JP4940187B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスク型コイルが積層されて扁平タイプの電磁誘導機器のステータ，ロータ等として組込まれるコイル装置に係る技術分野に属する。

最近、各種機器の薄性化の傾向から、エッチング，プレス等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。然しながら、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導体パターンの配線量を増量することが試みられるようになってきている。そして、積層された各ディスク型コイルの導体パターンを容易，確実に接続する技術の開発が要望されている。

従来、積層された各ディスク型コイルの導体パターンを容易，確実に接続することを指向した技術としては、例えば、以下に記載のものが知られている。
特許第３６３６７００号公報 特許文献１には、円板形の絶縁基板と絶縁基板に配置された導体パターンと絶縁基板に穿孔された積層用スルーホールとを備えたディスク型コイルが複数枚積層されてなるもので、絶縁基板の内周部分に放射状に配列されて穿孔された多数個の積層用スルーホールの各ディスク型コイルで共通した２個に導体パターンの端末部が接続され、ディスク型コイルが積層用スルーホールの配列の角度に対応して位相されて積層されたコイル装置が記載されている。

特許文献１に係るコイル装置は、積層された各ディスク型コイルの導体パターンを積層用スルーホールで外部に接続することで、技術的完成度が高く汎用されている基板積層技術を利用して導体パターンの接続の容易化，確実化を図るものである。

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。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、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コイル装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明に係るコイル装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。

即ち、請求項１では、円板形の絶縁基板と絶縁基板に配置された導体パターンと絶縁基板に穿孔された積層用スルーホールとを備えたディスク型コイルが複数枚積層されたコイル装置において、導体パターンと積層用スルーホールとの配置が各ディスク型コイルで共通とされ、積層用スルーホールは積層されて隣接されるディスク型コイルの間を接続するもので導体パターンの外周側または内周側に積層されるディスク型コイルの枚数ｎに対して少なくともｎ−１となる個数が各ディスク型コイルで共通して近接集合されて設けられ、各導体パターンは端末部となる始端末パターン，終端末パターンが積層用スルーホールまで引出され各ディスク型コイルで相違して選択された２個の積層用スルーホールにそれぞれ接続されていることを特徴とする。

この手段では、導体パターンの外周側または内周側に積層されるディスク型コイルの枚数ｎに対して少なくともｎ−１となる個数の隣接されるディスク型コイルの間を接続する積層用スルーホールが各ディスク型コイルで共通して近接集合され、導体パターンが始端末パターン，終端末パターンを介して各ディスク型コイルで相違して選択された２個の積層用スルーホールに引出されることで、積層される導体パターンと積層用スルーホールとの配置が共通の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が変更され、積層される各ディスク型コイルの位相が不要になる。

また、請求項２では、請求項１のコイル装置において、積層用スルーホールは積層されて隣接するディスク型コイルの間で一方の終端末パターンと他方の始端末パターンとを接続していることを特徴とする。

この手段では、積層されて隣接したディスク型コイルの間で始端末パターン，終端末パターンが積層用スルーホールで接続されることで、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。

また、請求項３では、請求項１または２のコイル装置において、導体パターンは始端末パターンが接続されたコイル半部と終端末パターンが接続されたコイル半部とが積層され接続パターンで接続されてコイル巻形状を形成し、接続パターンは絶縁基板の積層用スルーホールに向けて引出された始端末パターン，終端末パターンの引出領域に配置されていることを特徴とする。

この手段では、導体パターンの２つのコイル半部が積層されてコイル巻形状が形成され、接続のための始端末パターン，終端末パターン，接続パターンが導体パターンの配置から引出されることで、高密度の導体パターンが容易，確実に接続される。

また、請求項４では、請求項１〜３のいずれかのコイル装置において、導体パターンは絶縁基板の両面に配置され、ディスク型コイルは絶縁シートを介して積層され、積層用スルーホールは絶縁シートを貫通して接続されていることを特徴とする。

この手段では、積層用スルーホールの接続が積層された絶縁基板の間にある絶縁シートを貫通してなされることで、ディスク型コイルの積層後の積層用スルーホールの接続が容易になる。

本発明に係るコイル装置は、導体パターンの外周側または内周側に積層されるディスク型コイルの枚数ｎに対して少なくともｎ−１となる個数の隣接されるディスク型コイルの間を接続する積層用スルーホールが各ディスク型コイルで共通して近接集合され、導体パターンが始端末パターン，終端末パターンを介して各ディスク型コイルで相違して選択された２個の積層用スルーホールに引出されることで、積層される導体パターンと積層用スルーホールとの配置が共通の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が変更され、積層される各ディスク型コイルの位相が不要になるため、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ある。

さらに、請求項２として、積層されて隣接したディスク型コイルの間で始端末パターン，終端末パターンが積層用スルーホールで接続されることで、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効果がある。

さらに、請求項３として、導体パターンの２つのコイル半部が積層されてコイル巻形状が形成され、接続のための始端末パターン，終端末パターン，接続パターンが導体パターンの配置から引出されることで、高密度の導体パターンが容易，確実に接続されるため、製造コストがより低減される効果がある。

