WO2024257418A1 - 電動弁および弁装置 - Google Patents

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WO2024257418A1
WO2024257418A1 PCT/JP2024/008939 JP2024008939W WO2024257418A1 WO 2024257418 A1 WO2024257418 A1 WO 2024257418A1 JP 2024008939 W JP2024008939 W JP 2024008939W WO 2024257418 A1 WO2024257418 A1 WO 2024257418A1
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valve
rotor
operated valve
magnet rotor
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竜也 吉田
日出男 間野
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Fujikoki Corp
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Fujikoki Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
    • F16K27/029—Electromagnetically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to an electrically operated valve and a valve device.
  • Patent Document 1 discloses an example of a conventional motor-operated valve.
  • the motor-operated valve has a valve body, a case, a rotor, a stator, and a housing.
  • the case has a cylindrical shape and is joined to the valve body.
  • the rotor is disposed inside the case.
  • the stator has a cylindrical shape and is disposed coaxially outside the case.
  • the rotor and stator form a motor.
  • the housing accommodates the case and stator.
  • the housing has a connector portion.
  • the motor-operated valve of Patent Document 1 is used, for example, in the valve device shown in FIG. 20.
  • the valve device 803 has multiple motor-operated valves 801 and a flow path block 950.
  • the flow path block 950 has a rectangular parallelepiped shape and has a mounting surface 951 on which the multiple motor-operated valves 801 are arranged. Since the stator of the motor-operated valve 801 is arranged on the outside of the case, the outer diameter of the motor-operated valve 801 is large, and a large space is required to arrange the motor-operated valve 801. Therefore, a relatively large mounting surface 951 is required in the flow path block 950.
  • the connector portion 887 of the motor-operated valve 801 faces forward and backward (left and right in FIG. 20). Therefore, in a system in which the valve device 803 is incorporated, a space is required around the multiple motor-operated valves 801 to arrange cables connected to the connector portion 887.
  • the present invention aims to provide an electrically operated valve and valve device that can be placed in a small space.
  • one embodiment of the motor-operated valve of the present invention is characterized by having a cylindrical rotor case, a cylindrical magnet rotor arranged inside the rotor case, a valve body that moves in response to the rotation of the magnet rotor, and a stator that is arranged inside the magnet rotor and forms a motor together with the magnet rotor.
  • the motor-operated valve further has an inner case integrally having a cylindrical peripheral wall portion, a disk-shaped bottom wall portion connected to a first end of the peripheral wall portion, and an annular portion whose inner peripheral edge is connected to a second end of the peripheral wall portion, the outer peripheral edge of the annular portion being joined to one end of the rotor case, the peripheral wall portion and the bottom wall portion being disposed inside the magnet rotor, and the stator being disposed inside the peripheral wall portion.
  • the motor-operated valve further has a housing made of synthetic resin, the housing has a cylindrical support portion in which the stator is embedded, and the support portion is fitted into the inner case.
  • the housing further has a cylindrical connector portion, and that the connector portion extends in the axial direction of the magnet rotor.
  • the stator has a laminated core arranged coaxially with the magnet rotor and having a plurality of pole portions extending radially, and a plurality of coils arranged at the pole portions.
  • the motor-operated valve further has a magnetic sensor that detects the magnetism of the magnet rotor, and that the magnetic sensor is disposed at a location between the pole parts on the support part.
  • the motor-operated valve further has a drive shaft that rotates together with the magnet rotor, the valve element has a female thread and the drive shaft has a male thread that screws into the female thread, or the drive shaft has a female thread and the valve element has a male thread that screws into the female thread, and the female thread and the male thread form a feed screw mechanism that moves the valve element.
  • a valve device having at least one motor-operated valve and a flow path block having a mounting surface on which the motor-operated valve is disposed, characterized in that the motor-operated valve has a cylindrical rotor case, a cylindrical magnet rotor disposed inside the rotor case, a valve body that moves in response to the rotation of the magnet rotor, and a stator disposed inside the magnet rotor and constituting a motor together with the magnet rotor.
  • the magnet rotor has a cylindrical shape, and the stator, which constitutes the motor together with the magnet rotor, is disposed inside the magnet rotor.
  • the outer diameter of the motor-operated valve is smaller than in a configuration in which the stator is disposed outside the magnet rotor. This allows the motor-operated valve to be disposed in a relatively small space.
  • FIG. 1 is a front view of a motor-operated valve according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a valve body assembly of the motor-operated valve.
  • FIG. 2 is a front view of a stator unit of the motor-operated valve.
  • FIG. 4 is a rear view of the stator unit.
  • FIG. 4 is a bottom view of the stator unit.
  • 8 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 7.
  • 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a rear view of the stator of the stator unit.
  • FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 12.
  • 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in FIG. 15.
  • 16 is a cross-sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 15.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a valve device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view of a valve device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of a conventional valve device.
  • the motor-operated valve according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to Figs. 1 to 17.
  • the motor-operated valve according to this embodiment is used, for example, to control the flow rate of refrigerant in an automotive air conditioner.
  • FIG. 1 is a front view, a plan view and a bottom view of an electric valve according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a valve body assembly of an electric valve.
  • FIG. 7, 8 and 9 are a front view, a rear view and a bottom view of a stator unit of an electric valve.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line X-X in FIG. 7.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a rear view, a plan view and a bottom view of a stator of a stator unit.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 12.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in FIG. 15.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 15.
  • the X direction indicated by the arrow X is the left-right direction
  • the Y direction indicated by the arrow Y is the front-back direction
  • the Z direction indicated by the arrow Z is the up-down direction (axis L direction).
  • the arrow X with the letter "X" is the right direction
  • the arrow Y with the letter "Y” is the front direction
  • the arrow Z with the letter "Z” is the upward direction.
  • the motor-operated valve 1 of the first embodiment has a valve body assembly 5 and a stator unit 8.
  • the valve body assembly 5 includes a valve body 10, a valve body 20, a rotor case 30, a bearing 35, a rotor 40, a drive shaft 50, and an inner case 60.
  • the valve body 10 has a body member 11, a sleeve 18, and a valve body support plate 19.
  • the main body member 11 is made of a metal such as an aluminum alloy.
  • the cross-sectional outline of the upper portion 11a of the main body member 11 is hexagonal.
  • the "cross-sectional outline" is a cross section perpendicular to the axis L.
  • the main body member 11 has a valve chamber 12, a valve port 13, a valve seat 14, a first connecting passage 15, a second connecting passage 16, and a mounting hole 17.
  • the valve orifice 13 is connected to the valve chamber 12.
  • the valve orifice 13 is surrounded by a valve seat 14 in the valve chamber 12.
  • the first connecting passage 15 extends from the valve chamber 12 in the left-right direction and the front-rear direction.
  • the second connecting passage 16 extends downward from the valve orifice 13.
  • the mounting hole 17 is disposed on the upper surface 11c of the main body member 11.
  • the mounting hole 17 is connected to the valve chamber 12.
  • the main body member 11 has a retaining surface 17a, which is an annular flat surface facing upward.
  • the retaining surface 17a is disposed at the connection point between the mounting hole 17 and the valve chamber 12.
  • the main body member 11 has a male thread 11s and a female thread 11t.
  • the male thread 11s is disposed on the outer peripheral surface of the lower part 11b of the main body member 11.
  • the female thread 11t is disposed on the inner peripheral surface of the mounting hole 17.
  • the main body member 11 also has annular grooves 11d and 11e.
  • the annular groove 11d is disposed at a location above the male thread 11s on the outer peripheral surface of the lower part 11b of the main body member 11.
  • the annular groove 11e is disposed at a location below the first connection passage 15 on the outer peripheral surface of the lower part 11b of the main body member 11.
  • O-rings are disposed in the annular grooves 11d and 11e.
  • the sleeve 18 is made of synthetic resin or metal.
  • the sleeve 18 has an overall cylindrical shape.
  • the sleeve 18 integrally has a small diameter portion 18a, a large diameter portion 18b, and a flange portion 18c.
  • the small diameter portion 18a and the large diameter portion 18b have a cylindrical shape.
  • the inner diameter of the large diameter portion 18b is larger than the outer diameter of the small diameter portion 18a.
  • the lower end of the large diameter portion 18b is coaxially connected to the upper end of the small diameter portion 18a.
  • the flange portion 18c has an annular plate shape.
