JP2009027007A - Reactor core and reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトルコアおよびリアクトルに係り、特に、リアクトルコアを形成するコア材とギャップ板との剥離が生じ難いリアクトルコアとこれを具備するリアクトルに関するものである。 The present invention relates to a reactor core and a reactor, and more particularly, to a reactor core in which a core material forming a reactor core and a gap plate hardly peel off and a reactor including the reactor core.
リアクトルコアが複数のコア材から形成される場合には、隣接するコア材間にスペーサとなるセラミック製のギャップ板が介在し、ギャップ板とコア材とは接着剤にて接着固定されるのが一般的である。 When the reactor core is formed of a plurality of core materials, a ceramic gap plate serving as a spacer is interposed between adjacent core materials, and the gap plate and the core material are bonded and fixed with an adhesive. It is common.
ところで、上記リアクトルコアを具備するリアクトルがハイブリッド自動車等のエンジンルームに搭載される場合、かかる用途においては、その使用環境の変化によって−40℃〜150℃程度の範囲内での冷熱サイクル環境下に置かれる可能性があるために、ギャップ板が介装されるリアクトルコアにおいては、コア材とギャップ板との接着部にて剥離が生じ易いという問題がある。これは、図20で示すように従来のコア材a,aおよびギャップ板bの対向面が双方ともに平坦に成形されており、その間の接着剤c、cの厚みが必然的にどの部位においても同厚であること、リアクトルコアのうち外周部ほど冷熱サイクルの影響を受け易く、コア材a、ギャップ板b、接着剤cそれぞれの線膨張係数が異なることで熱膨張差が外周部ほど大きくなり、繰り返しの熱応力に起因して接着剤層が剥離し易くなること、がその大きな要因である。なお、接着剤層の厚みが小さいほど、該接着剤層に生じるせん断応力は大きくなる。 By the way, when the reactor including the reactor is mounted in an engine room of a hybrid vehicle or the like, in such an application, under a cold cycle environment within a range of about −40 ° C. to 150 ° C. due to a change in the use environment. Therefore, in the reactor core in which the gap plate is interposed, there is a problem that peeling is likely to occur at the bonding portion between the core material and the gap plate. As shown in FIG. 20, the opposing surfaces of the conventional core materials a and a and the gap plate b are both formed flat, and the thickness of the adhesives c and c between them is inevitably at any part. It is the same thickness, and the outer peripheral portion of the reactor core is more susceptible to the thermal cycle, and the difference in thermal expansion between the core material a, the gap plate b, and the adhesive c is greater at the outer peripheral portion. The major factor is that the adhesive layer is easily peeled off due to repeated thermal stress. In addition, the shear stress which arises in this adhesive bond layer becomes large, so that the thickness of an adhesive bond layer is small.
したがって、接着剤層の厚みを大きくすることで冷熱サイクルに対する耐久性を高めることができるが、その一方で、今度は、剛性の低い接着剤層が厚くなることでリアクトルコア自体の静的強度(剛性)が低下してしまうことになる。 Therefore, by increasing the thickness of the adhesive layer, it is possible to increase the durability against the thermal cycle. On the other hand, the thickness of the adhesive layer having low rigidity is increased to increase the static strength of the reactor core itself ( (Rigidity) will be reduced.
ところで、上記する接着部の剥離を効果的に抑止すべく、接着剤の広がり面積や接着剤厚を十分に確保することを可能としたリアクトルコアが特許文献1に開示されている。具体的には、コア材間にギャップスペーサを介在させる構造において、このギャップスペーサのコア材との接着面に該コア材に当接する突起部を形成しておき、この突起部にて画成された空隙に固定用接着剤を充填することにより、コア材の全面に亘り、所定の厚み寸法が確保された接着剤層を形成するものである。
By the way,
特許文献1に開示のリアクトルコアによれば、所定厚の接着剤層をコア材端面の全域に亘って形成することが可能となる。しかし、上記する課題、すなわち、最も剥離が顕著となるリアクトルコアの外周部における剥離を効果的に抑止するには至らない。
According to the reactor disclosed in
また、当該接着部ではコア材端部から外方へ磁束が漏れる、いわゆる漏れ磁束を如何に低減するかも重要な課題の一つとなっている。この漏れ磁束がその外周に形成されたコイルに鎖交することでコイルの発熱を招来したり、いわゆるEMI障害(装置の正常な働きを阻害する電磁的ノイズや妨害作用)を招来するといった問題の原因となる。 In addition, how to reduce the so-called leakage magnetic flux, in which the magnetic flux leaks outward from the end of the core material, is an important issue. The leakage magnetic flux interlinks with the coil formed on the outer periphery of the coil, which leads to heat generation of the coil, or so-called EMI failure (electromagnetic noise or interference that hinders the normal functioning of the device). Cause.
