特開 2022-93842 電動弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022093842

(43)【公開日】2022-06-24

(54)【発明の名称】電動弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20220617BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020206551

(22)【出願日】2020-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】000133652

【氏名又は名称】株式会社テージーケー

(74)【代理人】

【識別番号】110002273

【氏名又は名称】特許業務法人インターブレイン

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 智宏

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 真司

【テーマコード（参考）】

3H062

【Ｆターム（参考）】

3H062AA02

3H062AA15

3H062BB06

3H062CC02

3H062DD01

3H062EE06

3H062FF07

3H062HH04

3H062HH08

3H062HH09

(57)【要約】

【課題】電動弁において、センサマグネットの磁界がロータマグネットへ与える影響を小さくし、ロータの安定性を向上させる。
【解決手段】電動弁１は、弁体３４を軸線方向に支持する作動ロッド３２と、作動ロッド３２を作動させるロータ６０と、ロータ６０の外周面に沿って複数の磁極が設けられたロータマグネット１０４と、ロータ６０の回転運動を作動ロッド３２の軸線運動に変換するねじ送り機構１０９と、ロータ６０と同軸状に設けられ、ロータ６０と一体に回転可能なセンサマグネット１０６と、センサマグネット１０６と軸線方向に対向し、センサマグネット１０６の磁束を検出することでロータ６０の変位量を検出する磁気センサ１１９と、を備える。センサマグネット１０６は、軸線方向の両面に着磁がなされ、各面が回転方向に複数の磁極を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁体を軸線方向に支持する作動ロッドと、
前記作動ロッドを作動させるロータと、
前記ロータの外周面に沿って複数の磁極が設けられたロータマグネットと、
前記ロータの回転運動を前記作動ロッドの軸線運動に変換するねじ送り機構と、
前記ロータと同軸状に設けられ、前記ロータと一体に回転可能なセンサマグネットと、
前記センサマグネットと軸線方向に対向し、前記センサマグネットの磁束を検出することで前記ロータの変位量を検出する磁気センサと、
を備え、
前記センサマグネットは、軸線方向の両面に極性が互いに反転するよう着磁がなされ、各面が回転方向に複数の磁極を有することを特徴とする電動弁。

【請求項2】

前記ロータがロータコアを有し、
前記ロータマグネットが前記ロータコアの外周面に設けられ、
前記センサマグネットが前記ロータコアの軸端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。

【請求項3】

前記ロータを内包する筒状部材であって、流体の圧力が作用する内部空間と作用しない外部空間とを画定するキャンをさらに備え、
前記磁気センサが前記外部空間に配置され、
前記センサマグネットと前記磁気センサとが、前記キャンの端壁を介して対向することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。

【請求項4】

前記ねじ送り機構は、前記作動ロッドとともに前記ロータを軸線方向に変位させ、
前記センサマグネットは、前記ねじ送り機構の作動により前記磁気センサに対して近接又は離間することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電動弁。

【請求項5】

前記センサマグネットは、軸線に沿った孔部が設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電動弁。

【請求項6】

前記センサマグネットは、磁性体の上に設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電動弁。

【請求項7】

前記センサマグネットは、各面に４極以上の磁極を有することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の電動弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弁開度を検出するための磁気センサを備える電動弁に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。冷凍サイクルには、膨張装置としての膨張弁など、冷媒の流れを制御するために各種制御弁が設けられている。近年の電気自動車等の普及に伴い、駆動部としてモータを備える電動弁が広く採用されつつある。

【0003】

このような電動弁として、弁開度を検出するための磁気センサを備えるものが知られている（例えば特許文献１）。ロータとともに回転する作動ロッドの一端に弁体が設けられ、他端にマグネット（センサマグネット）が設けられている。そのセンサマグネットと軸線方向に対向するように磁気センサが設けられる。ロータの回転運動は、ねじ送り機構により弁体の軸線運動に変換される。ロータの回転に伴う磁束の変化を磁気センサで捉えることによりセンサマグネットの回転角度ひいては弁体の軸線方向位置を検出でき、弁開度を算出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１３５９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような電動弁では、ロータのマグネット（ロータマグネット）とセンサマグネットとが比較的近い位置に配置されるため、センサマグネットの磁界がロータマグネットの磁界に干渉する可能性がある。その結果、ロータとステータとの吸引力のバランスを崩し、ロータの安定した回転を阻害する虞がある。なお、このような問題は、冷凍サイクルに限らず種々の用途に用いられる電動弁について同様に生じ得る。

