JP2018013245A - 温度補償付弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁自体の作動により引き起こされるそのコイルの磁力への影響が、効果的かつ迅速に最小化され得るおよび／または補償され得ることができる温度補償付弁を提供する。【解決手段】弁であって、温度依存性電気抵抗を有する導電体を含む回路を有する弁が提供される。導電体は、オーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器の並列回路を含む電気的直列抵抗器へ直列に接続される。導電体は、コイルワイヤであって、アーマチュアを動かして弁を開閉するように動作可能である磁気コイルになるように巻回されたコイルワイヤを含む。コイルの磁力への弁自体の作動の影響は、ＮＴＣ抵抗器を、コイルワイヤと熱的に結合するように配置することにより、最小化される。【選択図】図２

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、米国特許法第１１９条に基づき、参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年７月１９日に出願された独国特許出願第１０２０１６１１３３１３．２号明細書の優先権を主張する。

本開示は、温度補償付回路を有する弁に関する。

温度補償付弁は、例えば、特許文献１から既知である。弁は、そのコイルの磁力に対する温度の影響を補償するために、ＮＴＣ抵抗器を備えた回路を有する。コイルの磁力は電流に依存する。コイルの電圧制御作動の場合、この電流は、同様に、巻回されたコイルワイヤの電気抵抗に主に依存する。温度が上昇するにつれ、この電気抵抗は増大し、それにより電流を低下させるとともにコイルの磁力を弱める。

環境および運転条件に依存して、非常に様々な周囲温度が自動車のエンジン室内に存在し、このことはコイルワイヤの電気抵抗へ影響を及ぼし得ることが、特許文献１から既知である。

実際は、弁が作動されたときにコイルの磁力を低下させる他の影響もある。コイルワイヤを伝導する電流が、同様に、コイルワイヤの加熱をもたらす。

国際公開第２０１５／１６１９１０Ａ１号

したがって、本開示は、弁自体の作動により引き起こされるそのコイルの磁力への影響が、効果的かつ迅速に最小化され得るおよび／または補償され得る弁を提供することを目的とする。

本開示によると、温度依存性電気抵抗を有する導電体を含む回路を有する弁が提供される。導電体は、オーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器の並列回路を含む電気的直列抵抗器へ直列に接続される。導電体は、ＮＴＣ抵抗器へ熱的に結合されるコイルワイヤを含む。

本開示の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付図面に関してよりよく理解されるようになる。

弁自体の作動により引き起こされるそのコイルの磁力への影響が、効果的かつ迅速に最小化され得るおよび／または補償され得ることができる。

オーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器の並列回路とコイルが直列に接続される回路の一例を示す図 図１に示す回路が実装された弁の一例を示す概略図 コイルの電気抵抗の温度依存性、ならびにコイルおよび並列回路の電気抵抗器全体の電気抵抗の温度依存性の一例を示す図 ＮＴＣ抵抗器とコイルワイヤにより形成されたコイルとを備えた磁気回路の一例を示す斜視図 プラスチック製ケーシングを備える図４に示す磁気回路の一例を示す部分切欠き斜視図 温度補償付弁の一例を示す部分切欠き斜視図

本開示によると、導電体の電気抵抗の増大は、直列抵抗器の電気抵抗の低下の結果として補償される。結果として、導電体および直列抵抗器の総抵抗は、画定された温度範囲にわたって概ね一定に維持され得る。

本開示によると、巻回されたコイルワイヤの急速な加熱およびその電気抵抗の急速な増大をもたらすのは、特に、当該コイルワイヤを通って伝導する電流であることが認められた。したがって、ＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）抵抗器は、コイルワイヤと熱的に結合されるように配置される。

この点で、好適なやり方で非常に迅速にＮＴＣ抵抗に影響を与えるために、ＮＴＣ抵抗器を温かいコイルワイヤに最大限密接させることを行い得ることが認められた。このとき、ＮＴＣ抵抗器は、コイルワイヤの加熱と関連する抵抗の変化の遅延がほぼ無い状態で補償する。

自動車エンジンの熱がＮＴＣ抵抗へ与える影響は、コイルの時折の作動（特に、クロック動作や、画定された間隔でのコイルの使用）がＮＴＣ抵抗へ与える影響よりも小さいことが認められた。

