JP3031158U - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で高い火花エネルギーが得られる内燃機関
用点火コイルを提供する。 【解決手段】一次コイル３の外周側に二次コイル５を同
心状に配設し、絶縁部材９により一体的にモールドした
コイル本体１と、磁性金属からなる閉磁路鉄心１０，１
１とで構成され、コイル本体１を閉磁路鉄心１０，１１
に挿入して配設し、コイル本体１が配設された場所とは
異なる閉磁路鉄心１０，１１の位置に永久磁石１２を上
記閉磁路と磁気的に直列に配設し、且つ永久磁石１２の
磁路と対面する面の面積を上記閉磁路鉄心の断面積の
１．４倍乃至２倍とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、例えば自動車のエンジンの点火プラグにおいて火花放電を発生させ るために高電圧を供給するモールド型の内燃機関用点火コイルに関し、特に小型 化が要求される内燃機関用点火コイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、磁気回路内に永久磁石を有するモールド型の内燃機関用点火コイル は、例えば、図５に示す断面図のような概略構成をなしていた。

【０００３】 図において１は点火コイル本体であり、鉄心としてほぼＵの字状をなした珪素 鋼板の積層鉄心１０，１１の端部同士を向かい合わせて接合し、閉磁路をなす磁 気回路を構成する。

【０００４】 尚、点火コイル本体１内の磁気回路には、磁気逆バイアス用に板状の永久磁石 １２を鉄心１０，１１の間に挟み込むように配設し、接着剤を用いて後述する一 次コイルボビン内で接着して該一次コイルボビンに固定している。

【０００５】 更に鉄心１０，１１の一方の接合部１１ａを溶接等によって接合している（以 下、この位置に永久磁石を配設したものを内磁石形と記載する）。

【０００６】 ２は例えば合成樹脂等の電気的絶縁材にて一体的に形成された一次コイルボビ ンであり、該一次コイルボビン２は鉄心の外周に密接して配設されると共に外周 部には一次コイル３が巻回されている。

【０００７】 また、４は二次コイルボビンであって、一次コイル３の外周部に同心状に配設 されており、例えば合成樹脂等の電気的絶縁材にて構成され、且つ二次コイル５ を分割巻するための仕切りとして機能する複数個の鍔部を一体的に成型している 。そして、二次コイルボビン４には例えば一次コイル３と巻線比にしてほぼ１： １００となる二次コイル５が、各鍔部を仕切りとして分割巻にて巻回されている 。

【０００８】 更に、６は二次コイル５の更に外周に配設され、合成樹脂等の絶縁部材にて成 型された絶縁ケースを示しており、該絶縁ケース６の一端には一次端子７が配設 され、しかも絶縁ケース６の底部に高圧端子８が配設される。そして、絶縁ケー ス６の内部には例えばエポキシ樹脂等の絶縁部材９を充填した後に、該絶縁部材 ９を硬化させ、絶縁ケース６の内部に配設した各部材間を絶縁した状態で固定し ている。

【０００９】 また、一次コイル３と一次端子７及び二次コイル５と高圧端子８はそれぞれ電 気的に接続され、一次コイル３に所定の電流を通電した後に遮断すると、二次コ イル５に発生した高電圧の電流は高圧端子８から図示していないハイテンション コードを介して点火プラグに供給される。

【００１０】 以上のように構成した内磁石形の内燃機関用点火コイル（所謂モールドコイル ）は、永久磁石１２を用いて鉄心１０，１１に磁気逆バイアスをかけることによ り、一次コイル電流遮断時の鉄心１０，１１における磁束の変化量を大きくして 、モールドコイルの小型化及び高出力化が図られていた。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記したような永久磁石は価格が高くなるためにモールドコイ ル自体の価格も高価になるという問題を生じていた。

