專利名稱：點(diǎn)火線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生加到火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的火花塞上的火花點(diǎn)火電壓的點(diǎn)火線圈。
點(diǎn)火線圈使用初級(jí)和次級(jí)繞組以及一個(gè)磁路。該磁路可以用象在美國(guó)專利4，480，377號(hào)中公開的鋼疊片構(gòu)成。該美國(guó)專利指出該磁路有一空氣隙，并指出在線圈制造過(guò)程中必須調(diào)整該空氣隙。
在美國(guó)專利第2，885，458號(hào)中也已經(jīng)提議提供一個(gè)具有環(huán)形磁芯的點(diǎn)火線圈，該磁芯可由鐵粉和諸如模壓成型的酚醛樹脂的膠合劑組成。
根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火線圈含有由磁性材料構(gòu)成的磁芯裝置，環(huán)繞配置在磁芯周圍的初級(jí)繞組;環(huán)繞配置在初級(jí)繞組周圍的次級(jí)繞組;由磁芯裝置軸向間隔開的磁性連接的第一和第二磁性部件;以及至少一個(gè)由磁性材料組成的、位于次級(jí)繞組外面用于磁性連接所述第一和第二磁性部件的至少一個(gè)的軸向延伸件，安置該軸向延伸件以分別在軸向延伸件的內(nèi)表面間和第一及第二磁性部件外表面間提供徑向延伸空氣隙。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有包含一個(gè)或多個(gè)空氣隙的磁路的點(diǎn)火線圈，而其中磁路是這樣安排的，即在制造點(diǎn)火線圈時(shí)不需要調(diào)整空氣隙，因而排除了以上引用的美國(guó)專利第4，480，377號(hào)所闡述方法中高代價(jià)的空氣隙調(diào)整步驟。這是通過(guò)提供一個(gè)其中初級(jí)和次級(jí)繞組環(huán)繞配置在磁性材料的磁芯周圍的點(diǎn)火線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該磁芯在具有一對(duì)環(huán)形磁性部件或有外圓柱表面的磁極片的磁路中。一個(gè)磁性材料的圓柱形部件構(gòu)成磁通量的回路并與磁極片的外圓柱表面隔開形成一空氣隙。這些空氣隙的截面面積比用在以上引用的美國(guó)專利第4，480，377號(hào)的磁路中心鐵芯中間隙的空氣隙的截面面積大許多倍。既然線圈電感一般與比率A/L有關(guān)，這里A為總的空氣隙的截面積，L為空氣隙的長(zhǎng)度，所以可以看到，通過(guò)使A增大，L的變化對(duì)電感幾乎沒有影響。因此，本發(fā)明使A增大，結(jié)果就在制造點(diǎn)火線圈的過(guò)程中無(wú)需調(diào)整L而獲得落在可接受值范圍內(nèi)的電感。
至于提供一種無(wú)需調(diào)整空氣隙長(zhǎng)度L的點(diǎn)火線圈，本發(fā)明的點(diǎn)火線圈是這樣安排的即，其部件由磁性材料構(gòu)成，結(jié)果提供許多小的空氣隙。這種材料可以是鐵粉粒子和電絕緣材料的混合物。該電絕緣材料分隔鐵粉末粒子并把它們粘結(jié)在一起，在鐵粉粒子之間提供許多起空氣隙作用的間隙。在點(diǎn)火線圈工作期間，磁能貯存在混合材料的許多間隙和具有空氣隙長(zhǎng)度L的磁極片和圓柱部件間的空氣隙。貯存在磁路中的總磁能是貯存在混合材料間隙中的能量加上貯存在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的空氣隙中的能量。在所述安排的情況下，貯存的總磁能在一定范圍內(nèi)基本上不隨空氣隙長(zhǎng)度L的變化而變化。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述類型的點(diǎn)火線圈，其磁極片由鐵粉粒子和電絕緣材料的混合物構(gòu)成，在這場(chǎng)合鐵粉粒子由電絕緣材料包圍，電絕緣材料起著使鐵粉粒子相互絕緣并把它們粘結(jié)在一起的作用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種點(diǎn)火線圈，其用于在磁芯元件中產(chǎn)生的磁通量的外部回路由磁性材料構(gòu)成的部件提供，該部件也用作為一種屏蔽來(lái)限制由點(diǎn)火線圈的次級(jí)繞組產(chǎn)生的開路電壓。該部件是一設(shè)置在分段纏繞的次級(jí)繞組的線圈繞組周圍的圓柱形分離的屏蔽，該屏蔽用來(lái)增加次級(jí)繞組的電容以限制它的開路電壓，并還形成一個(gè)磁通量回路。
本發(fā)明的另一目的是提供一個(gè)在放入外殼前完成并可測(cè)試的點(diǎn)火線圈組件。這使得可在同一生產(chǎn)線制造用于許多不同應(yīng)用場(chǎng)合和不同外殼及不同線圈繞組接法的點(diǎn)火線圈。
