JPH09223634A - 高電圧用プレナーコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電圧を発生するコイル内部における等電位
線の分布を均一にすることで、絶縁材料を含むコイル全
体を小型化すると共に、絶縁破壊の恐れが少ない高電圧
用プレナーコイルを提供すること。 【解決手段】 コア１２を中心として渦巻状のコイルパ
ターンの形成された基板を複数積層した一次コイル１４
並びに二次コイル１６を有する高電圧用プレナーコイル
において、前記コアの軸方向断面に対して、前記二次コ
イルのコイルパターンが断面台形状に積層されると共
に、当該二次コイルに発生する電位は積層順序に従って
高電位側から低電位側となるべく各層のコイルパターン
を接続し、この二次コイルの高電位側を前記台形の短辺
側に接続し、低電位側を前記台形の長辺側に接続すると
共に、この長辺側のコイルパターン形成面を前記一次コ
イルのコイルパターン形成面と対向させたことを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火用
コイルのように高電圧を発生するコイルに掛り、特にプ
レナーコイルを用いて小型化する改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】プレナーコイルは、例えば本出願人の提
案にかかる特開平６−３１０３４５号公報で開示されて
いるように、渦巻状のコイルパターンを絶縁板上に形成
するとともに、この絶縁板を複数積層してトランスやチ
ョークコイルを形成するものである。このプレナーコイ
ルは、電子機器用の直流電源の用途を念頭に開発された
ため、入力電圧は商用ＡＣ１００Ｖ〜２２０Ｖで、出力
電圧は直流１５Ｖ程度と低電圧のものが多かった。

【０００３】他方、内燃機関の点火用コイルのように高
電圧を取り扱う分野でも、プレナーコイルの特徴である
小型・巻線の巻きムラのなさ等が評価されて、導入の機
運が高まっている。ところで、点火用コイルは、機械工
学便覧Ｂ７編第１０４頁に記載されているように、１５
〜３０ｋＶという高電圧を発生させている。そこで、電
気的絶縁と熱的絶縁が必要になっている。

【０００４】図５は従来の内燃機関の点火用コイルの構
成図で、例えば特開平６−３２５９５３号公報に開示さ
れている。図において、コイルケース１０は、内燃機関
のシリンダヘッドの上部に露出したもので、鉄等の強磁
性材料よりなるコア１２と、このコア１２の外側に巻か
れた一次コイル１４と、この一次コイル１４の外側に巻
かれた二次コイル１６を有している。一次コイル１４と
二次コイル１６の巻線状態を安定するため、絶縁性材料
よりなるスプール１８が構造材としてコア１２の外側で
あって、コイルケース１０の内部に装着されている。点
火回路部２０はコイルケース１０の上部に固定された回
路基板で、点火プラグに所定のタイミングで高電圧信号
を供給する制御を行っている。注入樹脂２２はコイルケ
ース１０の内部に充填される絶縁性材料で、内燃機関の
振動等によって一次コイル１４や二次コイル１６に好ま
しくない影響が出現しないように固定している。ターミ
ナル部２４は、電源ライン等と接続される配線を接続す
る部位である。

【０００５】高圧ジョイント３０は、二次コイル１６で
発生する高電圧信号を点火プラグ（図示せず）に送るも
ので、コア１２のような磁性材料や樹脂成形品は内燃機
関のシリンダヘッド等に比較して耐熱性が低いので、内
燃機関との熱的絶縁も兼用している。点火プラグ接続部
３４は、高圧ジョイント３０と点火プラグとを機械的に
接続するもので、内部に設けられたスプリング３２によ
り機械的振動を吸収している。

