JP2012157109A - マグネットワイヤの基板配線構造 - Google Patents

マグネットワイヤの基板配線構造 Download PDF

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Abstract

【課題】作業効率に優れたマグネットワイヤの基板配線構造を提供する。
【解決手段】モータのステータ巻線からのマグネットワイヤを回路基板に接続する構造において、回路基板100の外周部に設けられた複数の鍔部110に形成され、内周面が銅めっきされたU字形状のサイドスルー溝部111及び回路基板表面にサイドスルー溝部111から連続して延設されたランド部120を設け、マグネットワイヤ150をサイドスルー溝部111に嵌め込み、マグネットワイヤ150の端末をランド部120に絡げ、サイドスルー溝部111とランド部120とを共にはんだ付けした構造を有している。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えばDCモータなどの配線に好適に利用可能なマグネットワイヤの基板配線構造に関する。
例えばDCモータに適用されるマグネットワイヤの基板配線構造は広く知られている(例えば、特許文献1参照)。係るマグネットワイヤの基板配線構造は、基板上に立設された導通性を有するピンにマグネットワイヤを巻回させて固定し、基板上に備わった導通部に導通させるようになっている。
実開昭58−176545号公報
上述した特許文献1に記載のマグネットワイヤの基板配線構造は、基板上に立設された導通性を有するピンにマグネットワイヤを接触させながら巻回する作業を行い、両者を導通させる構造となっている。
このような構造では、マグネットワイヤをピンに手作業で巻回する面倒な作業を必要とし、工数が大幅に増加してしまう問題があった。この工数の増加は、作業に熟練していない作業者が行うと特に顕著になっていた。また、例えば0.5mm程度の線径を有する太いマグネットワイヤを手作業でピンに巻回する場合、マグネットワイヤの巻回される部分の曲率半径がどうしても大きくなり、ピンの径が細いとピンの外周から浮いてしまう虞があった。このように、ピンにワイヤ全体を密着させたまま上手に巻回することができないと、マグネットワイヤとピンとの間で導通不良を招いていた。
また、線径の太いマグネットワイヤをピンに巻きつける際にピンの径を大きくしようとすると、ピンを立設するスペースや、マグネットワイヤをピンに巻回するための治具を用意したり、作業スペースを確保したりする必要もあり、基板サイズの縮小化が図れない問題も生じていた。
一方、上述した従来の構造であるピンにマグネットワイヤを巻回させて固定する構造の代わりに、モータ部から配線されたマグネットワイヤを手作業でランド部に絡げ、マグネットワイヤの絡げた部分にはんだ付けすることでこの部分をはんだでランド部に固着し、マグネットワイヤを介してランド部に備わった導通部に導通させるようなマグネットワイヤの基板配線構造も考えられている。
図5は、上述したマグネットワイヤの基板配線構造の基板自体を示す正面図(図5(a))及びこのマグネットワイヤの基板配線構造における配線の仕組みを一部拡大して示す斜視図(図5(b))である。
そして、図5(a)に示すように回路基板500の外周部に6箇所所定の中心角度を隔てて鍔部510が設けられており、その鍔部510に図5(b)に示すようにマグネットワイヤ550が絡げられ図6に示すような工程を経てランド部520に接触するようになっている。なお、基板の適所には所定の電気回路を形成するスルーホール530が複数設けられていれる。
また、図6は、図5に示したマグネットワイヤの基板配線構造の組付け工程を説明する斜視図である。
図6に示した工程について説明すると、最初に真直ぐ延びたマグネットワイヤ550の図に示す基端近傍を鍔部510の左側の側部に当接させる(図6(a)及び図6(b)参照)。続いて、鍔部510から図6(b)において上方に突き出した部分を逆U字状に曲げてワイヤ先端近傍を鍔部510の右側の側部に当接させる(図6(c)。そして、この逆U字状に曲げたワイヤの湾曲部を作業者が特殊な治具でつぶしてランド部520に密着させる(図6(d)参照)。続いて、ここでは詳細に図示しないが、マグネットワイヤ550のランド部520とのこの密着部(重なり部)にはんだを施す。
