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公開番号2021042804
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210318
出願番号2019164540
出願日20190910
発明の名称弁装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人
主分類F16K 31/04 20060101AFI20210219BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】弁体の位置保持性能を確保しつつ搭載性を向上させることが可能な電動式の弁装置を提供する。
【解決手段】弁装置10は、電動モータ42と、減速機構43と、弁体24と、電源と、駆動回路と、制御部と、を備える。電動モータは、ハウジング40内に固定された回転子52および回転子を回転させるために磁界を発生する固定子51を含む。減速機構は、出力部44を含み電動モータの回転速度を減速して出力する。弁体は、出力部から出力される回転力により駆動される。電源は、電動モータを駆動する。駆動回路は、電源および電動モータと電気的に接続し、複数のMOSFETを有する。制御部は、電動モータに流れる電流をMOSFETの開閉により制御する。制御部は、弁体を開弁状態における任意の位置で保持する保持モードの際に、弁体から電動モータへ伝達される回転力に対抗する力を生じるように駆動回路を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
ハウジング(40)内に固定された回転子(52)および前記回転子を回転させるために磁界を発生する固定子(51)を含む電動モータ(42)と、
出力部(44)を含み前記電動モータの回転速度を減速して出力する減速機構(43)と、
前記出力部から出力される回転力により駆動される弁体(24)と、
前記電動モータを駆動する電源(63)と、
前記電源および前記電動モータと電気的に接続し、複数のスイッチング素子(64a,64b,64c,64d,64e,64f)を有する駆動回路(61)と、
前記電動モータに流れる電流を前記スイッチング素子の開閉により制御する制御部(62)と、
を備え、
前記制御部は、前記弁体を開弁状態における任意の位置で保持する保持モードの際に、前記弁体から前記電動モータへ伝達される回転力に対抗する力を生じるように前記駆動回路を制御する弁装置。
続きを表示(約 840 文字)【請求項2】
前記制御部は、前記保持モードの際に、前記電動モータに生じた誘導電流が前記電源を経由せずに流れる閉回路を形成する請求項1に記載の弁装置。
【請求項3】
前記駆動回路は、前記固定子が有する複数の電機子巻線(51a,51b,51c)にブリッジ接続された複数の前記スイッチング素子を備え、
前記制御部は、複数の前記スイッチング素子のうち前記電源の正極側と前記固定子との間に接続される高圧側素子(64a,64c,64e)を閉じ且つ複数の前記スイッチング素子のうち前記電源の負極側と前記固定子との間に接続される低圧側素子(64b,64d,64f)を開く第1閉回路モードと、前記高圧側素子を開き且つ前記低圧側素子を閉じる第2閉回路モードとのうち、いずれかの前記閉回路モードを選択する請求項2に記載の弁装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記高圧側素子の温度と前記低圧側素子の温度との比較結果に基づき、温度がより低い方の素子が閉とされる前記閉回路モードを選択する請求項3に記載の弁装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記スイッチング素子の温度を、前記誘導電流と前記素子の抵抗値とに基づいて算出する請求項4に記載の弁装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記誘導電流を前記出力部に加わる力から推定する請求項5に記載の弁装置。
【請求項7】
前記電機子巻線は三相電機子巻線であり、
前記駆動回路は、前記三相電機子巻線に三相ブリッジ接続された6つの前記スイッチング素子を備え、
前記制御部は、6つの前記スイッチング素子のうち3つの前記高圧側素子を閉じ且つ3つの前記低圧側素子を開く前記第1閉回路モードと、3つの前記高圧側素子を開き且つ3つの前記低圧側素子を閉じる前記第2閉回路モードとのうち、いずれかの前記閉回路モードを選択する請求項3〜請求項6のうちいずれか一項に記載の弁装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動源に電動モータを用いた電動式の弁装置に関する。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
