DE69425853T2

DE69425853T2 - Zündspule

Info

Publication number: DE69425853T2
Application number: DE69425853T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Miwa; Yasuo Tsuzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: EP0635856B1; JP3391049B2; EP0635856A1; JPH0722256A; KR100242545B1; DE69425853D1; KR950001091A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer hauptsächlich für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen verwendeten verbesserten Zündspule.
Bisher sind verschiedene Arten von Zündspulen bekannt, bei denen zur Vergrößerung der gespeicherten Energie ein Dauermagnet in einen Luftspaltabschnitt eines Eisenkernes eingefügt ist.
Druckschrift EP-A-0 352 453 offenbart eine Zündspule, bei der ein Eisenkern mit einem Luftspalt sowie zusätzlich mit einem in dem Luftspaltabschnitt eingefügten Dauermagneten versehen ist. Die Querschnittsfläche des Dauermagneten und die Querschnittsfläche eines Dauermagnet-Halteabschnitts des Eisenkerns sind im wesentlichen gleich (SM = SG). Die Dicke des in den Luftspaltabschnitt eingefügten Dauermagneten beträgt zwischen 0,6 und 1,8 mm, das Verhältnis der Querschnittsfläche des Dauermagnet-Halteabschnitts SG zu der Querschnittsfläche des Eisenkerns SF liegt zwischen 1,5 und 4,5, und das Verhältnis der Querschnittsfläche des Dauermagneten SM zu der Querschnittsfläche des Eisenkerns SF beträgt zwischen 2 und 6. Vor der Erregung der Primärspule wird der Eisenkern durch die Magnetisierungsstärke des in den Luftspaltabschnitt eingefügten Dauermagneten magnetisiert, damit insbesondere ein Zustand maximaler Arbeitsmagnetflußdichte in negativer Richtung entgegengesetzt zu der infolge der Erregung der Primärspule zu verursachenden Magnetisierungsrichtung erreicht wird. Gemäß diesem Aufbau erzeugt der Dauermagnet zum Erlangen maximaler Energie eine Vormagnetisierung auf den negativen Sättigungspunkt von 1,5 T. Die Sekundärspannung wird jedoch reduziert, falls der Primärstrom unter 3,5 A fällt, was bei einem Primärwicklungswiderstand größer 1 Ohm wahrscheinlicher ist. Speziell in einem Primärstrombereich kleiner als 3 A wird dabei die Ausgangsspannung einer Zündspule mit einem Dauermagneten deutlich geringer als die einer nicht mit einem Dauermagneten ausgestatteten Zündspule. Infolge der entsprechenden magnetischen Sättigung folgt daraus eine Ausgangsleistungsverschlechterung.
Fig. 6 zeigt eine Prinzipdarstellung eines grundlegenden magnetischen Kreises eines Eisenkerns, der einen in einen Luftspaltabschnitt einer Zündspule eingefügten Dauermagneten gemäß der vorstehend angeführten Europäischen Patentanmeldung aufweist. Bei einem magnetischen Kreis gemäß Fig. 6 bezeichnen die Bezugszeichen SF eine Querschnittsfläche des Eisenkerns, durch die ein magnetischer Fluß Φ fließt, SG eine Querschnittsfläche eines Dauermagnet-Halteabschnitts des Eisenkerns, LF eine mittlere magnetische Weglänge, SM eine schraffiert dargestellte Querschnittsfläche des Dauermagneten und LM eine Dicke des Dauermagneten.
Die Fig. 7 und 8 zeigen Eigenschafts- Kennliniendiagramme zur Veranschaulichung der magnetischen Eigenschaft der Zündspule gemäß der vorstehend angeführten Europäischen Patentanmeldung.
Ist eine Primärwicklung mit n Windungen auf einem Wicklungsabschnitt der Zündspule gewickelt und fließt ein Erreger- oder Primärstrom Ip' durch die Primärwicklung, so daß entgegen der Magnetisierungsrichtung infolge des einen magnetischen Fluß -Φ' in negativer Richtung erzeugenden Dauermagneten ein magnetischer Fluß +Φ' erzeugt wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 die in der Primärwicklung gespeicherte Energie durch eine schraffierte Fläche W' dargestellt und durch nachstehende Gleichung ausgedrückt.
W' = (1/2) · (2Φ') · nIp' = Φ' · nIp'.