本發(fā)明的又一目的是提供一種點(diǎn)火線圈，其電感作為初級(jí)繞組的斷路感應(yīng)電流的函數(shù)而變化。其電感的變化是這樣的斷路感應(yīng)電流超過(guò)一定大小時(shí)，電感隨初級(jí)繞組的斷路感應(yīng)電流的增加而減小。
本發(fā)明將借助實(shí)例，參照下面的介紹和附圖予以說(shuō)明，附圖中

圖1是一個(gè)點(diǎn)火線圈的部分剖開的側(cè)視圖;
圖2是沿著圖1中2-2剖線取得的截面圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明制造的點(diǎn)火線圈的點(diǎn)火線圈組件的平面圖;
圖4是沿圖3中箭頭4-4視向示出的點(diǎn)火線圈組件的端視圖;
圖5是沿圖4中5-5剖線取得的截面圖;
圖6是在圖5所示出點(diǎn)火線圈組件中使用的三個(gè)部件的視圖;
圖7是沿圖6中7-7剖線取得的磁性部件的截面圖;
圖8是沿圖6中8-8剖線取得的截面圖;
圖9是改進(jìn)的點(diǎn)火線圈的截面圖，以及圖10和11分別是圖9點(diǎn)火線圈中作用的點(diǎn)火線圈組件的端視圖和側(cè)視圖。
下面參照附圖，特別是圖1，用標(biāo)號(hào)20指定由塑料絕緣材料構(gòu)成的外部殼體。殼體20有壁層來(lái)確定內(nèi)腔面積，內(nèi)腔中裝有兩個(gè)點(diǎn)火線圈組件，都被指定為22并在圖1中以點(diǎn)劃線示出。給定點(diǎn)火線圈組件22的次級(jí)繞組被連接到一對(duì)凸出的接線柱上。另一點(diǎn)火線圈組件22的次級(jí)繞組被連接另一對(duì)凸出的接線柱上。凸出的接線柱每一個(gè)都被指定為24，其中一個(gè)凸出的接線柱24與關(guān)連的塔26顯示在圖2中。塔26和外殼20連成整體。
外殼20形成一在指定為28的端面上開口的封閉腔。在點(diǎn)火線圈制造過(guò)程中，將點(diǎn)火線圈組件22制成一完整的單元，在通過(guò)外殼的開口端將其放入外殼20之前可以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。在將點(diǎn)火線圈組件22放入外殼20，并已將其與凸出的接線柱24進(jìn)行電氣連接后，將一種由電絕緣材料組成的封裝化合物填充外殼20的內(nèi)部以密封該點(diǎn)火線圈組件22。該封裝化合物通過(guò)開口端28加到外殼20內(nèi)。一些封裝化合物示出在圖1中并被指定為30。當(dāng)然，它封閉外殼20的開口端28。
圖1和2中示出的點(diǎn)火線圈是用于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)和所謂的無(wú)分電盤點(diǎn)火系統(tǒng)，其中將一個(gè)給定的次級(jí)繞組與兩個(gè)火花塞相連。
圖3-5中示出點(diǎn)火線圈組件22。點(diǎn)火線圈組件22含有兩個(gè)磁性部件32和34。這些磁性部件32、34同混和的鐵粉粒子的被模壓成所示形狀的電絕緣材料構(gòu)成。鐵粉粒子上涂有該電絕緣材料。該電絕緣材料在鐵粉粒子之間形成象空氣隙一樣的間隙，也起著將鐵粉粒子粘結(jié)在一起的作用。這種混合材料在后面將更詳細(xì)地加以說(shuō)明。
磁性部件32有一與根壁部分32B成一體的軸向延伸磁芯部分32A。從圖8可以看到，根壁部分32B是環(huán)形的且有槽口32C。根壁部分32B有一環(huán)形外壁32D和許多徑向延伸的凸耳凸臺(tái)32E。從圖8可以看到磁芯部分32A在其整個(gè)長(zhǎng)度上有一六角形橫截面或外形。
磁芯部分32A裝配到在磁性部件34的軸向延伸磁芯部分34B中形成的六邊形34A中。
圖6和7詳細(xì)地示意了磁性部件34。六邊形孔34A的一部分裝有6個(gè)指定為34C的軸向延伸的肋。磁性部件34有一與磁芯部分34B連成一體的環(huán)體根壁部分34D并有一環(huán)形外表面34E。部件34還有凸耳34F和一槽口34G。
磁芯部分32A和六邊形孔34A的尺寸是這樣的，即當(dāng)磁芯部分32A插進(jìn)六邊形孔34a中時(shí)使磁性部件32、34的壁相互接合。然而，當(dāng)磁性部件32和34組合在一起時(shí)，在肋34C和磁芯部分32A的一端部之間存在一種壓配合。該壓配合使磁性部件32和34相互固定。下面將指出當(dāng)磁芯部分32A裝配到六邊形孔34A中時(shí)，磁芯部分34B的端面將接合到或接觸到根壁部分32B的表面。
點(diǎn)火線圈有一由絕緣線構(gòu)成的初級(jí)繞組，其內(nèi)圈直接纏繞在磁芯部分34B的圓柱形外表面34H上。初級(jí)繞組36可以含有兩繞組層，每一層由62匝23號(hào)AWG線組成。既然初級(jí)繞組直接纏在磁芯部分34B的外表面34H上，所以在初級(jí)繞組36中產(chǎn)生的熱量被傳遞到磁芯部分34B上，后者起熱輻射器的作用。