これらの図6(a)乃至(d)から明らかなように、従来のDCモータに使用されるマグネットワイヤの基板配線構造は、マグネットワイヤ550の先端を鍔部510の一方の側部から他方の側部まで湾曲して跨がるように手作業で折り曲げて絡げていた。折り曲げられたマグネットワイヤ550の湾曲部は、それ自体の曲げ応力により或る程度大きい曲率半径を有している。そのため、ランド部520に備わった導通部にマグネットワイヤ550を導通させるため、この湾曲した部分を特別な工程として押し潰してランド部に備わった導通部に接触させる手間のかかる余分な作業を行っていた。
また、手作業でマグネットワイヤ550を押し潰す際に、押す力によっては導通部に傷が発生する虞があった。また、手作業でマグネットワイヤ550を押し潰す作業スペースを基板上に確保する必要があり、基板サイズの縮小化が図れない問題も生じていた。
また、マグネットワイヤ550を手作業で押し潰す際に、このワイヤを潰し損ねた状態ではんだ付けされ、導通不良を招くといった虞もある。また、手作業でマグネットワイヤを押し潰してはんだ付けをして固定した後に、マグネットワイヤ自体の残留応力や外部からマグネットワイヤ550にかかる衝撃等によりはんだ付けをした部分の破断が発生し、導通不良を招くといった虞もあった。また、はんだ付けをする場所の目印がないため、熟練した作業者でなければはんだ材料を余分に使用してしまうといった問題も生じていた。
本発明は、上述した課題を解決し、作業効率に優れ、コスト低減に貢献したマグネットワイヤの基板配線構造を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の請求項1に係るマグネットワイヤの基板配線構造は、
モータのステータ巻線からのマグネットワイヤを回路基板に接続する構造において、
前記回路基板の外周部に設けられた複数の鍔部に形成され、内周面が銅めっきされたU字形状のサイドスルー溝部及び回路基板表面に前記サイドスルー溝部から連続して延設されたランド部を設け、
前記マグネットワイヤを前記サイドスルー溝部に嵌め込み、前記マグネットワイヤの端末を前記ランド部に絡げ、前記サイドスルー溝部と前記ランド部とを共にはんだ付けしたことを特徴としている。
本発明の請求項1に係るマグネットワイヤの基板配線構造によると、特許文献1のようなマグネットワイヤを導通性のあるピンに接触させながら巻回する面倒な作業も行わなくて済み、作業工数の削減を図ることができる。また、マグネットワイヤを押し潰すための治具や作業スペース、導通性のあるピンにマグネットワイヤを接触させながら巻回させるための治具や作業スペースを確保する必要もなくなり、基板自体の縮小化を図れる。また、マグネットワイヤを潰し損ねて導通不良を招くといった問題も生じさせなくて済む。
また、本発明の請求項1に係るマグネットワイヤの基板配線構造では、U字形状のサイドスルー溝部の内周面には銅めっきが施されている。そのため、銅めっきの施されたU字形状のサイドスルー溝部の内周面にマグネットワイヤを嵌め込むだけでマグネットワイヤを銅めっきと接触させることができる。その結果、図5及び図6に示したマグネットワイヤの基板配線構造のように、湾曲して浮き上がったマグネットワイヤの部分を押し潰してランド部に無理矢理接触させる必要がなくなり、ランド部に傷を付ける虞もなくなる。
また、本発明の請求項1に係るマグネットワイヤの基板配線構造では、マグネットワイヤをサイドスルー溝部に嵌め込み、ランド部に絡げた状態でランド部とサイドスルー溝部の内周部の銅めっき部を共にはんだ付けしている。そのため、図5及び図6に示したマグネットワイヤの基板配線構造のようにマグネットワイヤ自体の残留応力によってはんだ付けをした部分が破断する虞もなくなる。また、ランド部とサイドスルー溝部との局所的領域をめがけてはんだ付けを行うことができるため、作業自体に熟練性を必要とせず、慣れない作業者でもはんだ作業を効率的に行うことができる。
また、本発明の請求項1に係るマグネットワイヤの基板配線構造は、外部から容易に認識可能なU字形状のサイドスルー溝部を有しているため、マグネットワイヤを接続させる際の目印となり、作業効率を向上させる。また、サイドスルー溝部が目印となってマグネットワイヤの誤着を防止することができる。
