JP2007529887A - 内燃機関用の点火電圧を発生するための変圧装置 - Google Patents

Abstract

１次巻線（１２）と、２次巻線（２６）と、強磁性コア（２８）と、強磁性コア（２８）の端部（３８）に対向し、２次巻線（２６）と結合され、また火花区間と結合可能である電極（３２）と、を有する内燃機関用の点火電圧を発生するための変圧装置が開示される。強磁性コアの前述の端部（３８）は、外面と前面との間に連続的に湾曲した移行部を有する。

Description

本発明は、内燃機関用の点火電圧を発生するための請求項１の前提部分による変圧装置に関する。このような変圧装置は、１次電圧を印加可能な１次巻線と、２次電圧が誘導可能な２次巻線と、１次巻線及び２次巻線に配置される強磁性コアと、強磁性コアの端部に対向し、２次巻線と結合され、また火花区間と結合可能である電極とを有する。

このような変圧装置は、例えばＤＥ１０１４３０５５Ａ１から公知である。そこに記載された変圧装置では、１次及び２次巻線、強磁性コア及び電極は、ハウジング内に格納され、シーリング材料が注入される。ハウジングは一方の端部で開口し、エンジンブロックにねじ込まれる点火プラグに直接差し込むことができる。これによって、コンパクトな配置が得られ、この場合、点火電圧が必要とされるまさにその場所で、すなわち、点火プラグのすぐ近くで点火電圧が発生される。このことは、火花区間への高圧導線、及びこれと関連するＥＭＶ（電磁適合性）の問題が避けられる利点を有する。別の従来技術が、特許明細書、ＵＳ６５２２２３２Ｂ２、ＥＰ１２８４４８８Ａ２、ＥＰ０８２７１６３Ａ２、ＤＥ１０１０２３４２Ａ１、ＵＳ６１９１６７４Ｂ１、ＧＢ７２５７２２及びＵＳ２１０７９７３に開示されている。

このような変圧装置はエンジンブロックに配置されるので、典型的にシリンダヘッド内の窪部において、変圧装置は、必然的に小さくかつコンパクトに設計されなければならない。このような変圧装置のコンパクトさは、ますます重要性を増しているが、この理由は、車両用、特に乗用車用及びモータスポーツ分野の内燃機関が、それらの出力に対し、常により小さく構成されているからである。同様に、狭い空間における高い２次電圧の発生により、変圧装置の内部に避けられない強すぎる電場が生じる。異なる電位を有する構成要素の間に電気絶縁破壊が生じないように、これらの構成要素は、作用的に互いに絶縁されなければならない。

実際に、変圧装置の内部の絶縁材料が比較的急速に老化する問題が生じる。老化の用語の意味は、１９５３年の電気操作手段の絶縁システムの判定及び識別表示に関するＩＥＣ基準（ＩＥＣ５０５）によれば、「絶縁システムの運転能力の不可逆の有害な変化」と理解される。

本発明の課題は、絶縁材料の老化が遅らされる変圧装置を提供することである。

この課題は、本発明の第１の態様に従って、以下に詳細に説明するように、請求項１の特徴によって解決される。有利な発展形態が、従属請求項に示されている。

本発明者は、実験による調査で、絶縁材料の老化の主な原因として、部分的に顕微鏡的な小さなボイドにおける部分放電現象を確認した。絶縁材料のこのようなボイドは、冒頭に述べた種類の変圧装置では、異なる原因から生じる可能性がある。シーリング材料では、不完全にガス抜きされた鋳造樹脂を使用した場合、又は化学的副反応によって、ボイド、いわゆる引け巣が生じる可能性がある。さらに、異なる絶縁材料の間の境界面に、熱機械的負荷によってギャップが生じる可能性がある。最後に、より大きな電気負荷では、いわゆる「電気トリー」によって、電場方向に対して平行に長く延在し、分岐したボイドが生じる可能性がある。

ボイドにおける部分放電プロセスの理論は、例えば、カトリン エンゲル（Ｋａｔｒｉｎ Ｅｎｇｅｌ）、ドルトムント大学（１９９８年）の論文「ギャップ形状の絶縁材料の欠陥部における部分放電の判定」に、詳細に説明されかつ述べられている。ボイドにおける部分放電に特徴的なことは、絶縁材料と交換作用するガス放電プロセスである。この場合、電荷キャリヤの衝撃及び紫外線が同時に発生するガス放電プロセスは、化学分解及び侵食によって絶縁材料の表面を変化させ、最終的に、絶縁材料の老化をもたらす。部分放電は、存在する電場の強さが閾値、いわゆるチャージ場の強さを越える限り、いわゆるスタート電子の存在によって点火される。

