CN101330243A - 使用印刷电路板的无刷电动机及其使用的印刷电路板 - Google Patents

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CN101330243A CNA2008101256753A CN200810125675A CN101330243A CN 101330243 A CN101330243 A CN 101330243A CN A2008101256753 A CNA2008101256753 A CN A2008101256753A CN 200810125675 A CN200810125675 A CN 200810125675A CN 101330243 A CN101330243 A CN 101330243A
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Abstract

本发明涉及使用印刷电路板的无刷电动机及其使用的印刷电路板。该印刷电路板包括：可连接到用于驱动该无刷电动机的控制单元的连接部；分别从多个位置检测元件的安装位置延伸到所述连接部的位置检测元件连接布线，所述位置检测元件检测所述无刷电动机的转子磁体的磁极位置；用于转换所述位置检测元件连接布线中的指定一条与另一布线之间的连接状态的布线转换部；以及从中性点延伸到所述布线转换部的中性点连接布线，该无刷电动机具有多个在一端连接到该中性点的线圈。所述位置检测元件连接布线中的指定一条可在所述布线转换部内利用导体连接到所述中性点连接布线。

Description

使用印刷电路板的无刷电动机及其使用的印刷电路板
技术领域
本发明涉及一种用于无刷电动机的印刷电路板以及使用该印刷电路板的无刷电动机，该无刷电动机安装在该印刷电路板上。
背景技术
无刷电动机需要使用控制单元，该控制单元通过响应于从位置检测元件等等输出的信号指定转子磁体的磁极位置，并且根据这样指定的磁极位置向各个线圈提供电流，来控制转子磁体的旋转。为此，在用于无刷电动机的印刷电路板内形成用于将各个线圈和位置检测元件连接到无刷电动机的控制单元的布线，该无刷电动机安装在该印刷电路板上。
根据配备有无刷电动机的产品的类型合适地选择用于检测转子磁体的磁极位置的方法。由于信号传输线等等的数量根据磁极位置检测方法而改变，所以布线也根据使用的位置检测方法而有所不同地形成在用于无刷电动机的印刷电路板内。
位置检测方法的示例包含磁性检测方法和无传感器方法。磁性检测方法是指利用位置检测元件检测转子磁体的磁极位置的方法，该位置检测元件检测随着转子磁体的旋转而改变的磁极位置或磁通量密度的大小。无传感器方法是指基于线圈的中性点的电压和各个线圈内生成的反电动势检测转子磁体的磁极位置的方法。
考虑霍尔元件安装在用于无刷电动机的印刷电路板上的情况，霍尔元件是磁性检测方法中使用的位置检测元件的一个示例。在此情况下，在用于无刷电动机的印刷电路板内形成连接到霍尔元件的多条霍尔元件连接布线和多条电流供给布线以及用于向各个线圈提供电流的线圈布线。另一方面，在对应于无传感器方法的用于无刷电动机的印刷电路板的情况下，在用于无刷电动机的印刷电路板内形成连接到各个线圈的中性点的中性点连接布线以及线圈布线。
作为关于印刷电路板的现有技术的示例，专利文献1公开了一种能够改变布线结构的印刷电路板。更准确地说，如果在设计印刷电路板的过程期间不能指定确定部件特性的电路配置或电路常数，则首先以可稍后改变布线结构的方式形成印刷电路板。根据稍后固定的规范，转换印刷电路板的布线之间的连接，并且将部件安装在印刷电路板上。
(专利文献1)日本专利申请公报No.2006-261397A
通常，在无刷电动机的制造中，在设定包含位置确定方法等的规范之后，设计无刷电动机以及其使用的印刷电路板，并且生产该无刷电动机和印刷电路板的原型和模具。
上述无刷电动机适于例如要求高速旋转、长寿命等的性能的磁盘驱动设备的主轴电动机。但是，最近的趋势是磁盘驱动设备的型号更换周期越来越短。为了与趋势保持一致，用于磁盘驱动设备的无刷电动机的型号更换周期也趋于变短。