Damit die in der Primärwicklung der Zündspule mit dem eingefügten Dauermagneten gespeicherte Energie W' maximiert wird, muß eine Magnetisierungsstärke des Dauermagneten den Eisenkern auf einen Wert P im negativen Flußbereich gemäß dem unteren linken Abschnitt von Fig. 8 nahe dem Sättigungspunkt des negativen Flusses im Eisenkern magnetisieren.
Fig. 9 zeigt ein Teildiagramm des positiven Flußbereichs, wobei eine Kurve (a) eine Magnetisierungskennlinie des Eisenkerns darstellt, eine Gerade (b) eine Magnetisierungskennlinie des Dauermagneten darstellt und eine Kurve (c) eine Magnetisierungskennlinie der Primärwicklung darstellt. Die maximale Arbeitsmagnetflußdichte BF des Eisenkerns ist durch einen einem Punkt T entsprechenden Wert bestimmt, der einen Tangentenpunkt einer zu der Geraden (b) parallelen Geraden auf der Kurve (a) als resultierende Summe aus (a) und (b) darstellt.
Da andererseits die Steigung der Primärwicklungs- Magnetisierungskurve durch die Permeabilität u des Dauermagneten bestimmt wird, ist es wichtig, daß zur Erhöhung der in der Primärwicklung gespeicherten Energie ein Dauermagnetwerkstoff mit einem Permeabilitätswert nahe 1 ausgewählt werden sollte, wie es durch eine schraffierte Fläche W in Fig. 8 dargestellt ist, so daß der Permeabilitätswert nahe dem Wert 1 zu einem energiespeichernden Luftspalt beitragen kann und die in Fig. 8 gezeigte Magnetisierungskurve der Primärwicklung abgeflacht wird.
Bezogen auf die Zündspule gemäß Fig. 6 wurde ein Zusammenhang zwischen der Dicke LM des Dauermagneten und einem Querschnittsflächenverhältnis SG/SF des Kerns untersucht. Bei Betrachtung des positiven Flußbereichs in Fig. 8 stellt die durch einen durch die Primärwicklung fließenden Erregerstrom erzeugte Magnetisierungsstärke nIp/2 die Resultierende einer Magnetisierungsstärke HF · LF des Eisenkerns (wobei HF eine magnetische Feldstärke in dem Eisenkern darstellt) und einer Magnetisierungsstärke H · LM über den den Dauermagneten umfassenden Luftspaltabschnitt dar (wobei H eine in dem Luftspaltabschnitt erzeugte magnetische Feldstärke darstellt). Somit wird die vorstehend angeführte Beziehung durch nachstehende Gleichung ausgedrückt. Dabei bezeichnet Ip den maximalen Primärwicklungsstrom, d. h. den Strom bei Normalbetrieb.
nIp/2 = HF · LF + H · LM.
Daraus folgt die nachstehende Gleichung.
H = (nIp/2 - HF · LF)/LM [AT/m].
Andererseits wird die nachstehende Gleichung derart abgeleitet, daß die magnetische Flußdichte BM in dem Dauermagneten wie nachstehend ausgedrückt wird.
BM = u · H.
BM = u · (nIp/2 - HF · LF)/LM.
Unter der Voraussetzung, daß die mittlere magnetische Flußdichte in dem den Dauermagneten umfassenden Luftspaltabschnitt mit BG bezeichnet wird, ergibt sich ebenfalls die nachstehende Beziehung.
BG · SG = BF · SF.
Falls der Zusammenhang zwischen dem Eisenkern und dem Dauermagneten der Zündspule wie bevorzugt entsprechend der Gleichung SG SM ausgewählt wird, wird wie im weiteren beschrieben die vorstehende Gleichung unverzüglich zurückgeführt auf die Gleichung BM · SG = BF · SF. Durch Verknüpfung dieser Gleichung mit der BM bezeichnenden vorstehend genannten Gleichung ergibt sich die nachstehende Beziehung.
BM = BF · SF/SG = u · (nIp/2 - HF · LF)/LM.
Folglich wird die Dicke LM durch folgende Gleichung angegeben.
LM = [SG/SF] · [u · (nIp/2 - HF · LF)/BP].
Somit wird diese darüber hinaus auf die nachfolgende Gleichung als eine das Querschnittsflächenverhältnis SG/SF bezeichnende Gleichung zurückgeführt.
SG/SF = 2 · BF · LM/[u · (nIp - 2HF · LF)] (1).
