电动阀及冷冻循环系统

本发明是申请号为201810019632.0、发明名称为"电动阀及冷冻循环系统"、申请日为2018年1月9日的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于冷冻循环系统等的电动阀及冷冻循环系统。

背景技术

以前，作为这种电动阀，利用步进马达的磁性转子的旋转，经由螺纹进给机构使转子轴平移，通过连结于该转子轴的阀部件对阀口进行开闭。这样的电动阀例如公开在日本特开2016－156447号公报(专利文献1)及日本特开2015－90204号公报(专利文献2)中。

专利文献1的现有的电动阀作为固定磁性转子和阀轴(转子轴)的构造，使阀轴插通设于磁性转子的轴芯部分的连结体(固定部件)，通过焊接等固定该连结体和阀轴。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－156447号公报

专利文献2：日本特开2015－90204号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，在将设于磁性转子的轴芯部分的连结体(固定部件)和阀轴(转子轴)通过焊接固定的情况下，要求将连结体和阀轴各自的热容量设置成合适的关系。例如，在阀轴的热容量比连结体小的情况下，会对阀轴施加过多的焊接热，阀轴可能变形。另外，也可能阀轴先熔融而连结体的熔融不足，得不到充分的固定强度，连结体会从阀轴脱离。

本发明的课题在于，提供一种电动阀，马达部使磁性转子及转子轴旋转，通过伴随着转子轴的旋转的阀部件的进退移动使阀口开闭，该电动阀焊接固定磁性转子的固定部件和转子轴，能够防止转子轴的变形，并且提高固定强度。

用于解决课题的方案

方案1是一种电动阀，其马达部使磁性转子以及金属制的转子轴旋转，并且通过伴随着上述转子轴的旋转的阀部件的进退移动而使阀口开闭，上述电动阀的特征在于，上述磁性转子具有：具有磁性的磁铁主体；以及金属制的固定部件，其在上述磁铁主体的中央与该磁铁主体一体成形，上述固定部件形成为具有固定部件主体部和圆筒状的圆筒部，并且设有在上述转子轴的轴线方向上贯通上述固定部件主体部和上述圆筒部的插通孔，其中，该固定部件主体部通过上述一体成形而与上述磁铁主体结合，该圆筒部的直径比上述固定部件主体部的外径小且体积比上述固定部件主体部的体积小，上述转子轴插通于上述插通孔，并且上述圆筒部和上述转子轴在上述插通孔的开口端部的周围的一部分通过焊接而固定。

方案2根据方案1记载的电动阀，其特征在于，在上述转子轴的绕轴线的多个部位，对上述圆筒部的上述插通孔的上述开口端部和上述转子轴进行焊接，并形成有由上述焊接所产生的各熔融凝固部。

方案3根据方案1记载的电动阀，其特征在于，在上述转子轴的绕轴线对置的两个部位，对上述圆筒部的上述插通孔的上述开口端部和上述转子轴进行焊接，由上述焊接所产生的各熔融凝固部形成在绕上述轴线的45°～90°的范围内。

方案4根据方案1至3中任一项记载的电动阀，其特征在于，上述圆筒部的上述开口端部的内径角部的形状为与上述转子轴的外周相接的边沿形状，或者为C0.1以下的轻微倒角形状。

方案5根据方案1至4中任一项记载的电动阀，其特征在于，上述转子轴和上述固定部件为相同材质。

方案6根据方案1至5中任一项记载的电动阀，其特征在于，上述固定部件主体部呈圆柱形状，上述固定部件主体部的上述轴线方向的尺寸比上述圆筒部的上述轴线方向的尺寸大。

方案7根据方案1至6中任一项记载的电动阀，其特征在于，在将上述转子轴的直径设为D，将上述圆筒部的径向的壁厚设为t，且将上述圆筒部的上述轴线方向的尺寸设为H时，t＜D/2、H/t≥1。

方案8为一种冷冻循环系统，包含压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，上述冷冻循环系统的特征在于，使用方案1至7中任一项记载的电动阀作为上述膨胀阀。

发明效果

根据方案1至7的电动阀，在直径比固定部件主体部的外径小、体积小且热容量小的圆筒部，并非全周焊接，而是局部焊接，因此，能够以在焊接时抑制过大的焊接热的发生的方式焊接，能够在不引起因焊接热而引起转子轴的变形的范围增加熔入量，因此，局部的强度有助于提高整体的接合强度，磁性转子(其一部分的固定部件)不会从转子轴脱落。另外，结合于磁铁主体的固定部件主体部的外径比通过焊接而接合的圆筒部大，因此磁性转子旋转时，能够将磁铁主体的扭矩轻松地传递至固定部件主体部，固定部件不会从磁铁主体脱落。

