JP3966687B2 - エンジンの点火装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的小型のエンジンに使用される磁石発電式の点火装置の改良に関する。
【従来の技術】
従来、かかる点火装置は、たとえば実公昭６３−２１７３９号公報および特公平５−４２６２９号公報等で知られており、ロータの外周に永久磁石が取付けられている。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ロータの外周に永久磁石が取付けられる上記従来の構成では、次の（１）〜（３）のような問題が生じる。すなわち（１）ロータの回転バランスをとるために、永久磁石と同等の重量のカウンターウエイトを永久磁石と反対側でロータに取付ける必要が生じ、ロータが大重量になる。また（２）永久磁石およびカウンターウエイトの取付け部の構造および取付け方法を高速回転時の遠心力に耐えるように工夫することが必要である。さらに（３）永久磁石およびカウンターウエイトの取付け部よりも内方側の空間が狭くなり、永久磁石およびカウンターウエイトの取付け部が配置される部分よりも内方側には他の部品を配置し難い。
【０００３】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ロータの回転バランスの調整を容易としつつロータを軽量化し、ロータ自体の構成を単純化し、しかもロータの半径方向内方側に対応する部分に有効活用し得るスペースを確保可能としたエンジンの点火装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジン回転に同期して回転するロータと、該ロータの外周に対向して固定配置される鉄心と、該鉄心に同心に巻装される１次コイルおよび２次コイルとを備え、前記鉄心には、前記ロータの外周にその周方向に等間隔をあけた位置で対向する３つの脚部が設けられ、それら３つの脚部のうち、前記ロータの周方向に沿う両側の脚部に永久磁石がそれぞれ取付けられる一方、前記ロータの周方向に沿う中央の脚部に前記１次コイルおよび２次コイルが巻装され、一方の永久磁石はそれのＳ極が、また他方の永久磁石はそれのＮ極がそれぞれ前記ロータに対向しており、そのロータの周方向で相互に隣り合う一対の前記脚部との間で前記永久磁石によって生じる磁束の磁路を形成する誘導子が前記ロータの外周に固設され、前記１次コイルおよび２次コイルは、前記隣り合う一対の前記脚部を前記誘導子が通過する毎に点火プラグに通電することを可能として前記鉄心に巻装されることを特徴とする。
【０００５】
このような請求項１記載の発明の構成によれば、ロータには、鉄心側の永久磁石によって生じる磁束の磁路を形成するための誘導子が設けられるだけであり、永久磁石がロータに取付けられていた従来のものと比べて、ロータの軽量化を図ることが可能となるとともにロータの回転バランスの調整も容易となり、しかも誘導子をロータに設けることも容易である。またロータの半径方向内方側に対応する部分に比較的大きなスペースを確保し、そのスペースを有効活用することができる。また特にロータの周方向に間隔を等間隔をあけた３つの脚部が鉄心に設けられ、ロータの周方向に沿う両側の脚部に永久磁石がそれぞれ取付けられ、ロータの周方向に沿う中央の脚部に１次コイルおよび２次コイルが巻装されるので、ロータの回転に応じて誘導子が３つの脚部のうち中央の脚部を通過する際の磁束変化率が、脚部を２つとしたときに両脚部を誘導子が通過する際の磁束変化率よりも大きく、したがって大きな点火エネルギーを得ることができる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記永久磁石が、前記鉄心に設けられる切り込み内に装着されることを特徴とし、かかる構成によれば、永久磁石の鉄心への取付け、固定が容易となる。
