JP2019221009A

JP2019221009A - Motor coil substrate

Info

Publication number: JP2019221009A
Application number: JP2018114386A
Authority: JP
Inventors: 治彦森田; Haruhiko Morita; 忍加藤; Shinobu Kato; 等三輪; Hitoshi Miwa; 久始加藤; Hisashi Kato; 俊彦横幕; Toshihiko Yokomaku
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-26

Abstract

To provide a motor coil substrate generating high torque.SOLUTION: In a motor coil substrate 20 of the present embodiment, an insulation base 22 is wound in 2.5 turns in the circumferential direction so that an inner first face F faces an outer second face S. Therefore, generation of torque higher more than two times than that of an armature of one turn of the same diameter can be expected. Arrangement of a magnetic sheet 32 around the circumference of the motor coil substrate 20 can provide high torque.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直流モータの電機子を構成するモータコイル基板に関する。 The present invention relates to a motor coil board that constitutes an armature of a DC motor.

特許文献１は、円筒状の可撓性絶縁基板に積層コイルを積層して形成したコイル体を開示している。特許文献２は、１枚のコイル基板を絶縁シートを介して複数回、周方向に巻き付けて円筒状にしたコアレス電機子を開示している。 Patent Literature 1 discloses a coil body formed by stacking laminated coils on a cylindrical flexible insulating substrate. Patent Literature 2 discloses a coreless armature in which a single coil substrate is wound a plurality of times in a circumferential direction via an insulating sheet to form a cylindrical shape.

特開平５−２７６６９９号公報JP-A-5-276699 特開２０１１−８７４３７号公報JP 2011-87437 A

[特許文献の課題]
特許文献１では、周方向に１回転で、複数回巻き付けてはいないため、小型の直流モータで高いトルクを得ることは難しいと考えられる。特許文献２では、上層と下層とを半田を介して接続しているため、モータの発熱により半田の軟化が予想され、遠心力の加わるモータで信頼性を高めることが難しいと考えられる。また、半田は抵抗値が高く、効率を高めることが困難であると推測される。 [Issues in Patent Literature]
In Patent Literature 1, it is considered that it is difficult to obtain a high torque with a small DC motor because the coil is wound one turn in the circumferential direction and is not wound plural times. In Patent Document 2, since the upper layer and the lower layer are connected via solder, the solder is expected to soften due to the heat generated by the motor, and it is considered difficult to improve the reliability of the motor to which a centrifugal force is applied. Further, it is presumed that the solder has a high resistance value and it is difficult to increase the efficiency.

本発明に係るモータコイル基板は、第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有する円筒状の可撓性絶縁基板と、前記可撓性絶縁基板の前記第１面と前記第２面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルと、前記可撓性絶縁基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有する。そして、前記可撓性絶縁基板が内側の前記第１面と外側の前記第２面とが対向するように周方向へ１回転を超えるように巻かれ、巻かれた前記可撓性絶縁基板の外側に磁性シートが設けられている。 A motor coil substrate according to the present invention includes a cylindrical flexible insulating substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first surface of the flexible insulating substrate. A coil formed of spiral wiring provided on the second surface and a via conductor made of copper plating penetrating the flexible insulating substrate and connecting the wiring on the first surface and the wiring on the second surface. Have. Then, the flexible insulating substrate is wound so as to exceed one rotation in the circumferential direction so that the inner first surface and the outer second surface face each other. A magnetic sheet is provided on the outside.