【００１２】 本考案は、このような欠点を解消するものであり、永久磁石を使用した内燃機 関用点火コイルの小型化及び高出力化に係わるものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】 本考案は上記に鑑みて成されたもので、一次コイルの外周側に二次コイルを同 心状に配設し、絶縁部材により一体的にモールドしたコイル本体と、磁性金属か らなる閉磁路鉄心とで構成され、上記コイル本体を上記閉磁路鉄心に挿入して配 設した内燃機関用点火コイルであって、上記コイル本体が配設された場所とは異 なる上記閉磁路鉄心の位置に永久磁石を上記閉磁路と磁気的に直列に配設し、且 つ上記永久磁石の磁路と対面する面の面積を上記閉磁路鉄心の断面積の１．４倍 乃至２倍とした内燃機関用点火コイルを提供するものである。

【００１４】 また、本考案は、上記永久磁石の厚みを上記永久磁石の上記面積に０．００７ 乃至０．０１を乗じた値の厚みとした内燃機関用点火コイルを提供するものであ る。

【００１５】 更に、本考案は、上記閉磁路鉄心を構成する上記磁性金属が方向性珪素鋼板の 積層体とした内燃機関用点火コイルを提供するものである。

【００１６】 本考案は、一次コイルの外周側に二次コイルを同心状に配設し、絶縁部材によ り一体的にモールドしたコイル本体と、磁性金属からなる閉磁路鉄心とで構成さ れ、上記コイル本体を上記閉磁路鉄心に挿入して配設した内燃機関用点火コイル であって、上記閉磁路鉄心の磁路の一部に配設した永久磁石と磁気的に直列に磁 気飽和防止用の空隙か若しくは非磁性体からなるスペーサーを設けた内燃機関用 点火コイルを提供するものである。

【００１７】

【考案の実施の形態】

以下に、本考案を図面に基づいて説明する。 図１は本考案の一実施形態における内燃機関用点火コイルの概略断面図を示し ており、従来例と同一部材は同一符号で示している。

【００１８】 本実施形態における最大の特徴は、永久磁石１２を点火コイル本体１内ではな く、点火コイル本体１が配設された閉磁路鉄心１０，１１の一辺と対向する辺に 設ける（以下、これを外磁石形と記載する）。

【００１９】 更に、永久磁石１２をサマリウム・コバルト系やネオジウム系等の板状の磁石 とし、磁路に対して角度θだけ傾斜して配設し、しかも閉磁路鉄心１０，１１が 磁気飽和を起こさないように非磁性体からなるスペーサー１３か若しくは空隙を 永久磁石１２に隣接して設けている。

【００２０】

【実施例】

以下に、本考案の一実施例を示して従来例との対比を行う。 先ず、０．３ｍｍ厚の方向性硅素鋼板を積層して、断面が９ｍｍ×９ｍｍのほ ぼＵの字状の鉄心１０，１１を形成する。そして、この鉄心１０，１１を一次コ イルボビン２及び絶縁ケース６に設けられた鉄心固定鞘６ａ内に挿入する。そし て、一次コイルボビン２内において鉄心１０，１１は接合部１１ａにて接合され る。

【００２１】 一方、鉄心固定鞘６ａ内においては、磁路に対して角度θ＝４０度の傾きで鉄 心１０，１１の端面が形成されると共に、該端面に挟持された状態で１ｍｍ厚の サマリウム・コバルト系の永久磁石１２及び非磁性体からなる０．２〜０．４ｍ ｍ厚程度のスペーサー１３か若しくは空隙が配設されて、鉄心１０，１１が磁気 飽和を起こすことを防止している。尚、永久磁石１２の面積は９ｍｍ×１４ｍｍ ＝１２６ｍｍ² である。

【００２２】 また、一次コイル３は０．４５ｍｍ径の単線を１４０回巻線したものであり、 一次遮断電流は６Ａでこれによる起磁力は７８０ＡＴである。更に、二次コイル ５は一次コイル３と巻線比で１：１００となる巻数を有し、絶縁耐圧を確保する ために、二次コイルボビン４に設けられた鍔部で仕切った状態で分割巻されてい る。尚、二次コイル５の直流抵抗値は１４ＫΩである。

【００２３】 以上のような条件の本実施例（外磁石形）と従来例（内磁石形）とを比較する と図２のようになる。尚、何れの場合においても、一次コイル３の起磁力は７８ ０ＡＴとなるように設定されている。これからも分かるとおり、一次コイル３に 鎖交する磁束の変化量の最大値は、従来例の場合には、１．９×１０^-4（Ｗｂ） であるのに対して、本実施例では２．４×１０^-4（Ｗｂ）となった。

