KR100242545B1 - Ignition Coil - Google Patents
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Abstract
논의된 것은 작은 1차 전류하에서 성능 저하가 없는 가장 작은 크기인 점화 코일이다. 점화 코일은 공기갭(2)을 통해 폐쇄된 자기회로를 형성하는 철심(1), 1차 권선 전류에 의한 자화방향에 대해 반대방향으로 자화되는 영구자석(4)과, 철심(1)을 자화시키기 위하여 철심(1) 둘레에 감겨져 있는 1차 권선(6)을 포함한다. 영구자석이 삽입되는 철심(1)의 단면적(SG)은 영구자석(4)의 단면적(SM)과 실제적으로 동일하게 만들어진다. 영구자석(4)을 철심(1)의 자속 포화점의 2/3로 바이어스하기 위해서는 영구자석은 0.6mm < LM < 1.8mm를 만족하는 두께(LM)와 1.3 < SM/SF < 3.0을 만족하는 철심 권선부의 단면적(SF)과 영구자석의 단면적(SM)을 가지도록 형상화되어야 한다.Discussed is the smallest size ignition coil with no performance degradation under small primary currents. The ignition coil magnetizes the iron core 1, which forms a closed magnetic circuit through the air gap 2, a permanent magnet 4 magnetized in a direction opposite to the magnetization direction by the primary winding current, and the iron core 1 To include a primary winding 6 wound around the iron core 1. The cross-sectional area SG of the iron core 1 into which the permanent magnet is inserted is made substantially the same as the cross-sectional area SM of the permanent magnet 4. In order to bias the permanent magnet 4 to 2/3 of the magnetic flux saturation point of the iron core 1, the permanent magnet has a thickness (LM) satisfying 0.6 mm <LM <1.8 mm and 1.3 <SM / SF <3.0. It shall be shaped so as to have a cross sectional area (SF) of the core winding part and a cross sectional area (SM) of the permanent magnet.
Description
제 1 도는 본 발명의 한 실시예에 따른 점화 코일의 단면도.1 is a cross-sectional view of an ignition coil in accordance with an embodiment of the present invention.
제 2 도는 상기 실시예에 따른 점화 코일의 측면도.2 is a side view of the ignition coil according to the embodiment;
제 3 도는 비방향성 실리콘 강철편의 자화 성능도.3 is a magnetization performance diagram of a non-oriented silicon steel piece.
제 4 도는 상기 실시예에 따른 점화 코일의 자기 성능을 설명하는 자기 특성성능도.4 is a magnetic characteristic diagram illustrating the magnetic performance of the ignition coil according to the embodiment.
제 5 도는 영구자석을 가지지 않는 선행기술과 비교하여, 영구자석을 가지는 본 발명의 점화 코일의 제 2 차 전압과 제 1 차 컷-오프(cut-off)전류 사이의 관계를 설명하는 특성도.5 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the secondary voltage and the primary cut-off current of the ignition coil of the present invention having permanent magnets, as compared with the prior art without permanent magnets.
제 6 도는 영구자석을 가지는 선행기술의 철심에 대한 기본적인 자기회로를 설명하는 개략도.6 is a schematic diagram illustrating a basic magnetic circuit for the iron core of the prior art with permanent magnets.
제 7 도는 선행기술의 점화 코일의 기본적인 자기 성능을 설명하는 성능 특성도.7 is a performance characteristic diagram illustrating the basic magnetic performance of the ignition coil of the prior art.
제 8 도는 선행기술의 점화 코일의 자기 특성을 설명하는 성능 특성도.8 is a performance characteristic diagram illustrating the magnetic characteristics of the ignition coil of the prior art.
제 9 도는 제 8 도에 도시된 자기 성능 특성의 양의 자속영역내에서 철심의 최대 작업 자속밀도에 대해 적합한 값의 결정방법을 설명하는 설명도.FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a method of determining an appropriate value for the maximum working magnetic flux density of an iron core in the positive magnetic flux region of the magnetic performance characteristics shown in FIG. 8; FIG.
제 10 도는 영구자석 두께 (LM) 대 2차 권선에 의해 발생되는 전압 (V2)과 단면적 비율 SG/SF 및 SM/SF의 관계를 설명하는 특성도.10 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the permanent magnet thickness (LM) versus the voltage (V2) generated by the secondary winding and the cross-sectional area ratios SG / SF and SM / SF.
제 11 도는 영구자석 두께 (LM)와 2차 전압 (V2) 사이의 관계를 설명하는 특성도.11 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the permanent magnet thickness LM and the secondary voltage V2.
제 12 도는 영구자석을 가지거나 가지지 않는 선행기술 점화 코일의 1차 권선 컷-오프 전류와 2차 전압 사이의 관계를 설명하는 특성도.12 is a characteristic diagram illustrating the relationship between primary winding cut-off current and secondary voltage of prior art ignition coils with or without permanent magnets.
