JP2016174035A - 内燃機関用の点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】巻回軸方向の小型化、及び、イグナイタの放熱性の向上を実現することができる内燃機関用の点火コイルを提供すること。
【解決手段】内燃機関用の点火コイルは、互いに磁気的に結合された一次コイル及び二次コイルと、中心コア３と外周コア４とイグナイタ５とを有する。中心コア３は、一次コイル及び二次コイルの内周側に配置されている。外周コア４は、一次コイル及び二次コイルの外側に配されて、中心コア３と共に磁気回路を形成する。イグナイタ５は、一次コイルへの通電及びその遮断を行う。外周コア４は、軸方向Ｘにおける中心コア３の両端面とそれぞれ対向する一対の対向部４１、４２を有する。一対の対向部４１、４２のうちの一方は、外側へ向って開口した切欠部４３を有する。イグナイタ５の少なくとも一部分は、切欠部４３に配されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関用の点火コイルに関する。

内燃機関用の点火コイルとして、互いに磁気的に結合された一次コイル及び二次コイルと、一次コイル及び二次コイルの内側に配置された中心コアと、一次コイル及び二次コイルの外周に配された外周コアとを有するものがある。

そして、特許文献１には、一次コイルへの通電及びその遮断を行うためのイグナイタを備えた点火コイルが開示されている。そして、特許文献１に記載の点火コイルは、イグナイタの熱を外周コアに効率よく放熱すべく、イグナイタを外周コアの外周面に対向配置している。また、イグナイタは、一次コイルへの接続のしやすさ等の観点から、軸方向において中心コアと軸方向に重なる位置に配されている。

特許第４９７８４９７号公報

しかしながら、中心コア、外周コアの一部、及びイグナイタは、軸方向に並んで配されているため、上記点火コイルは、軸方向に大型化しやすいという問題がある。エンジンへの点火コイルの搭載性等の観点から、点火コイルは、軸方向の寸法を小さくすることが望まれる。

そこで、イグナイタを、外周コアの外周面に対向しない位置や、中心コアと軸方向に重ならない位置に配置することも考えられるが、イグナイタの放熱性、イグナイタと一次コイルとの接続性等の観点から問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、巻回軸方向の小型化、及び、イグナイタの放熱性の向上を実現することができる内燃機関用の点火コイルを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、互いに磁気的に結合された一次コイル及び二次コイルと、
上記一次コイル及び二次コイルの内周側に配置された中心コアと、
上記一次コイル及び二次コイルの外側に配されて、上記中心コアと共に磁気回路を形成する外周コアと、
上記一次コイルへの通電及びその遮断を行うイグナイタと、を有し、
上記外周コアは、巻回軸方向における上記中心コアの両端面とそれぞれ対向する一対の対向部を有し、
上記一対の対向部のうちの一方は、外側へ向って開口した切欠部を有し、
上記イグナイタの少なくとも一部分は、上記切欠部に配されていることを特徴とする内燃機関用の点火コイルにある。

上記内燃機関用の点火コイルにおいて、イグナイタの少なくとも一部分は、切欠部に配されている。それゆえ、イグナイタが切欠部に配された分、巻回軸方向における点火コイルの小型化を実現することができる。

また、イグナイタの周囲には外周コアの切欠部が配されることとなるため、イグナイタから外周コアまでの伝熱距離を短くすることができ、放熱性の向上も実現することができる。

以上のごとく、本発明によれば、巻回軸方向の小型化、及び、イグナイタの放熱性の向上を実現することができる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

実施例１における、内燃機関用の点火コイルの一部断面側面図。 実施例１における、内燃機関用の点火コイルの、切欠部を通る断面による断面図。 実施例１における、中心コア、外周コア、及びイグナイタの斜視図。 実施例１における、中心コア、外周コア、及びイグナイタの上面図。 実施例１における、中心コア及び外周コアの斜視図。 実施例２における、中心コア、磁石体、外周コア、及びイグナイタの上面図。 実施例２における、内燃機関用の点火コイルの、切欠部を通る断面による断面図。 実施例３における、中心コア、外周コア、及びイグナイタの斜視図。 実施例３における、中心コア、外周コア、及びイグナイタの上面図。 実施例３における、中心コア及び外周コアの斜視図。 実施例４における、中心コア、外周コア、及びイグナイタの斜視図。 実施例４における、中心コア、外周コア、及びイグナイタの上面図。

上記内燃機関用の点火コイルは、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関に用いることができる。
また、本明細書においては、一次コイル及び二次コイルの巻回軸方向を、単に軸方向ということもある。