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、コア材とギャップ板との接着部における熱応力を低減することによって当該箇所における剥離を抑止でき、かつ、この接着部にて生じ得る漏れ磁束を効果的に抑止することのできるリアクトルコアと該リアクトルコアを具備するリアクトルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and can reduce peeling at the portion by reducing the thermal stress at the bonding portion between the core material and the gap plate, and can occur at the bonding portion. An object of the present invention is to provide a reactor core capable of effectively suppressing leakage magnetic flux and a reactor including the reactor core.
前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトルコアは、複数の磁性を有するコア材と、隣接するコア材の間に介装される非磁性を有するギャップ板と、から形成され、コア材の対向面とギャップ板の対向面が接着剤層を介して固定されるリアクトルコアにおいて、前記コア材は、その前記対向面の断面積が該コア材の他の部位の断面積に比して小寸法に成形されており、前記ギャップ板は、その前記対向面の断面積が前記コア材の対向面の断面積と略同一の寸法にて成形されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a reactor core according to the present invention is formed of a plurality of magnetic core materials and a non-magnetic gap plate interposed between adjacent core materials. In the reactor core in which the opposing surface of the surface and the gap plate is fixed via an adhesive layer, the core material has a smaller cross-sectional area of the opposing surface than the cross-sectional area of other portions of the core material The gap plate is characterized in that the cross-sectional area of the facing surface is formed with substantially the same dimension as the cross-sectional area of the facing surface of the core material.
本発明者等は、コア材とギャップ板との接着部、とくにその端部(外周側)での熱応力を効果的に低減させる方策として、コア材のギャップ板への対向面の断面積を該コア材の他の部位の断面積に比して小寸法に成形するとともに、ギャップ板のコア材への対向面の断面積もコア材の対向面の断面積と略同一の寸法にて成形し、これらを接着剤層を介して接続することで熱応力を効果的に低減できるとともに、漏れ磁束も効果的に抑止できることを見出した。 As a measure for effectively reducing the thermal stress at the bonded portion between the core material and the gap plate, particularly the end portion (outer peripheral side), the present inventors have determined the cross-sectional area of the facing surface of the core material to the gap plate. The cross-sectional area of the other part of the core material is formed to be smaller than the cross-sectional area of the gap plate, and the cross-sectional area of the gap plate facing the core material is also formed with the same dimension as the cross-sectional area of the facing surface of the core material And it discovered that a thermal stress could be reduced effectively by connecting these through an adhesive bond layer, and a magnetic flux leakage could also be controlled effectively.
ここで、リアクトルコアの一実施の形態として、2つのU型コアを間隔を置いて対向配置させ、その間に複数の矩形コア(またはI型コア)を配設し、U型コアとI型コアの間、およびI型コア同士の間には、アルミナ(Al2O3)やジルコニア(ZrO2)などのセラミックで成形されたギャップ板が介装され、コア材とギャップ板とは耐熱性の高いエポキシ樹脂系接着剤等にて接着固定されることでリアクトルコアが形成される。 Here, as one embodiment of the reactor core, two U-shaped cores are arranged to face each other with a space therebetween, and a plurality of rectangular cores (or I-shaped cores) are disposed between the U-shaped core and the I-shaped core. And a gap plate formed of ceramic such as alumina (Al 2 O 3 ) or zirconia (ZrO 2 ) is interposed between the I-type cores, and the core material and the gap plate are heat resistant. Reactors are formed by bonding and fixing with a high epoxy resin adhesive or the like.
コア材は軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心や電磁鋼板を積層してなる積層鋼板から形成されるが、本発明では特に成形性の観点から圧粉磁心によって成形されるのが好ましい。軟磁性金属粉末としては、例えば、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金を使用でき、かかる合金表面にシリコン樹脂等からなる絶縁被膜が形成されて軟磁性粉末が生成される。 The core material is formed from a powder magnetic core formed by pressing soft magnetic powder or a laminated steel plate formed by laminating electromagnetic steel sheets. In the present invention, the core material is formed from a powder magnetic core particularly from the viewpoint of formability. preferable. Examples of the soft magnetic metal powder include iron, iron-silicon alloy, iron-nitrogen alloy, iron-nickel alloy, iron-carbon alloy, iron-boron alloy, iron-cobalt alloy, iron-phosphorus. An alloy-based alloy, an iron-nickel-cobalt-based alloy, and an iron-aluminum-silicon-based alloy can be used, and an insulating coating made of a silicon resin or the like is formed on the surface of the alloy to produce a soft magnetic powder.
