JPS6367475A - 電動膨張弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば冷凍装置の冷媒回路に、減圧機構と
して介設される電動膨張弁に関するものである。

（従来の技術） 上記のような電動膨張弁の具体例としては、例えば特開
昭６０−１３９９８２号公報記載の装置を挙げることが
できる。第５図に上記装置を示しているが、同図のよう
に、この装置の弁本体５１の一端（図において下端）側
には、第１通路５２と第２通路５３とを連通する流路５
４内に弁座５５が設けられており、この弁座５５に当接
離反して上記弁座５５との開度を可変し、上記第１通路
５２から第２通路５３へと流れる冷媒量を制御するため
の弁体５６が、上記弁本体５１内に摺動自在に配置され
ている。一方、上記弁本体５１の他端（図において上端
）部には、パルスモータ５７が取着されている。このパ
ルスモータ５７により回転駆動される回転軸５８は上記
弁本体５１内に延びると共に、その中間部を上記弁本体
５１の中間隔壁内周に形成された雌ねじ部に螺合されて
いる。そして上記回転軸５８の先端に上記弁体５６の上
端面が当接するように、上記弁体５６と弁本体５１との
間に取着されたベローズ５９により、上記弁体５６は上
方に付勢されている。

上記構成の装置において、パルスモータ５７に駆動パル
スを入力することによって、上記回転輪５８が回転駆動
され、このときこの回転軸は、上記したように弁本体５
１の中間隔壁に螺合されているので、上記回転と共に軸
方向に上下動することとなる。したがってこの回転軸に
当接されている弁体５６も軸方向に移動し、これにより
弁座５５との開度が調整されるようになされているので
ある。なお、同図において６０は上記回転軸５８に取着
されたストッパであり、このストッパ６０がパルスモー
タ５７のベース６１に当接するときに弁体５６の上限位
置として、また上記弁本体５１の中間隔壁上面に当接す
るときに弁体５６の下限位置として、それぞれ位置規制
されるようになされている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記装置においては、パルスモータによる回転軸の回転
運動を弁体の軸方向移動に変換して弁の開閉制御を行な
おうとするものであるが、上記パルスモータへの入力信
号は、弁体の移動量を制御するものであって、位置を制
御するものではない。

したがって、実際には上記装置が組み込まれた冷媒回路
における系全体の作動状態に応じて、弁体をさらに開弁
方向、又は閉弁方向へ移動するような駆動パルスが入力
されるようになされている。

このような使用においては、例えば電動膨張弁が全開状
態であるにもかかわらず、なお開方向の駆動パルスがパ
ルスモータに入力されることがある。

また、運転開始時等においては、冷媒回路の作動状態が
すぐには安定せず、したがって上記冷媒回路の作動状態
をフィードバンクして電動膨張弁の開度制御をすること
ができないために、予め定めた所定の開度に固定して系
の安定化を待つ必要があるが、この場合運転開始時にお
ける弁体の位置は不明である。そこでイニシャライズ制
御として、全開位置から全閉位置に至る全ストロークを
超えるパルス数を入力し、その動作の途中で必ず閉弁状
態となるような制御を初めに行なっている。その後上記
閉弁位置を基準として、上記した所定開度に応ずる開方
向パルス数を入力するのである。

上記のように、従来装置においては、弁体の位置が不明
であるために、例えば閉弁位置にあるにもかかわらず、
なお閉弁方向の駆動パルスがパルスモータに入力される
場合、或いは全開状態においてなお開弁方向への駆動パ
ルスが入力される場合が度々化じている。このような場
合には、閉弁位置においては弁体と弁座、或いは全開位
置においてはストッパ部材等の機械的に当接している部
材間に、過剰のパルス数入力時、パルスモータにおける
磁極の反撥により衝撃的な接離動作が繰返されることと
なる。これにより、弁体の弁座へのくい込みを生じたり
、或いは当接部の摩耗が早められて寿命の低下、故障の
発生というような問題が生じていた。

