CN1043070C - 点火线圈 - Google Patents

Abstract

一种具有环形初级和次线线圈的点火线圈，该初级线圈缠绕在一个中间轴芯部件上并包括一个由少于全致密的磁性材料制成的永久磁铁，而该永久磁铁被放入在中间轴芯部件的一端和围绕着初级和次级线圈组装件的C形铁芯的一端之间并可保证消除在该C形铁芯和该中间轴芯部件之间的任何气隙。

Description

点火线圈

本发明涉及到点火线圈，特别是按部件构成的永磁型车辆点系统用的点火线圈。

使用于内燃机的通用点火系统是一种设在不导电外壳内的具有C形铁芯的点火圈。这种点火线圈带有绕在各个相互嵌套并置于C形铁芯界线内的轴芯上的初级和次级绕组。作为工序的最后一步，用环氧树脂封装材料或其它绝缘材料填充线圈。C形铁芯的腿端之间的间隙尽管用了环氧树脂填充，但仍称为“气隙”。众所周知，通过用永久磁铁几乎可以填满上述铁芯的气隙部分，就能提高效率，增加包括外壳在内的整个线圈结构的紧凑性。这样的线圈结构在美国专利号4,990,881中示出。制作这种在商业上实用的线圈设计所以成功的部分原因，在于发现含有钐(Sm)和钕(Nd)这类元素和其它相似稀土高能材料的十分强有力的永磁材料。永久磁铁完全由这种材料做成并称为″全致密″。点火线圈铁芯的气隙虽已被所装入的磁铁减小，但仍在上述线圈的设计中保留着。

对比之下，本发明提供一种最好是无气隙的永久磁铁型点火线圈，并保证如由于零件累积偏差而形成的小气隙，它将在预定的位置上，从而大大提高线圈的效率和功率输出。这使为获取同样单位功率输出的整个组件的尺寸能得到实质性的减小。本发明还有一个特点是设计和采用最近可得到的稀土材料如钐和钕制成的低于全致密的粘接磁性材料构成的永久磁铁，从而提供一种同样有效而比到此以前使用的全致密永久磁铁远为低廉的材料，并具有如下的附加效益，即由于其包括磁化合金元素钕或钐或同等物的厚度可提供更低廉的制作费用及组装线圈时更容易处理。

本发明的目的因此是设想一种就完成其功能而言是最轻重量和最小尺寸的改进的永磁型电磁线圈。

本发明还进一步设想如下型式的电磁点火线圈。基本上低于全致密的永久磁铁的利用稀土高能磁性材料，因此它低廉于用全致密材料做成的磁铁，并完全免除了在永久磁铁与铁芯之间的任何气隙的需要，这点转而导致了永久磁铁型线圈设计的最大效率。

本发明还进一步设想一种上述型式的点火线圈。在这里永久磁铁部件包括这样的装置，它使每一线圈组件促使气隙存在或不存在的全部尺寸允差范围内的气隙得到实际上的消除。

本发明还进一步设想一种按部件构成的点火线圈组装件，在这里组装件的构造提供了将铁芯从环氧树脂填充材料隔热的装置，以致有可能排除了在铁芯与初级和/或次级绕组之间的热应力裂缝，在这里初级和次级绕组的轴芯均是圆柱形的，从而使绕在轴芯上的线圈具有均匀的张力，而其中初级绕组的圆柱形轴芯设有流过通道，从而使环氧树脂材料能迅速、完全填满并使轴芯的两侧都能与绕组绝缘，而其中引向和引自初级和次级线圈的接电端子不需钎焊，而其中注压到线圈外壳内的支持器衬套包括了预防衬套相对于外壳的径向和轴向相对位移的装置。

本发明还进一步设想一个在线圈的次级线圈输出终端处的套筒，在套筒内有保持定位弹簧的装置，但不需要套筒与弹簧之间的机械连接，并同样地在套筒内中如通常地允许装入和保持火花塞的插头。

