(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化、大出力化を両立することができる内燃機関用点火コイルを提供する。【解決手段】内燃機関用点火コイルの閉磁路を構成する際、サイド鉄心１２およびパーメンジュールを用いたセンタ鉄心１１で構成された閉磁路鉄心１の空隙部１３に、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１に比べ、例えば３倍の断面積Ｓ４を有し、かつ、例えば１．２ｍｍの厚みｔ４を有する永久磁石４を挿入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと二次コイルとを鉄心で磁気的に結合し、
前記鉄心の空隙部に永久磁石を配置するとともに、  
前記空隙部の断面積と前記永久磁石の断面積とがほぼ同一となるように形成された内燃機関用点火コイルにおいて、
前記鉄心の少なくとも一部にパーメンジュールを用いるとともに、
前記永久磁石が、前記一次コイルの内周を通る前記鉄心の主要部の断面積の２．６１倍から６．００倍までの断面積を有することを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記永久磁石が、０．９１ｍｍから２．００ｍｍまでの厚みを有することを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関の点火プラグに高電圧を供給し、火花放電を発生させるための内燃機関用点火コイルに関し、特に、小型化と、点火プラグに高電圧を供給するためのエネルギの大出力化とを両立させることができる内燃機関用点火コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンルーム内に取り付けられる内燃機関用点火コイルは、他のエンジン部品等から要求される寸法的制限が厳しく、小型化が要求されている。そして、従来から、高飽和磁束密度材料の珪素鋼板を用いて閉磁路鉄心を構成すること、さらに、閉磁路鉄心を流れる磁束の向きと逆方向に磁化された永久磁石を組み合わせることなどにより、閉磁路鉄心の磁束密度変化量を大きくして、小形化が図られている。
【０００３】
従来の内燃機関用点火コイルは、図３に示す通り、少なくとも珪素鋼板が用いられた棒状のセンタ鉄心１１および珪素鋼板が用いられた環状のサイド鉄心１２で形成された閉磁路鉄心１、センタ鉄心１１の外側に同心状に巻回された一次コイル２および二次コイル３、センタ鉄心１１とサイド鉄心１２との間の図示されない空隙部に配設される永久磁石で構成されるコイル−鉄心組立体１００と、各部品を収納する絶縁ケース２００と、この絶縁ケース２００内に収納された各部品を絶縁するとともに、各部品を絶縁ケース２００内に固定するエポキシ樹脂などの絶縁樹脂３００とで構成されている。
【０００４】
ここで、センタ鉄心１１およびサイド鉄心１２で構成された閉磁路鉄心１と永久磁石とを組み合わせた場合の磁束密度変化量の期待値は、珪素鋼板の実用上の磁気飽和磁束密度と永久磁石による磁気逆バイアス磁束密度との合計値である。この磁束密度変化量の期待値を低減せずに、要求される出力エネルギを満たすことができる内燃機関用点火コイルが、先行文献１にて示されている。
【特許文献１】特許第３４８２３８０号公報
【０００５】
そして、図２に示す通り、磁束密度変化量の期待値を低減させることのない内燃機関用点火コイルの閉磁路鉄心１は、まず、サイド鉄心１２が、環状（口字状）に形成され、このサイド鉄心１２の内側にセンタ鉄心１１を配設している。さらに、センタ鉄心１１は、一次コイル２の内周に位置する主要部１１１からサイド鉄心１２側の一端へ、滑らかに拡開され、センタ鉄心１１の一端に拡がり部１１２を形成している。そして、センタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２とサイド鉄心１２との間には空隙部１３が形成され、この空隙部１３に永久磁石４が挿入されている。
【０００６】
また、センタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２とサイド鉄心１２との間の空隙部１３に挿入されている永久磁石４は、一次コイル２への通電による閉磁路鉄心１の磁束の励磁方向と逆方向に磁化されている。さらに、永久磁石４は、閉磁路鉄心１の磁束密度変化量を十分に引き出すため、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１の２．６倍の断面積Ｓ４を有している。また、永久磁石４の漏れ磁束を防止するため、永久磁石４を挿入しているセンタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２とサイド鉄心１２との間の空隙部１３の断面積Ｓ１３およびセンタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２の断面積Ｓ１１２が、永久磁石４の断面積Ｓ４とほぼ同一となるように形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、閉磁路鉄心１に珪素鋼板が用いられている従来の内燃機関用点火コイルは、要求される出力エネルギを満たしつつ、小型化していくことが限界にきているという指摘がある。