專利名稱：用于產(chǎn)生內(nèi)燃機點火電壓的轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1前序部分的轉(zhuǎn)換裝置，它用于產(chǎn)生內(nèi)燃機的點火電壓。該種轉(zhuǎn)換裝置具有初級繞組，在它上面可施加初級電壓；次級繞組，在其中可感應次級電壓；鐵磁芯，它被布置在初級繞組和次級繞組內(nèi)；以及電極，它與鐵磁芯一端相對，它和次級繞組相連并且可和火花間隙(Funkenstrecke)相連。
背景技術：
這種類型的轉(zhuǎn)換裝置例如在DE101 43 055 A1中已知。在其中所描述的轉(zhuǎn)換裝置中，初級繞組及次級繞組，鐵磁芯及電極被放置在外殼內(nèi)并且用填料(Vergussmasse)埋封。外殼一端敞開，并且可直接被安裝在火花塞上，該火花塞被旋入發(fā)動機缸體。以此實現(xiàn)緊湊布置，其中點火電壓準確地在需要它的地方產(chǎn)生，即在火花塞的直接附近。它的優(yōu)點是到火花間隙的高壓饋電線及與此相聯(lián)系的EMV(電磁兼容性)問題被避免。其他現(xiàn)有技術在專利文獻US 6 522 232 B2、EP 1284488 A2、EP 0 827 163 A2、DE 101 02 342 A1、US 6 191 674 B1、GB725 722和US 2 107 973中公開。
由于該種轉(zhuǎn)換裝置被布置在發(fā)動機缸體內(nèi)，典型方式是在氣缸蓋的凹槽處，所以它必須必要地被構(gòu)造得小及緊湊。該類轉(zhuǎn)換裝置的緊湊性越來越重要，因為用于汽車、特別是用于轎車和在摩托車運動領域內(nèi)的內(nèi)燃機相對于其功率被建造得越來越小。在狹小的空間內(nèi)產(chǎn)生高的次級電壓又不可避免地導致轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)的強電場。為了不在帶有不同電勢的元器件間產(chǎn)生電擊穿，它們必須有效地相互絕緣。
在實踐上出現(xiàn)這樣的問題，即轉(zhuǎn)換裝置中的絕緣材料相對快速地老化。根據(jù)1953的電氣裝置絕緣系統(tǒng)的評估和鑒定的IEC-規(guī)程(Richtlinie)(IEC 505)，老化的概念被理解為“隔離系統(tǒng)的工作能力不可逆轉(zhuǎn)的、有害的變化”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是，提供一種轉(zhuǎn)換裝置，其中絕緣材料的老化被延緩。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該任務通過權利要求1的特征被解決，如接下來進一步說明。有利改進方案在從屬權利要求中被說明。
發(fā)明人已經(jīng)在實驗研究中發(fā)現(xiàn)，小的、部分顯微的空腔內(nèi)的局部放電現(xiàn)象是絕緣材料老化的主要原因。在本文開篇處所提及的那種轉(zhuǎn)換裝置中，由于各種原因出現(xiàn)這種絕緣材料的空腔。在澆鑄材料(Vergusswerkstoff)內(nèi)，可能在使用不完全除氣的澆鑄樹脂時或通過化學副反應而出現(xiàn)空腔，即所謂的縮孔(Lunker)。此外，可能在不同絕緣材料的界面上例如通過熱機械負載而出現(xiàn)裂縫。最后，在大的電氣負載時通過所謂的“電樹枝(electrical treeing)”可能出現(xiàn)與場方向平行的長長地延伸的(langgestreckte)樹枝狀(veraestelte)空腔。
空腔內(nèi)局部放電過程的理論例如在多特蒙德大學的Katrin Engel的學位論文“Bewertung von Teilentladungen in spaltfoermigenIsolierstoffdefekten”中有詳細的說明和描述。與絕緣材料相互作用的氣體放電過程表明了空腔內(nèi)局部放電的特征。其中，氣體放電過程通過由此產(chǎn)生的載流子沖擊和紫外線輻射，通過化學分解和侵蝕而改變絕緣材料的表面，這最終導致絕緣材料的老化。局部放電通過所謂的起動電子的存在而被點火，只要存在的電場強度超過門限值，即所謂的裝填場強(Einsetzfeldstaerke)。
本發(fā)明基于這樣的認識，即如果在電極及鐵磁芯的與電極相對端之間由次級電壓所導致的電場全部低于局部放電的裝填場強，則可以抑制局部放電，并因此可以抑制絕緣材料的老化。它在本發(fā)明中是這樣實現(xiàn)的，即鐵磁芯的面對電極的端具有在外殼面(Mantelflaeche)和前端面(Stirnflaeche)之間的連續(xù)彎曲的過渡。