【0006】

本発明の目的の一つは、磁気センサを備える電動弁において、センサマグネットの磁界がロータマグネットへ与える影響を小さくし、ロータの安定性を確保することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様は電動弁である。この電動弁は、弁体を軸線方向に支持する作動ロッドと、作動ロッドを作動させるロータと、ロータの外周面に沿って複数の磁極が設けられたロータマグネットと、ロータの回転運動を作動ロッドの軸線運動に変換するねじ送り機構と、ロータと同軸状に設けられ、ロータと一体に回転可能なセンサマグネットと、センサマグネットと軸線方向に対向し、センサマグネットの磁束を検出することでロータの変位量を検出する磁気センサと、を備える。センサマグネットは、軸線方向の両面に極性が互いに反転するよう着磁がなされ、各面が回転方向に複数の磁極を有する。

【0008】

この態様によれば、センサマグネットの両面に極性が互いに反転するよう着磁がなされることで、軸線方向の磁束密度を十分に確保できる。センサマグネットの両面に極性が互いに反転するよう着磁がなされ、かつ各面が複数の磁極を有することで、後述のようにセンサマグネットの磁界がロータマグネットに影響を与えることを抑制でき、ロータの回転安定性を確保できる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、磁気センサを備える電動弁において、センサマグネットの磁界がロータマグネットへ与える影響を小さくし、ロータの回転安定性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る電動弁を表す断面図である。

【図2】ステータおよびその周辺の構成を表す図である。

【図3】ロータの構成を表す図である。

【図4】センサマグネットを上下二層の両面４極としたことによる作用を模式的に表す図である。

【図5】センサマグネットの内径の大きさが磁気センサで感知する磁束密度に与える影響を検証した解析結果を表す図である。

【図6】変形例に係るロータの構成を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

【0012】

図１は、実施形態に係る電動弁を表す断面図である。
電動弁１は、図示しない自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用される。この冷凍サイクルには、循環する冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された冷媒を絞り膨張させて霧状に送出する膨張弁、霧状の冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により車室内の空気を冷却する蒸発器等が設けられている。電動弁１は、その冷凍サイクルの膨張弁として機能する。

【0013】

電動弁１は、弁本体２とモータユニット３とを組み付けて構成される。弁本体２は、弁部を収容したボディ５を有する。ボディ５は、「バルブボディ」として機能する。ボディ５は、第１ボディ６と第２ボディ８とを同軸状に組み付けて構成される。第１ボディ６および第２ボディ８は、ともにステンレス鋼（以下「ＳＵＳ」と表記する）からなる。第２ボディ８には弁座２４が設けられるため、耐摩耗性に優れた材質が選定されている。第１ボディ６は第２ボディ８よりも溶接性に優れ、第２ボディ８は第１ボディ６よりも加工性に優れている。

【0014】

第１ボディ６は、外径が下方に向けて段階的に縮径する段付円筒状をなす。第１ボディ６の上端部の外径がやや縮径され、段差による係止部５２が構成されている。第１ボディ６の下部外周面には、電動弁１を図示しない配管ボディに組み付けるための雄ねじ１０が形成されている。なお、配管ボディには、凝縮器側から延びる配管や、蒸発器につながる配管などが接続されるが、その詳細については説明を省略する。第１ボディ６における雄ねじ１０のやや上方の外周面には、環状溝からなるシール収容部１２が形成され、シールリング１４（Ｏリング）が嵌着されている。

【0015】

第１ボディ６の下部には、円穴状の凹状嵌合部１６が設けられている。第２ボディ８は有底円筒状をなし、その上部が凹状嵌合部１６に圧入されている。第２ボディ８の下部外周面には環状溝からなるシール収容部１８が形成され、シールリング２０が嵌着されている。第２ボディ８の底部を軸線方向に貫通するように弁孔２２が設けられ、その弁孔２２の上端開口部に弁座２４が形成されている。第２ボディ８の側部に入口ポート２６が設けられ、下部に出口ポート２８が設けられている。第１ボディ６および第２ボディ８の内方に弁室３０が形成されている。入口ポート２６と出口ポート２８とは、弁室３０を介して連通している。

