点火线圈结构设计课件

点火线圈结构设计2009-8-24点火线圈结构设计2009-8-241.点火线圈结构的基本要求1.点火线圈结构的基本要求1.1性能要求■点火能量(mJ)由初级断电电流（I1）和初级电感量（L1）决定。初级磁场单次储能E=0.5*L1*I12

单次点火能量e=0.4*E■线圈功率取决于发动机的转速（rpm）和单次储能（E）由能量和转速决定铁芯尺寸，初级匝数每秒初级线圈磁能E1=E*n*K/2*60n-转速，K-缸数其值为点火线圈的功率P1

铁芯截面S=1.2√P1

初级匝数N1=√L1*l/μ0

*μr

*S■负载电压(KV)

取决定次级与初级的匝比初级电感电压V1一般在400V左右，次级电压V2=V1*N2/N1=400*V2/V1

次级匝数=V2*N1/V1=V2*N1/4001.1性能要求1.2●安装要求■安装尺寸符合发动机上的安装要求■安装部分有足够的强度，能承受发动机长期高温、振动和冲击■安装的部位不同对线圈要求不同安装在发动机旁安装在发动机火花塞上端安装在车梁上1.2●安装要求1.3●耐高压要求（绝缘长期承受脉冲高压冲击）■内部结构设计要使电场分布合理层绕槽绕变形的层绕（笔杆式）■绝缘距离、材料耐压等级及厚度与内部电场分布相匹配■金属联接件避免尖角，使电场分布均匀1.3●耐高压要求（绝缘长期承受脉冲高压冲击）1.4●环境温度变化的要求（-40℃~125℃）■应能承受的温度

铁芯表面:150°C环氧树脂: 155°C次级线圈: 160°C

■采取措施解决各结构件膨胀系数不一致可能引起的开裂□用热塑弹性体包铁芯（TEO，TPE）□加发泡塑料或橡胶垫

垫到两种材料热应变相差最大处，如笔形铁芯的端部

■采用带填料的环氧树脂

1.4●环境温度变化的要求（-40℃~125℃）1.4续■采用无机填料增强的工程塑料■生产中，选择合理的环氧树脂的固化温度，降低内应力■外壳材料要考虑冷热冲击不开裂，兼顾耐热，模缩率，断裂伸长率等指标（内包铁芯的线圈必须选合适外壳材料）■内装点火模块用硅胶覆盖模块上的元器件1.4续■采用无机填料增强的工程塑料1.5●零部件结构的工艺性■塑料件拔模斜度、壁厚及均匀度、加强筋、圆角、镶嵌件定位的工艺孔、镶嵌件入模的引导锥、镶嵌件防拉脱防转动、避免内凹等■冷冲压件避免清角、圆角，孔，悬臂，窄槽，孔间，孔边尺寸与材料及厚度的关系、无搭边冲裁、精度等级（低于IT9）

1.5●零部件结构的工艺性1.5续■机加工件退刀槽、材料的切削性能、倒角、作为嵌件的防转防拉脱、嵌件定位处的精度1.5续■机加工件退刀槽、材料的切削性能、1.6●组装要求■初级骨架内孔中间四角加气隙垫保证组装气隙

■初级骨架与外壳、插头座与外壳、高压插座与外壳等结合处采用无密封胶的密封结构，靠塑料件紧密插接密封，提高装配效率，避免漏胶■初、次级骨架之间，骨架、外壳、插头座、高压端子等之间的结构联接，要设计准确的定位、导向，使装配快捷，位置准确，外形美观1.6●组装要求1.6续■内部电气联接方式：初级绕组与低压插座，次级绕组引线与高压引线片，高压引线片与高压端子、模块与线圈等联接及铁芯之间的联接尽可能采用点焊、激光焊、超声波焊、微电流氩弧焊、铆接、插接等，尽量避免用锡焊，以提高效率实现自动组装■线圈骨架起始端及末端的引出线能自动引出或自动挂角1.6续■内部电气联接方式：初级绕组与低压插座，次级绕1.7●其它要求■外表面状态光面雾面有一种极细发黑的雾面极易划出印记，应尽量避免■内包铁芯壳内表面应部分外露，使浇灌树脂渗入铁芯片间，避免工作噪音■标准化、通用化、系列化1.7●其它要求