[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、可撓性絶縁基板が内側の第１面と外側の第２面とが対向するように周方向へ１回転超巻かれているため、小型で高いトルクを得ることができる。可撓性絶縁基板の第１面と第２面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルが、可撓性絶縁基板を貫通する銅めっきからなるビア導体により接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体に電流が流れるため高効率を実現できる。また、可撓性絶縁基板の外側に磁性シートが設けられているため、漏れ磁束が減り、高いトルクを得ることができる。 [Effects of Embodiment]
According to the embodiment of the present invention, since the flexible insulating substrate is wound more than one turn in the circumferential direction so that the inner first surface and the outer second surface face each other, a small and high torque is obtained. be able to. Coils formed of spiral wiring provided on the first surface and the second surface of the flexible insulating substrate are connected by via conductors made of copper plating penetrating the flexible insulating substrate. Therefore, unlike solder connection, it has high reliability and high efficiency can be realized because current flows through the low-resistance via conductor. Further, since the magnetic sheet is provided outside the flexible insulating substrate, the leakage magnetic flux is reduced, and a high torque can be obtained.

図１（Ａ）は実施形態のモータコイル基板を用いる直流モータの断面図であり、図１（Ｂ）はモータコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）はモータコイル基板の斜視図である。1A is a cross-sectional view of a DC motor using the motor coil board of the embodiment, FIG. 1B is an exploded plan view of the motor coil board, and FIG. 1C is a perspective view of the motor coil board. It is. 図２（Ａ）はモータコイル基板のコイルの構成を示す模式図であり、図２（Ｂ）はモータコイル基板のコイルの断面形状を示す模式図であり、図２（Ｃ）はモータコイル基板の斜視図である。2A is a schematic diagram illustrating a configuration of a coil of the motor coil substrate, FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional shape of the coil of the motor coil substrate, and FIG. 2C is a motor coil substrate. It is a perspective view of. 図３（Ａ）はモータコイル基板の厚みを示し、図３（Ｂ）はコイル配置を示すモータコイル基板の平面図であり、図３（Ｃ）はコイルＣ１の配置位置を示す斜視図であり、図３（Ｄ）はコイルＣ１とコイルＣ５との配置位置を示す電機子の側面図である。3A shows the thickness of the motor coil board, FIG. 3B is a plan view of the motor coil board showing the coil arrangement, and FIG. 3C is a perspective view showing the arrangement position of the coil C1. FIG. 3D is a side view of the armature showing the positions of the coils C1 and C5. 実施形態のモータコイル基板の断面図Sectional view of motor coil board of embodiment

図１（Ａ）は、実施形態のモータコイル基板を用いる直流モータ１０の断面図である。
直流モータ１０は、実施形態のモータコイル基板２０から成る電機子（ロータ）３０と、電機子の外周に設けられた磁性シート３２と、磁石４８と、出力軸５０と、整流子５２と、ブラシ５４と、角度検出用磁石５６と、ホール素子５８と、ケーブル６０とを有する。ホール素子５８は、角度検出用磁石５６に対向する位置に配置される。 FIG. 1A is a cross-sectional view of a DC motor 10 using the motor coil board of the embodiment.
The DC motor 10 includes an armature (rotor) 30 including the motor coil substrate 20 of the embodiment, a magnetic sheet 32 provided on the outer periphery of the armature, a magnet 48, an output shaft 50, a commutator 52, and a brush. 54, an angle detecting magnet 56, a Hall element 58, and a cable 60. The Hall element 58 is disposed at a position facing the angle detecting magnet 56.

