JP3391049B2 - 点火コイル - Google Patents
点火コイルInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P1/00—Installations having electric ignition energy generated by magneto- or dynamo- electric generators without subsequent storage
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として車両用内燃機
関に用いられる改良された点火コイルに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来より、鉄心の空隙部に永久磁石を挿
入した種々の点火コイルが知られており、また、これを
改良した特開平２−３７７０５号公報にある点火コイル
が提案されている。図６にこの永久磁石を嵌装した鉄心
の磁気回路の構成図を示す。図６の磁気回路において、
ＳF は磁束φが通る巻線部の鉄心の断面積を示し、ＳG
は永久磁石挿入部の鉄心の断面積を示し、ＬF は鉄心の
平均磁路長を示し、ＳMは永久磁石の断面積を示し、ＬM
は永久磁石の厚みを示している。 【０００３】図７は、この点火コイルの磁気動作を説明
するための動作特性図である。図７を参照すると、巻線
部の鉄心上に巻数ｎの一次コイルを巻回し、負方向の磁
束−φ’を生じさせる永久磁石の磁化の向きとは逆方向
の向きの磁束＋φ’が巻線部の鉄心中に生じるように、
一次コイルに励磁電流ＩP'を流した場合における一次コ
イルの蓄積エネルギは、図７の中のハッチング部の面積
Ｗ’で表され、その面積の大きさは、Ｗ’＝１／２・
（２φ’）・ｎＩP'＝φ’・ｎＩP'である。そして、こ
の永久磁石入り点火コイルの一次コイルの蓄積エネルギ
Ｗ’を最大にするためには、図８に示した点火コイルの
磁気動作特性図の左下の負の磁束の領域において、鉄心
の負の磁束の飽和点の近傍のＣ点まで永久磁石の磁化力
によって鉄心を磁化する必要がある。 【０００４】一方、図８の中の正の磁束の領域を示した
図９において、曲線ａは鉄心の磁化曲線を、直線ｂは永
久磁石の磁化曲線を、曲線ｃは曲線ａ及び直線ｂのそれ
ぞれの磁化力の和の磁化力を示す一次コイルの磁化曲線
を示している。そして、点火コイルの鉄心の最大使用磁
束密度ＢF の値は、直線ｂに平行に引いた曲線ａの切線
の切点Ｔに対応した鉄心の磁束密度の値として与えられ
る。 【０００５】他方、一次コイルの磁化曲線の傾きは、永
久磁石の透磁率μによって決まるので、図８のハッチン
グ部の面積Ｗで表される一次コイルの蓄積エネルギを大
きくするためには、透磁率μの値ができるだけ１に近い
永久磁石材料を選定することが肝要である。 【０００６】図６に示した点火コイルの永久磁石の厚さ
ＬM の大きさと断面積比ＳG ／ＳFの値との関係は、以
下のようになる。図８の中の正の磁束の領域について考
えると、そこに示されたように、一次コイルの励磁電流
による磁化力ｎＩP ／２は、鉄心の磁化力ＨF ・ＬF
（但し、ＨF は鉄心中の磁界）と永久磁石を含む空隙部
にかかる磁化力Ｈ・ＬM （但しＨは該空隙部に生じる磁
界）との和であるから、下記の関係となる。 【０００７】ｎＩP ／２＝ＨF ・ＬF ＋Ｈ・ＬM 従って、下記式が導かれる。 Ｈ＝（ｎＩP ／２−ＨF ・ＬF ）／ＬM ［ＡＴ／ｍ］ 他方、永久磁石内の磁束密度はＢM ＝μＨと表されるの
で下記式が導かれる。 【０００８】 ＢM ＝μ・（ｎＩP ／２−ＨF ・ＬF ）／ＬM 磁石を含む空隙部における平均磁束密度をＢG とすれ
ば、下記式が導かれる。 ＢG ・ＳG ＝ＢF ・ＳF 後述するように、点火コイルの鉄心及び永久磁石の構成
においては、ＳG ≒ＳM のように選定されるためＳG ≒
ＳM であり、上記の等式は、ＢM ・ＳG ＝ＢF・ＳF と
表される。従って、上記のＢM の式と組み合わせて、 ＢM ＝ＢF ・ＳF ／ＳG ＝μ・（ｎＩP ／２−ＨF ・Ｌ
F ）／ＬM これより、ＬM の大きさを表す式として、 【０００９】 【数１】 【００１０】が導かれ、上式を変形すれば、断面積比Ｓ
G ／ＳF を表す式として、 【００１１】 【数２】 【００１２】が導かれる。また、図８の動作特性曲線図
のハッチング部分のうち、負の磁束の領域は、一次コイ
ルの磁化力によって、磁石の持つエネルギに逆らって鉄
心中に正の磁束を通す向きに磁化する領域であるから、
前述の如く、最初は、図８の左下の鉄心の負の磁束の飽
和点の近傍のＣ点まで永久磁石の磁化力によって鉄心を
磁化しておき、次に、一次コイルに励磁電流ＩP を流す
ことにより生じる磁化力ｎＩP により図８の右上の正の
磁束の飽和点の近傍のＴ点まで鉄心を磁化した場合にお
いて、その材質及び形状によって与えられる永久磁石の
持つ最大エネルギＥM と、図８にＷで示された一次コイ
ルの蓄積エネルギとの関係はＥM ＝１／２・Ｗである。 【００１３】図８の面積Ｗの大きさは、Ｗ＝１／２・
（２・ＢF ・ＳF ）・ｎＩP ＝ＢF ・ＳF ・ｎＩP であ
る。他方、永久磁石の最大エネルギ積は（Ｂ・Ｈ）MAX