2.次级线圈的结构

2.1●合理的电压分布■层绕每绕一层，垫一层绝缘纸。电压沿径向分布，用于油浸线圈和早期的干式线圈■槽绕沿轴向布置若干个槽，电压沿轴向分布到各槽中，干式线圈基本采用此种方式（图1）■层绕的变型骨架为圆柱形，在起始端按设定的程序，使漆包线逐层堆积，垒起一圆锥面，然后，以圆锥面为绕线平台，逐层沿轴向推进，即每来回绕一层，线针沿轴向行进一距离，直至完成线圈的绕制。此种方式实际上是层间不垫绝缘纸的层绕，电压沿轴向分布开（图2）2.1●合理的电压分布2.1续2.1续2.2●等绝缘强度设计按电场强度的大小确定绝缘层的厚度及绝缘距离■单头点火线圈（图3）次级骨架底部与初级绕组电位差在高压输端最大，一是加大绝缘距离（图3a)，另一方法是加绝缘材料厚度(图3b)2.2●等绝缘强度设计2.2续

■双头点火线圈

次级骨架底部与初级绕组电位差在两端高压输端最大，一是加大两端绝缘距离（图4a)，另一方法是两端加绝缘材料厚度(图4b)■笔式线圈增加绝缘强度的措施

由于笔式线圈空间小，初级及次级骨架底部都很薄，为了增加绝缘强度，在骨架上先包一层高耐温、耐压的聚酰亚胺薄膜，再绕线。2.2续■双头点火线圈2.3●过线槽的设计■过线部分的漆包线不能与槽绕组的上下层同时接触，否则，会使漆包线皮膜承受整个槽电压（图5）不经过线槽过线，从槽顶跳线是不允许的

图5c

2.3●过线槽的设计2.3续1

■过线槽的上端（绕出端）漆包线的切线方向与下端（进入端）要有足够的距离，以保证可靠过线（图5a尺寸h)■进入端槽壁有足够的刚度，不会因绕线侧压造成槽壁变形大而影响下一槽的绕线■过线槽尽量采用相邻槽中心对称分布，使内应力分布均匀，绝缘强度一致（图6）

图6

过线槽布置2.3续1■过线槽的上端（绕出端）漆包线的切线方向与下端（2.3续2

■过线槽宽度合适。过窄不好过线，过宽会造成相邻槽的漆包线靠近，降低槽间的绝缘强度（图7）图7过线槽宽，两槽间漆包线距离太近■过线槽可做成连体和断开两种形式连体形式见（图8）此形式可以减小槽壁变形

图8过线槽连体形式2.3续2■过线槽宽度合适。过窄2.4●骨架起始端、末端的设计■如果结构允许，始、末端各加一个较窄槽作为过渡槽，过渡槽只需绕5~10匝。如果结构槽不允许有过渡槽，第一槽绕满线，要避免引出线与槽绕组上下层同时接触的方法：

1。在第一槽端部开缺口

(图5c)2。在端部槽壁开引导槽图9起始端的引导槽（图9）引导槽2.4●骨架起始端、末端的设计引导槽2.4续1■引线端子基本要求绕组经引线端子与外部连接，可用标准插针，也可根据与外部不同的连接方式，做成各种冲片或其他金属件。其结构要求：便于自动绕线挂角，与引线或与外部连接牢固、可靠导通，无尖角毛刺。■引出线与引线端子连接几种结构形式

1.锡焊引出线绕在接线针上，直接用锡焊结。此方法效率低，助焊剂影响产品质量。2.4续1■引线端子基本要求2.4续22.引线端子外套铜套管，用电阻焊将引出线与端子焊接（图10）

3.用点漆包线的图10端子外套铜套管点焊专用精密逆变焊机，直接将漆包线点焊至引线片上

（图11）

铜套管2.4续22.引线端子外套铜套管，铜套管2.4续3

4.用带细齿的连接片压紧并挤破漆皮，使引出线与引线片连接（图12）

5.微电流氩弧焊

引出线绕在引线针上，用氩图12端子带细齿挤破漆皮连接

弧焊熔化引线针的端部，使

引出线与引线针熔为一体。■引线片或端子与外部的连接

1.焊接用导线和外部连接点焊接（锡焊或点焊）

2.插接插接的方法很多插入带细齿端子引出线2.4续34.用带细齿的连接片压紧并挤插入带细齿端子引2.4续4

用插头片插接（图13）

用圆杆插接(图6、图14）2.4续4用插头片插接（图13）2.5●便于树脂可靠渗透的措施在槽壁沿径向开0.2~0.3深的沟，树脂沿沟槽渗透到槽底部。此结构在槽较深时使用。（见图15）