제 13 도는 단면적 비율 SM/SF=3인 경우 자기 성능 특성도.13 is a magnetic performance characteristic diagram when the cross-sectional area ratio SM / SF = 3.
제 14 도는 영구자석을 가지지 않는 점화 코일의 자기 성능 특성도.14 is a magnetic performance characteristic diagram of an ignition coil having no permanent magnet.
제 15 도는 영구자석을 가지지 않는 점화 코일의 단면도.15 is a cross-sectional view of an ignition coil having no permanent magnets.
제 16 도는 영구자석을 가지지 않는 점화 코일의 측면도.16 is a side view of an ignition coil without a permanent magnet.
제 17 도는 선행기술에 따른 점화 코일의 단면도.17 is a cross-sectional view of an ignition coil according to the prior art.
제 18 도는 선행기술에 따른 점화 코일의 측면도.18 is a side view of an ignition coil according to the prior art.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 철심 2 : 공기갭1: iron core 2: air gap
6 : 1차 권선 8 : 2차 권선6: primary winding 8: secondary winding
본 발명은 자동차용 내연기관에 주로 사용되는 개량된 점화 코일에 관한 것이다.The present invention relates to an improved ignition coil mainly used in automotive internal combustion engines.
지금까지 다양한 종류의 점화 코일들이 공지되었는데, 영구자석이 저장된 에너지의 증가를 위해 철심의 공기갭(air gap)부분에 삽입된다. 일본국 특허 공개 공보 평 2-37705 호 (USP 4,990,881)에 이들 코일의 한 개량품이 나타나 있다. 제 6 도는 점화 코일의 공기갭 부분에 삽입된 영구자석을 가지는 철심의 기초적인 자기회로를 설명하는 개략도이다. 제 6 도에 도시된 자기회로에 있어서, 참조부호 SF는 자속(Φ)이 흐르는 철심의 단면적이고, SG는 철심부를 지지하는 영구자석의 단면적이며, LF는 자기행로의 길이이고, SM은 해치(hatch)된 영구자석의 단면적이며, LM은 영구자석의 두께이다.Various types of ignition coils have been known so far, where permanent magnets are inserted in the air gap section of the iron core to increase the stored energy. In Japanese Patent Laid-Open No. 2-37705 (USP 4,990,881), an improvement of these coils is shown. 6 is a schematic diagram illustrating a basic magnetic circuit of an iron core having a permanent magnet inserted into an air gap portion of an ignition coil. In the magnetic circuit shown in FIG. 6, reference numeral SF is a cross section of an iron core in which magnetic flux Φ flows, SG is a cross section of a permanent magnet supporting the core, LF is a length of a magnetic path, and SM is a hatch ( The cross-sectional area of the hatched permanent magnet, and LM is the thickness of the permanent magnet.
제 7 도와 제 8 도는 상기 일본국 특허 공개 공보에 따른 점화 코일의 자기성능을 설명하기 위한 성능 특성도이다.7 and 8 are performance characteristic diagrams for explaining the magnetic performance of the ignition coil according to the Japanese Patent Laid-Open Publication.
제 7 도를 참조하면, 1차 권선이 점화 코일의 권선부에 n회로 감기고, 그리고 반대방향으로 자속(-Φ)을 발생시키는 영구자석에 의한 자화방향의 반대방향으로 자속(+Φ)을 발생시키기 위하여 여자 또는 1차 전류(Ip')가 1차 권선을 통해 흐르면 1차 권선에 저장된 에너지는 해치된 면적(W')에 의해 표현되고 다음 식으로 표현된다.Referring to FIG. 7, the primary winding is wound n times on the winding portion of the ignition coil, and generates magnetic flux (+ Φ ) in the opposite direction of the magnetization direction by the permanent magnet which generates magnetic flux (− Φ ) in the opposite direction. In order to make the excitation or primary current Ip 'flow through the primary winding, the energy stored in the primary winding is represented by the hatched area W' and is expressed by the following equation.
W'=(1/2) (2Φ')ㆍnIp'=Φ'ㆍnIp'W '= (1/2) (2 Φ ') · nIp '= Φ ' · nIp '
삽입된 영구자석을 가지는 점화 코일의 1차 권선에 저장된 에너지(W')를 최대로 하기 위하여 영구자석의 자화력은 제 8 도 좌측 하부내 음자속영역에서 철심을 철심내 음자속의 포화점에 가까운 점 (P)까지 자화시켜야 한다.In order to maximize the energy (W ') stored in the primary winding of the ignition coil with the permanent magnet inserted, the magnetization force of the permanent magnet is close to the saturation point of the magnetic flux within the core in the negative magnetic field in the lower left of FIG. Magnetize to point (P).
