JP2022043581A - コイル基板とモータ用コイル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 適切な長さを有するコイル基板の提供【解決手段】 実施形態のモータ用コイル基板２０は、一端２２Ｌと一端２２Ｌと反対側の他端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Ｃ、とを有する。コイルＣの数はＫであって、コイルは一端２２Ｒと他端２２Ｌとの間にほぼ一列に配置されていて、１番目の第１コイルＣ１は一端２２Ｌに近く、Ｋ番目のコイルＣＫと他端２２Ｒとの間に所定間隔２２０が形成されている。Ｋは２以上の整数である。【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、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１（Ｂ）は、モータコイル基板の展開図を示している。その図によれば、コイルは絶縁基板上に均等に配置されていると考えられる。特許文献１の図３（Ｄ）はモータコイル基板の断面を示している。その図によれば、測定箇所により、外径Ｄ１が異なると考えられる。

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、前記コイルの数はＫ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、１番目の前記コイルは前記一端に近く、Ｋ番目の前記コイルと前記他端との間に所定間隔が形成されている。
Ｋは２以上の整数である。

[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、コイル基板は、一端と他端を有するフレキシブル基板とフレキシブル基板上の複数のコイルで形成されている。そして、コイルの数はＫであって、Ｋ番目のコイルと他端との間に所定間隔が形成されている。従って、所定間隔を調整することで、コイル基板の長さを自由に調整することができる。
実施形態のコイル基板を巻くことで、モータ用コイル基板を製造することができる。フレキシブル基板の長さはＬである。コイル基板を巻く回数はＮである。モータ用コイル基板内で、最も内側に位置するフレキシブル基板は、第１フレキシブル基板である。最も外側に位置するフレキシブル基板は、第Ｎフレキシブル基板である。第Ｎフレキシブル基板は、第（Ｎ－１）フレキシブル基板から延びている。そして、第Ｎフレキシブル基板は、第（Ｎ－１）フレキシブル基板の周りに巻かれる。１周分のフレキシブル基板の長さはＬ１である。所定間隔を調整することで、Ｌ／Ｌ１を調整することができる。例えば、Ｌ／Ｌ１を２以上の整数に調整することができる。その場合、各周に配置されるフレキシブル基板の長さがほぼ等しい。第Ｎフレキシブル基板は、第（Ｎ－１）フレキシブル基板をほぼ完全に覆う。
実施形態のモータ用コイル基板と磁石でモータが製造される。モータ用コイル基板がモータの回転方向と平行な面で切断されると、モータ用コイル基板の断面が形成される。モータ用コイル基板は厚みを有する。モータ用コイル基板の厚みは断面で測定される。モータ用コイル基板の厚みは各周に配置されるフレキシブル基板を含む。そのため、所定間隔を調整することで、０度から３６０度までモータ用コイル基板の厚みをほぼ等しくすることができる。モータ用コイル基板の真円度を高くすることができる。真円度はモータ用コイル基板の断面で観察される。モータ用コイル基板がスムーズに回転する。モータ用コイル基板が回転する時、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。

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）は配線の平面図であり、図１（Ｄ）はコイルの平面図である。 実施形態のコイル基板を示す図。 図３（Ａ）は実施形態のモータ用コイル基板の断面の模式図であり、図３（Ｂ）はコイル基板の断面を示し、図３（Ｃ）は実施形態のコイルの重なりを示す模式図であり、図３（Ｄ）は参考例のモータ用コイル基板の断面の模式図である。

図２に示されるコイル基板２０１が準備される。図２に示されるように、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上のコイルＣで形成されている。さらに、フレキシブル基板２２は、短辺２０Ｓと長辺２０Ｌとを有する。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。一端２２Ｌは短辺２０Ｓを兼ねる。長辺２０Ｌは上辺２０ＬＵと上辺２０ＬＵと反対側の下辺２０ＬＢを有する。コイルＣの数はＭである。Ｍは２以上の整数である。Ｍの最大値はＫである。図２の例では、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６の数は６である。各コイルＣは模式的に示されている。図２（Ａ）は第１面Ｆ上のコイルＣを示し、図２（Ｂ）は第２面Ｓ上のコイルＣを示す。