根據(jù)該解決方案的第一特征，避免在已知鐵磁芯中常見的、外殼面和前端面之間的棱邊，并且因此同樣避免由于棱邊范圍內(nèi)載流子密度增高而導致的該類棱邊范圍內(nèi)局部增高的場強。由此，鐵磁芯的末端范圍內(nèi)出現(xiàn)局部放電的概率在實踐上被明顯地降低，且絕緣材料的老化被顯著地延緩。
此外，優(yōu)選地，電極的面對鐵磁芯的面被構(gòu)造成凹入形。這導致鐵磁芯和電極之間電場的均衡及均勻化，并因此同樣導致局部場強的減小，如下面借助實施例進一步說明。
需要強調(diào)，兩個特征中任何一個都適于減小電極和鐵磁芯之間電場的強度。如此看來，這兩個特征能各自實現(xiàn)該任務的解決方案。但是，特別好的結(jié)果是通過這兩個特征的結(jié)合來得到。
在獨立權利要求的特征部分所描述的在外殼面和前端面之間具有連續(xù)過渡的鐵磁芯的末端可這樣得到，即對圓柱狀或角型磁芯在其面對電極的末端進行倒圓處理(abgerundet)。對磁芯末端的倒圓處理在現(xiàn)有技術中是不常見的，因為為避免渦流，芯體是由相互電氣隔離的層組成，這些層在加工芯體末端時通過旋轉(zhuǎn)或碾磨而被斷裂。在該方面，存在針對依據(jù)本發(fā)明的鐵磁芯構(gòu)造的技術偏見。但是，本發(fā)明實現(xiàn)了使鐵磁芯的層如此緊密地連接起來，以致可以對鐵磁芯的末端加工而不引起層的分離。
在一個有利的改進方案中，鐵磁芯的末端通過永磁鐵構(gòu)建。在該種情況下，以上描述的外殼面和前端面之間的連續(xù)彎曲過渡通過在鐵磁芯面對電極側(cè)上至少對永磁鐵進行合適的倒圓處理而實現(xiàn)。該種被倒圓的永磁鐵同樣不常見， 因為永磁鐵通常在燒結(jié)過程(Sinterprozess)中被制造成連鑄形(Strangprofilen)，并且然后被折斷成片形。
優(yōu)選地，鐵磁芯的與電極相對的前端面是凸起的(konvex)。其中，優(yōu)選地，凸起的前端面的曲率隨著到鐵磁芯中軸的距離的增加而增加。因此，凸起的前端面的曲率在中軸的范圍內(nèi)、即在電極方向上伸出最遠的范圍內(nèi)最小，由此，相對于更大曲率的范圍的表面電荷密度被降低，并且因此該區(qū)域中的電場強度同樣被減小。
在一個有利改進方案中，電極具有杯形部分，它的開口面對鐵磁芯。通過杯形結(jié)構(gòu)，電極和鐵磁芯之間的電場一方面被分配到更大的空間范圍內(nèi)并因此在一定程度上被均衡(entzerrt)，從而場強被降低；另一方面場強在空間上被均勻化(homogenisiert)，從而避免出現(xiàn)局部升高的場強。電極的杯形部分的這種影響在下文中借助一個實施例被進一步說明。
對于杯形部分和鐵磁芯之間場的可能的均勻分布結(jié)構(gòu)，一種布置是理想的，其中杯形部分的內(nèi)表面平行于鐵磁芯的面對它的端的表面。在一個有利的改進方案中，近似這種理想結(jié)構(gòu)，因為杯形部分具有被設置垂直于鐵磁芯中軸的底截面，并具有壁截面，它包圍位于底截面和鐵磁元件前端面之間的空間，其中壁截面的表面的面對鐵磁芯的部分上每一點與鐵磁芯之間的距離是底截面到前端面與鐵磁芯中軸交點的距離的0.5到2.5倍，優(yōu)選為0.75到1.8倍。通過這種布置，產(chǎn)生對于實踐目的足夠的均勻場，它有效地用于避免局部放電。
優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換裝置具有套筒形次級繞組骨架，在它上面布置次級繞組，并且它在一端與杯形部分相連接。
在已知的轉(zhuǎn)換裝置中，轉(zhuǎn)換裝置的部件間的間隙用電氣絕緣的填料填充，填料包含合成樹脂和填充劑。其中，填充劑的功能有，使填料的熱膨脹系數(shù)與部件的熱膨脹系數(shù)、例如電極金屬的膨脹系數(shù)相匹配。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過以下方式根本地減小了絕緣材料-即在這個例子中是填料-內(nèi)出現(xiàn)局部放電的可能性，即填充劑的介電常數(shù)是合成樹脂介電常數(shù)的0.5倍到1.5倍，優(yōu)選為0.8到1.25倍，并且特別優(yōu)選為0.9到1.2倍。
發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，填料中填充劑的空間分布沒有必要或者不完全均勻。例如，可能在次級繞組的表面出現(xiàn)增高的填充劑聚集，而在次級繞組的匝間僅僅存在純合成樹脂，因為次級繞組的匝間間隙太小，填充劑顆粒不能滲入其內(nèi)。在該例情況下，次級繞組在一定程度上充當填充劑的過濾器。
