WO2021141033A1 - 電動弁 - Google Patents

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WO2021141033A1
WO2021141033A1 PCT/JP2021/000152 JP2021000152W WO2021141033A1 WO 2021141033 A1 WO2021141033 A1 WO 2021141033A1 JP 2021000152 W JP2021000152 W JP 2021000152W WO 2021141033 A1 WO2021141033 A1 WO 2021141033A1
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magnet rotor
port
stator
valve
state
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PCT/JP2021/000152
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悠太 松原
吉田　竜也
裕介 荒井
岳史 細谷
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株式会社不二工機
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Definitions

  • the present invention relates to an electric valve.
  • the present invention relates to an electric valve in which a magnet rotor is arranged inside a can.
  • Patent Documents 1 and 2 An example of a conventional electric valve is described in Patent Documents 1 and 2.
  • the electric valve of Patent Document 1 has a magnet rotor for driving a valve body and a permanent magnet rotated together with the magnet rotor.
  • the magnet rotor and permanent magnets are located inside the can.
  • a magnetic sensor is provided on the substrate arranged above the can. This electric valve detects the magnetism of a permanent magnet by a magnetic sensor to obtain the rotation angle of the magnet rotor.
  • the electric valve of Patent Document 2 has a magnet rotor for driving the valve body, a magnetic drum fixed to the rotating shaft of the magnet rotor, and a magnet provided at the upper end of the rotating shaft.
  • the magnet rotor, magnetic drum and magnet are located inside the can.
  • a magnetic sensor for detecting the rotation angle and a magnetic sensor for detecting the vertical position are arranged on the outside of the can. This electric valve detects the magnetism of the magnetic drum and the magnet by the magnetic sensor for detecting the rotation angle and the magnetic sensor for detecting the vertical position, and calculates the valve opening degree.
  • the above-mentioned electric valve has a permanent magnet and a magnetic drum, which are separate parts from the magnet rotor. Therefore, the above-mentioned electric valve has a problem that the number of parts increases, the structure becomes complicated, and the manufacturing cost increases.
  • the electric valve of Cited Document 1 may have a configuration in which the magnetism of the magnet rotor is detected by a magnetic sensor on the substrate.
  • the substrate and the magnet rotor are relatively far apart. Therefore, the magnetic sensor on the substrate could not accurately detect the magnetism of the magnet rotor.
  • an object of the present invention is to provide an electric valve capable of reliably detecting the magnetic flux generated from the magnet rotor with a configuration having a relatively small number of parts.
  • the electric valve according to the present invention includes a valve body, a cylindrical can attached to the valve body, a cylindrical magnet rotor arranged inside the can, and the magnet.
  • An electric valve having a valve body driven to open and close a port in the valve body by rotation of the rotor and a stator arranged outside the can, and the outer peripheral surface of the magnet rotor.
  • One or a plurality of N poles and S poles extending in the rotation axis direction of the magnet rotor are provided so as to be alternately arranged in the circumferential direction, and the magnet is magnetically opposed to the magnet rotor in the radial direction via the can.
  • the sensor is arranged, and the magnetic sensor is on a straight line passing through the rotation axis of the magnet rotor and the center of one of the plurality of pole teeth of the stator when viewed from the direction of the rotation axis. It is characterized by being arranged.
  • the magnet rotor is arranged inside the can.
  • one or more N poles and S poles extending in the rotation axis direction of the magnet rotor are provided so as to be alternately arranged in the circumferential direction.
  • the magnetic sensor is arranged so as to face the magnet rotor in the radial direction via the can.
  • the magnetic flux generated from the magnetic poles (N pole, S pole) of the magnet rotor is easily transmitted in the radial direction. Therefore, by arranging the magnetic sensor close to the magnet rotor so as to face the magnet rotor in the radial direction, the magnetic flux can be efficiently transmitted to the magnetic sensor. Thereby, the present invention can reliably detect the magnetic flux generated from the magnet rotor with a configuration having a relatively small number of parts.
  • the magnetic sensor is arranged on a straight line passing through the rotation axis of the magnet rotor and the center (including the substantially center) of one of the plurality of pole teeth of the stator when viewed from the direction of the rotation axis.
  • the stator has a plurality of pole teeth
  • when the magnet rotor stops rotating (i) the pole teeth and the magnetic poles of the magnet rotor face each other, and (ii) the pole teeth and the magnet rotor are adjacent to each other on the outer peripheral surface. It is either in a state where the points between the magnetic poles face each other.
  • the radial component contained in the magnetic flux from the north pole to the south pole is the largest at the position of the pole tooth as seen from the direction of the rotation axis, and the magnetic flux transmitted to the magnetic sensor is the largest.
  • the radial component contained in the magnetic flux from the N pole to the S pole is minimized at the position of the pole tooth as viewed from the rotation axis direction, and the magnetic flux transmitted to the magnetic sensor is minimized. Therefore, the state of the above (i) and the state of the above (ii) can be clearly distinguished, and the stop position of the magnet rotor can be obtained with high accuracy. Further, the rotation direction of the magnet rotor can be obtained based on the detected magnetic flux waveform.
  • the inner peripheral surface of the stator is provided with a positioning recess for accommodating the magnetic sensor.
  • the magnetic sensor can be appropriately positioned with respect to the stator.
  • the magnet rotor moves to one side in the rotation axis direction when the port is closed, and moves to the other side in the rotation axis direction when the port is opened, and the magnetic sensor closes the port. In this state, it is arranged on one side of the other end surface of the magnet rotor, and when the port is fully opened, it is arranged on the other side of the other end surface of the magnet rotor. Is preferable.
  • the magnet rotor and the magnetic sensor that move in the direction of the rotation axis can be in any state from the state in which the port is closed (valve closed state) to the state in which the port is fully opened (valve open state). They will face each other in the radial direction. Therefore, the magnetic flux of the magnet rotor can be reliably detected, and the rotation angle of the magnet rotor can be obtained with high accuracy.
  • the magnet rotor moves to one side in the rotation axis direction when the port is closed, and moves to the other side in the rotation axis direction when the port is opened, and the magnetic sensor is the same as the stator.
  • the magnet teeth are arranged on the other side of the plurality of pole teeth and are arranged so as to face the magnet rotor in the radial direction via the can in a state where the port is closed.
  • the position of the magnetic sensor in the rotation axis direction is within the total length of the magnet rotor in any state from the state in which the port is closed to the state in which the port is fully opened. ..
