專利名稱：四通電磁閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四通電磁閥的結(jié)構(gòu)，特別是，涉及降低磁阻、削減用于電磁線圈的驅(qū)動及保持其狀態(tài)的電功率的技術(shù)。
背景技術(shù)：
過去，已知這樣的四通電磁閥，該四通電磁閥的特征為，在閥主體的一方上沿著軸向方向并列地設(shè)置三個連接口，同時，在另一方的與所述三個連接口的大致中間部對向的位置上設(shè)置一個連接口，在該閥主體內(nèi)，在所述一個連接口與所述三個連接口之間，為了形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的環(huán)狀流通室，設(shè)置小直徑的柱塞，在與該柱塞的軸向方向正交的方向的通孔內(nèi)設(shè)置滑動閥體，同時，在該滑動閥體與閥主體的所述一個連接口之間設(shè)置螺旋彈簧，將其壓接到所述三個連接口部上，所述滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將所述三個連接口中鄰接的兩個連接口連通，同時，經(jīng)由該流通室，使其它的連接口之間連通(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1實公昭55-16534號公報(實用新型登記權(quán)利要求書、附圖)發(fā)明內(nèi)容在上述現(xiàn)有的四通電磁閥中，利用對電磁線圈通電所產(chǎn)生的電磁力，吸引與滑動閥體連接的柱塞，使柱塞移動，由此使滑動閥體也移動，藉此，切換三個連接口與一個連接口的流路。然后，在返回原來的狀態(tài)的情況下，通過停止向電磁線圈上的通電，釋放在吸引柱塞時預(yù)先儲能的彈簧，與柱塞一起返回滑動閥體的位置。
在這種四通電磁閥中，為了保持切換了滑動閥體的狀態(tài)，必須持續(xù)地向電磁線圈上通電，存在著繼續(xù)消耗電功率的問題。
另外，通過縮短垂直于滑動閥體的閥座面沿著閥體滑動方向開設(shè)的流路孔的間隔，縮短電磁線圈的吸引距離，可以用小的電功率維持狀態(tài)，但是，由于在與閥體滑動面相反側(cè)與流路孔連接的配管的直徑的小型化是有限度的，所以，存在著不能縮小孔間隔的問題。
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的課題，其目的是，通過縮短柱塞的移動距離、增大柱塞間隙部的對向截面積、或者增大外部鐵心與柱塞對向部的面積，削減磁阻、削減四通電磁閥的驅(qū)動及保持其狀態(tài)的電功率。
根據(jù)本發(fā)明的四通電磁閥，其特征在于，包括閥主體，所述閥主體，在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口，同時在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口，在一個連接口與三個連接口之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室；柱塞，該柱塞在閥主體內(nèi)部沿著軸向方向移動；以及滑動閥體，所述滑動閥體連接到柱塞上且壓接到三個連接口上，并且以滑動的方式配置；其中，滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將三個連接口中的兩個連接口連通，同時，經(jīng)由流通室使其它的連接口之間連通，同時，三個連接口相對于其閥座面呈三角形配置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的四通電磁閥，其特征在于，包括閥主體，所述閥主體在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口，同時在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口，在一個連接口與三個連接口之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室；柱塞，該柱塞在閥主體內(nèi)部沿著軸向方向移動；滑動閥體，所述滑動閥體連接到柱塞上且壓接到三個連接口上，并且以滑動的方式配置；內(nèi)部鐵心，所述內(nèi)部鐵心與柱塞的與閥主體相反的一側(cè)相對向；包圍內(nèi)部鐵心的電磁線圈；配置在電磁線圈外周的外部鐵心；其中，在滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將三個連接口中的兩個連接口連通，同時，經(jīng)由流通室使其它的連接口之間連通，同時，使內(nèi)部鐵心中與柱塞的間隙附近的截面面積比內(nèi)部鐵心的被電磁線圈包圍部分的截面面積大，使柱塞與內(nèi)部鐵心對向的部分的截面面積與內(nèi)部鐵心的間隙附近部分的截面面積基本上相等。
