JP2021190460A - モータ用コイル基板とモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 センサを実装し易いモータ用コイル基板の提供【解決手段】 実施形態のモータ用コイル基板２０は、一端２０ＳＬと一端と反対側の他端２０ＳＲとを有するフレキシブル基板２２とフレキシブル基板上に形成されていて、一端２０ＳＬから他端２０ＳＲに向かって並んでいる複数のコイルＣＦとを有するコイル基板２０１を巻くことで形成される。そして、フレキシブル基板２２にホール素子１２が実装されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ用コイル基板とモータに関する。

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。例えば、ワイヤが切れると考えられる。高い位置精度でワイヤを巻くことは難しいと考えられる。その場合、占積率が低下すると推察される。例えば、特許文献１のワイヤを細くすることで、小さな電気モータを製造することができると考えられる。しかしながら、ワイヤが細いと、コイルに大きな電流を流すことが難しいと考えられる。

本発明に係るモータ用コイル基板は、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を有するコイル基板を巻くことで形成される。そして、前記フレキシブル基板にセンサ素子が実装されている。

[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。コイルの占積率を高くすることができる。実施形態のモータ用コイル基板は、フレキシブル基板にセンサ素子が実装されているので、巻く前にセンサを搭載でき、実装が容易である。実装されるセンサが磁気検出素子の場合、コイルに対して正確な位置に搭載することができる。実装されるセンサが温度検出素子の場合、フレキシブル基板の実際の温度を検出することができる。

図１（Ａ）は第１実施形態のモータの模式図であり、図１（Ｂ）は第１実施形態のモータ用コイル基板の模式図であり、図１（Ｃ）は第１実施形態のコイル基板の上コイルを示し、図１（Ｄ）は磁石とホール素子との対応を示す模式図である。 図２（Ａ）は第２実施形態のモータの模式図であり、図２（Ｂ）は第２実施形態のモータ用コイル基板の模式図であり、図２（Ｃ）は第２実施形態のコイル基板の上コイルを示す。 図３（Ａ）は第１実施形態の磁石とセンサとの位置関係を示し、図３（Ｂ）は磁石とセンサとの対応を示し、図３（Ｃ）は第１実施形態のモータ用コイル基板の断面を示す。

[第１実施形態]
図１（Ｃ）に示されるコイル基板２０１が準備される。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の第１面Ｆ上の上コイルＣＦで形成されている。コイル基板２０１を筒状に巻くことで、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。巻く回数は、２以上、５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。モータ用コイル基板２０の内周に磁気検出センサ素子としてホール素子１２が配置されている。モータ１０の例は、ブラシレスモータである。第１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（Ｄ）は磁石とホール素子との対応を示す模式図である。
磁石４８は、リング状に形成され、交互にＳ極とＮ極とが配置される。磁石４８は、Ｓ極が３、Ｎ極が３の６極構造である。ホール素子１２は、第１ホール素子（１）、第２ホール素子（２）、第３ホール素子（３）の３個のホール素子から成る。第１ホール素子（１）、第２ホール素子（２）とは、モータ用コイル基板２０の中心軸Ｘに対して所定角度θ（４０°）を有するようにモータ用コイル基板２０の内周に配置されている。同様に、第２ホール素子（２）、第３ホール素子（３）とは、モータ用コイル基板２０の中心軸Ｘに対して所定角度θ（４０°）を有するようにモータ用コイル基板２０の内周に配置されている。

図１（Ｃ）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。長辺２０Ｌは、上端２０ＬＵと下端２０ＬＤとから成る。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（数Ｎ）である。図１（Ｃ）の例では、上コイルの数は６である。

