特開 2023-57584 電動弁装置、情報処理装置および情報処理プログラム

(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】P2023057584

(43)【公開日】2023-04-24

(54)【発明の名称】電動弁装置、情報処理装置および情報処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20230417BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20230417BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 K

F16K37/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021167129

(22)【出願日】2021-10-12

(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】弁理士法人インターブレイン

(72)【発明者】

【氏名】志水 亮介

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 智宏

【テーマコード（参考）】

3H062

3H065

【Ｆターム（参考）】

3H062AA02

3H062CC02

3H062DD01

3H062EE06

3H062FF07

3H062HH04

3H062HH08

3H065AA01

3H065BA02

3H065BB18

(57)【要約】

【課題】 電動弁において、原点検出を行わなくても弁体の絶対位置を検出可能な技術を提供する。
【解決手段】 電動弁２は、ロータ６０と一体的に回転しつつ弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネット１０６と、ロータ６０の回転運動を弁体３４の軸線運動に変換するねじ送り機構１０９と、センサマグネット１０６の磁力線を検出し、ロータ６０の回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、センサマグネット１０６の軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサ１１９と、を含む。情報処理装置４は、第２信号に基づき、弁体３４が予め設定された原点に位置する状態からのロータ６０の開弁方向への回転回数を特定する回転特定部と、特定された回転回数と第１信号に対応する回転角度とに基づき、弁体３４の原点からの変位である絶対位置を判定する弁開度判定部と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動弁および情報処理装置を備える電動弁装置であって、
前記電動弁は、
流体通路を有するボディと、
前記流体通路に設けられた弁部の開度を調整する弁体と、
前記弁体を駆動するロータと、
前記ロータと一体的に回転しつつ前記弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネットと、
前記ロータの回転運動を前記弁体の軸線運動に変換するねじ送り機構と、
前記センサマグネットの磁力線を検出し、前記ロータの回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、前記センサマグネットの軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサと、
を含み、
前記情報処理装置は、
前記第２信号に基づき、前記弁体が予め設定された原点に位置する状態からの前記ロータの開弁方向への回転回数を特定する回転特定部と、
特定された回転回数と前記第１信号に対応する回転角度とに基づき、前記弁体の前記原点からの変位である絶対位置を判定する弁開度判定部と、
を含むことを特徴とする電動弁装置。

【請求項2】

前記回転特定部は、前記磁気センサにより検出される磁束密度の大きさと前記ロータの回転回数との対応関係を示す第１判定基準を保持し、前記第２信号に基づく磁束密度の大きさを用いて前記第１判定基準を参照することで前記ロータの回転回数を特定し、
前記弁開度判定部は、各回転回数における前記ロータの回転角度と前記絶対位置との対応関係を示す第２判定基準とを保持し、特定された回転回数と前記第１信号に基づく回転角度とを用いて前記第２判定基準を参照することで前記絶対位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の電動弁装置。

【請求項3】

前記情報処理装置は、前記絶対位置に関する情報を外部装置に出力する出力部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁装置。

【請求項4】

前記センサマグネットが前記ロータと同軸状に配置され、
前記磁気センサは、前記ロータの軸線上に配置されてい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装置。

【請求項5】

前記センサマグネットと隣接するように磁性体からなるヨークが配置さ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装置。

【請求項6】

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請求項１～５のいずれかに記載の電動弁装置。

【請求項7】

流体通路を有するボディと、
前記流体通路に設けられた弁部の開度を調整する弁体と、
前記弁体を駆動するロータと、
前記ロータと一体的に回転しつつ前記弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネットと、
前記ロータの回転運動を前記弁体の軸線運動に変換するねじ送り機構と、
前記センサマグネットの磁力線を検出し、前記ロータの回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、前記センサマグネットの軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサと、
を備える電動弁に適用される情報処理装置であって、
前記磁気センサから出力された信号を取得する信号取得部と、
前記第２信号に基づき、前記弁体が予め設定された原点に位置する状態からの前記ロータの開弁方向への回転回数を特定する回転特定部と、
特定された回転回数と前記第１信号に対応する回転角度とに基づき、前記弁体の前記原点からの変位である絶対位置を判定する弁開度判定部と、
を備えることを特徴とする情報処理装置。