图15

2.5●便于树脂可靠渗透的措施3.初级线圈的结构点火线圈结构设计课件3.1●初级线圈漆包线较粗，有弹性。始端和末端引线要可靠固定，避免散包。见图16。具体结构要视结构要求而定

图16c

3.1●初级线圈漆包线较粗，有弹性。始端和末端引线要可靠固定3.1续1■笔式线圈引出线卡入端部的出线槽中，可把引出线作为引线针使用，节省了零件，简化了结构。

（见图16d）

图16d

3.1续1■笔式线圈引出线卡入端3.2●内孔插铁芯处的要求■由于铁芯叠厚尺寸有偏差,骨架内孔面上做出凸起0.2~0.3的定位筋,避免铁芯与骨架面接触，便于铁芯插入。对内装铁芯（即装铁芯后再浇灌）的线圈，有利于树脂渗入（见图16a16b)，以紧固铁芯接合面，减少电磁噪音。■为了保证铁芯气隙在骨架内孔四角做出气隙垫,以保证压装铁芯后的气隙尺寸（见图16b）。3.2●内孔插铁芯处的要求3.3●引出线对外连接方式■锡焊将引出线去漆皮后，加松香焊剂，与外连接处用焊锡焊接。■直接用逆变精密焊机，将引出线与外连接片点焊，不需要去漆皮（焊接方式见图11）。如果用一般的点焊机直接点焊，需先去漆皮。还可以用图17a、

17b的方式点焊。3.3●引出线对外连接方式3.3续1■以插接的方式与外电路连接

1.线圈组装时单个连接或两处连接，采用插片直接卡紧的方式（见图18）。

图18图19

插片引出线引出线插片过渡插座片初级骨架引线槽初级骨架引线槽3.3续1■以插接的方式与外电路连接插片引出线引出线插片过渡3.3续2

2.对两个接头以上的连接采用（图19）的方式插接。在插片与引出线之间加一个过渡插座片，即使在插片长度有差异的情况下，也能保证多个插片与引出线的可靠连接。3.3续22.对两个接头以上的连接采用（图19）的方式插3.4●初级骨架与外壳的连接■涂胶在连接处涂环氧胶密封，此方法效率低，胶易流出，影响外观。■超声波焊接在骨架与外壳联接的一端，加环周的凸起筋，高0.3，在超声波作用下，环周的凸起筋与外壳熔接密封。■将联接处作成圆形或椭圆形按0.05~0.1过盁配合，压紧密封。此联接方式要求注塑模具精度高，注塑工艺稳定。此方法效率高，外观好，适合自动化装配。

3.4●初级骨架与外壳的连接3.4续■笔式线圈初级线圈与外壳的连接几种方式示例靠初级骨架尖锋环带，与内孔过盈0.3~0.4，尖锋与内孔挤紧密封，防止灌

封漏胶。（图20）结构尺

寸允许也可用O形密封圈。

在初级骨架与外壳配合处

加高0.15~0.2的环周筋，靠弹性变形压入外壳后，防止轴向窜动。（图21）

3.4续■笔式线圈初级线圈与外壳的连接几种方式示例4插头座及类似件与外壳的配合4插头座及类似件与外壳的配合4.1■4.1■点火线圈结构设计2009-8-24点火线圈结构设计2009-8-241.点火线圈结构的基本要求1.点火线圈结构的基本要求1.1性能要求■点火能量(mJ)由初级断电电流（I1）和初级电感量（L1）决定。初级磁场单次储能E=0.5*L1*I12

单次点火能量e=0.4*E■线圈功率取决于发动机的转速（rpm）和单次储能（E）由能量和转速决定铁芯尺寸，初级匝数每秒初级线圈磁能E1=E*n*K/2*60n-转速，K-缸数其值为点火线圈的功率P1

铁芯截面S=1.2√P1

初级匝数N1=√L1*l/μ0

*μr

*S■负载电压(KV)