また、本発明の請求項2に係るマグネットワイヤの基板配線構造は、請求項1に記載のマグネットワイヤの基板配線構造において、
前記サイドスルー溝部の端部に形成される開口部の開口方向と交差する方向に長孔を設け、複数の前記マグネットワイヤの端末を前記ランド部に絡げ、前記サイドスルー溝部と前記ランド部とをはんだ付けすることを特徴としている。
本発明の請求項2に係るマグネットワイヤの基板配線構造によると、何本かのマグネットワイヤをサイドスルー溝部の開口部の開口方向に交差する方向に設けられた長孔の両側に同時に絡げることができる。そのため、何本かの共通のラインを有するマグネットワイヤを基板上の導通部に接続する際に1箇所のサイドスルー溝部でこの接続作業を同時に行うことができる。
本発明によると、作業効率に優れ、コスト低減に貢献したマグネットワイヤの基板配線構造を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造を適用したブラシレスDCモータの断面図である。 図1に示したマグネットワイヤの基板配線構造の基板自体を示す正面図(図2(a))及び図2に示したマグネットワイヤの基板配線構造における配線の仕組みを一部拡大して示す斜示図(図2(b))である。 図2に示したマグネットワイヤの基板か配線構造の組付け工程を図3(a)から図3(c)まで順に説明する斜視図である。 本実施形態の変形例に係るマグネットワイヤの基板配線構造の基板自体を示す正面図(図4(a))及びこの変形例に係るマグネットワイヤの基板配線構造における配線の仕組みを一部拡大して示す斜視図(図4(b))である。 発明が解決しようとする課題の欄で紹介したマグネットワイヤの基板配線構造の基板自体を示す正面図(図5(a))及びこのマグネットワイヤの基板配線構造における配線の仕組みを一部拡大して示す斜視図(図5(b))である。 図5に示したマグネットワイヤの基板配線構造の組付け工程を図6(a)から図6(d)まで順に説明する斜視図である。
以下、本発明の一実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造についてブラシレスDCモータに適用した形態に基づいて詳細に説明する。
最初にこのブラシレスDCモータ1の概略構成について説明する。このブラシレスDCモータ1は、図1に示すように、ケーシング10と、ケーシング10にベアリング21,22を介して軸支されたシャフト30と、シャフト30のマグネット保持部31と、マグネット保持部31の周囲に備わったメインマグネット32と、ケーシング10によって固定されメインマグネット32の周囲を囲むステータスタック33と、ステータスタック33に巻回された巻線部(コイル)35と、シャフト30のセンサマグネット保持部36と、センサマグネット保持部36の周囲に備わったセンサマグネット37を有している。
ケーシング10は、フランジ11及びエンドキャップ12からなり、上述の各構成要素を双方で挟み込むようになっている。ケーシング10の内部には、センサホルダ50と、センサホルダ50によって保持されたセンサ基板100と、センサ基板100に実装されたホールIC190が備わっている。
なお、センサ基板100と巻線部35とはマグネットワイヤ150で電気的に接続されている。そして、センサ基板100に実装されたホールIC190からの信号を取り出す信号線62及び巻線部35へ電力を供給する動力線61がケーシング10から外部に導出している。また、一方のベアリング22はウェーブワッシャ71によってシャフト軸線方向の一方向に付勢され、他方のベアリング21はフランジ11の段部に当接している。
本実施形態に係るモータ1はブラシレスDCモータである。そのため、ブラシ付DCモータのように、DC電源をモータ本体の電源端子に接続し電流を流すだけで回転しトルクを発生することはできず、モータ本体と制御ドライバが必要になる。
ブラシレスDCモータ1を回転させるにあたって、マグネットワイヤ150が巻回された巻線部に電流を流して回転磁界を発生させ、この発生した磁界をシャフト30に接着されたリング状のメインマグネット32の磁力に作用させている。