  • the magnet rotor and the magnetic sensor face each other in the radial direction in any state from the state in which the port is closed (valve closed state) to the state in which the port is fully opened (valve open state). become. Therefore, the magnetic flux of the magnet rotor can be reliably detected, and the rotation angle and rotation direction of the magnet rotor can be obtained with high accuracy.
  • the position of the stator in the rotation axis direction is within the total length of the magnet rotor in any state from the state in which the port is closed to the state in which the port is fully opened.
  • the magnetic force of the stator can be efficiently applied to the magnet rotor in any state from the state in which the port is closed (valve closed state) to the state in which the port is fully opened (valve open state).
  • the magnet rotor can be rotated efficiently.
  • the case further includes the can and the stator
  • the substrate is further accommodated in the case, and the magnetic sensor is connected to the substrate by an electric wire.
  • the magnetic sensor can be arranged at a location away from the substrate. Therefore, the position and orientation of the substrate can be set relatively freely.
  • the magnetic flux generated from the magnet rotor can be reliably detected with a configuration having a relatively small number of parts.
  • the electric valve 1 of this embodiment is used for adjusting the flow rate of the refrigerant in, for example, a refrigeration cycle.
  • FIG. 1 and 2 are cross-sectional views (vertical cross-sectional views) along the axis L of the electric valve according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an electric valve in a closed state.
  • FIG. 2 shows an electric valve in the valve open state.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a magnet rotor and a stator of the electric valve of FIG.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. In FIG. 3A, only the yoke of the can, the magnet rotor, and the upper stator of the stator are shown. Further, in FIG. 3A, the position of the magnetic sensor is indicated by a broken line.
  • FIG. 3B is a perspective view of the magnet rotor. In FIGS.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the stator of the electric valve of FIG.
  • FIG. 4 shows a cross section along the straight line F1 and the straight line F2 of FIG. 3A.
  • the electric valve 1 includes a valve body 10, a can 30, magnetic sensors 35a and 35b, a drive mechanism 40, a valve body 50, a stator 60, and a case 70. Have.
  • the valve body 10 is made of a metal material such as an aluminum alloy.
  • the valve main body 10 has a main body portion 11 and a cylindrical portion 12.
  • the main body 11 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the cylindrical portion 12 projects upward from the upper surface 11a of the main body portion 11.
  • a valve chamber 13 is provided inside the main body 11.
  • the main body 11 is provided with a flow path 17 extending to the left in FIG. 1 and a flow path 18 extending to the right in FIG.
  • the flow path 17 is connected to the valve chamber 13.
  • the flow path 18 is connected to the valve chamber 13 via a port 19 that opens into the valve chamber 13.
  • a male screw portion 12b is provided on a part of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 12.
  • the main body 11 is provided with a female screw portion 11b that opens on the upper surface 11a. By screwing the male screw portion 12b into the female screw portion 11b, the main body portion 11 and the cylindrical portion 12 are integrally connected. The inner space of the cylindrical portion 12 is connected to the valve chamber 13.
  • the valve body 10 further has a collar portion 20.
  • the collar portion 20 is made of a metal material such as stainless steel.
  • the collar portion 20 is formed in the shape of an annular plate.
  • the inner peripheral edge 20a of the flange portion 20 is joined to the upper end portion of the cylindrical portion 12 by brazing or the like.
  • the can 30 is made of a metal material such as stainless steel.
  • the can 30 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed.
  • the lower end portion of the can 30 is joined to the outer peripheral edge 20b of the flange portion 20 by welding or the like.
  • a drive mechanism 40 is arranged inside the can 30.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are composed of, for example, a Hall IC.
  • the Hall IC has a Hall element and outputs a signal according to the direction and magnitude of the magnetic flux density passing through the magnetically sensitive surface.
  • the magnetic sensors 35a and 35b may be composed of a type of magnetic sensor other than the Hall IC.
  • the rotation angle and rotation direction of the magnet rotor 41 can be obtained based on the signals output by the magnetic sensors 35a and 35b.
  • the configuration has two magnetic sensors 35a and 35b, but a configuration having only one magnetic sensor may be used.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are housed in the positioning recesses 66a and 66b of the stator 60.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are arranged on the outer peripheral surface 30a of the can 30.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are preferably arranged in contact with the outer peripheral surface 30a of the can 30.
  • the magnetic sensors 35a and 35b may be arranged at intervals from the outer peripheral surface 30a of the can 30 so that the magnetism of the magnet rotor 41 can be detected. That is, the magnetic sensors 35a and 35b may be arranged close to the outer peripheral surface 30a of the can 30.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are arranged so that their respective magnetic sensitive surfaces are along the outer peripheral surface 30a of the can 30.
  • the drive mechanism 40 drives the valve body 50 in the vertical direction.
  • the drive mechanism 40 includes a magnet rotor 41, a valve shaft holder 42, a guide bush 43, and a valve shaft 44.
  • the magnet rotor 41 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the outer diameter of the magnet rotor 41 is slightly smaller than the inner diameter of the can 30.
  • a plurality of N poles and a plurality of S poles are provided on the outer peripheral surface 41a of the magnet rotor 41.
  • the plurality of N poles and the plurality of S poles extend in the L direction of the axis, and are arranged at equal intervals and alternately in the circumferential direction.
  • One north pole and one south pole may be provided.
  • 12 N poles and 12 S poles are alternately arranged at 15 degree intervals.
  • the magnet rotor 41 is rotatably arranged inside the can 30.
  • FIGS. 3A and 3B show the arrangement image of the north pole and the south pole of the magnet rotor 41.
  • the shaded area schematically shows the north pole and the dot area schematically shows the south pole.
  • the rotation axis of the magnet rotor 41 coincides with the axis L.
  • the valve shaft holder 42 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed.
  • a support ring 45 is fixed to the upper end of the valve shaft holder 42 by caulking.
  • the magnet rotor 41 and the valve shaft holder 42 are integrally connected via the support ring 45.
  • a female screw portion 42c is provided on the inner peripheral surface of the valve shaft holder 42.
  • the guide bush 43 has a large-diameter cylindrical portion 43a and a small-diameter cylindrical portion 43b.
  • the outer diameter of the large-diameter cylindrical portion 43a is larger than the outer diameter of the small-diameter cylindrical portion 43b.
  • the small-diameter cylindrical portion 43b is coaxially connected to the upper end portion of the large-diameter cylindrical portion 43a.
  • a male screw portion 43c is provided on the outer peripheral surface of the small-diameter cylindrical portion 43b.