この発明は上記した従来の問題点を解消するためになさ
れたもので、その目的は、弁体がストッパ等により機械
的に位置規制された位置に位置する場合において、さら
に上記弁体を当接方向に駆動しようとする電気的駆動手
段の動作を低減し、これにより、故障発生の防止、また
寿命の向上をなし得る電動膨張弁を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の電動膨張弁は、弁本体ｌに設けた第１
通路２と第２通路３との間を連通ずる流路４内に弁座５
を設けると共に、電気的駆動機構１３によって回転駆動
されるロータ９の回転により上記弁座５に当接離反する
方向に駆動される弁体１９と、上記弁体１９を駆動する
ために上記電気的駆動機構１３に駆動信号を出力する駆
動制御手段４０とを有する電動膨張弁であって、さらに
上記弁体１９の動作に連動する被検出体１２と、上記被
検出体の位置を検出して検出信号を出力する位置検出手
段３５と、上記弁体１９の閉弁位置又は全開位置に応ず
る上記位置検出手段３５からの検出信号によって上記駆
動制御手段４０からの駆動信号出力を規制する監視手段
５０とを設けている。

（作用） 上記構成の電動膨張弁においては、弁座５に当接離反す
る方向に動作する弁体１９に連動する被検出体１２の位
置を検出して、検出信号を出力する位置検出手段３５を
設けている。さらに、上記位置検出手段３５からの検出
信号によって上記弁体１９の閉弁又は全開位置が検出さ
れるときには、上記弁体１９を駆動するための電気的駆
動機構１３への駆動信号出力を規制する監視手段５０を
設けている。これによって上記弁体Ｉ９がその移動方向
が規制された閉弁又は全開位置に位置するときには、こ
れをさらにその規制方向へと駆動しようとする上記電気
的駆動機構１３の作動動作を制限するので、従来装置に
おいて生じていた弁体１９の上記規制位置における衝撃
的な接離動作の頻度を低減することができる。したがっ
て、故障発生の防止、また寿命の向上を図ることができ
る。

（実施例） 次にこの発明の電動膨張弁の具体的な実施例について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図において、１は弁本体を示しているが、この弁本
体１には、側部に開口した第１通路２と、下端部へ開口
した第２通路３とがそれぞれ形成されている。上記両通
路２．３は、流路４を介して互いに連通しており、この
流路４内に弁座５が形成されている。また上記弁本体１
の背部、すなわち図において上部は、ケース６によって
密閉状に覆われている。そして上記ケース６の外周部に
はコイル８が配置され、またケース６の内部にはロータ
９が配置されている。上記ロータ９の外周部には、永久
磁石１２が取着され、この永久磁石１２と上記コイル８
とによってロータ９を回転駆動するための電気的駆動機
構１３が構成されている。

つまり上記コイル８にパルス等の電気的入力を入力する
ことによって、上記ロータ９を回転駆動し得るようにし
であるのである。上記ロータ９の軸心部には、軸方向へ
延びると共に下端面に開口する円径の凹入孔１４と、軸
方向上端面に開口する凹部１５とが穿設されている。

一方、上記弁本体１の上端中心部に形成されている凹部
には円筒状の固定軸受１６が取着され、この固定軸受１
６外周の雄ねじ部に、上記ロータ９の凹入孔１４の内周
面が！ＩｉＩ着されている。そして上記ロータ９の凹入
孔１４と凹部１５との間の中間壁１８および上記固定軸
受１６を通して、上記流路４の開閉を行なう弁体１９が
出没自在に配置されており、この弁体１９の先端部には
弁部２０が形成されている。なお弁体１９の上端部には
弁体抜は止め用の上部座金２１が取着されている。

