JP2023030843A - コイル基板、モータ用コイル基板及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】耐電圧が確保され、安定した性能のモータが得られるコイル基板の提供。【解決手段】実施形態のコイル基板は、第１面と第１面と反対側の第２面を有するとともに、長手方向の一端側の第１辺と長手方向の他端側の第２辺を有するフレキシブル基板と、第１面上に設けられるコイル状の配線と第２面上に設けられるコイル状の配線によって形成されるコイル、とを有する。フレキシブル基板は、第１辺を起点として、長手方向と直交する方向に延びる軸を中心に周方向に複数回巻かれることによって円筒状に形成可能であり、配線が形成されている配線形成領域と配線が形成されていない非形成領域とを有している。非形成領域の長手方向の長さ（Ｌ）は、円筒状に形成された際のフレキシブル基板の外周面の周方向の長さ（Ｒ）に対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。【選択図】図１

Description

本明細書によって開示される技術は、コイル基板と、コイル基板を用いて形成されるモータ用コイル基板と、モータ用コイル基板を用いて形成されるモータに関する。

特許文献１は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板の両面に形成された渦巻状の配線とを有するコイル基板を開示する。コイル基板が円筒状に巻かれることでモータ用コイル基板が形成される。形成されたモータ用コイル基板を円筒状のヨークの内側に配置し、モータ用コイル基板の内側に回転軸と磁石を配置することによってモータが形成される。

特開２０２０－６１５３２号公報

［特許文献１の課題］
特許文献１の技術では、円筒状に形成されたモータ用コイル基板の最外周面に配線の形成範囲が位置する場合がある。その場合、モータ用コイル基板を円筒状のヨークの内側に配置する際に、モータ用コイル基板とヨークの間に絶縁性の接着部材を介在させたとしても、高電圧が印加される際にモータ用コイル基板とヨーク間が短絡することが考えられる。

本発明のコイル基板は、第１面と前記第１面と反対側の第２面を有するとともに、長手方向の一端側の第１辺と前記長手方向の他端側の第２辺を有するフレキシブル基板と、前記第１面上に設けられるコイル状の配線と前記第２面上に設けられるコイル状の配線によって形成されるコイル、とを有する。前記フレキシブル基板は、前記第１辺を起点として、前記長手方向と直交する方向に延びる軸を中心に周方向に複数回巻かれることによって円筒状に形成可能であり、前記配線が形成されている配線形成領域と前記配線が形成されていない非形成領域とを有している。前記配線形成領域は、前記第１辺に近い位置に形成されている前記配線を始点とし、前記第１辺から最も離れた位置に形成されている前記配線を終点とする領域である。前記非形成領域は、前記終点位置から前記第２辺までの間の領域である。前記非形成領域の前記長手方向の長さ（Ｌ）は、円筒状に形成された際の前記フレキシブル基板の外周面の周方向の長さ（Ｒ）に対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。

本発明の実施形態のコイル基板は、非形成領域を有する。非形成領域の長手方向の長さ（Ｌ）は円筒状に形成された際の前記フレキシブル基板の外周面の周方向の長さ（Ｒ）に対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。そのため、コイル基板を円筒状に形成してモータ用コイル基板を形成する場合に、モータ用コイル基板の最外周面の一部が非形成領域によって覆われる。円筒状に形成されたモータ用コイル基板の最外周面の一部に配線形成領域が配置されない。モータ用コイル基板を円筒状のヨークの内側に配置してモータを形成する場合において、モータ用コイル基板とヨーク間が短絡することが抑制される。コイル基板を用いてモータが形成される場合において、モータの耐電圧が確保され、安定した性能のモータが得られる。

本発明のモータ用コイル基板は、上記の本発明のコイル基板を円筒状に巻くことによって形成される。前記第１面が内周側に配置されており、前記第２面が外周側に配置されている。

本発明の実施形態のモータ用コイル基板では、最外周面の一部が非形成領域によって覆われている。すなわち、最外周面の一部に配線形成領域が配置されない。モータ用コイル基板を円筒状のヨークの内側に配置してモータを形成する場合において、モータ用コイル基板とヨーク間が短絡することが抑制される。モータ用コイル基板を用いてモータが形成される場合において、モータの耐電圧が確保され、安定した性能のモータが得られる。

本発明のモータは、上記の本発明のモータ用コイル基板を円筒状のヨークの内側に配置し、前記モータ用コイル基板の内側に回転軸と磁石を配置することによって形成される。

本発明の実施形態のモータでは、高電圧が印加される際においてもモータの耐電圧が確保され、安定した性能のモータが得られる。

実施形態のコイル基板を模式的に示す平面図。 実施形態のコイル基板が円筒状に巻かれる途中の様子を模式的に示す斜視図。 実施形態のモータ用コイル基板を模式的に示す斜視図。 実施形態のモータを模式的に示す断面図。 実施形態の第１改変例のコイル基板を模式的に示す平面図。 実施形態の第１改変例のコイル基板を模式的に示す底面図。