上コイルＣＦの数Ｎは以下の関係１を満足する。
関係１：Ｎ＝Ｋ×Ｌ
ＫとＬは自然数である。例えば、Ｋは２以上である。例えば、Ｌは３以上、１１以下である。

コイル基板２０１は１つのフレキシブル基板２２で形成されている。コイル基板２０１を形成するフレキシブル基板２２は複数の部分に分けられる。従って、コイル基板２０１も複数の部分に分けられる。コイル基板２０１は複数の部分で形成され、部分の数はＫである。コイル基板２０１を形成する部分は一端２０ＳＬから他端２０ＳＲに向かって並んでいる。１番目の部分はフレキシブル基板２２の一端２０ＳＬを含む。２番目の部分は１番目の部分の隣である。３番目の部分は２番目の部分の隣である。そして、Ｋ番目の部分はフレキシブル基板２２の他端２０ＳＲを含んでいる。つまり、ｊ番目の部分の隣に（ｊ＋１）番目の部分が配置されている。ｊ番目の部分内の上コイルの数と（ｊ＋１）番目の部分内の上コイルの数は等しい。ｊは自然数である。ｊはＫ以下である。ｊは２以上であることが好ましい。例えば、Ｋはフレキシブル基板２２を巻く回数である。

コイル基板２０１を形成する各部分は複数の上コイルＣＦを有し、１つの部分内に形成されている上コイルの数はＬである。Ｌは奇数であることが好ましい。１つの部分内で、上コイルＣＦは順に並んでいる。１つの部分内で、一番目の上コイルはフレキシブル基板２２の一端２０ＳＬに最も近い。１つの部分内で、二番目の上コイルは一番目の上コイルの隣である。１つの部分内で、三番目の上コイルは二番目の上コイルの隣である。１つの部分内で、Ｌ番目の上コイルはフレキシブル基板２２の他端２０ＳＲに最も近い。つまり、１つの部分内で、ｍ番目の上コイルＣＦの隣に（ｍ＋１）番目の上コイルＣＦが形成されている。ｍは自然数である。１つの部分Ｐ内に形成されているコイルＣの数は、例えば、３以上、１１以下である。

図１（Ｃ）の例では、Ｋは２である。つまり、部分Ｐの数は２である。図１（Ｃ）のコイル基板２０１は、一番目の部分Ｐ１と二番目の部分Ｐ２で形成されている。
また、Ｌは３である。つまり、図１（Ｃ）のコイル基板２０１を形成する各部分Ｐ内の上コイルＣＦの数は３である。一番目の部分Ｐ１内に一番目の上コイルＣＦ１１と二番目の上コイルＣＦ１２と三番目の上コイルＣＦ１３が並んでいる。二番目の部分Ｐ２内に一番目の上コイルＣＦ２１と二番目の上コイルＣＦ２２と三番目の上コイルＣＦ２３が並んでいる。

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。

各上コイルＣＦは接続線ｃＬを介して接続される。図１（Ｃ）では、接続線ｃＬは省略されている。接続線ｃＬの一部が図１（Ｃ）に描かれている。

図１（Ｃ）に示されるように、第１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。

図１（Ｃ）に示されるように、第１実施形態のコイル基板２０１は、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の数の半数であることが好ましい。端子Ｔの数は上コイルＣＦの数の半数であることが好ましい。

第１ホール素子（１）、第２ホール素子（２）、第３ホール素子（３）は、フレキシブル基板２２に実装されている。第１ホール素子（１）、第２ホール素子（２）、第３ホール素子（３）は、フレキシブル基板２２の一番目の部分Ｐ１に、一番目の上コイルＣＦ１１と二番目の上コイルＣＦ１２の近傍の上端２０ＬＵ寄りに配置されている。

特許文献１のシングルコイルはワイヤで形成されている。それに対し、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。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。

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。

コイル基板２０１を筒状に巻くことで、第１実施形態のモータ用コイル基板２０が得られる。この時、各部分Ｐが概ね１周を作るように、コイル基板２０１は巻かれる。また、（ｊ−１）番目の部分の外にｊ番目の部分が巻かれる。
コイル基板２０１の巻き方の例が図３（Ｂ）を用いて説明される。図１（Ｃ）のコイル基板２０１が巻かれると、図３（Ｂ）に示されるように、一番目の部分Ｐ１が概ね１周を形成する。さらに、一番目の部分Ｐ１に繋がっている二番目の部分Ｐ２が概ね１周を形成する。この時、一番目の部分Ｐ１は最も内側に巻かれる。一番目の部分Ｐ１を形成するフレキシブル基板２２は内周のフレキシブル基板２２Ｉである。そして、二番目の部分Ｐ２は一番目の部分Ｐ１の外に巻かれる。二番目の部分Ｐ２を形成するフレキシブル基板２２は外周のフレキシブル基板２２Ｏを形成する。外周のフレキシブル基板２２Ｏは内周のフレキシブル基板２２Ｉから延びている。
Ｋが３であると、コイル基板２０１は一番目の部分Ｐ１と二番目の部分Ｐ２と三番目の部分Ｐ３で形成される。そして、二番目の部分Ｐ２に繋がっている三番目の部分Ｐ３が概ね１周を形成する。また、三番目の部分Ｐ３は二番目の部分Ｐ２の外に巻かれる。