本发明的这些和其它特点、目的及优点，可以结合附图所作的实施本发明最好方式的详尽叙述而更为清楚。

附图简要说明：

图1是按照本发明的点火线圈组装件，并将封装材料搬开，以及初级接插件的局部剖面；

图2是图1所示的点火线圈组装件的分解透视图；

图3是按照本发明的初级绕组和轴芯组装件的立面图；

图4是与图3相似的图，但转动了90°以示出初级轴芯和绕组组装件按照本发明的进一步细节；

图5是从其上端看初级轴芯和绕组组装件的平面图；

图6是从其底端看图3和4所示的初级轴芯和绕组组装件的平面图；

图7是按照本发明的次级轴芯和绕组组装件的立面图；

图8是从其上端看图7所示的次级轴芯和绕组组装件的平面图；

图9是从其底端看图7所示的次级轴芯和绕组组装件的平面图；

图10是按照本发明的初级轴芯和绕组组装件与T形条钢叠层芯子相结合的立面图，示出局部剖面；

图10A是图10中10A方向的部分视图；

图11是按照本发明的初级和次级轴芯和绕组组装件与叠层芯子组装件相结合的立面图；

图12是按照本发明的仅示出钢质叠层C形芯子和T形芯子的组装件与永久磁铁相结合的立面图；

图13是按照本发明的整个点火线圈组装件，但不包括下部套筒件的立面剖视图；

图14是按照本发明的外壳去掉了内部铁芯和轴芯组装件并与下部套筒件相结合的带局部剖面的立面图；

图14A是与图14相似，示出了当将火花塞在套筒件的对面一端插入时的情况；

图15是按照本发明的注射成型到外壳安装部件臂和止挡组装件内的外壳安装部件止挡衬套的透视图。

图1示出本发明的点火线圈组装件的全部总成。点火线圈是安装到并电气连接到标准点火火花塞上(如剖视图所示)的″线圈经插头型″点火线圈组装件。应当指出点火线圈组装件是特别紧凑的。它包括一个总体上为环形的外壳10，在外壳内插装一在其两终端间留有空腔或气隙的钢质叠层C形芯子部件100，并具有初级和次级轴芯组装件200和400位于C形芯子部件100的终端间的空腔内。该初级圈部件200包括一个轴向延伸通过初级轴芯的T形钢质叠层芯子部件(未示出)。

该初级轴芯包含一对初级端子插座202和204，在其内部放置不焊接的弹簧支持的绝缘位移端子。

一个局部地示出的初级接插件12，以夹扣在外壳上进行配置，并包含插孔部分14内的引线。后者横过初级和次级线圈建立电气连接的方式将在下面予以描述。

该次级轴芯400包括一输入端子402和一相应的次级轴芯输出端子(在图1中未示出)，后者位于外壳的端子杆部分16的区域内的次级轴芯下端处。柔性橡胶套筒18以滑配合盖住端子杆部分16，并具有夹住端子杆部分16的颈圈20及适合于夹住和建立与火花塞头的电气连接的筒体部分22，其方式将在下面予以描述。

图2进一步表明点火线圈组装件的独特紧凑性及其组装成独特的部件组合型式。例如，初级轴芯组件200包括具有初级线圈208缠绕在其纵轴上的初级轴芯206。轴芯206包含一上部槽形头部分210和一下部环形部分212。该轴芯包含一矩形的腔228，该腔沿其纵轴从一端延伸到另一端，而其尺寸适于以滑配合方式接受T形钢质叠层芯子部件300。该轴芯的上部槽形截面包括一对分隔在两边的侧壁214及在其一端的伸展在侧壁之间挡壁216。该上部槽形截面包括三个定位凸耳218、220、222(其中218和222未示出在此图中)。其中两个(218和220)位于相应端子插座202和204的底部。一个环形颈圈224位于初级轴芯的底部，并有一对相似的定位凸耳226从颈圈径向突出，它们与那些从轴芯上部的端子部分202和204延伸的凸耳轴向对齐。

以滑动方式被容纳在初级轴芯组装件200内的T形芯子部件300包括一十字部件308，在其一端具有斜削形的底面302而在其另一端具有一个斜削端或斜面304。此T形芯子部件是由一系列钢质叠层片用柱销306穿过冲孔或打洞紧固在一起的。

