CN1020782C - 点火线圈 - Google Patents

Abstract

一种为改进火花塞点火电压的点火线圈。该点火线圈含有第一和第二部件(12，14)，它们由在确定了轴向被隔开的根壁部分(12D，14D)的电绝缘材料胶合剂中的铁粒子构成。这两部件被由磁性材料构成的磁芯元件(16)连接。初级绕组(18)，围绕磁芯元件进行配置，次级绕组(22)围绕初级线圈进行配置。由磁性材料构成的轴向延伸部件(12B，14B)位于次级绕组外面并与根壁部分磁性连接。

Description

本发明涉及点火线圈，更具体地说涉及这样一种点火线圈，其中用于点火线圈的磁路由粉末状铁粒子组成，这些粒子被形成其胶合剂的电绝缘材料包围，该绝缘材料使这些铁粒子相互电绝缘并在铁粒子间形成绝缘空隙。

点火线圈经常使用叠片钢材作为用于初级和次级绕组的磁路。在美国专利4，480，377中公开了这种实例。但使用钢叠片层有不利因素。这样，使用钢叠片层导致设计的插件在尺寸和形状方面的限制。另外，用于点火线圈的封装材料与薄片电工钢不相容。于是，如果将封装材料加到叠层上，在钢片锋利的边缘处会产生应力裂纹。另一与叠片有关的问题是磁路要求在点火线圈制造过程中必须精确调整空气隙。这种空气隙的调整在上面参考的美国专利中已作解释。

美国专利2，885，458公开了这样一种点火线圈，其中环形磁芯由铁粉和可模压成型的酚醛那样的胶合剂构成，这种安排不同于本发明之处在于：其中该磁路至少由用于使点火线圈的初级绕组和次级绕组便于组装而安排的两部分组成。

因此，本发明的一个目的是提供一种点火线圈，其磁路部件由用电绝缘材料相互绝缘的铁粒子组成，所述电绝缘材料将铁粒子胶结在一起。

根据本发明的点火线圈包括：轴向延伸并由磁性材料构成的磁芯装置;环绕磁芯装置配置的初级绕组;环绕初级绕组配置的次级绕组;轴向彼此隔开的根壁部分;以及位于次级绕组外面且将根壁部分磁性连接由磁性材料构成的轴向延伸装置;其中根壁部分是由电绝缘材料胶合 剂中铁粒子的混合物构成，该电绝缘材料介入铁粒子之间以形成许多象空气隙作用一样的铁粒子间的间隙，铁粒子的数量和间隙的数目是预定的，以使实质上避免铁的饱和，根壁部分由磁芯装置互相连接;以及其中轴向延伸装置只围绕次级绕组圆周方向的部分通道延伸。

使用由铁粒子构成且在电绝缘材料胶合剂中的部件（包括根壁部分）消除了与钢叠片有关的设计和制造问题。因此，该磁性部件可与封装材料相容。而且，电绝缘材料胶合剂中铁粒子的混合物能模压形成不同的形状。另外，通过使用电绝缘材料胶合剂中铁粒子的混合物，不需要在点火线圈的磁路中提供要求调整的空气隙。这样，由于铁粉的单个粒子被电绝缘材料包围，所以空气隙分布在整个磁路中。换一种说法，该混合物有很多分布在整个混合物中作用象空气隙一样的小间隙。

本发明现将通过实例，参照下面的介绍和附图予以描述，附图中：

图1是根据本发明制造的点火线圈截面图;

图2是图1中示出的点火线圈的零件端视图;

图3示意一个可用来代替图1所示的某磁性部件的磁性部件;

图4是沿着图3中4-4剖线得到的截面图;

图5是沿着图4中5-5剖线得到的截面图;

图6示意一个用于图1中点火线圈的改进磁路。

现在参照附图特别是图1，标号10指定一个（通常是杯型）壳体，它由模压成型的塑料绝缘材料构成。安排在壳体10内的是两个（通常是L型）磁性部件12和14，它们组成用于点火线圈的部分磁路。这些磁性部件12和14由混合的铁粉末和电绝缘材料组成，该电绝缘材料被模压成如附图所示的形状。在下文将更详细地描述这种混合材料。磁性部件12和14是一样的，其中一个被更详细地显示在图2中。为了说明起见，假定在图2中示出的是磁性部件14。磁性部件14有一矩形孔14A，一个具有环形内表面14C的轴向延伸部分14B，和径向延伸的根 壁部分14D。磁性部件12的相对应部分被指定为12A、12B、12C和12D。轴向延伸部分12B和14B的端面沿线15连接起来从而确定了轴向延伸装置。通过压紧配合壳体10相对的内表面间的磁性部件12和14来维持这个连接。

点火线圈有一由磁性材料构成的磁芯元件16。磁芯元件16的截面是矩形的以便和矩形孔12A和14A相匹配。磁芯元件16在组装点火线圈时被插入矩形孔12A和14A中，并且和矩形孔有一压紧配合。在磁芯元件16的最后安装位置中，其相对两端分别位于矩形孔12A和14A中。磁芯元件16与磁性部件12和14磁性相连，并也用作点火线圈初级和次级绕组18、22的磁芯或磁芯装置。

