JPWO2016166849A1

JPWO2016166849A1 - 内燃機関用点火コイル

Info

Publication number: JPWO2016166849A1
Application number: JP2017512133A
Authority: JP
Inventors: 貴志井戸川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: JP6742989B2; WO2016166849A1; US20180240589A1; CN107408452A; CN107408452B; DE112015006445T5

Abstract

高回転域においても高出力が可能でかつ大型化を抑制した内燃機関用点火コイルを提供する。１次コイルおよび２次コイルの内側に配置されたセンタコアと、前記１次コイルおよび前記２次コイルの外側に配置され、前記センタコアと組み合わせて閉磁路を構成するサイドコアと、前記センタコアと前記サイドコアとの間、または前記サイドコアに設けられた１つまたは複数のギャップと、前記各ギャップに配置されたマグネット、を備え、前記各ギャップの断面積の総和を前記各ギャップの厚さの平均値の２００倍以上５００倍以下とし、前記マグネットにより前記センタコアの飽和磁束密度以上の逆バイアスを印加する内燃機関用点火コイルとする。

Description

本発明は、例えば自動車等の内燃機関に取り付けられて、点火プラグに高電圧を供給し火花放電を発生させる内燃機関用点火コイルに関するものである。

従来から内燃機関用点火コイルに関して高効率化、発生電圧増加のために様々な手法が取られてきた(例えば下記特許文献１，２参照)。
ただし、従来は点火コイルのピーク性能に関してのみを考慮し設計されていた。

特許第２７３４５４０号明細書(磁気回路) 特開２００７−１０３４８２号公報(磁気抵抗)

近年、燃費改善の要求からエンジン燃焼効率を上げるために、高圧縮化やダウンサイジングターボ車両の開発がおこなわれている。これに伴い点火コイルについても、高圧縮下で確実な絶縁破壊や燃焼を行わせることができるよう、高電圧化、高出力化が要求されている。
このような車両においては、高回転域において、または低電圧域においても、圧縮比が高く設定されるものもあり、低電圧域から高回転域まで高出力な点火コイルが求められる。
従来の点火コイルにおいては、エネルギを増加させる場合にはセンタコア断面積を増加させ、高回転域において、または低電圧域においても、エネルギを向上させるためには一次コイル線径(一次コイルの巻線の線径)を大きくし抵抗値を下げる手法が用いられてきた。
しかし、上記のような手法を用いた場合においても、高回転数特性を改善するには大幅なコア断面積の増加や一次コイル等の線径を大きくすることが必要となっていた。

この発明は上記の課題に鑑み提案されたものであって、高回転域においても高出力が可能でかつ大型化を抑制した内燃機関用点火コイルを提供することを目的とする。

この発明は、１次コイルおよび２次コイルの内側に配置されたセンタコアと、前記１次コイルおよび前記２次コイルの外側に配置され、前記センタコアと組み合わせて閉磁路を構成するサイドコアと、前記センタコアと前記サイドコアとの間、または前記サイドコアに設けられた１つまたは複数のギャップと、前記各ギャップに配置されたマグネット、を備え、前記各ギャップの断面積の総和を前記各ギャップの厚さの平均値の２００倍以上５００倍以下とし、前記マグネットにより前記センタコアの飽和磁束密度以上の逆バイアスを印加する内燃機関用点火コイルにある。

この発明では、高回転域においても高出力が可能でかつ大型化を抑制した内燃機関用点火コイルを提供できる。

本発明の実施の形態１による内燃機関用点火コイルを上から見た概略的な図である。図１の内燃機関用点火コイルの斜め下からの概略的な斜視図である。本発明の実施の形態１による内燃機関用点火コイルの作用を説明するための磁気特性図である。本発明の実施の形態２による内燃機関用点火コイルの作用を説明するための磁気特性図である。本発明の実施の形態３による内燃機関用点火コイルを上から見た概略的な図である。図５の内燃機関用点火コイルの斜め下からの概略的な斜視図である。本発明の実施の形態４による内燃機関用点火コイルの概略的な斜視図である。図７の内燃機関用点火コイルの概略的な上面図である。本発明の実施の形態４による内燃機関用点火コイルの作用を説明するための磁気特性図である。本発明の実施の形態５による内燃機関用点火コイルの概略的な上面図である。図１０の内燃機関用点火コイルにおけるマグネットからの磁束を示した図である。本発明の実施の形態６による内燃機関用点火コイルの概略的な上面図である。本発明の実施の形態７による内燃機関用点火コイルの概略的な上面図である。マグネットが無い場合の点火コイルの基本的な磁気特性を表す磁気特性図である。マグネットが有る場合の点火コイルの基本的な磁気特性を表す磁気特性図である。コア断面積増加による磁気特性の変化を示す磁気特性図である。低回転領域でのピーク時のエネルギ増加を説明するための磁気特性図である。高回転領域でのピーク時のエネルギ増加を説明するための磁気特性図である。Ｓｇ／ｌｇ＜２００とＳｇ／ｌｇ＝２００を比較した場合の磁気特性図である。Ｓｇ／ｌｇ＞２００とＳｇ／ｌｇ＝２００を比較した場合の起磁力が小さい時の磁気特性図である。Ｓｇ／ｌｇ＞２００とＳｇ／ｌｇ＝２００を比較した場合の起磁力が大きい時の磁気特性図である。Ｓｇ／ｌｇ＝５００とＳｇ／ｌｇ＞５００を比較した場合の磁気特性図である。本発明の実施の形態２による内燃機関用点火コイルの作用を説明するための磁気特性図である。

