JP2006081269A

JP2006081269A - 積層コイルおよびこれを用いたモータ

Info

Publication number: JP2006081269A
Application number: JP2004261041A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; Yuichiro Sadanaga; 雄一郎定永
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】積層コイルにおいてコイルパターンの導体断面積を大きくすることで、コイルの発熱を小さくすることを目的とする。
【解決手段】導電性ペーストにより複数個のコイルパターンを印刷した非導電性基材を積層し、スルーホールにてそれぞれの層の前記コイルパターンを電気的に接続して複数層のコイルをひとつの積層構造体として形成した積層コイルにおいて、前記スルーホールによるコイルパターンの電気的接続方法に、直列接続部と並列接続部の両方を含んでいる構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層コイルに関する。

従来の積層コイルを、図４に示す。複数個のコイルパターン（１１６、１１７、１１８、１１９）を印刷した非導電性基材（１１１、１１２、１１３、１１４、１１５）を積層し、スルーホールにてそれぞれの層の前記コイルパターンを電気的に接続して複数層のコイルをひとつの積層構造体として形成している。前記コイルパターンの電気的接続は各層をそれぞれ直列接続することにより、設計上必要なコイル巻数を得ている(例えば、特許文献１、２参照)。
特開平５−３３６７１２号公報特開２００３−１７４７４９号公報

従来の積層コイルにおいて、非電動性基材の上に印刷されるコイルパターンの厚みは
１μｍ〜数10μｍ程度で非常に薄い膜厚であるのが特徴である。一方、積層コイルを使用するモータ分野では、ますます高速回転化、駆動電圧の低電圧化が進み、モータの巻数は少なくなると同時にコイルに流れる電流は大きくなってきている。したがって、モータコイルの断面積を大きくしなければ電流密度が大きくなり発熱が非常に高くなってしまう。しかしながら、コイルパターンの膜厚は非常に薄いためこれを厚くするには製造プロセス上限界があり、コイルの発熱を抑えるのが非常に困難になるのが大きな課題である。

上記課題を解決するために本発明は、導電性ペーストにより複数個のコイルパターンを印刷した非導電性基材を積層し、スルーホールにてそれぞれの層の前記コイルパターンを電気的に接続して複数層のコイルをひとつの積層構造体として形成した積層コイルにおいて、前記スルーホールによるコイルパターンの電気的接続方法に、直列接続部と並列接続部の両方を含んでいることを特徴とし、直列接続部で設計上必要な巻数を得ると同時に、並列接続部を組み合わせることで、１ターンあたりのコイルパターンの断面積を大きくすることが可能になる。

本発明のコイルは、一定巻数のコイルパターンを非導電性基材のうえに印刷し、これらを複数枚積層し、それぞれの基板上のコイルをスルーホールにて電気的に接続した積層コイルにおいて、前記スルーホールによるコイルパターンの電気的接続方法に、直列接続部と並列接続部の両方を含ませることで、直列接続部で設計上必要な巻数を得ると同時に、並列接続部を組み合わせることで、１ターンあたりのコイルパターンの断面積を大きくすることが可能になる。これにより、コイルの電流密度を小さくでき、コイルの発熱を小さく抑えることが可能になるという大きな効果を得ることができる。

以下、本発明の最良の形態を、図面とともに説明する。

実施例１について図１をもとに説明する。

図１（ａ）は本発明の積層コイルの外観を分解斜視した図であり、１、２、３、４は非導電性基材とその上に印刷されたコイルパターンである。１は1層目、２は２層目、３は３層目、４はｎ層目のコイルパターンである。ここで、ｎは整数であり、ｎ層のコイルは全て直列接続されている。また、１１、２２、３３、４４も非導電性基材とその上に印刷されたコイルパターンであり、１１は４の下層に配置され、以下２２、３３．．．、４４の順番に配置される。コイルパターン１１、２２、３３、４４もまたスルーホールにより直列接続されており、１、２、３、４までのコイル群と１１、２２、３３、４４までのコイル群は並列接続されている。各コイルコイルパターンの断面積をＳとすれば、２つのコイル郡が並列に接続されるため、コイルの断面積は２Ｓとなる。図１では２並列の場合を図示しているが、３並列、４並列とすることで、コイルの断面積をさらに大きくすることも可能である。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示された本発明の積層コイルの電気的接続図を示す。図１（ｂ）から明らかなように、断面積Ｓのコイルが並列に接続されており全体では２Ｓの断面積にすることができる。このように、並列接続することで、コイルの断面積を大きくすることが可能になるため、モータに求められる負荷トルクが大きくなった場合や、高速回転数用途、低電圧用途などのモータコイルの発熱を小さくすることができる。

