JP2020009836A - Coil substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流モータの電機子を構成するコイル基板に関する。 The present invention relates to a coil board constituting an armature of a DC motor.
特許文献1は、円筒状のフレキシブル基板に積層コイルを積層して形成したコイル体を開示している。特許文献2は、1枚のコイル基板を絶縁シートを介して複数回、周方向に巻き付けて円筒状にしたコアレス電機子を開示している。 Patent Literature 1 discloses a coil body formed by stacking laminated coils on a cylindrical flexible substrate. Patent Literature 2 discloses a coreless armature in which one coil substrate is circumferentially wound a plurality of times via an insulating sheet to form a cylindrical shape.
[特許文献の課題]
特許文献1では、周方向に1回転で、複数回巻き付けてはいないため、小型の直流モータで高いトルクを得ることは難しいと考えられる。特許文献2では、上層と下層とを半田を介して接続しているため、モータの発熱により半田の軟化が予想され、遠心力の加わるモータで信頼性を高めることが難しいと考えられる。また、半田は抵抗値が高く、効率を高めることが困難であると推測される。
[Issues in Patent Literature]
In Patent Literature 1, it is considered that it is difficult to obtain a high torque with a small DC motor because it is not wound a plurality of times with one rotation in the circumferential direction. In Patent Document 2, since the upper layer and the lower layer are connected via solder, the solder is expected to soften due to heat generated by the motor, and it is considered difficult to increase the reliability of the motor to which centrifugal force is applied. Further, it is presumed that the solder has a high resistance value and it is difficult to increase the efficiency.
本発明に係るコイル基板は、第1面と前記第1面との反対側の第2面とを有する円筒状のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記第1面と前記第2面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第1面の配線と前記第2面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有する。そして、前記コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が0.002mm以上、0.5mm以下である。 A coil substrate according to the present invention is provided on a cylindrical flexible substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and on the first surface and the second surface of the flexible substrate. And a via conductor made of copper plating penetrating through the flexible substrate and connecting the first surface wiring and the second surface wiring. Further, the distance between the spiral wirings constituting the coil is 0.002 mm or more and 0.5 mm or less.
本発明に係る別態様のコイル基板は、第1面と前記第1面との反対側の第2面とを有する円筒状のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記第1面と前記第2面に設けられた配線から成るコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第1面の配線と前記第2面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有する。そして、前記コイルの1ターン中の半ターンが前記第1面側に形成され、残り半ターンが前記第2面側に形成され、隣接する各ターンがずらされながら配置されている。 A coil substrate according to another aspect of the present invention includes a cylindrical flexible substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first surface and the second surface of the flexible substrate. And a via conductor made of copper plating that penetrates through the flexible board and connects the first surface wiring and the second surface wiring. One half turn of the coil is formed on the first surface side, and the remaining half turn is formed on the second surface side, and adjacent turns are arranged while being shifted.
[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が狭ピッチであるため、中心側のコイル内側面積が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板の第1面と第2面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルが、フレキシブル基板を貫通する銅めっきからなるビア導体により接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体に電流が流れるため高効率を実現できる。
[Effects of Embodiment]
According to the embodiment of the present invention, since the line-to-line distance of the spiral wiring constituting the coil is narrow, the area inside the coil on the center side is not reduced, and a small and high torque can be obtained. Coils made of spiral wiring provided on the first surface and the second surface of the flexible substrate are connected by via conductors made of copper plating penetrating the flexible substrate. Therefore, unlike solder connection, it has high reliability and high efficiency can be realized because current flows through the low-resistance via conductor.
本発明の別態様によれば、コイルの1ターン中の半ターンが第1面側に形成され、残り半ターンが第2面側に形成され、隣接する各ターンがずらされながら配置されている。全てのコイルを同じ大きさに形成できるので、小型で高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板の第1面と第2面に設けられた配線から成るコイルが、フレキシブル基板を貫通する銅めっきからなるビア導体により接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体に電流が流れるため高効率を実現できる。 According to another aspect of the present invention, half of one turn of the coil is formed on the first surface side, and the other half turn is formed on the second surface side, and adjacent turns are arranged while being shifted. . Since all coils can be formed in the same size, a small and high torque can be obtained. A coil composed of wiring provided on the first surface and the second surface of the flexible substrate is connected by a via conductor made of copper plating penetrating the flexible substrate. Therefore, unlike solder connection, it has high reliability and high efficiency can be realized because current flows through the low-resistance via conductor.
