专利名称：流体控制阀的制作方法
技术领域：
本发明用于涉及用于由压缩机、流路转换阀、室外热交换机、节流装置、室内热交换机等组成的空气调节器，转换制冷剂流动方向的流路转换阀或控制制冷剂流动方向的流体控制阀。
即使在设有电磁线圈和柱塞的流体控制阀中，在百分比(％)值不同的直流驱动式的情况与比交流驱动式相比。具有表现出复位电压明显较小的特性的倾向。(现有技术-1)在实开昭62-39074号公报的
图1中披露了一种四通阀。在该四通阀中，四通阀主体与导向电磁阀通过3根连接管连接。由于柱塞中设有短路环，因此属于交流驱动式电磁阀。(现有技术-2)在特开平11-201304号公报的图2中披露了一种四通阀。在该四通阀中，四通阀主体与导向电磁阀通过4根连接管连接。由于柱塞中设有短路环，因此也属于交流式电磁阀。(现有技术-3)在特开平11-287352号公报的图4中披露了一种直流驱动式电磁阀。
图12是驱动现有技术-1及现有技术-2中四通阀的驱动装置的框图，其结构为利用图13中全波整流器DB之外部分的线路，交流驱动式电磁阀的电磁线圈11通过继电器接点进行“ON/OFF”。
现有技术-3如果由直流驱动式电磁阀构成，那么其结构为将利用图13中包括全波整流器DB的线路，使全波整流非平滑直流电通过继电器接点施加到直流驱动式电磁阀的电磁线圈11上，以使电磁线圈11“ON/OFF”。
另一方面，在现有技术-3的图4中披露的直流驱动式电磁阀中，其结构为在图14中所示的平滑直流电(供给电压)通过开关用晶体管D施加，以使电磁线圈11“ON/OFF”。
在现有技术-3的图1中披露的直流驱动闩式电磁阀设有永久磁铁39。
此外，当现有技术-1及现有技术-2采用直流驱动式时，必须有用于产生供给至电磁阀的直流的的转换器。转换器为变压器式或开关式，效率范围为60-75％，存在约30％的能量损失，在这一点上，也具有改善的余地。
此外，现有技术-3中，虽然由于只在动作时及复位时施加驱动电流，其后就不通电，因此能够节省电能，但是，由于需要设置永久磁铁，且需要双极驱动式电路，要求的部件很多，使得成本增加，在这一点也具有改善的余地。
为解决所述课题，本发明的目的是提供流体控制阀，其将直流电源的供给电压提供给由统一卷绕线构成的四通阀或电磁阀的电磁线圈，控制部将有吸附驱动工序、保持驱动工序、脱离驱动工序等，通过PWM驱动连接转换装置的可节省能源，进而实现廉价的结构。解决课题的手段本发明的第一方面的流体控制阀设有通过施加直流电驱动的电磁线圈、柱塞及吸住所述柱塞的吸引件，通过驱动该电磁线圈而相对于该吸引件吸住、保持及脱离柱塞，以实现对流体的控制，其特征在于所述电磁线圈被施以第1规定电流，所述吸引件吸住所述柱塞，施加比该第1规定电流小的第2规定电流，所述吸引件保持柱塞的吸附状态，使施加的电流为0，柱塞从所述吸引件脱离。
本发明的第二方面的流体控制阀具有本发明的第一方面的结构，其特征在于所述电磁线圈为统一绕线，该电磁线圈通过半导体式的单极驱动式连接转换装置进行驱动。
本发明的第三方面的流体控制阀具有本发明的第一方面或第二方面的结构，其特征在于在被供给至对所述电磁线圈施加电流的连接转换装置的所述直流电的供给电压为该电磁线圈的额定电压时，该电磁线圈通过PWM驱动保持所述柱塞吸附在所述吸引件上。
本发明的第四方面的流体控制阀具有本发明的第一方面或第二方面的结构，其特征在于在被供给至用于对所述电磁线圈施加电流的连接转换装置的所述直流电的供给电压大于该电磁线圈的额定电压时，该电磁线圈能够通过PWM驱动使所述柱塞吸附在所述吸引件上，同时，能够保持吸附状态。
本发明的第五方面的流体控制阀具有本发明的第四方面的结构，其特征在于当所述电磁线圈的额定电压为DC140V，被供给至所述连接转换装置的供给电压为DC280V时，通过通电率为50％的PWM驱动，能够使所述柱塞吸附在所述吸引件上。
