JP4699569B1

JP4699569B1 - コイル装置

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Publication number: JP4699569B1
Application number: JP2010540346A
Authority: JP
Inventors: 公明岩谷
Original assignee: Cosmo Mechanics Co Ltd
Current assignee: Cosmo Mechanics Co Ltd
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: US8319595B2; US20120126927A1; WO2011086596A1; CN102341997A; CN102341997B; JPWO2011086596A1

Abstract

ディスク型コイルの積層工作を容易にし製造コストを安価にする。円板形の絶縁基板１と、絶縁基板１に配置された導体パターン２と、絶縁基板１に穿孔された積層用スルーホール１０を形成するための穴７とを備えたディスク型コイルが積層用スルーホール１０を接続させることで複数枚積層されている。積層用スルーホール１０を形成するための穴７は、導体パターン２の外周側または内周側に設けられて、各導体パターン２の端末部となる始端末パターン３，終端末パターン４が穴７まで引出され接続されることで積層用スルーホール１０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数枚のディスク型コイルが積層された電磁誘導機器に用いる扁平タイプのコイル、特に誘導機のステータやロータとして組込まれるのに有用なディスク型コイルに関する。さらに詳述すると、本発明は、積層される複数枚のディスク型コイルをスルーホール接続を利用して導通させる積層用スルーホール接続の改良に関するものである。

最近、各種機器の薄型化の傾向から、エッチングやプレス加工で導体パターンを形成したディスク型コイルの需要が増大している。しかしながら、ディスク型コイルでは、導体パターンの配線量に限界があることから、線材を巻線したコイルよりも流れる電流値が小さくなってしまうという不具合がある。このため、ディスク型コイルを積層して直列に接続することにより導体パターンの配線量を増量することが試みられている。例えば、ディスク型コイルの絶縁基板の内周部分に放射状に多数の積層用のスルーホールを備え、この多数の積層用スルーホールの中から各ディスク型コイルで共通した２個に導体パターンの始端末並びに終端末を接続することにより、最上層のディスク型コイルに対してそれよりも下層の各ディスク型コイルを積層用スルーホールの配列の角度に対応して回転させて積層するコイル装置が提案されている（特許文献１）。積層された複数枚のディスク型コイルは、各ディスク型コイルの積層用スルーホールの配列の角度に対応して各ディスク型コイルを回転させて積層用スルーホールの位置を合わせてから積層用スルーホールを半田付けすることで接続されている。

上述のディスク型コイルは、導体パターンの外周側に配置されて両面の導体パターンを接続するスルーホールと、導体パターンの内周側に配置されて表側の導体パターンと裏側の導体パターンとに接続されて始端末と終端末となる一対のスルーホールとの２種類のスルーホールが設けられている。そして、このディスク型コイルが例えば４枚積層される場合、各ディスク型コイルには、導体パターンの内周側の始端末と終端末となる一対のスルーホールが３６°の角度をあけて配置されると共に、さらに８１°の角度をあけて３対の始端末と終端末となるスルーホールが同一円周上に配置される。そして、上のディスク型コイルに対し、その下側のディスク型コイルが８１°の角度で位相されて順次積層されると共に各ディスクの始端末と終端末となるスルーホールを積層用スルーホールとして半田付けすることで、積層された４枚のディスク型コイルの導体パターンが１つの独立した回路のコイルを構成するように接続されて長い線長のコイルが形成されるようにしている。

特許第３６３６７００号公報

しかしながら、特許文献１に係るコイル装置では、積層に際して各ディスク型コイルを積層用スルーホールの配列の角度に対応して位相させなければならないため、積層工作が面倒で製造コストが高くなるという問題点がある。このことから、積層されたディスク型コイルの導体パターンを容易かつ確実に接続する技術の開発が要望されている。

また、各ディスク型コイルの接続は直列接続に限られ、自由度がない。このため、１枚のディスクの導体パターンでは電流容量や電圧が足りない場合にも、電流容量の増量や電圧の上昇が難しい問題がある。

本発明は、かかる要望に応えるものであり、ディスク型コイルの積層工作が容易で製造コストが安価となるコイル装置を提供することを目的とする。また、複数枚のディスク型コイルを積層する際の接続の自由度を高めるコイル装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、ディスク形の環状絶縁基板に少なくとも１回路のコイルを構成する導体パターンを有するディスク型コイルを複数枚積層して他のディスク型コイルと導通するための積層用スルーホールで電気的に接続することにより積層された複数枚の前記ディスク型コイルを１つのコイルとして用いるコイル装置において、積層される複数枚の前記ディスク型コイルは前記導体パターン及び該導体パターンの各回路毎の始端末及び終端末の位置が同じであると共に前記始端末及び前記終端末が前記積層用スルーホールに始端末パターンと終端末パターンとを介して接続される構造の１種類のディスク型コイルであり、かつ各ディスク型コイルの各回路毎に積層ディスク枚数ｎ（ｎは正の整数）に対して少なくともｎ＋１個の前記積層用スルーホールを形成するための穴が前記絶縁基板の前記導体パターンの外側あるいは内側でかつ複数枚の前記ディスクを積層させた状態で積層方向に同じ位置に配置されて設けられ、前記始端末パターンと前記終端末パターンが接続される相手の前記積層用スルーホールを形成するための穴の位置を変更するだけで、積層する前記ディスク型コイル間を接続する前記積層用スルーホールの位置を変更可能とし、複数枚の１種類のディスク型コイルで任意の回路を構成するようにしている。

また、積層用スルーホールを形成するための穴は近接集合されていることが好ましい。また、積層用スルーホールを形成するための穴は絶縁基板の外周縁から外に突出するフランジ部または導体パターンよりも絶縁基板の内周縁側のスペースに配置されており、始端末パターン及び終端末パターンがフランジ部あるいは絶縁基板の内周縁側のスペースに引き出されていることが好ましい。