  • the inner peripheral edge of the flange portion 18c is connected to the upper end of the large diameter portion 18b.
  • the small diameter portion 18a and the large diameter portion 18b are disposed in the valve chamber 12.
  • the flange portion 18c is in contact with the retaining surface 17a of the main body member 11.
  • the valve body support plate 19 is made of synthetic resin or metal.
  • the valve body support plate 19 has a circular plate shape.
  • the outer peripheral edge of the valve body support plate 19 is circular and the inner peripheral edge is square.
  • the valve body support plate 19 is placed in the mounting hole 17, and the lower surface of the valve body support plate 19 contacts the flange portion 18c of the sleeve 18.
  • the valve body 20 is made of synthetic resin or metal.
  • the valve body 20 integrally has a shaft portion 21 and a valve portion 22.
  • the shaft portion 21 has an overall columnar shape.
  • the upper portion 21a of the shaft portion 21 has a rectangular columnar shape.
  • the outer shape of the cross section of the upper portion 21a is the same square as the inner peripheral edge of the valve body support plate 19.
  • the lower portion 21b of the shaft portion 21 has a cylindrical shape.
  • the outer diameter of the lower portion 21b is the same as the inner diameter of the small diameter portion 18a of the sleeve 18.
  • the shaft portion 21 has a threaded hole 21c and a female thread 21t.
  • the threaded hole 21c is located on the upper end surface of the shaft portion 21.
  • the female thread 21t is located on the inner peripheral surface of the threaded hole 21c.
  • the upper part 21a of the shaft part 21 is disposed inside the valve body support plate 19.
  • the lower part 21b of the shaft part 21 is disposed inside the small diameter part 18a of the sleeve 18.
  • the valve body 20 is supported by the sleeve 18 and the valve body support plate 19 so that it can move up and down (in the direction of the axis L).
  • the valve body 20 is restricted from rotating about the axis L by the valve body support plate 19.
  • the shape of the upper part 21a of the shaft part 21 and the shape of the inner peripheral edge of the valve body support plate 19 may be any shape that restricts the rotation of the valve body 20 about the axis L.
  • the valve portion 22 has a truncated cone shape with a diameter that decreases from top to bottom.
  • the valve portion 22 is coaxially connected to the lower end of the shaft portion 21.
  • the valve portion 22 is disposed in the valve chamber 12 and the valve orifice 13.
  • the valve portion 22 faces the valve orifice 13 and the valve seat 14 in the vertical direction. When the valve portion 22 comes into contact with the valve seat 14, the valve orifice 13 closes. When the valve portion 22 moves away from the valve seat 14, the valve orifice 13 opens, and a throttle flow path is formed between the valve portion 22 and the valve orifice 13.
  • the rotor case 30 is made of a metal such as non-magnetic stainless steel.
  • non-magnetic refers to the property of not being magnetized even when placed in a magnetic field (including the property of not being substantially magnetized).
  • the rotor case 30 may be made of a synthetic resin.
  • the rotor case 30 has an overall cylindrical shape.
  • the rotor case 30 integrally has a first portion 31, a second portion 32, and a connecting portion 33.
  • the first part 31 has a cylindrical shape.
  • the first part 31 has a male thread 31s.
  • the male thread 31s is disposed on the lower part of the outer circumferential surface of the first part 31.
  • the first part 31 is disposed in the mounting hole 17 of the main body member 11, and the male thread 31s of the first part 31 is screwed into the female thread 11t of the main body member 11.
  • the first part 31 i.e., the rotor case 30
  • the flange portion 18c of the sleeve 18 and the valve body support plate 19 are held between the lower end of the first part 31 and the holding surface 17a of the main body member 11.
  • the first part 31 has a bearing installation surface 31a, which is an annular flat surface facing upward.
  • the bearing installation surface 31a is disposed on the inner circumferential surface of the first part 31.
  • the second part 32 has a cylindrical shape.
  • the inner diameter of the second part 32 is larger than the outer diameter of the first part 31.
  • the connection part 33 has a circular plate shape.
  • the inner peripheral edge of the connection part 33 is connected to the upper end of the first part 31, and the outer peripheral edge of the connection part 33 is connected to the lower end of the second part 32.
  • the bearing 35 is, for example, a radial ball bearing.
  • the bearing 35 is disposed inside the first portion 31.
  • the lower end of the outer ring of the bearing 35 contacts the bearing mounting surface 31a.
  • the bearing 35 may be a thrust ball bearing.
  • the rotor 40 has an overall cylindrical shape.
  • the rotor 40 is disposed inside the second part 32 of the rotor case 30.
  • the rotor 40 integrally has a cylindrical portion 41, a disk portion 42, and a connecting portion 43.
  • the cylindrical portion 41 has multiple north poles and multiple south poles.
  • the multiple north poles and multiple south poles are alternately arranged at equal angular intervals in the circumferential direction on the inner surface of the cylindrical portion 41.
  • the multiple north poles and multiple south poles extend in the vertical direction.
  • the cylindrical portion 41 has, for example, five north poles and five south poles.
  • the disc portion 42 is connected to the lower end of the cylindrical portion 41.
  • the connecting portion 43 has a cylindrical shape.
  • the connecting portion 43 is arranged coaxially in the center of the disc portion 42.
  • the rotor 40 is a magnet rotor.
  • the drive shaft 50 is made of synthetic resin or metal.
  • the drive shaft 50 has an overall cylindrical shape.
  • the drive shaft 50 has a male thread 51s.
  • the male thread 51s is disposed on the outer peripheral surface of the lower part of the drive shaft 50.
  • the male thread 51s is screwed into the female thread 21t of the valve body 20.
  • the drive shaft 50 may have a female thread and the valve body 20 may have a male thread.
  • the female thread 21t and the male thread 51s are a feed screw mechanism that moves the valve body 20 in the vertical direction.
  • the center part of the drive shaft 50 is rotatably supported by the bearing 35.
  • the drive shaft 50 has a support surface 50a, which is an annular flat surface facing downward.
  • the upper end of the inner ring of the bearing 35 is in contact with the support surface 50a.
  • the upper part of the drive shaft 50 is fitted into the connecting part 43.
  • the drive shaft 50 rotates together with the rotor 40.
  • the inner case 60 is made of a metal such as non-magnetic stainless steel.
  • the inner case 60 may be made of a synthetic resin.
  • the inner case 60 integrally has a peripheral wall portion 61, a bottom wall portion 62, and an annular portion 63.
  • the peripheral wall portion 61 has a cylindrical shape.
  • the peripheral wall portion 61 has a plurality of protrusions 61a.
  • the plurality of protrusions 61a are arranged on the upper part of the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 61.
  • the bottom wall portion 62 has a disk shape.
  • the outer peripheral edge of the bottom wall portion 62 is connected to the lower end (first end) of the peripheral wall portion 61.
  • the annular portion 63 has a circular ring plate shape.
  • the inner peripheral edge of the annular portion 63 is connected to the upper end (second end) of the peripheral wall portion 61.
  • the outer peripheral edge of the annular portion 63 is joined to the upper end (one end) of the second part 32 of the rotor case 30 around the entire circumference.
  • the peripheral wall portion 61 and the bottom wall portion 62 are arranged inside the rotor 40.
  • the second part 32 of the rotor case 30 and the inner case 60 form a rotor space 65.
  • the rotor 40 is arranged in the rotor space 65.
  • the rotor space 65 is sealed from the outside of the motor-operated valve 1.
  • the rotor space 65 is connected to the valve chamber 12 through a gap. The refrigerant in the valve chamber 12 is introduced into the rotor space 65.
  • the stator unit 8 has a housing 80, a stator 90, a control device 100, and a magnetic sensor 110.
  • the housing 80 is made of synthetic resin.
  • the housing 80 has a housing body 81 and a lid body 85.
  • the housing body 81 has a peripheral wall portion 82, a bottom wall portion 83, and a support portion 84, which are integral with the housing body 81.
  • the peripheral wall portion 82 has a cylindrical shape.
  • the bottom wall portion 83 has a disk shape.
  • the bottom wall portion 83 is connected to the lower end of the peripheral wall portion 82.
  • the support portion 84 has a cylindrical shape.
  • the support portion 84 is coaxially connected to the lower surface of the bottom wall portion 83.
  • the outer diameter of the support portion 84 is the same as the inner diameter of the peripheral wall portion 61 of the inner case 60.