因為在常規(guī)填料中，填充劑的介電常數(shù)與合成樹脂的介電常數(shù)有顯著差別，所以填充劑聚集在空間上的波動導致填料的介電常數(shù)在空間上波動。介電常數(shù)在空間上的波動又導致穿過填料的電場在空間上的波動，因為電場強度與它所通過的電介質(zhì)的介電常數(shù)成反比。
電場強度在空間上的波動以三重方式對絕緣材料-即填料-的老化過程有負面影響。第一，它導致局部增高的電場強度，該電場強度可能導致空腔內(nèi)的局部放電。第二，在場強由于介電常數(shù)的突變而同樣突變的地方出現(xiàn)機械力。由于該力在轉(zhuǎn)換裝置工作狀態(tài)下連續(xù)存在，所以從長遠視角來說，它對材料施加應力，并且材料的連接被逐漸地弱化，從而可能出現(xiàn)裂縫，然后在裂縫內(nèi)又可能出現(xiàn)局部放電。
第三，發(fā)明人在實驗研究中發(fā)現(xiàn)，電場強度的由于填充劑不均勻分布而導致的空間波動不但導致產(chǎn)生空腔，而且在實踐上顯著加速絕緣材料內(nèi)存在的空腔或缺陷處的增長。如以上已經(jīng)說明的那樣，絕緣材料通過空腔內(nèi)的局部放電而被腐蝕。該腐蝕導致例如被稱為“電樹枝”的空腔的增長?？涨粌?nèi)局部放電出現(xiàn)越頻繁，該增長就越快。如果電場強度由于填充劑不均勻分布而在空間上強烈波動，則出現(xiàn)局部增高的場強，它可導致局部放電并加速空腔的增長。
與這兒所描述的情況中，很難出現(xiàn)填充劑的空間分布是統(tǒng)計性質(zhì)的，并且因此不但不均勻，而且在微觀上是雜亂的。填充劑聚集的分布的雜亂或不確定性導致局部過高的電場強度的雜亂分布，這又導致蔓延的空腔的不同部分內(nèi)的局部放電，并且使得其可能在不同方向上增長。通過局部增高的場強的雜亂分布，產(chǎn)生了對于通過局部放電的空腔增長的多得多的可能性，就象例如在沿著兩個不同電介質(zhì)定義的邊界面出現(xiàn)的電場過高的那種情況。從而，空腔可能由于雜亂的場過高而容易且快速地蔓延。
綜上所述，發(fā)明人認識到，填充劑聚集在空間上的波動是在絕緣材料內(nèi)出現(xiàn)缺陷處、在已經(jīng)存在的缺陷處內(nèi)出現(xiàn)局部放電、以及缺陷處加速增長的原因，并因此加速絕緣材料的老化。
這個加速老化的原因可通過上述方法通過填充劑和合成樹脂的介電常數(shù)的調(diào)整而被有效地抑制。如果填充劑和合成樹脂的介電常數(shù)僅僅在所述程度上彼此偏離，則當填充劑在合成樹脂內(nèi)不均勻地分布時，填料整體的介電常數(shù)近似均勻。因此，甚至在填充劑不均勻分布時，避免了填料內(nèi)的局部放電，并且缺陷處的出現(xiàn)和增長被抑制，從而填料的老化被有效地延遲。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，填充劑和合成樹脂的介電常數(shù)的所述調(diào)整也用于解決與根據(jù)本發(fā)明第一方面的權利要求1的特征相同的任務。但要強調(diào)，第二方面也可以與第一方面無關地被實現(xiàn)。
以下部分中一個或多個可以屬于上面提及的其間隙用填料填充的部件初級繞組骨架、次級繞組骨架、電極、與次級繞組相連并可與火花間隙相連的電極、鐵磁芯和/或金屬外殼。
只要所提及的部件由塑料制成，則塑料的介電常數(shù)在一個有利改進方案中是填料的介電常數(shù)的0.5到1.5倍，優(yōu)選為0.8到1.25倍，并且特別優(yōu)選為0.9到1.2倍。由此，避免了填料和部件間交界層上介電常數(shù)的多度跳變和以上描述的負面結(jié)果。
在一個有利改進方案中，合成樹脂是環(huán)氧樹脂，而填充劑是石英。
本發(fā)明的另一方面是針對轉(zhuǎn)換裝置的電磁兼容性。發(fā)明人在仿真和試驗EMV測試中發(fā)現(xiàn)，點火火花是電磁干擾的最重要來源。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在初級繞組和次級繞組之間設置與地電勢(Massepotential)相連的導電層。由此避免了，通過點火火花所產(chǎn)生的干擾經(jīng)過次級繞組和初級繞組之間的電容性耦合被轉(zhuǎn)移到汽車的與初級繞組相連的汽車電器網(wǎng)絡(Bord-Netz)上。從而可以有效地避免與汽車電器網(wǎng)絡相連的電子控制設備的干擾。