一个板状永久磁铁310以磁力附接到十字部件308上。该磁铁在其上部表面包含许多隆起点312。每个隆起点的高度或长度等于或略微超过用来控制由T形芯子部件和永久磁铁所填充的C形芯子部件终端之间的距离的累积容许间隙的最大偏差。该磁铁部件由基本上低于全致密的粘接磁性材料所制成。它是由诸如钕和钐的稀土、高能材料颗粒均匀地散布在以塑料或环氧树脂为基质的粘结剂内而制成的。在最佳实施例中，将钕颗粒散布在尼龙基质中使得形成的组合材料具有4.2千高斯的磁通密度，而一个全致密磁铁则具有12千高斯的磁通密度。

初级线圈轴芯组装件200适应于被容纳到环形次级线圈组装件400内。该次级线圈轴芯组装件包括整体的次级端子部分402和404。一个相似的无焊接的弹簧支持的绝缘端子位于每个端子部分的端头内。位于次级端子的圆柱形内表面有三条纵向伸展的槽400、408、410，每条槽向缠绕在次级线圈轴芯部件400的外部周边上的线圈绕组412有开口，后者还将其相应的端部连接到输入和输出次级端子部分402和404。槽406、408、410的宽度分别与初级轴芯组装件的定位凸耳218、220、222的宽度相配合。这样，当初级轴芯被装入次级轴芯内时，它通过键固每个凸耳的圆周位置极好地定位于次级轴芯内。此外，还有相对纵向位置依靠轴芯的上部槽形部分的底面进到停留在次级轴芯上的边缘或唇部上而得到固定。此外，在次级轴芯上的槽406和410具有轴芯底面上的小舌片418。当初级轴芯的上部槽形部分进到停留在次级轴芯的唇部上时，在定位凸耳226上的隆起点232与小舌片418啮合，这样将初级轴芯扣住在位置上。

其次，塑料端子绝缘夹子部件102由带有10％填料的改性聚丙烯或其它适用材料制成，将它滑入到C形芯子部件100的开敞空腔内。夹子的尺寸使其侧壁能牢固地夹住C形芯子部件的外壁，如以下所示和所述。

其次，将带有夹子102的C形芯子部件100从其在初级轴芯的槽形上部头部分内的开敞端插入，使得C形芯子部件的上部终端104将进到搁靠在初级轴芯的挡壁216上。同时，在初级轴芯组装件内的T形芯子部件的斜面或倾斜端部分304将沿着C形芯子部件的另一终端108处的相应斜面端部分106作线对线接触啮合。这个组装继续下去直到T形芯子部件紧靠C形芯子部件的挡肩110为止。再者，所设计的进入倾斜面的抬高程度也被设计成迫使T形芯子部件300和永久磁铁310与C形芯子部件100的其它终端部分形成完全接触，因而实际上消除了在C形芯子部件与T形芯子部件之间否则可能存在的任何气隙。

依靠在永久磁铁上伸展的隆起点312，在永久磁铁与T形芯子部件作为一方，及其与C形芯子部件的端部104之间的某些实际接触总可得到保证。这转而保证在另外一端分别通过芯子部件300和100的互相接合的斜表面304和106的线接触将总是存在。

其次，将芯子及初级和次级轴芯的分组件滑入到外壳10内。然后，将包括支持弹簧24的套筒组装件滑配合到外壳的一端，而将初级连接器组装件12夹住到外壳的相对端。这就完成了芯子组装，如图1和2所示。

初级线圈轴芯的细部示出在图3-6中。初级线圈轴芯200是一由尼龙或其它适用材料制成的常规注射成型部件，并包含一槽形头部分210和下部环形卷筒部分212。在后者上螺旋缠绕-初级线圈208。穿过轴芯中央是-矩形槽截面腔228用于容纳以滑配合啮合的T形芯子部件。在图4中示出上部定位凸耳222以及在图6中示出下部定位凸耳226，后者纵向地位于相应的上部定位凸耳218和220的相对方向上。再者，应当指出，如同上部槽形部件那样延伸在同一横向方向内的是一对位于下颈圈224上的导轨230。这些导轨230横向伸展在矩形腔228部分之上，并相互间隔在一比C形芯子部件的宽度略大的距离上。当C形芯子部份100滑入与初级和次级轴芯组装件啮合时，该导轨230用于容纳C形芯子部件100的下部端子部分108。

