(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数回巻かれて複数の層を有する筒状に成形されたプリント基板と、
筒状に成形された前記プリント基板の周方向に沿って並べて前記プリント基板に形成された渦巻き状の複数の配線パターンと、を備え、
筒状に成形された前記プリント基板の径方向に沿って視た場合に、前記複数の層の各層に形成された前記配線パターン同士は重なり、
前記複数の層の各層に形成された前記配線パターン同士は電気的に接続され、
前記複数の層のうち内周側の層に形成された前記配線パターンよりも外周側の層に形成された前記配線パターンの方が、前記周方向に沿った長さが長く、
前記プリント基板は、筒状に成形された前記プリント基板の中心軸に沿った方向に突出する複数の突出部を有し、
複数の前記突出部は、前記プリント基板を挟んで対向する位置に対をなして形成されるとともに、周方向に並べて設けられることを特徴とするコイル体。
【請求項２】
前記複数の層のうち外周側の層に形成された前記配線パターンの巻き数は、内周側の層に形成された前記配線パターンの巻き数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のコイル体。
【請求項３】
前記配線パターンは、前記周方向に沿って隣り合う前記配線パターンと電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル体。
【請求項４】
前記プリント基板は、前記径方向に視て前記複数の層に互いに重なる位置合わせ部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のコイル体。
【請求項５】
前記配線パターンは、前記突出部を避けて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のコイル体。
【請求項６】
複数の前記突出部のうちの一対の突出部は、筒状に成形された前記プリント基板の巻き始めとなる内周側の端部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のコイル体。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のコイル体と、
前記コイル体の外周を囲む筒状で内周面が前記コイル体の外周面に接するコアと、を備えることを特徴とする固定子。
【請求項８】
請求項７に記載の固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に設けられた回転子と、を備えることを特徴とする回転機。
【請求項９】
請求項１に記載のコイル体の製造方法であって、
平面状の前記プリント基板に接着剤を塗布する工程と、
前記プリント基板を巻いて筒状に成形する工程と、
前記接着剤を硬化させる工程と、を備えることを特徴とするコイル体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線パターンが形成されたプリント基板を用いたコイル体、固定子、回転機、およびコイル体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線パターンが形成されたプリント基板を複数回巻いて筒状に成形したものを、回転機の固定子に用いられるコイル体とすることが知られている。特許文献１には、配線パターンが渦巻き状に形成されたプリント基板を巻いて筒状に成形したコイル体が開示されている。プリント基板を筒状に成形することで、渦巻き状に形成された配線パターン部分が回転機のコイルとして機能する。【０００３】
また、特許文献２には、プリント基板に並べて形成される複数の渦巻き状の配線パターンの間隔を調整して、内層に形成された配線パターンと外層に形成された配線パターンの中心とを一致させた構成が開示されている。このようなコイル体の外周側に導電性のコアを設けることで回転機の固定子とすることができる。そして、コイル体の内周側に回転可能とされた回転子を設けることで回転機とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１４７９３６号公報