根据方案4的电动阀，将圆筒部的上端的内径角部做成边沿形状、或者C0.1以下的轻微倒角形状，因此在固定部件(圆筒部)的端部，与转子轴的缝隙变小，即使存在构件偏差、焊接偏差，也能够提高焊接性，进一步提高固定强度。

根据方案5的电动阀，将转子轴和固定部件做成同材质，因此热传导率相同，转子轴和固定部件均等地熔融，进一步提高固定强度。例如，转子轴不会先熔融。

根据方案6的电动阀，固定部件主体部呈圆柱形状，固定部件主体部的轴线方向的尺寸比圆筒部的轴线方向的尺寸大。因此，能够充分确保固定部件主体部的热容量，能够抑制焊接热对磁铁主体的影响。

根据方案8的冷冻循环系统，能够得到与方案1至7相同的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电动阀的纵剖视图。

图2是实施方式的电动阀的磁性转子及转子轴的主要部分放大剖视图。

图3是图2的A－A向视图。

图4是图2的B－B剖视图及局部放大图。

图5(A)至(C)是表示实施方式的固定部件的变形例1的图。

图6(A)至(C)是表示实施方式的固定部件的变形例2的图。

图7(A)至(C)是表示实施方式的固定部件的变形例3的图。

图8是表示实施方式的冷冻循环系统的图。

图中：

1—转子轴，1a—外螺纹部，2—磁性转子，21—磁铁部(磁铁主体)，22—圆盘部(磁铁主体)，22a—凸起部，23—固定部件，23a—插通孔，231—固定部件主体部，232—圆筒部，25—固定部件，251—固定部件主体部，252—圆筒部，25a—插通孔，26—固定部件，261—固定部件主体部，262—圆筒部，26a—插通孔，27—固定部件，271—固定部件主体部，272—圆筒部，27a—插通孔，3—定子单元，4—熔融凝固部，10—步进马达(马达部)，40—阀壳，41—第一接头管，42—第二接头管，43—阀座圈，43a—阀口，50—阀机构部，51—支撑部件，52—阀架，53—针阀(弁部件)，51a—内螺纹部，100—电动阀(膨胀阀)，200—室外热交换器，300—室内热交换器，400—流路切换阀，500—压缩机，L—轴线。

具体实施方式

接下来，参照附图，对本发明的电动阀及冷冻循环系统的实施方式进行说明。图1是实施方式的电动阀的纵剖视图，图2是实施方式的电动阀的磁性转子及转子轴的主要部分放大剖视图，图3是图2的A－A向视图，图4是图2的B－B剖视图及局部放大图。此外，以下的说明中的“上下”的概念对应于图1的图面中的上下。

该电动阀100具备作为“马达部”的步进马达10、阀壳40、阀机构部50以及由非磁性体构成的密闭壳体60。

步进马达10包括转子轴1、能够旋转地配设于密闭壳体60的内部的磁性转子2、以及在密闭壳体60的外周相对于磁性转子2对置配置的定子单元3。如后述地，转子轴1安装于磁性转子2的中心，该转子轴1向阀机构部50侧延伸设置。定子单元3具备树脂制的线圈架31、卷绕装配于线圈架31的上下一对定子线圈32、以及由磁性体构成的磁轭(轭铁)33。而且，磁轭33的外周端部嵌合于圆筒套管34内，磁轭33和圆筒套管34通过树脂外封35而密闭。

阀壳40由不锈钢等形成为大致圆筒形状，在其内侧具有阀室40R。在阀壳40的外周一侧连接有与阀室40R导通的第一接头管41，并且在从下端向下方延伸的筒状部连接有第二接头管42。另外，在第二接头管42的阀室40R侧嵌合有阀座圈43。阀座圈43的上端内侧成为阀口43a，第二接头管42经由阀口43a与阀室40R导通。此外，第一接头管41、第二接头管42以及阀座圈43通过钎焊等相对于阀壳40固定。

