JPH0237705A - 点火コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （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。

（従来技術） 永久磁石を鉄心の空隙部に挿入することにより点火コイ
ル等の電磁コイルに蓄積されるエネルギを増大する提案
は、例えば、従来技術文献の実開昭４８−４９４２５号
、西独実用新案登録第７９２４９８９号、特開昭５９−
１６７００６号、米国特許第４，５４６，７５３号など
によってなされている。しかしながら、上記の従来技術
文献のいずれにおいても、どのような形状、寸法等の鉄
心及び永久磁石を含む磁気回路を有する構成とすれば効
率のよい点火コイルを得ることができるかという点につ
いては何ら確立された技術の開示はなく、また今まで実
用に供された点火コイルにおいても、特に永久磁石を加
えた割には、従前のものに比しさほどの性能向上、ある
いは小形化が達成されていない。一方、近年、点火コイ
ルの鉄心中に挿入して使用すれば、その鉄心を飽和させ
るほどの磁束を生じさせうる、Ｓｍ（サマリューム）、
Ｎｄ（ネオジウム）等の元素を含有する強力な永久磁石
材料が開発され、かつ、量産されるようになってその用
途の拡大が期待されるに至った。そのため上記のような
点火コイルに適用するのに好適な特性を有する永久磁石
の材料の人手が容易になってきた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、適切な形状、寸法等の鉄心及び永久磁石を含
む磁気回路を有する構成を用いて上記の強力な永久磁石
材料を有効に活用し、飛躍的に小形軽量化された点火コ
イルを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上述の目的を達成するために、種々の研究と
実験との結果から得られた事実及びデータに基づいて求
められた鉄心及び永久磁石の大きさ並びにそれらの関係
が、 ０．６　ｍｍ　＜　ｌ！Ｍ＜　１．８　ｍｍ２　＜　Ｓ
Ｍ／ＳＦ　＜　６ １．５＜８゜／　Ｓ、　＜　４．５ という条件を満たすように構成された点火コイルを提供
する。ここで、ｌＭは、永久磁石の厚みを、ＳＭは、永
久磁石の断面積を、Ｓ、は、巻線部の鉄心断面積を、Ｓ
ｏは、永久磁石挿入部の鉄心断面積を示す。

（作用） 本発明の点火コイルにおいては、一次コイル及び二次コ
イルが巻装され閉磁路を形成する鉄心の一部分に設けら
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、上記永久磁石の磁化力により一次コ
イルの通電による磁化方向とは逆の向きに鉄心を負方向
の最大使用磁束密度まで磁化しておく。次に、上記点火
コイルの使用時には、一次コイルに励磁電流を流すこと
により上記永久磁石の磁化力とは逆方向の磁化力を発生
させ、それにより鉄心を正方向の最大使用磁束密度まで
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、永久磁
石を含まないで一次コイルの通電によってのみ鉄心を正
方向の最大使用磁束密度まで磁化する従来の点火コイル
によって利用できる有効交差磁束の倍量利用できる。従
って一定の火花エネルギを発生させるために必要な点火
コイルの体積としては、本発明による点火コイルは、従
来の点火コイルと比べて格段に小さくすることが可能に
なる。

（実施例） 第１図は、−例として、いわゆる外鉄形鉄心を用いた場
合における、本発明による点火コイルの永久磁石を嵌装
した鉄心の基本的な磁気回路の構成図である。第１図の
本発明の点火コイル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、Ｓｏは永久磁石
挿入部の鉄心の断面積を示し、ｅ、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。

第２図は、本発明による点火コイルの基本的な磁気動作
を説明するための動作特性図である。第２図を参照する
と、本発明の点火コイルの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
、第２図の中のハツチング部の面積Ｗ′で表わされ、そ
のＷ′の大きさは、Ｗ’　＝４・（２φ′）・ｎＩＰ′
＝Φ′・ｎ工Ｐ′　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、第３図に示した本発明の好適実施例の点
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。

一方、第３図の中の正の磁束の領域を示した第４図を参
照し、本発明の点火コイルの一次コイルの励磁電流の最
大値に対応した好適な鉄心の最大使用磁束密度の値のと
り方について説明する。