本実施形態に係るブラシレスDCモータ1のロータ構造はインナーロータタイプである。このようなタイプのロータ構造の場合、ブラシレスDCモータ1を効率良く回転させ十分なトルクを発生させるには、メインマグネット32の円周上に着磁されたN・S極を検出し、それに対応するU,V,W相の巻線に電流を流すことが必要とされる。
メインマグネット32のN・S極が円周上の何れに存在するかを検出するために、センサホルダ50に固定されたセンサ基板100に配置され回路パターン(図示せず)を介して電気的に接続された3個のホールIC190によりN・S極の磁極を検知する。そして、信号線62を介してその信号を制御ドライバに送り、制御ドライバで演算を行う。その結果、U,V,W相のどの巻線に電流を流すかを決定し、U,V,W相に配線された動力線61に電流を流しブラシレスDCモータ1を回転させるようになっている。
ステータスタック33に巻かれて各相のコイルを形成するマグネットワイヤ150の端部は、制御ドライバに配線させるためリード線(図示せず)に接続される。なお、本実施形態に係るブラシレスDCモータ1は、スター(Y)結線と呼ばれる結線方法を採用している。そのため、中性点と呼ばれる全ての相を接合させる配線を行う必要がある。
センサ基板100にはホールIC190の配線パターンとは異なるマグネットワイヤ150とリード線の結線及び中性点結線のためのパターンが配置されている(ここでは図示せず)。リード線はスルーホール部(ここでは図示しないが図5における符号530に対応)に配線された後、はんだが施され、マグネットワイヤ150は基板外周部に配置され、それぞれランド部120を設けた6箇所の鍔部110のサイドスルー溝部111に絡げ、はんだを行い、リード線及び中性点の結線を回路パターンを介して行う。6箇所の内3箇所はリード線との結線のマグネットワイヤ150を配線し、残りの3箇所は各相の中性点結線のため使用される。なお、本実施形態の図面においては、これらの電線をマグネットワイヤ150として代表的に図示している。
以上の理由から、本実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造は、図2に示すようにブラシレスDCモータ1のステータ巻線からのマグネットワイヤ150をセンサ基板(回路基板)100に接続する構造を有するために、回路基板100の外周部に鍔部110を6箇所設け、各鍔部110に内周面が銅めっきされためっき部111aをなしたU字形状のサイドスルー溝部111を形成すると共に、回路基板表面にサイドスルー溝部111から延在形成されたランド部120を設けている。
なお、鍔部110は、回路基板100の縁部周方向に所定の中心角度を隔てて延在形成された突起部の形態をなしている。また、各サイドスルー溝部111は、これに対応する鍔部110の端部から回路基板100の中心方向に向かって形成された切欠き形状を有している。
また、各サイドスルー溝部111には、内周面にめっき部111aが施され、各サイドスルー溝部111に対応するランド部120に電気的に導通している。また、中性点の結線に使用する3箇所のランドは導通があり、リード線が配線されるランド部同士は電気的に独立(アイソレート)している。
そして、本実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造は、上述した6本のマグネットワイヤ150をそれぞれ対応するサイドスルー溝部111に嵌め込み、マグネットワイヤ150の端末をランド部120に絡げ、サイドスルー溝部111とランド部120とを共にはんだ付けした構造となっている。
図3は、図2に示したマグネットワイヤの基板配線構造の組付け工程を説明する斜視図である。この工程について説明すると、最初に真直ぐ延びたマグネットワイヤ150の先端をこのワイヤが対応するサイドスルー溝部111に嵌め込む(図3(a)及び図3(b)参照)。続いて、サイドスルー溝部111からランド部120の上側に突出したマグネットワイヤ150の端部を逆U字状に折り曲げて鍔部110の側方にその先端を引っかける。そして、ここでは詳細に図示しないが、マグネットワイヤ150のサイドスルー溝部111との係合部及びランド部120との重なり部にはんだを施す。