在點(diǎn)火線圈的制造中，磁性部件34和初級(jí)繞組36組成初級(jí)繞組單元或組件，該組件以將要說(shuō)明的方法加以制造并組裝到點(diǎn)火線圈的其它部件上。為制造該初級(jí)繞組單元，將初級(jí)繞組36纏繞在磁芯部分34B上。纏繞后初級(jí)繞組36的末端引線由支承在槽口34G中的絕緣體38加以支承。
點(diǎn)火線圈具有環(huán)繞配置在初級(jí)繞組36周圍的次級(jí)繞組單元，所述單元總的被指定為40。在圖5和6中示出該次級(jí)繞組單元40。該次級(jí)繞組單元40含有一由模壓成型的塑料絕緣材料單體構(gòu)成的線軸41。線軸41具傾斜部分42和44，它們帶有許多軸向間隔開并切向延伸的被指定為48的肋。肋48和傾斜部分42和44的表面確定了許多軸向間隔開的繞組槽，每個(gè)繞組槽中含有一線圈繞組。圖5中，示出有19個(gè)槽和19個(gè)軸向間隔開的線圈繞組。線軸41中央的線圈繞組指定為50，線軸兩端的線圈繞組分別指定為52和54。線圈繞組50比線圈繞組52和54中任一個(gè)都有更多的匝數(shù)，并且從線圈繞組52或54向到中央線圈繞組50，線圈繞組的匝數(shù)遞增。例如，線圈繞組50可由780匝42號(hào)AWG線組成，而線圈繞組52和54可各由318匝這種線組成。從線圈繞組52或54到中央線圈繞組50，每一個(gè)相繼的線圈繞組的匝數(shù)可以是480、517、556、593、630、667、706和743匝。因此，線圈繞組50兩旁的線圈繞組有743匝。下面將指出所有19個(gè)線圈繞組通過(guò)肋48中的槽延伸的相交接線串聯(lián)起來(lái)。也將指出由于次級(jí)繞組由許多軸向間隔開的繞組段組成，從而可知它是一個(gè)分段纏繞線圈。
用于次級(jí)繞組單元40的線軸41具有附帶許多一端為56，另一端為58的切向間隔開的整體橫條的端壁。每個(gè)橫條56都有沿線軸41軸向延伸的柄腳或墊片部分60。按類似構(gòu)造形式，橫條58有軸向延伸的柄腳或墊片部分62。
線軸41有支承接線柱68和70的一體化的接線柱護(hù)管64和66，接線柱與次級(jí)繞組的相對(duì)兩端進(jìn)行電氣連接。柄腳60的切向間距在圖4中示出，柄腳62具有同樣的間距。
設(shè)置在次級(jí)繞組單元40周圍的是部件72，它由諸如鍍鋅鋼磁性材料構(gòu)成，其厚度可約為1.2mm并確定一個(gè)軸向延伸元件。部件72在圖3-5中示出并將更充分地加以說(shuō)明，它的作用是為初級(jí)繞組36產(chǎn)生的磁通提供一個(gè)磁通路徑并作為一個(gè)屏蔽。部件72是環(huán)形的，如圖4中所見，將其分離以在部件72的邊緣76和78之前形成一間隙74。部件72在其一端有三個(gè)切向隔開的槽80，在相對(duì)端有三個(gè)切向隔開的槽82。部件72還有若干開口(未示出)以允許封裝化合物進(jìn)入部件72的內(nèi)部。
從圖5中可以看到，柄腳60用來(lái)隔開部件72的內(nèi)表面和磁性部件34的外表面34E。在這一方面，柄腳60的外表面與部件72的內(nèi)表面接合，柄腳60的內(nèi)表面與外表面34E接合。這樣便形成點(diǎn)火線圈的磁路的徑向空氣隙，并被指定為86。該空氣隙86在外表面34E和與外表面34E對(duì)準(zhǔn)的部件72的部分或區(qū)域之間。柄腳62起著與柄腳60同樣的作用，即提供另一徑向空氣隙87，如同在部件72的內(nèi)表面磁性部件32的外壁32D之間的空氣隙86。在這一方面，柄腳62有與柄腳60一樣的厚度和切向間隔。柄腳60和62約為1.0mm厚，因此徑向空氣隙86和87的徑向長(zhǎng)度約為1.0mm。
部件72約1.2mm厚，57mm長(zhǎng)。其內(nèi)徑約為21mm，間隙74寬度約為12mm。
在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明之前，解釋一下組裝點(diǎn)火線圈的組裝步驟是有幫助的。假設(shè)可獲得一個(gè)初級(jí)繞組單元，即由初級(jí)繞組36纏繞在磁性部件34上組成的單元。這就將次級(jí)繞組單元40組裝在初級(jí)繞組單元上。當(dāng)這樣做時(shí)，將與線軸41的左端連與一體的一對(duì)徑向延伸定位凸耳90插入形成在磁性部件34的根壁部分34D內(nèi)表面上的徑向延伸的凹槽92(圖7)中。柄腳60沿軸向滑過(guò)外表面34E。部件72這時(shí)通過(guò)將其滑過(guò)次級(jí)繞組單元40而得以組裝。這樣，便將凸耳34F滑進(jìn)部件72的槽孔82內(nèi)。在組裝部件72期間，該凸耳被輕輕地彈開以脫離柄腳60，并且在在組裝后，部件72彈回到與柄腳60外表面的接合狀態(tài)。對(duì)于所描述的組裝部件，最后一步是組裝磁性部件32。通過(guò)將磁性部分32的磁芯部32A經(jīng)由次級(jí)繞組單元40插入磁性部件34的六邊形孔34A中，從而就完成這一步驟。當(dāng)這樣做時(shí)，凸耳32E滑進(jìn)槽孔80內(nèi)，而且磁芯部分32A的左端滑進(jìn)六邊形孔34A帶有肋34C的區(qū)域內(nèi)，在磁性部件32最后裝配位置中，在肋34C和磁芯部分32A的端部之間有一緊壓配合以避免磁性部件32和34的軸向分離。另外，槽孔80的度度相對(duì)于凸耳32E的寬度是這樣的，即使凸耳32E和與凸耳接合的槽孔80的表面間有一緊壓配合。這樣便避免了部件72相對(duì)于磁性部件32軸向移動(dòng)并在部件72和磁性部件32間提供一個(gè)電氣連接。