【請求項8】

流体通路を有するボディと、
前記流体通路に設けられた弁部の開度を調整する弁体と、
前記弁体を駆動するロータと、
前記ロータと一体的に回転しつつ前記弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネットと、
前記ロータの回転運動を前記弁体の軸線運動に変換するねじ送り機構と、
前記センサマグネットの磁力線を検出し、前記ロータの回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、前記センサマグネットの軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサと、
を備える電動弁に接続されたコンピュータに、
前記磁気センサから出力された信号を取得する機能と、
前記第２信号に基づき、前記弁体が予め設定された原点に位置する状態からの前記ロータの開弁方向への回転回数を特定する機能と、
特定された回転回数と前記第１信号に対応する回転角度とに基づき、前記弁体の前記原点からの変位である絶対位置を判定する機能と、
を発揮させることを特徴とする情報処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電動弁装置に関し、特に弁体の絶対位置を検出する方法に関する。

【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１参照）。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。

【0004】

この弁体の軸線方向位置は、予め定める原点からの変位である絶対位置として把握される。この原点は、具体的には閉弁時にストッパによりロータの回転が規制されるときの位置であって、弁開度を制御する際の基準となる（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１３５９０８号公報

【特許文献2】特開２０２０－２０４３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電動弁の制御部は、弁開度の制御を行うにあたって弁体の絶対位置を把握し続ける必要がある。このため、その絶対位置は逐次記憶更新されることとなるが、電動弁の電断時にはその記憶は消去される。このため、電動弁の起動ごとにロータを閉弁方向に回転させて原点検出を行うためのイニシャル処理を行わなければならない。この点で、電動弁の制御開始までに時間を要するといった問題があった。

【0007】

本発明の目的の一つは、電動弁において原点検出を行わなくても弁体の絶対位置を検出可能な技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある態様は、電動弁および情報処理装置を備える電動弁装置である。電動弁は、流体通路を有するボディと、流体通路に設けられた弁部の開度を調整する弁体と、弁体を駆動するロータと、ロータと一体的に回転しつつ弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネットと、ロータの回転運動を弁体の軸線運動に変換するねじ送り機構と、センサマグネットの磁力線を検出し、ロータの回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、センサマグネットの軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサと、を含む。情報処理装置は、第２信号に基づき、弁体が予め設定された原点に位置する状態からのロータの開弁方向への回転回数を特定する回転特定部と、特定された回転回数と第１信号に対応する回転角度とに基づき、弁体の原点からの変位である絶対位置を判定する弁開度判定部と、を含む。

【0009】

本発明の別の態様は、電動弁に適用される情報処理装置である。電動弁は、流体通路を有するボディと、流体通路に設けられた弁部の開度を調整する弁体と、弁体を駆動するロータと、ロータと一体的に回転しつつ弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネットと、ロータの回転運動を弁体の軸線運動に変換するねじ送り機構と、センサマグネットの磁力線を検出し、ロータの回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、センサマグネットの軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサと、を備える。情報処理装置は、磁気センサから出力された信号を取得する信号取得部と、第２信号に基づき、弁体が予め設定された原点に位置する状態からのロータの開弁方向への回転回数を特定する回転特定部と、特定された回転回数と第１信号に対応する回転角度とに基づき、弁体の原点からの変位である絶対位置を判定する弁開度判定部と、を備える。

【0010】

本発明のさらに別の態様は、電動弁に適用される情報処理プログラムである。電動弁は、流体通路を有するボディと、流体通路に設けられた弁部の開度を調整する弁体と、弁体を駆動するロータと、ロータと一体的に回転しつつ弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能なセンサマグネットと、ロータの回転運動を弁体の軸線運動に変換するねじ送り機構と、センサマグネットの磁力線を検出し、ロータの回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、センサマグネットの軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する磁気センサと、を備える。情報処理プログラムは、その電動弁に接続されたコンピュータに、磁気センサから出力された信号を取得する機能と、第２信号に基づき、弁体が予め設定された原点に位置する状態からのロータの開弁方向への回転回数を特定する機能と、特定された回転回数と第１信号に対応する回転角度とに基づき、弁体の原点からの変位である絶対位置を判定する機能と、を発揮させる。

【0011】

これらの態様によると、磁気センサから出力された第２信号に基づいて、弁体が原点に位置した状態からのロータの回転回数が把握される。その回転回数と弁体の軸線方向位置との間には対応関係があるため、その回転回数に基づいて弁体のおおよその位置を特定できる。さらに、磁気センサから出力された第１信号に基づいて、各回転回数におけるロータの回転角度が把握される。回転角度と各回転回数における弁体の軸線方向位置との間には対応関係があるため、その回転角度に基づいて弁体の詳細な位置を特定できる。すなわち、これらの態様によれば、原点検出を行わなくても、ロータの回転回数と回転角度とに基づいて弁体の絶対位置を特定できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、電動弁において原点検出を行わなくても弁体の絶対位置を検出可能な技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る電動弁の構造を表す断面図である。