で表され、そして永久磁石の持つ最大エネルギＥM の理
論値は、ＥM ＝（Ｂ・Ｈ）MAX ・（ＳM ・ＬM ）と表さ
れる。点火コイルにおいては、図９に示した前述の永久
磁石の磁化曲線ｂの傾きによって決まる永久磁石の動作
点としては、最大エネルギ積（Ｂ・Ｈ）MAXを与える動
作点若しくはその近傍の動作点が選定される。 【００１４】従って、 一次コイルの蓄積エネルギＷ＝ＢF ・ＳF ・ｎＩP ＝２ＥM ＝２（Ｂ・Ｈ）MAX ・（ＳM ・ＬM ） 上式より、断面積比ＳM ／ＳF を表す式として、 【００１５】 【数３】 【００１６】が得られる。上記の２つの式（１）及び
（２）は、点火コイルにおいて、磁気回路の各部の寸法
の関係を表している。 【００１７】永久磁石材料はＳm Ｃo5（サマリウム・コ
バルト）を用い、その諸元は （ＢＨ）MAX ＝２０メガＧ・Ｏe μ＝１．０５ また、鉄心材料は無方向性ケイ素鋼板を用い、その諸元
は下記の通りである。 【００１８】 【数４】 【００１９】上記の諸元を式（１）及び（２）に代入し
て求めた断面積比ＳG ／ＳF 及びＳM ／ＳF のそれぞれ
とＬM との関係を図１０及び図１１に示す。尚、同時に
ＬMを変えたとき得られるそれぞれの各部寸法を有する
点火コイルについて性能テストを行い、得られた二次コ
イル発生電圧Ｖ2 を、それぞれ図１０及び図１１中に図
示した。尚、図１１は、図１０に示された二次発生電圧
Ｖ2 の分布を示す曲線を、永久磁石の厚みＬM と二次発
生電圧Ｖ2 との間の関係を示す二次元特性曲線に変えて
見易く表示したものである。 【００２０】このようにして得られた図１０及び図１１
の図示の結果によってわかったことは、点火コイルの寸
法条件としては、（イ）ＳG ≒ＳM 、すなわち、永久磁
石挿入部の鉄心断面積と永久磁石の断面積とがほぼ等し
くなった状態の近傍にあること、及び（ロ）ＬM 、ＳM
／ＳF 及びＳG ／ＳF の値が下記の範囲内にあれば、二
次発生電圧Ｖ2 が顕著に高くなること、 ０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ ２＜ＳM ／ＳF ＜６ １．５＜ＳG ／ＳF ＜４．５ である。 【００２１】図１５には、磁石なしの従来技術と同等の
点火コイルの断面図を、図１６にはその側面図を示す。
また、図１７には、前述した従来技術を利用した点火コ
イルの断面図を、図１８にはその側面図を示す。これら
の図からわかるように、磁石なしの点火コイル（重量３
５０ｇ）と比べて飛躍的に小型軽量化された点火コイル
（重量１９０ｇ）が得られた。 【００２２】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のものでは、一次コイルの動作電流値において磁
束密度が最大になる様に設定するものであり、動作電流
値が常にほぼ一定となるようなシステム、例えば、一次
コイルの一次抵抗値を１Ω未満に設定し、バッテリ電圧
が低いときでも動作電流値がほぼ６Ａとなるように動作
電流値を制御する高度なシステムにおいては有効であ
る。この一次コイルの一次遮断電流に対する二次発生電
圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）の曲線と（実線）、磁石なしの同等性
能の一次遮断電流に対する二次発生電圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）
の曲線（破線）を図１２に示す。 【００２３】ここで、一次コイルの６Ａ付近での動作電
流値では、性能は同等であるが、比較的低電流の３Ａ以
下では、磁石入りコイルの方が、二次発生電圧が低い。
これは、図１３に示すように、永久磁石の断面積ＳM と
鉄心の巻線部の断面積ＳF との比を３とした場合（ＳM
／ＳF ＝３）、一次コイルの磁化曲線が湾曲している部
分があるためで、磁石により負方向へ鉄心の磁束飽和近
傍まで磁化するとこの湾曲部が発生する。つまり低い電
流値での蓄積エネルギＷ3 ’は、図１４で示す磁石なし
コイルの場合の蓄積エネルギＷ’に対し湾曲している分
小さくなってしまい、結果的に性能が低下してしまう。 【００２４】一次コイルの動作電流値が、広い範囲にお
よぶシステム、例えば、一次コイルの一次抵抗値が１Ω
以上のものを用い、一次コイル通電時間等により制御す
る簡便なシステムでは、一次遮断電流値が大きく変化す
る。このようなシステムでは、この低い電流値での性能
の低下は望ましくなく、特に、一次抵抗が大きい高温時
におけるバッテリ電圧が低いときの内燃機関の始動性能
は、３Ａ前後の性能が大きな問題となる。 【００２５】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、低電流時の性能が低くならない範囲で最大
限小型化できる点火コイルを提供することにある。 【００２６】 【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明は課題を解決するための手段として次の構成
を取った。即ち、その一部に設けられた空隙部を介して
閉磁路を形成する鉄心と、前記鉄心の外周に巻回され、
