JPH0821508B2

JPH0821508B2 - 点火コイル

Info

Publication number: JPH0821508B2
Application number: JP2213615A
Authority: JP
Inventors: ジャック・リューマン・フィリップス; ロジャー・ウェスレー・ケラムズ; ロナリー・ハウス
Original assignee: ゼネラル・モータース・コーポレーション
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0388310A; KR920004717A; DE69000381T2; CN1049394A; EP0412679B1; AU609663B2; ES2035710T3; CA2012485A1; KR950015008B1; CN1020782C; BR9003929A; AU5985590A; EP0412679A1; DE69000381D1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は点火コイルに関し、より詳細には電気絶縁材
料で被覆された粉末鉄粒子から形成される磁気部分から
成る点火コイルであって、上記電気絶縁材料が鉄粒子に
対するバインダを構成するとともに鉄粒子を相互に電気
的に絶縁して鉄粒子の間に絶縁ギャップを形成する形式
の点火コイルに関する。

［従来技術およびその問題点］点火コイルは、一次巻線および二次巻線に対する磁気
回路として、積層したスチール材料をしばしば利用して
いる。この例は米国特許第4,480,377号明細書に開示さ
れている。スチール薄膜のスタックを用いると不利益を
生ずる。すなわち、スチール薄層を用いると製品の梱包
において寸法上のまた形状上の制約が生ずる。また、点
火コイルに対するポッティング材料はシート状の電気的
スチールと適合しない。例えば、もしポッティング材料
を積層されたスタックに付与すると、スチールシートの
鋭利な縁において応力クラックが生ずる。積層したスタ
ックに伴う他の問題は、磁気回路は、点火コイルの製造
の際に厳密な調整を行わなければならないエアギャップ
を必要とすることである。このエアギャップの調整は上
述の米国特許明細書に説明されている。

［発明が解決しようとする課題］したがって、本発明の目的は、点火コイルの磁気回路
の部分が電気絶縁材料によって互いに絶縁された鉄粒子
によって形成されると共に電気絶縁材料が鉄粒子を互い
に結合している形式の点火コイルを提供することによ
り、上記従来技術の問題点を解消することである。

［課題を解決するための手段］本発明に係るコイルは、磁気材料から形成される軸方
向に伸びるコア（以下に述べる１つの実施例において
は、コア部材16により、他の実施例においては、磁気部
材32、34の軸方向に伸びる部分32B,34Bによって構成）
と、該コアの周囲に設けられる一次巻線（同実施例にお
いて参照番号18で表示）と、該一次巻線の周囲に設けら
れる二次巻線（22）と、コアに連結されて環状の磁気回
路を形成する磁気回路部材とを有し、上記一次及び二次
巻線は上記磁気回路によって囲まれてなる点火コイルで
あって、上記磁気回路部材がコアの両端に連結された端
壁部分（12D,14D,30A,30B,32C,34D）と、それら端壁部
分の間で上記二次巻線の外側をコアの軸方向に伸びる部
分（12B,14B、30C,32A,34A）とを有しており、端壁部分
が電気絶縁材料製のバインダに混合された鉄粒子から形
成され、上記バインダは鉄粒子の間に介在してこれら鉄
粒子の間でエアギャップとして作用する複数のギャップ
を形成し、該鉄粒子及びギャップの量が鉄の磁気的飽和
を防止するように設定されていることを特徴とする。

［作用及び効果］鉄粒子および電気絶縁材料によって形成される部品を
用いることによりスチール薄層に伴う設計上および製造
上の問題点を排除することができる。すなわち、磁気部
品はポッティング材料と適合性を有する。更に、複合さ
れた鉄粒子および電気絶縁材料は種々の形状に成形する
ことができる。また、複合された鉄粒子および電気絶縁
材料を用いることにより調節を必要とするエアギャップ
を磁気回路に設ける必要がない。すなわち、各々の粉末
の鉄粒子が電気絶縁材料で被覆されているために、磁気
回路全体にわたってエアギャップが分布しているのであ
る。言い換えると、複合された材料は材料全体にわたっ
て分布されてエアギャップの作用を行う多くの小さなギ
ャップを有している。

