JP7412291B2 - コイル体、固定子、回転機、コイル体の製造方法およびプリント配線板 - Google Patents

Description

本願は、コイル体、固定子、回転機、コイル体の製造方法およびプリント配線板に関するものである。

回転機の固定子に用いられるコイル体において、配線パターンが形成されたプリント配線板を複数回巻いて筒状に成形したものをコイル体とすることにより、コイル体を薄くし、回転機を小型化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２－０２２２６９号公報

従来のコイル体では、プリント配線板を複数回巻いて筒状のコイル体を成形したときに筒の厚さを均一にするために、渦巻き状の配線パターンを小さくしており、回転機の出力が小さくなるという課題があった。

本願は、上述の課題を解決するためになされたものであり、小型で出力が大きな回転機を実現するコイル体を提供することを目的とする。

本願に開示されるコイル体は、中心軸を中心にプリント配線板が複数回巻き付けられて複数の層を有する筒状に成形されたコイル体であって、プリント配線板は筒状に成形されたときの周方向に沿って絶縁基板の表裏の両面に各相のコイルを構成する渦巻き状の配線パターンが並べて形成されており、プリント配線板が巻き付けられて筒状に成形されるときにそれぞれの相のコイルを構成する配線パターンの中心が一致するように配線パターンが重ねられており、中心軸に最も近い層にありプリント配線板の一方の端部に位置して第１相のコイルを構成する配線パターンを最内層端部配線パターンとし、中心軸から最も遠い層にありプリント配線板の他方の端部に位置して第２相のコイルを構成する配線パターンを最外層端部配線パターンとし、第１相と第２相との境界線を第１相境界線とし、第１相境界線から最内層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ２とし、第１相境界線から最外層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ３とするとき、第１相境界線から第１相において中心軸に最も近い層を除く層にあるそれぞれの配線パターンの最も近い端部までの距離、および、第１相境界線から第２相において中心軸から最も遠い層を除く層にあるそれぞれの配線パターンの最も近い端部までの距離が等しくｄ１であり、ｄ２およびｄ３の少なくとも一方がｄ１よりも大きいことを特徴とするものである。

本願に開示されるコイル体は、中心軸を中心にプリント配線板が複数回巻き付けられて複数の層を有する筒状に成形されたコイル体であって、プリント配線板は筒状に成形されたときの周方向に沿って絶縁基板の表裏の両面に各相のコイルを構成する渦巻き状の配線パターンが並べて形成されており、プリント配線板が巻き付けられて筒状に成形されるときにそれぞれの相のコイルを構成する配線パターンの中心が一致するように配線パターンが重ねられており、中心軸に最も近い層にありプリント配線板の一方の端部に位置して第１相のコイルを構成する配線パターンを最内層端部配線パターンとし、中心軸から最も遠い層にありプリント配線板の他方の端部に位置して第２相のコイルを構成する配線パターンを最外層端部配線パターンとし、第１相と第２相との境界線を第１相境界線とし、第１相境界線から最内層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ２とし、第１相境界線から最外層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ３とするとき、第１相境界線から第１相において中心軸に最も近い層を除く層にあるそれぞれの配線パターンの最も近い端部までの距離、および、第１相境界線から第２相において中心軸から最も遠い層を除く層にあるそれぞれの配線パターンの最も近い端部までの距離が等しくｄ１であり、ｄ２およびｄ３の少なくとも一方がｄ１よりも大きいので、薄い筒状のコイル体において渦巻き状の配線パターンを大きくすることができ、小型で出力が大きな回転機を実現することができる。

実施の形態１による回転機の斜視図である。 実施の形態１による回転機の断面図である。 実施の形態１によるコイル体の断面図である。 実施の形態１によるコイル体の変形例の断面図である。 比較例１によるコイル体の断面図である。 比較例２によるコイル体の断面図である。 実施の形態１によるコイル体における最内層端部配線パターンと最外層端部配線パターンとのそれぞれの端部がなす角度とコイル体の相境界線における径方向の厚さとの関係を示す図である。 実施の形態１によるプリント配線板の概略を示す断面図である。 実施の形態１によるプリント配線板における配線パターンを示す図である。 実施の形態１によるプリント配線板における配線パターンの接続の様子を説明する図である。 比較例１によるプリント配線板における配線パターンを示す図である。 実施の形態１によるコイル体において接着剤が塗布される位置を示す図である。 実施の形態１によるコイル体の製造方法の工程図である。 実施の形態２による回転機の斜視図である。 実施の形態２による回転機の断面図である。 実施の形態２によるプリント配線板を示す図である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係るコイル体について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転機１００の斜視図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。実施の形態１による回転機１００は、筒状の固定子１と、固定子１の内側に設けられて固定子１の中心軸２００を中心に回転する回転子２とを備えている。回転機１００は、固定子１および回転子２を収納するケースを備えているが、図１では省略している。固定子１は、コイル体３とコア４とを備えている。コア４は筒状であり、コイル体３の外側に配置されている。コア４の内周部は、コイル体３の外周面に接している。コア４は磁性体で構成されており、例えば、圧粉鉄心から成形されるもの、あるいは、電磁鋼板を積層したものである。端子接続部５は、コイル体３に電源線を接続する部分である。