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。

図１（Ｃ）に示されるように、配線ｗは、複数の第１回路５１と複数の第２回路５２と複数のビア導体ＶＡで形成される。図３（Ｂ）に示されるように、第１回路５１は第１面Ｆ上に形成され、第２回路５２は第２面Ｓ上に形成されている。ビア導体ＶＡはフレキシブル基板２２を貫通している。第１回路５１と第２回路５２はビア導体ＶＡを介して接続されている。１つの第１回路５１と１つの第２回路５２と１つのビア導体ＶＡは、ほぼ１ターンのコイルを形成する。１ターンを形成する配線ｗの内、第１回路５１は一端２２Ｌに近く、第２回路５２は他端２２Ｒに近い。複数のビア導体ＶＡは第１ビア導体ＶＡ１と第２ビア導体ＶＡ２に分けられる。第１ビア導体ＶＡ１は上辺２０ＬＵに近く、第２ビア導体ＶＡ２は下辺２０ＬＢに近い。第１回路５１と第２回路５２とビア導体ＶＡは、第１回路５１、第２ビア導体ＶＡ２、第２回路５２、第１ビア導体ＶＡ１の順で繋がっている。第１ビア導体ＶＡ１を介し隣接するターンを形成する配線ｗが接続される。

図１（Ｄ）では、配線ｗが纏められている。第１回路５１を纏めることで、第１回路群５１ｇが形成される。第２回路５２を纏めることで、第２回路群５２ｇが形成される。図２中のコイルＣは第１回路群５１ｇと第２回路群５２ｇで描かれている。

図１（Ｄ）に示されるように、コイルＣは一端５１Ｅと他端５２Ｅを有する。コイルＣの一端５１Ｅはフレキシブル基板２２の一端２２Ｌに最も近い。コイルＣの他端５２Ｅはフレキシブル基板２２の他端２２Ｒに最も近い。コイルＣの一端５１ＥとコイルＣの他端５２Ｅとの間の距離はコイルＣの幅Ｗである。各コイルＣの幅は略等しい。

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。

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。

図３（Ｃ）は、ｍ番目のコイルＣｍと（ｍ＋１）番目のコイルＣｍ＋１と（ｍ－１）番目のコイルＣｍ－１の重なりを示す。ｍが２の時、ｍ番目のコイルＣｍは第２コイルＣ２であり、（ｍ＋１）番目のコイルＣｍ＋１は第３コイルＣ３であり、（ｍ－１）番目のコイルＣｍ－１は第１コイルＣ１である。図３（Ｃ）の例では、ｍは２である。
ｍ番目のコイルＣｍの中央スペースＳＣ下に（ｍ－１）番目のコイルＣｍ－１の第２回路群５２ｇが位置し、ｍ番目のコイルＣｍの中央スペースＳＣ上に（ｍ＋１）番目のコイルＣ（ｍ＋１）の第１回路群５１ｇが位置する。図３（Ｃ）では、ｍ番目のコイルＣｍの中央スペースＳＣの外周は点線で描かれている。コイルＣを形成する配線ｗの密度を高くすることができる。コイルＣの占積率を高くすることができる。モータのトルクを大きくすることができる。

コイルＣはＵ相コイルＣＵとＶ相コイルＣＶとＷ相コイルＣＷを含む。Ｕ相コイルＣＵとＶ相コイルＣＶとＷ相コイルＣＷは、Ｕ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶ、Ｗ相コイルＣＷの順で並んでいる。一端２２Ｌに最も近いコイルＣはＵ相コイルＣＵである。