  • the support portion 84 has a plurality of recesses 84a.
  • the plurality of recesses 84a are arranged on the upper part of the outer circumferential surface of the support portion 84.
  • the support portion 84 is arranged in the inner case 60, and the plurality of protrusions 61a of the inner case 60 are fitted into the plurality of recesses 84a.
  • the support portion 84 is fitted into the inner case 60.
  • the gap between the bottom wall portion 83 and the annular portion 63 of the inner case 60 is sealed with an O-ring 89.
  • the lid body 85 has an integral lid portion 86 and a connector portion 87.
  • the lid portion 86 has a disk shape.
  • the outer peripheral edge of the lid portion 86 is joined to the upper end of the peripheral wall portion 82.
  • the connector portion 87 has an elongated cylindrical shape.
  • the connector portion 87 extends upward from the center of the upper surface of the lid portion 86.
  • the peripheral wall portion 82, the bottom wall portion 83, and the lid portion 86 form a control device space 88.
  • the stator 90 has a laminated core 91, a bobbin 92, multiple coils 93, and multiple coil terminals 94.
  • the laminated core 91 has a central portion 91a and a plurality of pole portions 91b, which are integral with each other.
  • the central portion 91a has a cylindrical shape.
  • the central portion 91a is arranged coaxially with the rotor 40.
  • the plurality of pole portions 91b extend radially (perpendicular to the axis L) from the central portion 91a.
  • the plurality of pole portions 91b are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction on the outer circumferential surface of the central portion 91a.
  • the laminated core 91 has, for example, three pole portions 91b.
  • the laminated core 91 is formed by stacking a plurality of thin electromagnetic steel sheets. An insulating film is formed on the surface of the electromagnetic steel sheets. The electromagnetic steel sheets are arranged along the extension direction of the plurality of pole portions 91b.
  • the bobbin 92 is made of synthetic resin.
  • the bobbin 92 has multiple sleeves 92a that cover multiple poles 91b.
  • the poles 91b are arranged inside the sleeves 92a.
  • the poles 91b pass through the sleeves 92a.
  • the multiple coils 93 are wires wound around the multiple sleeves 92a of the bobbin 92.
  • the multiple coils 93 are arranged on the multiple poles 91b.
  • the multiple coil terminals 94 extend upward from the bobbin 92.
  • the multiple coil terminals 94 are electrically connected to the multiple coils 93.
  • the stator 90 is embedded in the support portion 84 of the housing 80.
  • the stator 90 is disposed inside the peripheral wall portion 61 of the inner case 60 together with the support portion 84 of the housing 80.
  • the rotor 40 is disposed outside the peripheral wall portion 61.
  • the rotor 40 and the stator 90 constitute a stepping motor 98.
  • the motor-operated valve 1 may have other types of motors, such as a brushless DC motor.
  • the control device 100 is disposed in the control device space 88.
  • the control device 100 has a board 101, terminal components 102, and a computer (not shown).
  • the board 101 is a printed circuit board on which electronic components including a computer are mounted.
  • a plurality of coil terminals 94 of the stator 90 are connected to the board 101.
  • the terminal components 102 have a plurality of connector terminals 103.
  • One end of the plurality of connector terminals 103 is connected to the board 101, and the other end is disposed inside the connector portion 87.
  • the computer is responsible for controlling the motor-operated valve 1.
  • the magnetic sensor 110 is a sensor having a Hall element that outputs a signal (digital signal) according to the direction of the magnetic field.
  • the magnetic sensor 110 is disposed at the bottom of the support portion 84 of the housing 80.
  • the magnetic sensor 110 is disposed between adjacent pole portions 91b on the support portion 84.
  • the magnetic sensor 110 faces radially the magnetic poles (north pole and south pole) of the rotor 40 via the peripheral wall portion 61 of the inner case 60.
  • the magnetic sensor 110 detects the magnetism of the rotor 40.
  • the magnetic sensor 110 is electrically connected to the substrate 101, and the computer detects the rotational position of the rotor 40 based on the signal from the magnetic sensor 110.
  • the main body member 11 (valve chamber 12, valve port 13, valve seat 14, mounting hole 17), sleeve 18, valve body support plate 19, valve body 20, rotor case 30, bearing 35, rotor 40, drive shaft 50, inner case 60, housing main body 81, lid body 85 (lid portion 86, connector portion 87), and stator 90 each have a central axis that coincides with the axis L.
  • the motor-operated valve 1 current is supplied to the multiple coils 93 of the stator 90 to rotate the rotor 40 in a first direction.
  • the drive shaft 50 rotates together with the rotor 40. Due to the feed screw action between the male thread 51s of the drive shaft 50 and the female thread 21t of the valve body 20, the valve body 20 moves downward, reducing the opening area of the valve orifice 13 (throttling flow passage). When the valve body 20 contacts the valve seat 14 and closes the valve orifice 13, the motor-operated valve 1 is fully closed.
  • the motor-operated valve 1 In the motor-operated valve 1, current is supplied to the multiple coils 93 of the stator 90 to rotate the rotor 40 in the second direction.
  • the drive shaft 50 rotates together with the rotor 40. Due to the feed screw action between the male thread 51s of the drive shaft 50 and the female thread 21t of the valve body 20, the valve body 20 moves upward, increasing the opening area of the valve orifice 13.
  • the motor-operated valve 1 is in a fully open state.
  • the opening area of the valve orifice 13 is at its maximum.
  • the sleeve 18 and valve body support plate 19 are placed in the mounting hole 17 of the main body member 11.
  • the rotor case 30 (first part 31) is inserted into the mounting hole 17 of the main body member 11 while rotating, and the rotor case 30 is attached to the main body member 11.
  • the sleeve 18 and valve body support plate 19 are held by the main body member 11 and the rotor case 30.
  • the valve body 20 is inserted into the valve body support plate 19 and sleeve 18.
  • the bearing 35 is fitted into the first part 31 of the rotor case 30.
  • the upper part of the drive shaft 50 is fitted into the connecting part 43 of the rotor 40.
  • the drive shaft 50 is inserted into the bearing 35, and the male thread 51s of the drive shaft 50 is screwed into the female thread 21t of the valve body 20.
  • the centre of the drive shaft 50 is fitted into the bearing 35.
  • the peripheral wall portion 61 and bottom wall portion 62 of the inner case 60 are inserted into the rotor 40, and the annular portion 63 of the inner case 60 is welded to the upper end of the rotor case 30 (second portion 32). This completes the valve body assembly 5.
  • the laminated core 91 is placed in a molding die for the stator, and the bobbin 92 is injection molded integrally with the laminated core 91. Then, wire is wound around the multiple sleeve portions 92a of the bobbin 92, and multiple coils 93 are formed on the pole portions 91b of the laminated core 91. This completes the stator 90.
  • the stator 90 is placed in a molding die for the housing body, and the housing body 81 is injection molded integrally with the stator 90.
  • the magnetic sensor 110 is attached to the support portion 84 of the housing body 81. Wiring (not shown) that electrically connects the magnetic sensor 110 to the substrate 101 is embedded in the housing body 81.
  • the lid body 85 is injection molded using a molding die for the lid.
  • the control device 100 is placed inside the peripheral wall portion 82 of the housing body 81, and the outer periphery of the lid portion 86 of the lid body 85 is ultrasonically welded (or infrared ray welded) to the upper end of the peripheral wall portion 82. This completes the stator unit 8.
  • the support part 84 of the stator unit 8 is inserted into the inner case 60 of the valve body assembly 5, and the support part 84 is fitted into the inner case 60.
  • the multiple protrusions 61a of the inner case 60 fit into the multiple recesses 84a of the support part 84, and the stator unit 8 is fixed to the valve body assembly 5. This completes the motor-operated valve 1.
  • the motor-operated valve 1 has a cylindrical rotor case 30, a cylindrical rotor 40 arranged inside the rotor case 30, a valve body 20 that moves in response to the rotation of the rotor 40, and a stator 90 arranged inside the rotor 40 and constituting a stepping motor 98 together with the rotor 40.
  • the outer diameter of the motor-operated valve 1 is smaller than in a configuration in which the stator is arranged outside the rotor. Therefore, the motor-operated valve 1 can be arranged in a relatively small space.
  • the motor-operated valve 1 also has an inner case 60.
