特開 2025-39741 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】P2025039741

(43)【公開日】2025-03-21

(54)【発明の名称】電動弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20250313BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20250313BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 A

F16K31/04 K

F16K37/00 D

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2025003183

(22)【出願日】2025-01-09

(62)【分割の表示】P 2022070400の分割

【原出願日】2022-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】110002608

【氏名又は名称】弁理士法人オーパス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荒井 裕介

(72)【発明者】

【氏名】吉田 竜也

(72)【発明者】

【氏名】早川 潤哉

(72)【発明者】

【氏名】細谷 岳史

(57)【要約】

【課題】絞り流路の面積のばらつきを抑制できかつ所望の流量特性を得ることができる電動弁を提供する。
【解決手段】電動弁の弁体４０は、単一のテーパー形状を有する制御部４５を有する。弁体４０は、ステッピングモーターの回転によって閉弁位置と全開位置との間の移動区間で移動される。弁体４０が閉弁位置にあるとき、制御部４５の外周面である制御面４６が弁座１６に接する。弁体４０が閉弁位置から移動して移動区間にあるとき、弁座１６と制御面４６との間に絞り流路が形成される。移動区間が、閉弁位置と第１位置との間の第１区間と、第１位置と第２位置との間の第２区間と、を含む。制御装置が、弁体４０が第１区間にあるときのステップ角度を、弁体４０が第２区間にあるときのステップ角度より小さくする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁口および前記弁口を囲む弁座を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、前記弁体を移動させるためのステッピングモーターと、前記ステッピングモーターを制御する制御装置と、を有する電動弁の弁体位置取得方法であって、
前記弁体が、単一のテーパー形状を有する制御部を有し、
前記弁体が、前記ステッピングモーターの回転によって閉弁位置と全開位置との間の移動区間で移動され、
前記弁体が前記閉弁位置から移動して前記移動区間にあるとき、前記弁座と前記制御部の外周面との間に絞り流路が形成され、
前記弁体位置取得方法が、
前記制御装置に接続される設定装置が、前記弁体の位置と、当該位置における前記弁口を流れる流体の流量と、の組み合わせを２つ以上取得する工程と、
前記設定装置が、前記組み合わせと前記弁体が前記閉弁位置にあるときの設計上の前記流量とに基づいて、前記位置と前記流量との関係を示す一次関数の式を求める工程と、
前記設定装置が、前記一次関数の式を用いて前記弁体の現在位置を取得する工程と、を含むことを特徴とする電動弁の弁体位置取得方法。

【請求項2】

前記弁体位置取得方法が、
前記設定装置が、前記弁体を前記現在位置から前記閉弁位置に移動させ、前記現在位置として前記閉弁位置を示す情報を前記制御装置に格納する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の電動弁の弁体位置取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動弁および電動弁の弁体位置取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、従来の電動弁の一例を開示している。このような電動弁は、エアコンなどが有する冷凍サイクルに組み込まれる。電動弁は、弁本体と、弁体と、弁体を移動させるためのステッピングモーターと、を有している。ステッピングモーターは、ローターとステーターとを有している。ステッピングモーターにパルスが入力されるとローターが回転する。ローターの回転に応じて弁体が移動し、弁本体の弁口を流れる流体（冷媒）の流量が変化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１７９１３３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１５に、従来の電動弁が有する弁体の一例を示す。図１５に示す弁体９４０は、制御部９４５と、着座部９４７と、を有している。制御部９４５および着座部９４７は、テーパー形状を有している。制御部９４５のテーパー角度は、着座部９４７のテーパー角度より小さい。着座部９４７の下端に、制御部９４５の上端が接続されている。制御部９４５の外周面は、テーパー面である制御面９４６である。着座部９４７の外周面はテーパー面である着座面９４８である。弁本体９１０は、弁口９１５と、弁座９１６と、を有している。弁座９１６は、内向きのテーパー面であり、弁口９１５を囲んでいる。弁口９１５の上端９１５ａには、弁座９１６の内周縁９１６ａが接続されている。

【0005】

着座面９４８が弁座９１６の内周縁９１６ａ（すなわち弁口９１５の上端９１５ａ）に接すると、弁口９１５が閉じる。このとき、弁体９４０は閉弁位置にある。そして、着座面９４８が弁座９１６から離れると、弁口９１５が開き、弁体９４０と内周縁９１６ａとの間に絞り流路が形成される。具体的には、着座面９４８が弁座９１６から離れた直後は、着座面９４８と内周縁９１６ａとの間に絞り流路が形成される（第１状態）。着座面９４８が弁座９１６からさらに離れると、制御面９４６と内周縁９１６ａとの間に絞り流路が形成される（第２状態）。

【0006】

図１６に示すグラフは、従来の電動弁における弁開度と絞り流路の面積との関係の一例を模式的に示している。弁開度は、弁体９４０の弁座９１６に対する位置（閉弁位置からの移動量）を示す。弁開度は、弁体９４０が閉弁位置にあるときを０％とし、弁体９４０が全開位置にあるときを１００％として、パーセンテージで示している。絞り流路の面積は、弁体９４０が閉弁位置にあるときを０％とし、弁体９４０が全開位置にあるときを１００％として、パーセンテージで示している。

【0007】

図１６に示すように、弁口９１５、弁座９１６および弁体９４０の寸法が公差内であっても、線Ａで示される関係を有する電動弁もあれば、線Ｂで示される関係を有する電動弁もある。図１６において、線Ａの第１状態に対応する部分に符号ａ１を付し、第２状態に対応する部分に符号ａ２を付している。線Ｂの第１状態に対応する部分に符号ｂ１を付し、線Ｂの第２状態に対応する部分に符号ｂ２を付している。弁開度における第１状態に対応する区間では、寸法の違いが絞り流路の面積に大きく影響する。そのため、第１状態が存在することにより、電動弁において絞り流路の面積（すなわち、流体の流量）のばらつきが大きい。

【0008】

例えば、制御面９４６が弁座９１６に接する構成を有する電動弁では、第１状態がなく第２状態のみ有し、絞り流路の面積のばらつきを抑制できる。しかしながら、弁座９１６の摩耗を抑制するため、制御部９４５がテーパー角度の比較的大きいテーパー形状を有する必要がある。そのため、電動弁において、制御部９４５の形状に制約があり、所望の流量特性を得ることができない。

【0009】

そこで、本発明は、絞り流路の面積のばらつきを抑制できかつ所望の流量特性を得ることができる電動弁および電動弁の弁体位置取得方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動弁は、弁口および前記弁口を囲む弁座を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、前記弁体を移動させるためのステッピングモーターと、前記ステッピングモーターを制御する制御装置と、を有する電動弁であって、前記弁体が、単一のテーパー形状を有する制御部を有し、前記弁体が、前記ステッピングモーターの回転によって閉弁位置と全開位置との間の移動区間で移動され、前記弁体が前記閉弁位置にあるとき、前記制御部の外周面が前記弁座に接し、前記弁体が前記閉弁位置から移動して前記移動区間にあるとき、前記弁座と前記外周面との間に絞り流路が形成され、前記移動区間が、前記閉弁位置と第１位置との間の第１区間と、前記第１位置と第２位置との間の第２区間と、を含み、前記第２位置は、前記第１位置よりも前記閉弁位置から遠くにあり、前記制御装置が、前記弁体が前記第１区間にあるときの前記ステッピングモーターのステップ角度と、前記弁体が前記第２区間にあるときの前記ステップ角度と、を異なる角度にすることを特徴とする。

【0011】

本発明において、前記弁体が前記第１区間にあるときの前記ステップ角度が、前記弁体が前記第２区間にあるときの前記ステップ角度よりも小さい、ことが好ましい。

【0012】

本発明において、前記ステッピングモーターが、マグネットローターと、Ａ相ステーターと、Ｂ相ステーターと、を有し、前記弁体が前記第１区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの動作をマイクロステップ動作とし、前記弁体が前記第２区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの動作をフルステップ動作とする、ことが好ましい。

【0013】

本発明において、前記ステッピングモーターが、マグネットローターと、Ａ相ステーターと、Ｂ相ステーターと、を有し、前記弁体が前記第１区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの励磁モードを１－２相励磁とし、前記弁体が前記第２区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの励磁モードを２相励磁とする、ことが好ましい。