以下、この発明による内燃機関用点火コイルを各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。

最初に本発明の原理および効果を詳細に説明する。
図１４、１５は点火コイルの基本的な磁気特性(磁束−起磁力特性)を表す磁気特性図である。点火コイルのエネルギは図１４，１５のハッチング部によって与えられる面積に比例する。
点火コイルに用いられるコアの磁束は、材料固有に決まる飽和磁束密度Ｂｍａｘとセンタコア断面積Ｓｃの積によって与えられる値にて飽和、磁気飽和する。

この種の内燃機関用点火コイルでは、例えば後述する図１に例示する本発明による内燃機関用点火コイルのように、閉磁路を形成するセンタコア３０とサイドコア４０のセンタコア３０のギャップ６０にマグネット７０が挿入されているものもあり、図１４がマグネットが無い点火コイルの磁気特性、図１５がマグネットを設けた点火コイルの磁気特性を示す。

従来、この種の点火コイルでは、同一断面積においてセンタコアにてエネルギを増加させるために、マグネットを挿入している。そして、センタコア負方向に逆バイアスを印加し、これが負方向磁気飽和付近となるように磁気抵抗やマグネットサイズが調整される。そして、一次コイルにより正方向に磁気飽和するまで磁束を注入する、すなわち起磁力を与えることにより、センタコアの大型化を防ぎかつ高出力化を図っている。

一方、高回転域では、下記式(１)(２)を満たす一次コイルへの通電時間Ｔｏｎを各回転数で設定し、その通電時間Ｔｏｎにおける起磁力に応じた性能となる。

αｃ≧∫^Ton ₀(Ｖｃ×Ｉ１)ｄｔ (１)
αｄ≧∫^Ton ₀(Ｖｃｅ×Ｉ１)ｄｔ (２)

ここでＩ１は点火コイル一次側(一次コイル、コイルドライバ)に流れる電流で近似的に

Ｉ１＝Ｖ１／Ｒ１{１−ｅｘｐ{−(Ｒ１／Ｌ１)×Ｔｏｎ}] (３)

と表される。
αｃ：一次コイルの電力量規定値
αｄ：コイルドライバの電力量規定値
Ｖｃ：一次コイル両端の電圧
Ｖｃｅ：コイルドライバ(イグナイタ＝スイッチング素子)両端電圧
Ｖ１：一次側に供給される電圧
Ｒ１：一次側に接続されている合成抵抗(一次コイル抵抗やハーネス抵抗など)
Ｌ１は一次インダクタンス
を表す。

上記式(１)の右辺は一次コイルの損失を、上記式(２)の右辺はコイルドライバ損失を表し、発熱を抑制するために、これらが規定値以下となるように、点火コイルへの通電時間Ｔｏｎを変更する必要があるということを示している。
上記式(３)よりＴｏｎを短くした場合、Ｉ１は低下する。磁気回路に注入される起磁力は一次電流Ｉ１と一次巻数ｎ１の積で表されるため、Ｔｏｎを短くした場合は起磁力が低下することとなる。

エンジン回転数特性を考慮した場合、単位時間当たりの点火回数はエンジン回転数に比例して増加するため、高回転域では回転数に比例し発熱が増加する。このためαｃ、αｄは回転数に反比例して減少する。αｃ、αｄの減少に伴い高回転域では一次コイルへの通電時間Ｔｏｎを抑制する必要があり、上述したように、通電時間Ｔｏｎの減少により一次電流Ｉ１が低下し、これによりコアへの注入起磁力が減少することから、通常の点火コイルにおいては低回転のエネルギと比較して、高回転のエネルギは大幅に低下することとなっていた。回転数と注入可能起磁力は反比例する。

通常の点火コイルは一次巻数が１００ターン程度〜１５０ターン程度、一次コイルに流れる電流が最大１０Ａ程度であり、起磁力の最大値は１５００ＡＴ程度となる。
一方、高回転数域の注入磁束量(起磁力)は一次抵抗によって変化するものの、通常の点火コイルの一次抵抗０．３Ω〜０．７Ω程度であれば６００ＡＴ〜８００ＡＴ程度となる。このためこの起磁力帯(６００ＡＴ〜１５００ＡＴ)での磁気特性図で与えられる面積を増加させることができれば、実使用回転数域において点火コイルのエネルギを増加させることが可能となる。