  • the inner case 60 integrally has a cylindrical peripheral wall portion 61, a disk-shaped bottom wall portion 62 connected to the lower end of the peripheral wall portion 61, and an annular portion 63 whose inner peripheral edge is connected to the upper end of the peripheral wall portion 61.
  • the outer peripheral edge of the annular portion 63 is joined to the upper end of the rotor case 30.
  • the peripheral wall portion 61 and the bottom wall portion 62 are disposed inside the rotor 40.
  • the stator 90 is disposed inside the peripheral wall portion 61. In this manner, the rotor case 30 and the inner case 60 form a rotor space 65 in which the rotor 40 is disposed. A refrigerant is introduced into the rotor space 65.
  • the rotor space 65 is sealed from the space inside the peripheral wall portion 61 in which the stator 90 is disposed. Therefore, the space in which the stator 90 is disposed can be partitioned from the rotor space 65
  • the motor-operated valve 1 also has a housing 80 made of synthetic resin.
  • the housing 80 has a cylindrical support portion 84 in which the stator 90 is embedded.
  • the support portion 84 is fitted into the inner case 60. In this manner, the stator 90 can be protected by the support portion 84. Furthermore, by fitting the support portion 84 into the inner case 60, the stator 90 can be appropriately positioned inside the inner case 60.
  • the housing 80 also has a connector portion 87 that is shaped like an elongated cylinder.
  • the connector portion 87 extends in the axial direction (axis L direction) of the rotor 40. This makes it possible to reduce the installation area of the motor-operated valve 1 (area when viewed from the axis L direction).
  • the stator 90 is arranged coaxially with the rotor 40 and has a laminated core 91 having a plurality of pole portions 91b extending radially, and a plurality of coils 93 arranged on the plurality of pole portions 91b.
  • the electromagnetic steel sheets of the laminated core 91 are arranged along the extension direction of the plurality of pole portions 91b (direction perpendicular to the axis L). In the laminated core 91, magnetic flux passes in the extension direction of the plurality of pole portions 91b, and the current flowing between the electromagnetic steel sheets is limited. This allows the iron loss in the laminated core 91 to be reduced.
  • the motor-operated valve 1 also has a magnetic sensor 110 that detects the magnetism of the rotor 40.
  • the magnetic sensor 110 is disposed between the pole parts 91b on the support part 84 ( Figure 7). In this manner, the magnetic sensor 110 is disposed close to the rotor 40 and faces the rotor 40 in the radial direction.
  • the motor-operated valve 1 also has a drive shaft 50 that rotates together with the rotor 40.
  • the valve body 20 has a female thread 21t.
  • the drive shaft 50 has a male thread 51s that is screwed into the female thread 21t.
  • the female thread 21t and the male thread 51s form a feed screw mechanism that moves the valve body 20. In this way, the valve body 20 can be moved with a relatively simple configuration.
  • valve device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 18.
  • valve device 2 of the second embodiment has the motor-operated valve 1 of the first embodiment and a flow path block 150.
  • the flow path block 150 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the flow path block 150 is made of a metal, for example, an aluminum alloy.
  • the upper surface of the flow path block 150 is a mounting surface 151 on which the motor-operated valve 1 is disposed.
  • the flow passage block 150 has a first passage 155, a second passage 156, and a mounting hole 157.
  • the mounting hole 157 is disposed in the mounting surface 151.
  • the first passage 155 extends forward from the mounting hole 157.
  • the second passage 156 extends downward from the mounting hole 157.
  • the flow passage block 150 has a female thread 150t.
  • the female thread 150t is arranged on the inner circumferential surface of the mounting hole 157.
  • the lower part 11b of the main body member 11 of the electric valve 1 is arranged in the mounting hole 157, and the male thread 11s of the main body member 11 is screwed into the female thread 150t of the flow passage block 150.
  • the electric valve 1 is attached to the flow passage block 150 by a screw structure, with a jig attached to the hexagonal upper part 11a of the main body member 11 and rotating it around the axis L.
  • the space between the main body member 11 and the flow passage block 150 is sealed by O-rings 158 and 159 arranged in the annular grooves 11d and 11e.
  • the connector part 87 of the electric valve 1 faces upward.
  • the first passage 155 is connected to the valve chamber 12 of the electric valve 1 via the mounting hole 157 and the first connection passage 15.
  • the second passage 156 is connected to the valve port 13 of the motor-operated valve 1 via the second connection passage 16.
  • the valve device 2 may have a configuration in which the main body member 11 of the motor-operated valve 1 is omitted and the rotor case 30 is directly attached to the flow path block 150.
  • the flow path block 150 has the same (including substantially the same) valve chamber, valve port, valve seat, and mounting hole as those of the motor-operated valve 1.
  • valve device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 19.
  • the valve device 3 of the second embodiment has a plurality of motor-operated valves 1 of the first embodiment and a flow path block 250.
  • the flow path block 250 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the flow path block 250 is made of a metal, for example, an aluminum alloy.
  • the upper surface of the flow path block 250 is a mounting surface 251 on which multiple motor-operated valves 1 are arranged.
  • the flow passage block 250 has multiple mounting holes (not shown).
  • the multiple mounting holes are arranged on the mounting surface 251.
  • Multiple female threads are arranged on the inner surfaces of the multiple mounting holes.
  • the lower parts 11b of the main body members 11 of the multiple motor-operated valves 1 are arranged in the multiple mounting holes, and the male threads 11s of the main body member 11 are screwed into the female threads of the flow passage block 250.
  • the connector parts 87 of the multiple motor-operated valves 1 face upward.
  • Valve devices 2 and 3 have the same effect as motor-operated valve 1.
  • valve device 3 the installation area of each of the multiple motor-operated valves 1 is small, so the flow path block 250 can be made small. Furthermore, in the valve device 3, the connector parts 87 of each of the multiple motor-operated valves 1 face the same direction (upward). Therefore, in a system in which the valve device 3 is incorporated, it is only necessary to provide space above the valve device 3 for arranging the cables connected to the connector parts 87 of the multiple motor-operated valves 1, and the valve device 3 can be arranged in a relatively small space.
  • cylinder cylindrical
  • column cylindrical
  • rectangular prism a member that has substantially the shape of the term.
  • a “cylindrical member” includes both cylindrical members and substantially cylindrical members.

