CN1126356A - 防噪声的线圈型耐高压电缆 - Google Patents

Abstract

一种用于防噪声的线圈型耐高压电缆，其中电阻丝(5)沿芯体(3)纵轴的垂直方向环绕芯体(3)卷绕，和一绝缘层(6)形成在绕有电阻丝(5)的芯体(3)上，其中电阻丝(5)的直径和电阻率分别为35至55μm和5至35μΩ·cm，电阻丝(5)以10000圈/米或更大的节距卷绕在芯体(5)周围，以使电阻丝的电阻值可设定在4至7kΩ/m。在电阻丝上又依次形成绝缘层(6)，玻璃纤维编织(7)和铠装(8)。该电缆防噪性能基本与先有技术的相同但有较低电阻率。

Description

防噪声的线圈型耐高压电缆

本发明涉及防噪声的线圈型耐高压电缆，在该电缆中，芯体的外表面沿垂直于该芯体纵轴方向缠有具备特定电阻率的电阻丝，然后涂敷以绝缘层。

在一点火线圈中产生的高电压经由一配电盘或直接加到一火花塞。现已采用两种用于连接点火线圈和火花塞的耐高压电缆：由饱含碳的绞合纤维得到的编织型和通过将有高电阻率的细金属丝缠绕在磁性材料芯体上得到的线圈型等等。两种耐高压电缆均需要有传输损耗低，极好的耐热和耐压性并显现克服由发动机火花点火引起的噪声的良好防噪声效果。

在例如日本已审定实用新型公告No.1-32253和6-6418中所公开的电缆便是已知的作为现有技术的防噪声线圈型耐高压电缆。

更确切地说，前述公告中的耐高压线圈型电缆是如下所述电缆。将挤压由300至700份重量的铁粉与100份重量的基聚合物(basepolymer)进行混合得到的混合物去披覆通过绞合芳酰胺(aramid)纤维获得的加固编织的中心，从而得到外径为1.3mm或更小的铁芯。将电组丝沿垂直于铁芯纵轴方向围绕铁芯以8000至14000圈/m的节距缠绕其上。挤压聚烯烃树脂以涂敷缠有电阻丝的铁芯外表面，借此形成一绝缘层。此外围绕该绝缘层的外表面形成一铠装。作为一个具体例子，该公告揭示：在1500旦尼尔(纤度单位)的芳酰氨纤维外表面涂敷以Mn—Zn铁氧体粉同聚乙烯氯化物混合得到的混合物并在铁芯外表面上以9600圈/m的节距缠绕直径为0.06mm而电阻率为105μΩ.cm的Ni-Cr合金线，以将作为导线的整个电阻线的阻值设定在16KΩ/m。

另一方面，在后一公报中揭示的耐高压线圈型电缆的情况如下。挤压同铁粉混合的硅橡胶，以涂敷基本由芳酰胺纤维构成的拉紧(tension)构件，从而形成一个芯体。将直径为0.055mm的不锈钢之类的电阻丝，以14000卷/米的节距缠绕在芯体外表面上。例如通过将该芯体浸渍在与碳混合的熔融环氧树脂在缠有电阻丝的芯体上形成一部分导电的树脂层，该树脂层有4至8μm的均匀厚度和10²至10⁵Ω.cm的电阻率。

从控制汽车排放废气的观点出发，现已开发了一种所谓微弱燃烧发动机，以燃烧贫油混合物，这将作为近年来对环境问题的一种对应措施。这样一种发动机需要有高于一般发动机的点火能量从而使其必需降低用于连接点火线圈和火花塞的前述线圈型耐高压电缆的阻值。例如，降低到现有技术的该种电缆阻值的1/2。

然而，就上述防噪声线圈型耐高压电缆而言，若为降低该电缆阻值而减小电阻丝线圈节距的话，则该耐高压电缆的电感变得较小，导致防噪声效果的降低。为避免这一点，该耐高压电缆的阻值可通过采用较粗电阻丝而不减小线圈节距方法来降低。在此情况下，紧密地缠绕的电阻丝的短路可引起阻值异常减小，同时降低了防噪声性能。

电阻丝的短路通常在电阻丝相邻圈之间的间距小于电阻丝的直径时发生。为避免这种短路，可考虑象在上述公报(日本已审实用新型公报6-6418号)所揭示的那样，在电阻丝上形成一层部分导电树脂层。但这导致较高的制造成本，因而造成经济方面的种种缺陷。

鉴于以上问题，本发明的一个目的是提供一种用于防噪声的线圈型耐高压电缆，该电缆有低于现有技术耐高压电缆的阻值而其防噪声性能基本上类似于现有技术电缆，同时保持了电感量级，又没增大电阻丝直径和减小其线圈节距。

