JPH10103559A - 電子膨張弁駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子膨張弁の増し締め不良やゴミかみ不良に
より弁が開かないという問題に対し、従来は、電子膨張
弁の駆動パルス幅のみ可変としてモータトルクを調整し
ているため、増し締め状態やゴミかみ状態から脱却でき
ない場合があった。 【解決手段】 マイクロコンピュータ１と、マイクロコ
ンピュータ１からの信号により電子膨張弁４の駆動電圧
を可変させるための駆動電圧可変回路と、マイクロコン
ピュータ１からの信号により電子膨張弁４を駆動させる
ための駆動回路３とを備えた構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機に用
いられる電子膨張弁の駆動制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】膨張弁は、例えば特開平５−１８７７２
２号公報に示されているように、空調負荷の変化等に対
応して冷凍サイクル中の特定個所を通過する冷媒流量を
制御するものである。この膨張弁の種類としては、感温
筒及びダイアフラムなどを使用した温度自動型膨張弁、
あるいはコイル通電時の電磁力を利用した電子膨張弁な
どがあるが、近時は、動作の確実性、迅速性等を考慮し
て電子膨張弁が多く使用されている。

【０００３】電子膨張弁（電動膨張弁）は、例えば特開
平６−８１９７５号公報に示されているように、電子膨
張弁の機構としては、図１３に示すように、ステッピン
グモータ１１７は、コイル１３，１４，１５，１６と円
筒方向に着磁されたシリンダ状の永久磁石１１８により
回転トルクを発生させるようになっており、永久磁石で
あるロータの中心軸の先端を弁体１１９とすると共に、
中心軸にはネジが切られていて、ロータの回転にともな
って、弁体１１９と弁座１２０の間隔が変化し、冷媒の
流量制御が行えるようになっている。

【０００４】このステッピングモータ式電子膨張弁の場
合、弁開度の基準位置を設定する時には、イニシャライ
ズ動作として、全開から全閉までの全開閉範囲に相当す
るパルス数を印加し、電子膨張弁が全閉になった後は、
ステッピングモータは磁界のみ回転し、ロータの中心軸
にある弁体１１９は回転しないため、全閉状態を正確な
基準位置としていた。

【０００５】図１４は従来の電子膨張弁駆動回路で、電
子膨張弁の駆動印加電圧は一定となっている。マイクロ
コンピュータから出力される電子膨張弁駆動励磁方式
は、弁開方向動作時のパルス幅を弁閉方向時のパルス幅
より大きくし、弁開方向動作時のモータ回転トルクを弁
閉方向時回転トルクより大きくする方式がとられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子膨張弁は、
以上のように構成されているので、基準位置を決定する
際、電子膨張弁は必ず増し締めされることになり、開方
向動作を行う場合にはこの増し締め状態から脱却するた
めのモータトルクが必要となる。また冷媒流路中の不純
物などの異物が電子膨張弁内に入った場合、弁閉方向動
作時に異物をかみこみ、かみ込み状態から脱却するため
に弁開方向動作時に大きなモータトルクが必要となる。
開方向動作時のモータトルクが必要なトルクより低い
と、弁の増し締め不良やゴミかみ不良により弁が開かな
いという不具合が生じていた。

【０００７】この問題を解決するために従来の電子膨張
弁では、電子膨張弁の駆動パルス幅のみ可変としてモー
タトルクを調整しているため、弁開方向動作時のモータ
トルクが不十分な場合があり、増し締め状態やゴミかみ
状態から脱却できない場合があった。

【０００８】また、従来の電子膨張弁は、電子膨張弁が
異物をかみこみ、かみ込み状態から脱却できない等の異
常を判定すること、及び異常を判定して電子膨張弁を駆
動制御することができなかった。

【０００９】この発明では、電子膨張弁駆動印加電圧を
可変とし、弁開方向動作時トルクを弁閉方向動作時のト
ルクよりさらに大きくすることで弁増し締め不良やゴミ
かみ不良を防止すること、電子膨張弁駆動電流を検出し
電子膨張弁の異常を判定すること、及び電子膨張弁駆動
電流を検出し電子膨張弁の異常を判定して駆動制御する
ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の電子膨張弁駆
動回路は、マイコンと、このマイコンから電子膨張弁駆
動信号としてのパルスが出力される駆動回路と、マイコ
ンからの信号により、電子膨張弁の駆動電圧を制御する
駆動電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】請求項２の電子膨張弁駆動回路は、請求項
１記載の電子膨張弁駆動回路において、駆動電圧制御手
段として、マイコンからのスイッチングパルス指令によ
り駆動電源の電圧を可変させる駆動電圧可変回路を備え
たことを特徴とする。

