JP2009076734A

JP2009076734A - 内燃機関用点火コイル

Info

Publication number: JP2009076734A
Application number: JP2007245031A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kimura; 宏木村
Original assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Current assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】高出力化と小型軽量化とを両立することができる内燃機関用点火コイルを提供する。
【解決手段】センタ鉄心１１、および、このセンタ鉄心１１の外側に配設されるサイド鉄心１２からなり、閉磁路を形成する鉄心１の空隙部１０に、一次コイル３の通電により磁化される鉄心１の励磁方向と逆方向に磁化された永久磁石２を挿入した内燃機関用点火コイルにおいて、０．００１５（ｍ）の厚みＬ（ｍ）を有し、０．０００１４７（ｍ²）［０．０２１（ｍ）×０．００７（ｍ）］の断面積Ｓｍ（ｍ²）を有する永久磁石２を採用するとともに、一次コイル３に１０Ａの励磁電流を流し、一次コイル３の電気抵抗値を０．５Ωとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の内燃機関の点火プラグに高電圧を供給し、火花放電を発生させるための内燃機関用点火コイルに関し、特に、高出力化と小型軽量化とを両立することができる内燃機関用点火コイルに関する。

自動車等のエンジンルーム内に取り付けられる内燃機関用点火コイルは、他のエンジン部品等から要求される寸法的制限が厳しく、小型化が要求されている。また、従来から、高飽和磁束密度材料の珪素鋼板を用いて鉄心を構成することをはじめ、鉄心と、鉄心を流れる磁束の向きと逆方向に磁化された永久磁石とを組み合わせること等により、鉄心の磁束密度変化量を大きくし、二次コイルで得られる有効鎖交磁束を高めて高出力化を図っている。

例えば、下記特許文献１にて示されるのが、磁気回路に永久磁石を挿入し、内燃機関用点火コイルを小型軽量化、高出力化しようとする提案である。
特許第２７３４５４０号公報

特許文献１に係る内燃機関用点火コイルは、図３に示す通り、その一部に設けられた空隙部１０を介して閉磁路を形成する鉄心１と、この鉄心１の外周に巻回され、通電されることにより鉄心１を励磁する一次コイル３と、この一次コイル３の外側に配設される二次コイル４と、鉄心１の空隙部１０に挿入され、一次コイル３への通電による励磁方向と逆方向に磁化された板状の永久磁石２とを少なくとも備えている。特に、永久磁石２には、永久磁石２側から鉄心１を見て、鉄心１の最小断面積部分を飽和磁束密度に近い最大使用磁束密度に到達させるために必要な磁石エネルギーより大きなエネルギーを備えたものを採用している。そして、永久磁石２の厚みをＩＭ、空隙部１０に面する鉄心１の断面積をＳＧ、さらに一次コイル３への通電による磁束が鎖交する鉄心１の最小の断面積をＳＦとした場合に、０．６ｍｍ＜ＩＭ＜１．８ｍｍ、１．５＜ＳＧ／ＳＦ＜４．５を満たすことを特徴としている。

すなわち、特許文献１に係る内燃機関用点火コイルは、一次コイル３に励磁電流が流される前において、永久磁石２の磁化力により鉄心１が一次コイル３の通電による磁化方向と逆方向（負方向）に磁化される。また、一次コイル３に励磁電流が流されると、鉄心１が一次コイル３の通電による磁化方向と正方向に磁化される。したがって、点火時に励磁電流が遮断されると、永久磁石２を備えずに一次コイル３に励磁電流が流された場合に比べ、二次コイル４で得られる有効鎖交磁束を概ね倍量とすることができ、高出力化を図ることができる。さらに、永久磁石２の厚みをＩＭ、空隙部１０に面する鉄心１の断面積をＳＧ、一次コイル３への通電による磁束が鎖交する鉄心１の最小の断面積をＳＦとした場合に、０．６ｍｍ＜ＩＭ＜１．８ｍｍ、１．５＜ＳＧ／ＳＦ＜４．５の値を満たすものとし、鉄心１の空隙部１０に挿入される永久磁石２の機能を有効活用するのに適切な形状、寸法等を規定したことにより、一定の火花放電を発生させるために必要な内燃機関用点火コイルの体積を小さくすることができる。したがって、内燃機関用点火コイルを飛躍的に小形軽量化することができる。

ここで、内燃機関用点火コイルのさらなる小型軽量化、高出力化のためには、内燃機関用点火コイルの出力エネルギーが、一次コイル３に流れる励磁電流の二乗に比例するので、一次コイル３に流れる励磁電流を大きくすることが有効となる。