コイル基板２０１は、１つのフレキシブル基板２２で形成される。コイルＣは、フレキシブル基板２２の長辺２０Ｌに沿って並んでいる。一端２２Ｌに最も近いコイルＣは第１コイルＣ１である。他端２２Ｒに最も近いコイルは第ＫコイルＣＫである。第１コイルＣ１から第ＫコイルＣＫまでコイルＣは順に並んでいる。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。しかしながら、図２に示されるように、コイルＣは均等に配置されていない。コイルＣは他端２２Ｒを含む所定の領域２２０に配置されていない。所定の領域２２０は所定間隔２２０と称される。所定間隔２２０は第ＫコイルＣＫと他端２２Ｒとの間に形成されている。所定間隔２２０を形成するフレキシブル基板２２は副の部分２２－２である。副の部分２２－２以外のフレキシブル基板２２は主な部分２２－１である。フレキシブル基板２２は、主な部分２２－１と副の部分２２－２で形成される。副の部分２２－２は主な部分２２－１から延びている。主な部分２２－１上にコイルＣが形成されている。副の部分２２－２上にコイルＣは形成されていない。

図２の例では、一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かって６のコイルＣが並べられている。第１コイルＣ１から第６コイルＣ６までのコイルＣは、主な部分２２－１上に形成されている。

図２に示されるように、フレキシブル基板２２の長さはＬである。主な部分２２－１の長さはＬ５である。長さＬ５は一端２２Ｌと第ＫコイルＣＫの他端５２Ｅとの間の距離である。副の部分２２－２の長さはＬ３である。長さＬ３は第ＫコイルＣＫの他端５２Ｅとフレキシブル基板２２の他端２２Ｒとの間の距離である。長さＬは長さＬ５と長さＬ３との和である。実施形態のフレキシブル基板２２は所定間隔２２０を有するので、コイル基板２０１の長さＬを自由に調整することができる。

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、３以下である。Ｎは複数である。図１（Ｂ）は模式図である。
主な部分２２－１と副の部分２２－２で形成されるコイル基板２０が巻かれると、図１（Ｂ）に示されるように、副の部分２２－２は主な部分２２－１の外側に巻かれる。

図１（Ｂ）に示されるように、フレキシブル基板２２は２周以上巻かれている。モータ用コイル基板２０の観点からフレキシブル基板２２が観察されると、フレキシブル基板２２は各周を形成するフレキシブル基板の集まりと考えられる。モータ用コイル基板２０内で、最も内側に位置するフレキシブル基板は、１周目のフレキシブル基板である。１周目のフレキシブル基板は第１フレキシブル基板２２１である。２周目のフレキシブル基板は第２フレキシブル基板２２２である。第２フレキシブル基板２２２は第１フレキシブル基板２２１から延びている。さらに、第２フレキシブル基板２２２は、第１フレキシブル基板２２１の周りに巻かれている。このように、モータ用コイル基板２０を形成するフレキシブル基板２２は、第１から第Ｎまでのフレキシブル基板で形成される。第Ｎフレキシブル基板２２Ｎは、最も外側に位置するフレキシブル基板である。第Ｎフレキシブル基板２２Ｎは、第（Ｎ－１）フレキシブル基板２２（Ｎ－１）から延びている。そして、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎは、第（Ｎ－１）フレキシブル基板２２（Ｎ－１）の周りに巻かれる。

１周分のフレキシブル基板の長さ（所定の長さ）はＬ１である。長さＬ１は図２（Ａ）に示される。図２（Ａ）に示されるように、長さＬ１は第１フレキシブル基板２２１の長さで代表される。あるいは、長さＬ１は各周を形成するフレキシブル基板の長さの平均値で代表される。所定間隔２２０を調整することで、Ｌ／Ｌ１を自由に調整することができる。例えば、Ｌ／Ｌ１を２以上の整数に調整することができる。その場合、各周に配置されるフレキシブル基板の長さがほぼ等しい。第Ｎフレキシブル基板２２Ｎは、第（Ｎ－１）フレキシブル基板２２（Ｎ－１）をほぼ完全に覆う。ＬとＬ１とＮは次の関係１を満足する。
関係１：Ｌ≒Ｎ×Ｌ１
図１（Ｂ）の例では、Ｎは２である。コイル基板２０１は丁度２回巻かれる。フレキシブル基板２２の長さＬは２×Ｌ１である。

