JP2020088921A - コイル基板と積層型コイル基板、モータ用コイル基板、モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い占積率を有するモータ用コイル基板の提供【解決手段】 実施形態のコイル基板２０は、フレキシブル基板２２と、前記フレキシブル基板２２上に形成されているコイルＣと、前記フレキシブル基板２２を貫通し、前記コイルＣに沿って形成されている切れ目ＳＬ、とで形成される。そして、コイル基板２０が切れ目ＳＬを利用して折り畳まれる。折り畳まれたコイル基板２０を磁石４８の周りに配置することで、実施形態のモータ用コイル基板が製造される。【選択図】 図１

Description

本発明は、フレキシブル基板とフレキシブル基板上に形成されているコイルとを含むコイル基板と積層型コイル基板、モータ用コイル基板、モータに関する。

特許文献１は、電気モータに関し、その電気モータはワイヤからなる複数のシングルコイルを含んでいる。

特開２００７−１２４８９２号公報

[特許文献の課題]
特許文献１の電気モータはワイヤからなる複数のシングルコイルを含んでいる。コイルがワイヤで形成されている。ワイヤが細いと、ワイヤを巻くことが難しいと考えられる。ワイヤが切断すると考えられる。コイルがワイヤで形成されているので、占積率を高くすることが難しいと考えられる。特許文献１の図６によれば、シングルコイルが重ねられている。ワイヤからなるシングルコイルを高い位置精度で重ねることは難しいと考えられる。

本発明に係るコイル基板は、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コイルと、前記フレキシブル基板を貫通し、前記コイルに沿って形成されている切れ目、とからなる。
本発明に係る積層型コイル基板は、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コイルと前記フレキシブル基板を貫通し、前記コイルに沿って形成されている切れ目とを有するコイル基板を前記切れ目を用いて折り畳むことで形成される。
本発明に係るモータ用コイル基板は、積層型コイル基板を巻くことで形成される。そして、前記積層型コイル基板は、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コイルと前記フレキシブル基板を貫通し、前記コイルに沿って形成されている切れ目とを有するコイル基板を前記切れ目を用いて折り畳むことで形成される。
本発明に係るモータは、積層型コイル基板を巻くことで形成される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で形成される。そして、前記積層型コイル基板は、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コイルと前記フレキシブル基板を貫通し、前記コイルに沿って形成されている切れ目とを有するコイル基板を前記切れ目を用いて折り畳むことで形成される。

[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、コイルが配線で形成されている。例えば、プリント配線板の技術でコイルを形成することができる。そのため、コイルを形成する配線を略矩形にすることができる。コイルの占有率を高くすることができる。コイル基板が切れ目を有する。そして、切れ目を利用してコイル基板を折り畳むことで、実施形態の積層型コイル基板が形成される。そのため、隣接するコイル間の距離を短くすることができる。コイル基板を短くすることができる。コイル基板のコストを小さくすることができる。折り畳むことで、隣接するコイルの一部が重ねられる。コイル間の距離が短いので、高い位置精度でコイルを重ねることができる。折り畳まれたフレキシブル基板を巻くことで、モータ用コイル基板が形成される。従って、コイルの占積率を高くすることができる。高い効率を有するモータ用コイル基板を提供することができる。

図１（Ａ）はモータの模式図であり、図１（Ｂ）はモータ用コイル基板の断面を示し、図１（Ｃ）はコイルを示し、図１（Ｄ）はモータ用コイル基板の模式図である。 図２（Ａ）は配線群で形成されているコイルと切れ目と折り畳み線を示し、図２（Ｂ）は積層型コイル基板の概略を示す。 図３（Ａ）は積層型コイル基板の断面を示し、図３（Ｂ）はコイルの重なりを示し、図３（Ｃ）はコイルと切れ目を示す。

図１（Ａ）は、磁石４８と第１実施形態のモータ用コイル基板２０とからなるモータ１０の模式図である。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、直流モータである。モータ１０は、さらに、図示されていない整流子とブラシとハウジングを有することができる。第１実施形態では、モータ用コイル基板２０が回転するが、磁石４８が回転してもよい。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示されるモータ用コイル基板２０の断面を示している。図１（Ｂ）では、モータ用コイル基板２０が模式的に示されている。

実施形態によれば、モータ用コイル基板２０を形成するためのコイル基板２０１が準備される。コイル基板２０１の概略が図２（Ａ）に示されている。コイル基板２０１を折り畳むことで、図２（Ｂ）に示される積層型コイル２０２が形成される。そして、積層型コイル２０２を巻くことでモータ用コイル基板２０が製造される。巻く回数は、１以上、５以下である。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が製造される。