図３は、図２におけるコイル体３の詳細を示したものであり、コイル体３の断面図である。図３におけるコイル体３は、シート状のプリント配線板６を３回巻き付けて筒状に成形したものであり、中心軸２００を中心とした径方向にプリント配線板６が３層重なった構造となっている。プリント配線板６を巻き付ける回数は、３回に限ることなく、複数回であればよい。また、プリント配線板６を巻き付ける形は、巻き付けられたプリント配線板６を中心軸２００に直交する面で切断したときの断面形状が円形であってもよいし多角形であってもよい。

図３において、太線で示した部分はプリント配線板６に設けられた配線パターンである。図３に示すコイル体３は３相電源で駆動されるコイル体であり、第１相配線パターン７１は３層の配線パターンが重ねられて第１相のコイルを形成している。第２相配線パターン７２および第３相配線パターン７３も同様に、３層の配線パターンが重ねられてそれぞれ第２相および第３相のコイルを形成している。図３に示すコイル体３のコイル数は３であり、それぞれのコイルが機械角で１２０度ずらして配置されている。よって、第１相配線パターン７１の周方向の中心である第１相中心線１１と第２相配線パターン７２の周方向の中心である第２相中心線１２とは、１２０度ずらした位置にある。同様に、第２相配線パターン７２の周方向の中心である第２相中心線１２と第３相中心線１３とは、１２０度ずらした位置にある。

プリント配線板６を筒状に巻き付けるときは、第１相配線パターン７１において、第１相第１層の配線パターン７１１、第１相第２層の配線パターン７１２および第１相第３層の配線パターン７１３のすべての中心が、第１相中心線１１に一致するように巻き付けられる。第２相配線パターン７２および第３相配線パターン７３においても、同様である。Ｎを２以上の整数としたとき、コイル体３がＮ層からなる場合は、第１相配線パターン７１において第１層から第Ｎ層までの各層の配線パターンの中心が第１相中心線１１に一致するように巻き付けられる。第２相配線パターン７２および第３相配線パターン７３においても、同様である。

プリント配線板６の硬さは、絶縁基板の素材および厚み、配線パターンの形状および厚みなど、複数の要因によって変化し、これによって、プリント配線板６を筒状に巻き付けるときに、各層の間の隙間の大きさあるいは形状が変化する。そのため、試作などの検証を行い、第１層から第Ｎ層の順で各相の配線パターンの中心が一致するように、配線パターンの形状および位置を決定するものとする。

回転機１００の出力を大きくするためには、コイル体３の配線パターンに回転子２の磁石の磁束を多く鎖交させる必要がある。そのため、各相の配線パターンの外側の端部がなす角度である外周形成角度θ１は、機械角１２０度に近づけることが重要である。配線パターンの内側の端部がなす角度である内周形成角度θ２が小さい場合、鎖交する磁束は少ないものの、配線の抵抗によって「抵抗＊（電流の２乗）」で計算される銅損が発生し発熱する。集中巻の場合、回転子２の極数とコイル数の比が４：３、θ１が１２０度のときは、θ２は２５度が最適値となる。実際には、配線パターンの配置において隣り合う相との絶縁距離を確保しなければならず、θ１は１２０度とはならないので、θ２を計算して求めるものとする。また、第１相から第３相の誘起電圧を均一に保つために、一部の層においてθ２の大きさを変えてもよい。

図３に示すコイル体３では、中心軸２００に最も近い層にありプリント配線板６の一方の端部に位置する配線パターンである第１相第１層の配線パターン７１１を最内層端部配線パターン７４とし、中心軸２００から最も遠い層にありプリント配線板６の他方の端部に位置する配線パターンである第２相第３層の配線パターン７２３を最外層端部配線パターン７５とする。さらに、第１相と第２相との境界線を第１相境界線１４とし、第２相と第３相との境界線を第２相境界線１５とし、第３相と第１相との境界線を第３相境界線１６とする。第１相境界線１４は、例えば、中心軸２００から見たときに第１相中心線１１と第２相中心線１２がなす角度を二等分する線である。第２相境界線１５は、例えば、中心軸２００から見たときに第２相中心線１２と第３相中心線１３がなす角度を二等分する線である。第３相境界線１６は、例えば、中心軸２００から見たときに第３相中心線１３と第１相中心線１１がなす角度を二等分する線である。このとき、第１相境界線１４から最内層端部配線パターン７４において第１相境界線１４に最も近い端部までの距離、および、第３相境界線１６から最内層端部配線パターン７４に最も近い端部までの距離を、ｄ２とする。また、第１相境界線１４から最外層端部配線パターン７５の最も近い端部までの距離、および、第２相境界線１５から最外層端部配線パターン７５の最も近い端部までの距離を、ｄ３とする。第３相については、中心軸２００から最も遠い層にある配線パターンにおいて、第２相境界線１５から配線パターンの最も近い端部までの距離、および、第３相境界線１６から配線パターンの最も近い端部までの距離を、ｄ４とする。なお、最内層端部配線パターン７４、最外層端部配線パターン７５および第３相における中心軸２００から最も遠い層にある配線パターンを除く配線パターンについては、それぞれが隣接する相境界線から配線パターンの最も近い端部までの距離を、ｄ１とする。このとき、実施の形態１によるコイル体３においては、ｄ２およびｄ３の少なくとも一方をｄ１よりも大きくする。図３に示すコイル体３では、ｄ２およびｄ３の両方をｄ１よりも大きくし、中心軸２００から見たときの最内層端部配線パターン７４と最外層端部配線パターン７５との最も近い端部同士がなす角度をθ３としたときに、θ３を二等分する線と第１相境界線１４とを一致するようにしている。

