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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündspule.
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Gemäß der
JP 03-136219 A erzeugt eine herkömmliche Zündspule eine elektrische Hochspannungsenergie, wobei die elektrische Hochspannungsenergie einer Zündkerze über eine mechanische Verteilungseinrichtung und eine Hochspannungsleitung zugeführt wird. Derzeit sind Zündspulen bei Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors individuell bereitgestellt, um den Zündkerzen direkt eine Hochspannungsenergie zuzuführen. Wenn der Durchmesser einer Zündkerze verringert wird, kann die Querschnittsfläche eines Motorwassermantels, der um eine Zündkerze angeordnet ist, vergrößert werden, so dass eine Kühleffektivität des Motors verbessert werden kann. Folglich muss der Durchmesser einer Zündkerze verringert werden, um eine Kraftstoffeffektivität eines Fahrzeugs zu verbessern und eine Motorleistung zu verbessern.
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Gemäß der
JP 03-136219 A weist die herkömmliche Zündspule einen Aufbau auf, bei dem eine elektrische Ausgabeleistung ohne Vergrößerung bzw. Verlängerung verbessert werden kann. Das heißt, eine Zündspule kann bei Anwenden des Aufbaus der Zündspule kleine Ausmaße aufweisen wenn eine Ausgangsspannung die Gleiche ist. Die Zündspule umfasst einen Kern, einen Dauermagneten, einen Primärspulenkörper, einen Sekundärspulenkörper und ein Gehäuse. Der Kern bildet teilweise einen geschlossenen magnetischen Durchgang, in dem der Dauermagnet bereitgestellt ist. Eine Primärspule ist um den Primärspulenkörper gewickelt. Eine Sekundärspule ist um den Sekundärspulenkörper gewickelt. Das Gehäuse nimmt die vorstehend genannten Bauelemente auf. Der Kern ist aus einem ersten Kern und einem zweiten Kern aufgebaut, die aus Siliziumstahlplatten hergestellt sind. Der erste Kern weist einen T-förmigen Querschnitt und der zweite Kern weist einen E-förmigen Querschnitt in der radialen Richtung auf. Der Dauermagnet ist zwischen einem radial mittleren Vorsprung des ersten Kerns und einem radial mittleren Vorsprung des zweiten Kerns angeordnet, um einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung zu einem magnetischen Fluss, der durch die erste Spule erzeugt wird, zu erzeugen. Das heißt, ein durch die erste Spule erzeugter magnetischer Fluss wird durch den magnetischen Fluss, der durch den Dauermagneten erzeugt wird, umgekehrt vorgespannt bzw. vormagnetisiert oder mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen. Folglich wird ein magnetischer Fluss, der durch den geschlossenen magnetischen Durchgang hindurchgeht, durch den magnetischen Fluss, der durch den Dauermagneten erzeugt wird, verringert. In diesem Aufbau ändert sich jedoch der magnetische Fluss, der durch die Primärspule erzeugt wird, nicht, und eine Spannung, die in der zweiten Spule induziert wird, das heißt eine Ausgangsspannung der Sekundärspule ändert sich nicht. Folglich kann eine magnetische Sättigung vermieden werden, auch wenn die Querschnittsfläche des geschlossenen magnetischen Durchgangs verringert wird. Als Ergebnis kann der Durchmesser des geschlossenen magnetischen Durchgangs (magnetischer Schaltkreis) verringert werden, während die Ausgangsspannung aufrechterhalten wird.
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Der durch die Primärspule erzeugte, magnetische Fluss ist jedoch im Wesentlichen groß in der Zündspule. Im Gegensatz dazu ist der magnetische Fluss, der durch den Dauermagneten für die Vormagnetisierung in Gegenrichtung in dem magnetischen Durchgang erzeugt wird, begrenzt. Ein magnetischer Fluss, der durch den Dauermagneten erzeugt wird, kann nicht auf einfache Weise vergrößert werden, da eine Magneteigenschaft des Dauermagneten nicht auf einfache Weise verbessert werden kann und die Größe des Dauermagneten begrenzt ist. Folglich kann ein magnetischer Fluss, der durch den geschlossenen magnetischen Durchgang hindurchgeht, nicht in ausreichender Weise mit einer Vormagnetisierung in Gegenrichtung für eine Verringerung des magnetischen Flusses versehen werden, und es ist schwierig, der Zündspule kleine Ausmaße zu geben.
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Die Druckschrift
US 5 128 646 A beschreibt eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine, die zumindest einen Permanentmagneten umfasst, der zwischen Kernelementen der Zündspule angeordnet ist und zumindest in einer Primärwicklung eingeschlossen ist.
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Die Druckschrift
US 6 337 617 B1 beschreibt eine weitere Zündspulenvorrichtung.
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In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündspule zu erzeugen, die mit kleinen Ausmaßen versehen werden kann, während eine Zündleistung aufrechterhalten wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Zündspule gemäß Patentanspruch 1 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zündspule einen Mittelkern, eine Primärspule, eine Sekundärspule, einen Außenumfangkern, zumindest ein hochmagnetoresistives Element und zumindest einen Dauermagneten.
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Der Mittelkern ist aus einem magnetisierbaren Material hergestellt. Der Mittelkern definiert einen magnetischen Durchgang. Die Primärspule ist koaxial um die Außenumfangsseite des Mittelkerns gewickelt. Die Sekundärspule ist koaxial in Bezug auf die Primärspule gewickelt. Der Außenumfangkern ist koaxial bei der Außenumfangsseite sowohl der Primärspule als auch der Sekundärspule angeordnet. Der Außenumfangkern ist aus einem magnetisierbaren Material gebildet. Der Außenumfangkern definiert einen magnetischen Durchgang.
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Jedes hochmagnetoresistive Element ist zwischen einem axial äußeren Endabschnitt des Mittelkerns und einem axial äußeren Endabschnitt des Außenumfangkerns bei der axial gleichen Seite angeordnet. Das hochmagnetoresitive Element weist einen magnetischen Widerstand auf, der höher ist als ein magnetischer Widerstand des Mittelkerns und ein magnetischer Widerstand des Außenumfangkerns. Jeder Dauermagnet befindet sich in einem Zwischenaxialabschnitt des Mittelkerns, so dass der Dauermagnet von einer axial äußeren Endseite des Mittelkerns durch eine Entfernung getrennt ist, die größer oder gleich 20% einer axialen Länge des Mittelkerns ist und kleiner oder gleich 80% der axialen Länge des Mittelkerns ist. Der zumindest eine Dauermagnet erzeugt einen magnetischen Fluss in einer Richtung, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der die Primärspule einen magnetischen Fluss erzeugt.
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Alternativ hierzu umfasst die Zündspule zumindest einen axialen Endmagneten anstelle des hochmagnetoresistiven Elements. Der zumindest eine axiale Endmagnet ist bei zumindest einem von axialen Endabschnitten des Mittelkerns angeordnet. Der zumindest eine axiale Endmagnet erzeugt einen magnetischen Fluss in einer Richtung, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der die Primärspule einen magnetischen Fluss erzeugt. Der zumindest eine Mittelmagnet befindet sich zwischen beiden axial benachbarten axialen Endabschnitten des Mittelkerns, so dass der zumindest eine Mittelmagnet einen magnetischen Fluss in einer Richtung erzeugt, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der die Primärspule einen magnetischen Fluss erzeugt.
