CN1207491C - 发动机点火系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机点火系统，其中包括一个与发动机转动同步旋转的转子，一个铁芯固定安装在与转子外周相对的位置，一个初级线圈和一个次级线圈同心地缠绕在铁芯上。永磁体安装在铁芯上，铁芯上有多个与转子外周相对的段铁，这些段铁在沿转子圆周方向上有间隔，一个感应体固定在转子外周。在沿转子圆周方向相邻的一对段铁间为至少一个永磁体产生的磁通量形成磁路。段铁在转子圆周方向上成对相邻，每次感应体通过每对段铁时，缠绕在铁芯上的初级线圈和次级线圈的绕组为火花塞加电。

Description

发动机点火系统

                        本发明背景情况

本发明所属领域

本发明涉及一种对磁电机点火系统的改进方案，这种类型的点火系统用于体积相对较小的发动机。

对现有技术的描述

这种普通点火系统是公知的，例如在日本实用新型第6321739号和日本专利第542629号就公开了这样的系统，在这样的系统中，永磁体被安装在转子的外周。

上述将永磁体安装在转子外周的现有结构存在如下三点问题。也就是说：(1)为了保持转子的转动平衡，需要在转子上永磁体的对侧安装一个配重，配重需要与永磁体的重量相当，从而使转子的重量很大；另外，(2)必须要对永磁体和配重所安装部位的结构进行设计，并需考虑永磁体和配重的安装方法，以承受转子高速旋转时产生的离心力；(3)因为安装永磁体和配重的部位中只有很小的空间，所以很难在此部位中再安装其它的部件。

本发明是在上述条件下作出的，本发明的目的是提供一种发动机点火系统，其能减轻转子的重量，同时易于调节转子的转动平衡，并简化了转子自身的结构，并确保转子的径向内部具有一可有效利用的空间。

发明内容

根据本发明的一个特点，本文提供了一种发动机点火系统，该系统包含一个与发动机同步旋转的转子；一个铁芯，固定安装在与转子外周相对的位置；一个初级线圈和一个次级线圈，它们同心地缠绕在铁芯上；一个火花塞，可随转子旋转同步地点火。永磁体安装在铁芯上，铁芯上有多个正对转子外周的段铁，这些段铁的布置方式使得它们在转子的环周方向上相互分隔开，并有一个感应体固定在转子外周。感应体为由永磁体产生的、转子外周方向一对相邻段铁之间的磁通量形成了一条磁路。感应体经过这对段铁一次，缠绕在铁芯上的初级线圈和次级线圈绕组就能向火花塞放电一次；

其特征在于：其铁芯有沿转子外周等间隔排布的三个段铁，至少在转子周向方向上相对的两侧段铁上安装了永磁体，初级线圈和次级线圈缠绕在转子外周方向上中间位置的那个段铁上。

根据上述设计，由于转子上仅设置了用来为铁芯内的永磁体所产生磁通形成磁路的感应体，所以转子的重量可以减轻，转子的转动平衡也容易调节，此外，与将永磁体安装在转子外周的传统布置相比，在转子上安装感应体要容易实现。此外，还能确保转子径向内部区域具有相对较大的空间，该空间能得到有效的利用。

根据这种布置，当转子旋转，感应体经过三个段铁的中间那个段铁时磁通量的变化率大于感应体经过另外两段铁时(如果只有两个段铁)磁通量的变化率，因而获得较高的点火能量。

根据本发明的另一个特征，本发明提供了一种发动机点火系统，其永磁体安装在铁芯中的一个切口上，根据这种布置，可将永磁体容易地安装并固定在铁芯上。

根据本发明的另一个特征，本发明提供了一种发动机点火系统，其永磁体安装在铁芯的一面上，该面与转子正相对，这种布置可以减小磁通量的泄漏。

根据本发明的另一个特征，本发明提供了一种发动机点火系统，其感应体从转子外周向铁芯突出，根据这种布置，感应体易于制出。

根据本发明的另一个特征，本发明提供了一种发动机点火系统，通过在转子外周上安装一块磁性板，而形成感应体，根据这种布置，感应体可较容易地制成，而不需要模具等。

根据本发明的另一个特征，本发明提供了一种发动机点火系统，其感应体通过将一块磁性板插入转子来制成的，转子由铝合金模铸而成的，在这种布置中，仅需把磁性板安装并固定在转子上，就可容易地制成感应体，而转子是由非磁性的铝合金材料制成的。

