JP2005183926A - 点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】点火性能を確保しつつ細径化できる点火コイルを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の、点火コイル１は、中心コア２０と、永久磁石２１と、２次スプール２２と、２次コイル２３と、１次スプール２４と、１次コイル２５と、チューブ２６と、外周コア２７とを備えている。そして、中心コア２０の軸端部と外周コア２７の軸端部とは、第１高磁気抵抗部材５ａと第２高磁気抵抗部材５ｂとによって結合されている。さらに、中心コア２０の軸方向中央には、永久磁石２１が配設されている。これにより、磁路を流れる磁束の大きさが充分に低減されるため、磁路の断面積を小さくしても磁気飽和が発生することはなく、点火コイル１を細径化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の各気筒のプラグホールに直接取り付けられる点火コイルに関する。

従来、点火コイルは、機械式ディストリビュータからハイテンションコードを介して、高電圧を点火プラグに供給していた。ところが、現在では、点火コイルは、内燃機関（エンジン）の各気筒毎に独立して設けられ、高電圧を直接点火プラグへ供給している。さらに、近年、車両の燃費向上やエンジン出力特性向上を目的とした点火プラグの細径化の要求がある。点火プラグが細径化されると、点火プラグが装着される周辺に配設されている、エンジンのウォータジャケットの断面積を拡大することができる。そのため、エンジンの冷却効率が改善され、車両の燃費やエンジンの出力特性が向上する。これに伴い、点火プラグに装着される点火コイルの細径化も必要となる。

ところで、大型化することなく出力電圧を増加できる点火コイルが、例えば、特開平３−１３６２１９号公報に開示されている。これは、同じ出力電圧であれば、点火コイルを小型化できることを意味する。この点火コイルは、閉磁路コアと、閉磁路内に配設される永久磁石と、１次コイルの巻回された１次ボビンと、２次コイルの巻回された２次ボビンと、これら各部材を収容するケースとを備えている。閉磁路コアは、けい素鋼板からなる正面視Ｔ字状の第１のコアと正面視略Ｅ字状の第２のコアとから構成されている。永久磁石は、第１のコアの中央突極部と第２のコアの中央突極部との間に、１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設されている。つまり、１次コイルの発生する磁束は永久磁石の発生する磁束によって逆バイアスされている。これにより、閉磁路を流れる磁束の大きさは１次コイルの発生する磁束の大きさより永久磁石の発生する磁束の大きさの分だけ小さくなる。しかし、１次コイルの発生する磁束の大きさが変化するわけではないので、２次コイルに誘起する電圧、つまり、出力電圧は変化しない。そのため、閉磁路の断面積を小さくしても磁気飽和は発生しない。その結果、同じ出力電圧を確保しながら閉磁路等の磁気回路を小型化することができる。
特開平３−１３６２１９号公報

ところで、点火コイルにおいて、１次コイルの発生する磁束は非常に大きい。これに対し、印加できる逆バイアスの大きさは、永久磁石の磁気特性や寸法等の制約から限界があり、あまり大きくすることができない。そのため、閉磁路を流れる磁束の大きさを充分に低減することはできず、点火コイルの大幅な細径化は困難であった。なお、前述した磁束の大きさを充分に低減することとは、逆バイアスを充分にかけることを意味するものである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、点火性能を確保しつつ細径化できる点火コイルを提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、逆バイアスのための永久磁石を用いるとともに、磁路の少なくともいずれかに高磁気抵抗部材を配設すること、また、逆バイアスをより大きくするように永久磁石を適切に配設することにより、磁路を流れる磁束の大きさを小さくできることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の点火コイルは、磁性材からなり磁路を構成する中心コアと、前記中心コアの外周側に同心状に巻回される１次コイルと、前記１次コイルに対して同心状に巻回される２次コイルと、前記１次コイル及び前記２次コイルの外周側に同心状に配設され磁性材からなり磁路を構成する外周コアとを備えた点火コイルにおいて、さらに、前記中心コアの軸端部と前記外周コアの軸端部との間に配設され前記磁性材のいずれよりも磁気抵抗の高い高磁気抵抗部材と、前記中心コアの軸端面から前記中心コアの軸方向長さの２０％以上８０％以下の範囲に前記１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設される少なくとも１つ以上の永久磁石とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の点火コイルは、請求項１に記載の点火コイルにおいて、さらに、前記永久磁石は、磁極方向の厚さが０．３５ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項３に記載の点火コイルは、磁性材からなり磁路を構成する中心コアと、前記中心コアの外周側に同心状に巻回される１次コイルと、前記１次コイルに対して同心状に巻回される２次コイルと、前記１次コイル及び前記２次コイルの外周側に同心状に配設され磁性材からなり磁路を構成する外周コアとを備えた点火コイルにおいて、さらに、前記中心コアの両軸端部の少なくともいずれかに前記１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設される軸端部磁石と、前記中心コアの両軸端部の間に前記１次コイルの発生する磁束と逆方向に磁束を発生するように配設される少なくとも１つ以上の中央磁石とを有することを特徴とする。

請求項４に記載の点火コイルは、請求項３に記載の点火コイルにおいて、さらに、前記中央磁石は、磁極方向の厚さが０．２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項５に記載の点火コイルは、請求項３又は４に記載の点火コイルにおいて、さらに、前記中央磁石は、配設される個数が２つ以下であることを特徴とする。