例えば磁気特性図で与えられる６００ＡＴ〜８００ＡＴ付近での面積を増加させることができれば、最高回転域のエネルギが増加することとなる。
点火コイルはエンジン要求(回転数に応じたエネルギの要求)に応じエネルギを確保する必要があり、この回転数毎の要求に対し、回転数毎に決まる起磁力によって与えられる磁気特性上の面積を確保できる仕様が必要となる。

従来、高回転のエネルギを増加させる場合は、コア断面積増加により磁気特性を改善し、一次線径(一次コイルの巻線の半径)を大きくして消費電力を抑制し最低起磁力を増加させる手法がとられていたが、この方法で高回転エネルギを増加させるには以下問題があった。

コア断面積増加
コア断面積増加により磁気特性図は図１６のように変化する。実線が破線に対して矢印Ａで示すようにセンタコア断面積を大きくした特性を示す。センタコア断面積Ｓｃの増加によりＢｍａｘ×Ｓｃが増加する。この時、センタコア断面積に対してサイドコアやマグネット、コアギャップの断面積比は一定としている。

低回転域では図１７のようにピークエネルギ、すなわち起磁力が最大として用いることができ、センタコア断面積に比例して増加するが(ΔＳｌ＝Ｓ１−Ｓ２＋Ｓ３)、図１８に示す高回転領域のように、注入起磁力が小さいエリアではエネルギ増加量は、図１７に示すピーク時の増加量と比較して減少する(ΔＳｈ＝Ｓ１’＋Ｓ３’＜ΔＳｌ)。このため、注入起磁力が小さい高回転域においての性能増加量は限定的となる。

また、コア断面積増加により、一次コイル巻径(一次側コイルをボビンに１ターン分巻回する周長)が増加し、これにより一次コイルの総線長が増加し抵抗値が増加するため、発熱が増加する。これを回避するために、通電時間短縮が必要となり、結果、高回転域での注入起磁力が減少する。このため、性能増加量はさらに減少することになる。また、線長増加を補うため線径を増加させた場合には、コイルが大型化してしまう。

一次線径を大きく
一次線径を大きくすることにより、一次抵抗が減少するため、一次コイル両端電圧が低下し、一次コイル発熱は減少する。このため、上記式(１)の制約のみを考慮した場合、一次コイルへの通電時間Ｔｏｎを増加させることができるため、これにより注入磁束を増加させることが可能となる。

一方で上記式(２)に関しては、上記式(３)から一次抵抗減少により同一起磁力(＝遮断電流)を得るために必要な通電時間が減少する。このため発熱が若干減少することになり、通電時間を延長しコアへの注入起磁力を増加させることが可能になる。ただし、一次抵抗減少時の通電時間減少幅は小さいため、注入磁束増加量も小さい値となる。そこで高回転数特性を改善するには大幅な一次コイルの線径の増加が必要となる。

上記のことから従来設計おいて、高回転数特性を大幅に改善することは難しく、改善するには大型化が必須となっていた。

そこで上記問題に鑑み、本発明実施の形態１ではギャップの断面積の総和(合計)Ｓｇを、ギャップの厚さの平均値ｌｇの２００倍以上５００倍以下(２００≦Ｓｇ／ｌｇ≦５００)とし、マグネットによりセンタコア飽和磁束密度以上の逆バイアスを印加したことを特徴としている。
ギャップが１つの場合は、ギャップの断面積Ｓｇをギャップの厚さの平均値ｌｇの２００倍以上５００倍とする。ギャップが複数ある場合には、各ギャップの断面積の総和Ｓｇを、各ギャップの厚さの平均値ｌｇの２００倍以上５００倍とする。