采用本发明的第一方面的流体控制阀，在驱动装置的控制部驱动直流驱动式电磁阀时，由于作为通过例如第1规定电流的额定电流进行吸着驱动工序，因此能确保流体控制阀工作，且由于是直流式的，因此，其后以比额定电流小的电流进行驱动以便在保持驱动工序中确保吸附，若在脱离驱动工序中使驱动电流为0，则可确保复位。
使用本发明的第二方面的流体控制阀可以取得与权利要求1同样的作用效果，同时，由于流体控制阀的电磁线圈是统一的绕线，驱动所述电磁线圈的连接转换装置是半导体式的单极驱动式的，因此，通过软件(驱动程序)能容易地进行吸附驱动工序、保持驱动工序与脱离驱动工序，并将供给电压施加到电磁线圈，以产生驱动电流。
使用本发明的第三方面的流体控制阀的驱动装置可以取得与权利要求1或2同样的作用效果，同时，可以使用与直流驱动式同样的硬件结构使节能PWM驱动方式成为可能。此外，PWM驱动时的驱动电流若约是1/3，那么消耗电力约是额定电力的1/10，驱动电流如果是1/10，那么消耗电力约是额定电力的1/100。
使用本发明的第四方面的流体控制阀可以得到与本发明的第一方面或第二方面同样的作用效果，同时，由于供给电压比电磁线圈的额定电压大，因此可通过PWM驱动将驱动(平均)电流控制为在吸附驱动工序、保持驱动工序中必须的规定驱动电流。不言而喻，在PWM驱动时，所述第1规定电流、额定电流及第2规定电流是平均电流。这一点在以后的说明中也是一样。
使用本发明的第五方面的流体控制阀可以得到与本发明的第四方面同样的作用效果，同时，例如，在PWM转换式空调中，由于供给电压为DC280V，因此作为通电率为50％的PWM驱动可进行吸附驱动工序。此外，即使电磁线圈的额定电压值或供给电压的值不同，由于通电率可以任意选定，也能够取得同样的效果。
图3为表示本发明实施例中连接转换装置的一个例子的线路图。
图4为本发明实施例中供给电压比额定电压大时的驱动程序的说明图。
图5为本发明实施例中设有流体控制阀的驱动装置的空气调节器原理的框图。
图6为表示本发明实施例中室内控制部与室外控制部的主要电气系统的框图。
图7为本发明实施例中转换器产生的供给电压固定时的空气调节器主要部分的框图。
图8为本发明实施例中转换器产生的供给电压变化时的空气调节器主要部分的框图。
图9为本发明实施例中供给电压变化时的驱动程序的说明图。
图10为表示本发明实施例中流路转换阀的示意图。
图11为表示本发明其它实施例的流体控制阀的一个例子的视图。
图12为以往的驱动装置的框图。
图13为表示图12中交流驱动式、全波整流非平滑直流驱动式线路的例子的视图。
图14为表示中图12全波整流非平滑直流驱动式线路的例子的视图。
采用本发明的第一方面的流体控制阀，由于可在吸附驱动工序中确保流体控制阀的动作，其后以小于额定电流的电流驱动，并在保持驱动工序中保持吸住状态，因此起到了明显的节能作用。
采用本发明的第二方面的流体控制阀，在获得与本发明的第一方面同样效果的同时，由于流体控制阀的电磁线圈是统一卷绕而成的且驱动所述电磁线圈的连接转换装置是半导体式的单极驱动式，因此，可以容易地通过软件(驱动程序)进行吸附驱动工序、保持驱动工序与脱离驱动工序，使供给电压施加到电磁线圈上，并产生驱动电流。
采用本发明的第三方面的流体控制阀，在获得与本发明的第一方面和第二方面相同效果的同时，可使用与直流驱动式同样的硬件结构实现节能PWM驱动方式。
采用本发明的第四方面的流体控制阀，在获得与本发明的第一方面和第二方面相同效果的同时，由于供给电压大于电磁线圈的额定电压，因此可以通过PWM驱动将驱动(平均)电流控制至吸附驱动工序、保持驱动工序所必需的规定驱动电流。