請求項６に記載の点火コイルは、請求項３乃至５に記載の点火コイルにおいて、さらに、前記軸端部磁石及び前記中央磁石は、互いに８０ｍｍ以下の間隔をあけて配設されていることを特徴とする。

請求項７に記載の点火コイルは、請求項１乃至６に記載の点火コイルにおいて、さらに、前記中心コアは、外径が４ｍｍ以上８ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項８に記載の点火コイルは、請求項１乃至７に記載の点火コイルにおいて、さらに、前記中心コアは、軸方向に少なくとも２つ以上に分割されていることを特徴とする。

請求項１に記載の点火コイルによれば、高磁気抵抗部材で磁路の磁気抵抗を上げることができる。さらに、永久磁石で１次コイルの発生する磁束を逆バイアスすることができる。ところで、１次コイルの起磁力によって発生する磁束の大きさは、磁路の磁気抵抗の大きさに反比例する。そのため、高磁気抵抗部材で磁路の磁気抵抗を上げることにより、１次コイルの起磁力によって発生する磁束の大きさを小さくすることができる。さらに、この１次コイルの発生する磁束を永久磁石で逆バイアスすることにより、磁路を流れる磁束の大きさをより小さくすることができる。その結果、磁路を流れる磁束の大きさが充分に低減されるため、磁路の断面積を小さくしても磁気飽和が発生することはなく、点火コイルを細径化することができる。

なお、１次コイルの発生する磁束の大きさが小さくなることにより、２次コイルに誘起される電圧が低下することが考えられるが、１次コイルの巻数を増加することにより解決できる。ところで、１次コイルに蓄積されるエネルギーは、１次コイルの起磁力と１次コイルの発生する磁束とに比例する。この起磁力はコイルの巻数とコイルに流れる電流に比例する。そのため、１次コイルの発生する磁束の低下分を、１次コイルの巻数を増加することにより補えば、出力電圧が低下することはない。ここで、１次コイルの巻数の増加により１次コイルの外径が増加するが、その増加量は、磁路の断面積の低減による径の縮小量に比べ極わずかであり、点火コイルの細径化に影響を与えることはない。

請求項２に記載の点火コイルによれば、永久磁石の強度を確保するとともに使用量を抑え、効率よく逆バイアスを印加することができる。そのため、磁路を流れる磁束の大きさがより小さくなり、点火コイルをさらに細径化することができる。また、永久磁石の使用量が抑えられ、細径化された点火コイルをより安価に構成することができる。

請求項３に記載の点火コイルによれば、軸端部磁石及び中央磁石で、１次コイルの発生する磁束をより大きく逆バイアスすることができる。そのため、中央磁石に加えて軸端部磁石で１次コイルの発生する磁束をより大きく逆バイアスすることにより、磁路を流れる磁束の大きさをさらに小さくすることができる。その結果、磁路を流れる磁束の大きさがさらに低減されるため、磁路の断面積を小さくしても磁気飽和が発生することはなく、点火コイルをより細径化することができる。

請求項４に記載の点火コイルによれば、充分な２次エネルギーを得ることができる。

請求項５に記載の点火コイルによれば、より大きな２次エネルギーを得ることができる。

請求項６に記載の点火コイルによれば、充分な逆バイアスを確保するとともに、点火コイルの軸方向長さを短くすることができる。

請求項７に記載の点火コイルによれば、中心コアの外径をより小さくすることで、点火コイルをさらに細径化することができる。

請求項８に記載の点火コイルによれば、中心コアの磁気抵抗が上がることで磁束が減少し、点火コイルをさらに細径化することができる。

本実施形態は、本発明に係る点火コイルを、車両走行用のエンジンの点火プラグに直接高電圧を供給する車両用点火コイルに適用した例を示す。

（第１実施形態）
第１実施形態における点火コイルの軸方向断面図を図１に示す。中心コアの一方の軸端部付近の部分断面図を図２に、中心コアの他方の軸端部付近の部分断面図を図３に示す。そして、これらの図を参照し、構造、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、図１を参照して具体的構造について説明する。必要に応じて、図２及び図３を参照して詳細を説明する。図１に示すように、点火コイル１は、コイル部２と、コネクタ部３と、高圧タワー部４とを備えている。

コイル部２は、中心コア２０と、永久磁石２１と、２次スプール２２と、２次コイル２３と、１次スプール２４と、１次コイル２５と、チューブ２６と、外周コア２７とを備えている。

中心コア２０は第１中心コア２０ａと第２中心コア２０ｂとから構成されている。第１中心コア２０ａと第２中心コア２０ｂは、幅の異なる複数の短冊状のけい素鋼板を径方向に積層して形成される略円柱体である。この第１中心コア２０ａと第２中心コア２０ｂの軸方向長さは同じ値に、また、外径はともに８ｍｍに設定されている。

永久磁石２１は希土類磁石からなる円柱体であり、その両軸端面は着磁されている。この永久磁石２１の軸方向長さは０．５ｍｍに、また、外径は中心コア２０の外径と同じ８ｍｍに設定されている。そして、この永久磁石２１は、その両軸端面を、第１中心コア２０ａの軸端面と第２中心コア２０ｂの軸端面とで挟持されている。つまり、永久磁石２１は、中心コア２０の軸端面から中心コア２０の軸方向長さの５０％の位置に配設されている。ここで、永久磁石２１は、１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設されている。