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Die vorstehend genannten und weiteren Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigen:
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1 eine Querschnittsseitendarstellung, die eine Zündspule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen axialen Endabschnitt eines Mittelkerns der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
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3 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die den anderen axialen Endabschnitt des Mittelkerns der Zündspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
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4 eine Querschnittsseitendarstellung, die eine Zündspule gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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5 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem magnetischen Fluss F und einer Entfernung D von einem Mittelmagneten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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6 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Primärstrom I, der der Zündspule zugeführt wird, und einer Sekundärenergie E, die in der Zündspule erzeugt wird, wenn die axiale Länge L des Mittelmagneten verändert wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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7 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der axialen Länge L des Mittelmagneten und einer Sekundärenergie E, die in der Zündspule erzeugt wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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8 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Entfernung D von einer axialen Endfläche eines Magneten und einem magnetischen Fluss F gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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9 eine Querschnittsseitendarstellung, die eine Zündspule gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
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10 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Primärstrom I, der der Zündspule zugeführt wird, und einer Sekundärenergie E, die in der Zündspule erzeugt wird, wenn die Anzahl von Magneten verändert wird, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
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11A eine Querschnittsseitendarstellung, die einen Mittelkern zeigt, der ringsum durch einen zylindrischen Magneten umgeben ist, und 11B eine Querschnittsdraufsicht, die den Mittelkern zeigt, der ringsum durch den zylindrischen Magneten umgeben ist, entlang einer Linie XIB-XIB in 11A gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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12A eine Querschnittsseitendarstellung, die einen Mittelkern zeigt, der ringsum durch einen zylindrischen Magneten umgeben ist, der bei dem Mittelkern angebracht ist, und 12B eine Querschnittsdraufsicht, die den Mittelkern zeigt, der ringsum durch den zylindrischen Magneten umgeben ist, entlang einer Linie XIIB-XIIB in 12A gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und
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13A eine Querschnittsseitendarstellung, die einen Mittelkern zeigt, der ringsum durch den zylindrischen Magneten umgeben ist, der bei dem Mittelkern angebracht ist, der in zwei Teile aufgeteilt ist, 13B eine Querschnittsseitendarstellung, die einen Mittelkern zeigt, der ringsum durch den zylindrischen Magneten umgeben ist, der bei dem Mittelkern angebracht ist, der in zwei Teile bei der axialen Mitte aufgeteilt ist, und 13C eine Querschnittsseitendarstellung, die einen Mittelkern zeigt, der ringsum durch den zylindrischen Magneten umgeben ist, der in den Mittelkern eingebettet ist, der in drei Teile aufgeteilt ist, gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst eine Zündspule 1 einen Mittelkern 20, einen Spulenabschnitt 2, einen Verbindungseinrichtungsabschnitt 3 und einen Hochspannungsturmabschnitt 4. Der Spulenabschnitt 2 ist aus einem Dauermagneten 21, einem Sekundärspulenkörper 22, einer Sekundärspule 23, einem Primärspulenkörper 24, einer Primärspule 25, einem Rohr 26 und einem Außenumfangkern 27 aufgebaut. Die Zündspule 1 führt einer Zündkerze eines fahrzeugeigenen Verbrennungsmotors eine elektrische Hochspannungsenergie zu. Die Zündspule 1 ist direkt in einer Zündkerzenbohrung eines Zylinders des Motors angebracht.
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Der Mittelkern 20 ist aus einem ersten Mittelkern 20a und einem zweiten Mittelkern 20b aufgebaut. Jeder der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b ist aus mehreren rechteckigen Siliziumstahlplatten aufgebaut, die jeweils unterschiedliche Breiten aufweisen. Die rechteckigen Siliziumstahlplatten werden gestapelt, um im Wesentlichen eine Säulenform aufzuweisen. Jeder der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b weist die gleiche axiale Länge auf und weist den gleichen Außendurchmesser auf, der auf 8 mm eingestellt ist. Der Dauermagnet 21 ist aus einem Seltene-Erde-Material hergestellt und ist in einer Säulenform ausgebildet. Beide axialen Enden des Dauermagneten 21 sind magnetisiert. Der Dauermagnet 21 weist eine axiale Länge auf, die auf 0,5 mm eingestellt ist, und weist einen Außendurchmesser auf, der auf 8 mm eingestellt ist, genau wie der Außendurchmesser des Mittelkerns 20. Beide axialen Endflächen, das heißt Magnetpoloberflächen des Dauermagneten 21 sind zwischen einer axialen Endseite des ersten Mittelkerns 21a und einer axialen Endseite des zweiten Mittelkerns 20b eingefügt. Der Dauermagnet 32 ist von einer axialen Endseite des Mittelkerns 20 durch 50% der axialen Länge des Mittelkerns 20 getrennt. Der Dauermagnet 21 erzeugt einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Richtung, in der eine Primärspule 25 einen magnetischen Fluss erzeugt.
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Der Sekundärspulenkörper 22 ist ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das aus einem zylindrischen Abschnitt und einem Bodenabschnitt aufgebaut ist. Der Bodenabschnitt des Sekundärspulenkörpers 22 erstreckt sich radial nach innen von einem axialen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts.
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Der Mittelkern 20, der den Dauermagneten 21 axial darin einfügt, ist in einem Raum angeordnet, der durch den zylindrischen Abschnitt des Sekundärspulenkörpers 22 umgeben ist. Ein Isolationselement 28a ist zwischen dem Sekundärspulenkörper 22 und dem Mittelkern 20 angeordnet, um den Sekundärspulenkörper 22 und den Mittelkern 20 elektrisch zu isolieren. Die Sekundärspule 23 ist ein Wicklungsdraht, der um die Außenumfangsfläche des Sekundärspulenkörpers 22 gewickelt ist.
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Der Primärspulenkörper 24 ist ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das koaxial bei der Außenumfangsseite der Sekundärspule 23 angeordnet ist. Ein Isolationselement 28b ist zwischen dem Primärspulenkörper 24 und der Sekundärspule 23 angeordnet, um eine elektrische Isolation zwischen dem Primärspulenkörper 24 und dem Sekundärspulenkörper 23 bereitzustellen. Die Primärspule 25 ist ein Wicklungsdraht, der um die Außenumfangsfläche des Primärspulenkörpers 24 mit 220 bis 300 Windungen gewickelt ist.
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Das Rohr 26 ist ein zylindrisches Harzelement, das koaxial bei der Außenumfangsseite der Primärspule 25 angeordnet ist. Das Rohr 26 schützt die Primärspule 25 und stellt eine elektrische Isolation zwischen der Primärspule 25 und einem Außenumfangkern 27 bereit. Der Außenumfangkern 27 wird auf eine Art und Weise gebildet, dass eine Siliziumstahlplatte gerollt ist, um in einem zylindrischen Element zu sein. Der Außenumfangkern 27 ist koaxial bei der Außenumfangsseite der Primärspule 25 angeordnet, die ringsum durch das Rohr 26 geschützt ist.
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Der Verbindungseinrichtungsabschnitt 3 ist bei der Oberseite des Spulenabschnitts 2 in 1 angeordnet, wobei der Verbindungseinrichtungsabschnitt 3 eine Verbindungseinrichtung 30, eine Zündeinrichtung 31 und ein Verbindungseinrichtungsgehäuse 32 umfasst. Die Verbindungseinrichtung 30 ist eine elektrische Vorrichtung zur Zufuhr eines Zündzeitsteuerungssignals, das von einer ECU (electronic control unit bzw. elektronische Steuerungseinheit, nicht gezeigt) zu einer Zündeinrichtung 31 übertragen wird, die mit der Verbindungseinrichtung 30 und der Primärspule 25 elektrisch verbunden ist. Die Zündeinrichtung 31 steuert einen Primärstrom, der der Primärspule 25 zugeführt wird, entsprechend dem Zündzeitsteuerungssignal, das von der ECU über die Verbindungseinrichtung 30 übertragen wird. Das Verbindungseinrichtungsgehäuse 32 ist ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das aus einem zylindrischen Abschnitt, einem Bodenabschnitt und einer zylindrischen Rippe 32a aufgebaut ist. Der Bodenabschnitt des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 erstreckt sich radial nach innen von einer Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts. Die zylindrische Rippe 32a erstreckt sich axial nach innen von dem Bodenabschnitt des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32.