【0014】

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る電動弁の弁体位置取得方法は、弁口および前記弁口を囲む弁座を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、前記弁体を移動させるためのステッピングモーターと、前記ステッピングモーターを制御する制御装置と、を有する電動弁の弁体位置取得方法であって、前記弁体が、単一のテーパー形状を有する制御部を有し、前記弁体が、前記ステッピングモーターの回転によって閉弁位置と全開位置との間の移動区間で移動され、前記弁体が前記閉弁位置から移動して前記移動区間にあるとき、前記弁座と前記制御部の外周面との間に絞り流路が形成され、前記弁体位置取得方法が、前記弁体の位置と、当該位置における前記弁口を流れる流体の流量と、の組み合わせを２つ以上取得する工程と、前記組み合わせと前記弁体が前記閉弁位置にあるときの設計上の前記流量とに基づいて、前記位置と前記流量との関係を示す一次関数の式を求める工程と、前記一次関数の式を用いて前記弁体の現在位置を取得する工程と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る電動弁は、弁体が閉弁位置にあるとき、単一のテーパー形状を有する制御部の外周面が弁座に接する。弁体が閉弁位置から移動して移動区間にあるとき、弁座と制御部の外周面との間に絞り流路が形成される。これにより、絞り流路の面積のばらつきを抑制できる。また、制御装置が、弁体が第１区間にあるときのステッピングモーターのステップ角度と、弁体が第２区間にあるときのステップ角度と、を異なる角度にする。これにより、第１区間におけるステップ角度と第２区間におけるステップ角度とを適宜設定することで所望の流量特性を得ることができる。

【0016】

本発明に係る弁体位置取得方法は、（１）弁体の位置と、当該位置における弁口を流れる流体の流量と、の組み合わせを２つ以上取得する工程と、（２）前記組み合わせと弁体が閉弁位置にあるときの設計上の流量とに基づいて、位置と流量との関係を示す一次関数の式を求める工程と、（３）一次関数の式を用いて弁体の現在位置を取得する工程と、を含む。これにより、測定した流量に基づいて弁体の現在位置を取得することができる。そのため、電動弁において、閉弁位置でマグネットローターの回転を物理的に規制するストッパ機構を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施例に係る電動弁の断面図である。

【図2】電動弁のステーターユニットの断面図である。

【図3】電動弁の弁体が閉弁位置にあるときの弁体およびその近傍の断面図である。

【図4】電動弁の弁体が全開位置にあるときの弁体およびその近傍の断面図である。

【図5】電動弁における弁開度と流量との関係を示すグラフである。

【図6】電動弁のマグネットローターとステーターとの位置関係を説明する図である。

【図7】電動弁の機能ブロック図である。

【図8】電動弁の制御装置に格納されたパルス番号情報およびステップ角度情報に関するテーブルの一例を示す図である。

【図9】閉弁位置から全開位置までに割り当てられたパルス番号と弁体の位置との関係を説明する図である。

【図10】電動弁の弁体の位置と弁口を流れる流体の流量との関係の一例を示すグラフである。

【図11】電動弁の弁体の位置と弁口を流れる流体の流量との関係の他の一例を示すグラフである。

【図12】電動弁の弁体の位置と弁口を流れる流体の流量との関係の他の一例を示すグラフである。

【図13】電動弁の工場出荷時の設定を行うシステムの一例を示す図である。

【図14】図１の電動弁の変形例の構成を示す断面図である。

【図15】従来の電動弁が有する弁体およびその近傍の断面図である。

【図16】従来の電動弁における弁開度と絞り流路の面積との関係を表したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施例に係る電動弁１について、図１～図１３を参照して説明する。電動弁１は、例えば、空気調和機の冷凍サイクルに組み込まれ、空気調和機の制御ユニット４００からの命令に応じて動作する。制御ユニット４００は、電動弁１の外部にある外部装置である。

【0019】

図１は、本発明の一実施例に係る電動弁の断面図である。図２は、電動弁のステーターユニットの断面図である。図３、図４は、電動弁の弁体およびその近傍の断面図である。図３は、弁体が閉弁位置にある状態を示す。図４は、弁体が全開位置にある状態を示す。図１、図３、図４において、電動弁の弁軸および弁体を正面から見た状態で示す。

【0020】

図１、図２に示すように、電動弁１は、弁本体１０と、キャン２０と、駆動機構３０と、弁体４０と、制御装置８０と、を有している。

【0021】

弁本体１０は、アルミニウム合金などの金属製である。弁本体１０は、本体部材１１と、流路ブロック１２と、支持部材１３と、を有している。

【0022】

本体部材１１は、円筒形状を有している。本体部材１１は、弁室１４と、弁口１５と、弁座１６と、を有している。弁口１５は、弁室１４に開口している。弁座１６は、円環形状の内向きのテーパー面である。弁座１６は、弁室１４において弁口１５を囲んでいる。弁座１６の内周縁１６ａは、弁口１５の上端１５ａに接続されている。本体部材１１は、第１取付孔１１ａを有している。第１取付孔１１ａは、本体部材１１の上面１１ｂに配置されている。

【0023】

流路ブロック１２は、直方体形状を有している。流路ブロック１２は、第２取付孔１２ａを有している。第２取付孔１２ａは、流路ブロック１２の上面１２ｂに配置されている。本体部材１１は、第２取付孔１２ａに配置されている。本体部材１１は、ねじ構造により流路ブロック１２に取り付けられている。本体部材１１の上面１１ｂと流路ブロック１２の上面１２ｂとは、同一平面上にある。本体部材１１および流路ブロック１２には、流路１７と、流路１８と、が設けられている。流路１７は、弁室１４に接続されている。流路１８は、弁口１５を介して弁室１４に接続されている。なお、電動弁１において、流路ブロック１２を省略して、本体部材１１が直方体形状を有していてもよい。

【0024】

支持部材１３は、円筒形状を有している。支持部材１３は、第１取付孔１１ａに配置されている。支持部材１３は、ねじ構造により本体部材１１に取り付けられている。支持部材１３の上部は、本体部材１１の上面１１ｂから上方に突出している。支持部材１３の内周面には雌ねじ１３ｃが形成されている。

【0025】

キャン２０は、ステンレスなどの金属製である。キャン２０は、下端が開口しかつ上端が塞がれた円筒形状を有している。キャン２０の下端は、円環板形状の接続部材２５を介して支持部材１３の上部に固定されている。

【0026】

駆動機構３０は、弁体４０を上下方向（軸線Ｌ方向）に移動させる。駆動機構３０は、マグネットローター３１と、弁軸３４と、ステーターユニット５０と、を有している。

【0027】

マグネットローター３１は、上端が開口しかつ下端が塞がれた円筒形状を有している。マグネットローター３１の外径は、キャン２０の内径より小さい。マグネットローター３１の外周面には、複数のＮ極および複数のＳ極が形成されている。複数のＮ極および複数のＳ極は、上下方向に延在している。複数のＮ極および複数のＳ極は、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、マグネットローター３１は、Ｎ極を１２個有し、Ｓ極を１２個有している。

【0028】

弁軸３４は、円柱形状を有している。弁軸３４の上端は、マグネットローター３１の下端に同軸に固定されている。弁軸３４の外周面には、雄ねじ３４ｃが形成されている。弁軸３４は支持部材１３の内側に配置され、雌ねじ１３ｃと雄ねじ３４ｃとが螺合される。

【0029】

弁体４０は、弁室１４に配置されている。弁体４０は、弁口１５と上下方向に向かい合っている。弁体４０は、弁軸３４の下端に接続されている。弁軸３４と弁体４０とは、例えば、円柱形状のワークピースを切削加工して、一体的に形成される。

【0030】

弁体４０は、制御部４５を有している。制御部４５は、弁口１５に向かうにしたがって徐々に径が小さくなる単一のテーパー形状（円錐台形状）を有している。換言すると、制御部４５は、テーパー角度の異なる複数のテーパー形状を含む形状を有していない。制御部４５のテーパー角度は、弁座１６の摩耗を抑制可能な角度に設定されている。制御部４５のテーパー角度は、３０～６０度が好ましい。制御部４５の外周面は、制御面４６である。制御面４６は、外向きのテーパー面である。