２次スプール２２は、筒部と、筒部の軸端部から径方向内側に延在する底部とを有する樹脂からなる有底円筒体である。そして、２次スプール２２の筒部で囲まれた空間に、永久磁石２１を挟持した中心コア２０が配設されている。さらに、２次スプール２２と中心コア２０との間には、２次スプール２２を中心コア２０と絶縁するための絶縁部材２８ａが配設されている。２次コイル２３は２次スプール２２の外周面に巻回される巻線である。

１次スプール２４は樹脂からなる有底円筒体であり、２次コイル２３の外周側に同心状に配設されている。そして、１次スプール２４と２次コイル２３との間には、１次スプール２４を２次コイル２３と絶縁するための絶縁部材２８ｂが配設されている。１次コイル２５は１次スプール２４の外周面に巻回される巻線であり、その巻数は２２０ターン〜３００ターンの範囲内に設定されている。

チューブ２６は、樹脂からなる円筒体であり、１次コイル２５の外周側に同心状に配設されている。このチューブ２６は１次コイル２５を保護するとともに後述する外周コアと絶縁している。外周コア２７は、けい素鋼板を筒状に巻回して形成される円筒体であり、チューブ２６で表面を保護された１次コイル２５の外周側に同心状に配設されている。

コネクタ部３は、コイル部２の図中において上方に配設され、コネクタ３０と、イグナイタ３１と、コネクタケース３２とを備えている。コネクタ３０は、ＥＣＵ（図略）からの点火タイミング信号を後述するイグナイタ３１へ供給する電子部材である。イグナイタ３１は、コネクタ３０及び１次コイル２５と電気的に接続され、コネクタ３０を介して入力される点火タイミング信号に基づいて、１次コイル２５に供給する１次電流を制御するための電子回路である。コネクタケース３２は、筒部と、筒部の内周面から径方向内側に延在する底部と、底部から軸方向に突出する円筒状のリブ３２ａとを有する有底円筒体であり、樹脂で構成されている。そして、コネクタケース３２の底部を挟んで一方にある筒部の内周面には、コイル部２が嵌合され圧入固定されている。このとき、コネクタケース３２のリブ３２ａは、中心コア２０と２次スプール２２との間に介挿され、その間にある隙間を確保している。コネクタケース３２の底部を挟んで他方にある筒部の内部には、イグナイタ３１が収納されエポキシ樹脂３３が充填されている。さらに、コネクタケース３２の外周面には径方向外側に向かってコネクタ３０が配設されている。

高圧タワー部４は、コイル部２の図中において下方に配設され、ターミナルプレート４０と、スプリング４１と、高圧タワーケース４２と、プラグキャップ４３とを備えている。ターミナルプレート４０は、金属からなるカップ状の部材であり、その内周面を２次スプール２２の軸端部の外周面に嵌合した状態で２次スプール２２に固定されている。また、ターミナルプレート４０は、２次コイル２３の高圧側出力端と電気的に接続されている。スプリング４１は金属からなる螺旋状の部材である。スプリング４１の一端はターミナルプレート４０と電気的に接続され、他端は点火プラグ（図略）に嵌装されている。高圧タワーケース４２は、樹脂からなる円筒体であり、１次スプール２４と一体的に形成されている。そして、高圧タワーケース４２の内部にはターミナルプレート４０とスプリング４１とが収納されている。プラグキャップ４３はゴム製の円筒体であり、高圧タワーケース４２の端部に嵌装されている。そして、プラグキャップ４３の内周面で点火プラグが支持されている。

ここで、図２に示すように、コネクタ部３側にある中心コア２０の軸端部と外周コア２７の軸端部とは、第１高磁気抵抗部材５ａによって結合されている。第１高磁気抵抗部材５ａは、中心コア２０の軸端部に隣接して配設される円筒状の空気層２９ａと、この空気層２９ａの外側に同心状に配設されている、コネクタケース３２のリブ３２ａと、２次スプール２２と、２次スプール２２と１次スプール２４との間にある空気層２９ｂと、１次スプール２４と、チューブ２６と、コネクタケース３２とから構成されている。このような磁性材以外の部材で構成される第１高磁気抵抗部材５ａは、当然磁性材より磁気抵抗が高い。また、図３に示すように、高圧タワー部４側にある中心コア２０の軸端部と外周コア２７の軸端部は、第２高磁気抵抗部材５ｂによって結合されている。第２高磁気抵抗部材５ｂは、中心コア２０の軸端部に隣接して配設される円筒状の空気層２９ｃと、この空気層２９ｃの外側に同心状に配設されている、２次スプール２２と、２次スプール２２と１次スプール２４との間にある空気層２９ｄと、１次スプール２４とから構成されている。この第２高磁気抵抗部材５ｂも第１高磁気抵抗部材５ａと同様に、当然磁性材より磁気抵抗が高い。