コイル体３においては、ｄ２およびｄ３の少なくとも一方がｄ１よりも大きければ、θ３を二等分する線と第１相境界線１４とは必ずしも一致していなくてもよい。図４は、コイル体３の変形例を示すものであり、θ３を二等分する線と第１相境界線１４とが一致していない例を示している。

また、ｄ２とｄ３とは同じ大きさでなくてもよい。ｄ２とｄ３とを異なる大きさにするときは、ｄ２およびｄ３のいずれか一方がｄ１と同じ大きさであってもよい。

なお、第１相の配線パターンに鎖交する磁束と第２相の配線パターンに鎖交する磁束が異なる場合、第１相と第２相の誘起電圧が異なることで第１相と第２相の発生トルクが異なることとなり、回転機１００の振動が大きくなるという問題がある。そのため、第１相と第２相の誘起電圧が同等となるように、ｄ２、ｄ３およびｄ１を決定するものとする。

図３に示すコイル体３においては、第３相はプリント配線板６の端部ではないために、コイル体３の径方向の厚みを均一にするという観点からは第３相の配線パターンにおいては相境界線から配線パターンの端部まで距離を大きくする必要はない。しかし、各相の誘起電圧を等しくするという観点から、第３相のいずれかの層の配線パターンにおいて相境界線から配線パターンの端部までの距離を大きくしてもよい。図３に示す実施の形態１によるコイル体３においては、中心軸２００から最も遠い層にある第３相の配線パターンにおいて、第２相境界線１５から配線パターンの端部までの距離、および、第３相境界線１６から配線パターンの端部までの距離を、ｄ１よりも大きなｄ４としている。さらに、ｄ４はｄ３と同じ大きさとしている。

なお、図３では、ｄ１、ｄ２、ｄ３およびｄ４を直線距離として説明しているが、コイル体３はプリント配線板６を巻き付けて筒状に成形したものであるため、プリント配線板６を平板状にしたときは、プリント配線板６の表面上の距離に換算して配線パターンを配置することになる。

図５は、比較例１によるコイル体３０１の断面図であり、シート状のプリント配線板６０１を３回巻き付けて筒状に成形したものである。図５に示すコイル体３０１は、ｄ２、ｄ３およびｄ４を、図３に示すｄ１と同じ大きさにしたものである。コイル体３０１においては、中心軸２００に最も近い層にありプリント配線板６０１の一方の端部に位置する配線パターンである最内層端部配線パターン７４１の端部と、中心軸から最も遠い層にありプリント配線板６０１の他方の端部に位置する配線パターンである最外層端部配線パターン７５１の端部との距離が近くなっている。これにより、コイル体３０１の径方向の厚さは、第２相と第３相との境界線である第２相境界線１５における径方向の厚さｄ５はプリント配線板６０１の３枚分の厚さであるが、第１相と第２相との境界線である第１相境界線１４における径方向の厚さｄ６はプリント配線板６０１の４枚分の厚さとなっている。すなわち、比較例１によるコイル体３０１は実施の形態１によるコイル体３に比べて、大きいものになっている。そのため、例えば、プリント配線板の３枚分の厚さの空間にコイル体を配置しなければならないとき、図３に示す実施の形態１によるコイル体３は配置することができるが、図５に示す比較例１によるコイル体３０１は配置することができない。

図６は、比較例２によるコイル体３０２の断面図である。図６に示すコイル体３０２は、第１相のすべての配線パターンにおいて相境界線から配線パターンの端部までの距離を図３に示すｄ２とし、第２相のすべての配線パターンにおいて相境界線から配線パターンの端部までの距離を図３に示すｄ３とし、第３相のすべての配線パターンにおいて相境界線から配線パターンの端部までの距離を図３に示すｄ４としたものである。比較例２によるコイル体３０２の径方向の厚さは、実施の形態１によるコイル体３と同様に、すべての位置においてプリント配線板の３枚分の厚さになっている。しかし、比較例２によるコイル体３０２の配線パターンが実施の形態１によるコイル体３の配線パターンに比べて小さくなっているため、回転機の出力が小さくなってしまう。