図１９にＳｇ／ｌｇ＜２００とＳｇ／ｌｇ＝２００を比較した場合の磁気特性を示す(本発明の下限値と下限値を下回った場合の比較)。図１９において、実線がＳｇ／ｌｇ＝２００とした場合で、破線がＳｇ／ｌｇ＜２００とした場合の一例である。Ｓｇ／ｌｇ＝２００とした場合、点火コイルで使用する起磁力上限の１５００ＡＴ付近にて磁気飽和する。点火コイルで使用する起磁力上限の１５００ＡＴは、例えば図１９の点火コイル使用範囲ＲＵの右端になる。ＡＴ０は点火コイル使用範囲ＲＵ内の１つの起磁力を示す。一方、Ｓｇ／ｌｇ＜２００とした場合は、磁気飽和点が点火コイルで使用する起磁力上限(１５００ＡＴ)以上で飽和することとなる。すなわち、磁気特性の起磁力ＡＴ軸に対する傾きが小さい特性となる。このため１５００ＡＴ以下で使用した場合の磁束量はＳｇ／ｌｇ＝２００の時と比較して小さくなる。すなわち、Ｓｇ／ｌｇ＝２００の時と比較して、起磁力は同一の場合に磁束が低下する。よって、Ｓｇ／ｌｇ＜２００とした場合の点火コイルエネルギＳｇｔ２００は、Ｓｇ／ｌｇ＝２００とした場合の点火コイルエネルギＳｅｑ２００と比較してエネルギは小さくなることになる(Ｓｅｑ２００＞Ｓｇｔ２００)。また磁束量の増加分もφＳｅｑ２００＞φＳｇｔ２００となる。
なお、各エネルギを示す面積は磁束φ軸を一辺とする三角形の面積である。

次にＳｇ／ｌｇ＞２００とＳｇ／ｌｇ＝２００を比較した場合の磁気特性を図２０，２１に示す。図２０は起磁力が小さい場合、図２１は起磁力が大きい場合を示す。図２０，２１において、実線がＳｇ／ｌｇ＞２００とした場合の一例で、破線がＳｇ／ｌｇ＝２００とした場合である。Ｓｇ／ｌｇ＞２００とした場合は、Ｓｇ／ｌｇ＝２００の時と比較して磁気特性の起磁力ＡＴ軸に対する傾きが大きくなることにより、磁気飽和点が１５００ＡＴ以下となる。図２０でＳｇ／ｌｇ＞２００とＳｇ／ｌｇ＝２００のそれぞれの場合で、起磁力ＡＴ０で磁気飽和となる。図２１ではＳｇ／ｌｇ＝２００の場合には、点火コイル使用範囲ＲＵ内の起磁力ＡＴ１(ＡＴ１＞ＡＴ０)で磁気飽和となる。

図２０，２１より、磁気飽和以降においては注入起磁力を増やした場合でもエネルギが殆ど増加しないことが分かる。このため、Ｓｇ／ｌｇ＞２００の特性の場合、Ｓｇ／ｌｇ＝２００の特性と比較して、１５００ＡＴ付近で使用する場合にはエネルギ(面積)は減少することになる。図２１において、磁気飽和により起磁力が増加する(Ｓｌｔ２００’≒Ｓｅｑ２００’)。また磁気飽和のため高起磁力ではエネルギは逆転する(Ｓｌｔ２００’＜Ｓｅｑ２００’)。

一方、磁気飽和が起きる起磁力より小さい起磁力の範囲では、図１９で説明した時と同じように、Ｓｇ／ｌｇ＞２００とした場合は、Ｓｇ／ｌｇ＝２００とした場合と比較して、磁気特性の傾きが大きくなるため、同一起磁力で注入磁束が大きくなり、Ｓｇ／ｌｇ＞２００の場合の方がエネルギは大きくなる。このため注入磁束量が１５００ＡＴ未満のエネルギを増加させる場合、すなわち注入磁束量を上記式(１)(２)の制限により低下させる必要があるエンジン回転数が中回転以降(以上)の性能が要求される場合は、Ｓｇ／ｌｇ＝２００とするよりもエネルギを増加させられることとなる(Ｓｌｔ２００＞Ｓｅｑ２００)。また磁束量の増加分もφＳｌｔ２００＞φＳｅｑ２００となる。

次にＳｇ／ｌｇをさらに大きくし、Ｓｇ／ｌｇ＝５００とＳｇ／ｌｇ＞５００を比較した場合の磁気特性を図２２に示す(本発明の上限値と上限値を上回った場合の比較)。図２２において、実線がＳｇ／ｌｇ＝５００とした場合で、破線がＳｇ／ｌｇ＞５００とした場合の一例である。

Ｓｇ／ｌｇ＝５００とした場合、点火コイルで使用する最低起磁力(最高回転数で使用する起磁力)付近で磁気飽和する。このため、図１９−２１で説明したように、起磁力が大きい範囲では磁気飽和により性能が増加しない特性となるものの、最低起磁力におけるエネルギ(面積)が最大となる。

