JP2023114819A - コイル基板、モータ用コイル基板及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】安定した性能のモータが得られるコイル基板と、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の提供。【解決手段】実施形態のコイル基板は、第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有するフレキシブル基板と、前記第１面上及び前記第２面上に設けられる配線によって形成される複数個のコイル、とを有する。前記コイル基板は、前記フレキシブル基板の長手方向の第１端を起点として、前記長手方向と直交する直交方向に延びる軸を中心として周方向に巻かれることによって円筒状に形成可能である。前記フレキシブル基板は前記第１端近傍の第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域とを有している。前記配線のうち、前記第１領域に形成される第１配線の幅は、前記第２領域に形成される第２配線の幅より広い。【選択図】図３

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２０２０－８９２０７号公報

［特許文献１の課題］
特許文献１の技術では、コイル基板は、フレキシブル基板の長手方向の一端側の辺を起点として、長手方向と直交する直交方向（幅方向）に延びる軸を中心として周方向に巻かれると考えられる。配線のうち、フレキシブル基板の長手方向の一端側（即ち巻き方向の始端側）近傍に形成される部分の幅は、フレキシブル基板の長手方向の他端側（即ち巻き方向の終端側）近傍に形成される部分の幅より広いと考えられる。即ち、コイル基板が周方向に巻かれる際に最外周に位置する配線の幅は内周に位置する配線の幅よりも広いと考えられる。

コイル基板が周方向に巻かれる際、配線のギャップ部分には配線が存在しないため力が加わり易く、折れ曲がり易いと考えられる。特許文献１の技術では、最外周に位置する配線の幅は最内周に位置する配線の幅よりも広い。最外周に位置する配線間のギャップが、内周に位置する配線間のギャップと重なると考えられる。そのため、モータ用コイル基板が断面円形の円筒状ではなく断面多角形の多角筒状に形成され得ると考えられる。

モータ用コイル基板が多角筒状であると、モータ形成時に内側に配置される磁石と干渉することが考えられる。また、モータ用コイル基板とヨークの間の空隙が増えることで放熱性が低下することが考えられる。その結果安定したモータ性能が発揮できないことが考えられる。

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面とを有するフレキシブル基板と、前記第１面上及び前記第２面上に設けられる配線によって形成される複数個のコイル、とを有する。前記コイル基板は、前記フレキシブル基板の長手方向の第１端を起点として、前記長手方向と直交する直交方向に延びる軸を中心として周方向に巻かれることによって円筒状に形成可能である。前記フレキシブル基板は前記第１端近傍の第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域とを有している。前記配線のうち、前記第１領域に形成される第１配線の幅は、前記第２領域に形成される第２配線の幅より広い。

本発明の実施形態のコイル基板では、第１領域に形成される第１配線の幅は第２領域に形成される第２配線の幅より広い。コイル基板を周方向に巻いた場合、第２領域は第１領域よりも外周の層に配置される。外周の層における配線間のギャップ部分の数は内周の層におけるギャップ部分の数よりも多くなる。その結果、最外周に位置する配線間のギャップが、内周に位置する配線間のギャップの重なりが低減される。コイル基板が周方向に巻かれる際、配線のギャップ部分に力が加わっても、折れ曲がりにくい。コイル基板が周方向に巻かれる際、配線のギャップ部分には配線が存在しないため力が加わり易く、折れ曲がり易い。そのため、実施形態のコイル基板を周方向に巻いてモータ用コイル基板が形成される場合、モータ用コイル基板はほぼ断面円形の円筒状に形成され得る。その結果、配線間での短絡の発生が抑制される。また、モータ用コイル基板、磁石、ヨークを筐体内に配置したモータ形成時にモータ用コイル基板の内側に配置される磁石とモータ用コイル基板が干渉することが防止される。また、モータ用コイル基板とヨークの間の空隙が一定になるため、高い放熱性が実現される。そのため、実施形態のコイル基板を用いてモータが形成される場合、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。前記コイル基板は前記第１端を起点として前記軸を中心として巻かれており、前記第１面が内面側に配置されており、前記第２面が外面側に配置されており、前記第１配線は最内周の第１層に配置されており、前記第２配線は前記第１層よりも外側の第２層に配置されている。

上記の通り、本発明の実施形態のモータ用コイル基板は、ほぼ断面円形の円筒状に形成され得る。モータ形成時に磁石とモータ用コイル基板とが干渉することが防止される。高い放熱性が実現される。そのため、実施形態のモータ用コイル基板を用いてモータが形成される場合、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、磁石とモータ用コイル基板とが干渉することが防止される。また、モータ用コイル基板とヨークの間の空隙も一定になるため高い放熱性が実現される。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を模式的に示す底面図。 実施形態のコイル基板を模式的に示す断面図。 実施形態のモータ用コイル基板を模式的に示す斜視図。 実施形態のモータ用コイル基板の一部を模式的に示す断面説明図。 実施形態のモータを模式的に示す断面図。 改変例のコイル基板を模式的に示す平面図。 改変例のコイル基板を模式的に示す断面図。 改変例のモータ用コイル基板の一部を模式的に示す断面説明図。