【図2】バルブユニットの構造を表す断面図である。

【図3】ロータの構成を表す図である。

【図4】センサマグネットから発生する磁力線と磁気センサとの関係を示す模式図である。

【図5】センサマグネットの平面図である。

【図6】ロータの回転角度とセンサ出力値との関係を示す図である。

【図7】弁体のストロークとセンサ出力値との関係を示す図である。

【図8】角度値とステップとの関係を示す図である。

【図9】情報処理装置の機能ブロック図である。

【図10】回転回数特定テーブルを模式的に表す図である。

【図11】絶対位置判定処理の処理過程を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。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。

【0015】

図１は、実施形態に係る電動弁の構造を表す断面図である。
電動弁装置１は、車両制御システムの一部であるエアコンシステムに適用される。電動弁装置１は、冷凍サイクルに設置される電動弁２と、電動弁２の開度の検出および制御を行う情報処理装置４とを一体に組み付けて構成される。

【0016】

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２は、その膨張弁として機能する。情報処理装置４は、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信などの通信ラインを介してエアコンシステムの電子制御装置（Electronic Control Unit：以下、「エアコンＥＣＵ」ともいう）と接続される。エアコンＥＣＵは、情報処理装置４からみた「外部装置」の一つである。

【0017】

電動弁２は、バルブユニット１００と通路ボディ２００とを組み付けて構成される。バルブユニット１００は、ロータユニット９０とステータユニット９２とを含む。ロータユニット９０とステータユニット９２のそれぞれが、通路ボディ２００に固定される。ステータユニット９２は、接続部材１０１を介して通路ボディ２００に固定される。接続部材１０１は、ステータユニット９２に固着される金属プレート１０３と、金属プレート１０３を通路ボディ２００に固定するためのねじ１０５を含む。

【0018】

通路ボディ２００は、例えばアルミニウム合金などの金属からなり、概略角柱形状をなしている。通路ボディ２００の側部には、導入ポート２０２、導出ポート２０４、導入ポート２０６および導出ポート２０８が設けられている。導入ポート２０２には凝縮器側から延びる配管が接続され、導出ポート２０４には蒸発器の入口につながる配管が接続される。導入ポート２０６には蒸発器の出口につながる配管が接続され、導出ポート２０８には圧縮機側へ延びる配管が接続される。

【0019】

通路ボディ２００には、導入ポート２０２と導出ポート２０４とをつなぐ第１通路２１０と、導入ポート２０６と導出ポート２０８とをつなぐ第２通路２１２が形成されている。第１通路２１０および第２通路２１２は「流体通路」として機能する。第１通路２１０と第２通路２１２は、隔壁２１４により上下に離隔されている。通路ボディ２００の上部には、取付孔２１６が上方に向けて開口している。取付孔２１６は、第１通路２１０と連通している。取付孔２１６の開口端近傍には、雌ねじ部２１８が形成されている。

【0020】

バルブユニット１００は、弁部を収容するバルブボディ５を有する。バルブボディ５の外周面には、雌ねじ部２１８と螺合可能な雄ねじ部１０が形成されている。バルブユニット１００を通路ボディ２００に組み付ける際には、シールリング２０（Ｏリング）を取り付けたバルブボディ５を取付孔２１６に挿入する。雄ねじ部１０と雌ねじ部２１８とを螺合させ、バルブボディ５を通路ボディ２００に締結させる。

【0021】

通路ボディ２００の上面には、取付孔２１６をとり囲むように環状のシール収容部２２２（環状溝）が設けられており、シールリング２２０（Ｏリング）が嵌着されている。バルブボディ５を通路ボディ２００に締結させたとき、通路ボディ２００の上面とバルブボディ５との間にシールリング２２０が介装される。シールリング２２０は、通路ボディ２００の内部から外部への冷媒の漏れを規制する。シールリング２０は、弁部の上流側通路と下流側通路との間をシールする。