【0016】

ボディ５の内方には、モータユニット３のロータ６０から延びる作動ロッド３２が挿通されている。作動ロッド３２は、弁室３０を貫通する。作動ロッド３２は、非磁性金属からなる棒材を切削加工して得られ、その下部にニードル状の弁体３４が一体に設けられている。弁体３４が弁室３０側から弁座２４に着脱することにより弁部を開閉する。

【0017】

第１ボディ６の上部中央には、ガイド部材３６が立設されている。ガイド部材３６は、非磁性金属からなる管材を段付円筒状に切削加工して得られ、その軸線方向中央部の外周面に雄ねじ３８が形成されている。ガイド部材３６の下端部が大径となっており、その大径部４０が第１ボディ６の上部中央に圧入され、同軸状に固定されている。ガイド部材３６は、その内周面により作動ロッド３２を軸線方向に摺動可能に支持する一方、その外周面によりロータ６０の回転軸６２を回転摺動可能に支持する。回転軸６２は非磁性金属からなる。

【0018】

作動ロッド３２における弁体３４のやや上方にばね受け４２が設けられ、ガイド部材３６の底部にもばね受け４４が設けられている。ばね受け４２，４４間に、弁体３４を閉弁方向に付勢するスプリング４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

【0019】

一方、モータユニット３は、ロータ６０とステータ６４とを含む三相ステッピングモータとして構成されている。モータユニット３は、有底円筒状のキャン６６を有し、そのキャン６６の内方にロータ６０を配置し、外方にステータ６４を配置して構成されている。キャン６６は、弁体３４およびその駆動機構が配置される空間を覆うとともにロータ６０を内包する有底円筒状の部材であり、冷媒の圧力が作用する内方の圧力空間（内部空間）と作用しない外方の非圧力空間（外部空間）とを画定する。

【0020】

キャン６６は、非磁性金属（本実施形態ではＳＵＳ）からなり、その下部が第１ボディ６の上端部に外挿されるようにして同軸状に組み付けられている。キャン６６は、その下端が係止部５２に係止されることによりその挿入量が規制される。キャン６６の下端と第１ボディ６との境界に沿って全周溶接が施されることにより（図示略）、ボディ５とキャン６６との固定およびシールが実現されている。ボディ５とキャン６６とに囲まれた空間が、上記圧力空間を形成している。

【0021】

ステータ６４は、積層コア７０の内周部に複数の突極を等間隔に配置して構成される。積層コア７０は、環状のコアが軸線方向に積層されて構成される。各突極には、コイル７３（電磁コイル）が装着されたボビン７４が組み付けられている。これらコイル７３およびボビン７４により「コイルユニット７５」が構成される。本実施形態では、三相電流を供給するための３つのコイルユニット７５が、積層コア７０の中心軸に対して１２０度ごとに設けられている（詳細後述）。

【0022】

ステータ６４は、モータユニット３のケース７６と一体に設けられている。すなわち、ケース７６は、耐食性を有する樹脂材の射出成形（「インサート成形」又は「モールド成形」ともいう）により得られる。ステータ６４は、その射出成形によるモールド樹脂によって被覆されている。ケース７６は、そのモールド樹脂からなる。以下、ステータ６４とケース７６とのモールド成形品を「ステータユニット７８」とも称する。

【0023】

ステータユニット７８は、中空構造を有し、キャン６６を同軸状に挿通しつつボディ５に組み付けられている。第１ボディ６における係止部５２のやや下方の外周面には、環状溝からなるシール収容部８０が形成され、シールリング８２（Ｏリング）が嵌着されている。第１ボディ６の上部外周面とケース７６の下部内周面とに間にシールリング８２が介装されることにより、キャン６６とステータ６４との間隙への外部雰囲気（水など）の侵入が防止されている。

【0024】

ロータ６０は、回転軸６２に組み付けられた円筒状のロータコア１０２と、ロータコア１０２の外周面に設けられたロータマグネット１０４と、ロータコア１０２の上端面に設けられたセンサマグネット１０６を備える。ロータコア１０２は、回転軸６２に組み付けられている。センサマグネット１０６は、ロータコア１０２の上端部に外挿される態様で同軸状に組み付けられている。ロータマグネット１０４は、その周方向に複数極に磁化（着磁）されている。センサマグネット１０６も複数極に磁化（着磁）されている。