一方Ｓｇ／ｌｇ＞５００とした場合は、Ｓｇ／ｌｇ＝５００とした場合と比較して、さらに小さい起磁力にて磁気飽和を起こすため、点火コイルとして使用する起磁力範囲においてはエネルギが低下することとなる(Ｓｇｔ５００＜Ｓｅｑ５００)。Ｓｇ／ｌｇ＞５００の場合、磁気飽和が早いので性能が低い。
このため、２００≦Ｓｇ／ｌｇ≦５００とすることで、点火コイルで使用する回転数範囲の中の回転数にてエネルギ(面積)を最大とすることができる。
また、この時、飽和磁束量は増加していないことから分かるように、センタコア断面積Ｓｃを増加させる必要はないことから、一次抵抗増加を伴わないため、従来設計のセンタコア断面積増加時と比較して高回転域の注入起磁力を増加させることも可能となる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による内燃機関用点火コイルついて具体例を示す。
図１は本発明の実施の形態１による内燃機関用点火コイルを上から見た概略的な図である。実施の形態１では図１に示すように、一次コイル１０、二次コイル２０、これらの一次コイル１０および二次コイル２０を磁気的に結合させるために一次コイル１０の内側に配置されたセンタコア３０、およびセンタコア３０と組み合わされて閉磁路を構成するサイドコア４０、およびＥＣＵ(図示省略)等からの駆動信号により一次コイル１０の電流を通電、遮断制御するコイルドライバ(イグナイタ)８０、これら各構成部品を収納する絶縁ケース５０、を含み、サイドコア４０の一端はセンタコア３０の一端に当接し、サイドコア４０の他端はセンタコア３０の他端に対してギャップ６０を介して対向し、ギャップ６０にはギャップ６０と同一サイズのマグネット７０が挿入されている。

より詳細には、センタコア３０には一次コイル１０と、一次コイル１０の外側に二次コイル２０が巻かれている。なお構造が分かり易いように、センタコア３０上面部分の一次コイル１０および二次コイル２０は削除して示されている。サイドコア４０は、一次コイル１０および二次コイル２０が巻かれたセンタコア３０の回りを一周に亘って延びる環状の形状を有する。センタコア３０の一端は、サイドコア４０内側のサイドコア４０の一端となる面に当接している。センタコア３０の他端は、センタコア３０中の磁束方向に直交する面に沿った断面積が大きくなる形状を有し、さらにサイドコア４０内側の上述の一端と対向する他端となる面にギャップ６０を介して対向している。ギャップ６０にはギャップ６０と同一サイズのマグネット７０が挿入されている。

図２には、図１の内燃機関用点火コイルの、一次コイル１０および二次コイル２０を取り除いた、図１の方向を基準に斜め下からの概略的な斜視図(磁気回路図)を示す。ギャップ６０の厚み６１(ｌｇ)に対し、断面積６２(Ｓｇ)を３００倍(Ｓｇ／ｌｇ＝３００)としたことを特徴としている。
なおこの本発明における、ギャップの断面積(Ｓｇ)および後述するマグネットの断面積(Ｓｍ)はそれぞれの厚み方向と直交する面での断面積とする。センタコアおよびサイドコアの断面積(Ｓｃ，Ｓｓ)については、コアの長手方向またはコア中の磁束方向に直交する面に沿った断面積とする(以下同様)。

図３は図１，２に示す点火コイル(Ｓｇ／ｌｇ＝３００)の磁気特性と、ギャップの厚みｌｇに対し断面積Ｓｇを２００倍(Ｓｇ／ｌｇ＝２００)とした時の磁気特性の比較を示している。Ｓｇ／ｌｇ＝２００の場合も、ギャップ６０のサイズと同一のマグネット７０が挿入されており、その他の構造についても、図１，２に示す点火コイルと同一としている。

以上のように構成した本発明の実施の形態１の点火コイルは図３から、実線で示すＳｇ／ｌｇ＝３００とした場合、例えばエンジン最高回転数付近で使用される７００ＡＴ程度のエネルギが、破線で示すＳｇ／ｌｇ＝２００のものと比較して５０％程度増加しており、エンジン高回転(低起磁力)域での性能を増加させる必要がある場合には特性が改善していることがわかる。