図２（Ａ）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上に形成されている複数のコイルＣと切れ目ＳＬとを有する。第１面Ｆ上に形成されているコイルＣは上コイルＣＦと称される。図２（Ａ）では、コイルＣは簡略化されている。

図２（Ａ）に示されるように、実施形態のコイル基板２０１は端子用基板２４と端子用基板２４上に形成されている端子Ｔを有することができる。端子用基板２４とコイルＣを支えるフレキシブル基板２２は１つのフレキシブル基板２２で形成されている。

端子ＴとコイルＣは同時に形成される。端子用基板２４の数は上コイルＣＦの数と同じであることが好ましい。端子Ｔの数は上コイルＣＦの数と同じであることが好ましい。

図２（Ａ）に示されるように、コイル基板２０１は、接続線ｃＬと接続線ｃＬと端子Ｔを接続する複数の端子用配線ｔＬを含むことができる。端子用配線ｔＬは、ｍ番目の上コイルＣＦｍと（ｍ＋１）番目の上コイルＣＦｍ１とを接続する接続線ｃＬから延びる端子用配線ｔＬとＮ番目の上コイルＣＦｎと１番目の上コイルＣＦ１とを接続する接続線ｃＬから延びる端子用配線ｔＬを含む。図２（Ａ）では、接続線ｃＬは省略されている。

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とを有することが好ましい。上コイルＣＦ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２０ＳＬから他端２０ＳＲに向かって、上コイルＣＦは一列に並んでいる。上コイルＣＦの数はＮである。Ｎは自然数である。Ｎは３以上、１１以下である。

コイルＣはプリント配線板の技術で形成されていて、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。

実施形態のコイル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。ワイヤの断面は円であるので、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１（Ｃ）にｍ番目のコイルＣの例が示されている。ｍは自然数である。図１（Ｃ）に示されるように、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である。最も外側の配線ｗは、外側の配線Ｏｗである。

図１（Ｃ）に示されるように、配線ｗは、中央スペースを介して向かい合っている複数の第１配線５１と複数の第２配線５２とを含む。１つのコイルＣ内で、第１配線５１は一端２０ＳＬに近く、第２配線５２は他端２０ＳＲに近い。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。実施形態のモータ１０が製造される時、第１配線５１とモータの回転方向との間の角度が略９０度であるように、モータ用コイル基板２０内に磁石４８が配置される。
第１配線５１は上端５１Ｕと上端５１Ｕと反対側の下端５１Ｌとを有する。第２配線５２は上端５２Ｕと上端５２Ｕと反対側の下端５２Ｌとを有する。上端５１Ｕ、５２Ｕは端子Ｔに近く、下端５１Ｌ，５２Ｌは端子Ｔから離れている。
配線ｗは、第１配線５１の上端５１Ｕから延びる第３配線５３を有する。
配線ｗは、第１配線５１の下端５１Ｌから延びる第４配線５４を有する。
配線ｗは、第２配線５２の上端５２Ｕから延びる第５配線５５を有する。
配線ｗは、第２配線５２の下端５２Ｌから延びる第６配線５６を有する。
第３配線５３と第５配線５５は繋がっている。
第４配線５４と第６配線５６は繋がっている。

複数の第１配線５１の内、最も外側の配線は外側の第１配線５１Ｏｗである。
複数の第２配線５２の内、最も外側の配線は外側の第２配線５２Ｏｗである。
複数の第３配線５３の内、最も外側の配線は外側の第３配線５３Ｏｗである。
複数の第４配線５４の内、最も外側の配線は外側の第４配線５４Ｏｗである。
複数の第５配線５５の内、最も外側の配線は外側の第５配線５５Ｏｗである。
複数の第６配線５６の内、最も外側の配線は外側の第６配線５６Ｏｗである。

コイル基板内の各上コイルＣＦの巻き方は同じである。コイル基板内の各上コイルＣＦを流れる電流の向きは同じである。巻き方や電流の向きは第１面Ｆ上の位置から観察される。

図１（Ｃ）に示されている配線ｗを纏めることで、図２（Ａ）中の簡略化されたコイルＣが得られる。複数の第１配線５１で第１配線群５１ｇが形成される。複数の第２配線５２で第２配線群５２ｇが形成される。複数の第３配線５３で第３配線群５３ｇが形成される。複数の第４配線５４で第４配線群５４ｇが形成される。複数の第５配線５５で第５配線群５５ｇが形成される。複数の第６配線５６で第６配線群５６ｇが形成される。