阀机构部50具有支撑部件51、阀架52以及作为“阀部件”的针阀53。支撑部件51例如为合成树脂制且形成为大致圆柱形状，且经由在其外周通过嵌入成形而一体设置的不锈钢制的突缘部511，而通过焊接等固定于阀壳40的上端部。在支撑部件51的中心形成有与转子轴1的轴线L同轴的内螺纹部51a及其螺纹孔，并且形成有比内螺纹部51a的螺纹孔直径大的圆筒状的导向孔51b。

阀架52是圆筒状的部件，且嵌合于导向孔51b内，配设为能够在轴线L方向上滑动。而且，在阀架52的下端部固定有针阀53。在阀架52内能够在轴线L方向上移动地设有弹簧座52a，在弹簧座52a与针阀53之间，以被赋予了预定的载荷的状态安装有压缩盘簧52b。

在转子轴1的支撑部件51侧的外周形成有外螺纹部1a，该外螺纹部1a螺纹结合于支撑部件51的内螺纹部51a。而且，在支撑部件51的导向孔51b内，阀架52的上端部卡合于转子轴1的下端部，阀架52以及针阀53被转子轴1支撑为能够旋转地悬挂的状态。

密闭壳体60形成为上端部堵塞的大致圆筒形状，通过焊接等气密地固定于阀壳40的上端。另外，在密闭壳体60内的上部嵌合有导向保持筒61，在该导向保持筒61的中央的圆筒部61a内嵌入有导向件62。导向件62在中央具有导向孔62a，在该导向孔62a内转动自如地嵌入有转子轴1的上端部。在圆筒部61a的外周装配有螺旋导向线体63，并且设有与螺旋导向线体63螺纹结合的可动限位部件64。

根据以上的结构，通过步进马达10的驱动，磁性转子2及转子轴1旋转，通过转子轴1的外螺纹部1a与支撑部件51的内螺纹部51a的螺纹进给机构，转子轴1在轴线L方向上移动。然后，针阀53在轴线L方向上移动，而相对于阀座圈43近接或远离。由此，开闭阀口43a，控制从第一接头管41流向第二接头管42或者从第二接头管42流向第一接头管41的制冷剂的流量。

另外，在磁性转子2形成有突起部24，随着磁性转子2的旋转，突起部24推转可动限位部件64，从而可动限位部件64通过与螺旋导向线体63的螺纹结合而一边回转一边上下移动。于是，可动限位部件64通过抵接于螺旋导向线体63的下端限位件63a，从而得到转子轴1的最下端位置的旋转限位作用。另外，可动限位部件64通过抵接于导向保持筒61的上端限位件61b，从而得到转子轴1的最上端位置的旋转限位作用。

这样，电动阀100是步进马达10(马达部)使磁性转子2及金属制的转子轴1旋转，并且通过伴随着转子轴1的旋转的针阀53的进退移动而使阀口43a开闭的电动阀。

转子轴1通过加工不锈钢制的杆部件而形成，且具有位于比支撑部件51靠上方的第一轴部11和直径比该第一轴部11大的第二轴部12。此外，在第二轴部12的插通支撑部件51的部分形成有上述外螺纹部1a。另外，由于第一轴部11与第二轴部12的直径差异，在第一轴部11与第二轴部12的边界部具有从上述转子轴1的轴线L侧向第二轴部12的外径方向延伸而成为相对于转子轴1的轴线L呈直角的面的台阶面部13。

磁性转子2具有将外周部磁化成多极的圆筒状的磁铁部21、在磁铁部21的内部的轴线L方向的大致中央部延伸的圆盘部22、设于圆盘部22的中央的凸起部22a内的实现轮毂的功能的固定部件23、以及上述突起部24。磁铁部21、圆盘部22以及突起部24作为由PPS等构成的一体成形部件而构成“磁铁主体”，该磁铁部21是以PPS等为母材加入磁性粉而成形的。另外，固定部件23是与转子轴1相同材质的不锈钢制，该固定部件23与磁铁部21以及圆盘部22(其凸起部22a)一同通过嵌入成形而一体成形。

作为磁性转子2的一部分的固定部件23形成为具有圆柱形状的固定部件主体部231和比固定部件主体部231直径小且圆筒形状的圆筒部232，该固定部件主体部231和圆筒部232以轴线L为中心轴的方式同轴。另外，固定部件23具有供固定部件主体部231和圆筒部232在轴线L方向上贯通的圆柱状的插通孔23a。而且，固定部件23的支撑部件51侧的面成为与插通孔23a的内周面相比从轴线L向外侧延伸的面，该面成为能够与转子轴1的台阶面部13抵接的抵接面部23b。