第４図において、曲線ａは鉄心の磁化曲線を、直線すは
永久磁石の磁化曲線を、曲線Ｃは曲線ａ及び直線すのそ
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、本発明の点火コイルの鉄心の
好適な最大使用磁束密度ＢＦの値は、第４図において、
直線す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。

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、第３図のハツチング部の面積
Ｗで表わ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、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。

次に、第１図に示した本発明の点火コイルの永久係を調
べる。

第３図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ｎ
Ｉｐ　／　２は、鉄心の磁化力Ｈ１・ｅ、（ただしＨｌ
は鉄心中の磁界匙永久磁石を含む空隙部にがかる磁化力
Ｈ−ｌＭ（ただしＨは該空隙部に生じる磁界）との和で
あるから、 他方、永久磁石内の磁束密度はＢＭ＝ｌｌＨと表わされ
るので、 磁石を含む空隙部における平均磁束密度をＢ。とすれば ＢＧ′ＳＧ″Ｂ、、ＳＧ 後述するように、本発明の点火コイルの鉄心及び永久磁
石の好適な構成においては、ＳｏＬ、ＳＭのように選定
されるためＢ。＃ＢＭであり、上記の等式は、ＢＭ−８
ｏ：Ｂ、・Ｓ、と表わされる。従って、上記のＢＭの式
と組み合わせて、 これより、ｌＭの大きさを表わす式として、わす式とし
て、 が導かれる。

又、本発明の点火コイルでは、第３図の動作特性曲線図
のハツチング部分のうち、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、第３図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により第３図の右上の
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、第３図にＷで示された一
次コイルの蓄積エネルギとの関係はＥＭ＝±・Ｗである
。

第３図の面積Ｗの大きさは、Ｗ−４・（２・Ｂ、・Ｓ、
）・ｎＩ、　＝　Ｂ、・Ｓ、・ｍｌ、である。

他方、永久磁石の最大エネルギ積は（”Ｈ）ＭＡＸで表
わされ、そして永久磁石の持つ最大エネルギＥＭの理論
値は、”’Ｍ　”　（Ｂ”）ＭＡＸ”（ＳＭ”Ｍ）と表
わされる。本発明の点火コイルにおいては、第４図に示
した前述の永久磁石の磁化曲線す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”’）
ＭＡＸを与える動作点もしくはその近傍の動作点が選定
される。

従って、 一次コイルの蓄積エネルギＷ　＝　Ｂ、−８，−ｎｌ。

＝２ＥＭ ＝２−（Ｂ−Ｈ）ＭＡｘ・（８Ｍ−ｌＭ）が得られる。

上記の２つの式（１）及び（２）は、本発明の点火コイ
ルにおいて、永久磁石のエネルギを最も効果的に利用す
るために選定されるべき磁気回路の各部の寸法の関係を
表わしている。

次に、本発明による点火コイルを具体的に構成した後、
その性能テストを行った結果について説明する。ここで
、本発明の点火コイルを具体的に構成するために、前述
の式（１）及び（２）に対して適用するべく選定された
諸元の値は下記の通りである。

永久磁石材料はＳｍＣＯ５を用いたが、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たが、その
諸元は。

ＳＦ＝　４９　ｍｍ２）Ｂ、　＝　１．４　Ｗｂ　／　
ｍ２）ｎ与＝８００ＡＴ、ＨＦ＝１５０ＡＴ／ｍ、ｅＦ
＝　０．１　ｍ 上記の諸元を式（１）及び（２）に代入して求めた断第
５図及び第６図に示した。なお、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、それぞれ第５図及び第６図中に図示した。なお
、第６図は、第５図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■２
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。

このようにして得られた第５図及び第６図に図示の結果
によってわかったことは、本発明の点火コイルの最適の
寸法条件としては、 （イ）Ｓｏ；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 あれば、二次発生電圧■２が顕著に高くなること、０．
６　ｍｍ　＜　ｌＭ＜　１．８　ｍｍ２＜５Ｍｌ５Ｆ＜
６ １．５＜８゜／　ＳＦ＜　４．５ である。