なお、はんだを施すことで、このはんだが発した熱によりマグネットワイヤ周囲の絶縁被覆部を溶かし、ワイヤ導体部と上述しためっき部111aやランド部120との電気的導通を確保する。これによって、マグネットワイヤ150は、その折り曲げ部においてサイドスルー溝部111の内周面に形成されためっき部111aと縁部110のランド部120の2箇所で接触し、十分な電気的導通を確保する。これに加えて、はんだがサイドスルー溝部111に入り込んで、サイドスルー溝部111の内周面に充填され、はんだが発した熱でこの部分のマグネットワイヤ150の被覆部が溶融し、マグネットワイヤ150の導体部がサイドスルー溝部111のめっき部111aに導通接触する。
続いて、上述した本実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造の作用を再確認する。本実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造によると、U字形状のサイドスルー溝部111を有しているため、マグネットワイヤ150を接続させる際の目印となり、作業効率を向上させる。また、サイドスルー溝部111が目印となってマグネットワイヤ150の誤着を防止することができる。
また、U字形状のサイドスルー溝部111の内周面には銅めっきが施されている。そのため、内周面に銅めっきの施されたU字形状のサイドスルー溝部111にマグネットワイヤ150を嵌め込むだけで銅めっきと接触させることができる。その結果、図5及び図6に示したマグネットワイヤの基板配線構造のようにマグネットワイヤの一部であって湾曲して浮き上がった部分を押し潰して導通部に無理矢理接触させる必要がなくなり、導通部に傷を付ける虞もなくなる。これは、図2(b)に示した本実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造と、図5(b)に示した発明が解決しようとする課題の欄で紹介したマグネットワイヤの基板配線構造を比較すると明らかである。
また、特許文献1のようなマグネットワイヤを導通性のあるピンに接触させながら巻回する面倒な作業も行わなくて済み、作業工数の削減を図ることができる。また、図6(d)のマグネットワイヤ550を押し潰すための治具や作業スペース、マグネットワイヤを導通性のあるピンに接触させながら巻回する治具や作業スペースを確保する必要がなくなり、基板自体の縮小化も図れる。また、マグネットワイヤ550を潰し損ねて導通不良を招くといった問題も生じさせなくて済む。
また、本実施形態に係るマグネットワイヤ150の基板配線構造は、ブラシレスDCモータ1のステータの巻線部35から延在したマグネットワイヤ150の端部をサイドスルー溝部111に嵌め込み、ランド部120に絡げた状態で導通部を有しているランド部120と銅めっきを施しているサイドスルー溝部111を共にはんだ付けしている。そのため、図5及び図6に示したマグネットワイヤ550の基板配線構造のようにマグネットワイヤ550自体の残留応力によるはんだ付けをした部分が破断する虞もなくなる。また、はんだ付けの作業の際にランド部120とサイドスルー溝部111との外部から容易に認識可能な局所領域をめがけて行うことができるため、作業自体に熟練性を必要とせず、慣れない作業者でも効率的に作業できる。
続いて、上述した実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造の変形例について説明する。なお、上述の実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
図4は、本実施形態の変形例に係るマグネットワイヤの基板配線構造の基板自体を示す正面図(図4(a))及びこの変形例に係るマグネットワイヤの基板配線構造における配線の仕組みを一部拡大して示す斜視図(図4(b))である。
本変形例においては、サイドスルー溝部220の端部に形成される開口部の開口方向と直交する方向に長孔スルーホール222を設け、2本のマグネットワイヤ251,252の端末をランド部230に絡げ、2本のマグネットワイヤ251,252をサイドスルー溝部220のめっき部222aとランド部230に同時にはんだ付けするようになっている。
この変形例に係るマグネットワイヤの基板配線構造は、ここでは詳細には図示しないが、ブラシレスDCモータのステータ巻線からマグネットワイヤを回路基板に接続するにあたって、回路基板200の外周部に設けた6個の鍔部210に形成され、内周面がめっきされたサイドスルー溝部220及び回路基板表面にサイドスルー溝部220と連続するように形成されたランド部230を設けている。