さらに、請求項４として、積層用スルーホールの接続が積層された絶縁基板の間にある絶縁シートを貫通してなされることで、ディスク型コイルの積層後の積層用スルーホールの接続が容易になるため、製造コストがより低減される効果がある。

以下、本発明に係るコイル装置を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

この形態では、ブラシレスの直流モータのステータとして組込むのに好適なものを示してある。

この形態は、図１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，スルーホール６，積層用スルーホール７の各部でディスク型コイルが形成され、４枚のディスク型コイルが積層されている。

絶縁基板１は、絶縁性の合成樹脂材によって穿孔されたほぼ円板形（ディスク形）のドーナッツ板形に形成されたもので、中央部に軸孔１１が穿孔され、外周の一部に始端末パターン３，終端末パターン４，接続パターン５が配置される外側へ突出したフランジ部１２が形成されている。この絶縁基板１については、単層構造，積層構造のいずれをも選択することができ、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、銅系，アルミニウム系等の金属材のエッチング技術，プレス技術等によってコイル巻形状に形成されて、絶縁基板１の両面に配置されている。この導体パターン２は、ほぼ直線が屈曲された本体部２１の外周側と内周側とに面積が拡張された端部２２，２３が設けられている。本体部２１は、絶縁基板１の外周側から内周側に向けて長さの異なるものが配置されている。外周側の端部２２は、絶縁基板１の単一の円線ａ上に配置され絶縁基板１の周方向に面積が拡張されている。内周側の端部２３は、本体部２１の異なる長さに対応して複数の同心円線ｂ上に配置され絶縁基板１の径方向ｃに面積が拡張されて整列されている。なお、絶縁基板１の両面では、導体パターン２が端部２２，２３で交互に折返すように配置されている。

なお、この導体パターン２は、図４に示すスルーホール６を介して連続したコイル半部２ａと、図６に示すスルーホール６を介して連続したコイル半部２ｂとが積層されて、図７に示すコイル巻形状を形成するようになっている。そして、このコイル巻形状を１単位として３単位が位相して積層されている。

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の連続の始端末に位置する外周側の端部２２に接続されて、絶縁基板１のフランジ部１２に穿孔された積層用スルーホール７の１個に引出されている。この始端末パターン３については、導体パターン２と一体的に形成される。３単位のコイル巻形状に対応した始端末パターン３は、図２，図３，図８〜図１３に示すように、接触を避けて絶縁基板の１の両面に分散して配置されている。

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の連続の終端末に位置する外周側の端部２２に接続されて、絶縁基板１のフランジ部１２に穿孔された積層用スルーホール７の始端末パターン３が接続された積層用スルーホール７に隣接する１個に引出されている。この終端末パターン４については、導体パターン２と一体的に形成される。３単位のコイル巻形状に対応した終端末パターン４は、図２，図３，図８〜図１３に示すように、接触を避けて絶縁基板の１の両面に分散して配置されている。

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の連続の終端末に位置する外周側の端部２２と、導体パターン２の他方のコイル半部２ｂの連続の始端末に位置する外周側の端部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。３単位のコイル巻形状に対応した接続パターン５は、図２，図３，図８〜図１３に示すように、接触を避けて絶縁基板の１の両面に分散して配置されている。

スルーホール６は、図５に示すように、絶縁基板１に穿孔されて電気メッキ等で導体パターン２の端部２２，２３を接続するもので、導体パターン２の端部２２，２３ごとに複数個（３個）設けられている。なお、導体パターン２の外周側の端部２２では、複数個のスルーホール６が絶縁基板１の単一の円線ａ上に配置され絶縁基板１の周方向に整列されている。また、導体パターン２の内周側の端部２３では、複数個のスルーホール６が絶縁基板１の複数の同心円線ｂ上に配置され絶縁基板１の径方向ｃに整列されている。

積層用スルーホール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ディスク型コイルの始端末パターン３，終端末パターン４を接続するもので、絶縁基板１のフランジ部１２に１５個（導体パターン２の１単位につきｎ（ディスク型コイルの枚数）−１）が近接集合されて設けられている。

４枚のディスク型コイルでは、導体パターン２，スルーホール６，積層用スルーホール７の配置が共通しているが、始端末パターン３，終端末パターン４，接続パターン５の配置が相違している。即ち、始端末パターン３，終端末パターン４が接続される積層用スルーホール７が１個づつ位相されたディスク型コイルが４枚１組とされている。

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、位相されることなくそのまま積層される。なお、積層用スルーホール７の接続については、例えば、ディスク型コイルの絶縁シート８を介した積層後に、絶縁シート８を貫通したピン９を挿入する手段をとることもできる。このピン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他の積層用スルーホール７（始端末パターン３，終端末パターン４が接続されていない）にまで貫通させることもできる。なお、積層用スルーホール７は、図１に示すように、積層されて隣接するディスク型コイルの間で一方（上層）の終端末パターン４と他方（下層）の始端末パターン１とを接続している、

