０を装着（挿入）するときに凸部１ｂが小径部３０Ａに摺動（接触）しない条件である。条件（３）は、ステータ１１にキャン３０を装着するときに凸部１ｂが大径部３０Ｂに摺動する条件である。また、これらの条件は、
Ｃ＜Ａ／２を前提として、
Ｂ／２＜Ｃ＋（Ａ−Ｂ）＜Ｄ／２
または
Ｂ／２−Ｃ＜（Ａ−Ｂ）＜Ｄ／２−Ｃ
となっていることを示す。なお、キャン３０の小径部３０Ａの外径Ｂは、ステータ１１の嵌挿孔１１Ｈの内径Ａよりも僅かに小さい寸法である。そのため、ステータ１１にキャン３０を挿入するときに、キャン３０の小径部３０Ａがステータ１１の嵌装孔１１Ｈの内壁に摺動せずに（小径部３０Ａと嵌装孔１１Ｈとの間のクリアランスを維持しながら）挿入される場合や、嵌装孔１１Ｈの内壁のうち凸部１ｂが突出している箇所以外の部分のいずれかに摺動しながら挿入することがある。ここで、図２は、キャン３０の小径部３０Ａの外周面の周回りの一箇所（一母線）が、ステータ１１の嵌挿孔１１Ｈの凸部１ｂと反対側の内周面に摺動するような位置関係を図示しており、この図２の状態では、軸線Ｌ１と軸線Ｌ２は、（Ａ−Ｂ）となる僅かな量だけ位置をずらした状態となっている。また、この状態は、凸部１ｂと小径部３０Ａとが干渉しない状態である。すなわち、小径部３０Ａが嵌挿孔１１Ｈ内に挿入されるとき、凸部１ｂが小径部３０Ａに接触したとしても、前記条件（２）により、小径部３０Ａを凸部１ｂから離間させて、小径部３０ｂが凸部１ｂから弾性力を受けない（干渉しない）ようにすることができる。

さらに、ステータ１１の軸線Ｌ１からブラケット１の弾性片１ａの基端部１ａ１までの距離Ｅに対して、ステータ１１にキャン３０を装着するときのキャン３０の軸線Ｌ２からブラケット１の弾性片１ａの基端部１ａ１までの距離Ｅ′は、以下のように設定されている。
Ｄ／２＜Ｅ＋（Ａ−Ｂ） …（４）
Ｄ／２＜Ｅ′ …（５）

条件（４），（５）は、ステータ１１にキャン３０を装着するときに、大径部３０Ｂがブラケット１の基端部１ａ１に摺動（接触）しない条件である。

このように、ステータ１１にキャン３０を装着するとき、小径部３０Ａを嵌挿孔１１Ｈ（内径Ａ）内に嵌挿した状態でも、この小径部３０Ａとブラケット１の凸部１ｂとの間に隙間を設けることができる。すなわち、ブラケット１の凸部１ｂとキャン３０の小径部３０Ａとが干渉しないよう構成されているので、余分な力を要せず組み付け易くなる。

また、自然状態でのブラケット１の弾性片１ａの角度αが、キャン３０における小径部３０Ａと大径部３０Ｂとの間のテーパ角度βとの関係が、
α＜β …（６）
の条件となっていると、
弾性片１ａが大径部３０Ｂを半径方向に付勢する力が小さくなり、さらに組み付け易くなる。

さらに、この実施形態では、キャン３０の凹部３０ａが、大径部３０Ｂの軸線Ｌ２方向の中央位置から小径部３０Ｂ側に偏在して形成されている。したがって、この凹部３０ａを例えばプレス加工等により形成するとき、キャン３０（大径部３０Ｂ）の開口端部に歪みが生じず、このキャン３０をハウジング２１０に対して位置ずれ等をすることなく確実に溶接することができる。