양자속영역의 파선도인 제 9 도에 있어서, 곡선(a)은 철심의 자화 특성을 나타내고, 직선(b)은 영구자석의 자화 특성을 나타내며, 곡선(c)은 1차 권선의 자화 특성을 나타낸다. 철심의 최대 자속밀도는 (a)와 (b)의 합성합인 직선 (b)에 평행한 곡선 (a)상의 직선상 탄젠트점인 T와 일치하는 값에 의해 주어진다.In FIG. 9, which is a broken line diagram of the quantum flux region, the curve (a) shows the magnetization characteristics of the iron core, the straight line (b) shows the magnetization characteristics of the permanent magnet, and the curve (c) shows the magnetization characteristics of the primary winding. Indicates. The maximum magnetic flux density of the iron core is given by a value coinciding with the linear tangent point on the curve (a) parallel to the straight line (b) which is the combined sum of (a) and (b).
반대로, 1차 권선의 자화 곡선의 기울기는 영구자석의 투자율(μ)에 의해 결정되므로 제 8 도내의 해치된 영역(W)에 의해 표현되는 1차 권선내에 저장된 에너지를 증가시키기 위하여서는 1에 가까운 투자율값을 가지는 영구자석 물질이 선택되어 1에 가까운 투자율값이 에너지를 저장하는 공기갭으로 기여하여 제 8 도에 도시된 1차 권선의 자화 곡선을 경사지게 하는 것은 중요하다.Conversely, the slope of the magnetization curve of the primary winding is determined by the permeability of the permanent magnet ( μ ), so to increase the energy stored in the primary winding represented by the hatched region (W) in FIG. It is important that the permanent magnetic material having a permeability value is selected so that a permeability value close to 1 contributes to the air gap that stores the energy to incline the magnetization curve of the primary winding shown in FIG.
제 6 도에 언급된 점화 코일과 관련하여 영구자석의 두께(LM)와 철심의 단면적비(SG/SF) 사이의 관계는 시험되었다. 제 8 도내의 양자속영역을 고려할 때, 1차 권선을 흐르는 여자전류에 의해 발생되는 자화력(nIp/2)은 철심의 자화력 (HFㆍLF) (HF는 철심내의 자장)과 영구자석을 포함하여 공기갭을 가로지르는 자화력 (HㆍLM)의 합성력이다. 따라서, 상기 기술된 관계는 다음식에 의해 표현된다. 이 경우, Ip는 최대 1차 권선 전류로서, 즉 정상동작하의 전류이다.In relation to the ignition coil referred to in FIG. 6, the relationship between the thickness of the permanent magnet (LM) and the cross-sectional area ratio (SG / SF) of the iron core was tested. Considering the quantum flux region in FIG. 8, the magnetization force (nIp / 2) generated by the excitation current flowing through the primary winding results in the magnetization force (HF / LF) of the iron core (HF being the magnetic field in the iron core) and the permanent magnet. It is the combined force of the magnetizing force (H · LM) across the air gap. Therefore, the above described relationship is represented by the following equation. In this case, Ip is the maximum primary winding current, that is, the current under normal operation.
nIp/2=HFㆍLF+HㆍLMnIp / 2 = HF ・ LF + H ・ LM
그리고, 다음 결과식은And the following result is
H=(nIp/2-HFㆍLF)/LM [AT/m]H = (nIp / 2-HF ・ LF) / LM [AT / m]
반대로 다음 식은 연역되어 영구자석내 자속밀도 (MB)는 다음과 같이 표현된다.In contrast, the following equation is deduced so that the magnetic flux density (MB) in the permanent magnet is expressed as
BM=μㆍHBM = μH
BM=μㆍ(nIp/2-HFㆍLF)/LMBM = μ (nIp / 2-HFLF) / LM
영구자석을 포함하는 공기갭내 자속밀도를 의미하는 BG가 주어지면 다음 관계식이 추론된다.Given the BG, the magnetic flux density in the air gap containing the permanent magnets, the following relation is inferred.
BGㆍSG=BFㆍSFBG, SG = BF, SF
추후 기술되는 바와 같이 결국 SG≒SM이 점화 코일의 영구자석과 철심 사이의 관계내에 바람직하게 선택되면 상기 식은 즉시 BMㆍSG=BFㆍSF로 환산된다.As described later, when SG ≒ SM is preferably selected within the relation between the permanent magnet and the iron core of the ignition coil, the above equation is immediately converted into BM · SG = BF · SF.
이 식을 상기 BM의 직접적인 식과 결합하면 결과는 다음 관계이다.Combining this equation with the direct equation of BM, the result is
BM=BFㆍSF/SG=μㆍ(nIp/2-HFㆍLF)/LMBM = BF ・ SF / SG = μ ㆍ (nIp / 2-HF ・ LF) / LM
결국, 두께 (LM)는 다음 관계로 표시된다.As a result, the thickness LM is represented by the following relationship.