また、ディスク型コイルの導体パターンは、環状絶縁基板の内周縁並びに外周縁に沿って環状に配置したスルーホールランドの間を内周縁側から外周縁側あるいは外周縁側から内周縁側へと延びる複数の導体が外周縁側のスルーホールランドと内周縁側のスルーホールランドとでスルーホール接続されることにより絶縁基板の表面と裏面との間で交互に波形に折返して１つのコイルを構成するようにしたものであることが好ましい。また、同じ回路の同じ磁極を構成する複数の導体の内周縁側の前記スルーホールランドが、互いに異なる複数の同心円上でかつ絶縁基板の半径方向に整列されて配置されていると共に表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを接続する複数のスルーホールが形成されていることが好ましい。さらには、ディスク型コイルの導体パターンは少なくとも始端末パターンが接続された１巻のコイルと終端末パターンが接続された１巻のコイルとを含む複数巻のコイルが１つの絶縁基板上に形成され、これらが接続パターンで直列接続または並列接続されていることが好ましい。

また、ディスク型コイルの導体パターンは少なくとも始端末パターンが接続された１巻のコイルと終端末パターンが接続された１巻のコイルとを含む複数巻のコイルが１つの絶縁基板上に形成され、これらが接続パターンで直列接続または並列接続されていることが好ましい。

また、ディスク型コイルは絶縁シートを介して積層され、電気的に接続される複数のディスク型コイルの積層用スルーホールが絶縁シートを貫通する導電性を有するピンで接続されていることが好ましい。

さらに、本発明のコイル装置は、始端末パターンが接続される積層用スルーホールと終端末パターンが接続される積層用スルーホールとが各ディスク型コイル毎に１穴ずつ穴位置をずらしながら配置され、全ての積層されたディスク型コイルが順次導電性を有するピンで直列接続されていることが好ましい。

本発明に係るコイル装置によると、積層される各ディスク型コイルの始端末パターン，終端末パターンの配置を変更するだけで、同じ導体パターンのディスク型コイルが磁極位置を合わせながら積層されるので、各ディスク型コイルにおける導体パターンそのものの位相が不要となる。つまり、各ディスク型コイルの磁極の位置を合わせるために絶縁基板を回転させる必要はなく、そのまま積み重ねれば良いので、ディスク型コイルの積層工作が容易で製造コストが安価となる。また、積層用スルーホールを形成するための穴が各ディスク型コイルの各回路毎に積層ディスク枚数ｎに対して少なくともｎ＋１個が設けられているので、同じ導体パターンのディスク型コイル、即ち１種類のディスク型コイルを位相を与えるための回転をさせずとも、同じ位置で積層させて導体パターンの終端末パターンと始端末パターンとを接続する穴の位置を任意に選択することで、さまざまなディスク型コイル間の電気的接続パターンが容易に得られる。例えば、各ディスク型コイル毎に１穴ずつ穴位置をずらしながら積層用スルーホールを順次接続するような単純な積層構造で直列接続が得られる。

しかも、始端末パターン及び終端末パターンが接続される積層用スルーホールを介して積層される各ディスク型コイルの導体パターン同士が接続されるため、積層される各ディスク型コイルの導体パターンの接続に自由度が得られる。即ち、始端末パターンと終端末パターンが接続される積層用穴の位置即ち積層用スルーホールの位置のみを変更するだけで積層するディスク型コイル間の電気的接続関係が自由に変更できる。例えば、積層される複数枚のディスク間で直列接続あるいは並列接続若しくは並列接続と直列接続とが混在した接続が可能となる。これによって、コイルに流す電流値をより大容量としたり、電圧をより高くしたり、あるいは高電圧を確保しつつ大電流を確保することも可能となる。しかして、従来のディスク型コイル装置では容易に実現できなかった大容量の出力が容易に実現できる。

さらに、絶縁基板に形成される導体パターン並びに積層用スルーホールを形成するための穴の位置が共通した同じディスク型コイルを直列接続あるいは並列接続若しくは並列接続と直列接続とが混在した接続により組み合わせて用いることができるので、組み合わせ枚数を変えることで出力の異なる誘導機が製作できると共に、部品（ディスク型コイル）の共通化によるコストダウンも可能となる。

また、本発明のコイル装置において、積層用スルーホールを形成するための穴を近接集合させる場合には、各ディスク型コイルの始端末パターン，終端末パターン並びに接続パターンが集約化されるため、コイル装置のコンパクト化が可能となる。

また、本発明のコイル装置において、積層用スルーホールを形成するための穴を絶縁基板の外周縁から外に突出するフランジ部または導体パターンよりも絶縁基板の内周縁側のスペースに配置する場合には、始端末パターン，終端末パターン及び接続パターンが導体パターンの外側へ引き出されるので、これらパターンを導体パターンに対して容易かつ確実に接続できると共に導体パターンそのものを高密度に形成できる。依って、高出力のコイル装置を安価に製造することができる。