【００１２】請求項３の電子膨張弁駆動回路は、請求項
１記載の電子膨張弁駆動回路において、電圧が異なる駆
動電源と、駆動電圧制御手段として、マイコンからの指
令により駆動電源を選択する駆動電源選択回路とを備え
たことを特徴とする。

【００１３】請求項４の電子膨張弁駆動回路は、マイコ
ンと、このマイコンから電子膨張弁駆動信号としてのパ
ルスが出力される駆動回路と、電子膨張弁と駆動回路の
間に設けられ、電子膨張弁の駆動電流を検出する電子膨
張弁駆動電流検出回路とを備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項５の電子膨張弁駆動回路は、請求項
４記載の電子膨張弁駆動回路において、マイコンからの
信号により、電子膨張弁の駆動電圧を制御する駆動電圧
制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下この発明の実施の形態１を図につい
て説明する。図１はこの発明の実施の形態１である電子
膨張弁の駆動回路を示すもので、１はマイクロコンピュ
ータ、２はマイクロコンピュータからの信号により電子
膨張弁４の駆動電圧を可変させるための駆動電圧制御手
段であるところの駆動電圧可変回路、３はマイクロコン
ピュータ１からの信号により電子膨張弁４を駆動させる
ための駆動回路、４は電子膨張弁を示す。

【００１６】図２（ａ）は、電子膨張弁４への駆動印加
電圧を示すもので、弁開方向動作時は、マイクロコンピ
ュータ１からのスイッチングを停止し、電圧Ｖ１（Ｖ１
＝駆動電源電圧、Ｖ１＞Ｖ２）を電子膨張弁印加電圧と
する。弁閉方向動作時は、マイクロコンピュータ１から
のスイッチングパルス指令により、駆動電源を駆動電圧
可変回路２でスイッチングし、平均電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ
１）を電子膨張弁の駆動印加電圧とする。これにより、
図２（ｂ）のように、電子膨張弁動作時には、開方向印
加電圧Ｖ１＞閉方向印加電圧Ｖ２となる。図２（ｃ）は
電子膨張弁４に印加するパルスを示している。開方向動
作時の駆動パルス幅をＴ１、閉方向動作時の駆動パルス
幅をＴ２とし、Ｔ１＞Ｔ２で電子膨張弁４を駆動する。

【００１７】図３は実施の形態１の制御フローチャート
である。図において、ステップＳＴ１で電子膨張弁４の
開閉方向を判断し、弁開方向動作時はマイクロコンピュ
ータ１から駆動電圧可変回路２へのスイッチング出力を
停止し、電圧Ｖ１を電子膨張弁４の印加電圧とする（ス
テップＳＴ３）。また、電子膨張弁４の駆動パルス幅は
Ｔ１を選択し、マイクロコンピュータ１からはＴ１のパ
ルス幅のパルス出力が電子膨張弁４の駆動回路３に出力
される（ＳＴ５）。電子膨張弁４は、電圧Ｖ１の印加電
圧をＴ１のパルス幅で駆動される（ＳＴ６）。

【００１８】弁閉方向動作時は、マイクロコンピュータ
１から駆動電圧可変回路２へスイッチングパルス出力を
行い、駆動電圧可変回路２にて印加電圧Ｖ２を電子膨張
弁への駆動印加電圧とする（ＳＴ２）。また、弁閉方向
動作時の駆動パルス幅はＴ２を選択し、マイクロコンピ
ュータ１からはＴ２のパルス幅のパルス出力が電子膨張
弁４の駆動回路３に出力される（ＳＴ４）。電子膨張弁
４は、電圧Ｖ２の印加電圧をＴ２のパルス幅で駆動され
る（ＳＴ６）。