LM=[SG/SF]ㆍ[μㆍ(nIp/2-HFㆍLF)/BF]LM = [SG / SF] · [ μ · (nIp / 2-HF ・ LF) / BF]
따라서, 이것은 단면적비 (SG/SF)의 직접적인 식으로서 다음 식으로 좀더 환산된다.Therefore, this is a direct equation of the cross-sectional area ratio (SG / SF), which is further converted into the following equation.
SG/SF=2ㆍBFㆍLM/[μㆍ(nIp-2HFㆍLF)]........... (1)SG / SF = 2.BF.LM / [ μ ㆍ (nIp-2HF ・ LF)] ........... (1)
제 8 도의 성능 특성도내 해치된 영역의 음자속영역에 있어서 철심은 영구자석이 가지고 있는 에너지에 반대인 1차 권선의 자화력에 의해 자화되는 것을 필요로 하여 양자속은 철심을 지나간다. 따라서, 철심은 앞서 기술한 바와 같이 영구자석의 자화력에 의해 제 8 도 좌측 하부에 표시된 철심의 음자속영역내 포화점에 가까운 점 P까지 첫번째 자화된다. 그후 철심은 1차 권선을 흐르는 여자전류 (Ip)에 의한 자화력 (nIp)에 의해 제 8 도 상부 우측영역에 표시된 양자속영역내 포화점에 가까운 점 T까지 자화된다. 이 경우, 영구자석의 형태와 물질에 의존하는 영구자석의 최대 에너지 (EM)는 EM=(1/2)W인 1차 권선에 저장된 제 8 도내 에너지(W)와 관계있다. 제 8 도내 W의 직접적인 면적은 W=(1/2)(2ㆍBFㆍSF)ㆍnIp=BFㆍSFㆍnIp이다.In the negative magnetic flux region of the hatched region in the performance characteristic diagram of FIG. 8, the iron core needs to be magnetized by the magnetization force of the primary winding opposite to the energy of the permanent magnet, so that the quantum flux passes through the iron core. Therefore, the iron core is first magnetized to the point P close to the saturation point in the sound magnetic flux region of the iron core shown in the lower left of FIG. 8 by the magnetization force of the permanent magnet as described above. The iron core is then magnetized to a point T close to the saturation point in the quantum flux region indicated in the upper right region of FIG. 8 by the magnetizing force nIp by the exciting current Ip flowing through the primary winding. In this case, the maximum energy (EM) of the permanent magnet, which depends on the form and material of the permanent magnet, is related to the eighth in-domination energy (W) stored in the primary winding, where EM = (1/2) W. The direct area of W in FIG. 8 is W = (1/2) (2, BF, SF), nIp = BF, SF, nIp.
반대로, 영구자석의 최대 에너지 생산은 (BㆍF)MAX로 표현되므로 영구자석이 가지고 있는 최대 에너지 (EM)의 이론적인 값은 EM=(BㆍF)MAXㆍ(SMㆍLM)으로 표현된다. 영구자석의 동작점은 제 9 도에 도시된 영구자석의 자화 곡선 (b)의 기울기로 결정되므로 선택점은 최대 에너지 생산 (BㆍH)MAX를 제공하거나 또는 최적점 근처의 점이다.In contrast, the maximum energy production of a permanent magnet is expressed as (B · F) MAX , so the theoretical value of the maximum energy (EM) of the permanent magnet is expressed as EM = (B · F) MAX · (SM · LM). . Since the operating point of the permanent magnet is determined by the slope of the magnetization curve (b) of the permanent magnet shown in FIG. 9, the selection point is the point providing the maximum energy production (BH) MAX or near the optimum point.
따라서, 1차 권선에 저장된 에너지는 다음과 같이 표현된다.Therefore, the energy stored in the primary winding is expressed as
W=BFㆍSFㆍnIp=2EM=2ㆍ(BㆍM)MAXㆍ(SMㆍLM)W = BF ・ SF ・ nIp = 2EM = 2 · (B · M) MAX ㆍ (SM ・ LM)
이 식으로 부터 단면적비 (SM/SF)의 다음 직접적 식이 구해진다.From this equation, the following direct equation of the cross-sectional area ratio (SM / SF) is obtained.
SM/SF=BFㆍnIp/[2ㆍ(BㆍH)MAXㆍLM)............... (2)SM / SF = BF ・ nIp / (2 ・ (BH) MAX ㆍ LM) ............... (2)
상기 두 식(1)과 (2)는 점화 코일내 자석회로의 개별적인 부분의 크기간의 관계를 나타낸다.Equations (1) and (2) represent the relationship between the sizes of the individual parts of the magnet circuit in the ignition coil.
