JP2597870B2 - 点火コイルの製造方法 - Google Patents

点火コイルの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、内燃機関の点火コイルの製造方法の改良に
関し、より具体的にはコアに磁束発生手段を介挿して一
次コイルに通電した際に生ずる磁束と逆方向に磁束を生
ぜしめることによって点火性能を向上させた点火コイル
の製造方法に関する。
(従来の技術) 従来の内燃機関の点火コイルは周知の如く一次コイル
と二次コイルとを巻回したコア(鉄芯)からなり、その
一次コイルの通電電流を断続して二次コイルに高電圧を
発生せしめて燃焼室内の混合気を着火している。斯る従
来技術の一例としては特開昭58−54618号公報記載の技
術を挙げることが出来、この従来例の場合には閉磁路型
のコアを備えた点火コイルを開示している。
(発明が解決しようとする課題) ところで点火コイルにおいてはコアが単位体積当り蓄
えることが出来る磁気エネルギwは一般に(透磁率μ=
一定のとき)、 で表され、具体的にはコアの体積と該コアの材質から決
まる飽和磁束密度で決定されることになる。而して点火
コイルにおいても車載時のレイアウト等の理由から小型
軽量化が期待されるのであるが、そのためには従来の場
合主としてコア材として可能な限り飽和点の高いものを
選択することとなり又その様なコア材は比較的高価であ
り加工性が比較的悪いことから結果的にコストアップを
招く等の不都合があった。よって点火コイルの小型軽量
化を十分達成することが困難であった。
従って、本発明の目的は従来技術の上述の欠点を解消
することにあり、コアの体積を低減して小型軽量化を可
能とした点火コイルの製造方法を提供することを目的と
する。
(課題を解決するための手段及び作用) 上記の目的を達成するために本発明は、磁化可能なコ
アと該コアに巻回された一次コイル及び二次コイルとか
らなる点火コイルの前記コアに永久磁石を介挿して閉磁
路コアとすると共に、前記一次コイルに通電した際にそ
れによって生じる磁束と逆の方向に磁束を生ぜしめる如
く構成した点火コイルの製造方法において、前記閉磁路
コアに、その着磁方向が前記点火コイルのセンタ軸と直
交する位置に永久磁化可能な磁性材を介挿し、次いで前
記磁性材を着磁する工程からなる如く構成した。
即ち、本発明者達は点火コイルの小型軽量化について
種々模索したところ、コアに永久磁石を介挿して一次コ
イルに通電して磁束を生ぜしめる際にそれと逆方向に磁
束を発生させておくことによってコアから取り出すこと
が出来る磁器エネルギが増加することを見出して本発明
をなしたものである。即ち、同一断面積及び同一素材且
つ同一巻線仕様のコアにおいても逆方向に磁束を発生せ
しめることによって、然らざる場合に比し、コアから取
り出すことが出来る磁気エネルギが増加することを発見
したものであり、これによってコアの断面積を低減して
点火コイル自体の小型軽量化が可能となることを見出し
たものである。而して、本発明においては、閉磁路コア
に、その着磁方向が前記点火コイルとセンタ軸と直交す
る位置に永久磁化可能な磁性材を介挿し、次いで前記磁
性材を着磁する工程からなる如く構成したことによっ
て、コイルを絶縁破壊する等の不都合を生じることなく
磁性材を着磁することが出来るようにしたものである。
(実施例) 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明する。
便宜上第2図を先に参照して説明すると、本発明に係る
点火コイルは図示の如く、珪素鋼板等を積層してなる平
面ロ字状の閉磁路型のコア10を備えており、該コア10は
センタコア10a及びそれと一体的に製作されるサイドコ
ア10bからなる本体部を備えており、その開口端には差
込コア10cが嵌合自在な構成とされる。而して、センタ
コア10aの外周にはボビン12が設けられ、そのボビン12
上には公知の如く適宜巻数の一次コイル14が巻回され
る。該一次コイル14の外方には櫛歯状突起を備えた第2
のボビン16が配設され、その上に二次コイル18が同様に