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Abstract

【課題】小さな空間に配置できる電動弁および弁装置を提供する。 【解決手段】電動弁１は、弁室１２および弁口１３を有する弁本体１０と、弁本体１０に取り付けられる円筒形状のローターケース３０と、ローターケース３０の内側に配置される円筒形状のローター４０と、ローター４０の回転に応じて移動する弁体２０と、ローター４０の内側に配置され、ローター４０とともにステッピングモーター９８を構成するステーター９０と、を有する。

Description

電動弁および弁装置
　本発明は、電動弁および弁装置に関する。
　特許文献１は、従来の電動弁の一例を開示している。電動弁は、弁本体と、ケースと、ローターと、ステーターと、ハウジングと、を有する。ケースは、円筒形状を有しており、弁本体に接合される。ローターはケースの内側に配置される。ステーターは、円筒形状を有しており、ケースの外側に同軸に配置される。ローターとステーターとは、モーターを構成する。ハウジングはケースおよびステーターを収容する。ハウジングはコネクタ部を有する。
特開２０２２－８３４５３号公報
　特許文献１の電動弁は、例えば、図２０に示す弁装置に用いられる。弁装置８０３は、複数の電動弁８０１と、流路ブロック９５０と、を有する。流路ブロック９５０は、直方体形状を有しており、複数の電動弁８０１が配置される取付面９５１を有する。電動弁８０１はステーターがケースの外側に配置されているので電動弁８０１の外径が大きく、電動弁８０１を配置するための大きな空間が必要である。そのため、流路ブロック９５０において、比較的大きな取付面９５１が必要となる。また、電動弁８０１のコネクタ部８８７が前方および後方（図２０の左方および右方）を向いている。そのため、弁装置８０３が組み込まれるシステムにおいて、複数の電動弁８０１の周囲にコネクタ部８８７に接続されるケーブルを配置するための空間が必要である。
　そこで、本発明は、小さな空間に配置できる電動弁および弁装置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、本発明の一態様に係る電動弁は、筒形状のローターケースと、前記ローターケースの内側に配置される円筒形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応じて移動する弁体と、前記マグネットローターの内側に配置され、前記マグネットローターとともにモーターを構成するステーターと、を有することを特徴とする。
　本発明において、前記電動弁が、円筒形状の周壁部と、前記周壁部の第１端に接続された円板形状の底壁部と、前記周壁部の第２端に内周縁が接続された環状部と、を一体的に有する内ケースをさらに有し、前記環状部の外周縁が、前記ローターケースの一端に接合され、前記周壁部および前記底壁部が、前記マグネットローターの内側に配置され、前記周壁部の内側に、前記ステーターが配置される、ことが好ましい。
　本発明において、前記電動弁が、合成樹脂製のハウジングをさらに有し、前記ハウジングが、前記ステーターが埋め込まれる円柱形状の支持部を有し、前記支持部が、前記内ケースに嵌合されている、ことが好ましい。
　本発明において、前記ハウジングが、筒形状のコネクタ部をさらに有し、前記コネクタ部が、前記マグネットローターの軸方向に延びている、ことが好ましい。
　本発明において、前記ステーターが、前記マグネットローターと同軸に配置され、径方向に延びる複数の極部を有する積層コアと、前記極部に配置された複数のコイルと、を有する、ことが好ましい。
　本発明において、前記電動弁が、前記マグネットローターの磁気を検出する磁気センサーをさらに有し、前記磁気センサーが、前記支持部における前記極部と前記極部との間の箇所に配置される、ことが好ましい。
　本発明において、前記電動弁が、前記マグネットローターとともに回転する駆動軸をさらに有し、前記弁体が雌ねじを有しかつ前記駆動軸が前記雌ねじに螺合される雄ねじを有し、または、前記駆動軸が雌ねじを有しかつ前記弁体が前記雌ねじに螺合される雄ねじを有し、前記雌ねじおよび前記雄ねじが、前記弁体を移動させる送りねじ機構を構成する、ことが好ましい。
　上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る弁装置は、少なくとも１つの電動弁と、前記電動弁が配置される取付面を有する流路ブロックと、を有する弁装置であって、前記電動弁が、筒形状のローターケースと、前記ローターケースの内側に配置される円筒形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応じて移動する弁体と、前記マグネットローターの内側に配置され、前記マグネットローターとともにモーターを構成するステーターと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、マグネットローターが円筒形状を有し、マグネットローターとともにモーターを構成するステーターがマグネットローターの内側に配置されている。このようにしたことから、マグネットローターの外側にステーターが配置される構成に比べて、電動弁の外径が小さい。そのため、電動弁を比較的小さな空間に配置できる。
本発明の第１実施例に係る電動弁の正面図である。 電動弁の平面図である。 電動弁の底面図である。 図１のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 電動弁の弁本体アセンブリの断面図である。 電動弁のステーターユニットの正面図である。 ステーターユニットの背面図である。 ステーターユニットの底面図である。 図７のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。 図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿う断面図である。 ステーターユニットのステーターの背面図である。 ステーターの平面図である。 ステーターの底面図である。 図１２のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図である。 図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。 図１５のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施例に係る弁装置の断面図である。 本発明の第３実施例に係る弁装置の平面図である。 従来の弁装置の平面図である。
　以下、本発明の第１実施例に係る電動弁について、図１～図１７を参照して説明する。本実施例に係る電動弁は、例えば、自動車用エアコンにおいて冷媒流量を制御するために使用される。
　図１、図２および図３は、本発明の第１実施例に係る電動弁の正面図、平面図および底面図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。図６は、電動弁の弁本体アセンブリの断面図である。図７、図８および図９は、電動弁のステーターユニットの正面図、背面図および底面図である。図１０は、図７のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿う断面図である。図１２、図１３および図１４は、ステーターユニットのステーターの背面図、平面図および底面図である。図１５は、図１２のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。図１７は、図１５のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。各図において、矢印Ｘで示すＸ方向が左右方向であり、矢印Ｙで示すＹ方向が前後方向であり、矢印Ｚで示すＺ方向が上下方向（軸線Ｌ方向）である。矢印Ｘにおいて「Ｘ」の文字がある方が右方向であり、矢印Ｙにおいて「Ｙ」の文字がある方が前方向であり、矢印Ｚにおいて「Ｚ」の文字がある方が上方向である。
　図１～図５に示すように、第１実施例に係る電動弁１は、弁本体アセンブリ５と、ステーターユニット８と、を有している。
　図６に示すように、弁本体アセンブリ５は、弁本体１０と、弁体２０と、ローターケース３０と、軸受３５と、ローター４０と、駆動軸５０と、内ケース６０と、を有している。
　弁本体１０は、本体部材１１と、スリーブ１８と、弁体支持板１９と、を有している。
　本体部材１１は、例えば、アルミニウム合金などの金属製である。本体部材１１の上部１１ａの横断面の外形は、六角形状である。「横断面」は、軸線Ｌと直交する断面である。本体部材１１は、弁室１２と、弁口１３と、弁座１４と、第１接続通路１５と、第２接続通路１６と、取付孔１７と、を有している。
　弁口１３は、弁室１２に接続されている。弁口１３は、弁室１２において弁座１４に囲まれている。第１接続通路１５は、弁室１２から左右方向および前後方向に延びる。第２接続通路１６は、弁口１３から下方に延びている。