【０００７】
請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記永久磁石が、前記鉄心の前記ロータへの対向面に取付けられることを特徴とし、かかる構成によれば、漏れ磁束を小さく抑えることができる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記誘導子が、前記ロータの外周面から鉄心側に突出されることを特徴とし、かかる構成によれば、誘導子の形成を容易とすることができる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、上記請求項４記載の発明の構成に加えて、前記ロータの外周面に磁性板を取り付けて前記誘導子が形成されることを特徴とし、かかる構成によれば、成形型等を不要として誘導子を容易に形成することができる。
【００１０】
請求項６記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、ダイカスト成形されるアルミニウム合金製の前記ロータに、磁性板の一部が埋封されることで前記誘導子が形成されることを特徴とし、かかる構成によれば、非磁性材であるアルミニウム合金から成るロータに、磁性板を簡単に取付け、固定して誘導子を容易に形成することができる。
【００１１】
さらに請求項７記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記ロータの外周面の一部を内方に窪ませることで前記誘導子が形成されることを特徴とし、かかる構成によれば、誘導子の形成を容易とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図１〜図４は本発明の第１実施例を示すものであり、図１は点火装置の要部構成を示す側面図、図２はロータの回転が進んだ状態での図１に対応した側面図、図３は点火装置の電気回路の基本的構成例を示す図、図４はタイミングチャートである。
【００１３】
先ず図１において、エンジン回転に同期して回転するロータ１Ａは、たとえば図示しないエンジンのクランクシャフト３に同軸に連結されており、このロータ１Ａの外周に対向する位置には鉄心４Ａが固定配置され、該鉄心４Ａには、１次コイル５および２次コイル６が同心に巻装されるとともに、たとえば一対の永久磁石７Ａ，７Ａが取付けられる。
【００１４】
鉄心４Ａは、前記ロータ１Ａの外周にその周方向に間隔をあけた位置で対向する複数たとえば３つの脚部８，９，１０を有して、ロータ１Ａ側に開放したＥ字状に形成されるものであり、プレス機で打ち抜かれた複数枚の鉄心板を積層して構成される。しかも前記各脚部８〜１０のうち、ロータ１Ａの周方向に沿う中央に配置される脚部９に１次コイル５および２次コイル６が同心に巻装され、ロータ１Ａの周方向に沿う両側に配置される一対の脚部８，１０に永久磁石７Ａ，７Ａがそれぞれ取付けられており、一方の永久磁石７ＡはそれのＳ極が、また他方の永久磁石７ＢはそれのＮ極がそれぞれロータ１Ａに対向している。而して前記両脚部８，１０における先端寄りには切り込み１１，１１がそれぞれ設けられ、それらの切り込み１１，１１内に、前記永久磁石７Ａ，７Ａがそれぞれ装着される。
【００１５】
永久磁石７Ａとしては、磁束密度の高い希土類磁石を用いることが望ましく、たとえばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム／鉄／ボロン系）等を好適に用いることができる。
【００１６】
前記誘導子２Ａは、磁性板をロータ１Ａの外周面に取付けることでロータ１Ａの外周に固設されるものであり、該誘導子２Ａは、前記ロータ１Ａの周方向で相互に隣り合う一対ずつ２組の脚部８，９；９，１０との間で前記永久磁石７Ａ，７Ａによって生じる磁束の磁路を形成するようにしてロータ１Ａの外周から半径方向外方に突出する。