通電されることにより鉄心を励磁する一次コイルと、前
記鉄心に巻回された二次コイルと、前記鉄心の空隙部に
挿入され、前記一次コイルの通電による励磁方向とは逆
方向に磁化された永久磁石と、を備えた点火コイルであ
って、前記一次コイルの一次抵抗値が１Ω以上に形成さ
れ、前記永久磁石の挿入部の鉄心の断面積ＳG と前記永
久磁石の断面積ＳM とがほぼ等しく形成されると共に、
前記永久磁石の厚みＬM 及び断面積ＳM と、前記鉄心の
巻線部の断面積ＳF とが、下記の条件を満たすように構
成されたことを特徴とする点火コイルの構成がそれであ
る。 【００２７】０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ １．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０ 【００２８】 【作用】前記構成を有する点火コイルは、一次コイル及
び二次コイルが巻装された閉磁路を形成する鉄心の一部
に設けられた空隙部に永久磁石が挿入されており、一次
コイルに通電する以前には、前記永久磁石の磁化力によ
り一次コイルの通電により磁化方向とは逆向きに鉄心を
負方向に磁化させておく。次に、前記点火コイルの使用
時には、一次コイルに励磁電流を流すことにより前記永
久磁石の磁化力とは逆向きに磁化する。この状態で、点
火時期において一次電流を遮断すれば、二次コイルの有
効交差磁束としては、正方向の磁束から負方向の磁束ま
で利用でき、低電流時の性能が低くならない範囲で最大
限小型化が可能となる。 【００２９】 【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例としての点火コイル
の断面図であり、図２はその側面図である。１は鉄心で
あり、本実施例では無方向性ケイ素鋼板を材料として、
多数のケイ素鋼板が積層されて形成されている。そし
て、鉄心１の一部に斜めに空隙部２が形成されており、
この空隙部２を介して閉磁路が形成されている。 【００３０】空隙部２には永久磁石４が挿入されてお
り、鉄心１の外周には一次コイル６が巻回されている。
永久磁石４は一次コイル６の通電による励磁方向とは逆
方向に磁化されている。一次コイル６の一次抵抗値は１
Ω以上となるように形成されている。 【００３１】更に、一次コイル６の外周には、二次コイ
ル８が巻回されている。そして、前記永久磁石４の厚み
ＬM 及びその断面積ＳM 、鉄心１の巻線部１ａの断面積
ＳFの関係は、下記の条件を満足するように設定されて
いる。また、このとき、永久磁石４の挿入部の鉄心１の
断面積ＳG と永久磁石４の断面積ＳM とがほぼ等しくな
るように形成されている。 【００３２】０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ １．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０ ここで、図３に示す無方向性ケイ素鋼板材料のＢ−Ｈ曲
線からわかるように、磁束密度Ｂに対する磁化力Ｈの変
化をみると、磁束密度Ｂ＝１．０［Ｔ］付近から磁化力
Ｈの変化量は大きくなっていく。つまり、磁束密度Ｂが
１．０［Ｔ］付近以上でＢ−Ｈ曲線は大きく湾曲してい
き、磁化力Ｈを増しても磁化エネルギは、あまり増加し
ない。尚、磁化エネルギは、磁化力を磁束密度で積分し
た値で示される。 【００３３】即ち、磁石による逆バイアス量を、Ｂ＝
１．０［Ｔ］付近までにとどめることにより、図４に示
すように、一次コイル６の磁化曲線を左下の負の領域で
の湾曲部にかからないようにすることができる。鉄心１
の磁束密度飽和点は、一般的にＢF ＝１．５［Ｔ］であ
るので、正の領域ではその飽和点までとし、永久磁石４
による逆バイアスを鉄心１の負の飽和点の２／３程度と
すればよい。 【００３４】２／３として、図４に示すように、左下の
負の磁束の領域において、一次コイル磁化曲線の磁束飽
和近傍まで磁化された湾曲部を含まないようにしたもの
であり、また、あまり小さすぎると、十分な小型化が図
れなくなるからである。従って、永久磁石４の厚みＬM
が従来のものと同じである場合には、その断面積ＳMは
従来のものの２／３になる。尚、透磁率μは、従来と同
様、１．０５であり、また、（ＢＨ）MAX も従来と同様
２０メガＧ・Ｏe である。 【００３５】永久磁石４の厚みＬM を上記範囲としたの
は、前述した従来技術と同様、図１１に示すように、こ
の範囲で二次発生電圧Ｖ2 が最大となるからである。ま
た、永久磁石４の断面積ＳM と鉄心１の巻線部１ａの断
面積ＳF との関係が、上記範囲となるように設定したの
は、永久磁石４の挿入部の鉄心１の断面積ＳG と永久磁
石４の断面積ＳM とがほぼ等しくなるようにしたこと
と、１．５＜ＳG ／ＳF＜４．５とから、ＳM ／ＳF の
最大値が４．５となるので、永久磁石４を前述した従来
技術のものと同じものを用いたとすると、下記式の条件
となる。 【００３６】２＜ＳM ／ＳF ＜４．５ これに対して、本実施例では、永久磁石４の断面積ＳM
が従来技術のものに対して、２／３にされていることか
ら、その上限と下限とをそれぞれ２／３して、上記条件
