JP2017011004A - 内燃機関用点火コイル - Google Patents
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Abstract
Description
二次コイルに高電圧を効率良く発生させるため、また、点火コイルの小型化を図ってダイレクトイグニッションを実用化するため、内燃機関には閉磁型の点火コイルを用いることが主流となっている。
この鉄心は、一次コイルの中心孔を貫通して当該一次コイルの外周側に延設され、一次コイルの巻回両端を結ぶように環状に形成されており、一次コイルから放出された磁束を再び一次コイルへ帰還させ、当該磁束の減衰を抑えて二次コイルに鎖交させ、効率良く高電圧を誘起させている(例えば、特許文献1参照)。
点火コイル100は、一次コイル101の中心孔に挿通されるセンタ鉄心102、センタ鉄心102の両側方を囲うように形成されたサイド鉄心103、サイド鉄心103の一辺部103aとセンタ鉄心102との間に配置される永久磁石104を備えている。
ここで、センタ鉄心102とサイド鉄心103によって上記の磁気回路が形成されている。
センタ鉄心102の上側の端部102bは、バイアス磁界を供給する永久磁石104と接触し、この永久磁石104を介してサイド鉄心103の一辺部103aに繋がる磁気回路を形成している。
センタ鉄心102の端部102bは、永久磁石104と十分な接触面積が得られるように大きく形成されており、センタ鉄心102はT字状に形成されている。T字状垂直部分は、一次コイル101の中心孔に挿通され、T字状水平部分は上記のように永久磁石104に接触する。
一次コイル101に一次電流が流れているときには、当該一次コイル101によって発生した磁束Cは実線の矢印が示す方向に磁気回路内を透る。
磁束Dは前述のバイアス磁界を表すもので、磁束Cの逆方向に磁気回路内を透る。
センタ鉄心102を透る磁束Cは、永久磁石104を透ってサイド鉄心103(一辺部103a)に達する。そのため、磁束Cには、永久磁石104による磁気抵抗が作用する。
永久磁石は、機械的強度を確保するため適当な厚みが必要であり、極度に薄く形成することは不可能である。そのため当該磁気回路には構造的な制限が加わり、磁気抵抗を小さくする場合には限界値が生じるという問題点があった。
[実施例]
点火コイル1は、鉄芯10、一次コイル11、永久磁石14などによって構成されている。鉄心10は、T字状に形成されたセンタ鉄心12、環状に形成されたサイド鉄心13によって構成されている。
センタ鉄心12のT字状水平部12bは、一次コイル11の中心孔から露出して永久磁石14に接触している。
永久磁石14は、例えば平板状に形成されており、センタ鉄心12のT字状水平部12bと同一の幅員あるいは径を有し、図中上下の各端部(端面)を磁極としたものである。なお、ここで例示した永久磁石14は、N極(下端面)をセンタ鉄心12に接しており、S極(上端面)をサイド鉄心13に接している。
サイド鉄心13は、センタ鉄心12と同様な磁性材料によって形成されたもので、例えば、略U字状の第1サイド鉄心13aと、略I字状の第2サイド鉄心13bの2つの部材からなり、これらを接合することによって環状となるように構成されている。
なお、センタ鉄心12、第1サイド鉄心13a、第2サイド鉄心13bは、例えば、図示した形状の薄鋼板を複数枚積層することによって形成されている。
センタ鉄心12は、T字状水平部12b長手部分の上端が、永久磁石14を含む磁路として、第2サイド鉄心13bに接続されている。
第2サイド鉄心13bは、上記のようにセンタ鉄心12のT字状水平部12bを、永久磁石14を介して当該第2サイド鉄心13bに接続したとき、T字状水平部12b長手方向の側端12cと対向配置される凸部13cを、当該第2サイド鉄心13bの長手方向両端に各々備えている。
凸部13cは、サイド鉄心13の環状内側に突出するように形成されている。詳しくは、例えば図1に示したように、T字状水平部12bを、永久磁石14を介して第2サイド鉄心13bに接続した状態において、永久磁石14の側方端部よりもT字状水平部12bの側端12cに接近するように形成されている。
閉磁路型点火コイルには、小型化と高出力化を同時に図るため磁気回路内に永久磁石を備えたものがある。