【０００６】図６は上述のコア１２、一次コイル１４並
びに二次コイル１６近傍の電位分布図で、等電位線を用
いて表している。二次コイル１６は、スプール１８によ
って７室に区分されており、右側からＮ₂₁、Ｎ₂₂、Ｎ₂₃、
Ｎ₂₄、Ｎ₂₅、Ｎ₂₆、Ｎ₂₇という符号を付している。右端の
Ｎ₂₁が最も低電位であり、左側に行くほど高電位となっ
て、左端のＮ₂₇が最も高い電位になっている。二次コイ
ル１６の各室内部での等電位線の間隔が広いのは巻数並
びに巻装状態に起因するもので、各室の間では巻数に相
当する電位の変化があるため等電位線の間隔が狭くなっ
ている。そして、最も高い電位の室Ｎ₂₇と一次コイル１
４との間隙に、最も多くの等電位線が集中している。な
お、一次コイル１４に供給される電圧は２４Ｖ程度と二
次電圧に比較して格段に低いため、等電位線の一目盛分
にも相当しない。また、コア１２の端部分に近い領域に
は一次コイル１４や二次コイル１６は存在しないため、
等電位線は疎らである。そこで、等電位線の分布に疎密
を生じている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、等電位線の
分布が疎の領域は、絶縁体の電気的特性は殆ど利用され
ず、機械的な構造担体としての機能しか有していない。
そこで、もし機械的な強度として過分な値を有していれ
ば、樹脂を徒に使用することになり、車体の軽量化の要
請に反していることになる。また、等電位線の分布が過
密な領域は絶縁破壊の恐れがあり、絶縁体として周密な
材料を用いないと信頼性が低下するという課題があっ
た。本発明は上述の課題を解決したもので、高電圧を発
生するコイル内部における等電位線の分布を均一にする
ことで、絶縁材料を含むコイル全体を小型化すると共
に、絶縁破壊の恐れが少ない高電圧用プレナーコイルを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、コア１２を中心として渦巻状のコイルパターン
の形成された基板を複数積層した一次コイル１４並びに
二次コイル１６を有する高電圧用プレナーコイルにおい
て、前記コアの軸方向断面に対して、前記二次コイルの
コイルパターンが断面台形状に積層されると共に、当該
二次コイルに発生する電位は積層順序に従って高電位側
から低電位側となるべく各層のコイルパターンを接続
し、この二次コイルの高電位側を前記台形の短辺側に接
続し、低電位側を前記台形の長辺側に接続すると共に、
この長辺側のコイルパターン形成面を前記一次コイルの
コイルパターン形成面と対向させたことを特徴としてい
る。

【０００９】本発明の構成によれば、二次コイルとコア
との間隔は、低電位側から高電位側にいくに従って増大
するので、等電位線の本数が増大する高電位側で間隔が
増して、二次コイルとコアとの間隙に分布する等電位線
の密度がほぼ均一になる。このため、絶縁破壊の恐れが
低下して、信頼性が増大する。一次コイルは、二次コイ
ルの低電位側と対向しているので、内燃機関用の点火コ
イルのようにエンジン室側で高電位を取扱う様な用途で
は、一次コイルに電力を供給する端子の配置が容易にな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明
する。図１は本発明の一実施例を示す構成断面図であ
る。図において、コア１２はトランスの磁路をなす鉄芯
であって、必要により図示しない外部磁路と接続されて
閉磁路を形成している。一次コイル１４は、渦巻状のコ
イルパターンが形成された基板を複数積層したものであ
る。二次コイル１６は、一次コイル１４の積層方向に積
み重ねる状態で配置されたもので、渦巻状のコイルパタ
ーンが形成された基板を複数積層したものである。この
二次コイル１６のコイルパターン断面の外延線は、ぼぼ
等脚台形になっており、平行な対辺の長辺側が一次コイ
ル１４側に位置している。

【００１１】図２は、一次コイル並びに二次コイルにお
けるコイルパターンの配置を説明する断面図である。こ
こでは、一次コイル１４は二層Ｎ₁₁、Ｎ₁₂構造であっ
て、コア１２との間隙はδで、幅はＷ＋２ΔＷになって
いる。二次コイル１６は１０層Ｎ₂₁、Ｎ₂₂、Ｎ₂₃、・・・、Ｎ
₂₉、Ｎ₃₀構造であって、一次コイル１４に対向する第一
層Ｎ₂₁のコア１２との間隙はδで、幅はＷ＋２ΔＷにな
っている。また最上層Ｎ₃₀のコア１２との間隙はδ＋Δ
Ｗで、幅はＷになっている。一次コイル１４のコイルパ
ターンの幅は、二次コイル１６のコイルパターンの幅に
比較して広くなっており、二次コイル１６に比較して低
電圧で大電流を流すのに適した形状となっている。二次
コイル１６では、一次コイル１４に対向する第一層Ｎ₂₁
が最も低い電圧が誘起され、層を増すに従って誘起電圧
が増大し、最上層Ｎ₃₀で最高の電圧が誘起される。絶縁
樹脂２４は、一次コイル１４と二次コイル１６のコイル
パターンの間隙に充填されると共に、コア１２と二次コ
イル１６との間隙にも充填される。絶縁樹脂２４の絶縁
破壊電圧Ｅbd、例えば５〜１５［ｋＶ／ｍｍ］である。

