JP4333277B2

JP4333277B2 - 低騒音リアクトル及びその製造方法

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Publication number: JP4333277B2
Application number: JP2003298959A
Authority: JP
Inventors: 高人村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2005072199A

Description

本発明は、燃料電池車やハイブリッド車に搭載されるリアクトル及びその製造方法に関し、特に騒音を抑制した低騒音リアクトル及びその製造方法に関する。

一般的に、燃料電池車やハイブリッド車といった車両に用いられるリアクトルは、大電流・高電圧仕様であるため、大きな騒音が発生する傾向にある。特に、発生する周波数が概ね５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲の高周波となるため、騒音を抑制することが求められている。
このリアクトルを構成するコアは、ワニス含浸された複数の積層鋼板を、直接又はギャップスペーサを介して互いに突き当て、その突き当て面同士を固定用接着剤により接着固定することで得られることが多く、コアの積層鋼板間の電磁吸引力による振動が騒音発生の大きな原因となっている。
従って、騒音を抑制するためには、積層鋼板間の電磁吸引力による振動対策を行うことが必要である。

このような振動対策としては、例えば、特許文献１に示すようなものがある。
特許文献１では、ワニス含浸した積層鋼板の突き当て部同士の接着固定、及びコアとコイルとの固定等を、接着強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で硬度Ｈｖが５０以上の固定用接着剤にて行うことにより、騒音低減を図る技術が開示されている。

特開平０８−１１１３２２号公報

しかし、燃料電池車やハイブリッド車用のリアクトルからは、通常の民生品の騒音レベルを大幅に超えた騒音が発生されるため、前述の特許文献１に記載された技術の如く、ワニス含浸した積層鋼板の突き当て部同士の接着固定、及びコアとコイルとの固定等を行う固定用接着剤自体の接着強度を高めただけでは、要求される騒音レベルまで騒音を低減することができない。
つまり、前述の固定用接着剤の接着強度は、金属等に対しては大きいが、積層鋼板に含浸されるワニスに対してはそれほど高くない。
そして、この固定用接着剤により接着される積層鋼板の突き当て部にワニスが付着しているため、積層鋼板の突き当て部同士で大きな接着力を確保することができず、積層鋼板間の電磁吸引力による振動を効果的に抑えることが困難であった。
特に、車載環境や高電圧・大電流による作動の繰り返しといった過酷な使用環境の元では、組立当初は積層鋼板同士が強固に接着されていたとしても、経時的に接着強度が低下し、騒音の増加に繋がる。

そこで、本発明は、騒音を継続して効果的に抑制するとともに、小型化及び量産性向上をも図ることができる、車載用の低騒音リアクトル及びその製造方法を提供するものである。

上記課題を解決する本発明の低騒音リアクトル及びその製造方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、ワニス含浸された複数の積層鋼板を、直接又はギャップスペーサを介して互いに突き当て、その突き当て面同士を固定用接着剤により接着固定することでコアが構成されるリアクトルにおいて、前記積層鋼板の突き当て面における各鋼板間には段差が生じており、積層鋼板の突き当て面に付着している含浸ワニスのみを選択的に除去し、各積層鋼板の突き当て面に付着しているワニスを除去した状態で、積層鋼板の突き当て面間又は積層鋼板とギャップスペーサとの間に前記固定用接着剤を充填して硬化させて、低騒音リアクトルを構成した。
このように、金属面が露出した突き当て面同士、又は該突き当て面とギャップスペーサとを前記固定用接着剤にて接着することで、両者を強固に固定することができ、磁路を流れる磁束の変化に伴う吸引力や磁歪により、積層鋼板やギャップスペーサに応力がかかって、該積層鋼板及びギャップスペーサが振動したり、両者が接触したりすることを防止でき、騒音低減を図ることができる。
また、熱サイクルや衝撃による劣化を防止して、経時的に騒音が増加することも防ぐことができる。