本発明の根拠は、電極と、それと対向する強磁性コアの端部との間に、２次電圧によって形成される電場が、至る所で部分放電用のチャージ場の強さ未満である場合、部分放電、したがって絶縁材料の老化を抑制できることである。このことは、本発明によれば、電極に対向する強磁性コアの端部が、外面と前面との間に連続的に湾曲した移行部を有することによって達成される。

この解決方法の第１の特徴によれば、公知の強磁性コアで一般的であるような外面と前面との間の縁部が回避され、したがって、縁部領域の電荷キャリヤ密度の増大に帰せられるこのような縁部領域における場の強さの局所的増大が同様に回避される。これによって、強磁性コアの端部領域における部分放電の発生の確立が、実際に明らかに低減され、絶縁材料の老化が相当遅らされる。

好ましくは、さらに、電極は、コアに対向する電極の側面が凹状に形成される。このことにより、実施形態を参照して以下に詳細に説明するように、強磁性コアと電極との間の電場のひずみ補正及び均質化、したがって、同様に局所的な場の強さの低減がもたらされる。

両方の特徴の各々は、電極と強磁性コアとの間の電場の強さを低減するために適切であることが強調される。すなわち、両方の特徴は、それ自体それぞれ、課題の解決方法を可能にする。しかし、特に優れた結果は、両方の特徴の組み合わせによって得られる。

主な請求項の特徴部分に記載された外面と前面との間に連続的な移行部を有する強磁性コアの端部は、円筒状（円柱状、zylindrischer）又は角状の磁石コアが、電極に対向するその端部で丸くされることによって得ることができる。磁石コアの端部をこのように丸くすることは、従来技術では一般的でないが、この理由は、コアが、渦電流を回避するために、互いに電気的に絶縁された層から構成され、この絶縁層は、コアの端部を加工する際に旋盤又は研削によって引き裂かれるであろうからである。その限りでは、強磁性コアの本発明によるこの形態に対し、技術的偏見が存在する。しかし、発明者は、層の分離なしに強磁性コアの端部の加工が可能であるように、強磁性コアの層を互いに確実に結合することに成功している。

有利な発展形態において、強磁性コアの端部は永久磁石によって形成される。この場合、外面と前面との間の上述の連続的に湾曲した移行部は、強磁性コアの電極の対向側における少なくとも永久磁石の適切な丸み付けによって達成される。このように丸くした永久磁石は、同様に一般的でないが、この理由は、永久磁石が焼結工程でビレット成形型で通常製造され、次に、錠剤形状に砕かれるからである。

好ましくは、電極に対向する強磁性コアの前面は凸状である。この場合、凸状の前面の曲率は、強磁性コアの中心軸からの間隔の増大と共に増加することが好ましい。したがって、中心軸の領域、すなわち、最も長く電極の方向に突出する領域の凸状の前面の曲率は最も小さく、これによって、より大きな曲率の領域に対する平面放電密度が低減され、したがって、この領域の電場の強さも同様に低減される。

有利な発展形態において、電極はカップ形状の部分を有し、その開口部は強磁性コアに対向している。カップ形状によって、電極と強磁性コアとの間の電場は、一方で、より大きな空間領域に分布され、したがって、ある程度ひずみ補正され、これによって場の強さが低減され、他方で、場の強さが空間的に均質化され、これによって、場の強さの局所的増大の発生が避けられる。電極のカップ形状の部分のこの作用について、実施例を参照して以下に詳細に説明する。

カップ形状の部分と強磁性コアとの間の場の可能な限り均質な形成のため、カップ形状の部分の内面が、この部分に対向する強磁性コアの端部表面に対し平行である配置が理想的であろう。有利な発展形態において、カップ形状の部分が、強磁性コアの中心軸に対し横方向に（横切るよう、quere）配置される底部部分を有し、かつ底部部分と強磁性要素の前面との間に存在する空間を囲む壁部を有する限り、この理想的な配置に近づき、この場合、強磁性コアに対向する壁部の表面の部分の各点と、強磁性コアとの間の間隔は、底部部分と、強磁性コアの前面と中心軸との交点との間の間隔の０．５〜２．５倍、好ましくは０．７５〜１．８倍である。この配置によって、部分放電の回避に作用的に貢献する実用目的に十分な均質な場が発生される。

好ましくは、変圧装置は、２次巻線が配置され、かつ一方の端部でカップ形状の部分で閉じられるスリーブ形状の２次巻線担体を有する。

公知の変圧装置では、変圧装置の構成要素の間の中間空間は、合成樹脂と充填材料とを含む電気絶縁するシーリング材料で充填される。この場合、充填材料は、特に、シーリング材料の熱膨張係数を構成要素の熱膨張係数に、例えば電極の金属の膨張係数に適応させる機能を有する。

絶縁材料、すなわちこの場合、シーリング材料における部分放電の発生の確率は、本発明の第２の態様に従って、充填材料の誘電率が、合成樹脂の誘電率の０．５倍〜１．５倍、好ましくは０．８倍〜１．２５倍、特に好ましくは０．９倍〜１．２倍であることによって、本質的に低減される。