取决定次级与初级的匝比初级电感电压V1一般在400V左右，次级电压V2=V1*N2/N1=400*V2/V1

次级匝数=V2*N1/V1=V2*N1/4001.1性能要求1.2●安装要求■安装尺寸符合发动机上的安装要求■安装部分有足够的强度，能承受发动机长期高温、振动和冲击■安装的部位不同对线圈要求不同安装在发动机旁安装在发动机火花塞上端安装在车梁上1.2●安装要求1.3●耐高压要求（绝缘长期承受脉冲高压冲击）■内部结构设计要使电场分布合理层绕槽绕变形的层绕（笔杆式）■绝缘距离、材料耐压等级及厚度与内部电场分布相匹配■金属联接件避免尖角，使电场分布均匀1.3●耐高压要求（绝缘长期承受脉冲高压冲击）1.4●环境温度变化的要求（-40℃~125℃）■应能承受的温度

铁芯表面:150°C环氧树脂: 155°C次级线圈: 160°C

■采取措施解决各结构件膨胀系数不一致可能引起的开裂□用热塑弹性体包铁芯（TEO，TPE）□加发泡塑料或橡胶垫

垫到两种材料热应变相差最大处，如笔形铁芯的端部

■采用带填料的环氧树脂

1.4●环境温度变化的要求（-40℃~125℃）1.4续■采用无机填料增强的工程塑料■生产中，选择合理的环氧树脂的固化温度，降低内应力■外壳材料要考虑冷热冲击不开裂，兼顾耐热，模缩率，断裂伸长率等指标（内包铁芯的线圈必须选合适外壳材料）■内装点火模块用硅胶覆盖模块上的元器件1.4续■采用无机填料增强的工程塑料1.5●零部件结构的工艺性■塑料件拔模斜度、壁厚及均匀度、加强筋、圆角、镶嵌件定位的工艺孔、镶嵌件入模的引导锥、镶嵌件防拉脱防转动、避免内凹等■冷冲压件避免清角、圆角，孔，悬臂，窄槽，孔间，孔边尺寸与材料及厚度的关系、无搭边冲裁、精度等级（低于IT9）

1.5●零部件结构的工艺性1.5续■机加工件退刀槽、材料的切削性能、倒角、作为嵌件的防转防拉脱、嵌件定位处的精度1.5续■机加工件退刀槽、材料的切削性能、1.6●组装要求■初级骨架内孔中间四角加气隙垫保证组装气隙

■初级骨架与外壳、插头座与外壳、高压插座与外壳等结合处采用无密封胶的密封结构，靠塑料件紧密插接密封，提高装配效率，避免漏胶■初、次级骨架之间，骨架、外壳、插头座、高压端子等之间的结构联接，要设计准确的定位、导向，使装配快捷，位置准确，外形美观1.6●组装要求1.6续■内部电气联接方式：初级绕组与低压插座，次级绕组引线与高压引线片，高压引线片与高压端子、模块与线圈等联接及铁芯之间的联接尽可能采用点焊、激光焊、超声波焊、微电流氩弧焊、铆接、插接等，尽量避免用锡焊，以提高效率实现自动组装■线圈骨架起始端及末端的引出线能自动引出或自动挂角1.6续■内部电气联接方式：初级绕组与低压插座，次级绕1.7●其它要求■外表面状态光面雾面有一种极细发黑的雾面极易划出印记，应尽量避免■内包铁芯壳内表面应部分外露，使浇灌树脂渗入铁芯片间，避免工作噪音■标准化、通用化、系列化1.7●其它要求

2.次级线圈的结构

2.1●合理的电压分布■层绕每绕一层，垫一层绝缘纸。电压沿径向分布，用于油浸线圈和早期的干式线圈■槽绕沿轴向布置若干个槽，电压沿轴向分布到各槽中，干式线圈基本采用此种方式（图1）■层绕的变型骨架为圆柱形，在起始端按设定的程序，使漆包线逐层堆积，垒起一圆锥面，然后，以圆锥面为绕线平台，逐层沿轴向推进，即每来回绕一层，线针沿轴向行进一距离，直至完成线圈的绕制。此种方式实际上是层间不垫绝缘纸的层绕，电压沿轴向分布开（图2）2.1●合理的电压分布2.1续2.1续2.2●等绝缘强度设计按电场强度的大小确定绝缘层的厚度及绝缘距离■单头点火线圈（图3）次级骨架底部与初级绕组电位差在高压输端最大，一是加大绝缘距离（图3a)，另一方法是加绝缘材料厚度(图3b)2.2●等绝缘强度设计2.2续