当无刷电动机的型号更换周期缩短时，难以确保有充足的时间来设计无刷电动机以及生产其原型。为了确保设计和原型生产时间，在目前的实践中，在设定无刷电动机的最终规范之前，根据预计的规范进行设计和原型生产。例如，如果还未确定是采用使用霍尔元件的磁性检测方法还是采用无传感器方法作为位置检测方法，则针对对应于各种方法的两种无刷电动机执行模具设计和原型生产任务。
由于如上所述，基于一种以上的预计规范对用于无刷电动机的印刷电路板进行模具设计和原型生产，所以需要多次进行模具设计和原型生产，这样会产生效率降低且成本增加的问题。
发明内容
鉴于上文，本发明提供了一种用于无刷电动机的印刷电路板，该印刷电路板自身能够适合于磁性检测方法或无传感器方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于无刷电动机的印刷电路板，该印刷电路板包括：可连接到用于驱动该无刷电动机的控制单元的连接部；分别从多个位置检测元件的安装位置延伸到所述连接部的多条位置检测元件连接布线，所述位置检测元件检测所述无刷电动机的转子磁体的磁极位置；用于转换所述位置检测元件连接布线中的指定一条与另一布线之间的连接状态的布线转换部；以及从中性点延伸到所述布线转换部的中性点连接布线，该无刷电动机具有多个在一端连接到该中性点的线圈。这里，所述位置检测元件连接布线中的指定一条和所述中性点连接布线可在所述布线转换部内利用导体相互连接。
优选地，如果所述位置检测元件安装在所述安装位置上，则所述位置检测元件连接布线中的指定一条和所述中性点连接布线没有在所述布线转换部内相互连接。
此外，优选地，如果所述位置检测元件没有安装在所述安装位置上，则所述位置检测元件连接布线中的指定一条和所述中性点连接布线在所述布线转换部内利用所述导体相互连接。
此外，优选地，所述导体是跳线电阻器。
此外，优选地，所述导体是焊料。
此外，优选地，所述位置检测元件是霍尔元件。
此外，优选地，所述中性点连接布线的宽度大于每条所述位置检测元件连接布线的宽度，但小于连接到所述无刷电动机的电源连接布线的宽度。
此外，优选地，所述布线转换部设置在所述转子磁体的径向外部。
优选地，提供了一种连接到上述印刷电路板的无刷电动机。
根据本发明的用于无刷电动机的印刷电路板包括用于使该印刷电路板适合于磁性检测方法的多条位置检测元件连接布线，以及用于使该印刷电路板适合于无传感器方法的中性点连接布线。在使用无传感器方法的情况下，所述位置检测元件连接布线中的指定一条利用诸如跳线电阻器等的导体连接到所述中性点连接布线，使得线圈的中性点的电压可输出到控制单元。这使得用于无刷电动机的单个印刷电路板可适合于磁性检测方法或无传感器方法。因此，可确保在对用于无刷电动机的印刷电路板进行设计和原型生产时效率增加且成本降低。
附图说明
图1是示出无刷电动机和用于驱动该无刷电动机的控制单元之间的连接状态的示意图。
图2是表示包括各个线圈和形成在用于无刷电动机的印刷电路板内的布线的电路的示意图。
图3是示出用于无刷电动机的印刷电路板的平面图。
图4A是示出布线转换部的周围区域的放大视图，而图4B是示出跳线电阻器安装在布线转换部上的状态的视图。
图5A、5B、5C是示出布线转换部的其它实施例的视图。
具体实施方式
下文将参照附图说明本发明的一个或多个实施方式。图1是示出无刷电动机和用于驱动该无刷电动机的控制单元之间的连接状态的示意图。在图1所示的连接状态下，使用磁性检测方法作为位置检测方法。
如图1所示，无刷电动机1安装在用于无刷电动机的印刷电路板4(下文简称为“印刷电路板4”)上，并且由连接到在印刷电路板4内形成的布线(见图2和3)的控制单元8控制。霍尔元件5至7也安装在印刷电路板4上。
无刷电动机1是三相无刷电动机，并且由转子磁体2和定子3形成。定子3通过围绕定子芯31的槽缠绕U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34而构成。
印刷电路板4由布线形成，布线本身可适合于用于检测转子磁体2的磁极位置的磁性检测方法或无传感器方法。换句话说，根据配备有无刷电动机的产品的规范，印刷电路板4的布线转换到对应于磁性检测方法或无传感器方法的布线。
U相线圈32在一端连接到印刷电路板4的U相线圈接线端子42。类似地，V相线圈33和W相线圈34在一端连接到印刷电路板4的V相线圈接线端子43和W相线圈接线端子44。U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34在另一端连接到印刷电路板4的中性点接线端子48。还提供了连接部41，该连接部41用作使形成在印刷电路板4内的布线和控制单元8电互连的接口。