영구자석의 물질로서 SmCo5 (사마륨 코발트)가 사용되고 요소의 상술은 다음과 같다.SmCo5 (samarium cobalt) is used as the material of the permanent magnet and the details of the elements are as follows.
(BㆍH)MAX=20 MGㆍOe 및μ=1.05(BH) MAX = 20 MGOe and μ = 1.05
철심은 비방향성 실리콘 금속편으로 만들어지고 요소의 값은 다음과 같다.The iron core is made of non-oriented silicon metal pieces and the values of the elements are as follows.
SF=49㎟, BF=1.4Wb/㎡, nIp=800AT,SF = 49 mm2, BF = 1.4 Wb / m2, nIp = 800AT,
HF=150AT/m, LF=0.1mHF = 150AT / m, LF = 0.1m
제 10 도 및 제 11 도에 도표적으로 도시된 LM과 각 면적비 SG/SF 및 SM/SF간의 관계를 구하기 위하여 요소의 값은 식 (1) 및 (2) 내에 대체된다. 제 10 도와 제 11 도에 도시된 것은 2차 권선에 의해 발생되는 2차 전압으로서 이는 영구자석의 두께 (LM) 변화에 의존하는 다른 크기의 개별적인 부분을 가지는 다양한 점화 코일에 대해 실행된 성능 테스트로 부터 구해진다. 제 11 도는 2차원 특성 곡선으로 전환한 후 제 10 도에 도시된 2차 전압 (V2)의 분포곡선을 도시한 것이며, 2차 전압 (V2)의 크기와 영구자석의 두께 (LM) 사이의 관계를 보여준다.The values of the elements are substituted in equations (1) and (2) to find the relationship between the LM shown diagrammatically in FIGS. 10 and 11 and the respective area ratios SG / SF and SM / SF. Shown in FIGS. 10 and 11 are secondary voltages generated by the secondary winding, which is a performance test performed on various ignition coils with individual portions of different sizes depending on the change in the thickness (LM) of the permanent magnet. Obtained from FIG. 11 shows the distribution curve of the secondary voltage (V2) shown in FIG. 10 after the conversion to the two-dimensional characteristic curve, and the relationship between the magnitude of the secondary voltage (V2) and the thickness of the permanent magnet (LM) Shows.
주어진 점화 코일의 크기 조건하에서 제 10 도 및 제 11 도에 도시된 데이터 습득의 결과로서 다음 관계를 생각할 수 있다.Under the given ignition coil size conditions, the following relationship can be considered as a result of the data acquisition shown in FIGS. 10 and 11.
(a) SG≒SM, 즉 철심의 영구자석 지지부의 단면적은 영구자석의 단면적과 실제적으로 동등해야 한다.(a) The cross-sectional area of the SG 지지 SM, ie the permanent magnet support of the iron core, shall be substantially equal to that of the permanent magnet.
(b) LM, SM/SF 및 SG/SF의 값이 다음 범위에 있는한 2차 전압 (V2)은 현저히 높다.(b) The secondary voltage (V2) is significantly higher as long as the values of LM, SM / SF and SG / SF are in the following ranges.
0.6mm < LM < 1.8mm0.6mm <LM <1.8mm
2 < SM/SF < 62 <SM / SF <6
1.5 < SG/SF < 4.51.5 <SG / SF <4.5
제 15 도와 제 16 도는 영구자석을 가지지 않는 또다른 종래 점화 코일의 단면도 및 측면도이다. 제 17 도와 제 18 도는 상기 선행기술(1)에 따른 영구자석을 활용하는 점화 코일의 단면도 및 측면도를 각각 도시한 것이다. 각 도면과 치수를 각각 참조하여 쉽게 이해할 수 있으므로, 영구자석이 부착된 점화 코일은 작은 크기 (도면내 전형적인 치수값을 보라) 및 영구자석을 가지지 않는 선행기술(350g)과 비교할 때 가벼운 무게(190g)로 철저히 여겨진다.15 and 16 are cross-sectional and side views of another conventional ignition coil that does not have a permanent magnet. 17 and 18 show cross-sectional and side views of an ignition coil utilizing a permanent magnet according to the prior art (1), respectively. The ignition coils with permanent magnets are lighter (190 g) compared to the prior art (350 g) without the permanent magnets, since the ignition coils with permanent magnets can be easily understood with reference to each drawing and dimension, respectively. It is considered thoroughly.