また、絶縁基板の表面と裏面との間で交互に波形に折返して１つのコイルを構成する導体パターンによれば、スルーホール接続箇所を利用して複数のコイルの直列接続あるいは並列接続が容易となるので、導体パターンを変えずにコイルに流す電流あるいは電圧を変化させられる。特に、内周縁側のスルーホールランドが絶縁基板の半径方向に拡張された面積を有し、かつその半径方向の輪郭の延長線が絶縁基板の中心に一致する楔形状を成し、半径方向外側の端部から導体が引き出されるものであると共に絶縁基板の半径方向に表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを接続する複数のスルーホールが形成されている場合には、内周縁側スルーホールランドの周方向への拡張を招かずに、１つの内周縁側スルーホールランドでのスルーホール接続の導通面積を拡張し、同じスルーホールメッキ厚さでも内周縁側スルーホールランド全体としてはスルーホール接続を流れる電流値を増やすことができる。さらには、内周縁側スルーホールランドの半径方向外側の端部から導体が引き出されるように配線することにより、内周縁側スルーホールランド近傍における導体の幅が内周縁側スルーホールランドと同じになり、導体幅で導体パターン全体に流される電流値が制約を受けることがなくなる。また、同じ回路の同じ磁極を構成する複数の導体の内周縁側の前記スルーホールランドが、互いに異なる複数の同心円上でかつ絶縁基板の半径方向に整列されて配置されていると共に表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを接続する複数のスルーホールが形成されている場合には、スルーホールランドでのスルーホール接続の導通面積が拡張され、同じスルーホールメッキ厚さでもスルーホールランド全体としてはスルーホール接続を流れる電流値を増やしてスルーホール接続での電気抵抗を少なくすることができる。

また、本発明のコイル装置において、１枚のディスク型コイルの中で複数巻のコイルを並列接続あるいは直列接続する場合、１枚のディスク型コイルの導体パターンに流す電流容量を増大させたりあるいは電圧を上げたりすることができる。しかも、同じ導体パターンのディスク型コイルでも、接続パターン並びに始端末パターンと終端末パターンの位置を変更することで、容易に電流値あるいは電圧を変化させうる。つまり、さまざまな出力のディスク型コイルを導体パターンの外の接続パターン並びに始端末パターンと終端末パターンの位置を変更するだけで製作することができ、部品共通化によるディスク型コイルのコストダウンが可能となる。

また、本発明のコイル装置において、ディスク型コイルが絶縁シートを介して積層され、電気的に接続される複数のディスク型コイルの積層用スルーホールが絶縁シートを貫通する導電性を有するピンで接続されている場合には、積層用スルーホールの位置を合わせてピンを挿入するだけで積層されるディスク型コイルの連結と導通とが同時に達成されるので、積層工作が簡単なものとなり、製造コストがより低減される。さらには、ピンで積層用スルーホールを接続することで、積層の際のディスク型コイルの位置決めともなる上に、ディスク型コイル間に大電流を流せるので出力の大容量化が可能となる。

また、本発明のコイル装置において、対となる積層用スルーホールが各ディスク型コイル毎に１穴ずつ穴位置をずらしながら配置され、全ての積層されたディスク型コイルが順次ピンで直列接続される場合には、積層される各ディスク型コイルの始端末パターン，終端末パターンの接続される積層用スルーホールの位置だけを１穴ずつずらしたディスク型コイルを順次積みあげながらピンを挿し込むだけの簡単な作業で、各ディスク型コイルの磁極の位置を合わせた積層作業が完了するので、ディスク型コイルの積層工作が容易で製造コストが安価となる。

さらに、本発明のコイル装置において、１枚のディスク型コイルの中で複数巻きのコイルを並列接続したものを更に複数枚のディスク間で並列接続する場合には、コイルにより大電流を流すことができる。他方、１枚のディスク型コイルの中で複数巻きのコイルを直列接続したものを更に複数枚のディスク間で直列接続する場合には、コイルに流す電流の電圧をより高くすることができる。さらに、１枚のディスク型コイルの中での直列接続を多くして高電圧を確保しつつ、更にディスク間での並列接続を行うことで大電流容量を確保することにより、高電圧・大容量のコイルが容易に実用化できる。即ち、同じ導体パターンの１種類のディスク型コイルで、ディスク枚数やコイル接続方法を変更することで、容量の違ったモータ例えば高電圧モータや低電圧大電流モータを作製することができる。しかも、いずれの接続においても、導体パターンから引き出される始端末パターン並びに終端末パターンの配置即ち積層用スルーホールの位置を変更するだけで、ディスク型コイルを回転させずに積層工作ができるという効果を損うこともない。

本発明に係るコイル装置の分解斜視図である。図１のコイル装置の最上層のディスク型コイルの表面図である。図２の裏面図である。図２の要部の抽出図である。図４の拡大された縦断面図である。図２の他の要部の抽出図である。図４，図６の組合せ図である。図１の次層のディスク型コイルの要部の表面図である。図８の裏面図である。図８の次層のディスク型コイルの要部の表面図である。図１０の裏面図である。図９の次層のディスク型コイルの要部の表面図である。図１２の裏面図である。図１のコイル装置において複数枚のディスク型コイルを直列接続した状態を１回路分で示す要部拡大断面図である。図１のコイル装置において複数枚のディスク型コイルを並列接続の２組とそれらを直列接続する例を１回路分で示す要部拡大断面図である。図１のコイル装置において全てのディスク型コイルを並列接続した状態を１回路分で示す要部拡大断面図である。図１のコイル装置において複数枚のディスク型コイルを直列接続する他の実施形態を１回路分で示す要部拡大断面図である。１回路のコイルを１巻分（コイル半部２ｂ）のコイルで成立させる場合の例を示すディスク型コイルの表面図である。１枚のディスクの中で２巻分（コイル半部２ａ，２ｂ）のコイルを並列接続させる場合の例を示すディスク型コイルの表面図である。ディスク型コイルの内周縁側のスペースに積層用スルーホールと積層用スルーホールを形成するための穴を配置した例を示す表面図で、ＤＣブラシレスモータ用の２回路１０磁極の導体パターンを例に挙げて説明する。図２０のディスク型コイルの裏面側の導体パターンのみを示す説明図である。ディスク型コイルの内周縁側のスルーホールランドの他の実施形態を示す表面図で、ＤＣブラシレスモータ用の外引き出しタイプの３相１２磁極の導体パターンの例を挙げて説明する。図２２の導体パターを拡大して部分的に示す説明図である。