需要強調(diào)，與上述轉(zhuǎn)換裝置的特征無關地在轉(zhuǎn)換裝置中在初級繞組和次級繞組間應用與地電勢相連的導電層也是可能的并且是有利的。該特征也表現(xiàn)了對現(xiàn)有技術的根本上的以及有優(yōu)點的貢獻。
導電層優(yōu)選地被相鄰地直接設置在初級繞組上。這使得導電層到次級繞組距離最遠。從而，導電層和次級繞組之間的電場強度可被保持為很小。
導電層可通過薄膜構(gòu)建，或者被涂覆、尤其是蒸鍍或印在骨架材料上。
優(yōu)選地，次級繞組至少部分地被設置在初級繞組內(nèi)。該種布置-其中次級繞組在內(nèi)而初級繞組在外-與常見的相反的布置相比，在轉(zhuǎn)換裝置直徑相同的情況下導致轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)減小的電場強度，并有利于避免局部放電。
轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選地具有套筒形初級繞組骨架，在其上設置初級繞組。在一個特別優(yōu)選的實施形式中，上述導電層被設置在初級繞組骨架的外圓周面上。初級繞組骨架于是用于使導電層與次級繞組相互間隔并且相對于次級繞組隔離導電層。優(yōu)選地，上述次級繞組骨架被設置在初級繞組骨架內(nèi)，并且初級繞組骨架和次級繞組骨架之間的間隙用填料填充。
在一個可選實施形式中，初級繞組的匝可通過導電的烤漆(Backlack)或?qū)щ姷哪z粘劑(Klebstoff)連接，它形成導電層，于是，不需要初級繞組骨架。


其他的優(yōu)點和特征從以下描述中得出，其中借助于實施例參考

本發(fā)明。其中展示圖1表示拆開狀態(tài)下初級繞組和初級繞組骨架的縱向剖面視圖。
圖2表示在裝配在一起的狀態(tài)下初級繞組和初級繞組骨架的縱向剖面視圖。
圖3表示在裝配在一起的狀態(tài)下初級繞組和初級繞組骨架的透視圖。
圖4表示在拆開狀態(tài)下次級繞組、次級繞組骨架、鐵磁芯、導電銷釘和電極的縱向剖面視圖。
圖5表示在裝配在一起的狀態(tài)下圖4所示元件的縱向剖面視圖。
圖6表示在裝配在一起的狀態(tài)下圖4所示元件的透視圖。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明一個改進方案的點火轉(zhuǎn)換裝置的縱向剖面視圖。
圖8表示圖7的點火轉(zhuǎn)換裝置的透視圖。
圖9表示根據(jù)現(xiàn)有技術的電極和電磁芯一端之間電場的分布的示意性圖示。
圖10表示本發(fā)明一個實施例中電極和鐵磁芯之間電場分布的示意性圖示。
圖11表示通過圖7中轉(zhuǎn)換裝置一部分的徑向剖面示意性圖示。
圖12表示圖11中顯示的轉(zhuǎn)換裝置部分的徑向中靜電勢曲線，它對應于兩個具有不同填充劑的填料。
圖13表示對應于圖12的電場曲線。
圖14表示根據(jù)現(xiàn)有技術在點火變壓器中由點火火花所引起的干擾脈沖的干擾路徑的示意性圖示，以及圖15表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的點火變壓器中由點火火花所引起的干擾脈沖的干擾路徑的示意性圖示。
具體實施例方式
圖1中，初級繞組骨架10和初級繞組12在拆開的狀態(tài)下以縱向剖面被表示，并且在圖2中，初級繞組骨架10和初級繞組12以裝配在一起的狀態(tài)以縱向剖面被表示。初級繞組骨架10由絕緣的塑料制成，并且具有帶有近似圓柱形空腔14的套筒形。在空腔14的一端有開口16，它的直徑相對于空腔14的直徑被減小。
初級繞組骨架10的圓周表面被涂覆有導電層18，該導電層由薄膜構(gòu)建或者被蒸鍍或印在初級繞組骨架上。導電層18在完全裝配的轉(zhuǎn)換裝置中與地電勢相連(見圖15)。初級繞組12具有兩個接頭20和22，用于施加初級電壓。在圖3中，初級繞組骨架10及初級繞組12以裝配在一起的狀態(tài)以透視的方式被展示。
在圖4中，次級繞組骨架24、次級繞組26、鐵磁芯28、導電銷釘30和電極32以相互分離的狀態(tài)以縱向剖視圖被展示。
如圖1到圖3中描述的初級繞組骨架10那樣，次級繞組骨架24同樣由絕緣的塑料制成，并且是帶有圓柱狀空腔34的套筒形。鐵磁芯28包括由多個相互電氣絕緣的薄層(Lamellen)組成的圓柱形軟鐵棒(Weicheisenstab)36，以及被設置在軟鐵棒36的末端的永磁鐵38。永磁鐵38用與在初級繞組12的接頭20、22上施加初級電壓所產(chǎn)生的磁場的極性相反的極性磁化軟鐵棒36。