霍尔元件5至7是输出霍尔信号的元件，该霍尔信号与随着转子磁体2的旋转而改变的磁通量密度的大小成比例。只有当使用磁性检测方法作为检测转子磁体2的磁极位置的方法时，才将霍尔元件5至7安装在印刷电路板4上。这意味着在使用无传感器方法作为磁极位置检测方法的情况下，霍尔元件5至7没有安装在印刷电路板4上。
控制单元8检测转子磁体2的磁极位置，以控制供给U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34的电流。控制单元8包括对应于磁性检测方法和无传感器方法之一的检测电路(未示出)。例如，如果使用磁性检测方法作为磁极位置检测方法，则控制单元8包括基于从霍尔元件5至7输出的霍尔信号检测转子磁体2的磁极位置的检测电路。另一方面，在使用无传感器方法的情况下，控制单元8包括这样的检测电路，该检测电路基于在U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34之一内生成的反电动势和中性点电压，检测转子磁体2的磁极位置。在这方面，中性点电压是指在中性点接线端子48中产生的电压，该接线端子48是U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34的中性点。
现在，将参照图2说明印刷电路板4内形成的布线。图2是示出包括形成在印刷电路板4内的布线和无刷电动机1的各个线圈的电路的示意图。
图2所示的电路仅被示出用于说明在印刷电路板4内形成的布线的连接状态，而并不对应于磁性检测方法和无传感器方法之一。在图2所示的电路内，除U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34之外的电路元件和布线安装在印刷电路板4上或在印刷电路板4内形成。
首先，将关于连接部41进行说明。如图2内可见，在连接部41内形成11个端子。从图2的上侧开始使用附图标记41a至41k一个接一个地表示这些端子。端子41a至41c连接到无刷电动机1内接收的各个线圈。端子41d至41i用作从霍尔元件5至7输出的霍尔信号的输出端子。端子41j和41k用于向霍尔元件5至7提供偏压电流。
接下来，将说明U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34的的连接。U相线圈32在一端经由U相线圈接线端子42和U相线圈连接布线421连接到端子41a。V相线圈33在一端经由V相线圈接线端子43和V相线圈连接布线431连接到端子41b。W相线圈34在一端经由W相线圈接线端子44和W相线圈连接布线441连接到端子41c。
U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34在另一端连接到中性点接线端子48。换句话说，U相线圈32、V相线圈33和W相线圈34连接成星形连接，其中中性点接线端子48构成中性点。中性点接线端子48经由中性点连接布线481、跳线电阻器491和霍尔元件连接布线451连接到端子41d。
接下来，将说明霍尔元件5至7的连接。首先将说明霍尔元件5。霍尔元件5设有端子5a、5b、5c和5d。端子5a和5b用于输出霍尔信号。端子5c和5d用于提供偏压电流。
霍尔元件5的端子5a通过霍尔元件连接布线451连接到端子41d。霍尔元件5的端子5b通过霍尔元件连接布线452连接到端子41e。端子5c和5d通过偏压电流供给布线453和454连接到端子41j和41k。尽管端子41d在图2内被示出为其似乎连接到中性点接线端子48和霍尔元件5的端子5a，但是如下文将说明的，端子41d实际上或者连接到中性点接线端子48，或者连接到霍尔元件5的端子5a。
霍尔元件6和7设有与霍尔元件5的端子相同的端子。霍尔元件6的端子6a和6b通过霍尔元件连接布线461和462连接到端子41f和41g。霍尔元件6的端子6c和6d通过偏压电流供给布线453和454连接到端子41j和41k。类似地，霍尔元件7的端子7a和7b通过霍尔元件连接布线471和472连接到端子41h和41i。霍尔元件7的端子7c和7d通过偏压电流供给布线453和454连接到端子41j和41k。
