JP2014512169A - 電気モーターのための可撓性巻線および製造方法 - Google Patents

Abstract

ブラシレス回転モーターのための可撓性巻線は、フレキシブル基板を備える。第１の巻線回路が、その基板の第１側面に設けられる。フレキシブル基板は、第１の巻線回路が回転モーターのような電気機械に適した巻線を形成するように、略円筒形状に巻かれている。
【選択図】図２

Description

〈関連出願の参照〉
この出願は２０１１年４月１１日に出願されたアメリカ合衆国仮出願番号６１／４７４，１４１に基づく優先権を主張し、その開示内容は本明細書に援用される。

本発明は、電気機械の分野に関し、特に、電気機械において使用されるための巻線に関する。

本発明の実施形態に係る装置は、永久磁石回転子磁界（permanent magnet rotor magnetic field）と、固定子バックアイアン構造（stator back-iron structure）を備えた３相エアギャップ巻線（3-phase air gap winding）によって固定子磁界が生み出される電磁石固定子磁界（electromagnet stator magnetic field）とを有するスロットレスブラシレスモーターとして実施することができる。巻線は、平たい可撓性のプリント回路に配置され、それは複数相が１２０°で区切られるように円筒に巻かれる。３相の巻線は等価磁界（equivalent magnetic field）において半径方向に全て配置されるわけではないので、３相にわたって一貫したトルクを生み出すために、各相のコイルにおける巻き数は異なっていてもよい。例となる実施形態では、２つの回路が、フレックス（２層フレックス）の両側面の銅コイルをもって、巻線の中の巻き数を増加させるために使用される。したがって、相ごとに４つの銅コイル構造が存在する。

発明の本質および目的をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照されたい。
図１は、本発明の一実施形態に係る、円筒形状に形成する前の、可撓性巻線を示す。 図２は、略円筒形状に巻かれた図１の可撓性巻線を示す。 図３は、本発明の一実施形態に係る例となる３相２層可撓性巻線の回路図を示す。 図４は、本発明の一実施形態に係る電気機械の分解図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る方法のフローチャートである。

本発明は、ブラシレス回転モーターのための可撓性巻線１０として実施することができる（例えば図１参照）。可撓性巻線１０は、フレキシブル基板１２を備える。フレキシブル基板１２は、例えばポリイミドとすることができる。第１の巻線回路１４は、基板１２の第１側面１６に配置される。第１の巻線回路１４は、丸められた矩形状の螺旋（例えば図３参照）、面取りされた隅を有する矩形状の螺旋、または電気機械の巻線機能を達成するために選ばれた他の形状として構成することができる。第２側面の巻線回路１８（例えば図３参照）が、基板１２の第２側面２０上に配置されてもよい。第２側面の巻線回路１８は、巻線機能を高めるために第１の巻線回路１４と電気的に協働するように構成することができる。第１の巻線回路１４および第２側面の巻線回路１８は、フレキシブル基板１２のビアの中に配置された導体（不図示）を介して、電気的に接続することができる。

フレキシブル基板１２は、第１の巻線回路１４が、例えば回転モーターといった電気機械に適した巻線を形成するように、円筒形状（例えば図２参照）に巻かれる。

可撓性巻線１０は、フレキシブル基板１２の第１側面１６上の第２の巻線回路２２を含むことができる。第１の巻線回路１４および第２の巻線回路２２は、可撓性巻線１０が円筒形状に形成されたときに巻線回路が整列するように構成することができる。他の実施形態では、第１の巻線回路１４および第２の巻線回路２２は、可撓性巻線１０が所定の直径（または円周、その他）の円筒形状に形成されたときに回路が異相（out-of-phase）となるだけ巻線回路がずれるように構成されている。