また、請求項２記載の如く、前記積層鋼板の突き当て面における固定用接着剤の広がり面積が、突き当て面全体の面積の８０％以上である。
これにより、突き当て面に、固定用接着剤が略空隙なく充填されることとなり、磁束の変化に伴う吸引力や磁歪によって積層鋼板やギャップスペーサにかかる応力を、該固定用接着剤により緩和・分散して振動を抑制することができる。

また、請求項３記載の如く、複数のワニス含浸された積層鋼板を、直接又はギャップスペーサを介して互いに突き当て、その突き当て面同士を固定用接着剤により接着固定することでコアが構成されるリアクトルにおいて、前記積層鋼板の突き当て面における各鋼板間には段差が生じており、コアの組立時に、積層鋼板の突き当て面に付着している含浸ワニスのみを選択的に除去した後、積層鋼板の突き当て面間又は積層鋼板とギャップスペーサとの間に前記固定用接着剤を充填して硬化させる。
このように、含浸ワニスを除去して金属面が露出した突き当て面同士、又は該突き当て面とギャップスペーサとを前記固定用接着剤にて接着することで、両者を強固に固定することができ、磁路を流れる磁束の変化に伴う吸引力や磁歪により、積層鋼板やギャップスペーサに応力がかかって、該積層鋼板及びギャップスペーサが振動したり、両者が接触したりすることを防止でき、騒音低減を図ることができる。
また、熱サイクルや衝撃による劣化を防止して、経時的に騒音が増加することも防ぐことができる。

また、請求項４記載の如く、前記積層鋼板の突き当て面のワニス除去は、該突き当て面に研磨部材を当接し、積層鋼板の積層方向と直交する方向へ移動させることで行い、前記研磨部材は、金属ワイヤブラシにて構成され、前記金属ワイヤブラシを積層鋼板の積層方向と直交する方向に回転することで前記含浸ワニスを除去し、前記積層鋼板を、該積層鋼板の突き当て面よりも突出するチャックおよびホルダにより固定する。
これにより、研磨部材で積層鋼板を傷付けたり、各鋼板間を短絡させたりすることなく、含浸ワニスのみを選択的に除去することができ、損失の増大や発熱を防止することが可能となる。
そして、各鋼板間の短絡による損失の増大を防止することにより、車両では特に燃費の向上を図ることができる。

本発明によれば、積層鋼板及びギャップスペーサが振動したり、両者が接触したりすることを防止して、騒音低減を図ることができる。
また、熱サイクルや衝撃による劣化を防止して、経時的に騒音が増加することも防ぐことができる。
さらに、含浸ワニスの除去時には、各鋼板間の短絡による損失の増大を防止して、車両では特に燃費の向上を図ることができる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１には、本発明にかかる低騒音リアクトルのコア１を示している。コア１は、複数の積層鋼板１１の突き当て面１１ａを、平板状のギャップスペーサ１２を介して互いに突き当てて構成されている。

積層鋼板１１は、略Ｕ字形状に形成された薄板状の鋼板を多数積層して構成されている。積層鋼板１１はワニス含浸されており、積層状態の各鋼板同士は、この含浸ワニスにより接着されている。
なお、各鋼板同士の接着は、含浸ワニスのほか、エポキシ系やアクリル系の含浸接着剤にて行うことも可能である。
積層鋼板１１の突き当て面１１ａと突き当て面１１ａとの間に介装されるギャップスペーサ１２は、セラミックス、ガラス、又はガラスエポキシ基板等といった非磁性体且つ絶縁体の部材にて構成されている。

そして、積層鋼板１１の突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２とは、エポキシ系やアクリル系等の固定用接着剤にて接着固定されている。
この、突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２とを接着固定する固定用接着剤は、硬化時にショア硬度（Ｄスケール）で８０以上の硬度を有するものを用いることが望ましい。
なお、突き当て面１１ａと突き当て面１１ａとの間にギャップスペーサ１２を介装せず、該突き当て面１１ａと突き当て面１１ａとを直接突き当てて接着することも可能である。