本発明者は、シーリング材料内の充填材料の空間的分布は、必ずしも又は至る所で均質ではないことを確認した。例えば、２次巻線の表面に、充填材料の濃度の上昇が生じることがあり、一方、２次巻線のターンの間には、純粋な合成樹脂のみが存在するが、これは、充填材料の粒子が中間空間に侵入できるには、２次巻線のターンの間の中間空間が小さすぎるからである。この例の場合、２次巻線は、ある程度充填材料用のフィルタとして作用する。

従来のシーリング材料では、充填材料の誘電率は、合成樹脂の誘電率とは著しく異なるので、充填材料の濃度の空間的変動は、シーリング材料の誘電率の空間的変動をもたらす。さらに、誘電率の空間的変動は、電場の強さが電場が貫通する誘電体の誘電率と反比例するので、シーリング材料を貫通する電場内の空間的変動をもたらす。

電場の強さの空間的変動は、絶縁材料、すなわちシーリング材料の老化挙動に負に３倍で作用する。第一に、この空間的変動は、電場の強さの局所的上昇をもたらし、ボイドにおける部分放電をもたらす可能性がある。第二に、誘電率の急激な変更のため、場の強さが同様に急激に変化する箇所に、機械的な力が生じる。この力は、変圧装置の運転中に連続的に印加されるので、長期的観点で、材料に負荷を及ぼし、材料の結合が次第に弱められ、これによってギャップが現れる可能性があり、次に再び部分放電がギャップに生じる可能性がある。

第三に、本発明者は、実験による調査で、充填材料の不均質な分布に基づく電場の強さの空間的変動が、ボイドの生成を生じるのみならず、さらに、既存のボイドの成長又は絶縁材料内の不良個所を実際に相当加速することを確認した。上に既に説明したように、絶縁材料は、ボイドにおける部分放電によって侵食される。この侵食は、例えば「電気トリー」として知られているボイドの成長をもたらす。この成長は、部分放電がボイドに頻繁に生じると、それだけ速く行われる。電場の強さが不均質な充填材料の分布のため空間的に著しく変動する場合、場の強さの局所的増大が生じ、これが、部分放電を点火させる可能性があり、ボイドの成長が加速される。

ここに述べた例では、難しいことに、充填材料の空間的分布が、統計的性格であり、したがって、不均質のみならず、顕微鏡的にも無秩序でもある事情が付け加えられる。充填材料の濃度分布の無秩序又は無限定性は、局所的に高すぎる電場の強さの無秩序な分布をもたらし、このことが、伝播するボイドの異なる部分における部分放電を再びもたらし、異なる方向の空洞の成長を可能にする。局所的に増大した場の強さの無秩序な分布によって、例えば、画定された境界面に沿って２つの異なる誘電体の間に発生する電場の突出の場合よりも、部分放電によるボイドの成長にとってはるかにより多くの可能性が生じる。したがって、ボイドは、無秩序な場の突出のため、より容易にかつより速く伝播することができる。

要約すると、発明者は、充填材料の濃度の空間的変動が、絶縁材料の不良個所の発生、既存の不良個所における部分放電の発生、及び不良個所の成長の加速の原因であり、したがって、絶縁材料の老化を加速することを確認した。

老化の加速のこの原因は、上述の方法で、充填材料および合成樹脂の比誘電率の補正によって、効果的に阻止することができる。すなわち、充填材料及び合成樹脂の比誘電率が、記載した程度でのみ互いに異なる場合、全体としてのシーリング材料の比誘電率は、充填材料が合成樹脂に均質に分布されていない場合でもほぼ均質である。したがって、充填材料の不均質な分布の場合でも、シーリング材料における部分放電が回避され、かつ不良個所の生成及び成長が抑制され、シーリング材料の老化が効率的に遅らされる。

すなわち、本発明の第２の態様による充填材料及び合成樹脂の比誘電率の記載した補正は、本発明の第１の態様による請求項１の特徴のように、同一の課題の解決に寄与する。しかし、第２の態様も第１の態様と無関係に実現することができることが強調される。

その中間空間がシーリング材料で充填される上述の構成要素には、次の部分、すなわち、１次巻線担体、２次巻線担体、２次巻線と結合されかつ火花区間と結合可能である電極、強磁性コア及び／又は金属製ハウジングの、１つ又は複数を含むことができる。

上述の構成要素がプラスチックから構成される限り、有利な発展形態のプラスチックの比誘電率は、シーリング材料の誘電率の０．５倍〜１．５倍、好ましくは０．８倍〜１．２５倍、特に好ましくは０．９倍〜１．２倍である。これによって、シーリング材料と構成要素との間の境界層における比誘電率の過度の飛躍は、上述の負の結果と共に回避される。