【特許文献２】実開昭５９−１７３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プリント基板で成形したコイル体を用いた回転機において、電流の制御の容易化を図ることが望まれている。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流の制御の容易化を図ることができるコイル体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数回巻かれて複数の層を有する筒状に成形されたプリント基板と、筒状に成形されたプリント基板の周方向に沿って並べてプリント基板に形成された渦巻き状の複数の配線パターンと、を備える。筒状に成形されたプリント基板の径方向に沿って視た場合に、複数の層の各層に形成された配線パターン同士は重なり、複数の層の各層に形成された配線パターン同士は電気的に接続され、複数の層のうち内周側の層に形成された配線パターンよりも外周側の層に形成された配線パターンの方が周方向に沿った長さが長い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるコイル体は、電流の制御の容易化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる回転機の斜視図
【図２】実施の形態１における回転機を中心軸に沿って視た図
【図３】実施の形態１におけるコイル体を中心軸に沿って視た模式図
【図４】実施の形態１におけるプリント基板の平面展開図
【図５】図４に示すプリント基板の変形例１を示す図
【図６】図４に示すプリント基板の変形例２を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるコイル体、固定子、回転機、およびコイル体の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる回転機の斜視図である。回転機３０は、筒状の固定子４０と、固定子４０の内側に設けられて固定子４０の中心軸Ｃを中心に回転可能とされた回転子５０とを備える。また、図１では図示を省略しているが、回転機３０は固定子４０および回転子５０を収容するケースを備える。
【００１２】
図２は、実施の形態１における回転機３０を中心軸Ｃに沿って視た図である。固定子４０は、コア４１とコイル体４２とを備える。コア４１は、筒状をなして固定子４０の外周側を覆う。コア４１は、導体で形成されている。コイル体４２は、筒状をなして固定子４０の内側に収容される。コア４１の内周面は、コイル体４２の外周面に当接している。
【００１３】
図３は、実施の形態１におけるコイル体４２を中心軸Ｃに沿って視た模式図である。コイル体４２は、複数回巻いて筒状に成形されたプリント基板１を備える。プリント基板１は、筒状に成形される前はシート状である。また、プリント基板１には、後述する配線パターンが形成されている。図３では、プリント基板１を３回巻いて筒状に成形した例を示している。コイル体４２は、複数回巻くことで、筒状に成形されたプリント基板１の径方向にプリント基板１が複数の層となって重なる。なお、コイル体４２は、中心軸Ｃに垂直な平面で切断した場合の断面形状が、円形形状であってもよいし、多角形形状であってもよい。また、以下の説明において、筒状に成形されたプリント基板１の径方向を単に径方向ともいう。
【００１４】
図４は、実施の形態１におけるプリント基板１の平面展開図である。図４に示す矢印Ｙに沿った方向が中心軸Ｃに沿った方向であり、矢印Ｘに示す方向がプリント基板１の周方向となっている。なお、以下の説明において、筒状に成形されたプリント基板１の周方向を単に周方向ともいう。以下、平面展開されたプリント基板１の説明においても、便宜的に周方向の用語を用いて説明する場合がある。図４では、２回の巻きを行うこと、すなわち２周巻くことによって筒状に成形されるプリント基板１を示しており、周方向端部から仮想線５３までで筒状に成形した場合の１層分を構成する。
【００１５】
プリント基板１には、渦巻き状に形成された導電性の複数の配線パターン２０が、周方向に沿って並べて形成されている。配線パターン２０は、Ｕ相とＶ相とＷ相の三相から構成されている。具体的には、配線パターン２０は、Ｕ相の第一相パターン２と、Ｖ相の第二相パターン３と、Ｗ相の第三相パターン４とが順に並べて形成される。隣り合う配線パターン２０同士は電気的に絶縁されている。プリント基板１には、三相分の配線パターン２０、すなわち第一相パターン２、第二相パターン３および第三相パターン４を一組とし、これらがｎ組並べて形成されている。なお、ｎは１以上の自然数である。
【００１６】
筒状に成形されたプリント基板１において、プリント基板１の各層には第一相パターン２、第二相パターン３および第三相パターン４がそれぞれ同数となるように形成される。また、径方向に沿って視た場合に、各層に形成された第一相パターン２同士の中心が一致している。これは、内周側の層に形成された第一相パターン２の中心と外周側の層に形成された第一相パターン２の中心とが、径方向に沿って視た場合に一致していると換言できる。各層に形成された第二相パターン３同士の中心および各層に形成された第三相パターン４同士の中心も、径方向に沿って視た場合に重なっている。径方向に沿って視た場合に重なる配線パターン２０同士は、その端部で互いに電気的に接続されている。配線パターン２０は、プリント基板１が筒状に成形されることで、固定子４０のコイルとして機能する。