このため、今後、さらなる大出力化が要求され、小型化が要求された場合に、対応できないという問題があった。さらに、閉磁路鉄心１を珪素鋼板と異なる他の高飽和磁束密度材料を用いて形成した場合、高飽和磁束密度材料が有する磁束密度変化量を十分に引き出すために最適な永久磁石４の断面積Ｓ４の寸法のほか、高い電流値で一次コイル２に通電した場合に、閉磁路鉄心１に発生する磁束が飽和して、磁束密度変化量が小さくならないようにするために最適な永久磁石４の厚みの寸法など、コイル−鉄心組立体の各構成部品の最適な寸法を設計しなければならないという課題もある。
【０００８】
そこで、上記実情に鑑み、本発明は、閉磁路鉄心の少なくとも一部に珪素鋼板と異なる他の高飽和磁束密度材料を用いて形成しつつ、高飽和磁束密度材料が有する磁束密度変化量を十分に引き出すために最適な永久磁石の断面積の寸法のほか、高い電流値で一次コイルに通電した場合に、閉磁路鉄心に発生する磁束が飽和して、磁束密度変化量が小さくならないようにするために最適な永久磁石の厚みの寸法などを決定することにより、小型化と、大出力化とを両立させることができる内燃機関用点火コイル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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、一次コイルと二次コイルとを鉄心で磁気的に結合し、前記鉄心の空隙部に永久磁石を配置するとともに、前記空隙部の断面積と前記永久磁石の断面積とがほぼ同一となるように形成された内燃機関用点火コイルにおいて、前記鉄心の少なくとも一部にパーメンジュールを用いるとともに、前記永久磁石が、前記一次コイルの内周を通る前記鉄心の主要部の断面積の２．６１倍から６．００倍までの断面積を有することを特徴とする。
【００１０】
そして、上記した永久磁石は、０．９１ｍｍから２．００ｍｍまでの厚みを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る内燃機関用点火コイルは、まず、閉磁路鉄心の少なくとも一部にパーメンジュールを用いた。パーメンジュールは、実用化された軟磁性材料の中で最大の飽和磁束密度を持つので、閉磁路鉄心により多くの磁束を流すことができ、閉磁路鉄心の磁束密度変化量を大きくすることができる。そうすると、小型化と、大出力化を両立させることができる内燃機関用点火コイルを提供することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、このパーメンジュールの磁束密度変化量の大きいという効果を十分に引き出すために最適な永久磁石の断面積を見出し、閉磁路鉄心の主要部の断面積の２．６１倍から６．００倍までの断面積を有する永久磁石を、一次コイルへの通電による閉磁路鉄心の磁束の励磁方向と逆方向に磁化させて閉磁路鉄心の空隙部に挿入した。これにより、パーメンジュールの磁束密度変化量が大きいという効果を十分に引き出すことができるので、小型化と、大出力化を両立させることができる内燃機関用点火コイルを提供することができる。
【００１３】
また、高い電流値で一次コイルに通電した場合に、閉磁路鉄心に発生する磁束が飽和して、磁束密度変化量が小さくならないようにするための磁気抵抗として、閉磁路鉄心の空隙部に挿入した永久磁石に、０．９１ｍｍから２．０ｍｍまでの厚みを持たせた。これにより、閉磁路鉄心に適度な磁気抵抗がかかり、高い電流値で一次コイルに通電しても閉磁路鉄心に発生する磁束が飽和することがないので、磁束密度変化量が小さくなることがなく、電磁誘導の起こりやすさの値である一次インダクタンスを大きく維持することができる。そうすると、高い電流値で一次コイルに通電した場合でも、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、小型化と、大出力化とを両立させることができる。
【００１４】
すなわち、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、閉磁路鉄心の少なくとも一部にパーメンジュールを用いつつ、このパーメンジュールの大きな磁束密度変化量を十分に引き出すための最適な永久磁石の断面積、および高い電流値で一次コイルに通電しても閉磁路鉄心に発生する磁束が飽和することなく、一次インダクタンスを大きく維持するための最適な永久磁石の厚みをそれぞれ決定し、これに沿った永久磁石を閉磁路鉄心の空隙部に挿入したので、小型化と、大出力化とを両立させて、今後の厳しい要求にも対応できる内燃機関用点火コイルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関用点火コイルにおけるコイル−鉄心組立体の平断面図であり、説明のため、一次コイルおよび二次コイルを除いて示している。なお、図２および図３に従来例として示した部分と同一又は相当部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００１６】