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Der Spulenabschnitt 2 wird in die Innenumfangsseite des zylindrischen Abschnitts des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 von der Öffnungsseite des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 eingeführt, das axial entgegengesetzt zu dem Bodenabschnitt des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 ist. Der Spulenabschnitt 2 wird in die Innenumfangsseite des zylindrischen Abschnitt des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 gedrückt und bei dem Verbindungseinrichtungsgehäuse 32 befestigt. Die Rippe 32a des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 wird ringsum zwischen den Mittelkern 20 und den Sekundärspulenkörper 22 eingeführt, während ein Raum ausgebildet wird.
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Die Zündeinrichtung 31 wird in einem Raum aufgenommen, der in dem zylindrischen Abschnitt des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 bei der axial entgegengesetzten Seite zu der Öffnungsseite des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 ausgebildet ist. Ein Epoxydharz wird in den Raum eingefüllt, der die Zündeinrichtung 31 aufnimmt. Die Verbindungseinrichtung 30 ist bei der Außenumfangsseite des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 angeordnet, so dass die Verbindungseinrichtung 30 zu der radialen Außenseite gerichtet ist.
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Der Hochspannungsturmabschnitt 4 ist bei der Unterseite des Spulenabschnitts 2 in 1 angeordnet. Der Hochspannungsturmabschnitt 4 ist aus einer Anschlussplatte 40, einer Feder 41, einem Hochspannungsturmgehäuse 42 und einem Zündkerzenaufsatz 43 aufgebaut. Die Anschlussplatte 40 ist ein metallisches topfförmiges Element. Die Innenumfangsseite der Anschlussplatte 40 passt auf die Außenumfangsseite des axialen Endabschnitts des Sekundärspulenkörpers 22, so dass die Anschlussplatte 40 bei dem Sekundärspulenkörper 22 befestigt ist. Die Anschlussplatte 40 ist elektrisch mit einem Hochspannungsausgangsanschluss der Sekundärspule 23 verbunden. Die Feder 41 ist ein metallisches spiralförmiges Element. Ein axiales Ende der Feder 41 ist elektrisch mit der Anschlussplatte 40 verbunden und das andere axiale Ende der Feder 41 passt auf eine (nicht gezeigte) Zündkerze. Das Hochspannungsturmgehäuse 42 ist ein zylindrisches Harzelement, das einstückig mit dem Primärspulenkörper 24 ausgebildet wird. Die Anschlussplatte 40 und die Feder 41 werden in dem Hochspannungsturmgehäuse aufgenommen. Der Zündkerzenaufsatz 43 ist ein zylindrisches Gummielement, das auf einen Endabschnitt des Hochspannungsturmgehäuses 42 passt. Die Zündkerze wird durch die Innenumfangsseite des Zündkerzenaufsatzes 43 gehalten.
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Wie es in 2 gezeigt ist, sind ein axialer Endabschnitt des Mittelkerns 20 bei der Seite des Verbindungseinrichtungsabschnitts 3 und ein axialer Endabschnitt des Außenumfangkerns 27 über ein erstes hochmagnetoresistives Element (erstes magnetoresistives Element) 5a verbunden. Das heißt, das erste magnetoresistive Element 5a ist radial zwischen dem einen axialen Endabschnitt des Mittelkerns 20 auf der Seite des Verbindungseinrichtungsabschnitts 3 und einem axialen Endabschnitt des Außenumfangkerns 27 platziert.
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Das erste magnetoresistive Element 5a ist aus der Rippe 32a des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32, dem Sekundärspulenkörper 22, dem Primärspulenkörper 24, dem Rohr 26 und dem Verbindungseinrichtungsgehäuse 32 aufgebaut. Ein zylindrischer Raum 29a ist radial angrenzend an den axialen Endabschnitt des Mittelkerns 20 bei der oberen Seite in 2 ausgebildet. Die Rippe 32a des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32 ist koaxial bei der radialen Außenseite des zylindrischen Raums 29a angeordnet. Ein Raum 29b ist zwischen dem Sekundärspulenkörper 22 und dem Primärspulenkörper 24 ausgebildet. Das heißt, das erste magnetoresistive Element 5a umfasst nicht-magnetische Elemente und Lufträume, wie beispielsweise den zylindrischen Raum 29a, die Rippe 32a des Verbindungseinrichtungsgehäuses 32, den Sekundärspulenkörper 22, den Raum 29b, den Primärspulenkörper 24, das Rohr 26 und das Verbindungseinrichtungsgehäuse 32. Das erste magnetoresistive Element 5a ist aus nicht-magnetischen Elementen wie vorstehend beschrieben aufgebaut, so dass das erste magnetoresistive Element 5a einen hohen magnetischen Widerstand aufweist.
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Wie es in 3 gezeigt ist, sind der axiale Endabschnitt des Mittelkerns 20 auf der Seite des Hochspannungsturmabschnitts 4 und der axiale Endabschnitt des Außenumfangkerns 27 auf der Unterseite in 3 miteinander über ein zweites hochmagnetoresistives Element (zweites magnetoresistives Element) 5b verbunden. Das heißt, das zweite magnetoresistive Element 5b ist radial zwischen dem axialen Endabschnitt des Mittelkerns 20 und dem axialen Endabschnitt des Außenumfangkerns 27 auf der unteren Seite in 3 platziert.
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Das zweite magnetoresistive Element 5b ist aus dem Sekundärspulenkörper 22 und dem Primärspulenkörper 24 aufgebaut. Ein zylindrischer Raum (zylindrischer Luftraum) 29c ist axial benachbart zu dem axialen Ende des Mittelkerns 20 bei der unteren Seite in 3 ausgebildet. Der Sekundärspulenkörper 22 ist koaxial bei der Außenumfangsseite des zylindrischen Raums 29c angeordnet. Der Sekundärspulenkörper 22 und der Primärspulenkörper 24 bilden einen zylindrischen Raum (zylindrischen Luftraum) 29d dazwischen. Das heißt, das zweite magnetoresistive Element 5b umfasst nicht-magnetische Elemente und Lufträume, wie beispielsweise den zylindrischen Raum 29c, den Sekundärspulenkörper 22, den zylindrischen Raum 29d und den Primärspulenkörper 24. Das zweite magnetoresistive Element 5b weist einen magnetischen Widerstand auf, der höher als ein magnetischer Widerstand eines magnetischen Elements sowie des ersten magnetoresistiven Elements 5a ist.
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Als nächstes ist ein Betrieb der Zündspule 1 beschrieben.
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Ein Zündzeitsteuerungssignal wird von der ECU zu der Zündeinrichtung 31 in dem Verbindungseinrichtungsabschnitt 3 über die Verbindungseinrichtung 30 übertragen. Die Zündeinrichtung 31 führt der Primärspule 25 einen Primärstrom entsprechend dem Zündzeitsteuerungssignal zu. Der Primärstrom geht durch die Primärspule 25 hindurch, so dass die Primärspule 25 einen magnetischen Fluss erzeugt. Der magnetische Fluss geht von dem Mittelkern 20 zu dem Außenumfangkern 27 über das erste magnetoresistive Element 5a. Nachfolgend geht der magnetische Fluss von dem Außenumfangkern 27 zu dem Mittelkern 20 über das zweite magnetoresistive Element 5b. In dieser Situation wird der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, durch das Hindurchgehen durch das erste magnetoresistive Element 5a und das zweite magnetoresistive Element 5b verringert. Daneben wird der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, durch einen magnetischen Fluss, der durch den Dauermagneten 21 erzeugt wird, der in der axialen Mitte des Mittelkerns 20 angeordnet ist, umgekehrt vorgespannt bzw. vormagnetisiert oder mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen.