実施の形態１によるコイル体３は、比較例２によるコイル体３０２と同じく小型でありながら、出力が大きな回転機を実現するものである。

図７は、図３に示すコイル体３において、中心軸２００から見たときの最内層端部配線パターン７４と最外層端部配線パターン７５とのそれぞれの最も近い端部がなす角度である「θ３」を変化させたときの、第１相と第２相との境界線である第１相境界線１４におけるコイル体３の径方向の厚さｄ６と第２相と第３相との境界線である第２相境界線１５における径方向のコイル体３の厚さｄ５の差である「ｄ６－ｄ５」の値の変化について検証した結果を示す図である。なお、図７における縦軸を「ｄ６－ｄ５」としているが、第１相と第２相との境界線である第１相境界線１４の近傍以外ではコイル体３の厚さは同じになるため、「ｄ６－ｄ５」は「第１相境界線１４におけるコイル体３の径方向の厚さｄ６から第１相境界線１４の近傍以外でのコイル体３の径方向の厚さを引いた値」と同じである。図７において縦軸に示した「ｄ６－ｄ５」では、「０」はｄ６とｄ５が等しいことを表しており、「１」はｄ６がｄ５よりもプリント配線板６の１枚分だけ厚いことを表している。また、図７では、点線は配線パターンの厚みが１５μｍの軟らかいプリント配線板の測定結果を示しており、実線は配線パターンの厚みが５０μｍの硬いプリント配線板の測定結果を示している。軟らかいプリント配線板では、θ３が１０度以上でｄ６とｄ５が等しくなり、コイル体３の厚さが均一となった。一方、硬いプリント配線板では、θ３が３０度以上でｄ６とｄ５が等しくなり、コイル体３の厚さが均一となった。

以上のように、実施の形態１によるコイル体３では、ｄ２およびｄ３の少なくとも一方をｄ１よりも大きくすることにより、中心軸２００から見たときの最内層端部配線パターン７４と最外層端部配線パターン７５とのそれぞれの最も近い端部がなす角度であるθ３を１０度から３０度にすることができ、コイル体３の径方向の厚さが均一となる。これにより、大きな配線パターンを配置することができ、小型で出力が大きな回転機を実現することができる。実施の形態１によるコイル体３では、集中巻で回転子２の極数とコイル数との比が４：３としたが、回転子の極数とコイル数との比は他の値でもよく、さらに、分布巻きでも構わない。

図８は、実施の形態１によるプリント配線板６の概略を示す断面図である。プリント配線板６は、絶縁基板６１の両面に銅箔が貼り付けられた両面銅箔基板を使用し、銅箔をエッチングなどで渦巻き状にすることにより表面配線パターン６２および裏面配線パターン６３を形成する。さらに、配線パターンと外部とを絶縁するために、表面配線パターン６２の表面に絶縁層６４を形成する。なお、図８に示すプリント配線板６においては、表面配線パターン６２の表面のみに絶縁層６４を形成しているが、裏面配線パターン６３の表面にも絶縁層を形成してもよい。

図９は、実施の形態１によるプリント配線板６において絶縁基板６１の上に配置されている配線パターンの様子を示す図である。図９の上段の図は、図８における表面配線パターン６２を図８における上方向から下方向に向かって見たときの配線パターンを示している。図９の下段の図は、図８における裏面配線パターン６３を図８における上方向から下方向に向かって見たときの配線パターンの透視図を示している。図９において、ｙ方向は図３における中心軸２００に平行な方向であり、ｘ方向は図３における周方向である。図９では、図３において第１相中心線１１、第２相中心線１２、第３相中心線１３および第１相境界線１４がプリント配線板６と交差しているｘ方向の位置を、破線で示している。端子接続部５は、電源線を接続する部分である。プリント配線板６においては、図９の左右方向であるｘ方向の端部、あるいは、図９の上下方向であるｙ方向の端部において、絶縁基板６１の上に配線パターンが配置されていない余白があってもよいが、図９においては省略している。

ダミーパターン７６は、渦巻き状の配線パターンとは電気的に絶縁された金属パターンであり、それぞれの渦巻き状の配線パターンの内側に配置される。プリント配線板６を巻き付けて筒状に形成するときに、配線パターンが有る部分は固く、配線パターンが無い部分は柔らかいため、コイル体３の断面を円形にするのが困難になることがある。実施の形態１によるプリント配線板６においては、それぞれの渦巻き状の配線パターンの内側にダミーパターン７６を設けることにより、プリント配線板６の硬さが均一になり、プリント配線板６を巻き付けて筒状に形成するとき断面を円形にするのが容易になる。ダミーパターン７６は、一体の金属パターンでもよいが、この場合は磁束が通過するときに渦電流による熱が発生する。ダミーパターン７６は、渦電流の発生を防ぐためには分割された金属パターンであることが望ましく、例えば、ｙ方向に分割されｘ方向に伸びた縞状、斜めの縞状、点状などのパターンとする。