In dem negativen Flußbereich des schraffierten Bereichs des Leistungskennliniendiagramms von Fig. 8 muß der Eisenkern durch eine Magnetisierungsstärke der Primärwicklung entgegen der von dem Dauermagneten aufgewiesenen Energie magnetisiert werden, so daß ein positiver Fluß durch den Eisenkern fließen kann. Deshalb wird der Eisenkern zunächst gemäß einem Punkt P nahe dem Sättigungspunkt im negativen Flußbereich des Eisenkerns, wie es im unteren linken Bereich von Fig. 8 veranschaulicht ist, durch die Magnetisierungsstärke des Dauermagneten wie vorstehend beschrieben magnetisiert. Daraufhin wird der Eisenkern gemäß einem Punkt T nahe dem Sättigungspunkt im positiven Flußbereich, wie es bei einem oberen rechten Bereich in Fig. 8 veranschaulicht ist, durch die Magnetisierungsstärke nIp infolge des Erregerstroms Ip durch die Primärwicklung magnetisiert. Dabei steht die von dem Werkstoff und der Gestalt des Dauermagneten abhängige maximale Energie EM des Dauermagneten über die Gleichung EM = (1/2)W mit der in der Primärwicklung gespeicherten gemäß Fig. 8 dargestellten Energie W in Zusammenhang. Die die Energie W anzeigende Fläche gemäß Fig. 8 entspricht der Gleichung
W = (1/2) · (2 · BF · SF) · nIp = BF · SF · nIp.
Andererseits wird das maximale Energieprodukt eines Dauermagneten mit (B · H)MAX. und der theoretische Wert einer maximalen von dem Dauermagneten aufgewiesenen Energie EM durch die Gleichung EM = (B · H)MAX. · (SM · LM) ausgedrückt. Als ein durch die Steigung der in Fig. 9 gezeigten Magnetisierungkurve (b) des Dauermagneten zu bestimmender Betriebspunkt des Dauermagneten wird der das maximale Energieprodukt (B · H)MAX. ergebende Punkt oder ein um einen derartigen optimalen Punkt herum befindlicher Punkt ausgewählt.
Somit wird die in der Primärwicklung gespeicherte Energie wie nachstehend ausgedrückt.
W = BF · SF · nIp = 2EM = 2 · (B · H)MAX. · (SM · LM).
Aus dieser Gleichung wird die das Querschnittsflächenverhältnis SM/SF anzeigende nachstehende Gleichung erzielt.
SM/SF = BF · nIp/[2 · (B · H)MAX. · LM] (2).
Die vorstehenden zwei Gleichungen (1) und (2) zeigen den Zusammenhang zwischen den Ausmaßen der einzelnen Abschnitte des magnetischen Kreises bei der Zündspule an.
Als ein Werkstoff für den Dauermagneten wird SmCo5 (Samarium-Kobalt) verwendet, wobei die Spezifikationen der Bestandteile sich wie nachstehend darstellen:
(B · H)MAX = 5/π · 10&sup5; TA/m ( = 20 MG · Oe) und u = 1.05.
Der Eisenkern ist aus nicht-orientierten Silizium-Stahl- Platten ausgebildet, wobei die Bestandteile die nachstehenden Werte aufweisen:
SF = 49 mm², BF = 1.4 Wb/m²,
nIp = 800 A-Windungen,
HF = 150 A-Windungen/m, und LF = 0.1 m.
Die Werte der Bestandteile werden in die Gleichungen (1) und (2) zur Erlangung der Beziehung zwischen dem Wert LM und jedem der Querschnittsflächenverhältnisse SG/SF sowie SM/SF eingesetzt, wie es in den Fig. 10 und 11 grafisch gezeigt wird. Die Fig. 10 und 11 zeigen eine in der Sekundärwicklung erzeugte Sekundärspannung V2, die aus durchgeführten Leistungstests mit verschiedenen Zündspulen erzielt wurden, wobei diese abhängig von den Änderungen der Dauermagnetdicke LM verschiedene Abmessungen der einzelnen Teile aufweisen. Insbesondere zeigt Fig. 11 die in Fig. 10 dargestellten Verteilungskurven der Sekundärspannung V2 nach deren Umwandlung in eine zweidimensionale Kennlinienkurve und als eine Beziehung zwischen der Dicke LM des Dauermagneten und der Größe der Sekundärspannung V2.
Wie es in den Fig. 10 und 11 veranschaulicht ist, lehren folglich die auf diese Weise erzielten Daten unter gegebenen Abmessungsbedingungen der Zündspule nachstehende Beziehungen.
(a) SG SM, d. h. die Querschnittsfläche des Dauermagnet-Halteabschnitts des Eisenkerns sollte im wesentlichen der Querschnittsfläche des Dauermagneten entsprechen.
(b) Solange die Werte von LM, SM/SF und SG/SF innerhalb nachstehender Bereiche liegen, weist die Sekundärspannung einen außerordentlich hohen Wert auf.
0,6 mm < LM < 1,8 mm
2 < SM/SF < 6
