JP2022062996A - コイル基板とモータ用コイル基板、モータ - Google Patents

Abstract

【課題】低抵抗なコイルを有するコイル基板を提供すること。
【解決手段】コイル基板１２０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上に形成されていて、一端２２Ｌから他端２２Ｒに向かって並んでいる複数のコイルＣ、とからなる。コイルＣは、中央スペースＳＣと中央スペースＳＣの周りに形成されている配線ｗで形成される。配線ｗは第１配線５１と第２配線５２と第３配線５３を含み、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。第３配線５３は第１配線５１と第２配線５２を接続する。第１配線５１と第２配線５２の内、第１配線５１は一端２２Ｌに近い。第１配線５１の幅ｗ１と第２配線５２の幅ｗ２と第３配線５３の幅ｗ３はほぼ等しい。
【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、モータに関する。

特許文献１は、モータ用コイル基板を開示している。

特開２０２０－４３７１１号公報

[特許文献の課題]
特許文献１は、図２にコイルの配線を示している。特許文献１の図２によれば、Ｗ１はＷ２より小さく、Ｗ３はＷ４より小さい。このように、特許文献１のコイルは細い配線を有する。そのため、特許文献１のコイルの抵抗は高いと予想される。

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て、前記一端から前記他端に向かって並んでいる複数のコイル、とからなる。そして、前記コイルは中央スペースと前記中央スペースの周りに形成されている配線で形成され、前記配線は第１配線と第２配線と第３配線を含み、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配線は前記第１配線と前記第２配線を接続し、前記第１配線と前記第２配線の内、前記第１配線は前記一端に近く、前記第１配線の幅ｗ１と前記第２配線の幅ｗ２と前記第３配線の幅ｗ３は略等しい。

[実施形態の効果]
太い配線と細い配線では許容電流の大きさが異なる。特許文献１のコイルは細い配線と太い配線を有する。そのため、特許文献１のコイルがモータに用いられると、細い配線に起因する不具合が発生すると考えられる。本発明の実施形態のコイル基板によれば、第１配線の幅ｗ１と第２配線の幅ｗ２と第３配線の幅ｗ３は略等しい。このため、細い配線に起因する不具合が発生しない。あるいは、細い配線に起因する不具合が発生し難い。実施形態によれば、コイルの抵抗を小さくすることができる。モータの効率を高くすることができる。
第１配線は第１側壁と第２側壁を有する。第２側壁はコイルの外側を向いている。第２配線は第３側壁と第４側壁を有する。第４側壁はコイルの外側を向いている。第１配線とモータの回転方向との間の角度はほぼ９０度である。第２配線とモータの回転方向との間の角度はほぼ９０度である。そして、第２側壁の長さは第１側壁の長さより長い。第４側壁の長さは第３側壁の長さより長い。これにより、実施形態のモータは高いトルクを発生することができる。モータの効率を高くすることができる。

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）は参考例のコイルを示す。 図２（Ａ）は実施形態のコイル基板を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＥとＦとの間の断面を示し、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中のＧとＨとの間の断面を示す。 図３（Ａ）と図３（Ｄ）は実施形態のコイルを示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のＡとＢとの間の断面を示し、図３（Ｃ）は図３（Ａ）中のＣとＤとの間の断面を示す。

図２（Ａ）に示されるコイル基板１２０が準備される。コイル基板１２０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（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）で形成されている。コイル基板１２０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。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、１以上、６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、三相モータである。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。モータ１０の回転方向ＭＲが図１（Ｂ）に示されている。

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。フレキシブル基板２２の平面形状はほぼ矩形である。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。コイルＣ（Ｃ１１、Ｃ２、Ｃ３）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はほぼ一列に並んでいる。コイルＣの数はＭ（数Ｍ）である。図２（Ａ）の例では、コイルの数は３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。