可撓性巻線１０は、フレキシブル基板１２の第１側面１６上の第３の巻線回路２４を含むことができる。第１の巻線回路１４、第２の巻線回路２２、および第３の巻線回路２４は、可撓性巻線１０が円筒形状に形成されたときに巻線回路が整列するように構成することができる。他の実施形態では、第１の巻線回路１４、第２の巻線回路２２、および第３の巻線回路２４は、可撓性巻線１０が円筒形状に形成されたときに回路が異相となるだけ巻線回路がずれるように構成されている。例となる実施形態では、図３に図示されるように、巻線回路は、フレキシブル基板１２が所定の直径（円周、その他）の円筒形状に巻かれたときに第１、第２、および第３の巻線回路１４，２２，２４の各々が１２０°ずれるように構成されている。このような実施形態は、回転電気モーターの固定子としての使用に適した３相巻線を形成する。

巻かれた円筒状の可撓性巻線が多数の層を有する（基板が多数の層を伴う螺旋形状に巻かれている）可撓性巻線の実施形態では、各層は異なる半径方向の位置にある（各層の有効半径は異なる）。各巻線回路は、各巻線によって生じるトルク（生み出されるエネルギー）が略同じとなるような位置にあって、その相違を補償するように構成されていることが望ましい。図３に図示された例となる実施形態では、各巻線の螺旋状のコイルは、７回巻き２７から８回巻き２８、９回巻き２９まで異なる巻き数を有する。このようにして、トルクは３相にわたって略一貫している。各層における巻回の他の組み合わせを用いることもでき、各層における巻き数は異なっている必要はない（幾つかの層が、他が異なって構成されている一方で、同一に構成されていてもよい）。巻線回路の各コイルの巻き数は、同一の巻線回路の他のコイルと同じでもよく、または異ならせてもよい。

巻線回路１４，２２，２４は、巻線回路１４，２２，２４が他の回路にアクセスおよび電気的に接続されることが可能なように、少なくとも１つのタブ３０を有することができる。

可撓性巻線１０は、導電層が他の導電性物体に接触することを防ぐための絶縁層をさらに備えることができる。

本発明は、上記の可撓性巻線５４を備える固定子巻線５２を有する電気機械５０として実施することができる。例えば、図４参照。固定子巻線５２は、円筒状の周囲の中に中央空洞５６を備える略円筒状の形状とすることができる。固定子巻線５２は、固定子アセンブリ（stator assembly）を形成するために固定子バッキング（stator backing）５８（固定子バックアイアン（stator backiron）または固定子リング（stator ring）とも呼ばれる）の中に配置される。固定子バッキング５８は、積層体により構成することができる。固定子アセンブリは、電気機械５０のハウジング６２に配置することができる。回転子アセンブリ（rotor assembly）７０は、固定子巻線５２の中央空洞５６に配置される。回転子アセンブリ７０は、固定子アセンブリ６０と同軸のシャフト７２を備える。シャフト７２は、中央空洞５６の中で回転するように構成されている。幾つかの実施形態では、回転子アセンブリ７０は、固定子巻線５２に対してシャフト７２がより容易に回転することを許容する軸受７４を備えることができる。回転子アセンブリ７０は、１つ以上の磁石７６を備える。１つ以上の磁石７６は、例えばレアアース磁石（例えばネオジムまたはサマリウムコバルト）といった永久磁石とすることができる。固定子巻線５２に対してシャフト７２とともに磁石７６が回転できるように、１つ以上の磁石７６をシャフト７２に取り付けることができる。このように、固定子巻線５２は、固定子バッキング５８と回転子アセンブリ７０との間の電気機械５０のエアギャップに配置される。これにより、回転子アセンブリと７０と固定子巻線５２との間の残りのギャップを最小限に抑えることができる。

電気機械５０は、モーターとして実施することができる。モーターは、可撓性巻線の巻線回路と電気的に通信するコントローラーをさらに備えることができる。そのようなものとして、コントローラーは、可撓性巻線を用いて磁界を作り出すように構成されている。磁界は、回転子アセンブリを動かすため、回転子アセンブリ７０の磁石７６と協働する。上記のコントローラーは、回転子アセンブリ７０の回転を生じさせる回転磁界を作り出すように構成することができる。