1,5 < SG/SF < 4,5.
Die Fig. 15 und 16 zeigen ein Querschnittbild und eine Seitenansicht einer weiteren bekannten Zündspule ohne Dauermagneten. Die Fig. 17 und 18 zeigen ein Schnittbild und eine Seitenansicht einer Zündspule, die den Dauermagneten gemäß dem vorstehend angeführten Stand der Technik 1 verwendet. Unter Bezugnahme auf jede dieser Figuren und Abmessungen ist es verständlich, daß die mit dem Dauermagnet angewandte Zündspule eine geringe Größe (gemäß den kennzeichnenden Abmessungswerten in den Figuren) und ein geringes Gewicht (190 Gramm) im Vergleich zu dem Stand der Technik (350 Gramm) ohne Dauermagneten verwirklichen kann.
Die nach dem Stand der Technik vorstehend beschriebene und gemäß Fig. 17 veranschaulichte Zündspule ist in sehr anspruchsvollen Zündspulen am wirksamsten, die auch bei einer unter einen bestimmten Wert gefallenen Batteriespannung einen 6A (Ampere) Ansteuerstrom konstant der einen Widerstandswert geringer als ein Ohm aufweisenden Primärwicklung zuführen können, damit die magnetische Flußdichte maximiert wird. Der Zusammenhang zwischen dem primärseitigen Ausschaltstrom und der sekundärseitigen Ausgangsspannung (I1-V2) der bekannten Zündspule, die keinen Dauermagneten aber bei einem gleichen primärseitigen Strom von 6A eine identische sekundärseitige Ausgangsspannung aufweist, wird durch einen grafischen Vergleich in Fig. 12 mittels einer durchgezogenen und einer gestrichelten Linie dargestellt.
Der Zusammenhang von I1-V2 gemäß Fig. 12 zeigt an, daß die sekundärseitige Ausgangsspannung beider bekannter Zündspulen nahe dem Wert 6A des primärseitigen Strom im wesentlichen gleich groß ist, jedoch die Ausgangsspannung bei Ausführung mit Dauermagnet insbesondere im Bereich des primärseitigen Stroms kleiner als 3A deutlich geringer ist als ohne Dauermagnet. Gemäß Fig. 13 ist dies dadurch begründet, daß die Magnetisierungskennlinie der Primärwicklung tatsächlich eine Krümmung für den Fall aufweist, daß das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche des Dauermagneten SM zu der des Eisenkerns SF mit dem Wert 3 (SM/SF = 3) ausgewählt ist, und der Eisenkern durch den Dauermagneten negativ in einen magnetischen Sättigungsbereich magnetisiert wird. Gemäß Fig. 14 heißt dies, daß die gespeicherte Energie W3' im unteren primärseitigen Strombereich um ein einer magnetischen Sättigung entsprechendes Maß geringer als die Energie W' der Zündspule ohne Dauermagnet ist.
Bei einem Zündsystem mit einer Zündspule, die eine Primärwicklung mit einem Widerstandswert größer als 1 Ohm und einen hauptsächlich durch einen Schließwinkel einer Zündung gesteuerten primärseitigen Strom aufweist, wird die Ausgangsleistungfähigkeit bei einem primärseitigen Strombereich nahe 3A sehr bedeutend, insbesondere während einer Fahrzeugstartdauer bei hoher Temperatur und geringer Batteriespannung. Die technische Untersuchung und das Verständnis hinsichtlich dieses Effekts stellen eine grundlegende Motivation der Erfinder dieser Erfindung dar.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist eine neue Ausgestaltung einer kleinen und leichten Zündspule ohne Verlust der Ausgangsleistungsfähigkeit im unteren primärseitigen Strombereich.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein gemäß den angefügten Ansprüchen beanspruchtes Verfahren zum Betreiben einer Zündspule gelöst.
Entsprechend werden die Dicke LM eines Dauermagneten und das Verhältnes SM/SF zwischen zwei Querschnittsflächen SM und SF wie nachstehend angegeben derart gewählt, daß der Arbeitsmagnetisierungsbereich einer Primärwicklung nicht in dem gekrümmten Gebiet des negativen Bereichs der Magnetisierungskennlinien enthalten ist, wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist.
0,6 mm < LM < 1,8 mm und 1,3 < SM/SF < 3,0