進而，根據(jù)本發(fā)明的四通電磁閥，其特征在于，包括閥主體，所述閥主體在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口，同時，在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口，在一個連接口與三個連接口之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室；柱塞，該柱塞在閥主體內(nèi)部沿著軸向方向移動；滑動閥體，所述滑動閥體連接到柱塞上且壓接到三個連接口上，并且以滑動的方式配置；內(nèi)部鐵心，所述內(nèi)部鐵心與柱塞的與閥主體相反的一側(cè)相對向；包圍內(nèi)部鐵心的電磁線圈；配置在電磁線圈外周的外部鐵心；其中，在滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將三個連接口中的兩個連接口連通的同時，經(jīng)由流通室使其它的連接口之間連通，同時，使外部鐵心與柱塞對向的部分的面積比其它部分的板厚面積大。
根據(jù)本發(fā)明的四通單向閥，通過將作為流路孔的三個連接口相對于其閥座面呈三角形配置，減少滑動閥體的滑動距離，可以削減由電磁鐵造成的吸引的間隙，可以削減四通電磁閥的切換以及狀態(tài)保持所必需的電功率。
另外，根據(jù)本發(fā)明的四通電磁閥，通過使內(nèi)部鐵心中與柱塞的間隙附近部分的截面面積比內(nèi)部鐵心的被電磁線圈包圍的部分的截面面積大，使柱塞中與內(nèi)部鐵心對向的部分的截面面積與內(nèi)部鐵心的間隙附近部分的截面面積大致相等，可以降低柱塞間隙部的磁阻，可以削減四通電磁閥的切換以及狀態(tài)保持所必需的電功率。
進而，根據(jù)本發(fā)明的四通電磁閥，通過使外部鐵心與柱塞對向的部分的面積比其它部分的板厚面積大，可以削減磁路內(nèi)的磁阻，可以削減四通電磁閥的切換以及狀態(tài)保持所必需的電功率。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式1的四通電磁閥的剖視圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式1的四通電磁閥的滑動閥體和三個連接口的配置的圖示。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式2的四通電磁閥的剖視圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式3的四通電磁閥的剖視圖。
圖5是表示電磁閥的柱塞吸引部中的磁路的圖示。
圖6是用于由電磁線圈的磁通勢推導(dǎo)出功的說明圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的四通電磁閥的柱塞間隙長度與必要的電流的關(guān)系的圖示。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的四通電磁閥的柱塞的直徑與必要的電流的關(guān)系的圖示。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的四通電磁閥的柱塞的截面面積與必要的電流的關(guān)系的圖示。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的四通電磁閥的柱塞截面面積比與必要的電流的關(guān)系的圖示。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的四通電磁閥的柱塞截面面積比與必要的電功率的關(guān)系的圖示。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的四通電磁閥的外部鐵心的板厚比與必要的電流的關(guān)系的圖示。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的四通電磁閥的外部鐵心的板厚比與必要的電功率的關(guān)系的圖示。
圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式2的四通電磁閥的另外的實施例的剖視圖。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式2的四通電磁閥的另外的實施例的剖視圖。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式2的四通電磁閥的另外的實施例的剖視圖。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式3的四通電磁閥的另外的實施例的剖視圖。
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式3的四通電磁閥的另外的實施例的剖視圖。
圖19是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式3的四通電磁閥的另外的實施例的剖視圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)

實施本發(fā)明的最佳形式。
實施形式1.
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式1的四通電磁閥的剖視圖，圖1(a)是正視剖面圖，圖1(b)是局部側(cè)視剖面圖。在本實施形式的四通電磁閥中，閥主體1呈在內(nèi)部形成流通空間R的筒狀，用黃銅等非磁性體構(gòu)成。并且，在閥主體1的一個側(cè)面上形成連接口1a，在與之對向的另一個側(cè)面上釬焊閥座部2，所述閥座部2具有相對于閥座面呈三角形配置的三個連接口1b、1c、1d。另外，在連接口1a的流路孔上釬焊有配管4，在連接口1b、1c、1d的流路孔上設(shè)置大直徑部1b1、1c1、1d1，并且，將配管5插入并釬焊到這些大直徑部內(nèi)。