（実施例１）
内燃機関用の点火コイルの実施例につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の内燃機関用の点火コイル１は、図２〜図４に示すごとく、互いに磁気的に結合された一次コイル２１及び二次コイル２２と、中心コア３と外周コア４とイグナイタ５とを有する。図２に示すごとく、中心コア３は、一次コイル２１及び二次コイル２２の内周側に配置されている。外周コア４は、一次コイル２１及び二次コイル２２の外側に配されて、中心コア３と共に磁気回路を形成する。イグナイタ５は、一次コイル２１への通電及びその遮断を行う。
図２、図４に示すごとく、外周コア４は、軸方向Ｘにおける中心コア３の両端面３１、３２とそれぞれ対向する一対の対向部４１、４２を有する。図２〜図５に示すごとく、一対の対向部４１、４２のうちの一方は、外側へ向って開口した切欠部４３を有する。図１〜図４に示すごとく、イグナイタ５の少なくとも一部分は、切欠部４３に配されている。

図２に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２は、同心状に内外周に配置されている。一次コイル２１は、中心コア３の周囲に巻回されており、二次コイル２２は、一次コイル２１の外周側に配されたボビン１１に巻回されている。

図１、図３、図５に示すごとく、中心コア３及び外周コア４は、軟磁性材料からなる平板状の電磁鋼板１００を軸方向Ｘに直交する方向であって、電磁鋼板１００の厚み方向に複数積層してなる。以下においては、中心コア３及び外周コア４における複数の電磁鋼板１００の積層方向を、積層方向Ｚといい、軸方向Ｘと積層方向Ｚとの双方に直交する方向を横方向Ｙという。

イグナイタ５が配された側の対向部４１に対向する中心コア３の端面３１は、中心コア３のうち一次コイル２１及び二次コイル２２の内側に配された部位の軸方向Ｘに直交する断面よりも面積が大きい。すなわち、図３〜図５に示すごとく、中心コア３は、対向部４１側に、他の部位よりも横方向Ｙに広がったコア突出部３０２を有する。具体的には、中心コア３は、略直方体形状を有するコア本体部３０１と、イグナイタ５が配された側の端部においてコア本体部３０１よりも横方向Ｙの両側に突出したコア突出部３０２とからなる。図２に示すごとく、一次コイル２１は、コア本体部３０１の周囲に巻回されている。図４に示すごとく、中心コア３の端面３１は、切欠部４３よりも横方向Ｙの両側に突出するように形成されている。換言すると、横方向Ｙにおいて、切欠部４３は、中心コア３の端面３１の内側に位置している。

図３〜図５に示すごとく、外周コア４は、中心コア３を軸方向Ｘの両側及び横方向Ｙの両側から取り囲むように配されている。つまり、外周コア４は、積層方向Ｚの両側が開口した略矩形状の枠体であり、２辺が横方向Ｙ、他の２辺が軸方向Ｘに延びるように形成されている。図２、図４に示すごとく、外周コア４において横方向Ｙに延びた２辺が、それぞれ、軸方向Ｘにおける中心コア３の両端面３１、３２と対向する対向部４１、４２を有する。なお、図１においては、外周コア４における、軸方向Ｘに延びた２辺の図示を省略している。

図３〜図５に示すごとく、外周コア４の一対の対向部４１、４２のうちの一方（対向部４１）に、切欠部４３が形成されている。図４に示すごとく、外周コア４は、軸方向Ｘにおける中心コア３のコア突出部３０２側の端面３１に対向する対向部４１に、切欠部４３を形成してなる。図３〜図５に示すごとく、本例において、切欠部４３は、対向部４１の外側面から内側へ窪んだ凹状を呈している。すなわち、本例において、切欠部４３は、外側へ向って開口しているが、内側に向っては開口していない。切欠部４３は、対向部４１において、積層方向Ｚの全領域にわたって形成されている。

図２〜図４に示すごとく、イグナイタ５は、少なくとも一部が対向部４１における切欠部４３の内壁面に対向するように、切欠部４３に配置されている。本例において、イグナイタ５は、略直方体形状を有し、軸方向Ｘを向く一対の主面が、他の端面よりも広い形状を有する。そして、イグナイタ５は、一方の主面と、横方向Ｙにおける一対の端面の一部とが、切欠部４３の内壁面と対向している。イグナイタ５は、一部分が、外周コア４と横方向Ｙに重なっている。つまり、図１に示すごとく、横方向Ｙから見たとき、イグナイタ５は、一部分が外周コア４の内側に納まっている。