　取付孔１７は、本体部材１１の上面１１ｃに配置されている。取付孔１７は、弁室１２と接続されている。本体部材１１は、上方を向く環状平面である保持面１７ａを有している。保持面１７ａは、取付孔１７と弁室１２との接続箇所に配置されている。本体部材１１は、雄ねじ１１ｓおよび雌ねじ１１ｔを有している。雄ねじ１１ｓは、本体部材１１の下部１１ｂの外周面に配置されている。雌ねじ１１ｔは、取付孔１７の内周面に配置されている。また、本体部材１１は、環状溝１１ｄ、１１ｅを有している。環状溝１１ｄは、本体部材１１の下部１１ｂの外周面における雄ねじ１１ｓより上方の箇所に配置されている。環状溝１１ｅは、本体部材１１の下部１１ｂの外周面における第１接続通路１５より下方の箇所に配置されている。環状溝１１ｄ、１１ｅには、Ｏリングが配置される。
　スリーブ１８は、合成樹脂製または金属製である。スリーブ１８は、全体的に円筒形状を有している。スリーブ１８は、小径部１８ａと、大径部１８ｂと、フランジ部１８ｃと、を一体的に有している。
　小径部１８ａおよび大径部１８ｂは、円筒形状を有している。大径部１８ｂの内径は、小径部１８ａの外径より大きい。大径部１８ｂの下端は、小径部１８ａの上端に同軸に接続されている。フランジ部１８ｃは、円環板形状を有している。フランジ部１８ｃの内周縁が、大径部１８ｂの上端に接続されている。小径部１８ａおよび大径部１８ｂは、弁室１２に配置されている。フランジ部１８ｃは、本体部材１１の保持面１７ａに接している。
　弁体支持板１９は、合成樹脂製または金属製である。弁体支持板１９は、円環板形状を有している。弁体支持板１９の外周縁が円形状でかつ内周縁が正方形状である。弁体支持板１９は取付孔１７に配置され、弁体支持板１９の下面がスリーブ１８のフランジ部１８ｃに接している。
　弁体２０は、合成樹脂製または金属製である。弁体２０は、軸部２１と、弁部２２と、を一体的に有している。
　軸部２１は、全体的に柱形状を有している。軸部２１の上部２１ａは四角柱形状を有している。上部２１ａの横断面の外形は、弁体支持板１９の内周縁と同じ正方形状である。軸部２１の下部２１ｂは円柱形状を有している。下部２１ｂの外径は、スリーブ１８の小径部１８ａの内径と同じである。軸部２１は、ねじ穴２１ｃおよび雌ねじ２１ｔを有している。ねじ穴２１ｃは、軸部２１の上端面に配置されている。雌ねじ２１ｔは、ねじ穴２１ｃの内周面に配置されている。
　軸部２１の上部２１ａは、弁体支持板１９の内側に配置されている。軸部２１の下部２１ｂは、スリーブ１８の小径部１８ａの内側に配置されている。弁体２０は、スリーブ１８および弁体支持板１９によって上下方向（軸線Ｌ方向）に移動可能に支持される。弁体２０は、弁体支持板１９によって軸線Ｌ周りの回転が規制される。なお、軸部２１の上部２１ａの形状および弁体支持板１９の内周縁の形状は、弁体２０の軸線Ｌ周りの回転を規制するものであればよい。
　弁部２２は、上方から下方に向かって径が小さくなる円錐台形状を有している。弁部２２は、軸部２１の下端に同軸に接続されている。弁部２２は、弁室１２および弁口１３に配置される。弁部２２は、弁口１３および弁座１４と上下方向に向かい合う。弁部２２が弁座１４に接すると弁口１３が閉じる。弁部２２が弁座１４から離れると弁口１３が開き、弁部２２と弁口１３との間に絞り流路が形成される。
　ローターケース３０は、例えば、非磁性のステンレスなどの金属製である。本明細書において、「非磁性」とは、磁場に置いても磁化しない性質（実質的に磁化しない性質を含む）のことである。ローターケース３０は、合成樹脂製でもよい。ローターケース３０は、全体的に円筒形状を有している。ローターケース３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、接続部分３３と、を一体的に有している。
　第１部分３１は、円筒形状を有している。第１部分３１は雄ねじ３１ｓを有している。雄ねじ３１ｓは、第１部分３１の外周面の下部に配置されている。第１部分３１は本体部材１１の取付孔１７に配置され、第１部分３１の雄ねじ３１ｓが本体部材１１の雌ねじ１１ｔに螺合される。第１部分３１（すなわちローターケース３０）は、本体部材１１にねじ構造で取り付けられている。取付孔１７において、本体部材１１と第１部分３１との間がＯリング３９で封止されている。第１部分３１の下端と本体部材１１の保持面１７ａとの間に、スリーブ１８のフランジ部１８ｃおよび弁体支持板１９が保持される。第１部分３１は、上方を向く環状平面である軸受設置面３１ａを有している。軸受設置面３１ａは、第１部分３１の内周面に配置されている。
　第２部分３２は、円筒形状を有している。第２部分３２の内径は、第１部分３１の外径より大きい。接続部分３３は、円環平板形状を有している。接続部分３３の内周縁が第１部分３１の上端に接続され、接続部分３３の外周縁が第２部分３２の下端に接続されている。
　軸受３５は、例えば、ラジアル玉軸受である。軸受３５は、第１部分３１の内側に配置されている。軸受３５の外輪の下端が、軸受設置面３１ａに接している。軸受３５は、スラスト玉軸受でもよい。
　ローター４０は、全体的に円筒形状を有している。ローター４０は、ローターケース３０の第２部分３２の内側に配置されている。ローター４０は、円筒部４１と、円板部４２と、連結部４３と、を一体的に有している。
　円筒部４１は、複数のＮ極および複数のＳ極を有している。複数のＮ極と複数のＳ極とは、円筒部４１の内周面に周方向に等角度間隔で交互に配置されている。複数のＮ極と複数のＳ極とは、上下方向に延在している。円筒部４１は、例えば、５個のＮ極と５個のＳ極とを有している。円板部４２は、円筒部４１の下端に接続されている。連結部４３は、円筒形状を有している。連結部４３は、円板部４２の中央に同軸に配置されている。ローター４０は、マグネットローターである。
　駆動軸５０は、合成樹脂製または金属製である。駆動軸５０は、全体的に円柱形状を有している。駆動軸５０は、雄ねじ５１ｓを有している。雄ねじ５１ｓは、駆動軸５０の下部の外周面に配置されている。雄ねじ５１ｓは、弁体２０の雌ねじ２１ｔに螺合される。なお、駆動軸５０が雌ねじを有し、弁体２０が雄ねじを有していてもよい。雌ねじ２１ｔおよび雄ねじ５１ｓは、弁体２０を上下方向に移動させる送りねじ機構である。駆動軸５０の中央部は、軸受３５に回転可能に支持されている。駆動軸５０は、下方を向く環状平面である支持面５０ａを有している。軸受３５の内輪の上端が、支持面５０ａに接している。駆動軸５０の上部は、連結部４３に嵌合されている。駆動軸５０は、ローター４０とともに回転する。
　内ケース６０は、例えば、非磁性のステンレスなどの金属製である。内ケース６０は、合成樹脂製でもよい。内ケース６０は、周壁部６１と、底壁部６２と、環状部６３と、を一体的に有している。
　周壁部６１は、円筒形状を有している。周壁部６１は複数の凸部６１ａを有している。複数の凸部６１ａは、周壁部６１の内周面の上部に配置されている。底壁部６２は、円板形状を有している。底壁部６２の外周縁は、周壁部６１の下端（第１端）に接続されている。環状部６３は、円環板形状を有している。環状部６３の内周縁は、周壁部６１の上端（第２端）に接続されている。環状部６３の外周縁が、全周にわたってローターケース３０の第２部分３２の上端（一端）に接合されている。周壁部６１および底壁部６２は、ローター４０の内側に配置されている。ローターケース３０の第２部分３２および内ケース６０は、ローター空間６５を形成する。ローター空間６５には、ローター４０が配置される。ローター空間６５は、電動弁１の外部に対して密閉されている。ローター空間６５は、隙間を通じて弁室１２と接続されている。ローター空間６５には弁室１２の冷媒が導入される。
　図７～図１１に示すように、ステーターユニット８は、ハウジング８０と、ステーター９０と、制御装置１００と、磁気センサー１１０と、を有している。
　ハウジング８０は、合成樹脂製である。ハウジング８０は、ハウジング本体８１と、蓋体８５と、を有している。
　ハウジング本体８１は、周壁部８２と、底壁部８３と、支持部８４と、を一体的に有している。周壁部８２は、円筒形状を有している。底壁部８３は、円板形状を有している。底壁部８３は、周壁部８２の下端に接続されている。支持部８４は、円柱形状を有している。支持部８４は、底壁部８３の下面に同軸に接続されている。支持部８４の外径は、内ケース６０の周壁部６１の内径と同じである。支持部８４は複数の凹部８４ａを有している。複数の凹部８４ａは、支持部８４の外周面の上部に配置されている。支持部８４は内ケース６０に配置されており、複数の凹部８４ａに内ケース６０の複数の凸部６１ａが嵌まっている。支持部８４は、内ケース６０に嵌合される。底壁部８３と内ケース６０の環状部６３との間がＯリング８９で封止される。