各フレキシブル基板上にコイルＣは形成されている。各フレキシブル基板と各フレキシブル基板上のコイルＣで各コイル基板が形成される。例えば、第１フレキシブル基板２２１と第１フレキシブル基板２２１上のコイルＣで第１コイル基板２０１１が形成される。第Ｎフレキシブル基板２２Ｎと第Ｎフレキシブル基板２２Ｎ上のコイルＣで第Ｎコイル基板２０１Ｎが形成される。第１から第（Ｎ－１）までのコイル基板では、フレキシブル基板上にコイルＣがほぼ均等に配置されている。それに対し、第Ｎコイル基板２０１Ｎでは、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎ上にコイルＣが均等に配置されていない。第Ｎフレキシブル基板２２Ｎは他端２２Ｒを含む所定間隔２２０を有する。従って、所定間隔２２０の長さを調整することで、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎの長さＬＮを自由に調整することができる。

図２の例では、フレキシブル基板２２は第１フレキシブル基板２２１と第１フレキシブル２２１から延びている第２フレキシブル基板２２２で形成されている。第１から第４までのコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は第１フレキシブル基板２２１上に形成されている。第５と第６コイルＣ５、Ｃ６は第１と第２フレキシブル基板２２１、２２２上に形成されている。第１フレキシブル基板２２１の長さはＬ１である。第１フレキシブル基板２２１の長さＬ１と所定の長さは等しい。図２の例では、長さＬ１はフレキシブル基板２２の一端２２Ｌと第４コイルＣ４の他端５２Ｅ間の距離である。第２フレキシブル基板２２２の長さはＬ２である。図２の例では、長さＬ２はフレキシブル基板２２の他端２２Ｒと第４コイルＣ４の他端５２Ｅ間の距離である。第２フレキシブル基板２２２の長さＬ２と所定の長さＬ１はほぼ等しい。

副の部分２２－２の長さＬ３と第Ｎフレキシブル基板２２Ｎの長さＬＮが比較される。図２では、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎの長さＬＮは長さＬ２である。第Ｎフレキシブル基板２２Ｎ上に第ＫコイルＣＫが形成されている。そして、副の部分２２－２の長さＬ３は、第ＫコイルＣＫの他端５２Ｅとフレキシブル基板２２の他端２２Ｒとの間の距離である。そのため、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎの長さＬＮは、副の部分２２－２の長さ（所定間隔の長さ）Ｌ３より長い。所定間隔の長さＬ３はコイルＣの幅Ｗより大きい。所定間隔の長さＬ３は、所定の長さＬ１の約半分である。第Ｎコイル基板２０Ｎは軽さと強度を有することができる。

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。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１（Ｂ）にモータ１０の回転方向ＭＲが示される。

モータ１０の回転方向ＭＲと平行な面で、モータ１０を切断することで得られるモータ用コイル基板２０の断面が図３（Ａ）に示される。図３（Ａ）は模式図である。図３（Ａ）では、コイルＣは省略されていて、フレキシブル基板２２のみが描かれている。

図３（Ａ）に示されるように、モータ用コイル基板２０は厚みＭＴを有し、モータ用コイル基板２０の厚みＭＴは断面で測定される。モータ用コイル基板２０の厚みＭＴは各周に配置されるフレキシブル基板を含む。実施形態では、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎが所定間隔２２０を有する。そのため、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎの長さＬＮと所定の長さＬ１がほぼ一致する。各周のフレキシブル基板の長さがほぼ等しい。そのため、所定間隔の長さＬ３を調整することで、０度から３６０度まで、モータ用コイル基板２０の厚みＭＴをほぼ等しくすることができる。モータ用コイル基板２０をモータ１０内に確実に固定することができる。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。真円度はモータ用コイル基板２０の断面で観察される。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。