因此，通過在初級繞組12的接頭20、22上施加初級電壓，將軟鐵棒36相反于永磁鐵38的極化地磁化。如果為了產(chǎn)生點火電壓而中斷初級電壓，則軟鐵芯接受它的輸出磁化，并且在次級繞組26中感應出點火必須的次級電壓。通過永磁鐵的預磁化，磁場中所儲存的能量被增加，這使火花間隙上增高的電荷流成為可能。
電極32具有帶有底截面42和壁截面44的杯形部分40，以及螺紋部分46。通過螺紋部分46可以以這里未示出的方式產(chǎn)生與火花塞的電氣連接。
在圖5中，圖4中的部件在裝配的狀態(tài)下以縱向剖面被展示。鐵磁芯28被設置在次級繞組骨架24的空腔34中。次級繞組骨架24的一端用電極32的杯形部分40封口。在將鐵磁芯28裝入次級繞組骨架24的空腔34中之后，對空腔34用絕緣的填料48澆注。為了在澆注空腔34時在電極32的杯形部分44的范圍內(nèi)不包含空氣，不但在杯形部分44而且在次級繞組骨架24中構(gòu)建排氣孔47或49(見圖4)，空氣在澆注時可以通過它們排出。
導電銷釘30與次級繞組26的一端導電地連接，并且被指定與地電勢相連。次級繞組26的另一端與電極32相連。圖6展示了圖5中元件的裝配透視圖。
圖7展示了一個縱向剖視圖，其中次級繞組骨架24、包括次級繞組26和電極32被設置在初級繞組骨架10的空腔14內(nèi)(見圖1與圖2)。其中，電極32的螺紋部分46通過開口16(見圖1)被插入初級繞組骨架10。初級繞組骨架10與次級繞組骨架24之間的間隙用絕緣填料48填充。
人們注意到，澆注可通過兩個獨立步驟來實現(xiàn)首先，可以澆注具有位于其中的鐵磁芯28的次級繞組骨架24的空腔34，然后澆注具有位于其中的次級繞組骨架24的初級繞組骨架10的空腔14。在此兩步澆注中，更容易避免形成在其中可能產(chǎn)生對老化負有重要責任的局部放電的縮孔。
具有在圖1到圖8中所展示的部件的轉(zhuǎn)換裝置在特別程度上是抗老化的，就象如下進一步說明的那樣。在圖9中表示了電極32′、帶有軟鐵棒36′和永磁鐵38′的鐵磁芯28′的局部示圖，如其在現(xiàn)有技術中在常規(guī)轉(zhuǎn)換裝置中被使用的那樣。在電極32′和鐵磁芯28′的由永磁鐵38′構(gòu)建的與電極面對的端之間存在電場50′，它通過場力線示意性表示。永磁鐵38′是圓柱形的，并因此在它的外殼面38a′和其前端面38b′之間的過渡處具有鋒利的棱邊38c′。在該鋒利的棱邊處，載流子密度局部增高，并因此電場50′的場力線密度也增高。因此，在棱邊38c′的范圍內(nèi)存在相對強的電場。電極32′和鐵磁芯28′之間的中間區(qū)域由絕緣的填料填充(在圖9中沒有顯示)。棱邊38c′范圍內(nèi)的電場強度足夠大，以便為點火填料中顯微空腔內(nèi)的局部放電，而局部放電對填料的老化有重要貢獻。
相對于圖9中的常規(guī)布置，圖10中表示了根據(jù)本發(fā)明一個改進方案的布置。它主要通過兩個特征與現(xiàn)有技術的布置區(qū)分開來。一方面，永磁鐵38(見圖4，5和7)被倒圓處理，即它在外殼面區(qū)域38a和前端面區(qū)域38b之間具有連續(xù)彎曲的過渡。因此，通過永磁鐵38的成型、或者更一般地說，通過鐵磁芯28的與電極32相對的端的成型，避免了棱邊或尖端以及與此伴隨的局部場強增高。因此可實現(xiàn)，鐵磁芯28與電極32之間的場50的強度全部低于所謂的局部放電的裝填場強。
另一方面，電極32具有杯形部分40，杯形部分40有底截面42和壁截面44。壁截面44包圍底截面42與永磁鐵38前端面之間的空間。
如借助圖10中場50的場力線所看到的，電極32的杯形結(jié)構(gòu)導致場50的均衡，即導致由場50填充的空間的增大和電場的均勻化。通過場的均衡降低其平均場強，而通過場的均勻化避免局部場強增高。由此，場50的強度全部被保持為低于局部放電的裝填場強。
如果永磁鐵38的表面與電極32的杯形部分40的內(nèi)表面相互平行，則得到理想的均勻場50。在所示的電極32的情況下，壁截面44的表面的面對永磁鐵38的部分上任意一點與鐵磁芯的距離是底截面42到永磁鐵38的前端面38b與鐵磁芯28中軸51的交點的距離的0.75到1.8倍。在這種杯形部分40的幾何尺寸中，可實現(xiàn)對于避免局部放電目的足夠的場50的均勻分布。