［実施形態］
図１は実施形態のコイル基板２を示す平面図である。コイル基板２は、フレキシブル基板１０と、３個のコイル２０、２２、２４とを有する。

フレキシブル基板１０は、第１面１０Ｆと、第１面１０Ｆと反対側の第２面１０Ｂとを有する樹脂基板である。フレキシブル基板１０は、ポリイミド、ポリアミド等の絶縁性を有する樹脂を用いて形成される。フレキシブル基板１０は可撓性を有する。フレキシブル基板１０は第１辺Ｅ１～第４辺Ｅ４の四辺を有する矩形状に形成されている。第１辺Ｅ１はフレキシブル基板１０の長手方向（図１の左右方向）の一端側の短辺である。第２辺Ｅ２は長手方向の他端側の短辺である。第３辺Ｅ３と第４辺Ｅ４はともに長手方向に沿って延びる長辺である。後で詳しく説明するように、コイル基板２が円筒状に巻かれてモータ用コイル基板５０（図３参照）が形成される場合、第１面１０Ｆは内周側に配置され、第２面１０Ｂは外周側に配置される。

コイル２０、２２、２４は、フレキシブル基板１０の長手方向に沿って並んでいる。３個のコイル２０、２２、２４はそれぞれ三相モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成していてもよい。３個のコイル２０、２２、２４は、第１辺Ｅ１から第２辺Ｅ２に向かってこの順で並んでいる。改変例では、フレキシブル基板１０には３個より少ない数のコイルが設けられていてもよいし、４個以上のコイルが設けられていてもよい。

コイル２０は、１ターン中の半ターンを構成する第１配線３０Ｆが第１面１０Ｆ側に形成され、残り半ターンを構成する第２配線３０Ｂが第２面１０Ｂ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ることによって形成されている。図１ではコイル２０は３ターン分の配線を備える。各ターンを構成する第１配線３０Ｆと第２配線３０Ｂは、フレキシブル基板１０を貫通するビア導体３１を介して電気的に接続されている。

同様に、コイル２２は、１ターン中の半ターンを構成する第１配線３２Ｆが第１面１０Ｆ側に形成され、残り半ターンを構成する第２配線３２Ｂが第２面１０Ｂ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ることによって形成されている。コイル２２は３ターン分の配線を備える。各ターンを構成する第１配線３２Ｆと第２配線３２Ｂはビア導体３３を介して電気的に接続されている。コイル２４は、１ターン中の半ターンを構成する第１配線３４Ｆが第１面１０Ｆ側に形成され、残り半ターンを構成する第２配線３４Ｂが第２面１０Ｂ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ることによって形成されている。コイル２４は３ターン分の配線を備える。各ターンを構成する第１配線３４Ｆと第２配線３４Ｂはビア導体３５を介して電気的に接続されている。

フレキシブル基板１０には、さらに、上述のコイル２０、２２、２４の配線が形成されている配線形成領域１２と、配線が形成されていない非形成領域１４とが設けられている。配線形成領域１２は、第１辺Ｅ１に最も近い位置に形成されているコイル２０の第１配線３０Ｆを始点１３Ｓとし、第１辺Ｅ１から最も離れた位置に形成されているコイル２２の第２配線３４Ｂを終点１３Ｇとする領域である。非形成領域１４は、配線形成領域１２の終点１３Ｇから第２辺Ｅ２までの間の領域である。この領域の長さ（即ち終点１３Ｇと第２辺Ｅ２の間の距離）をＬとする。後で詳しく説明されるように、非形成領域１４の長手方向の長さＬは、コイル基板２が円筒状に形成された際のフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲ（図２参照）に対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係を有する。

また、図示は省略されるが、第１面１０Ｆと第１配線３０Ｆ、３２Ｆ、３４Ｆ上は樹脂絶縁層で覆われている。同様に第２面１０Ｂと第２配線３０Ｂ、３２Ｂ、３４Ｂ上は樹脂絶縁層で覆われている。

図２は、実施形態のコイル基板２が円筒状に巻かれる途中の様子を示す。コイル基板２が円筒状に巻かれることによって実施形態のモータ用コイル基板５０（図３）が形成される。実施形態のコイル基板２が円筒状に巻かれる場合、フレキシブル基板１０は、第１辺Ｅ１を起点として、長手方向と直交する方向に延びる軸（第１辺Ｅ１と平行に延びる軸）を中心に周方向に複数回巻かれる。コイル基板２が円筒状に巻かれる際、フレキシブル基板１０の第１面１０Ｆが内周側に配置され、第２面１０Ｂが外周側に配置される。