本発明に係る内燃機関用点火コイルは、図１に示す通り、センタ鉄心１１およびサイド鉄心１２で構成される閉磁路鉄心１の少なくとも一部、例えば、センタ鉄心１１にパーメンジュール１０が用いられたものである。特に、センタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２とサイド鉄心１２との間には閉磁路鉄心１の空隙部１３が設けられ、永久磁石４が挿入されている。この永久磁石４は、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１に比べ、例えば、３倍の断面積Ｓ４を有し、かつ、例えば、１．２ｍｍの厚みｔ４を有している。
【００１７】
そして、閉磁路鉄心１の構成部品であるセンタ鉄心１１にパーメンジュール１０が採用されているので、閉磁路鉄心１は、少なくとも２．０テスラ以上の飽和磁束密度を有するものとなり、少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量を有するものとなる。
【００１８】
さらに、閉磁路鉄心１の空隙部１３に挿入されている永久磁石４は、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１に比べ、例えば、３倍の断面積Ｓ４を有し、これにより、閉磁路鉄心１が備える、少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量を効果的に引き出すことができる。そうすると、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量を備えるので、出力エネルギの大出力化が達成される。
【００１９】
また、閉磁路鉄心１の空隙部１３に挿入されている永久磁石４は、例えば、１．２ｍｍの厚みｔ４を有する。これにより、高い電流値で一次コイルに通電した場合でも、閉磁路鉄心１に適度な磁気抵抗をかけることができるので、高い電流値で一次コイルに通電しても閉磁路鉄心１に発生する磁束が閉磁路鉄心１内にて飽和することがなくなる。そうすると、高い電流値で一次コイルに通電した場合にも、閉磁路鉄心１の少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量が小さくなることなく、電磁誘導を起こすことができるので、出力エネルギの大出力化が達成される。
【００２０】
したがって、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、センタ鉄心１１にパーメンジュール１０を採用した閉磁路鉄心１を用いたので、少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量を備えることとなる。そして、パーメンジュールをセンタ鉄心１１に採用した閉磁路鉄心１の磁束密度変化量を十分に引き出すために最適な、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１に比べ、例えば、３倍の断面積Ｓ４を有する永久磁石４を、一次コイルへの通電による励磁方向と逆方向に磁化させて、センタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２とサイド鉄心１２との間の閉磁路鉄心１の空隙部１３に挿入したので、閉磁路において、少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量をもたらすことができる。
【００２１】
また、閉磁路鉄心１の空隙部１３に挿入した永久磁石４は、高い電流値で一次コイルに通電した場合に、閉磁路鉄心１に発生する磁束を飽和させないために最適な磁気抵抗をかける、例えば、１．２ｍｍの厚みｔ４を有するので、高い電流値で一次コイルに通電しても閉磁路鉄心１に発生する磁束が閉磁路鉄心１内にて飽和することなく、したがって、閉磁路鉄心１の少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量が小さくなることなく、一次インダクタンスを大きく維持して電磁誘導を起こすことができる。すなわち、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、小型化と、大出力化とを両立させ、今後の厳しい要求に対応することができる。
【００２２】
ここで、永久磁石４の断面積Ｓ４は上記した最良の実施形態である、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１に比べ３倍として説明したが、好ましくは２．６１倍から６．００倍までであり、さらに好ましくは３倍から５倍までである。なお、この断面積比が２．６倍以下となると、永久磁石４は、閉磁路鉄心１の磁束密度変化量を十分に引き出すことができなくなる。また、断面積比が６倍以上となると、永久磁石４の大きさのために内燃機関用点火コイルの小型化が困難になる。