圖11中展示了通過次級繞組骨架24、次級繞組26、次級繞組骨架24和初級繞組骨架10之間被填料48填充的中間空間和初級繞組骨架10的徑向剖視面。填料48由合成樹脂和填充劑組成。填充劑除了其他功能外還有以下功能，即使填料48的熱膨脹系數(shù)適應電極32等的熱膨脹系數(shù)。次級繞組26在圖11中僅僅被示意性表示。實際上，它可以包含大約70層直徑僅僅大約50um的導線。在如此細小的導線情況下，各匝之間的間隙如此窄，以致填充劑不能滲入各匝間的間隙。因此，在次級繞組26中，僅僅滲入純合成樹脂。因此，在與次級繞組26徑向外鄰接的區(qū)域48a、即圖11中r1與r2之間的區(qū)域中，存在填充劑的增高的濃度。在r2與r3之間的區(qū)域48b中，填料48具有填充劑的一般濃度，并且在r3的徑向外開始初級繞組骨架10。
在圖12中展示了沿著圖11剖面的靜電勢的徑向曲線，圖13中展示電場強度的相應徑向曲線。在12及13兩個圖中，虛線52或56表示常規(guī)填料的曲線，在這種情況下，填充劑與合成樹脂相比具有明顯更高的介電常數(shù)值，而實線54或58展示了根據(jù)本發(fā)明一個改進方案的曲線，在這種情況下，合成樹脂與填充劑的介電常數(shù)幾乎相同。對于小于r1的范圍，即次級繞組26的場投影(Feldschatten)范圍內(nèi)，次級電壓恒定。在r1與r3之間，即在次級繞組26和次級繞組骨架10之間被填料48填充的空間中，電勢隨著到次級繞組的徑向距離增大而減小。如在現(xiàn)有技術中那樣，如果填充劑相比較于合成樹脂具有另一介電常數(shù)，即通常更大的介電常數(shù)，則在r2-在這里填料48中填充劑的濃度改變-處，填料48整體的介電常數(shù)改變。這種情況導致電勢曲線上的拐點(見圖12中的圖形52)或電場中的跳變(見圖13中的圖形56)。電場強在r2處的跳變導致機械應力，并且在長期的負荷情況下導致斷裂或裂縫，在其中由可能發(fā)生對填料老化有相當大作用的局部放電。
為了避開該問題，使用介電常數(shù)與合成樹脂的介電常數(shù)幾乎相同的填充劑。例如，對于合成樹脂采用環(huán)氧樹脂，而對于填充劑采用石英。于是，得到r1和r3之間平滑的電勢曲線(見圖12中圖形54)以及r1和r3間沒有跳變的電場強度曲線(見圖13中圖形58)。由此，有效地避免了填充劑濃度改變區(qū)域中裂縫形成。此外，相對于現(xiàn)有技術(見r3處的圖形56)，最大場強(見r3處的圖形58)被減小，從而局部放電的出現(xiàn)被進一步變難。
圖12的電勢曲線中，在r3處有另一拐點，它和電場強度中的一個跳變相關聯(lián)(見圖13)，它歸因于填料48和初級繞組骨架10的材料的不同介電常數(shù)。在一個特別有利的改進方案中，初級繞組骨架10與次級繞組骨架24的材料的介電常數(shù)也與合成樹脂的介電常數(shù)相匹配。由此，有效地避免填料和繞組骨架10、24之間的裂縫形成。
以下參考圖14和15介紹轉(zhuǎn)換裝置的改進的EMV特性。首先參考圖14描述常規(guī)的點火裝置。圖14中的常規(guī)點火裝置包括位于外面的次級繞組26′和位于內(nèi)部的初級繞組12′。次級繞組26′和電極32′導電地相連，電極又通過接觸彈簧60和火花塞62相連。轉(zhuǎn)換裝置和火花塞62被共同安裝在和地電勢相連的外殼64內(nèi)?；鸹ㄈ?2具有位于地電勢的電極64，它構(gòu)成火花間隙的一端。
點火火花65的時間上的起點是次級電壓從電離火花間隙所需要的較高值突然降低到較低的、所謂點火電壓上，在該點火電壓下出現(xiàn)沿著火花間隙的電流。根據(jù)發(fā)明人的試驗，在幾個納秒內(nèi)進行的這個突然的電壓變換是點火裝置中EMV問題的主要原因。在圖14中干擾脈沖沿其擴散的干擾路徑66被示意性展示。干擾路徑起始于火花間隙，并且穿過火花塞62、接觸彈簧60以及電極62′到達次級繞組26′。由于次級繞組26′和初級繞組12′之間的電容性耦合，干擾路徑66通過初級繞組12′和它的接頭20′進入機動車的汽車電器網(wǎng)絡68，在其中它可能導致電子控制裝置的功能干擾。干擾脈沖通過汽車電器網(wǎng)絡68到達地電勢，并因此到達火花間隙的電極64，從而干擾路徑66形成回路。
在圖15中展示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有轉(zhuǎn)換裝置的點火裝置。點火裝置包含結(jié)合圖1到圖8所描述的轉(zhuǎn)換裝置，它在此與火花塞62共同被裝入與地電勢相連的金屬外殼或鍋爐外皮64內(nèi)。電極32通過示意性示出的插塞連接70與火花塞62的接頭相連。由于存在點火火花65而引起的電壓降作為干擾脈沖沿著干擾路徑72通過火花塞62、插塞連接70以及電極32傳播到次級繞組26，次級繞組在所示轉(zhuǎn)換裝置中被設置在內(nèi)部。由于在次級繞組26和初級繞組18之間設置有與鍋爐外皮64、即地電勢相連的導電層18，所以這里不存在次級繞組26和初級繞組18之間的電容性耦合。因此，干擾脈沖不被傳播到汽車電器網(wǎng)絡68上。相反，它低阻抗地(niederimpedant)通過鍋爐外皮64流到地電勢。發(fā)明人的試驗和仿真已經(jīng)顯示，借助于導電層18，事實上可以抑制絕對大部分干擾。