有利な発展形態において、合成樹脂はエポキシ樹脂であり、充填材料は石英である。

本発明の別の態様は、変圧装置の電磁適合性に関する。本発明者は、シミュレーション及び実験によるＥＭＶテストで、点火火花が電磁妨害の最も重大な源であることを確認した。

本発明の第３の態様によれば、１次巻線と２次巻線との間に、接地電位と結合される導電層が配置される。これによって、２次巻線と１次巻線との間の容量結合により点火火花によってもたらされる妨害が、１次巻線によって結合された車両の車載回路に伝送されることが防止される。これによって、車載回路と結合される電子制御装置の障害を効果的に回避できる。

変圧装置の場合における１次巻線と２次巻線との間の接地電位と結合された導電層の使用が、同様に変圧装置の上述の特徴と無関係に可能かつ有利であることが強調される。この特徴は、それ自体でも、従来技術に対する重要かつ有利な貢献である。

導電層は、１次巻線に直接隣接して配置されることが好ましい。この結果、導電層は、２次巻線から最大限離れて位置する。これによって、導電層と２次巻線との間の電場の強さを小さく保持することができる。

導電層は、フォイルによって形成できるか、あるいは坦体材料に適用、特に蒸着又は印刷することができる。

好ましくは、２次巻線は、少なくとも部分的に１次巻線の内部に配置される。２次巻線が内側にまた１次巻線が外側に位置するこの配置により、変圧装置が同一の直径である場合、通常の逆の配置と比較して、変圧装置の内部の低減された電場の強さがもたらされ、部分放電の回避に寄与する。

変圧装置は、１次巻線が配置されるスリーブ状の１次巻線担体を有することが好ましい。特に好ましい実施形態において、上述の導電層は、１次巻線担体の外周面に配置される。次に、１次巻線担体は、導電層を２次巻線から離間させて、２次巻線から絶縁するように機能する。好ましくは、上述の２次巻線担体は、１次巻線担体の内部に配置され、１次巻線担体と２次巻線担体との間の中間空間は、シーリング材料で充填される。

別の実施形態において、１次巻線のターンは、導電性の層を形成する導電性のバックラック又は導電性の接着剤によって結合することができる。この場合、１次巻線担体は必要とされない。

別の長所及び特徴は、次の説明から得られ、ここで、添付図面に関連して実施例を参照して本発明について説明する。

本発明によれば、変圧装置の絶縁材料の老化を遅らせることができるという優れた効果を発揮するものである。

図１には、分解状態の１次巻線担体１０及び１次巻線１２の縦断面図が示されており、図２には、組み立てた状態の１次巻線担体１０及び１次巻線１２の縦断面図が示されている。１次巻線担体１０は、絶縁プラスチックから構成され、またほぼ円筒状の空洞部１４を有するスリーブ状の形状を有する。空洞部１４の端部には、開口部１６があり、その直径は空洞部１４の直径よりも小さい。

１次巻線担体１０の周囲面は導電層１８で被覆され、この導電層はフォイル（箔、Folie）によって形成されるか、あるいは１次巻線担体１０に蒸着されるか又は印刷される。導電層１８は、完全に組み立てられた変圧装置の場合、接地電位と結合される（図１５参照）。１次巻線１２は、１次電圧を印加するための２つの接続部２０と２２を有する。図３には、組み立てた状態の１次巻線担体１０及び１次巻線１２の斜視図が示されている。

図４には、２次巻線担体２４、２次巻線２６、強磁性コア２８、導電ピン３０及び電極３２の分解状態の縦断面図が示されている。

２次巻線担体２４は、図１〜図３の１次巻線担体１０と同様に、絶縁プラスチックから構成され、円筒状の空洞部３４を有するスリーブ形状である。強磁性コア２８は、多数の互いに電気的に絶縁された薄板から構成される円筒状（円柱状、zylindrischen）の軟鉄棒３６と、軟鉄棒３６の端部に配置される永久磁石３８とから構成される。永久磁石３８は、１次電圧の印加の際に１次巻線１２の接続部２０、２２に発生される磁場の極性で、軟鉄棒３６を磁化する。

１次巻線１２の接続部２０、２２に１次電圧を印加することによって、それに従って、軟鉄棒３６は永久磁石３８の分極と反対に磁化される。点火電圧を発生するために、１次電圧が中断されると、軟鉄コアは、その初期磁化を取り、点火に必要とされる２次電圧が２次巻線２６内で誘導される。永久磁石による予備磁化によって、磁場に蓄積されたエネルギが高められ、これにより、火花区間にわたる電荷流の上昇が可能である。

電極３２は、底部部分４２及び壁部４４を有するカップ形状の部分４０と、ねじ部４６とを有する。ねじ部４６を介して、ここに示していない方法で、点火プラグとの電気結合を形成することができる。