図９に示すプリント配線板６においては、絶縁基板６１の表裏の両面に渦巻き状の配線パターンが配置されており、第３層の配線パターン７０３、第２層の配線パターン７０２、第１層の配線パターン７０１が図３における周方向であるｘ方向に沿って順番に並んでいる。第３層の配線パターン７０３においては、最外層端部配線パターン７５である第２相第３層の配線パターン７２３、第３相第３層の配線パターン７３３、第１相第３層の配線パターン７１３がｘ方向に沿って順番に並んでいる。第２層の配線パターン７０２においては、第２相第２層の配線パターン７２２、第３相第２層の配線パターン７３２、第１相第２層の配線パターン７１２がｘ方向に沿って順番に並んでいる。第１層の配線パターン７０１においては、第２相第１層の配線パターン７２１、第３相第１層の配線パターン７３１、最内層端部配線パターン７４である第１相第１層の配線パターン７１１がｘ方向に沿って順番に並んでいる。プリント配線板６を巻き付けて筒状に形成するとき、第１相第１層の配線パターン７１１、第１相第２層の配線パターン７１２および第１相第３層の配線パターン７１３の３つの配線パターンが重なり、図３に示す第１相配線パターン７１となる。第２相配線パターン７２および第３相配線パターン７３についても、同様である。

図１０は、図９に示すプリント配線板６における配線パターンの接続の様子を説明する図である。図９と同様に、図１０の上段の図は、図８における表面配線パターン６２を図８における上方向から下方向に向かって見たときの配線パターンを示している。図１０の下段の図は、図８における裏面配線パターン６３を図８における上方向から下方向に向かって見たときの配線パターンの透視図を示している。図１０の左側から、第２相の配線パターン、第３相の配線パターン、第１層の配線パターンの順で、３回繰り返して並んでいる。第２相の配線パターンは２Ａからスタートし、２Ｂにおいてスルーホールを通して２Ｃにつながる。２Ｃは２Ｄにつながっており、以下、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇの順で中性点４００につながり、第２相が構成されている。第３相は３Ａからスタートし、３Ｂにおいてスルーホールを通して３Ｃにつながり、３Ｄにつながる。３Ｄにおいて第２相の配線とぶつかるため、３Ｅおよび３Ｆを通して３Ｇにつながる。以下、３Ｇ、３Ｈ、３Ｉ、３Ｊ、３Ｋ、３Ｌ、３Ｍ、３Ｎ、３Ｏの順で中性点４００につながり、第３相が構成されている。第１相は１Ａからスタートし、以下、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ、１Ｏの順で中性点４００につながり、第１相が構成されている。

図１１は、図５に示した比較例１によるコイル体３０１を構成しているプリント配線板６０１における配線パターンを示す図である。図５に示すコイル体３０１は、ｄ２、ｄ３およびｄ４を図３に示すｄ１と同じ大きさにしたものである。よって、図１１におけるプリント配線板６０１においては、図１１の左右方向であるｘ方向の端部において配線パターンが第１相と第２相との境界線である第１相境界線１４に非常に近い位置にある。その結果、比較例１によるプリント配線板６０１を巻き付けて筒状に成形して図５に示すコイル体３０１としたときに、図１１に示す第１相境界線１４の位置でコイル体３０１の径方向の厚さが厚くなることが分かる。

図８における絶縁基板６１は、一般的な絶縁基板を用いることができる。代表的な絶縁基板には、フレキシブル基板とリジッド基板がある。具体的には、フレキシブル基板の材料としては、ポリエステル、ポリイミド、液晶ポリマーなどがあり、リジッド基板の材料としては、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）などがある。絶縁基板６１の膜厚は、コイル体３を形成するときに容易にプリント配線板６を巻き付けることができれば特に限定されず、例えば、５μｍから１ｍｍの範囲が望ましい。

図８における絶縁層６４は、絶縁材料からなり、例えば、ソルダーレジストが用いられる。絶縁層６４は、配線パターンを外部から絶縁するとともに、配線パターンを塵、埃および湿気から保護する。なお、金メッキなどの保護膜で配線パターンを覆うことにより、配線パターンを湿気などの環境に由来する外乱あるいは衝撃などの機械的外乱から保護してもよい。

図３に示すコイル体３において、巻かれたプリント配線板６のそれぞれの層は、巻かれたプリント配線板６を接着する接着剤からなる接着層によって接着されている。接着剤には、絶縁材料からなるシート状接着剤または液状接着剤が用いられる。接着剤は、プリント配線板６の片面あるいは両面に配置され、巻かれたプリント配線板６においてそれぞれの層を接着する。

図１２は、図３に示すコイル体３において接着剤が塗布される位置を示す図である。図１２において点線で示された第一接着剤８１は、コイル体３におけるプリント配線板６のそれぞれの層の間を接着するものである。また、第一接着剤８１に絶縁材料を用いることにより、コイル体３におけるプリント配線板６のそれぞれの層の間の絶縁を確保することができる。図１２において太線で示された第二接着剤８２は、コイル体３の外周面に配置されており、コイル体３とコア４とを接着するものである。また、第二接着剤８２に絶縁材料を用いることにより、コイル体３とコア４との絶縁を確保することができる。さらに、第一接着剤８１および第二接着剤８２は、コイル体３の発熱を放熱する役割も持つ。第一接着剤８１および第二接着剤８２を塗布する領域は、プリント配線板６の片面の全域あるいは一部でもよく、プリント配線板６の両面の全域あるいは一部でもよい。第一接着剤８１は、その配置面積が大きいほど、プリント配線板６が筒状に巻き付けられたときのプリント配線板６のそれぞれの層の間の接着性および絶縁性がより確実に確保される。