磁芯元件16可以由一叠层钢片，即许多钢片构成。或者，磁芯元件16可以由实心铁条或铁棒组成。另外，磁芯元件16可以用与磁性部件12和14一样的材料，即模压成型的铁粉粒子和电绝缘材料的混合物构成。

将点火线圈的初级绕组指定为18。它由绕线轴20支持并缠绕在其上的很多匝导线组成，绕线轴由绝缘材料构成。绕线轴20和初级绕组18绕磁芯元件16配置。

点火线圈的次级绕组总的被指定为22。因为有许多被缠绕在绕线轴26中的环形槽中的串联线圈部分24，所以次级绕组22是所谓的分段缠绕的绕组。图1示出12个单独绕组段。绕线轴26由电绝缘材料构成。

为组装已描述的点火线圈，可将磁芯元件16的一端插进，例如、磁性部分12的矩形孔12A中。由绕线轴20和绕在其上的初级绕组18组成的初级绕组组件因此被安装在磁芯元件16之上。随后，由绕线轴26和其上装有的次级绕组22组成的次级绕组组件由此被安装在初级绕组组件上。于是将磁性部件14如此组装：即将磁芯元件16的一端插入矩形孔14A中，并使轴向延伸部分12B和14B的端面保持接触。

当各种部件已按所述的方式组装起来时，把它们放入壳体10内，然后由指定为28的绝缘材料组成的封装化合物密封。该封装化合物28封闭壳体10的开口端，该封装化合物将点火线圈的各部分固定在一起并与壳体10粘接以保持点火线圈的各部分在壳体10内。换句话说，封装化合物28填充各空隙空间并围绕点火线圈各部分。

图3-5说明可以代替图1所示出的点火线圈的磁性部件12和14的一个磁性部件30。磁性部件30由用于磁性部件12和14的同样的磁性材料，即模压成型的铁粉粒子和电绝缘材料的混合物构成。磁性部件30具有通过轴向延伸部分30C连接的根壁部分30A和30B。根壁部分30A和30B分别有（敝口端径向延伸的）切槽30D和30E。切槽30D和30E接纳象压紧装配到切槽的磁芯元件16一样的磁芯元件的两端。下面将提出，轴向延伸部分30C执行与图1中所示出的轴向延伸部分12B和14B同样的功能，因此确定了轴向延伸装置。

图6说明另一种改进的磁路。在图6中，磁性部件32和34替代图1中的磁性部件12、14和磁芯元件16。示意性地示出初级和次级绕组18和22，并且具有象图1所示的绕线轴。磁性部件32和34由与磁性部件12和14一样的磁性材料即铁粉末粒子和电绝缘材料的混合物构成。磁性部件32有一轴向延伸部分32A，其端面与部件34的轴向延伸部件34A的端面紧靠或相连接。与图1中轴向延伸部分12B和14B相对应的轴向延伸部分32A和34A具有与12B和14B同样的形状，从而确定轴向延伸装置。在图6中，用于初级绕组18和次级绕组22的磁芯（不是一个独立部件）由连接的磁性部件32和34的轴向延伸部分32B和34B构成。轴向延伸部分32B和34B与磁性部分32和34的根壁部分32C和34C连成一体并从其轴向延伸。轴向延伸部分32B和34B可以象磁芯元件16一样为矩形截面，也可以具有圆形截面。

如前所述，磁性部件12、14、16、30、32和34都可以由一混合磁 性材料构成，即由电绝缘材料组成的胶合物中的铁粉粒子构成。最终的模压成型的产品应该这样，即单独铁粒子被电绝缘材料所包围。该绝缘材料起着两个作用，即，既使铁粒子相互绝缘又将铁粒子胶合在一起。包围在铁粒子周围和其间的电绝缘材料作用就象许多小的空气隙一样分布在整个混合材料中。该间隙当然不是真的由空气组成，但是由于绝缘材料具有和空气大致相同的磁导率，所以可获得空气隙的效果。

本发明不限于所用的铁粒子粉末的类型，也不限于所用的绝缘粒子类型。铁粒子的平均颗粒尺寸可以约为0.1mm（0.004英寸）。铁粉末的一个实例是Hoeganeas    Corp。生产的1000B粉末，这种铁粉可与适当的环氧树脂粉末混合，然后将该混合物模压成形为所希望的形状。然后对成型部件进行处理，合成的制品是一种借助环氧树脂绝缘材料使铁粒子相互绝缘并粘合在一起的材料。最后的制品环氧树脂材料可占重量的0.5%-2%，其余部分为铁粒子。