在这方面，将对布线转换部49进行说明。利用布线转换部49转换中性点连接布线481和霍尔元件连接布线451的连接状态，使得印刷电路板49自身可适合于磁性检测方法和无传感器方法之一。
首先，将说明使用磁性检测方法作为磁极位置检测方法的情况。在此情况下，图2示出的布线转换部49的跳线电阻器491未安装在印刷电路板4上。换句话说，中性点连接布线481和霍尔元件连接布线451没有相互连接。霍尔元件5至7安装在印刷电路板4上，使得印刷电路板4自身可适合于磁性检测方法。因此，无刷电动机1的驱动电流通过连接部41的端子41a至41c输入和输出，而霍尔信号或偏压电流通过端子41d至41k输入和输出。
接下来，将说明使用无传感器方法作为磁极位置检测方法的情况。布线转换部49的跳线电阻器491安装在印刷电路板4上。换句话说，中性点连接布线481和霍尔元件连接布线451相互连接。霍尔元件5至7没有安装在印刷电路板4上。因此，无刷电动机1的驱动电流通过连接部41的端子41a至41c输入和输出，而中性点电压通过端子41d输出。此时，没有信号通过连接部41的端子41e至41k输入和输出。
这样，通过利用跳线电阻器491转换中性点连接布线481和霍尔元件连接布线451的连接状态，印刷电路板4可适合于磁性检测方法或无传感器方法。
现在，将参照图3说明在印刷电路板4内形成的布线。图3是示出印刷电路板4的平面图。
在图3所示的印刷电路板4内形成对应于图2所示的电路图的布线。图2所示的霍尔元件5至7和跳线电阻器491在图3内未示出。在图3所示的连接部41内，从右侧开始依次形成端子41a至41k。在印刷电路板4的依照附图纸面的前侧上，在圆形区域10上安装无刷电动机1，该圆形区域10在图3内用虚线示出。
首先，将说明在印刷电路板4内形成的布线和端子。U相线圈接线端子42、V相线圈接线端子43和W相线圈接线端子44在安装有无刷电动机1的圆形区域10内形成。
在圆形区域10内形成安装有霍尔元件5至7的霍尔元件安装区域45至47。在霍尔元件安装区域45至47内形成待连接到霍尔元件5至7的相应端子的端子。霍尔元件连接布线451和452以及偏压电流供给布线453和454形成为从端子41d、41e、41j和41k延伸到霍尔元件安装区域45。这也适用于霍尔元件安装区域46和47。
中性点连接布线481形成为从中性点接线端子48延伸到布线转换部49。如图3所示，中性点连接布线481的宽度大于霍尔元件连接布线451等的宽度，但是小于U相线圈连接布线421等的宽度。上述布线的宽度由流过各条布线的电流强度决定。
关于这方面，将参照图3和4说明布线转换部49。图4A是示出图3所示的印刷电路板4的布线转换部49的周围区域以及霍尔元件安装区域45的放大视图。图4B是示出跳线电阻器491安装在布线转换部49上的状态的视图。
如图3所示，布线转换部49在圆形区域10的外部形成。其理由如下。为了减小配备有无刷电动机1的磁盘驱动设备的大小，通常必须减小包括印刷电路板4的无刷电动机1的轴向尺寸(即，沿图1的垂直方向的尺寸，该尺寸在下文将简称为“轴向尺寸”)。为此，转子磁体2和定子3安装成尽可能地接近印刷电路板4。但是，如果布线转换部49在圆形区域10内形成，则必须将跳线电阻器491安装在印刷电路板4与转子磁体2和定子3之间。结果，轴向尺寸与跳线电阻器491的大小成比例地增加。因此，布线转换部49在圆形区域10外部形成，以便保持轴向尺寸尽可能小。
接下来，将说明布线转换部49的布线状态。参照图4A，布线转换部49包括形成在霍尔元件连接布线451内的布线转换端子492。布线转换部49还包括形成在中性点连接布线481内的终端493，该终端493与布线转换端子492相对。
在使用磁性检测方法作为磁极位置检测方法的情况下，如在图4A中可看到的那样，布线转换端子492和终端493没有相互连接。另一方面，在使用无传感器方法的情况下，如在图4B中可看到的那样，布线转换端子492和终端493通过跳线电阻器491相互连接。这使得可从连接部41的端子41d输出中性点电压。