  • the male threaded portion 43c is screwed with the female threaded portion 42c of the valve shaft holder 42.
  • the large-diameter cylindrical portion 43a is press-fitted into the cylindrical portion 12 of the valve body 10.
  • the guide bush 43 is integrally coupled with the valve body 10.
  • the valve shaft 44 has a columnar body portion 44a and a columnar upper small diameter portion 44b.
  • the diameter of the upper small diameter portion 44b is smaller than the diameter of the body portion 44a.
  • the upper small diameter portion 44b is coaxially connected to the upper end portion of the body portion 44a.
  • the upper small diameter portion 44b is arranged so as to penetrate the valve shaft holder 42.
  • a push nut 46 is attached to the upper small diameter portion 44b to prevent it from coming off.
  • the valve shaft 44 has a step portion between the body portion 44a and the upper small diameter portion 44b.
  • a compression coil spring 47 is arranged between the step portion and the valve shaft holder 42. The valve shaft 44 is pushed downward by the compression coil spring 47.
  • the upper stopper body 48 is attached to the valve shaft holder 42.
  • a lower stopper body 49 is attached to the large-diameter cylindrical portion 43a of the guide bush 43.
  • the valve body 50 is integrally provided at the lower end of the valve shaft 44.
  • the valve body 50 is driven by the drive mechanism 40 so as to move in the vertical direction.
  • the valve body 50 opens and closes a port 19 that opens into the valve chamber 13.
  • the stator 60 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the stator 60 has a fitting hole 60b defined by an inner peripheral surface 60a.
  • the inner diameter of the fitting hole 60b is substantially the same as the outer diameter of the can 30.
  • the can 30 is fitted into the fitting hole 60b of the stator 60.
  • the stator 60 is arranged outside the can 30.
  • the stator 60 includes an upper stator 61, a lower stator 62, and a synthetic resin mold 65.
  • the upper stator 61 and the lower stator 62 are arranged one above the other.
  • the upper stator 61 has a yoke 61a and a coil 61c wound around the yoke 61a via a bobbin 61b.
  • the yoke 61a has a plurality of claw pole type pole teeth 63.
  • the plurality of polar teeth 63 are arranged side by side at equal intervals in the circumferential direction.
  • the yoke 61a has 24 pole teeth 63.
  • the plurality of polar teeth 63 have a downward polar tooth 63a whose tip (thinner end) faces downward and an upward polar tooth 63b whose tip faces upward.
  • the plurality of downward pole teeth 63a and the plurality of upward pole teeth 63b are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the lower stator 62 has the same configuration as the upper stator 61.
  • the lower stator 62 has a yoke 62a, a bobbin 62b, a coil 62c, and a plurality of claw pole type polar teeth 64 (downward polar teeth 64a and upward polar teeth 64b).
  • the lower stator 62 is arranged so as to be displaced in the circumferential direction by half of the distance between the plurality of pole teeth 63 with respect to the upper stator 61.
  • the distance between the plurality of pole teeth 63 and the distance between the plurality of pole teeth 64 are 15 degrees (360 degrees / 24), respectively, and the lower stator 62 is 7.5 degrees (15 degrees) with respect to the upper stator 61.
  • a stepping motor is composed of an upper stator 61, a lower stator 62, and a magnet rotor 41.
  • this embodiment describes a configuration in which the stator 60 has claw pole type polar teeth, a configuration having other types of polar teeth may be adopted.
  • the mold 65 is filled in the upper stator 61 and the lower stator 62.
  • the mold 65 constitutes the inner peripheral surface 60a of the stator 60 together with the plurality of pole teeth 63 and the plurality of pole teeth 64.
  • the mold 65 has an annular portion 66 and a terminal support portion 67.
  • the annular portion 66 is formed in an annular shape.
  • the annular portion 66 has the same inner diameter as the outer diameter of the can 30.
  • the annular portion 66 is arranged on the upper surface of the upper stator 61.
  • Positioning recesses 66a and 66b are provided on the inner peripheral surface of the annular portion 66 (that is, the upper part of the inner peripheral surface 60a).
  • the positioning recesses 66a and 66b are recesses for accommodating the magnetic sensors 35a and 35b.
  • the positioning recesses 66a and 66b are open upward.
  • a magnetic sensor 35a is housed in one of the positioning recesses 66a.
  • the magnetic sensor 35b is housed in the other positioning recess 66b.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are provided on the outer peripheral surface of the magnet rotor 41 via the can 30 in any state from the state in which the port 19 is closed (valve closed state) to the state in which the port 19 is fully opened (valve open state). It is arranged so as to face the 41a and the magnet rotor 41 in the radial direction. Further, the magnetic sensors 35a and 35b are arranged below the upper end surface of the magnet rotor 41 in the valve closed state, and above the lower end side end surface of the magnet rotor 41 in the valve open state. .. The magnetic sensors 35a and 35b are arranged above the plurality of polar teeth 63.
  • the magnetic sensor 35a is arranged on a straight line F1 passing through the rotation axis (axis line L) and the center of one pole tooth 63 of the upper stator 61 when viewed from the rotation axis direction of the magnet rotor 41.
  • the "center" of the polar tooth 63 includes a substantially center in addition to the center, and the same applies to the following description.
  • the radial component contained in the magnetic flux from the north pole to the south pole is the largest at the position of the pole tooth 63 viewed from the direction of the rotation axis, and the magnetic flux transmitted to the magnetic sensor 35a is the largest.
  • the radial component contained in the magnetic flux from the N pole to the S pole is minimized at the position of the pole tooth 63 viewed from the rotation axis direction, and the magnetic flux transmitted to the magnetic sensor 35a is minimized.
  • the state of the above (i) and the state of the above (ii) can be clearly distinguished, and the stop position of the magnet rotor 41 can be obtained with high accuracy. Further, the rotation direction of the magnet rotor 41 can be obtained based on the detected magnetic flux waveform.
  • the magnetic sensor 35b is arranged on a straight line F2 passing through the rotation axis and the center of one pole tooth 64 of the lower stator 62 when viewed from the rotation axis direction of the magnet rotor 41. Similarly to the above, the magnetic sensor 35b can clearly distinguish between the state (i) and the state (ii), and the stop position of the magnet rotor can be obtained with high accuracy.
  • the magnetic sensor 35a and the magnetic sensor 35b are arranged at intervals ⁇ [degrees] shown in the following equation (1).
  • ⁇ (90 / n) + (360 ⁇ m) / n ...