【0025】

回転軸６２は、有底円筒状の円筒軸であり、その開口端を下にしてガイド部材３６に外挿されている。回転軸６２の下部内周面に雌ねじ１０８が形成され、ガイド部材３６の雄ねじ３８と噛合している。これらのねじ部によるねじ送り機構１０９によって、ロータ６０の回転運動が作動ロッド３２の軸線運動に変換される。それにより弁体３４が軸線方向、つまり弁部の開閉方向に移動（昇降）する。

【0026】

作動ロッド３２の上部が縮径され、その縮径部１１０が回転軸６２の底部１１２を貫通している。縮径部１１０の先端部には環状のストッパ１１４が固定されている。一方、縮径部１１０の基端と底部１１２との間には、作動ロッド３２を下方（つまり閉弁方向）に付勢するスプリング１１６が介装されている。このような構成により、開弁時には、ストッパ１１４が底部１１２に係止される態様で作動ロッド３２がロータ６０と一体変位する。一方、閉弁時には、弁体３４が弁座２４から受ける反力によりスプリング１１６が押し縮められる。このときのスプリング１１６の弾性反力により弁体３４を弁座２４に押し付けることができ、弁体３４の着座性能（弁閉性能）を高められる。

【0027】

モータユニット３は、キャン６６の外側に回路基板１１８を有する。回路基板１１８は、ケース７６の内方に固定されている。本実施形態では、回路基板１１８の下面に制御部や通信部として機能する各種回路が実装されている。具体的には、モータを駆動するための駆動回路、駆動回路に制御信号を出力する制御回路（マイクロコンピュータ）、制御回路が外部装置と通信するための通信回路、各回路およびモータ（コイル）に電力を供給するための電源回路等が実装されている。ケース７６の上端は、蓋体７７により閉止されている。ケース７６における蓋体７７の下方の空間に回路基板１１８が配設されている。

【0028】

回路基板１１８におけるセンサマグネット１０６との対向面には、磁気センサ１１９が設けられている。磁気センサ１１９は、キャン６６の底部端壁を介してセンサマグネット１０６と軸線方向に対向する。ロータ６０の回転に伴ってセンサマグネット１０６による磁束が変化する。磁気センサ１１９は、この磁束の変化を捉えることでロータ６０の変位量（本実施形態ではロータ６０の回転角度）を検出する。制御部は、そのロータ６０の変位量に基づいて弁体３４の軸線方向位置ひいては弁開度を算出する。

【0029】

それぞれのボビン７４からはコイル７３につながる一対の端子１１７が延出し、回路基板１１８に接続されている。回路基板１１８からは電源端子、グランド端子および通信端子（これらを総称して「接続端子８１」ともいう）が延出し、それぞれケース７６の側壁を貫通して外部に引き出されている。ケース７６の側部にコネクタ部７９が一体に設けられ、そのコネクタ部７９の内方に接続端子８１が配置されている。

【0030】

図２は、ステータ６４およびその周辺の構成を表す図である。（Ａ）は図１のＡ－Ａ矢視断面に対応し、ステータユニット７８の断面図である。（Ｂ）はステータ６４のみ（樹脂モールド前の状態）を表す図である。なお、図２（Ａ）には参考のため、キャン６６およびロータ６０を示している（二点鎖線参照）。

【0031】

モータユニット３が三相のモータであるため、図２（Ａ）に示すように、ロータ６０の軸線Ｌの周りに等間隔でコイルユニット７５が設けられている。図２（Ｂ）にも示すように、積層コア７０の内周部に軸線Ｌに対して１２０度の間隔でスロット１２０ａ～１２０ｃ（これらを特に区別しないときは「スロット１２０」と総称する）が設けられている。各スロット１２０には、その中央から半径方向内向きに突出する突極１２２ａ～１２２ｃ（「突極１２２」と総称する）が形成され、それぞれＵ相コイル７３ａ、Ｖ相コイル７３ｂ、Ｗ相コイル７３ｃ（「コイル７３」と総称する）が組み付けられている。互いに隣接するスロット１２０の間にも、横断面Ｕ字状のスリット１２４が形成され、磁路の最適化が図られている。

【0032】

ロータマグネット１０４は、キャン６６を介して突極１２２ａ～１２２ｃと対向する。本実施形態では図２（Ａ）に示すように、ロータマグネット１０４が１０極に磁化されている。なお、その極数については適宜設定できる。