第一接着剤８１および第二接着剤８２にシート状接着剤を用いる場合、硬化するものであれば特に制限はない。シート状接着剤としては、例えば、ＵＶ硬化系接着剤、熱硬化系接着剤、複数枚を重ね合わせて用いられるハネムーン系接着剤、熱接着系接着剤がある。ＵＶ硬化系接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤がある。熱硬化系接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシとアクリルのハイブリッド系接着剤、ポリイミド系接着剤がある。ハネムーン系接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤およびアクリル系接着剤がある。熱接着系接着剤としては、例えば、オレフィン系接着剤、ポリエステル系接着剤がある。なお、シート状接着剤は、単独で用いられてもよく、複数の種類が同時に用いられてもよい。

第一接着剤８１および第二接着剤８２に液状接着剤を用いる場合、硬化するものであれば特に制限はない。液状接着剤としては、例えば、溶剤形接着剤、水性形接着剤、ホットメルト接着剤、弾性接着剤、熱硬化反応形接着剤、感圧性接着剤がある。溶剤形接着剤には、ゴム系接着剤と樹脂系接着剤とがある。ゴム系接着剤としては、例えば、クロロプレンゴム系接着剤、スチレンブタジエンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、天然ゴム系接着剤がある。樹脂系接着剤としては、例えば、塩化ビニル樹脂系接着剤、酢酸ビニル樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤がある。水性形接着剤としては、例えば、水溶性接着剤、エマルジョン系接着剤、ラテックス接着剤がある。ホットメルト接着剤としては、例えば、熱可塑性エラストマーホットメルト接着剤、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＥＶＡ）系ホットメルト接着剤がある。弾性接着剤としては、例えば、シリコーン系接着剤、変性シリコーン系接着剤、シリル化ウレタン接着剤がある。熱硬化反応形接着剤としては、例えば、熱硬化性エポキシ系接着剤、光硬化性エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、ユリア系接着剤、メラミン系接着剤、フェノール系接着剤、嫌気性アクリル系接着剤、第二世代アクリル系接着剤、光硬化性アクリル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤がある。感圧性接着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤がある。なお、液状接着剤は、単独で用いられてもよく、複数種類が同時に用いられてもよい。これらの接着剤は、熱伝導率が良いものであればコイルからの発熱の放熱に寄与することもできるので、配線パターンに流す電流を大きくすることができ、回転機１００の出力を大きくすることができる。

次に、本実施の形態１によるコイル体３の製造方法について説明する。図１３は、実施の形態１によるコイル体の製造方法の工程図である。以下に、各工程の詳細について説明する。

ステップＳ１０１のプリント配線板作成工程では、絶縁基板６１の表裏の両面に渦巻き状の配線パターンである表面配線パターン６２および裏面配線パターン６３を形成して、図９に示すようなプリント配線板６を作成する。

絶縁基板６１に表面配線パターン６２および裏面配線パターン６３を形成する方法は、特に限定しない。例えば、絶縁基板６１の表面に無電解めっきあるいは電解めっきによって銅層を形成し、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を得る。また、表面配線パターン６２の表面に絶縁層６４としてソルダーレジストを形成して、塵、埃および湿気から配線パターンを保護し、絶縁性を確保してもよい。第１相、第２相および第３相の配線パターンを絶縁基板６１の表裏の両面に形成するときは、異なる相の配線パターンが交じり合わない形状で形成する必要がある。

ステップＳ１０２の接着剤塗布工程では、平面状のプリント配線板６の片面あるいは両面に第一接着剤８１を塗布する。例えば、プリント配線板６の片面あるいは両面を、シート状接着剤あるいは液状接着剤で覆う。シート状接着剤あるいは液状接着剤で覆う個所は、片面あるいは両面における全体でも一部でもよい。

ステップＳ１０３のコイル体成形工程では、プリント配線板６を巻き付けて筒状に成形する。ステップＳ１０４の接着剤硬化工程では、第一接着剤８１の種類に応じて、室温硬化、加熱硬化、光硬化あるいは湿気硬化によって第一接着剤８１を硬化させる。これによって筒状のコイル体３となる。筒状に成形されたプリント配線板６を径方向に見た場合、巻かれた複数の層の配線パターンが重なり、重ねられた各相の配線パターンは図１０に示したように電気的に接続されている。

これらの工程によって、コイル体３が得られる。その後、コイル体の厚さを確認する工程において、中心軸２００から見たときの最内層端部配線パターン７４と最外層端部配線パターン７５とのそれぞれの最も近い端部がなす角度が所定の角度になっていることを確認し、第１相と第２相との境界線である第１相境界線１４における径方向の厚さｄ６と、その他の部分の厚さ、例えば、第２相と第３相との境界線である第２相境界線１５における径方向の厚さｄ５を測定し、所定の値になっているかを確認する。