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Zündspule gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Zündspule gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 zeigt eine Magnetisierungs-Kennlinie einer nicht- orientierten Silizium-Stahl-Platte,
Fig. 4 zeigt ein Magnetische-Eigenschaft- Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der magnetischen Eigenschaft der Zündspule gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einem primärseitigen Ausschaltstrom und einer sekundärseitigen Spannung der Zündspule des Ausführungsbeispiels mit einem Dauermagneten verglichen mit einer bekannten Zündspule ohne Dauermagnet,
Fig. 6 zeigt eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines grundlegenden magnetischen Kreises für den Eisenkern der bekannten Zündspule mit einem Dauermagneten,
Fig. 7 zeigt ein Eigenschafts-Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der grundlegenden magnetischen Eigenschaft der bekannten Zündspule,
Fig. 8 zeigt ein Eigenschafts-Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung der magnetischen Eigenschaft der bekannten Zündspule,
Fig. 9 zeigt ein erläuterndes Diagramm für die Erklärung eines Ablaufs zur Bestimmung eines geeigneten maximalen Arbeitspunktwertes der magnetischen Flußdichte des Eisenkerns bezüglich dem positiven Flußbereich der in Fig. 8 gezeigten Magnetische-Eigenschaft-Kennlinie,
Fig. 10 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung eines Zusammenhangs zwischen Querschnittsflächenverhältnissen SG/SF sowie SM/SF und der durch die Sekundärwicklung erzeugten Spannung V2 als Funktion der Dicke LM des Dauermagneten,
Fig. 11 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung eines Zusammenhangs zwischen der sekundärseitigen Spannung V2 und der Dicke LM des Dauermagneten,
Fig. 12 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung eines Zusammenhangs zwischen der sekundärseitigen Spannung und dem Ausschaltstrom der Primärwicklung der bekannten Zündspule mit und ohne Dauermagneten,
Fig. 13 zeigt ein Magnetische-Eigenschaft- Kennliniendiagramm für ein Querschnittsflächenverhältnis von SM/SF = 3,
Fig. 14 zeigt ein Magnetische-Eigenschaft- Kennliniendiagramm der Zündspule ohne Dauermagnet,
Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht der Zündspule ohne Dauermagnet,
Fig. 16 zeigt eine Seitenansicht der Zündspule ohne Dauermagnet,
Fig. 17 zeigt eine Schnittansicht der Zündspule gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 18 zeigt eine Seitenansicht der Zündspule gemäß dem Stand der Technik.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf ein gemäß den Fig. 1 bis 5 veranschaulichtes Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung und Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht derselben Zündspule. Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein Eisenkern 1 aus geschichteten nicht-orientierten Silizium-Stahl-Platten hergestellt und bildet einen geschlossenen magnetischen Flußkreis über einen schräg in dem Eisenkern 1 angeordneten Luftspalt 2 aus.