この点に関して、米国特許第2,885,458号明細書は、
環状すなわちトロイダル形状のコアが、鉄粒子と、型成
形されるフェノール樹脂の如きバインダとから形成され
る形式の点火コイルを開示している。しかしながら、こ
の米国特許明細書に開示される構成は、とりわけ点火コ
イルの一次および二次巻線の組み立てを容易にするよう
になされた少なくとも２つの部品から磁気回路が形成さ
れている点において、本発明とは相違する。また、この
米国特許等に示される如き鉄粒子を含むバインダによっ
てコアを形成する従来技術においては、バインダ中の鉄
粒子の磁気的飽和という点について考慮されておらず、
従って、余り優れた性能の点火コイルは得られなかった
が、本発明では、「鉄粒子及びエアギャップの量を鉄の
磁気的飽和が生じない」ように設計したので、優れた性
能の点火コイルを提供することができる。

［実施例］次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図面特に第１図を参照すると、符号10は略カップ形状
のケースを示しており、このケースはプラスチック製の
絶縁材料の成形体から形成されている。ケース10の中に
は点火コイル用の磁気回路の一部を構成する略Ｌ字形状
の磁気部分12、14が設けられている。これらの磁気部分
12、14は図示の形状に圧縮成形された粉末鉄および電気
絶縁材料の複合体から形成されている。この複合材料に
ついては以下に詳細に説明する。磁気部分12、14は同一
であり、これら磁気部分の一方を第２図に詳細に示し
た。説明の都合上、第２図には磁気部分14が示されてい
るものとする。磁気部分14は、矩形の孔14Aと、円形の
内面14Cを有する軸方向に伸びる部分14Bと、半径方向に
伸びる端壁部分14Dとを備えている。磁気部分12のこれ
らに対応する部分は12A,12B,12C,12Dで示されている。
軸方向に伸びる部分12B,14Bの端面は符号15で示される
線に沿って係合されて軸方向に伸びる手段を画成してい
る。この係合は磁気部分12及び14をケース10の対向する
内面の間に圧入することにより維持されている。

点火コイルは磁気材料から形成されたコア部材16を有
している。コア部材16の断面形状は矩形であり矩形の孔
12A,14Aに適合している。コア部材16は点火コイルの組
み立ての際に矩形の孔12A,14Aの中に挿入されるが、そ
の挿入の仕方は圧入（プレスばめ）とすることができ
る。コア部材16の最終的に組み立てられた状態において
は、それらの両端部はそれぞれ矩形の孔12A,14Aの中に
位置している。コア部材16は磁気部分12、14を磁気的に
連結するとともに点火コイルの一次および二次巻線18、
22に対するコアとしての役割を果たす。

コア部材16はスチールの薄層のスタック、すなわち複
数のスチールの薄層、から形成することができる。ま
た、コア部材16は磁気部分12、14と同一の材料、すなわ
ち粉末鉄および電気絶縁材料の複合体を形成したもの、
から形成することができる。

点火コイルの一次巻線は符号18で示されている。この
一次巻線は、巻き回されかつ絶縁材料製のスプール20に
よって支持された多数のワイヤの旋回部から形成されて
いる。スプール20および一次巻線18はコア部材16の周囲
に配置されている。

点火コイルの二次巻線はその全体を符号22で示されて
いる。この二次巻線22は、スプール20に形成された環状
の溝の中に巻かれた連続的に連結された複数の巻き部分
すなわち各区画24を有している、いわゆるセグメント巻
き型の巻線である。第１図には12の個々の巻き部分が示
されている。スプール26は電気絶縁材料から形成されて
いる。