在閥主體1的上側(cè)的內(nèi)徑部，通過釬焊等接合柱塞缸21并與閥主體1一體化。并且，在柱塞缸21的內(nèi)部可自由移動地容納磁性體制造的柱塞20。在柱塞20的閥主體1側(cè)形成小直徑部20a，在設(shè)于小直徑部20a內(nèi)側(cè)的孔20b內(nèi)插入連接板11，通過鉚接小直徑部20a，將所述連接板11連接到柱塞20上。另外，在連接板11上形成垂直于軸向方向的通孔11a，將由橡膠、聚氟乙烯(或者，聚四氟乙烯)、聚縮醛(或者聚縮醛共聚物)等構(gòu)成的滑動閥體3安裝到該通孔11a內(nèi)。在與滑動閥體3的所述多個連接口1b、1c、1d對向部分上形成連通用凹部3a。另外在滑動閥體3的背面設(shè)置用鉚釘12安裝到連接板11上的板簧13，借助該板簧13將滑動閥體3推壓到連接口1b、1c、1d的閥座面上。
另一方面，在柱塞20的與閥主體1相反的一側(cè)上，配置內(nèi)部鐵心22，在柱塞20與內(nèi)部鐵心22之間配置復(fù)位用壓縮螺旋彈簧23。另外，在柱塞20及內(nèi)部鐵心22的周圍配置兼作外殼的磁性體制造的外部鐵心24、以及包圍外部鐵心24的電磁線圈25。
其次，對于本實施形式的四通電磁閥的動作進行說明。在不向電磁線圈25上通電時，柱塞20被壓縮螺旋彈簧23加壓，經(jīng)由固定到柱塞20上的連接板11，滑動閥體3借助連通用凹部3a使連接口1c、1d連通，同時，借助閥座主體1內(nèi)部的流通空間R使連接口1a、1b連通。另外，當(dāng)向電磁線圈25通電時，借助所產(chǎn)生的電磁力，柱塞20一面對壓縮螺旋彈簧23進行壓縮，一面被向內(nèi)部鐵心22側(cè)吸引并移動。與此相伴，通過鉚接固定到柱塞20上的鏈接板11，滑動閥體3也向上方移動，借助滑動閥體3的連通用凹部3a使連接口1c、1b連通，同時，借助閥主體1內(nèi)部的流通空間R使連接口1a、1d連通。
在本實施形式中，其特征為，在閥主體1的與連接口1a對向的另一個側(cè)面上形成的三個連接口1b、1c、1d，相對于閥座面呈三角形配置。圖2(a)及(b)是表示本實施形式及現(xiàn)有技術(shù)的滑動閥體與三個連接口的配置的圖示。如上所述，在連接口1b、1c、1d的流路孔上設(shè)置大直徑部1b1、1c1、1d1，將配管5插入到這些大直徑部1b1、1c1、1d1內(nèi)。這里，由于配管5的配管直徑的小型化是有限度的，所以，大直徑部1b1、1c1、1d1的小型化也是有限度的。另外，當(dāng)要使配管5彼此接近時，大直徑部之間的間隔壁的厚度變薄，用于縮小大直徑部的間隔的加工是有限度的。因此，如圖2(b)的現(xiàn)有例所示，當(dāng)連接口1b、1c、1d并列地配置時，由于大直徑部1b1、1c1、1d1的直徑的制約以及大直徑部之間的間隔壁的厚度的限制，滑動閥體3的行程長度h2也變大。因此，在本實施形式中，如圖2(a)所示，將連接口1b、1c、1d相對于閥座面呈三角形配置。藉此，即使有大直徑部1b1、1c1、1d1的直徑的制約以及大直徑部之間的間隔壁的厚度的限制，也可以使滑動閥體3的行程長度h1比現(xiàn)有的行程長度h2短，可以抑制電磁線圈25吸引時的電功率消耗。
如上所述，根據(jù)本實施形式，通過將連接口1b1、1c1、1d1相對于閥座面呈三角形配置，可以不改變配管5的直徑、將距離配置地最接近，從而，可以將連接口1b、1d配置得最靠近。藉此，由于與過去的相對于滑動方向直線配置的情況相比，可以縮小連接口的孔間距，所以可以縮短柱塞20的滑動距離。結(jié)果，由于可以利用小的磁通勢吸引柱塞20，所以可以削減驅(qū)動四通電磁閥以及保持其狀態(tài)用的電功率。
另外，在將根據(jù)本實施形式的四通電磁閥裝入到制冷供暖系統(tǒng)中使用的情況下，由于可以削減對制冷或者供暖操作沒有貢獻的電磁線圈的工作電功率，所以可以提高COP(Coefficient of Performance特性系數(shù))。
實施形式2.
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式2的四通電磁閥的剖視圖，圖3(a)表示柱塞吸引前的狀態(tài)的側(cè)視剖面圖，圖3(b)是表示柱塞吸引后的狀態(tài)的側(cè)視剖面圖。在本實施形式的四通電磁閥中，閥主體1構(gòu)成在內(nèi)部形成流通空間R的筒狀，由黃銅等非磁性體構(gòu)成。并且，在閥主體1的一個側(cè)面上形成連接口1a，在與之對向的另一個側(cè)面上安裝閥座部2，所述閥座部2具有相對于閥座面呈三角形配置的三個連接口1b、1c、1d。另外，在連接口1a的流路孔上釬焊有配管4，在連接口1b、1c、1d的流路孔上設(shè)置大直徑部1b1、1c1、1d1，并且將配管5插入并釬焊到這些大直徑部內(nèi)。
通過釬焊等將柱塞缸21接合到閥主體1的上側(cè)的內(nèi)徑部上，與閥主體1一體化。并且，在柱塞缸21的內(nèi)部可自由移動地容納磁性體制造的柱塞20。在柱塞20的閥主體1側(cè)上形成小直徑部20a，將連接板11插入到設(shè)置在小直徑部20a內(nèi)側(cè)的孔20b內(nèi)，通過鉚接小直徑部20a將所述連接板11連接到柱塞20上。另外，在連接板11上形成與軸向方向垂直的通孔11a，將由橡膠、聚氟乙烯(或者，聚四氟乙烯)、聚縮醛(或者聚縮醛共聚物)等構(gòu)成的滑動閥體3安裝到該通孔11a內(nèi)。在滑動閥體3的與前述多個連接口1b、1c、1d對向的部分上形成連通用凹部3a。另外，在滑動閥體3的背面設(shè)置利用鉚釘安裝到連接板11上的板簧13，借助該板簧13將滑動閥體3推壓到連接口1b、1c、1d的閥座面上。