人們注意到已示出和述及的磁性部件32和34各有三個(gè)凸耳32E和34F。為簡(jiǎn)化該組件磁性部件32和34可以安排成每個(gè)磁性部件只有一個(gè)凸耳。在這產(chǎn)的安排中，使用對(duì)應(yīng)槽口32C的凸耳32E和對(duì)應(yīng)槽口34G的凸耳34F，而去掉每個(gè)磁性部件上的另外兩個(gè)凸耳。部件72現(xiàn)在將只有兩個(gè)槽孔，在其每一端安置一個(gè)以接納凸耳32E、34F。
顯然當(dāng)按所述方式組裝好點(diǎn)火線圈時(shí)，便制造出一個(gè)在作為一單元插進(jìn)外殼之前已測(cè)試的完整單元。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9-11，圖示說(shuō)明一個(gè)改進(jìn)的點(diǎn)火線圈。該點(diǎn)火線圈不同于上面所述的點(diǎn)火線圈，其中，改進(jìn)了磁路并且該點(diǎn)火線圈使用了兩個(gè)屏蔽以取代由部件72提供的單個(gè)屏蔽。
圖9中，標(biāo)號(hào)100指定給由電絕緣材料構(gòu)成有一開口端的外殼100。設(shè)置在外殼100中的點(diǎn)火線圈組件總的指定為102。將點(diǎn)火線圈組件102插入帶有開口端的外殼100，然后用封裝化合物填充該外殼并將該點(diǎn)火線圈組件102封裝在其中。圖中示出一部分封裝化合物并將其指定為104。
點(diǎn)火線圈組件102由與磁性部件32和34一樣的混合材料構(gòu)成的磁性部件106和108組成。磁性部件108有一帶有圓形外表面或外壁112的環(huán)形部分110。另外，磁性部件108有一如圖10所示的其截面上有一方形孔116的軸向延伸磁芯部分114。磁芯部分114的外表面是圓形的，初級(jí)繞組118就纏繞在其上。磁性部件108有一穿過(guò)孔116的開端延伸的棒形部分120(圖10)。
磁性部件106具有圓形或環(huán)形外表面或外壁122，并具有其橫截面為方形的孔124。
橫截面為方形磁芯元件126位于孔116中。磁芯元件126相對(duì)的兩端位于相應(yīng)的磁性部件106和108的方形孔部分中，同時(shí)磁芯元件126的一端與棒形部分120相接合。如圖中所示，磁芯元件126由許多鋼疊片組成。
點(diǎn)火線圈組件有一個(gè)象前面所述的次級(jí)繞組單元40一樣的次級(jí)繞組單元128。次級(jí)繞組單元128屬于分段纏繞型并有一由絕緣材料構(gòu)成帶有分段繞組的線軸130。線軸130在其一端有許多切向隔開的柄腳132，在另一端有許多切向隔開的柄腳134。在線軸130的每一端可以有8個(gè)柄腳132、134。
圖9-11中的點(diǎn)火線圈實(shí)施例使用兩個(gè)鋼屏蔽136和138代替象部件72的單個(gè)屏蔽。這些屏蔽136、138如在圖10中可看到的具有弓型或半圓造型。屏蔽136、138可以由厚度約為1.20mm的諸如鍍鋅鐵的磁性材料構(gòu)成。每個(gè)屏蔽有一對(duì)位于其相對(duì)兩端的彎頭或徑向朝里延伸整體壓制的翼片。屏136上的翼片均被指定為140，屏138上的翼片均被指定為142。
通過(guò)將翼片140、142插入分別在磁性部件106和108外端表面上形成的徑向延伸的凹槽中，將屏蔽136、138組裝到磁性部件106、108上。這樣，屏蔽136的接頭140徑向插入分別在磁性部件106和108上形成的凹槽144和146中。按類似方式，將屏蔽138的翼片142插入磁性部件106和108相應(yīng)的槽口中。這些凹槽之一在圖10中示出且標(biāo)記為150。在將一對(duì)翼片插入時(shí)，翼片140、142能被彈開，以便它們插入后對(duì)磁性部件106和108施加壓力使其相接合以避免這兩個(gè)磁性部件軸向分離。
在屏蔽136和138組裝時(shí)，其內(nèi)表面接合柄腳132和134的外表面。這些柄腳132、134接合屏蔽136、138并且其內(nèi)表面分別與112、122的外表面部分接合。
在屏蔽136和138最后組裝定位時(shí)，借助兩軸向延伸間隙152和154使它們分開。另外，柄腳132和134起將屏蔽136和138從112和122外表面隔開以便在屏蔽和外表面間形成徑向空氣隙的作用。柄腳132、134約為1.0mm厚，因此徑向空氣隙也約為1.0mm。