根据本发明的另一个特征，本发明提供了一种发动机点火系统，其感应体是通过将转子外周向内凹进一部分来构成的，根据这种布置，感应体容易制成。

附图简要说明

图1为描述点火系统重要部件的垂向横截面视图；

图2是与图1对应的垂向横截面视图，表示了转子向前转过后的状态；

图3的电路图表示了该点火系统基本结构的一种实例；

图4是一个时序图；

图5的垂向截面图表示了对转子与感应体的第一种改型实施例；

图6的垂向截面图表示了对转子与感应体的第二种改型实施例；

图7的斜视图表示了对转子与感应体的第三种改型实施例；

图8的侧视图表示了对转子与感应体的第四种改型实施例；

图9的斜视图表示了对转子与感应体的第五种改型实施例；

图10的斜视图表示了对转子与感应体的一种改型形式；

图11的垂向截面视图与图1相对应，表示了本发明的一个实施例；

图12的垂向截面视图与图1相对应，表示了本发明的另一个实施例；

图13为与图4对应的时序图。

具体实施方式

如图1所示，与发动机(未示出)同步旋转的转子1A例如同轴地连接在发动机的曲轴3上。铁芯4A安装在与转子1A外周相对的固定位置上。一个初级线圈和一个次级线圈同心地缠绕在铁芯上，一对(例如是一对)永磁体7A安装在铁芯4A上。

铁芯4A形状为E形，开口朝向转子1A，铁芯4A伸出多条段铁—例如8、9、10三条段铁，这些段铁与转子1A的外周相对，并在转子外周方向上相互间隔开。铁芯4A是由许多铁芯片叠垛在一起压制而成的。初级线圈5和次级线圈6同心缠绕在段铁9上，段铁9沿转子1A外周方向位于上述段铁8、段铁10中间。位于转子1A外周方向相对两侧的段铁8、段铁10上都安装了一个永磁体7A。永磁体7A安装在段铁8、段铁10靠近末端的对应切口11里。

永磁体7A最好采用磁通密度高的稀土磁体，例如Nd-Fe-B系(钕铁硼系)磁体。

感应体2A是通过将一块磁性板安装在转子1A的外周、使其固定在转子1A的外周而制成。感应体2A从转子1A的外周径向突出，从而为由永磁体7A产生的磁通形成了段铁8、9和段铁9、10之间的磁路。每对段铁沿转子1A外周方向相邻。

这就是说，在图1所示的状态，感应体2A在转子1A外周方向相对的两端分别对着段铁8、9，在铁芯4A的段铁8、9与感应体2A之间形成了磁路，如图1中双点滑线所示。当转子1A从图1位置转动到图2位置，感应体2A在转子1A外周方向相对的两端分别对着段铁9、10(在铁芯4A的三个段铁8～10中)，如图2中双点滑线所示，在铁芯4A的段铁9、10与感应体2A之间形成了磁路。

如图3所示，初级线圈5与点火电路12相连，点火电路12中的电阻13、14串联地接在初级线圈5两端，在初级线圈5的两端还连接了一个串联电路和一个晶体三极管17，其中的串联电路包括晶体三极管15和电阻16，它们与电阻13、14并联。电阻13、14之间连接晶体三极管15的基极。三极管15与电阻16之间连接晶体三极管17的基极。次级线圈6连接火花塞18。

采用这种结构的点火系统，如图4(a)所示，当铁芯4A与转子1A的相对位置由图1所示状态转换为图2所示状态时，通过初级线圈5的磁通量Φ由Φ1变为Φ2，因而在初级线圈5中产生了初级电压V1’，如图4(b)所示。

当初级电压V1’增加，对应于晶体三极管17的基极电压升高，点火电路12导通，如图4(c)所示的那样，有一个受控的初级电流I1流过初级线圈5。初级电流I1的增强使晶体三极管17的发射极和集电极间的电势增加，当这一电势达到一个确定值时，晶体三极管15开始工作，其结果是晶体三极管17关断，初级电流I1突然中断。

初级电流I1的突变导致铁芯4A的段铁9内磁通量的突变。因为段铁9缠绕着初级线圈5，所以在初级线圈5内产生了一个几百伏特的初级电压V1，如图4(d)所示。由于初级线圈5和次级线圈6同心地缠绕在段铁9上，所以次级线圈6内也因电磁感应产生次级电压，根据与两级线圈的匝数比，次级电压的值可达万余伏特，如图4(e)所示。次级电压加到火花塞18上，用于发动机点火。