另一方面，在柱塞20的與閥主體1相反的一側(cè)上配置內(nèi)部鐵心22，在柱塞20與內(nèi)部鐵心22之間配置復(fù)位用的壓縮螺旋彈簧23。另外，在內(nèi)部鐵心22的周圍配置由磁性體制成的外部鐵心24、以及包圍外部鐵心24的電磁線圈25。
其次，對本實施形式的四通電磁閥的動作進行說明。在不向電磁線圈25通電時，柱塞20被壓縮螺旋彈簧23加壓，滑動閥體3借助連通用凹部3a使連接口1c、1d連通，同時，借助閥主體1內(nèi)部的流通空間R使連接口1a、1b連通。另外，當(dāng)向電磁線圈23通電時，借助所產(chǎn)生的電磁力，柱塞20一面將壓縮彈簧23壓縮一面被向內(nèi)部鐵心22側(cè)吸引并移動。與此相伴，滑動閥體3通過鉚接固定到柱塞20上的連接部11也向上方移動，借助滑動閥體3的連通用凹部3a使連接口1c、1b連通，同時，借助閥主體1內(nèi)部的流通空間R使連接口1a、1d連通。
本實施形式的特征為，對于內(nèi)部鐵心22的形狀，使所述內(nèi)部鐵心22與柱塞20之間的間隙附近的部分22A的截面面積比內(nèi)部鐵心22被電磁線圈25包圍的部分22B的截面面積大，同時，對于柱塞20的形狀，使與內(nèi)部鐵心22對向的大直徑部分20A的截面面積大致與上述內(nèi)部鐵心22的間隙附近部分22A的截面面積相等。此外，在內(nèi)部鐵心22的大直徑部分22A與小直徑部分22B的交界部分處，為了降低由于急劇擴大引起的磁耗損，優(yōu)選地，在根部設(shè)置R1～R2程度的R。另外，在柱塞20上設(shè)置中空部200及通氣孔201，即使在沉渣等粘度高的物質(zhì)進入并堵塞柱塞20與閥主體1的間隙205的情況下，也會將存在于柱塞20與柱塞缸21之間的空間206內(nèi)的氣體排出，不會抑制柱塞20的滑動。
根據(jù)如上所述的本實施形式，通過使內(nèi)部鐵心22的間隙附近的部分22A的截面面積比內(nèi)部鐵心22被電磁線圈25包圍的部分22B的截面面積大、使與內(nèi)部鐵心22對向的柱塞20的大直徑部分20A的截面面積與內(nèi)部鐵心22的間隙附近的部分22A的截面面積大致相等，不必加大電磁線圈25的線圈芯徑就可以降低柱塞20與內(nèi)部鐵心22的間隙部的磁阻，從而能夠以小的磁通勢吸引柱塞20，所以可以削減用于四通電磁閥的驅(qū)動以及保持其狀態(tài)的電功率。
另外，在將根據(jù)本實施形式的四通電磁閥裝入到制冷供暖系統(tǒng)中使用的情況下，由于可以削減對制冷或者供暖動作沒有貢獻的電磁線圈的工作電功率，所以可以提高COP(Coefficient of Performance特性系數(shù))。
另外，在本實施形式中，對于將三個連接口1b、1c、1d相對于閥座面呈三角形配置的例子進行了說明，但是，也可以將三個連接口1b、1c、1d相對于閥座面呈直線配置。
另外，在上述實施形式中，如圖3所示，將柱塞20及內(nèi)部鐵心22制成整體型的部件，但是，如圖14所示，也可以將柱塞20作為間隙附近部分20A和閥主體側(cè)部分20B單獨的部件構(gòu)成，另外，也可以將內(nèi)部鐵心22作為間隙附近部分22A和主體側(cè)部分22B單獨的部件構(gòu)成，分別通過壓入、釬焊、焊接等將其接合，提高材料利用率。在這種情況下，通過使單獨部件彼此的接合面積比小直徑側(cè)的部件的截面面積大，與整體型部件相比，可以防止磁阻增大。
進而，如圖15所示，也可以通過將筒狀的柱塞缸21進行縮管或者擴管或者壓力加工等，制成改變兩個開口端的直徑的結(jié)構(gòu)，可滑動地容納具有間隙附近部分20A和閥主體側(cè)部分20B的不同直徑的柱塞20。這樣，可以提高閥主體1的材料利用率。在這種情況下，柱塞20的間隙附近部分20A和閥主體側(cè)部分20B，可以由兩個以上的部件構(gòu)成，也可以通過切削加工等成形為一個整體型部件。
另外，如圖16所示，通過將柱塞20及內(nèi)部鐵心22的不同直徑部分制成單獨的部件，利用壓力加工或板金加工分別制造大直徑部20A及22A，可以提供更廉價的裝置。
實施形式3.
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式3的四通電磁閥的剖視圖，圖4(a)是表示柱塞吸引前的狀態(tài)的側(cè)視剖面圖，圖4(b)是表示柱塞吸引后的狀態(tài)的側(cè)視剖面圖。在本實施形式的四通電磁閥中，閥主體1構(gòu)成在內(nèi)部形成流通空間R的筒狀，用黃銅等非磁性體構(gòu)成。并且，在閥主體1的一個側(cè)面上形成連接口1a，在與之對向的另一個側(cè)面上安裝閥座部2，該閥座部具有相對于閥座面呈三角形配置的三個連接口1b、1c、1d。另外，在連接口1a的流路孔上釬焊配管4，在連接口1b、1c、1d的流路孔上設(shè)置大直徑部1b1、1c1、1d1，并且將配管5插入并釬焊到這些大直徑部上。