Ein Dauermagnet 4 ist in den Luftspalt 2 des Eisenkerns 1 eingefügt. Eine Primärwicklung ist um den Eisenkern 1 gewickelt. Der Dauermagnet 4 ist in entgegengesetzter Richtung zu der Magnetisierungsrichtung infolge des durch die Primärwicklung 6 fließenden Erregerstroms magnetisiert. Der elektrische Widerstand der Primärwicklung 6 bei diesem Ausführungsbeispiel weist einen Wert größer 1 Ohm auf. Jedoch besteht darüber hinaus eine weitere Lösung darin, einen elektrischen Widerstand mit einem Wert größer 1 Ohm durch Schalten eines externen Widerstands in Reihe mit der Primärwicklung 6 zu erzeugen.
Ferner ist eine Sekundärwicklung 8 auf die Primärwicklung 6 gewickelt. Dabei ist der gegenseitige Zusammenhang zwischen einer Dicke LM des Dauermagneten 4, einer schrägen Querschnittsfläche SM des Dauermagneten 4 und einer nicht-schrägen oder senkrechten Querschnittsfläche SF des Eisenkerns 1 an dem Wicklungsabschnitt in Übereinstimmung mit der nachstehenden Bedingung ausgewählt. Über diese Bedingung hinaus ist die schräge Querschnittsfläche SG des Eisenkerns 1 an dem Luftspaltabschnitt derart ausgebildet, daß sie nahezu gleich zu der Querschnittsfläche SM des Dauermagneten 4 ist.
0,6 mm < LM < 1,8 mm
1,3 < SM/SF < 3,0.
Unter Bezugnahme auf den Zusammenhang der magnetischen Flußdichte B als Funktion der magnetischen Feldstärke H auf dem B-H Kennlinienverlauf einer nicht-orientierten Silizium-Stahl-Platte gemäß Fig. 3 erhöht sich ab dem Punkt mit einer Flußdichte B gleich 1 [T] die Zunahme der magnetischen Feldstärke H. D. h. für die Flußdichte B beginnt ihre Sättigung oberhalb des Punktes mit dem Wert B = 1 [T], danach steigt die gespeicherte magnetische Energie nicht an, da die magnetische Energie ein integriertes Produkt der magnetischen Feldstärke H mit der magnetischen Flußdichte B darstellt.
Wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist, besteht daher die Möglichkeit zu einer derartigen Steuerung der Magnetisierungskurve durch die Primärwicklung 6, daß diese nicht in den gekrümmten Abschnitt bezüglich des negativen Magnetisierungsbereichs in der linken unteren Diagrammseite gelangt. Da der magnetische Sättigungspunkt des Eisenkerns 1 allgemein bei einem Punkt BF mit dem Wert nahezu gleich 1,5 [T] liegt ist, ist es besser, den magnetischen Arbeitsbereich auf der Magnetisierungskurve des Kerns 1 im positiven Bereich mit bis zu 1,5 [T] zu bestimmen und den negativ vormagnetisierten magnetischen Arbeitspunkt des Dauermagneten 4 nahe einem Punkt mit dem Wert 2/3 des Sättigungspunktes zu bestimmen.
Wie es gemäß der linken unteren Seite von Fig. 4 veranschaulicht ist, gelangt die Magnetisierung durch die Primärwicklung 6 im negativen Bereich nicht in das magnetische Sättigungsgebiet. Eine äußerst geringe negative Vormagnetisierung des Dauermagneten 4 verursacht zur Minimierung der Zündspule eine Gegenwirkung. Entspricht die Dicke LM des Dauermagneten 4 der des Stands der Technik, ergibt sich die Querschnittsfläche SM des Dauermagneten 4 praktisch zu etwa 2/3 der Fläche des nach dem Stand der Technik angewandten Dauermagneten. Für den Dauermagneten 4 wird in diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der gleiche Magnetwerkstoff wie bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik mit der Dimensionierung
u = 1,05 und (B · H)MAX. = 5/π · 10&sup5; TA/m ( = 20 MG · Oe)
verwendet.