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Ein magnetischer Fluss geht durch den magnetischen Durchgang hindurch, der aus dem Mittelkern 20, dem Dauermagneten 21, dem ersten magnetoresistiven Element 5a, dem Außenumfangkern 27 und dem zweiten magnetoresistiven Element 5b aufgebaut ist. Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, verkettet die Primärspule 25 mit der Sekundärspule 23. Der magnetische Fluss wird in dem magnetischen Durchgang durch das Hindurchgehen durch die hochmagnetoresistiven Elemente, wie beispielsweise das erste und das zweite magnetoresistive Elemente 5a, 5b, verringert. Folglich wird der magnetische Fluss, der durch den magnetischen Durchgang hindurchgeht, der die ersten und zweiten magnetoresistiven Elemente 5a, 5b und den Dauermagneten 21 umfasst, kleiner als ein magnetischer Fluss, der durch einen magnetischen Durchgang hindurchgeht, der vollständig aus einem magnetischen Element gebildet wird und den Dauermagneten 21 ausschließt. In diesem Aufbau kann eine Energie, die in der Primärspule 25 aufgespeichert wird, verringert werden. Die Anzahl von Windungen der Primärspule 25 kann jedoch vergrößert werden, so dass eine Verringerung der in der Primärspule 25 gespeicherten Energie kompensiert werden kann. Folglich kann eine hohe Spannung in ausreichender Weise in der Sekundärspule 23 induziert werden.
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Hierbei ist ein Verbindungsanschluss der Sekundärspule 23 bei der Seite des Verbindungseinrichtungsabschnitts 3 bei dem Fahrzeugkörper mit Masse verbunden. Der andere Verbindungsanschluss der Sekundärspule 23 ist mit der Anschlussplatte 40 verbunden. Eine negative Spannung, wie beispielsweise –30 kV, wird in Bezug auf den Fahrzeugkörper bei dem anderen Verbindungsanschluss der Sekundärspule 23 erzeugt. Die hohe Spannung wird von der Anschlussplatte 40 an die Zündkerze über die Feder 41 angelegt. Somit zündet die Zündkerze in einer Lücke bzw. einem Spalt zwischen zugehörigen (nicht gezeigten) Anschlüssen.
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Ein Effekt der Zündspule 1 ist ausführlich beschrieben.
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Ein magnetischer Widerstand kann in der Zündspule 1 unter Verwendung der ersten und zweiten magnetoresistiven Elemente 5a, 5b vergrößert werden. Folglich kann ein magnetischer Widerstand in dem magnetischen Durchgang vergrößert werden, so dass ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, verringert werden kann. Des Weiteren wird ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung durch einen magnetischen Fluss, der durch den Dauermagneten 21 erzeugt wird, versehen, so dass der magnetische Fluss, der durch den magnetischen Durchgang hindurchgeht, weiter verringert werden kann. Als Ergebnis kann ein magnetischer Fluss, der durch den magnetischen Durchgang hindurchgeht, in ausreichender Weise verringert werden, so dass eine magnetische Sättigung vermieden werden kann, auch wenn eine Querschnittsfläche des magnetischen Durchgangs verringert wird. Das heißt, der Durchmesser der Zündspule 1 kann verringert werden. Hierbei wird eine Anzahl von Windungen der Primärspule 25 vergrößert, so dass eine Verkleinerung des magnetischen Flusses, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, kompensiert werden kann.
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In diesem Aufbau kann ein magnetischer Widerstand in dem magnetischen Durchgang unter Verwendung der magnetoresistiven Elemente 5a, 5b vergrößert werden. Daneben kann ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, unter Verwendung des Dauermagneten 21 mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden. Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, ist umgekehrt proportional zu einem magnetischen Widerstand in dem magnetischen Durchgang. Folglich wird ein magnetischer Widerstand in einem magnetischen Durchgang unter Verwendung der magnetoresistiven Element 5a, 5b vergrößert, so dass ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, auf effektive Weise verringert werden kann. Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, wird mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung unter Verwendung des Dauermagneten 21 versehen, so dass ein magnetischer Fluss, der durch den magnetischen Durchgang hindurchgeht, weiter verringert werden kann.
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Eine Energie, die in der Primärspule 25 gespeichert wird, ist proportional zu einer magnetomotorischen Kraft der Primärspule 25 und einem magnetischen Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird. Eine magnetomotorische Kraft der Primärspule 25 ist proportional zu der Anzahl von Windungen der Primärspule 25 und einem Strom, der durch die Primärspule 25 hindurchgeht. Folglich wird eine Verkleinerung eines magnetischen Flusses, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, durch eine Vergrößerung der Anzahl von Windungen der Primärspule 25 kompensiert, so dass eine Ausgangsspannung aufrechterhalten werden kann.
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Der Außendurchmesser der Zündspule 1 kann aufgrund einer Zunahme der Windung der Primärspule 25 groß werden. Ein Vergrößerungsgrad des Außendurchmessers der Zündspule 1 aufgrund einer zusätzlichen Windung der Primärspule 25 ist jedoch viel kleiner als ein Verkleinerungsgrad des Durchmessers der Zündspule 1, der durch eine Verringerung der Querschnittsfläche des magnetischen Durchgangs erreicht wird. Folglich beeinflusst eine zusätzliche Windung der Primärspule 25 die Verringerung im Durchmesser der Zündspule 1 nicht negativ.
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Der Dauermagnet 21 ist bei der axialen Mitte des Mittelkerns 20 in der Zündspule 1 angeordnet, so dass eine Leckage bzw. ein Verlust eines magnetischen Flusses des Dauermagneten 21 im Vergleich mit einem Aufbau, bei dem der Dauermagnet bei einer axialen Endseite des Mittelkerns 20 angeordnet ist, verringert werden kann. Folglich kann der magnetische Durchgang auf effektive Weise mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden, so dass ein magnetischer Fluss, der durch den magnetischen Durchgang hindurchgeht, stetig verringert werden kann, wobei die Zündspule 1 im Durchmesser weiter verringert werden kann.
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Des Weiteren wird die axiale Länge des Dauermagneten auf 0,5 mm in der Zündspule 1 eingestellt, so dass eine Stärke für eine Fahrzeugverwendung in ausreichender Weise sichergestellt werden kann. Daneben kann der magnetische Durchgang auf effektive Weise mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden, während eine Menge eines magnetischen Materials, das zur Erzeugung des Dauermagneten 21 erforderlich ist, verringert wird. Somit kann ein magnetischer Fluss, der durch den magnetischen Durchgang hindurchgeht, verringert werden, so dass die Zündspule 1 im Durchmesser verringert werden kann. Daneben wird eine Menge eines magnetischen Materials für den Dauermagneten 21 verringert, so dass die Zündspule 1 mit kleinen Ausmaßen bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
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Mehrere Dauermagnete können zwischen mehreren Mittelkernen, die in mehrere Teile aufgeteilt sind, an Stelle des vorstehend beschriebenen Aufbaus eingefügt werden, bei dem ein Dauermagnet 21 zwischen Endflächen der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b eingefügt wird.