適宜巻数巻回される(尚、図示の適宜のためコイル14,1
8の巻数は簡略化した)。該二次コイル18の外方にはケ
ース20が装着されてコイル14,18を外部から保護すると
共に、該ケース20と前記したボビン乃至コイルとの空隙
部分には防爆・絶縁用の樹脂22が充填される。尚、コア
の本体部10aの適宜位置には耳部28,28が形成され、そこ
に取付穴30,30が穿設される。
上記構成において本発明に係る点火コイルの特徴は先
ず、コア10に磁性材320を介挿して着磁することによっ
て永久磁石32を形成して磁束を発生する如く構成した点
にあり、又第2の特徴は斯る永久磁石用の磁性材のコア
での介挿位置をコイルのセンタ軸と直交する位置とした
ことにある。先ず、第1の点について第1図及び第3図
を参照して説明すると、コア10に巻回された一次コイル
14にはバッテリ40から図示しないイグニション・キーを
介して電源電圧が供給されており、該通電電流がコンタ
クト・ポイント乃至はイグナイタ(共に図示せず)等か
らなるスイッチ42によって遮断されることにより、二次
コイル18に高電圧が発生して放電部44でスパークするこ
とになる。ここまでの構成は従来技術と異ならない。而
して、本発明においてはコア10に永久磁石32を介挿する
ことによって、スイッチ42の接続によって生ずる一次コ
イルの磁束Φcの発生方向(第1図に符号イで示す)と
逆の方向(同様に符号ロで示す)に磁束Φmを生じる如
く構成したものである。即ち、第3図に示す如く従来の
コアにあっては破線で示す如くプラス方向の磁束Φcの
みを利用するとした場合、本発明においては一点鎖線で
示す如くコア10はマイナス方向に磁束−Φmを受けつつ
プラス方向に磁束Φcを生じることになり、結果的に実
線で示す如くΦc−(−Φm)=Φc+Φmなる磁束の
変化量が生じ、従来例に比してΦmだけ磁束の変化量が
増加するものである。この反対方向に磁束を生ぜしめる
ことによって出力が向上する理由について第4図を参照
して説明すると、同図は実測データであるが(図中Mgは
永久磁石を示す)、これから明らかなように磁界強さH
の大きい、即ちアンペアターンATの大きい実使用範囲に
おいてパーミアンスPが小さくならないためである。つ
まり、磁気エネルギwは前述の式とは別に でも表されるが(透磁率μ=一定のとき、L:インダクタ
ンス、I:電流)、この式から磁気エネルギwはインダク
タンスLの増加と共に増大することが分かる。このイン
ダクタンスLは、 L=μSN2/l[H] ……(2) で示される(μ:透磁率、S:断面積、N:巻数、l:磁路
長)。又、パーミアンスPは、 P=μS/l ……(3) であるから、式(2)(3)よりインダクタンスLは L=PN2[H] ……(4) となり、これから磁気エネルギwがパーミアンスPに比
例して増加することが分かる。即ち、第4図に示す如く
逆方向に磁束Φmを発生させることによってパーミアン
スが実使用範囲で小さくならないので、大きな磁気エネ
ルギを得ることが出来ることになる。式(1)(2)
(3)から磁気エネルギwはμ=一定とすれば、 w=μSN2I2/2l[J] ……(5) と書き直すことが出来る。この透磁率μをインクレメン
ト透磁率(μ=ΔB/ΔH)とすると、透磁率μはB−H
曲線の傾きにより決定されるので、B−H曲線が飽和領
域に入らないようにすれば、つまりμ=一定とすれば電
流Iの2乗に比例して磁気エネルギwが大きくなること
になり、出力を向上させることが出来ることになる。
続いて、本発明に係る点火コイルの実験例について述
べる。
先ず、サイズ10×10mmコア(ケイ素鋼板製)の磁気エ
ネルギの点火プラグへの変換効率を第7図より計算し
た。この場合磁化されたコアの有する磁気エネルギは で表され、同図において斜線部がそれに該当する。この
場合、 コア寸法 磁気エネルギ 点火エネルギ 効率 10×10mm 47.6mJ 32.0mJ 67% であった。
続いてコアの断面積及び形状を決定した。即ち、第6
図に示す如く各種サイズのコアに対して永久磁石を介挿
した場合及び介挿しない場合について予め実験を行った
結果、同一巻線仕様では永久磁石(10×10×厚さ2mm)