［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。図２は実施形態のコイル基板２を示す底面図である。図３はコイル基板２の一部の断面図である。図３は、図１と図２のＩＩＩ－ＩＩＩ間の断面図である。実施形態のコイル基板２は、フレキシブル基板１０と、複数個のコイル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の矢印ＬＤ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１辺Ｅ１と第２辺Ｅ２はともに長手方向と直交する直交方向（図１の矢印ＯＤ方向）に沿って延びる短辺である。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。後で詳しく説明されるように、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４参照）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。

フレキシブル基板１０は、第１辺Ｅ１近傍の第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１の隣の第２領域Ｒ２とを有する。第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１の隣から第２辺Ｅ２近傍に至る。

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。図１では３個のコイル２０、２２、２４のみが図示されている。フレキシブル基板１０には、コイル２０とコイル２２の間およびコイル２２とコイル２４の間に、コイル２０、２２、２４以外の他のコイルが備えられていてもよい。コイル２０は第１領域Ｒ１に形成されている。コイル２０以外のコイル（即ちコイル２２、２４）は第２領域Ｒ２に形成されている。

コイル２０は、第１面１０Ｆ上に設けられるコイル形状の配線３０Ｆ（図１）と第２面１０Ｂ上に設けられるコイル形状の配線３０Ｂ（図２）とからなる。配線３０Ｆ、３０Ｂはフレキシブル基板１０の第１領域Ｒ１に形成されている。配線３０Ｆと配線３０Ｂは、フレキシブル基板１０を貫通するビア導体４０を介して電気的に接続されている。

図１に示されるように、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４０は配線３０Ｆの内周側端部に形成されている。図２に示されるように、配線３０Ｂは、内周から外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。配線３０Ｆ、３０Ｂはともに３ターン分（３周回分）形成されている。配線３０Ｆと配線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。配線３０Ｆと配線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。

図３に示されるように、第１面１０Ｆ上の配線３０Ｆと第２面１０Ｂ上の配線３０Ｂは、第１面１０Ｆに垂直な光で第１面１０Ｆに投影されると重なる。即ち、配線３０Ｆと配線３０Ｂは厚さ方向（図中上下方向）においてフレキシブル基板１０を介して重なっている。

同様に、コイル２２は第１面１０Ｆ上に設けられる配線３２Ｆ（図１）と第２面１０Ｂ上に設けられる配線３２Ｂ（図２）とからなる。配線３２Ｆ、３２Ｂはフレキシブル基板１０の第２領域Ｒ２に形成されている。配線３２Ｆと配線３２Ｂはビア導体４２を介して電気的に接続されている。

配線３２Ｆ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４２は配線３２Ｆの内周側端部に形成されている。配線３２Ｂは、内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。配線３２Ｆ、３２Ｂはともに４ターン分形成されている。配線３２Ｆと配線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。配線３２Ｆと配線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。

図３に示されるように、配線３２Ｆ、配線３２Ｂは、第１面１０Ｆに垂直な光で第１面１０Ｆに投影されると重なる。即ち、配線３２Ｆ、配線３２Ｂは厚さ方向（図中上下方向）においてフレキシブル基板１０を介して重なっている。配線３２Ｆ、３２Ｂの幅Ｗ３２は、コイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂの幅Ｗ３０より小さい。配線３２Ｆ、３２Ｂ同士の間隔は、コイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂ同士の間隔と同様である。

同様に、コイル２４は第１面１０Ｆ上に設けられる配線３４Ｆ（図１）と第２面１０Ｂ上に設けられる配線３４Ｂ（図２）とからなる。配線３４Ｆ、３４Ｂはフレキシブル基板１０の第２領域Ｒ２に形成されている。配線３４Ｆと配線３４Ｂはビア導体４４を介して電気的に接続されている。

配線３４Ｆ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４４は配線３４Ｆの内周側端部に形成されている。配線３４Ｂは、内周から外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。配線３４Ｆ、３４Ｂはともに５ターン分形成されている。配線３４Ｆと配線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。配線３４Ｆと配線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。