図１（Ｂ）はモータコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）は電機子３０を構成するモータコイル基板２０の斜視図である。
モータコイル基板２０は、可撓性を有するポリイミド製の絶縁基板２２にめっきパターンにより形成されたコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に接続された整流子（モータ内部端子）５２と、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する位置に配置された角度検出用磁石５６とを有する。整流子（モータ内部端子）５２は、ブラシに対する耐摩耗性を有する金属板から成り、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に接続されたコイルと同時に形成された図示しない接続配線上に配置される。モータコイル基板２０には、７個のコイルＣ１〜Ｃ７が配置されるが、図１（Ｂ）中には３個のコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３のみ示される。角度検出用磁石５６上に設けられたモータの角度検出精度を高くするための溝によって、角度検出用磁石の表面は３又は４個に分割されている。図１（Ｃ）に示されるようにモータコイル基板２０は、周方向（モータの軸方向）に２．５回転巻かれている。 FIG. 1B is an exploded plan view of the motor coil board, and FIG. 1C is a perspective view of a motor coil board 20 forming the armature 30.
The motor coil substrate 20 includes coils C1, C2, and C3 formed by plating patterns on a flexible polyimide insulating substrate 22, and commutators (motor internal terminals) 52 connected to the coils C1, C2, and C3. And an angle detecting magnet 56 arranged at a position corresponding to the coils C1, C2, C3. The commutator (motor internal terminal) 52 is made of a metal plate having abrasion resistance to the brush, and is arranged on connection wiring (not shown) formed simultaneously with the coils connected to the coils C1, C2, and C3. Although seven coils C1 to C7 are arranged on the motor coil board 20, only three coils C1, C2, and C3 are shown in FIG. The surface of the angle detecting magnet is divided into three or four by a groove provided on the angle detecting magnet 56 for improving the angle detecting accuracy of the motor. As shown in FIG. 1 (C), the motor coil substrate 20 is wound 2.5 turns in the circumferential direction (axial direction of the motor).

実施形態のモータコイル基板２０は、１の絶縁基板上にコイルと共に、整流子（モータ内部端子）５２及び角度検出用磁石５６を設けるため、構造が簡易であり、製造し易いという効果を有する。 The motor coil substrate 20 of the embodiment has the effect that the commutator (motor internal terminal) 52 and the angle detecting magnet 56 are provided together with the coil on one insulating substrate, so that the structure is simple and easy to manufacture.

図２（Ａ）はモータコイル基板２０のコイルの構成を示す模式図であり、図２（Ｂ）はモータコイル基板２０のコイルの断面形状を示す模式図であり、図２（Ｃ）はモータコイル基板の斜視図である。
絶縁基板２２は、第１面Ｆと第１面と反対側の第２面Ｓとを有する。
菱形のコイルＣ１の半ターンを構成する第１配線２４Ｆは、絶縁基板２２の第１面Ｆに形成され、残り半ターンを構成する第２配線２４Ｓは絶縁基板２２の第２面Ｓに形成され、半ターンの第１配線２４Ｆと残り半ターンの第２配線２４Ｓは、絶縁基板２２の貫通孔２２ａに形成されたビア導体２４Ａを介して接続される。第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓ、ビア導体２４Ａは銅めっきにより形成されている。ここで、各コイルＣ１〜Ｃ７は、３５ターン渦巻き状に巻くように形成されている。実施形態では、３５ターン巻くように形成されたが、ターン数は例示であって、任意の巻き数で形成することができる。 2A is a schematic diagram illustrating a configuration of a coil of the motor coil substrate 20, FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional shape of the coil of the motor coil substrate 20, and FIG. It is a perspective view of a coil board.
The insulating substrate 22 has a first surface F and a second surface S opposite to the first surface.
The first wiring 24F forming a half turn of the rhombic coil C1 is formed on the first surface F of the insulating substrate 22, and the second wiring 24S forming the remaining half turn is formed on the second surface S of the insulating substrate 22. , A half-turn first wiring 24F and a remaining half-turn second wiring 24S are connected via a via conductor 24A formed in a through hole 22a of the insulating substrate 22. The first wiring 24F, the second wiring 24S, and the via conductor 24A are formed by copper plating. Here, each of the coils C1 to C7 is formed so as to be spirally wound for 35 turns. In the embodiment, the winding is formed to be wound 35 turns, but the number of turns is an example, and the winding can be formed with an arbitrary number of turns.

図２（Ｂ）に示されるように、コイルＣ１の第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、コイルＣ２の第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとは一部が重なっている。同様に、コイルＣ２〜Ｃ６の第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、コイルＣ３〜Ｃ７の第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとは一部が重なっている。 As shown in FIG. 2B, the first wiring 24F on the first surface F side of the coil C1 partially overlaps the second wiring 24S on the second surface S side of the coil C2. Similarly, the first wiring 24F on the first surface F side of the coils C2 to C6 partially overlaps the second wiring 24S on the second surface S side of the coils C3 to C7.