【0022】

図２は、バルブユニット１００の構造を表す断面図である。
バルブユニット１００は、ロータユニット９０とステータユニット９２とを同軸状に組み付けて構成される。ロータユニット９０とステータユニット９２とは直接的には固定されておらず、それぞれが通路ボディ２００に固定されることで間接的に固定される。

【0023】

ロータユニット９０がバルブボディ５を有する。バルブボディ５は、ハウジング部材６とバルブシート部材８とを同軸状に組み付けて構成される。ハウジング部材６およびバルブシート部材８は、ともにステンレス鋼（以下「ＳＵＳ」と表記する）からなる。バルブシート部材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。ハウジング部材６はバルブシート部材８よりも溶接性に優れ、バルブシート部材８はハウジング部材６よりも加工性に優れている。

【0024】

ハウジング部材６は、大径部７と小径部９を一体に有し、外径が下方に向けて小さくなる段付円筒状をなす。大径部７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。大径部７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。小径部９の外周面に雄ねじ部１０が形成されている。図１にも示したように、小径部９の取付孔２１６への螺入により大径部７が通路ボディ２００に軸線方向に当接することにより、バルブボディ５の取付孔２１６への挿入量が規制される。

【0025】

ハウジング部材６の下部には、円穴状の凹状嵌合部１６が設けられている。バルブシート部材８は有底円筒状をなし、その上部が凹状嵌合部１６に挿通されている。すなわち、バルブシート部材８は、小径部９に対して内挿される挿通部１１と、小径部９から露出する露出部１３とを有する。露出部１３の外周面に環状の凹部１５が設けられている。小径部９の先端部が凹部１５に向けて半径方向内向きに加締められることで、バルブシート部材８がハウジング部材６に固定されている。

【0026】

バルブシート部材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。バルブシート部材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。

【0027】

バルブシート部材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。入口ポート２６が導入ポート２０２に連通し、出口ポート２８が導出ポート２０４に連通する（図１参照）。バルブシート部材８には入口ポート２６と出口ポート２８とを連通させる内部通路が形成されている。ハウジング部材６およびバルブシート部材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。

【0028】

バルブボディ５の内方には、ロータユニット９０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に着脱して弁部を開閉する。

【0029】

ハウジング部材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。ハウジング部材６の上部には、円穴状の凹状嵌合部３５が設けられている。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が凹状嵌合部３５の上部中央に挿入され、加締め接合により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。

【0030】

ロータユニット９０のロータ６０と、ステータユニット９２のステータ６４とは、二相ステッピングモータを構成する。ロータユニット９０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を配置する。キャン６６の外方にステータ６４が配置されている。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。

【0031】

キャン６６は、非磁性金属（例えばＳＵＳ）からなり、その下部がハウジング部材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の下端とハウジング部材６との境界に沿って溶接（全周溶接）が施されることにより、バルブボディ５とキャン６６との固定および気密性（シール）が実現されている。バルブボディ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。

【0032】

ステータ６４は、コイル６８が巻回されたボビン７０を、複数の極歯を有するヨーク７２に組み付けて構成される。ステータ６４は、ケース７６に内包されている。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。ステータユニット９２は、ステータ６４とケース７６との一体部品（本実施形態ではモールド成形品）である。

【0033】

ステータユニット９２は、中空構造を有し、ステータ６４がキャン６６を同軸状に挿通しつつロータユニット９０に組み付けられている。ハウジング部材６における係止部５２のやや下方の外周面にシール収容部８０が形成され、シールリング８２が嵌着されている。大径部７の外周面とケース７６の内周面との間にシールリング８２が介装される。

【0034】

キャン６６は、大径部７の上端部、つまり小径部９とは反対側に組み付けられている。そして、キャン６６と大径部７との溶接部が、ケース７６の内方においてシールリング８２に対して小径部９とは反対側に位置する。すなわち、その溶接部が第２シール構造よりもケース７６の軸線方向内方に位置するため、外部から侵入する水分に触れることもなく、その腐食が防止される。

【0035】

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。センサマグネット１０６は円環状の永久磁石であり、ロータコア１０２に同軸状に組み付けられている。すなわち、センサマグネット１０６は、ロータ６０と同軸状に配置される。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。ロータコア１０２は、ヨークとして機能する磁性体であり、ロータマグネット１０４およびセンサマグネット１０６に当接するように設けられることで、各マグネットの磁力を強化する。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

ステータユニット９２は、キャン６６の外側に回路基板１１８を有する。回路基板１１８は、情報処理装置４を構成し、ケース７６の内方に固定されている。回路基板１１８の下面にデータ処理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、樹脂製の蓋体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。