しかし、上記内燃機関用点火コイルでは、一次コイル３に流れる励磁電流を大きくすると、鉄心１に発生する起磁力（磁界）が大きくなって鉄心１が磁気飽和を起こし、鉄心１を流れる磁束が増えなくなって出力エネルギーを増やすことができない。一方、鉄心１が磁気飽和を起こさないようにするために、単に永久磁石２の厚みを厚くするのでは、励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎて、効率よく有効鎖交磁束を二次コイル４で得ることができなくなって、出力エネルギーを増やすことができないという問題がある。
さらに、従来の内燃機関用点火コイルは、一次コイル３に流す励磁電流と一次コイル３の巻数との積が概ね１０００アンペアターン（ＡＴ）以下の領域で使用されることを前提に構成されているため、一次コイル３に流す励磁電流と一次コイル３の巻数との積を１０００ＡＴより大きいものとした場合に、鉄心１に磁気飽和を起こさせず、励磁電流に対する鉄心１の磁気抵抗が大きくなりすぎることもなく、出力エネルギーを増やすことができる永久磁石２の適切な形状、寸法（面積、厚み）などを再設定する必要があった。

そこで、上記実情に鑑み、本発明は、一次コイルに流す励磁電流と一次コイルの巻数との積を１０００ＡＴより大きいものとした場合に、大きな励磁電流を一次コイルに流しても、鉄心が磁気飽和を起こすことがなく、かつ、励磁電流に対する鉄心の磁気抵抗が大きくなりすぎることのない永久磁石の厚みと面積との関係を規定することにより、二次コイルで大きな有効鎖交磁束を得る、すなわち、大きな出力エネルギーを得ることができて、したがって、高出力化および小型軽量化を図ることができる内燃機関用点火コイルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、一次コイルと二次コイルとを鉄心で磁気的に結合し、前記鉄心中に、前記一次コイルの通電により磁化される前記鉄心の励磁方向と逆方向に磁化された永久磁石を有する内燃機関用点火コイルにおいて、前記永久磁石の厚みＬ（ｍ）を前記永久磁石の断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値（Ｌ／Ｓｍ）が、８．２〜１２．０となることを特徴とする。

そして、上記内燃機関用点火コイルにおいて、一次コイルに流れる電流を１０Ａ以上をすることが好ましい。

また、上記内燃機関用点火コイルにおいて、一次コイルの電気抵抗値を０．４〜０．７Ωとしても好ましい。

本発明では、鉄心中に備えた、一次コイルの通電により磁化される鉄心の励磁方向と逆方向に磁化された永久磁石を、永久磁石の厚みＬ（ｍ）を永久磁石の断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値（Ｌ／Ｓｍ）が８．２〜１２．０となるような寸法に規定したので、一次コイルに流れる励磁電流を大きくしても、発生する起磁力（磁界）によって鉄心が磁気飽和を起こすことがなく、出力エネルギーを増やすことができる。さらに、鉄心の励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎることもないので、有効鎖交磁束を効率よく二次コイルで得ることができ、出力エネルギーを増やすことができる。したがって、内燃機関用点火コイルの高出力化および小型軽量化を図ることができる。

さらに、一次コイルに流れる励磁電流を１０アンペア（Ａ）よりも大きくしても、これにより発生する起磁力（磁界）によって鉄心が磁気飽和を起こすこともないので、出力エネルギーを増やすことができる。その一方で、鉄心の励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎることもないので、出力エネルギーを増やすことができる。したがって、内燃機関用点火コイルの高出力化および小型軽量化を図ることができる。

また、一次コイルの電気抵抗値を０．４〜０．７オーム（Ω）としたので、０．７Ω以下であるために、１０Ａ以上という従来にはない大きな励磁電流を一次コイルに流すことができるほか、０．４Ω以上であるために、一次コイルを構成している電線の径を太くする必要もないなど、内燃機関用点火コイルの小型化に影響を及ぼすこともない。したがって、内燃機関用点火コイルの高出力化および小型軽量化を積極的に図ることが可能となる。