従来、特許文献1に記載されるように、駆動源に電動モータを用いた電動式の弁装置(電動弁)、およびこの弁装置を備える冷凍サイクル装置が知られている。弁装置は、冷凍サイクルにおける膨張弁として用いられる。
【0003】
こうした弁装置では、電動モータと、電動モータの回転速度を減速する減速機構と、減速機構から回転力を出力する出力部と、出力部によって駆動される弁体とを備えている。電動モータの出力部から弁体までの動力伝達経路には、ねじ機構部が設けられている。ねじ機構部は、雄ねじ部と雌ねじ部とを有している。雄ねじ部は、弁体の軸方向の中間部に形成される。雌ねじ部は、弁収容穴の内周面に形成され、雄ねじ部と螺合する。ねじ機構部は、弁体自身の回転を弁体の軸方向への直動動作に変換する。また、ねじ機構部は、弁収容穴における面での摩擦により、冷媒圧力によって弁体が開弁方向に移動することを防止する。すなわち、ねじ機構部は、弁体を任意の位置で保持するための摩擦部材として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2019−132347号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、このような弁装置を小型化して搭載性を向上させるためには、ねじ機構部において、リード角を大きくすることで弁体の軸方向と直交する方向の幅を小さくすること、または、ねじ機構部自体をなくすことが考えられる。しかし、リード角を大きくする、または、ねじ機構部をなくすと、ねじ機構部で発生する抗力が小さくなる。そして、ねじ機構部での抗力が、冷媒圧力により弁体に作用する荷重より小さくなると、弁体が軸方向の力を受けて回転してしまう。すなわち、弁軸力を受けて弁体が回転し易くなっていまい、十分な弁保持性能を得ることができないという問題が生じていた。
【0006】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、弁体の位置保持性能を確保しつつ搭載性を向上させることが可能な電動式の弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の弁装置は、電動モータ(42)と、減速機構(43)と、弁体(24)と、電源(63)と、駆動回路(61)と、制御部(62)と、を備える。電動モータは、ハウジング(40)内に固定された回転子(52)および回転子を回転させるために磁界を発生する固定子(51)を含む。減速機構は、出力部(44)を含み電動モータの回転速度を減速して出力する。弁体は、出力部から出力される回転力により駆動される。電源は、電動モータを駆動する。駆動回路(61)は、電源および電動モータと電気的に接続し、複数のスイッチング素子(64a,64b,64c,64d,64e,64f)を有する。制御部は、電動モータに流れる電流をスイッチング素子の開閉により制御する。制御部は、弁体を開弁状態における任意の位置で保持する保持モードの際に、弁体から電動モータへ伝達される回転力に対抗する力を生じるように駆動回路を制御する。
【0008】
本発明の構成によれば、弁体を開弁状態における任意の位置で保持する保持モードの際に、弁体から電動モータへ伝達される回転力に対抗する力が発生する。これにより、例えば弁体が開閉する流路を流れる流体によって、弁体が開弁方向に力を受けたときに、弁体を任意の位置に保持可能となる。このため、電動モータから弁体への動力伝達経路において、弁体を保持するための保持部材(例えばねじ機構部など)を有する必要がなく、または、保持部材を備えた構成としても、保持部材を小型化することができ設計自由度が向上する。よって、本構成によれば、弁体の位置保持性能を確保しつつ弁装置の搭載性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
第1実施形態による電動式弁装置の概略構成を示す断面図である。
電動モータ周辺の概略的な回路図である。
図2の回路図において、バッテリを経由しない第1閉回路モードを形成する場合の制御を示した回路図である。
図2の回路図において、バッテリを経由しない第2閉回路モードを形成する場合の制御を示した回路図である。
モータ制御部が実行する弁保持制御を説明するフローチャートである。
第2実施形態による、モータ制御部が実行する弁保持制御を説明するフローチャートである。
第3実施形態による、モータ制御部が実行する弁保持制御を説明するフローチャートである。
第4実施形態による、モータ制御部が実行する弁保持制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、第2実施形態以下の複数の実施形態において、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【0011】
〈第1実施形態〉
[構成]