モータ用コイル基板２０内では、ｊ番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦ上に（ｊ＋１）番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦが位置している。その例が図３（Ｃ）に示されている。図３（Ｃ）は第１実施形態のモータ用コイル基板２０の断面図である。一番目の部分Ｐ１内の一番目の上コイルＣＦ１１上に二番目の部分Ｐ２内の一番目の上コイルＣＦ２１が位置している。一番目の部分Ｐ１内の二番目の上コイルＣＦ１２上に二番目の部分Ｐ２内の二番目の上コイルＣＦ２２が位置している。一番目の部分Ｐ１内の三番目の上コイルＣＦ１３上に二番目の部分Ｐ２内の三番目の上コイルＣＦ２３が位置している。
ｊ番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦ上に（ｊ＋１）番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦが位置する場合、ｊ番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦと（ｊ＋１）番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦは完全に重なる。あるいは、ｊ番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦと（ｊ＋１）番目の部分内のｍ番目の上コイルＣＦは部分的に重なる。

図３（Ａ）は第１実施形態の磁石とセンサとの位置関係を示し、図３（Ｂ）は磁石とセンサとの対応を示す。
磁石の極数で、磁気検出素子であるホール素子の配置位置は一義的に決まる。磁石の極数が６極である場合、必要なホール素子の数は３（第１ホール素子（１）、第２ホール素子（２）、第３ホール素子（３））で、第１ホール素子（１）、第２ホール素子（２）とは、モータ用コイル基板２０の中心軸Ｘに対して所定角度θ（４０°）を有するようにモータ用コイル基板２０の内周に配置されている。同様に、第２ホール素子（２）、第３ホール素子（３）とは、モータ用コイル基板２０の中心軸Ｘに対して所定角度θ（４０°）を有するようにモータ用コイル基板２０の内周に配置されている。

図３（Ａ）の（１）の磁石４８の角度では、図３（Ｂ）に示されるように第１ホール素子（１）はＮを、第２ホール素子（２）はＮを、第３ホール素子（３）はＳを検出する。
図３（Ａ）の（２）の磁石４８の角度では、図３（Ｂ）に示されるように第１ホール素子（１）はＳを、第２ホール素子（２）はＮを、第３ホール素子（３）はＳを検出する。
図３（Ａ）の（３）の磁石４８の角度では、図３（Ｂ）に示されるように第１ホール素子（１）はＳを、第２ホール素子（２）はＮを、第３ホール素子（３）はＮを検出する。
図３（Ａ）の（４）の磁石４８の角度では、図３（Ｂ）に示されるように第１ホール素子（１）はＳを、第２ホール素子（２）はＳを、第３ホール素子（３）はＮを検出する。
図３（Ａ）の（５）の磁石４８の角度では、図３（Ｂ）に示されるように第１ホール素子（１）はＮを、第２ホール素子（２）はＳを、第３ホール素子（３）はＮを検出する。
図３（Ａ）の（６）の磁石４８の角度では、図３（Ｂ）に示されるように第１ホール素子（１）はＮを、第２ホール素子（２）はＳを、第３ホール素子（３）はＳを検出する。

ここで、磁石の極数が２極の場合、必要なホール素子の数は３、所定角度θは１２０°になる。磁石の極数が４極の場合、必要なホール素子の数は３、所定角度θは６０°になる。