なお、上記の本発明の点火コイルの性能テストの終了後
の調査結果によれば、使用した永久磁石の緒特性には上
記性能テストの前後を通して変化は認められず、従って
本発明の点火コイルは、所望の性能を維持しつつ連続的
使用に耐えうろことは明らかである。

以上に説明した最適の寸法条件を満たすような構成を有
する本発明による点火コイルと、従来技術による点火コ
イルとの間の具体的な数値の比較について以下に説明す
る。

第７図及び第８図は、本発明の点火コイルと従来技術の
点火コイルとが同一の性能を有するように、両者は、同
じ抵抗値を有し、かつ、同じ巻数の巻線を用いることに
より、同じＡＴ値を有し、同じ大きさの二次発生電圧を
生じるように構成した場合における、それぞれ本発明及
び従来技術による点火コイルの縦断面構造を示している
。

下記の比較表は、第７図及び第８図にそれぞれ示した本
発明及び従来技術による点火コイルの諸元を比較して示
したものである。

上記のように構成された本発明による点火コイルと従来
技術による点火コイルの諸元の比較結果によれば、同一
性能を発揮させるような構成とした場合、本発明の点火
コイルでは、その巻線部の鉄心断面積ＳＦを、従来技術
の点火コイルのそれの約１７２に激減させることができ
、従って巻線部の鉄心の周囲長は約１へηに減少し、そ
れにより鉄心重量は１／３近くまで減少し、全巻線スペ
ースは１７２近くまで減少する。その結果、完成品総重
量は１７２以下に減少させることができ、かくして本発
明の点火コイルは、従来技術の点火コイルと比べて、飛
躍的な小形軽量化を達成することができることが明らか
になった。

（発明の効果） 本発明による点火コイルにおいては、その磁気回路中に
嵌装された強力な永久磁石の機能を有効に活用するため
に、適切な形状、寸法等の鉄心及び永久磁石を含む磁気
回路を有する構成を具現することにより、同一性能を有
する従来技術による点火コイルと比べて、飛躍的に小形
軽量化された点火コイルが得られるというすぐれた効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の点火コイル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。 第２図は、本発明の点火コイルの基本的磁気動作を説明
するための動作特性図である。 第３図は、本発明の好適実施例の点火コイルの磁気動作
特性図である。 第４図は、第３図の磁気動作特性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とり方を説明す
るための説明図である。 第５図及び第６図は、本発明の具体的実施例の点二次コ
イル発生電圧ｖ２と永久磁石の厚みｌＭとの関係を示す
特性図であり、その中、第６図は、特に、二次発生電圧
ｖ２対永久磁石の厚みｌＭの特性曲線を図示している。 第７図及び第８図は、本発明と従来技術との比較を行う
ために作成した、それぞれ本発明及び従来技術による点
火コイルの縦断面図である。 （符号の説明） 近・・・永久磁石の断面積、 ｌＭ・・・永久磁石の厚み、 斗・・・巻線部の鉄心断面積、 Ｓｏ・・・永久磁石挿入部の鉄心断面積、ｅ、・・・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、 Ｂ、・・・鉄心の最大使用磁束密度、 Ｂ、・・・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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）その一部分に設けられた空隙部を介して閉
   磁路を形成する鉄心と、 （ロ）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、 （ハ）前記鉄心に巻回された二次コイルと、（ニ）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つて、 前記永久磁石の厚みｌ＿Ｍ及び断面積Ｓ＿Ｍと、前記鉄
   心の巻線部の断面積Ｓ＿Ｆ及び永久磁石挿入部の断面積
   Ｓ＿Ｇ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＜ｌ＿Ｍ＜１．８ｍｍ ２＜Ｓ＿Ｍ／Ｓ＿Ｆ＜６ １．５＜Ｓ＿Ｇ／Ｓ＿Ｆ＜４．５
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の点火コイルにおい
   て、前記永久磁石としては、その透磁率がμ≒１なる値
   を有するものを選定することを特徴とする点火コイル。