図１〜図３に示すごとく、イグナイタ５は、一次コイル２１への通電及び通電の遮断を行うスイッチング制御回路等を樹脂モールドしてなる本体部５１から積層方向Ｚに突出した端子部５２を有する。

図２〜図４に示すごとく、中心コア３と、外周コア４の対向部４１、４２と、イグナイタ５とは、互いに軸方向Ｘに並んで配されている。図２、図４に示すごとく、イグナイタ５が配された側の対向部４１と、中心コア３の端面３１との間には、ギャップ６が形成されている。

図１、図２に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２、中心コア３、外周コア４、イグナイタ５は、絶縁性を有するケース１２内に収容されている。ケース１２には、内部に高圧出力端子１３が挿入された筒状の高圧タワー部１４が突出して形成されている。二次コイル２２における一次コイル２１と反対側は、高圧出力端子１３等を介してスパークプラグ（図示略）に電気的に接続される。ケース１２内における高圧出力端子１３よりも、高圧タワー部１４の突出側と反対側の領域は、絶縁性を有する充填樹脂１５が充填されている。また、ケース１２は、点火コイル１を外部機器に電気的に接続するためのコネクタ部１６を有する。コネクタ部１６には、イグナイタ５内のスイッチング素子のオン・オフを制御する外部制御装置と電気的に接続するための制御信号伝送用端子１７が配されており、該制御信号伝送用端子１７にイグナイタ５の端子部５２が接続されている。なお、図１においては、充填樹脂の図示を省略している。また、図４、図６、図９、図１２においては、イグナイタの端子部の図示を省略している。

次に、本例の作用効果につき説明する。
内燃機関用の点火コイル１において、イグナイタ５の少なくとも一部分は、切欠部４３に配されている。それゆえ、イグナイタ５が切欠部４３に配された分、軸方向Ｘにおける点火コイル１の小型化を実現することができる。

また、イグナイタ５の周囲には外周コア４の切欠部４３が配されることとなるため、イグナイタ５から外周コア４までの伝熱距離を短くすることができ、放熱性の向上も実現することができる。

また、切欠部４３は、対向部４１の外側面から内側へ窪んだ凹状を呈している。すなわち、切欠部４３は中心コア３側には開口しておらず、切欠部４３の中心コア３側には対向部４１の一部が形成されている。それゆえ、対向部４１の断面積を大きくすることができ、磁気性能を向上させることができる。

また、イグナイタ５が配された側の対向部４１と、中心コア３の端面３１との間には、ギャップ６が形成されている。これにより、ギャップ６の外側に漏れ磁束が発生する。それゆえ、ギャップ６を形成することにより、対向部４１に形成される磁束密度は減少する。例えば、対向部４１に形成される磁束密度は、最大磁束密度の略半分となる。これにより、対向部４１に切欠部４３を形成しても、磁気性能が低下することを抑制することができる。

また、イグナイタ５が配された側の対向部４１に対向する中心コア３の端面３１は、中心コア３のうち一次コイル２１及び二次コイル２２の内側に配された部位の軸方向Ｘに直交する断面よりも面積が大きい。ここで、中心コア３及び外周コア４には、磁束が、磁気的に最短経路を通るように形成される。それゆえ、中心コア３の端面３１には、形成される磁束の密度が高くなる箇所と低くなる箇所とが形成され得る。例えば本例においては、中心コア３の端面３１における横方向Ｙの両端部に磁束が集中しやすい一方、中央部には磁束が集中し難い。そこで、中心コア３の端面３１を横方向Ｙに大きくすることにより、中心コア３の端面３１における磁束密度が高くなる箇所を、横方向Ｙのより外側に形成することができる。これに伴い、横方向Ｙにおける対向部４１の中央部に、磁束密度が低くなる領域を増やすことができる。そして、切欠部４３を形成する位置を、対向部４１における上記領域とすることにより、磁気性能が低下することを抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、軸方向の小型化、及び、イグナイタの放熱性の向上を実現することができる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図６、図７に示すごとく、イグナイタ５が配された側の対向部４１と、中心コア３の端面３１との間に形成されたギャップ６に、磁石体７を配した例である。図６に示すごとく、磁石体７は、切欠部４３よりも横方向Ｙの両側に突出している。磁石体７は、磁石体７から生じる磁界の向きが、一次コイル２１に電流を流したときに中心コア３に生じる磁界の向きに対して逆向きとなるように配されている。磁石体７は、点火コイル１の出力電圧の向上のため、中心コア３に磁気バイアスをかけ、一次コイル２１への通電の遮断時の磁束の変化量を大きくして二次コイル２２に誘起される電圧を高めている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例において、一次コイル２１への通電によって形成される磁束は、磁石体７が形成する磁気バイアスに影響されるため、ギャップ６のより外側に漏れ磁束が発生しやすい。それゆえ、ギャップ６に切欠部４３より横方向Ｙの両側に突出した磁石体７を配することにより、ギャップ６に隣接する側の対向部４１（切欠部４３）に生じる磁束密度はより減少する。これにより、対向部４１に切欠部４３を形成しても、磁気性能が低下することを一層抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図８〜図１０に示すごとく、切欠部４３が、外側へ向って開口していると共に、内側に向っても開口している例である。すなわち、切欠部４３は、イグナイタ５が配された側の対向部４１を軸方向Ｘに貫通するように形成されている。本例においても、切欠部４３は、横方向Ｙにおける中心コア３の内側に位置するように形成されている。