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Der Dauermagnet 21 ist nicht darauf beschränkt, in der axialen Mitte des Mittelkerns 20 in der Zündspule 1 angeordnet zu sein. Ein Verlust eines magnetischen Flusses des Dauermagneten 21 kann in ausreichender Weise verringert werden, wenn der Dauermagnet 21 in einem longitudinalen Bereich zwischen 20% der axialen Länge des Mittelkerns 20 und 80% der axialen Länge des Mittelkerns 20 von einer axialen Endfläche des Mittelkerns 20 angeordnet ist.
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Die axiale Länge des Dauermagneten 21, das heißt eine Dicke des Dauermagneten 21 zwischen den entgegengesetzten magnetischen Polen in einer Magnetpolachse ist nicht auf 0,5 mm begrenzt. Wenn die Dicke des Dauermagneten 21 größer als 0,5 mm ist, kann die mechanische Stärke des Dauermagneten 21 weiter verbessert werden. Die Dicke des Dauermagneten 21 wird jedoch vorzugsweise zwischen 0,35 mm und 4 mm in Anbetracht der zugehörigen Kosten und des magnetischen Flusses eingestellt, der durch den Dauermagneten 21 erzeugt wird, um den magnetischen Fluss in dem magnetischen Durchgang mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung zu versehen.
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Der Aufbau der ersten und zweiten magnetoresistiven Elemente 5a, 5b ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau begrenzt. Der zylindrische Raum 29a kann mit einem Element, wie beispielsweise einem Schwamm, gefüllt sein, das in der Lage ist, eine axiale thermische Belastung zu verringern und eine Verringerung einer magnetischen Eigenschaft des Mittelkerns 20 zu begrenzen. Des Weiteren können die Räume 29b, 29c, 29d mit einem Epoxydharz gefüllt sein, das in der Lage ist, eine Verbindung zwischen dem Mittelkern 20, dem Sekundärspulenkörper 22 und dem Primärspulenkörper 24 zu schaffen. Die ersten und zweiten magnetoresistiven Elemente 5a, 5b, die einen magnetischen Widerstand aufweisen, der höher ist als der eines magnetischen Elements, können unter Verwendung von derartigen nicht-magnetischen Materialien aufgebaut werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Wie es in 4 gezeigt ist, ist der Spulenabschnitt 2 aus Mittelkernen 20, Dauermagneten 21, dem Sekundärspulenkörper 22, der Sekundärspule 23, dem Primärspulenkörper 24, der Primärspule 25, dem Rohr 26 und dem Außenumfangkern 27 aufgebaut.
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Die Mittelkerne 20 umfassen einen ersten Mittelkern 20a und einen zweiten Mittelkern 20b. Jeder der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b ist aus mehreren rechteckigen Siliziumstahlplatten aufgebaut, die jeweils unterschiedliche Breiten aufweisen. Die rechteckigen Siliziumstahlplatten werden gestapelt, um im Wesentlichen eine Säulenform aufzuweisen. Jeder der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b weist eine axiale Länge auf, wie beispielsweise 80 mm, und weist einen Außendurchmesser auf, wie beispielsweise 8 mm. Die Dauermagnete 21 umfassen einen Mittelmagneten 21a, einen ersten axialen Endmagneten 21b und einen zweiten axialen Endmagneten 21c. Der Mittelmagnet 21a, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c sind aus einem Seltene-Erde-Material hergestellt und im Wesentlichen in einer Säulenform ausgebildet. Beide axialen Enden des Mittelmagneten 21a, beide axialen Ende der ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c sind magnetisiert. Der Mittelmagnet 21a weist eine Länge auf, wie beispielsweise 0,5 mm, und weist einen Außendurchmesser auf, wie beispielsweise 8 mm, genau wie der Außendurchmesser der Mittelkerne 28.
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Jeder der ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c weist eine axiale Länge auf, wie beispielsweise 5,4 mm. Die axiale Länge jedes der ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c ist jeweils größer als die axiale Länge des Mittelmagneten 21a. Jeder der ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c weist einen Außendurchmesser auf, wie beispielsweise 8 mm, genau wie der Außendurchmesser der Mittelkerne 20.
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Beide axialen Endflächen, das heißt Magnetpolflächen des Mittelmagneten 21a sind zwischen einer axialen Endfläche des ersten Mittelkerns 20a und einer axialen Endfläche des zweiten Mittelkerns 20b eingefügt. Eine axiale Endfläche des ersten axialen Endmagneten 21b ist benachbart zu der anderen axialen Endfläche des ersten Mittelkerns 20a bei der oberen Seite in 4. Eine axiale Endfläche des zweiten axialen Endmagneten 21c ist benachbart zu der anderen axialen Endfläche des zweiten Mittelkerns 20b bei der unteren Seite in 4. Der Mittelmagnet 21a, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c erzeugen jeweils einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Richtung, in der die Primärspule 25 einen magnetischen Fluss erzeugt.
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Wie es in 5 gezeigt ist, wird ein magnetischer Fluss F, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, durch einen magnetischen Fluss, der durch den Mittelmagnet 21a, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c erzeugt wird, gleichförmig mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen. Der magnetische Fluss F wird in der axialen Richtung der Mittelkerne 20 über die Entfernung D von dem Mittelmagneten 21a in dem Mittelkern 20 im Wesentlichen vollständig gleichförmig.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist der Sekundärspulenkörper 22 ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das aus einem zylindrischen Abschnitt und einem Bodenabschnitt aufgebaut ist. Der Bodenabschnitt erstreckt sich von einem axialen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts radial nach innen.
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Die Mittelkerne 20 fügen den Mittelmagneten 21a axial darin ein, wobei beide axialen Außenendabschnitte der Mittelkerne 20 benachbart zu den ersten und zweiten axialen Endmagneten 21b, 21c sind. Die Mittelkerne 20 sind in einem Raum angeordnet, der durch den zylindrischen Abschnitt des Sekundärspulenkörpers 22 umgeben ist. Ein Isolationselement 28a ist zwischen dem Sekundärspulenkörper 22 und den Mittelkernen 20 zur Bereitstellung einer Isolation dazwischen angeordnet. Die Sekundärspule 23 ist ein Wicklungsdraht, der um die Außenumfangsseite des Sekundärspulenkörpers 22 gewickelt ist.
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Der Primärspulenkörper 24 ist ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das koaxial bei der Außenumfangsseite der Sekundärspule 23 angeordnet ist. Ein Isolationselement 28b ist zwischen dem Primärspulenkörper 24 und der Sekundärspule 23 zur Bereitstellung einer Isolation dazwischen angeordnet. Die Primärspule 25 ist ein Wicklungsdraht, der um die Außenumfangsseite des Primärspulenkörpers 24 gewickelt ist.
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Das Rohr 26 ist ein zylindrisches Harzelement, das koaxial bei der Außenumfangsseite der Primärspule 25 angeordnet ist. Das Rohr 26 schützt die Primärspule 25 und stellt eine Isolation zwischen der Primärspule 25 und dem Außenumfangkern 27 bereit. Der Außenumfangkern 27 wird auf eine Art und Weise ausgebildet, dass eine Siliziumstahlplatte gerollt wird, um in einem zylindrischen Element zu sein. Der Außenumfangkern 27 ist koaxial bei der Außenumfangsseite der Primärspule 25 angeordnet, die ringsum durch das Rohr 26 geschützt wird.
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Nachstehend ist ein Betrieb der Zündspule 1 beschrieben.
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Ein Zündzeitsteuerungssignal wird von der ECU zu der Zündeinrichtung 31 in dem Verbindungseinrichtungsabschnitt 3 über die Verbindungseinrichtung 30 übertragen. Die Zündeinrichtung 31 führt der Primärspule 25 einen Primärstrom entsprechend dem Zündzeitsteuerungssignal zu. Der Primärstrom geht durch die Primärspule 25, so dass die Primärspule 25 einen magnetischen Fluss erzeugt.