次に、具体的動作について説明する。ＥＣＵからの点火タイミング信号がコネクタ３０を介してイグナイタ３１へ入力される。イグナイタ３１はこの点火タイミング信号に基づいて１次コイル２５に１次電流を供給する。１次電流が流れることにより１次コイル２５は磁束を発生する。この磁束は、中心コア２０から第１高磁気抵抗部材５ａを介して外周コア２７へと流れ、さらに、外周コア２７から第２高磁気抵抗部材５ｂを介して中心コア２０へと流れる。このとき、１次コイル２５の発生する磁束の大きさは、第１高磁気抵抗部材５ａと第２高磁気抵抗部材５ｂにより抑えられる。さらに、この１次コイル２５の発生する磁束は、中心コア２０に配設された永久磁石２１の発生する磁束で逆バイアスされる。そのため、磁路を流れる磁束の大きさは、すべての磁路が磁性材で構成され、かつ、永久磁石２１がない場合に比べ小さくなる。この１次コイル２５の発生した磁束は２次コイル２３と鎖交する。しかし、１次コイル２５に蓄積されるエネルギーの磁束低減に起因する減少分は、１次コイル２５の巻数を増加することにより補われている。そのため、２次コイル２３には充分な高電圧が誘起される。ここで、２次コイル２３のコネクタ部３側にある一端は車体に接地されるため、ターミナルプレート４０と接続される他端は車体に対して負電圧、例えば、−３０ｋＶとなる。この高電圧はターミナルプレート４０からスプリング４１を介して点火プラグに印加される。これにより、点火プラグはその電極間のギャップで火花を発生する。

最後に、具体的効果について説明する。点火コイル１は、第１高磁気抵抗部材５ａと第２高磁気抵抗部材５ｂとで磁路の磁気抵抗を上げることができる。さらに、永久磁石２１で１次コイル２５の発生する磁束を逆バイアスすることができる。そのため、磁路の磁気抵抗の増加により、１次コイル２５の発生する磁束の大きさを小さくすることができる。さらに、この１次コイル２５の発生する磁束を永久磁石２１で逆バイアスすることにより、磁路を流れる磁束の大きさをより小さくすることができる。その結果、磁路を流れる磁束の大きさが充分に低減されるため、磁路の断面積を小さくしても磁気飽和が発生することはなく、点火コイル１を細径化することができる。なお、１次コイル２５の発生する磁束の低下分は巻数を増加することにより補われているが、それに伴う点火コイル１の外径の増加量は、磁路の断面積の低減による径の縮小量に比べ極わずかであり、点火コイル１の細径化に影響を与えることはない。

また、点火コイル１は、永久磁石２１を中心コア２０の軸方向中央に配設しているので、軸端部付近に配設する場合に比べ永久磁石２１の漏れ磁束が抑えられ、効率よく逆バイアスを印加することができる。そのため、磁路を流れる磁束の大きさが確実に小さくなり、点火コイル１をより細径化することができる。

さらに、点火コイル１は、永久磁石２１の軸方向長さを０．５ｍｍとしているので、車載用として要求される強度が充分確保できるとともに、永久磁石２１の使用量も抑えられ、効率よく逆バイアスを印加することができる。そのため、磁路を流れる磁束の大きさがより小さくなり、点火コイル１をさらに細径化することができる。また、永久磁石２１の使用量が抑えられ、細径化された点火コイル１を安価に構成することができる。

なお、上述した第１実施形態では、永久磁石２１が、第１中心コア２０ａと第２中心コア２０ｂの軸端面に挟持されている例を挙げているが、これに限られるものではない。複数の永久磁石が、複数に分割された中心コアによって挟持されていてもよい。

また、上述した第１実施形態では、永久磁石２１が中心コア２０の軸方向中央に配設されている例を挙げているが、これに限られるものではない。永久磁石２１が、中心コア２０の軸端面から、中心コア２０の軸方向長さの２０％以上８０％以下の範囲に配設されていれば永久磁石２１の漏れ磁束を充分抑えることができる。

さらに、上述した第１実施形態では、永久磁石２１の軸方向長さ、つまり、磁極方向の厚さが０．５ｍｍである例を上げているが、これに限られるものではない。その厚さが０．５ｍｍ以上あればさらに強度を増すことができるが、逆バイアスのための磁束量と永久磁石２１のコストを考えた場合、その厚さは０．３５ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲内に設定するのがよい。

上述した第１実施形態では、第１高磁気抵抗部材５ａが、空気層２９ａと、リブ３２ａと、２次スプール２２と、空気層２９ｂと、１次スプール２４と、チューブ２６と、コネクタケース３２とから構成され、第２高磁気抵抗部材５ｂが、空気層２９ｃと、２次スプール２２と、空気層２９ｄと、１次スプール２４とから構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、空気層２９ａが、軸方向の熱応力を低減するとともに、中心コア２０の磁気特性の低下を防止するためのスポンジであってもよい。さらに、空気層２９ｂ〜２９ｄが、中心コア２０、２次スプール２２及び１次スプール２４を互いに固定するために充填されたエポキシ樹脂であってもよい。このような磁性材以外の部材によっても、磁性材より磁気抵抗の高い第１高磁気抵抗部材５ａ及び第２高磁気抵抗部材５ｂを構成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態における点火コイルの軸方向断面図を図４に、永久磁石による中心コアの軸方向の磁束密度を図５に示す。ここでは、第１実施形態における点火コイルとの相違部分であるコイル部についてのみ説明し、共通する部分については、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、図４を参照して具体的構造について説明する。図４に示すように、コイル部２は、中心コア２０と、永久磁石２１と、２次スプール２２と、２次コイル２３と、１次スプール２４と、１次コイル２５と、チューブ２６と、外周コア２７とを備えている。