【0031】

弁体４０は、駆動機構３０によって上下方向に移動される。弁体４０の移動によって弁口１５が開閉される。具体的には、弁体４０は、図３に示す閉弁位置Ｐａと図４に示す全開位置Ｐｚとの間で移動される。閉弁位置Ｐａと全開位置Ｐｚとの間は、弁体４０の移動区間である。閉弁位置Ｐａにおいて、制御面４６が弁座１６の内周縁１６ａに接する。全開位置Ｐｚにおいて、制御部４５の下端４５ａの上下方向の位置が内周縁１６ａの上下方向の位置と一致する。弁体４０が閉弁位置Ｐａから移動して移動区間にあるとき、内周縁１６ａと制御面４６との間に円環形状の隙間（絞り流路）が形成される。絞り流路の面積は、弁口１５を流れる流体の流量と密接な関係を有する。

【0032】

図５のグラフは、電動弁１における弁開度と流量との関係を示している。弁開度は、弁体４０の弁座１６に対する位置（閉弁位置Ｐａからの移動量）を示し、弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるときを０％とし、弁体４０が全開位置Ｐｚにあるときを１００％として、パーセンテージで示される。流量は、弁口１５を流れる流体の流量を示し、弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるときの流量を０％とし、全開位置Ｐｚにあるときの流量を１００％として、パーセンテージで示される。図５に示すように、電動弁１（弁体４０）の基本的な流量特性は、弁開度に対して流量が直線的に変化するリニア特性である。

【0033】

支持部材１３の雌ねじ１３ｃと弁軸３４の雄ねじ３４ｃとは、ねじ送り機構を構成する。マグネットローター３１が開弁方向に回転されると、雌ねじ１３ｃと雄ねじ３４ｃとのねじ送り作用により、弁軸３４および弁体４０が上方に移動する。マグネットローター３１が閉弁方向に回転されると、雌ねじ１３ｃと雄ねじ３４ｃとのねじ送り作用により、弁軸３４および弁体４０が下方に移動する。弁体４０が下方に移動して制御面４６が弁座１６の内周縁１６ａに接すると、弁体４０の下方への移動が規制され、マグネットローター３１の閉弁方向の回転が規制される。

【0034】

ステーターユニット５０は、ステーター６０と、ハウジング７０と、を有している。

【0035】

ステーター６０は、円筒形状を有している。ステーター６０は、Ａ相ステーター６１と、Ｂ相ステーター６２と、合成樹脂製のモールド６３と、を有している。

【0036】

Ａ相ステーター６１は、内周側に複数のクローポール型の極歯６１ａ、６１ｂを有している。極歯６１ａの先端は下方に向いており、極歯６１ｂの先端は上方に向いている。極歯６１ａと極歯６１ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、Ａ相ステーター６１は、極歯６１ａを１２個有し、極歯６１ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６１ａと極歯６１ｂとの間の角度は、１５度である。Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃが通電されると、極歯６１ａと極歯６１ｂとは互いに異なる極性となる。

【0037】

Ｂ相ステーター６２は、内周側に複数のクローポール型の極歯６２ａ、６２ｂを有している。極歯６２ａの先端は下方に向いており、極歯６２ｂの先端は上方に向いている。極歯６２ａと極歯６２ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、Ｂ相ステーター６２は、極歯６２ａを１２個有し、極歯６２ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６２ａと極歯６２ｂとの間の角度は、１５度である。Ｂ相ステーター６２のコイル６２ｃが通電されると、極歯６２ａと極歯６２ｂとは互いに異なる極性となる。

【0038】

Ａ相ステーター６１とＢ相ステーター６２とは、同軸に配置されている。Ａ相ステーター６１とＢ相ステーター６２とは、互いに接している。軸線Ｌ方向から見たときに互いに隣り合うＡ相ステーター６１の極歯６１ａとＢ相ステーター６２の極歯６２ａとの間の角度は、７．５度である。

【0039】

モールド６３は、Ａ相ステーター６１およびＢ相ステーター６２の内側に充填されている。また、モールド６３は、極歯６１ａ、６１ｂおよび極歯６２ａ、６２ｂとともにステーター内周面６０ａを構成している。ステーター内周面６０ａの径は、キャン２０の外周面の径と同じである。モールド６３は、端子支持部６４を有している。

【0040】

端子支持部６４は、Ａ相ステーター６１およびＢ相ステーター６２から横方向（軸線Ｌと直交する方向）に延びている。端子支持部６４は、複数の端子６５を支持している。複数の端子６５は、端子支持部６４の先端から横方向に突出している。複数の端子６５は、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃおよびＢ相ステーター６２のコイル６２ｃと接続されている。

【0041】

電動弁１において、本体部材１１（弁口１５、弁座１６）、支持部材１３、キャン２０、マグネットローター３１、弁軸３４、弁体４０（制御部４５）、ステーター６０（Ａ相ステーター６１、Ｂ相ステーター６２）は、それぞれの中心軸が軸線Ｌに一致する。

【0042】

ステーター６０の内側には、キャン２０が配置される。ステーター６０は、キャン２０の内側に配置されたマグネットローター３１とともにステッピングモーター６６を構成する。

【0043】

ステッピングモーター６６は、フルステップ動作およびマイクロステップ動作が可能である。図６Ａ、図６Ｂは、マグネットローター３１とステーター６０との位置関係を説明する図である。図６Ａは、マグネットローター３１の磁極（Ｎ極、Ｓ極）がＡ相ステーター６１の極歯６１ａ、６１ｂと向かい合う状態を示す。図６Ｂは、マグネットローター３１の磁極がＢ相ステーター６２の極歯６２ａ、６２ｂと向かい合う状態を示す。図６Ａ、図６Ｂにおいて、基準となる磁極および極歯に黒丸を付している。

【0044】

フルステップ動作とは、ステッピングモーター６６への１パルスの入力に対して、マグネットローター３１を、磁極が極歯６１ａ、６１ｂと向かい合う位置（図６Ａに示す位置）から、磁極が当該極歯６１ａ、６１ｂの隣にある極歯６２ａ、６２ｂと向かい合う位置（図６Ｂに示す位置）まで回転させる動作、または、図６Ｂに示す位置から図６Ａに示す位置まで回転させる動作、である。本実施例において、フルステップ動作のときの１パルスあたりの回転角度（ステップ角度）は、７．５度である。

【0045】

マイクロステップ動作とは、ステッピングモーター６６への１パルスの入力に対して、フルステップ動作のステップ角度を等分割した角度でマグネットローター３１を回転させる動作である。マイクロステップ動作は、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃの電流値とＢ相ステーター６２のコイル６２ｃの電流値とを細かく制御することにより行う。マイクロステップ動作時のステップ角度は、例えば、０．９３７５度（８分割）、１．８７５度（４分割）、または、１．５度（５分割）である。なお、本実施例において、１パルスの入力に対して、フルステップ動作のステップ角度を２分割した角度（３．７５度）でマグネットローター３１を回転させる動作（「ハーフステップ動作」とも言われる。）はマイクロステップ動作に含む。

【0046】

本実施例において、ステッピングモーター６６が５００パルス分のフルステップ動作を行うと、マグネットローター３１が３７５０度回転し、弁体４０が閉弁位置Ｐａから全開位置Ｐｚまで移動する。本明細書において、「ステッピングモーター６６にパルスが入力されること」は、「ステッピングモーター６６のステーター６０にパルスに応じた駆動電流が供給されること」と同義である。

【0047】

ハウジング７０は、合成樹脂製である。ハウジング７０は、ステーター６０と制御装置８０とを収容している。ハウジング７０は、周壁部７１と、上壁部７２と、コネクタ７３と、を有している。

【0048】

周壁部７１は、円筒形状を有している。周壁部７１には、ステーター６０が埋め込まれている。周壁部７１の内周面７１ａの径は、ステーター内周面６０ａの径と同じである。内周面７１ａは、ステーター内周面６０ａに段差なく連なっている。上壁部７２は、ドーム形状を有している。上壁部７２は、周壁部７１の上端に接続されている。コネクタ７３は、ハウジング７０の上部に配置されている。周壁部７１の内周面７１ａ、上壁部７２の内面７２ａおよびステーター内周面６０ａは、ステーターユニット５０の内側空間７４を形成している。内側空間７４にはキャン２０が配置される。