コア材のギャップ板への対向面の断面積を該コア材の他の部位の断面積に比して小寸法に成形する形態として、その一つは、その端部が段状に成形されていてその対向面の断面積が他の部位の断面積に比して小寸法となっているものを挙げることができ、他の一つは、その端部が切頭角錐状もしくは切頭円錐状のいずれか一つの形状に成形されていてその対向面の断面積が他の部位の断面積に比して小寸法となっているものを挙げることができる。前者の場合には、たとえば1段または2段状の多段に成形することができる。 As a form in which the cross-sectional area of the surface facing the gap plate of the core material is formed to be smaller than the cross-sectional area of the other part of the core material, one of them is that the end is formed in a step shape. The cross-sectional area of the opposite surface is smaller than the cross-sectional area of other parts, and the other is that the end is a truncated pyramid or truncated cone And the cross-sectional area of the facing surface is smaller than the cross-sectional area of the other part. In the former case, for example, it can be formed in one or two stages.
また、接着剤層の形態として、ギャップ板の両側の2つの接着剤層(たとえば第1の接着剤層)の端部同士が、該ギャップ板の端部を跨ぐ第2の接着剤層にて繋がっており、該接着剤層の外面がコア材の外面から落ち込んでいる、もしくはコア材の外面と略面一である形態を挙げることできる。 Further, as a form of the adhesive layer, the end portions of the two adhesive layers (for example, the first adhesive layer) on both sides of the gap plate are the second adhesive layer straddling the end portions of the gap plate. It is connected and the outer surface of this adhesive bond layer has fallen from the outer surface of the core material, or the form which is substantially flush with the outer surface of a core material can be mentioned.
また、接着剤層の他の形態として、ギャップ板の両側の2つの接着剤層の端部同士が、該ギャップ板の端部をフィレット状に跨ぐ接着剤にて繋がっており、該フィレット状の頂面部がコア材の外面から落ち込んでいる、もしくはコア材の外面と略面一である形態を挙げることができる。ここで、フィレット状とは、ドーム状や湾曲状を意味している。 As another form of the adhesive layer, the ends of the two adhesive layers on both sides of the gap plate are connected by an adhesive straddling the end of the gap plate in a fillet shape, The form which the top surface part has fallen from the outer surface of the core material, or is substantially flush with the outer surface of the core material can be mentioned. Here, the fillet shape means a dome shape or a curved shape.
上記するリアクトルコアを用い、コアの外周にコイルを形成してなるリアクトルとすることで、特に磁性コア材とギャップ板との接着部端部の熱応力を低減することができ、もって該接着部における剥離を効果的に抑止することに繋がる。さらに、接続部を上記構成とすることで漏れ磁束が効果的に抑止できることも実証されている。したがって、本リアクトルは、高い冷熱耐久性(特にコア材接着部の端部の剥離のし難さ)が要求されるハイブリッド車に特に好適である。 By using the reactor described above and forming a reactor in which a coil is formed on the outer periphery of the core, it is possible to particularly reduce the thermal stress at the end of the bonded portion between the magnetic core material and the gap plate. This effectively leads to the prevention of peeling. Furthermore, it has been proved that leakage magnetic flux can be effectively suppressed by adopting the above-described configuration of the connecting portion. Therefore, the present reactor is particularly suitable for a hybrid vehicle that requires high cooling durability (particularly difficulty in peeling off the end of the core material bonding portion).
以上の説明から理解できるように、本発明のリアクトルコアによれば、コア材の端部を段状に成形するなどの極めて簡易な構造によって、コア材とギャップ板との接着部における熱応力の低減と漏れ磁束の抑止の双方を実現することができる。 As can be understood from the above description, according to the reactor of the present invention, the thermal stress at the bonded portion between the core material and the gap plate can be reduced by an extremely simple structure such as forming the end portion of the core material in a step shape. Both reduction and suppression of leakage flux can be realized.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明のリアクトルコアを構成するI型コアの一実施の形態の斜視図であり、図2は図1のI型コアとギャップ板との接着部の斜視図であり、図3は図2の接着部の縦断面図である。図4は本発明のリアクトルコアを構成するI型コアの他の実施の形態の斜視図であり、図5は本発明のリアクトルコアを構成するI型コアのさらに他の実施の形態の斜視図であり、図6は図5のI型コアとギャップ板との接着部の縦断面図である。図7aは図2の接着部を有し、この外周に樹脂モールドが形成された実施例の縦断面図であり、図7bは比較例の縦断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of an I-type core constituting a reactor core according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an adhesive portion between the I-type core of FIG. 1 and a gap plate, and FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the adhesion part of FIG. FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of the I-type core constituting the reactor core of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view of still another embodiment of the I-type core constituting the reactor core of the present invention. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a bonding portion between the I-type core and the gap plate of FIG. FIG. 7 a is a longitudinal sectional view of an example having the adhesive portion of FIG. 2 and a resin mold formed on the outer periphery thereof, and FIG. 7 b is a longitudinal sectional view of a comparative example.