[第1実施形態]
図1(A)は、第1実施形態のコイル基板を用いる直流モータ10の断面図である。
直流モータ10は、第1実施形態のコイル基板20から成る電機子(ロータ)30と、磁石48と、出力軸50と、整流子52と、ブラシ54と、角度検出用磁石56と、ホール素子58と、ケーブル60とを有する。ホール素子58は、角度検出用磁石56に対向する位置に配置される。角度検出用磁石56は、角度、回転方向、速度の検出に用いられる。
[First Embodiment]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a
The
図1(B)はコイル基板の展開平面図であり、図1(C)は電機子30を構成するコイル基板20の斜視図である。
コイル基板20は、ポリイミド製のフレキシブル基板22にめっきパターンにより形成されたコイルC1、C2、C3と、コイルC1、C2、C3に接続された整流子(モータ内部端子)52と、コイルC1、C2、C3に対応する位置に配置された角度検出用磁石56とを有する。整流子(モータ内部端子)52は、ブラシに対する耐摩耗性を有する金属板から成り、コイルC1、C2、C3に接続されたコイルと同時に形成された図示しない接続配線上に配置される。コイル基板20には、7個のコイルC1〜C7が配置されるが、図1(B)中には3個のコイルC1、C2、C3のみ示される。角度検出用磁石56上に設けられたモータの角度検出精度を高くするための溝によって、角度検出用磁石の表面は3又は4個に分割されている。図1(C)に示されるようにコイル基板20は、空洞AHを囲むように周方向(モータの軸方向)に2.5回転巻かれている。
FIG. 1B is a developed plan view of the coil board, and FIG. 1C is a perspective view of a
The
第1実施形態のコイル基板20は、1のフレキシブル基板上にコイルと共に、整流子(モータ内部端子)52及び角度検出用磁石56を設けるため、構造が簡易であり、製造し易いという効果を有する。
The
図1(C)に示されるように、2.5回転巻かれたコイル基板20は、電機子30を構成する。第1実施形態のコイル基板20は、フレキシブル基板22が内側の第1面Fと外側の第2面Sとが対向するように周方向へ2.5回転巻かれているため、1回転の同径の電機子との比較で2倍以上の高いトルクが期待できることが、シミュレーション結果で判明された。
As shown in FIG. 1C, the
図2は、第1実施形態に係るコイル基板のコイル配置を示している。
コイル基板は、7個のコイルC1〜C7、及び、各コイルC1〜C7に接続された端子(整流子)T1〜T7を有する。コイルC1は、フレキシブル基板の第1面上に形成された実線で示される第1配線24Fから成る第1コイルCFで構成される。コイルC2は、フレキシブル基板の第2面上に形成された破線で示される第2配線24Sから成る第2コイルCSで構成される。コイルC3は、フレキシブル基板の第1面上に形成された第1配線24Fから成る第1コイルCFで構成される。コイルC4は、フレキシブル基板の第2面上に形成された第2配線24Sから成る第2コイルCSで構成される。コイルC5は、フレキシブル基板の第1面上に形成された第1配線24Fから成る第1コイルCFで構成される。コイルC6は、フレキシブル基板の第2面上に形成された第2配線24Sから成る第2コイルCSで構成される。コイルC7は、フレキシブル基板の第1面上に形成された第1配線24Fから成る第1コイルCFで構成される。
FIG. 2 shows a coil arrangement of the coil substrate according to the first embodiment.