【0049】

ハウジング７０は、基板空間７５を有している。基板空間７５は、内側空間７４と隣り合っている。内側空間７４と基板空間７５との間に隔壁７６が配置されている。隔壁７６は、内側空間７４と基板空間７５とを区画している。ハウジング７０は、基板空間７５に通じる開口７０ａを有しており、開口７０ａは蓋部材７７によって塞がれている。

【0050】

制御装置８０は、ハウジング７０の基板空間７５に配置されている。制御装置８０は、メイン基板９０と、サブ基板１００と、磁気センサー１１０と、マイクロコンピューター１２０と、を有している。

【0051】

メイン基板９０は、電子部品が実装されるプリント基板である。メイン基板９０は、基板空間７５に収容されている。メイン基板９０は、上下方向に平行に配置されている。メイン基板９０には、マイクロコンピューター１２０が実装されている。メイン基板９０には、ステーター６０の複数の端子６５が接続されている。

【0052】

サブ基板１００は、電子部品が実装されるプリント基板である。サブ基板１００は、基板空間７５に収容されている。サブ基板１００は、メイン基板９０に対して直角に配置されている。サブ基板１００の第１端部１００ａは、メイン基板９０の近傍に配置されている。サブ基板１００の第２端部１００ｂは、隔壁７６の近傍に配置されている。サブ基板１００は、基板間コネクタを介してメイン基板９０に接続されている。

【0053】

磁気センサー１１０は、例えば、ホールＩＣである。磁気センサー１１０は、サブ基板１００の第２端部１００ｂに配置されている。磁気センサー１１０は、キャン２０および隔壁７６を介してマグネットローター３１と横方向に並んでいる。磁気センサー１１０は、マグネットローター３１が生じる磁界の向きに応じた信号を出力する。

【0054】

マイクロコンピューター１２０は、例えば、中央演算装置、不揮発性メモリ、作業用メモリ、通信モジュール、モータードライバなどを１つのパッケージに集積した組み込み機器用のマイクロコンピューターである。マイクロコンピューター１２０は、電動弁１の制御を司る。なお、不揮発性メモリ、作業用メモリ、通信モジュールおよびモータードライバは、マイクロコンピューター１２０に外部接続される個別の電子部品であってもよい。

【0055】

図７は、電動弁１の機能ブロック図を示す。図７に示すように、制御装置８０は、記憶部２１０と、通信部２２０と、演算部２３０と、回転制御部２４０と、を有している。不揮発性メモリは、記憶部２１０を構成する。中央演算装置は、不揮発性メモリに格納されたプログラムを実行し、通信部２２０、演算部２３０および回転制御部２４０として機能する。作業用メモリは、演算部２３０や回転制御部２４０で用いられる変数を格納する。通信モジュールは、コネクタ７３に接続された図示しないケーブルを介して空気調和機の制御ユニット４００と接続される。モータードライバは、ステッピングモーター６６と接続されている。具体的には、モータードライバは、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃおよびＢ相ステーター６２のコイル６２ｃと接続されている。モータードライバは、パルスに応じた駆動電流をコイル６１ｃおよびコイル６２ｃに供給する。

【0056】

記憶部２１０は、例えば、図８に示すテーブル３１０を格納している。テーブル３１０は、区間情報領域３１１と、パルス番号情報領域３１２と、ステップ角度情報領域３１３と、を有している。

【0057】

区間情報領域３１１には、弁体４０の閉弁位置Ｐａから全開位置Ｐｚまでの間に設定された区間に関する情報が設定される。区間情報領域３１１には、区間に関する情報として「第１区間」、「第２区間」が設定されている。

【0058】

パルス番号情報領域３１２には、弁体４０の閉弁位置Ｐａから全開位置Ｐｚまでに昇順で割り当てられたパルス番号に関する情報（パルス番号情報）が設定される。パルス番号情報領域３１２には、パルス番号情報としてパルス番号「１」～「１０００」が設定されている。また、区間情報領域３１１の「第１区間」には、パルス番号「１」～「６００」が割り当てられ、「第２区間」には、パルス番号「６０１」～「１０００」が割り当てられている。

【0059】

図９は、閉弁位置Ｐａから全開位置Ｐｚまでに割り当てられたパルス番号と弁体４０の位置との関係を示す。閉弁位置Ｐａから全開位置Ｐｚまでの移動区間に弁体４０の位置「０」～「１０００」が昇順で設定されている。そして、位置「０」～「１０００」の間隔部分に対してパルス番号「１」～「１０００」が割り当てられている。位置「０」と位置「１」との間隔部分にパルス番号「１」が割り当てられており、位置「１」と位置「２」との間隔部分にパルス番号「２」が割り当てられており、以降も同様である。例えば、弁体４０が位置「１」にある場合、弁体４０を位置「０」に移動させるにはパルス番号「１」に係る情報が用いられ、弁体４０を位置「２」に移動させるにはパルス番号「２」に係る情報が用いられる。本実施例において、位置［０］が閉弁位置Ｐａであり、位置「６００」が第１位置であり、位置「１０００」が第２位置かつ全開位置Ｐｚである。第２位置は、第１位置より閉弁位置Ｐａから遠い。

【0060】

ステップ角度情報領域３１３は、パルス番号情報領域３１２に設定されたパルス番号のそれぞれに対応するステップ角度に関する情報（ステップ角度情報）が設定される。ステップ角度情報領域３１３には、ステップ角度情報として、フルステップ動作におけるステップ角度の分割数が設定される。ステップ角度情報領域３１３には、パルス番号「１」～「６００」に対応して「８」が設定され、パルス番号「６０１」～「１０００」に対応して「１」が設定されている。つまり、「第１区間」におけるステップ角度として、７．５度／８＝０．９３７５度が設定され、「第２区間」におけるステップ角度として、７．５度／１＝７．５度が設定されている。ステッピングモーター６６は、第１区間および第２区間において互いに異なるステップ角度であり、第１区間におけるステップ角度が第２区間におけるステップ角度より小さい。なお、ステップ角度情報として、ステップ角度を示す数値が設定されていてもよい。

【0061】

記憶部２１０は、パルス番号情報およびステップ角度情報をテーブル形式で格納しているが、数式などの他の形式で格納していてもよい。

【0062】

電動弁１は、ステッピングモーター６６（マグネットローター３１）がテーブル３１０に基づいて回転されることにより、図１０に示す流量特性を有する電動弁として動作する。図１０に示す流量特性では、第１区間におけるステップ角度および第２区間におけるステップ角度が一定である。これ以外にも、例えば、テーブル３１０の第１区間におけるステップ角度をパルス番号が大きくなるにしたがって増加するように設定してもよい。このようにすることで、電動弁１を、図１１に示す流量特性を有する電動弁として動作させることできる。図１１に示す流量特性では、第１区間においてパルス番号が大きくなるにしたがって１パルスあたりの流量の変化量が徐々に大きくなる。または、例えば、テーブル３１０に第２区間に続く第３区間を設けてもよい。第３区間におけるステップ角度を第２区間におけるステップ角度より大きく設定し、第３区間におけるステップ角度を一定にする。このようにすることで、電動弁１を、図１２に示す流量特性を有する電動弁として動作させることができる。図１２において、弁体４０の位置「０」が閉弁位置Ｐａであり、弁体４０の位置「８００」が第１位置であり、弁体４０の位置「１２００」が第２位置であり、弁体４０の位置「１５００」が第３位置でかつ全開位置Ｐｚである。第３位置は、第２位置より閉弁位置Ｐａから遠い。テーブル３１０にステップ角度を適宜設定することにより、電動弁１において所望の流量特性を得ることができる。

