JP2022037328A - コイル基板とモータ用コイル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】高い効率を有するコイル基板を提供する。【解決手段】コイル基板２０１は、一端２２Ｌと他端２２Ｒとを有するフレキシブル基板２２と、フレキシブル基板２２上に形成されている複数のコイルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３とを有する。コイルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３は、一端２２Ｌと他端２２Ｒとの間にほぼ一列に配置されていて、一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かう方向は行方向であって、コイルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３のそれぞれは、中央スペースＳＣと中央スペースＳＣを囲む配線で形成されていて、コイルＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３を形成する配線は行方向に略平行な配線（平行配線）と、行方向に略垂直な配線（垂直配線）を含み垂直配線の厚みは、平行配線の厚みより厚い。【選択図】図２

Description

本発明は、コイル基板とモータ用コイル基板に関する。

特許文献１は、筒状のモータコイル基板を開示している。

特開２０１９－１４０７６２号公報

[特許文献の課題]
特許文献１の図７はコイルの配置を示している。図７によれば、２つのコイルが部分的に重なっている。２つのコイルの内、一方がコイルＡと称され、他方がコイルＢと称される。コイルＡとコイルＢで積層コイルが形成される。積層コイルのある部分では、コイルＡを形成する配線とコイルＢを形成する配線が重なっている。積層コイルの別の部分では、コイルＡを形成する配線とコイルＢを形成する配線が重なっていない。そのため、ある部分の厚みは別の部分の厚みより、厚いと推察される。モータコイル基板の表面に凹凸が形成されると考えられる。

本発明に係るコイル基板は、一端と前記一端と反対側の他端とを有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に形成されている複数のコイル、とを有する。そして、前記コイルは、前記一端と前記他端との間にほぼ一列に配置されていて、前記一端から前記他端に向かう方向は行方向であって、前記コイルのそれぞれは、中央スペースと前記中央スペースを囲む配線で形成されていて、前記コイルを形成する前記配線は前記行方向に略平行な配線（平行配線）と前記行方向に略垂直な配線（垂直配線）を含み、前記垂直配線の厚みは前記平行配線の厚みより厚い。

[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、コイルは中央スペースと中央スペースの周りに形成されている配線で形成される。コイルを形成する配線は行方向に略平行な配線（平行配線）と行方向に略垂直な配線（垂直配線）を含む。垂直配線の厚みは、平行配線の厚みより厚い。垂直配線の抵抗を小さくすることができる。コイルの抵抗を小さくすることができる。高効率なコイル基板を提供することができる。
コイル基板を巻くことでモータ用コイル基板が形成される。モータ用コイル基板は、内周のフレキシブル基板と外周のフレキシブル基板とを有する。内周のフレキシブル基板上のコイル（内周のコイル）と外周のフレキシブル基板上のコイル（外周のコイル）は部分的に重なる。重なっている内周のコイルと外周のコイルは積層コイルを形成する。内周のコイル（下コイル）の平行配線と外周のコイル（上コイル）の平行配線は、重なる。これに対して、外周のコイルの垂直配線は内周のコイルの中央スペース上に位置する。そのため、内周のコイルの垂直配線と外周のコイルの垂直配線は、重ならない。実施形態では、垂直配線の厚みが平行配線の厚みより厚い。そのため、積層コイル内で平行配線の厚み（内周のコイルの平行配線の厚みと外周のコイルの平行配線の厚みとの和）と内周のコイルの垂直配線の厚みと外周のコイルの垂直配線の厚みが略等しい。このため、モータ用コイル基板の表面の凹凸を小さくすることができる。モータ用コイル基板の径を略均一にすることができる。

図１（Ａ）は実施形態のモータの模式図であり、図１（Ｂ）は実施形態のモータ用コイル基板の模式図であり、図１（Ｃ）と図１（Ｄ）はコイルの平面図である。 図２（Ａ）は実施形態のコイル基板を示し、図２（Ｂ）はコイルの平面図であり、図２（Ｃ）は実施形態のコイルの断面を示し、図２（Ｄ）はコイルの重なりを示し、図２（Ｅ）は重なっているコイルの断面を示し、図２（Ｆ）は実施形態のモータ用コイル基板の断面の模式図である。