図２（Ａ）に示されるように、切れ目ＳＬはコイルＣに沿って形成されている。切れ目ＳＬはコイルＣの外側に形成されている。切れ目ＳＬはコイルＣの一部に沿って形成されている。切れ目はコイルＣの全体を囲んでいない。
図３（Ｃ）にコイルＣと切れ目ＳＬと一端２０ＳＬと他端２０ＳＲが示されている。図３（Ｃ）では、コイルは、図２（Ａ）と同様に、群で描かれている。図３（Ｃ）に示されるように、コイルＣは２分割される。コイルＣは一端２０ＳＬに近い部分（第１部分）Ｃｆと他端２０ＳＲに近い部分（第２部分）Ｃｓで形成される。切れ目ＳＬは第１部分Ｃｆの外側の配線Ｏｗに沿って形成される。切れ目ＳＬは第２部分Ｃｓの外側の配線Ｏｗに沿って形成されない。切れ目ＳＬの幅ＳＬＷは略均一である。コイルＣを２つに分割する直線ＣＬと第１配線５１は略平行である。

図２（Ａ）と図３（Ｃ）の例では、切れ目ＳＬは外側の第１配線５１Ｏｗと外側の第３配線５３Ｏｗと外側の第４配線５４Ｏｗに沿って形成されている。外側の第１配線５１Ｏｗに沿っている切れ目ＳＬは外側の第３配線５３Ｏｗに沿っている切れ目ＳＬに繋がっている。外側の第１配線５１Ｏｗに沿っている切れ目ＳＬは外側の第４配線５４Ｏｗに沿っている切れ目ＳＬに繋がっている。外側の第３配線５３Ｏｗに沿う切れ目ＳＬは、外側の第３配線５３Ｏｗの一部に沿っている。外側の第４配線５４Ｏｗに沿う切れ目ＳＬは、外側の第４配線５４Ｏｗの一部に沿っている。

図２（Ａ）の例では、切れ目ＳＬは各コイルＣに沿って形成されている。１番目のコイルに沿う切れ目ＳＬを無くすことができる。コイルの中で一番目のコイルＣＦ１は、一端２０ＳＬに最も近い。

図２（Ｂ）に示されるように、コイル基板２０１が切れ目ＳＬを利用して折り畳まれる。コイル基板２０１が折り畳み線ＶＬ、ＭＬに沿って折り畳まれる。折り畳み線ＶＬ、ＭＬは、図２と図３（Ａ）、図３（Ｃ）に示されている。第１面Ｆと第１面Ｆが向かい合うように、コイル基板２０１は折り畳まれる。図２（Ｂ）に示される積層型コイル基板２０２が得られる。積層型コイル基板２０２は折り畳まれたフレキシブル基板２２とフレキシブル基板上に形成されているコイルＣで形成される。折り畳み線ＶＬ、ＭＬと第１配線５１は略平行である。折り畳み線ＭＬは切れ目ＳＬの端から延びている。折り畳み線ＶＬは外側の第１配線５１Ｏｗに沿う切れ目ＳＬの一辺から延びている。折り畳み線ＶＬは一端２０ＳＬに近い切れ目ＳＬの辺に繋がっている。

図２（Ｂ）に示されるように、積層型コイル基板２０２はボトム面Ｂとボトム面Ｂと反対側のトップ面Ｔｔを有する。ボトム面Ｂは積層型コイル基板２０２の最下面であり、トップ面Ｔｔは積層型コイル基板２０２の最上面である。図２（Ｂ）に示されるように、ボトム面Ｂからトップ面Ｔｔに向かって、一方向に階段ができるように、フレキシブル基板２２が折り畳まれる。

図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示されるように、コイル基板２０１が折り畳まれると、ｍ番目の上コイルＣＦｍの中央スペースＳＣ上に（ｍ＋１）番目の上コイルＣＦｍ１の第１配線群５１ｇが位置する。また、ｍ番目の上コイルＣＦｍの第２配線群５２ｇ上に（ｍ＋１）番目の上コイルＣＦｍ１の中央スペースＳＣが位置する。
実施形態では、フレキシブル基板２２を折り畳むことで、フレキシブル基板２２上に形成されているコイルＣを重ねることができる。そのため、高い精度でコイルＣを重ねることができる。コイルの占積率を効率的に高くすることができる。コイルの導体抵抗が低くなる。高い効率を有するモータを提供することができる。

コイル基板２０１が切れ目ＳＬを有する。そして、切れ目ＳＬを利用してコイル基板２０１を折り畳むことで、実施形態の積層型コイル基板２０２が形成される。そのため、隣接するコイルＣ間の距離を短くすることができる。例えば、隣接するコイルＣ間にほとんど切れ目ＳＬしか存在しない。ｍ番目のコイルＣを形成する第２配線群５２ｇと（ｍ＋１）番目のコイルＣを形成する第１配線群５１ｇ間にほぼ切れ目ＳＬしか存在しない。コイル基板を短くすることができる。コイル基板のコストを小さくすることができる。コイル間の距離が短いので、高い位置精度でコイルを重ねることができる。