采用本发明的第五方面的流体控制阀，在获得与本发明的第四方面相同效果的同时，例如在PWM转换式空调中，由于供给电压为DC280V，因此通过通电率为50％的PWM驱动便可进行吸附驱动工序。
本发明的实施例下面参照附图对本发明中流体控制阀的实施例进行说明。图5是应用了实施例的流体控制阀的空气调节器的原理性框图。在制冷循环A中，4为压缩机，9A为装配在室内装置中的室内热交换器，9B为装配在室外装置中的室外热交换器，10A为节流装置，200为为蓄热器，100为后述的流路转换阀(四通阀)。
压缩机4的排出口与流路转换阀100相连，压缩机4的吸入口通过蓄热器200与流路转换阀100相连。此外，流路转换阀100通过用于热交换器的导管与室内热交换器9A和室外热交换器9B相连，节流装置10A设置在室内热交换器9A和室外热交换器9B之间。这样，压缩机4、流路转换阀100、蓄热器200、室内热交换器9A、室外热交换器9B以及节流装置10A构成了制冷循环A。
压缩机4对制冷剂进行压缩，使被压缩的制冷剂流入流路转换阀100中，该制冷剂的流路根据运行模式、通过流路转换阀100进行转换。在取暖模式中，如图中实线箭头所示，被压缩的制冷剂从流路转换阀100流入室内热交换器9A，该室内热交换器9A起到冷凝器的作用；从室内热交换器9A流出的制冷液通过节流装置10A流入到室外热交换器9B中，该室外热交换器9B起蒸发器的作用。之后，通过室外热交换器9B蒸发的制冷剂通过流路转换阀100及蓄热器200流入压缩机4中。
另一方面，在冷气模式中，如图中虚线箭头所示，使被压缩机4压缩的制冷剂从流路转换阀100按室外热交换器9B、节流装置10A、室内热交换器9A、流路转换阀100、蓄热器200以及被压缩机4的顺序循环，室外热交换器9B起到冷凝器的作用，室内热交换器9A起到蒸发器的作用。
图5中点划线所示的控制装置C与室内装置的室内控制部、室外装置的室外控制部以及(本发明的流体控制阀的)驱动装置相对应，该控制装置C的处理部C1由微机构成。此外，输入部C2与室内装置的遥控接受部或操作开关相对应，检测部C3与各种温度传感器(温度检测装置)或压力检测装置、流量检测装置、频率检测装置等相对应。并且，停电检测部C4与室外控制部的电压检测器相对应，半固定在储部C5与室内控制部及室外控制部的EEPROM相对应。
节流装置驱动部C6、室内热交换器驱动部C7、室外热交换器驱动部C8及压缩机驱动部C9通过执行后述的控制程序实现其功能。流路转换驱动部406与驱动流路转换阀100的电磁线圈的驱动器相对应。
节流装置驱动部C6将控制信号输出到节流装置驱动源(例如步进马达)404，通过节流装置驱动源404控制节流装置10A的节流程度。室内热交换器驱动部C7将控制信号输出到室内热交换器驱动源(例如，风扇马达的驱动器)，室内热交换器驱动源301根据控制信号驱动风扇叶片，进行运行或停止，同时，通过转数控制室内热交换器9A的热交换能力。室外热交换器驱动部C8将控制信号输出到室外热交换器驱动源(例如，风扇马达的驱动器)，室外热交换器驱动源401根据控制信号驱动风扇叶片，进行运行或停止，同时，通过转数控制室外热交换器9B的热交换能力。
此外，处理部C1将控制信号输出到流路转换阀驱动部406，流路转换阀驱动部406根据控制信号，向用于转换控制流路转换阀100的流路的流路转换阀驱动源(后面所述的电磁线圈)101供电。而且，压缩机驱动部C9将控制信号输出到压缩机动力源(例如，转换模块及马达)450，压缩机动力源450驱动压缩机4，从而控制压缩机4的正向旋转、反向旋转、起动、停止、能力切换等。