【0039】

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。磁気センサ１１９は、ロータ６０の軸線上に配置されている。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、センサマグネット１０６の磁力線を検出し、その磁束の変化を捉えることでロータ６０の変位量（ロータ６０の回転角度および軸線方向の移動量）を検出する。データ処理部は、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。

【0040】

ボビン７０からはコイル６８につながる端子１２０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１２２」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１２４が一体に設けられ、そのコネクタ部１２４の内方に接続端子１２２が配置されている。

【0041】

ロータ６０の下方にはストッパ９１が設けられる。特許文献２に示すようにストッパ９１の構成は既知である。弁体３４が閉弁方向に動作するとき、ガイド部材３６に形成された係止部（図示略）にストッパ９１が当接することにより、ロータ６０の弁閉方向への回転が完全に規制される。以下、このときのロータ６０の位置、言い換えれば、ストッパ９１が突部と当接するときの弁体３４の位置を「原点」とよぶ。

【0042】

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。

【0043】

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２４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、磁力の強化が図られている。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

次に、弁体の原点からの変位である絶対位置の検出方法について説明する。
図４は、センサマグネット１０６から発生する磁力線と磁気センサ１１９との関係を示す模式図である。本図は、磁気センサ１１９およびセンサマグネット１０６を側方から見た状態を示す。

【0048】

センサマグネット１０６は、上述のように、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で、磁力の強化がなされている。さらに、センサマグネット１０６と下面に隣接するようにロータコア１０２が配置されることによってもその磁力が強化されている。

【0049】

センサマグネット１０６のＮ極からＳ極に向けて磁力線が発生する（二点鎖線矢印参照）。磁気センサ１１９は、センサマグネット１０６の上方に位置してその磁力線を検出し、ロータ６０の回転角度に応じた第１信号を出力するとともに、センサマグネット１０６の軸線方向への移動に伴って変化する磁束密度の大きさに応じた第２信号を出力する。

【0050】

図５は、センサマグネット１０６の平面図である。
ステータ６４のコイル６８に通電することにより、ロータ６０に回転駆動力が付与される。ロータ６０の回転に連動して作動ロッド３２ひいては弁体３４が開弁方向又は閉弁方向に移動する。そのロータ６０の回転に連動してセンサマグネット１０６も回転する。そのセンサマグネット１０６の回転にともなって、センサマグネット１０６の磁界方向ＭＡも変化する。図示のようにＸＹ座標系を設定したとき、磁界方向ＭＡがＸ軸となす角度をθとする。磁気センサ１１９は、特許文献１の角度センサに示す既知の方法にて、センサマグネット１０６の回転角度θを検出する。

【0051】

図６は、ロータ６０の回転角度とセンサ出力値との関係を示す図である。本図の横軸はロータ６０の回転角度を示し、縦軸は磁気センサ１１９の出力値（「第１センサ値」という）を示す。第１センサ値は、さらに磁気センサ１１９により「下限値ＤＡ～上限値ＴＡ」の範囲で正規化される。下限値ＤＡ、上限値ＴＡは任意に設定可能である。磁気センサ１１９は、ロータ６０の回転角度（つまりセンサマグネット１０６の回転角度）に対応してノコギリ型の波形にて第１センサ値を出力する。この第１センサ値が「第１信号」に対応する。すなわち、このセンサ値に基づいてロータ６０の回転角度を判定できる。以下、第１センサ値を上記範囲にて正規化した値を「角度値」ともよぶ。

【0052】

図７は、弁体３４のストロークとセンサ出力値との関係を示す図である。本図の横軸は弁体３４の原点から開弁方向へのストローク（変位量）を示し、縦軸は磁束密度に関する磁気センサ１１９の出力値（「第２センサ値」という）を示す。図示のように、弁体３４のストロークが大きくなるほど、つまりセンサマグネット１０６が磁気センサ１１９に近づくほど第２センサ値が大きくなる。このことは、磁束密度の大きさ（絶対値）と弁体３４のストロークとの間に相関があること、すなわち、第２センサ値とロータ６０の回転回数との間に相関があることを意味する。

【0053】

図８は、角度値とステップとの関係を示す図である。
本実施形態において、弁体３４を原点（閉弁状態）から最大リフト位置（弁部の全開状態）まで移動させるとき、ロータ６０は合計４回転する。制御回路が二相のコイル６８に供給する駆動電流を変化させることにより、各コイル６８の磁界方向を変化させることでロータ６０を回転させる。制御回路は、ロータ６０をｕ１度単位で回転させる。この単位回転量を「ステップ」とよぶ。