这就是说，初级线圈5和次级线圈6缠绕在铁芯4A的段铁9上，每当转子1A上的感应体2A经过铁芯4A的段铁8～10中的段铁8、9或段铁9、10对时，向火花塞放电。

根据上述第一个实施例，转子1A上仅设置感应体2A，感应体2A形成了由位于铁芯4A一侧的永磁体7A、7B产生的磁通量的磁路；与将永磁体安装在转子上的传统布置相比，本发明可以减轻转子的重量并能易于使转子达到转动平衡。

不仅如此，由于感应体2A仅是略微径向突出转子1A的外周，所以可以保证转子1A径向内部的区域具有相对较大的空间，这一空间可以得到有效利用。

铁芯4A有8、9和10三个段铁，这三个段铁在转子1A外周方向上有相等的间隔。永磁体7A至少安装在转子1A外周方向上相对的两个段铁8和段铁10上(在本实施例中只有一对相对段铁)。初级线圈5和次级线圈6缠绕在位于转子1A外周方向中间位置的段铁9上。因此，当转子1A旋转，感应体2A经过段铁8～段铁10之间的段铁9时，磁通量的变化率大于感应体经过另外两个段铁时磁通量的变化率，因而获得高感应能。

此外，永磁体7A安装在铁芯4A段铁8和段铁10的切口11中，铁芯4A由许多铁芯片堆积地垛在一起，靠压力压制而成。由于铁芯片在压制成型的时候可以很容易地造出对应于上述切口11的孔，所以将永磁体7A安装并固定在铁芯4A上简单易行。

此外，正如第一个实施例所述的，由于感应体2A沿转子1A外周向铁芯4A方向突出，所以容易制成这样的感应体2A，例如，可以在转子1A外周安装一块磁性板得到感应体2A。不仅如此，由于在转子1A外周安装一块磁性板即可得到感应体2A，感应体2A的生产由于省去了模具等而变得容易。

图5至图10表示了对转子和感应体的改型实施例。在图5所示的第一种改型实施例中，感应体2B与铸铁转子1B外周制成一体，使感应体2B沿转子1B径向突起，按照第一个改型实施例，感应体2B容易制成。

在图6所示的第二种改型实施例中，转子1C为薄钢板压制成型，将薄钢板压制成类似平底锅的形状，外周为圆筒部分19，圆筒部分19有一部分向外突出，转子1C外周突出的部分构成感应体2C。

在图7所示的第三种改型实施例中，转子1D是由磁性金属薄板叠压一起制成的，在冲压每片磁性金属薄板的同时，冲出对应感应体2D的部分。磁性金属薄板叠压构成转子1D的同时，构成沿转子1D外周径向突出的感应体2D。

在图8所示的第四种改型实施例中，转子1E由铝合金模铸而成的，感应体2E是植入转子1E外周中的磁性板。按照第四种改型实施例，可以通过将磁性板安装并固定在由铝合金(非磁性材料)制成的转子1E上而简单地得到感应体2E，因而制造容易。

在图9所示的第五种改型实施例中，铸铁转子1F的一部分外周向内凹进形成了凹进处20，由此在转子1F的外周上形成了一个感应体2F，该感应体以凹进处20作为其外表面。因而感应体2F容易制成。

在图10所示的第六种改型实施例中，转子1G由磁性金属薄板叠垛在一起压制而成，在冲压每片磁性金属薄板时，冲出对应于凹进21的部分。这样，在磁性金属薄板叠压构成转子1G的同时构成从转子1G外周径向凹进的凹进21，在转子1G外周面上形成了以凹进处21作为其外表面的感应体2G。按照第六种改型实施例，感应体2G容易制成。

图11所示的是本发明的第二个实施例。铁芯4B固定地安装在与转子1A外周相对的位置，铁芯4B形状为E形，开口朝向转子1A，并有8，9，10三条段铁，段铁对着转子1A的外周，有间隔地排布在转子外周方向上。段铁9在转子1A外周方向上处于段铁8～段铁10之间，初级线圈5和次级线圈6同心地缠绕在段铁9上。永磁体7B安装在一例如是粘接在段铁8、段铁10与转子1A外周方向相对的末端，也就是说，安装在段铁8、段铁10与转子1A相对的面上。