図２では、フレキシブル基板１０の配線形成領域１２部分までが円筒状に巻かれている。この時点では非形成領域１４はまだ円筒状に巻かれていない。図２に示されるように、非形成領域１４の長さ（長手方向の長さ：Ｌ）は、円筒状に巻かれているフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲに対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。

図３は、コイル基板２全体が円筒状に巻かれることによって形成されるモータ用コイル基板５０を示す。モータ用コイル基板５０では、フレキシブル基板１０の全長が円筒状に巻かれている。上記の通り、第１面１０Ｆが内周側に配置され、第２面１０Ｂが外周側に配置される。上記の通り、非形成領域１４の長さ（長手方向の長さ：Ｌ）は、円筒状に巻かれているフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲに対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係を有する。そのため、図３に示されるように、モータ用コイル基板５０の外周面の一部は、非形成領域１４によって覆われる。円筒状に形成されたモータ用コイル基板５０の最外周面の一部に配線形成領域１２が配置されない。

実施形態のコイル基板２の作用効果を明確にするために、非形成領域１４の長さ（長手方向の長さ：Ｌ）が、円筒状に巻かれているフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲ以上である第１比較例について説明される。第１比較例はＬ≧Ｒという関係を有する。第１比較例のモータ用コイル基板を用いてモータを形成すると、モータ内でのモータ用コイル基板の容積が増すので、モータ設計の自由度を阻害してしまう。

また、逆に、非形成領域１４の長さ（長手方向の長さ：Ｌ）が、円筒状に巻かれているフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲの１／３より短い第２比較例について説明される。第２比較例はＬ＜１／３Ｒという関係を有する。この場合、モータ用コイル基板の外周面に存在する非形成領域１４が少ない。そのため、第２比較例のモータ用コイル基板を用いてモータを形成すると、モータ用コイル基板とヨークとが短絡するおそれがある。

図４は、実施形態のモータ用コイル基板５０（図３）を用いたモータ１００を模式的に示す断面図である。モータ１００は、モータ用コイル基板５０をヨーク６０の内側に配置し、モータ用コイル基板５０の内側に回転軸８０と回転軸８０に固定された磁石７０とを配置することによって形成される。

以上の通り、実施形態のコイル基板２（図１、図２）、モータ用コイル基板５０（図３）、モータ１００（図４）の構成が説明された。図２に示されるように、コイル基板２の非形成領域１４の長手方向の長さＬは、円筒状に巻かれているフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲに対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。そのため、図３に示されるように、コイル基板２を複数回巻いて円筒状に形成してモータ用コイル基板５０を形成する場合に、モータ用コイル基板５０の最外周面の一部が非形成領域１４によって覆われる。すなわち、円筒状に形成されたモータ用コイル基板５０の最外周面に配線形成領域１２が配置されない部分が存在する。図４に示されるように、モータ用コイル基板５０を円筒状のヨーク６０の内側に配置してモータ１００が形成される場合において、モータ用コイル基板５０とヨーク６０間が短絡することが抑制される。コイル基板２を用いてモータが形成される場合において、モータ１００の耐電圧が確保され、安定した性能のモータ１００が得られる。また、モータ用コイル基板５０の最外周面に配線形成領域１２が配置されない部分が存在するため、モータ１００内でのモータ用コイル基板５０の容積が大きくなりすぎず、モータ設計の自由度が阻害されることもない。

［実施形態の第１改変例］
図５、図６は、実施形態の第１改変例を示す。第１改変例では、コイル２０、２２、２４を構成する配線の配置が実施形態と異なる。図５は第１改変例のコイル基板１０２を示す平面図である。図６は第１改変例のコイル基板１０２を示す底面図である。

コイル２０は、第１面１０Ｆ上に設けられるコイル形状の第１配線３０Ｆ（図５）と第２面１０Ｂ上に設けられるコイル形状の第２配線３０Ｂ（図６）とからなる。第１配線３０Ｆと第２配線３０Ｂは、フレキシブル基板１０を貫通するビア導体３１を介して電気的に接続されている。同様に、コイル２２は第１配線３２Ｆと第２配線３２Ｂとからなる。第１配線３２Ｆと第２配線３２Ｂはビア導体３３を介して電気的に接続されている。コイル２４は第１配線３４Ｆと第２配線３４Ｂとからなる。第１配線３４Ｆと第２配線３４Ｂはビア導体３５を介して電気的に接続されている。