すなわち、本発明は、一次コイルに流す励磁電流と一次コイルの巻数との積を１０００ＡＴより大きいものとした場合に、鉄心が磁気飽和を起こすことがなく、かつ、励磁電流に対する鉄心の磁気抵抗が大きくなりすぎることもない永久磁石の断面積と厚みの寸法を規定したので、二次コイルで得られる有効鎖交磁束、すなわち出力エネルギーを十分に得ることができるため、小型軽量化と高出力化とを両立した内燃機関用点火コイルを提供することができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関用点火コイルの一実施形態の要部を示す概略平断面図に相当する説明図、図２は、本発明に係る内燃機関用点火コイルの他の実施形態の要部を示す概略平断面図に相当する説明図である。なお、図３に従来例として示した部分と同一又は相当部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本発明に係る内燃機関用点火コイルは、図１に示す通り、一次コイル３と、この一次コイル３の外側に配設される二次コイル４と、この二次コイル４および一次コイル３の内側を貫通し、これらのコイル３、４を磁気的に結合させるセンタ鉄心１１、および、このセンタ鉄心１１の外側に配設されるサイド鉄心１２からなる閉磁路を形成する鉄心１と、この鉄心１のセンタ鉄心１１の一端の拡がり部１１１とサイド鉄心１２との間に設けられた空隙部１０に挿入される、一次コイル３の通電により磁化される鉄心１の励磁方向と逆方向に磁化された永久磁石２と、で構成されている。特に、永久磁石２には、厚みＬ（ｍ）を断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値（Ｌ／Ｓｍ）が、８．２〜１２．０となるような寸法に規定された、例えば、０．００１５（ｍ）の厚みＬ（ｍ）を有し、０．０００１４７（ｍ²）［０．０２１（ｍ）×０．００７（ｍ）］の断面積Ｓｍ（ｍ²）を有したものが採用されている。また、一次コイル３の電気抵抗値は０．４〜０．７Ω、例えば、０．５Ωである。

さらに、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、一次コイル３に流れる励磁電流が、１０Ａ以上、例えば、１０Ａとなるように設計されている。また、一次コイル３に流れる励磁電流と一次コイル３の巻数との積が１０００ＡＴ以上、例えば、１０００ＡＴに設計されている。

そうすると、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、一次コイル３に励磁電流が流される前において、永久磁石２の磁化力により一次コイル３の通電による磁化方向と逆方向（負方向）の最大使用磁束密度まで鉄心１が磁化される。さらに、一次コイル３に励磁電流が流されると、一次コイル３の通電による磁化方向と正方向の最大使用磁束密度まで鉄心１が磁化される。特に、０．００１５（ｍ）の厚みＬ（ｍ）を有し、０．０００１４７（ｍ²）の断面積Ｓｍ（ｍ²）を有する永久磁石２が鉄心１の空隙部１０に挿入されているので、１０Ａを一次コイル３に流しても、鉄心１が磁気飽和を起こすことがなく、また、鉄心１の励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎることもない。したがって、点火時に励磁電流を遮断すると、鉄心１の正方向および負方向の最大使用磁束密度変化量を最大限有効に活用することができ、二次コイル４で非常に大きな有効鎖交磁束を得る、すなわち、大きな出力エネルギーを得ることができて、内燃機関用点火コイルの高出力化が達成される。

さらに、一次コイル３の電気抵抗値を０．５Ωとしたので、１０Ａ以上という従来にはない大きな励磁電流を一次コイル３に流すことができるほか、例えば、一次コイルボビンに巻回されて一次コイル３を構成する電線の径を太くする必要もないなど、内燃機関用点火コイルの小型化に影響を及ぼすこともない。

したがって、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、厚みＬ（ｍ）を断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値が８．２〜１２．０となる寸法、例えば、０．００１５（ｍ）の厚みＬ（ｍ）を有し、０．０００１４７（ｍ²）の断面積Ｓｍ（ｍ²）を有する永久磁石２を採用することより、１０Ａ以上、例えば、１０Ａの大きな励磁電流を一次コイル３に流しても、鉄心１が磁気飽和を起こすことがなく、また、鉄心１の励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎることもなくなったので、鉄心１の正方向および負方向の最大使用磁束密度変化量を最大限有効に活用することができ、さらに、二次コイル４で非常に大きな有効鎖交磁束を得る、すなわち、大きな出力エネルギーを得ることができて、内燃機関用点火コイルの高出力化を図ることができる。

また、一次コイル３の電気抵抗値を０．４〜０．７Ω、例えば、０．５Ωとしたので、０．７Ω以下であるために、１０Ａ以上という従来にはない大きな励磁電流を一次コイル３に流すことができるほか、０．４Ω以上であるために、一次コイル３を構成している電線の径を太くする必要もないなど、内燃機関用点火コイルの小型化に影響を及ぼすこともなく、したがって、内燃機関用点火コイルの高出力化および小型軽量化を図ることができる。