上述の点火コイルを組み立てるために、コア部分16の
一端を例えば磁気部材12の矩形の孔12Aに挿入すること
ができる。次に、スプール20およびこのスプールに支持
された一次巻線18から構成される一次巻線ユニットをコ
ア部材16上に組み付ける。その次に、スプール26および
このスプールにより支持された二次巻線22から構成され
る二次巻線ユニットを一次巻線ユニット上に組み付け
る。次に、コア部材16の他端が矩形の孔14Aの中に挿入
されかつ軸方向に伸びる部分12Bおよび14Bの端面が互い
に接触するようにして磁気部分14を組み付ける。

上述のように種々の部分が組み立てられると、これら
の組み立てられた部分をケース10の中に定置して絶縁材
料で形成された符号28で示すポッティング合成物で封じ
込める。このポッティング合成物28はケース10の開放端
部を閉じる。ポッティング合成物28は点火コイルの種々
の部分を互いに固定するとともにケース10に接合して点
火コイルの種々の部分をケース10の中に保持する。すな
わち、ポッティング合成物28は点火コイルの種々の部分
の内部およびその周囲の開放された空間を充填する。

第３図乃至第５図は第１図に示した点火コイルの磁気
部分12、14と置き換えることのできる磁気部分30を示し
ている。磁気部分30は磁気部分12、14に用いられたもの
と同一の磁気材料、すなわち粉末鉄および電気絶縁材料
の複合物を成形した材料、から形成することができる。
磁気部分30は軸方向に伸びる部分30Cによって接合され
た端壁部分30A,30Bを有している。端壁部分30A,30Bは端
部が開放されかつ軸方向に伸びるスロット30D,30Eを有
している。スロット30D、30Eはコア部材16と同様のコア
部材の端部を収容しており、この部材もスロットに圧入
されている。軸方向に伸びる部分30Cが第１図に示す装
置の軸方向に伸びる部分12B,14Bと同様の機能を有して
いる。

第６図は他の変形した磁気回路を示している。第６図
においては、第１図の磁気部分12、14及びコア部材16が
磁気部分32、34によって置き換えられている。一次及び
二次巻線18、22は概略的に示されており、これら巻線は
第１図の実施例と同様のスプールを有する。磁気部分3
2、34は磁気部分12、14と同様の形式の磁気材料、すな
わち粉末鉄粒子および電気絶縁材料の複合物、から形成
される。磁気部分32は軸方向に伸びる部分32Aを有して
おり、この軸方向に伸びる部分32Aの端面は磁気部分34
の軸方向に伸びる部分32Aの端面に当接するすなわち係
合している。軸方向に伸びる部分32A、34Aは第１図の軸
方向に伸びる部分12B、14Bに対応しこれらと同一の形状
を有している。第６図においては、一次巻線18および二
次巻線22のためのコアは、別個の部分としてではなく、
磁気部分32、34の係合された軸方向に伸びる部分32B、3
4Bによって形成されている。軸方向に伸びる部分32B、3
4Bは磁気部分32、34の端壁部分32C、34Cと一体になって
軸方向に伸びている。軸方向に伸びる部分32B、34Bはコ
ア部材16と同様に矩形の断面形状とするかあるいは円形
の断面形状とすることができる。

前述のように、磁気部分12、14、16、30、32及び34は
総て複合磁気材料、すなわち電気絶縁材料から形成され
たバインダの中に粉末鉄粒子を分散したもの、から形成
することができる。最終的な圧縮成形品は個々の鉄粒子
が電気絶縁材料によって被覆されたものでなければなら
ない。この電気絶縁材料は２つの機能を果たす。すなわ
ち、電気絶縁材料は鉄粒子を相互に絶縁すると共にこれ
ら鉄粒子を互いに結合するのである。鉄粒子の表面およ
び鉄粒子の間に存在する電気絶縁材料は複合材料の全体
にわたって分布する多数の小さなエアギャップのような
作用する。これらのギャップは実際には空気で形成され
るわけではないが、電気絶縁材料は空気と略同一の透磁
率を有するので、エアギャップ効果が奏功される。