さらに、コイル体３の外周面に第二接着剤８２を配置し、コイル体３の外側にコア４を配置し、コイル体３とコア４を接着することにより固定子１が得られる。なお、接着剤として液状接着剤を用いる場合は第一接着剤８１の塗布工程と第二接着剤８２の塗布工程を分ける必要があるが、接着剤としてシート状接着剤を用いる場合は第一接着剤８１の塗布工程と第二接着剤８２の塗布工程を分ける必要はない。このように、接着剤の種類によって接着の工程を変更してもよい。

以上のように、本実施の形態１によるコイル体３は、中心軸２００を中心にプリント配線板６が複数回巻き付けられて複数の層を有する筒状に成形されたコイル体３であって、プリント配線板６は筒状に成形されたときの周方向に沿って絶縁基板６１の表裏の両面に各相のコイルを構成する渦巻き状の配線パターンが並べて形成されており、プリント配線板６が巻き付けられて筒状に成形されるときにそれぞれの相のコイルを構成する配線パターンの中心が一致するように配線パターンが重ねられており、中心軸２００に最も近い層にありプリント配線板６の一方の端部に位置して第１相のコイルを構成する配線パターンを最内層端部配線パターン７４とし、中心軸２００から最も遠い層にありプリント配線板６の他方の端部に位置して第２相のコイルを構成する配線パターンを最外層端部配線パターン７５とし、第１相と第２相との境界線を第１相境界線１４とし、第１相境界線１４から最内層端部配線パターン７４の最も近い端部までの距離をｄ２とし、第１相境界線１４から最外層端部配線パターン７５の最も近い端部までの距離をｄ３とするとき、第１相境界線１４から第１相において中心軸２００に最も近い層を除く層にある配線パターンの最も近い端部までの距離、および、第１相境界線１４から第２相において中心軸から最も遠い層を除く層にある配線パターンの最も近い端部までの距離が等しくｄ１であり、ｄ２およびｄ３の少なくとも一方がｄ１よりも大きいので、薄い筒状のコイル体において渦巻き状の配線パターンを大きくすることができ、小型で出力が大きな回転機を実現することができる。

実施の形態２．
図１４は、実施の形態２による回転機１００ａの斜視図である。図１５は、図１４におけるＢ－Ｂ断面を示す断面図である。実施の形態２による回転機１００ａを実施の形態１による回転機１００と比べると、コイル体３とコア４とからなる固定子１が、コイル体３ａとコア４ａとからなる固定子１ａに変わっている。コア４ａはスロット付きであり、ティースを備えている。実施の形態２におけるコア４ａは３分割の構造であり、筒状にしたコイル体３ａの外側からはめ込む構造となっている。スロット付きのコア４ａをコイル体３ａにはめ込むことにより、コイル体３ａの誘起電圧が大きくなり、回転機１００ａの出力が大きくなる。

図１６は、実施の形態２によるプリント配線板６ａを示す図である。実施の形態２によるプリント配線板６ａと実施の形態１によるプリント配線板６を比べると、実施の形態１によるプリント配線板６においてダミーパターン７６があった部分に実施の形態２によるプリント配線板６ａでは穴があけられており、プリント配線板６ａを巻き付けて筒状に成形してコイル体３ａとしたときに、この穴にコア４ａのティースが挿入される。

スロット付きのコア４ａを用いる場合のθ２の決定方法は、実施の形態１において筒状のコア４を用いた場合のθ２の決定方法と異なる。θ２が小さい場合は、スロット付きのコア４ａを通過する磁束密度が高くなり、磁気飽和が発生する。一方、θ２が大きい場合は、磁気飽和の問題はなくなるが、配線パターンを配置するスペースが小さくなることから、配線パターンの断面積が小さくなり、配線パターンの抵抗値が大きくなり、配線パターンの銅損が大きくなるという問題がある、そのため、θ２の大きさは、銅損と鉄損を考慮して値を決定する。

以上のように、スロット付きのコア４ａを用いることにより、実施の形態１による効果に加えて、コイル体３ａの誘起電圧が大きくなり、回転機１００ａの出力を大きくすることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１、１ａ 固定子、２ 回転子、３、３ａ コイル体、４、４ａ コア、５ 端子接続部、６、６ａ プリント配線板、１１ 第１相中心線、１２ 第２相中心線、１３ 第３相中心線、１４ 第１相境界線、１５ 第２相境界線、１６ 第３相境界線、６１ 絶縁基板、６２ 表面配線パターン、６３ 裏面配線パターン、６４ 絶縁層、７１ 第１相配線パターン、７２ 第２相配線パターン、７３ 第３相配線パターン、７４ 最内層端部配線パターン、７５ 最外層端部配線パターン、７６ ダミーパターン、８１ 第一接着剤、８２ 第二接着剤、１００、１００ａ 回転機、２００ 中心軸、３０１ コイル体、３０２ コイル体、４００ 中性点、６０１ プリント配線板、７０１ 第１層の配線パターン、７０２ 第２層の配線パターン、７０３ 第３層の配線パターン、７１１ 第１相第１層の配線パターン、７１２ 第１相第２層の配線パターン、７１３ 第１相第３層の配線パターン、７２１ 第２相第１層の配線パターン、７２２ 第２相第２層の配線パターン、７２３ 第２相第３層の配線パターン、７３１ 第３相第１層の配線パターン、７３２ 第３相第２層の配線パターン、７３３ 第３相第３層の配線パターン、７４１ 最内層端部配線パターン、７５１ 最外層端部配線パターン。