下面描述另一個(gè)圖中未予說(shuō)明的改進(jìn)的磁路。在這個(gè)改進(jìn)中，磁路由兩個(gè)軸向隔開的磁性部件組成，每一個(gè)磁性部件都象磁性部件106一樣，由與磁性部件32和34同樣類型的材料構(gòu)成。這些磁性部件通過(guò)一軸向延伸的整體實(shí)心磁芯元件進(jìn)行連接，該磁芯元件設(shè)有內(nèi)孔并帶有象初級(jí)繞組118一樣的初級(jí)繞組。該部件由與磁性部件32和34一樣的材料構(gòu)成。整體磁芯元件除了兩端部其橫截面為方形外均為圓柱形。初級(jí)繞組纏繞在圓柱形部分上。將方形端部壓緊裝配到在兩軸向隔開的磁性部件上相應(yīng)的方形開口內(nèi)。方形端部的橫斷面比圓柱部分橫斷面小，以便在將整體磁芯元件組狀到磁性部件上時(shí)，提供兩相對(duì)的分別緊靠?jī)纱判圆考?nèi)徑表面的徑向延伸壁。
如所述的，點(diǎn)火線圈的各種部件由電絕緣材料膠合劑所載的鐵粉末粒子的混合材料構(gòu)成。該鐵粉粒子的平均粒子尺寸約為0.1mm(0.004英寸)。在磁性部件生產(chǎn)過(guò)程中，鐵粉粒子涂有封閉單個(gè)粒子的液態(tài)熱熔塑膠。然后把有涂層的鐵粉粒子置于加熱模具或壓模中，將該混合材料模壓成所希望的形狀或密度。最后模壓成型的部件由經(jīng)處理過(guò)的熱熔塑膠材料膠合劑中的鐵粉粒子組成。作為實(shí)例，在最后模壓成型的部件中，鐵粉粒子約占重量的99%，塑膠材料約占重量的1%。從體積上看，鐵粉粒子約占96%，塑膠材料約占4%。
在最后模壓成型的部件中，處理過(guò)的熱熔塑膠材料將鐵粉粒子膠合在一起并使大部分鐵粉粒子相互電絕緣。一些鐵粉粒子可能會(huì)接合在一起，在它們之間沒有電絕緣。然而，大部分鐵粉粒子還是相互絕緣的，從而提供大量的經(jīng)處理的熱熔塑膠中的鐵粉粒子之間的間隙。因?yàn)闊崛鬯苣z材料具有與空氣大致一樣的磁導(dǎo)率，所以該間隙就象空氣隙一樣。因此，該混合材料實(shí)際上產(chǎn)生實(shí)際有大量小空氣隙的部分。由于這個(gè)原因，該混合材料能以后面將說(shuō)明的方法將磁能貯存在間隙中。
下面解釋本發(fā)明的點(diǎn)火線圈的操作和性能。對(duì)于圖1-8的實(shí)施例，當(dāng)初級(jí)繞組36被勵(lì)磁時(shí)，在由被插進(jìn)的磁芯部件32A和34B組成的磁芯裝置中產(chǎn)生磁通量。該磁通量進(jìn)入根壁部分34D(第一磁性部件)，然后，跨越空氣隙86到(圓柱形鋼)部件72。這時(shí)，磁通量軸向穿過(guò)部件72，然后穿過(guò)空氣隙87到根壁部分32B(第二磁性部件)?？梢钥吹剑考?2形成磁芯所產(chǎn)生的磁通量的一個(gè)低磁阻通量回路。另外，很明顯，該磁通量徑向穿過(guò)空氣隙86和87。當(dāng)切斷初級(jí)繞組36的電流時(shí)，在次級(jí)繞組單元40的次級(jí)繞組中導(dǎo)致一個(gè)大的火花塞點(diǎn)火電壓。
空氣隙86和87徑向長(zhǎng)度約為1.0mm，其截面面積與傳統(tǒng)點(diǎn)火線圈磁芯中的空氣隙相比是大的。這樣，假設(shè)外壁32D的長(zhǎng)度約為7mm，其直徑約為40mm，槽口32C的張長(zhǎng)約為35度，則空氣隙87的空氣隙面積(除去槽口)約為2x3.14x20x325/360x7或約為793平方毫米?？諝庀?6的面積與空氣隙87的面積大致相同。因此，可以看到作為決定線圈電感的一個(gè)因素的空氣隙截面積A與空氣隙長(zhǎng)度L的比率A/L，在點(diǎn)火線圈的制造過(guò)程中如果空氣隙長(zhǎng)度L變化時(shí)其變化時(shí)其變化并不大。所以，在制造點(diǎn)火線圈的過(guò)程中，空氣隙長(zhǎng)度L無(wú)須調(diào)整就能保持在一定的容限范圍內(nèi)。
另外，通過(guò)使用供磁性部件32和34用的混合鐵粉粒子和電絕緣材料，在該混合材料中鐵粉粒子間的間隙貯存除了貯存在空氣隙86和87中的磁能以外的磁能?？傎A存的磁通為貯存在磁性部件32和34中的能量與貯存在空氣隙86和87中的能量之和。如果空氣隙86和87的長(zhǎng)度減小，這些空氣隙的體積減小，導(dǎo)致通量磁平由于電感的增加而增加。貯存在這些空氣隙86和87中能量由于空氣隙體積的減小而減少。然而，因?yàn)榇判圆考?2和34的混合材料中空氣隙體積不變，由于磁通量的增加它貯存更多的能量從而抵消空氣隙86和87中能量損失的大部分影響。因此使用了用于磁性部件32和34的混合材料，進(jìn)一步減小了在空氣隙長(zhǎng)度L變化方面的影響，并且進(jìn)行自補(bǔ)償。換一種說(shuō)法，貯存在點(diǎn)火線圈磁路中的總磁能當(dāng)空氣隙長(zhǎng)度L在一定范圍內(nèi)變化時(shí)將基本保持不變。