【0054】

１回転あたりのステップ数をＳＭ（＝３６０／ｕ１）とすると、図中のＳＭ１＝ＳＭ、ＳＭ２＝２ＳＭ、ＳＭ３＝３ＳＭ、ＳＭ４＝４ＳＭとなり、制御回路は弁体３４の動作範囲においてロータ６０に合計ＳＭ４ステップ分の回転を指示することになる。ロータ６０の４回転に対応して、角度値はＤＡ～ＴＡの間で４回変化する。言い換えれば、原点からのロータ６０の回転回数としてＮ０（０～１回転）、Ｎ１（１～２回転）、Ｎ２（２～３回転）、Ｎ３（３～４回転）のそれぞれにおいて、角度値がＤＡ～ＴＡの間で変化する。

【0055】

ロータ６０の回転回数については、上述のように、磁気センサ１１９により検出される磁束密度の大きさ（第２センサ値）に基づいて判定できる。第２センサ値が「第２信号」に対応する。ロータ６０の回転回数が増加するにつれてセンサマグネット１０６が磁気センサ１１９に近づくため、磁気センサ１１９が検出する磁束密度が大きくなる。このため、センサマグネット１０６の軸線方向への移動に伴って磁気センサ１１９が出力する信号（第２信号）に基づいて、ロータ６０の回転回数が大まかにみてＮ０～Ｎ４のいずれの範囲にあるかを判定できる。

【0056】

図示のように、ロータ６０の回転回数と回転角度（角度値）から、原点からのステップ数が一意に定まる。そのステップ数は弁体３４の絶対位置に対応する。すなわち、ロータ６０の回転回数と回転角度に基づき、弁体３４の絶対位置を判定できる。

【0057】

なお、図８に示される角度値とロータ６０の回転角度との関係、回転回数ごとの角度値とステップ（つまり弁体３４の絶対位置）との関係については、「基準情報（制御マップ）」として電動弁２の製造時に設定されるが、適宜更新してもよい。制御回路は、原点を基準としてステップ数を指定することにより、弁体３４の移動量、つまり電動弁２の弁開度を制御する。

【0058】

図９は、情報処理装置４の機能ブロック図である。
情報処理装置４の各構成要素は、回路基板１１８上における制御回路（マイクロコンピュータ）、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェア（制御回路）と、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバおよびアプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

【0059】

情報処理装置４は、データ処理部１５２、通信部１５４、データ格納部１５６およびロータインタフェース部１５８を含む。
通信部１５４は、接続端子１２２を介して外部装置（エアコンＥＣＵ）に対するインタフェースとして機能する。ロータインタフェース部１５８は、ロータ６０の回転に関して機能する磁気センサ１１９およびコイル６８に対するインタフェースとして機能する。データ格納部１５６は、基準情報（制御マップ）を記憶する。データ処理部１５２は、通信部１５４やロータインタフェース部１５８から取得された各種データおよびデータ格納部１５６に記憶されたデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１５２は、通信部１５４、ロータインタフェース部１５８およびデータ格納部１５６のインタフェースとしても機能する。

【0060】

通信部１５４は、外部装置からデータおよびコマンドを受信する受信部１６０と、外部装置にデータを送信する送信部１６２を含む。

【0061】

ロータインタフェース部１５８は、回転指示部１６４および信号取得部１６６を含む。回転指示部１６４は、励磁パターンに応じて、各コイル６８に駆動電流を出力する。信号取得部１６６は、磁気センサ１１９から出力された第１信号および第２信号を取得する。

【0062】

データ処理部１５２は、回転特定部１６８、弁開度判定部１７０および回転制御部１７２を含む。回転特定部１６８は、磁気センサ１１９から出力された第２信号に基づき、弁体３４が原点に位置する状態からのロータ６０の開弁方向への回転回数を特定する。また、回転特定部１６８は、磁気センサ１１９から出力された第１信号に基づき、ロータ６０の回転角度を特定する。

【0063】

弁開度判定部１７０は、特定されたロータ６０の回転回数と回転角度とに基づき、弁体３４の原点からの変位である絶対位置を判定する。回転制御部１７２は、弁体３４の絶対位置に対応する弁開度（「実弁開度」ともいう）と、目標とする弁開度（「目標弁開度」ともいう）とに基づいて励磁パターンを設定し、回転指示部１６４から出力する駆動電流を制御する。すなわち、情報処理装置４は、「弁開度検出装置」として機能するとともに「電動弁制御装置」として機能する。