因而，初级轴芯组装件的构造是独特的，使得轴芯部件在一方与C形芯子并在另一方与次级轴芯组装件的相对位置，只能在一特殊方向上完成，所以误组装得以避免。

参阅图10，将看到T形芯子部件的定位使得十字部件被容纳在槽形部件210内，且十字部件308的头部进到与锥形侧壁302相靠，如此使得其头部的顶恰好在挡壁216以下，再有在T形杆部件300的另一端处的斜面304以相应容纳C形芯子的斜面部分106的方式加以倾斜并配合到下部导轨230内如图10A所示。从图10也将看到，与十字部件顶部有相同的宽度和长度的板状永久磁铁部件310能自槽形部件的开敞侧滑入就位，从而它进到搁置在挡壁216处。尽管最好是使永久磁铁上的隆起点312的位置能与C形芯子部件相啮合，但如果隆起点面朝十字部件，线圈组装件会同样很好工作。在芯子部件300互相接合的表面上形成隆起点也是可供选择的方案。

参阅图7-9，那里示出次级轴芯400和绕组组装件的细部。如同初级线圈轴芯，该次级线圈轴芯是一整体注射成型的塑料部件，最好由尼龙或类似材料制成。它一般是圆柱形的，具有能紧密地接受初级轴芯组装件的尺寸并包含多条完全通贯轴芯侧壁伸展的狭长槽406、408、410。输入和输出端子部分402和404位于轴芯的相应端部。当线圈环绕在轴芯上时，轴芯包含多个用于保持线圈位置的环形肋414。槽406、408、410，如前所述，适用于分别容纳初级轴芯组装件的定位凸耳218、220、222。再者，在所有组件组装后，当要用封装材料按照常规做法填灌点火线圈组装件时，封装材料将流入次级轴芯组装件内部的狭长槽内并径向通向次级绕组的所有内部，因而促使有效地填充线圈组装件并消除组件内的所有孔隙。

图12示出刚组装的钢质叠层轴芯部件100和300及永久磁铁310。将看到C形芯子部件100在一端包括一斜面106，它终止于挡肩110处。斜面宽度的设计使其与T形十字部件的宽度相配合，从而芯子部件在组装时将在外部周边处齐平。

再从图12看到，在永久磁铁310和C形芯子部件的其它终端部分104之间不存在在气隙。这就是符合本发明的理想设计条件。不过，由于正常的组件容许间隙的累积，在生产时在有限数目的线圈部件中发现极小的气隙确实存在于永久磁铁310与C形线圈部件之间，这不算是反常的。为了排除这个可能性，永久磁铁设有许多隆起点312，这些点从永久磁铁向外伸出一个等于或略微超过组件尺寸容许间隙累积中的最大偏差，即是在每个组上的最小和最大容许间隙之间的总体最大差额。当将芯子部件以最小累积容许间隙偏差进行组装时，隆起点在沿着斜面部分106逼迫的T形部件压力下将把永久磁铁的整个表面上的隆起点完全压平。在另一情形下，当存在最大容许间隙偏差从而使其要不然成为芯子部件100和300之间的气隙时，永久磁铁310的隆起点312仍将与C形线圈部件接触，而气隙将在实际上被消除，或者气隙将只存在于T形芯子部件300的最大横截面区域内，它就是十字部分308。

图13示出以前所述的点火线圈组装件的横截面。可以看到在永久磁铁310与任一芯子部件100和300之间不存在气隙。还可看到，初级线圈轴芯部件200精密地和紧凑地位于环形次级线圈轴芯部件400内，而初级和次级轴芯组装件紧密地嵌装在C形部件100的开敞部分内。再进一步，将看到绝缘夹片102如何将次级绕组组装件绝缘而排除了由热量产生热应力的可能性并免除C形芯子部件形成膨胀而导致任何应力裂缝，该裂缝要不然会引起C形芯子部件与次级绕组之间的短路。

图14说明本发明的另一重要特征，主要是橡胶套筒18适应性的型式，它以滑配合套装到外壳部分16上并松弛地保持着支持弹簧24，由于套筒的一端是完全敞开的，而在另一端终止在环形整体橡胶向内伸出的唇部26，该唇部用作弹簧的挡止装置。这样，可将支持弹簧从弹簧挡止唇部26的对面那端滑入到套筒内。弹簧松弛配合在外壳端子部分16内并有足够的非压缩长度进到与次级线圈输出端子404的半月形底片28相接触。此后，当将火花塞在套筒18的对面一端插入时，如图14A所示，弹簧24将被强制进入以次级线圈输出为一端而火花塞头部为另一端之间的电接触。挡止唇部26以足够的径向尺寸构成，使得当火花塞从套筒组装件拔出时弹簧将保持在套筒内。