（１．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０）とした。 【００３７】このように２／３としたことにより、図４
に示すように、一次コイル磁化曲線の直線部を使用する
ことができる。図４は、ＳM ／ＳF を１．５とした場合
の磁化曲線であるが、低電流時の蓄積エネルギＷ'1.5
は、図１４に示す磁石のない場合の蓄積エネルギＷ’と
ほぼ等しくなる。また、図５に示すように、比較的低電
流の３Ａ以下でも、本実施例の一次コイル６の一次遮断
電流に対する二次発生電圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）の曲線と（実
線）、磁石なしの同等性能の一次遮断電流に対する二次
発生電圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）の曲線（破線）とではほとんど
差がみられない。 【００３８】本実施例の図１及び図２からわかるよう
に、図１５及び図１６に示す磁石なしの場合の点火コイ
ルの重量３５０ｇに対して、２４０ｇと軽量化でき、し
かも低電流時の性能の低下を招かない範囲で、最大限小
型化できる。以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。 【００３９】 【発明の効果】以上詳述したように本発明の点火コイル
は、低電流時の性能の低下を招かない範囲で、最大限小
型化できるという効果を奏する。
関に用いられる改良された点火コイルに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来より、鉄心の空隙部に永久磁石を挿
入した種々の点火コイルが知られており、また、これを
改良した特開平２−３７７０５号公報にある点火コイル
が提案されている。図６にこの永久磁石を嵌装した鉄心
の磁気回路の構成図を示す。図６の磁気回路において、
ＳF は磁束φが通る巻線部の鉄心の断面積を示し、ＳG
は永久磁石挿入部の鉄心の断面積を示し、ＬF は鉄心の
平均磁路長を示し、ＳMは永久磁石の断面積を示し、ＬM
は永久磁石の厚みを示している。 【０００３】図７は、この点火コイルの磁気動作を説明
するための動作特性図である。図７を参照すると、巻線
部の鉄心上に巻数ｎの一次コイルを巻回し、負方向の磁
束−φ’を生じさせる永久磁石の磁化の向きとは逆方向
の向きの磁束＋φ’が巻線部の鉄心中に生じるように、
一次コイルに励磁電流ＩP'を流した場合における一次コ
イルの蓄積エネルギは、図７の中のハッチング部の面積
Ｗ’で表され、その面積の大きさは、Ｗ’＝１／２・
（２φ’）・ｎＩP'＝φ’・ｎＩP'である。そして、こ
の永久磁石入り点火コイルの一次コイルの蓄積エネルギ
Ｗ’を最大にするためには、図８に示した点火コイルの
磁気動作特性図の左下の負の磁束の領域において、鉄心
の負の磁束の飽和点の近傍のＣ点まで永久磁石の磁化力
によって鉄心を磁化する必要がある。 【０００４】一方、図８の中の正の磁束の領域を示した
図９において、曲線ａは鉄心の磁化曲線を、直線ｂは永
久磁石の磁化曲線を、曲線ｃは曲線ａ及び直線ｂのそれ
ぞれの磁化力の和の磁化力を示す一次コイルの磁化曲線
を示している。そして、点火コイルの鉄心の最大使用磁
束密度ＢF の値は、直線ｂに平行に引いた曲線ａの切線
の切点Ｔに対応した鉄心の磁束密度の値として与えられ
る。 【０００５】他方、一次コイルの磁化曲線の傾きは、永
久磁石の透磁率μによって決まるので、図８のハッチン
グ部の面積Ｗで表される一次コイルの蓄積エネルギを大
きくするためには、透磁率μの値ができるだけ１に近い
永久磁石材料を選定することが肝要である。 【０００６】図６に示した点火コイルの永久磁石の厚さ
ＬM の大きさと断面積比ＳG ／ＳFの値との関係は、以
下のようになる。図８の中の正の磁束の領域について考
えると、そこに示されたように、一次コイルの励磁電流
による磁化力ｎＩP ／２は、鉄心の磁化力ＨF ・ＬF
（但し、ＨF は鉄心中の磁界）と永久磁石を含む空隙部
にかかる磁化力Ｈ・ＬM （但しＨは該空隙部に生じる磁
界）との和であるから、下記の関係となる。 【０００７】ｎＩP ／２＝ＨF ・ＬF ＋Ｈ・ＬM 従って、下記式が導かれる。 Ｈ＝（ｎＩP ／２−ＨF ・ＬF ）／ＬM ［ＡＴ／ｍ］ 他方、永久磁石内の磁束密度はＢM ＝μＨと表されるの
で下記式が導かれる。 【０００８】 ＢM ＝μ・（ｎＩP ／２−ＨF ・ＬF ）／ＬM 磁石を含む空隙部における平均磁束密度をＢG とすれ
ば、下記式が導かれる。 ＢG ・ＳG ＝ＢF ・ＳF 後述するように、点火コイルの鉄心及び永久磁石の構成
においては、ＳG ≒ＳM のように選定されるためＳG ≒
ＳM であり、上記の等式は、ＢM ・ＳG ＝ＢF・ＳF と
表される。従って、上記のＢM の式と組み合わせて、 ＢM ＝ＢF ・ＳF ／ＳG ＝μ・（ｎＩP ／２−ＨF ・Ｌ
F ）／ＬM これより、ＬM の大きさを表す式として、 【０００９】 【数１】 【００１０】が導かれ、上式を変形すれば、断面積比Ｓ
G ／ＳF を表す式として、 【００１１】 【数２】 【００１２】が導かれる。また、図８の動作特性曲線図