【0063】

通信部２２０は、通信モジュールを通じて制御ユニット４００と通信する。通信部２２０は、各種命令を制御ユニット４００から受信して演算部２３０に転送する。通信部２２０は、電動弁１の各種状態を演算部２３０や回転制御部２４０から取得して制御ユニット４００に送信する。通信部２２０は、制御ユニット４００から弁体移動命令を受信する。弁体移動命令は、弁体４０の移動目標位置Ｐｔに関する情報を含んでいる。当該情報は、目標とする弁開度を示す。なお、当該情報は、弁体４０の現在位置Ｐｃからの相対的な移動距離（パルス数など）を示してもよい。当該情報に基づき、演算部２３０が弁体４０の移動目標位置Ｐｔを取得する。

【0064】

弁体４０の現在位置Ｐｃは、電動弁１が動作しているときは作業用メモリに格納され、電動弁１の電源が遮断される際に記憶部２１０に格納される。

【0065】

電動弁１において、制御ユニット４００が指定する弁開度０［％］～１００［％］は、弁体４０の位置「０」～「１０００」に対応している。例えば、弁体移動命令が含む弁開度が０％のとき、移動目標位置Ｐｔは位置「０」である。弁体移動命令が含む弁開度が２５％のとき、移動目標位置Ｐｔは位置「２５０」である。弁体移動命令が含む弁開度が５０％のとき、移動目標位置Ｐｔは位置「５００」である。弁体移動命令が含む弁開度が７５％のとき、移動目標位置Ｐｔは位置「７５０」である。弁体移動命令が含む弁開度が１００％のとき、移動目標位置Ｐｔは位置「１０００」である。そして、弁体４０の現在位置Ｐｃを示す番号が移動目標位置Ｐｔを示す番号より小さいとき、ステッピングモーター６６の回転方向は弁体４０が弁座１６から離れる方向（開弁方向）である。弁体４０の現在位置Ｐｃを示す番号が移動目標位置Ｐｔを示す番号より大きいとき、ステッピングモーター６６の回転方向は弁体４０が弁座１６に近づく方向（閉弁方向）である。

【0066】

演算部２３０は、各種演算を行う。演算部２３０は、通信部２２０が弁体移動命令を受信すると、弁体移動命令が含む弁開度に対応する弁体４０の位置を移動目標位置Ｐｔとして取得する。演算部２３０は、例えば、弁開度が１０［％］のとき、移動目標位置Ｐｔとして位置「１００」を取得し、弁開度が５０［％］のとき、移動目標位置Ｐｔとして位置「５００」を取得し、弁開度が９０［％］のとき、移動目標位置Ｐｔとして位置「９００」を取得する。

【0067】

そして、演算部２３０は、弁体４０の現在位置Ｐｃ（始点）と移動目標位置Ｐｔ（終点）との間にあるパルス番号を取得する。例えば、演算部２３０は、現在位置Ｐｃが位置「０」であり移動目標位置Ｐｔが位置「１５０」であるとき、パルス番号「１」～「１５０」を取得する。演算部２３０は、現在位置Ｐｃが位置「１５０」であり移動目標位置Ｐｔが位置「７５０」であるとき、パルス番号「１５１」～「７５０」を取得する。演算部２３０は、現在位置Ｐｃが位置「７５０」であり移動目標位置Ｐｔが位置「３００」であるとき、パルス番号「７５０」～「３０１」を取得する。

【0068】

また、演算部２３０は、磁気センサー１１０が出力した信号に基づいてマグネットローター３１の回転角度および状態（回転状態、停止状態）を取得する。

【0069】

回転制御部２４０は、弁体４０の現在位置Ｐｃから移動目標位置Ｐｔまでに割り当てられたパルス番号の順番でテーブル３１０から各パルス番号に対応するステップ角度情報を１つずつ取得する。そして、回転制御部２４０は、ステップ角度情報を用いてステップ角度を算出し、パルス、ステップ角度および回転方向をモータードライバに入力してステッピングモーター６６を回転させる。

【0070】

また、回転制御部２４０は、弁体移動命令の成否判定を行う。具体的には、回転制御部２４０は、現在位置Ｐｃから移動目標位置Ｐｔまでに割り当てられた各パルス番号に対応するステップ角度を積算したマグネットローター３１の回転角度（計算回転角度）を、演算部２３０が磁気センサー１１０の信号に基づいて取得したマグネットローター３１の回転角度（測定回転角度）と比較する。これら回転角度が一致した場合、回転制御部２４０は、通信部２２０を介して弁体移動命令が成功したことを示す情報を命令実行結果として制御ユニット４００に送信する。これら回転角度が一致しない場合、回転制御部２４０は、通信部２２０を介して弁体移動命令が失敗したことを示す情報を命令実行結果として制御ユニット４００に送信する。

【0071】

次に、電動弁１の通常動作の一例について説明する。

【0072】

電動弁１の制御装置８０は、電源が投入されると起動状態になる。起動状態において、制御装置８０は、記憶部２１０から現在位置Ｐｃを読み出して作業メモリに格納したあと、通常動作状態に移行する。通常動作状態において、制御装置８０は、制御ユニット４００からの命令を待つ。制御ユニット４００は、電動弁１が図１０に示す流量特性を有するものと認識している。例えば、電動弁１が通常動作状態に移行した直後の弁体４０の現在位置Ｐｃが、閉弁位置Ｐａ（位置「０」）であるものとする。

【0073】

制御装置８０は、例えば、弁開度９０［％］を含む弁体移動命令を制御ユニット４００から受信すると、移動目標位置Ｐｔとして位置「９００」を取得する。そして、制御装置８０は、現在位置Ｐｃから移動目標位置Ｐｔまでに割り当てられたパルス番号「１」～「９００」を取得する。

【0074】

制御装置８０は、テーブル３１０に基づいて、パルス番号「１」～「９００」に対応するステップ角度を算出する。制御装置８０は、現在位置Ｐｃを示す番号（位置「０」）が移動目標位置Ｐｔを示す番号（位置「９００」）より小さいため、回転方向を「開弁方向」とする。制御装置８０は、パルス、ステップ角度および回転方向をモータードライバに入力してステッピングモーター６６（マグネットローター３１）を回転させる。マグネットローター３１とともに弁軸３４が開弁方向に回転する。支持部材１３の雌ねじ１３ｃと弁軸３４の雄ねじ３４ｃとのねじ送り作用により、弁軸３４が上方に移動する。弁軸３４とともに弁体４０が上方に移動して、弁体４０が弁座１６から離れる。制御装置８０は、パルス番号「１」～「９００」に対応するステップ角度を積算してマグネットローター３１の回転角度（計算回転角度）を取得する。また、制御装置８０は、磁気センサー１１０の信号に基づいてマグネットローター３１の回転角度（測定回転角度）を取得する。

【0075】

制御装置８０は、パルス番号「１」～「９００」に対応するステップ角度でのステッピングモーター６６の回転が終了すると、現在位置Ｐｃとして、位置「９００」を作業用メモリに格納する。また、制御装置８０は、弁体移動命令の成否判定を行う。具体的には、制御装置８０は、計算回転角度と測定回転角度とを比較する。これら回転角度が一致した場合、制御装置８０は、弁体移動命令が成功したことを示す情報を命令実行結果として制御ユニット４００に送信する。これら回転角度が一致しない場合、制御装置８０は、弁体移動命令が失敗したことを示す情報を命令実行結果として制御ユニット４００に送信する。そして、制御装置８０は、制御ユニット４００からの次の命令を待つ。

【0076】

次に、制御装置８０は、例えば、弁開度５０［％］を含む弁体移動命令を制御ユニット４００から受信すると、移動目標位置Ｐｔとして位置「５００」を取得する。そして、制御装置８０は、現在位置Ｐｃから移動目標位置Ｐｔまでに割り当てられたパルス番号「９００」～「５０１」を取得する。

【0077】

制御装置８０は、テーブル３１０に基づいて、パルス番号「９００」～「５０１」に対応するステップ角度を算出する。制御装置８０は、現在位置Ｐｃを示す番号（位置「９００」）が移動目標位置Ｐｔを示す番号（位置「５００」）より大きいため、回転方向を「閉弁方向」とする。制御装置８０は、パルス、ステップ角度および回転方向をモータードライバに入力してステッピングモーター６６（マグネットローター３１）を回転させる。マグネットローター３１とともに弁軸３４が閉弁方向に回転する。支持部材１３の雌ねじ１３ｃと弁軸３４の雄ねじ３４ｃとのねじ送り作用により、弁軸３４が下方に移動する。弁軸３４とともに弁体４０が下方に移動して、弁体４０が弁座１６に近づく。制御装置８０は、パルス番号「９００」～「５０１」に対応するステップ角度を積算してマグネットローター３１の回転角度（計算回転角度）を取得する。また、制御装置８０は、磁気センサー１１０の信号に基づいてマグネットローター３１の回転角度（測定回転角度）を取得する。