図３（Ａ）の例では、図２に示されるコイル基板２０１を巻くことで、モータ用コイル基板２０が製造されている。図３（Ａ）に示されるモータ用コイル基板２０は、第１コイル基板２０１１と第１コイル基板２０１１の周りに巻かれている第２コイル基板２０１２で形成されている。そして、第１フレキシブル基板２２１の長さＬ１と第２フレキシブル基板２２２の長さＬ２は等しい。そのため、コイル基板２０１は丁度２回巻かれる。モータ用コイル基板２０の厚みＭＴがほぼ均等である。

フレキシブル基板２２が所定間隔２２０を有しないと、第Ｎフレキシブル基板２２Ｎの長さＬＮと所定の長さＬ１が一致し難い。その場合、長さＬＮは長さＬ１より短い。このようなコイル基板は参考例である。参考例のコイル基板を巻くことで参考例のモータ用コイル基板が製造される。参考例のモータ用コイル基板の断面の模式図が図３（Ｄ）に示される。図３（Ｄ）に示されるように、モータ用コイル基板２０の厚みＭＴが部分的に異なる。図３（Ｄ）のモータ用コイル基板２０が回転すると、偏心が発生しやすい。

２０ モータ用コイル基板
２２ フレキシブル基板
４８ 磁石
５１ 第１回路
５２ 第２回路
２０１ コイル基板
Ｃ コイル
ＳＣ 中央スペース
ＶＡ ビア導体

Claims (9)

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、
   前記コイルの数はＫ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、１番目の前記コイルは前記一端に近く、Ｋ番目の前記コイルと前記他端との間に所定間隔が形成されている。
   Ｋは２以上の整数である。
2. 請求項１のコイル基板であって、前記フレキシブル基板は主な部分と前記主な部分から延びている副の部分で形成されていて、前記副の部分は前記所定間隔を形成し、前記副の部分上に前記コイルは形成されていない。
3. 請求項２のコイル基板であって、前記副の部分は前記フレキシブルの一部である。
4. 請求項２のコイル基板をＮ回巻くことで形成されるモータ用コイル基板であって、
   前記フレキシブル基板の長さは、１周分の長さ（所定の長さ）のＮ倍であって、前記副の部分の長さは前記所定の長さより短い。
   Ｎは２以上の整数である。
5. 請求項１のコイル基板であって、前記フレキシブル基板は第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有し、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第１面上の第１回路と前記第２面上の第２回路と前記フレキシブル基板を貫通し前記第１回路と前記第２回路を繋ぐビア導体で形成されていて、前記第１回路と前記ビア導体と前記第２回路で１ターンのコイルが形成され、ｍ番目の前記コイルの前記中央スペース下に（ｍ－１）番目の前記コイルの前記第２回路が位置し、ｍ番目の前記コイルの前記中央スペース上に（ｍ＋１）番目の前記コイルの前記第１回路が位置する。
   ｍは２以上の整数である。
6. 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相コイルを含む。
7. 請求項４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第１フレキシブル基板と前記第１フレキシブル基板から延びている第２フレキシブル基板を含み、前記第１フレキシブル基板は前記主な部分の一部であって、前記副の部分は前記第２フレキシブル基板の一部であって、前記第２フレキシブル基板は前記第１フレキシブル基板の周りに巻かれていて、前記第１フレキシブル基板の長さと前記第２フレキシブル基板の長さと前記所定の長さはほぼ等しく、前記第２フレキシブル基板上にＫ番目の前記コイルが形成されている。
8. 請求項７のモータ用コイル基板であって、前記所定間隔は前記コイルの幅より大きい。
9. 請求項７のモータ用コイル基板であって、前記所定間隔は前記所定の長さの約半分である。

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