図1は、本発明のリアクトルコアを構成する磁性を有するI型コア1を示している。このI型コア1は、磁性粉末を加圧成形し、必要に応じて焼鈍処理して製造されるものであり、それが不図示のギャップ板と接着剤を介して接着される接着面11の上下端には1段の段差部12が形成されている。なお、I型コア1の接着面11と反対側の面が接着面となる場合にはこの面の上下端にも同様の段差部が形成される。
FIG. 1 shows an I-
図2は図1で示すI型コア1を2つ用意し、これを対向配置させてその間にギャップ板2を介装させ、双方を接着剤層3を介して接着固定した状態を示している。
FIG. 2 shows a state in which two I-
同図において、ギャップ板2とI型コア1の接着面11の間の2つの接着剤層3,3は、当該ギャップ板2を跨ぐ接着剤のフィレット端部3aにて繋がれている。また、この縦断面図である図3より、このフィレット端部3aの頂部はI型コア1の上端面または下端面よりも上下に突出しないレベルに調整されており、I型コア1の上下面と面一か、もしくは当該上下面よりも内側に落ち込んだレベルに調整されている。
In the figure, two
図4はI型コアの他の実施の形態を示している。このI型コア1Aは、I型コア1において段差部が上下端に形成されていたのに対して無端の段差部13としたものであり、4つの端辺のすべてにおいて段差部を形成したものである。I型コア1,1Aのいずれにおいても、接着面11はコアの他の部位に比して小断面に成形されており、ギャップ板に対向するコア接着面の端部のすべてもしくは一部に段差部が形成されるものである。冷熱サイクルによって接着面の剥離が生じ易いコア端部にこの段差部を設けることで、段差部を具備しない従来のコアに比して、コア接着面における発生せん断応力を低減することができる。さらに、段差部を設けることにより、コア端部からの漏れ磁束を効果的に低減することができ、漏れ磁束とコイルとの鎖交面積の低減によってコイル発熱の低減を図ることができる。また、ギャップ板両側の接着剤層同士を当該ギャップ板端部の接着剤のフィレット端部で繋ぐ構造とすることにより、上記段差部のみを設けた場合よりも、発生せん断応力の低減効果や漏れ磁束低減効果は一層顕著となることも実証されている。
FIG. 4 shows another embodiment of the I-type core. The I-
さらに図5はI型コアのさらに他の実施の形態を示したものである。このI型コア1Bは、段差部を形成する代わりに相対的に小断面の接着面11に向かって4つの端辺からテーパー部14が形成され、接着面11に向かう形状が切頭角錐状のコアである。このコアもI型コア1,1Aと同様にコア端部が削り取られていることにより、上記する接着面における発生せん断応力の低減効果、および漏れ磁束の低減効果を期待することができる。
FIG. 5 shows still another embodiment of the I-type core. In this I-
なお、図5で示すコア形態のほかにも、接着面11に向かう形状が切頭円錐状のI型コアとすることもできる。
In addition to the core form shown in FIG. 5, an I-type core having a truncated conical shape toward the
図6は、図5で示す2つのI型コア1B、1Bを対向させてその間にギャップ板2を介在させ、双方を図3と同様にフィレット端部3aを有する接着剤層3で接着させた接合部の構造を示している。
6, the two I-
また、図7aは段差部を有する上記I型コア1,1’(両接着面に段差を有するコア)とギャップ板2、およびこれらを繋ぐ接着剤層3の外周にポッティング樹脂からなる樹脂モールド体4が形成されたリアクトルコアの一部を示している。一方、これと比較するための従来構造(従来のI型コアを有する)を図7bに示しており、I型コアa,a間のギャップ板bが接着剤層cによって接着されている。
FIG. 7a shows a resin mold body made of potting resin on the outer periphery of the I-
図7a,bから分かるように、コア端部に段差部の無い従来コアでは、接着剤層を繋ぐフィレット端部c1を設けてしまうと、その部分の樹脂モールド体dの厚みが薄くなってしまい、この樹脂モールド体にクラックが生じ易くなり、これが外部からの水の浸入を許容することでショートし易くなってしまう。 As can be seen from FIGS. 7a and 7b, in the conventional core having no step at the core end, if the fillet end c1 that connects the adhesive layers is provided, the thickness of the resin mold body d at that portion becomes thin. In addition, cracks are likely to occur in the resin mold body, and this can easily cause a short circuit by allowing entry of water from the outside.