以下、本発明に係るコイル装置の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１から図１４に本発明のコイル装置をＤＣブラシレスモータのステータコイルに適用した一実施形態を示す。このコイル装置は、３回路の導体パターン２が形成されたディスク型コイルを４枚積層し、各ディスク型コイルの積層用スルーホール１０を貫通する導電性を有するピン９で隣るディスク型コイルの積層用スルーホール１０を互いに電気的に接続することにより、積層された複数枚のディスク型コイルを直列接続して１つのコイルとして用いるものである。

各ディスク型コイルは、図２に示すように、絶縁基板１，導体パターン２，始端末パターン３，終端末パターン４，接続パターン５，絶縁基板１の表面と裏面の導体パターン２を接続するスルーホール６並びに他のディスク型コイルと導通するための積層用スルーホール１０とを有し、外周縁側スルーホールランド２２と内周縁側スルーホールランド２３とに設けられたスルーホール６で絶縁基板１の表面並びに裏面に形成された導体パターン２の導体２１を電気的に接続して波形に折り返すようにして絶縁基板の円周方向に１巡りすることでコイルを形成するようにしている。これにより、各ディスク型コイルにおける導体パターン２の各単位が直列に接続され長い配線量が確保される。

絶縁基板１は、中央部に軸孔１１が穿孔された円環状のディスクから成り、絶縁性の合成樹脂材によって構成されている。この絶縁基板１の外周縁の一部には、始端末パターン３，終端末パターン４及び接続パターン５が配置されるフランジ部１２が外側へ突出するように一体形成されている。この絶縁基板１の材質については特に限定されるものではなく、硬質性，フレキシブル性のいずれをも選択することができる。

導体パターン２は、絶縁基板１の両面に貼付した銅系，アルミニウム系等の箔をエッチング技術（例えばプリントエッヂ法など）により部分的に溶解腐食させて所要のパターンに形成されたり、あるいは薄板状の金属材をプレス技術等によって所要のパターンに打ち抜いたものを絶縁基板１の表裏面に貼着することにより形成されている。この導体パターン２は、環状絶縁基板１の内周縁並びに外周縁に沿って環状に配置したスルーホールランド２２，２３の間を内周縁側から外周縁側あるいは外周縁側から内周縁側へと延びる複数の導体２１が外周縁側のスルーホールランド２２と内周縁側のスルーホールランド２３とでスルーホール接続されることにより、絶縁基板１の表面と裏面との間で交互に波形に折返して１つのコイルを構成するように形成されている。スルーホール６は、図５に示すように、絶縁基板１の表面に形成された導体パターン２と裏面に形成された導体パターン２とを各スルーホールランド２２，２３で導通させる。

ここで、外周縁側のスルーホールランド２２は１つの円ａの上に環状に一定間隙をあけて配置すると共に内周縁側のスルーホールランド２３は複数の同心円ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３上でかつ絶縁基板１の半径方向ｃに整列されて配置されている。本実施形態の場合、図４に示すように、同じ回路の同じ磁極を構成する複数の導体２１の内周縁側のスルーホールランド２３が、互いに異なる複数の同心円ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３上でかつ絶縁基板１の半径方向ｃに整列されて配置することにより、内周縁側スルーホールランド２３の面積を外周縁側スルーホールランド２２と同等にしている。そして、各スルーホールランド２２，２３には、複数のスルーホール６が設けられて、各スルーホールランド２２，２３でのスルーホール接続の導通面積が拡張され、同じスルーホールメッキ厚さでもスルーホールランド全体としてはスルーホール接続を流れる電流値を増やしてスルーホール接続での電気抵抗を少なくするようにされている。

また、導体パターン２は、図４に示すコイル半部２ａと図６に示すコイル半部２ｂとが積層されて接続パターン５を介して接続されることにより、図７に示すコイルが形成されている。そして、このコイルを１単位として３単位が位相して積層され、３相８磁極の導体パターンが形成されている。このとき、一方のコイル半部２ａに対し、他方のコイル半部２ｂを１／２ピッチ分ずらして配置することにより、一方のコイル半部２ａの線間溝を他方のコイル半部２ｂの線で覆い、磁束漏れを防ぐことができる。

ここで、導体２１は、磁気回路を構成する環状中央の直線部２１ａと、該直線部２１ａと両端のスルーホールランド２２，２３との間で緩やかな円弧を描く円弧部２１ｂ，２１ｃとを有する屈曲した線形に構成されている。そして、絶縁基板１の同じ面の同じ回路の同じ磁極を構成する複数の導体２１の各円弧部２１ｂ，２１ｃの曲率中心をそれぞれ同じにすることにより、導体２１の幅並びに導体間隙を均一に設定するようにしている。これにより、導体間隙を一定にしながら、導体２１の一部において導体パターン２を流れる最大電流値を制約してしまうような幅の狭い箇所が形成されることがない。