を使用すればコア断面積Sが約40%低減可能であること
が判明したので、10×10=100mm2の60%としてS=8×
8=64mm2と決定した。
次いで、このサイズのコアに付いて永久磁石を介挿し
ない場合の磁気エネルギを第7図より算出したところ、
34.4mJであった。
次いで、パーミアンス係数を以下の式より仮磁路法で
算出した。
パーミアンス係数∝S/l≒5.3 次いで、上記より永久磁石を介挿して増加させる
べきコアの磁気エネルギΔwを算出した。
Δw=47.6−34.4=13.2mJ 第8図より磁束密度Bの増加分ΔBは、 ΔB=0.23[T]となった。
次いで、第8図(a)乃至(d)及び第6図に示した
実験データより、永久磁石のサイズを7×8×厚さ2mm
と仮に決定した。又、永久磁石の材質としては、サマリ
ウム・コバルト系磁石CORMAX−2300(住友特殊金属製、
商品名)を選択した。
次いで、この永久磁石の動作点を確認した。この永久
磁石が安定して動作する条件は第9図に示す如く Hc−worst>Hd+Hi ……(6) となる。尚、この場合 Hc:保持力 Hc−worst:使用雰囲気温度、条件、製造バラツキ等を考
慮した保磁力Hcの最悪値 Hd:自己減磁界 Hi:コイルにより磁石内に生ずる磁場、Hi=k・AT/lg
(AT:起磁力(アンペアターン)、k:起磁力損失係数、l
g:ギャップ長) その結果、第9図より計算上の値は、Hd=1.6K0e、Hi
=3.9K0e、Hc−worst=8.8K0e(温度140℃、カタログ
値)となった。故に式(6)から、8.8>1.6+3.9とな
り、満足出来るものと判断出来た。又、磁気エネルギも
第9図よりΔB=0.4[T]と増加した分アップするこ
とが確認出来たので、その増加分は w=(ΔB′/ΔB)・Δw=0.4/0.23×13.2=23.0mJ となり、磁気エネルギの総和は34.4+23.0=57.4mJとな
るので、満足出来るものと判断出来た。
以上について実験結果をまとめると第10図に示す如く
になり、実測値は以下の如くであった。
以上の如く、実験を通じて求められた値も永久磁石を
介挿することによって磁気エネルギ及び点火エネルギが
大幅に、実験例の場合50%向上することを示している。
従って、それによってコア・サイズを低減して点火コイ
ル自体を小型軽量化することが出来、車載時のレイアウ
トが容易となり、更に材料費等のコストが低減する等の
利点が生ずる。尚、上記において永久磁石は第9図に関
して並べた如く、使用温度でHc(望ましくはHc−wors
t)>Hd+Hiの範囲内で使用し、永久磁石が一次コイル
による磁場Hiによって破壊されない限度において使用す
る。その点から永久磁石としては前述の如く現状ではHc
の大きいサマリウム・コバルト系等の稀土類・鉄系の磁
石が望ましい。更に、エアギャップ部に介挿される永久
磁石はコアの材質(ケイ素鋼板等)に比し透磁率が格段
に低いので、磁束発生手段としてのみならず本来のエア
ギャップ手段としての機能をも果たすことが出来ること
は云うまでもない。
而して、本発明の第2の特徴は斯る永久磁石用の磁性
材(ハード材)をその着磁方向がコイルのセンタ軸と直
交する位置に介挿したことにあるが、この点について第
11図を参照しつつ説明すると、先ず同図(a)に示す如
く、差込コア10cとサイドコア10bとの間に形成されるエ
アギャップ部26に永久磁化可能な磁性材(ハード材)32
0を挿入してそこに固定し、次いで同図(b)に示す如
く磁性材を組み付け終わった点火コイルを着磁ヨーク10
0の中においてスイッチ102をオンして着磁電源104から
着磁コイル106を短時間励磁し、磁性材320を磁化して永
久磁石32とする。而して、この場合に着磁ヨーク100の
N,S極間には矢印108で示す如き磁束路が形成される。こ
の場合、磁性材320の付近には一次コイル14及び二次コ
イル18からなるコイル部が存在しており、斯るコイルを
磁束が通過すると一次コイル及び二次コイルに単位時間
当たりの磁束の変化量dΦ/dtに応じた起電圧が誘導さ
れ、甚だしい場合にはコイルを絶縁破壊したりする不都