【００１２】次に、二次コイル１６のコイルパターン断
面の設計について概括的に説明する。二次コイル１６に
誘起される最大二次電圧をＥ２とする。絶縁樹脂２４の
絶縁破壊電圧Ｅbdに対して安全率αを採用すると、最上
層Ｎ₃₀のコア１２との間隙δ＋ΔＷは次の関係を満た
す。 δ＋ΔＷ＞Ｅ２／(Ｅbd／α)＝α・Ｅ２／Ｅbd (1) 他方、第一層Ｎ₂₁のコア１２との間隙δは、防爆等の安
全規格の取得に必要とされる絶縁距離の確保や、コア１
２の装着の際の機械的公差を考慮して定めるものであ
る。二次コイル１６は全部でｎ層とすると、第ｋ層で誘
起される電圧Ｅ_2kは二次コイル各層での巻数の相違が微
小であるとすると次の関係式で近似される。 Ｅ_2k≒Ｅ２・ｋ／ｎ (2) 従って、第ｋ層におけるコア１２との間隙δ_kは次の関
係を概ね満たせばよい。 δ_k＝δ＋ΔＷ・ｋ／ｎ (3)

【００１３】図３は二次コイル近傍の等電位線の分布で
ある。金属製筐体４０は、コイル全体を収用するもの
で、例えばシリンダヘッドである。この金属製筐体４０
と二次コイル１６との間隙も、二次コイル１６とコア１
２との間隙と、ほぼ同様の関係を有している。図におい
て、一次コイル１４には低電圧が印加されるので、等電
位線の一目盛分の電位差さえ存在しない。他方、二次コ
イル１６には高電圧が誘起されるが、高電位となる平行
な対辺の短辺側はコア１２との間隙δが大きいため、各
等電位線の間隔はより低電位側とほぼ等しくなってい
る。ここでは、等電位線の特に高いものは絶縁樹脂２４
の内部に収まっているが、等電位線の低いものは絶縁樹
脂２４の外部に閉曲線が延びている。

【００１４】図４は、図１のコイルをシリンダヘッドに
装着した状態の構成図である。一次コイル１４と接続さ
れる低圧端子２６は、シリンダヘッド壁体４２の表面と
ほぼ等しい平面に位置している。他方、二次コイル１６
と接続される高圧端子３６は、点火プラグ４４と接続さ
れている。高電圧を取り扱う高圧端子３６は、シリンダ
ヘッド壁体４２で周囲を囲われているので、可燃物雰囲
気の中でも安全に動作しうる。また、図５の点火コイル
と比較すると、スプール１８やコイルケース１０が非常
に小型化されて、シリンダヘッドの内周に収まってお
り、軽量化が進んでいる。

【００１５】尚、上記実施例においては内燃機関用の点
火コイルに用いる場合を示したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、冷陰極管の点灯回路等の高電圧を
発生するトランスやコイルに用いて好適である。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば一
次コイル及び二次コイルを渦巻き状のコイルパターンを
積層して構成すると共に、二次コイルの低電圧側から高
電圧側に向かってコアとの間隙が拡大するようにコイル
パターンを配置しているので、等電位線の分布がほぼ均
等になり、絶縁樹脂の絶縁破壊の恐れがすくなくなり、
信頼性が向上するという効果がある。また、従来コイル
の整線に必要であったスプールを設ける必要がなくな
り、コイルの小型化・軽量化に寄与するという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成断面図である。

【図２】一次コイル並びに二次コイルにおけるコイルパ
ターンの配置を説明する断面図である。

【図３】二次コイル近傍の等電位線の分布である。

【図４】図１のコイルをシリンダヘッドに装着した状態
の構成図である。

【図５】従来の内燃機関の点火用コイルの構成図であ
る。

【図６】コア１２、一次コイル１４並びに二次コイル１
６近傍の電位分布図である。

【符号の説明】

１２ コア １４ 一次コイル １６ 二次コイル ２４ 絶縁樹脂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コア（１２）を中心として渦巻状のコイル
   パターンの形成された基板を複数積層した一次コイル
   （１４）並びに二次コイル（１６）を有する高電圧用プ
   レナーコイルにおいて、 前記コアの軸方向断面に対して、前記二次コイルのコイ
   ルパターン断面が台形状に積層されると共に、当該二次
   コイルに発生する電位は積層順序に従って高電位側から
   低電位側となるべく各層のコイルパターンを接続し、 この二次コイルの高電位側を前記台形の短辺側に接続
   し、低電位側を前記台形の長辺側に接続すると共に、こ
   の長辺側のコイルパターン形成面を前記一次コイルのコ
   イルパターン形成面と対向させたことを特徴とする高電
   圧用プレナーコイル。