【００１９】電子膨張弁の駆動トルクは、印加電圧Ｖに
比例し、駆動パルス幅Ｔに比例する。弁開方向動作時の
モータ回転トルクは、Ｖ１とＴ１により決まり、弁閉方
向動作時のモータ回転トルクはＶ２とＴ２により決ま
る。この組み合わせにより、弁開方向時のモータ回転ト
ルクを閉方向動作時回転トルクより大きくすることで開
弁不良を防止する。また弁閉方向動作時に、異物等のゴ
ミかみが生じた場合、モータトルクを下げることでゴミ
のかみこみを防止し、ゴミかみとゴミかみによる開弁不
良を防止する。

【００２０】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図について説明する。図４はこの発明の実施の形
態２における電子膨張弁の駆動回路を示すもので、２種
類の異なる駆動電圧Ｖ１とＶ２（Ｖ１＞Ｖ２）を有し、
５はマイクロコンピュータ１からの指令により２種類の
電源から電子膨張弁印加電圧を選択する駆動電圧制御手
段であるところの駆動電源選択回路である。

【００２１】図５（ａ）は、電子膨張弁４への駆動印加
電圧を示すもので、弁開方向動作時には、マイクロコン
ピュータ１からの指令により、電圧Ｖ１を選択し、弁閉
方向動作時には電圧Ｖ２を選択するため、開方向印加電
圧Ｖ１＞閉方向印加電圧Ｖ２となる。図５（ｂ）は電子
膨張弁４に印加するパルスを示している。開方向動作時
の駆動パルス幅をＴ１、閉方向動作時の駆動パルス幅を
Ｔ２とし、Ｔ１＞Ｔ２で電子膨張弁４を駆動する。

【００２２】図６は実施の形態２の制御フローチャート
である。図において、ステップＳＴ７で電子膨張弁４の
開閉方向を判断し、弁開方向動作時はマイクロコンピュ
ータ１からの電圧選択信号により駆動電圧選択回路５が
駆動電源（Ｖ１）を選択し、電圧Ｖ１を電子膨張弁４の
印加電圧とする（ステップＳＴ９）。また、電子膨張弁
４の駆動パルス幅はＴ１を選択し、マイクロコンピュー
タ１からはＴ１のパルス幅のパルス出力が電子膨張弁４
の駆動回路３に出力される（ＳＴ１１）。電子膨張弁４
は、電圧Ｖ１の印加電圧をＴ１のパルス幅で駆動される
（ＳＴ１２）。

【００２３】弁閉方向動作時は、マイクロコンピュータ
１からの電圧選択信号により駆動電圧選択回路５が駆動
電源（Ｖ２）を選択し、電圧Ｖ２を電子膨張弁４の印加
電圧とする（ステップＳＴ８）。また、弁閉方向動作時
の駆動パルス幅はＴ２を選択し、マイクロコンピュータ
１からはＴ２のパルス幅のパルス出力が電子膨張弁４の
駆動回路３に出力される（ＳＴ１０）。電子膨張弁４
は、電圧Ｖ２の印加電圧をＴ２のパルス幅で駆動される
（ＳＴ１２）。

【００２４】電子膨張弁の駆動トルクは、印加電圧Ｖに
比例し、駆動パルス幅Ｔに比例する。弁開方向動作時の
モータ回転トルクは、Ｖ１とＴ１により決まり、弁閉方
向動作時のモータ回転トルクはＶ２とＴ２により決ま
る。この組み合わせにより、弁開方向時のモータ回転ト
ルクを閉方向動作時回転トルクより大きくすることで開
弁不良を防止する。また弁閉方向動作時に、異物等のゴ
ミかみが生じた場合、モータトルクを下げることでゴミ
かみこみを防止し、ゴミかみ不良とゴミかみによる開弁
不良を防止する。

【００２５】なお、本実施の形態では、駆動電源が二つ
のものを示したが、もちろんこれに限られたものではな
く、その数に制限はない。

【００２６】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図について説明する。図７はこの発明の実施の形
態３における電子膨張弁の駆動回路を示すもので、駆動
回路３と電子膨張弁４の間に電子膨張弁駆動電流検出回
路６を備えており、検出した電子膨張弁駆動電流は、マ
イクロコンピュータ１に入力される。