图6为框图，表示了室内装置的室内控制部300与室外装置的室外控制部400的主要电气系统。室内控制部300中内置有开关主电源的功率继电器310，通过该功率继电器310将100V单相交流电供给到AC/DC换流器320，通过AC/DC换流器320变换成各种规定的直流电压，并供给到微机330。微机330与EEPROM340相连。此外，还通过电源供给线220、221将利用功率继电器310供给的100V单向交流电供给到室外控制部400。
在室外控制部400中，供给的交流电施加在静噪滤波器410之后，通过转换器420进行整流处理、通过平滑电容器430进行平滑处理，生成规定的直流电压。由以前产生的直流产生的电流通过分流电阻440供给到转换模块450。之后，通过转换模块450生成三相电并供给到压缩机4。此外，分流电阻440是压缩机4的负荷电流检测装置。虽然省略了流体控制阀的驱动电流检测装置，但是不言而喻，其可采用相同的结构。
另一方面，平滑电容器430的输出通过DC/DC转换器460变换成规定的内部直流电压，并供给至微机470。然后，微机470将驱动信号输出到转换模块450，对压缩机4进行运转控制。此外，微机470与EEPROM480及电压检测器490连接。在所述EEPROM480中，记录了与运行模式相对应的流路转换阀100的主阀体切换位置的位置数据。微机470通过通信线210与室内控制部300的微机330进行串行通信，以进行数据的交换。
图10是表示实施形态中流路转换阀100的实施例的视图。该流路转换阀100设有四通阀主体110和控制电磁阀120。四通阀主体110具有筒状的阀主体11，在其外周连接有与压缩机4的排出口相连的高压侧的连接管5。此外，在与阀主体11的连接管5相隔半周的位置处，分别连接有与蓄热器200相连的低压侧的连接管6、与室内室外二个热交换器9A、9B相连的连接管7、8。三根连接管6、7、8在阀主体11的内部与阀座12相连。在阀主体11内，设有通过连接杆13连接的第1活塞14与第二活塞15。在阀主体11内，由活塞14、15划分出高压室R1、压力变换室R2及压力变换室R3。此外，在连接杆13中安装有与阀座12紧密连接的滑阀16。塞体17、18被焊接固定在阀主体11的两端。
另一方面，在导向电磁阀120中，柱塞管21的一端安装有阀套22，在柱塞管21的另一端安装有吸引件23，同时在其周围设有统一卷绕而成的电磁线圈101。在柱塞管21内部容纳有柱塞24，同时，使柱塞杆24a与柱塞24的顶端相连，在柱塞杆24a的端部安装有滑阀25。这样，柱塞24通过柱塞弹簧26附着在阀套22上。阀套22中的阀室22a的一头与和四通阀主体110的高压侧连接管5连通的通路31相连，阀室22a的另一端与和低压侧连接管6连通的通路32、和压力变换室R2连通的通路33以及和压力变换室R3连通的通路34平行连通。通路32、33、34与朝向阀室22a的阀座27相连。
通过以上结构，导向电磁阀120以及四通阀主体110工作程序如下。图10的状态为电磁线圈101未通电的状态，通过柱塞弹簧26的推动力，使滑阀25处于图10的左侧，压力变换室R2通过通路33、滑阀25的内腔以及通路32与低压侧连接管6连通，压力变换室R3、通过通路34、阀室22a以及通路31与高压侧连接管5连通。这样，压力变换室R3的内部压力高于压力变换室R2的内部压力，从而活塞14、15以及滑阀16能够维持图10的状态。因此，低压侧连接管6通过滑阀16的内腔与连接管7连通，高压侧连接管5通过高压室R1与连接管8连通。