將柱塞缸21通過釬焊等接合到閥主體1的上側(cè)的內(nèi)徑部上，與閥主體形成一個整體。并且，在柱塞缸21的內(nèi)部可自由移動地容納磁性體制造的柱塞20。在柱塞20的閥主體1側(cè)形成小直徑部20a，將連接板11插入到設(shè)置在小直徑部20a內(nèi)側(cè)的孔20b內(nèi)，通過鉚接小直徑部20a，將所述連接板11連接到柱塞20上。另外，在連接板11上形成垂直于軸向方向的通孔11a，將由橡膠、聚氟乙烯(或者，聚四氟乙烯)、聚縮醛(或者聚縮醛共聚物)等構(gòu)成的滑動閥體3安裝到該通孔11a內(nèi)。在與滑動閥體3的前述多個連接口1b、1c、1d對向的部分形成連通用凹部3a。另外，在滑動閥體3的背面設(shè)置用鉚釘12安裝到連接板11上的板簧13，利用該板簧13將滑動閥體3推壓到連接口1b、1c、1d的閥座面上。
另一方面，在柱塞20的與閥主體1相反的一側(cè)配置內(nèi)部鐵心22，在柱塞20與內(nèi)部鐵心22之間配置復(fù)位用的壓縮螺旋彈簧23。另外，在內(nèi)部鐵心22的周圍，配置磁性體制成的外部鐵心24、以及圍繞外部鐵心24的電磁線圈25。
另外，對于內(nèi)部鐵心22的形狀，使該內(nèi)部鐵心22與柱塞20之間的間隙附近的部分22A的截面面積大于內(nèi)部鐵心22的包圍電磁線圈的部分22B的截面面積，同時，對于柱塞20的形狀，使與內(nèi)部鐵心22對向的大直徑部分20A的截面面積大致等于上述內(nèi)部鐵心22的間隙附近部分22A的截面面積。這里，在內(nèi)部鐵心22的大直徑部分22A與小直徑部分22B的交界部分處，為了降低由于急劇擴大引起的磁耗損，優(yōu)選地，在根部設(shè)置R1～R2程度的R。另外，在柱塞20上設(shè)置中空部200及排氣孔201，即使在沉渣等粘度高的物質(zhì)進入并堵塞柱塞20與閥主體1的間隙205的情況下，也會將存在于柱塞20與柱塞缸21之間的空間206內(nèi)的氣體排出，不會抑制柱塞20的滑動。
其次，對本實施形式的四通電磁閥的動作進行說明。在不向電磁線圈25通電時，柱塞20被壓縮螺旋彈簧23加壓，滑動閥體3借助連通用凹部3a使連接口1c、1d連通，同時借助閥主體1內(nèi)部的流通空間R使連接口1a、1b連通。并且，當(dāng)向電磁線圈25通電時，借助所產(chǎn)生的電磁力，柱塞20一面對壓縮螺旋彈簧23進行壓縮，一面被向內(nèi)部鐵心22側(cè)吸引并移動。與此相伴，通過鉚接固定到柱塞20上的連接板11，滑動閥體3也向上方移動，借助滑動閥體3的連通用凹部3a使連接口1c、1b連通，同時，借助閥主體1內(nèi)部的流通空間R使連接口1a、1d連通。
本實施形式的特征為，對于外部鐵心24的形狀，使該外部鐵心與柱塞20對向的部分24A的面積比其它的板厚部分的截面面積增大。這里，外部鐵心24的擴大部分24A的形成，可以通過以將外部鐵心24內(nèi)緣翻邊來進行，或者通過由釬焊、焊接等將環(huán)狀的獨立的部件接合起來來進行，或者通過用厚度厚的部件預(yù)先制作外部鐵心24并進行切削加工來進行。
根據(jù)如上所述的實施形式，由于使外部鐵心24的與柱塞20對向的部分24A的面積比其它的板厚部分的截面面積增大，所以，可以降低在所述對向部分中的磁阻，利用小的磁通勢就可以吸引柱塞20。藉此，可以削減用于驅(qū)動四通電磁閥以及保持其狀態(tài)的電功率。
另外，在將根據(jù)本實施形式的四通電磁閥裝入到制冷供暖系統(tǒng)中使用的情況下，由于可以削減對制冷或者供暖操作沒有貢獻的電磁線圈的工作電功率，所以，可以提高COP(Coefficient of Performance特性系數(shù))。
另外，在本實施形式中，對于將三個連接口1b、1c、1d相對于閥座面呈三角形配置的例子進行了說明，但是，也可以將三個連接口1b、1c、1d相對于閥座面呈直線配置。
另外，在上述實施形式中，如圖4所示，將柱塞20和內(nèi)部鐵心22作為一個整體部件構(gòu)成，但是，也可以如圖17所示，將柱塞20作為間隙附近部部分20A和閥主體側(cè)的部分20B的單獨部件構(gòu)成，將內(nèi)部鐵心22作為間隙附近部分22A和主體側(cè)部分22B的單獨部件構(gòu)成，分別通過壓入、釬焊、焊接等將它們接合起來，可以提高材料的利用率。在這種情況下，通過使單獨部件彼此的接合面積比小直徑側(cè)的部件的截面面積大，與整體型部件相比，可以防止磁阻增大。
進而，如圖18所示，也可以通過將圓筒狀的柱塞缸21進行縮管或者擴管或者壓力加工等，制成改變兩個開口端的直徑的結(jié)構(gòu)，可滑動地容納具有間隙附近部分20A和閥主體側(cè)部分20B的不同直徑的柱塞20。這樣，可以提高閥主體1的材料利用率。在這種情況下，柱塞20的間隙附近部分20A和閥主體側(cè)部分20B也可以由兩個以上的部件構(gòu)成，也可以通過切削加工，成形為一個整體型部件。
另外，如圖19所示，通過將柱塞20及內(nèi)部鐵心22的直徑不同的部分制成單獨的部件，通過壓力加工或者板金加工等分別制造大直徑部分20A及22A，可以提供更廉價的裝置。
另外，在圖4中，使內(nèi)部鐵心22的與柱塞20之間的間隙附近部分22A的截面面積比內(nèi)部鐵心22的被電磁線圈25包圍的部分22B的截面面積大，同時，對于柱塞20的形狀，使該柱塞20與內(nèi)部鐵心22對向的大直徑部分20A的截面面積與上述內(nèi)部鐵心22的間隙附近部分22A的截面面積大致相等，但是，不言而喻，如圖1所示，即使對于柱塞20及內(nèi)部鐵心22的截面面積相同的四通電磁閥，也可以同樣適用。
理論上和數(shù)值上的驗證例.
