JPH06272782A - 電動膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、小型のＤＣモータを動力源とし、
弁体位置をポテンションメータを用い検出し、弁体位置
の制御回路を内蔵し、正確に弁体位置制御を行うこと
で、特別なイニシャライズシーケンス、食い込み防止機
構を廃し、簡便な信号により弁開度を制御することを目
的とする。 【構成】 本発明の電動膨張弁は、ＤＣモータ１の駆動
を制御する制御部９と、ＤＣモータ１により駆動される
ギアユニット２と、ＤＣモータ１のシャフト３の回転出
力をスピンドル５の直線運動に変換する直線運動機構部
１４と、弁本体１３にはベローズ１２を介して支持した
前記スピンドル５に連動する弁体６と、該弁体６の対向
側に設けた弁座７と、前記直線運動機構部１４もしくは
ギヤユニット２に連動するポテンションメータ８とによ
り構成し、前記ポテンションメータ８により弁体６を位
置制御するようＤＣモータ１を動作させる制御部９によ
り流体の流量制御ができるようにしたことを特徴とした
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気信号により、流
体量を制御する電動膨張弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電動膨張弁は、図２に示
すように、コイル１５、コイル１６、コイル１７、コイ
ル１８と、外周方向に着磁されたシリンダ状の永久磁石
１９により回転トルクを発生させ、いわゆるステッピン
グモータ２０のロータである永久磁石１９の中心軸の先
端を弁体２１としたものであって、中心軸にはネジが切
られているため、ロータの回転にともなって、弁体２１
と弁座２２の間隔は変化し、冷媒の流量制御がおこなえ
るようになっている。

【０００３】また、外部駆動回路としては、それぞれの
コイルにスイッチング素子を直列に接続し、スイッチン
グ素子を順次ＯＮ／ＯＦＦすることで回転トルクを発生
させるもので、回転数や回転方向、回転量は、このスイ
ッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするパルス信号の順序や回
数できまり、マイクロコンピュータにより複雑に制御さ
れていた。弁体の位置をきめるには、常に一定の基準位
置を決める必要から、機械的に回転可能に相当するパル
ス数を与え、完全に閉弁させた機械的な動作限界である
所をもって基準点とするイニシャライズシーケンスを電
源がＯＮになる毎に行なっていた。電源ＯＮの時に、弁
体が閉弁状態であっても必要以上の閉弁方向へのパルス
が与えられ、ロータの回転トルクによってネジの食い込
みが生じるため、食い込み防止機構が必要で、図３は、
実開昭６２−９３４７９号公報に開示された従来のもの
であり以下にその構成を説明する。

【０００４】蓋２４の中心内面にねじ効率５０％以上の
ストッパーボルト２５を下方に向けて固定し、このスト
ッパーボルト２５に、中心のめねじをはさんで対称位置
に設けた２個の貫通孔２６ａを有するストッパーナット
２６をねじ込むと共にストッパーボルト２５の先端には
当て板２７を固定し、一方、ロータの中央凹部上方に固
定した２本のピン２８を前記ストッパーナット２６の２
個の貫通孔２６ａに挿入した構造であって、閉弁時に
は、ロータの回転は２本のピン２８によってストッパー
ナット２６を回転させる。ストッパーナット２６はスト
ッパーボルト２５とのねじ作用により下方へ移動する。
ストッパーボルト２５の先端には当て板２７が固定され
ているため、ストッパーナット２６の下面と当て板２７
の上面が当接し、ストッパーナット２６の動きは拘束さ
れ、結果ロータの回転は制限され、これ以上のねじ込み
はなく食い込みを制限できる。開弁時には、閉弁時と反
対方向にロータが回転し、この時にはストッパーナット
２６が上方へ移動し、ストッパーナット２６の上面と蓋
２４の内面が当接すること、同様の効果をえている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電動膨張弁にあっては、動作原理がステッピングモ
ータであるため、回転力を発生させるための大きなコイ
ルや、外部に別の複雑な制御回路が必要であったり、電
源のオン時には弁体位置がわからないため、全開から全
閉までの全開閉範囲に相当するパルス数を印加し、完全
に閉弁させた所を基準位置として設定し、これらの特別
なイニシャライズシーケンスにより動作させたり、ま
た、弁体の初期値設定に際しては必要以上の閉弁パルス
が印加され、構造的にロータの回転トルクによってネジ
の食い込みが生じるため、ロータの回転位置を精密に規
定位置で停止させるための防止機構が必要であり、この
位置精度が甘いと食い込みを生じたり、完全な着座状態
を維持できず、弁漏れを生じる等の問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な問題点を解決するためになされたもので、小型のＤＣ
モータ１を動力源とし、弁体６の位置をポテンションメ
ータ８を用い検出し、弁体位置の制御回路９を内蔵し、
正確に弁体位置制御を行うことで、特別なイニシャライ
ズシーケンス、食い込み防止機構を廃し、簡便な信号に
より弁開度を制御することを目的とする。