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Der magnetische Fluss geht von den Mittelkernen 20 zu dem Außenumfangkern 27 über den ersten axialen Endmagneten 21b. Nachfolgend geht der magnetische Fluss von dem Außenumfangkern 27 zu den Mittelkernen 20 über den zweiten axialen Endmagneten 21c.
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In dieser Situation wird der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung durch einen axial im Wesentlichen gleichförmigen magnetischen Fluss versehen, der durch den Mittelmagneten 21a, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c erzeugt wird, die in den Mittelkernen 20 bereitgestellt sind. Somit wird der magnetische Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, weiter verringert. Der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, verkettet die Primärspule 25 mit der Sekundärspule 23.
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In diesem Aufbau wird ein magnetischer Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen, wobei jedoch eine Variation des magnetischen Flusses, der eine elektrische Spannung in der Sekundärspule 23 induziert, nicht abnimmt. Folglich kann eine Hochspannungsenergie in ausreichender Weise in der Sekundärspule 23 induziert werden.
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Ein Verbindungsanschluss der Sekundärspule 23 auf der Seite des Verbindungseinrichtungsabschnitts 3 ist bei dem Fahrzeugkörper mit Masse verbunden. Der andere Verbindungsanschluss der Sekundärspule 23 ist mit der Anschlussplatte 40 verbunden. Eine negative Spannung, wie beispielsweise –30 kV, wird in Bezug auf den Fahrzeugkörper bei dem anderen Verbindungsanschluss der Sekundärspule 23 erzeugt. Die hohe Spannung wird von der Anschlussplatte 40 an die Zündkerze über die Feder 41 angelegt. Somit zündet die Zündkerze in einem Spalt zwischen zugehörigen (nicht gezeigten) Anschlüssen.
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Ein Effekt der Zündspule 1 wird ausführlich beschrieben.
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Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, wird mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung durch einen magnetischen Fluss, der durch den Mittelmagneten 21a, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21b, 21c erzeugt wird, versehen, so dass der magnetische Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, in der axialen Richtung der Mittelkerne 20 mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden kann. Als Ergebnis kann ein magnetischer Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, weiter verringert werden, so dass eine magnetische Sättigung vermieden werden kann, auch wenn eine Querschnittsfläche der Mittelkerne 20 verringert wird. Das heißt, der Durchmesser der Zündspule 1 kann verringert werden.
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Die axiale Länge des Mittelmagneten 21a wird auf 0,5 mm eingestellt, so dass die Zündspule stetig 30 mJ einer Sekundärenergie erzeugen kann.
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Die axialen Längen der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b werden jeweils auf 80 mm eingestellt. Das heißt, die Entfernung zwischen dem Mittelmagneten 21a und dem ersten axialen Endmagneten 21b wird auf 80 mm eingestellt und die Entfernung zwischen dem Mittelmagneten 21a und dem zweiten axialen Endmagneten 21c wird ebenso auf 80 mm eingestellt. Somit kann ein magnetischer Fluss in ausreichender Weise mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden, wobei die axiale Länge der Zündspule 1 verringert werden kann.
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Die axiale Länge des Mittelmagneten 21a ist nicht auf 0,5 mm begrenzt. Wie es in 6 gezeigt ist, nimmt, wenn ein Primärstrom I der Zündspule auf der unteren Seite in Bezug auf einen Betriebsbereich O des Primärstroms I liegt, wenn die axiale Länge L des Mittelmagneten groß wird, ein magnetischer Widerstand R des Mittelmagneten 21a zu, wie es durch die strichpunktierte Linie und die strichdoppelpunktierte Line gezeigt ist. Als Ergebnis nimmt eine Sekundärenergie E der Zündspule ab. Das heißt, eine Sekundärenergie E, die der Sekundärseite der Zündspule zugeführt werden kann, verändert sich entsprechend der axialen Länge L des Mittelmagneten in dem Betriebsbereich O des Primärstroms I.
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Genauer gesagt wird, wie es in 7 gezeigt ist, wenn eine Sekundärenergie E, die zur Zündung erforderlich ist, zumindest 20 mJ beträgt, die axiale Länge L des Mittelmagneten vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 4,0 mm eingestellt. Wenn die Sekundärenergie E, die zur Zündung erforderlich ist, zumindest 25 mJ beträgt, wird die axiale Länge L des Mittelmagneten vorzugsweise zwischen 0,35 mm und 1,6 mm eingestellt. Wenn die Sekundärenergie E, die zur Zündung erforderlich ist, zumindest 30 mJ beträgt, wird die axiale Länge des Mittelmagneten vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 0,7 mm eingestellt.
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Die axialen Längen der ersten und zweiten Mittelkerne 20a, 20b sind nicht auf 80 mm begrenzt. Das heißt, die Entfernung zwischen dem Mittelmagneten 21a und dem ersten axialen Endmagneten 21b sowie die Entfernung zwischen dem Mittelmagneten 21a und dem zweiten axialen Endmagneten 21c sind nicht auf 80 mm begrenzt. Wie es in 8 gezeigt ist, wird ein magnetischer Fluss F im Wesentlichen 0 T, wenn die Entfernung D von der axialen Endfläche, das heißt der Magnetpolfläche des Magneten 40 mm überschreitet, wobei der Magnet den magnetischen Fluss, der durch die Primärspule erzeugt wird, nicht in ausreichender Weise mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen kann. Folglich sind die Entfernung zwischen dem Mittelmagneten 21a und dem ersten axialen Endmagneten 21b sowie die Entfernung zwischen dem Mittelmagneten 21a und dem zweiten axialen Endmagneten 21c vorzugsweise kleiner oder gleich 80 mm, was zweimal soviel wie 40 mm ist. Das heißt, die Abstände zwischen benachbarten Magneten sind vorzugsweise kleiner oder gleich 80 mm. Die Abstände zwischen benachbarten Magneten sind ferner vorzugsweise kleiner oder gleich 60 mm, was das doppelte von 30 mm ist, um eine größere Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung zu erhalten.
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Hierbei kann ein axialer Endmagnet bei einem der axialen Enden der Mittelkerne 20 an Stelle des vorstehend beschriebenen Aufbaus bereitgestellt sein, bei dem sowohl der erste als auch der zweite axiale Endmagnet 21b, 21c bei beiden axialen Endseiten der Mittelkerne 20 bereitgestellt sind, die den Mittelmagneten 21a in einem zugehörigen Mittelabschnitt umfassen.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Wie es in 9 gezeigt ist, ist der Spulenabschnitt 2 aus Mittelkernen 20, Dauermagneten 21, dem Sekundärspulenkörper 22, der Sekundärspule 23, dem Primärspulenkörper 24, der Primärspule 25, dem Rohr 26 und dem Außenumfangkern 27 aufgebaut.
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Die Mittelkerne 20 umfassen einen ersten Mittelkern 20c, einen zweiten Mittelkern 20d und einen dritten Mittelkern 20e. Jeder der ersten, zweiten und dritten Mittelkerne 20c, 20d, 20e ist aus mehreren rechteckigen Siliziumstahlplatten aufgebaut, die jeweils unterschiedliche Breiten aufweisen. Die recheckigen Siliziumstahlplatten werden gestapelt, um im Wesentlichen eine Säulenform aufzuweisen. Jeder der ersten, zweiten und dritten Mittelkerne 20c, 20d, 20e weist eine axiale Länge auf, wie beispielsweise 60 mm. Jeder der ersten, zweiten und dritten Mittelkerne 20c, 20d, 20e weist einen Außendurchmesser auf, wie beispielsweise 4 mm. Die Dauermagnete 21 umfassen einen ersten Mittelmagneten 21d, einen zweiten Mittelmagneten 21e, einen ersten axialen Endmagneten 21f und einen zweiten axialen Endmagneten 21g. Die ersten und zweiten Mittelmagneten 21d, 21e, die ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g sind aus einem Seltene-Erde-Material hergestellt und im Wesentlichen in einer Säulenform ausgebildet. Beide axialen Enden der ersten und zweiten Mittelmagneten 21d, 21e und beide axialen Enden der ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g sind magnetisiert. Jeder der ersten und zweiten Mittelmagneten 21d, 21e weist eine axiale Länge auf, wie beispielsweise 0,5 mm, und weist einen Außendurchmesser auf, wie beispielsweise 4 mm, genau wie der Außendurchmesser der Mittelkerne 20.