与永磁体11安装在铁芯4A段铁8、段铁10中的第一个实施例相比，上述的第二个实施例可以减小磁通量的泄漏。

图12、13所示的是本发明的第三个实施例。与上述实施例对应的部分采用了相同的相关数字和符号。

铁芯4C固定安装在与转子1A外周相对的位置。初级线圈5和次级线圈6同心地缠绕在铁芯4C上，并将(例如)一对永磁体7A安装在铁芯4C上。

铁芯4C形状为U形，开口朝向转子1A，铁芯4C有一对段铁22和23，段铁对着转子1A的外周，在沿转子外周的方向上间隔地排布。铁芯4C由许多冲压成的铁芯片叠垛在一起压制而成。段铁22和23靠近末端有切口11，永磁体7A安装在切口11里。初级线圈5和次级线圈6同心地缠绕在段铁23上。

按照第三个实施例，通过初级线圈5的磁通量Φ变化如图13(a)所示。由初级线圈5相应产生的初级电压V1’的变化如图13(b)所示。图13(c)表示了流过初级线圈5的控初级电流I1。由于初级电流I1突然中断，在初级线圈5内产生一个几百伏特的初级电压V1，如图13(d)所示。因电磁感应在次级线圈6内产生次级电压，如图13(e)所示，根据两级线圈的匝数比，次级电压的值可达万余伏特。

这就是说，第三个实施例采用的铁芯4C有两个段铁，段铁22和段铁23，通过初级线圈5磁通量Φ的变化率与上述第一、第二个实施例中铁芯4A、4B有三个段铁8～10的情况相比较小，所以第三个实施例中得到的点火能量也相对较小。但是，需要指出是，上述第一、第二个实施例所能达到的效果，在第三个实施例中也能达到。

正如上文介绍的那样，与将永磁体安装在转子的外周的传统布置相比，本发明的优点在于转子的重量可以减轻；可以容易地使转子达到转动平衡；还可以容易地在转子上设置感应体。此外，还能确保在转子内部径向部位有相对较大的空间，该空间可以得到有效地利用。

此外，根据本发明的一个特征，当转子旋转，感应体经过三个段铁中间的段铁时，磁通量的变化率大于感应体经过另外两个段铁时磁通量的变化率，因而获得高感应能。

根据本发明的一个特征，永久磁体可以简便地安装并固定在铁芯上。

根据本发明的一个特征，  可以减小磁通量的泄漏。

根据本发明的一个特征，感应体容易制成。

根据本发明的一个特征，因为可省去模具等，从而使感应体生产制造简便易行。

根据本发明的一个特征，通过将磁性板安装并固定在由非磁性的铝合金制成的转子上，而简单地形成感应体。

根据本发明的一个特征，感应体容易制成。

本发明的实施例已经在上文中进行了描述，但是本发明并不仅仅局限于上述实施例，在不违背本发明权利要求书中描述的发明构思与范围的情况下可以有各种修改方式。

Claims (7)

1.一种发动机点火系统，其中包括：

一个与发动机转动同步旋转的转子，转子有一个外周；

一个初级线圈；

一个次级线圈；

一个铁芯，其固定地安装在与转子外周相对的位置上，铁芯上有多个对着转子外周的段铁，这些段铁在转子外周方向上间隔开，初级线圈和次级线圈同心地缠绕在铁芯上；

至少有一个永磁体安装在铁芯上；

一个火花塞，其点火与转子的旋转同步；

一个固定在转子外周的感应体，该感应体在沿转子外周方向相邻的一对段铁之间，为至少一个永磁体产生的磁通量形成了磁路，在感应体经过每对段铁时，缠绕在铁芯上的初级线圈和次级线圈的绕组向火花塞加电；

其特征在于，所说铁芯包括3个段铁，这3个段铁在沿转子外周方向上有相等的间隔，在转子外周方向上相对两侧的两个段铁的每一个上安装了至少一个永磁体，初级线圈和次级线圈缠绕在转子外周方向中间位置的一个段铁上。

2.如权利要求1所述的发动机点火系统，其特征在于，所说的铁芯包括一个切口，永磁体安装在铁芯形成的切口上。

3.如权利要求1所述的发动机点火系统，其特征在于，至少有一个永磁体安装在铁芯的一面上，铁芯的这一面要对着转子。

4.如权利要求1所述的发动机点火系统，其特征在于，所说感应体从转子外周向铁芯方向突出。

5.如权利要求4所述的发动机点火系统，其特征在于，所说感应体由一个固定在转子外周的磁性板构成的。

6.如权利要求1所述的发动机点火系统，其特征在于，所说的转子是铝合金材料的，感应体为一块部分植入转子的磁性板。

7.如权利要求1所述的发动机点火系统，其特征在于，所说感应体由转子外层向内凹进的部分构成。

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