コア１は上述のように構成されるが、図２（ａ）に示すように、ワニス含浸された積層鋼板１１の突き当て面１１ａには、そのままでは含浸ワニス１５が付着している。
この突き当て面１１ａに含浸ワニス１５が付着した状態で、突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２とを接着、又は突き当て面１１ａ同士を接着した場合、含浸ワニス１５と固定用接着剤との結合力が弱いため、接着強度は低くなる。
従って、コア１に熱サイクルや衝撃がかかると、固定用接着剤による突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２との接着部、又は突き当て面１１ａ同士の接着部が劣化又は破壊して、電磁吸引力による振動により生じる騒音の原因となる。

そこで、本発明の低騒音リアクトルでは、図２（ｂ）に示すように、積層鋼板１１の突き当て面１１ａの含浸ワニス１５を除去して金属面を露出させ、この金属面となった突き当て面１１ａと固定用接着剤とを化学結合により接着して、高い接着強度を得るようにしている。

次に、積層鋼板１１の突き当て面１１ａに付着する含浸ワニスを除去する方法について説明する。
図３、図４には、突き当て面１１ａに付着している含浸ワニスを除去するワニス除去装置２１を示している。

ワニス除去装置２１は、外周面に研磨部材である金属ワイヤブラシ２２ａを設けたローラ部材２２と、ローラ部材２２を回転駆動するモータ２３とを備えており、回転する金属ワイヤブラシ２２ａを、ホルダ２４にセットした積層鋼板１１の突き当て面１１ａに接触させることで、突き当て面１１ａに付着した含浸ワニスを除去するようにしている。

金属ワイヤブラシ２２ａは、積層鋼板１１と同等又はそれ以下の硬度を有しており、例えば黄銅〜鉄の間の硬度を有する金属ワイヤにより構成されている。
ローラ部材２２は、積層鋼板１１の積層方向（図３における上下方向）と直交する方向（図３における水平方向）に回転しており、積層される鋼板の層に沿って金属ワイヤブラシ２２ａが接触して、含浸ワニスを掻き取っていく。
なお、ローラ部材２２の回転数は、例えば１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍに設定されている。

金属ワイヤブラシ２２ａ及びローラ部材２２をこのように構成することで、積層鋼板１１を傷付けたり、各鋼板間を短絡させたりすることなく、含浸ワニスのみを選択的に除去することができ、損失の増大や発熱を防止することが可能となっている。
各鋼板間の短絡による損失の増大を防止することにより、車両では特に燃費の向上を図ることができる。

また、図５に示すように、ローラ部材２２が、積層鋼板１１の積層方向と直交する方向に回転するのに加えて、積層鋼板１１がセットされるホルダ２４が、積層鋼板１１の積層方向と直交する方向に移動可能に構成されている。
図２（ａ）に示すように、積層鋼板１１の各鋼板間には段差が生じているが、この各鋼板の層に沿って金属ワイヤブラシ２２ａが回転及び相対的に移動することで、段差部に入り込んでいる含浸ワニスを効率的に短時間で確実に除去することが可能となっている。

また、積層鋼板１１はチャック２５によりホルダ２４に固定されており、ホルダ２４における積層鋼板１１が載置される部分の先端２４ａ及びチャック２５の先端２５ａは、積層鋼板１１の突き当て面１１ａよりも、それぞれ寸法Ｄ１及び寸法Ｄ２だけ金属ワイヤブラシ２２ａ側へ突出している。

このように、ホルダ２４の先端２４ａ及びチャック２５の先端２５ａを突き当て面１１ａよりも突出させることで、含浸ワニスを除去する際に、突き当て面１１ａに当接する金属ワイヤブラシ２２ａからかかる力によって各鋼板の剥離や積層鋼板１１の変形が発生することを防止できる。
なお、前記寸法Ｄ１及び寸法Ｄ２は、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度に設定されている。

以上のように、突き当て面１１ａに付着した含浸ワニス１５を除去された複数の積層鋼板１１を、ギャップスペーサ１２を介して互いに突き当てて、該積層鋼板１１の突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２との間に固定用接着剤１６を充填して硬化させることで、図６に示すような、突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２とが強固に接着固定されたコア１が構成される。