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Jeder der ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g weist eine axiale Länge auf, wie beispielsweise 5,4 mm. Die Länge der ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g ist größer als die axiale Länge der ersten und zweiten Mittelmagneten 21d, 21e. Die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21f, 21g weisen jeweils Außendurchmesser auf, wie beispielsweise 4 mm, genau wie der Außendurchmesser des Mittelkerns 20. Beide axialen Endflächen, dass heißt Magnetpolflächen des ersten Mittelmagneten 21d sind zwischen einer axialen Endfläche des ersten Mittelkerns 20c und einer axialen Endfläche des zweiten Mittelkerns 20d eingefügt. Beide axialen Endflächen des zweiten Mittelmagneten 21e sind zwischen der anderen axialen Endfläche des zweiten Mittelkerns 20d und einer axialen Endfläche des dritten Mittelkerns 20e eingefügt. Eine axiale Endfläche des ersten axialen Endmagneten 21f ist benachbart zu der anderen axialen Endfläche des ersten Mittelkerns 20c. Eine axiale Endfläche des zweiten axialen Endmagneten 21g ist benachbart zu der anderen axialen Endfläche des dritten Mittelkerns 20e. Die ersten und zweiten Mittelmagnete 20d, 20e, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21f, 21g erzeugen jeweils einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Richtung, in der die Primärspule 25 einen magnetischen Fluss erzeugt.
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Der Sekundärspulenkörper 22 ist ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das aus einem zylindrischen Abschnitt und einem Bodenabschnitt aufgebaut ist. Der Bodenabschnitt des Sekundärspulenkörpers 22 erstreckt sich von einem axialen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts radial nach innen.
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Die Mittelkerne 20 fügen die ersten und zweiten Mittelmagneten 21d, 21e axial darin ein, wobei beide axial äußeren Endabschnitte der Mittelkerne 20 benachbart zu den ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g sind. Die Mittelkerne 20 sind in einem Raum angeordnet, der durch den zylindrischen Abschnitt des Sekundärspulenkörpers 22 umgeben ist. Ein Isolationselement 28 ist zwischen dem Sekundärspulenkörper 22 und den Mittelkernen 20 zur Bereitstellung einer Isolation dazwischen angeordnet. Die Sekundärspule 23 ist ein Wicklungsdraht, der um die Außenumfangsseite des Sekundärspulenkörpers 22 gewickelt ist.
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Der Primärspulenkörper 24 ist ein mit einem Boden versehenes, zylindrisches Harzelement, das koaxial bei der Außenumfangsseite der Sekundärspule 23 angeordnet ist. Ein Isolationselement 28 ist zwischen dem Primärspulenkörper 24 und der Sekundärspule 23 zur Bereitstellung einer Isolation dazwischen angeordnet. Die Primärspule 25 ist ein Wicklungsdraht, der um die Außenumfangsseite des Primärspulenkörpers 24 gewickelt ist.
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Ein Rohr 26 ist ein zylindrisches Harzelement, das koaxial bei der Außenumfangsseite der Primärspule 25 angeordnet ist. Das Rohr 26 schützt die Primärspule 25 und stellt eine Isolation zwischen der Primärspule 25 und dem Außenumfangkern 27 bereit. Der Außenumfangkern 27 wird auf eine Art und Weise gebildet, dass eine Siliziumstahlplatte gerollt wird, um in einem zylindrischen Element zu sein. Der Außenumfangkern 27 ist koaxial bei der Außenumfangsseite der Primärspule 25 angeordnet, die ringsum durch das Rohr 26 geschützt ist.
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Nachstehend ist ein Betrieb der Zündspule 1 beschrieben.
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Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, geht von den Mittelkernen 20 zu dem Außenumfangkern 27 über den ersten axialen Endmagneten 21f. Nachfolgend geht der magnetische Fluss von dem Außenumfangkern 27 zu den Mittelkernen 20 über den zweiten axialen Endmagneten 21g.
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In dieser Situation wird der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung durch einen axial im Wesentlichen gleichförmigen magnetischen Fluss, der durch die ersten und zweiten Mittelmagnete 21d, 21e, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21f, 21g, die bei den Mittelkernen 20 bereitgestellt sind, erzeugt wird, versehen. Somit wird der magnetische Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, weiter verringert. Der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, verkettet die Primärspule 25 mit der Sekundärspule 23.
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In diesem Aufbau wird ein magnetischer Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen, wobei jedoch eine Variation des magnetischen Flusses, der eine elektrische Spannung in der Sekundärspule 23 induziert, nicht abnimmt. Folglich kann eine Hochspannungsenergie in ausreichender Weise in der Sekundärspule 23 induziert werden.
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Hierbei ist eine Beziehung zwischen einem Primärstrom I, der der Zündspule 1 zugeführt wird, und einer Sekundärenergie E, die in der Zündspule 1 erzeugt wird, wenn die Anzahl von Magneten kleiner oder gleich zwei ist, durch die durchgezogene Linie M2 in 10 gezeigt. Eine Beziehung zwischen einem Primärstrom I und einer Sekundärenergie E, wenn die Anzahl von Magneten größer oder gleich drei ist, wird durch die strich-doppelpunktierte Linie M3 in 10 gezeigt. Wenn ein Primärstrom I der Zündspule bei der unteren Seite in Bezug auf den Betriebsbereich O des Betriebsstroms I ist, nimmt, wenn die Anzahl von Mittelmagneten groß wird, ein magnetischer Widerstand R der Mittelmagnete zu. Das heißt, die Anzahl von Mittelmagnete vergrößert sich zwischen zwei (M2) und drei (M2), ein magnetischer Widerstand R des Mittelmagneten nimmt zu, wie es durch die durchgezogene Linie (M2) und die strich-doppelpunktierte Linie (M3) gezeigt ist. Als Ergebnis nimmt eine Sekundärenergie E der Zündspule ab. Das heißt, eine Sekundärenergie E, die der Sekundärseite in der Zündspule zugeführt werden kann, verändert sich entsprechend der Anzahl des Mittelmagneten in dem Betriebsbereich O des Primärstroms I. Die Anzahl des Mittelmagneten ist vorzugsweise maximal zwei, genauso wie in diesem Ausführungsbeispiel. Wenn die Anzahl des Mittelmagneten größer oder gleich drei ist, nimmt die Sekundärenergie E, die der Sekundärseite der Zündspule zugeführt wird, in dem Betriebsbereich O des Primärstrom I der Zündspule ab.
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Ein Effekt der Zündspule 1 wird ausführlich beschrieben.