図５には、組み立てた状態の図４の構成要素の縦断面図が示されている。強磁性コア２８は、２次巻線担体２４の空洞部３４に配置される。２次巻線担体２４の端部は、電極３２のカップ形状の部分４０で閉じられる。強磁性コア２８を２次巻線担体２４の空洞部３４に差し込んだ後、空洞部３４に絶縁シーリング材料４８が注ぎ出されて鋳込まれる（注入される、ausgegossen）。空洞部３４の鋳込みの際に、電極３２のカップ形状の部分４４の領域に空気が閉じこめられないように、カップ形状の部分４４及び２次巻線体２４の両方に、空気出口開口部４７又は４９（図４参照）が形成され、この開口部を通して鋳込みの際に空気が逃げることができる。

導電ピン３０は、２次巻線２６の端部と導電結合され、接地電位との結合のために使用される。２次巻線２６の他方の端部は、電極３２と結合される。図６は、図５の組み立てられた構成要素の斜視図である。

図７は、２次巻線２６を含む２次巻線担体２４及び電極３２が、１次巻線担体１０（図１と図２参照）の空洞部１４に配置される縦断面図である。この場合、電極３２のねじ部４６は、１次巻線担体１０の開口部１６（図１参照）を通して差し込まれる。１次巻線担体１０と２次巻線担体２４との間の中間空間には、絶縁シーリング材料４８が充填される。

鋳込み（Verguss）は、２つの独立したステップで行うことができることに留意されたい。最初に、２次巻線担体２４の空洞部３４に、その中に強磁性コア２８を位置させて、鋳込が行われ（vergossen）、次に、１次巻線担体１０の空洞部１４に、その中に２次巻線担体２４を位置させて、鋳込まれる（vergossen）。この２段階の鋳込みにより、老化の決定的な原因である部分放電が行われる可能性がある引け巣の形成をより簡単に回避できる。

図１〜図８に示した構成要素を有する変圧装置は、以下に詳細に説明するように、特に耐老化性を有する。図９には、従来技術による従来の変圧装置に使用されているような軟鉄棒３６’及び永久磁石３８’を有する電極３２’及び強磁性コア２８’の切断図が示されている。電極３２’と、この電極に対向する、永久磁石３８’によって形成される強磁性コア２８’の端部との間に、磁束線によって概略的に示される電場５０’がある。永久磁石３８’は円筒状であり、したがって、外面３８ａ’と前面３８ｂ’との間の移行部に鋭い縁部３８ｃ’を有する。この鋭い縁部では、電荷キャリヤ密度が局所的に上昇し、したがって、電場５０’の磁束線密度も上昇する。したがって、縁部３８ｃ’の領域に、比較的強い電場が存在する。電極３２’と強磁性コア２８’との間の中間領域には、絶縁シーリング材料（図９に図示せず）が充填される。縁部３８ｃ’の領域の電場の強さは、シーリング材料内の顕微鏡的なボイドにおける部分放電を点火する程度に十分に大きく、シーリング材料の老化に決定的に寄与する。

図９の従来の構成に対し、図１０では、本発明の発展形態による構成が対比される。図１０の構成は、従来技術による構成とは２つの特徴によって本質的に区別される。一方で、永久磁石３８（図４、図５と図７参照）は丸くされ、すなわち永久磁石は、外面領域３８ａと前面領域３８ｂとの間に連続的に湾曲した移行部を有する。したがって、永久磁石３８の成形によって、あるいはより一般的に言って、電極３２に対向する強磁性コア２８の端部の成形によって、縁部又は先端が、またこれに伴って生じる場の強さの局所的な上昇が回避される。これによって、強磁性コア２８と電極３２との間の場５０の強さが、至る所で、部分放電用のいわゆるチャージ場の強さ以下に留まることを達成できる。

他方で、電極３２は、底部部分４２及び壁部４４を有するカップ形状の部分４０を有する。壁部４４は、底部部分４２と永久磁石３８の前面との間の空間を囲む。

図１０の場５０の磁束線を参照して認識されるように、電極３２のカップ形状の形態により、場５０のひずみ補正がもたらされ、すなわち、場５０によって充填された空間の拡大、及び電場の均質化がもたらされる。場のひずみ補正によって、場の平均の強さが低下され、一方、場の均質化によって、場の強さの局所的な上昇が回避される。これによって、至る所で、部分放電用のチャージ場の強さ以下に、場５０の強さを保持することができる。

理想的に均質な場５０は、永久磁石３８の表面及び電極３２のカップ形状の部分４０の内面が互いに平行である場合に得られるであろう。図示した電極３２の場合、永久磁石３８と対向する壁部４４の表面の部分の任意の点と、強磁性コアとの間の間隔は、底部部分４２と、永久磁石３８の前面３８ｂと強磁性コア２８の中心軸５１との間の交点と、の間の間隔の０．７５〜１．８倍である。カップ形状の部分４０のこのような寸法の場合、部分放電を回避するために十分に均質な場５０の分布を達成できる。