図３（Ａ）に実施形態のコイルＣの例が示される。図３（Ａ）のコイルＣの巻き数は１である。コイルＣは中央スペースＳＣと中央スペースＳＣの周りに形成されている配線ｗで形成される。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。図３（Ａ）に示されるように、コイルＣの平面形状はほぼ六角形である。

配線ｗ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と第２配線５２を含む。第１配線５１と第２配線５２は概ね平行である。第１配線５１と第２配線５２は真直ぐ延びている。１つのコイルＣ内で、第１配線５１は一端２２Ｌに近く、第２配線５２は他端２２Ｒに近い。実施形態のコイル基板１２０を用いてモータ１０が製造される時、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。配線ｗは、さらに第１配線５１と第２配線５２とをつなぐ第３配線５３を含む。第３配線５３は途中で曲がっている。第３配線５３は中間点で曲がっている。第１配線５１と第２配線５２と第３配線５３を繋げることで配線ｗが形成される。

図３（Ａ）中のＡとＢとの間の断面が図３（Ｂ）に示される。ＡとＢを含む直線ＡＢと回転方向ＭＲはほぼ平行である。第１配線５１は、第１側壁５１ｓｗ１と第１側壁５１ｓｗ１と反対側の第２側壁５１ｓｗ２を有する。第１側壁５１ｓｗ１と第２側壁５１ｓｗ２の内、第１側壁５１ｓｗ１は中央スペースＳＣに近く、第２側壁５１ｓｗ２は一端２２Ｌに近い。第２配線５２は第３側壁５２ｓｗ３と第３側壁５２ｓｗ３と反対側の第４側壁５２ｓｗ４を有する。第３側壁５２ｓｗ３と第４側壁５２ｓｗ４の内、第３側壁５２ｓｗ３は中央スペースＳＣに近く、第４側壁５２ｓｗ４は他端２２Ｒに近い。第１配線５１は幅（第１幅）ｗ１を有する。第２配線５２は幅（第２幅）ｗ２を有する。第１幅ｗ１は第１側壁５１ｓｗ１と第２側壁５１ｓｗ２間の距離である。第２幅ｗ２は第３側壁５２ｓｗ３と第４側壁５２ｓｗ４間の距離である。

図３（Ａ）中のＣとＤとの間の断面が図３（Ｃ）に示される。ＣとＤを含む直線ＣＤと第３配線５３の側壁との間の角度はほぼ９０度である。第３配線５３は、第５側壁５３ｓｗ５と第５側壁５３ｓｗ５と反対側の第６側壁５３ｓｗ６を有する。第５側壁５３ｓｗ５と第６側壁５３ｓｗ６の内、第５側壁５３ｓｗ５は中央スペースＳＣに近い。第３配線５３は幅（第３幅）ｗ３を有する。第３幅ｗ３は第５側壁５３ｓｗ５と第６側壁５３ｓｗ６間の距離である。

実施形態のコイル基板１２０では、第１幅ｗ１と第２幅ｗ２と第３幅ｗ３はほぼ等しい。このため、コイルＣの抵抗を小さくすることができる。モータ１０の効率を高くすることができる。

実施形態のコイル基板１２０では、第１配線５１の厚みｔ１と第２配線５２の厚みｔ２と第３配線５３の厚みｔ３はほぼ等しい。このため、第１配線５１の断面積と第２配線５２の断面積と第３配線５３の断面積がほぼ等しい。第１配線５１と第２配線５２と第３配線５３の中の１つがボトルネックにならない。第１配線５１の許容電流の大きさと第２配線５２の許容電流の大きさと第３配線５３の許容電流の大きさをほぼ等しくすることができる。高効率なモータ１０を提供することができる。

実施形態では、第１配線５１を流れる電流の向きとモータ１０の回転方向ＭＲとの間の角度はほぼ９０度である。第２配線５２を流れる電流の向きとモータ１０の回転方向ＭＲとの間の角度はほぼ９０度である。そして、第２側壁５１ｓｗ２の長さ（第２長さ）Ｌ２は第１側壁５１ｓｗ１の長さ（第１長さ）Ｌ１より長い。第４側壁５２ｓｗ４の長さ（第４長さ）Ｌ４は第３側壁５２ｓｗ３の長さ（第３長さ）Ｌ３より長い。