さらに、始端末パターン３は、導体パターン２の一方のコイル半部２ａの始端末に位置する外周縁側のスルーホールランド２２に接続されて、絶縁基板１のフランジ部１２に引出されている。終端末パターン４は、導体パターン２の他方のコイル半部２ｂの終端末に位置する外周縁側のスルーホールランド２２に接続されて、絶縁基板１のフランジ部１２に引出されている。接続パターン５は、導体パターン２の一方のコイル半部２ａの終端末に位置する外周縁側のスルーホールランド２２と、導体パターン２の他方のコイル半部２ｂの始端末に位置する外周縁側のスルーホールランド２２とに接続されて、絶縁基板１のフランジ部１２に引出されている。この導体パターン２においては、始端末パターン３、終端末パターン４及び接続パターン５が絶縁基板１の外周縁から突出する１カ所のフランジ部１２に集約されることにより、ディスク型コイルを積層する際の連結作業を容易にすると共にディスク型コイルのコンパクト化を可能とする。また、始端末パターン３，終端末パターン４及び接続パターン５が導体パターン２の外周縁側スルーホールランド２２よりも外側へ引き出されることにより、高密度の導体パターン２が容易かつ確実に接続されるため、安価に製造することができる。この３回路分の始端末パターン３、終端末パターン４及び接続パターン５は、互いのパターンの干渉を回避するため絶縁基板の１の表面と裏面とに分散させて配置することが好ましい。例えば、図８〜図１３に示すように、３つのグループの積層用スルーホールを形成するための穴（以下、単に積層用穴と呼ぶ）７のうち、左右のグループの５個の積層用穴７のいずれかにそれぞれ接続される始端末パターン３及び終端末パターン４は、絶縁基板のフランジ部１２の表側の面に配線され、中央のグループの５個の積層用穴７のいずれかに接続される始端末パターン３及び終端末パターン４並びに３回路分の接続パターン５は、絶縁基板１のフランジ部１２の裏側の面に配線されている。尚、これら始端末パターン３、終端末パターン４および接続パターン５については、導体パターン２と一体的に形成される。

各ディスク型コイルの絶縁基板１のフランジ部１２に引出された導体パターン２の各回路毎の始端末パターン３及び終端末パターン４は、各ディスク型コイル毎に選択された２個の積層用穴７に電気的に接続されて積層用スルーホール１０を構成している。

積層用穴７は、図１４に示すように、絶縁基板１に穿孔されて電気メッキ等で積層された複数枚のディスク型コイル間の始端末パターン３，終端末パターン４を互いに接続するものである。３回路分の導体パターン２が形成された４枚のディスク型コイルを積層する本実施形態の場合には、絶縁基板１のフランジ部１２に１５個、即ち導体パターン２の１回路につきｎ＋１（ｎはディスク型コイルの枚数）個が近接集合するように設けられている。ここで、（ｎ＋１）の積層用穴７は、ディスク型コイルを積み上げた状態で積み上げ方向に同じ位置となるように開いていれば必要十分であり、必ずしも近接集合しなければならない理由はなく、離散して存在していてもあるいは不等ピッチで存在していても、ディスク型コイルを積み上げたときに積層用穴７の位置が積層方向に揃えば良い。勿論、積層用穴７を近接集合させている方が、コイル装置のコンパクト化には寄与するが、近接集合していなくともディスク型コイルの積層工作が容易で製造コストが安価となる効果が損なわれるものではない。また、積層用穴７の数は、１回路につき少なくともｎ＋１（ｎはディスク型コイルの枚数）個が設けられている場合、図１４に例示されている直列接続の他、図１５や図１６に示すような並列接続や図１７に示すようなその他の直列接続も可能となることから、積層する複数枚のディスク型コイルの接続の自由度をより一層高めることができる。しかしながら、積層用穴７の数は、必ずしも１回路につき少なくともｎ＋１（ｎはディスク型コイルの枚数）個が設けられ無ければならないというものではなく、図１５〜図１７に示すように、各回路毎に少なくとも２穴以上設けられていれば、ピン９の接続の仕方や始端末パターン３，終端末パターン４の配置を変更することで複数枚のディスク型コイルを直列接続ないし並列接続して出力の異なる誘導機が製作できる。

ここで、各ディスク型コイルにおける積層用穴７の数が１回路につき少なくともｎ＋１個設けられている本実施形態においては、絶縁基板に形成される導体パターン並びに積層用スルーホールを形成するための穴の位置が共通した同じディスク型コイルを用いて、始端末パターンと終端末パターンが接続される積層用穴の位置即ち積層用スルーホールの位置のみを変更するだけで、積層するディスク型コイル間を直列接続あるいは並列接続若しくは並列接続と直列接続とが混在した接続を自由に選択可能となる。つまり、本実施形態の各ディスク型コイルでは、導体パターン２と接続パターン５並びに積層用穴７の配置は共通しているが、始端末パターン３と終端末パターン４の配置がディスク型コイル毎に相違しており、図１４に示すように隣接するディスク型コイルの間で積層用スルーホール１０が順次１個づつずれて配置されている。即ち、始端末パターン３と終端末パターン４の引き出されるスルーホールランド２２の位置並びに接続パターン５で接続されるスルーホールランド２２の位置は全てのディスク型コイルにおいて同じであり、始端末パターン３と終端末パターン４が接続される積層用穴７の位置即ち積層用スルーホール１０の位置のみが積層するディスク型コイル間の接続の仕方に応じてディスク型コイル毎に異なる。

このように構成された４枚のディスク型コイルは、図１４に示すように、絶縁シート８を介して積層される。この積層では、各ディスク型コイルの磁極の位置を合わせるために絶縁基板１を回転させる必要はなく、そのまま積み重ねれば良い。なお、積層用スルーホール１０の接続については、例えば、絶縁シート８を介在させてディスク型コイルを積層した後に、絶縁シート８を貫通させて導電性を有するピン９を挿入しながら、絶縁シート８とディスク型コイルとを順次積み上げて行くだけで完了する。絶縁シート８にはピン９を貫通させるための穴が予め空けられている。尚、ピン９については、積層されたディスク型コイルの隣接する積層厚さよりも長いものを使用して積層用スルーホール１０を構成していない他の積層用穴７にまで貫通させることもできる。即ち、ピン９は、電気的に接続しようとする複数枚のディスク型コイルの厚みを遙かに超える長さ、例えば全てのディスク型コイルの絶縁基板を貫通する長さとしても良い。このようにしても、積層用スルーホール１０以外の積層用穴７はスルーホール用メッキとランドを備えていないか、あるいは始端末パターン３若しくは終端末パターン４と接続されていないので、電気的接続の必要のない他のディスク型コイルの導体パターン２と導通することはなく、全てのディスク型コイルを機械的に連結するのみである。この場合、全てのディスク型コイルを積み上げた状態で全ての積層用穴７にピン９を挿入するだけで良いので、ディスク型コイルの積層工作が極めて簡単かつ容易で製造コストが安価となる。勿論、図１４に示すように、ディスク型コイルを２枚ずつピン９で積層用スルーホール１０の接続を図りながら積層工作する場合においても、作業を容易に行うことができるため、製造コストがより低減される。