The coil substrate has seven coils C1 to C7 and terminals (commutators) T1 to T7 connected to the coils C1 to C7. The coil C1 is configured by a first coil CF including a
端子T1は、コイルC1と共にコイルC5に接続される。端子T2は、コイルC2と共にコイルC6に接続される。端子T3は、コイルC3と共にコイルC7に接続される。端子T4は、コイルC4と共にコイルC1に接続される。端子T5は、コイルC5と共にコイルC2に接続される。端子T6は、コイルC6と共にコイルC3に接続される。端子T7は、コイルC7と共にコイルC4に接続される。端子T1に接続されたコイルC1は、渦巻き状に配置された第1配線24Fの終端で立ち下がりビア導体24ADを介して接続された第2配線24Sを介して端子T4に接続される。端子T2に接続されたコイルC2は、渦巻き状に配置された第2配線24Sの終端で立ち上がりビア導体24AUを介して接続された第1配線24Fを介して端子T5に接続される。端子T3に接続されたコイルC3は、渦巻き状に配置された第1配線24Fの終端で立ち下がりビア導体24ADを介して接続された第2配線24Sを介して端子T6に接続される。端子T4に接続されたコイルC4は、渦巻き状に配置された第2配線24Sの終端で立ち上がりビア導体24AUを介して接続された第1配線24Fを介して端子T7に接続される。端子T5に接続されたコイルC5は、渦巻き状に配置された第1配線24Fの終端で立ち下がりビア導体24ADを介して接続された第2配線24Sを介して端子T1に接続される。端子T6に接続されたコイルC6は、渦巻き状に配置された第2配線24Sの終端で立ち上がりビア導体24AUを介して接続された第1配線24Fを介して端子T2に接続される。端子T7に接続されたコイルC7は、渦巻き状に配置された第1配線24Fの終端で立ち下がりビア導体24ADを介して接続された第2配線24Sを介して端子T3に接続される。
The terminal T1 is connected to the coil C5 together with the coil C1. The terminal T2 is connected to the coil C6 together with the coil C2. The terminal T3 is connected to the coil C7 together with the coil C3. The terminal T4 is connected to the coil C1 together with the coil C4. The terminal T5 is connected to the coil C2 together with the coil C5. The terminal T6 is connected to the coil C3 together with the coil C6. The terminal T7 is connected to the coil C4 together with the coil C7. The coil C1 connected to the terminal T1 is connected to the terminal T4 via a
フレキシブル基板第2面S側のコイルC2は、フレキシブル基板第1面F側のコイルC1とコイルC3と一部が重なるように配置されている。フレキシブル基板第2面S側のコイルC4は、フレキシブル基板第1面F側のコイルC3とコイルC5と一部が重なるように配置されている。フレキシブル基板第2面S側のコイルC6は、フレキシブル基板第1面F側のコイルC5とコイルC7と一部が重なるように配置されている。なお、図中でC1〜C7は3ターン分描かれているが、実施品では35ターンに形成される。ビア導体24AD、24AUはフレキシブル基板22を貫通する銅めっきからなる。
The coil C2 on the second surface S of the flexible substrate is arranged so that the coil C1 and the coil C3 on the first surface F of the flexible substrate partially overlap. The coil C4 on the second surface S of the flexible substrate is arranged so that the coil C3 and the coil C5 on the first surface F of the flexible substrate partially overlap. The coil C6 on the second surface S of the flexible substrate is arranged so that the coil C5 and the coil C7 on the first surface F of the flexible substrate partially overlap. Although C1 to C7 are illustrated for three turns in the drawing, they are formed for 35 turns in the embodiment. The via conductors 24AD and 24AU are made of copper plating penetrating the
第1実施形態のコイル基板のコイルの渦巻き状の配線24F、24Fの線間距離(ピッチ)G1が0.002mm以上、0.5mm以下と狭ピッチに形成されている。0.002mm未満では絶縁性が確保できない。0.5超では狭ピッチ化が実現できない。図5(A)はコイルC1を構成する最も外側の1ターンコイルC11、中央の1ターンコイルC12、最も内側の1ターンコイルC13の面積を示す説明図である。コイルC1の最も外側の1ターンコイルC11の面積はCE1、中央の1ターンコイルC12の面積はCE2、最も内側の1ターンコイルC13の面積はCE3である。第1実施形態のコイル基板によれば、コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が狭ピッチであるため、中心側のコイル(1ターンコイルC12)の面積CE2、(1ターンコイルC13)の面積CE3が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板22の第1面Fに設けられた渦巻き状の第1配線24Fから成るコイルC1、C3、C5、C7と、第2面Sに設けられた第2配線24Sから成るコイルC2、C4、C6とが、フレキシブル基板22を貫通する銅めっきからなるビア導体24AD、24AUにより接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体24AD、24AUに電流が流れるため高効率を実現できる。