実施例２について図２をもとに説明する。

図２（ａ）は実施例２の積層コイルの分解斜視図を示した図である。図において、１、２、３、４、１１，２２，３３，４４は非導電性基材とその上に印刷されたコイルパターンである。コイルパターンは上から１、１１、２、２２、３、３３、４、４４と積層されている。図２（ｂ）に電気的接続図を示す。実施例２では図２（ｂ）（ｃ）に示されるように、２通りの電気的接続が考えられ、どちらも同じ効果を得ることが可能である。この場合も実施例１と同様に各コイルシートのコイル断面積をＳとすれば、トータルの断面積を２Ｓにすることができる。また、図２では２並列の場合を図示しているが、３並列、４並列とすることで、コイルの断面積をさらに大きくすることも可能である。

本発明の積層コイルを使用した電動機の例を図３に示す。図３において、５はシャフト、６はロータ、７は軸受け、８は積層コイル、９は永久磁石である。永久磁石９は積層コイル８の真上にあるため、永久磁石の界磁磁束は積層コイルに対して鉛直方向に鎖交する。
しかし、積層コイル８の上側の層、つまり永久磁石に近い層のコイルパターンほど鎖交する磁束量は大きくなる。つまり、実施例１のように、直列コイル部と並列コイル部が分離されている構造では、コイル群１、２、３．．．、４に鎖交する磁束量は、コイル群１１、２２、３３．．．、４４に鎖交する磁束量より大きくなり、コイル群により鎖交磁束のバラツキが生じてモータ特性に悪影響を及ぼす可能性がある。

一方、実施例２のようにコイル１の隣にコイル１１、コイル２の隣にコイル２２などのようにコイルの積層順序を分離せず混在させることで、鎖交磁束のバラツキを最小限に抑えることが可能になる。

以上のように、実施例２でも各コイルシートを並列接続することで、コイルの断面積を大きくすることが可能になるため、モータに求められる負荷トルクが大きくなった場合や、高速回転数用途、低電圧用途などのモータコイルの発熱を小さくすることができる。また、並列に接続するコイルシート間の鎖交磁束のバラツキも最小限に抑えることが可能であり、実施例１よりもさらに大きな効果を得ることが可能である。

また、モータの回転数が２０００ｍｉｎ^-1以上の高速回転駆動や、電源電圧が２４Ｖ以下の低電圧駆動で使用されるモータは、コイルの巻数が小さく、消費電流が大きくなるため、コイルパターンの導体断面積を大きくする必要があり、本発明のコイルを使用することで、コイルの発熱を大きく低減することが可能になる。

本発明の積層コイルは、薄型モータに最適であり、特に負荷トルクが大きく消費電流が大きい用途のモータや、高速回転駆動での用途、低電圧駆動用途などのモータにてコイルの発熱を小さくすることができるという大きな効果を得ることが可能である。例えば、薄型、高速回転、低電圧駆動が求められる光メディア駆動用スピンドルモータの分野では大きな効果を得ることができる。

本発明の第１の実施例を示した図（ａ）分解斜視図、（ｂ）電気的接続図本発明の第２の実施例を示した図（ａ）分解斜視図、（ｂ）電気的接続図、（ｃ）電気的接続図本発明の積層コイルを使用した電動機の断面を示した図従来の積層コイルの分解斜視図

符号の説明

１、２、３、４、１１、２２、３３、４４非導電性基材とコイルパターン
５シャフト
６ロータ
７軸受け
８積層コイル
９マグネット
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５従来の非導電性基材
１１６、１１７、１１８、１１９従来の積層コイルのコイルパターン

Claims

導電性ペーストにより複数個のコイルパターンを印刷した非導電性基材を積層し、スルーホールにてそれぞれの層の前記コイルパターンを電気的に接続して複数層のコイルをひとつの積層構造体として形成した積層コイルにおいて、前記スルーホールによるコイルパターンの電気的接続方法に、直列接続部と並列接続部の両方を含んでいることを特徴とした積層コイル。
導電性ペーストにより複数個のコイルパターンを印刷したセラミック基材を積層し、スルーホールにてそれぞれの層の前記コイルパターンを電気的に接続して複数層のコイルをひとつの積層構造体として形成した積層セラミックコイルにおいて、前記スルーホールによるコイルパターンの電気的接続方法に、直列接続部と並列接続部の両方を含んでいることを特徴とした積層セラミックコイル。
導電性ペーストにより複数個のコイルパターンを印刷した非導電性基材を積層し、スルーホールにてそれぞれの層の前記コイルパターンを電気的に接続して複数層のコイルをひとつの積層構造体として形成した積層コイルにおいて、前記スルーホールによるコイルパターンの電気的接続方法に、直列接続部と並列接続部の両方を含んでいるコイルを用いたことを特徴とした請求項１から請求項２のいずれかに記載のモータ。
電源電圧が２４Ｖ以下の低電圧で駆動することが特徴の請求項３記載のモータ。
回転数が２０００ｍｉｎ^-1以上の高速回転で使用されることが特徴の請求項３記載のモータ。