この点において、補償されなければならないのが、コイルワイヤ自体の温度であるよりも弁の周囲温度であることは少ない場合があることが認められた。

本開示によると、コイルワイヤにおける、熱によって引き起こされる抵抗の変化への迅速な反応が可能である。これは回路による温度補償のための反応時間の実質的な短縮をもたらす。したがって、補償されるのはコイルワイヤの関連温度であり、周囲温度は必ずしも補償される必要はないか二次的に補償されるだけである。

したがって、弁自体の作動により引き起こされたそのコイルの磁力への影響が、効果的かつ迅速に最小化および／または補償され得る弁を提供する。

ＮＴＣ抵抗器は、コイルワイヤから０．５〜１ｍｍだけ間を空けて設けられ得る。巻回されたコイルワイヤからのこの距離は、熱結合を確立するのに特に好適であることが証明されている。好ましくは、ＮＴＣ抵抗器は、コイルワイヤの巻回から、上記の間隔で、半径方向および／または軸方向に間を空けて設けられる。

ＮＴＣ抵抗器は磁気回路のプラスチック製ケーシングに組み込まれ得る。プラスチックには、良好な熱伝導性と、コイルワイヤに対するＮＴＣ抵抗器の正確な間隔とを提供する効果がある。

ＮＴＣ抵抗器は、コイルワイヤにより形成されたコイルの、外部接続が行われ得る側に配置され得る。外部接続のためにコネクタピンが使用される。ピンへ戻る接続ラインは、
ＮＴＣ抵抗器の上述の配置構成を理由として省略され得るという有利な効果が得られる。このような接続ラインは、ＮＴＣ抵抗器がコイルの反対側に配置される場合には必要とされる。ＮＴＣ抵抗器は、コネクタピンの可能な限り近くに配置されることが好ましい。

オーム抵抗器は、主にワイヤにより形成され得る。ワイヤの抵抗は、その長さにより容易に調節され得る。その上、ワイヤは費用効果があり、軽く、省スペースの抵抗器である。ワイヤは、オーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器（サーミスタ）の並列回路を含む電気的直列抵抗器と直列に接続された温度依存性電気抵抗器を備えた導電体を含む回路に、極めて省スペースな態様で組み込むことができる。ワイヤにより形成されたオーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器の並列回路を通じて、導電体の抵抗の温度関連変化の補償が、構造的に単純なやり方で達成され得る。

ワイヤは、比電気抵抗であって、その６００℃での抵抗値が、２０℃での抵抗値の２０％以下、好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下だけ高い比電気抵抗を有し得る。結果として、オーム抵抗器の電気抵抗は、ほぼ温度非依存性である。

ワイヤはコンスタンタン（商標名）でできていることもそれを含むこともできる。コンスタンタンは、比電気抵抗が極めて温度依存しない合金である。コンスタンタンは、通常、銅を約５３〜５７％、ニッケルを約４３〜４５％、マンガンを約０．５〜１．２％を含有する合金を指す。この合金は、大きい温度間隔にわたって、概ね一定の比電気抵抗を呈する。

ワイヤは、コイルワイヤから形成されたコイルに追加的に巻回することができる。これにより、ワイヤを特に省スペースの態様で回路内に配置することが可能となる。さらに、ワイヤはコイルの磁場に寄与するとともにそれを強化し得る。ワイヤはコイルワイヤの下方、上方、または隣りに巻回され得るが、但しそれらは互いに電気的に絶縁される。

ワイヤは、コイルワイヤに加えてコイル支持体に巻回することができ、ワイヤはそれ自体の巻回領域に位置する。ワイヤはコンスタンタンでできていることが好ましい。ワイヤは、銅ワイヤの巻回への追加的な層として施されない。代わりに、例えば、ワイヤはコイル支持体上のそれ自体の巻回領域に与えられる。

コイルワイヤは銅ワイヤとして実現され得る。コイルワイヤはコイルを形成し、したがって導電体を形成する。直列抵抗器によって、銅の抵抗の温度関連変化は極めて良好に補償され得る。