该混合材料可以由经处理的热熔塑胶材料粘结和分隔的铁粒子组成。这样，平均颗粒尺寸为0.1mm（0.004英寸）的铁粒子可以被热塑胶材料包覆，被包覆的粒子放在加热模型中然后被模压成所希望的形状和密度。最后制品是包含处理过的热熔塑胶材料和铁粒子的组合部件。经处理的热熔塑胶材料将铁粒子胶合在一起并使大部分铁粒相互绝缘。然而，在模压过程中有可能使一些铁粒子连接在一起，但是最后制品有许多起到象空气隙一样作用的间隙。最后模压部件可以是约占容积96%的铁粒子和约占容积4%的热熔塑胶材料。

在使用金属叠片的传统点火线圈设计中，薄钢板的密度是一恒定值。因此，设计在磁路中的铁的数量（为避免磁路通量密度饱和）受控于叠片的横截面积和迭层因素。此外，由于薄钢板是连续无间的，因此，设计在磁路中的空气隙（以控制为提供所希望的能量存储所需要的初级绕组电感）由物理上切断磁路的次数所控制。在使用电绝缘的 铁粒子的点火线圈设计中，金属粉末成型的密度是可变的。因此，设计在磁路中的铁的数量由横截面积和在金属粉末模压过程中获得的密度所控制。此外，铁粉末粒子通过电绝缘涂层相互绝缘，因此，设计在磁路中的空气隙由出现在金属粉末成型中有涂层的铁粉粒子数目和它们之间的空隙所控制。出现的有涂层的铁粉粒子数目和它们之间的空隙由在该形态下所设置的磁通路径长度、横截面积和在金属粉模压过程中获得的密度确定。

对于在金属粉末成型中产生的磁通密度，在出现的铁的数量和空气隙之间有一关系。这个关系可作如下说明。对于给定的使用已知数量粉状金属材料的点火线圈设计，可以决定为提供希望的点火线圈性能所需的铁的数量和空气隙的数量。然后，为改进磁路的尺寸和形状，必须使得截面积为最优。如果没有足够的截面积，磁通密度会太高并使铁饱和。由于低的能量转化效率和高的磁芯损耗，铁饱和将导致差的性能。如果横截面积太大，磁通密度会太低并且磁通线会越过空气隙。出现的间隙数可能已足以提供足够的贮存能量，但是它们没有全部用在该磁路中。因此，仍会由于低的能量转换效率和高磁芯损耗引起明显的铁饱和，以及不良的特性。

因此，当由于太大的横截面积在磁路中有太多的铁时，即使由铁粒子涂层引起的附加空气隙和铁粒子间的空隙对于点火线圈的设计是正确的，磁通线有选择性的只使用部分空气隙。这导致一种不希望有的状态。如果通过减少太多的横截面积使该状态过校正，铁变得饱和，这又导致一种不希望有的状态。使利用磁路电绝缘粉末金属粒子的点火线圈具有最大效率的所要求设计窗口的要点在于铁被完全利用但不饱和，空气隙被完全利用但不饱和。

为获得最佳结果，要以所述的适当考虑通过一个给定的点火线圈设计而获得的电特性的方法设计该磁路。

请注意与本申请同一天申请的专利申请，其申请号为90106986.8（MJD/3335）。

Claims (7)

1、一种点火线圈，它包括：轴向延伸并由磁性材料构成的磁芯装置(16)；环绕磁芯装置配置的初级绕组(18)；环绕初级绕组配置的次级绕组(22)；轴向彼此隔开的根壁部分(12D，14D)；以及位于次级绕组外面且将根壁部分磁性连接由磁性材料构成的轴向延伸装置(12B，14B)；其特征在于，根壁部分(12D，14D)是由电绝缘材料的胶合剂中的铁粒子的混合物构成，该电绝缘材料介入铁粒子之间以形成许多象空气隙作用一样的铁粒子间的间隙，铁粒子的数量和间隙的数目是预定的，以使实质上避免铁的饱和，根壁部分由磁芯装置互相连接；以及轴向延伸装置只围绕次级绕组圆周方向的部分通道延伸。

2、根据权利要求1的点火线圈，其特征在于：磁芯装置（16）由许多钢叠片组成。

3、根据权利要求1的点火线圈，其特征在于：磁芯装置是一根铁棒。

4、根据权利要求1的点火线圈，其特征在于：磁芯装置（32B，34B）由与根壁部分（32C，34C）同样的材料组成。

5、根据权利要求1的点火线圈，其特征在于：磁芯装置由根壁部分（32C，34C）的连接着的轴向延伸部分（32B，32B）组成。

6、根据权利要求1到5中的任一项的点火线圈，其特征在于：位于次级绕组（22）外面的轴向延伸装置由根壁部分（12D，14D，32C，34C）的轴向延伸连接部分（12B，14B，32A，34A）组成。

7、根据权利要求1到5中的任一项的点火线圈，其特征在于：位于次级绕组（22）外面的轴向延伸装置由与连成一体的根壁部分（30A，30B）同样类型的材料的一段轴向延伸长度（30C）组成。

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