上述问题是借助如权利要求1中所述电缆解决的。根据本发明，可在没有增大电阻丝直径和减小其线卷节距的情况下避免电感量的减小，从而能实现一种电阻率低于现有电缆而防噪性基本上与现有同类电缆相同的线圈型耐高压电缆。这种电缆适于将一电压供至需要点火能量高的微弱燃烧发动机的火花塞。

最好，芯体主要包括一个中心加固芯和一铁芯，该加固芯是通过将三根1000旦尼尔的芳酰胺纤维绞合而成，铁芯的外经为1.3mm或更小，最由挤压树脂或橡胶基和围绕中心加固芯体的铁粉混合物而获得。另一可取方案是：由阻丝由铜镍合金线构成，绝缘层是外径为4.6mm，在电阻丝上形成的一层柔软的交联聚乙烯，和/或玻璃纤维的加固网，而一铠装是按此次序形成在绝缘层上的其外径为7mm。

若芯体主要包括由1000旦尼尔的三根芳酰胺纤维绞合而成的中心加固芯和一铁芯，一铜-镍合金线用作电阻丝，绝缘层是柔软交联聚乙烯(PEX)而玻璃纤维加固网和一铠装形成在绝缘层上，则可获得适用于将电压施加到贫油燃烧发动机的火花塞的有极好防噪声性能的线圈型耐高压电缆。

当用于防噪的线圈型耐高压电缆的电阻丝的阻值R减小时，若电感L保持恒定，如从确定该电缆在电感L保持恒定时的特性阻抗Z的方程(1)显见那样，则防噪性能降低。为避免这一情况，必需增大电感量L。这里，应该了解：C表示电缆的电容而f表示电源频率。 $Z=\sqrt{R^2+{(2\mathrm{\πfL}-\frac{1}{2\mathrm{\πfC}})}^2}---\left(1\right)$

另一方面，电感L由方程(2)确定，其中d表示芯体直径，μs表示芯体的磁导率，N表示绕组节距。从方程(2)可见：芯体直径d增大导致电缆的电容增大。因此，当电缆表面上形成露珠时，电缆和发动机机体之间的浮动电容(floating capacity)可增大，也就是说，电容C可依据露珠的存在而在电缆长度上可变，从而降低了火花塞电压。为增大浮动磁导率μs，有必要增大，例如，铁粉量。铁粉量的增加导致了包含橡胶的铁凎氧强度和伸长的减小，使得甚至一个很小的力都能引起橡胶的破裂。缠有电阻丝的芯体可能在对电缆末端进行处理期间所施加的力的作用下而不利地被撕裂或断裂，因此为增大电感L，增大电阻丝的绕组节距N是有效的

       L＝4π²·d²·μs·N²×10^-7    (H/m)    (2)

根据称之为电流法的方法在改变绕组节距的同时测量防噪性能，该电流法是测量防噪性能的方法之一，该方法借助一电流探头测量高频电流。作为该测量的一种发明成果，已发现：为获得类似于或好于现有技术同类电缆的防噪性能必须使卷绕节距为10000圈/m或更多。

为了横向地，即沿垂直于芯体纵轴方向卷绕电阻丝而不形成象现有技术电缆那样的部分导电层，电阻丝的直径最好为35至55μm。如上所述，为了获得类似于先有技术电缆的防噪性能，电阻丝必须以10000圈/m或更大的节距卷绕。为满足这些条件的电阻丝的最佳电阻率被检查，该检查结果示于图2。

图2示出当作为导体的整个电阻丝的阻值分别设为4kΩ/m和7kΩ/m(芯体直径为1.3mm)时，各个直径对应的电阻率相对于卷绕节距的变化。图2中点线部分表示不能横切芯体卷绕电阻丝的区域，因为其矩路，从图2可见：能被以10000圈/m或更大节距横向卷绕的电阻丝的电阻率，该电阻率最好约为5至35μΩ.cm。

表-1表示用于电阻丝的不同材料的电阻率和是否这些材料能被拉成35至55μm直径的电阻丝。从表-1可见：铜-镍(Cu-Ni)合金的2，3和4类适用作电阻丝材料，因为它们具有上述的电阻率(5至35μΩ；cm)并能被拉成具有上述直径的丝。还要指出的是表1中的O和X分别表示能和不能拉成丝。

                            表-1

电阻丝	成份(重量％)	电阻率(μΩ·cm)	拉丝的可处理性
				1号镍络合金	80Ni，20Cr	108	○
18/8不锈钢	8Ni，18Cr，74Fe	7C	○
				2类Cu-Ni	23Ni，77Cu	30	○
3类Cu-Ni	12Ni，88Cu	15	○
				4类Cu-Ni	6Ni，94Cu	10	○
纯铁	-	10	×