如图4A中所示，最初在布线转换部49内形成对应于磁性检测方法的布线。在使印刷电路板4适合于无传感器方法的情况下，布线转换端子492和终端493通过跳线电阻器491相互连接。这确保在使用磁性检测方法的情况下，防止从中性点连接布线481输出的中性点电压输入到霍尔元件连接布线451。
如上所述，本实施方式的印刷电路板4包括用于磁性检测方法的霍尔元件连接布线451、452、461、462、471和472以及偏压电流供给布线453和454，以及用于无传感器方法的中性点连接布线481。此外，霍尔元件连接布线451的布线转换端子492和中性点连接布线481的终端493在可电连接状态下形成在印刷电路板4内。在使用无传感器方法的情况下，布线转换部49的布线转换端子492和终端493利用跳线电阻器491相互连接。这使得单个印刷电路板自身可适合于磁性检测方法或无传感器方法。因此，可确保在对用于无刷电动机的印刷电路板进行设计和原型生产时效率增加且成本降低。
尽管在使用无传感器方法作为磁极位置检测方法的情况下，布线转换部49内的布线转换端子492和终端493利用跳线电阻器491相互连接，但是本发明并不局限于此。例如，可使用乳酪焊料(未示出)等代替跳线电阻器491。这可帮助减少在印刷电路板4内使用的部件的数量。在布线转换部49内使用乳酪焊料的情况下，优选的是，布线转换端子492和终端493形成为相互面对且长度增加的图案。这可以减小乳酪焊料与布线转换端子492和终端493的接触不良。例如，布线转换端子492和终端493可形成为如图5A到5C所示的图案。
此外，尽管在上述说明中，霍尔元件连接布线451的布线转换端子492和中性点连接布线481的终端493相互连接，但是本发明并不局限于此。可选择地，中性点连接布线481可连接到其它霍尔元件连接布线。换句话说，中性点电压可从输出霍尔信号的连接部41的终端41d至41i之一输出。连接到该中性点连接布线481的霍尔元件连接布线可根据印刷电路板4的形状、在印刷电路板4内形成的布线图案、在连接部41内形成的端子的布置等等决定。
另外，尽管根据本实施方式在磁性检测方法中使用霍尔元件，但是本发明并不局限于此。作为可选择实施例，可使用MR传感器代替霍尔元件。
尽管已经关于实施方式示出并说明本发明，但是本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可进行许多改变和修改。

Claims (9)

1、一种用于无刷电动机的印刷电路板，该印刷电路板包括：
可连接到用于驱动该无刷电动机的控制单元的连接部；
分别从多个位置检测元件的安装位置延伸到所述连接部的多条位置检测元件连接布线，所述位置检测元件检测所述无刷电动机的转子磁体的磁极位置；
用于转换所述位置检测元件连接布线中的指定一条与另一布线之间的连接状态的布线转换部；以及
从中性点延伸到所述布线转换部的中性点连接布线，所述无刷电动机具有多个在一端连接到所述中性点的线圈，
其中，所述位置检测元件连接布线中的指定一条和所述中性点连接布线可在所述布线转换部内利用导体相互连接。
2、根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，如果所述位置检测元件安装在所述安装位置上，则所述位置检测元件连接布线中的指定一条和所述中性点连接布线没有在所述布线转换部内相互连接。
3、根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，如果所述位置检测元件没有安装在所述安装位置上，则所述位置检测元件连接布线中的指定一条和所述中性点连接布线在所述布线转换部内利用所述导体相互连接。
4、根据权利要求3所述的印刷电路板，其中，所述导体是跳线电阻器。
5、根据权利要求3所述的印刷电路板，其中，所述导体是焊料。
6、根据权利要求1到5中任一项所述的印刷电路板，其中，所述位置检测元件是霍尔元件。
7、根据权利要求1到5中任一项所述的印刷电路板，其中，所述中性点连接布线的宽度大于每条所述位置检测元件连接布线的宽度，但是小于连接到所述无刷电动机的电源连接布线的宽度。
8、根据权利要求1到5中任一项所述的印刷电路板，其中，所述布线转换部设置在所述转子磁体的径向外部。
9、一种连接到根据权利要求1到5中任一项所述的印刷电路板的无刷电动机。
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