また、積層状態にある複数のディスク型コイルの接続は、図１４に示すように積層用スルーホール１０となる積層用穴７を１個ずつずらす直列接続方式に限られず、必要に応じて様々な接続方式が採用できる。例えば、図１５に示すように、積層される複数枚のディスク型コイルが複数組に分けられて、各組のディスク型コイルの始端末パターン３が接続される積層用スルーホール１０と終端末パターン４が接続される積層用スルーホール１０とがそれぞれ積層方向の同じ位置に配置されてピン９で並列接続される一方、並列接続された各組のディスク型コイルの終端末パターン４が接続される積層用スルーホール１０と他の組のディスク型コイルの始端末パターン３が接続される積層用スルーホール１０とが積層方向の同じ位置に配置され、並列接続されたディスク型コイルの組同士を共通の１本のピン９で直列接続するようにしても良い。

または、図１６に示すように、積層状態にある全てのディスク型コイルの始端末パターン３が接続される積層用スルーホール１０と終端末パターン４が接続される積層用スルーホール１０とがそれぞれ積層方向の同じ位置に配置され、始端末パターン３同士並びに終端末パターン４同士が同じ位置の積層用スルーホール１０を貫通する１本の共通のピン９でそれぞれ接続されることにより、全ての積層状態にあるディスク型コイルを並列接続することも可能である。

さらには、図１７に示すように、隣接するディスク型コイルの間で一方のディスク型コイルの終端末パターン４が接続される積層用スルーホール１０と他方のディスク型コイルの始端末パターン３が接続される積層用スルーホール１０とが積層方向の同じ位置に配置され、かつ積層方向に隣り合うディスク型コイル間で始端末パターン３と終端末パターン４とが交互に配置されるように積層用スルーホール１０を配置することで、２列の積層用スルーホール１０を千鳥状に配置されるピン９で接続されるようにして直列接続することも可能である。この場合、１回路のコイルの始端末パターン３と終端末パターン４とが交差しないように絶縁基板１の表面と裏面とに分散して配置することが好ましい。

また、本発明は図１〜図１４に示す実施形態の導体パターン２に特に限定されるものではなく、始端末パターン３，終端末パターン４並びに接続パターン５の構成によっては、各ディスク型コイルにおける導体パターン２の各回路を並列，直列に自由に接続することもできる。即ち、少なくとも始端末パターン３が接続された１巻のコイルと終端末パターン４が接続された１巻のコイルとを含む複数巻のコイルが形成された１枚のディスク型コイルの中で、接続パターン５の配線を変えることで複数巻のコイルを直列接続あるいは並列接続することができる。例えば、図１９に示すように、コイル半部２ａに接続された始端末パターン３とコイル半部２ｂの始端末となるランド２２を接続パターン５で接続する一方、コイル半部２ｂに接続された終端末パターン４とコイル半部２ａの終端末となるランド２２となるランド２２を接続パターン５で接続することにより、２つのコイル半部２ａ，２ｂを並列接続できる。この場合、並列接続することで流せる電流値を上げることができる。また、図７に示すように直列接続することで電圧を上げることができる。勿論、図７に示すような直列接続や図１９に示すような並列接続の実施形態では１枚のディスクの中で１／２ピッチずれたコイル半部２ａとコイル半部２ｂとを接続パターン５で接続する例を挙げて本発明を主に説明しているが、１枚のディスクの中で３巻以上のコイルが接続パターン５で直列若しくは並列に接続されたりすることも可能である。このようなケースは、特に出力の高い誘導機に適用する場合に効果的であり、例えば本発明者の試作の結果によれば、３ＫＷ以上の誘導機について好ましい結果が得られた。また、図１８に示すように、コイル半部２ｂの始端末となるランド２２と終端末となるランド２２をそれぞれ始端末パターン３と終端末パターン４に接続することで１巻のコイルを成立させることも可能である。

以上のように、１枚のディスク型コイルの中で複数巻のコイルを並列接続あるいは直列接続したものを更に複数枚のディスク間で直列接続あるいは並列接続できる。１枚のディスク型コイルの中で複数巻きのコイルを並列接続したものを更に複数枚のディスク間で並列接続する場合には、コイルにより大電流を流すことができる。他方、１枚のディスク型コイルの中で複数巻きのコイルを直列接続したものを更に複数枚のディスク間で直列接続する場合には、コイルに流す電流の電圧をより高くすることができる。さらに、１枚のディスク型コイルの中での直列接続を多くして高電圧を確保しつつ、更にディスク間での並列接続を行うことで大電流を確保することにより、従来技術で実現できなかった５ＫＷ以上の容量が容易に実用化できる。しかも、いずれの接続においても、導体ピン９を挿す位置に積層用スルーホール１０を配置するので、ディスク型コイルの回転無くして回路接続ができるという効果を損うことがない。