また弁体１９にはその中途部に段部２２が形成されてお
り、この段部２２と上記中間壁１８との間にバネ２３が
介設されている。上記弁体１９はこのバネ２３によって
下方、閉弁方向へと押圧、付勢されている。

また上記弁本体１の上面には、上記弁体１９の軸心と平
行にストッパ２４が立設されている。一方上記ロータ９
下面には、上記ストッパ２４の立設位置と同一円周上に
ストッパビン２５が設けられており、上記ストッパ２４
とストッパビン２５とによってロータ９の軸方向移動端
部を定めている。つまり上記弁体１９を閉弁方向へと導
くべくロータ９が回転しつつ下降した際に、上記ストッ
パビン２５の下端部が上記ストッパ２４の上端部に当接
してロータ９のそれ以上の回転、すなわち下降を規制し
得るようにしであるのである。また上記ロータ９とスト
ッパビン２５とは、上記ロータ９を下降させた際に、ま
ず最初に弁体Ｉ９の弁部２０が弁座５に当接し、さらに
それから所定距離だけ、上記バネ２３の力に抗してロー
タ９を下降させたときに、上記ストッパビン２５が゛ス
トッパ２４に当接するような位置関係が選択されている
。

一方上記ケース６の上部側には、上記ロータ９の回転動
作を電気的に検出し得る検出機構が設けられている。す
なわち、上記ロータ９の外周に配設しである前記永久磁
石１２が、上記ロータ９の上端面よりも軸方向上方へと
突出する構成としており、したがって、上記ロータ９の
上方部位置で、上記永久磁石１２の環状配列の内周面側
が露出し、その内周面側にもＳ、Ｎ、Ｓ・・・と交互に
配列された各着磁面が現われるようになされているので
ある。そして、第２図に示すように、この着磁面に近接
する位置に、上記永久磁石１２の単位着磁幅と略同等の
ギャップを有する磁気ヘッド３０が配置されている。こ
の磁気ヘッド３０は、第１図のように、ケース６上邪に
形成したハーメチックシール部３１を通して配設されて
おり、そして上記ハーメチックシール部３１の上部で、
樹脂モールド部３２により固定された上記磁気ヘッド３
０に巻装された磁気ヘッドコイル３３が設けられており
、この磁気ヘッドコイル３３に接続されたリード線３４
が、上記樹脂モールド部３２より引き出されている。す
なわち、上記永久磁石１２を被検出体とし、上記磁気ヘ
ッド３０及び磁気ヘッドコイル３３より成る検出機構を
位置検出手段３５として、ロータ９の実際の回転動作を
電気信号として検出し得るようになされている。

上記した電動膨張弁においては、コイル８にパルス等の
電気信号を入力することにより、ロータ９が回転する。

このロータ９は、固定軸受１６に案内されている訳であ
るから、上記回転によって軸方向に駆動され、これによ
り弁体１９の弁部２０が弁座５に対して近接、離反する
ことになる。

そして両者２０．５間の開度を調整することによって、
第１通路２と第２通路３との間を流れる冷媒量の調整を
行なうのである。そして、上記ロータ９がコイル８への
大力パルス数に応じて回転するときには、上記電気的駆
動機構１３を構成する永久磁石１２を、ロータ回転動作
の被検出体として共用する構成であるので、上記リード
線には上記入力パルス数と同数のパルス状電気信号が出
力されることとなる。

第３図は上記電動膨張弁の制御ブロック図である。電動
膨張弁ＥＶは、駆動制御手段となるドライバ回路４０か
ら駆動パルス信号を受けて、前記したようなロータ９の
回転作動がなされ、弁体１９の移動がなされる。そして
、上記した電動膨張弁ＥＶに設けた位置検出手段３５か
らの検出信号が増幅回路４１及び波形整形回路４２によ
りディジタル信号となされてマイクロコンピュータ等よ
り成る制御袋Ｗ４３に入力される。この制御袋ｗ４３は
入出力回路４４、中央処理演算装置４５、クロック信号
発生回路４６、そして、ＲＡＭ及びＲＯＭより成る内部
記憶回路４７を有しており、上記した検出信号、及び後
述するＥＥＰ−ＲＯＭ等より成る不揮発性の外部メモリ
ー４８のメモリ内容、さらにこの電動膨張弁が組み込ま
れる例えば冷凍回路の全体制御装置（図示せず）からの
駆動指令によって、上記ドライバ回路４０に駆動信号を
出力するようになされているが、さらに具体的な制御方
法について第４図の制御フローチャート図に基づいて説
明する。