【0033】

次に、ロータ６０におけるマグネットの構成について詳細に説明する。
図３は、ロータ６０の構成を表す図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。図中の「Ｎ」はＮ極、「Ｓ」はＳ極を示す。なお、図３（Ａ）～（Ｃ）においては説明の便宜上、回転軸６２の表記を省略している。

【0034】

ロータ６０は、ロータコア１０２の外周面に沿ってロータマグネット１０４を有し、ロータコア１０２の軸端部にセンサマグネット１０６が配設されている（図３（Ａ），（Ｄ））。ロータマグネット１０４は円筒状をなし、外周面１０極着磁とされている（図３（Ｂ），（Ｃ））。一方、センサマグネット１０６は環状をなし、上下二層の両面４極着磁（片面２極の両面着磁）とされている。すなわち、センサマグネット１０６は、その上層１０６ａと下層１０６ｂがそれぞれ２極となるように着磁され、その上下両面で磁極の極性が反転されている。このような構成により、磁束の強化が図られている。

【0035】

ロータコア１０２は、円筒状の磁性金属（磁性体）からなる。ロータコア１０２の軸線方向中央には、その外周面に沿って環状溝１４０が形成されている（図３（Ｄ））。ロータマグネット１０４の内周面がその環状溝１４０に嵌合している。すなわち、環状溝１４０は、ロータコア１０２からのロータマグネット１０４の脱落を防止する脱落防止構造として機能する。

【0036】

回転軸６２は、その上部に外径がやや縮小された縮径部６３を有する。ロータコア１０２の軸端部１４２（上端開口部）は、その縮径部６３と相補形状となるよう内径がやや縮小されており、ロータコア１０２を回転軸６２に組み付ける際の軸線方向のストッパを構成している。

【0037】

センサマグネット１０６は、回転軸６２の縮径部６３に外挿されつつ、ロータコア１０２の上面に組み付けられている。センサマグネット１０６は、このように磁性体（本実施形態ではロータコア１０２）の上に配置されることで、その磁力を大きくすることができる。回転軸６２の上端部にワッシャ６５が同軸状に挿通された状態でその上端部が加締められることで、ロータコア１０２の軸端部１４２とワッシャ６５との間にセンサマグネット１０６が保持される。

【0038】

図１に戻り、以上のように構成された電動弁１は、モータユニット３の駆動制御によってその弁開度を調整可能な電動膨張弁として機能する。すなわち、図示しない外部装置からの指令に基づき、制御部は、目標開度を実現するための制御量（モータの駆動ステップ数）を設定し、これを実現するための駆動信号を駆動回路に出力する。駆動回路は、各コイル７３に設定されたタイミングで三相の駆動電流（駆動パルス）を供給する。それにより、ロータ６０が高分解能にて回転する。このとき、弁体３４が弁座２４から離間した開弁状態であれば、スプリング１１６の付勢力によりストッパ１１４が回転軸６２に当接し、作動ロッド３２ひいては弁体３４が、ロータ６０と一体に動作する。

【0039】

ロータ６０は、ガイド部材３６との間のねじ送り機構１０９により上下方向に動作する。つまり、弁体３４が弁部の開閉方向に並進し、弁部の開度が設定開度に調整される。このねじ送り機構１０９は、ロータ６０の軸線周りの回転運動を作動ロッド３２の軸線運動（直進運動）に変換し、弁体３４を弁部の開閉方向に駆動する。電動弁１が配管ボディに取り付けられて膨張弁として機能するとき、弁部は小開度に制御される。

【0040】

制御部は、磁気センサ１１９の検出信号に基づいてセンサマグネット１０６の回転角度（ロータ６０の回転角度）を検出し、弁開度を算出できる。

【0041】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図４は、センサマグネット１０６を上下二層の両面４極としたことによる作用を模式的に表す図である。（Ａ）は実施形態の作用を示し、（Ｂ）は比較例の作用を示す。比較例は、センサマグネット１２６を上下一層の２極構造とした場合を示す。図中の二点鎖線矢印は、センサマグネットにおける磁束の向きを例示する。