部件72為磁通量形成一個(gè)低磁阻的回路，并提供一個(gè)具有增大次級(jí)繞組電容作用的屏蔽。這樣，分段纏繞的次級(jí)繞組有一個(gè)低于開路狀態(tài)的內(nèi)部電容，其次級(jí)繞組設(shè)有與火花塞相連，可產(chǎn)生一個(gè)60-80KV級(jí)的極高的次級(jí)電壓。這些高的次級(jí)電壓感應(yīng)出可導(dǎo)致使電子輸出器件失靈的高的初級(jí)繞組電壓，該電子輸出器件與初級(jí)繞組相連并對(duì)其電流進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。部件72增加次級(jí)繞組的電容，因此初級(jí)繞組的響應(yīng)電壓峰值可限制在500V左右。它保護(hù)電子輸出器件從而不再需要用于該電子器件的箝位電路。因?yàn)樵诖渭?jí)繞組和部件72之間存在一電容，所以次級(jí)繞組的電容得以增加。部件72必須使之分離開，并且這是通過(guò)裂隙74來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其原因是如果沒有一裂縫，部件72中發(fā)生的渦流會(huì)產(chǎn)生一種短路線匝效應(yīng)，這會(huì)降低點(diǎn)火線圈的效率。使用部件72作為磁通量回路與E形磁芯中一個(gè)鐵心的疊片層相比增加了在初級(jí)和次級(jí)繞組間的耦合。另外，部件72減少了散射到磁芯外的磁通量。因此減少了電磁輻射。
下面說(shuō)明將部件72用于圖9-11的實(shí)施例中的屏蔽136和138。這樣，屏蔽136和138與部件72執(zhí)行相同的功能，部件72能用象屏蔽136和138一樣的兩部件替換。反之亦然。當(dāng)使用象屏136和138一樣的兩部件時(shí)，有兩個(gè)裂口或間隙。
除了已描述過(guò)的部件72、屏蔽136和138的功能之外，應(yīng)當(dāng)指出它們還執(zhí)行機(jī)械保持或固定的功能。這樣，在圖9-11的實(shí)施例中，屏蔽136和138將磁性部件106和108固定在一起，而在圖1-8的實(shí)施例中，部件72執(zhí)行同樣的功能。
在圖9-11的實(shí)施例的磁路中，初級(jí)繞組118內(nèi)的磁芯或磁芯裝置由磁芯元件126和混合的磁性部件108的磁芯部分114組成。存在兩條平行的磁通通道，即通過(guò)磁芯元件126的初級(jí)磁通通道和穿過(guò)平行于通過(guò)磁芯元件126的通道的磁芯部分114的次級(jí)磁通通道。磁芯元件126比磁芯部分114的磁阻低。所述部分提供一個(gè)具有可變遞增電感的點(diǎn)火線圈，該電感隨著加在初級(jí)繞組118上的斷路電流的大小而變化。于是，考慮到用于使磁通量通過(guò)磁芯元件126的通路，在一次低電平電流條件下的高磁導(dǎo)率和高電感而優(yōu)選磁芯，同時(shí)磁芯具有一條平行的過(guò)磁芯部分114的磁通通道，用于伴隨電感下降一次電流的較高電平的情形。這在不大量減少初級(jí)和次級(jí)繞組間的耦合，也不使由磁芯元件126提供的初級(jí)磁通通路飽和的情況下實(shí)現(xiàn)。一次電流的低電平，即在初級(jí)繞組118斷路時(shí)獲得的電流(跳閘電流)可以約為6.5安培。較高電平可約為18.5安培。
在低電平電流(6.5A跳閘電流)下操作時(shí)，產(chǎn)生的磁通量7%穿過(guò)磁芯部分114，93%穿過(guò)磁芯元件126。當(dāng)工作在18.5A跳閘電流時(shí)，約30%的磁通量通過(guò)磁芯部分114，70%的磁通量通過(guò)磁芯元件126。
為進(jìn)一步解釋本發(fā)明的可變遞增電感特性，將要指出，點(diǎn)火線圈的遞增電感與由該點(diǎn)火線圈的磁路H(起磁)的變化引起的B(磁通密度)的變化有關(guān)。該遞增電感與由H的變化劃分的B的變化有關(guān)，H的變化引起了B的變化或△B/△H。于是，如B-H曲線是一條直線(線性關(guān)系)，遞增電感由于一個(gè)給定的H變化產(chǎn)生一個(gè)同樣的B變化，所以基本保持為常數(shù)。
點(diǎn)火線圈的總電感為與磁芯元件126有關(guān)的電感加上與磁芯部分114有關(guān)的電感。磁芯元件126的B-H由線與磁芯元件部分114的B-H曲線不一樣。這樣，對(duì)于一定的較低跳閘電流范圍，磁芯元件126的B-H曲線是線性的，則電感(△B/△H)在一定的電流范圍基本保持常數(shù)。然而，這條線性曲線是這樣的，即對(duì)于給定的H變化，B有相對(duì)大的變化。磁芯部分114的B-H曲線在一較低電流范圍也有一線性部分，使得相關(guān)的電感在該電流范圍仍保持為常數(shù)。磁芯部分114的比率△B/△H小于磁芯元件126的比率△B/△H。當(dāng)電流上升到一定電平時(shí)，例如6.5A跳閘電流，磁芯部分114的B-H曲線從線性部分轉(zhuǎn)到非線性部分，在非線性曲線部分比率△B/△H逐漸下降，從而在電流超過(guò)6.5A跳閘電流時(shí)電感減小。這使非線性部分曲線從B軸(縱坐標(biāo))彎向H軸(橫坐標(biāo))。