図１１には、２次巻線担体２４、２次巻線２６、２次巻線担体２４と１次巻線担体１０との間のシーリング材料４８で充填された中間空間及び１次巻線担体１０の半径方向断面図が示されている。シーリング材料４８は、合成樹脂及び充填材料から構成される。充填材料は、特に、シーリング材料４８の熱膨張係数を電極３２等の熱膨張係数に適合させる機能を有する。２次巻線２６が、図１１に概略的にのみ示されている。実際に、約５０μｍのみの直径を有する約７０層の線材を含むことができる。精細な線材の場合、個々のターンの間の中間空間は、非常に密接しているので、充填材料は個々のターンの間の中間空間に侵入できない。したがって、２次巻線２６には、純粋な合成樹脂のみが侵入する。２次巻線２６に半径方向外側に隣接する領域４８ａ、すなわち、図１１のｒ１とｒ２との間の領域では、したがって、充填材料の濃度の上昇が生じる。ｒ２とｒ３との間の領域４８ｂでは、シーリング材料４８は通常の充填材料の濃度を有し、ｒ３の半径方向外側に、１次巻線担体１０が始まる。

図１２には、図１１の切断面に沿った静電電位の半径方向挙動が示され、図１３には、電場の強さの対応する半径方向挙動が示されている。両方のグラフ１２と１３では、破線５２又は５６は、充填材料が合成樹脂よりもはるかに高い誘電数（Dielektriziaetszahl）を有する従来のシーリング材料の挙動を示しており、また実線５４又は５８は、合成樹脂及び充填材料の比誘電率がほぼ同一である本発明の発展形態による挙動を示している。半径＜ｒ１では、すなわち、２次巻線２６の電界の影には、２次電圧が常時存在する。ｒ１とｒ３との間、すなわち２次巻線２６と１次巻線担体１０との間のシーリング材料４８で充填された空間で、電位は、２次巻線からの半径方向距離の増加と共に低下する。従来技術の場合のように、充填材料が、他の比誘電率、すなわち合成樹脂よりも通常は高い比誘電率を有する場合、シーリング材料４８内の充填材料の濃度が変わるｒ２では、全体としてのシーリング材料４８の比誘電率の変化が生じる。このことは、電位挙動（図１２のグラフ５２参照）の折れ曲がり又は電場内の飛躍（図１３のグラフ５６参照）をもたらす。ｒ２における電場内の強さのこの飛躍は、機械的応力をもたらし、また応力が長くなると亀裂またはギャップを生じさせ、さらに、シーリング材料の老化に決定的な部分放電が生じる可能性がある。

この問題を回避するため、その比誘電率が合成樹脂の比誘電率とほぼ同一である充填材料が使用される。例えば、合成樹脂用にエポキシ樹脂が使用され、また充填材料用に石英が使用される。この結果、ｒ１とｒ３との間に電位の滑らかな挙動（図１２のグラフ５４参照）又はｒ１とｒ３との間の飛躍なしの電場の強さの挙動（図１３のグラフ５８参照）が得られる。これによって、充填材料の濃度変化の範囲のギャップ形成が効果的に回避される。さらに、最大の場の強さ（ｒ３におけるグラフ５８参照）が、従来技術（ｒ３におけるグラフ５６参照）と比較して低減され、これによって、部分放電の発生がさらに困難にされる。

図１２の電位曲線では、シーリング材料４８及び１次巻線担体１０の材料の異なる比誘電率に帰される電場の強さの飛躍（図１３参照）と関連して、ｒ３においてさらに折れ曲がりが生じる。特に有利な発展形態において、１次巻線担体１０及び２次巻線担体２４の材料の比誘電率も、合成樹脂の比誘電率に適合される。これによって、一方で、シーリング材料の間の、他方で、巻線担体１０、２４の間のギャップ形成が効果的に回避される。

以下に、図１４と図１５に関連して、変圧装置の改良されたＥＭＶ特性について説明する。最初に、図１４に関連して、従来の点火装置について説明する。図１４の従来の点火装置は、外側に位置する２次巻線２６'と、内側に位置する１次巻線１２'とを含む。２次巻線２６’は電極３２’と導電結合され、この電極は、接点ばね６０を介して点火プラグ６２と再び結合される。変圧装置及び点火プラグ６２は、接地電位と結合されたハウジング６４に共に格納される。点火プラグ６２は、火花区間の端部を形成する接地電位にある電極６４を有する。