図３に示されるように、配線３４Ｆ、配線３４Ｂは、第１面１０Ｆに垂直な光で第１面１０Ｆに投影されると重なる。即ち、配線３４Ｆ、配線３４Ｂは厚さ方向（図中上下方向）においてフレキシブル基板１０を介して重なっている。配線３４Ｆ、３４Ｂの幅Ｗ３４は、コイル２２の配線３２Ｆ、３２Ｂの幅Ｗ３２より小さい。即ち配線３４Ｆ、３４Ｂの幅Ｗ３４はコイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂの幅Ｗ３０より小さい。配線３４Ｆ、３４Ｂ同士の間隔は、コイル２２の配線３２Ｆ、３２Ｂ同士の間隔（即ちコイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂ同士の間隔）と同様である。

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

図４は、実施形態のコイル基板（図１～図３）を用いたモータ用コイル基板５０を模式的に示す斜視図である。図４に示されるように、実施形態のコイル基板２（図１、図２）が円筒状に巻かれることによって、モータのためのモータ用コイル基板５０が形成される。コイル基板２が円筒状に巻かれる場合、第１辺Ｅ１（図１）を起点として、直交方向に延びる軸（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。また、コイル基板２の巻かれる回数は特に限定されない。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５は、図４のモータ用コイル基板５０の一部を模式的に示す断面説明図である。図に示すように、モータ用コイル基板５０では、第１領域Ｒ１は最内周の層を形成している。第２領域Ｒ２は最内周の層よりも外側の層を形成している。

上記の通り、実施形態のコイル基板２では、第１領域Ｒ１に形成される配線３０Ｆ、３０Ｂの幅Ｗ３０は第２領域Ｒ２に形成される配線３２Ｆ、３２Ｂ、３４Ｆ、３４Ｂの幅Ｗ３２、Ｗ３４より広い（図３参照）。配線３２Ｆ、３２Ｂ、３４Ｆ、３４Ｂで形成されるコイル２２、２４のターン数は、配線３０Ｆ、３０Ｂによって形成されるコイル２０のターン数よりも多い。そのため、外周の層における配線間のギャップ部分の数は内周の層におけるギャップ部分の数よりも多くなる（図５参照）。その結果、最外周に位置する配線間のギャップが、内周に位置する配線間のギャップと重なりが低減される。コイル基板２が周方向に巻かれる際、配線のギャップ部分に力が加わっても、折れ曲がりにくい。そのため、実施形態のコイル基板２を周方向に巻いてモータ用コイル基板５０が形成される場合、モータ用コイル基板５０はほぼ断面円形の円筒状に形成され得る。

図６は、実施形態のモータ用コイル基板５０（図４、図５）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３）、モータ用コイル基板５０（図４、図５）、モータ１００（図６）の構成が説明された。上記の通り、実施形態のコイル基板２が用いられることで、モータ用コイル基板５０が断面略真円形の円筒状に形成され得る。その結果、配線間での短絡の発生が抑制される。また、モータ１００の形成時にモータ用コイル基板５０の内側に配置される磁石７０とモータ用コイル基板５０が干渉することが防止される。また、モータ用コイル基板５０とヨーク６０の間の空隙が一定になるため、高い放熱性が実現される。そのため、実施形態のコイル基板２を用いてモータ１００が形成される場合、安定した性能のモータ１００が得られる。

実施形態の配線３０Ｆ、３０Ｂが「第１配線」の一例である。配線３２Ｆ、３２Ｂ、３４Ｆ、３４Ｂが「第２配線」の一例である。コイル２０が「第１コイル」の一例である。コイル２２、２４が「第２コイル」の一例である。

［実施形態の別例］
実施形態の別例では、コイル２０、２２、２４のターン数が等しい。

［実施形態の改変例］
図７～図９は、実施形態の改変例を示す。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７は改変例のコイル基板１０２を示す平面図である。図８はコイル基板１０２の一部の断面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ間の断面図である。

図７、図８に示されるように、改変例のコイル２０は、１ターン中の半ターンを構成する配線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。コイル２０は３ターン分の配線３０Ｆ、３０Ｂを備える。各ターンを構成する配線３０Ｆと配線３０Ｂは、フレキシブル基板１０を貫通するビア導体４０を介して電気的に接続されている。コイル２０を構成する配線３０Ｆと配線３０Ｂはいずれも第１領域Ｒ１に形成されている。

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。ただしコイル２２は４ターン分の配線３２Ｆ、３２Ｂを備える。各ターンを構成する配線３２Ｆと配線３２Ｂはビア導体４２を介して電気的に接続されている。配線３２Ｆ、３２Ｂは第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに亘って形成されている。

図８に示されるように、配線３２Ｆ、３２Ｂの幅Ｗ３２は、コイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂの幅Ｗ３０より小さい。配線３２Ｆ、３２Ｂ同士の間隔は、コイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂ同士の間隔と同様である。