さらに、上述の始端末パターン３および終端末パターン４は、絶縁基板１の内周縁側に引出すこと、具体的には内周縁側スルーホールランド２３よりもさらに内側のスペースに引出し積層用スルーホール１０に接続することも可能である。例えば、図２０及び図２１に２回路の導体パターン２を形成した内側引き出しタイプのディスク型コイルを３枚積層する場合の実施形態の一例を示す。この実施形態における各ディスク型コイルは、内周縁側のスルーホールランド２３よりもさらに内側の円周ｄ上に９０°置きに積層用穴７が４個（ｎ＋１）ずつ穿孔されている。そして、任意のグループの４つの積層用穴７のうちの２つに始端末パターン３と終端末パターン４とがそれぞれ接続されている。他方、接続パターン５は、コイル半部２ａの終端とコイル半部２ｂ（コイル半部２ａに対して３６°ずれて配線されている）の始端とを接続するため、導体パターン２の中に引きまわされて配線されている。本実施形態の場合、図２０においては、コイル半部２ａの終端とコイル半部２ｂの始端とがそれぞれ外周縁側のスルーホールランド２２となるため、それらを結線するように内周縁側のスルーホールランド２３に向けて他の導体２１に沿って配線されると共に内周縁側スルーホールランド２３のさらに内側を迂回するように引き回されながら外周縁スルーホールランド２２に向けて配線する。このとき、接続パターン５は、始端末パターン３及び終端末パターン４と交差しないようにするため、これら始端末パターン３と終端末パターン４とが形成されている面とは反対側の面に形成される。本実施形態の場合、始端末パターン３と終端末パターン４とが形成されている面を表面とすれば、裏面側に接続パターン５が形成される。このように、始端末パターン３，終端末パターン４，接続パターン５を絶縁基板１の内周側に引出す実施形態は、出力が大きくなると、コイル半径が大きくなってくるので、内径側にスペースが採りやすくなるので、適用が効果的である。尚、図面には４回路分の積層用穴７が９０°置きに分散させて配置されているが、１箇所に近接集合させることも可能である。

このように、絶縁基板１の内周縁側に生ずるスペースを利用して始端末パターン３及び終端末パターン４を絶縁基板１の内周縁側に引出しかつ積層用スルーホール１０を形成するタイプのディスク型コイルの場合には、絶縁基板１の外にフランジ部１２が突出しない分だけ場所をとらない利点がある。しかも、出力が大きくなると、コイル半径が大きくなるに伴って内周縁側に生ずるスペースも更に大きくなるため、このスペースを有効利用することができ、コンパクト化に効果的である。

さらに、本実施形態では、絶縁基板１に設けられる積層用穴７はスルーホール用メッキとランドを備えているものではないが、場合によっては予め全ての積層用穴７にスルーホール用メッキとランドを形成しておき、選択された積層用穴７のランドに対して始端末パターン３及び終端末パターン４を接続するようにしても良い。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば図１〜図２１に示す各実施形態における導体パターン２は好ましい一形態ではあるが、これに特に限定されるものではない。このような導体パターン２には特に限定されず、様々な導体パターン、例えば特許第３６３６７００号公報に示されるような渦巻き状の導体パターンに適用することも可能であれば、図２２及び図２３に示すようなその他の導体パターンに適用することも可能である。

図２２及び図２３に示すディスク型コイルは、内周縁側スルーホールランド２３のスルーホール６を複数とし、かつ絶縁基板１の半径方向ｃに整列されるようにして、内周縁側スルーホールランド２３の周方向への拡張を招かずに、１つの内周縁側スルーホールランド２３でのスルーホール接続の導通面積を拡張し、同じスルーホールメッキ厚さでも内周縁側スルーホールランド２３全体としてはスルーホール接続を流れる電流値を増やすことができるようにしたものである。具体的には、この実施形態の内周縁側スルーホールランド２３は、図２３に示すように、絶縁基板１の半径方向ｃに拡張された面積を有し、かつその半径方向の輪郭の延長線が絶縁基板１の中心に一致する楔形状を成し、半径方向外側の端部から導体２１が引き出されるように配線されている。即ち、内周縁側スルーホールランド２３は、一定の導体間隙を形成すると共に周方向の幅が最大限許容される範囲でスルーホールランドとして十分な広さが得られるように縁基板の半径方向に面積が拡張されたものであり、一定の導体間隙が得られるように絶縁基板１の中心から放射状に描かれる半径方向ｃの線で区画される２つの導体間隙となる領域の間の領域に収まる縦長の逆台形状に形成されている。つまり、絶縁基板の内周縁側に向けて幅が漸次狭まるほぼ楔形状に形成されている。この実施形態の内周縁側スルーホールランド２３は、絶縁基板１の内周縁に沿って周方向に環状に配置されているが、絶縁基板１の半径方向ｃに拡張されているため、複数のスルーホールが形成できる。例えば本実施形態では６個のスルーホール６を形成することにより、スルーホール接続のメッキ量等を必要量確保してスルーホールを流れる電流値で導体パターン全体に流される電流値が制約を受けることがなくなるようにしている。また、内周縁側スルーホールランド２３の半径方向外側の端部から導体２１が引き出されるように配線することにより、内周縁側スルーホールランド２３近傍における導体２１の幅が内周縁側スルーホールランド２３と同じになり、導体幅で導体パターン全体に流される電流値が制約を受けることがなくなる。

この実施形態の場合、３回路分の導体パターン２が形成された４枚のディスク型コイルを積層するため、絶縁基板１のフランジ部１２に１５個、即ち導体パターン２の１回路につきｎ＋１（ｎはディスク型コイルの枚数）個が近接集合するように設けられている。そして、各ディスク型コイルの導体パターン２の各回路毎の始端末パターン３及び終端末パターン４がディスク型コイル毎に選択された２個の穴７に電気的に接続されて積層用スルーホール１０が構成されている。また、各回路毎に複数の巻が形成され、接続パターン５によって直列接続あるいは並列接続されている。この実施形態の場合、図１〜図２１に示す実施形態のディスク型コイルに比べて、同じ大きさの絶縁基板１を用いる場合には、外周縁側スルーホールランド２２と内周縁側スルーホールランド２３との間を広くとることができるので、導体の磁気回路を構成する環状中央の直線部２１ａを長くすることができ、より出力を大きくできる。