【００２３】
また、永久磁石４の厚みｔ４は上記した最良の実施形態である１．２ｍｍとして説明したが、好ましくは０．９１ｍｍから２．００ｍｍまであり、さらに好ましくは１．０ｍｍから１．５ｍｍまでである。なお、永久磁石４の厚みｔ４が０．９ｍｍ以下となると、高い電流値で一次コイルに通電した場合に、閉磁路鉄心１内の磁束が飽和し、磁束密度変化量が低下して一次インダクタンスが低下し、また、２．０ｍｍ以上となると、閉磁路鉄心１内の磁束への磁気抵抗が大きくなりすぎて効率よく大きな磁束密度を変化させることが困難となって一次インダクタンスが低下し、いずれも出力エネルギが低下することとなるので、好ましくない。
【００２４】
すなわち、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、センタ鉄心１１およびサイド鉄心１２で構成される閉磁路鉄心１の少なくとも一部にパーメンジュール１０が用いられるとともに、センタ鉄心１１の一端の拡がり部１１２とサイド鉄心１２との間の閉磁路鉄心１の空隙部１３に挿入されている永久磁石４が、センタ鉄心１１の主要部１１１の断面積Ｓ１１１に比べ２．６１倍から６倍までの断面積Ｓ４を有し、また、０．９１ｍｍから２．０ｍｍまでの厚みｔ４を有することにより、高い電流値で一次コイルに通電した場合にも、少なくとも４．０テスラ以上の磁束密度変化量をもたらすことができ、したがって、小型化と大出力化を両立させることができる内燃機関用点火を提供することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、上記実施形態に限定されることなく、種々の設計変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態は、一次コイルの外側に二次コイルが配設された内燃機関用点火コイルであるが、二次コイルの外側に一次コイルが配設されても、同様の効果を得ることができる。また、例えば、閉磁路鉄心のすべてにパーメンジュールを採用してもよく、そうすると、非常に大きな磁束密度変化量を有する閉磁路鉄心を備えるので、小型化と大出力化とを両立させることができる内燃機関用点火コイルを提供することができる。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、センタ鉄心の一端の拡がり部とサイド鉄心との間に閉磁路鉄心の空隙部を設け、この空隙部に永久磁石を挿入した内燃機関用点火コイルについて説明したが、この閉磁路鉄心の空隙部は、サイド鉄心の両側に同じ大きさでそれぞれ設け、これに対応した同じ大きさの永久磁石を挿入してもよい。この場合、二つの永久磁石の断面積の和を、センタ鉄心の主要部の断面積の２．６１倍から６倍までとすることにより、同様な効果を得ることができる。もちろん、サイド鉄心の一箇所に閉磁路鉄心の空隙部を設け、この空隙部にセンタ鉄心の主要部の断面積の２．６１倍から６倍までの断面積を有する永久磁石を挿入した場合にも、同様な効果を得ることができる。
このほか、例えば、センタ鉄心の主要部において、長手方向に斜めに閉磁路鉄心の空隙部を設け、センタ鉄心の主要部の断面積の２．６１倍から６倍までの断面積を有する永久磁石を挿入してもよい。このような内燃機関用点火コイルであっても、同様の効果を得ることができる。なお、この場合の閉磁路鉄心の空隙部の断面積とは、この空隙部に挿入される永久磁石に接する閉磁路鉄心の断面の面積をいう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用点火コイルにおけるコイル−鉄心組立体の平断面図である。
【図２】従来の内燃機関用点火コイルに係る平断面図である。
【図３】従来の内燃機関用点火コイルに係る縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１        閉磁路鉄心
１０      パーメンジュール    
１１      センタ鉄心
１１１    センタ鉄心の主要部
１１２    センタ鉄心の一端の拡がり部
１２      サイド鉄心
１３      閉磁路鉄心の空隙部  
１００    コイル−鉄心組立体
２        一次コイル
３        二次コイル
４        永久磁石
２００    絶縁ケース
３００    絶縁樹脂
Ｓ１３    閉磁路鉄心の空隙部の断面積
Ｓ１１１  センタ鉄心の主要部の断面積
Ｓ１１２  センタ鉄心の一端の拡がり部の断面積
Ｓ４      永久磁石の断面積
ｔ４      永久磁石の厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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