【００１７】
すなわちロータ１Ａの周方向に沿う誘導子２Ａの両端部が鉄心４Ａの３つの脚部８，９，１０のうち一方の組の脚部８，９に対応した位置に在る図１の状態では、鉄心４Ａの前記両脚部８，９および誘導子２Ａ間で鎖線で示すように磁路が形成される。またロータ１Ａの回転が図１の状態から進み、図２で示すように、ロータ１Ａの周方向に沿う誘導子２Ａの両端部が鉄心４Ａの３つの脚部８〜１０のうち他の組の脚部９，１０に対応した位置に在る状態では、鉄心４Ａの前記両脚部９，１０および誘導子２Ａ間で鎖線で示すように磁路が形成される。
【００１８】
図３において、１次コイル５には点火回路１２が接続されており、該点火回路１２は、１次コイル５の両端間に直列に接続される抵抗１３，１４と、それらの抵抗１３，１４に並列に接続されるトランジスタ１５および抵抗１６から成る直列回路と、１次コイル５の両端間に接続されるトランジスタ１７とを備え、抵抗１３，１４の接続点がトランジスタ１５のベースに接続され、トランジスタ１５および抵抗１６の接続点がトランジスタ１７のベースに接続される。また２次コイル６は点火プラグ１８に接続される。
【００１９】
このような点火装置の構成において、鉄心４Ａおよびロータ１Ａの相対位置が図１の状態から図２の状態に変化するのに応じて、図４（ａ）で示すように、１次コイル５を通る磁束ΦがΦ１からΦ２に変化すると、１次コイル５には、図４（ｂ）で示すような一次電圧Ｖ１′が発生する。
【００２０】
この一次電圧Ｖ１′が高くなると、点火回路１２ではトランジスタ１７がベース電圧が高くなるのに応じて導通し、１次コイル５には図４（ｃ）で示すような制御された一次電流Ｉ１が流れる。しかも一次電流Ｉ１の増加によりトランジスタ１７におけるコレクタ・エミッタ間の電位が上昇し、その電位が或る設定値に達したときにはトランジスタ１５が導通することで、前記トランジスタ１７が遮断し、それまで流れたいた一次電流Ｉ１が急激に遮断される。
【００２１】
このような一次電流Ｉ１の急激な変化により、鉄心４Ａにおいて１次コイル５が巻装された脚部９では急激な磁束変化が生じることになり、図４（ｄ）で示すように、１次コイル５に数百Ｖの一次電圧Ｖ１が発生する。而して１次コイル５および２次コイル６が前記脚部９に同心に巻装されているので、２次コイル６には、１次コイル５との巻数比に応じた十数ｋＶの二次電圧Ｖ２が、図４（ｅ）で示すように誘起され、この二次電圧Ｖ２が点火プラグ１８に供給されることで、エンジンの点火がなされる。
【００２２】
すなわち鉄心４Ａが備える３つの脚部８〜１０のうち対をなす２組の脚部８，９；９，１０をロータ１Ａの前記誘導子２Ａが通過する毎に点火プラグ１８に通電するようにして、鉄心４Ａの脚部９に一次および２次コイル６が巻装されている。
【００２３】
この第１実施例によれば、ロータ１Ａには、鉄心４Ａ側の永久磁石７Ａ，７Ｂによって生じる磁束の磁路を形成するための誘導子２Ａが設けられるだけであり、永久磁石がロータに取付けられていた従来のものと比べて、ロータ１Ａの軽量化を図ることが可能となるとともにロータ１Ａの回転バランスの調整も容易となる。
【００２４】
また誘導子２Ａがロータ１Ａの外周から半径方向外方にわずかに突出するだけのものであるので、ロータ１Ａの半径方向内方側に対応する部分に比較的大きな空きスペースを確保し、そのスペースを有効活用することができる。
【００２５】
鉄心４Ａは、ロータ１Ａの周方向に間隔を等間隔をあけた３つの脚部８，９，１０を有するものであり、それらの脚部８〜１０のうち少なくともロータ１Ａの周方向に沿う両側（この実施例では両側だけ）の脚部８，１０に永久磁石７Ａ，７Ａがそれぞれ取付けられ、ロータ１Ａの周方向に沿う中央の脚部９に１次コイル５および２次コイル６が巻装されるので、ロータ１Ａの回転に応じて誘導子２Ａが３つの脚部８〜１０のうち中央の脚部９を通過する際の磁束変化率を大きくして、大きな点火エネルギーを得ることができる。