제 17 도에 도시되고 상기 기술된 선행기술의 점화 코일은 자속밀도를 최대화시키는 것으로서 배터리 전압이 특정값 이하로 떨어지는 경우에도 1오옴 보다 작은 저항을 가지는 1차 권선에 일정하게 6A(암페어) 구동 전류를 공급하는 매우 정교한 점화 코일에 가장 효과적이다. 영구자석을 가지지 않지만 6A의 동일한 1차 전류에서 동일한 2차 출력 전압을 가지는 선행기술 점화 코일의 2차 출력 전압과 1차 컷-오프 (I1-V2) 사이의 관계가 제 12 도에 각각 실선과 파선으로 도표적으로 비교되어 있다.The prior art ignition coil shown in FIG. 17 and described above maximizes the magnetic flux density and consistently drives 6 A (amps) into the primary winding with a resistance of less than 1 ohm even when the battery voltage drops below a certain value. It is most effective for very sophisticated ignition coils to supply them. The relationship between the secondary output voltage and the primary cut-off (I1-V2) of the prior art ignition coil, which does not have a permanent magnet but has the same secondary output voltage at the same primary current of 6 A, is shown in FIG. It is compared graphically with dashed lines.
제 12 도의 관계 I1-V2는 선행기술의 양점화 코일의 2차 출력 전압은 1차 전류의 6A 근처에서 주로 같다. 그러나, 영구자석 형태의 출력 전압은 특히 3A 보다 낮은 1차 전류 범위내에서 영구자석을 가지지 않는 것보다 분명하게 작다. 제 13 도에 도시된 바와 같이 이것은 1차 권선의 자화 특성이 영구자석의 단면적 SM과 철심의 SF 사이의 비율이 3으로 선택될 때 (SM/SF=3), 실제적으로 만곡을 가지고 철심이 영구자석에 의해 자기 포화영역으로 음으로 자화되는 이유때문이다. 달리 말하면, 제 14 도에 도시된 바와 같이 낮은 전류 범위내 저장된 에너지 (W3')는 자기 포화와 부합하는 양만큼 영구자석을 가지지 않는 점화 코일의 에너지 (W')보다 작다. 이것은 출력 성능 저하가 된다.The relationship I1-V2 of FIG. 12 shows that the secondary output voltage of the prior art twinning coil is mainly the same near 6A of the primary current. However, the output voltage in the form of permanent magnets is clearly smaller than not having permanent magnets, especially in the primary current range lower than 3A. As shown in FIG. 13, this means that the magnetization characteristic of the primary winding is practically curved and permanent when the ratio between the cross-sectional area SM of the permanent magnet and SF of the iron core is chosen to be 3 (SM / SF = 3). This is why the magnetization is negatively magnetized by the magnet to the magnetic saturation region. In other words, as shown in FIG. 14, the energy W3 'stored in the low current range is less than the energy W' of the ignition coil that does not have permanent magnets by an amount corresponding to magnetic saturation. This results in poor output performance.
점화 코일의 1오옴 보다 큰 1차 권선을 가지고 1차 전류는 주로 체재 각도에 의해 제어되는 점화 시스템에 있어서, 3A 1차 전류 범위 근처에서 출력성능은 매우 중요하게 되며, 특히 낮은 배터리 전압 및 고온하에서 엔진 크랭킹 시간에 있어서 중요하다. 이 현상에 대한 기술적 공부와 이해가 본 발명의 발명자에 대해 기본적인 동기가 되었다.In an ignition system with a primary winding larger than 1 ohm of the ignition coil and whose primary current is controlled primarily by the stay angle, the output performance becomes very important near the 3 A primary current range, especially at low battery voltages and high temperatures. Important for engine cranking time. Technical study and understanding of this phenomenon became the basic motivation for the inventor of the present invention.
본 발명의 목적은 낮은 1차 전류 범위내에서 출력 성능 손실이 없는 작고 가벼운 점화 코일을 새롭게 이해하는 것이다.It is an object of the present invention to newly understand a small and light ignition coil without loss of output performance in the low primary current range.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따라 영구자석의 두께 (LM)와 두 단면적 SM 및 SF 사이의 비 SM/SF는 다음과 같이 선택된다. 1차 권선의 작업 자화영역은 제 4 도에 도시된 바와 같이 음의 영역내 자화 특성의 만곡된 영역에 있으면 안된다.According to the present invention for solving the above object, the thickness of the permanent magnet (LM) and the ratio SM / SF between the two cross-sectional areas SM and SF are selected as follows. The working magnetization region of the primary winding should not be in the curved region of magnetization properties in the negative region as shown in FIG.
0.6mm < LM < 1.8mm 및 1.3 < SM/SF < 3.00.6 mm <LM <1.8 mm and 1.3 <SM / SF <3.0
본 발명은 제 1 도 내지 제 5 도에 도시된 실시예를 참조하여 이후 좀 더 상세히 설명된다. 제 1 도는 본 발명의 실시예에 따른 점화 코일의 단면도이고 제 2 도는 점화 코일의 측면도이다. 제 1 도 및 제 2 도에 있어서 철심(1)은 박판으로 된 비방향성 실리콘 금속편으로 만들어졌으며, 철심(1) 내에 비스듬하게 배열된 공기갭(2)을 통하여 폐쇄된 자속회로를 형성한다.The invention is described in more detail below with reference to the embodiments shown in FIGS. 1 to 5. 1 is a cross-sectional view of an ignition coil according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the ignition coil. In FIGS. 1 and 2, the iron core 1 is made of thin non-directional silicon metal pieces and forms a closed magnetic flux circuit through an air gap 2 arranged obliquely in the iron core 1.