コイル基板２０１内で各コイルＣの巻き方は同じである。積層型コイル基板２０２内で各コイルＣの巻き方は同じである。
コイル基板２０１内で各コイルＣを流れる電流の向きは同じである。積層型コイル基板２０２内で各コイルＣを流れる電流の向きは同じである。

図１（Ｂ）に示されるように積層型コイル基板２０２を巻くことで、モータ用コイル基板２０が得られる。積層型コイル基板２０２は空洞ＡＨの周りに巻かれる。モータ用コイル基板２０の形の例は円筒である。

トップ面Ｔｔと磁石４８が対向するように、モータ用コイル基板２０が磁石４８の周りに配置される。あるいは、ボトム面Ｂと磁石４８が対向するように、モータ用コイル基板２０が磁石４８の周りに配置される。モータ用コイル基板２０内の第１配線５１とモータの回転方向との間の角度が略９０度であるように、モータ用コイル基板２０内に磁石４８が配置される。磁石４８とモータ用コイル基板２０とからなるモータ１０が完成する。積層型コイル基板２０２が磁石４８の周りに配置されるので、ｍ番目の上コイルＣＦｍと（ｍ＋１）番目の上コイルＣＦｍ１との間の位置関係を維持することができる。高い効率を有するモータを提供することができる。

図１（Ｄ）はモータ用コイル基板２０の模式図である。図１（Ｄ）には、モータ１０の回転方向ＭＲとコイルＣが示されている。図１（Ｄ）では、コイルＣは配線群で描かれている。第１配線５１とモータ１０の回転方向ＭＲとの間の角度は略９０度である。

実施形態のフレキシブル基板２２の第２面Ｓ上に複数のコイルを追加することができる。第２面Ｓ上のコイルＣは下コイルＣＳと称される。上コイルＣＦと下コイルＣＳはフレキシブル基板２２を介し対向している。第１面Ｆに垂直な光で下コイルＣＳが第１面Ｆ上に投影されると、上コイルＣＦと下コイルＣＳはほぼ重なる。対向している上コイルＣＦと下コイルＣＳの巻き方は同じである。対向している上コイルＣＦと下コイルＣＳを流れる電流の向きは同じである。上コイルＣＦと下コイルＣＳはフレキシブル基板２２を貫通するスルーホール導体で接続される。コイルＣの巻き方やコイルＣを流れる電流の向きは、第１面Ｆ上の位置から観察される。

２０ モータ用コイル基板
４８ 磁石
２２ フレキシブル基板
２０１ コイル基板
２０２ 積層型コイル基板
Ｃ コイル
ＣＦ 上コイル
ＳＣ 中央スペース
ＯＥ 外端
ＩＥ 内端
ｗ 配線
ＳＬ 切れ目
５１ 第１配線
５２ 第２配線
５３ 第３配線
５４ 第４配線
５５ 第５配線
５６ 第６配線
５１ｇ 第１配線群
５２ｇ 第２配線群
５３ｇ 第３配線群
５４ｇ 第４配線群
５５ｇ 第５配線群
５６ｇ 第６配線群

Claims (13)

1. 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コイルと、
   前記フレキシブル基板を貫通し、前記コイルに沿って形成されている切れ目、とからなるコイル基板
2. 請求項１のコイル基板であって、前記切れ目は前記コイルの一部に沿って形成されている。
3. 請求項２のコイル基板であって、前記切れ目は前記コイルの全体を囲んでいない。
4. 請求項１のコイル基板を前記切れ目を用いて折り畳むことで形成される積層型コイル基板。
5. 請求項１のコイル基板であって、前記コイルの数は複数であって、前記コイルは一列に並んでいる。
6. 請求項５のコイル基板を前記切れ目を用いて折り畳むことで形成される積層型コイル基板。
7. 請求項６の積層型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を囲む配線で形成されていて、前記折り畳むことで、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配線が位置する。
   ｍは自然数である。
8. 請求項６の積層型コイル基板を筒状に巻くことで形成されるモータ用コイル基板。
9. 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。
10. 請求項５のコイル基板であって、前記コイルのそれぞれを流れる電流の向きは同じである。
11. 請求項６の積層型コイル基板であって、前記コイルのそれぞれを流れる電流の向きは同じである。
12. 請求項９のモータであって、前記コイルのそれぞれを流れる電流の向きは同じである。
13. 請求項７の積層型コイル基板を筒状に巻くことで形成される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、とからなるモータであって、
    前記配線は、前記中央スペースを介して向き合っている第１配線と第２配線を有し、前記第１配線と前記第２配線は略平行に形成されていて、前記モータの回転方向と前記第１配線との間の角度は略９０度である。

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