【0042】

本実施形態では、センサマグネット１０６を両面着磁（磁極が上下二層）とし、かつその両面で磁極の極性を反転させているため、その両面の一方から出た磁束は、基本的に他方に引き込まれる。これに対し、比較例では、磁極が上下一層であるため、センサマグネット１２６の磁極から出た磁束の一部がロータマグネット１０４の磁極に引き込まれる。すなわち、センサマグネット１２６の磁界がロータマグネット１０４の磁界に干渉し、ロータ６０とステータ６４との間の磁束のバランスを崩す可能性がある。言い換えれば、本実施形態によれば、比較例よりもロータ６０とステータ６４との磁束のバランスを良好に保つことができ、ロータ６０の回転をより安定に保つことができる。

【0043】

図５は、センサマグネット１０６の内径の大きさが磁気センサ１１９で感知する磁束密度に与える影響を検証した解析結果を表す図である。同図の横軸は、磁気センサ１１９とセンサマグネット１０６との距離を示し、縦軸は磁束密度の大きさを示す。本解析では、センサマグネット１０６の内径をｄ１～ｄ５（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５）で変化させた場合の結果を示す。

【0044】

本実施形態では、図１に示したように、センサマグネット１０６が孔部１０７を有し、その内方に回転軸６２の上端部、ストッパ１１４、および作動ロッド３２の上端部が位置する。回転軸６２と作動ロッド３２とは同軸状に設けられ、回転軸６２の上端部とストッパ１１４とは径方向に当接しない。すなわち、センサマグネット１０６と作動ロッド３２との間には径方向の空隙が存在する。本解析では、このような構成において、センサマグネット１０６に孔部１０７を設けること、より詳細にはその孔部１０７の内径の大きさが磁気センサ１１９による磁束の検知に与える影響を検証した。

【0045】

図５に示すように、全体的な傾向として、センサマグネット１０６と磁気センサ１１９との距離が大きいほど、つまり弁体３４が閉弁方向へ変位するほど、磁気センサ１１９で検知される磁束密度が小さくなることが分かる。すなわち、センサマグネット１０６が磁気センサ１１９に近接するほどその磁束は大きく、離れるほどその磁束は小さくなる。このこと自体は当然の結果と言える。一方、センサマグネット１０６の内径が大きくなるほど、その磁束密度の変化が小さくなっており、これは新たな知見である。

【0046】

本実施形態では、センサマグネット１０６の内径をｄ１～ｄ３の範囲に設定することで、作動ロッド３２つまり弁体３４のストロークによる磁束密度の変化を小さく抑えている。すなわち、磁気センサには一般に感知する磁束密度の推奨範囲があり、磁束密度が小さすぎる場合はもちろん、大きすぎる場合も感知が困難となる。この点、本実施形態によれば、センサマグネット１０６の内径を適切に設定することで、センサ感度を良好に保つことができる。

【0047】

本解析により、センサマグネット１０６に設ける孔部１０７の大きさを変えると、センサマグネット１０６と磁気センサ１１９とが近接したときに検知される磁束密度の差は大きくなるものの、両者が離間したときに検知される磁束密度の差は小さく抑えられるとの知見が得られた。これは、孔部１０７の大きさを十分に確保することで、両者が近接したときに磁束密度が過大にならないようにするとともに、両者が離間したときの磁束密度を必要十分に確保できることを意味する。すなわち、本解析結果により、本実施形態においてセンサマグネット１０６に孔部１０７を設けたことと、その孔部１０７の大きさをある程度大きくすることの有効性が確認できた。

【0048】

以上説明したように、本実施形態によれば、センサマグネット１０６を両面４極着磁（片面２極の両面着磁）とし、その両面で磁極の極性を反転させることで磁束を強化できる。このため、ロータ６０が閉弁方向に変位してセンサマグネット１０６と磁気センサ１１９との距離が大きくなっても、磁気センサ１１９の感度を良好に維持できる。

【0049】

一方、センサマグネット１０６の中央に孔部１０７を設けてその内径を十分に確保することで、ロータ６０が開弁方向に変位してセンサマグネット１０６が磁気センサ１１９に近接しても、磁気センサ１１９に作用する磁束密度が過大とならないようにしている。すなわち、図５に関連して説明したように、弁体３４のストロークにかかわらず、磁気センサ１１９に作用する磁束密度を推奨範囲に収めることができ、磁気センサ１１９の感度を良好に維持できる。

【0050】

また、センサマグネット１０６を両面４極着磁（片面２極の両面着磁）とし、その両面で磁極の極性を反転させることで、図４に関連して説明したように、センサマグネット１２６の磁界がロータマグネット１０４の磁界に干渉することを防止又は抑制できる。その結果、ロータ６０の回転をより安定に保つことができる。