  • n is a value of 1/2 of the number of polar teeth possessed by one stator
  • m is an arbitrary integer
  • the magnetic sensors 35a and 35b are arranged so as to satisfy the above formula (1), one faces the magnetic pole of the magnet rotor 41 and the other faces the magnetic pole between adjacent magnetic poles on the outer peripheral surface 41a of the magnet rotor 41. On the other hand.
  • the magnetic flux detected by one of the magnetic sensors 35a and 35b is the maximum, the magnetic flux detected by the other is the minimum. Therefore, the rotation angle of the magnet rotor 41 can be obtained with higher accuracy. Further, the rotation direction of the magnet rotor 41 can be obtained based on the detected magnetic flux waveform.
  • the terminal support portion 67 is arranged so as to extend laterally (to the right in FIG. 1) from the upper stator 61 and the lower stator 62.
  • a plurality of terminals 68 are embedded in the terminal support portion 67.
  • the plurality of terminals 68 are connected to the coil 61c of the upper stator 61 and the coil 62c of the lower stator 62.
  • the plurality of terminals 68 project from the tip 67a of the terminal support portion 67, and are connected to the substrate 75, which will be described later, by a flexible substrate or the like.
  • the case 70 is formed in a substantially rectangular parallelepiped box shape.
  • the case 70 is arranged to accommodate the can 30 and the stator 60.
  • the case 70 has a cylindrical tubular portion 73 that projects toward the valve body 10 side.
  • the tubular portion 73 is arranged so as to surround the cylindrical portion 12 of the valve body 10.
  • the tubular portion 73 is arranged so as to surround the cylindrical portion 12 of the valve body 10.
  • a sealing member 100 is arranged between the tubular portion 73 and the cylindrical portion 12 in a compressed state.
  • the sealing member 100 is an annular O-ring made of an elastic material such as a rubber material.
  • the case 70 houses the substrate 75.
  • the substrate 75 is a printed circuit board on which electronic components are mounted.
  • the substrate 75 is arranged above the can 30 in a posture orthogonal to the axis L.
  • the position and orientation of the substrate 75 are arbitrary.
  • the substrate 75 is connected to the magnetic sensors 35a and 35b by an electric wire 77.
  • the electric wire 77 is, for example, a lead wire that can be bent and stretched and can maintain its shape to the extent that it can stand on its own, a flexible substrate, and the like.
  • An arithmetic unit including a computer or the like may be mounted on the board 75.
  • the arithmetic unit calculates, for example, the rotation angle of the magnet rotor 41 and the valve opening degree (opening degree of the port 19) based on the signals output by the magnetic sensors 35a and 35b.
  • the annular portion of the mold 65) and the tubular portion 73 of the case 70 have their respective axes aligned with the axis L. In other words, they are all located coaxially.
  • the axis L direction coincides with the vertical direction.
  • the upper stator 61 and the lower stator 62 are energized so that the magnet rotor 41 rotates in one direction.
  • the valve shaft holder 42 rotates together with the magnet rotor 41.
  • the magnet rotor 41 and the valve shaft holder 42 move downward (that is, one side in the rotation axis direction) due to the screw feeding action of the female screw 42c of the valve shaft holder 42 and the male screw 43c of the guide bush 43.
  • the valve shaft 44 also moves downward together with the valve shaft holder 42, and the valve body 50 closes the port 19 (valve closed state).
  • the upper stator 61 and the lower stator 62 are energized so that the magnet rotor 41 rotates in the other direction.
  • the valve shaft holder 42 rotates together with the magnet rotor 41.
  • the magnet rotor 41 and the valve shaft holder 42 move upward (that is, the other side in the rotation axis direction) due to the screw feeding action of the female screw 42c of the valve shaft holder 42 and the male screw 43c of the guide bush 43.
  • the valve shaft 44 also moves upward together with the valve shaft holder 42, and the valve body 50 opens the port 19 (valve open state).
  • the magnet rotor 41 rotates, the positional relationship between the N poles and S poles provided on the outer peripheral surface 41a and the magnetic sensors 35a and 35b changes, and the magnetic flux density detected by the magnetic sensors 35a and 35b changes.
  • the orientation and size change.
  • the signals output from the magnetic sensors 35a and 35b change according to the rotation angle of the magnet rotor 41, and the rotation angle and rotation direction of the magnet rotor 41 can be obtained based on this signal.
  • a plurality of N poles and a plurality of N poles extending in the rotation axis direction of the magnet rotor 41 extend on the outer peripheral surface 41a of the magnet rotor 41 arranged inside the can 30.
  • the S poles are provided so as to be arranged alternately in the circumferential direction.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are arranged on the outer peripheral surface 30a of the can 30 so as to face the magnet rotor 41 in the radial direction via the can 30.
  • the magnetic flux generated by the magnetic poles (N pole, S pole) of the magnet rotor 41 is easily transmitted in the radial direction.
  • the magnetic sensors 35a and 35b in close proximity to the magnet rotor 41 so as to face each other in the radial direction, the magnetic flux can be efficiently transmitted to the magnetic sensors 35a and 35b.
  • the magnetic flux generated from the magnet rotor 41 can be reliably detected with a configuration in which the number of parts is relatively small.
  • the inner peripheral surface 60a of the stator 60 is provided with positioning recesses 66a and 66b for accommodating the magnetic sensors 35a and 35b. By doing so, the magnetic sensors 35a and 35b can be appropriately positioned with respect to the polar teeth 63 and 64 of the stator 60.
  • the magnet rotor 41 moves downward when the port 19 is closed and moves upward when the port 19 is opened.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are arranged above the plurality of pole teeth 63 of the upper stator 61 of the stator 60.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are arranged so as to face the magnet rotor 41 in the radial direction via the can 30 in a state where the port is closed. By doing so, the magnet rotor 41 and the magnetic sensors 35a and 35b face each other in the radial direction from the valve closed state to the valve open state. Therefore, the magnetic flux of the magnet rotor 41 can be reliably detected in any state from the valve closed state to the valve open state, and the rotation angle and rotation direction of the magnet rotor 41 can be obtained with high accuracy.
  • the electric valve 1 has a case 70 for accommodating the can 30 and the stator 60.
  • the substrate 75 is housed in the case 70.
  • the magnetic sensors 35a and 35b are connected to the substrate 75 by the electric wire 77.
  • the magnetic sensors 35a and 35b can be arranged at a location away from the substrate 75. Therefore, the position and orientation of the substrate 75 can be set relatively freely.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the electric valve according to the second embodiment of the present invention.