【００２６】
しかも永久磁石７Ａ，７Ａは、鉄心４Ａの両脚部８，１０に設けられる切り込み１１，１１内に装着されるものであり、複数の鉄心板を積層して成る鉄心４Ａには、鉄心板の打ち抜き成形時に前記切り込み１１，１１に対応した開口部を形成しておくのは簡単であり、永久磁石７Ａ，７Ａの鉄心４Ａへの取付け、固定が容易となる。
【００２７】
また誘導子２Ａは、ロータ１Ａの外周面から鉄心４Ａ側に突出されるものであり、この第１実施例のように、磁性板をロータ１Ａの外周面に取付ける等で誘導子２Ａを容易に形成することができ、その上、磁性板をロータの外周面に取り付けるので、成形型等を不要として誘導子２Ａを容易に形成することができる。
【００２８】
図５〜図１０はロータおよび誘導子の変形例をそれぞれ示すものであり、図５の第１変形例では、鋳鉄製のロータ１Ｂの外周に該ロータ１Ｂと一体である誘導子２Ｂが、ロータ１Ｂの半径方向外方に突出するようにして一体に設けられ、この第１変形例によっても、誘導子２Ｂを容易に形成することができる。
【００２９】
図６の第２変形例では、鉄板をプレス成形することで円筒部１９を外周部に有した皿状に構成されるロータ１Ｃの外周に、前記円筒部１９の一部を外方に押し出すことで誘導子２Ｃが形成される。
【００３０】
図７の第３変形例では、プレス機で打ち抜かれた磁性金属板を積層することでロータ１Ｄが構成され、各磁性金属板の打ち抜き成形時に誘導子２Ｄに対応する部分を同時に形成しておくことにより、各磁性金属板を積層してロータ１Ｄを構成したときに該ロータ１Ｄの外周から半径方向外方に突出する誘導子２Ｄを同時に形成することができる。
【００３１】
図８の第４変形例では、ロータ１Ｅが、アルミニウム合金のダイカスト成形により形成されるものであり、このロータ１Ｅの外周部に磁性板の一部が埋封されることで誘導子２Ｅが形成される。この第４変形例によれば、非磁性材であるアルミニウム合金から成るロータ１Ｅに、磁性板を簡単に取付け、固定して誘導子２Ｅを容易に形成することができる。
【００３２】
図９の第５変形例では、鋳鉄製のロータ１Ｆの外周面に、その外周面の一部を内方に窪ませて成る凹部２０が形成され、この凹部２０を外面とする誘導子２Ｆが、ロータ１Ｆの外周部に設けられることになり、誘導子２Ｅの形成が容易である。
【００３３】
さらに図１０の第６変形例では、プレス機で打ち抜かれた磁性金属板を積層することでロータ１Ｇが構成され、各磁性金属板の打ち抜き成形時に凹部２１に対応する部分を同時に形成しおくことにより、各磁性金属板を積層してロータ１Ｇを構成したときに該ロータ１Ｇの外周面の一部を内方に窪ませて成る凹部２１が形成されるとともに、該凹部２１を外面とする誘導子２Ｇが、ロータ１Ｇの外周部に設けられることになり、この第６変形例によっても誘導子２Ｇの形成が容易である。
【００３４】
図１１は本発明の第２実施例を示すものであり、ロータ１Ａの外周に対向する位置に固定配置される鉄心４Ｂは、ロータ１Ａの外周にその周方向に間隔をあけた位置で対向する３つの脚部８，９，１０を有してロータ１Ａ側に開放したＥ字状に形成されるものであり、各脚部８〜１０のうち、ロータ１Ａの周方向に沿う中央に配置される脚部９に１次コイル５および２次コイル６が同心に巻装され、ロータ１Ａの周方向に沿う両側に配置される一対の脚部８，１０の先端、すなわち脚部８，１０のロータ１Ａへの対向面に、たとえば接着等により永久磁石７Ｂ，７Ｂがそれぞれ取付けられる。
【００３５】
この第２実施例によれば、鉄心４Ａの脚部８，１０に永久磁石１１，１１を装着した第１実施例と比べて、漏れ磁束を小さく抑えることができる。
【００３６】
図１２および図１３は参考例を示すものであり、上記各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。
【００３７】