以上、複数のI型コアの形態とその効果を記載したが、図示を省略するU型コアもI型コアとの接着面は段差部を設ける等の同様の加工がおこなわれる。これらU型コアとI型コアを用意し、不図示のリアクトルコアを形成するものである。具体的には、2つのU型コアと、その間に間隔を置いて配設される複数のI型コアと、U型コアとI型コアとの間および2つのI型コア間に介装されるギャップ板と、ギャップ板とコアとを接着するフィレット端部を有する接着剤層と、からリアクトルコアが構成され、全体として平面視が横長円環状に形成されるものである。この円環方向に磁気回路が形成される。 As mentioned above, although the form of several I type cores and the effect were described, the U-core which abbreviate | omits illustration performs the same process of providing a level | step-difference part, etc. on the adhesive surface with an I type core. These U-type core and I-type core are prepared to form a reactor core (not shown). Specifically, two U-type cores, a plurality of I-type cores arranged with a space therebetween, and between the U-type core and the I-type core and between the two I-type cores. A reactor plate is formed from a gap plate and an adhesive layer having a fillet end portion for bonding the gap plate and the core, and the plan view is formed in a horizontally long annular shape as a whole. A magnetic circuit is formed in the annular direction.
なお、U型コア、I型コアはともに軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から成形される。また、ギャップ板はアルミナ(Al2O3)などの非磁性素材のセラミックで成形される。さらに接着剤層はエポキシ樹脂系接着剤等にて形成される。 Both the U-shaped core and the I-shaped core are formed from a powder magnetic core formed by press-molding soft magnetic powder. The gap plate is formed of a nonmagnetic material ceramic such as alumina (Al 2 O 3 ). Further, the adhesive layer is formed of an epoxy resin adhesive or the like.
このリアクトルコアの長手方向の直線区間に導線が巻装されてなるコイルが形成されて不図示のリアクトルが構成される。このリアクトルは、例えばハイブリッド車等の車両に搭載される電力変換装置を構成する。 A coil in which a conducting wire is wound is formed in a straight section in the longitudinal direction of the reactor core to form a reactor (not shown). This reactor comprises the power converter device mounted in vehicles, such as a hybrid vehicle, for example.
[コア端部に段差部を設けて接着剤のフィレット端部を設けた実施例と、従来構造の比較例の熱応力解析とその結果]
本発明者等は、図3で示す段差部を有するコアとギャップ板とをフィレット端部を有する接着剤層にて接着してなる構造の3次元FEM解析モデルを作成して実施例とし、従来のコアに段差部が無く、接着剤層にフィレット端部の無い構造の解析モデルを比較例とし、双方の解析モデルを使用してFEM熱応力解析を実行した。
[Thermal stress analysis and results of an example in which a step is provided at the core end and an adhesive fillet end is provided, and a comparative example of a conventional structure]
The present inventors made a three-dimensional FEM analysis model having a structure in which a core having a stepped portion and a gap plate shown in FIG. FEM thermal stress analysis was performed using both analysis models, with an analysis model having a structure in which the core has no step and the adhesive layer has no fillet end as a comparative example.
ここで、本実施例で使用したエポキシ系接着剤の接着剤層の強度の温度依存性を図8および下記表1に示す。また、熱応力解析において設定した材料物性値を表2に示す。さらに、解析モデルの概要を図9に示す。図9において、全体モデルMは、コア解析モデルM1、ギャップ板解析モデルM2、接着剤層解析モデルM3から構成されている。 Here, the temperature dependency of the strength of the adhesive layer of the epoxy adhesive used in this example is shown in FIG. Table 2 shows the material property values set in the thermal stress analysis. Further, an outline of the analysis model is shown in FIG. In FIG. 9, the overall model M is composed of a core analysis model M1, a gap plate analysis model M2, and an adhesive layer analysis model M3.