Claims (10)

1. 中心軸を中心にプリント配線板が複数回巻き付けられて複数の層を有する筒状に成形されたコイル体であって、
   前記プリント配線板は筒状に成形されたときの周方向に沿って絶縁基板の表裏の両面に各相のコイルを構成する渦巻き状の配線パターンが並べて形成されており、
   前記プリント配線板が巻き付けられて筒状に成形されるときにそれぞれの相のコイルを構成する前記配線パターンの中心が一致するように前記配線パターンが重ねられており、
   前記中心軸に最も近い層にあり前記プリント配線板の一方の端部に位置して第１相のコイルを構成する前記配線パターンを最内層端部配線パターンとし、
   前記中心軸から最も遠い層にあり前記プリント配線板の他方の端部に位置して第２相のコイルを構成する前記配線パターンを最外層端部配線パターンとし、
   前記第１相と前記第２相との境界線を第１相境界線とし、
   前記第１相境界線から前記最内層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ２とし、
   前記第１相境界線から前記最外層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ３とするとき、
   前記第１相境界線から前記第１相において前記中心軸に最も近い層を除く層にあるそれぞれの前記配線パターンの最も近い端部までの距離、および、前記第１相境界線から前記第２相において前記中心軸から最も遠い層を除く層にあるそれぞれの前記配線パターンの最も近い端部までの距離が等しくｄ１であり、
   ｄ２およびｄ３の少なくとも一方がｄ１よりも大きいことを特徴とするコイル体。
2. 前記中心軸から見たときの前記最内層端部配線パターンと前記最外層端部配線パターンとのそれぞれの最も近い端部がなす角度が１０度から３０度であることを特徴とする請求項１に記載のコイル体。
3. 前記中心軸から見たときの前記最内層端部配線パターンと前記最外層端部配線パターンとのそれぞれの最も近い端部がなす角度を二等分する線と前記第１相境界線とが一致することを特徴とする請求項１または２に記載のコイル体。
4. 前記プリント配線板は前記配線パターンとは電気的に絶縁されたダミーパターンを前記配線パターンの内側に備え、
   前記ダミーパターンは一体の金属パターンあるいは分割された金属パターンであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコイル体。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル体と、
   前記コイル体の外側に配置された筒状のコアとを備えたことを特徴とする固定子。
6. 請求項１から３のいずれか１項に記載のコイル体と、
   前記コイル体の外側に配置されたスロット付きのコアとを備えたことを特徴とする固定子。
7. 前記プリント配線板のそれぞれの層の間が第一接着剤で接着され、
   前記コイル体と前記コアとが第二接着剤で接着されていることを特徴とする請求項５または６に記載の固定子。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の固定子と、
   前記固定子の内側に設けられて前記中心軸を中心に回転する回転子とを備えた回転機。
9. 請求項１に記載のコイル体の製造方法であって、
   前記プリント配線板を作成するプリント配線板作成工程と、
   前記プリント配線板の片面あるいは両面に第一接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
   前記プリント配線板を巻き付けて筒状に成形するコイル体成形工程と、
   前記第一接着剤を硬化させる接着剤硬化工程とを含むことを特徴とするコイル体の製造方法。
10. 中心軸を中心に複数回巻き付けられて複数の層を有する筒状のコイル体に成形されるプリント配線板であって、
    筒状に成形されたときの周方向に沿って絶縁基板の表裏の両面に各相のコイルを構成する渦巻き状の配線パターンが並べて形成されており、
    巻き付けられて筒状に成形されるときにそれぞれの相のコイルを構成する前記配線パターンの中心が一致するように前記配線パターンが配置されており、
    前記絶縁基板の一方の端部に位置して第１相のコイルを構成する前記配線パターンを最内層端部配線パターンとし、
    前記絶縁基板の他方の端部に位置して第２相のコイルを構成する前記配線パターンを最外層端部配線パターンとし、
    筒状に成形されたときの前記第１相と前記第２相との境界線を第１相境界線とし、
    筒状に成形されたときの前記第１相境界線から前記最内層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ２とし、
    筒状に成形されたときの前記第１相境界線から前記最外層端部配線パターンの最も近い端部までの距離をｄ３とするとき、
    筒状に成形されたときの前記第１相境界線から前記第１相において前記中心軸に最も近い層を除く層にあるそれぞれの前記配線パターンの最も近い端部までの距離、および、前記第１相境界線から前記第２相において前記中心軸から最も遠い層を除く層にあるそれぞれの前記配線パターンの最も近い端部までの距離が等しくｄ１であり、
    ｄ２およびｄ３の少なくとも一方がｄ１よりも大きいことを特徴とするプリント配線板。

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