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Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, wird mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung durch einen magnetischen Fluss versehen, der durch die ersten und zweiten Mittelmagnete 21d, 21e, die ersten und zweiten axialen Endmagnete 21f, 21g erzeugt wird, so dass der magnetische Fluss, der durch die Primärspule 25 erzeugt wird, mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von Mittelmagneten, die in den Zwischenabschnitten der Mittelkerne 20 angeordnet sind, größer als die Anzahl des Mittelmagneten in der Zündspule 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Folglich kann ein magnetischer Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, weiter gleichförmig mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung in der axialen Richtung der Mittelkerne 20 versehen werden. Als Ergebnis kann ein magnetischer Fluss, der durch die Mittelkerne 20 hindurchgeht, weiter verringert werden, so dass eine magnetische Sättigung vermieden werden kann, auch wenn eine Querschnittsfläche der Mittelkerne 20 verringert wird. Das heißt, der Durchmesser der Zündspule 1 kann verringert werden.
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Die axialen Längen der ersten, zweiten und dritten Mittelkerne 20c, 20d, 20e sind jeweils auf 60 mm eingestellt. Das heißt, die Abstände zwischen den ersten und zweiten Mittelmagneten 21d, 21e und den ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g sind jeweils auf 60 mm eingestellt. Somit kann ein magnetischer Fluss in ausreichender Weise mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung versehen werden und die axiale Länge der Zündspule 1 kann verringert werden.
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Die axialen Längen der ersten, zweiten und dritten Mittelkerne 20c, 20d, 20e sind nicht auf 60 mm begrenzt. Die Abstände zwischen den ersten und zweiten Mittelmagneten 20d, 20e und den ersten und zweiten axialen Endmagneten 21f, 21g werden vorzugsweise größer oder gleich 80 mm eingestellt, wie es vorstehend beschrieben ist. Die Abstände zwischen benachbarten Magneten sind ferner vorzugsweise kleiner oder gleich 60 mm, um eine größere Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung zu erhalten.
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Hierbei kann ein axialer Endmagnet bei einem der axialen Enden der Mittelkerne 20 an Stelle des vorstehend beschriebenen Aufbaus bereitgestellt werden, bei dem sowohl der erste als auch der zweite axiale Endmagnet 21f, 21g bei beiden axialen Endseiten der Mittelkerne 20 bereitgestellt sind, die die ersten und zweiten Mittelmagnete 21d, 21e in zugehörigen Zwischenabschnitten umfassen. Ein magnetischer Fluss kann auf ausreichende Weise mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung auch bei diesem Aufbau versehen werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird jeder des Dauermagneten 21, des Mittelmagneten 21a, der ersten und zweiten Magneten 21d, 21e in einer Säulenform ausgebildet. Jeder der Magneten 21, 21a, 21d, 21e kann jedoch in einer zylindrischen Form ausgebildet werden. Bei diesem Aufbau nimmt ein magnetischer Widerstand der Magneten 21, 21a, 21d, 21e ab und eine Sekundärenergie kann erhöht werden. Daneben kann die axiale Länge des Mittelkerns 20 verkleinert werden.
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Wie es in 11A und 11B gezeigt ist, ist ein zylindrischer Mittelmagnet 21a bei dem Mittelkern 20 bereitgestellt, um den Mittelkern 20 ringsum zu umgeben. Beide axialen Enden des zylindrischen Mittelmagneten 21a sind magnetisiert.
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Wie es in 12A und 12B gezeigt ist, kann ein zylindrischer Mittelmagnet 21a, der aus drei Magnetteilen aufgebaut ist, die jeweils einen bogenförmigen axialen Querschnitt aufweisen, bei dem Mittelkern 20 bereitgestellt werden, um den Mittelkern 20 ringsum zu umgeben. Beide axialen Enden jedes Teils des zylindrischen Mittelmagneten 21a sind magnetisiert. Der Mittelkern 20 weist eine Umfangsvertiefung in einer zugehörigen Außenumfangsseite auf. Der zylindrische Mittelmagnet 21a ist in der Umfangsvertiefung des Mittelkerns 20 aufgenommen. Der Mittelmagnet 21a kann auf eine Art und Weise ausgebildet werden, dass ein magnetisches Material, das aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi, hergestellt ist, in eine zylindrische Form ausgebildet wird.
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Wie es in 13A und 13B gezeigt ist, kann der Mittelkern 20 axial in zwei Teile bei der Vertiefung aufgeteilt werden, wobei, wie es in 13C gezeigt ist der Mittelkern 20 alternativ hierzu axial in drei Teile bei der Vertiefung aufgeteilt werden kann, so dass der Mittelmagnet 21a auf einfache Weise bei dem Mittelkern 20 eingebaut werden kann.
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Die axiale Länge des zylindrischen Mittelmagneten 21a ist vorzugsweise größer oder gleich dem Außendurchmesser des Mittelkerns 20. Die radiale Dicke des zylindrischen Mittelmagneten 21a ist vorzugsweise größer oder gleich 1/3 des Außendurchmessers des Mittelkerns 20. Die vorstehend beschriebenen Aufbauten können bei den Aufbauten gemäß den ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen angewendet werden.
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Die Magnete 21, 21a, 21d, 21e, 21b, 21f, 21c, 21g sind nicht auf den säulenförmigen Magneten begrenzt. Die Magnete 21, 21a, 21d, 21e, 21b, 21f, 21c, 21g können auf eine Art und Weise ausgebildet sein, dass mehrere Magnetteile aufgestapelt werden, um ein integrierter Magnet zu sein.
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Die Durchmesser der im Wesentlichen säulenförmigen Mittelkerne 20 sind nicht auf 4 mm oder 8 mm begrenzt. Der Durchmesser der Mittelkerne 20 ist vorzugsweise größer oder gleich 4 mm und vorzugsweise kleiner oder gleich 8 mm. Die Querschnittsfläche des Mittelkerns kann entsprechend dem Durchmesser des Mittelkerns bestimmt werden. Genauer gesagt kann der Mittelkern 20 auf eine Art und Weise ausgebildet sein, dass mehrere rechteckige Siliziumstahlplatten, die jeweils unterschiedliche Breiten aufweisen, gestapelt werden, um im Wesentlichen eine Säulenform aufzuweisen, die eine Querschnittsform wie beispielsweise eine im Wesentlichen ovale Form, eine im Wesentlichen rechteckige Form und eine rautenförmige Form aufweist. Die Querschnittsfläche des Mittelkerns ist vorzugsweise größer oder gleich 12,56 mm2 und vorzugsweise kleiner oder gleich 50,24 mm2.
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Die Zündspule 1 ist nicht auf eine Fahrzeugzündspule begrenzt, die einer Zündspule eines fahrzeugeigenen Verbrennungsmotors eine elektrische Hochspannungsenergie zuführt.
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Eine Zündspule (1) ist aus einem Mittelkern (20), einer Primärspule (25), einer Sekundärspule (23) und einem Außenumfangkern (27) aufgebaut. Der Mittelkern (20) und der Außenumfangkern (27) sind miteinander über ein erstes magnetoresistives Element (5a, 5b) bei einer axialen Endseite verbunden. Der Mittelkern (20) und der Außenumfangkern (27) sind miteinander über ein zweites magnetoresistives Element (5a, 5b) bei der anderen axialen Endseite verbunden. Ein Dauermagnet (21) ist in einem axialen Mittelabschnitt des Mittelkerns (20) angeordnet. Ein magnetischer Durchgang wird aus dem Mittelkern (20), dem Dauermagneten (21), dem ersten magnetoresistivem Element (5a, 5b), dem Außenumfangkern (27) und dem zweiten magnetoresistiven Element (5a, 5b) gebildet. Ein magnetischer Fluss, der durch die Primärspule (25) erzeugt wird, wird durch die ersten und zweiten magnetoresistiven Elemente (5a, 5b) verringert und mit einer Vormagnetisierungskomponente in Gegenrichtung durch den Dauermagneten (21) versehen.