図８、図９に示すごとく、イグナイタ５は、横方向Ｙにおける両端面が、切欠部４３の内壁面と対向している。そして、図９に示すごとく、イグナイタ５の一方の主面は、中心コア３の端面３１と対向している。本例において、横方向Ｙから見たとき、イグナイタ５は、全体が外周コア４の外周面より内側に納まっている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例においては、イグナイタ５を外周コア４の外周面より内側に配することができるため、点火コイル１の軸方向Ｘの小型化を、一層図ることができる。また、イグナイタ５の熱を、外周コア４に放熱することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１１、図１２に示すごとく、実施例１に対して、外周コア４を変形した例である。外周コア４は、中心コア３を軸方向Ｘの両側及び横方向Ｙの一方から覆うように配されている。図１２に示すごとく、外周コア４は、積層方向Ｚから見た形状が、略Ｕ字状を有する。外周コア４は、２辺が横方向Ｙ、他の１辺が軸方向Ｘに延びるように形成されている。外周コア４において横方向Ｙに延びた２辺が、それぞれ、軸方向Ｘにおける中心コア３の両端面３１、３２と対向する対向部４１、４２を有する。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、本発明は上記実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、実施例２と、実施例３又は実施例４と、を組み合わすこと等が可能である。例えば、実施例３におけるイグナイタと中心コアとの間のギャップに、磁石体を配置し、イグナイタにおける中心コア側の端面を、磁石体に対向させて配置することにより、イグナイタの熱を、磁石体を介して中心コアに放熱することも可能である。また、例えば、中心コア及び外周コアは、軟磁性材料を圧粉成形することにより構成すること等もできる。

１ 内燃機関用の点火コイル
２１ 一次コイル
２２ 二次コイル
３ 中心コア
３１、３２ 中心コアの端面
４ 外周コア
４１、４２ 一対の対向部
４３ 切欠部
５ イグナイタ

Claims (5)

1. 互いに磁気的に結合された一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）と、
   上記一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）の内周側に配置された中心コア（３）と、
   上記一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）の外側に配されて、上記中心コア（３）と共に磁気回路を形成する外周コア（４）と、
   上記一次コイル（２１）への通電及びその遮断を行うイグナイタ（５）と、を有し、
   上記外周コア（４）は、巻回軸方向（Ｘ）における上記中心コア（３）の両端面（３１、３２）とそれぞれ対向する一対の対向部（４１、４２）を有し、
   上記一対の対向部（４１、４２）のうちの一方は、外側へ向って開口した切欠部（４３）を有し、
   上記イグナイタ（５）の少なくとも一部分は、上記切欠部（４３）に配されていることを特徴とする内燃機関用の点火コイル（１）。
2. 上記切欠部（４３）は、上記対向部（４１）の外側面から内側へ窪んだ凹状を呈していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。
3. 上記イグナイタ（５）が配された側の上記対向部（４１）と、上記中心コア（３）の端面（３１）との間には、ギャップ（６）が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。
4. 上記ギャップ（６）には、磁石体（７）が配されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。
5. 上記イグナイタ（５）が配された側の上記対向部（４１）に対向する上記中心コア（３）の端面（３１）は、上記中心コア（３）のうち上記一次コイル（２１）及び上記二次コイル（２２）の内側に配された部位の巻回軸方向（Ｘ）に直交する断面よりも面積が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火コイル（１）。

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