ここで、本発明に係る内燃機関用点火コイルの他の実施形態は、図２に示す通り、鉄心１の空隙部１０をサイド鉄心１２中に設けたものである。なお、永久磁石２に、厚みＬ（ｍ）を断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値が８．２〜１２．０となるような寸法で規定されるものが採用されていること、一次コイル３に１０Ａ以上の励磁電流が流れるように設計されていること、一次コイル３の電気抵抗値が０．４〜０．７Ωであること等は、上記一実施形態と同様である。

そして、このような実施形態であっても、永久磁石２の厚みＬ（ｍ）を断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値が８．２〜１２．０となる寸法を有するものを採用したので、１０Ａ以上の励磁電流を一次コイル３に流しても、鉄心１が磁気飽和を起こすことがなく、また、鉄心１の励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎることもない。そうすると、点火時に励磁電流を遮断すると、鉄心１の正方向および負方向の最大使用磁束密度変化量を最大限有効に活用することができ、さらに、二次コイル４で非常に大きな有効鎖交磁束を得る、すなわち、大きな出力エネルギーを得ることができて、内燃機関用点火コイルの高出力化を達成することができる。また、一次コイル３の電気抵抗値を０．４〜０．７Ωとしたので、０．７Ω以下であるために、１０Ａ以上という従来にはない大きな励磁電流を一次コイル３に流すことができるほか、０．４Ω以上であるために、一次コイル３を構成している電線の径を太くする必要もないなど、内燃機関用点火コイルの小型化に影響を及ぼすこともない。したがって、内燃機関用点火コイルの高出力化および小型軽量化を図ることができる。

ここで、本発明に係る内燃機関用点火コイルにおける永久磁石に関し、厚みＬ（ｍ）を断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値（Ｌ／Ｓｍ）が、８．２〜１２．０となるような寸法に規定されたものが採用される限り、適宜の寸法のものを採用することができる。ただし、Ｌ／Ｓｍが８．２より小さいものは、大きな励磁電流を一次コイルに流した場合に鉄心が磁気飽和を起こすため、正方向および負方向の最大使用磁束密度変化量が低下するので好ましくない。また、Ｌ／Ｓｍが１２．０より大きいものは、鉄心の励磁電流に対する磁気抵抗が大きくなりすぎて、有効鎖交磁束を効率よく二次コイルで得ることができなくなって、出力エネルギーを増やすことができないので好ましくない。また、鉄心が磁気飽和を起こすことがない限り、１０Ａ以上の適宜の励磁電流を一次コイルに流すことが可能である。

さらに、本発明に係る内燃機関用点火コイルにおける一次コイルは、電気抵抗値が０．４〜０．７Ωであれば、適宜の電気抵抗値を規定することができる。ただし、一次コイルの電気抵抗値を０．４Ωより小さくすると、一次コイルを構成している電線の径を太くする必要があるので、内燃機関用点火コイルの小型化に影響を及ぼすので好ましくない。また、一次コイルの電気抵抗値を０．７Ωより大きくすると、１０Ａ以上という従来にはない大きな励磁電流を一次コイルに流すことができなくなるので、高出力化を果たすことができなくなって好ましくない。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、上記実施形態に限定されることなく、種々の設計変更を行うことが可能である。

本発明に係る内燃機関用点火コイルの一実施形態の要部を示す概略平断面図に相当する説明図である。本発明に係る内燃機関用点火コイルの他の実施形態の要部を示す概略平断面図に相当する説明図である。従来の内燃機関用点火コイルの要部を示す概略平断面図に相当する説明図である。

符号の説明

１鉄心
１０空隙部
１１センタ鉄心
１１１拡がり部
１２サイド鉄心
２永久磁石
３一次コイル
４二次コイル
Ｌ永久磁石の厚み（ｍ）
Ｓｍ永久磁石の断面積（ｍ²）
ＩＭ従来の永久磁石の厚み（ｍｍ）
ＳＦ従来の鉄心の空隙部に面した面の断面積
ＳＧ一次コイルへの通電によって磁束が鎖交する従来の鉄心の最小の断面積

Claims

一次コイルと二次コイルとを鉄心で磁気的に結合し、前記鉄心の一部に、前記一次コイルの通電により磁化される前記鉄心の励磁方向と逆方向に磁化された永久磁石を有する内燃機関用点火コイルにおいて、
前記永久磁石の厚みＬ（ｍ）を前記永久磁石の断面積Ｓｍ（ｍ²）で除した値（Ｌ／Ｓｍ）が、８．２〜１２．０となる、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記一次コイルに流れる電流を、１０Ａ以上とした、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記一次コイルの電気抵抗値を、０．４〜０．７Ωとした、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。