　蓋体８５は、蓋部８６と、コネクタ部８７と、を一体的に有している。蓋部８６は、円板形状を有している。蓋部８６の外周縁は、周壁部８２の上端に接合されている。コネクタ部８７は、長円筒形状を有している。コネクタ部８７は、蓋部８６の上面の中央から上方に延びている。周壁部８２と底壁部８３と蓋部８６とは、制御装置空間８８を形成する。
　図１２～図１７に示すように、ステーター９０は、積層コア９１と、ボビン９２と、複数のコイル９３と、複数のコイル端子９４と、を有している。
　積層コア９１は、中央部９１ａと、複数の極部９１ｂと、を一体的に有している。中央部９１ａは、円柱形状を有している。中央部９１ａは、ローター４０と同軸に配置される。複数の極部９１ｂは、中央部９１ａから径方向（軸線Ｌと直交する方向）に延びている。複数の極部９１ｂは、中央部９１ａの外周面に周方向に等角度間隔で配置されている。積層コア９１は、例えば、３個の極部９１ｂを有している。積層コア９１は、複数の薄い電磁鋼板を積み重ねて形成されている。電磁鋼板の表面には絶縁膜が形成されている。電磁鋼板は、複数の極部９１ｂの延在方向に沿って配置されている。
　ボビン９２は、合成樹脂製である。ボビン９２は、複数の極部９１ｂを覆う複数の袖部９２ａを有している。袖部９２ａの内側には、極部９１ｂが配置される。極部９１ｂは、袖部９２ａを貫通している。複数のコイル９３は、ボビン９２の複数の袖部９２ａに巻回された線材である。複数のコイル９３は、複数の極部９１ｂに配置される。複数のコイル端子９４は、ボビン９２から上方に延びている。複数のコイル端子９４は、複数のコイル９３に電気的に接続されている。
　ステーター９０は、ハウジング８０の支持部８４に埋め込まれている。ステーター９０は、ハウジング８０の支持部８４とともに内ケース６０の周壁部６１の内側に配置される。ローター４０は、周壁部６１の外側に配置される。ローター４０とステーター９０とは、ステッピングモーター９８を構成する。なお、電動弁１は、ブラシレスＤＣモーターなどの他の種類のモーターを有していてもよい。
　制御装置１００は、制御装置空間８８に配置される。制御装置１００は、基板１０１と、端子部品１０２と、図示しないコンピュータと、を有している。基板１０１は、プリント基板であり、コンピュータを含む電子部品が実装されている。基板１０１には、ステーター９０の複数のコイル端子９４が接続されている。端子部品１０２は、複数のコネクタ端子１０３を有している。複数のコネクタ端子１０３の一端は基板１０１に接続され、他端はコネクタ部８７の内側に配置されている。コンピュータは、電動弁１の制御を司る。
　磁気センサー１１０は、磁場の向きに応じた信号（デジタル信号）を出力するホール素子を有するセンサーである。磁気センサー１１０は、ハウジング８０の支持部８４の下部に配置されている。磁気センサー１１０は、支持部８４における互いに隣接する極部９１ｂの間に配置されている。磁気センサー１１０は、内ケース６０の周壁部６１を介してローター４０の磁極（Ｎ極およびＳ極）と径方向に向かい合う。磁気センサー１１０は、ローター４０の磁気を検出する。磁気センサー１１０は基板１０１に電気的に接続されており、コンピュータが磁気センサー１１０の信号に基づいてローター４０の回転位置を検出する。
　電動弁１において、本体部材１１（弁室１２、弁口１３、弁座１４、取付孔１７）、スリーブ１８、弁体支持板１９、弁体２０、ローターケース３０、軸受３５、ローター４０、駆動軸５０、内ケース６０、ハウジング本体８１、蓋体８５（蓋部８６、コネクタ部８７）、ステーター９０は、それぞれの中心軸が軸線Ｌと一致する。
　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、ステーター９０の複数のコイル９３に電流を供給して、ローター４０を第１方向に回転させる。駆動軸５０がローター４０とともに回転する。駆動軸５０の雄ねじ５１ｓと弁体２０の雌ねじ２１ｔとの送りねじ作用により、弁体２０が下方に移動し、弁口１３（絞り流路）の開口面積が小さくなる。弁体２０が弁座１４に接して弁口１３が閉じると、電動弁１は全閉状態になる。
　電動弁１において、ステーター９０の複数のコイル９３に電流を供給して、ローター４０を第２方向に回転させる。駆動軸５０がローター４０とともに回転する。駆動軸５０の雄ねじ５１ｓと弁体２０の雌ねじ２１ｔとの送りねじ作用により、弁体２０が上方に移動し、弁口１３の開口面積が大きくなる。弁体２０が弁口１３から最も離れると、電動弁１は全開状態になる。電動弁１が全開状態になると、弁口１３の開口面積が最大になる。
　次に、電動弁１の製造方法について説明する。
　本体部材１１の取付孔１７にスリーブ１８および弁体支持板１９を配置する。ローターケース３０（第１部分３１）を回転させながら本体部材１１の取付孔１７に挿入し、ローターケース３０を本体部材１１に取り付ける。本体部材１１とローターケース３０とによってスリーブ１８および弁体支持板１９を保持する。弁体２０を弁体支持板１９およびスリーブ１８に挿入する。軸受３５をローターケース３０の第１部分３１に嵌め込む。駆動軸５０の上部をローター４０の連結部４３に嵌合させる。駆動軸５０を軸受３５に挿入し、駆動軸５０の雄ねじ５１ｓを弁体２０の雌ねじ２１ｔに螺合させる。駆動軸５０の中央部を軸受３５に嵌め込む。内ケース６０の周壁部６１および底壁部６２をローター４０に挿入し、内ケース６０の環状部６３をローターケース３０（第２部分３２）の上端に溶接する。これにより、弁本体アセンブリ５が作製される。
　ステーター用の成型金型に積層コア９１を設置し、積層コア９１と一体的にボビン９２を射出成形する。そして、ボビン９２の複数の袖部９２ａに線材を巻き付け、複数のコイル９３を積層コア９１の極部９１ｂに形成する。これにより、ステーター９０が作製される。
　ハウジング本体用の成型金型にステーター９０を設置し、ステーター９０と一体的にハウジング本体８１を射出成形する。ハウジング本体８１の支持部８４に磁気センサー１１０を取り付ける。ハウジング本体８１には、磁気センサー１１０と基板１０１とを電気的に接続する図示しない配線が埋め込まれている。蓋体用の成型金型を用いて、蓋体８５を射出成形する。制御装置１００をハウジング本体８１の周壁部８２の内側に設置し、蓋体８５の蓋部８６の外周縁を周壁部８２の上端に超音波溶着（または赤外線溶着）する。これにより、ステーターユニット８が作製される。
　弁本体アセンブリ５の内ケース６０にステーターユニット８の支持部８４を挿入し、内ケース６０に支持部８４を嵌合させる。内ケース６０の複数の凸部６１ａが支持部８４の複数の凹部８４ａに嵌まり、ステーターユニット８が弁本体アセンブリ５に固定される。これにより、電動弁１が完成する。
　以上説明したように、電動弁１が、円筒形状のローターケース３０と、ローターケース３０の内側に配置される円筒形状のローター４０と、ローター４０の回転に応じて移動する弁体２０と、ローター４０の内側に配置され、ローター４０とともにステッピングモーター９８を構成するステーター９０と、を有する。このようにしたことから、ローターの外側にステーターが配置される構成に比べて、電動弁１の外径が小さい。そのため、電動弁１を比較的小さな空間に配置できる。
　また、電動弁１が、内ケース６０を有している。内ケース６０は、円筒形状の周壁部６１と、周壁部６１の下端に接続された円板形状の底壁部６２と、周壁部６１の上端に内周縁が接続された環状部６３と、を一体的に有する。環状部６３の外周縁が、ローターケース３０の上端に接合される。周壁部６１および底壁部６２が、ローター４０の内側に配置される。周壁部６１の内側に、ステーター９０が配置される。このようにすることで、ローターケース３０および内ケース６０が、ローター４０が配置されるローター空間６５を形成する。ローター空間６５には冷媒が導入される。ローター空間６５は、ステーター９０が配置される周壁部６１の内側の空間に対して密閉されている。そのため、ステーター９０が配置される空間をローター空間６５と区画できる。
　また、電動弁１が、合成樹脂製のハウジング８０を有している。ハウジング８０が、ステーター９０が埋め込まれる円柱形状の支持部８４を有している。支持部８４が、内ケース６０に嵌合されている。このようにすることで、支持部８４によってステーター９０を保護できる。また、支持部８４を内ケース６０に嵌合することで、ステーター９０を内ケース６０の内側に適切に配置できる。
　また、ハウジング８０が、長円筒形状のコネクタ部８７を有している。コネクタ部８７が、ローター４０の軸方向（軸線Ｌ方向）に延びている。このようにすることで、電動弁１の設置面積（軸線Ｌ方向から見たときの面積）を小さくできる。
　また、ステーター９０が、ローター４０と同軸に配置され、径方向に延びる複数の極部９１ｂを有する積層コア９１と、複数の極部９１ｂに配置された複数のコイル９３と、を有する。積層コア９１の電磁鋼板は複数の極部９１ｂの延在方向（軸線Ｌと直交する方向）に沿って配置されている。積層コア９１において、複数の極部９１ｂの延在方向に磁束が通るとともに、電磁鋼板間を流れる電流が制限される。そのため、積層コア９１における鉄損を低減できる。