從所述的情況可以看出，顯然該點(diǎn)火線圈提供一供雙模式操作。這樣，如果跳閘電流約為6.5安培時(shí)，點(diǎn)火線圈具有一個(gè)被選來(lái)為正常點(diǎn)火系統(tǒng)操作提供一個(gè)所希望的燃燒時(shí)間的十分恒定的電感。然而，如果跳閘電流增加到，例如18.5安培時(shí)，點(diǎn)火線圈將具有一個(gè)遞增電感，當(dāng)電流從6.5上升到18.5安培時(shí)，電感減小。因此，與磁芯元件126有關(guān)有電感應(yīng)保持恒定，但是在由磁芯部分114提供的遞增電感中作為超過(guò)6.5A跳閘電流的結(jié)果有一顯著下降，所以總遞增電感也下降。既然電感隨著初級(jí)電流從6.5上升到18.5安培而下降，電流的變化將是一個(gè)快速上升(較低電感)，這樣點(diǎn)火線圈將提供一個(gè)快速上升的較高的次級(jí)電流，它適合于點(diǎn)燃一個(gè)結(jié)污的火花塞。這樣，18.5安培跳閘電流能夠用于冷啟動(dòng)，而6.5A跳閘電流用于正常操作。與傳統(tǒng)的點(diǎn)火線圈相比，該點(diǎn)火線圈能具有高的次級(jí)電流而不犧牲燃燒時(shí)間。
圖5中本發(fā)明的實(shí)施例也有一個(gè)隨著所加初級(jí)繞組的跳閘電流的大小而變化的可變電感。于是，圖5中由混合材料組成的磁芯部分32A和34B的B-H曲線對(duì)低的初級(jí)繞組跳閘電流的一定范圍，△B/△H基本保持恒定以提供一個(gè)恒定的遞增電感。這個(gè)范圍，例如可以高達(dá)6.5安培，如果斷路電流上升超過(guò)6.5安培，B-H曲線從直線(線性)到△B/△H隨著電流上升而下降的彎曲部分，從而提供一個(gè)超過(guò)6.5安培后隨著電流的上升而下降的遞增電感。由圖5實(shí)施例產(chǎn)生的隨電流上升電感下降的效果不如由圖9-11實(shí)施例產(chǎn)生的效果明顯。
如上所述，聯(lián)系圖1-8實(shí)施例，磁能是貯藏在磁性部件32和34以及空氣隙86和87中的。圖9-11的實(shí)施例以同樣的方式操作，即磁能貯存貯在磁性部分106和108以及112和122的外表面與屏蔽136和138間的空氣隙中?？偟馁A存磁能對(duì)于空氣隙長(zhǎng)度的改變而基本保持不變，其原因與在描述圖1-8實(shí)施例的操作中所敘述的原因一樣。此外，由于與在描述圖1-8實(shí)施例中所說(shuō)明的同樣原因，圖9-11實(shí)施例中的空氣隙的截面面積A與其徑向長(zhǎng)度L相比是大的。因此，圖9-11實(shí)施例中的比率A/L可相等或略小于圖1-8實(shí)施例中比率A/L。
注意與本申請(qǐng)同日申請(qǐng)的專利申請(qǐng)第(MJD/3336)號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)火線圈，它含有一個(gè)由磁性材料構(gòu)成的磁芯裝置(32A，32B)一個(gè)環(huán)繞配置在磁芯裝置周圍的初級(jí)繞組(36)和一個(gè)環(huán)繞配置在初級(jí)繞組上的次級(jí)繞組(40)，其特征在于第一和第二磁性部件(32B，34D)由磁芯裝置將其軸向隔開并磁性相連，至少一個(gè)由磁性材料構(gòu)成位于次級(jí)繞組外面磁性連接第一和第二磁性部件的軸向延伸件(72)，該軸向延伸件被安置成分別在軸向延伸件的內(nèi)表面和第一及第二磁性部件的外表面(32D，34E)間提供徑向延伸空氣隙(86，87)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的點(diǎn)火線圈，其特征在于第一及第二磁性部件(32D，34B)每一個(gè)都由電絕緣材料的膠合劑中的鐵粉粒子組成，該膠合劑起著將鐵粉粒子膠合在一起和至少在一些鐵粉粒子間提供間隙的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的點(diǎn)火線圈，其特征在于軸向延伸件(72)機(jī)械連接第一和第二磁性部件(32B，34D)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的點(diǎn)火線圈，其特征在于次級(jí)繞組(40)是分段的，軸向延伸元件(72)構(gòu)成一個(gè)用以增大次級(jí)繞組電容的屏蔽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)的點(diǎn)火線圈，其特征在于徑向延伸的空氣隙(86，87)的面積A與其徑向長(zhǎng)度L相比是大的，因此比率A/C基本不隨L的變化而變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中任一項(xiàng)的點(diǎn)火線圈，其特征在于磁能貯存在鐵粉粒子間的間隙中，并貯存在徑向延伸的空氣隙(86，87)中，總的貯存磁能是貯存在鐵粒子間的間隙中的能量和貯存在徑向延伸空氣隙中的能量之和，所述總的磁能基本上不受空氣隙徑向長(zhǎng)度變化的影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的點(diǎn)火線圈，其特征在于磁芯裝置(32A，34B)也是由混合磁性材料構(gòu)成，該材料由在電絕緣材料膠合劑中的鐵粉粒子組