鉄心10などに使用される例えば珪素鋼板は、最大飽和磁束密度が約2.1[T]であり、磁化力がリニアに作用する範囲において最大磁束密度は約1.7[T]になる。
永久磁石が放出するバイアス磁力を高い効率で作用させるため、磁路となる鉄心の断面積と永久磁石の断面積の比を、例えば、概ね1:2.4、即ち、永久磁石の断面積を鉄心の断面積の約2.4倍となるように構成する。このように磁路を構成すると、永久磁石と直接接合している鉄心は約1.7[T]程、磁化される。
換言すると、例えば、珪素鋼板によって鉄心10を構成した場合、センタ鉄心12のT字状垂直部12aを透る磁束Bの磁束密度が1.7[T]となるように、T字状垂直部12aの断面積に対して、永久磁石14の断面積が約2.4倍となるように、当該センタ鉄心12と永久磁石14の形状・サイズが設定されている。
なお、センタ鉄心12のT字状水平部12bは、永久磁石14から放出される磁束Bを概ね全て吸引するように上端部を拡げて形成されており、この拡げられた上端部は、例えば接合する永久磁石14の磁極端部と同一の形状およびサイズに形成されている。なお、T字状水平部12b上端部の形状は、永久磁石14と同様であることに限定されない。
磁束Bは、永久磁石14の図中下側表面からT字状水平部12bへ放出される。ここで、T字状水平部12bの側端12cは、空隙15を設けて第2サイド鉄心13bと直接接触していないため、T字状水平部12bに放出された磁束Bは、T字状垂直部12aを透り、当該T字状垂直部12aの図中下端から第1サイド鉄心13aに進行する。
磁束Bは、上記のようにセンタ鉄心12およびサイド鉄心13を透り、第2サイド鉄心13bの環状内側となる部位から永久磁石14の磁極(S極)部分に帰還する。
この磁束Bは、後述する磁束Aに対して逆向きであり、センタ鉄心12およびサイド鉄心13によって構成された磁気回路に永久磁石14が印加する磁気バイアスを示している。
一次コイル11の周囲に発生した磁束Aは、一次コイル11の中心孔および図示を省略した二次コイルの中心孔に挿通されたセンタ鉄心12に概ね集束され、例えば、T字状垂直部12a側からT字状水平部12b側に向って当該センタ鉄心12を透る。また、上記の一次コイル11周囲の磁束Aは、当該一次コイル11の外周側に放射されたものがサイド鉄心13に集束され、後述するように当該サイド鉄心13およびセンタ鉄心12を透る。
センタ鉄心12を透る磁束Aの大部分は、磁気抵抗が比較的大きな経路を回避するため、永久磁石14を透らずにT字状水平部12bの長手方向の両端部(各側端12c)に進行し、各空隙15を透って第2サイド鉄心13bの各凸部13cへ達する。
即ち、空隙15は、当該空隙15を磁路としたときの磁気抵抗が、永久磁石14を磁路としたときの磁気抵抗よりも小さくなるように設定されている。詳しくは、空隙15の間隔、即ち側端12cと凸部13cとの間の距離長さ、側端12cおよび凸部13cの対向している部位の面積(磁路の断面積)、側端12cと凸部13cとの間の透磁率等は、上記のような大きさの磁気抵抗となるように設定され、またこのような設定となるように当該部分が構成されている。
磁束Aは、上記の凸部13cから第2サイド鉄心13bと第1サイド鉄心13aとの接合部分に進行し、第1サイド鉄心13aを透って略U字状の中央部分からセンタ鉄心12の下端、即ちT字状垂直部12aの先端部へ進行し、当該T字状垂直部12aならびに一次コイル11等に帰還する。このように、磁束Aは永久磁石14を回避した磁気回路を巡る。
点火コイル1を組み立てるとき、例えば、センタ鉄心12のT字状水平部12bの上端部分に永久磁石14を装着する。このセンタ鉄心12を、T字状垂直部12a下端部から一次コイル11が巻回された筒状の芯材の中心孔に挿通する。
ここで上記の一次コイル11の芯材は、その上端を当該芯材径方向に張り出して鍔部とし、センタ鉄心12を芯材中心孔に挿通させたとき、T字状水平部12bを上記鍔部に載置するように形成されている。
また、上記芯材の鍔部は、その上端部分に、例えば、センタ鉄心12のT字状水平部12bおよび永久磁石14と係合もしくは嵌合する凹部(または溝部等)を備えており、T字状水平部12bおよび永久磁石14を位置決め固定するように構成されている。なお、鍔部にT字状水平部12bを接合したとき、永久磁石14の上端面(磁極部分)は、鍔部の上面から露出している。