さらに、本実施形態に示す導体パターン２は好ましい一形態ではあるが、これに特に限定されるものではない。本発明の積層用スルーホールを形成するための穴７が各ディスク型コイルの各回路毎に少なくとも２穴以上設けられると共に絶縁基板１の導体パターン２の外側あるいは内側でかつ複数枚のディスクを積層させた状態で積層方向に同じ位置に配置され、各ディスク型コイルの導体パターン２の各回路毎の端末部となる始端末パターン３及び終端末パターン４がディスク型コイル毎に選択された２個の積層用穴７に電気的に接続されて積層用スルーホール１０を構成している関係を維持する限り、図示以外のあらゆる導体パターンに適用可能であることは言うまでもないし、積層するディスク型コイルの枚数などにも限定を受けるものではない。さらに、導体パターン２は３相・３回路に限られず、２回路でもあるいは４回路以上でも可能である。また、本実施形態では導体ピン９で積層用スルーホール１０を接続する例を挙げて主に説明しているが、これに特に限られるものではなく、積層用スルーホール１０を半田付けあるいは半田や導電材料を充填することで導通させることも可能である。

本発明のディスク型コイルは、ＤＣブラシレスモータなどの誘導機のロータコイルやステータコイルなどの電磁誘導機器分野に利用可能であり、出力の大きな薄型のＤＣブラシレスモータを実現できる。

１絶縁基板
２導体パターン
２ａ，２ｂコイル半部
３始端末パターン
４終端末パターン
５接続パターン
６導体接続用スルーホール
７積層用スルーホールを形成するための穴
９導体ピン（導電性を有するピン）
１０積層用スルーホール

Claims

ディスク形の環状絶縁基板に少なくとも１回路のコイルを構成する導体パターンを有するディスク型コイルを複数枚積層して他のディスク型コイルと導通するための積層用スルーホールで電気的に接続することにより積層された複数枚の前記ディスク型コイルを１つのコイルとして用いるコイル装置において、積層される複数枚の前記ディスク型コイルは前記導体パターン及び該導体パターンの各回路毎の始端末及び終端末の位置が同じであると共に前記始端末及び前記終端末が前記積層用スルーホールに始端末パターンと終端末パターンとを介して接続される構造の１種類のディスク型コイルであり、かつ各ディスク型コイルの各回路毎に積層ディスク枚数ｎ（ｎは正の整数）に対して少なくともｎ＋１個の前記積層用スルーホールを形成するための穴が前記絶縁基板の前記導体パターンの外側あるいは内側でかつ複数枚の前記ディスクを積層させた状態で積層方向に同じ位置に配置されて設けられ、前記始端末パターンと前記終端末パターンが接続される相手の前記積層用スルーホールを形成するための穴の位置を変更するだけで、積層する前記ディスク型コイル間を接続する前記積層用スルーホールの位置を変更可能とし、複数枚の１種類のディスク型コイルで任意の回路を構成することを特徴とするコイル装置。
前記積層用スルーホールを形成するための穴は近接集合されていることを特徴とする請求項１記載のコイル装置。
前記積層用スルーホールを形成するための穴は前記絶縁基板の外周縁から外に突出するフランジ部または前記導体パターンよりも前記絶縁基板の内周縁側のスペースに配置されており、前記始端末パターン及び前記終端末パターンが前記フランジ部あるいは前記絶縁基板の内周縁側のスペースに引き出されているものである請求項１または２記載のコイル装置。
前記ディスク型コイルの前記導体パターンは、前記環状絶縁基板の内周縁並びに外周縁に沿って環状に配置した内周縁側のスルーホールランドと外周縁側のスルーホールランドとの間を内周縁側から外周縁側あるいは外周縁側から内周縁側へと延びる複数の導体が前記外周縁側のスルーホールランドと前記内周縁側のスルーホールランドとでスルーホール接続されることにより絶縁基板の表面と裏面との間で交互に波形に折返して１つのコイルを構成するものである請求項１から３のいずれか１つに記載のコイル装置。
前記内周縁側のスルーホールランドが前記絶縁基板の半径方向に拡張された面積を有し、かつその半径方向の輪郭の延長線が前記絶縁基板の中心に一致する楔形状を成し、半径方向外側の端部から前記導体が引き出されるものであると共に前記絶縁基板の半径方向に表面の前記導体パターンと裏面の前記導体パターンとを接続する複数のスルーホールが形成されていることを特徴とする請求項４記載のコイル装置。
同じ回路の同じ磁極を構成する複数の前記導体の内周縁側の前記スルーホールランドが、互いに異なる複数の同心円上でかつ前記絶縁基板の半径方向に整列されて配置されていると共に表面の導体パターンと裏面の導体パターンとを接続する複数のスルーホールが形成されていることを特徴とするものである請求項４記載のコイル装置。
前記ディスク型コイルの前記導体パターンは少なくとも前記始端末パターンが接続された１巻のコイルと前記終端末パターンが接続された１巻のコイルとを含む複数巻のコイルが１つの絶縁基板上に形成され、これらが接続パターンで直列接続または並列接続されているものである請求項５記載のコイル装置。
前記ディスク型コイルは絶縁シートを介して積層され、電気的に接続される複数の前記ディスク型コイルの前記積層用スルーホールが前記絶縁シートを貫通する導電性を有するピンで接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のコイル装置。
前記始端末パターンが接続される前記積層用スルーホールと前記終端末パターンが接続される前記積層用スルーホールとが各ディスク型コイル毎に１穴ずつ穴位置をずらしながら配置され、全ての積層された前記ディスク型コイルが順次導電性を有するピンで直列接続されているものである請求項１から８のいずれか１つに記載のコイル装置。