【００２７】図８は実施の形態３のフローチャートであ
る。電子膨張弁の駆動電流値は、正常時は一定値である
が、ゴミかみや開弁不良が生じた場合、モータがすべる
状態になり、電流値が増加する。電子膨張弁の駆動電流
値が異常判断値以上を検出した場合、マイクロコンピュ
ータにてゴミかみや開弁不良が生じていると判断し、再
度電子膨張弁を駆動する。電流値が異常判定値より高い
場合が繰り返され、異常判定回数を越えると、電子膨張
弁が開弁不良やゴミかみ不良を起こしたと判断し、電子
膨張弁の異常を検知する。

【００２８】先ず、ＳＴ１３において異常判定カウンタ
値をリセットし（Ｎ＝０）、次にＳＴ１４において電子
膨張弁駆動処理を行う。ＳＴ１５で電子膨張弁電流判定
をし、電流値≧異常値ならばＳＴ１７でカウンタ値を加
算し（Ｎ＝Ｎ＋１）、ＳＴ１８で電子膨張弁異常カウン
タ判定処理を行い、Ｎ≧異常判定回数ならばＳＴ１９に
進み異常停止処理を行う。ＳＴ１５で電子膨張弁電流判
定をし、電流値＜異常値ならばＳＴ１６でカウンタ値を
リセット（Ｎ＝０）する。また、ＳＴ１８で電子膨張弁
異常カウンタ判定処理を行い、Ｎ＜異常判定回数ならば
ＳＴ１４に戻る。

【００２９】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を図について説明する。図９は電子膨張弁駆動電流
検出回路と電子膨張弁印加電圧可変回路を組み合わせた
電子膨張弁の駆動回路である。図１０は実施形態４のフ
ローチャートで、図９の電子膨張弁駆動電流検出回路６
において電子膨張弁の駆動電流を検知し、マイクロコン
ピュータ１にて異常と判断した場合（ＳＴ１９）、駆動
電圧可変回路へのスイッチング信号を停止し、電圧Ｖ１
（Ｖ１＞Ｖ２）とパルス幅Ｔ１（Ｔ１＞Ｔ２）を選択し
（ＳＴ２１，ＳＴ２３）、電子膨張弁４を駆動する（Ｓ
Ｔ２４）。異常検知時のモータトルクは、前記Ｖ１とＴ
１を選択したことにより、通常時よりも高くなり、ゴミ
かみ状態や開弁不良状態から脱却できる。また、駆動電
流値が通常時の場合は、駆動電圧可変回路へのスイッチ
ング信号を出力し電圧Ｖ２とパルス幅Ｔ２を選択し（Ｓ
Ｔ２０，ＳＴ２２）、モータトルクを異常時よりも低く
して、電子膨張弁４を駆動する（ＳＴ２４）。トルクを
低くすることで、増し締めによる開弁不良とゴミのかみ
こみによる不良を防止することができる。

【００３０】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図について説明する。図１１は電子膨張弁駆動電
流検出回路と駆動電源選択回路を組み合わせた電子膨張
弁の駆動回路である。図１２は実施形態５のフローチャ
ートで、図１１の電子膨張弁駆動電流検出回路６により
電子膨張弁の駆動電流を検知し、ＳＴ２５でマイクロコ
ンピュータ１が異常と判断した場合、電圧Ｖ１（Ｖ１＞
Ｖ２）とパルス幅Ｔ１（Ｔ１＞Ｔ２）を選択し（ＳＴ２
７，ＳＴ２９）、電子膨張弁４を駆動する（ＳＴ３
０）。異常検知時のモータトルクは、前記Ｖ１とＴ１を
選択したことにより、通常時よりも高くなり、ゴミかみ
状態や開弁不良状態から脱却できる。また、ＳＴ２５で
駆動電流値が通常時の場合は、電圧Ｖ２とパルス幅Ｔ２
を選択し（ＳＴ２７，ＳＴ２９）、モータトルクを異常
時よりも低くして、電子膨張弁４を駆動する（ＳＴ３
０）。トルクを低くすることで、増し締めによる開弁不
良とゴミのかみこみによる不良を防止することができ
る。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の電子膨張弁駆動回路は、マイ
コンからの信号により、電子膨張弁の駆動電圧を制御す
る駆動電圧制御手段とを備えたことにより、開弁不良と
ゴミかみ不良を防止することができる。