영구자석(4)이 철심(1)의 공기갭(2) 내에 삽입된다. 1차 권선(6)이 철심(1) 위에 감겨져 있다. 영구자석(4)은 1차 권선(6)을 통해 흐르는 여자 전류에 의한 자화방향에 반대방향으로 자화된다. 이 실시예의 경우, 1차 권선(6)의 전기적 저항은 1보다 더 크게 만들어진다. 1보다 더 큰 전기적 저항을 만들기 위한 다른 해결책은 1차 권선(6)에 외부 저항을 직렬로 연결하는 것이다. 더욱이, 2차 권선(8)이 1차 권선(6) 위에 감겨진다. 권선부에서 영구자석(4)의 두께 (LM), 영구자석의 비스듬한 단면적 (SM)과 철심(1)의 비스듬하지 않은 평면 단면적 (SF)간의 상호관계는 다음 조건을 만족하도록 선택된다. 이 조건외에도 공기갭부에서 철심의 비스듬한 단면적 (SG)은 영구자석(4)의 단면적 (SM)과 거의 같게 만들어져야 한다.The permanent magnet 4 is inserted into the air gap 2 of the iron core 1. The primary winding 6 is wound on the iron core 1. The permanent magnet 4 is magnetized in a direction opposite to the magnetization direction by the exciting current flowing through the primary winding 6. For this embodiment, the electrical resistance of the primary winding 6 is made greater than one. Another solution for making an electrical resistance greater than one is to connect an external resistor in series with the primary winding 6. Furthermore, the secondary winding 8 is wound over the primary winding 6. The correlation between the thickness LM of the permanent magnet 4 in the winding part, the oblique cross-sectional area SM of the permanent magnet and the non-slanted planar cross-sectional area SF of the iron core 1 is selected to satisfy the following conditions. Besides this condition, the oblique cross-sectional area SG of the iron core in the air gap part should be made almost equal to the cross-sectional area SM of the permanent magnet 4.
0.6mm < LM < 1.8mm0.6mm <LM <1.8mm
1.3 < SM/SF < 3.01.3 <SM / SF <3.0
여기서, 제 3 도에 도시된 비방향성 실리콘 금속편의 B-H특성 곡선상의 자화력(H) 대 자속밀도(B) 간의 관계를 참조하면, 자화력(H)의 증가는 자속밀도(B)가 1[T]인 점에서 부터 커진다. 즉, 자속밀도(B)는 B=1[T]점을 넘어서 포화가 시작되고, 따라서 자기에너지는 자속밀도(B)에 의한 자화력(H)의 적분곱이기 때문에 저장된 에너지는 증가하지 않는다.Here, referring to the relationship between the magnetization force H and the magnetic flux density B on the BH characteristic curve of the non-oriented silicon metal piece shown in FIG. 3, the increase in the magnetization force H is 1 [1]. It increases from the point T]. In other words, the magnetic flux density B starts to saturate beyond the point B = 1 [T], and thus the stored energy does not increase because the magnetic energy is the integral product of the magnetization forces H by the magnetic flux density B.
따라서, 제 4 도에 도시된 바와 같이 1차 곡선으로 자화 곡선이 도면의 좌측하부측에 있는 음자화영역내에 있는 곡선부에 가지 않게 제어하는 것이 가능하다. 철심(1)의 자기포화점은 일반적으로 BF가 거의 1.5[T]와 같은 점이기 때문에 양영역내 철심(1)의 자화 곡선상에 자기작업 범위를 1.5[T]까지 특성을 부여하고, 그리고 음으로 바이어스된 영구자석의 자기작업점을 포화점의 2/3근처로 특성화시키는 것이 좋다.Therefore, as shown in Fig. 4, it is possible to control the magnetization curve to the curve part in the negative magnetization region on the lower left side of the drawing as the primary curve. The magnetic saturation point of the iron core 1 generally characterizes the magnetic working range up to 1.5 [T] on the magnetization curve of the iron core 1 in the positive region since the BF is almost equal to 1.5 [T], and negative It is good practice to characterize the magnetic working point of the permanent magnet biased by 2/3 of the saturation point.