まず最初に、ステップＳ１において、イニシャライズ制
御を行なうが、これは電気的駆動機構１３ニ対して、全
開パルス以上の数のパルスを閉弁方向に入力し、閉弁状
態を基準としてそれ以後の制御を行なうためのものであ
る。次いでステップＳ２においてＷＪＡ動指全指令無に
ついて判断し、駆動指令のない場合にはそのままの状態
で待機し、駆動指令のある場合には、ステップＳ３にお
いて、駆動指令方向が開弁方向（！Ｎ動指令パルス数Ｎ
１が正の値）であるのか、閉弁方向（上記Ｎ１が負の値
）であるのかを判断する。以下には便宜上、開弁方向へ
の駆動指令があった場合の説明をする。この場合、ステ
ップＳ４において、上記駆動指令パルス数Ｎｌだけ弁体
１９を駆動した後の状態での予想弁開度特性値Ａ、すな
わちそれまでの弁開度特性値ΣＮ（初期値は′零）と上
記駆動指令パルス数Ｎｌとの和を求め、次いでステップ
Ｓ５において、上記Ａが全開状態に相当する最高規制値
Ｎｍａｘを超えるか否かの判断をする。上記Ａが上記Ｎ
ｍａｘを超える場合には、パルス数Ｎ１の駆動を行なう
までもなく全開状態になってしまう訳であるから、ステ
ップＳ６において、全開状態になるまでのパルス数、す
なわち（Ｎｔｌｌａｘ−ΣＮ）を求めると共に、これを
駆動指令パルス数Ｎ１とし、ステップＳ７へと移行して
Ｎ１を出力する。なおステップＳ５においてＡ≦Ｎｗａ
ｘである場合には、そのままステップＳ７へと移行して
駆動指令パルス数Ｎｌをそのまま出力する。

次いでステップＳ８においては、上記位置検出手段３５
により、上記駆動指令パルス数Ｎ１にて実際に駆動され
たロータ９の回転量に応じた移動パルス数Ｎ２を検出し
、次いで弁開度特性値ΣＮに上記移動パルス数Ｎ２を加
算して弁開度特性値ΣＮを更新する（ステップＳ９）。

なおこの弁開度特性値ΣＮは、前記不揮発性の外部メモ
リ４８に記憶しておくものとする。そして次のステップ
ＳＩＯにおいては、上記駆動指令パルス数Ｎ１と移動パ
ルス数Ｎ２との比較を行ない、両者の差の絶対値が第１
基準値Ｘ以下であれば、ステップＳｌｌにおいて、後述
する誤動作カウンタをクリアし、ステップＳ２へと戻っ
て上記同様な制御を繰返す。上記パルス数の差の絶対値
が、第１基準値Ｘよりも大であれば、さらにステップＳ
１２において、上記差の絶対値を、第１基準値Ｘよりも
大きく設定された第２基準値ｙと比較する。そして第２
基準値ｙ以上の差が生じている場合には、何らかの故障
が生じているものと判断して運転を停止しくステップＳ
２０　）　、一方パルス数の絶対値が第１基準値Ｘより
も大ではあるが、第２基準値ｙよりも小である場合には
、ステップ５１３において、誤動作カウンタにのカウン
ト数を１だけ増加させる。この誤動作カウンタでのカウ
ントは、上記ステップＳｌｌにてカウント値Ｋがクリア
（Ｋ＝０）されるか、あるいはカウント値Ｋが設定カウ
ント値２に達するまで継続され、カウント値Ｋが設定値
２に達した場合には（ステップ５１４）、何らかの故障
が生じているものと判断して運転を停止する（ステップ
５２０）。次にステップ５１５においては、駆動指令パ
ルス数Ｎ１と、移動パルス数Ｎ２とのどちらが大である
のかを判断する。そして駆動指令パルス数Ｎ１が大であ
る場合には、開弁方向への被駆動量が不足している訳で
あるから、その差（Ｎｌ　−Ｎ２）を新たな駆動指令パ
ルス数Ｎ１としくステップＳ１６　）　、ステップＳ４
へと戻って上記同様な開弁方向への制御を行なう。