上記接着剤強度の温度依存性に関する結果は、アルミニウム(A2024P)で1.6×25×100mmの試験片を用意し、この試験片の接着面積を12.5×25mm2とし、接着剤層の厚みを0.1mmとし、硬化条件として120℃雰囲気で60分置き、各温度環境下に置いて、引張り速度:5mm/分で引張り試験を実行した結果である。 As a result of the temperature dependency of the adhesive strength, a test piece of 1.6 × 25 × 100 mm was prepared with aluminum (A2024P), and the adhesive area of the test piece was set to 12.5 × 25 mm 2 . It is the result of setting the thickness to 0.1 mm, setting the curing condition in a 120 ° C. atmosphere for 60 minutes, placing each temperature environment, and performing a tensile test at a pulling speed of 5 mm / min.
また、図9の解析モデル図において、接着剤層の厚み:δは0.05mmとしている。
図9で示す1つのコアに関する解析モデルを組み合わせて図10に示す解析モデルとし、図3の接合部構造の解析モデルを作成した。なお、この解析における接着剤の端部形状はモデル作成の関係からフィレット状とせず、断面を横長の矩形状としている。
In the analysis model diagram of FIG. 9, the thickness of the adhesive layer: δ is 0.05 mm.
The analysis model for one core shown in FIG. 9 was combined into the analysis model shown in FIG. 10, and the analysis model for the joint structure shown in FIG. 3 was created. Note that the end shape of the adhesive in this analysis is not a fillet shape because of the model creation, and the cross section is a horizontally long rectangular shape.
同図中、段差部の幅:b、接着剤端部の厚み:t、段差部の厚み:dを多様に変化させて種々の解析モデルを作成し、これらのファクターが熱応力結果に与える影響を検証した。この各種解析モデルの接合部の概要を図11a〜gに図示している。なお、各解析モデルの拘束条件は6自由度ともフリー拘束とした。 In the figure, various analysis models are created by varying the width of the stepped portion: b, the thickness of the adhesive end portion: t, and the thickness of the stepped portion: d, and the influence of these factors on the thermal stress results. Verified. Outlines of the joints of these various analysis models are shown in FIGS. In addition, the constraint conditions of each analysis model were set to free constraints with 6 degrees of freedom.
各解析モデルの熱応力解析結果であって、−40℃の条件における、接着剤のYZ方向のせん断応力結果を図12a〜gに示している。また、図13は、解析モデルの右側面のFEM解析結果を拡大してより詳細に示したものである。なお、図中のせん断力のMAXの値、およびMINの値の各絶対値が小さいほど、接着面にて発生するせん断応力が小さくなることを意味しており、したがって応力低減効果が大きいことを意味する。 12A to 12G show the thermal stress analysis results of the respective analysis models, and the shear stress results in the YZ direction of the adhesive under the condition of −40 ° C. FIG. 13 is an enlarged view showing the FEM analysis result on the right side of the analysis model in more detail. In addition, it means that the smaller the absolute value of the MAX value of the shearing force and the MIN value in the figure, the smaller the shear stress generated on the bonding surface, and thus the greater the stress reduction effect. means.
同図において、たとえば図13a,d、または図13b,d、または図13c、fのそれぞれを比較する。これらの組合せはともに段差部の幅:bが同じ条件の場合であって、接着剤端部の厚み:tが2倍(または0.5倍)の関係である。 In FIG. 13, for example, FIG. 13a, d, FIG. 13b, d, or FIG. Both of these combinations are in the case where the width of the stepped portion: b is the same, and the thickness of the adhesive end portion: t is doubled (or 0.5 times).
これらの組合せごとの解析結果を比較すると、段差部の幅:bが同じ条件の場合には、接着剤端部の厚み:tが変化してもせん断強度の相違は殆ど生じないことが分かる。 Comparing the analysis results for each combination, it can be seen that when the width of the stepped portion: b is the same, the difference in shear strength hardly occurs even if the thickness of the adhesive end portion: t changes.
次に、図13a,b,c、または図13d、e、fのそれぞれを比較する。これらの組合せはともに接着剤端部の厚み:tが同じ条件の場合であって、段差部の幅:bがたとえば、図13aに対して図13bは2倍、図13cは3倍となっている。 Next, each of FIG. 13a, b, c or FIG. 13d, e, f is compared. In both of these combinations, the thickness of the adhesive end portion: t is the same, and the width of the stepped portion: b is, for example, twice in FIG. 13b and three times in FIG. 13c. Yes.