在一個可選實施例中(未示出)，導電層通過導電的膠粘劑或?qū)щ姷目酒針?gòu)造，通過它初級繞組(12)的匝被連接并保持在一起。于是，不需要初級繞組骨架。
附圖標記列表10初級繞組骨架12初級繞組14空腔16初級繞組骨架10中的開口18導電層20接頭22接頭24次級繞組骨架26次級繞組28鐵磁芯30導電銷釘32電極34空腔36軟鐵棒38永磁鐵40杯形部分42底截面44壁截面46連接部分47排氣孔48填料49排氣孔50電場51鐵磁芯中軸52根據(jù)現(xiàn)有技術的電動勢曲線54根據(jù)本發(fā)明一個改進方案的電動勢曲線56現(xiàn)有技術中的電場強度曲線
58本發(fā)明一個改進方案的電場強度曲線60接觸彈簧62火花塞64電極65點火火花66現(xiàn)有技術中的干擾路徑68汽車電器網(wǎng)絡70插塞連接72根據(jù)本發(fā)明一個改進方案的干擾路徑
權利要求
1.用于產(chǎn)生內(nèi)燃機點火電壓的轉(zhuǎn)換裝置，包括初級繞組(12)，在所述初級繞組上可施加初級電壓，次級繞組(26)，在所述次級繞組中可感應次級電壓，鐵磁芯(28)，所述鐵磁芯被設置在所述初級繞組(12)和所述次級繞組(26)中，以及電極(32)，所述電極與所述鐵磁芯(28)的一端(38)相對，與所述次級繞組(26)相連，并且可與所述火花間隙相連，其中在所述鐵磁芯(28)的所述一端(38)和所述電極(32)之間通過所述次級電壓產(chǎn)生電場(50)，其特征在于，所述鐵磁芯(28)的所述一端(38)在外殼面(38a)和前端面(38b)之間具有連續(xù)彎曲的過渡。
2.根據(jù)權利要求1的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電極(32)在它的面對所述鐵磁芯(28)的側(cè)被構(gòu)造成凹形。
3.根據(jù)權利要求1或2的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述鐵磁芯(28)的所述一端通過永磁鐵(38)構(gòu)造。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述鐵磁芯(38)的與所述電極(32)相對的前端面(38a)是凸起的。
5.根據(jù)權利要求4的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述凸起的前端面(38b)的曲率隨著到所述鐵磁芯(28)的中軸(51)的距離增加而增加。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述電極(32)具有杯形部分(40)，它的開口面對所述鐵磁芯(28)。
7.根據(jù)權利要求6的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述杯形部分(40)具有底截面(42)，其中所述底截面垂直于所述鐵磁芯(28)的中軸(51)地被設置，并且具有壁截面(44)，其中所述壁截面包圍位于所述底截面(42)和所述鐵磁元件(28)的前端面(38a)之間的空間，其中所述壁截面(44)的表面的面對所述鐵磁芯(28)的部分上每一點到所述鐵磁芯(28)的距離是所述底截面(42)到所述鐵磁芯(28)的前端面(38a)與中軸(51)的交點的距離的0.5倍到2.5倍，優(yōu)選為0.75倍到1.8倍。
8.根據(jù)權利要求6或7的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于套筒形的次級繞組骨架(24)，其中在所述次級繞組骨架上設置所述次級繞組(26)，并且所述次級繞組骨架在一端上用所述杯形部分(40)封口。
9.用于產(chǎn)生內(nèi)燃機的點火電壓的轉(zhuǎn)換裝置，特別是根據(jù)前述權利要求中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其中所述轉(zhuǎn)換裝置的部件之間的間隙被填料(48)填充，其中所述填料包含合成樹脂和填充劑，其特征在于，所述填充劑的介電常數(shù)是所述合成樹脂的介電常數(shù)的0.5到1.5倍，優(yōu)選為0.8到1.25倍，并且特別優(yōu)選為0.9到1.2倍。