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的點(diǎn)火線圈，包含具有端部(34D)和軸向延伸部分(34B)的第一部件(34)，該第一部件有一通過(guò)該端部和軸向延伸部分延伸的孔(34A)，具有一端部(32B)和設(shè)置在第一部件孔中的軸向延伸部分(32A)，第一部件的端部(34D)確定第一磁性部件，第二部件的端部(32B)，確定第二磁性部件，第一和第二部件的軸向延伸部件確定磁芯裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的點(diǎn)火線圈，其特征在于第一部分(34)的孔(34A)和第二部件(32)的軸向延伸部分(32A)有互補(bǔ)的六邊形橫截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的點(diǎn)火線圈，其特征在于第一和第二部件(34，32)有壓配合裝置(34C)，其作用是固定該兩部件不軸向分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)的點(diǎn)火線圈，其特征在于第一部件(34)的軸向延伸部分(34B)有一圓形外表面，初級(jí)繞組(36)的內(nèi)匝直接接合在圓形外表面上。
12.如權(quán)利要求7的點(diǎn)火線圈，包含具有一個(gè)端部(110)和一個(gè)其上有孔(116)的軸向延伸部分(114)的第一部件(108)，以及有一個(gè)孔(124)的第二部件(106)，該第二部件接合著第一部件的軸向延伸部分的一端，以及，由設(shè)置在第一和第二部件孔中的許多鋼疊片組成的磁芯元件(126)，第一部件(108)的端部(110)確定第一磁性部件，第二部件(106)確定第二磁性部件，第一部件的軸向延伸(114)和磁芯元件確定磁芯裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的點(diǎn)火線圈，其特征在于第一和第二磁性部件(32B，34D)的外表面(32D，34E)是圓形的，軸向延伸件(72)被安置成在軸向延伸元件的內(nèi)表面和第一及第二磁性部件各自的圓形外表面間提供第一和第二徑向和切向延伸的空氣隙(86，87)，所述的軸向延伸件有一延伸在該軸向延伸件總長(zhǎng)度的間隙(74)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的點(diǎn)火線圈，其特征在于次級(jí)繞組是借助一線軸(41)進(jìn)行裝載的，該線軸具有與其整體形成的第一和第二裝置(60，62)并位于其與軸向延伸元件(72)內(nèi)表面接合的相對(duì)端，使其徑向隔開并在第一和第二磁性部件(32B，34D)的內(nèi)表面和外表面(32D，34E)，間提供徑向延伸空氣隙(86，87)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的點(diǎn)火線圈，其特征在于第一和第二裝置每個(gè)都由在其相對(duì)兩端的許多切向隔開、軸向延伸柄腳(60，62)組成，該柄腳被設(shè)置在第一和第二磁性部件(32B，34D)各自圓形外表面(32D，34E)和軸向延伸元件(72)的內(nèi)表面之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)的點(diǎn)火線圈，其特征在于軸向延伸件由許多切向隔開和軸向延伸元件(136，138)確定，每個(gè)軸向延伸件具有一個(gè)圓環(huán)造型。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的點(diǎn)火線圈，其特征在于它有兩個(gè)軸向延伸元件(136，138)。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生火花塞點(diǎn)火電壓的點(diǎn)火線圈。該線圈的磁路含有連接軸向隔開的環(huán)形部件(32B，34D)的軸向延伸磁芯(32A，34B)。磁芯和部件由在電絕緣材料中的鐵粉粒子構(gòu)成。初級(jí)繞組(36)安置在磁芯上，次級(jí)繞組(40)安置在初級(jí)繞組上。安置性材料的軸向延伸圓形部件(72)以用所述環(huán)形部件的外表面(32D，32E)提供空氣隙(86，87)。該圓形部件形成一個(gè)屏蔽來(lái)增加次級(jí)繞組的電容。貯存總磁能基本不隨空氣隙長(zhǎng)度的改變而變化?？諝庀稒M截面積A與其長(zhǎng)度L相比較大，使比率A/L不因L的改變而大變。
文檔編號(hào)H01F27/255GK1049395SQ9010698
公開日1991年2月20日 申請(qǐng)日期1990年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月10日
發(fā)明者艾伯特·安東尼·斯金納, 何塞·安東尼奧·克魯斯, 郎納利·豪斯, 羅杰·韋斯利·凱藍(lán)斯 申請(qǐng)人:通用汽車公司