図１（Ｃ）は参考例のコイルＣｒを示す。参考例のコイルＣｒは、第７配線５７と第８配線５８と第７配線５７と第８配線５８を繋ぐ第９配線５９で形成されている。コイルＣｒの平面形状は略六角形である。第７配線５７は第７側壁５７ｓｗ７と第７側壁５７ｓｗ７と反対側の第８側壁５７ｓｗ８を有する。第７側壁５７ｓｗ７は長さ（第７長さ）Ｌ７を有する。第８側壁５７ｓｗ８は長さ（第８長さ）Ｌ８を有する。長さＬ７と長さＬ８は等しい。第８配線５８は第９側壁５８ｓｗ９と第９側壁５８ｓｗ９と反対側の第１０側壁５８ｓｗ１０を有する。第９側壁５８ｓｗ９は長さ（第９長さ）Ｌ９を有する。第１０側壁５８ｓｗ１０は長さ（第１０長さ）Ｌ１０を有する。長さＬ９と長さＬ１０は等しい。

参考例のコイルＣｒがモータ用コイル基板に用いられると、第７配線５７を流れる電流の向きとモータ１０の回転方向ＭＲとの間の角度はほぼ９０度である。第８配線５８を流れる電流の向きとモータ１０の回転方向ＭＲとの間の角度はほぼ９０度である。

モータ１０の回転方向ＭＲに対して垂直に流れる電流はモータ１０のトルクに影響を与える。そして、実施形態のコイルＣのサイズと参考例のコイルＣｒのサイズが同じであると、第１長さＬ１と第７長さＬ７は等しい。第３長さＬ３と第９長さＬ９は等しい。第２名長さＬ２は第８長さＬ８より長い。第４長さＬ４は第１０長さＬ１０より長い。このため、回転方向ＭＲに対して垂直に流れる電流の長さが実施形態と参考例で比較されると、実施形態の長さは参考例の長さより長い。従って、実施形態は大きなトルクを有するモータ１０を提供することができる。

図３（Ｄ）は実施形態のコイルＣを示す。図３（Ｄ）に示されるように、第１配線５１と第３配線５３との間の角度θ１が９０度より大きくなるように配線ｗは第１配線５１と第３配線５３との境界５１Ｕ、５１Ｌで曲がっている。第２配線５２と第３配線５３との間の角度θ２が９０度より大きくなるように配線ｗは第２配線５２と第３配線５３との境界５２Ｕ、５２Ｌで曲がっている。更に、第１配線の幅ｗ１と第２配線の幅ｗ２と第３配線の幅ｗ３は等しい。そのため、第２長さＬ２を第１長さＬ１より長くすることができる。第４長さＬ４を第３長さＬ３より長くすることができる。これにより、モータ１０のトルクを高くすることができる。モータ１０の効率を高くすることができる。

図３（Ｄ）に示されるように、第１配線５１の上面５１Ｔの形状はほぼ台形である。第２配線５２の上面５２Ｔの形状はほぼ台形である。

コイルＣの別例が図２（Ａ）に示される。別例のコイルＣの巻き数は複数である。図２（Ａ）のコイルＣと図３（Ａ）のコイルＣは巻き数が異なる。巻き数以外、図２（Ａ）のコイルＣと図３（Ａ）のコイルＣは同様である。別例のコイル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。巻き数が複数なので、ターン毎に第１配線５１がある。ターン毎に第２配線５２がある。ターン毎に第３配線５３がある。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。