另一方面，如果对电磁线圈101通电，柱塞24则克服柱塞弹簧26的推动力而被吸引件23吸引，因此，滑阀25从图10的位置向右侧移动。这样，压力变换室R2通过通路33、阀室22a以及通路31与高压侧连接管5连通，压力变换室R3通过通路34、滑阀25的内腔以及通路32与低压侧连接管6连通。因此，压力变换室R2的内部压力高于压力变换室R3的内部压力，活塞14、15以及滑阀16将从图10的位置向右侧移动。于是，高压侧连接管5通过高压室R1与连接管7连通，低压侧连接管6通过滑阀16的内腔与连接管8连通。此外，如果切断对电磁线圈101的通电，则将返回图10的状态。
如上所述，通过控制对导向电磁阀120的电磁线圈101的通电/非通电，可以转换运行模式。在该实施例中，连接管7与室内热交换器9A相连，连接管8与室外热交换器9B相连，在取暖模式时，对电磁线圈101通电。
图1是应用于本发明流体控制阀中的驱动装置的框图，供给电力10利用正极端线BL+及负极端线(负极端电源)BL-、通过连接转换装置(流路转换阀驱动部)406将由AC/DC转换器等产生的直流电供给到电磁线圈101。由控制部C1发出的控制信号控制连接转换装置406，以进行直流电的通电/非通电。
图2是从供给电力10发出的供给电压为额定电压时驱动程序的说明图。当转换至取暖模式时，作为最初的“吸附驱动工序”，对电磁线圈101施加5秒的额定电压，使吸引件23吸住导向电磁阀120的柱塞24，从而转换至取暖模式。其后，在取暖模式中，作为“保持驱动工序”，以约1毫秒的周期反复进行通电与非通电的PWM驱动，保持吸引件23吸住柱塞24的状态。然后，在取暖模式结束或转换至冷气模式时，作为“脱离驱动工序”，切断对电磁线圈101的通电(使驱动电流为0)，使柱塞24返回图10的状态。
图3是表示连接转换装置406的一个例子的线路图，所述连接转换装置406由开关晶体管406a与信号变换部406b构成。开关晶体管406a是门电压为0V时构成非导通的N信道MOS-FET，是半导体式的单极驱动式。信号变换部406b通过由控制部C1发出的控制信号控制MOS-FET406a的门电压，控制对电磁线圈101的通电/非通电。此外，如图中虚线所示，当供给电力10的负极端线(负极端电源)BL-与控制部C1的0V相连时，信号变换部406b不需要绝缘措施，连接转换装置406可以大大降低成本。
图7是转换器生成的供给电压固定时的空气调节器主要部分的框图，其显示了例如PWM转换式空调的实施例。从AC/DC转换器421(转换器)将DC280V的电压供给到PWM转换器451，同时，将该供给电压供给到连接转换装置406，从连接转换装置406向电磁线圈101供应驱动电流。
如果电磁线圈101的额定电压是DC140V，由于供给电压(280V)比额定电压大，因此应通过图4所示的驱动程序进行驱动。例如，对于额定电压DC140V的电磁线圈101，形成了供给DC280V(PWM转换器)时的驱动工序。当转换到取暖模式时，作为最初的“吸附驱动工序”，通过5秒的PWM驱动对电磁线圈101施加供给电压，使吸引件23吸住导向电磁阀120的柱塞24，转换到取暖模式。其后，在取暖模式中，作为“保持驱动工序”，以约1毫秒的周期反复进行通电与非通电的PWM驱动，从而保持吸引件23吸住柱塞24的状态。然后，在取暖模式结束或转换至冷气模式时，作为“脱离驱动工序”，切断对电磁线圈101的通电，使柱塞24返回图10的状态。如上所述，执行PWM驱动以使吸住时的平均电流为额定电流。
图8是转换器生成的供给电压可变时的空气调节器主要部分的框图，其例如显示了PAM转换式空调的实施例。将从可变电压AC/DC转换器422发出的DC驱动电压供给到PAM转换器452以及连接转换装置406，从连接转换装置406向电磁线圈101供应驱动电流。控制部C1检测可变电压AC/DC转换器422的电压，同时输出可变电压信号以控制电压。这时，例如，可以通过检测部C3由温度传感器(温度检测装置)的值判断是冬季、中间季节还是夏季，从而修正计算驱动电流。