中心コア２０は、第１中心コア２０ａと、第２中心コア２０ｂとから構成されている。第１中心コア２０ａ及び第２中心コア２０ｂは、幅の異なる複数の短冊状のけい素鋼板を径方向に積層して形成される略円柱体である。第１中心コア２０ａ及び第２中心コア２０ｂの軸方向長さは、例えば、８０ｍｍに設定されている。また、外径は、例えば、ともに８ｍｍに設定されている。

永久磁石２１は、中央磁石２１ａと、第１軸端部磁石２１ｂと、第２軸端部磁石２１ｃとから構成されている。中央磁石２１ａ、第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃは、円柱状の希土類磁石であり、それぞれの両軸端面が着磁されている。中央磁石２１ａの軸方向長さは、例えば、０．５ｍｍに、また、外径は中心コア２０の外径と同じ８ｍｍに設定されている。第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃの軸方向長さは、中央磁石２１ａの軸方向長さより長い、例えば、５．４ｍｍに、また、外径は中心コア２０の外径と同じ８ｍｍに設定されている。

そして、中央磁石２１ａは、磁極面である両軸端面を第１中心コア２０ａの一方の軸端面と第２中心コア２０ｂの一方の軸端面とで挟持されている。第１軸端部磁石２１ｂは、一方の軸端面を第１中心コア２０ａの他方の軸端面に隣接して配設されている。第２軸端部磁石２１ｃは、一方の軸端面を第２中心コア２０ｂの他方の軸端面に隣接して配設されている。ここで、中央磁石２１ａ、第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃは、１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設されている。そのため、図５に示すように、中心コア２０は、中央磁石２１ａ、第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃによって、軸方向にほぼ均一な磁束で大きく逆バイアスされる。

２次スプール２２は、筒部と、筒部の軸端部から径方向内側に延在する底部とを有する樹脂からなる有底円筒体である。そして、２次スプール２２の筒部で囲まれた空間に、中央磁石２１ａを挟持するとともに、両軸端部に第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃを隣接して配設した中心コア２０が収容されている。さらに、２次スプール２２と中心コア２０との間には、２次スプール２２を中心コア２０と絶縁するための絶縁部材２８ａが配設されている。２次コイル２３は２次スプール２２の外周面に巻回される巻線である。

１次スプール２４は樹脂からなる有底円筒体であり、２次コイル２３の外周側に同心状に配設されている。そして、１次スプール２４と２次コイル２３との間には、１次スプール２４を２次コイル２３と絶縁するための絶縁部材２８ｂが配設されている。１次コイル２５は１次スプール２４の外周面に巻回される巻線である。

チューブ２６は、樹脂からなる円筒体であり、１次コイル２５の外周側に同心状に配設されている。このチューブ２６は１次コイル２５を保護するとともに後述する外周コア２７と絶縁している。外周コア２７は、けい素鋼板を筒状に巻回して形成される円筒体であり、チューブ２６で表面を保護された１次コイル２５の外周側に同心状に配設されている。

次に、図４を参照して具体的動作について説明する。ＥＣＵからの点火タイミング信号がコネクタ３０を介してイグナイタ３１へ入力される。イグナイタ３１はこの点火タイミング信号に基づいて１次コイル２５に１次電流を供給する。１次電流が流れることにより１次コイル２５は磁束を発生する。

１次コイル２５の発生した磁束は、中心コア２０から第１軸端部磁石２１ｂを経て外周コア２７へと流れ、さらに、外周コア２７から第２軸端部磁石２１ｃを経て中心コア２０へと流れる。そのため、１次コイル２５の発生した磁束は、中心コア２０に配設された中央磁石２１ａ、第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃの発生する、軸方向にほぼ均一な磁束で大きく逆バイアスされる。これにより、中心コア２０を流れる磁束の大きさがより小さくなる。

１次コイル２５の発生した磁束は２次コイル２３と鎖交する。しかし、中心コア２０を流れる磁束が逆バイアスされるだけで、２次コイル２３に電圧を誘起する磁束の変化量が減少するわけではない。そのため、２次コイル２３には充分な高電圧が誘起される。ここで、２次コイル２３のコネクタ部３側にある一端は車体に接地されるため、ターミナルプレート４０と接続される他端は車体に対して負電圧、例えば、−３０ｋＶとなる。この高電圧はターミナルプレート４０からスプリング４１を介して点火プラグに印加される。これにより、点火プラグはその電極間のギャップで火花を発生する。

最後に、具体的効果について説明する。第２実施形態によれば、点火コイル１は、中央磁石２１ａ、第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃで、１次コイル２５の発生する磁束を、軸方向にほぼ均一な磁束で大きく逆バイアスすることができる。そのため、中心コア２０を流れる磁束の大きさをさらに小さくすることができる。その結果、中心コア２０を流れる磁束の大きさがさらに低減されるため、中心コア２０の断面積を小さくしても磁気飽和が発生することはなく、点火コイル１をより細径化することができる。

また、点火コイル１は、中央磁石２１ａの軸方向長さを０．５ｍｍとすることで、３０ｍＪの充分な２次エネルギーを確実に得ることができる。

さらに、点火コイル１は、第１中心コア２０ａ、第２中心コア２０ｂを８０ｍｍに設定することで、中央磁石２１ａと第１軸端部磁石２１ｂ、第２軸端部磁石２１ｃとの間隔を８０ｍｍにし、充分な逆バイアスを確保するとともに、点火コイル１の軸方向長さを短くすることができる。