磁性转子2将转子轴1(第一轴部11)插通于固定部件23的插通孔23a内，成为使固定部件23的抵接面部23b抵接于转子轴1的台阶面部13的状态。由此，进行磁性转子2相对于转子轴1的轴线L方向的定位。然后，在固定部件23的插通孔23a的圆筒部232侧的开口端部的周围A(图2的双点划线)，在其两个部位(一部分)通过焊接来固定转子轴1和圆筒部232，形成该焊接的两个熔融凝固部4、4。另外，如图3所示，该熔融凝固部4、4分别形成于绕轴线L的45°～90°的范围内。上述的焊接方法例如为激光焊，因此向插通孔23a的开口端部与转子轴1的边界的部分照射激光点。此时，调整激光的输出(强度)，以使熔融凝固部4的深度成为能够可靠地固定转子轴1和固定部件23的深度。

这样，固定部件23具有通过基于嵌入成形的一体成形而结合于磁铁部21及圆盘部22(磁铁主体)的固定部件主体部231。另外，固定部件23具有直径比固定部件主体部231的外径小且体积比固定部件主体部231的体积小的圆筒状的圆筒部232。于是，转子轴1插通于插通孔23a，圆筒部232和转子轴1在插通孔23a的开口端部的周围A的一部分通过焊接而固定。即，在直径比固定部件主体部231的外径小且体积小、热容量小的圆筒部232进行局部焊接而不是全周焊接。因此，能够在焊接时抑制过大的焊接热的发生。由此，能够在不引起因焊接热而引起转子轴1的变形的范围增加熔入量。因此，熔融凝固部4、4带来的局部的强度有助于提高整体的接合强度，磁性转子2(固定部件23)不会从转子轴1脱落。此外，固定部件主体部231的外径比通过焊接接合的圆筒部232大，因此磁性转子2旋转时，能够将磁铁主体的扭矩轻松地传递至固定部件主体部231，固定部件23不会从磁铁主体脱落。

另外，在转子轴1的绕轴线L的对置的两部位焊接插通孔23a的开口端部和转子轴1，焊接产生的各熔融凝固部4、4形成于绕轴线L的45°～90°的范围内。因此，焊接时能够以抑制过大的焊接热的发生的方式焊接。

另外，如在图4的点划线的圆表示的局部放大图那样，圆筒部232的上端的插通孔23a的转子轴1侧的内径角部成为C0.1以下的轻微倒角形状。因此，在固定部件23的圆筒部232的端部，与转子轴1的缝隙变小，即使存在构件偏差、焊接偏差，也能够提高固定部件23与转子轴1的焊接性，进一步提高固定强度。此外，插通孔23a的转子轴1侧的内径角部也可以为边沿形状。

另外，转子轴1和固定部件23均为不锈钢制，为相同材质，因此热传导率相同，转子轴1和固定部件23同程度地熔融，进一步提高固定强度。

另外，固定部件主体部231是圆柱形状，固定部件主体部231的轴线L方向的尺寸比圆筒部232的轴线L方向的尺寸大。因此，能够充分确保固定部件主体部231的热容量，能够抑制焊接热对将磁铁部21和圆盘部22做成一体的“磁铁主体”的影响。

另外，如图2所示，在将转子轴1的第一轴部11的直径设为D，将圆筒部232的径向的壁厚设为t，且将圆筒部232的轴线L方向的尺寸(高度)设为H时，t＜D/2、H/t≥1。由此，圆筒部232的热容量相对于转子轴1的热容量适于焊接，提高焊接性，提高固定强度。

图5是表示固定部件的变形例1的图。此外，在以下的对应于变形例1至3的图5至图7中，(A)图是固定部件的俯视图，(B)图是固定部件的纵剖视图，(C)图是固定部件的侧视图。另外，磁性转子2省略图示，在纵剖视图中仅用点划线示出了凸起部22a。该变形例1的固定部件25是与转子轴1同材质的不锈钢制，且与上述磁铁部21及圆盘部22(该凸起部22a)一同通过嵌入成形而一体成形。另外，该变形例1的固定部件25形成为具有圆柱形状的固定部件主体部251和直径比固定部件主体部251小且圆筒形状的圆筒部252，并且具有供转子轴1插通的圆柱状的插通孔25a。该变形例1的固定部件主体部251为与上述固定部件主体部231相同的形状，圆筒部252的直径比上述圆筒部232小。