点火火花６５の時間的な開始は、火花区間のイオン化のために必要とされるより高い値から、火花区間に沿って電流が生じるより低い、いわゆる燃焼電圧への２次電圧の急激な低下として設定される。数ナノ秒内に行われるこの急激な電圧変化は、本発明者の試験によれば、点火装置におけるＥＭＶ問題の主な原因である。図１４には妨害経路６６が概略的に示されており、この経路に沿って妨害パルスが伝搬される。この妨害経路は火花区間に始まり、点火プラグ６２と接点ばね６０と電極６２’とを介して、２次巻線２６’に延びる。この２次巻線から、２次巻線２６’と１次巻線１２’との間の容量結合のため、１次巻線１２’とその接続２０’を通して車両の車載回路６８に、妨害経路６６が延び、この回路内で、電子制御装置の機能障害が引き起こされる可能性がある。妨害パルスは、車載回路６８を介して接地電位に、したがって、火花区間の電極６４に達し、この結果、妨害経路６６が終了する。

図１５に、本発明の実施例による変圧装置を有する点火装置が示されている。点火装置は、図１〜図８に関連して説明した変圧装置を含み、この変圧装置は、点火プラグ６２と共に、接地電位に結合された金属製ハウジング又は容器シェル６４内に格納される。電極３２は、概略的に示したコネクタ７０を介して点火プラグ６２の接続部と結合される。点火火花６５の生成による電圧降下は、妨害パルスとして、点火プラグ６２とコネクタ７０と電極３２とを介して妨害経路７２に沿って、図示した変圧装置では内側に配置される２次巻線２６に伝播する。２次巻線２６と１次巻線１８との間には、容器シェル６４、すなわち接地電位と結合される導電層１８が配置されるので、この場合、２次巻線２６と１次巻線１８との間に容量結合はない。したがって、妨害パルスは、車載回路６８に伝達されない。その代わりに、妨害パルスは、低インピーダンスで、容器シェル６４を介して接地電位に流れ落ちる。本発明者の試験及びシミュレーションにより、導電層１８を用いて、実際に、妨害の大部分を阻止できることが示されている。

別の実施形態（図示せず）において、導電層は、導電性の接着剤又は導電性のバックラック（Backlack）によって形成され、これと１次巻線（１２）のターンが結合されて、統合される。この場合、１次コイル体は必要とされない。

分解状態の１次巻線及び１次巻線担体の縦断面図である。 組み立てた状態の１次巻線及び１次巻線担体の縦断面図である。 組み立てた状態の１次巻線及び１次巻線担体の斜視図である。 ２次巻線、２次巻線担体、強磁性コア、導電ピン及び電極の分解状態の縦断面図である。 組み立てた状態の図４の構成要素の縦断面図である。 組み立てた状態の図４の構成要素の斜視図である。 本発明の発展形態による点火用変圧装置の縦断面図である。 図７の点火用変圧装置の斜視図である。 従来技術による電極と強磁性コアの端部との間の電場の挙動の概略図である。 本発明の実施例の場合の電極と強磁性コアとの間の電場の挙動の概略図である。 図７の変圧装置の部分の半径方向概略断面図である。 異なる充填材料を有する２つのシーリング材料について図１１に示した変圧装置の部分の半径方向の静電電位の挙動の図面である。 図１２に対応する電場の挙動の図面である。 従来技術による点火用変圧器の場合の点火火花によって引き起こされた妨害パルスの妨害経路の概略図である。 本発明の実施例による点火用変圧器の場合の点火火花によって引き起こされた妨害パルスの妨害経路の概略図である。

符号の説明

１０ １次巻線担体
１２ １次巻線
１４ 空洞部
１６ １次巻線担体１０の開口部
１８ 導電層
２０ 接続部
２２ 接続部
２４ ２次巻線担体
２６ ２次巻線
２８ 強磁性コア
３０ 導電ピン
３２ 電極
３４ 空洞部
３６ 軟鉄棒
３８ 永久磁石
４０ カップ形状の部分
４２ 底部部分
４４ 壁部
４６ 接続部
４７ 空気出口開口部
４８ シーリング材料
４９ 空気出口開口部
５０ 電場
５１ 強磁性コアの中心軸
５２ 従来技術による電位挙動
５４ 本発明の発展形態による電位挙動
５６ 従来技術における電場の強さの挙動
５８ 本発明の発展形態における電場の強さの挙動
６０ 接点ばね
６２ 点火プラグ
６４ 電極
６５ 点火火花
６６ 従来技術における妨害経路
６８ 車載回路
７０ コネクタ
７２ 本発明の発展形態における妨害経路

Claims (22)