【００１７】
プリント基板１には、中心軸Ｃに沿った方向に突出する端子接続部７が形成されている。端子接続部７には、配線パターン２０の末端が設けられている。図１に示すように、プリント基板１を筒状に成形した状態においても端子接続部７は中心軸Ｃに沿った方向に突出する。この突出部分に設けられた配線パターン２０の末端に対して図示しない電源線を接続することで配線パターン２０に電力が供給可能となる。なお、各層に形成された配線パターン２０同士は電気的に接続されているため、いずれかの層に形成された配線パターン２０の末端を端子接続部７に設ければ、すべての層に形成された配線パターン２０に電力を供給することができる。
【００１８】
次に、図３に戻って配線パターン２０が形成される範囲について説明する。図３では、渦巻き状に形成された１つの配線パターン２０のうち中心軸Ｃに沿って延びる軸方向パターン２０ａ（図４も参照）が形成される部分を、配線パターン２０として示している。したがって、実際に１つのラインでつながっている第一相パターン２が、図３では周方向に分割して示される。これは、第二相パターン３および第三相パターン４も同様である。
【００１９】
図３に示すように、周方向に沿った配線パターン２０の長さＬは、内周側の層に形成された配線パターン２０の長さＬよりも、外周側の層に形成された配線パターン２０の長さＬのほうが長くなっている。なお、周方向に沿った配線パターン２０の長さＬは、中心軸Ｃに沿って視た場合の周方向に沿った配線パターン２０の最も外側となる部分間の長さであるとも換言できる。すなわち、配線パターン２０の長さＬは、渦巻き状に形成される配線パターン２０の周方向の長さである。
【００２０】
渦巻き状に形成された配線パターン２０の巻き数は、外周側の層に形成された配線パターン２０の巻き数のほうが多くなっているか、または同数となっている。なお、同じ層に形成された配線パターン２０である第一相パターン２と、第二相パターン３と、第三相パターン４との巻き数の数は同数であってもよいし、異なっていてもよい。
【００２１】
図３では、コイル体４２の各層に第一相パターン２と、第二相パターン３と、第三相パターン４とが１個ずつ形成された場合のコイル体４２、すなわち、プリント基板１に形成された第一相パターン２、第二相パターン３および第三相パターン４の組数であるｎが１である場合のコイル体４２を例示している。ここで、配線パターン２０間の中心位置同士を結んだ線を径方向中心線５１とした場合、径方向中心線５１同士がなす角度θ１は１２０°となる。また、配線パターン２０の周方向に沿った長さＬは、配線パターン２０と径方向中心線５１との隙間をｄとし、プリント基板１が筒状に成形された状態での配線パターン２０が形成された層の半径をｒとした場合、Ｌ＝ｒ×（２／３）π−ｄ×２、すなわちＬ＝（２／３）πｒ−２ｄで表される。
【００２２】
なお、隙間ｄの大きさは、隣接する配線パターン２０間の絶縁距離、または配線パターン２０を形成するラインの幅とラインの間隔との関係で決定される。本実施の形態では、図３に示すように隙間ｄの大きさを内周側の層と外周側の層で一定としているため、配線パターン２０の長さＬが内周側の層から外周側の層に向かって長くなる。
【００２３】
また、渦巻き状に形成された１つの配線パターン２０のうち中心軸Ｃに沿って延びる軸方向パターン２０ａ（図４も参照）は、径方向中心線５１からの角度θ２が４５°となる範囲に形成される。これは、径方向中心線５１同士の中心線であるパターン中心線５２から両側への角度θ３が１５°となる範囲を避けて軸方向パターン２０ａが形成されると換言できる。
【００２４】
パターン中心線５２から両側への角度θ３が１５°となる範囲内に形成された軸方向パターン２０ａは磁束発生への寄与度は小さくなり、抵抗成分による損失を上昇させる要因となる。そのため、この範囲を避けて軸方向パターン２０ａを形成することが望ましいが、角度θ３が１５°となる範囲内に軸方向パターン２０ａを形成することを否定するものではない。
【００２５】
プリント基板１の材料には、一般的なエポキシ系材料とガラスクロスとを組み合わせたガラスエポキシ基板が例示されるが、これに限定するものではない。例えばポリイミド系のフレキシブル基板であってもよい。
【００２６】
プリント基板１に配線パターン２０を形成する方法は特に限定されない。配線パターン２０を形成する一般的な方法では、ガラスエポキシ基板に銅層を形成し、銅の無電界メッキおよび電界メッキを行う。その後、レジストを形成し、そのレジストをマスクに用いて銅層をパターニングして渦巻き状の配線パターン２０を得る。また、配線パターン２０上にソルダーレジストを形成して、塵、埃、湿気からの配線パターン２０の保護、および絶縁性の確保を図ってもよい。
【００２７】