なお、上述の例ではサイドコアはＯ型のものを用いているが、Ｃ型のコアを用いてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２の発明ではマグネット７０の断面積Ｓｍをセンタコア３０の断面積Ｓｃの３倍以上としている。また、マグネット７０の断面積Ｓｍと比較してギャップ６０の断面積Ｓｇを同じまたはより大きく、すなわちＳｍ≦Ｓｇとした。これにより十分な逆バイアスを印加することができる。図４はＳｍ／Ｓｃ≧３の時(実線)とＳｍ／Ｓｃ＜３の時(破線)を比較した磁気特性図である。図４より、マグネットの断面積Ｓｍを大きくする(Ｓｍ／Ｓｃ≧３)ことで、起磁力ＡＴが正の領域において、磁気特性の負の領域での磁束飽和点が高起磁力側へシフトすることになる。これにより、低起磁力域で面積が増加し性能を改善することができる。また同様に、高起磁力領域のエネルギ(面積)についてもセンタコア３０を大型化することなく増加させることができる。高回転域のエネルギも増加するため、低回転域の要求性能に応じてセンタコア３０を小型化することも可能になる。
なお、ギャップ６０とマグネット７０が１つの場合には、マグネットの断面積Ｓｍをセンタコア３０の断面積Ｓｃの３倍以上とする。ギャップ６０とマグネット７０が複数ある場合には、マグネットの断面積の総和Ｓｍをセンタコア３０の断面積Ｓｃの３倍以上とする。
なお、上記マグネットの断面積の総和Ｓｍの下限に対して上限を、マグネットの断面積の総和Ｓｍをセンタコア３０の断面積Ｓｃの７倍未満(Ｓｍ／Ｓｃ＜７)とする。７倍以上(Ｓｍ／Ｓｃ≧７)とした場合、図２３に破線で示すように磁気特性カーブの屈曲位置が最低起磁力ＡＴＬを越えるため、最低起磁力付近でのエネルギが大幅に低下する。このため、上限値として実線で示すＳｍ／Ｓｃ＜７とする。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３による内燃機関用点火コイルを斜め上から見た概略的な斜視図である。図６には、図５の内燃機関用点火コイルの、一次コイル１０および二次コイル２０を取り除いた、図５の方向を基準にした場合に、斜め下からの概略的な斜視図(磁気回路図)を示す。実施の形態３では図５に示すように、ギャップ６０およびマグネット７０をサイドコア４０内に配置している。さらに、ギャップ６０およびマグネット７０は図示のように斜めに配置してもよい。その他の構成については上述の実施の形態１と同様である。

このように構成した点火コイルは、サイドコア４０にギャップ６０およびマグネット７０を配置するために、一次コイル１０、二次コイル２０の巻数が少ないなどのコイル仕様の場合、また、センタコア３０先端の断面積を広げるスペースが無い場合等においても、ギャップ６０の断面積６２(Ｓｇ)およびマグネット７０の断面積(Ｓｍ)を確保することができる。従って、容易に磁気特性の調整を行うことができる。また確保すべき磁気特性の調整をサイドコア４０で実施できるため、センタコア３０、一次コイル１０、二次コイル２０を共通化することも可能になる。
なお、図示の点火コイルではギャップ６０およびマグネット７０がサイドコア４０の両側の２箇所に設けられているため、例えば２×Ｓｇ／ｌｇ＝Ｓｃ／ｌｇ＝３００のものである。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４による内燃機関用点火コイルの概略的な斜視図である。図８は図７の内燃機関用点火コイルの概略的な上面図(磁気回路図)である。実施の形態４では図７に示すように、サイドコア４０の積厚を高くして幅を小さくしている。またギャップ６０の断面積６２(Ｓｇ)と比較して、マグネット７０の断面積(Ｓｍ)を小さくしている。言い換えると、マグネット７０の断面積(Ｓｍ)に対してギャップ６０の断面積(Ｓｇ)が大きくなっている。さらにマグネット７０と当接していない部分のギャップ６０の厚み６２ａを小さくしており、センタコア３０の断面積(Ｓｃ)と比較してサイドコア４０の断面積(Ｓｓ)を大きくしている。

センタコア３０の断面積(Ｓｃ)と比較してサイドコア４０の断面積(Ｓｓ)が小さい場合は、センタコア３０の磁気飽和前にサイドコア４０が磁気飽和する。このため、サイドコア４０が磁気飽和した領域では磁気抵抗が高くなり磁気特性の傾きが小さくなる。よって、Ｓｃ≧Ｓｓとした場合の磁気特性は図９の破線、Ｓｃ＜Ｓｓとした場合は実線のような磁気特性のようになる。Ｓｃ≧Ｓｓとした場合、マグネット逆バイアス印加時(磁気特性負側飽和点付近)の面積が減少する。よって、Ｓｃ＜Ｓｓとすることで、マグネット逆バイアス印加時にセンタコア３０が磁気飽和する前にサイドコア４０が磁気飽和することなくエネルギを増加させることができる。なお、図９のＷは性能改善部分を示す。

またサイドコア４０の高さを高くしているので、断面積を積厚方向の長さを長くして確保できるため、幅方向を小さくできるので小型化できる。またギャップ６０の断面積(Ｓｇ)６２と比較してマグネット７０の断面積Ｓｍを小さくし、マグネット７０が当接していない部分のギャップ６０の厚み６２ａを小さくしている。このため、マグネット７０の厚みを、組み付け時に破損しない厚さを確保した場合でも、マグネット７０の非当接部のギャップの厚み６２ａを縮小させたことにより、ギャップの平均厚さ(平均ｌｇ)を小さくすることでき、Ｓｇを小さくしてもＳｇ／ｌｇを大きくすることが可能になる。