【0078】

制御装置８０は、パルス番号「９００」～「５０１」に対応するステップ角度でのステッピングモーター６６の回転が終了すると、現在位置Ｐｃとして、位置「５０１」を作業用メモリに格納する。また、制御装置８０は、弁体移動命令の成否判定を行い、弁体移動命令の命令実行結果を制御ユニット４００に送信する。そして、制御装置８０は、制御ユニット４００からの次の命令を待つ。以降、制御装置８０は、受信した命令に応じた動作を行う。制御装置８０は、電源遮断命令を制御ユニット４００から受信すると、作業メモリにある現在位置Ｐｃを記憶部２１０に格納して、電源遮断に備える。

【0079】

次に、電動弁１の弁体位置取得方法の一例について説明する。電動弁１は、工場出荷時に、テーブル３１０および弁体４０の現在位置Ｐｃが記憶部２１０に格納される。

【0080】

図１３は、電動弁の工場出荷時の設定を行うシステムの一例を示す。電動弁１の制御装置８０は、コネクタ７３に接続されたケーブルを介して設定装置５００が接続される。設定装置５００は、例えば、デスクトップコンピューターである。設定装置５００は、制御装置８０を介してステッピングモーター６６を制御可能である。また、設定装置５００は、制御装置８０の記憶部２１０に各種情報を格納することができる。設定装置５００は、閉弁位置Ｐａと全開位置Ｐｚとの間の移動区間において、ステッピングモーター６６を一定のステップ角度で回転させることができる。本実施例では、設定装置５００は、ステッピングモーター６６をフルステップ動作（ステップ角度：７．５度）で動作させる。設定装置５００が指定する弁開度０［％］～１００［％］は、弁体４０の位置「０」～「５００」に対応する。ステッピングモーター６６に５００個のパルスを入力すると、弁体４０が閉弁位置Ｐａ（位置「０」）から全開位置Ｐｚ（位置「５００」）まで移動する。設定装置５００の記憶装置には、弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるときに弁口１５を流れる流体の設計上の流量Ｆ０が格納されている。

【0081】

電動弁１の流路１７に流体供給装置５１０が接続され、流路１８に流量測定装置５２０が接続される。流体供給装置５１０は、一定流量の流体を供給可能である。流量測定装置５２０は、流路１８から流出する流体の流量を測定する。流体供給装置５１０および流量測定装置５２０は、設定装置５００によって制御される。

【0082】

設定装置５００は、流体供給装置５１０を制御して電動弁１への流体の供給を開始する。

【0083】

設定装置５００は、電動弁１の弁体４０が現在ある位置を位置Ｐ１とみなし、流量測定装置５２０によって測定された流量を位置Ｐ１における流体の流量Ｆ１として取得する。設定装置５００は、記憶装置に位置Ｐ１と流量Ｆ１との組み合わせＣ１を格納する。なお、設定装置５００は、流量Ｆ１に基づいて位置Ｐ１を推定してもよい。

【0084】

設定装置５００は、ステッピングモーター６６にパルスを入力し、ステッピングモーター６６を回転させて、弁体４０を位置Ｐ１と異なる位置Ｐ２に移動させる。設定装置５００は、流量測定装置５２０によって測定された流量を位置Ｐ２における流体の流量Ｆ２として取得する。設定装置５００は、記憶装置に位置Ｐ２と流量Ｆ２との組み合わせＣ２を格納する。

【0085】

設定装置５００は、組み合わせＣ１、Ｃ２に基づいて、１パルスあたりの流量の変化（傾きａ）を算出する。具体的には、以下の式（１）を用いて算出する。Ｐ１は位置Ｐ１を示す番号であり、Ｐ２は位置Ｐ２を示す番号であり、Ｆ１は弁体４０が位置Ｐ１にあるときの流体の流量であり、Ｆ２は弁体４０が位置Ｐ２にあるときの流体の流量である。
ａ＝｜Ｆ２－Ｆ１｜／｜Ｐ２－Ｐ１｜ ・・・ （１）
なお、設定装置は、３つ以上の組み合わせ（Ｃ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎ）に基づいて傾きａを算出してもよい。

【0086】

設定装置５００は、流量Ｆ０を切片ｂとして、弁体４０の位置と弁口１５を流れる流体の流量との関係を示す一次関数の式を求める。位置をｘとし、流量をｙとすると、一次関数の式は、以下の式（２）で示される。
ｙ＝ａｘ＋ｂ ・・・ （２）

【0087】

設定装置５００は、流量測定装置５２０が測定した流量を式（２）のｙに代入して位置ｘを算出し、位置ｘを弁体４０の現在位置Ｐｃとして設定する。

【0088】

設定装置５００は、ステッピングモーター６６を回転させて、弁体４０を現在位置Ｐｃから閉弁位置Ｐａに移動させる。

【0089】

そして、設定装置５００は、記憶部２１０に、テーブル３１０を格納するとともに、現在位置Ｐｃとして位置「０」を格納する。

【0090】

例えば、組み合わせＣ１が位置「１００」と流量「４０％」とを含み、組み合わせＣ２が位置「２００」と流量「６０％」とを含み、流量Ｆ０が流量「０％」である場合、設定装置５００は、傾きａが０．２、切片ｂが０である以下の式（２Ａ）を得る。
ｙ＝０．２ｘ ・・・ （２Ａ）

【0091】

そして、電動弁１の弁体４０の現在の位置における流量が、例えば、「６０％」のとき、設定装置５００は、式（２Ａ）を用いて弁体４０の現在位置Ｐｃとして位置「３００」を取得する。設定装置５００は、ステッピングモーター６６に３００個のパルスを入力してステッピングモーター６６を回転させて、弁体４０を位置「３００」から位置「０」まで移動させる。設定装置５００は、記憶部２１０に、テーブル３１０を格納するとともに、現在位置Ｐｃとして位置「０」を格納する。

【0092】

電動弁１は、弁口１５および弁口１５を囲む弁座１６を有する弁本体１０と、弁口１５と向かい合う弁体４０と、弁体４０を移動させるためのステッピングモーター６６と、ステッピングモーター６６を制御する制御装置８０と、を有する。弁体４０が、単一のテーパー形状を有する制御部４５を有する。弁体４０が、ステッピングモーター６６の回転によって閉弁位置Ｐａと全開位置Ｐｚとの間の移動区間で移動される。弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるとき、制御部４５の制御面４６が弁座１６に接する。弁体４０が閉弁位置Ｐａから移動して移動区間にあるとき、弁座１６と制御面４６との間に絞り流路が形成される。移動区間が、閉弁位置Ｐａと第１位置（位置「６００」）との間の第１区間と、第１位置と第２位置（全開位置Ｐｚ）との間の第２区間と、を含む。第２位置は、第１位置よりも閉弁位置Ｐａから遠くにある。制御装置８０が、弁体４０が第１区間にあるときのステッピングモーター６６のステップ角度と、弁体４０が第２区間にあるときのステップ角度と、を異なる角度にする。

【0093】

このようにしたことから、弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるとき、単一のテーパー形状を有する制御部４５の制御面４６が弁座１６に接する。弁体４０が閉弁位置Ｐａから移動して移動区間にあるとき、弁座１６と制御面４６との間に絞り流路が形成される。これにより、絞り流路の面積のばらつきを抑制できる。また、制御装置８０が、弁体４０が第１区間にあるときのステッピングモーター６６のステップ角度と、弁体４０が第２区間にあるときのステップ角度と、を異なる角度にする。これにより、第１区間におけるステップ角度と第２区間におけるステップ角度とを適宜設定することで所望の流量特性を得ることができる。