この形態によると、導体パターン２の２つのコイル半部２ａ，２ｂが積層されてコイル巻形状が形成され、接続のための始端末パターン３，終端末パターン４，接続パターン５が導体パターン２の配置から引出される。従って、各ディスク型コイルにおいて高密度の導体パターン２が容易，確実に接続されるため、安価に製造することができる。

そして、円板形の絶縁基板１において、導体パターン２の内周側の端部２３が単一の円線上に配置されるのを避け、導体パターン２の内周側の端部２３が複数の同心円線ｂ上に配置され径方向ｃへ退避されて整列されることで、配置の密度の高くなる内周側での導体パターン２の幅，間隔（絶縁ギャップ）が一定に保持される。従って、各ディスク型コイルにおいて出力を高めるために流れる電流値を充分に大きく確保することができる。なお、導体パターン２の幅，間隔が一定に保持されることで、放熱性能が高くなるため、熱による経時的な性能劣化を防止することができる。

また、スルーホール６が導体パターン２の端部２２，２３ごとに複数個設けられることで、スルーホール６での導通面積が拡張される。従って、導体パターン２を流れる最大電流値のスルーホール６での制約を消失させることができるため、各ディスク型コイルにおいて出力を高めるために流れる電流値をより充分に大きく確保することができる。なお、導体パターン２の内周側の端部２３では、複数個のスルーホール６が絶縁基板１の径方向ｃに直線的に整列されることで、導体パターン２の周方向への拡張が防止される。従って、各ディスク型コイルにおいて配置の密度の高くなる内周側での導体パターン２の幅，間隔がより確実に一定に保持され、各ディスク型コイルにおいて出力を高めるために流れる電流値をより充分に大きく確保することができる。

また、スルーホール６が複数個設けられ導体パターン２の端部２２，２３が拡張された面積を有することで、スルーホール６の穿孔による導通面積の減少が補填される。従って、各ディスク型コイルにおいて出力を高めるために流れる電流値をより充分に大きく確保することができる。なお、導体パターン２の内周側の端部２３が面積が絶縁基板１の径方向ｃに拡張されているため、導体パターン２の幅，間隔を一定に保持することに支障は生じない。

そして、４枚のディスク型コイルを位相させることなく積層するため、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７の接続構造から、４枚の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。なお、積層の最外側のディスク型コイルにおける始端末パターン３，終端末パターン４の接続回路構成によっては、４枚のディスク型コイルにおける導体パターン２の各単位を並列，直列に自由に接続することもできる。従って、積層される各ディスク型コイルの導体パターン２の接続に自由度が得られる。

また、積層用スルーホール７の接続をディスク型コイルの積層後にピン９を使用する等により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。

以上、図示した形態の外に、導体パターン２を他のコイル巻形状の配置とすることも可能である。

さらに、導体パターン２の２つのコイル半部２ａ，２ｂからなるコイル巻形状を２単位または４単位以上とすることも可能である。

さらに、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の内周側に引出すことも可能である。

さらに、積層用スルーホール７の個数を変更して、ディスク型コイルを２，３枚さらには５枚以上積層することも可能である。

さらに、積層用スルーホール７への始端末パターン３，終端末パターン４の接続の同じディスク型コイルを積層して、始端末パターン３同士，終端末パターン４同士を並列に接続することも可能である。

本発明に係るコイル装置を実施するための最良の形態の斜視図である。 図１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。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の積層完了状態の拡大された要部の断面図である。

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 スルーホール
７ 積層用スルーホール

Claims (4)

1. 円板形の絶縁基板と絶縁基板に配置された導体パターンと絶縁基板に穿孔された積層用スルーホールとを備えたディスク型コイルが複数枚積層されたコイル装置において、導体パターンと積層用スルーホールとの配置が各ディスク型コイルで共通とされ、積層用スルーホールは積層されて隣接されるディスク型コイルの間を接続するもので導体パターンの外周側または内周側に積層されるディスク型コイルの枚数ｎに対して少なくともｎ−１となる個数が各ディスク型コイルで共通して近接集合されて設けられ、各導体パターンは端末部となる始端末パターン，終端末パターンが積層用スルーホールまで引出され各ディスク型コイルで相違して選択された２個の積層用スルーホールにそれぞれ接続されていることを特徴とするコイル装置。
2. 請求項１のコイル装置において、積層用スルーホールは積層されて隣接するディスク型コイルの間で一方の終端末パターンと他方の始端末パターンとを接続していることを特徴とするコイル装置。
3. 請求項１または２のコイル装置において、導体パターンは始端末パターンが接続されたコイル半部と終端末パターンが接続されたコイル半部とが積層され接続パターンで接続されてコイル巻形状を形成し、接続パターンは絶縁基板の積層用スルーホールに向けて引出された始端末パターン，終端末パターンの引出領域に配置されていることを特徴とするコイル装置。
4. 請求項１〜３のいずれかのコイル装置において、導体パターンは絶縁基板の両面に配置され、ディスク型コイルは絶縁シートを介して積層され、積層用スルーホールは絶縁シートを貫通して接続されていることを特徴とするコイル装置。

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