【０００７】この発明にかかる電動膨張弁は、ＤＣモー
タ１の駆動を制御する制御部９と、ＤＣモータ１により
駆動されるギアユニット２と、当該ギアユニット２のシ
ャフト３のネジ部４にねじ込まれたキー溝付のスピンド
ル５と本体２９に固定されたホルダ１０のピン１１とに
より前記シャフト３の回転出力をスピンドル５の直線運
動に変換する直線運動機構部１４と、前記ホルダ１０の
下部に接する弁本体１３にはベローズ１２を介して支持
した前記スピンドル５に連動する弁体６と、該弁体６の
対向側に設けた弁座７と、前記直線運動機構部１４もし
くはギヤユニット２に連動するポテンションメータ８と
により構成し、前記ポテンションメータ８により弁体６
を位置制御するようＤＣモータ１を動作させる制御部９
により流体の流量制御ができるようにすることにより、
問題解決の手段とするものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の電動膨張弁を示す縦断面図であ
る。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。ＤＣモータ１
により駆動されるギアユニット２の下部には、先端に雄
ネジ部４を設けたシャフト３が取り付けられている。ス
ピンドル５の上方中心部には、前記雄ネジ部４に螺合す
る雌ネジを備えると共に外周面には、軸方向に沿って溝
部５ａが設けられている。ホルダ１０は本体２９に固定
されており、該ホルダ１０には図２に示す如く、側方か
ら軸心に向かってピン１１が固定されており、該ピン１
１の先端部が前記溝部５ａに嵌まるようになっている。
したがって、このホルダ１０に固定されたピン１１によ
り、シャフト３の回転運動がスピンドル５の直線運動に
変換される。また、これに圧接する弁体６は伸縮自在な
ベローズ１２を介して前記ホルダ１０の下部に対向した
弁本体１３に固定されている。弁体６の対向する本体２
９側には弁座７を設け、この間隔で冷媒の流量制御がで
きるようになっている。また、前記スピンドル５に連動
するポテンションメータ８と制御部９によりＤＣモータ
１の回転を制御し、弁体６を位置制御するようＤＣモー
タ１を動作させる制御部９により構成されている。尚、
この実施例ではポテンションメータ８を直線運動機構部
１４であるスピンドル５に連動させており、図示しない
がギヤユニット２の下端のシャフト３に中心を同一とし
た歯車を取り付け、これにかみ合う歯車を取り付けた回
転型のポテンションメータを設けて連動させてもよい。

【０００９】図３は、弁体の位置制御のための入力パル
ス信号２３のタイミングチャートを示し、図４は、パル
ス幅Ｔ1 と弁位置との関係を示すグラフである。２０ms
ec周期のパルス信号で、パルス幅であるＴ1 の長さに比
例し、たとえば、１msacの時には全閉、２msacの時には
全開、１．５msacの時には全閉と全開の１／２の開弁位
置というように弁体６の位置が制御できるようになって
いる。

【００１０】

【作用】本発明に係る電動膨張弁における制御部９の動
作を図５の制御ブロック図に基づいて説明する。ＤＣモ
ータ１はその極性によって、回転方向が決まり、誤差が
小さくなるように接続してあり、いわゆるサーボ制御機
構を構成している。制御部９にパルス信号２３を送る
と、パルス信号２３は、積分回路９ａによって、直流電
圧に変換され、周期Ｔ，パルス幅Ｔ1 の時、直流電圧Ｖ
1 ＝Ｖａ・Ｔ1 ／Ｔ （Ｖａ；内部基準電圧）で、パル
ス幅Ｔ1 に比例する。この直流電圧Ｖ1 と、ポテンショ
ンメータ８からの電圧を比較し、符号を持った誤差電圧
として誤差増幅回路に入力され電力増幅回路９ｃにより
ＤＣモータ１を、符号＋であれば正、符号ーであれば逆
回転させ、誤差が０と成った時にＤＣモータ１は停止す
るように動作する。

【００１１】電動膨張弁の動作としては、パルス信号２
３が制御部９へ入力されていると、スピンドル５に連動
するポテンションメータ８からその位置に相当する電圧
が制御部９内の誤差増幅回路９ｂに入力され、パルス信
号２３のパルス幅に相当する電圧との誤差に応じ、電力
増幅回路９ｃを介してＤＣモータ１を正回転、もしくは
逆回転させる。ＤＣモータ１の回転はギアユニット２を
介してシャフト３を回転させ、このシャフトのネジ４の
作用によりスピンドル５を直線移動させると同時に、こ
れに連動したポテンションメータ８の抵抗値を変化させ
る。この動作がパルス幅と抵抗値とに応じた電圧との誤
差が０となるように作用するため、ＤＣモータ１が止ま
り、一定位置で弁体６は停止する。