比較すると、段差部の幅:bが大きくなるほど発生するせん断応力が小さくなり、より剥離の生じ難い接合部の構造が得られることが分かる。但し、段差部の幅:bが大きくなり過ぎると、今度はリアクトルコア全体の剛性を低下させることになるため、これらを勘案して最適な段差部の幅を設定するのがよい。 By comparison, it can be seen that the greater the width of the stepped portion, b, the smaller the shearing stress that is generated, resulting in a bonded structure that is less prone to peeling. However, if the width of the stepped portion “b” becomes too large, the rigidity of the entire reactor core will be reduced this time. Therefore, the optimum width of the stepped portion should be set in consideration of these factors.
図14は、150℃の条件における解析結果であって−40℃の場合の図13に対応した図である。 FIG. 14 is an analysis result under the condition of 150 ° C. and corresponds to FIG. 13 in the case of −40 ° C.
同図より、150℃温度環境下においても、生じるせん断応力の値は相違するものの、その傾向、すなわち、段差部の幅:bが同じ条件の場合には接着剤端部の厚み:tが変化してもせん断強度の相違は殆ど生じないこと、および、段差部の幅:bが大きくなるほど発生するせん断応力が小さくなること、といった結論は同様である。 From the figure, although the value of the generated shear stress is different even under a temperature environment of 150 ° C., the tendency, that is, the thickness of the adhesive end portion: t changes when the width of the stepped portion: b is the same. Even so, the conclusion that the difference in shear strength hardly occurs and that the generated shear stress decreases as the width b of the stepped portion increases is the same.
[コアの段差形状が磁気特性に与える影響を検証するための磁場解析とその結果]
本発明者等は、既述する解析により、接合部の構造、特にコア端部に段差を設けること、およびこの段差部に接着剤層の繋ぎ部を設けること、によって熱応力が低減することを実証した。ここでは、コア端部に設けた段差部(の形状変化)がリアクトルコアの磁気特性(インダクタンス)に与える影響と、漏れ磁束の程度を解析にて検証するものである。
[Magnetic field analysis and results to verify the effect of core step shape on magnetic properties]
Based on the analysis described above, the present inventors have found that the thermal stress is reduced by providing a step at the end of the core, particularly by providing a step at the end of the core, and providing a connecting portion of the adhesive layer at the step. Demonstrated. Here, the effect of the stepped portion (change in shape) provided at the end of the core on the magnetic characteristics (inductance) of the reactor core and the degree of leakage flux are verified by analysis.
ここで、解析モデルを構成するコア材はFe−3%Siの磁性粉末から成形されるものとし、この磁界と磁束密度の関係は図15で示すものである。 Here, the core material constituting the analysis model is formed from magnetic powder of Fe-3% Si, and the relationship between the magnetic field and the magnetic flux density is shown in FIG.
図16は、U型コア、I型コア、コイルからなるリアクトルコアの3次元解析モデルを示している。ここで、各モデルのメッシュサイズは、I型コア、U型コアともに1mm、コイルは2mm、空気1は5mm、空気2は20mmとし、ギャップ長は2.1mm、コイルのターン数は70ターンとしている。
FIG. 16 shows a three-dimensional analysis model of a reactor core composed of a U-shaped core, an I-shaped core, and a coil. Here, the mesh size of each model is 1 mm for both the I-type core and U-type core, the coil is 2 mm, the
さらに、コア端部の段差部の形状は、図17a〜fまで種々変化させて各モデルを作成し、実施例モデルとした。なお、図17gは従来の段差部の無いコア構造モデルを示しており、図17hは従来構造であるが、端部に段差部ではなく、R加工(面取り)したコア構造として比較例モデルとした。 Further, the shape of the stepped portion at the core end was variously changed from that shown in FIGS. FIG. 17g shows a conventional core structure model without a stepped portion, and FIG. 17h shows a conventional structure, but a comparative example model is used as an R-processed (chamfered) core structure instead of a stepped portion at the end. .
各モデルにおける磁場解析結果を図18a〜eに示している。なお、図18aは図17a、dの解析結果を、図18bは図17b、eの解析結果を、図18cは図17c、fの解析結果を、図18dは図17gの解析結果を、図18eは図17hの解析結果をそれぞれ示しており、いずれも磁束密度分布を図示している。 The magnetic field analysis results in each model are shown in FIGS. 18a shows the analysis results of FIGS. 17a and 17d, FIG. 18b shows the analysis results of FIGS. 17b and e, FIG. 18c shows the analysis results of FIGS. 17c and f, FIG. 18d shows the analysis results of FIG. FIG. 17 shows the analysis results of FIG. 17h, and both show the magnetic flux density distribution.