【００２４】 これは、外磁石形の場合には一次コイル３に貫通する部分の鉄心の磁気抵抗が 極めて小さい構造となるため、同一の起磁力である場合には一次コイル３に鎖交 する磁束の変化量が増大するためである。

【００２５】 また、図３は同一測定条件での本実施例及び従来例における一次コイル３に鎖 交する磁束の変化量の分布を示している。尚、図におけるＡ，Ｂ，Ｃは何れも図 １及び図５に示す各Ａ，Ｂ，Ｃの位置にそれぞれ対応している。

【００２６】 図において従来のような内磁石形の場合には、磁束の変化量が最大となる位置 はＡであり、永久磁石１２を装着したＣの位置では、磁束の変化量は、Ａの８７ ％しかない。これは、永久磁石１２が磁束の変化を妨げているためである。そし て、Ａ，Ｂ，Ｃの平均値はＡの位置における９４％となる。

【００２７】 一方、本実施例のような外磁石形の場合には、磁束の変化量が最大となる位置 はＢであり、Ａ，Ｂ，Ｃの平均値はＢの位置における９７％となった。これは、 永久磁石１２を一次コイル３から遠ざけたため、一次コイル３付近での磁束の変 化量がほぼ均一になったものであり、それによって中央部であるＢの位置での磁 束の変化量が最大となったわけである。

【００２８】 更に、従来例と本実施例との実効一次インダクタンスは、それぞれ４．２ｍＨ と５．４ｍＨであって本実施例の場合の方が２９％程増大している。また、従来 例及び本実施例における一次コイル３と二次コイル５との結合係数は、それぞれ ０．９２〜０．９４及び０．９５〜０．９７となり、本実施例の方がかなり改善 されていることが分かる。

【００２９】 以上のことから、従来例及び本実施例における二次コイル５の条件を同じにす ると、一次コイル電流を６Ａ遮断とし、二次側の負荷を５０ＰＦとすると、従来 例の場合は、二次電圧は３１．４ＫＶ、火花エネルギーは４１ｍＪであるのに対 し、本実施例の場合は、二次電圧は３６．０ＫＶ、火花エネルギーは５５ｍＪと なり、本実施例の方が二次電圧では１５％、火花エネルギーでは３４％増大する 。

【００３０】 逆に、本実施例の構成で従来の性能を引き出すためには、例えば永久磁石１２ の厚みを０．７ｍｍとすれば、一次コイル３及び二次コイル５の巻数を２０％削 減することが可能となり、大幅なコスト低減を図ることができる。また、上述し た仕様の中間をとって、高出力とコスト低減を両立させる設計とすることにより 、高出力で安価な点火コイルを提供することも可能である。

【００３１】 以上の説明では永久磁石１２を磁路に対して４０度の角度としているが、角度 θの値を他の値にしても良い。そこで、図４に永久磁石１２の配設される角度θ を変えた場合の磁束変化量を示している。図からも分かるとおり、θが３０度未 満では磁気飽和を起こし、実用的には３０度〜４５度で磁束変化量が最大になる 。これを永久磁石１２の面積で表せば、３０度は鉄心の断面積の２．０倍、４５ 度では鉄心の断面積の１．４倍となる。

【００３２】 一般に、永久磁石１２は面積が広いほど、鉄心に対する磁気逆バイアス量を大 きくすることができるが、その反面、永久磁石１２は一次コイル３による順方向 の励磁に対しては、空隙と同等の磁気抵抗となるため、永久磁石１２は面積が大 きい程磁気抵抗が小さくなり、磁気飽和し易くなるといった矛盾を生じ、結果的 には点火コイルの高出力化が図れない場合がある。

【００３３】 従って、本実施例のように必要に応じて永久磁石１２と磁気的に直列に磁気飽 和防止用の空隙か若しくはスペーサー１３を設けることが有効となる。或いは、 永久磁石１２に充分な磁気抵抗が生じるように、その厚みを選択することも可能 である。