  • the electric valve 2 includes a valve body 10, a can 30, magnetic sensors 35a and 35b, a drive mechanism 80, a valve body 55, a stator 60, and a case 70. And have.
  • the electric valve 2 has the same (including substantially the same) configuration as the electric valve 1 except that it has a drive mechanism 80 and a valve body 55 having different configurations from the electric valve 1 of the first embodiment described above.
  • the same components as those in the first embodiment described above will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the drive mechanism 80 drives the valve body 55 in the vertical direction.
  • the drive mechanism 80 includes a magnet rotor 81, a planetary gear mechanism 85, a guide member 95, an elevating shaft 96, a ball 97, and a valve opening spring 98.
  • the magnet rotor 81 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the outer diameter of the magnet rotor 81 is slightly smaller than the inner diameter of the can 30. Similar to the magnet rotor 41 of the first embodiment described above, a plurality of N poles and a plurality of S poles are provided on the outer peripheral surface of the magnet rotor 81.
  • the axis of rotation of the magnet rotor 81 coincides with the axis L.
  • the magnet rotor 81 does not move in the direction of the rotation axis even if it rotates.
  • the upper end portion of the magnet rotor 81 is integrally connected to the rotor shaft 83 via the rotor support member 82.
  • a stepping motor is composed of an upper stator 61, a lower stator 62, and a magnet rotor 81.
  • the positions of the magnetic sensors 35a and 35b in the rotation axis direction are within the range of the total length of the magnet rotor 81 (that is, from the lower end to the upper end of the magnet rotor 81) in any state from the valve closed state to the valve open state. Between). By doing so, the magnet rotor 81 and the magnetic sensors 35a and 35b face each other in the radial direction in any state from the valve closed state to the valve open state. Therefore, the magnetic flux of the magnet rotor 81 can be reliably detected, and the rotation angle and rotation direction of the magnet rotor 81 can be obtained with high accuracy.
  • the positions of the upper stator 61 and the lower stator 62 of the stator 60 in the rotation axis direction are always within the range of the total length of the magnet rotor 81.
  • the planetary gear mechanism 85 is arranged inside the magnet rotor 81.
  • the planetary gear mechanism 85 includes a sun gear 86, a fixed ring gear 87, a plurality of planetary gears 88, a carrier 89, an output gear 90, an output shaft 91, and a gear case 92.
  • the sun gear 86 is integrally provided on the rotor support member 82.
  • the fixed ring gear 87 is an internal gear.
  • the fixed ring gear 87 is fixed to the upper end of the cylindrical gear case 92.
  • the planetary gear 88 is arranged between the sun gear 86 and the fixed ring gear 87.
  • the planetary gear 88 meshes with the sun gear 86 and the fixed ring gear 87.
  • the carrier 89 rotatably supports a plurality of planetary gears 88.
  • the output gear 90 is formed in a bottomed tubular shape.
  • the output gear 90 is an internal gear.
  • the output gear 90 meshes with the plurality of planetary gears 88 from the outside.
  • the upper portion of the output shaft 91 is fixed to a hole formed in the bottom of the output gear 90 by press fitting or the like.
  • the gear case 92 is attached to the upper end of the cylindrical portion 12 of the valve body 10.
  • the guide member 95 is formed in a cylindrical shape.
  • the guide member 95 is arranged inside the upper end portion of the cylindrical portion 12 of the valve body 10.
  • a female screw portion 95a is provided on the inner peripheral surface of the guide member 95.
  • the elevating shaft 96 is formed in a columnar shape.
  • a male screw portion 96a is provided on the outer peripheral surface of the elevating shaft 96.
  • the male screw 96a is screwed into the female screw portion 95a of the guide member 95.
  • the elevating shaft 96 is provided with a flat plate portion 96b that projects upward from the upper end surface.
  • the flat plate portion 96b is inserted into a slit 91a provided in the output shaft 91 of the planetary gear mechanism 85 so as to be movable in the vertical direction.
  • the elevating shaft 96 is rotated along with the rotation of the output shaft 91, and moves in the vertical direction by the screw feeding action of the male screw portion 96a and the female screw portion 95a.
  • the ball 97 is arranged between the elevating shaft 96 and the valve body 55.
  • the valve opening spring 98 is composed of a compression coil spring.
  • the valve opening spring 98 is arranged between the valve body 55 and the valve body 10.
  • the valve body 55 is formed in a substantially columnar shape.
  • the lower end of the valve body 55 is arranged so as to face the port 19 in the vertical direction.
  • the upper end of the valve body 55 is connected to the elevating shaft 96 via a ball 97.
  • the valve body 55 is pushed upward by the valve opening spring 98.
  • the upper stator 61 and the lower stator 62 are energized so that the magnet rotor 81 rotates in one direction.
  • the elevating shaft 96 rotates together with the output shaft 91 of the planetary gear mechanism 85.
  • the elevating shaft 96 moves downward (one in the rotation axis direction) due to the screw feeding action between the male screw portion 96a of the elevating shaft 96 and the female screw portion 95a of the guide member 95.
  • the valve body 55 is pushed downward by the elevating shaft 96, and the valve body 55 closes the port 19 (valve closed state).
  • the upper stator 61 and the lower stator 62 are energized so that the magnet rotor 81 rotates in the other direction.
  • the elevating shaft 96 rotates together with the output shaft 91 of the planetary gear mechanism 85.
  • the elevating shaft 96 moves upward (the other in the rotation axis direction) due to the screw feeding action between the male screw portion 96a of the elevating shaft 96 and the female screw portion 95a of the guide member 95.
  • the valve body 55 is pushed upward by the valve opening spring 98, and the valve body 55 opens the port 19 (valve open state).
  • the magnet rotor 81 rotates, the positional relationship between the N poles and S poles provided on the outer peripheral surface and the magnetic sensors 35a and 35b changes, and the direction of the magnetic flux detected by the magnetic sensors 35a and 35b and the direction of the magnetic flux detected by the magnetic sensors 35a and 35b.
  • the size changes. That is, the signals output from the magnetic sensors 35a and 35b change according to the rotation angle of the magnet rotor 81, and the rotation angle of the magnet rotor 81 can be obtained based on this signal.
  • the electric valve 2 of this embodiment also has the same effect as the electric valve 1 of the first embodiment described above.