図２（Ａ）に示されるコイル基板２０１が準備される。コイル基板２０１は第１面Ｆと第１面Ｆと反対側の第２面Ｓとを有するフレキシブル基板２２とフレキシブル基板２２の第１面Ｆ上のコイルＣ（Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３）で形成されている。第１面Ｆ上のコイルは第１面上コイルＣＦと称される。コイル基板２０１は第２面Ｓ上にコイルＣを有することができる。第２面Ｓ上のコイルは第２面上コイルＣＳと称される。
コイル基板２０１を巻くことで、図１（Ｂ）に示されるモータ用コイル基板２０が得られる。例えば、コイル基板２０１は筒状に巻かれる。モータ用コイル基板２０は空洞ＡＨの周りに巻かれる。例えば、モータ用コイル基板２０の形状は円筒である。巻く回数Ｎは、２以上、５以下である。図１（Ｂ）は模式図である。

図１（Ａ）に示されるように、モータ用コイル基板２０内に磁石４８を配置することで、モータ１０が得られる。図１（Ａ）は模式図である。モータ用コイル基板２０は、空洞ＡＨを介し磁石４８の周りに配置されている。モータ１０の例は、ブラシレスモータである。第１実施形態では、磁石４８が回転するが、モータ用コイル基板２０が回転してもよい。

図２（Ａ）に示されるように、フレキシブル基板２２は、短辺２０Ｓと長辺２０Ｌとを有することが好ましい。フレキシブル基板２２は一端２２Ｌと一端２２Ｌと反対側の他端２２Ｒを有する。短辺２０Ｓは一端２２Ｌを兼ねる。コイルＣ（Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３）は、フレキシブル基板２２の長辺２０Ｌに沿って並んでいる。フレキシブル基板２２の一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かって、コイルＣは一列に並んでいる。一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かう方向は行方向である。一番目のコイルＣ１１（Ｕ１１）がＵ相コイルである。二番目のコイルＣ１２（Ｖ１１）がＶ相コイルである。三番目のコイルＣ１３（Ｗ１１）がＷ相コイルである。Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルは、Ｕ相コイルＵ１１、Ｖ相コイルＶ１１、Ｗ相コイルＷ１１の順で配置されていて、一端２２Ｌに最も近いコイルＣはＵ相コイルＵ１１である。コイルＣの数は３の倍数Ｍ（数Ｍ）である。図２（Ａ）の例では、コイルの数は３である。

コイル基板２０１は１つのフレキシブル基板２２で形成されている。コイル基板２０１を形成するフレキシブル基板２２は複数の部分Ｐに分けられる。従って、コイル基板２０１も複数の部分Ｐに分けられる。コイル基板２０１は複数の部分Ｐで形成され、部分Ｐの数はＮである。コイル基板２０１を形成する部分Ｐは一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かって並んでいる。１番目の部分Ｐ１はフレキシブル基板２２の一端２２Ｌを含む。２番目の部分Ｐ２は１番目の部分Ｐ１の隣である。例えば、Ｎはフレキシブル基板２２を巻く回数である。Ｎ番目の部分ＰＮはフレキシブル基板２２の他端２２Ｒを含む。

図２（Ａ）の例では、部分Ｐの数は２である。図２（Ａ）のコイル基板２０１は、一番目の部分Ｐ１と二番目の部分Ｐ２で形成されている。コイル基板２０１内に一番目のコイルＣ１１と二番目のコイルＣ１２と三番目のコイルＣ１３が並んでいる。一番目のコイルＣ１１は一番目の第１面上コイルであり、二番目のコイルＣ１２は二番目の第１面上コイルであり、三番目のコイルＣ１３は三番目の第１面上コイルである。

フレキシブル基板２２上に形成されている複数のコイルＣは同時に形成される。例えば、共通のアライメントマークを用いることで、複数のコイルＣはフレキシブル基板２２上に形成される。そのため、各コイルＣの位置は関連している。