本発明の第1実施形態の構成について、図1、図2を参照しつつ説明する。本実施形態の電動式弁装置10は、例えば車両の空気調和機に用いられる冷凍サイクル装置に備えられる。図示しない冷凍サイクル装置は、冷媒循環回路において、コンプレッサ、コンデンサ、レシーバ、電動式弁装置10、およびエバポレータ11等を備える周知の装置である。電動式弁装置10は、レシーバから供給された低温高圧状態の液相冷媒を減圧膨張させてエバポレータ11に供給する。なお、図1では、電動モータ42および減速機構43の構成を概略的に簡略化して示している。
【0012】
図1に示すように、電動式弁装置10は、基台ブロック12と、膨張弁13と、駆動部14とを主に備えている。膨張弁13は、基台ブロック12内に設けられている。駆動部14は、基台ブロック12に固定されており、膨張弁13を駆動する。基台ブロック12には、エバポレータ11側に冷媒を流通させる流路15が形成されている。流路15は、断面円形の通路である。基台ブロック12の形状の一例は、直方体である。基台ブロック12において、駆動部14が固定される一面を上面16とした場合、流路15は、一方側の側面17から反対側の側面18に向けて貫通して形成されている。なお、以下の説明では、基台ブロック12側を電動式弁装置10の下側、駆動部14側を電動式弁装置10の上側とする。
【0013】
基台ブロック12には、縦通路21と、弁収容穴22とが形成されている。縦通路21は、流路15の途中に、流路15の延びる方向と直交する上下方向に延びて形成されている。弁収容穴22は、縦通路21の上側と連通し、後述する弁体24を収容する弁収容空間として機能する。弁収容穴22の断面形状は円形である。なお、後述する減速機構43は、弁収容穴22の上端と連通する収容凹部23に収容されている。
【0014】
膨張弁13は、弁体24と、ねじ機構部28とを有している。弁体24は、弁収容穴22に収容され、下方の先端部25が尖った針状のニードル弁である。膨張弁13は、弁体24が上下方向に沿って進退することで、弁体24の先端部25が縦通路21の開口部19を開閉し、冷媒の流通を許容または遮断し、さらに、その流量を調整する。
【0015】
弁体24は、下方から順に、先端部25と、雄ねじ部26と、連結部27とを有している。連結部27は、図示しない磁気継手を有する出力側回転体の出力部44と連結する。雄ねじ部26は、弁収容穴22の内周面に形成された雌ねじ部と螺合する。雄ねじ部26と雌ねじ部とでねじ機構部28が構成される。
【0016】
ねじ機構部28は、弁体24自身の回転を弁体24の軸方向、すなわち上下方向の直動動作に変換する。また、ねじ機構部28は、弁収容穴22における面での摩擦により、冷媒圧力によって弁体24が開弁方向に移動することを抑制する。すなわち、ねじ機構部28は、弁体24を任意の位置で保持するための摩擦部材として機能する。連結部27は、出力側回転体からの回転動作を弁体24に伝達し、弁体24の直動動作が可能となるように出力側回転体と連結する。
【0017】
基台ブロック12と、駆動部14との上下間には、平板状の閉塞板29が設けられている。閉塞板29と基台ブロック12の上面16との間には、収容凹部23の開口部31の周囲を囲む態様をなす環状溝32に、環状のシール部材33が装着されている。これにより、基台ブロック12の開口部31は液密に閉塞され、基台ブロック12から駆動部14側等の外部に冷媒が漏出しないように封止されている。
【0018】
駆動部14は、一部が閉塞板29を介在する態様にて基台ブロック12の上面16に、図示しない取付ねじにて固定されている。駆動部14は、ハウジング40、カバー41と、電動モータ42、減速機構43、減速機構43の出力部44、および制御回路基板45等を主に備えている。カバー41は、ハウジング40の上面の開口部46を閉塞する。制御回路基板45、電動モータ42、および減速機構43は、ハウジング40の内部に設けられている。電動モータ42は、ステッピングモータにて構成されている。減速機構43は、電動モータ42の回転速度を減速して出力する。
【0019】
駆動部14内の電動モータ42、減速機構43および磁気継手は、膨張弁13の弁体24よりも上方において上下方向に並ぶようにして配置され、最も上側に電動モータ42が配置されている。制御回路基板45は、ハウジング40内において、電動モータ42の上側の開口部46付近に配置されている。制御回路基板45は、電動モータ42から延びる接続端子47と接続されている。この接続端子47を介して、制御回路基板45は電動モータ42に電源供給を行う。電動モータ42は、制御回路基板45からの電源供給に基づいて回転駆動が制御される。
【0020】
次に、電動モータ42の周辺構成、および制御回路基板45に形成されるモータ駆動回路61の構成について、図2を参照して説明する。図2に示すように、モータモジュール60は、電動モータ42、駆動回路61、及びモータ制御部62を主に備えている。電動モータ42は、駆動回路61を介して、バッテリ63に接続されている。バッテリ63は、「電源」に相当する。