金属面が露出した突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２とを固定用接着剤１６にて接着することで、両者を強固に固定することができ、磁路を流れる磁束の変化に伴う吸引力や磁歪により、積層鋼板１１やギャップスペーサ１２に応力がかかって、該積層鋼板１１及びギャップスペーサ１２が振動したり、両者が接触したりすることを防止でき、騒音低減を図ることができる。
また、熱サイクルや衝撃による劣化を防止して、経時的に騒音が増加することも防ぐことができる。

また、図７に示すように、固定用接着剤１６は、突き当て面１１ａ全体の面積の８０％以上の面積に広がるように塗布することが望ましく、さらには、突き当て面１１ａの全域にわたって塗布することが望ましい。
これは、以下の理由による。

つまり、固定用接着剤１６が突き当て面１１ａ全体に広がっていないと、突き当て面１１ａとギャップスペーサ１２との間に、固定用接着剤１６が塗布されていない空隙部ができる。すると、その空隙部に存在する鋼板に応力が集中して大きく変位し、その鋼板とギャップスペーサ１２とが接触することとなって、大きな騒音が生じてしまう。
しかし、固定用接着剤１６が突き当て面１１ａ全体に塗布されて空隙なく充填されていると、磁束の変化に伴う吸引力や磁歪によって積層鋼板１１やギャップスペーサ１２にかかる応力を、固定用接着剤１６により緩和・分散して振動を抑制することができる。

次に、リアクトルのコアの第二の実施形態について説明する。
図８に示すリアクトルのコア５０は、複数の積層鋼板ユニット５１を、平板状のギャップスペーサ６３を介して互いに突き当てて構成されている。

積層鋼板ユニット５１は、略Ｕ字形状に形成された薄板状の鋼板を多数積層して構成されるＵ字積層鋼板６１と、略Ｉ字形状に形成された薄板状の鋼板を多数積層して構成されるＩ字積層鋼板６２とを、平板状のギャップスペーサ６３を介して互いに突き当てて構成されている。
Ｕ字積層鋼板６１の突き当て面６１ａ及びＩ字積層鋼板６２の突き当て面６２ａは、前述のワニス除去装置２１により含浸ワニスが除去されて金属面が露出した状態となっており、該突き当て面６１ａとギャップスペーサ６３、及び突き当て面６２ａとギャップスペーサ６３とは、前記固定用接着剤１６にて接着されている。

Ｕ字積層鋼板６１とＩ字積層鋼板６２との接合部分の外周は樹脂ボビン６４により覆われている。
樹脂ボビン６４は、ギャップスペーサ６３を介して接着されたＵ字積層鋼板６１及びＩ字積層鋼板６２を金型にインサートした状態で一体樹脂成形される。

さらに、このように構成される積層鋼板ユニット５１の突き当て面５１ａとギャップスペーサ６３とを固定用接着剤１６にて接着し、複数の積層鋼板ユニット５１を接着固定することでコア５０が構成され、これによりリアクトルの磁路が形成されている。

そして、図９に示すように、Ｕ字積層鋼板６１とギャップスペーサ６３、Ｉ字積層鋼板６２とギャップスペーサ６３との間には固定用接着剤１６が充填されており、Ｕ字積層鋼板６１及びＩ字積層鋼板６２とギャップスペーサ６３とは所定の間隔ｄだけ離れた状態で固定されている。この間隔ｄは、例えば１ｍｍ以下とすることが望ましい。
このように、Ｕ字積層鋼板６１及びＩ字積層鋼板６２とギャップスペーサ６３とを、所定間隔ｄだけ離れた状態で、固定用接着剤１６により接着固定することで、該Ｕ字積層鋼板６１、Ｉ字積層鋼板６２、及びギャップスペーサ６３の変位を抑制するとともに、これらの部材にかかる応力を緩和することができ、振動を抑えて騒音を大幅に低減することが可能となっている。