ロータ１Ａの外周に対向する位置には鉄心４Ｃが固定配置され、該鉄心４Ｃには、１次コイル５および２次コイル６が同心に巻装されるとともに、たとえば一対の永久磁石７Ａ，７Ａが取付けられる。
【００３８】
鉄心４Ｃは、ロータ１Ａの外周にその周方向に間隔をあけた位置で対向する一対の脚部２２，２３を有して、ロータ１Ａ側に開放したＵ字状に形成されるものであり、プレス機で打ち抜かれた複数枚の鉄心板を積層して構成される。しかも前記各脚部２２，２３の先端寄りには切り込み１１，１１がそれぞれ設けられ、それらの切り込み１１，１１内に永久磁石７Ａ，７Ａがそれぞれ装着される。また両脚部２２，２３のうち脚部２３に１次コイル５および２次コイル６が同心に巻装される。
【００３９】
この参考例によれば、１次コイル５を通る磁束Φが図１２（ａ）で示すように変化するのに応じて、一次コイル５には図１２（ｂ）で示すような一次電圧Ｖ１′が発生し、１次コイル５には図１２（ｃ）で示すような制御された一次電流Ｉ１が流れ、この一次電流Ｉ１の急激な遮断に応じて図１２（ｄ）で示すように、１次コイル５に数百Ｖの一次電圧Ｖ１が発生し、さらに２次コイル６には、１次コイル５との巻数比に応じた十数ｋＶの二次電圧Ｖ２が、図１２（ｅ）で示すように誘起される。
【００４０】
すなわち、２つの脚部２２，２３を有する鉄心４Ｃを用いた参考例のものでは、上記第１および第２実施例で示したように３つの脚部８〜１０を備える鉄心４Ａ，４Ｂを用いるものと比べると、１次コイル５を通る磁束Φの変化率が小さくなるので得られる点火エネルギーが小さくなることは避けられないが、上記第１および第２実施例と同様の効果を参考例でも得ることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、永久磁石がロータに取付けられていた従来のものと比べてロータの軽量化を図ることが可能となるとともにロータの回転バランスの調整も容易となり、しかも誘導子をロータに設けることも容易である。またロータの半径方向内方側に対応する部分に比較的大きなスペースを確保し、そのスペースを有効活用することができる。また特にロータの周方向に間隔を等間隔をあけた３つの脚部が鉄心に設けられ、ロータの周方向に沿う両側の脚部に永久磁石がそれぞれ取付けられ、ロータの周方向に沿う中央の脚部に１次コイルおよび２次コイルが巻装され、一方の永久磁石はそれのＳ極が、また他方の永久磁石はそれのＮ極がそれぞれロータに対向しているので、ロータの回転に応じて誘導子が３つの脚部のうち中央の脚部を通過する際の磁束変化率が、脚部を２つとしたときに両脚部を誘導子が通過する際の磁束変化率よりも大きく、したがって大きな点火エネルギーを得ることができる。
【００４３】
請求項２の発明によれば、永久磁石の鉄心への取付け、固定が容易となる。
【００４４】
請求項３の発明によれば、漏れ磁束を小さく抑えることができる。
【００４５】
請求項４の発明によれば、誘導子の形成を容易とすることができる。
【００４６】
請求項５の発明によれば、成形型等を不要として誘導子を容易に形成できる。
【００４７】
請求項６の発明によれば、非磁性材であるアルミニウム合金から成るロータに磁性板を簡単に取付け、固定して誘導子を容易に形成することができる。
【００４８】
さらに請求項７の発明によれば、誘導子の形成を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の点火装置の要部構成を示す縦断側面図である。
【図２】 ロータの回転が進んだ状態での図１に対応した縦断側面図でる。
【図３】 点火装置の電気回路の基本的構成例を示す図である。
【図４】 タイミングチャートである。
【図５】 ロータおよび誘導子の第１変形例を示す縦断面図である。
【図６】 ロータおよび誘導子の第２変形例を示す縦断側面図である。
【図７】 ロータおよび誘導子の第３変形例を示す斜視図である。