過去就存在柱塞驅(qū)動式的四通電磁閥，但目前的現(xiàn)狀是，對于其動力效率沒有進行過太多的研究。然而，伴隨著近年來對節(jié)省電功率的要求，這次本發(fā)明人第一次進行了深入的研究。對于其具體的形狀，如上述實施形式所述，而成為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的依據(jù)的理論上和數(shù)值上的效果，則如下所述。
(1)柱塞間隙以及柱塞直徑與磁阻的關(guān)系四通電磁閥的柱塞吸引部中的磁路如圖5所示。這里，當(dāng)使間隙長度為l(m)、導(dǎo)磁率為μ(H/m)、截面面積為s(m2)時，磁阻R由式(1)定義。
數(shù)學(xué)式1R≡lμs...(1)]]>從而，當(dāng)使真空導(dǎo)磁率μo＝4π×10-7(H/m)、柱塞直徑為D1(m)時，由行程長度引起的磁阻RM1(1/H)由公式(2)表示。
數(shù)學(xué)式2RM1=xμos1=x4π×10-7×(D12)2π=1.013×106xD12...(2)]]>其次，當(dāng)使彈簧的線徑為0.5mm、鐵的相對導(dǎo)磁率為760時，由彈簧引起的磁阻RM2(1/H)，由式(3)表示。
數(shù)學(xué)式3RM2=xμμ0s2=x760×4π×10-7×(0.52)2π=5.333×109x...(3)]]>另外，當(dāng)使外鐵心的板厚為2mm、磁通的通過面積比α為2，外部鐵心直徑為D2(m)，柱塞直徑為D1(m)，間隙長度d＝(D2-D1)/2(m)時，由空間間隙引起的磁阻RM3(1/H)由式(4)表示。
數(shù)學(xué)式4RM3=dμ0tα(D2+D12)π=d4π×10-7×2×2×(D1+d)π=11.579×108(D1d+1)...(4)]]>另一方面，總磁阻RM由式(5)表示。
數(shù)學(xué)式5RM=RM1RM2RM1+RM2+RM3=5.402×1015x1.013×106+5.333×109D12+11.579×10-8(D1d+1)...(5)]]>(2)由電磁線圈產(chǎn)生的吸引力的計算對于由電磁線圈產(chǎn)生的吸引力，由于不能直接計算，所以由能量的變化來求出?？紤]單純地連接到電池上的線圈的情況，當(dāng)使電源電壓為E(V)、自感為L(1/H)、線圈內(nèi)部電阻為R(Ω)時，在從開關(guān)接通其到穩(wěn)定狀態(tài)之間，根據(jù)Kirchhoff(基爾霍夫)定律，下面的公式(6)成立。
數(shù)學(xué)式6

E=Ri+Ldidt...(6)]]>現(xiàn)將式(6)的兩邊乘以i、dt進行積分時，變成下式(7)。
數(shù)學(xué)式7∫Eidt＝∫Ri2dt∫Lidi...(7)從而，從開關(guān)接通其到流過恒定的電流的狀態(tài)為止、即電流值從0到I對公式(7)進行積分，求出總能量(式(8))。
數(shù)學(xué)式8∫01Eidt=∫01Ri2dt+∫01Lidi]]>∫01Eidt=∫01Ri2dt+LI22...(8)]]>公式(8)的右邊的第一項是作為熱量損失的能量，第二項是電磁能量。因此，當(dāng)使電磁能量為Wm時，Wm變成公式(9)。
數(shù)學(xué)式9Wm=LI22...(9)]]>另一方面，在使吸引力為F的情況下，柱塞間隙為x時柱塞所做的功W用式(10)表示。
數(shù)學(xué)式10W＝Fx...(10)這里，由于機械能的變化量與電磁能的變化量相等，所以吸引力F變成式(11)。
數(shù)學(xué)式11F=dWdx=dWmdx=ddx(LI22)=12dLdxI2...(11)]]>(3)電磁線圈的吸引力與柱塞直徑以及磁阻的關(guān)系下面求出電磁線圈的磁通勢與磁力線的關(guān)系?，F(xiàn)考慮象圖6所示一樣的無限長的螺線管。選擇圖6所示的長方形的路徑，其一個邊AB位于螺線管之內(nèi)與軸平行，其對邊CD位于外部，并且其長分別為1。這里，對于將邊CD延長到無窮遠的長方形，應(yīng)用Ampere(安培)定律，當(dāng)令流過線圈的電流為J、磁場強度為H時，功W如式(12)所示。
數(shù)學(xué)式12
其中，n為單位長度的匝數(shù)。
數(shù)學(xué)式13這里， 由于在AB之間H＝H×1，在BC之間H＝0，在CD之間H＝0(由于無窮遠)，在DA之間H＝0，所以，變成 從而，下式(14)成立。
數(shù)學(xué)式14H＝nJ...(14)另一方面，單位長度上的磁力線φ成為式(15)。
數(shù)學(xué)式15φ＝BS＝μHS＝μnJS...(15)這里，當(dāng)令線圈長度為l、導(dǎo)磁率為μ時，電動勢ε用下式(16)表示。
數(shù)學(xué)式16ϵ=-nl(dφdt)=-nlμnSdJdt=-μn2lSdJdt...(16)]]>另一方面，電動勢ε由下式(17)定義。
數(shù)學(xué)式17ϵ≡-LdJdt...(17)]]>從而，由式(16)和式(17)，式(18)成立。
數(shù)學(xué)式18L＝μn2lS...(18)這里，當(dāng)令磁阻RM＝1/μS、線圈匝數(shù)為N時，式(18)用式(19)表示。
數(shù)學(xué)式19L=μn2lS=μn2l2Sl=μN2Sl=N2lμS=N2RM...(19)]]>從而，式(11)的吸引力F，以式(20)的方式表示數(shù)學(xué)式20F=12dLdxI2=12ddx(N2RM)I2=12I2N2ddx(1RM)=12I2N2(-RM-2)ddxRM]]>=12I2N2(-RM-2)5.402×10151.013×106+5.333×109D12...(20)]]>(4)各個參數(shù)與所必須的電功率的關(guān)系吸附柱塞所必需的電流，大致由柱塞間隙部的磁阻決定。用于降低間隙部的磁阻的參數(shù)，集中在柱塞間隙的長度和柱塞間隙部的截面面積兩者。下面，對這兩個參數(shù)和所必要的電功率進行描述。