当由可变电压AC/DC转换器422发出的供给电压大于电磁线圈101的额定电压且产生变动(可变)时，通过图9所示的驱动工序进行驱动。当转换至取暖模式时，作为最初的“吸附驱动工序”，对电磁线圈101施加5秒的额定电压，转换至取暖模式。其后，在取暖模式中，作为“保持驱动工序”，在供给电压大于额定电压的情况下，应减小负载比以进行PWM驱动，保持吸引件23吸住柱塞24的状态。然后，在取暖模式结束或转换至冷气模式时，作为“脱离驱动工序”，切断对电磁线圈101的通电。如上所述，执行PWM驱动以使平均电流为保持电流。此外，在5秒的“吸附驱动工序”中供给电压比额定电压大时，与图4一样进行PWM驱动。
图11显示了作为流体控制阀的另一实施例。图11表示在直流驱动式的直动型双向电磁阀中设有统一卷绕的电磁线圈的流路转换阀的实施例。柱塞管51的一端安装有阀套52，在柱塞管51的另一端安装有吸引件53，同时在其周围设有统一卷绕的电磁线圈101。柱塞管51内的柱塞54顶端与阀体55连接。此外，柱塞54通过柱塞弹簧56抵靠在阀套52上。
未对电磁线圈101通电时，阀体55通过柱塞弹簧56的推动力，落座于阀座52a上，使第1孔57与第2孔58隔离。电磁线圈101通电时，柱塞54将克服柱塞弹簧56的推动力而被吸引件53吸引，阀体55离开阀座52a，第1孔57与第2孔58连通。而且，在这样的电磁线圈101的驱动中也可采用与所述实施例一样的各种驱动方式。
权利要求
1.流体控制阀，其设有通过施加直流电驱动的电磁线圈、柱塞及吸住所述柱塞的吸引件，通过驱动该电磁线圈而相对于该吸引件吸住、保持及脱离柱塞，以控制流体，其特征在于所述电磁线圈被施以第1规定电流，所述吸引件吸住所述柱塞，施加比该第1规定电流小的第2规定电流，所述吸引件保持柱塞的吸附状态，使施加的电流为0，柱塞从所述吸引件脱离。
2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于所述电磁线圈为统一绕线，该电磁线圈通过半导体式的单极驱动式连接转换装置进行驱动。
3.根据权利要求1或2所述的流体控制阀，其特征在于在被供给至用于对所述电磁线圈施加电流的连接转换装置的所述直流电的供给电压为该电磁线圈的额定电压时，该电磁线圈通过PWM驱动保持所述柱塞吸附在所述吸引件上。
4.根据权利要求1或2所述的流体控制阀，其特征在于在被供给至用于对所述电磁线圈施加电流的连接转换装置的所述直流电的供给电压大于该电磁线圈的额定电压时，该电磁线圈能够通过PWM驱动使所述柱塞吸附在所述吸引件上，同时，能够保持吸附状态。
5.根据权利要求4所述的流体控制阀，其特征在于当所述电磁线圈的额定电压为DC140V，被供给至所述连接转换装置的供给电压为DC280V时，通过通电率为50％的PWM驱动，能够使所述柱塞吸附在所述吸引件上。
全文摘要
在空调的流路转换阀(流体控制阀)中,在导向电磁阀的电磁线圈101与供给电力10之间设有开关晶体管406a。开关晶体管406a为N信道MOS－FET。开关晶体管406a的门电压通过控制部C1及信号变换部406b控制。供给电力10的负极侧导线BL－与控制部C1的OV连接,信号变换部406b中不需要绝缘措施。在吸附导向电磁阀柱塞的吸附驱动工序中,通过额定电压驱动,在保持柱塞的保持驱动工序进行PWM驱动。柱塞的脱离驱动工序为OV。因比,在空调的流路转换阀等流体控制阀中能够实现节能并降低成本。
文档编号F16K31/06GK1384305SQ02124539
公开日2002年12月11日 申请日期2002年4月2日 优先权日2001年4月2日
发明者村田雅弘, 松岛干郎, 猪谷多闻, 关根一广, 中原诚一 申请人:株式会社鹭宫制作所