のハッチング部分のうち、負の磁束の領域は、一次コイ
ルの磁化力によって、磁石の持つエネルギに逆らって鉄
心中に正の磁束を通す向きに磁化する領域であるから、
前述の如く、最初は、図８の左下の鉄心の負の磁束の飽
和点の近傍のＣ点まで永久磁石の磁化力によって鉄心を
磁化しておき、次に、一次コイルに励磁電流ＩP を流す
ことにより生じる磁化力ｎＩP により図８の右上の正の
磁束の飽和点の近傍のＴ点まで鉄心を磁化した場合にお
いて、その材質及び形状によって与えられる永久磁石の
持つ最大エネルギＥM と、図８にＷで示された一次コイ
ルの蓄積エネルギとの関係はＥM ＝１／２・Ｗである。 【００１３】図８の面積Ｗの大きさは、Ｗ＝１／２・
（２・ＢF ・ＳF ）・ｎＩP ＝ＢF ・ＳF ・ｎＩP であ
る。他方、永久磁石の最大エネルギ積は（Ｂ・Ｈ）MAX
で表され、そして永久磁石の持つ最大エネルギＥM の理
論値は、ＥM ＝（Ｂ・Ｈ）MAX ・（ＳM ・ＬM ）と表さ
れる。点火コイルにおいては、図９に示した前述の永久
磁石の磁化曲線ｂの傾きによって決まる永久磁石の動作
点としては、最大エネルギ積（Ｂ・Ｈ）MAXを与える動
作点若しくはその近傍の動作点が選定される。 【００１４】従って、 一次コイルの蓄積エネルギＷ＝ＢF ・ＳF ・ｎＩP ＝２ＥM ＝２（Ｂ・Ｈ）MAX ・（ＳM ・ＬM ） 上式より、断面積比ＳM ／ＳF を表す式として、 【００１５】 【数３】 【００１６】が得られる。上記の２つの式（１）及び
（２）は、点火コイルにおいて、磁気回路の各部の寸法
の関係を表している。 【００１７】永久磁石材料はＳm Ｃo5（サマリウム・コ
バルト）を用い、その諸元は （ＢＨ）MAX ＝２０メガＧ・Ｏe μ＝１．０５ また、鉄心材料は無方向性ケイ素鋼板を用い、その諸元
は下記の通りである。 【００１８】 【数４】 【００１９】上記の諸元を式（１）及び（２）に代入し
て求めた断面積比ＳG ／ＳF 及びＳM ／ＳF のそれぞれ
とＬM との関係を図１０及び図１１に示す。尚、同時に
ＬMを変えたとき得られるそれぞれの各部寸法を有する
点火コイルについて性能テストを行い、得られた二次コ
イル発生電圧Ｖ2 を、それぞれ図１０及び図１１中に図
示した。尚、図１１は、図１０に示された二次発生電圧
Ｖ2 の分布を示す曲線を、永久磁石の厚みＬM と二次発
生電圧Ｖ2 との間の関係を示す二次元特性曲線に変えて
見易く表示したものである。 【００２０】このようにして得られた図１０及び図１１
の図示の結果によってわかったことは、点火コイルの寸
法条件としては、（イ）ＳG ≒ＳM 、すなわち、永久磁
石挿入部の鉄心断面積と永久磁石の断面積とがほぼ等し
くなった状態の近傍にあること、及び（ロ）ＬM 、ＳM
／ＳF 及びＳG ／ＳF の値が下記の範囲内にあれば、二
次発生電圧Ｖ2 が顕著に高くなること、 ０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ ２＜ＳM ／ＳF ＜６ １．５＜ＳG ／ＳF ＜４．５ である。 【００２１】図１５には、磁石なしの従来技術と同等の
点火コイルの断面図を、図１６にはその側面図を示す。
また、図１７には、前述した従来技術を利用した点火コ
イルの断面図を、図１８にはその側面図を示す。これら
の図からわかるように、磁石なしの点火コイル（重量３
５０ｇ）と比べて飛躍的に小型軽量化された点火コイル
（重量１９０ｇ）が得られた。 【００２２】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のものでは、一次コイルの動作電流値において磁
束密度が最大になる様に設定するものであり、動作電流
値が常にほぼ一定となるようなシステム、例えば、一次
コイルの一次抵抗値を１Ω未満に設定し、バッテリ電圧
が低いときでも動作電流値がほぼ６Ａとなるように動作
電流値を制御する高度なシステムにおいては有効であ
る。この一次コイルの一次遮断電流に対する二次発生電
圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）の曲線と（実線）、磁石なしの同等性
能の一次遮断電流に対する二次発生電圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）
の曲線（破線）を図１２に示す。 【００２３】ここで、一次コイルの６Ａ付近での動作電
流値では、性能は同等であるが、比較的低電流の３Ａ以
下では、磁石入りコイルの方が、二次発生電圧が低い。
これは、図１３に示すように、永久磁石の断面積ＳM と
鉄心の巻線部の断面積ＳF との比を３とした場合（ＳM
／ＳF ＝３）、一次コイルの磁化曲線が湾曲している部
分があるためで、磁石により負方向へ鉄心の磁束飽和近
傍まで磁化するとこの湾曲部が発生する。つまり低い電
流値での蓄積エネルギＷ3 ’は、図１４で示す磁石なし
コイルの場合の蓄積エネルギＷ’に対し湾曲している分
小さくなってしまい、結果的に性能が低下してしまう。 【００２４】一次コイルの動作電流値が、広い範囲にお
よぶシステム、例えば、一次コイルの一次抵抗値が１Ω
以上のものを用い、一次コイル通電時間等により制御す