本発明は、回転モーターのための巻線を製造する方法１００として実施することもできる。フレキシブル基板を供給する（１０３）。供給された（１０３）フレキシブル基板は、少なくとも１つの導電層を有する。巻線回路が導電層に形成される（１０６）。巻線回路は、フレキシブルプリント配線板における回路形成の技術分野において知られた技術によって形成することができる（１０６）。例えば、巻線回路を形成するために導電層をエッチングしてもよい。フレキシブル基板は、電気機械における巻線としての使用に適した巻線を形成するように、略円筒形状（すなわち螺旋円筒形状）に巻かれる（１０９）。巻かれた（１０９）（円筒状の）フレキシブル基板は、（モーターハウジングの中の）固定子バッキングなどのハウジングに挿入する（１１２）ことができる。回転子アセンブリは、巻かれた（１０９）フレキシブル基板の開口中央空洞の中に配置する（１１５）ことができ、フレキシブル基板に対して極めて接近した状態で回転可能に構成することができる。

本発明について、１つ以上の特定の実施形態に対して記載してきたが、発明の主旨及び範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態を構成できる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲とその合理的な解釈によってのみ限定される。

１０ 可撓性巻線
１２ フレキシブル基板
１４ 第１の巻線回路
１６ 第１側面
１８ 第２側面の巻線回路
２２ 第２の巻線回路
２４ 第３の巻線回路
２７ ７回巻き
２８ ８回巻き
２９ ９回巻き
３０ タブ
５０ 電気機械
５２ 固定子巻線
５４ 可撓性巻線
５６ 中央空洞
５８ 固定子バッキング
６２ ハウジング
７０ 回転子アセンブリ
７２ シャフト
７４ 軸受
７６ 磁石

Claims (15)

1. フレキシブル基板と、
   前記基板の第１側面に設けられた第１の巻線回路とを備える
   ことを特徴とするブラシレス回転モーターのための可撓性巻線。
2. 前記基板の前記第１側面に設けられた第２の巻線回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可撓性巻線。
3. 前記基板の前記第１側面に設けられた第３の巻線回路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の可撓性巻線。
4. 前記第１、第２、および第３の巻線回路は、前記可撓性巻線が所定の直径を有する円筒形状に巻かれたときに各巻線回路が他の巻線回路の各々に対して１２０°位相がずれるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の可撓性巻線。
5. 前記基板の第２側面に設けられた第２側面の巻線回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可撓性巻線。
6. 前記第１の巻線回路および前記第２側面の巻線回路は、導体により電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の可撓性巻線。
7. 前記導体は、前記基板のビアに設けられていることを特徴とする請求項６に記載の可撓性巻線。
8. 前記第１の巻線回路は、２つ以上のコイルを備えることを特徴とする請求項１に記載の可撓性巻線。
9. 前記第１の巻線回路の前記２つ以上のコイルのうち少なくとも１つのコイルは、他のコイルと比べて巻き数が異なることを特徴とする請求項８に記載の可撓性巻線。
10. 円筒状の固定子バッキングと、
    フレキシブル基板および第１の巻線回路を有するとともに、中央空洞を有するほぼ円筒状に構成され、前記固定子バッキングの中に設けられた可撓性巻線と、
    前記可撓性巻線の前記中央空洞の中に設けられ、前記可撓性巻線に対して回転可能に構成された回転子アセンブリとを備え、
    前記回転子アセンブリは、シャフトと、前記シャフトに設けられた１つ以上の軸受と、前記シャフトに取り付けられた１つ以上の磁石とを有する
    ことを特徴とするスロットレスブラシレスモーター。
11. 前記可撓性巻線と電気的に通信し、前記回転アセンブリを回転させるために前記可撓性巻線を用いて磁界を誘導するコントローラーをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモーター。
12. 導電層を有するフレキシブル基板を供給するステップと、
    前記導電層に巻線回路を形成するステップと、
    前記フレキシブル基板を、回転モーターのための巻線を構成するために円筒として構成するステップとを備える
    ことを特徴とする回転モーターのための巻線を製造する方法。
13. 前記導電層をエッチングすることにより前記巻線回路を形成することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 円筒状の前記フレキシブル基板を固定子バッキングに挿入するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 円筒状の前記フレキシブル基板の中央空洞に回転子アセンブリを設けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

Images