図２（Ｃ）に示されるように、一部の配線が重なったコイルＣ１〜Ｃ７を有するモータコイル基板２０が、絶縁基板２２の内側の第１面Ｆと外側の第２面Ｓとが対向するように周方向（モータの軸方向）に２．５回転巻かれている。 As shown in FIG. 2C, the motor coil substrate 20 having the coils C1 to C7 in which a part of the wiring is overlapped is opposed to the first surface F inside the insulating substrate 22 and the second surface S outside. 2.5 turns in the circumferential direction (the axial direction of the motor).

図３（Ａ）はモータコイル基板２０の厚みを示し、図３（Ｂ）はコイル配置を示すモータコイル基板２０の平面図であり、図３（Ｃ）はコイルＣ１の配置位置を示す斜視図であり、図３（Ｄ）はコイルＣ１とコイルＣ５との配置位置を示す電機子の側面図である。
絶縁基板２２の厚みｔ０は１２．５μｍであり、第１配線２４Ｆの厚みｔ１は４５μｍであり、第２配線２４Ｓの厚みｔ２は４５μｍである。第１配線２４Ｆ、及び、第２配線２４Ｓ上には、それぞれ厚みｔ３（３５μｍ）の接着層２６Ａと、厚みｔ４（１２．５μｍ）のカバーレイ２８が形成される。更に、第１面Ｆのカバーレイ２８と第２面Ｓのカバーレイ２８上に、コイル形状を保つための厚みｔ５（３５μｍ）の接着層２６Ｂがそれぞれ設けられる。 3A shows the thickness of the motor coil substrate 20, FIG. 3B is a plan view of the motor coil substrate 20 showing the coil arrangement, and FIG. 3C is a perspective view showing the arrangement position of the coil C1. FIG. 3D is a side view of the armature showing the arrangement positions of the coils C1 and C5.
The thickness t0 of the insulating substrate 22 is 12.5 μm, the thickness t1 of the first wiring 24F is 45 μm, and the thickness t2 of the second wiring 24S is 45 μm. An adhesive layer 26A having a thickness t3 (35 μm) and a coverlay 28 having a thickness t4 (12.5 μm) are formed on the first wiring 24F and the second wiring 24S, respectively. Further, on the cover lay 28 on the first surface F and the cover lay 28 on the second surface S, an adhesive layer 26B having a thickness t5 (35 μm) for maintaining the coil shape is provided.

図３（Ｂ）に示されるようにコイルＣ１〜Ｃ７の幅Ｗ１は１８mmであり、コイルＣ１〜Ｃ７の幅Ｗ１の周方向の長さＬ１は５２．５mmである。コイルＣ１〜Ｃ７は等間隔に配置される。実施形態では、コイルは等間隔に配置されたが、コイルを非等間隔に配置することも可能である。 As shown in FIG. 3B, the width W1 of the coils C1 to C7 is 18 mm, and the circumferential length L1 of the width W1 of the coils C1 to C7 is 52.5 mm. The coils C1 to C7 are arranged at equal intervals. In the embodiment, the coils are arranged at regular intervals. However, the coils may be arranged at irregular intervals.

図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示されるように、２．５回転巻かれたモータコイル基板２０は、電機子３０を構成する。図３（Ｄ）にコイルＣ１とコイルＣ５の配置位置を示す。電機子３０の外径Ｄ１は７．９mmである。 As shown in FIGS. 3C and 3D, the motor coil substrate 20 wound by 2.5 turns constitutes an armature 30. FIG. 3D shows the arrangement positions of the coils C1 and C5. The outer diameter D1 of the armature 30 is 7.9 mm.