実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５による内燃機関用点火コイルの概略的な上面図(磁気回路図)である。また図１１は図１０の内燃機関用点火コイルにおけるマグネットからの磁束を示した図(磁気回路図)である。実施の形態５では図１０に示すように、ギャップ６０の断面積Ｓｇに対してマグネット７０の断面積Ｓｍを小さくし、ギャップ６０はマグネット７０非当接部の厚み６２ｂを大きくしている。その他の構成については実施の形態４と同様である。
以上のように構成した点火コイルは、マグネット７０からの磁束がセンタコア３０を横切らずにループすることがなくなるため、効率よくマグネット７０の磁束をセンタコア３０に印加することができる。
ギャップ６０の厚み６２ｂの大きい部分は、センタコア３０を横切らない磁束が発生するが、空間距離が長くなるため空間を通りにくくなり減少する。
なお上記構成は、ギャップ６０とマグネット７０がセンタコア３０に設けられている場合にも適用可能である。

実施の形態６．
図１２は本発明の実施の形態６による内燃機関用点火コイルの概略的な上面図(磁気回路図)である。実施の形態６では図１２に示すように、サイドコア４１，４２の側面にコア緩衝材であるサイドコアカバー４５を設けている。マグネット７０の一方の主面はサイドコア４１と当接し、他方の主面はサイドコアカバー４５を介しサイドコア４２と当接している。その他の構成については実施の形態３と同様である。

このように構成した点火コイルは、マグネット７０の厚みを不必要に厚くすることなく、また新規部品の追加もなく、安定してエアギャップ６０の厚み(ｌｇ)６１を確保できる。なお上記の例ではマグネット７０はサイドコア４１と当接させサイドコア４２にサイドコアカバー４５を設けてエアギャップの厚み(ｌｇ)６１を確保する構成としたが、同様な構成により、サイドコア４２側にマグネット７０を当接させる構成としても問題ない。さらに上記のようなコアカバーを設けた構成により、サイドコア４１または４２とセンタコア３０の間にギャップ６０およびマグネット７０を配置しても問題ない。

実施の形態７．
図１３は本発明の実施の形態７による内燃機関用点火コイルの概略的な上面図(磁気回路図)である。実施の形態７では図１３に示すように、サイドコア４０を方向性電磁鋼板で構成し、センタコア３０の軸方向(磁束方向)と直交する方向を磁化容易方向ＭＤとし、サイドコア４０のセンタコア３０の軸方向と同一方向(平行)に延びる部分に、にギャップ６０およびマグネット７０を配置している。またサイドコア４０の磁化容易方向ＭＤに延びる部分の幅を細くしている。その他の構成については実施の形態３と同様である。

以上のように構成した点火コイルは、大きなギャップ６０およびマグネット７０の断面積Ｓｇ，Ｓｍを確保するために、サイドコア４０のセンタコア３０の軸方向と同一方向に延びる部分の断面積が大きくなっている。このため、飽和磁束密度が低い方向となった場合においても、磁気飽和を起こすことが無く、また磁化容易方向の幅については飽和磁束密度が大きいため幅を小さくできる。

方向性電磁鋼板は磁化容易方向の飽和磁束密度Ｂｍａｘ１が大きく、磁化容易方向と直交する方向の飽和磁束密度Ｂｍａｘ２は小さい。磁気抵抗調整のため、ギャップ断面積とこれに比例するサイドコア断面積を大きくする必要があるため、サイドコア断面積Ｓ１は広く、磁化容易方向は断面積が小さいＳ２、センタコア３０の断面積をＳｃ、飽和磁束密度をＢｍａｘ＿ｃとすると、

Ｓ１＞Ｓｃ＞Ｓ２、
Ｂｍａｘ１＞Ｂｍａｘ＿ｃ＞Ｂｍａｘ２
なので
Ｓ１＊Ｂｍａｘ≒Ｓ２＊Ｂｍａｘ’’≧Ｓｃ＊Ｂｍａｘ＿ｃ

となり、Ｓ２を小さくしてもサイドコア４０の飽和がセンタコア３０の飽和と比較して早くなることは無い。なお上述の例ではサイドコア４０のみ方向性電磁鋼板としたが、センタコア３０についても方向性電磁鋼板としてもよく、この場合はセンタコア断面積を小型化することも可能になる。

以上のように本発明では、ギャップの断面積の総和をギャップの厚さの平均値の２００倍以上５００倍以下とし、マグネットによりセンタコア飽和磁束密度以上の逆バイアスを印加した。
このようにギャップの断面積の総和とギャップの厚さの平均値の比を調整することにより、センタコア断面積(一次コイルの巻径)を大型化することなく、磁気抵抗(磁気特性)を調整することができ、好適な起磁力(回転数)におけるエネルギを増加させることができる。

また、マグネットの断面積の総和をセンタコアの断面積の３倍以上７倍未満とし、マグネット断面積と比較してギャップ断面積を同等または大きくした。
このように、マグネットにより十分な逆バイアスを印加することにより、低起磁力域のエネルギおよび、高起磁力領域のエネルギについても、センタコア(一次コイルの巻径)を大型化することなく増加させることができる。また低回転域(高起磁力)のエネルギも増加するため、要求性能に応じてセンタコアを小型化することも可能になる。