The inter-line distance (pitch) G1 of the
[第1実施形態の改変例]
図5(B)はコイルC1を構成する最も外側の1ターンコイルC11、中央の1ターンコイルC12、最も内側の1ターンコイルC13の内径を示す説明図である。第1実施形態の改変例では、外側の1ターンコイルC11と中央の1ターンコイルC12とのギャップGP1、中央の1ターンコイルC12と最も内側の1ターンコイルC13のギャップGP2が狭く設定されている。中央の1ターンコイルC12の内径はW2、最も内側の1ターンコイルC13の内径はW3である。第1実施形態の改変例のコイル基板によれば、コイルを構成する渦巻き状の配線が狭ギャップであるため、中心側のコイル(1ターンコイルC12)の内径W2、(1ターンコイルC13)の内径W3が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。
[Modification of First Embodiment]
FIG. 5B is an explanatory diagram showing the inner diameters of the outermost one-turn coil C11, the central one-turn coil C12, and the innermost one-turn coil C13 that constitute the coil C1. In the modification of the first embodiment, the gap GP1 between the outer one-turn coil C11 and the center one-turn coil C12, and the gap GP2 between the center one-turn coil C12 and the innermost one-turn coil C13 are set to be narrow. . The inner diameter of the central one-turn coil C12 is W2, and the inner diameter of the innermost one-turn coil C13 is W3. According to the coil substrate of the modified example of the first embodiment, since the spiral wiring constituting the coil has a narrow gap, the inner diameter W2 of the center-side coil (one-turn coil C12) and the inner diameter W2 of the (one-turn coil C13) The inner diameter W3 is not reduced, and a small and high torque can be obtained.
[第2実施形態]
図3は、第2実施形態のコイル基板20のコイルの一部を示す説明図である。六角形のコイルC1は、35個の1ターンコイルから成り、図3中には、3個の1ターンコイルC11、C12、C13が示されている。1ターンコイルC11の半ターンを構成する第1配線24Fは、フレキシブル基板22の第1面Fに形成され、残り半ターンを構成する第2配線24Sはフレキシブル基板22の第2面Sに形成されている。同様に、1ターンコイルC12、C13は形成されている。1ターンコイルC11とに接する1ターンコイルC12は、後述される矩形のコイル基板20の長手方向に1ターンコイルC11からずらされて配置される。同様に、1ターンコイルC13は、1ターンコイルC12からずらされて配置される。
[Second embodiment]
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a part of the coil of the
図4(A)はコイル基板20のコイルの構成を示す模式図であり、図4(B)はコイル基板20のコイルの断面形状を示す模式図であり、図4(C)はコイル基板の平面図である。
フレキシブル基板22は、第1面Fと第1面と反対側の第2面Sとを有する。
六角形のコイルC1の半ターンを構成する第1配線24Fは、フレキシブル基板22の第1面Fに形成され、残り半ターンを構成する第2配線24Sはフレキシブル基板22の第2面Sに形成され、半ターンの第1配線24Fと残り半ターンの第2配線24Sは、フレキシブル基板22の貫通孔22aに形成されたビア導体24Aを介して接続される。第1配線24F、第2配線24S、ビア導体24Aは銅めっきにより形成されている。ここで、各コイルC1〜C7は、35ターン渦巻き状に巻くように形成されている。第1実施形態では、35ターン巻くように形成されたが、ターン数は例示であって、任意の巻き数で形成することができる。
4A is a schematic diagram illustrating a configuration of a coil of the
The
The
図4(B)に示されるように、コイルC1の第1面F側の第1配線24Fと、コイルC2の第2面S側の第2配線24Sとは一部が重なっている。同様に、コイルC2〜C6の第1面F側の第1配線24Fと、コイルC3〜C7の第2面S側の第2配線24Sとは一部が重なっている。
As shown in FIG. 4B, the
一部の配線が重なったコイルC1〜C7を有するコイル基板20が、第1実施形態と同様に、フレキシブル基板22の内側の第1面Fと外側の第2面Sとが対向するように周方向(モータの軸方向)に2.5回転巻かれている。
As in the first embodiment, the
図4(C)に示されるようにコイルC1〜C7の幅W1は18mmであり、コイルC1〜C7の幅W1の周方向の長さL1は52.5mmである。コイルC1〜C7は等間隔に配置される。第1実施形態では、コイルは等間隔に配置されたが、コイルを非等間隔に配置することも可能である。 As shown in FIG. 4C, the width W1 of the coils C1 to C7 is 18 mm, and the circumferential length L1 of the width W1 of the coils C1 to C7 is 52.5 mm. The coils C1 to C7 are arranged at equal intervals. In the first embodiment, the coils are arranged at regular intervals. However, the coils can be arranged at irregular intervals.