なお、上述した第２実施形態では、中央磁石２１ａの軸方向長さが０．５ｍｍである例を挙げているが、これに限られるものではない。

ここで、点火コイルの１次電流と２次エネルギーの関係を図６に示す。図６に示すように、点火コイルの１次電流が実使用範囲より低い領域では、中央磁石の軸方向長さが長くなるほど中央磁石の磁気抵抗が増加し、点火コイルの２次エネルギーが低下する。そのため、点火コイルの１次電流の実使用範囲において、２次側に取出すことができる２次エネルギーの大きさは、中央磁石の軸方向長さによって変化する。

より具体的に、中央磁石の軸方向長さと点火コイルの２次エネルギーの関係を図７に示す。図７に示すように、点火に必要な２次エネルギーを２０ｍＪとすると、中央磁石の軸方向長さは０．２〜４．０ｍｍが望ましい。また、２次エネルギーを２５ｍＪとすると、中央磁石の軸方向長さは０．３５〜１．６ｍｍが望ましい。さらに、２次エネルギーを３０ｍＪとすると、中央磁石の軸方向長さは０．４〜０．７ｍｍが望ましい。

また、上述した第２実施形態では、第１中心コア２０ａ及び第２中心コア２０ｂの軸方向長さ、つまり、中央磁石２１ａと第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃの間の距離が８０ｍｍである例を挙げているが、これに限られるものではない。

ここで、磁石の軸端面（磁極面）からの距離と磁束密度の関係を図８に示す。図８に示すように、磁石の軸端面からの距離が４０ｍｍを超えると磁石の磁束はほぼ０（Ｔ）となり、磁石による逆バイアスの効果は期待できない。そのため、中央磁石２１ａの軸端面と第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃの軸端面との間の距離、つまり、隣合う磁石間の距離は、４０ｍｍの２倍、８０ｍｍ以下が望ましい。また、より大きな逆バイアスを必要とすると、隣合う磁石間の距離は、３０ｍｍの２倍、６０ｍｍ以下が望ましい。

さらに、上述した第２実施形態では、中心コア２０の両軸端部に第１軸端部磁石２１ｂ及び第２軸端部磁石２１ｃを配設した例を挙げているが、これに限られるものではない。中心コア２０の両軸端部のうち一方の軸端部にのみ磁石を配設してもよい。これだけでも、充分に逆バイアスを大きくすることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態における点火コイルの軸方向断面図を図９に示す。ここでは、第１及び第２実施形態における点火コイルとの相違部分であるコイル部についてのみ説明し、共通する部分については、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、図９を参照して具体的構造について説明する。図９に示すように、コイル部２は、中心コア２０と、永久磁石２１と、２次スプール２２と、２次コイル２３と、１次スプール２４と、１次コイル２５と、チューブ２６と、外周コア２７とを備えている。

中心コア２０は、第１中心コア２０ｃと、第２中心コア２０ｄと、第３中心コア２０ｅとから構成されている。第１中心コア２０ｃ、第２中心コア２０ｄ及び第３中心コア２０ｅは、幅の異なる複数の短冊状のけい素鋼板を径方向に積層して形成される略円柱体である。第１中心コア２０ｃ、第２中心コア２０ｄ及び第３中心コア２０ｅの軸方向長さは、例えば、６０ｍｍに設定されている。また、外径は、例えば、ともに４ｍｍに設定されている。

永久磁石２１は、第１中央磁石２１ｄと、第２中央磁石２１ｅと、第１軸端部磁石２１ｆと、第２軸端部磁石２１ｇとから構成されている。第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇは、円柱状の希土類磁石であり、それぞれの両軸端面が着磁されている。第１中央磁石２１ｄ及び第２中央磁石２１ｅの軸方向長さは、例えば、０．５ｍｍに、また、外径は中心コア２０の外径と同じ４ｍｍに設定されている。第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇの軸方向長さは、第１中央磁石２１ｄ及び第２中央磁石２１ｅの軸方向長さより長い、例えば、５．４ｍｍに、また、外径は中心コア２０の外径と同じ４ｍｍに設定されている。

そして、第１中央磁石２１ｄは、磁極面である両軸端面を第１中心コア２０ｃの一方の軸端面と第２中心コア２０ｄの一方の軸端面とで挟持されている。第２中央磁石２１ｅは、両軸端面を第２中心コア２０ｄの他方の軸端面と第３中心コア２０ｅの一方の軸端面とで挟持されている。第１軸端部磁石２１ｆは、一方の軸端面を第１中心コア２０ｃの他方の軸端面に隣接して配設されている。第２軸端部磁石２１ｇは、一方の軸端面を第３中心コア２０ｅの他方の軸端面に隣接して配設されている。ここで、第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇは、１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設されている。

２次スプール２２は、筒部と、筒部の軸端部から径方向内側に延在する底部とを有する樹脂からなる有底円筒体である。そして、２次スプール２２の筒部で囲まれた空間に、第１中央磁石２１ｄ及び第２中央磁石２１ｅを挟持するとともに、両軸端部に第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇを隣接して配設した中心コア２０が収容されている。さらに、２次スプール２２と中心コア２０との間には、２次スプール２２を中心コア２０と絶縁するための絶縁部材２８ａが配設されている。２次コイル２３は２次スプール２２の外周面に巻回される巻線である。