Der Wert der Dicke LM des erfindungsgemäßen Dauermagneten 4 wird innerhalb eines mit dem Stand der Technik identischen Bereiches (0,6 mm < LM < 1,8 mm) ausgewählt, da dieser Bereich eine maximale sekundärseitige Spannung V2 bereitstellt, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Das Querschnittsflächenverhältnis SM/SF wird infolge des nachstehenden Zusammenhangs ebenso innerhalb des Bereichs 1,3 < SM/SF < 2,0 ausgewählt. D. h. wird die Bedingung SG = SM dem Zusammenhang 1,5 < SG/SF < 4,5 sowie 2 < SM/SF < 6 gemäß dem Stand der Technik hinzugefügt, führt der Zusammenhang zwischen SM und SF zu dem nachstehenden erheblich eingeschränkten Bereich.
2 < SM/SF < 4,5.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sollte die neue Bedingung, d. h. der vorstehend ausführlich beschriebene Faktor 2/3, der vorstehenden Bedingung hinzugefügt werden, womit sich schließlich als untere und obere Grenze des Verhältnisses SM/SF die nachstehende Ungleichung ergibt.
1,3 < SM/SF < 3,0.
Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, kann die erfingungsgemäße Zündspule durch die Einführung des 2/3- Faktors und des SM/SF-Verhältnisses mit einem Wert von 1,5 ihren Geradenabschnitt als Magnetisierungskurve der Primärwicklung 6 verwenden. Wie es in Fig. 14 unter Bezugnahme auf den Stand der Technik dargestellt ist, ist die gespeicherte Energie W'1,5 in dem unteren Strombereich nahezu gleich zu der Energie W' der Zündspule ohne Dauermagneten. Ferner besteht gemäß Fig. 5 zwischen der erfindungsgemäßen und der keinen Dauermagneten aufweisenden bekannten Zündspule kein Unterschied in der sekundärseitigen Ausgangsspannung V2 als Funktion des Ausschaltstroms der Primärwicklung 6.
Aus den zum leichten Verständnis in den Fig. 1 und 2 bereitgestellten Abmessungen der erfindungsgemäßen Zündspule und dem Vergleich mit den in Fig. 15 und 16 gezeigten ist es leicht verständlich, daß verglichen mit dem der Stand der Technik (350 Gramm) eine kleine und leichte (240 Gramm) Spule ohne Beeinträchtigung der Ausgangsleistungsfähigkeit bei einem geringen primärseitigen Strombereich verwirklicht werden kann.
Zusammenfassend wird eine Zündspule offenbart, die eine äußerst kleine Baugröße ohne Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit bei geringem primärseitigen Strom aufweist. Die Zündspule weist einen einen geschlossenen magnetischen Kreis über einen Luftspalt 2 ausbildenden Eisenkern 1, eine um den Eisenkern 1 zur Magnetisierung des Eisenkerns 1 gewickelte Primärwicklung 6 und einen in entgegengesetzter Richtung zu einer Magnetisierungsrichtung infolge des Primärwicklungsstroms magnetisierten Dauermagneten 4 auf. Eine Querschnittsfläche SG des Eisenkerns 1, bei der der Dauermagnet 4 eingefügt ist, ist im wesentlichen gleich der Fläche SM des Dauermagneten 4. Um mittels des Dauermagneten 4 eine Vormagnetisierung mit einem Wert von 2/3 des Sättigungspunktes des magnetischen Flusses des Eisenkerns 1 zu erzielen, ist der Dauermagnet 4 derart gestaltet, daß dessen Dicke LM der Ungleichung 0,6 mm < LM < 1,8 mm und dessen Querschnittsfläche SM sowie die Querschnittsfläche SF des Wicklungsabschnitts des Eisenkerns 1 der Ungleichung 1,3 < SM/SF < 3,0 genügen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Zündspule der Bauart mit,