若有5至35μΩ.cm的电阻率的Cu-Ni线制成的电阻线以10000圈/米或更大的节距横向卷绕在芯体上，整个电阻丝的电阻值作为导体可设在4至7kΩ/m，即小于1/2的先有技术电缆的阻值。这样，在没有增大电阻丝直径和减小其卷绕节距的情况下可防止电感的减小，从而能实现具有基本类似先有技术耐高压电缆的防噪性能而电阻率低于先有技术耐高压电缆的线圈型耐高压电缆。

若芯体主要由1000旦尼尔的三股芳酰胺纤维绞合获得的中心加固芯和一铁心构成，电阻丝的直径是35至55μm，绝缘层是柔软交联聚乙烯(PEX)，和在绝缘层上形成一玻璃纤维加固网和铠装，则可得到具有极好防噪性能适用于给贫油燃烧发动机的火花塞供电的线圈型耐高压电缆。

一旦阅读了以下详细说明和附图将会更清楚了解本发明的这些和其他目的、特性和优点。附图中：

图1是本发明一个实施例的立体视图，和

图2是表示不同电阻丝的电阻率对绕组节距的关系曲线图。

如图1所示一个中心加固芯1由1000旦尼尔的三股芳酰胺纤维绞合而成。将氟基和铁粉混合而得到的混合物置于中心加固芯1周围加以模压，以形成外径为1.3mm或更小的铁芯2，芯体3由中心加固芯1和铁心2构成。

直径为35至55μm和电阻率为5至35μΩ.cm的2，3或4类Cu-Ni制成的电阻丝5以10000圈/米或更大节距横向缠绕芯体3，从而将作为导体的整个电阻丝5的阻值调定在4至7KΩ/m。一层外径为4.6mm或更小的软交联聚乙烯绝缘层6形成在电阻丝5上。在绝缘层6周围形成24根编织的玻璃纤维构成的加固网7和外径为7mm的EPDM(乙烯-丙烯三元共聚物)或硅的铠装8。

表2示出测得的各有频率为45，90和180MHz时的电缆A和B的噪声电流与先有技术电缆的对比结果。就电缆A而言，将直径为50μm的2类Cu-Ni线用作电阻丝5并以10000圈/米的节距横向卷绕以将导体电阻设定在7kΩ/m。就电缆B而言，将直径为40μm的4类Cu-Ni线用作电阻丝5并以11000圈/米的节距横向卷绕以将导体阻值设定在4kΩ/m。在该先有技术电缆中，直径为50μm的镍铬线以7000圈/米的节距横向卷绕在一芯体上，该芯体包括由三根1000旦尼尔编织纤维绞合获得的中心加固芯和外径为1.3mm的铁芯，从而将导体阻值设定在16kΩ/m。

              表2

	噪声电流(dBμA)
				电缆A(2类Cu-Ni)	34	20	6
电缆B(4类Cu-Ni)	24	10	3
				先有技术电缆	38	24	10
频率(MHz)	45	90	180

这样，根据本实施例，在不增大电阻丝5的直径和减小绕组节距情况下可防止电感的减小，从而能实现防噪性能基本与先有技术阻性电缆相同但有较后者为低的电阻率的线圈型耐高压电缆。这种电缆适于向要求点火能量高的贫油燃烧发动机的火花塞提供电压。

应该了解：电阻丝材料并不限于上述Cu-Ni合金类。而是可用满足以下条件的任何材料，即只要可制成电缆的电阻丝有5至35μΩ.cm的电阻率，直径为35至55μm并能以10000圈/米或更大的节距横向卷绕在芯体周围。

Claims (6)

1.一种用于防噪声的线圈型耐高压电缆，其中电阻丝(5)沿芯体(3)纵轴的垂直方向环绕芯体(3)卷绕，和一绝缘层(6)形成在绕有电阻丝(5)的芯体(3)上，其中电阻丝(5)的直径和电阻率分别为35至55μm和5至35μΩ·cm，电阻丝(5)以10000圈/米或更大的节距卷绕在芯体(5)周围，以使电阻丝的电阻值可设定在4至7KΩ/m。

2.根据权利要求1的电缆，其特征在于：

芯体(3)主要包括一中心加固芯(1)和铁心(2)，中心加固芯由三根1000旦尼尔的编织纤维绞合而成，铁心(2)具有1.3mm或更小的外径，并由围绕中心加固芯(1)挤压树脂或橡胶基和铁粉混合物而获得。

3.根据权利要求1或2的电缆，其特征在于：所述电阻丝(5)由铜-镍合金线构成。

4.根据1至3任一权利要求的电缆，其特征在于：所述绝缘层(6)是在电阻丝(5)上形成的外径为4.6mm的软交联型聚乙烯层。

5.根据1至4任一权利要求的电缆，其特征在于：在所述绝缘层(6)上依次形成一玻璃纤维加固网(7)和外径为7mm的铠装(8)。

6.根据1至5任一权利要求的电缆，其特征在于：所述耐高压电缆用于连接一微弱燃烧的发动机中的点火线圈和火花塞。

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