電機子３０の外周には円筒状の磁性シート３２が配置されている。
磁性シート３２は円筒状に形成された磁性シートを電機子３０の外側に填め入れることが可能である。予め磁性シートを円筒状に形成することで、遠心力が働いても電機子から分離することが無い。また、可撓性を有する矩形形状の磁性シート３２を電機子３０の外周に巻くこともできる。電機子の外径のばらつきに左右されず、磁性シート３２を電機子に密着させることができる。磁性シート３２は、磁性体粒子を樹脂に混合してなる。磁性体粒子として、酸化鉄（III）やコバルト酸化鉄等の鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金等の磁性体の粒子を用いることができる。樹脂としては、可撓性を有するポリイミド等を用いることができる。 A cylindrical magnetic sheet 32 is arranged on the outer periphery of the armature 30.
As the magnetic sheet 32, a cylindrical magnetic sheet can be fitted outside the armature 30. By forming the magnetic sheet in a cylindrical shape in advance, the magnetic sheet does not separate from the armature even when a centrifugal force acts. Further, a flexible rectangular magnetic sheet 32 can be wound around the outer periphery of the armature 30. The magnetic sheet 32 can be brought into close contact with the armature regardless of the variation in the outer diameter of the armature. The magnetic sheet 32 is formed by mixing magnetic particles with a resin. As the magnetic particles, iron particles such as iron (III) oxide and cobalt iron oxide, magnetic particles such as silicon steel, permalloy, sendust, permendur, soft ferrite, amorphous magnetic alloy, and nanocrystal magnetic alloy can be used. it can. As the resin, flexible polyimide or the like can be used.

図４は、実施形態のモータコイル基板の断面図である。
絶縁基板２２の第１面Ｆに形成される第１配線２４Ｆは、絶縁基板外側に向かって先細りになる凸形状である。絶縁基板２２の第２面Ｓに形成される第２配線２４Ｓは、絶縁基板外側に向かって先細りになる凸形状である。第１配線２４Ｆと第２配線２４Ｓは、絶縁基板２２の中心に対して対称に形成されているため、モータの回転、コギングに対して信頼性が高い。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the motor coil board according to the embodiment.
The first wiring 24F formed on the first surface F of the insulating substrate 22 has a convex shape tapering toward the outside of the insulating substrate. The second wiring 24S formed on the second surface S of the insulating substrate 22 has a convex shape tapering toward the outside of the insulating substrate. Since the first wiring 24F and the second wiring 24S are formed symmetrically with respect to the center of the insulating substrate 22, reliability is high with respect to motor rotation and cogging.

実施形態のモータコイル基板２０は、絶縁基板２２が内側の第１面Ｆと外側の第２面Ｓとが対向するように周方向へ２．５回転巻かれているため、１回転の同径の電機子との比較で２．５倍高いトルクを発生することができる。絶縁基板２２の第１面Ｆの第１配線２４Ｆと第２面Ｓの第２配線２４Ｓから成るコイルとが、絶縁基板２２を貫通する銅めっきからなるビア導体２４Ａにより接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体に電流が流れるため高効率を実現できる。 In the motor coil substrate 20 of the embodiment, since the insulating substrate 22 is wound 2.5 turns in the circumferential direction so that the inner first surface F and the outer second surface S face each other, the same diameter of one rotation is obtained. Can generate a torque 2.5 times higher than that of the armature. The coil composed of the first wiring 24F on the first surface F of the insulating substrate 22 and the second wiring 24S of the second surface S is connected by a via conductor 24A made of copper plating that penetrates the insulating substrate 22. Therefore, unlike the solder connection, it has high reliability, and high efficiency can be realized because current flows through the low-resistance via conductor.

実施形態のモータコイル基板２０は、モータコイル基板２０の外周に磁性シート３２が配置されているため、漏れ磁束が減り、高いトルクを得ることができ、高効率でモータを駆動することができる。 In the motor coil substrate 20 of the embodiment, since the magnetic sheet 32 is disposed on the outer periphery of the motor coil substrate 20, leakage magnetic flux is reduced, high torque can be obtained, and the motor can be driven with high efficiency.