【0094】

また、弁体４０が第１区間にあるときのステップ角度が、弁体４０が第２区間にあるときのステップ角度よりも小さい。このようにすることで、電動弁１が絞り流路の面積が比較的小さい微小流量状態であるときに、流量を細かく制御することができる。

【0095】

なお、弁体４０が第１区間にあるときのステップ角度が、弁体４０が第２区間にあるときのステップ角度よりも大きくてもよい。

【0096】

また、ステッピングモーター６６が、マグネットローター３１と、Ａ相ステーター６１と、Ｂ相ステーター６２と、を有する。弁体４０が第１区間にあるとき、制御装置８０がステッピングモーター６６の動作をマイクロステップ動作とする。弁体４０が第２区間にあるとき、制御装置８０がステッピングモーター６６の動作をフルステップ動作とする。このようにすることで、比較的簡易な制御で、弁体４０が第１区間にあるときのステップ角度を、弁体４０が第２区間にあるときのステップ角度よりも小さくすることができる。

【0097】

なお、弁体４０が第１区間にあるとき、制御装置８０がステッピングモーター６６の励磁モードを１－２相励磁とし、弁体４０が第２区間にあるとき、制御装置８０がステッピングモーター６６の励磁モードを２相励磁とする、ようにしてもよい。

【0098】

また、電動弁１の弁体位置取得方法は、（１）弁体４０の位置と、当該位置における弁口１５を流れる流体の流量と、の組み合わせを２つ以上取得する工程と、（２）前記組み合わせと弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるときの設計上の流量Ｆ０とに基づいて、位置と流量との関係を示す一次関数の式を求める工程と、（３）一次関数の式を用いて弁体４０の現在位置Ｐｃを取得する工程と、を含む。このようにしたことから、測定した流量に基づいて弁体４０の現在位置Ｐｃおよび閉弁位置Ｐａを取得することができる。そのため、電動弁１において、閉弁位置Ｐａでマグネットローター３１の回転を物理的に規制するストッパ機構を省略することができる。なお、弁体位置取得方法は、弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるときに制御面４６が弁座１６に接しない電動弁にも適用することができる。

【0099】

電動弁１では、弁体４０が閉弁位置Ｐａにあるときに制御面４６が弁座１６の内周縁１６ａに接し、弁体４０の下方への移動が規制される。すなわち、閉弁位置Ｐａと弁体４０の下方への移動が規制される位置とが一致する。そして、電動弁１において、工場出荷時に上記（２）で求めた一次関数の式を制御装置８０の記憶部２１０に記憶してもよい。電動弁１は冷凍サイクルに組み込まれる。そして、制御装置８０が制御ユニット４００から弁体移動命令（例えば、目標とする流量を含む）を受信した場合、制御装置８０は、現在の流量と目標とする流量と一次関数の式とを用いてステッピングモーター６６を制御し、弁体４０を移動することができる。電動弁１の流量は、弁体４０の位置に対応する。つまり、電動弁１の流量０～１００％は、位置「０」～「５００」に対応する。

【0100】

また、電動弁１では、弁軸３４がマグネットローター３１に固定されており、弁体４０の下方への移動が規制されると同時にマグネットローター３１の閉弁方向への回転が規制される。このような構成以外にも、図１４に示す電動弁１Ａのように、弁体４０の下方への移動が規制されたあとに、ストッパ機構４１によってマグネットローター３１の閉弁方向の回転が規制される構成でもよい。

【0101】

図１４に示すように、電動弁１Ａは、弁本体１０と、キャン２０と、駆動機構３０Ａと、弁体４０と、制御装置８０と、を有している。電動弁１Ａの説明において、電動弁１と同一（実質的に同一を含む）の構成には同一の符号を付して詳細説明を省略する。

【0102】

駆動機構３０Ａは、弁体４０を上下方向に移動させる。駆動機構３０Ａは、マグネットローター３１と、弁軸ホルダー３２と、ガイドブッシュ３３と、弁軸３４Ａと、永久磁石３８と、ストッパ機構４１と、ステーターユニット５０と、を有している。

【0103】

弁軸ホルダー３２は、下端が開口しかつ上端が塞がれた円筒形状を有している。弁軸ホルダー３２の上端には支持リング３５が固定されている。支持リング３５は、マグネットローター３１と弁軸ホルダー３２とを連結している。弁軸ホルダー３２の内周面には、雌ねじ３２ｃが形成されている。

【0104】

ガイドブッシュ３３は、円筒形状を有している。ガイドブッシュ３３の上部の外径は、下部の外径より小さい。ガイドブッシュ３３の下部は、支持部材１３に形成された嵌合孔１３ａに圧入されている。ガイドブッシュ３３の上部の外周面には、雄ねじ３３ｃが形成されている。雄ねじ３３ｃは、弁軸ホルダー３２の雌ねじ３２ｃと螺合される。ガイドブッシュ３３は、支持部材１３と結合されている。

【0105】

弁軸３４Ａは、大径部３４ａと、小径部３４ｂと、を有している。大径部３４ａと小径部３４ｂとは、円柱形状を有している。大径部３４ａの外径は、ガイドブッシュ３３の内径よりわずかに小さい。小径部３４ｂの外径は、大径部３４ａの外径より小さい。小径部３４ｂは、大径部３４ａの上端に同軸に接続されている。小径部３４ｂは、弁軸ホルダー３２を貫通している。小径部３４ｂには、抜け止め用のプッシュナット３６が取り付けられている。弁軸３４Ａは、ガイドブッシュ３３の内側および支持部材１３の内側に配置されている。弁軸３４Ａは、ガイドブッシュ３３に上下方向に移動可能に支持されている。弁軸３４Ａの下端は、弁室１４に配置されている。弁軸３４Ａは、大径部３４ａと小径部３４ｂとの間に段部が形成されている。段部は、上方を向く円環状の平面である。弁軸ホルダー３２と段部との間には、閉弁ばね３７が配置されている。閉弁ばね３７は、圧縮コイルばねである。閉弁ばね３７は、弁軸３４Ａを下方に向けて押している。

【0106】

永久磁石３８は、キャン２０の内側においてマグネットローター３１の上方に配置されている。永久磁石３８は、円環平板形状を有している。永久磁石３８は、１つのＮ極と１つのＳ極とを有している。永久磁石３８における直径で区画された一方の部分にＮ極が配置され、他方の部分にＳ極が配置されている。永久磁石３８は、固定具３９を介して支持リング３５に固定されている。永久磁石３８は、マグネットローター３１とともに回転される。

【0107】

電動弁１Ａにおいて、磁気センサー１１０は、回転角度センサーである。磁気センサー１１０は、キャン２０および隔壁７６を介して永久磁石３８と横方向に向かい合っている。磁気センサー１１０は、永久磁石３８が生じる磁界の向き（すなわち、永久磁石３８とともに回転するマグネットローター３１の回転角度）に応じた信号を出力する。

【0108】

ストッパ機構４１は、可動ストッパ４２と、固定ストッパ４３と、を有している。可動ストッパ４２は、弁軸ホルダー３２に固定されている。可動ストッパ４２は、弁軸ホルダー３２とともに回転される。固定ストッパ４３は、ガイドブッシュ３３の下部に固定されている。可動ストッパ４２と固定ストッパ４３とが接すると、弁軸ホルダー３２（すなわちマグネットローター３１）の閉弁方向への回転が規制される。

【0109】

弁軸ホルダー３２の雌ねじ３２ｃとガイドブッシュ３３の雄ねじ３３ｃとは、ねじ送り機構を構成する。マグネットローター３１が開弁方向に回転されると、雌ねじ３２ｃと雄ねじ３３ｃとのねじ送り作用により、弁軸ホルダー３２が上方に移動し、プッシュナット３６を上方に押す。これにより、弁軸３４Ａおよび弁体４０が上方に移動する。マグネットローター３１が閉弁方向に回転されると、雌ねじ３２ｃと雄ねじ３３ｃとのねじ送り作用により、弁軸ホルダー３２が下方に移動し、閉弁ばね３７を介して弁軸３４Ａを下方に押す。これにより、弁軸３４Ａおよび弁体４０が下方に移動する。弁体４０が下方に移動して制御面４６が弁座１６の内周縁１６ａに接すると、弁体４０の下方への移動が規制される。そして、マグネットローター３１が閉弁方向にさらに回転されると、閉弁ばね３７が圧縮され、可動ストッパ４２が固定ストッパに接して、マグネットローター３１の閉弁方向への回転が規制される。