る簡便なシステムでは、一次遮断電流値が大きく変化す
る。このようなシステムでは、この低い電流値での性能
の低下は望ましくなく、特に、一次抵抗が大きい高温時
におけるバッテリ電圧が低いときの内燃機関の始動性能
は、３Ａ前後の性能が大きな問題となる。 【００２５】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、低電流時の性能が低くならない範囲で最大
限小型化できる点火コイルを提供することにある。 【００２６】 【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明は課題を解決するための手段として次の構成
を取った。即ち、その一部に設けられた空隙部を介して
閉磁路を形成する鉄心と、前記鉄心の外周に巻回され、
通電されることにより鉄心を励磁する一次コイルと、前
記鉄心に巻回された二次コイルと、前記鉄心の空隙部に
挿入され、前記一次コイルの通電による励磁方向とは逆
方向に磁化された永久磁石と、を備えた点火コイルであ
って、前記一次コイルの一次抵抗値が１Ω以上に形成さ
れ、前記永久磁石の挿入部の鉄心の断面積ＳG と前記永
久磁石の断面積ＳM とがほぼ等しく形成されると共に、
前記永久磁石の厚みＬM 及び断面積ＳM と、前記鉄心の
巻線部の断面積ＳF とが、下記の条件を満たすように構
成されたことを特徴とする点火コイルの構成がそれであ
る。 【００２７】０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ １．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０ 【００２８】 【作用】前記構成を有する点火コイルは、一次コイル及
び二次コイルが巻装された閉磁路を形成する鉄心の一部
に設けられた空隙部に永久磁石が挿入されており、一次
コイルに通電する以前には、前記永久磁石の磁化力によ
り一次コイルの通電により磁化方向とは逆向きに鉄心を
負方向に磁化させておく。次に、前記点火コイルの使用
時には、一次コイルに励磁電流を流すことにより前記永
久磁石の磁化力とは逆向きに磁化する。この状態で、点
火時期において一次電流を遮断すれば、二次コイルの有
効交差磁束としては、正方向の磁束から負方向の磁束ま
で利用でき、低電流時の性能が低くならない範囲で最大
限小型化が可能となる。 【００２９】 【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例としての点火コイル
の断面図であり、図２はその側面図である。１は鉄心で
あり、本実施例では無方向性ケイ素鋼板を材料として、
多数のケイ素鋼板が積層されて形成されている。そし
て、鉄心１の一部に斜めに空隙部２が形成されており、
この空隙部２を介して閉磁路が形成されている。 【００３０】空隙部２には永久磁石４が挿入されてお
り、鉄心１の外周には一次コイル６が巻回されている。
永久磁石４は一次コイル６の通電による励磁方向とは逆
方向に磁化されている。一次コイル６の一次抵抗値は１
Ω以上となるように形成されている。 【００３１】更に、一次コイル６の外周には、二次コイ
ル８が巻回されている。そして、前記永久磁石４の厚み
ＬM 及びその断面積ＳM 、鉄心１の巻線部１ａの断面積
ＳFの関係は、下記の条件を満足するように設定されて
いる。また、このとき、永久磁石４の挿入部の鉄心１の
断面積ＳG と永久磁石４の断面積ＳM とがほぼ等しくな
るように形成されている。 【００３２】０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ １．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０ ここで、図３に示す無方向性ケイ素鋼板材料のＢ−Ｈ曲
線からわかるように、磁束密度Ｂに対する磁化力Ｈの変
化をみると、磁束密度Ｂ＝１．０［Ｔ］付近から磁化力
Ｈの変化量は大きくなっていく。つまり、磁束密度Ｂが
１．０［Ｔ］付近以上でＢ−Ｈ曲線は大きく湾曲してい
き、磁化力Ｈを増しても磁化エネルギは、あまり増加し
ない。尚、磁化エネルギは、磁化力を磁束密度で積分し
た値で示される。 【００３３】即ち、磁石による逆バイアス量を、Ｂ＝
１．０［Ｔ］付近までにとどめることにより、図４に示
すように、一次コイル６の磁化曲線を左下の負の領域で
の湾曲部にかからないようにすることができる。鉄心１
の磁束密度飽和点は、一般的にＢF ＝１．５［Ｔ］であ
るので、正の領域ではその飽和点までとし、永久磁石４
による逆バイアスを鉄心１の負の飽和点の２／３程度と
すればよい。 【００３４】２／３として、図４に示すように、左下の
負の磁束の領域において、一次コイル磁化曲線の磁束飽
和近傍まで磁化された湾曲部を含まないようにしたもの
であり、また、あまり小さすぎると、十分な小型化が図
れなくなるからである。従って、永久磁石４の厚みＬM
が従来のものと同じである場合には、その断面積ＳMは
従来のものの２／３になる。尚、透磁率μは、従来と同
様、１．０５であり、また、（ＢＨ）MAX も従来と同様