例えば、コイルの抵抗の変化は０〜１４０℃の範囲で極めて良好に補償することができ、温度範囲は、直列抵抗器の部品の適切な選択を通じて変更することが可能である。この温度範囲において、コイルの電気抵抗はほぼ線形に上昇し、一方で、コイルと直列抵抗器とからなる直列接続の総抵抗は、この温度範囲においてほぼ一定のままとなる。コイルのまたはコイルワイヤの電気抵抗の増大は、直列抵抗器の電気抵抗の低下により補償される。全体として、コイルワイヤを通る電流が一定のままとなり、かつ、コイルの磁力の実質的な損失が生じない結果、総抵抗はおよそ同じままとなる。

直列抵抗器に２つのみの電気部品を使用することにより、コイルの磁力への温度の影響が可能な限り小さい弁が作られ、この弁は可能な限り少ない数の電気部品を有する。これに対して、１つのみのコイルを設けることが可能である。これにより、弁が可能な限り少ない数の部品を有することが確実となる。いくつかのコイルを含む複雑な巻回プロセスは省略する。

弁は、燃料蒸気を計測するためのＡＣＦ（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃｈａｒｃｏａｌ Ｆｉｌｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）再生弁として実現され得るか、そのようなものとして使用され得る。そのような弁は、タンクまたは燃料タンク換気装置の活性炭フィルタに由来するガソリン蒸気を制御することを意図される。炭化水素は、ガソリンエンジンにより作動された自動車のタンクにおいて蒸発する。燃料タンクにおいて圧力が上昇するのを防ぐために、過剰な空気および燃料蒸気は周囲へ排出されなければならない。このような燃料蒸気は、炭化水素を吸収する活性炭キャニスタ（ＡＣＦ）において減らされ得る。活性炭キャニスタをきれいにするために、炭化水素は、定期的に適切な圧力条件を確立することにより活性炭キャニスタから吸引して出すことができ、燃焼のための吸気とともにエンジンへ供給され得る。本明細書において説明するタイプの弁は、吸気における炭化水素を計測するために使用され得るが、その理由はこの弁が比較的温度に依存しない方法で機能するので、非常に正確かつ再生可能であるためである。

図１は、電気的直列抵抗器３へ直列に接続された温度依存性電気抵抗器６を備えた導電体１ａを含む、図２による弁１１において使用するための回路を示す。電気的直列抵抗器３はオーム抵抗器４およびＮＴＣ抵抗器５の並列回路を含む。オーム抵抗器は、図４に示されたコンスタンタンでできているワイヤ４ａにより主に形成される。

導電体１ａは、コイルを形成するとともに図４にも示された巻回されたコイルワイヤ１として実現される。図１は、図２による弁１１において使用される回路の等価回路図を示す。

図２による弁１１は、巻回されたコイルワイヤ１により形成された導電体１ａとしての電磁コイルを含む。弁１１はアーマチュア２をさらに含み、アーマチュア２は、コイルに電流が供給されるとコイルの磁力により動作可能（可動）であり、コイルは図１による電気的直列抵抗器３へ直列に接続される。

図１による等価回路図において、電気的直列抵抗器３は、オーム抵抗器４、すなわち受動電気抵抗器、およびＮＴＣ抵抗器５の並列回路であることが示される。

受動的なオーム抵抗器は、主に図４に示されるワイヤ４ａにより形成される。ワイヤ４ａは、比電気抵抗であって、６００℃での抵抗値が２０℃での抵抗値よりも５％以下だけ高い比電気抵抗を有する。ワイヤ４ａはコンスタンタン（商標名）でできている。

具体的には、直列抵抗器３は、オーム抵抗器４およびＮＴＣ抵抗器５の並列回路により形成される。ＮＴＣ抵抗器５の電気抵抗は温度が上昇するに伴い低下する。

設けられたコイルは１つだけである。しかしながら、直列に接続されるいくつかのコイルを設けることも可能である。唯一のコイルは直列抵抗器３に直列に接続される。等価回路図において、コイルは、導電体１ａの電気抵抗６により代替的に表される。

図２は単に、アーマチュア２が、原料（流体）がライン８（ラインセグメント）を通って流れるのを可能にするまたは妨げるために、シールシート７をブロックまたはブロック解除することを概略的に示す。