上述した実施形態では、７個のコイルを有するモータコイル基板を例示したが、コイルは３個以上有れば、実施形態のモータコイル基板を構成可能である。また、実施形態では、モータコイル基板は２．５回巻かれたが、１回を超えて巻かれることで、モータコイル基板は効果を奏することができる。 In the above-described embodiment, the motor coil board having seven coils has been exemplified, but the motor coil board of the embodiment can be configured as long as there are three or more coils. Further, in the embodiment, the motor coil substrate is wound 2.5 times, but by being wound more than once, the motor coil substrate can exhibit an effect.

１０モータ
２０モータコイル基板
２２絶縁基板
２４Ａビア導体
２４Ｆ第１配線
２４Ｓ第２配線
Ｃ１〜Ｃ７コイル
Ｔ１〜Ｔ７端子 Reference Signs List 10 motor 20 motor coil board 22 insulating board 24A via conductor 24F first wiring 24S second wiring C1-C7 coil T1-T7 terminal

Claims

第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有する円筒状の可撓性絶縁基板と、前記可撓性絶縁基板の前記第１面と前記第２面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルと、前記可撓性絶縁基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有し、
前記可撓性絶縁基板が内側の前記第１面と外側の前記第２面とが対向するように周方向へ１回転を超えるように巻かれ、
巻かれた前記可撓性絶縁基板の外側に磁性シートが設けられているモータコイル基板。 A cylindrical flexible insulating substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; and a spiral provided on the first surface and the second surface of the flexible insulating substrate. And a via conductor made of copper plating that penetrates the flexible insulating substrate and connects the first surface wiring and the second surface wiring,
The flexible insulating substrate is wound so as to exceed one rotation in the circumferential direction so that the inner first surface and the outer second surface face each other,
A motor coil substrate, wherein a magnetic sheet is provided outside the wound flexible insulating substrate.

請求項１のモータコイル基板であって、
前記第１面に形成されたコイルと、
前記第２面に形成されたコイルとを有し、
前記第１面に形成されたコイルの一部と、前記第２面に形成されたコイルの一部とが重なるように配置されている。 The motor coil board according to claim 1,
A coil formed on the first surface;
And a coil formed on the second surface,
A part of the coil formed on the first surface and a part of the coil formed on the second surface are arranged to overlap.

請求項１のモータコイル基板であって、
前記コイルが、前記第１面に形成された半ターンの配線と、前記第２面に形成された半ターンの配線と、前記第１面に形成された半ターンの配線と前記第２面に形成された半ターンの配線とを接続するビア導体とから成り、
１のコイルの前記第２面に形成された半ターンの配線の一部と、前記１のコイルに隣接するコイルの前記第１面に形成された半ターンの配線の一部とが重なるように配置されている。 The motor coil board according to claim 1,
The coil includes a half-turn wire formed on the first surface, a half-turn wire formed on the second surface, a half-turn wire formed on the first surface, and a half-turn wire formed on the second surface. And a via conductor connecting the formed half-turn wiring,
A part of a half-turn wiring formed on the second surface of one coil and a part of a half-turn wiring formed on the first surface of a coil adjacent to the one coil are overlapped. Are located.

請求項１〜請求項３のいずれか１のモータコイル基板であって、前記可撓性絶縁基板が２回転以上巻かれている。 4. The motor coil substrate according to claim 1, wherein the flexible insulating substrate is wound twice or more. 5.

請求項１〜請求項４のいずれか１のモータコイル基板であって、
前記モータコイル基板に前記コイルに接続された整流子が配置されている。 The motor coil substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein
A commutator connected to the coil is arranged on the motor coil board.

請求項５のモータコイル基板であって、
前記モータコイル基板に角度検出用磁石が配置されている。 The motor coil substrate according to claim 5, wherein
An angle detecting magnet is arranged on the motor coil board.