【0110】

電動弁１Ａにおいて、工場出荷時に、［ｉ］上記（２）で求めた一次関数の式、［ｉｉ］一次関数の式を用いて算出した閉弁位置Ｐａ、および、［ｉｉｉ］可動ストッパ４２が固定ストッパ４３に接したときの仮想的な弁体４０の位置（基準位置Ｐｘ）、を制御装置８０の記憶部２１０に記憶してもよい。「仮想的な弁体４０の位置」とは、現実的には弁体４０が弁座１６に接すると当該弁体４０の下方への移動が規制されるが、弁体４０の移動が規制されずに弁体４０が下方に移動したと仮定したときの弁体４０の位置である。電動弁１Ａにおいて、閉弁位置Ｐａを示す番号を「０」とすると、基準位置Ｐｘを示す番号は負の値となり、当該基準位置Ｐｘに弁体４０があるときの流量も負の値となる。基準位置Ｐｘと、弁体４０が基準位置Ｐｘにあるときの流量と、は前記一次関数の式を満足する。例えば、当該流量を－２０％とする。電動弁１Ａは冷凍サイクルに組み込まれる。そして、制御装置８０が制御ユニット４００から弁体移動命令（例えば、目標とする流量を含む）を受信したとき、現在の流量と目標とする流量と前記一次関数の式とを用いてステッピングモーター６６を制御できる。電動弁１Ａの流量は、弁体４０の位置に対応する。つまり、電動弁１Ａの流量０～１００％は、位置「０」～「５００」に対応する。電動弁１Ａの流量－２０～０％は、位置「－１００」～「０」に対応する。

【0111】

例えば、電動弁１Ａにおいて現在位置Ｐｃが位置「５０」（流量１０％）である場合に制御装置８０が流量３０％を含む弁体移動命令を受信したとき、制御装置８０は、前記一次関数の式を用いて流量３０％に対応する弁体４０の位置（移動目標位置Ｐｔ、位置「１５０」）を算出する。そして、制御装置８０は、移動目標位置Ｐｔを示す番号（１５０）と現在位置Ｐｃを示す番号（５０）との差分数のパルスをステッピングモーター６６に入力する。

【0112】

例えば、電動弁１Ａにおいて現在位置Ｐｃが基準位置Ｐｘ（位置「－１００」、流量－２０％）である場合に制御装置８０が流量３０％を含む弁体移動命令を受信したとき、制御装置８０は、前記一次関数の式を用いて流量３０％に対応する弁体４０の位置（移動目標位置Ｐｔ、位置「１５０」）を算出する。そして、制御装置８０は、移動目標位置Ｐｔを示す番号（１５０）と現在位置Ｐｃを示す番号（－１００）との差分数のパルスをステッピングモーター６６に入力する。

【0113】

なお、電動弁１Ａにおいて、基準位置Ｐｘから閉弁位置Ｐａまでの距離に対応するパルス数（開弁パルス数）をあらかじめ記憶部２１０に格納してもよい。そして、電動弁１Ａは、閉弁位置Ｐａと全開位置Ｐｚとの間の移動区間では前記一次関数の式を用いて弁体４０の位置を算出し、基準位置Ｐｘと閉弁位置Ｐａとの間の区間については開弁パルス数を用いてもよい。

【0114】

電動弁１は、駆動機構３０においてマグネットローター３１の回転を減速することなく用いる直動式の電動弁であったが、本発明は、マグネットローターの回転を減速する減速機構を有する駆動機構を有する電動弁に適用することもできる。

【0115】

本明細書において、「円筒」や「円柱」等の形状を示す各用語は、実質的にその用語の形状を有する部材や部材の部分にも用いられている。例えば、「円筒形状の部材」は、円筒形状の部材と実質的に円筒形状の部材とを含む。

【0116】

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例の構成に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0117】

１、１Ａ…電動弁、１０…弁本体、１１…本体部材、１１ａ…第１取付孔、１１ｂ…上面、１２…流路ブロック、１２ａ…第２取付孔、１２ｂ…上面、１３…支持部材、１３ａ…嵌合孔、１３ｃ…雌ねじ、１４…弁室、１５…弁口、１５ａ…上端、１６…弁座、１６ａ…内周縁、１７…流路、１８…流路、２０…キャン、２５…接続部材、３０、３０Ａ…駆動機構、３１…マグネットローター、３２…弁軸ホルダー、３２ｃ…雌ねじ、３３…ガイドブッシュ、３３ｃ…雄ねじ、３４、３４Ａ…弁軸、３４ａ…大径部、３４ｂ…小径部、３４ｃ…雄ねじ、３５…支持リング、３６…プッシュナット、３７…閉弁ばね、３８…永久磁石、３９…固定具、４０…弁体、４１…ストッパ機構、４２…可動ストッパ、４３…固定ストッパ、４５…制御部、４５ａ…下端、４６…制御面、５０…ステーターユニット、６０…ステーター、６０ａ…ステーター内周面、６１…Ａ相ステーター、６１ａ…極歯、６１ｂ…極歯、６１ｃ…コイル、６２…Ｂ相ステーター、６２ａ…極歯、６２ｂ…極歯、６２ｃ…コイル、６３…モールド、６４…端子支持部、６５…端子、６６…ステッピングモーター、７０…ハウジング、７０ａ…開口、７１…周壁部、７１ａ…内周面、７２…上壁部、７２ａ…内面、７３…コネクタ、７４…内側空間、７５…基板空間、７６…隔壁、７７…蓋部材、８０…制御装置、９０…メイン基板、１００…サブ基板、１００ａ…第１端部、１００ｂ…第２端部、１１０…磁気センサー、１２０…マイクロコンピューター、２１０…記憶部、２２０…通信部、２３０…演算部、２４０…回転制御部、３１０…テーブル、３１１…区間情報領域、３１２…パルス番号情報領域、３１３…ステップ角度情報領域、４００…制御ユニット、５００…設定装置、５１０…流体供給装置、５２０…流量測定装置、Ｌ…軸線、Ｐａ…閉弁位置、Ｐｚ…全開位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【手続補正書】

【提出日】2025-01-09

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁口および前記弁口を囲む弁座を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、前記弁体を移動させるためのステッピングモーターと、前記ステッピングモーターを制御する制御装置と、を有する電動弁であって、
前記弁体が、単一のテーパー形状を有する制御部を有し、
前記弁体が、前記ステッピングモーターの回転によって閉弁位置と全開位置との間の移動区間で移動され、
前記弁体が前記閉弁位置にあるとき、前記制御部の外周面が前記弁座に接し、
前記弁体が前記閉弁位置から移動して前記移動区間にあるとき、前記弁座と前記外周面との間に絞り流路が形成され、
前記移動区間が、前記閉弁位置と第１位置との間の第１区間と、前記第１位置と第２位置との間の第２区間と、を含み、前記第２位置は、前記第１位置よりも前記閉弁位置から遠くにあり、
前記制御装置が、前記弁体が前記第１区間にあるときの前記ステッピングモーターのステップ角度と、前記弁体が前記第２区間にあるときの前記ステップ角度と、を異なる角度にすることを特徴とする電動弁。

【請求項2】

前記弁体が前記第１区間にあるときの前記ステップ角度が、前記弁体が前記第２区間にあるときの前記ステップ角度よりも小さい、請求項１に記載の電動弁。

【請求項3】

前記ステッピングモーターが、マグネットローターと、Ａ相ステーターと、Ｂ相ステーターと、を有し、
前記弁体が前記第１区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの動作をマイクロステップ動作とし、
前記弁体が前記第２区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの動作をフルステップ動作とする、請求項２に記載の電動弁。

【請求項4】

前記ステッピングモーターが、マグネットローターと、Ａ相ステーターと、Ｂ相ステーターと、を有し、
前記弁体が前記第１区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの励磁モードを１－２相励磁とし、
前記弁体が前記第２区間にあるとき、前記制御装置が前記ステッピングモーターの励磁モードを２相励磁とする、請求項２に記載の電動弁。