２０メガＧ・Ｏe である。 【００３５】永久磁石４の厚みＬM を上記範囲としたの
は、前述した従来技術と同様、図１１に示すように、こ
の範囲で二次発生電圧Ｖ2 が最大となるからである。ま
た、永久磁石４の断面積ＳM と鉄心１の巻線部１ａの断
面積ＳF との関係が、上記範囲となるように設定したの
は、永久磁石４の挿入部の鉄心１の断面積ＳG と永久磁
石４の断面積ＳM とがほぼ等しくなるようにしたこと
と、１．５＜ＳG ／ＳF＜４．５とから、ＳM ／ＳF の
最大値が４．５となるので、永久磁石４を前述した従来
技術のものと同じものを用いたとすると、下記式の条件
となる。 【００３６】２＜ＳM ／ＳF ＜４．５ これに対して、本実施例では、永久磁石４の断面積ＳM
が従来技術のものに対して、２／３にされていることか
ら、その上限と下限とをそれぞれ２／３して、上記条件
（１．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０）とした。 【００３７】このように２／３としたことにより、図４
に示すように、一次コイル磁化曲線の直線部を使用する
ことができる。図４は、ＳM ／ＳF を１．５とした場合
の磁化曲線であるが、低電流時の蓄積エネルギＷ'1.5
は、図１４に示す磁石のない場合の蓄積エネルギＷ’と
ほぼ等しくなる。また、図５に示すように、比較的低電
流の３Ａ以下でも、本実施例の一次コイル６の一次遮断
電流に対する二次発生電圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）の曲線と（実
線）、磁石なしの同等性能の一次遮断電流に対する二次
発生電圧（Ｉ1 −Ｖ2 ）の曲線（破線）とではほとんど
差がみられない。 【００３８】本実施例の図１及び図２からわかるよう
に、図１５及び図１６に示す磁石なしの場合の点火コイ
ルの重量３５０ｇに対して、２４０ｇと軽量化でき、し
かも低電流時の性能の低下を招かない範囲で、最大限小
型化できる。以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。 【００３９】 【発明の効果】以上詳述したように本発明の点火コイル
は、低電流時の性能の低下を招かない範囲で、最大限小
型化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例としての点火コイルの断面
図である。 【図２】 本実施例の点火コイルの側面図である。 【図３】 無方向性ケイ素鋼板の磁化曲線図である。 【図４】 本実施例の点火コイルの磁気動作特性図であ
る。 【図５】 本実施例の点火コイルと磁石なしの点火コイ
ルとの一次遮断電流と二次発生電圧との関係を示す特性
図である。 【図６】 従来技術の永久磁石を嵌装した鉄心の基本的
な磁気回路の構成図である。 【図７】 従来技術の点火コイルの磁気動作を説明する
ための動作特性図である。 【図８】 従来技術の点火コイルの磁気動作説明図であ
る。 【図９】 図８の磁気動作説明図の正の磁束の領域につ
いて、鉄心の最大使用磁束密度の値の説明図である。 【図１０】 点火コイルにおける断面積比とＳG ／ＳF
及びＳM ／ＳF 並びに二次発生電圧Ｖ2 と永久磁石の厚
みＬM との関係を示す特性図である。 【図１１】 二次発生電圧Ｖ2 と永久磁石の厚みＬM と
特性図である。 【図１２】 従来技術の点火コイルと磁石なしの点火コ
イルとの一次遮断電流と二次発生電圧との関係を示す特
性図である。 【図１３】 従来技術の点火コイルの断面積比ＳM ／Ｓ
F を３としたときの磁気動作特性図である。 【図１４】 磁石なしの場合の点火コイルの磁気動作特
性図である。 【図１５】 磁石なしの点火コイルの断面図である。 【図１６】 磁石なしの点火コイルの側面図である。 【図１７】 従来技術の点火コイルの断面図である。 【図１８】 従来技術の点火コイルの側面図である。 【符号の説明】 １…鉄心 ２…空隙部 ４…永久磁石 ６…一次コイル ８…二次コイル ＳM …永久磁石の断面積 ＬM …永久磁石の厚み ＳF …巻線部の鉄心の断面積 ＳG …永久磁石の挿入部の鉄心の断面積 ＬF …鉄心の平均磁路長 ＢM …永久磁石内の磁束密度 μ…永久磁石の透磁率 ＢF …鉄心の最大使用磁束密度 ＢG …磁石を含む空隙部の平均磁束密度 ｎＩP …一次電流ＩP により生じる磁化力 ＨF …鉄心中の磁界 Ｈ…鉄心の空隙部（永久磁石）の中の磁界
図である。 【図２】 本実施例の点火コイルの側面図である。 【図３】 無方向性ケイ素鋼板の磁化曲線図である。 【図４】 本実施例の点火コイルの磁気動作特性図であ
る。 【図５】 本実施例の点火コイルと磁石なしの点火コイ
ルとの一次遮断電流と二次発生電圧との関係を示す特性
図である。 【図６】 従来技術の永久磁石を嵌装した鉄心の基本的
な磁気回路の構成図である。 【図７】 従来技術の点火コイルの磁気動作を説明する
ための動作特性図である。 【図８】 従来技術の点火コイルの磁気動作説明図であ
る。 【図９】 図８の磁気動作説明図の正の磁束の領域につ
いて、鉄心の最大使用磁束密度の値の説明図である。 【図１０】 点火コイルにおける断面積比とＳG ／ＳF
及びＳM ／ＳF 並びに二次発生電圧Ｖ2 と永久磁石の厚