  • (First Example) 1 ... Electric valve, 10 ... Valve body, 11 ... Main body, 11a ... Top surface, 11b ... Female thread, 12 ... Cylindrical, 12b ... Male thread, 13 ... Valve chamber, 17, 18 ... Flow path, 19 ... Port, 20 ... collar, 30 ... can, 30a ... outer surface, 35a, 35b ... magnetic sensor, 40 ... drive mechanism, 41 ... magnet rotor, 41a ... outer surface, 42 ... valve shaft holder, 42c ... female thread, 43 ... guide Bush, 43a ... Large diameter cylindrical part, 43b ... Small diameter cylindrical part, 43c ... Male thread part, 44 ... Valve shaft, 44a ... Body part, 44b ...

Landscapes

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Abstract

【課題】部品点数が比較的少ない構成でマグネットローターから生じる磁束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）の内側に配置されたマグネットローター（４１）を有している。マグネットローター（４１）の外周面（４１ａ）に、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。キャン（３０）の外周面（３０ａ）上に、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磁気センサー（３５ａ）、（３５ｂ）が配置されている。そして、磁気センサー（３５ａ）が、回転軸方向から見たときに、マグネットローター（４１）の回転軸と上段ステーター（６１）が有する複数の極歯のうちの１つの下向き極歯（６３ａ）の中心とを通る直線（Ｆ１）上に配置されている。

Description

電動弁
　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、を有している。マグネットローターおよび永久磁石は、キャンの内側に配置されている。キャンの上方に配置された基板上には、磁気センサーが設けられている。この電動弁は、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、を有している。マグネットローター、磁気ドラムおよび磁石は、キャンの内側に配置されている。キャンの外側には、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が配置されている。この電動弁は、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している。そのため、上述した電動弁は、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の電動弁は、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を有し得る。しかしながら、この構成では、基板とマグネットローターとが比較的大きく離れてしまう。そのため、基板上の磁気センサーでマグネットローターの磁気を正確に検知できなかった。
　そこで、本発明は、部品点数が比較的少ない構成でマグネットローターから生じる磁束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、を有する電動弁であって、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磁気センサーが配置され、前記磁気センサーが、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ステーターが有する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ことを特徴とする。
　本発明によれば、キャンの内側にマグネットローターが配置されている。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、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磁気センサーが配置されている。マグネットローターの磁極（Ｎ極、Ｓ極）から生じる磁束は径方向に伝わりやすい。そのため、磁気センサー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、磁束を磁気センサーに効率的に伝えることができる。これにより、本発明は、部品点数が比較的少ない構成でマグネットローターから生じる磁束を確実に検知できる。
　また、磁気センサーが、回転軸方向から見たときに、マグネットローターの回転軸とステーターが有する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。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、磁気センサー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、磁気センサー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、前記ステーターの内周面に、前記磁気センサーを収容する位置決め凹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、磁気センサーを、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、前記磁気センサーが、前記ポートを閉じた状態において前記マグネットローターの前記他方側の端面よりも前記一方側に配置され、かつ、前記ポートを全開にした状態において前記マグネットローターの前記一方側の端面よりも前記他方側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センサーとが、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、前記磁気センサーが、前記ステーターの前記複数の極歯よりも前記他方側に配置され、かつ、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センサーとが、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および回転方向を高精度で得ることができる。
　本発明において、前記磁気センサ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、マグネットローターと磁気センサーとが、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および回転方向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、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、前記キャンおよび前記ステーターを収容するケースをさらに有し、前記ケースには、基板がさらに収容され、前記磁気センサーが、前記基板と電線で接続されていることが好ましい。このようにすることで、磁気センサーを基板から離れた箇所に配置することができる。そのため、基板の位置および姿勢を比較的自由に設定できる。
　本発明によれば、部品点数が比較的少ない構成でマグネットローターから生じる磁束を確実に検知できる
本発明の第１実施例に係る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縦断面図である。 本発明の第２実施例に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。
（第１実施例）
　以下、本発明の第１実施例に係る電動弁について、図１～図４を参照して説明する。本実施例の電動弁１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。第２実施例に係る電動弁も同様である。
　図１、図２は、本発明の第１実施例に係る電動弁の軸線Ｌに沿う断面図（縦断面図）である。図１は、閉弁状態の電動弁を示す。図２は、開弁状態の電動弁を示す。図３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３（ａ）は、図２のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。図３（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いる。また、図３（ａ）において、磁気センサーの位置を破線で示している。図３（ｂ）は、マグネットローターの斜視図である。図３（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４は、図１の電動弁のステーターの縦断面図である。図４は、図３（ａ）の直線Ｆ１および直線Ｆ２に沿う断面を示している。
　図１、図２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、駆動機構４０と、弁体５０と、ステーター６０と、ケース７０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、本体部１１と、円筒部１２と、を有している。本体部１１は、直方体状に形成されている。円筒部１２は、本体部１１の上面１１ａから上方に向けて突出している。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１の左方に延びる流路１７と、図１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ＩＣで構成されている。ホールＩＣは、ホール素子を有しており、感磁面を通過する磁束密度の向きおよび大きさに応じた信号を出力する。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、ホールＩＣ以外の種類の磁気センサーで構成されていてもよい。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。本実施例では、２つの磁気センサー３５ａ、３５ｂを有する構成であるが、磁気センサーを１つのみ有する構成でもよい。