１次スプール２４は樹脂からなる有底円筒体であり、２次コイル２３の外周側に同心状に配設されている。そして、１次スプール２４と２次コイル２３との間には、１次スプール２４を２次コイル２３と絶縁するための絶縁部材２８ｂが配設されている。１次コイル２５は１次スプール２４の外周面に巻回される巻線である。

チューブ２６は、樹脂からなる円筒体であり、１次コイル２５の外周側に同心状に配設されている。このチューブ２６は１次コイル２５を保護するとともに後述する外周コア２７と絶縁している。外周コア２７は、けい素鋼板を筒状に巻回して形成される円筒体であり、チューブ２６で表面を保護された１次コイル２５の外周側に同心状に配設されている。

次に、図９を参照して具体的動作について説明する。１次コイル２５の発生した磁束は、中心コア２０から第１軸端部磁石２１ｂを経て外周コア２７へと流れ、さらに、外周コア２７から第２軸端部磁石を経て中心コア２０へと流れる。そのため、１次コイル２５の発生した磁束は、中心コア２０に配設された第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇの発生する、軸方向にほぼ均一な磁束で大きく逆バイアスされる。これにより、中心コア２０を流れる磁束の大きさがより小さくなる。

１次コイル２５の発生した磁束は２次コイル２３と鎖交する。しかし、中心コア２０を流れる磁束が逆バイアスされるだけで、２次コイル２３に電圧を誘起する磁束の変化量が減少するわけではない。そのため、２次コイル２３には充分な高電圧が誘起される。

ここで、中央磁石の個数が変化した場合の点火コイルの１次電流と２次エネルギーの関係を図１０に示す。図１０に示すように、点火コイルの１次電流が実使用範囲より低い領域では、中央磁石の個数が増えるほど中央磁石の磁気抵抗が増加し、点火コイルの２次エネルギーが低下する。そのため、点火コイルの１次電流の実使用範囲において、２次側に取出すことができる２次エネルギーの大きさは、中央磁石の個数によって変化する。中央磁石の個数は、最大でも本実施形態と同じく２個が望ましい。３個以上になると、点火コイルの１次電流の実使用範囲において、２次側に取出すことができる２次エネルギーが低下する。

最後に、具体的効果について説明する。第３実施形態によれば、点火コイル１は、第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇで、１次コイル２５の発生する磁束を、逆バイアスすることができる。第２実施形態に比べ、中心コア２０の中央部に配設される磁石の数が多いため、軸方向により均一な磁束で大きく逆バイアスすることができる。その結果、中心コア２０を流れる磁束の大きさがさらに低減されるため、中心コア２０の断面積を小さくしても磁気飽和が発生することはなく、点火コイル１をさらに細径化することができる。

また、点火コイル１は、第１中心コア２０ｃ、第２中心コア２０ｄ及び第３中心コア２０ｅを６０ｍｍに設定することで、第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｆ、第２軸端部磁石２１ｇ相互間の間隔を６０ｍｍにし、充分な逆バイアスを確保するとともに、点火コイル１の軸方向長さを短くすることができる。

なお、上述した第３実施形態では、第１中心コア２０ｃ、第２中心コア２０ｄ及び第３中心コア２０ｅの軸方向長さ、つまり、第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇの間の距離が６０ｍｍである例を挙げているが、これに限られるものではない。前述したように、隣合う磁石間の距離は、８０ｍｍ以下が望ましい。また、より大きな逆バイアスを必要とすると、隣合う磁石間の距離は、６０ｍｍ以下が望ましい。

また、上述した第３実施形態では、中心コア２０の両軸端部に第１軸端部磁石２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｇを配設した例を挙げているが、これに限られるものではない。中心コア２０の両軸端部のうち一方の軸端部にのみ磁石を配設してもよい。これだけでも、充分に逆バイアスを大きくすることができる。

なお、前述した第１、第２及び第３実施形態では、永久磁石２１、中央磁石２１ａ、第１中央磁石２１ｄ及び第２中央磁石２１ｅとして、円柱状の磁石を用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。これらを円筒状の磁石で構成してもよい。これにより、これらの磁石による磁気抵抗が低減し、２次エネルギーを増加することができる。また、中心コア２０の軸方向長さを短くすることができる。

ここで、第２実施形態において、円筒状の磁石を用いた構成の中心コアと中央磁石の軸方向断面図及びＡ−Ａ矢視断面図を図１１に、別の構成の中心コアと中央磁石の軸方向断面図及びＢ−Ｂ矢視断面図を図１２に、さらに別の構成の中心コアと中央磁石の軸方向断面図を図１３に示す。例えば、図１１に示すように、両軸端面が着磁された円筒状の中央磁石２１ａを中心コア２０に挿入してもよい。また、図１２に示すように、両軸端面が着磁された円弧状の複数の磁石からなる中央磁石２１ａを中心コア２０の外周面に設けられた凹部に配設してもよい。中央磁石２１ａは、ゴム等の柔軟性のある材料からなる磁石を円筒状に形成して構成してもよい。さらに、中央磁石２１ａの組付け性をよくするため、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、中心コア２０の凹部のところで中心コア２０を２分割してもよいし、図１３（ｃ）に示すように、３分割してもよい。ここで、円筒状の中央磁石２１ａの軸方向長さは、配設される中心コア２０の外径以上、また、径方向の厚さは、配設される中心コア２０の外径の１／３以上が望ましい。これらの構成は、第２実施形態だけでなく、第１及び第３実施形態においても適用できる。