同図より、コイルに鎖交している磁束に関し、比較例モデルの解析結果に比して各実施例モデルの解析結果では、より低い磁束領域がコイルと鎖交していることが分かる。このことは、コア端部に段差部を設けることにより、コア間を流れる漏れ磁束の漏れの出発点がコイルの反対側に遠ざかることで、漏れ磁束のルートの最頂部がコイルの反対側に引き寄せられ、結果として低い磁束領域がコイルと鎖交することになるためであると結論付けることができる。この結果より、コア端部に段差部を設けることでコイルに鎖交する磁束密度は小さくなり、よってコイル発熱量を低減することができる。また、漏れ磁束自体も低減されることで損失低減にも繋がる。 From the same figure, it can be seen that the magnetic flux interlinked with the coil has a lower magnetic flux region interlinked with the coil in the analysis result of each example model compared to the analysis result of the comparative example model. This is because by providing a step at the end of the core, the leakage flux starting point moves away to the opposite side of the coil, so that the top of the leakage flux route is drawn to the opposite side of the coil. As a result, it can be concluded that the low magnetic flux region is linked to the coil. From this result, the magnetic flux density linked to the coil is reduced by providing the step portion at the end of the core, so that the amount of heat generated by the coil can be reduced. Further, the leakage magnetic flux itself is reduced, which leads to a reduction in loss.
図19は、各実施例および各比較例の電流(重畳電流)とインダクタンスの関係を示した解析結果である。 FIG. 19 is an analysis result showing the relationship between the current (superimposed current) and the inductance of each example and each comparative example.
たとえばハイブリッド自動車においては、現在の重畳電流範囲として0〜200(A)程度の範囲が対象となっている。 For example, in a hybrid vehicle, the range of about 0 to 200 (A) is targeted as the current superimposed current range.
同図より、コア材端部に段差を設けることで従来構造に比してインダクタンスは低減するものの、0A時の規格値、161Aの規格値の双方を満足するものであり、何ら問題のないインダクタンスの低下で収まっている。 Although the inductance is reduced by providing a step at the end of the core material as compared with the conventional structure, both the standard value at 0A and the standard value at 161A are satisfied, and there is no problem. It is settled by decline.
その一方で、たとえば−40℃の低温環境時における接着剤層の熱応力(せん断応力)は段差部の幅によって変化するものの、74〜78%程度まで低減することとなり、したがって、コア端部に段差部を設けることにより、インダクタンス特性をほとんど低下させることなく、熱応力を効果的に低減することが可能となる。 On the other hand, for example, the thermal stress (shear stress) of the adhesive layer in a low temperature environment of −40 ° C. varies depending on the width of the stepped portion, but is reduced to about 74 to 78%. By providing the stepped portion, it is possible to effectively reduce the thermal stress without substantially reducing the inductance characteristics.
上記するように、本発明の構成の磁性コア、およびこの磁性コアと接着剤層およびギャップ板との接合部の構造を適用したリアクトルコアは、その接着部の耐剥離性が格段に向上することから、厳しい冷熱サイクル環境で使用される昨今のハイブリッド自動車等への適用に好適である。 As described above, the reactor core to which the structure of the magnetic core according to the present invention and the joint portion between the magnetic core, the adhesive layer, and the gap plate are applied has a markedly improved peel resistance at the bonded portion. Therefore, it is suitable for application to a recent hybrid vehicle or the like used in a severe heat cycle environment.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
1,1’,1A,1B…I型コア、11…接着面、12…段差部、13…無端の段差部、14…テーパー部、2…ギャップ板、3…接着剤層、3a…フィレット端部、4…樹脂モールド体、M…解析モデル、M1…コア解析モデル、M2…ギャップ板解析モデル、M3…接着剤層解析モデル
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記コア材は、その前記対向面の断面積が該コア材の他の部位の断面積に比して小寸法に成形されており、
前記ギャップ板は、その前記対向面の断面積が前記コア材の対向面の断面積と略同一の寸法にて成形されている、リアクトルコア。 A core material having a plurality of magnets and a non-magnetic gap plate interposed between adjacent core materials, the opposing surface of the core material and the opposing surface of the gap plate being interposed via an adhesive layer In the fixed Reach Turkey,
The core material has a cross-sectional area of the facing surface that is formed in a smaller dimension than a cross-sectional area of the other part of the core material,
The gap plate is a reactor core in which the cross-sectional area of the facing surface is formed with the same dimension as the cross-sectional area of the facing surface of the core material.
A reactor in which a coil is formed on the reactor core according to any one of claims 1 to 4, and an outer periphery thereof is resin-molded.
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