【0021】
電動モータ42は、三相交流の電動発電機であり、固定子51と、回転子52と、を備えている。固定子51は、三相の電機子巻線51a,51b,51cを含んでいる。回転子52は、界磁巻線52aを含んでいる。電動モータ42は、さらに調節部53を備えている。調節部53は、モータ制御部62の指令に基づいて、界磁巻線52aに流す励磁電流の大きさを調節する。
【0022】
駆動回路61は、スイッチング素子であるMOSFETを複数備えるインバータ回路である。具体的には、駆動回路61は、6つのMOSFET64a,64b,64c,64d,64e,64fを備えている。MOSFET64a、64bの接続点には、固定子51のU相の電機子巻線51aの一端が接続されている。MOSFET64c,64dの接続点には、固定子51のV相の電機子巻線51bの一端が接続されている。MOSFET64e,64fの接続点には、固定子51のW相の電機子巻線51cの一端が接続されている。
【0023】
電機子巻線51aの他端、電機子巻線51bの他端、および電機子巻線51cの他端は互いに中性点で接続されている。駆動回路61には、スイッチ制御部65が備わっており、モータ制御部62の指令に基づいて、スイッチ制御部65は各MOSFET64a〜64fの開閉動作を制御する。
【0024】
以下、高電圧側となる3つのMOSFET64a,64c,64e(図2において上側アームのMOSFET)を、「高圧側素子64a,64c,64e」とも言う。また、低電圧側となる3つのMOSFET64b,64d,64f(図2において下側アームのMOSFET)を、「低圧側素子64b,64d,64f」とも言う。
【0025】
モータ制御部62は、図示しないCPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されている。モータ制御部62は、界磁巻線52aに流す励磁電流を調節部53に調節させる。これにより、電動モータ42に生じる発電電圧を調節する。また、モータ制御部62は、駆動回路61を構成するMOSFET64a〜64fの開閉動作をスイッチ制御部65に制御させる。なお、モータ制御部62は、図示しないECUに電気的に接続している。
【0026】
本実施形態のモータモジュール60は、膨張弁13の動作を示すモードとして、膨張弁13を開閉動作させる開閉時モードと、膨張弁13を開弁状態の任意の位置に保持する保持モードとを有している。保持モードは、さらに、MOSFET64a〜64fの開閉状態に応じて、第1閉回路モードと第2閉回路モードとを有している。詳細については後述する。膨張弁13を開閉動作させる開閉時モードでは、3つのMOSFET64b、64d、64eが閉状態となるように制御され、バッテリ63から供給される直流電流を三相の電力へと変換し、三相の電力を固定子51へと供給する。
【0027】
第1閉回路モードでは、図3に示すように、高圧側素子64a,64c,64eが閉状態となり、低圧側素子64b,64d,64fが開状態となるように制御される。すなわち、固定子51が有する全相を短絡させる。これにより、電動モータ42の回転子52が回転することで固定子51の巻線に生じた誘導電流がバッテリ63を経由しないで循環する閉回路が駆動回路61内に形成される。
【0028】
また、第2閉回路モードでは、図4に示すように、高圧側素子64a,64c,64eが開状態となり、低圧側素子64b,64d,64fが閉状態となるように制御される。第1閉回路モードと同様に、第2閉回路モードでは、固定子51に生じた誘導電流がバッテリ63を経由しないで循環する閉回路が駆動回路61内に形成される。
【0029】
これにより、第1閉回路モードおよび第2閉回路モードでは、バッテリ63の電力を消費することなく、弁体24から電動モータ42へ伝達される回転力に対向する力が生じ、弁体24は任意の開弁状態の範囲内に保持される。
【0030】
[弁保持制御について]
次に、モータ制御部62が実行する弁保持制御について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。まず、ステップ100(以下、ステップを「S」と略す。)において、各種信号が読み込まれる。ここで読み込まれる各種信号は、例えば膨張弁13の動作モード、直前の動作モード時におけるMOSFET64a〜64fの素子温度、出力部44に加わる力F、等である。次いで、S200において、膨張弁13が保持モードであるか否かが判断される。保持モードであると判断されると(S200:YES)、S300に進み、高圧側素子64a,64c,64eの温度と低圧側素子64b,64d,64fの温度とが比較される。
(【0031】以降は省略されています)

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