配線パターン２０は、プリント基板１の両面に形成されてもよいし片面のみに形成されてもよい。第一相パターン２、第二相パターン３、および第三相パターン４のそれぞれをプリント基板１の両面に形成する場合、異なる相の配線パターン２０同士が交じり合わない形状で形成する必要がある。異なる相の配線パターン２０が交差する場合、配線パターン２０間に絶縁を考慮した材料を設置してもよい。またＵ相、Ｖ相、Ｗ相の配線パターン２０を配置する際には中性点６を設ける必要がある。
【００２８】
プリント基板１を巻いて筒状に成形する際には、プリント基板１の配線パターン２０の一面である絶縁層表面の全面、または一部に接着剤を塗布して接着層を設ける。その後、プリント基板１を巻いて筒状に成形する。その後、室温硬化、加熱硬化、光硬化、または湿気硬化によって接着剤を硬化させることで筒状のコイル体４２が成形される。また、配線パターン２０上にソルダーレジストを形成する場合には、ソルダーレジストでプリント基板１の各層を接着させて接着層としてもよい。
【００２９】
または、配線パターン２０上に絶縁層を設けたプリント基板１を巻いて筒状に成形してから、プリント基板１の端部に接着剤を付着させ、室温硬化、加熱硬化、光硬化、または湿気硬化によって接着剤を硬化させてコイル体４２を成形してもよい。この時用いられる接着剤には、加熱硬化系接着剤であれば溶剤揮発系接着剤または無溶剤硬化系接着剤が例示される。溶剤揮発系接着剤であれば酢酸ビニル系またはニトリルゴム系が例示される。無溶剤硬化系接着剤であれば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、またはシリコーン系接着剤が例示される。紫外線（ＵＶ：Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）硬化系接着剤であればエポキシ系接着剤またはアクリル系接着剤が例示される。常温硬化系接着剤であれば湿気硬化系接着剤または嫌気系接着剤が例示される。湿気硬化系接着剤であればシアノアクリレート系接着剤またはシリコーンゴム系接着剤が例示される。嫌気系接着剤であればアクリレート系接着剤が例示される。これらの接着剤を単独で使用してもよいし、混合して使用してもよい。
【００３０】
回転子５０は、固定子４０の内側、すなわち筒状に成形されたコイル体４２の内側に設けられて中心軸Ｃを中心に回転可能とされている。回転機３０のコイルである配線パターン２０に規定のタイミングで電力を供給することで回転子５０は中心軸Ｃを中心に回転する。
【００３１】
以上説明した回転機３０によれば、内周側の層に形成された配線パターン２０の長さＬよりも、外周側の層に形成された配線パターン２０の長さＬのほうが長くなっている。内周側と外周側とで配線パターン２０の長さＬを等しくした場合には、外周側に向かうほど配線パターン２０間の隙間ｄが拡大する。一方、本実施の形態１にかかる回転機３０では、外周側の層に形成された配線パターン２０の長さＬを長くしているため、外周側の層での配線パターン２０間の隙間の拡大を抑えることができる。これにより、配線パターン２０によって磁束をより多く集められるようになり、コイル体４２を用いた回転機３０の出力の向上を図ることができる。また、外周側の層で長さＬを長くすることで、インダクタンスを大きくでき電流を制御しやすくなる。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、内周側の層と外周側の層において、配線パターン２０間の隙間ｄを一定としたが、必ずしも一定でなくてもよい。例えば、配線パターン２０間の隙間ｄが一定でなくとも、配線パターン２０の長さＬが外周側の層に向けて長くなるようにすれば、長さＬが一定である場合に比べてインダクタンスを大きくする効果が得られる。
【００３３】
また、渦巻き状に形成された配線パターン２０の巻き数は、外周側の層に形成された配線パターン２０の巻き数のほうが多くなっているか、または同数となっているため、配線パターン２０によって磁束を多く集められるようになり、コイル体４２を用いた回転機３０の出力の向上を図ることができる。
【００３４】
図５は、図４に示すプリント基板１の変形例１を示す図である。変形例１にかかるプリント基板１には、プリント基板１の内周側の層となる部分と外周側の層となる部分の位置合わせをする位置合わせ部である印１１が形成されている。印１１は、プリント基板１を筒状に巻く際に、内周側の層に形成された印１１と外周側の層に形成された印１１とを重ねることで、径方向に沿って視た場合に配線パターン２０同士の中心が一致する位置に形成されている。プリント基板１を通して裏側に設けられた層の印１１が確認できる場合には、印１１を重ねて筒状を成形することができる。なお、印１１はすべての層に設けなくてもよいし、層ごとに数が異なっていてもよい。印１１の数は１つの層に対して１つであってもよいし複数であってもよい。印１１を設ける位置は、渦巻き状に形成された配線パターン２０の内側であってもよいし、外側であってもよい。