　磁気センサー３５ａ、３５ｂは、ステーター６０の位置決め凹部６６ａ、６６ｂに収容される。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、キャン３０の外周面３０ａ上に配置される。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、キャン３０の外周面３０ａに接して配置されることが好ましい。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、マグネットローター４１の磁気を検知できる程度に、キャン３０の外周面３０ａと間隔をあけて配置されていてもよい。つまり、磁気センサー３５ａ、３５ｂは、キャン３０の外周面３０ａに近接して配置されていてもよい。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、それぞれの感磁面がキャン３０の外周面３０ａに沿うように配置される。
　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、略円筒状に形成されている。マグネットローター４１の外径は、キャン３０の内径より若干小さい。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３（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３（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、大径円筒部４３ａと、小径円筒部４３ｂと、を有している。大径円筒部４３ａの外径は、小径円筒部４３ｂの外径より大きい。小径円筒部４３ｂは、大径円筒部４３ａの上端部に同軸に連設されている。小径円筒部４３ｂの外周面には、雄ねじ部４３ｃが設けられている。雄ねじ部４３ｃは、弁軸ホルダー４２の雌ねじ部４２ｃと螺合される。大径円筒部４３ａは、弁本体１０の円筒部１２の内側に圧入される。ガイドブッシュ４３は、弁本体１０と一体的に結合されている。
　弁軸４４は、円柱状の胴部４４ａと、円柱状の上部小径部４４ｂと、を有している。上部小径部４４ｂの径は、胴部４４ａの径より小さい。上部小径部４４ｂは、胴部４４ａの上端部に同軸に連設されている。上部小径部４４ｂは、弁軸ホルダー４２を貫通して配置されている。上部小径部４４ｂには、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、胴部４４ａと上部小径部４４ｂとの間に段部を有している。当該段部と弁軸ホルダー４２との間に圧縮コイルばね４７が配置されている。弁軸４４は、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が回転して下限位置に至ると、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る。弁体５０は、弁室１３に開口するポート１９を開閉する。
　ステーター６０は、略円筒状に形成されている。ステーター６０は、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の外径と略同一である。ステーター６０の嵌合孔６０ｂにキャン３０が嵌合される。ステーター６０は、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４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、複数のクローポール型の極歯６３を有している。複数の極歯６３は、周方向に等間隔に並んで配置されている。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内に充填されている。モールド６５は、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いる。環状部６６は、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。環状部６６の内周面（すなわち内周面６０ａの上部）には、位置決め凹部６６ａ、６６ｂが設けられている。位置決め凹部６６ａ、６６ｂは、磁気センサー３５ａ、３５ｂを収容する凹部である。位置決め凹部６６ａ、６６ｂは、上方に開口している。一方の位置決め凹部６６ａには、磁気センサー３５ａが収容される。他方の位置決め凹部６６ｂには、磁気センサー３５ｂが収容される。
　磁気センサー３５ａ、３５ｂ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。また、磁気センサー３５ａ、３５ｂは、閉弁状態においてマグネットローター４１の上方側の端面よりも下方側に配置され、開弁状態においてマグネットローター４１の下端側の端面よりも上方側に配置されている。磁気センサー３５ａ、３５ｂは、複数の極歯６３よりも上方側に配置されている。
　磁気センサー３５ａ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。極歯６３の「中心」には、中心に加えて略中心を含み、以下の説明においても同様である。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、磁気センサー３５ａ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、磁気センサー３５ａ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４１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。
　磁気センサー３５ｂは、マグネットローター４１の回転軸方向からみたときに、回転軸と下段ステーター６２の１つの極歯６４の中心とを通る直線Ｆ２上に配置される。磁気センサー３５ｂにおいても、上記と同様に、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、磁気センサー３５ａと磁気センサー３５ｂとは、次の式（１）に示される間隔θ［度］をあけて配置されることが好ましい。
　　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。
　磁気センサー３５ａ、３５ｂは、上記式（１）を満たすように配置されると、一方がマグネットローター４１の磁極と正対し、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、磁気センサー３５ａ、３５ｂの一方に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の回転角度をより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。
　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１の右方）に延びるように配置されている。端子支持部６７は、複数の端子６８が埋め込まれている。複数の端子６８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、フレシキブル基板などにより、後述する基板７５と接続されている。
　ケース７０は、略直方体箱状に形成されている。ケース７０は、キャン３０およびステーター６０を収容するように配置されている。ケース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、封止部材１００が圧縮状態で配置されている。封止部材１００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。
　また、ケース７０は、基板７５を収容している。基板７５は、電子部品が実装されるプリント基板である。基板７５は、キャン３０の上方に軸線Ｌと直交する姿勢で配置されている。なお、基板７５の位置および姿勢は任意である。基板７５は、電線７７によって磁気センサー３５ａ、３５ｂと接続されている。電線７７は、例えば、曲げ伸ばし自在でかつ自立可能な程度に形状を維持できるリード線や、フレキシブル基板などである。基板７５には、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。演算装置は、例えば、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）を演算するものである。
　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）およびケース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が回転する。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が回転する。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極と磁気センサー３５ａ、３５ｂとの位置関係が変化して、磁気センサー３５ａ、３５ｂによって検知される磁束密度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。
　以上より、本実施例の電動弁１によれば、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、キャン３０の外周面３０ａ上に、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磁気センサー３５ａ、３５ｂが配置されている。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い。そのため、磁気センサー３５ａ、３５ｂをマグネットローター４１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、磁束を磁気センサー３５ａ、３５ｂに効率的に伝えることができる。これにより、部品点数が比較的少ない構成でマグネットローター４１から生じる磁束を確実に検知できる。