【００３４】 即ち、永久磁石１２の面積に比例した厚みを選択することが理想的である。 本実施例で使用される方向性硅素鋼板は、磁束密度が２．０Ｔｅｓｌａ程度で 磁気飽和するため、実用的には１．６〜１．９Ｔｅｓｌａ程度で使用すると効率 が良い。

【００３５】 そこで上記の条件で永久磁石１２の最適な厚みを求めると、磁束密度が１．９ Ｔｅｓｌａになる永久磁石の厚みは０．９ｍｍであり、０．９という数値は角度 θが４０度における永久磁石１２の面積である１２６ｍｍ² の１２６という数値 に、０．００７２を乗じた値である。また、磁束密度が１．６Ｔｅｓｌａになる 永久磁石の厚みは１．２ｍｍであり、１．２という数値は１２６という数値に、 ０．００９６を乗じた値である。即ち、実質的には永久磁石１２の厚みは、ほぼ 永久磁石１２の面積の数値に０．００７〜０．０１０を乗じた値が最適となる。

【００３６】 以上、本考案を実施形態に基づいて説明したが、本考案は上記した実施形態に 限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲に記載した構成を変更しない 限り、どのようにでも実施できる。

【００３７】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案における内燃機関用点火コイルは、外磁石形の閉磁 路を形成したことにより、小型で高い火花エネルギーの得られる点火コイルを提 供できる等、多大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施形態における内燃機関用点火コ
イルの概略断面図である。

【図２】従来の点火コイル及び本考案の点火コイルにお
ける磁束変化量を示す特性図である。

【図３】従来の点火コイル及び本考案の点火コイルのＡ
〜Ｃの各位置における磁束変化量の分布を示す特性図で
ある。

【図４】本考案の点火コイルにおける永久磁石配設角度
と磁束変化量を示す特性図である。

【図５】従来の内燃機関用点火コイルの概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 点火コイル本体 ２ 一次コイルボビン ３ 一次コイル ４ 二次コイルボビン ５ 二次コイル ６ 絶縁ケース ６ａ 鉄心固定鞘 ７ 一次端子 ８ 高圧端子 ９ 絶縁部材 １０、１１ 鉄心 １１ａ 接合部 １２ 永久磁石 １３ スペーサー Ａ、Ｂ、Ｃ 磁束変化量測定点 α 外磁石形の特性曲線 β 内磁石形の特性曲線 θ 永久磁石配設角度

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次コイルの外周側に二次コイルを同心
   状に配設し、絶縁部材により一体的にモールドしたコイ
   ル本体と、磁性金属からなる閉磁路鉄心とで構成され、
   上記コイル本体を上記閉磁路鉄心に挿入して配設した内
   燃機関用点火コイルであって、 上記コイル本体が配設された場所とは異なる上記閉磁路
   鉄心の位置に永久磁石を上記閉磁路と磁気的に直列に配
   設し、且つ上記永久磁石の磁路と対面する面の面積を上
   記閉磁路鉄心の断面積の１．４倍乃至２倍としたことを
   特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の内燃機関用点火コイル
   において、 上記永久磁石の厚みを上記永久磁石の上記面積に０．０
   ０７乃至０．０１を乗じた値の厚みとしたことを特徴と
   する内燃機関用点火コイル。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の内燃機関用点火コイル
   において、 上記閉磁路鉄心を構成する上記磁性金属は方向性珪素鋼
   板の積層体としたことを特徴とする内燃機関用点火コイ
   ル。
4. 【請求項４】 一次コイルの外周側に二次コイルを同心
   状に配設し、絶縁部材により一体的にモールドしたコイ
   ル本体と、磁性金属からなる閉磁路鉄心とで構成され、
   上記コイル本体を上記閉磁路鉄心に挿入して配設した内
   燃機関用点火コイルであって、 上記閉磁路鉄心の磁路の一部に配設した永久磁石と磁気
   的に直列に磁気飽和防止用の空隙か若しくは非磁性体か
   らなるスペーサーを設けたことを特徴とする内燃機関用
   点火コイル。