一方、上記とは逆に移動パルス数Ｎ２が大である場合に
は、被駆動量が過大である訳であり、そのためその差（
Ｎ２−Ｎｌ）を新たな駆動指令パルス数Ｎ１としくステ
ップ５１７）、閉弁方向への制御を行なう。

閉弁方向への制御方法は、ステップＳ２４〜ステツプＳ
３７で示すが、これは上記とは制御方向が逆になるもの
の、ステップ３４〜ステツプＳ１７で説明した制御方法
と全く同じ考え方に基づくものである。ただステップＳ
５においては、予想開度特性値Ａを、全開状態に相当す
る最高規制値Ｎｍａｘと比較しているのに対し、ステッ
プＳ２５においては、閉弁方向への制御であるために、
予想開度特性値Ａが全閉状態に相当する零よりも小であ
るか否かの比較を行なっている点については相異してい
る。

なお上記以外の各ステップにおいては、開弁方向でも閉
弁方向でも同様な処理を行なうものであるため、上記ス
テップＳ４〜Ｓ１７に対応ずる部分を、それぞれステッ
プ５２４〜Ｓ３７で示してその説明を省略する。

上記ステップＳ３、ステップ８４〜Ｓ６及びステ・７プ
Ｓ２４〜Ｓ２６においては、弁体１９が全開位置又は全
閉位置に位置するときには、弁体１９のそれ以上の開弁
方向又は閉弁方向への駆動指令の出力を停止し得るよう
なされており、上記各ステップによって駆動信号の出力
を規制する監視手段５０が構成されている。すなわち、
全開状態において、さらに開弁方向への駆動指令があっ
たときには、ステップＳ６において駆動指令パルス数Ｎ
ｌを零にするような処理が行なわれ、開弁方向へのそれ
以上の駆動が停止されるのであり、−万全閉状態におい
てさらに閉弁方向への駆動指令があったときに　□は、
ステップＳ２６において上記同様に駆動指令パルス数Ｎ
１を零にするような処理が行なわれ、閉弁方向へのそれ
以上の駆動が停止されることになるのである。上記の結
果、従来装置において例えば閉弁位置に位置して、機械
的に停止状態にある場合にも電気的駆動機構１３に閉弁
方向の電気信号が入力され、パルスモータ等においては
磁気圧ｆａのために弁体の衝撃的な接離動作の繰り返し
がなされて、弁体の喰い込みや、摩耗等のトラブルの原
因になっていたが、上記処理ステップにより、このよう
な問題点が低減されるのである。

また上記制御方法においては、ステップ５１０〜Ｓ１４
及びステップＳ３０〜Ｓ３４を有しているが、これら各
ステップを設けることにより、作動不良等の故障を自動
的に検出する故障検出システムを構成することが可能と
なる。また上記のようにステップ５１５〜Ｓ１７及びス
テップＳ３５〜Ｓ３７を設けであるが、このことにより
作動誤差の発生を防止して精度のよい開度制御を行なう
ことが可能となる。