実施形態のコイルＣはプリント配線板の技術で形成されている。コイルＣを形成する配線ｗはめっきにより形成されている。あるいは、コイルＣを形成する配線ｗは銅箔をエッチングすることで形成される。コイルＣを形成する配線ｗは、セミアディティブ法やＭ－Ｓａｐ法やサブトラクティブ法で形成される。

コイルＣを形成する配線ｗはプリント配線板の技術で形成されている。そのため、配線ｗの断面形状は略矩形である。実施形態によれば、コイルの占積率を高くすることができる。

図１（Ｃ）にコイルＣの例が示される。コイルＣは中央スペースＳＣと中央スペースＳＣを囲む配線ｗで形成される。そして、配線ｗは外端ＯＥと内端ＩＥを有する。配線ｗは外端ＯＥと内端ＩＥとの間に形成されている。コイルＣを形成する配線ｗは渦巻き状に形成されている。コイルＣを形成する配線ｗの内、最も内側の配線で中央スペースＳＣは囲まれる。複数の配線ｗの内、最も内側の配線ｗは、内側の配線Ｉｗと称される。最も外側の配線ｗは、外側の配線Ｏｗと称される。

図２（Ａ）に示されるように、コイルＣは、一端２２Ｌと他端２２Ｒとの間にほぼ一列に配置されている。一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かう方向は行方向である。
図１（Ｃ）に示されるように、配線ｗは、行方向に略垂直な垂直配線５と行方向に略平行な平行配線６を含む。垂直配線５は、第１配線５１と第２配線５２を有する。第１配線５１と第２配線５２は中央スペースＳＣを介して向かい合っている。平行配線６は、第３配線５３と第４配線５４を有する。第３配線５３と第４配線５４は中央スペースＳＣを介して向かい合っている。第１配線５１が複数であるとき、中央スペースＳＣと接している第１配線５１は内側の第１配線５１Ｉｗである。第２配線５２が複数であるとき、中央スペースＳＣと接している第２配線５２は内側の第２配線５２Ｉｗである。中央スペースＳＣの平面形状が矩形であるとき、中央スペースＳＣは第１辺ＳＣ１と第２辺ＳＣ２を有する。第１辺ＳＣ１と第１配線５１は略平行である。内側の第１配線５１Ｉｗの長さＬ１と第１辺ＳＣ１の長さは等しい。内側の第２配線５２Ｉｗの長さＬ２と第１辺ＳＣ１の長さは等しい。

一つの第１配線５１と一つの第２配線５２は、一つの第３配線５３、または、一つの第４配線５４で電気的に繋げられる。一つの第１配線５１と一つの第２配線５２は、一つの第３配線５３で直接繋げられる。一つの第１配線５１と一つの第２配線５２は、一つの第４配線５４で直接繋げられる。配線ｗは第１配線５１と第２配線５２と第３配線５３と第４配線５４で形成される。配線ｗは第１配線５１と第２配線５２、第３配線５３、第４配線５４以外の配線を含まない。

第３配線５３は第１側壁６１と第１側壁６１と反対側の第２側壁６２を有する。第１側壁６１と第２側壁６２の内、第１側壁６１は中央スペースＳＣに近い。
第４配線５４は第３側壁６３と第３側壁６３と反対側の第４側壁６４を有する。第３側壁６３と第４側壁６４の内、第３側壁６３は中央スペースＳＣに近い。

各垂直配線５は上端５Ｕと上端５Ｕと反対側の下端５Ｄを有する。各垂直配線５は1つの上端５Ｕと一つの下端５Ｄを有する。上端５Ｕは第１側壁６１を含む面で配線ｗを切断することで得られる。第１配線５１の上端５１Ｕは第１配線５１と第３配線５３との間の境界である。第２配線５２の上端５２Ｕは第２配線５２と第３配線５３との間の境界である。下端５Ｄは第３側壁６３を含む面で配線ｗを切断することで得られる。第１配線５１の下端５１Ｄは第１配線５１と第４配線５４との間の境界である。第２配線５２の下端５２Ｄは第２配線５２と第４配線５４との間の境界である。コイルＣの平面形状は略矩形である。