アーマチュア２は上下運動を行い得る。これは両矢印で示される。アーマチュア２は、通常、ばねによりシールシート７へ押圧（付勢）される。電流が供給されたコイルの磁力の発生によって、アーマチュア２は、ばねの力に対して持ち上げられてシールシート７から離れる（第２位置または開位置）。コイルまたはコイルワイヤ１を通って流れる電流がもはやなくなると、すぐに、アーマチュア２はばねによりシールシート７に押圧される（
第１位置または閉位置）。このプロセスはまた、場合により逆にセットすることもでき、この場合、弁は開口器である代わりに閉止器となる。

図３は、コイルもしくはコイルワイヤ１または導電体１ａの電気抵抗６の温度依存性を円形のシンボルにより示す。温度が上昇するにつれ、コイルもしくはコイルワイヤ１または導電体１ａの補償されていない電気抵抗６は増大する。

この例において、電気抵抗６は、２０℃から１４０℃への温度変化の場合にその初期値の約５０％だけ増大する。コイルワイヤ１の電気抵抗６は約２０Ωから約３０Ωへ増大する。

コイルワイヤ１と、オーム抵抗器４およびＮＴＣ抵抗器５の並列回路の直列抵抗器３との合成抵抗から得られる温度補償付総電気抵抗は、上記の温度範囲において概ね一定である。

温度補償付総抵抗は、平均値から数パーセントだけ、好ましくは２％以下だけ変動する。ここで、平均値は約３０Ωである。これは、図３の三角形のシンボルにより表される。この値は、直列抵抗器３が設計された温度範囲に大きく依存する。

並列回路の直列抵抗Ｒ_Ｖは以下の式１に従って計算され、ここではＲ_Ωはオーム抵抗器４の抵抗を表し、Ｒ_ＮＴＣはＮＴＣ抵抗器５の抵抗を表す。

並列回路とコイルワイヤ１とからなる温度補償付総抵抗Ｒ_{ｔｏｔａｌ}は、以下の式２に従って計算される。ここで、Ｒ_ｃｏｉｌはコイルワイヤ１および／または導電体１ａの電気抵抗６の抵抗を表す。

図４は、巻回されたコイルワイヤ１により形成された導電体１ａとしての電磁コイルの具体的な表現を示す。コイルワイヤ１は銅ワイヤとして実現される。

ワイヤ４ａは、比電気抵抗であって、その６００℃での抵抗値が２０℃での抵抗値よりも５％以下だけ高い比電気抵抗を有する銅ワイヤの軸方向に隣に巻回される。

ワイヤ４ａはコンスタンタンでできている。具体的には、ワイヤ４ａはここではコイル支持体９に追加的に巻回され、ワイヤ４ａはそれ自体の巻回領域１０に位置する。

図２は、回路を含む弁１１を示し、回路は電気的直列抵抗器３へ直列に接続された温度依存性電気抵抗器６を備えた導電体１ａを有し、電気的直列抵抗器３はオーム抵抗器４およびＮＴＣ抵抗器５の並列回路を含み、導電体１ａはコイルワイヤ１を含む。

具体的には、導電体１ａは巻回されたコイルワイヤ１により形成され、これは同様にコイルを形成する。

ＮＴＣ抵抗器５は、コイルワイヤ１と熱的に結合されるように配置される。これは図４
および図５に具体的に示される。

ＮＴＣ抵抗器５は、コイルワイヤ１から０．５〜１ｍｍの間を空けて設けられる。

オーム抵抗器４は主にワイヤ４ａにより形成され得る。ワイヤ４ａは、比電気抵抗であって、その６００℃での抵抗値が、２０℃での抵抗値よりも２０％以下、好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下だけ高い比電気抵抗を有する。ワイヤ４ａはコンスタンタンでできている。ワイヤ４ａは、コイルワイヤ１に加えて、コイル支持体９に巻回され、ワイヤ４ａはそれ自体の巻回領域１０に位置する。

図５は、ＮＴＣ抵抗器５が磁気回路のプラスチック製ケーシング１２に組み込まれることを示す。プラスチック製ケーシング１２は、２つのコネクタピン１４のための保護チャネル１３を形成する。コイルの外部接続は、コネクタピン１４を通じて達成され得る。

図６は、前述の回路（不図示）を含む弁１１’を示し、回路は、電気的直列抵抗器へ直列に接続された温度依存性電気抵抗器を備えた導電体を有し、電気的直列抵抗器は、オーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器５の並列回路を含み、導電体はコイルワイヤ１を含む。ＮＴＣ抵抗器５はコイルワイヤ１と熱的に結合されるように配置される。