みＬM との関係を示す特性図である。 【図１１】 二次発生電圧Ｖ2 と永久磁石の厚みＬM と
特性図である。 【図１２】 従来技術の点火コイルと磁石なしの点火コ
イルとの一次遮断電流と二次発生電圧との関係を示す特
性図である。 【図１３】 従来技術の点火コイルの断面積比ＳM ／Ｓ
F を３としたときの磁気動作特性図である。 【図１４】 磁石なしの場合の点火コイルの磁気動作特
性図である。 【図１５】 磁石なしの点火コイルの断面図である。 【図１６】 磁石なしの点火コイルの側面図である。 【図１７】 従来技術の点火コイルの断面図である。 【図１８】 従来技術の点火コイルの側面図である。 【符号の説明】 １…鉄心 ２…空隙部 ４…永久磁石 ６…一次コイル ８…二次コイル ＳM …永久磁石の断面積 ＬM …永久磁石の厚み ＳF …巻線部の鉄心の断面積 ＳG …永久磁石の挿入部の鉄心の断面積 ＬF …鉄心の平均磁路長 ＢM …永久磁石内の磁束密度 μ…永久磁石の透磁率 ＢF …鉄心の最大使用磁束密度 ＢG …磁石を含む空隙部の平均磁束密度 ｎＩP …一次電流ＩP により生じる磁化力 ＨF …鉄心中の磁界 Ｈ…鉄心の空隙部（永久磁石）の中の磁界
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 その一部に設けられた空隙部を介して閉
磁路を形成する鉄心と、 前記鉄心の外周に巻回され、通電されることにより鉄心
を励磁する一次コイルと、 前記鉄心に巻回された二次コイルと、 前記鉄心の空隙部に挿入され、前記一次コイルの通電に
よる励磁方向とは逆方向に磁化された永久磁石と、 を備えた点火コイルであって、前記一次コイルの一次抵抗値が１Ω以上に形成され、 前記永久磁石の挿入部の鉄心の断面積ＳG と前記永久磁
石の断面積ＳM とがほぼ等しく形成されると共に、 前記永久磁石の厚みＬM 及び断面積ＳM と、前記鉄心の
巻線部の断面積ＳF とが、下記の条件を満たすように構
成されたことを特徴とする点火コイル。 ０．６ｍｍ＜ＬM ＜１．８ｍｍ １．３＜ＳM ／ＳF ＜３．０
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14793693A JP3391049B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 点火コイル |
| KR1019940013472A KR100242545B1 (ko) | 1993-06-18 | 1994-06-15 | 점화코일 |
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| DE69425853T DE69425853T2 (de) | 1993-06-18 | 1994-06-16 | Zündspule |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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ID=15441417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14793693A Expired - Lifetime JP3391049B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 点火コイル |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3391049B2 (ja) |
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- 1994-06-15 KR KR1019940013472A patent/KR100242545B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1994-06-16 DE DE69425853T patent/DE69425853T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-06-16 EP EP94109288A patent/EP0635856B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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| EP0635856A1 (en) | 1995-01-25 |
| JPH0722256A (ja) | 1995-01-24 |
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| DE69425853D1 (de) | 2000-10-19 |
| DE69425853T2 (de) | 2001-03-15 |
| KR950001091A (ko) | 1995-01-03 |
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