なお、キャン３０において、大径部３０Ｂの凹部３０ａの内側への突出端が、小径部３０Ａの内周面よりも内側に突出していないので、マグネットロータ１２を小径部３０Ｂ内に挿入するときに凹部３０ａが邪魔にならず、容易に組み付けられる。

図４は実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。図において、符号１００は膨張弁を構成する本発明の実施形態の電動弁、２００は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、３００は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、４００は四方弁を構成する流路切換弁、５００は圧縮機である。電動弁１００、室外熱交換器２００、室内熱交換器３００、流路切換弁４００、及び圧縮機５００は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。

冷凍サイクルの流路は、流路切換弁４００により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の２通りに切換えられる。冷房運転時には、図に実線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室外熱交換器２００に流入され、この室外熱交換器２００は凝縮器として機能し、室外熱交換器２００から流出された冷媒液は電動弁１００を介して室内熱交換器３００に流入され、この室内熱交換器３００は蒸発器として機能する。

一方、暖房運転時には、図に破線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室内熱交換器３００、電動弁１００、室外熱交換器２００、流路切換弁４００、そして、圧縮機５００の順に循環され、室内熱交換器３００が凝縮器として機能し、室外内熱交換器２００が蒸発器として機能する。電動弁１００は、冷房運転時に室外熱交換器２００から流入する冷媒液、または暖房運転時に室内熱交換器３００から流入する冷媒液を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ ブラケット（弾性部材）
１ａ 弾性片
１ａ１ 基端部
１ｂ 凸部
１０ ステッピングモータ（モータ部）
１１ ステータ
１１Ｈ 嵌挿孔
１１Ｈ１ 開口部
１１Ｋ 袴部
１１ａ ボビン
１１ｂ コイル
１１ｃ 継鉄
Ｌ１ ステータの軸線
１２ マグネットロータ
２０ 弁本体
２１ 第１継手管
２２ 第２継手管
２１０ ハウジング
３０ キャン
３０Ａ 小径部
３０Ｂ 大径部
３０ａ 凹部
Ｌ２ キャンの軸線
１００ 電動弁
２００ 室外熱交換器
３００ 室内熱交換器
４００ 流路切換弁
５００ 圧縮機

Claims (4)

1. モータ部の駆動により作動する弁本体に対して前記モータ部のマグネットロータを収容した軸線を中心とする略円筒形状のキャンを組み付けてなる弁装置と、前記モータ部を構成するとともに前記キャンを嵌め込む円柱形状の嵌挿孔を有するステータと、を備え、
   前記キャンは前記マグネットロータの外周に対向する小径部と該小径部から前記弁本体側に拡径された大径部とからなり、
   前記嵌挿孔に前記小径部が嵌め込まれるとともに、前記大径部が前記嵌挿孔の開口部の前記弁本体側に位置する状態で、前記ステータが前記弁装置に装着された電動弁であって、
   前記ステータに設けられ、前記弁本体側から前記開口部を臨むように延在された弾性片と該弾性片に形成されて前記軸線側に突出し、前記ステータの前記弁本体側の底部に前記嵌挿孔の開口部から前記弁本体側に拡径された袴部の内壁と前記軸線との間に設けられた凸部とを有する弾性部材を備えるとともに、前記キャンは前記大径部の外周に前記弾性部材の前記凸部に係合する凹部を有し、
   前記凸部と前記凹部とは、前記ステータが前記弁装置に組み付けた状態で係合し、かつ、前記弾性部材の前記凸部が、前記ステータの前記嵌挿孔に前記キャンの前記小径部が嵌挿されるときに該小径部と干渉しないよう、構成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記キャンの前記凹部が、前記大径部の前記軸線方向の中央位置から前記小径部側に偏在して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記弾性部材の前記弾性片は、前記ステータが前記弁装置に装着されていない自然状態で、前記凸部が当該弾性片の基端部よりも前記軸線側に位置するように傾斜した構造となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁。
4. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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