第2実施形態のコイル基板によれば、コイルの1ターンコイル中の半ターンを構成する第1配線24Fが第1面F側に形成され、残り半ターンを構成する第2配線24Sが第2面S側に形成され、隣接する各ターンがずらされながら配置されている。全ての1ターンコイルを同じ大きさに形成できるので、小型で高いトルクを得ることができる。即ち、図3中に示されているように、1ターンコイルC11の内径W21、1ターンコイルC12の内径W22、1ターンコイルC13の内径W23を大きくできるので、高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板22の第1面Fと第2面Sに設けられた第1配線24F、第2配線24Sが、フレキシブル基板22を貫通する銅めっきからなるビア導体24Aにより接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体24Aに電流が流れるため高効率を実現できる。
According to the coil board of the second embodiment, the
上述した実施形態では、7個のコイルを有するコイル基板を例示したが、コイルは3個以上有れば、実施形態のコイル基板を構成可能である。 In the above-described embodiment, the coil substrate having seven coils is exemplified. However, the coil substrate of the embodiment can be configured as long as there are three or more coils.
10 モータ
20 コイル基板
22 フレキシブル基板
24A ビア導体
24F 第1配線
24S 第2配線
C1〜C7 コイル
T1〜T7 端子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が0.002mm以上、0.5mm以下である。 A coil comprising a cylindrical flexible substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and a spiral wiring provided on the first surface and the second surface of the flexible substrate. And a via conductor made of copper plating that penetrates the flexible substrate and connects the wiring on the first surface and the wiring on the second surface,
The distance between the spiral wirings constituting the coil is 0.002 mm or more and 0.5 mm or less.
前記コイルの1ターン中の半ターンが前記第1面側に形成され、残り半ターンが前記第2面側に形成され、
隣接する各ターンがずらされながら配置されている。 A cylindrical flexible substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a coil comprising wiring provided on the first surface and the second surface of the flexible substrate, A coil substrate having a copper-plated via conductor that penetrates a flexible substrate and connects the first surface wiring and the second surface wiring,
One half turn of the coil is formed on the first surface side, and the other half turn is formed on the second surface side,
Adjacent turns are staggered.
前記フレキシブル基板が内側の前記第1面と外側の前記第2面とが対向するように周方向へ1回転を超えるように巻かれている。 The coil substrate according to claim 1 or 2, wherein:
The flexible substrate is wound so as to exceed one rotation in the circumferential direction so that the inner first surface and the outer second surface face each other.
前記第1面に形成されたコイルと、
前記第2面に形成されたコイルとを有し、
前記第1面に形成されたコイルの一部と、前記第2面に形成されたコイルの一部とが重なるように配置されている。 The coil substrate according to claim 1,
A coil formed on the first surface;
And a coil formed on the second surface,
A part of the coil formed on the first surface and a part of the coil formed on the second surface are arranged to overlap.
前記コイルは六角形である。 The coil substrate according to claim 1 or 2, wherein:
The coil is hexagonal.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3982516A1 (en) * | 2020-10-09 | 2022-04-13 | Ibiden Co., Ltd. | Coil substrate, motor coil substrate, and motor |
WO2023167112A1 (en) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | イビデン株式会社 | Coil substrate, motor coil substrate, and motor |
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