垂直配線５の厚みは、平行配線６の厚みより厚い。第１配線５１と第２配線５２の厚みは第３配線５３と第４配線５４の厚みより厚い。そのため、垂直配線５の抵抗は平行配線６の抵抗より低い。コイルＣの抵抗を小さくすることができる。垂直配線５の幅と平行配線６の幅は略等しい。

第１配線５１が複数であるとき、第１配線５１のそれぞれは概ね平行に形成されている。第２配線５２が複数であるとき、第２配線５２のそれぞれは概ね平行に形成されている。第１配線５１と第２配線５２は概ね平行に形成されている。実施形態のコイル基板２０１を用いてモータ１０が製造される時、図１（Ｂ）に示されるモータの回転方向ＭＲと第１配線５１との間の角度が略９０度である。

第３配線５３が複数であるとき、第３配線５３のそれぞれは概ね平行に形成されている。第４配線５４が複数であるとき、第４配線５４のそれぞれは概ね平行に形成されている。第３配線５３と第４配線５４は概ね平行に形成されている。第３配線５３と第１配線５１との間の角度は略９０度である。

図１（Ｄ）では、配線ｗが纏められている。第１配線５１を纏めることで第１配線群５１ｇが形成される。第２配線５２を纏めることで第２配線群５２ｇが形成される。第３配線５３を纏めることで第３配線群５３ｇが形成される。第４配線５４を纏めることで第４配線群５４ｇが形成される。第１配線群５１ｇと第２配線群５２ｇを垂直配線５ｇと称することができる。第３配線群５３ｇと第４配線群５４ｇを平行配線６ｇと称することができる。

コイル基板２０１を巻くことで、実施形態のモータ用コイル基板２０が得られる。この時、各部分Ｐが概ね１周を作るように、コイル基板２０１は巻かれる。（ｊ－１）番目の部分の外にｊ番目の部分が巻かれる。ｊは２以上の整数である。コイル基板２０１は、例えば、筒状に巻かれる。コイル基板２０１の巻き方の例が図２（Ｆ）を用いて説明される。図２（Ａ）のコイル基板２０１が巻かれると、図２（Ｆ）に示されるように、一番目の部分Ｐ１が概ね１周を形成する。さらに、一番目の部分Ｐ１に繋がっている二番目の部分Ｐ２が概ね１周を形成する。この時、一番目の部分Ｐ１は最も内側に巻かれる。一番目の部分Ｐ１を形成するフレキシブル基板２２は内周のフレキシブル基板２２Ｉである。そして、二番目の部分Ｐ２は一番目の部分Ｐ１の外に巻かれる。二番目の部分Ｐ２を形成するフレキシブル基板２２は外周のフレキシブル基板２２Ｏを形成する。外周のフレキシブル基板２２Ｏは内周のフレキシブル基板２２Ｉから延びている。
Ｋが３であると、コイル基板２０１は一番目の部分Ｐ１と二番目の部分Ｐ２と三番目の部分Ｐ３で形成される。そして、二番目の部分Ｐ２に繋がっている三番目の部分Ｐ３が概ね１周を形成する。三番目の部分Ｐ３は二番目の部分Ｐ２の外に巻かれる。

内周のフレキシブル基板２２Ｉと内周のフレキシブル基板２２Ｉ上のコイルＣで内周のコイル基板２０１Ｉが形成される。外周のフレキシブル基板２２Ｏと外周のフレキシブル基板２２Ｏ上のコイルＣで外周のコイル基板２０１Ｏが形成される。