特に、含浸ワニスを除去して金属面が露出した突き当て面６１ａ・６２ａとギャップスペーサ６３とを固定用接着剤１６にて接着しているので、両者を強固に固定することができ、磁路を流れる磁束の変化に伴う吸引力や磁歪により、Ｕ字積層鋼板６１及びＩ字積層鋼板６２やギャップスペーサ６３に応力がかかって、該積層鋼板６１・６２及びギャップスペーサ６２が振動したり、両者が接触したりすることを防止でき、騒音低減を図ることができる。
また、熱サイクルや衝撃による劣化を防止して、過酷な使用条件下においても経時的に騒音が増加することも防ぐことができる。

また、積層鋼板ユニット５１におけるＵ字積層鋼板６１及びＩ字積層鋼板６２とギャップスペーサ６３との接着部分に、樹脂ボビン６４を一体成形することにより、このＵ字積層鋼板６１及びＩ字積層鋼板６２とギャップスペーサ６３との突き当て固定の信頼性を向上することが可能となっている。

本発明にかかる低騒音リアクトルのコアを示す斜視図である。突き当て面に含浸ワニスが付着した積層鋼板、及び含浸ワニスが除去された積層鋼板を示す側面図である。ワニス除去装置を示す側面断面図である。ワニス除去装置のホルダ部分を示す側面断面図である。ローラ部材の回転方向及び積層鋼板の移動方向を示す斜視図である。含浸ワニスが除去された積層鋼板の突き当て面を、ギャップスペーサを介して互いに突き当て、固定用接着剤により接着雄固定して構成されたコアを示す側面図である。積層鋼板における突き当て面への固定用接着剤の広がり具合を示す正面図である。低騒音リアクトルのコアの第二の実施形態を示す平面断面図である。第二の実施形態における、突き当て面とギャップスペーサとの接着部を示す拡大平面断面図である。

符号の説明

１コア
１１積層鋼板
１１ａ突き当て面
１２ギャップスペーサ
１５含浸ワニス
１６固定用接着剤
２１ワニス除去装置２２ａ金属ワイヤブラシ

Claims

ワニス含浸された複数の積層鋼板を、直接又はギャップスペーサを介して互いに突き当て、その突き当て面同士を固定用接着剤により接着固定することでコアが構成されるリアクトルにおいて、
前記積層鋼板の突き当て面における各鋼板間には段差が生じており、
積層鋼板の突き当て面に付着している含浸ワニスのみを選択的に除去し、
各積層鋼板の突き当て面に付着しているワニスを除去した状態で、
積層鋼板の突き当て面間又は積層鋼板とギャップスペーサとの間に前記固定用接着剤を充填して硬化させたことを特徴とする低騒音リアクトル。
前記積層鋼板の突き当て面における固定用接着剤の広がり面積が、突き当て面全体の面積の８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の低騒音リアクトル。
複数のワニス含浸された積層鋼板を、直接又はギャップスペーサを介して互いに突き当て、その突き当て面同士を固定用接着剤により接着固定することでコアが構成されるリアクトルにおいて、
前記積層鋼板の突き当て面における各鋼板間には段差が生じており、
コアの組立時に、
積層鋼板の突き当て面に付着している含浸ワニスのみを選択的に除去した後、
積層鋼板の突き当て面間又は積層鋼板とギャップスペーサとの間に前記固定用接着剤を充填して硬化させることを特徴とする低騒音リアクトルの製造方法。
前記積層鋼板の突き当て面のワニス除去は、該突き当て面に研磨部材を当接し、積層鋼板の積層方向と直交する方向へ移動させることで行い、
前記研磨部材は、金属ワイヤブラシにて構成され、
前記金属ワイヤブラシを積層鋼板の積層方向と直交する方向に回転することで前記含浸ワニスを除去し、
前記積層鋼板を、該積層鋼板の突き当て面よりも突出するチャックおよびホルダにより固定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の低騒音リアクトルの製造方法。