einem einen geschlossenen magnetischen Kreis über einen darin vorgesehenen Luftspalt (2) aufweisenden Eisenkern (1),

einer auf dem Eisenkern gewickelten Primärwicklung (6) zur Magnetisierung des Eisenkerns bei einer Versorgung mit elektrischem Strom,

einer auf dem Eisenkern (1) gewickelten Sekundärwicklung (8),

einem in den Luftspalt (2) des Eisenkerns (1) eingefügten und in einer Gegenrichtung zu einer Magnetisierungsrichtung infolge der Versorgung der Primärspule (6) mit elektrischem Strom magnetisierten Dauermagneten (4), wobei eine Querschnittsfläche (SG) des Eisenkerns, bei der der Dauermagnet eingefügt ist, im wesentlichen gleich einer Querschnittsfläche (SM) des Dauermagneten (4) ist und eine Dicke (LM) des Dauermagneten innerhalb eines Bereiches von 0,6 mm bis 1,8 mm liegt, und

wobei die Primärwicklung einen primärseitigen Widerstand größer als 1 Ohm aufweist und ein Verhältnis (SM/SF) zwischen der Querschnittsfläche (SM) des Dauermagneten (4) und einer Querschnittsfläche (SF) des Eisenkerns (1), bei der die Wicklungen aufgewickelt sind, innerhalb eines Bereiches von 1,3 bis 3,0 liegt, wobei im Betrieb der Maximalwert des durch die Primärwicklung zur Sättigungsmagnetisierung des Eisenkerns fließenden Stroms eine Magnetisierungsstärke in dem Eisenkern bewirkt, die der Magnetisierungsstärke infolge des Dauermagneten entgegengerichtet und wertmäßig 1,5-fach größer ist.

2. Verfahren zum Betreiben einer Zündspule der Bauart mit,

einer auf dem Eisenkern (1) gewickelten Sekundärwicklung (8),

wobei die Primärwicklung (6) mit einem außerhalb angeordneten Widerstand verbunden ist, der in Verbindung mit der Primärwicklung einen primärseitigen Widerstand größer als 1 Ohm bereitstellt, und ein Verhältnis (SM/SF) zwischen der Querschnittsfläche (SM) des Dauermagneten (4) und einer Querschnittsfläche (SF) des Eisenkerns (1), bei der die Wicklungen aufgewickelt sind, innerhalb eines Bereiches von 1,3 bis 3,0 liegt,

wobei im Betrieb der Maximalwert des durch die Primärwicklung zur Sättigungsmagnetisierung des Eisenkerns fließenden Stroms eine Magnetisierungsstärke in dem Eisenkern bewirkt, die der Magnetisierungsstärke infolge des Dauermagneten entgegengerichtet und wertmäßig 1,5-fach größer ist.

3. Verfahren zum Betreiben einer Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zündspule für eine Brennkraftmaschine eines Automobils Verwendet wird.

4. Verfahren zum Betreiben einer Zündspule nach Anspruch 3, wobei eine Permeabilität (u) des Dauermagneten (4) im wesentlichen den Wert 1 aufweist, der Dauermagnet (4) Samarium und Kobalt umfaßt, und der Eisenkern (1) nicht- orientierte Silizium-Stahl-Platten umfaßt.

5. Verfahren zum Betreiben einer Zündspule nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Magnetisierung in der Gegenrichtung durch den Dauermagneten (4) auf den Wert 1,0 T beschränkt ist.