モータ用コイル基板２０では、内周のコイル基板２０１Ｉ内のコイル（内周のコイル）Ｃと外周のコイル基板２０１Ｏ内のコイル（外周のコイル）が部分的に重なる。一つの内周のコイル上に少なくとも一つの外周のコイルが位置する。一つの内周のコイルとその内周のコイル上に位置する一つの外周のコイルは積層コイルを形成する。積層コイルを形成する一つの内周のコイルと一つの外周のコイルは部分的に重なる。一つの内周のコイルと少なくとも一つの外周のコイルが部分的に重なる。内周のコイルを下コイルと称することができる。外周のコイルを上コイルと称することができる。積層コイルの例が図２（Ｆ）と図２（Ｄ）、図２（Ｅ）に示されている。図２（Ｆ）は実施形態のモータ用コイル基板２０の断面図である。図２（Ｆ）には、平行配線６内の第３配線５３が描かれている。図２（Ｄ）はモータ用コイル基板２０を形成するコイルＣの投影図である。図２（Ｆ）と図２（Ｄ）、図２（Ｅ）の例では、一番目の第１面上コイルＣ１１が内周のコイルであり、三番目の第１面上コイルＣ１３が外周のコイルである。一番目の第１面上コイルＣ１１と三番目の第１面上コイルＣ１３が積層コイルを形成する。二番目の第１面上コイルＣ１２は内周のフレキシブル基板２２Ｉと外周のフレキシブル基板２２Ｏ上に形成されている。図２（Ｄ）と図２（Ｅ）には、一番目の第１面上コイルＣ１１と三番目の第１面上コイルＣ１３が描かれている。各コイルＣの配線ｗは配線群で描かれている。

図２（Ｂ）は、コイル基板２０１の一部を示す。図２（Ｂ）には、一番目の第１面上コイルＣ１１が配線群を用いて描かれている。図２（Ｂ）は平面図である。図２（Ｂ）のコイル基板２０１は、第１面上コイルＣＦで形成されている。コイル基板２０１が第２面上コイルＣＳを有すると、第２面上コイルＣＳは各第１面上コイルＣＦの直下に位置する。第１面上コイルＣＦの平面形状と第２面上コイルＣＳの平面形状は同様である。
図２（Ｃ）のｂ１は、図２（Ｂ）内のｂ１とｂ１との間の断面を示す。図２（Ｃ）のｂ２は、図２（Ｂ）内のｂ２とｂ２との間の断面を示す。

図２（Ｃ）のｂ１に示されるように、第１配線５１と第２配線５２は厚みｔ１を有する。第３配線５３と第４配線５４は厚みｔ４を有する。厚みｔ１は厚みｔ４のほぼ２倍である。厚みｔ１は厚みｔ４より厚い。

図２（Ｄ）と図２（Ｅ）は一番目の第１面上コイルＣ１１と三番目の第１面上コイルＣ１３で形成される積層コイルを示している。図２（Ｄ）と図２（Ｅ）は、積層コイルを形成するコイルＣの重なりを示す。内周のコイルと外周のコイルが部分的に重なる。図２（Ｄ）に示されるように、下コイルの中央スペースＳＣ上に上コイルの垂直配線５が位置する。上コイルの中央スペースＳＣ下に下コイルの垂直配線５が位置する。そして、一つの積層コイル内では、上コイルの垂直配線５と下コイルの垂直配線５は重ならない。下コイルの第３配線５３上に上コイルの第３配線５３が位置する。下コイルの第３配線群５３ｇ上に上コイルの第３配線群５３ｇが位置する。下コイルの第４配線５４上に上コイルの第４配線５４が位置する。下コイルの第４配線群５４ｇ上に上コイルの第４配線群５４ｇが位置する。
図２（Ｄ）と図２（Ｅ）に示されるように、一つの積層コイルを形成する上コイルの垂直配線５と一つの積層コイルを形成する下コイルの垂直配線５は重ならない。一つの積層コイルを形成する上コイルの第３配線５３と一つの積層コイルを形成する下コイルの第３配線５３が重なる。一つの積層コイルを形成する上コイルの第４配線５４と一つの積層コイルを形成する下コイルの第４配線５４が重なる。このように、１つの積層コイル内で、平行配線６の重なり方と垂直配線５の重なり方が異なる。平行配線６の重複の数は垂直配線５の重複の数より多い。重なっている平行配線６の数は、重なっている垂直配線５の数より多い。重なっている平行配線群６ｇの数は、重なっている垂直配線群５ｇの数より多い。重なっている平行配線６の数は重なっている垂直配線５の数の倍である。図２（Ｅ）の例では、２つの平行配線６が重なっていて、垂直配線５は重なってない。図２（Ｅ）の例では、重なっている平行配線６の数は２であって、重なっている垂直配線５の数は１である。そして、垂直配線５の厚みｔ１は平行配線６の厚みｔ４より大きい。そのため、１つの積層コイル内で、重なっている平行配線６の厚みの和と重なっている垂直配線５の厚みの和が略等しい。重なっている平行配線群６ｇの厚みの和と重なっている垂直配線群５ｇの厚みの和が略等しい。従って、コイル基板２０１を巻くことで製造されるモータ用コイル基板２０の表面の凹凸を小さくすることができる。モータ用コイル基板２０の真円度を高くすることができる。モータ用コイル基板２０がスムーズに回転する。モータ用コイル基板２０が回転する時、エネルギーの損失を小さくすることができる。偏心が発生し難い。