【００３２】請求項２の電子膨張弁駆動回路は、駆動電
圧制御手段として、マイコンからのスイッチングパルス
指令により駆動電源の電圧を可変させる駆動電圧可変回
路を備えたことにより、弁開方向時印加電圧を弁閉方向
時印加電圧より大きくすることで、弁開方向時のモータ
トルクを弁閉方向時のトルクより大きくし、開弁不良と
ゴミかみ不良を防止することができる。

【００３３】請求項３の電子膨張弁駆動回路は、電圧が
異なる駆動電源と、駆動電圧制御手段として、マイコン
からの指令により駆動電源を選択する駆動電源選択回路
とを備えたことにより、弁開方向時印加電圧を弁閉方向
時印加電圧より大きくすることで、弁開方向時のモータ
トルクを弁閉方向時のトルクより大きくし、開弁不良と
ゴミかみ不良を防止することができる。

【００３４】請求項４の電子膨張弁駆動回路は、電子膨
張弁の駆動電流を検出する電子膨張弁駆動電流検出回路
とを備えたことにより、電子膨張弁駆動電流を検知する
ことで電子膨張弁の異常を検知することができる。

【００３５】請求項５の電子膨張弁駆動回路は、マイコ
ンからの信号により、電子膨張弁の駆動電圧を制御する
駆動電圧制御手段を備えたことにより、異常検知時はモ
ータトルクを通常時のモータトルクより大とすることで
開弁不良やゴミかみ不良を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による電子膨張弁の
駆動回路図である。

【図２】 図１の駆動回路の電圧波形図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の制御動作を説明す
るためのフローチャート図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による電子膨張弁の
駆動回路図である。

【図５】 図４の駆動回路の電圧波形図である。

【図６】 この発明の実施の形態２の制御動作を説明す
るためのフローチャート図である。

【図７】 この発明の実施の形態３による電子膨張弁の
駆動回路図である。

【図８】 この発明の実施の形態３の制御動作を説明す
るためのフローチャート図である。

【図９】 この発明の実施の形態４による電子膨張弁の
駆動回路図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４の制御動作を説明
するためのフローチャート図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５による電子膨張弁
の駆動回路図である。

【図１２】 この発明の実施の形態５の制御動作を説明
するためのフローチャート図である。

【図１３】 従来の電子膨張弁の構成図である。

【図１４】 従来の電子膨張弁の駆動回路図である。

【符号の説明】

１ マイクロコンピュータ（マイコン）、２ 駆動電圧
可変回路、３ 駆動回路、４ 電子膨張弁、５ 駆動電
源選択回路、６ 電子膨張弁駆動電流検出回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロコンピュータ（以下、マイコ
   ン）と、 このマイコンから電子膨張弁駆動信号としてのパルスが
   出力される駆動回路と、 前記マイコンからの信号により、前記電子膨張弁の駆動
   電圧を制御する駆動電圧制御手段と、を備えたことを特
   徴とする電子膨張弁駆動回路。
2. 【請求項２】 前記駆動電圧制御手段として、前記マイ
   コンからのスイッチングパルス指令により駆動電源の電
   圧を可変させる駆動電圧可変回路を備えたことを特徴と
   する請求項１記載の電子膨張弁駆動回路。
3. 【請求項３】 電圧が異なる駆動電源と、 前記駆動電圧制御手段として、前記マイコンからの指令
   により前記駆動電源を選択する駆動電源選択回路と、を
   備えたことを特徴とする請求項１記載の電子膨張弁駆動
   回路。
4. 【請求項４】 マイコンと、 このマイコンから電子膨張弁駆動信号としてのパルスが
   出力される駆動回路と、 前記電子膨張弁と前記駆動回路の間に設けられ、前記電
   子膨張弁の駆動電流を検出する電子膨張弁駆動電流検出
   回路と、を備えたことを特徴とする電子膨張弁駆動回
   路。
5. 【請求項５】 前記マイコンからの信号により、前記電
   子膨張弁の駆動電圧を制御する駆動電圧制御手段を備え
   たことを特徴とする請求項４記載の電子膨張弁駆動回
   路。