【0064】

回転特定部１６８は、ロータ６０の回転回数を特定するために参照する回転回数特定テーブルを保持する。弁開度判定部１７０は、弁体３４の絶対位置を特定するために参照する絶対位置特定テーブルを保持する。回転回数特定テーブルが「第１判定基準」に対応し、絶対位置特定テーブルが「第２判定基準」に対応する。これらのテーブルは、データ格納部１５６に記憶されている。データ格納部１５６には、これら回転回数や絶対位置を特定するための情報処理プログラムが格納されている。なお、この情報処理プログラム等は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。

【0065】

図１０は、回転回数特定テーブルを模式的に表す図である。
回転回数特定テーブル１８０には、磁気センサ１１９により検出される磁束密度Ｂの範囲とロータ６０の回転回数Ｎとの対応関係が設定されている。具体的には、Ｂ＝２５～３０（ｍＴ）に対してＮ＝Ｎ０（０～１回転）、Ｂ＝３０～４０（ｍＴ）に対してＮ＝Ｎ１（１～２回転）、Ｂ＝４０～６０（ｍＴ）に対してＮ＝Ｎ２（２～３回転）、Ｂ＝６０～９０（ｍＴ）に対してＮ＝Ｎ３（３～４回転）とされている。このように、回転回数Ｎは範囲値（おおよその値）として設定される。回転特定部１６８は、第２信号から得られる磁束密度Ｂの値を用いて回転回数特定テーブル１８０を参照し、ロータ６０の回転回数Ｎを特定する。

【0066】

一方、絶対位置特定テーブルについては図示を省略するが、図８に関連して説明した基準情報（制御マップ）に対応するものでよい。すなわち、図８におけるステップ値が弁体３４の絶対位置と対応し、角度値がロータ６０の回転角度θと対応する。このため、絶対位置特定テーブルには、回転回数Ｎおとび回転角度θと絶対位置との対応関係が設定されている。弁開度判定部１７０は、第１信号に基づいて特定される回転角度θと、第２信号に基づいて特定される回転回数Ｎとを用いて絶対位置特定テーブルを参照し、弁体３４の絶対位置を特定する。

【0067】

データ処理部１５２は、外部装置からの要求があった場合には、弁体３４の絶対位置に関する情報を送信部１６２から送信させる。送信部１６２は「出力部」として機能する。

【0068】

図１１は、絶対位置判定処理の処理過程を示すフローチャートである。
本処理は、電動弁２の起動時（電源投入時）および外部装置からの指令等を契機に実行される。

【0069】

信号取得部１６６が、磁気センサ１１９からのセンサ情報（第１信号および第２信号）を取得する（Ｓ１０）。回転特定部１６８は、第１信号に基づいて回転角度θを特定する一方（Ｓ１２）、第２信号に基づいてロータ６０の回転回数Ｎを特定する（Ｓ１４）。弁開度判定部１７０は、これら回転角度θおよび回転回数Ｎを用いて絶対位置特定テーブルを参照し、弁体３４の絶対位置を特定し（Ｓ１６）、その絶対位置情報を出力する（Ｓ１８）。外部装置（エアコンＥＣＵ）から要求があった場合には、データ処理部１５２は、この絶対位置情報を送信部１６２に送信させる。

【0070】

回転制御部１７２は、この絶対位置情報を用いて弁開度の制御を実行する。すなわち、回転制御部１７２は、絶対位置に対応する実弁開度と目標弁開度とに基づき、その目標弁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制御指令（励磁パターン）を出力する。回転指示部１６４は、その励磁パターンに応じて、各コイル６８に駆動電流を出力する。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。

【0071】

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。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２が膨張弁として機能するとき、弁部は小開度に制御される。

【0072】

以上説明したように、本実施形態では、磁気センサ１１９から出力される第１信号および第２信号に基づいて現在のロータ６０の回転回数と回転角度を特定でき、その両者に基づいて弁体３４の絶対位置、つまり弁開度を判定できる。すなわち、原点検出を行わなくても弁体の絶対位置を検出できる。このため、電動弁２による弁開度制御を速やかに開始することができる。