【００１２】入力パルス信号２３のパルス幅を変化させ
ると、ポテンションメータ８からの帰還電圧との間に新
たな誤差を生じ、同様な負帰還作用によりＤＣモータ１
が回転し、スピンドル５を介してこのスピンドル５に圧
接する弁体６を新たな位置へと移動させる。従って、制
御部９に入力するパルス信号のパルス幅を変化させるこ
とによりＤＣモータ１の回転を正確に制御ができるた
め、弁体６と弁座７との間隙を流れる流体の流体量制御
が可能となる。また、外乱により弁体６の位置が変化し
た場合には、連動するポテンションメータ８からの電圧
がかわり、パルス信号２３との新たな誤差が生じるた
め、誤差をなくす方向にＤＣモータ１は回転し、パルス
幅に相当する正規の位置へ弁体６を修正動作させる。電
源がＯＦＦとなった時でも、パルス信号２３のパルス幅
Ｔ1 が弁体６の位置を決定するためイニシャライズなど
特別なシーケンスにより、基準位置を設定することは不
要である。組立上の位置誤差があったときにも、図６に
示すＤＣモータ１のトルク−電流特性図から明らかなよ
うにモータトルクは電流に比例するため、弁体６が弁座
７へ着座し、モータの回転が拘束されると、より大きな
トルクが必要になり、急激に電流が流れるロック状態と
なり、完全に閉弁したことを知ることができる。この時
が実際の着座閉弁時パルス幅であり、以後修正して動作
させられる特長が有り、その実用的効果は大なるもので
ある。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、弁体６の位置制御を、
直線運動機構部１４を構成するスピンドル５もしくはギ
ヤユニット２に連動させたポテンションメータ８と制御
部９とにより行うものであるから、ＤＣモータ１により
駆動されるギアユニット２に螺合して回転するシャフト
３の先端にネジ部４を設けるとともに、当該ネジ部４に
螺合するスピンドル５に圧接する弁体６と、対向側には
弁座７を設け、前期スピンドル５に連動するポテンショ
ンメータ８により弁体６を位置制御するようＤＣモータ
１を動作させる制御部９により流体の流量制御ができる
ように構成しているので、従来の電動膨張弁のようにス
テッピングモータによる駆動でないため、大きなコイル
やこれを動作させるための外部駆動回路、基準位置設定
のためのイニシャライズシーケンス、食い込み防止機構
などは、全く不要で、形状的にも小径にできるため装置
を薄くでき、簡便に、精度良く流量制御することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による電動膨張弁の縦断面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】 従来の電動膨張弁の構造図。

【図４】 本発明による電動膨張弁の位置制御パルス信
号。

【図５】 パルス幅Ｔ1 と弁位置との関係を示すグラ
フ。

【図６】 ＤＣモータのトルクー電流特性図。

【図７】 制御のブロック図。

【符号の説明】

１ ＤＣモータ ２ ギア
ユニット ３ シャフト ４ ネジ
部 ５ スピンドル ６ 弁体 ７ 弁座 ８ ポテ
ンションメータ ９ 制御部 ９ａ 積分
回路 ９ｂ 誤差増幅回路 ９ｃ 電力
増幅回路 １０ ホルダ １１ ピ
ン １２ ベローズ １３ 弁
本体 １４ 直線運動機構 １５、１６、
１７、１８ コイル １９ 永久磁石 ２０ ス
テッピングモータ ２１ 弁体 ２２ 弁
座 ２３ パルス信号 ２４ 蓋 ２５ ストッパーボルト ２６ ス
トッパーナット ２６ａ 貫通孔 ２７ 当
て板 ２８ ピン ２９ 本
体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＣモータ１の駆動を制御する制御部９
   と、ＤＣモータ１により駆動されるギアユニット２と、
   当該ギアユニット２のシャフト３のネジ部４にねじ込ま
   れたキー溝付のスピンドル５と本体２９に固定されたホ
   ルダ１０のピン１１とにより前記シャフト３の回転出力
   をスピンドル５の直線運動に変換する直線運動機構部１
   ４と、前記ホルダ１０の下部に接する弁本体１３にはベ
   ローズ１２を介して支持した前記スピンドル５に連動す
   る弁体６と、該弁体６の対向側に設けた弁座７と、前記
   直線運動機構部１４もしくはギヤユニット２に連動する
   ポテンションメータ８とにより構成し、前記ポテンショ
   ンメータ８により弁体６を位置制御するようＤＣモータ
   １を動作させる制御部９により流体の流量制御ができる
   ようにしたことを特徴とした電動膨張弁。
2. 【請求項２】 請求項１の制御部９に入力される周期的
   なパルス信号２３のパルス幅により弁体６の位置を制御
   することを特徴とした電動膨張弁。