【0051】

さらに、センサマグネット１０６がロータコア１０２の軸端部に設けられ、かつセンサマグネット１０６に孔部１０７が設けられることで、センサマグネット１０６が作動ロッドではなくロータコア１０２と連結して回転する構成が実現される。それにより、作動ロッド３２の径に関係なく、孔部１０７の径を調整できるようになる。すなわち、本実施形態によれば、センサマグネット１０６の設計自由度を高めることができる。

【0052】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

【0053】

図６は、変形例に係るロータの構成を表す図である。（Ａ）はセンサマグネット単体の斜視図である。（Ｂ）はロータの斜視図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は正面図である。
本変形例では、センサマグネット２０６が、両面８極着磁（片面４極の両面着磁）とされている。すなわち、センサマグネット２０６は、その上層２０６ａと下層２０６ｂがそれぞれ４極となるように着磁され、その上下両面で磁極の極性が反転されている。

【0054】

このような構成を採用しても、センサマグネット２０６が両面着磁であり、かつ各面が複数の磁極を有することで、センサマグネット２０６の磁界がロータマグネット１０４に影響を及ぼすことを抑制できる。その結果、上記実施形態と同様に、ロータ２６０の安定性を向上させることができる。

【0055】

上記実施形態では、ロータ６０においてロータコア１０２と回転軸６２とを別部材にて構成する例を示した。変形例においては、ロータコアと回転軸とを一体成形し、その内周面にねじ部（雌ねじ１０８）を設けてもよい。その場合、ロータコアがねじ送り機構としても機能する。

【0056】

上記実施形態では述べなかったが、ロータマグネット１０４は、ロータコア１０２に一体成型されたマグネット部に後工程で着磁して得られるものでもよい。また、上記実施形態では、ロータコア１０２とセンサマグネット１０６とを別部材にて構成し、両者を組み付ける構成とした。変形例においては、センサマグネット１０６についても、ロータコア１０２に一体成型されたマグネット部に後工程で着磁して得られるものとしてもよい。ロータコア１０２を母材としてロータマグネット部およびセンサマグネット部の双方が一体成型され、後工程で着磁されてもよい。マグネット部の成形においては、磁性材料を射出成形してもよい。あるいは、鍛造や押出成形その他の金型成形によりマグネット部を成形してもよい。

【0057】

上記実施形態では、両面着磁のセンサマグネット１０６を一つ設ける構成を例示した。変形例においては、両面着磁のセンサマグネットを回転軸の軸線方向に複数直列に配設してもよい。

【0058】

上記実施形態では、センサマグネット１０６をロータコア１０２の軸端部に設ける構成を例示した。変形例においては、センサマグネットを作動ロッドの軸端部に設けてもよい。あるいは、センサマグネットをロータコアと離間させ、ロータの回転軸に固定する構成を採用してもよい。

【0059】

上記実施形態では、作動ロッド３２をロータ６０と同軸状に回転させる構成を例示した。変形例においては、作動ロッドが回転しない構成を採用してもよい。例えば、図１に示す構成において、ストッパ１１４とロータ６０との間に滑り軸受を設け、作動ロッド３２が回転しないようにしてもよい。また、ロータの回転運動をギアにて作動ロッドに伝達し、作動ロッドの軸線がロータの軸線と一致しないようにしてもよい。

【0060】

上記実施形態では、回転軸６２および作動ロッド３２の各上端部がセンサマグネット１０６の孔部１０７に挿通される構成を例示した。変形例においては、ロータの回転軸および作動ロッドのいずれか一方又は双方が、センサマグネットの孔部１０７に挿通されない構成を採用してもよい。その場合、センサマグネットとロータコアとを嵌合、圧入その他の手段により固定してもよい。

【0061】

上記実施形態では、開弁状態においてロータ６０と作動ロッド３２とを軸線方向に一体変位させる構成を示した。すなわち、ロータ６０が作動ロッド３２を同軸状に支持し、ロータ６０そのものが軸線方向に変位する構成とした。変形例においては、特許文献１にも記載のように、ロータの位置を軸線方向に固定する構成を採用してもよい。すなわち、ロータと一体に回転するシャフトと、弁体を一体に有するドライバとを軸線方向に接続し、作動ロッドを構成してもよい。ドライバは、シャフトと一体に回転するが、軸線方向には相対変位可能とされる。ロータの回転運動は、ねじ送り機構によってドライバの軸線運動に変換される。