还示出了在环形外壳部件10的下部是一个具有一对两对面布置的侧壁32的现场制模的芯子容纳穴座30，侧壁之一被示出。该侧壁的相互之间的间隔足以紧密地容纳C形芯子部件100的下部并将芯子部件保持在相对于外壳的固定位置上。

图14和15示出一独特构造的金属粉末烧结的衬套34，该衬套注压到外壳安装部件36内。衬套34包含许多螺旋形保持肋38，它们间隔分布在衬套的圆周上。衬套34在外壳中转动的任何趋势以及纵向位移的任何趋势从而都被排除。

尽管已经详尽叙述了实施本发明的最好方式，那些熟悉与本发明有关的技术的人们将认识到可以有各种替代的设计和实施例以实现由下列权利要求所限定的本发明范围。

Claims (5)

1、一种点火线圈，包括：

一个界定C形部件的终端之间的一个气隙的C形铁质芯子部件；

一个由初级线圈部件和次级线圈部件组成的在所说的气隙内的线圈分组件；

所说的初级线圈部件和所说的次级线圈部件两者均包含一个轴芯和多个缠绕在每个所说的轴芯上的电磁材料的绕组，所说的初级绕组部件可伸缩地被容纳在所说的次级绕组部件内；

所说的初级线圈部件包括沿该轴芯的圆柱形轴线滑移布置并与该轴芯的贯通腔成线接触的T形部件，所说的T形部件包括一对两对面布置的端部，一个所说的端部位于所说的T形部件的底端而另一端部包括所说的T形部件的十字部分；

所说的初级线圈部件包括一个永久磁铁部件；其特征在于：

所述永久磁铁部件配置在该轴芯的一端并且所述永久磁铁部件在其两端与所说的C形芯子部件紧密接触，从而完全填满所说的气隙，所说的永久磁铁部件由磁性材料散布在非导电的基质内而制成，并在所说的基质内处于显著地小于全致密。

所说的永久磁铁部件与所说的C形芯子部件的一个终端部和所说的T形芯子部件的所说的两对面布置的端部之一成紧密接触，而所说的T形芯子部件在其另一端部则与所说的C形芯子部件的另一终端部成紧密完全线接触；以及

所说的永久磁铁部件和所说的C形芯子部件的其中之一包括完全消除所说的C形芯子部件的终端部和所说的T形芯子部件的底端部之间的任何气隙的装置。

2、根据权利要求1的点火线圈，其特征是，所说的永久磁铁部件由粉末磁性材料制成并具有大约为4.2千高斯的磁通密度。

3、根据权利要求1的点火线圈，其特征是，所说的永久磁铁部件由许多选自钕和钐组成的族的磁性材料并散布在塑料基质内的颗粒所制成。

4、根据权利要求1的点火线圈，其特征是，所说的T形芯子部件的底端部包括一个以相对于所说的T形部件的轴线的锐角倾斜的端部表面，而所说的C形芯子部件的相应终端部以同样的锐角倾斜，从而确定了一对互相成线接触的倾斜表面，由此当将线圈分组件组装在所说的C形芯子部件的气隙内时，相应部件中的通常在制造时的累积容许间隙按常规可决定部件间的气隙的大小程度，该气隙便能加以消除，而当将所说的那些芯子部件的相应的斜削形端部表面彼此互相并置在一起以成为最终组装位置时，气隙则变为零；以及

所说的永久磁铁部件包括消除气隙内任何容许间隙影响的装置并保证其与所说的C形铁芯部件的终端成紧密线接触。

5、根据权利要求1的点火线圈，其特征是，所说的永久磁铁部件是一扁平的磁性板，消除所说的气隙的装置包括许多从所说的磁性板的一个表面伸出来的隆起点，当在C形芯子部件内组装线圈分组件期间用力使所说的那些倾斜表面在所说的C形芯子部件的两对面端部处形成相互完全线接触时，所说的隆起点可以变形。

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