合が存する。而して、斯る誘導起電圧はコイル内を貫く
磁束の変化に応じて生じるものであり、本発明に係る点
火コイルの製造方法においては磁性材320の着磁方向、
即ち着磁ヨークの磁束路108と一次コイル及び二次コイ
ルのセンタ軸110とが直交する関係になるように、差込
コア10cとサイドコア10bとの間にエアギャップ部26を形
成してそこに磁性材320を配置して着磁するので、斯る
不都合は生じないものである。即ち、第12図に示す如
く、エアギャップ部をサイドコア10bの適宜位置に形成
してそこに磁性材320を介挿した場合には磁性材の着磁
方向(矢印108)とコイルのセンタ軸110とが平行となっ
て磁束がコイル内を貫き絶縁破壊等の不都合が起きる
が、本発明においては着磁方向とコイルのセンタ軸とが
直交する如く配置するので、斯る不都合を防止すること
が出来るものである。
(発明の効果) 本発明は、磁化可能なコアと該コアに巻回された一次
コイル及び二次コイルとからなる点火コイルの前記コア
に永久磁石を介挿して閉磁路コアとすると共に、前記一
次コイルに通電した際にそれによって生じる磁束と逆の
方向に磁束を生ぜしめる如く構成した点火コイルの製造
方法において、前記閉磁路コアに、その着磁方向が前記
点火コイルのセンタ軸と直交する位置に永久磁化可能な
磁性材を介挿し、次いで前記磁性材を着磁する工程から
なる如く構成したので、この逆方向の磁束分だけコアか
ら取り出すことが出来る磁気エネルギを増加させること
が出来る。その結果、同一断面積のコアにおいては従来
の場合に比し磁気エネルギを増加させることが出来るの
で、コアの断面積を低減して点火コイル自体を小型軽量
化することが出来る。更に、閉磁路コアに、その着磁方
向が前記点火コイルのセンタ軸と直交する位置に永久磁
化可能な磁性材を介挿し、次いで前記磁性材を着磁する
如く構成したので、磁性材を着磁する際にコイルが絶縁
破壊する等の不都合が生じることがない利点を備える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る点火コイルを概略的に示す説明
図、第2図は第2図の点火コイルのより詳細な構成を示
す説明縦断面図、第3図は本発明に係る点火コイルの磁
気エネルギ増加を説明するB−H曲線図、第4図はその
理由を説明するパーミアンス−AT特性図、第5図は実験
例において10×10mmコアの磁気エネルギ計算に使用した
B−H曲線図、第6図は各種サイズのコアについて永久
磁石を介挿した場合及び介挿しない場合について磁気特
性を調べた先行実験データ、第7図は前記実験例で使用
したB−H曲線図、第8図(a)乃至(d)は前記実験
例で使用した永久磁石の厚さとパーミアンス係数等の関
係を示す説明図、第9図は前記実験例で使用した永久磁
石の減磁曲線図、第10図は前記実験例の測定結果を示す
B−H曲線図、第11図(a)乃至(b)は本発明に係る
点火コイルの製造方法の工程を示す説明図及び第12図は
本発明に係る点火コイルの特徴を示す説明図である。 10……コア(10a……センタコア、10b……サイドコア、
10c……差込コア)、12,16……ボビン、14……一次コイ
ル、18……二次コイル、26……エアギャップ部、32……
永久磁石、100……着磁ヨーク、104……着磁電源、106
……着磁コイル、320……磁性材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁化可能なコアと該コアに巻回された一次
    コイル及び二次コイルとからなる点火コイルの前記コア
    に永久磁石を介挿して閉磁路コアとすると共に、前記一
    次コイルに通電した際にそれによって生じる磁束と逆の
    方向に磁束を生ぜしめる如く構成した点火コイルの製造
    方法において、 a.前記閉磁路コアに、その着磁方向が前記点火コイルの
    センタ軸と直交する位置に永久磁化可能な磁性材を介挿
    し、 b.次いで前記磁性材を着磁する、 工程からなることを特徴とする点火コイルの製造方法。
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