図５に示されるように、第１配線３０Ｆは、外周から内周に向かって右回りの渦巻状（六角形の渦巻状）に形成されている。ビア導体３１は第１配線３０Ｆの内周側端部に形成されている。図６に示されるように、第２配線３０Ｂは、外周から内周に向かって左回りの渦巻状（六角形の渦巻状）に形成されている。ビア導体３１は第２配線３０Ｂの内周側端部に形成されている。第１配線３０Ｆと第２配線３０Ｂは、同じ面から見て同じ巻き方向の渦巻状に形成されている。第１配線３０Ｆと第２配線３０Ｂは電気的に直列に接続された１つのコイル２０として機能する。

第１配線３２Ｆと第２配線３２Ｂ、及び、第１配線３４Ｆと第２配線３４Ｂは、上記の第１配線３０Ｆと第２配線３０Ｂと同様の関係を有する。第１配線３２Ｆと第２配線３２Ｂは、同じ面から見て同じ巻き方向の渦巻状に形成されている。第１配線３２Ｆと第２配線３２Ｂは電気的に直列に接続された１つのコイル２２として機能する。第１配線３４Ｆと第２配線３４Ｂは、同じ面から見て同じ巻き方向の渦巻状に形成されている。第１配線３４Ｆと第２配線３４Ｂは電気的に直列に接続された１つのコイル２４として機能する。

フレキシブル基板１０には、コイル２０、２２、２４の配線が形成されている配線形成領域１２と、配線が形成されていない非形成領域１４とが設けられている。コイル基板２の非形成領域１４の長手方向の長さＬは、円筒状に巻かれているフレキシブル基板１０の外周面の周方向の長さＲに対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。

また、図示は省略されるが、第１面１０Ｆと第１配線３０Ｆ、３２Ｆ、３４Ｆ上は樹脂絶縁層で覆われている。同様に第２面１０Ｂと第２配線３０Ｂ、３２Ｂ、３４Ｂ上は樹脂絶縁層で覆われている。

第１改変例のコイル基板１０２（図５、図６）を用いてモータ用コイル基板５０（図３参照）が形成される場合も、最外周面の一部が非形成領域１４によって覆われる。すなわち、円筒状に形成されたモータ用コイル基板５０の最外周面に配線形成領域１２が配置されない部分が存在する。すなわち、円筒状に形成されたモータ用コイル基板５０の最外周面に配線形成領域１２が配置されない。モータ１００が形成される場合において、モータ用コイル基板５０とヨーク６０間が短絡することが抑制される。コイル基板１０２を用いてモータが形成される場合において、モータ１００の耐電圧が確保され、安定した性能のモータ１００が得られる。また、モータ用コイル基板５０の最外周面に配線形成領域１２が配置されない部分が存在するため、モータ１００内でのモータ用コイル基板５０の容積が大きくなりすぎず、モータ設計の自由度が阻害されることもない。

２：コイル基板
１０：フレキシブル基板
１０Ｆ：第１面
１０Ｂ：第２面
１２：配線形成領域
１３Ｇ：終点
１３Ｓ：始点
１４：非形成領域
２０、２２、２４：コイル
５０：モータ用コイル基板
６０：ヨーク
７０：磁石
８０：回転軸
１００：モータ
１０２：コイル基板
Ｅ１：第１辺
Ｅ２：第２辺

Claims (3)

1. 第１面と前記第１面と反対側の第２面を有するとともに、長手方向の一端側の第１辺と前記長手方向の他端側の第２辺を有するフレキシブル基板と、
   前記第１面上に設けられるコイル状の配線と前記第２面上に設けられるコイル状の配線によって形成されるコイル、とを有するコイル基板であって、
   前記フレキシブル基板は、前記第１辺を起点として、前記長手方向と直交する方向に延びる軸を中心に周方向に複数回巻かれることによって円筒状に形成可能であり、前記配線が形成されている配線形成領域と前記配線が形成されていない非形成領域とを有しており、
   前記配線形成領域は、前記第１辺に近い位置に形成されている前記配線を始点とし、前記第１辺から最も離れた位置に形成されている前記配線を終点とする領域であり、
   前記非形成領域は、前記終点位置から前記第２辺までの間の領域であり、
   前記非形成領域の前記長手方向の長さ（Ｌ）は、円筒状に形成された際の前記フレキシブル基板の外周面の周方向の長さ（Ｒ）に対して、１／３Ｒ≦Ｌ＜Ｒの関係である。
2. 請求項１のコイル基板を円筒状に巻くことによって形成されるモータ用コイル基板であって、前記第１面が内周側に配置されており、前記第２面が外周側に配置されている。
3. 請求項２のモータ用コイル基板を円筒状のヨークの内側に配置し、前記モータ用コイル基板の内側に回転軸と磁石を配置することによって形成されるモータ。

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