(4.1)柱塞的長度與所必要的電功率的關(guān)系令柱塞的直徑D1＝9.8×10-3(m)、吸引力F＝5.35(N)、線圈匝數(shù)N＝4300(匝)，和現(xiàn)有的產(chǎn)品一樣，求出這時的間隙長度x(m)與電流I(A)的關(guān)系。
當(dāng)將上述各個參數(shù)代入到前述公式(5)、(20)中時，下式(21)成立。
數(shù)學(xué)式21F=5.35(N)=12I2×43002(1RM2)×3.542×109]]>RM＝3.542×109x+4.780×106...(21)利用上述式(21)求解I，變成下式(22)。
數(shù)學(xué)式22I＝45.28x+6.113×10-2...(22)其中，x柱塞間隙長度(m)，I所必需的電流(A)。將該結(jié)果繪制成曲線圖時，如圖7所示的柱塞間隙長度與所必需的電流的關(guān)系成立。這里，例如，通過將柱塞間隙的長度從2mm變成1mm，所必需的電流從152mA變成106mA，當(dāng)令線圈內(nèi)部的電阻R一定時，由于所消耗的電功率用W＝RI2表示，與電流的平方成正比，為(106/152)2＝0.4863，所以，可以看出，變成一半以下。
(4.2)柱塞間隙部的截面面積與所必需的電功率的關(guān)系令柱塞間隙長度＝2.0×10-3(m)、吸引力F＝5.35(N)、線圈匝數(shù)N＝4300(匝)，和現(xiàn)有的產(chǎn)品一樣，求出這時的柱塞直徑D1(m)與電流I(A)的關(guān)系。當(dāng)將上述各個參數(shù)代入前述公式中時，變成式(23)。
數(shù)學(xué)式23F=5.35(N)=12I2×43002×1RM2×5.402×1051.013×106+5.333×109×D12]]>RM=5.402×1015×2×10-31.013×106+5.333×109×D12+11.974×10-5×D1+1.579×10-8...(23)]]>借助上述公式(223)求解I，變成式(24)。
數(shù)學(xué)式24I=5.787×10-7×RM2×(1.875×10-10+9.872×10-7×D12)]]>其中，RM2=(2.025×103D12+1.899×10-4+5.066×104D1+7.999×10-4)2...(24)]]>其中，D1柱塞直徑(m)，I所必需的電流量(A)。當(dāng)將其結(jié)果繪制成曲線時，如圖8所示。另外，以柱塞間隙部的截面面積繪制成曲線時，如圖9所示。根據(jù)這些圖，可以看出，到大約2000mm2(柱塞直徑25mm)，所必需的電流降低很多，但之后效果變小。例如，當(dāng)將目前的柱塞直徑9.8mm擴大到25mm時，所必需的電流從152mA變成96mA，在線圈的固有電阻恒定的情況下，由于所必需的電功率與電流的平方成正比，所以，變成(96/152)2＝0.3989，變成百分之四十以下。
另外，圖10表示柱塞間隙部截面面積比與所必需的電流的關(guān)系。這里，柱塞間隙部截面面積比使用以中10時作為基礎(chǔ)、用78.5mm2除各個柱塞間隙部截面面積的截面面積比。另外，柱塞間隙部截面面積比與所必需的電功率的關(guān)系示于圖11。這里，對于所必需的電功率，由于線圈電阻值為260Ω，所以，利用W＝I2R、以R＝260進行計算。
根據(jù)圖10及圖11的曲線，柱塞間隙部的截面面積比超過25時，所必需的電流、所必需的電功率的降低變得很小。從而，優(yōu)選地，柱塞間隙附近部的截面面積不超過內(nèi)部鐵心的被電磁線圈包圍的部分的截面面積的25倍。
(4.3)內(nèi)緣翻邊的高度與所必需的電功率的關(guān)系柱塞間隙長度x＝2.0×10-3(m)、柱塞直徑D1＝9.8×10-3(m)、吸引力F＝5.35(N)、線圈匝數(shù)N＝4300(匝)，當(dāng)計算前述式(1)、(2)、(3)的磁阻時，變成以下的式(25)、式(26)、式(27)。
數(shù)學(xué)式25RM1=1.013×1062×10-3(9.8×10-3)2=2.110×107...(25)]]>數(shù)學(xué)式26RM2＝5.333×109×2×10-3＝1.067×107...(26)數(shù)學(xué)式27RM3=0.8×10-34π×10-7×(t+a)×(9.8×10-3+0.8×10-3)π]]>=0.8×10-34π×10-7×(2×10-3+a)×3.328×10-2]]>=1.913×1042×10-3+a...(27)]]>這里，a內(nèi)緣翻邊高度(m)、t擴散量＝2×10-3(mm)、d間隙寬度＝0.8×10-3(m)。
從而，總磁阻RM由下式(28)表示。
數(shù)學(xué)式28RM=RM1RM2RM1+RM2+RM3=7.086×106+1.913×1042×10-3+a...(28)]]>另一方面，吸引力F，將參數(shù)代入公式(20)，用下式(29)表示。
數(shù)學(xué)式29F=5.35(N)=12I2N2(-RM2)5.402×10151.013×106+5.333×109×(9.8×10-3)2...(29)]]>
利用上述式(28)及式(29)，求解I，變成下式(30)。