　また、ステーター６０の内周面６０ａに、磁気センサー３５ａ、３５ｂを収容する位置決め凹部６６ａ、６６ｂが設けられている。このようにすることで、磁気センサー３５ａ、３５ｂを、ステーター６０の極歯６３、６４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を閉じるとき下方に移動しかつポート１９を開くとき上方に移動する。磁気センサー３５ａ、３５ｂが、ステーター６０の上段ステーター６１の複数の極歯６３より上方に配置されている。そして、磁気センサー３５ａ、３５ｂが、ポート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、マグネットローター４１と磁気センサー３５ａ、３５ｂ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の回転角度および回転方向を高精度で得ることができる。
　また、電動弁１は、キャン３０およびステーター６０を収容するケース７０を有している。ケース７０には、基板７５が収容されている。そして、磁気センサー３５ａ、３５ｂが、基板７５と電線７７で接続されている。このようにすることで、磁気センサー３５ａ、３５ｂを基板７５から離れた箇所に配置することができる。そのため、基板７５の位置および姿勢を比較的自由に設定できる。
（第２実施例）
　以下、本発明の第２実施例に係る電動弁について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施例に係る電動弁の縦断面図である。
　図５に示すように、第２実施例に係る電動弁２は、弁本体１０と、キャン３０と、磁気センサー３５ａ、３５ｂと、駆動機構８０と、弁体５５と、ステーター６０と、ケース７０と、を有している。
　電動弁２は、上述した第１実施例の電動弁１と構成の異なる駆動機構８０および弁体５５を有すること以外は、電動弁１と同一（略同一含む）の構成を有する。以下の説明において、上述した第１実施例と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
　駆動機構８０は、弁体５５を上下方向に駆動する。駆動機構８０は、マグネットローター８１と、遊星歯車機構８５と、案内部材９５と、昇降軸９６と、ボール９７と、開弁ばね９８と、を有している。
　マグネットローター８１は、略円筒状に形成されている。マグネットローター８１の外径は、キャン３０の内径より若干小さい。マグネットローター８１の外周面には、上述した第１実施例のマグネットローター４１と同様に、複数のＮ極および複数のＳ極が設けられている。マグネットローター８１の回転軸は軸線Ｌと一致する。マグネットローター８１は、回転しても回転軸方向に移動しない。マグネットローター８１の上端部は、ローター支持部材８２を介してローター軸８３に一体的に結合されている。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８１とでステッピングモータを構成する。
　本実施例では、磁気センサー３５ａ、３５ｂ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８１の全長の範囲内（すなわちマグネットローター８１の下端から上端までの間）にある。このようにすることで、マグネットローター８１と磁気センサー３５ａ、３５ｂ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８１の磁束を確実に検知でき、マグネットローター８１の回転角度および回転方向を高精度で得ることができる。
　また、本実施例では、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、常にマグネットローター８１の全長の範囲内にある。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８１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８１を効率的に回転させることができる。
　遊星歯車機構８５は、マグネットローター８１の内側に配置されている。遊星歯車機構８５は、太陽歯車８６と、固定リング歯車８７と、複数の遊星歯車８８と、キャリア８９と、出力歯車９０と、出力軸９１と、ギヤケース９２と、を有している。太陽歯車８６は、ローター支持部材８２に一体的に設けられている。固定リング歯車８７は、内歯車である。固定リング歯車８７は、円筒状のギヤケース９２の上端に固定されている。遊星歯車８８は、太陽歯車８６と固定リング歯車８７との間に配置されている。遊星歯車８８は、太陽歯車８６と固定リング歯車８７とに噛み合っている。キャリア８９は、複数の遊星歯車８８を回転自在に支持する。出力歯車９０は、有底筒状に形成されている。出力歯車９０は、内歯車である。出力歯車９０は、複数の遊星歯車８８に外側から噛み合っている。出力軸９１は、その上部が出力歯車９０の底部に形成された孔に圧入等によって固定されている。ギヤケース９２は、弁本体１０の円筒部１２の上端部に取り付けられている。
　案内部材９５は、円筒状に形成されている。案内部材９５は、弁本体１０の円筒部１２の上端部の内側に配置されている。案内部材９５の内周面には雌ねじ部９５ａが設けられている。
　昇降軸９６は、円柱状に形成されている。昇降軸９６の外周面には、雄ねじ部９６ａが設けられている。雄ねじ９６ａは、案内部材９５の雌ねじ部９５ａに螺合される。昇降軸９６は、上端面から上方に突出する平板部９６ｂが設けられている。平板部９６ｂは、遊星歯車機構８５の出力軸９１に設けられたスリット９１ａに上下方向に移動可能に挿入されている。昇降軸９６は、出力軸９１の回転に伴って回転され、雄ねじ部９６ａと雌ねじ部９５ａとのねじ送り作用によって上下方向に移動する。
　ボール９７は、昇降軸９６と弁体５５との間に配置されている。開弁ばね９８は、圧縮コイルばねで構成されている。開弁ばね９８は、弁体５５と弁本体１０との間に配置されている。
　弁体５５は、略円柱状に形成されている。弁体５５の下端部は、ポート１９と上下方向に対向して配置されている。弁体５５の上端部は、ボール９７を介して昇降軸９６と接続されている。弁体５５は、開弁ばね９８によって上方に向けて押されている。
　次に、電動弁２の動作について説明する。
　電動弁２において、マグネットローター８１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８１が回転すると遊星歯車機構８５の出力軸９１とともに昇降軸９６が回転される。昇降軸９６の雄ねじ部９６ａと案内部材９５の雌ねじ部９５ａとのねじ送り作用により、昇降軸９６が下方（回転軸方向の一方）に移動する。昇降軸９６によって弁体５５が下方に押されて弁体５５がポート１９を閉じる（閉弁状態）。
　または、電動弁２において、マグネットローター８１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８１が回転すると遊星歯車機構８５の出力軸９１とともに昇降軸９６が回転される。昇降軸９６の雄ねじ部９６ａと案内部材９５の雌ねじ部９５ａとのねじ送り作用により、昇降軸９６が上方（回転軸方向の他方）に移動する。昇降軸９６が上方に移動すると、開弁ばね９８によって弁体５５が上方に押されて弁体５５がポート１９を開く（開弁状態）。
　そして、マグネットローター８１が回転すると、外周面に設けられた各Ｎ極および各Ｓ極と磁気センサー３５ａ、３５ｂとの位置関係が変化して、磁気センサー３５ａ、３５ｂによって検知される磁束の向きおよび大きさが変化する。すなわち、マグネットローター８１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８１の回転角度を得ることができる。
　本実施例の電動弁２も、上述した第１実施例の電動弁１と同様の作用効果を奏する。
　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。
（第１実施例）
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、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…位置決め凹部、６７…端子支持部、６７ａ…先端、６８…端子、７０…ケース、１００…封止部材
（第２実施例）
２…電動弁、５５…弁体、８０…駆動機構、８１…マグネットローター、８２…ローター支持部材、８３…ローター軸、８５…遊星歯車機構、８６…太陽歯車、８７…固定リング歯車、８８…遊星歯車、８９…キャリア、９０…出力歯車、９１…出力軸、９１ａ…スリット、９２…ギヤケース、９５…案内部材、９５ａ…雌ねじ部、９６…昇降軸、９６ａ…雄ねじ部、９６ｂ…平板部、９７…ボール、９８…開弁ばね

Claims (7)

  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、を有する電動弁であって、
    　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磁気センサーが配置され、
    　前記磁気センサーが、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ステーターが有する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ことを特徴とする電動弁。
  2. 　前記ステーターの内周面に、前記磁気センサーを収容する位置決め凹部が設けられている、請求項１に記載の電動弁。
  3. 　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、
    　前記磁気センサーが、前記ポートを閉じた状態において前記マグネットローターの前記他方側の端面よりも前記一方側に配置され、かつ、前記ポートを全開にした状態において前記マグネットローターの前記一方側の端面よりも前記他方側に配置されている、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、
    　前記磁気センサーが、前記ステーターの前記複数の極歯よりも前記他方側に配置され、かつ、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または請求項２に記載の電動弁。
  5. 　前記磁気センサ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１～請求項４のいずれか一項に記載の電動弁。
  6. 　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５に記載の電動弁。
  7. 　前記キャンおよび前記ステーターを収容するケースをさらに有し、
    　前記ケースには、基板がさらに収容され、
    　前記磁気センサーが、前記基板と電線で接続されている、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の電動弁。
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