コイル２４は、１ターン中の半ターンを構成する配線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。ただしコイル２４は５ターン分の配線を備える。各ターンを構成する配線３４Ｆと配線３４Ｂはビア導体４４を介して電気的に接続されている。配線３４Ｆ、３４Ｂは第２領域Ｒ２に形成されている。

図８に示されるように、配線３４Ｆ、３４Ｂの幅Ｗ３４は、コイル２２の配線３２Ｆ、３２Ｂの幅Ｗ３２より小さい。即ち配線３４Ｆ、３４Ｂの幅Ｗ３４はコイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂの幅Ｗ３０より小さい。配線３４Ｆ、３４Ｂ同士の間隔は、コイル２２の配線３２Ｆ、３２Ｂ同士の間隔（即ちコイル２０の配線３０Ｆ、３０Ｂ同士の間隔）と同様である。

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

改変例では、上記のコイル基板１０２（図７、図８）が第１辺Ｅ１を起点として周方向に複数回巻かれることにより、モータ用コイル基板５０（図４参照）が形成される。また、コイル基板１０２の巻かれる回数は特に限定されない。モータ用コイル基板５０では、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９は、改変例のモータ用コイル基板５０の一部を模式的に示す断面説明図である。図９に示すように、改変例のモータ用コイル基板５０では、第１領域Ｒ１は最内周の層を形成している。第２領域Ｒ２は最内周の層よりも外側の層を形成している。

上記の通り、実施形態のコイル基板２では、第１領域Ｒ１に形成される配線３０Ｆ、３０Ｂの幅Ｗ３０は第２領域Ｒ２に形成される配線３２Ｆ、３２Ｂ、３４Ｆ、３４Ｂの幅Ｗ３２、Ｗ３４等より広い（図８参照）。配線３２Ｆ、３２Ｂ、３４Ｆ、３４Ｂで形成されるコイル２２、２４のターン数は、配線３０Ｆ、３０Ｂによって形成されるコイル２０のターン数よりも多い。そのため、外周の層における配線間のギャップ部分の数は内周の層におけるギャップ部分の数よりも多くなる。その結果、最外周に位置する配線間のギャップが、内周に位置する配線間のギャップと重なりが低減される。コイル基板２が周方向に巻かれる際、配線のギャップ部分に力が加わっても、折れ曲がりにくい。そのため、実施形態のコイル基板２を周方向に巻いてモータ用コイル基板５０が形成される場合、モータ用コイル基板５０はほぼ断面円形の円筒状に形成され得る。

実施形態の配線３０Ｆ、３０Ｂが「第１配線」の一例である。配線３２Ｆ、３２Ｂ、３４Ｆ、３４Ｂが「第２配線」の一例である。コイル２０が「第１コイル」の一例である。コイル２２、２４が「第２コイル」の一例である。

［改変例の別例］
改変例の別例では、コイル２０、２２、２４のターン数が等しい。

２，１０２：コイル基板
１０：フレキシブル基板
１０Ｆ：第１面
１０Ｂ：第２面
２０，２２，２４：コイル
３０Ｆ，３２Ｆ，３４Ｆ：（第１面上の）配線
３０Ｂ，３２Ｂ，３４Ｂ：（第２面上の）配線
４０，４２，４４：ビア導体
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
Ｅ１：第１辺
Ｅ２：第２辺
Ｅ３：第３辺
Ｅ４：第４辺
Ｒ１：第１領域
Ｒ２：第２領域

Claims (4)

1. 第１面と前記第１面と反対側の第２面とを有するフレキシブル基板と、
   前記第１面上及び前記第２面上に設けられる配線によって形成される複数個のコイル、とを有するコイル基板であって、
   前記コイル基板は、前記フレキシブル基板の長手方向の第１端を起点として、前記長手方向と直交する直交方向に延びる軸を中心として周方向に巻かれることによって円筒状に形成可能であり、
   前記フレキシブル基板は前記第１端近傍の第１領域と、前記第１領域の隣の第２領域とを有しており、
   前記配線のうち、前記第１領域に形成される第１配線の幅は、前記第２領域に形成される第２配線の幅より広い。
2. 請求項１のコイル基板であって、前記複数個のコイルは、前記第１配線が形成する第１コイルと前記第２配線が形成する第２コイルを含んでおり、前記第２コイルのターン数は前記第１コイルのターン数よりも多い。
3. 請求項１のコイル基板を周方向に複数周回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、前記コイル基板は前記第１端を起点として前記軸を中心として巻かれており、前記第１面が内面側に配置されており、前記第２面が外面側に配置されており、前記第１配線は最内周の第１層に配置されており、前記第２配線は前記第１層よりも外側の第２層に配置されている。
4. 請求項３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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