以上の説明のように、上記実施例においては、ロータ９
の実際の回転量を検出して検出信号を出力する位置検出
手段３５を設け、その検出信号によって弁体１９の位置
に応ずる検出値ΣＮを記憶するようになされている。そ
して上記ΣＮ値によって弁体１９が閉弁位置、或いは全
開位置にあるときには、さらに閉弁方向、或いは全開方
向に駆動しようとする駆動を旨令を受けつけないように
する監視手段５０を設けている。これにより電気的駆動
機構１３への不要な信号入力を低減することができるの
で、従来、規制位置に位置していたときの弁体における
接離動作の繰返しの発生を低減することができ、動作不
良の防止、寿命の向上を図ることができる。また、上記
説明のように、駆動パルス数に応動しなくなった場合の
故障検出も容易である。さらに、上記ΣＮは不揮発性メ
モリに記憶することとしており、運転開始時に弁体の位
置が確認できるので、前記したイニシャライズ制御等の
余分な操作を不要にすることも可能となる。

なお上記実施例においては、電気的駆動機構を構成する
永久磁石を、被検出体として共用し、磁気センサ構成の
位置検出手段を設けたが、この発明は上記実施例に限定
されるものではなく、例えばリニアスケールや差動トラ
ンス等の一軸方向のトランスデユーサの被検出体を弁体
に連動させる構成等、他の検出手段で構成することもで
きる。

また上記実施例においては、弁体の可動範囲の全ストロ
ークに渡ってその位置を確認できる位置検出手段および
その信号処理を行なう構成としたが、弁体の閉弁位置或
いは全開位置において、例えば位置規制ストッパにおけ
る当接状態に応じて信号を発するように構成した位置検
出手段を有する装置にも、この発明を適用することがで
きる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の電動膨張弁においては
、弁体が閉弁位置又は全開位置に位置するときには、監
視手段によって、上記閉弁方向又は開方向の規制位置方
向への駆動信号の電気的駆動機構への入力は制限される
ようになされている。

したがって、従来装置においては例えば閉弁状態にある
場合にさらに閉弁方向へ駆動しようとする指令であって
も、これが電気的駆動機構へ入力されて弁体の上記閉弁
位置における衝撃的な接離動作が繰返されていたが、こ
の発明によれば上記のような不要な接離動作の発生が低
減されるので、これにより弁の動作不良等の故障発生の
防止や寿命の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電動膨張弁の一実施例における内部
構造を示す断面図、第２図は第１図の■−■線における
平面図、第３図は制御のブロック図、第４図は制御フロ
ーチャート図、第５図は従来装置における装置断面図で
ある。 ｌ・・・弁本体、２・・・第１通路、３・・・第２通路
、４・・・流路、５・・・弁座、９・・・ロータ、１２
・・・永久磁石（被検出体）、１３・・・電気的駆動機
構、１９・・・弁体、３５・・・位置検出手段、４０・
・・ドライバ回路（駆動制御手段）、５０・・・監視手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弁本体（１）に設けた第１通路（２）と第２通路（
   ３）との間を連通する流路（４）内に弁座（５）を設け
   ると共に、電気的駆動機構（１３）によって回転駆動さ
   れるロータ（９）の回転により上記弁座（５）に当接離
   反する方向に駆動される弁体（１９）と、上記弁体（１
   ９）を駆動するために上記電気的駆動機構（１３）に駆
   動信号を出力する駆動制御手段（４０）とを有する電動
   膨張弁であって、さらに上記弁体（１９）の動作に連動
   する被検出体（１２）と、上記被検出体の位置を検出し
   て検出信号を出力する位置検出手段（３５）と、上記弁
   体（１９）の閉弁位置又は全開位置に応ずる上記位置検
   出手段（３５）からの検出信号によって上記駆動制御手
   段（４０）からの駆動信号出力を規制する監視手段（５
   ０）とを設けていることを特徴とする電動膨張弁。