また、ギャップおよびマグネットをサイドコア内に配置した。
このように、サイドコア内にマグネットを配置することにより、容易に磁気抵抗の調整が可能となり、センタコア、一次コイル、二次コイルを変更することなく(共用化可能)、磁気特性を変更することも可能となる。

また、サイドコアの高さをセンタコアより高くした。
このようにサイドコアを積厚方向に高く積むことにより、サイドコア断面積を維持した場合、サイドコア幅を抑制(＝点火コイルサイズ大型化抑制)し磁気抵抗を調整できる。

また、サイドコアの断面積をセンタコアの断面積より大きくした。
このように、サイドコアの断面積をセンタコアの断面積より大きくすることで、サイドコアの磁気飽和による磁気特性の低下(磁気抵抗増加)を抑制することができるため、低起磁力領域においてより性能を増加させることができる。

また、マグネット断面積に対してギャップ断面積を大きくした。
このようにマグネット断面積よりギャップ断面積を大きくし磁気特性の調整を行うことで、マグネットの大型化を抑えて性能改善を行うことができる。

また、マグネットのないギャップの厚さを小さくした。
このように、ギャップの一部の厚みを変更することで磁気抵抗を調整することで、マグネットの厚みを製作、組み付け可能な厚みとしたり、不要に厚くすることなく磁気抵抗の調整ができるため、マグネットの加工不良、組み付け不良や大型化を抑制することができる。

また、ギャップの点火コイルの外側部分の厚さを大きくした。
このように、ギャップの外側を大きくし磁気抵抗を調整することにより、マグネットから発生する磁束がギャップを介して短絡ループする(センタコアを横切らない)ことを抑制することができるため、マグネットによる逆バイアスを効率よく印加することができる。

また、ギャップ厚さと比較してマグネット厚さを薄くし、コア緩衝材によりギャップ厚さを確保した。
このように、コアカバーを使用しギャップ厚みを確保することで、マグネットを不必要に厚くすることなく、また部品点数を増加させることなくギャップ厚みを設定できるため不要なコスト増加を避け磁気抵抗を調整することができる。

また、サイドコアに方向性電磁鋼板を用い、サイドコアはセンタコアの軸方向と垂直な方向を磁化容易方向とした。
このように、サイドコアに方向性電磁鋼板を採用し、サイドコアのセンタコアの軸方向と垂直な方向を磁化容易方向とすることで、磁化容易方向のサイドコア幅を抑制(縮小)することが可能で、センタコアの軸方向と平行な方向については大きなギャップを確保するために断面積を大きくしているため、飽和磁束密度が低い方向となった場合にも磁気飽和が発生しないため、点火コイルのセンタコアの軸方向の寸法を小型化できる。

なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。

産業上の利用の可能性

この発明による内燃機関用点火コイルは、種々の分野で使用される内燃機関に適用可能である。

Claims

１次コイルおよび２次コイルの内側に配置されたセンタコアと、
前記１次コイルおよび前記２次コイルの外側に配置され、前記センタコアと組み合わせて閉磁路を構成するサイドコアと、
前記センタコアと前記サイドコアとの間、または前記サイドコアに設けられた１つまたは複数のギャップと、
前記各ギャップに配置されたマグネット、
を備え、
前記各ギャップの断面積の総和を前記各ギャップの厚さの平均値の２００倍以上５００倍以下とし、前記マグネットにより前記センタコアの飽和磁束密度以上の逆バイアスを印加する内燃機関用点火コイル。
前記各マグネットの断面積の総和を前記センタコアの断面積の３倍以上７倍未満とし、また前記ギャップの断面積を前記マグネットの断面積以上とした、請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。
前記ギャップおよび前記マグネットを前記サイドコア内に配置した、請求項１または２に記載の内燃機関用点火コイル。
前記サイドコアの高さを前記センタコアより高くした、請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。
前記サイドコアの断面積を前記センタコアの断面積より大きくした、請求項１から４までのいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。
前記マグネットの断面積に対して前記ギャップの断面積を大きくした、請求項３から５までのいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。
前記マグネットのない前記ギャップの厚さを小さくした、請求項６に記載の内燃機関用点火コイル。
前記ギャップの前記点火コイルの外側部分の厚さを大きくした、請求項１から７までのいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。
前記ギャップの厚さと比較して前記マグネットの厚さを薄くし、コア緩衝材により前記ギャップの厚さを確保した、請求項１から８までのいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。
前記サイドコアに方向性電磁鋼板を用い、前記サイドコアは前記センタコアの軸方向と垂直な方向を磁化容易方向とした、請求項３から９までのいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。