【図８】 ロータおよび誘導子の第４変形例を示す側面図である。
【図９】 ロータおよび誘導子の第５変形例を示す斜視図である。
【図１０】 ロータおよび誘導子の第６変形例を示す斜視図である。
【図１１】 第２実施例の図１に対応した縦断側面図である。
【図１２】 参考例の図１に対応した縦断側面図である。
【図１３】 参考例の図４に対応したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｇ・・・ロータ
２Ａ〜２Ｇ・・・誘導子
４Ａ〜４Ｃ・・・鉄心
５・・・１次コイル
６・・・２次コイル
７Ａ，７Ｂ・・・永久磁石
８，９，１０，２２，２３・・・脚部
１１・・・切り込み
１８・・・点火プラグ

Claims (7)

1. エンジン回転に同期して回転するロータ（１Ａ〜１Ｇ）と、該ロータ（１Ａ〜１Ｇ）の外周に対向して固定配置される鉄心（４Ａ〜４Ｃ）と、該鉄心（４Ａ〜４Ｃ）に同心に巻装される１次コイル（５）および２次コイル（６）とを備え、前記ロータ（１Ａ〜１Ｆ）の回転に同期した点火プラグ（１８）での点火が可能なエンジンの点火装置において、
   前記鉄心（４Ａ〜４Ｃ）には、前記ロータ（１Ａ〜１Ｇ）の外周にその周方向に等間隔をあけた位置で対向する３つの脚部（８，９，１０）が設けられ、それら３つの脚部（８，９，１０）のうち、前記ロータ（１Ａ〜１Ｇ）の周方向に沿う両側の脚部（８，１０）に永久磁石（７Ａ，７Ｂ）がそれぞれ取付けられる一方、前記ロータ（１Ａ〜１Ｇ）の周方向に沿う中央の脚部（９）に前記１次コイル（５）および２次コイル（６）が巻装され、一方の永久磁石（７Ａ）はそれのＳ極が、また他方の永久磁石（７Ｂ）はそれのＮ極がそれぞれ前記ロータ（１Ａ〜１Ｇ）に対向しており、そのロータ（１Ａ〜１Ｇ）の周方向で相互に隣り合う一対の前記脚部（８，９；９，１０）との間で前記永久磁石（７Ａ，７Ｂ）によって生じる磁束の磁路を形成する誘導子（２Ａ〜２Ｇ）が前記ロータ（１Ａ〜１Ｇ）の外周に固設され、前記１次コイル（５）および２次コイル（６）は、前記隣り合う一対の前記脚部（８，９；９，１０）を前記誘導子（２Ａ〜２Ｇ）が通過する毎に点火プラグ（１８）に通電することを可能として前記鉄心（４Ａ〜４Ｃ）に巻装されることを特徴とする、エンジンの点火装置。
2. 前記永久磁石（７Ａ）が、前記鉄心（４Ａ，４Ｃ）に設けられる切り込み（１１）内に装着されることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの点火装置。
3. 前記永久磁石（７Ｂ）が、前記鉄心（４Ｂ）の前記ロータ（１Ａ〜１Ｇ）への対向面に取付けられることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの点火装置。
4. 前記誘導子（２Ａ〜２Ｄ）が、前記ロータ（１Ａ〜１Ｄ）の外周面から鉄心（４Ａ〜４Ｃ）側に突出されることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの点火装置。
5. 前記ロータ（１Ａ）の外周面に磁性板を取り付けて前記誘導子（２Ａ）が形成されることを特徴とする、請求項４記載のエンジンの点火装置。
6. ダイカスト成形されるアルミニウム合金製の前記ロータ（１Ｅ）に、磁性板の一部が埋封されることで前記誘導子（２Ｅ）が形成されることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの点火装置。
7. 前記ロータ（１Ｆ，１Ｇ）の外周面の一部を内方に窪ませることで前記誘導子（２Ｆ，２Ｇ）が形成されることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの点火装置。

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