５ 垂直配線
６ 平行配線
２０ モータ用コイル基板
２２ フレキシブル基板
５１ 第１配線
５２ 第２配線
５３ 第３配線
５４ 第４配線
２０１ コイル基板
Ｃ コイル
ＣＦ 第１面上コイル
ＣＳ 第２面上コイル
ＳＣ 中央スペース
ｗ 配線

Claims (11)

1. 一端と前記一端と反対側の他端とを有するフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板上に形成されている複数のコイル、とを有するコイル基板であって、
   前記コイルは、前記一端と前記他端との間にほぼ一列に配置されていて、前記一端から前記他端に向かう方向は行方向であって、前記コイルのそれぞれは、中央スペースと前記中央スペースを囲む配線で形成されていて、前記コイルを形成する前記配線は前記行方向に略平行な配線（平行配線）と前記行方向に略垂直な配線（垂直配線）を含み、前記垂直配線の厚みは前記平行配線の厚みより厚い。
2. 請求項１のコイル基板であって、前記垂直配線の長さと前記中央スペースの長さは、ほぼ、同じである。
3. 請求項１のコイル基板であって、前記配線は第１配線と第２配線と第３配線と第４配線を含み、前記第１配線と前記第２配線は前記垂直配線であって、前記第３配線と前記第４配線は前記平行配線であって、前記第１配線と前記第２配線は、上端と前記上端と反対側の下端を有し、前記第３配線は前記第１配線の前記上端と前記第２配線の前記上端とを電気的に接続し、前記第４配線は前記第１配線の前記下端と前記第２配線の前記下端とを電気的に接続し、前記第１配線と前記第２配線は前記中央スペースを介して向かい合っていて、前記第３配線と前記第４配線は前記中央スペースを介して向かい合っている。
4. 請求項３のコイル基板であって、前記コイルの平面形状は、略矩形である。
5. 請求項１のコイル基板であって、前記コイルは、Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルを有する。
6. 請求項１のコイル基板を巻くことで製造されるモータ用コイル基板であって、
   前記モータ用コイル基板が磁石の周りに配置され、前記モータ用コイル基板と前記磁石でモータが形成されると、前記モータの回転方向と前記垂直配線との間の角度は略９０度である。
7. 請求項６のモータ用コイル基板であって、１つの前記コイル（下コイル）の前記中央スペース上に他の前記コイル（上コイル）の前記垂直配線が位置する。
8. 請求項７のモータ用コイル基板であって、前記下コイルの前記平行配線上に前記上コイルの前記平行配線が位置する。
9. 請求項７のモータ用コイル基板であって、前記フレキシブル基板は内周のフレキシブル基板と前記内周のフレキシブルから延びている外周のフレキシブル基板を含み、前記外周のフレキシブル基板は前記内周のフレキシブル基板の周りに巻かれていて、前記下コイルは前記内周のフレキシブル上に形成されていて、前記上コイルは前記外周のフレキシブル基板上に形成されている。
10. 請求項９のモータ用コイル基板であって、前記下コイルの前記平行配線上に前記上コイルの前記平行配線が位置する。
11. 請求項１のモータ用コイル基板であって、前記垂直配線の厚みは、前記平行配線の厚みのほぼ２倍である。

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