前述のように、一次コイル11の芯材中心孔にセンタ鉄心12を挿通させ、T字状水平部12b、永久磁石14などを固定した後、永久磁石14ならびに芯材鍔部の外側(図1等において上側)部分に第2サイド鉄心13bを装着する。
上記のように、鍔部ならびに永久磁石14等に第2サイド鉄心13bを接合した後、図1、2等において、第2サイド鉄心13bの長手方向両端の下端部に、第1サイド鉄心13aの各端部を接合する。
換言すると、上記の芯材によってセンタ鉄心12と第2サイド鉄心13bの位置決めが行われ、鍔部の側端部が空隙15の間に挟み込まれることにより、当該空隙15内の間隔が良好な精度で所定距離となる。そのため、上記の各鉄心の位置関係もしくは空隙15に偏り等が生じることを防ぐことができ、小さな磁気抵抗値において偏向やばらつきなどを抑えて、点火コイル1の出力性能等を安定させることができる。また、このように磁束Aの磁気回路において磁気抵抗を小さくすると、充分な一次電流の確保が難しくなる、例えば、バッテリ電圧が低い場合や、一次電流の通電時間が短くなる内燃機関の高回転運転時などにおいても、点火コイル1の出力電圧(二次電圧)低下を極力抑えることができる。
図中、実線の特性曲線Eは、センタ鉄心12とサイド鉄心13との間に前述の空隙15を設けたもので、破線の特性曲線Fは、空隙15を設けていない例えば図4に示した鉄心を用いたものの特性を示している。なお、これらの特性曲線は、空隙15の有無以外については同様に構成された点火コイルの特性を示すものである
換言すると、磁束Aに作用する磁気抵抗を、永久磁石14の厚みを薄くすることなく低減することができ、また、空隙15の間隔、空隙15における磁路の断面積、透磁率などを適切な値に設定することによって、磁気抵抗を調整することも可能になる。
10鉄心
11一次コイル
12センタ鉄心
13サイド鉄心
13a第1サイド鉄心
13b第2サイド鉄心
14永久磁石
15空隙
100点火コイル
101一次コイル
102センタ鉄心
102a,102b端部
103サイド鉄心
103a一辺部
104永久磁石
Claims (4)
- 一次電流を流す一次コイルと、
前記一次コイルが発生した第1の磁束と交錯して二次電圧を発生させる二次コイルと、
前記一次コイルの中心孔および前記二次コイルの中心孔に挿通されるセンタ鉄心と、
前記一次コイルおよび前記二次コイルの周囲を囲い、前記センタ鉄心と接合して前記第1の磁束を透す磁気回路を形成する環状のサイド鉄心と、
前記センタ鉄心と前記サイド鉄心との間に配設され、前記第1の磁束に対して逆向きの第2の磁束を前記磁気回路に放出して磁気バイアスを印加する永久磁石と、
を備え、
前記サイド鉄心は、
前記永久磁石と接合する前記センタ鉄心の端部側方に向って突出した凸部を有し、
前記センタ鉄心の端部側方と前記サイド鉄心の凸部との間に空隙を設け、
前記空隙は、
前記第1の磁束が前記永久磁石を磁路としたときの磁気抵抗よりも該空隙を磁路としたときの磁気抵抗が小さくなるように設けられた、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。 - 前記センタ鉄心は、
前記一次コイルの中心孔および前記二次コイルの中心孔に挿通させる垂直部と、
前記永久磁石と接合する端部を前記垂直部に対して鉛直方向に延設した水平部と、
を有するT字型に形成され、
前記水平部の端部を前記サイド鉄心の凸部と対向させて前記空隙を形成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火コイル。 - 前記センタ鉄心の端部側方と前記サイド鉄心の凸部との間に樹脂部材を配設して前記空隙を充填した、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関用点火コイル。 - 前記一次コイルを巻回する前記樹脂部材からなる筒状の芯材に鍔部を備え、
前記芯材の中心孔に前記センタ鉄心の垂直部を挿通して前記センタ鉄心の水平部と前記鍔部とを接合し、
前記サイド鉄心を前記鍔部外側から装着して前記水平部の端部と前記サイド鉄心の凸部との間に前記鍔部の端部を挟み込んだ、
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関用点火コイル。
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