■双头点火线圈

次级骨架底部与初级绕组电位差在两端高压输端最大，一是加大两端绝缘距离（图4a)，另一方法是两端加绝缘材料厚度(图4b)■笔式线圈增加绝缘强度的措施

由于笔式线圈空间小，初级及次级骨架底部都很薄，为了增加绝缘强度，在骨架上先包一层高耐温、耐压的聚酰亚胺薄膜，再绕线。2.2续■双头点火线圈2.3●过线槽的设计■过线部分的漆包线不能与槽绕组的上下层同时接触，否则，会使漆包线皮膜承受整个槽电压（图5）不经过线槽过线，从槽顶跳线是不允许的

图5c

2.3●过线槽的设计2.3续1

■过线槽的上端（绕出端）漆包线的切线方向与下端（进入端）要有足够的距离，以保证可靠过线（图5a尺寸h)■进入端槽壁有足够的刚度，不会因绕线侧压造成槽壁变形大而影响下一槽的绕线■过线槽尽量采用相邻槽中心对称分布，使内应力分布均匀，绝缘强度一致（图6）

图6

过线槽布置2.3续1■过线槽的上端（绕出端）漆包线的切线方向与下端（2.3续2

■过线槽宽度合适。过窄不好过线，过宽会造成相邻槽的漆包线靠近，降低槽间的绝缘强度（图7）图7过线槽宽，两槽间漆包线距离太近■过线槽可做成连体和断开两种形式连体形式见（图8）此形式可以减小槽壁变形

图8过线槽连体形式2.3续2■过线槽宽度合适。过窄2.4●骨架起始端、末端的设计■如果结构允许，始、末端各加一个较窄槽作为过渡槽，过渡槽只需绕5~10匝。如果结构槽不允许有过渡槽，第一槽绕满线，要避免引出线与槽绕组上下层同时接触的方法：

1。在第一槽端部开缺口

(图5c)2。在端部槽壁开引导槽图9起始端的引导槽（图9）引导槽2.4●骨架起始端、末端的设计引导槽2.4续1■引线端子基本要求绕组经引线端子与外部连接，可用标准插针，也可根据与外部不同的连接方式，做成各种冲片或其他金属件。其结构要求：便于自动绕线挂角，与引线或与外部连接牢固、可靠导通，无尖角毛刺。■引出线与引线端子连接几种结构形式

1.锡焊引出线绕在接线针上，直接用锡焊结。此方法效率低，助焊剂影响产品质量。2.4续1■引线端子基本要求2.4续22.引线端子外套铜套管，用电阻焊将引出线与端子焊接（图10）

3.用点漆包线的图10端子外套铜套管点焊专用精密逆变焊机，直接将漆包线点焊至引线片上

（图11）

铜套管2.4续22.引线端子外套铜套管，铜套管2.4续3

4.用带细齿的连接片压紧并挤破漆皮，使引出线与引线片连接（图12）

5.微电流氩弧焊

引出线绕在引线针上，用氩图12端子带细齿挤破漆皮连接

弧焊熔化引线针的端部，使

引出线与引线针熔为一体。■引线片或端子与外部的连接

1.焊接用导线和外部连接点焊接（锡焊或点焊）

2.插接插接的方法很多插入带细齿端子引出线2.4续34.用带细齿的连接片压紧并挤插入带细齿端子引2.4续4

用插头片插接（图13）

用圆杆插接(图6、图14）2.4续4用插头片插接（图13）2.5●便于树脂可靠渗透的措施在槽壁沿径向开0.2~0.3深的沟，树脂沿沟槽渗透到槽底部。此结构在槽较深时使用。（见图15）

图15

2.5●便于树脂可靠渗透的措施3.初级线圈的结构点火线圈结构设计课件3.1●初级线圈漆包线较粗，有弹性。始端和末端引线要可靠固定，避免散包。见图16。具体结构要视结构要求而定

图16c

3.1●初级线圈漆包线较粗，有弹性。始端和末端引线要可靠固定3.1续1■笔式线圈引出线卡入端部的出线槽中，可把引出线作为引线针使用，节省了零件，简化了结构。

（见图16d）

图16d