10.根據(jù)權利要求9的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述部件包括以下部分中的一個或多個初級繞組骨架(10)，次級繞組骨架(24)，與次級繞組(26)相連并可與火花間隙相連的電極(32)，鐵磁芯(28)，金屬外殼(64)。
11.根據(jù)權利要求9或10的轉(zhuǎn)換裝置，其中至少一個所述部件(10，24)由塑料制成，其特征在于，所述塑料的介電常數(shù)是所述填料(48)的介電常數(shù)的0.5到1.5倍，優(yōu)選為0.8到1.25倍，并且特別優(yōu)選為0.9到1.2倍。
12.根據(jù)權利要求9或11的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述填充劑適于使所述填料的熱膨脹系數(shù)與所述部件的熱膨脹系數(shù)相匹配。
13.根據(jù)權利要求9到12中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述合成樹脂是環(huán)氧樹脂。
14.根據(jù)權利要求9到13中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述填充劑是石英。
15.用于產(chǎn)生內(nèi)燃機的點火電壓的轉(zhuǎn)換裝置，特別是根據(jù)前述權利要求中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，具有初級繞組(12)，其中在所述初級繞組上可施加初級電壓；以及次級繞組(26)，其中在所述次級繞組內(nèi)可感應次級電壓，其特征在于，在所述初級繞組(12)和所述次級繞組(26)之間設置導電層(18)，其中所述導電層與地電勢相連。
16.根據(jù)權利要求15的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述導電層(18)被鄰接地直接設置在所述初級繞組(12)上。
17.根據(jù)權利要求15或16的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述導電層(18)通過薄膜構(gòu)成。
18.根據(jù)權利要求15或16的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述導電層(18)被蒸鍍或印在骨架材料上。
19.根據(jù)前述權利要求中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述次級繞組(26)至少部分地被設置在所述初級繞組(12)內(nèi)。
20.根據(jù)前述權利要求中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換裝置具有套筒形的初級繞組骨架(10)，其中在所述初級繞組骨架上設置所述初級繞組(12)。
21.根據(jù)權利要求19、20以及權利要求15到18中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述導電層(18)被設置在所述初級繞組骨架(10)的外圓周面上。
22.根據(jù)權利要求15到20中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述導電層由導電的膠粘劑或者導電的烤漆構(gòu)成，其中所述初級繞組(12)的匝通過其被連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生內(nèi)燃機的點火電壓的轉(zhuǎn)換裝置，具有初級繞組(12)、次級繞組(26)、鐵磁芯(28)及電極(32)，其中電極與鐵磁芯(28)的一端(38)相對，與次級繞組(26)連接并可與火花間隙相連。鐵磁芯的所述一端(38)在外殼面和前端面之間具有連續(xù)彎曲的過渡。
文檔編號H01F27/34GK101040353SQ200580008149
公開日2007年9月19日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權日2004年3月15日
發(fā)明者泰克歐·維斯格伯, 吉多·貝亞德 申請人:普爾斯有限公司