數(shù)學(xué)式30I=9.056×10-2+2.445×10-42×10-3+a...(30)]]>并且，在間隙長2mm、塞柱直徑9.8mm的現(xiàn)有產(chǎn)品中，在只改變內(nèi)緣翻邊高度的情況下的外部鐵心的板厚比與所必需的電流及必需的電功率關(guān)系示于圖12及圖13。
如可以從上述理論上及數(shù)值上的結(jié)果看出的，通過將配置在四通電磁閥一個側(cè)面的三個連接口相對于閥座面呈三角形配置，以縮短柱塞行程，可以降低在柱塞間隙部的磁阻，可以削減電磁閥動作時及保持時的電功率消耗。另外，通過加大柱塞間隙部的柱塞及對向的鐵心的截面面積，可以降低柱塞間隙部的磁阻，可以削減電磁閥動作時及保持時的電功率消耗。進而，通過加大外部鐵心與柱塞的對向面積，可以降低外部鐵心間隙部的磁阻，可以削減電磁閥動作時及保持時的電功率消耗。
權(quán)利要求
1.一種四通電磁閥，其特征在于，包括閥主體，所述閥主體，在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口，同時在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口，在上述一個連接口與上述三個連接口之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室；柱塞，該柱塞在上述閥主體內(nèi)部沿著軸向方向移動；以及滑動閥體，所述滑動閥體連接到上述柱塞上且壓接到上述三個連接口上，并且以滑動的方式配置；上述滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將上述三個連接口中的兩個連接口連通，同時，經(jīng)由上述流通室使其它的連接口之間連通，同時，上述三個連接口相對于其閥座面呈三角形配置。
2.一種四通電磁閥，其特征在于，包括閥主體，所述閥主體在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口，同時，在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口，在一個連接口與三個連接口之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室；柱塞，該柱塞在上述閥主體內(nèi)部沿著軸向方向移動；滑動閥體，所述滑動閥體連接到上述柱塞上且壓接到上述三個連接口上，并且以滑動的方式配置；內(nèi)部鐵心，所述內(nèi)部鐵心與柱塞的與閥主體相反的一側(cè)相對向；包圍上述內(nèi)部鐵心的電磁線圈；配置在上述電磁線圈外周的外部鐵心；上述滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將上述三個連接口中的兩個連接口連通，同時，經(jīng)由上述流通室使其它的連接口之間連通，同時，使上述內(nèi)部鐵心中與上述柱塞的間隙附近部的截面面積比上述內(nèi)部鐵心的被電磁線圈包圍部分的截面面積大，使上述柱塞中與上述內(nèi)部鐵心對向的部分的截面面積與上述內(nèi)部鐵心的上述間隙附近部分的截面面積基本上相等。
3.如權(quán)利要求2所述的四通電磁閥，其特征在于，在上述內(nèi)部鐵心中與上述柱塞的間隙附近部的截面面積S1同上述內(nèi)部鐵心的被電磁線圈包圍的部分的截面面積S2之比P(＝S1/S2)，為1＜P≤25。
4.一種四通電磁閥，其特征在于，包括閥主體，所述閥主體在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口，同時，在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口，在上述一個連接口與上述三個連接口之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室；柱塞，該柱塞在上述閥主體內(nèi)部沿著軸向方向移動；滑動閥體，所述滑動閥體連接到上述柱塞上且壓接到上述三個連接口上，并且以滑動的方式配置；內(nèi)部鐵心，所述內(nèi)部鐵心與上述柱塞的與上述閥主體相反的一側(cè)相對向；包圍上述內(nèi)部鐵心的電磁線圈；配置在上述電磁線圈外周的外部鐵心；在上述滑動閥體經(jīng)由其連通用凹部將上述三個連接口中的兩個連接口連通的同時，經(jīng)由上述流通室使其它的連接口之間連通，同時，使上述外部鐵心與上述柱塞對向的部分的面積比其它部分的板厚面積大。
全文摘要
本發(fā)明的課題是，通過謀求縮短柱塞的移動距離，來削減磁阻，削減四通電磁閥的驅(qū)動以及保持其狀態(tài)的電功率。其解決方案為，包括閥主體1，所述閥主體1在一個側(cè)面上設(shè)置一個連接口(1a)，同時，在另一個側(cè)面上設(shè)置三個連接口(1b)、(1c)、(1d)，在一個連接口(1a)與三個連接口(1b)、(1c)、(1d)之間，在內(nèi)部形成遍及所述連接口組的整個區(qū)域的流通室(R)；柱塞(20)，所述柱塞(20)在閥主體(1)的內(nèi)部沿著軸向方向移動；滑動閥體(3)，所述滑動閥體(3)連接到上述柱塞(20)上且壓接到三個連接口(1b)、(1c)、(1d)上，并且以滑動的方式配置；將滑動閥體(3)經(jīng)由其連通用凹部(3a)將三個連接口(1b)、(1c)、(1d)中的兩個連接口連通，同時，經(jīng)由流通室(R)使其它的連接口之間連通，同時，三個連接口(1b)、(1c)、(1d)相對于其閥座面呈三角形配置。
文檔編號F16K31/06GK1807944SQ200610005839
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者關(guān)谷卓, 前川滋樹, 中島伸治, 大川太 申請人:三菱電機株式會社