別例のコイルＣを含むコイル基板１２０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。

図２（Ａ）中のＥとＦとの間の断面が図２（Ｂ）に示される。点Ｅと点Ｆを含む直線と回転方向ＭＲは平行である。図２（Ａ）中のＧとＨとの間の断面が図２（Ｃ）に示される。点Ｇと点Ｈを含む直線と第５側壁５３ｓｗ５との間の角度は９０度である。別例のコイルの巻き数が複数である。そのため、図２（Ａ）と図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示されるように、別例のコイルＣは、隣接するターンを形成する配線ｗ間にギャップＧ１、Ｇ２、Ｇ３を有する。隣接する第１配線５１間のギャップは第１ギャップＧ１である。隣接する第２配線５２間のギャップは第２ギャップＧ２である。隣接する第３配線５３間のギャップは第３ギャップＧ３である。第１ギャップＧ１の距離ｚ１と第２ギャップＧ２の距離ｚ２と第３ギャップＧ３の距離ｚ３はほぼ等しい。

第１コイルＣ１はＵ相コイルであって、第２コイルＣ２はＶ相コイルであって、第３コイルＣ３はＷ相コイルである。図２（Ａ）に示されるコイル基板１２０は３相モータ用のコイル基板１２０である。

実施形態のモータ用コイル基板２０は、複数のコイルＣを有するコイル基板１２０を巻くことで形成される。

２０ モータ用コイル基板
２２ フレキシブル基板
２２Ｌ 一端
２２Ｒ 他端
４８ 磁石
５１ 第１配線
５２ 第２配線
５３ 第３配線
１２０ コイル基板
Ｃ コイル
ｗ 配線

Claims (10)

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て、前記一端から前記他端に向かって並んでいる複数のコイル、とからなるコイル基板であって、
   前記コイルは中央スペースと前記中央スペースの周りに形成されている配線で形成され、前記配線は第１配線と第２配線と第３配線を含み、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配線は前記第１配線と前記第２配線を接続し、前記第１配線と前記第２配線の内、前記第１配線は前記一端に近く、前記第１配線の幅ｗ１と前記第２配線の幅ｗ２と前記第３配線の幅ｗ３は略等しい。
2. 請求項１のコイル基板であって、前記第１配線は第１側壁と前記第１側壁と反対側の第２側壁を有し、前記第１側壁と前記第２側壁の内、前記第１側壁は前記中央スペースに近く、前記第２配線は第３側壁と前記第３側壁と反対側の第４側壁を有し、前記第３側壁と前記第４側壁の内、前記第３側壁は前記中央スペースに近く、前記幅ｗ１は前記第１側壁と前記第２側壁間の距離であり、前記幅ｗ２は前記第３側壁と前記第４側壁間の距離であり、前記第２側壁の長さは前記第１側壁の長さより長く、前記第４側壁の長さは前記第３側壁の長さより長い。
3. 請求項２のコイル基板であって、前記第１配線と前記第３配線との間の角度が９０度より大きくなるように前記配線は前記第１配線と前記第３配線との境界で曲がっていて、前記第２配線と前記第３配線との間の角度が９０度より大きくなるように前記配線は前記第２配線と前記第３配線との境界で曲がっている。
4. 請求項２のコイル基板であって、前記第１配線と前記第２配線と前記第３配線は複数であって、前記配線は渦巻き状に形成されている。
5. 請求項４のコイル基板であって、前記第１配線のそれぞれは概ね平行に形成されていて、前記第２配線のそれぞれは概ね平行に形成されていて、前記第１配線と前記第２配線は概ね平行に形成されている。
6. 請求項４のコイル基板であって、隣接する前記第１配線間のギャップの距離と隣接する前記第２配線間のギャップの距離と隣接する前記第３配線間のギャップの距離は略等しい。
7. 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相コイルを含み、前記Ｕ相コイルと前記Ｖ相コイルと前記Ｗ相コイルは、前記Ｕ相コイル・前記Ｖ相コイル・前記Ｗ相コイルの順で並んでいる。
8. 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。
9. 請求項３のコイル基板であって、前記第３配線は曲がっている。
10. 請求項８のモータ用コイル基板と、
    前記モータ用コイル基板内に配置される磁石、とからなるモータ。

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