　また、電動弁１が、ローター４０の磁気を検出する磁気センサー１１０を有している。磁気センサー１１０が、支持部８４における極部９１ｂと極部９１ｂとの間の箇所に配置される（図７）。このようにすることで、磁気センサー１１０が、ローター４０の近くに配置され、ローター４０と径方向に向かい合う。
　また、電動弁１が、ローター４０とともに回転する駆動軸５０を有している。弁体２０が、雌ねじ２１ｔを有している。駆動軸５０が、雌ねじ２１ｔに螺合される雄ねじ５１ｓを有している。雌ねじ２１ｔおよび雄ねじ５１ｓが、弁体２０を移動させる送りねじ機構を構成する。このようにすることで、比較的簡易な構成で弁体２０を移動させることができる。
　次に、本発明の第２実施例に係る弁装置について、図１８を参照して説明する。
　図１８に示すように、第２実施例に係る弁装置２は、第１実施例に係る電動弁１と、流路ブロック１５０と、を有している。
　流路ブロック１５０は、直方体形状を有している。流路ブロック１５０は、例えば、アルミニウム合金などの金属製である。流路ブロック１５０の上面は、電動弁１が配置される取付面１５１である。
　流路ブロック１５０は、第１通路１５５と、第２通路１５６と、取付孔１５７と、を有している。取付孔１５７は、取付面１５１に配置されている。第１通路１５５は、取付孔１５７から前方に延びている。第２通路１５６は、取付孔１５７から下方に延びている。
　流路ブロック１５０は、雌ねじ１５０ｔを有している。雌ねじ１５０ｔは、取付孔１５７の内周面に配置されている。電動弁１の本体部材１１の下部１１ｂが取付孔１５７に配置され、本体部材１１の雄ねじ１１ｓが流路ブロック１５０の雌ねじ１５０ｔに螺合される。電動弁１は、本体部材１１の六角形状の上部１１ａに治具が取り付けられ、軸線Ｌ周りに回転されることで、流路ブロック１５０にねじ構造で取り付けられる。取付孔１５７において、本体部材１１と流路ブロック１５０との間が環状溝１１ｄ、１１ｅに配置されたＯリング１５８、１５９で封止される。電動弁１のコネクタ部８７は、上方を向いている。第１通路１５５は、取付孔１５７および第１接続通路１５を介して電動弁１の弁室１２と接続される。第２通路１５６は、第２接続通路１６を介して電動弁１の弁口１３と接続される。
　なお、弁装置２は、電動弁１の本体部材１１を省略し、ローターケース３０が流路ブロック１５０に直接的に取り付けられた構成を有していてもよい。この構成において、流路ブロック１５０は、電動弁１のものと同じ（実質的に同じを含む）弁室、弁口、弁座および取付孔を有する。
　次に、本発明の第３実施例に係る弁装置について、図１９を参照して説明する。
　図１９に示すように、第２実施例に係る弁装置３は、第１実施例に係る複数の電動弁１と、流路ブロック２５０と、を有している。
　流路ブロック２５０は、直方体形状を有している。流路ブロック２５０は、例えば、アルミニウム合金などの金属製である。流路ブロック２５０の上面は、複数の電動弁１が配置される取付面２５１である。
　流路ブロック２５０は、図示しない複数の取付孔を有している。複数の取付孔は、取付面２５１に配置されている。複数の取付孔の内周面には複数の雌ねじが配置されている。複数の電動弁１の本体部材１１の下部１１ｂが複数の取付孔に配置され、本体部材１１の雄ねじ１１ｓが流路ブロック２５０の雌ねじに螺合される。複数の電動弁１のコネクタ部８７は、上方を向いている。
　弁装置２、３においても、電動弁１と同じ効果を奏する。
　また、弁装置３において、複数の電動弁１のそれぞれの設置面積が小さいので、流路ブロック２５０を小さくすることができる。また、弁装置３において、複数の電動弁１のそれぞれのコネクタ部８７が同一方向（上方）を向いている。そのため、弁装置３が組み込まれるシステムにおいて、複数の電動弁１のコネクタ部８７に接続されるケーブルを配置するための空間を弁装置３の上方のみに設ければよく、弁装置３を比較的小さな空間に配置できる。
　本明細書において、「円筒」や「円柱」、「直方体」等の形状を示す各用語は、実質的にその用語の形状を有する部材や部材の部分にも用いられている。例えば、「円筒形状の部材」は、円筒形状の部材と実質的に円筒形状の部材とを含む。
　上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例の構成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、２…弁装置、３…弁装置、５…弁本体アセンブリ、８…ステーターユニット、１０…弁本体、１１…本体部材、１１ａ…上部、１１ｂ…下部、１１ｃ…上面、１１ｄ…環状溝、１１ｅ…環状溝、１１ｓ…雄ねじ、１１ｔ…雌ねじ、１２…弁室、１３…弁口、１４…弁座、１５…第１接続通路、１６…第２接続通路、１７…取付孔、１７ａ…保持面、１８…スリーブ、１８ａ…小径部、１８ｂ…大径部、１８ｃ…フランジ部、１９…弁体支持板、２０…弁体、２１…軸部、２１ａ…上部、２１ｂ…下部、２１ｃ…ねじ穴、２１ｔ…雌ねじ、２２…弁部、３０…ローターケース、３１…第１部分、３１ａ…軸受設置面、３１ｓ…雄ねじ、３２…第２部分、３３…接続部分、３５…軸受、３９…Ｏリング、４０…ローター、４１…円筒部、４２…円板部、４３…連結部、５０…駆動軸、５０ａ…支持面、５１ｓ…雄ねじ、６０…内ケース、６１…周壁部、６１ａ…凸部、６２…底壁部、６３…環状部、６５…ローター空間、８０…ハウジング、８１…ハウジング本体、８２…周壁部、８３…底壁部、８４…支持部、８４ａ…凹部、８５…蓋体、８６…蓋部、８７…コネクタ部、８８…制御装置空間、８９…Ｏリング、９０…ステーター、９１…積層コア、９１ａ…中央部、９１ｂ…極部、９２…ボビン、９２ａ…袖部、９３…コイル、９４…コイル端子、９８…ステッピングモーター、１００…制御装置、１０１…基板、１０２…端子部品、１０３…コネクタ端子、１１０…磁気センサー、１５０…流路ブロック、１５０ｔ…雌ねじ、１５１…取付面、１５５…第１通路、１５６…第２通路、１５７…取付孔、１５８…Ｏリング、１５９…Ｏリング、２５０…流路ブロック、２５１…取付面、Ｌ…軸線

 

Claims (8)

  1. 　筒形状のローターケースと、
    　前記ローターケースの内側に配置される円筒形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応じて移動する弁体と、
    　前記マグネットローターの内側に配置され、前記マグネットローターとともにモーターを構成するステーターと、を有することを特徴とする電動弁。
  2. 　前記電動弁が、円筒形状の周壁部と、前記周壁部の第１端に接続された円板形状の底壁部と、前記周壁部の第２端に内周縁が接続された環状部と、を一体的に有する内ケースをさらに有し、
    　前記環状部の外周縁が、前記ローターケースの一端に接合され、
    　前記周壁部および前記底壁部が、前記マグネットローターの内側に配置され、
    　前記周壁部の内側に、前記ステーターが配置される、請求項１に記載の電動弁。
  3. 　前記電動弁が、合成樹脂製のハウジングをさらに有し、
    　前記ハウジングが、前記ステーターが埋め込まれる円柱形状の支持部を有し、
    　前記支持部が、前記内ケースに嵌合されている、請求項２に記載の電動弁。
  4. 　前記ハウジングが、筒形状のコネクタ部をさらに有し、
    　前記コネクタ部が、前記マグネットローターの軸方向に延びている、請求項３に記載の電動弁。
  5. 　前記ステーターが、前記マグネットローターと同軸に配置され、径方向に延びる複数の極部を有する積層コアと、前記極部に配置された複数のコイルと、を有する、請求項４に記載の電動弁。
  6. 　前記電動弁が、前記マグネットローターの磁気を検出する磁気センサーをさらに有し、
    　前記磁気センサーが、前記支持部における前記極部と前記極部との間の箇所に配置される、請求項５に記載の電動弁。
  7. 　前記電動弁が、前記マグネットローターとともに回転する駆動軸をさらに有し、
    　前記弁体が雌ねじを有しかつ前記駆動軸が前記雌ねじに螺合される雄ねじを有し、または、前記駆動軸が雌ねじを有しかつ前記弁体が前記雌ねじに螺合される雄ねじを有し、
    　前記雌ねじおよび前記雄ねじが、前記弁体を移動させる送りねじ機構を構成する、請求項１に記載の電動弁。
  8. 　少なくとも１つの電動弁と、前記電動弁が配置される取付面を有する流路ブロックと、を有する弁装置であって、
    　前記電動弁が、
    　筒形状のローターケースと、
    　前記ローターケースの内側に配置される円筒形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応じて移動する弁体と、
    　前記マグネットローターの内側に配置され、前記マグネットローターとともにモーターを構成するステーターと、を有することを特徴とする弁装置。

     
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