【0073】

本実施形態では特に、センサマグネット１０６を両面着磁とし、さらにヨークを隣接配置することで磁力の強化がなされる。このため、弁開度が小さいときなど、センサマグネット１０６と磁気センサ１１９とが大きく離間するような状態にあったとしても、磁気センサ１１９にて磁束密度の変化を良好に検出でき、回転回数を正確に特定できる。

【0074】

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。

【0075】

上記実施形態では、ロータコア１０２の上面にセンサマグネット１０６を当接させるように配置する構成を例示した。変形例においては、ロータコア１０２の内周面又は外周面に当接するようにセンサマグネット１０６を組み付けてもよい。すなわち、センサマグネット１０６の周囲に隣接するように磁性体（ヨーク）を配置することで、センサマグネット１０６の磁力を強化でき、磁気センサ１１９による軸線方向の変位検出を容易にすることができる。センサマグネット１０６は、ロータ６０と同軸状に配置されなくてもよい。磁気センサ１１９は、ロータ６０の軸線からオフセットした位置に配置されてもよい。

【0076】

上記実施形態では、センサマグネット１０６がロータ６０に組み付けられ、ロータ６０と一体に軸線方向に変位する構成を例示した。変形例においては、センサマグネットを作動ロッドに固定してもよい。弁体は、作動ロッドと一体に設けられる。そして、ロータは軸線方向に変位せず、作動ロッドがロータと相対変位するように軸線方向に変位してもよい。例えば、作動ロッドをロータ対してキー溝等で回転方向にのみ接続し、ねじ送り機構で軸線方向に作動できるようにしてもよい。

【0077】

このような構成によれば、ロータが軸線方向に移動しなくても、作動ロッドに固定されたセンサマグネットが上下動することで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、弁部の開度に応じてセンサマグネットが軸線方向に移動できればよい。センサマグネットが、ロータと一体的に回転しつつ弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能であればよい。なお、上記実施形態では、閉弁時に弁体が弁座に着座した後、センサマグネットがロータと共にわずかに軸線方向に変位するが、センサマグネットの作動全体からみれば、弁部の開度に応じて軸線方向に移動可能であることは言うまでもない。

【0078】

上記実施形態では、「第１判定基準」および「第２判定基準」をテーブルにて実現し、情報処理プログラムの実行過程でこれらを参照する構成を例示した。変形例においては、情報処理プログラムそのものにこれらを定義してもよい。

【0079】

上記実施形態では、電動弁２として、弁体３４が弁座２４に着脱して弁部を開閉する構成を例示した。変形例においては、弁体が弁孔に挿抜されて弁部を開閉するスプール弁としてもよい。弁体は、弁孔に接離して弁部を開閉し、また弁部の開度を調整するものでよい。ここで、「接離」とは接近又は離間することを意味し、弁座に着脱する場合と弁孔に挿抜される場合の双方を含む。スプール弁とする場合、ストッパによりロータの回転が停止されるときの弁体の位置を原点としてよい。また、閉弁状態においても流体の漏洩を許容する所定のクリアランスが形成されるものでもよい。

【0080】

上記実施形態では、極歯を有するヨークを含むステータとした。変形例においては、積層コアを含むステータなどでもよい。

【0081】

上記実施形態では、ステータユニット９２を二相ステッピングモータとしたが、三相ステッピングモータとして構成してもよい。

【0082】

上記実施形態では、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として構成してもよい。

【0083】

上記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、冷凍サイクルにコンデンサ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。

【0084】

上記実施形態では、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、給湯装置の湯水や油圧制御装置の作動液（作動油）など冷媒以外の流体の流れを制御する電動弁として構成してもよい。

【0085】

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】

【0086】

１ 電動弁装置、２ 電動弁、４ 情報処理装置、５ バルブボディ、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、６０ ロータ、６２ 回転軸、６４ ステータ、６６ キャン、６８ コイル、９０ ロータユニット、９１ ストッパ、９２ ステータユニット、１００ バルブユニット、１０２ ロータコア、１０４ ロータマグネット、１０６ センサマグネット、１０９ ねじ送り機構、１１８ 回路基板、１１９ 磁気センサ、１５２ データ処理部、１５４ 通信部、１５６ データ格納部、１５８ ロータインタフェース部、１６４ 回転指示部、１６６ 信号取得部、１６８ 回転特定部、１７０ 弁開度判定部、１７２ 回転制御部、１８０ 回転回数特定テーブル、２００ 通路ボディ、２１０ 第１通路、２１２ 第２通路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】