本発明は、使用する粉末鉄粒子のタイプあるいは使用
する絶縁粒子のタイプに限定されるものではない。鉄粒
子の粒径は約0.1mmである。粉末鉄の一例はヘガネアス
社（Hoeganeas Corp.）の1000Bパウダである。この粉末
鉄は適宜なエポキシ樹脂粉末と混合することができ、そ
の混合物をプレスあるいはモールドで圧密して所望の形
状に加工する。所望の形状に加工された部品は硬化され
る。このようにして得られた製品は、鉄粒子がエポキシ
の絶縁材料によって相互に絶縁されると共に鉄粒子がエ
ポキシの絶縁材料によって互いに接合された材料であ
る。最終製品は、エポキシ材料が約0.5乃至２重量％で
あり、残りの部分は鉄粒子である。

複合材料は、硬化させた熱可塑性材料によって互いに
接合されると共に相互に分離された、鉄粒子によって形
成することができる。すなわち、約0.1mmの平均粒径の
鉄粒子を熱可塑性材料で被覆することができる。被覆さ
れた鉄粒子を加熱したモールドの中に定置して所望の形
状および密度に圧縮成形する。最終製品は硬化した熱可
塑性材料及び鉄粒子から成る複合部品である。硬化した
熱可塑性材料は、鉄粒子を互いに接合すると共に、大部
分の鉄粒子を相互に絶縁する役割を果たす。成形圧を与
えている間に幾分かの鉄粒子が係合することは有り得る
が、最終製品はエアギャップの作用をする多数のギャッ
プを有している。成形された最終製品は、容積比で、約
96％の鉄粒子と約４％の熱可塑性材料を含む。

シートメタル薄層を用いた従来の点火コイルにおいて
は、シートスチールの密度は一定である。したがって、
回路を形成する鉄の量は、磁束密度による回路の飽和を
防ぐために、その断面積あるいは薄層の積み重ね枚数に
よって調節される。また、スチールシートは連続体であ
り、したがって回路に形成されるエアギャップは、所望
のエネルギ蓄積をもたらすのに必要とされる位置技イン
ダクタンスを制御するために、回路を物理的に切除する
量によって調節される。電気的に絶縁された鉄粒子を用
いる点火コイルにおいては、粉末金属の成形物の密度は
調節可能である。回路を形成する鉄の量はその断面積お
よび粉末金属圧密工程で達成される密度によって調節さ
れる。また、粉末鉄粒子は電気絶縁コーティングにより
相互に絶縁される。したがって、回路に形成されるエア
ギャップは、粉末金属成形物の中に存在する被覆された
粉末鉄粒子の数及びこれらの間の間隔によって調節され
る。存在する被覆された鉄粒子の数およびこれらの間の
間隔は、成形物の中に形成されるフラックス路の長さ、
断面積及び粉末金属圧密工程において達成される密度に
よって決定される。

粉末金属成形物において発生する磁束密度に関して、
鉄の量と存在するエアギャップとの間にはある関係が認
められる。この関係は次のように説明することができ
る。すなわち、既知の量の粉末金属材料を用いて任意の
点火コイルを設計する際には、所望の点火コイル性能を
もたらすのに必要とされる鉄の量およびエアギャップの
量を決定することができる。次に、磁気回路の寸法及び
形状を決めるには、断面積を最適化しなければならな
い。もし十分な断面積がなければ、磁束密度が高くなり
過ぎて鉄を飽和してしまう。鉄の飽和は低いエネルギ伝
達効率および高い心損にする不十分な性能の原因とな
る。断面積が大きすぎると磁束密度が低くなり過ぎて磁
束線がエアギャップをバイパスしてしまう。存在する多
数のエアギャップは満足すべきエネルギ蓄積をもたらす
ためには十分であるが、エネルギギャップの総てが磁気
回路で利用されるわけではない。したがって、依然とし
て鉄の飽和が起こり、低いエネルギ伝達効率と高い心損
により不十分な性能がもたらされる。したがって、断面
積が大きすぎるために磁気回路の中に鉄が多く存在する
と、鉄粒子のコーティングおよび鉄粒子の間の間隔に起
因するエアギャップの積算値が点火コイルの設計に関し
ては適正であっても、磁束線は選択的でありエアギャッ
プの一部を利用するだけである。このことは望ましくな
い状況を引き起こす。もしこの状況をその断面積を過度
に減少することによって過修正すると鉄が飽和されてし
まう。このことは望ましくない状況を引き起こす。鉄を
十分に使用してかつこれが飽和されずまたエアギャップ
が十分に利用されてかつ飽和されないという点は、電気
的に絶縁された粉末金属を利用した最も効率的な磁気回
路を設計するために望まれる設計上のポイントである。