ＮＴＣ抵抗器は、コイルワイヤ１から０．５〜１ｍｍの間を空けて設けられる。具体的には、ＮＴＣ抵抗器５は、コイルワイヤ１により形成されたコイルから軸方向に間を空けて設けられる。ＮＴＣ抵抗器５は、磁気回路のプラスチック製ケーシング１２に組み込まれる。ＮＴＣ抵抗器５は、コイルワイヤ１により形成されたコイルの、２つのコネクタピン１４（不図示）を介して外部電気接触が生じる側に配置される。弁１１’は、アーマチュア２’によりブロックされ得るライン８’の一部であり、反対の方向に突出する２つのコネクタ１５、１６をさらに含む。弁１１および弁１１’はそれぞれ、燃料蒸気を計測するためのＡＣＦ再生弁として実現される。

前述の例示的な実施形態の説明は、網羅的であるよりむしろ説明のみのためのものであることを理解されたい。当業者であれば、開示された主題の実施形態に対して、本開示の趣旨またはその範囲から逸脱せずに、何らかの追加、削除、および／または修正をなすことが可能である。

１ａ：導電体
３：電気的直列抵抗器
４：オーム抵抗器
５：ＮＴＣ抵抗器
６：温度依存性電気抵抗器

Claims (15)

1. 温度依存性電気抵抗を有する導電体を有する回路を含む弁であって、前記導電体が電気的直列抵抗器へ直列に接続され、前記電気的直列抵抗器が、オーム抵抗器およびＮＴＣ抵抗器の並列回路を含み、前記導電体が、前記ＮＴＣ抵抗器へ熱的に結合されたコイルワイヤを含む、弁。
2. 前記ＮＴＣ抵抗器が、前記コイルワイヤから０．５〜１ｍｍだけ間を空けて設けられる、請求項１に記載の弁。
3. 前記弁が、プラスチック製ケーシングを備えた磁気回路をさらに含み、前記ＮＴＣ抵抗器が前記プラスチック製ケーシングに組み込まれる、請求項１または２に記載の弁。
4. 前記コイルワイヤがコイルを形成し、前記ＮＴＣ抵抗器が、前記コイルの、外部接続が行われ得る側に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の弁。
5. 前記オーム抵抗器がもっぱらワイヤにより形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の弁。
6. 前記ワイヤの６００℃での電気抵抗が、２０℃でのその電気抵抗より２０％以下だけ大きい、請求項５に記載の弁。
7. 前記ワイヤが銅、ニッケルおよびマンガンを含む合金からなる、請求項５または６に記載の弁。
8. 前記弁がコイル支持体をさらに含み、前記ワイヤおよび前記コイルワイヤが前記コイル支持体に巻回され、前記ワイヤが前記コイル支持体の巻回領域に位置する、請求項５から７のいずれか１項に記載の弁。
9. 前記コイルワイヤが銅からなる、請求項８に記載の弁。
10. 前記弁が、燃料蒸気を計測するためのＡＣＦ再生弁である、請求項１から９のいずれか１項に記載の弁。
11. 前記コイルワイヤがコイルを形成し、前記弁が、第１位置と第２位置との間を可動であるアーマチュアをさらに含み、前記コイルに電流が供給されると、前記コイルが、前記アーマチュアを前記第１位置から前記第２位置へ動かすよう動作可能である磁力を発生させる、請求項１に記載の弁。
12. 前記第１位置が閉位置であり、前記第２位置が開位置である、請求項１１に記載の弁。
13. 前記アーマチュアを前記閉位置に向かって付勢するばねをさらに含む、請求項１２に記載の弁。
14. 前記弁が、流体が流れるラインへの接続に適合されたラインセグメントをさらに含み、前記ラインセグメントの中にシールシートが配置され、前記アーマチュアが前記閉位置にあるとき、前記アーマチュアは前記シールシートに対して押圧され、それにより前記ラインセグメントを通る流体の流れをブロックする、請求項１２に記載の弁。
15. 前記弁が、前記コイルを取り囲むプラスチック製ケーシングをさらに含み、前記ＮＴＣ
    抵抗器が前記プラスチック製ケーシングに組み込まれる、請求項１１に記載の弁。

Images