サイドスルー溝部220は、本変形例の場合、サイドスルー溝部220の開口部221から溝形成方向に対して直交する方向に長孔スルーホール222が設けられ、2本のマグネットワイヤ251,252(250)の端部をそれぞれランド部230に絡げ、サイドスルー溝部220とランド部230とを共にはんだ付けしている。
この変形例に係るマグネットワイヤの基板配線構造では、上述したようにマグネットワイヤ250が2本ある場合を想定しており、長孔スルーホール222を設けることにより、この2本のマグネットワイヤ251,252を長孔スルーホール222のめっき部222aとランド部230に同時にはんだ付けして、それぞれの導通接触を同時に達成すると共に、2本のマグネットワイヤ251,252を鍔部210に同時に固着することができる。
これによって、この接続作業工数の削減ができる。また、一箇所の鍔部210で2本のマグネットワイヤ251,252を接続できるため、基板サイズの縮小化が図れる。
なお、長孔スルーホール222は、この変形例のようにサイドスルー溝部220の延在方向と直交する方向に必ずしも設けている必要はなく、交差していても良い。
以上説明したように、図5及び図6に示したマグネットワイヤ550の基板配線構造は、鍔部510をなす基板出っ張り部にマグネットワイヤ550を絡げていたが、基板ランド520と隙間ができるため、はんだを行う前にマグネットワイヤ550を押し付けなければならなかった。
具体的には、図5及び図6に示したマグネットワイヤ550の基板配線構造では、鍔部510をなす基板出っ張り部にマグネットワイヤ550を絡げるとランド520との間に隙間ができるため、はんだを行う際にマグネットワイヤ550をランド520にいちいち押さえ付けて実施していたが、本実施形態に係るマグネットワイヤの基板配線構造では、U溝にマグネットワイヤを沿わせるだけではんだを行うことができるようになった。
また、本実施形態のように、マグネットワイヤをU溝に嵌め込み、はんだを行うことだけで曲げた後のランド部のはんだだけではなく、U溝の断面にめっきを施していることによりこの領域でもはんだを行うことが可能となり、ランドへのマグネットワイヤのはんだ接続を安定化させることができるようになった。そして、このような押さえ付け作業をなくすことで、作業工程が省略でき、組付け工程の低減に貢献することが可能となった。
なお、上述の実施形態においては、めっきとして銅めっきを使用したが、同等の作用を有するメッキであれば必ずしもこれに限定されるものでないことは言うまでもない。
1 ブラシレスDCモータ
10 ケーシング
21,22 ベアリング
30 シャフト
31 マグネット保持部
32 メインマグネット
33 ステータスタック
35 巻線部
36 センサマグネット保持部
37 センサマグネット
50 センサホルダ
100 センサ基板(回路基板)
110 鍔部
111 サイドスルー溝部
111a めっき部
120 ランド部
150 マグネットワイヤ
190 ホールIC
200 回路基板
210 鍔部
220 サイドスルー溝部
221 開口部
222 長孔スルーホール
230 ランド部
251,252(250)マグネットワイヤ

Claims (2)

  1. モータのステータ巻線からのマグネットワイヤを回路基板に接続する構造において、
    前記回路基板の外周部に設けられた複数の鍔部に形成され、内周面がめっきされたU字形状のサイドスルー溝部及び回路基板表面に前記サイドスルー溝部から連続して延設されたランド部を設け、
    前記マグネットワイヤを前記サイドスルー溝部に嵌め込み、前記マグネットワイヤの端末を前記ランド部に絡げ、前記サイドスルー溝部と前記ランド部とを共にはんだ付けしたことを特徴とするマグネットワイヤの基板接続構造。
  2. 前記サイドスルー溝部の端部に形成される開口部の開口方向と交差する方向に長孔を設け、複数の前記マグネットワイヤの端末を前記ランド部に絡げ、前記サイドスルー溝部と前記ランド部とをはんだ付けすることを特徴とする請求項1のマグネットワイヤの基板接続構造。
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