実施形態のモータ用コイル基板２０は、フレキシブル基板２２にホール素子１２が実装されているので、巻く前にホール素子１２を搭載でき、実装が容易である。巻く前に実装できるので、ホール素子１２をコイルＣＦに対して正確な位置に搭載することができる。

[第２実施形態]
図２（Ａ）は第２実施形態のモータの模式図であり、図２（Ｂ）は第２実施形態のモータ用コイル基板の模式図であり、図２（Ｃ）は第２実施形態のコイル基板の上コイルを示す。
図２（Ｃ）に示されるコイル基板２０１が準備される。コイル基板２０１は、フレキシブル基板２２の第１面Ｆ上の上コイルＣＦで形成されている。コイル基板２０１を筒状に巻くことで、図１（Ｂ）に示されるモータ用コイル基板２０が得られる。

図２（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。モータ用コイル基板２０の内周に温度検出センサ素子としてサーミスタ１４が配置されている。モータ１０の例は、ブラシレスモータである。

図１（Ｃ）中で、上コイルＣＦ１１、上コイルＣＦ２１はＵ相のコイルを形成する。上コイルＣＦ１２、上コイルＣＦ２２はＶ相のコイルを形成する。上コイルＣＦ１３、上コイルＣＦ２３はＷ相のコイルを形成する。Ｕ相の上コイルＣＦ１１の近傍で、上端２０ＬＵ寄りにＵ相用のサーミスタ１４Ｕが配置される。Ｖ相の上コイルＣＦ１２の近傍で、上端２０ＬＵ寄りにＶ相用のサーミスタ１４Ｖが配置される。Ｗ相の上コイルＣＦ１３の近傍で、上端２０ＬＵ寄りにＷ相用のサーミスタ１４Ｗが配置される。

第２実施形態のモータ用コイル基板２０では、フレキシブル基板２２にサーミスタ１４が実装されるので、フレキシブル基板２２の実際の温度を検出することができる。Ｕ相の上コイルＣＦ１１の近傍にＵ相用のサーミスタ１４Ｕが配置され、Ｖ相の上コイルＣＦ１２の近傍にＶ相用のサーミスタ１４Ｖが配置され、Ｗ相の上コイルＣＦ１３の近傍Ｗ相用のサーミスタ１４Ｗが配置される。このため、ＵＶＷの各相コイルの温度を正確に検出することができる。

１２ ホール素子
１４ サーミスタ
２０ モータ用コイル基板
２０ＳＬ 一端
２０ＳＲ 他端
２２ フレキシブル基板
４８ 磁石
２０１ コイル基板
Ｃ コイル
ＣＦ 上コイル
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を有する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であって、
   前記フレキシブル基板にセンサ素子が実装されている。
2. 請求項１のモータ用コイル基板であって、
   前記センサ素子は磁気検出素子である。
3. 請求項１のモータ用コイル基板であって、
   前記センサ素子は温度検出素子である。
4. 請求項２のモータ用コイル基板であって、
   前記磁気検出素子はホール素子である。
5. 請求項３のモータ用コイル基板であって、
   前記温度検出素子はサーミスタである。
6. 請求項４のモータ用コイル基板と、
   磁石、とからなるモータであって、
   前記モータ用コイル基板は前記磁石の周りに配置されていて、前記磁石の極数は複数であって、前記ホール素子の数は３であり、前記ホール素子のそれぞれは、前記モータの回転方向に沿って配置されている。
7. 請求項６のモータであって、前記ホール素子は、前記磁石の極数に対応するようにモータ用コイル基板の中心軸に対して所定角度を有するようにモータ用コイル基板の内周に配置されている。
8. 請求項７のモータ用コイル基板であって、
   前記磁石の極数は６極であり、
   前記モータ用コイル基板の１周の周方向に沿って、前記３個のホール素子は互いに前記中心軸に対して４０°の角度を成すように前記フレキシブル基板の内周に実装されている。
9. 請求項５のモータ用コイル基板であって、
   前記コイルは複数のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから成り、
   前記サーミスタは、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル、前記Ｗ相コイルの少なくとも１個にそれぞれ近接して前記フレキシブル基板に実装されている。
10. 請求項１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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