また、前述した第１、第２及び第３実施形態では、永久磁石２１、中央磁石２１ａ、第１中央磁石２１ｄ、第２中央磁石２１ｅ、第１軸端部磁石２１ｂ、２１ｆ及び第２軸端部磁石２１ｃ、２１ｇとして、円柱状の単体磁石を用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、複数の磁石片を積層して１つの磁石を形成してもよい。

さらに、前述した第１、第２及び第３実施形態では、略円柱体の中心コア２０の外径が４ｍｍ又は８ｍｍである例を挙げているが、これに限られるものではない。中心コアの外径は４ｍｍ以上８ｍｍ以下が望ましい。また、これに対応する断面積を有する中心コアであってもよい。例えば、中心コアは、幅の異なる複数の短冊状のけい素鋼板を、断面形状が略楕円形、略長方形又は略菱形等で、その断面積が１２．５６ｍｍ²以上５０．２４ｍｍ²以下になるように積層して形成してもよい。

第１実施形態における点火コイルの軸方向断面図を示す。 図１における中心コアの一方の軸端部付近の部分断面図を示す。 図１における中心コアの他方の軸端部付近の部分断面図を示す。 第２実施形態における点火コイルの軸方向断面図を示す。 永久磁石による中心コアの軸方向の磁束密度を示す。 中央磁石の軸方向長さが変化した場合の点火コイルの１次電流と２次エネルギーの関係を示す。 中央磁石の軸方向長さと点火コイルの２次エネルギーの関係を示す。 磁石の軸端面からの距離と磁束密度の関係を示す。 第３実施形態における点火コイルの軸方向断面図を示す。 中央磁石の個数が変化した場合の点火コイルの１次電流と２次エネルギーの関係を示す。 第２実施形態において、円筒状の磁石を用いた構成の中心コアと中央磁石の軸方向断面図及びＡ−Ａ矢視図を示す。 別の構成の中心コアと中央磁石の軸方向断面図及びＢ−Ｂ矢視図を示す。 さらに別の構成の中心コアと中央磁石の軸方向断面図を示す。

符号の説明

１ ・・・ 点火コイル
２ ・・・ コイル部
２０ ・・・ 中心コア
２０ａ ・・・ 第１中心コア
２０ｂ ・・・ 第２中心コア
２１ ・・・ 永久磁石
２１ａ ・・・ 中央磁石
２１ｄ ・・・ 第１中央磁石
２１ｅ ・・・ 第２中央磁石
２１ｂ、２１ｆ ・・・ 第１軸端部磁石
２１ｃ、２１ｇ ・・・ 第２軸端部磁石
２２ ・・・ ２次スプール
２３ ・・・ ２次コイル
２４ ・・・ １次スプール
２５ ・・・ １次コイル
２６ ・・・ チューブ
２７ ・・・ 外周コア
２８ａ、２８ｂ ・・・ 絶縁部材
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ ・・・ 空気層
３ ・・・ コネクタ部
３２ ・・・ コネクタケース
３２ａ ・・・ リブ
４ ・・・ 高圧タワー部
５ａ ・・・ 第１高磁気抵抗部材
５ｂ ・・・ 第２高磁気抵抗部材

Claims (8)

1. 磁性材からなり磁路を構成する中心コアと、前記中心コアの外周側に同心状に巻回される１次コイルと、前記 次コイルに対して同心状に巻回される２次コイルと、前記１次コイル及び前記２次コイルの外周側に同心状に配設され磁性材からなり磁路を構成する外周コアとを備えた点火コイルにおいて、
   さらに、前記中心コアの軸端部と前記外周コアの軸端部との間に配設され前記磁性材のいずれよりも磁気抵抗の高い高磁気抵抗部材と、前記中心コアの軸端面から前記中心コアの軸方向長さの２０％以上８０％以下の範囲に前記１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設される少なくとも１つ以上の永久磁石とを有することを特徴とする点火コイル。
2. 前記永久磁石は、磁極方向の厚さが０．３５ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の点火コイル。
3. 磁性材からなり磁路を構成する中心コアと、前記中心コアの外周側に同心状に巻回される１次コイルと、前記１次コイルに対して同心状に巻回される２次コイルと、前記１次コイル及び前記２次コイルの外周側に同心状に配設され磁性材からなり磁路を構成する外周コアとを備えた点火コイルにおいて、
   さらに、前記中心コアの両軸端部の少なくともいずれかに前記１次コイルの発生する磁束と逆方向の磁束を発生するように配設される軸端部磁石と、前記中心コアの両軸端部の間に前記１次コイルの発生する磁束と逆方向に磁束を発生するように配設される少なくとも１つ以上の中央磁石とを有することを特徴とする点火コイル。
4. 前記中央磁石は、磁極方向の厚さが０．２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の点火コイル。
5. 前記中央磁石は、配設される個数が２つ以下であることを特徴とする請求項３又は４記載の点火コイル。
6. 前記軸端部磁石及び前記中央磁石は、互いに８０ｍｍ以下の間隔をあけて配設されていることを特徴とする請求項３乃至５記載の点火コイル。
7. 前記中心コアは、外径が４ｍｍ以上８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６記載の点火コイル。
8. 前記中心コアは、軸方向に少なくとも２つ以上に分割されていることを特徴とする請求項１乃至７記載の点火コイル。

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