图6是表示固定部件的变形例2的图。该变形例2的固定部件26是与转子轴1同材质的不锈钢制，且与上述磁铁部21及圆盘部22(其凸起部22a)一同通过嵌入成形而一体成形。另外，该变形例2的固定部件26形成为具有大致圆柱形状的固定部件主体部261和直径比固定部件主体部261小且圆筒形状的圆筒部262，并且具有供转子轴1插通的圆柱状的插通孔26a。该变形例2的固定部件主体部261与上述固定部件主体部231同径，但是在外周的四个部位具有凹槽261a。此外，圆筒部262是与变形例1的圆筒部252相同的形状。凹槽261a的大小、形状不限于图中的大小，可以小也可以大，凹槽部位也不限于四个部位，可以是四个部位以上，也可以是四个部位以下。

图7是表示固定部件的变形例3的图。该变形例3的固定部件27是与转子轴1同材质的不锈钢制，且与上述磁铁部21及圆盘部22(其凸起部22a)一同通过嵌入成形而一体成形。另外，该变形例3的固定部件27形成为具有四角柱形状的固定部件主体部271和直径比固定部件主体部271小且圆筒形状的圆筒部272，并且具有供转子轴1插通的圆柱状的插通孔27a。该变形例3的固定部件主体部271的最大径部与上述固定部件主体部231同径。此外，圆筒部272是与变形例1的圆筒部252相同的形状。

如图5(B)、图6(B)、图7(B)所示，这些变形例1至3中，在转子轴1的绕轴线L对置的两个部位分别形成有焊接产生的各熔融凝固部4、4。另外，在这些变形例1至3中，固定部件主体部251、261、271的剖面形状相同，其最大外径相同。但是，固定部件主体部251、261、271的体积分别不同。

此外，以上的实施方式及变形例1至3中的固定部件主体部231、251、261、271的体积优选为圆筒部232、252、262、272的体积的各自三倍以上。另外，固定部件主体部的形状也可以为其它形状，例如三角形、五角形、除此之外的棱柱形状。

另外，在实施方式及各变形例中，对在转子轴1的绕轴线L对置的两个部位实施焊接的例进行了说明，但是焊接部位也可以是绕轴线L的一个部位。该情况下，优选在绕轴线的150°～270°的范围形成有熔融凝固部。另外，不限于绕轴线L对置的两个部位、绕轴线L的一个部位，焊接部位也可以是绕轴线L的多个部位(例如，三个部位以上)。该情况下，焊接部位优选在绕轴线L旋转对称的位置实施，形成绕轴线的各熔融凝固部的角度也可以小于45°。

图8是表示实施方式的冷冻循环系统的图。图中，符号100是构成“膨胀阀”的本发明的实施方式的电动阀，符号200是搭载于室外单元的室外热交换器，符号300是搭载于室内单元的室内热交换器，符号400是构成四通阀的流路切换阀，符号500是压缩机。电动阀100、室外热交换器200、室内热交换器300、流路切换阀400以及压缩机500分别通过导管如图示那样连接，构成热泵式的冷冻循环系统。此外，储液器、压力传感器、温度传感器等省略了图示。

冷冻循环的流路通过流路切换阀400切换成制冷运转时的流路和制热运转时的流路这两条。制冷运转时，如图中实线箭头所示地，被压缩机500压缩了的制冷剂从流路切换阀400流入室外热交换器200，该室外热交换器200发挥冷凝器的功能，从室外热交换器200流出的液体制冷剂经由电动阀100流入室内热交换器300，该室内热交换器300发挥蒸发器的功能。

另一方面，在制热运转时，如图中虚线箭头所示地，被压缩机500压缩了的制冷剂以从流路切换阀400至室内热交换器300、电动阀100、室外热交换器200、流路切换阀400、以及压缩机500的顺序循环，室内热交换器300发挥冷凝器的功能，室外热交换器200发挥蒸发器的功能。电动阀100将制冷运转时从室外热交换器200流入的液体制冷剂、或者制热运转时从室内热交换器300流入的液体制冷剂分别减压膨胀，进一步地控制该制冷剂的流量。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但是具体的结构不限于这些实施方式，不脱离本发明的主旨的范围的设计的变更等也属于本发明。