【0062】

上記実施形態では、磁気センサがロータの回転量（回転角度）を検出し、制御部がその回転量に基づき作動ロッドの軸線方向変位（弁体のストローク、つまり弁部の開度）を算出する例を示した。変形例においては、磁気センサがロータの軸線方向変位（つまり作動ロッドの軸線方向変位）を直接検出し、制御部がその変位に基づき弁体のストローク（つまり弁部の開度）を算出してもよい。すなわち、磁気センサはロータの変位量（つまりセンサマグネットの変位量）を検出するものであればよい。

【0063】

上記実施形態では、ロータマグネット１０４とセンサマグネット１０６とが軸線方向に離隔する構成を例示した。変形例においては、ロータマグネットとセンサマグネットとを一体に構成してもよい。ロータマグネット部とセンサマグネット部とを一体成形してもよい。その場合、磁気センサが磁束を確実に検出できるよう、センサマグネットの面積（外径）を大きくしてもよい。

【0064】

上記実施形態では述べなかったが、バルブボディと配管ボディとを合わせて「電動弁のボディ」としてもよい。

【0065】

各実施形態では、ステータのコアとして積層コア（積層磁心）を例示した。変形例においては、圧粉コアその他のコアを採用してもよい。圧粉コアは、「圧粉磁心」とも呼ばれ、軟磁性材料を粉末にし、非導電性の樹脂等でコーティングした紛体と、樹脂バインダとを混練し、圧縮成型・加熱することで得られる。

【0066】

各実施形態では、回路基板の下面に駆動回路、制御回路、通信回路および電源回路が実装される構成を例示したが、実装される回路については適宜変更できる。例えば、駆動回路および電源回路を実装する一方、制御回路を電動弁の外部に設置してもよい。また、各回路を回路基板の上面に実装してもよい。

【0067】

各実施形態では、モータユニットとして、ＰＭ型ステッピングモータを採用したが、ハイブリッド型ステッピングモータを採用してもよい。また、上記実施形態では、モータユニットを三相モータとしたが、二相，四相、五相などその他のモータとしてもよい。ステータにおける電磁コイルの数も３つや６つに限らず、モータの相数に合わせて適宜設定してよい。

【0068】

各実施形態の電動弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ－１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルに凝縮器に代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。

【0069】

各実施形態では、上記電動弁を膨張弁として構成したが、膨張機能を有しない開閉弁や流量制御弁として構成してもよい。

【0070】

各実施形態では、上記電動弁を自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示したが、車両用に限らず電動膨張弁を搭載する空調装置に適用可能である。また、冷媒以外の流体の流れを制御する電動弁として構成することもできる。

【0071】

上記実施形態では、センサマグネット１０６を上下両面着磁とし、その両面の対応する位置で磁極の極性を反転させる構成を例示した。すなわち、センサマグネット１０６では、磁極の境界線が上下面で一致する。変形例においては、上下両面の磁極が一部の位置で反転していないセンサマグネットを採用してもよい。すなわち、磁極の境界線が上下面で完全に一致しておらず、多少ずれていてもよい。その場合、一部の位置で上下面が同じ極性となるため、上記実施形態と比較して効果が劣る可能性があるが、実使用上問題のない程度の効果が得られる可能性はある。

【0072】

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

【符号の説明】

【0073】

１ 電動弁、２ 弁本体、３ モータユニット、５ ボディ、２２ 弁孔、２４ 弁座、２６ 入口ポート、２８ 出口ポート、３０ 弁室、３２ 作動ロッド、３４ 弁体、３６ ガイド部材、３８ 雄ねじ、４６ スプリング、６０ ロータ、６２ 回転軸、６３ 縮径部、６４ ステータ、６５ ワッシャ、６６ キャン、７０ 積層コア、７３ コイル、７６ ケース、７８ ステータユニット、１０２ ロータコア、１０４ ロータマグネット、１０６ センサマグネット、１０６ａ 上層、１０６ｂ 下層、１０７ 孔部、１０８ 雌ねじ、１０９ ねじ送り機構、１１４ ストッパ、１１６ スプリング、１１８ 回路基板、１１９ 磁気センサ、１２６ センサマグネット、１４２ 軸端部、２０６ センサマグネット、２０６ａ 上層、２０６ｂ 下層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】