最適な結果を得るために、点火コイルの設計によって
達成されるべき電気的な所定の性能を考慮して上述した
方法で設計される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にしたがって形成された点火コイルの断
面図、第２図は第１図に示した点火コイルの構成要素の端面
図、第３図は第１図に示した磁気部分のある部分に代えて用
いることのできる磁気部分を示す図、第４図は第３図の４−４線に沿った断面図、第５図は第４図の５−５線に沿った断面図及び第６図は第１図の点火コイルのための変形した磁気回路
を示す図である。［主要符号の説明］ 12D,14D、30A,30B,32C,34C:端壁部分 12B,14B、30C,32A,34A:軸方向に伸びる部分 16、32B,34B:コア 18:一次巻線 22:二次巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロナリー・ハウスアメリカ合衆国インディアナ州46016，アンダーソン，マウンズロード 3122 (56)参考文献特開昭61−58221（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−131408（ＪＰ，Ａ) 特公昭40−15061（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気材料から形成される軸方向に伸びるコ
ア（16、32B,34B）と、該コアの周囲に設けられる一次
巻線（18）と、該一次巻線の周囲に設けられる二次巻線
（22）と、コアに連結されて環状の磁気回路を形成する
磁気回路部材とを有し、上記一次及び二次巻線は上記磁
気回路によって囲まれてなる点火コイルであって、上記磁気回路部材がコアの両端に連結された端壁部分
（12D,14D、30A,30B,32C,34C）と、それら端壁部分の間
で上記二次巻線の外側をコアの軸方向に伸びる部分（12
B,14B、30C,32A,34A）とを有しており、端壁部分が電気
絶縁材料製のバインダに混合された鉄粒子から形成さ
れ、上記バインダは鉄粒子の間に介在してこれら鉄粒子
の間でエアギャップとして作用する複数のギャップを形
成し、該鉄粒子及びギャップの量が鉄の磁気的飽和を防
止するように設定されていることを特徴とする点火コイ
ル。
【請求項２】請求項１に記載の点火コイルにおいて、上
記コア（16）が複数のスチールの薄層から形成されてい
ることを特徴とする点火コイル。
【請求項３】請求項１に記載の点火コイルにおいて、上
記コアが鉄製のロッドであることを特徴とする点火コイ
ル。
【請求項４】請求項１において、上記コア（32B,34B）
が上記端壁部分（32C,34C）と同一の材料で形成されて
いることを特徴とする点火コイル。
【請求項５】請求項１に記載の点火コイルにおいて、上
記コアが軸方向で衝き合わされて連結された２つの部分
（32B,34B）からなり、各部分は対応する端壁部分と一
体に形成されている点火コイル。
【請求項６】請求項１に記載の点火コイルにおいて、上
記軸方向に伸びる部分（32A,34A）が、軸方向で相互に
衝き合わされ、それぞれ対応する端壁部分（32C,34C）
と一体形成されていることを特徴とする点火コイル。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれかに記載の点火
コイルにおいて、上記二次巻線（22）の外側に設けられ
た軸方向に伸びる部分が上記端壁部分（30A,30B）と同
一の材料から形成されかつ上記端壁部分と一体の軸方向
に伸びる部材（30C）から形成されることを特徴とする
点火コイル。