제 4 도의 좌측 하부측은 음영역내 1차 권선에 의한 자화는 자기포화영역이 되지 않는다. 영구자석의 극단적으로 작은 바이어스는 점화 코일을 최소화하려는 목적에 반대 효과를 가져온다. 특히, 영구자석(4)의 두께(LM)가 선행기술의 것과 같은 경우, 영구자석의 단면적(SM)은 선행기술에 적용된 영구자석의 단면적 2/3가 된다. 본 발명의 실시예에서 영구자석으로서μ=1.05 및 (BH)MAX=20MGㆍOe의 내역을 가지는 상기 언급된 선행기술과 같은 자석물질이 사용된다.In the lower left side of FIG. 4, the magnetization by the primary winding in the negative region is not a magnetic saturation region. The extremely small bias of the permanent magnet has the opposite effect on the aim of minimizing the ignition coil. In particular, when the thickness LM of the permanent magnet 4 is the same as that of the prior art, the cross-sectional area SM of the permanent magnet is 2/3 of the cross-sectional area of the permanent magnet applied in the prior art. In the embodiment of the present invention, as the permanent magnet, a magnetic material such as the above-mentioned prior art having a specification of mu = 1.05 and (BH) MAX = 20MG.Oe is used.
본 발명의 영구자석(4)의 두께(LM)는 선행기술과 동일한 범위(0.6mm < LM < 1.8mm) 내에서 선택된다. 이는 제 11 도에서 도시된 바와 같이 이 범위가 최대 2차 전압(V2)을 제공하기 때문이다. 또한, 단면적비 SM/SF는 다음 관계에 이해 1.3 < SM/SF < 3.0 범위내에서 선택된다. 즉, 조건 SG=SM이 선행기술내 1.5 < SG/SF < 4, 5 및 2 < SM/SF < 6 관계에 부가되면 SM과 SF 사이의 관계는 다음 제한범위가 된다.The thickness LM of the permanent magnet 4 of the present invention is selected within the same range as the prior art (0.6 mm < LM < 1.8 mm). This is because this range provides the maximum secondary voltage V2 as shown in FIG. In addition, the cross-sectional area ratio SM / SF is selected within the range of 1.3 <SM / SF <3.0 in the following relationship. That is, if the condition SG = SM is added to the 1.5 <SG / SF <4, 5, and 2 <SM / SF <6 relationships in the prior art, the relationship between SM and SF falls within the following limitations.
2 < SM/SF < 4.52 <SM / SF <4.5
본 발명의 실시예에 있어서 상세히 설명된 요소의 2/3인 새로운 조건이 상기 조건에 부가되어야만 하고, 그러면 다음과 같은 허용 가능한 SM/SF 비의 최소 및 최대 제한이 된다.In an embodiment of the present invention a new condition, which is two thirds of the elements described in detail, must be added to the condition, which results in the following minimum and maximum limits of the allowable SM / SF ratio.
1.3 < SM/SF < 3.01.3 <SM / SF <3.0
제 4 도에 도시된 바와 같이 본 발명의 점화 코일은 2/3요소와 1.5의 SM/SF비의 도입으로 1차 권선에 대한 자화 곡선으로 직선부를 사용한다. 더욱이, 선행기술과 관련하여 제 14 도에 도시된 바와 같이, 낮은 전류 범위상에 저장된 에너지(W'1.5)는 영구자석을 가지지 않는 점화 코일의 에너지(W')와 거의 같다. 제 5 도는 본 발명의 점화 코일과 영구자석을 가지지 않는 선행기술의 1차 권선(6)의 컷-오프 전류 대 2차 출력 전압(V2) 사이에 아무런 차이가 없음을 보여준다. 제 15 도와 제 16 도에 비교되는 제 1 도 및 제 2 도에 쉬운 이해를 위해 제공된 본 발명 점화 코일의 치수를 참조하여 명백히 이해할 수 있는 바와 같이 작고 가벼운 무게(240g)는 낮은 1차 전류 범위에서 출력 성능 저하없이 선행기술의 무게(350g)의 비교하여 이해될 수 있다.As shown in FIG. 4, the ignition coil of the present invention uses a straight portion as a magnetization curve for the primary winding with the introduction of a 2/3 element and an SM / SF ratio of 1.5. Moreover, as shown in FIG. 14 in relation to the prior art, the energy W ' 1.5 stored on the low current range is approximately equal to the energy W' of the ignition coil without permanent magnets. 5 shows no difference between the ignition coil of the present invention and the cut-off current of the primary winding 6 of the prior art without permanent magnets versus the secondary output voltage V2. As can be clearly understood with reference to the dimensions of the ignition coil of the present invention provided for easy understanding in FIGS. 1 and 2 compared to FIGS. It can be understood by comparison of the weight 350 g of the prior art without degrading the output performance.
본 발명은 상기 기술된 명세서로 제한되어서는 안되며 본 발명의 개념과 본질을 벗어남이 없이 다양한 방법으로 수정될 수 있다.The present invention should not be limited to the above-described specification, but may be modified in various ways without departing from the spirit and spirit of the invention.
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