【００３５】
位置合わせ部を設けることで、配線パターン２０の位置精度の向上を図ることができ、空間の磁束分布を正弦波に近づけることができる。これにより、トルクリップルを小さくすることができる。また、通常のコイルは、ティースに巻線を巻き付けることで形成される。そのため、巻線の巻き付けが内径側から順に行われていく。すなわち、内径基準で巻線配置を実施するため、磁束を多く集められる外径側の巻線の位置が、巻き付けによる積上げ公差でばらつくため、モータ特性がばらつきやすい。一方、本実施の形態１では、プリント基板１に形成される配線パターン２０は、内径側か外径側かに関わらず巻線に比べて位置精度を高く形成することができるため、巻線精度によるモータ特性のばらつきを抑制することができる。
【００３６】
また、本実施の形態１におけるコイルは、巻線をティースに巻き付けて構成されるものではなく、プリント基板１に配線パターン２０を形成することで構成されるため、内径側の配線パターン２０を省略することも可能である。内径側の配線パターン２０に巻線磁束がほとんど鎖交しない場合には、この内径側の配線パターン２０は出力の増加に寄与しないばかりでなく、抵抗損失の増加を招く場合がある。このような場合には、内径側の配線パターン２０を省略することでモータ効率の向上を図ることができる。
【００３７】
なお、位置合わせ部は印１１に限られず、プリント基板１に形成された孔であってもよい。また、プリント基板１に形成されて、筒状に巻いた際に互いに嵌まり合う凹凸が位置合わせ部であってもよい。位置合わせ部が孔または凹凸である場合には、プリント基板１を通して裏側に設けられた層の印１１が確認できない場合にも、配線パターン２０の位置精度の向上を図ることができる。
【００３８】
図６は、図４に示すプリント基板１の変形例２を示す図である。変形例２にかかるプリント基板１には、端子接続部７とは別に中心軸Ｃに沿った方向に突出する突出部である外力付加部１２が形成されている。外力付加部１２には、配線パターン２０が形成されていない。そのため、外力付加部１２に外力を付加しても、配線パターン２０を断線させるおそれが少ない。また、外力付加部１２は、プリント基板１に対して中心軸Ｃに沿った方向に突出しているので、プリント基板１を巻く過程で外力を付加しやすい。例えば、外力付加部１２を把持して力を加えることができる。したがって、プリント基板１を巻く際に必要な外力を、外力付加部１２を通して加えやすくなるため、プリント基板１をより正確な形状に成形しやすくなる。また、プリント基板１を巻く作業の容易化を図ることができる。
【００３９】
なお、外力付加部１２の位置は特に限定されないが、巻き始めとなる周方向に沿った端部に設けられていることが望ましい。また、外力付加部１２の数は限定されないが、中心軸Ｃに沿った方向においてプリント基板１を挟んで対向する位置に外力付加部１２を設けることで、プリント基板１に力を加えやすくなる。外力付加部１２は、コイル体４２の成形後に除去してもよいし、そのままコイル体４２の一部として残してもよい。
【００４０】
また、図５に示した位置合わせ部と、図６に示した外力付加部１２の両方をプリント基板１に設けてもよい。
【００４１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  プリント基板、２  第一相パターン、３  第二相パターン、４  第三相パターン、６  中性点、７  端子接続部、１１  印、１２  外力付加部、２０  配線パターン、２０ａ  軸方向パターン、３０  回転機、４０  固定子、４１  コア、４２  コイル体、５０  回転子、５１  径方向中心線、５２  パターン中心線、５３  仮想線。
【要約】
コイル体は、複数回巻かれて複数の層を有する筒状に成形されたプリント基板（１）と、筒状に成形されたプリント基板（１）の周方向に沿って並べてプリント基板（１）に形成された渦巻き状の複数の配線パターン（２０）と、を備える。筒状に成形されたプリント基板（１）の径方向に沿って視た場合に、複数の層の各層に形成された配線パターン（２０）同士は重なり、複数の層の各層に形成された配線パターン（２０）同士は電気的に接続され、複数の層のうち内周側の層に形成された配線パターン（２０）よりも外周側の層に形成された配線パターン（２０）の方が、周方向に沿った長さが長い。【図１】
0006342092.tif 000002
【図２】
0006342092.tif 000003
【図３】
0006342092.tif 000004
【図４】
0006342092.tif 000005
【図５】
0006342092.tif 000006
【図６】
0006342092.tif 000007