1. 内燃機関用の点火電圧を発生するための変圧装置であって、
   １次電圧を印加可能な１次巻線（１２）と、
   ２次電圧が誘導可能な２次巻線（２６）と、
   前記１次巻線（１２）及び前記２次巻線（２６）に配置される強磁性コア（２８）と、
   前記強磁性コア（２８）の端部（３８）に対向し、前記２次巻線（２６）と結合され、また火花区間と結合可能である電極（３２）と、を有し、
   前記強磁性コア（２８）の前記端部（３８）と前記電極（３２）との間に、前記２次電圧によって電場（５０）が形成される変圧装置において、
   前記強磁性コア（２８）の前記端部（３８）が、外面（３８ａ）と前面（３８ｂ）との間に連続的に湾曲した移行部を有することを特徴とする変圧装置。
2. 前記電極（３２）は、前記強磁性コア（２８）に対向する前記電極の側面が凹状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の変圧装置。
3. 前記強磁性コア（２８）の前記端部が永久磁石（３８）によって形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の変圧装置。
4. 前記電極（３２）に対向する前記強磁性コア（３８）の前記前面（３８ｂ）が凸状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の変圧装置。
5. 前記凸状の前面（３８ｂ）の曲率が、前記強磁性コア（２８）の中心軸（５１）からの間隔の増大と共に増加することを特徴とする、請求項４に記載の変圧装置。
6. 前記電極（３２）がカップ形状の部分（４０）を有し、該カップ形状の部分の開口部が前記強磁性コア（２８）に対向していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変圧装置。
7. 前記カップ形状の部分（４０）が、前記強磁性コア（２８）の前記中心軸（５１）に対し横方向に配置される底部部分（４２）有し、
   また前記強磁性コア（２８）の前記底部部分（４２）と前記前面（３８ｂ）との間に存在する空間を囲む壁部（４４）を有し、
   前記強磁性コア（２８）に対向する前記壁部（４４）の前記表面の部分の各点と前記強磁性コア（２８）との間の間隔が、前記底部部分（４２）と、前記強磁性コア（２８）の前記前面（３８ｂ）と前記中心軸（５１）との間の交点との間の間隔の０．５倍〜２．５倍、好ましくは０．７５倍〜１．８倍であることを特徴とする、請求項６に記載の変圧装置。
8. 前記２次巻線（２６）が配置され、かつ一方の端部で前記カップ形状の部分（４０）で閉じられるスリーブ形状の２次巻線担体（２４）を有することを特徴とする、請求項６又は７に記載の変圧装置。
9. 特に請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関用の点火電圧を発生するための変圧装置であって、
   前記変圧装置の構成要素の間の中間空間が、合成樹脂と充填材料とを含むシーリング材料（４８）で充填される変圧装置において、
   前記充填材料の誘電率が、前記合成樹脂の誘電率の０．５倍〜１．５倍、好ましくは０．８倍〜１．２５倍、特に好ましくは０．９倍〜１．２倍であることを特徴とする変圧装置。
10. 前記構成要素が、次の部分、すなわち、１次巻線担体（１０）、２次巻線担体（２４）、２次巻線（２６）と結合されかつ火花区間と結合可能である電極（３２）、強磁性コア（２８）、金属製ハウジング（６４）の内の１つ又は複数を含むことを特徴とする、請求項９に記載の変圧装置。
11. 前記構成要素（１０、２４）の少なくとも１つがプラスチックから構成される請求項９又は１０に記載の変圧装置において、
    前記プラスチックの誘電率が、前記シーリング材料（４８）の誘電率の０．５倍〜１．５倍、好ましくは０．８倍〜１．２５倍、特に好ましくは０．９倍〜１．２倍であることを特徴とする変圧装置。
12. 前記充填材料が、前記シーリング材料の熱膨張係数を前記構成要素の熱膨張係数に適応させるために適切であることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の変圧装置。
13. 前記合成樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の変圧装置。
14. 前記充填材料が石英であることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の変圧装置。
15. 特に請求項１〜１４のいずれか１項に記載の内燃機関用の点火電圧を発生するための変圧装置であって、
    １次電圧を印加可能な１次巻線（１２）と、
    ２次電圧が誘導可能な２次巻線（２６）と、を有する変圧装置において、
    前記１次巻線（１２）と前記２次巻線（２６）との間に、接地電位と結合される導電層（１８）が配置される変圧装置。
16. 前記導電層（１８）が、前記１次巻線（１２）に直接隣接して配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の変圧装置。
17. 前記導電層（１８）がフォイルによって形成されることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の変圧装置。
18. 前記導電層（１８）が、坦体材料に蒸着されるか又は印刷されることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の変圧装置。
19. 前記２次巻線（２６）が、前記１次巻線（１２）の内部に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の変圧装置。
20. 前記変圧装置が、前記１次巻線（１２）が配置されるスリーブ状の１次巻線担体（１０）を有することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の変圧装置。
21. 前記導電層（１８）が、前記１次巻線担体（１０）の外周面に配置されることを特徴とする、請求項１９、２０、及び請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の変圧装置。
22. 前記導電層が、前記１次巻線（１２）のターンが結合される導電性の接着剤又は導電性のバックラックによって形成されることを特徴とする、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の変圧装置。
    

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