JPWO2004047252A1 - ブラシレスモータのステータ、及び、これを備えたブラシレスモータ、並びにコイル構造 - Google Patents

Abstract

導電層１Ｂと絶縁層１Ａとを交互に形成した積層体からなるブラシレスモータのステータであって、各導電層には巻回された導電パターンのコイル１２が複数組形成され、前記絶縁層を介して隣接する導電層の前記コイル同士が前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続されてなるブラシレスモータのステータである。

Description

発明の技術分野
本発明は、ブラシレスモータのステータとブラシレスモータとに係わり、特に、絶縁基板上に導電パターンを巻回してなるコイルを形成し、この基板を複数積層して構造をステータとして用いたブラシレスモータに関するものである。

本発明に関連する従来技術として、例えば、特開平２００２−１１２５２４号公報に記載されたリニアモータの可動コイルが存在する。この可動コイルは、リニアモータの可動コイルの放熱効果を高めることを目的として、４層の多層基板からなり、各層に渦巻き状の導体パターンからなるコイルが並列に複数形成され、各層のコイルは絶縁層を介してスルーホールにより電気的に接続されてなる構成を備えている。
このような可動コイルによれば、線材を重ね巻きした従来の可動コイルに比べて電流の流れる導体パターンの放熱面積を大きくして放熱効果を高めることができる、また、放熱効果を高めることにより、導体パターンの許容電流密度を大きくできるので、所望のモータ出力を得るために可動コイルに使用する銅の量を減らすことができ、これにより、可動コイルを軽量化しモータの効率を改善できる、という効果が達成される。
上記先行技術には次のような課題がある。第１に、４層の多層基板からなり、各層に渦巻き状の導体パターンからなるコイルが並列に複数形成され、各層のコイルは絶縁層を介してスルーホールにより電気的に接続されてなる構成のコイルは可動コイルであるために、コイルの駆動回路を多層基板に形成することができず、構造が複雑になるという課題がある。第２に、導体パターンの放熱面積を大きくして放熱効果を高めることができるにしてもその放熱効果は十分ではないという課題がある。

そこで、本発明は、前記課題を達成するために、導電層と絶縁層とを交互に形成した積層体からなるブラシレスモータのステータであって、各導電層には巻回された導電パターンのコイルが複数組形成され、前記絶縁層を介して隣接する導電層の前記コイル同士が前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続されてなるブラシレスモータのステータであることを特徴とする。
本発明の第１の形態においては、前記導電層の少なくとも一つに前記コイルの駆動回路を設けてなる。さらに、前記導電層が前記絶縁層としての絶縁基板に形成されてなる。さらに、隣接する導電層のコイルの各巻き線同士を前記スルーホールを介して互いに接続させてなる。さらに、本発明は、前記ステータと、永久磁石からなる回転子と、を備えてなるブラシレスモータである。
本発明によれば、各層にコイルが形成された多層基板をステータとしたことにより、基板上にコイルの駆動回路を一体に構成することが可能となる。
さらに、本発明は、複数の導電層と複数の絶縁層とを互いに積層させ、各導電層には導電パターンが巻回されたコイルが形成され、前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して隣接する導電層のコイルを互いに導通させてなるコイル構造において、前記コイルの前記導電パターンの一巻き毎に前記スルーホールを形成し、当該スルーホールを介して、隣接する導電層のコイルの導電パターンの一巻きと導通させてなることを特徴とする。この構成によれば、スルーホールを介してより高い放熱効果が達成される。

図１は、本発明に係わるステータの概略構成図であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。図２は、各導電層の導電パターン（コイル）の連結の一例を示す図である。図３は、各導電層の導電パターン（コイル）の連結構造を説明するための側面図である。図４は、図１のステータを備えたブラシレスモータを説明する図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図である。図５は、コイルパターンの形成に係わる第２の例を示す模式図である。図６は、ブラシレスモータの第２の実施形態であり、図１のブラシレスモータと比較してコイルの組を増やしたもので、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。図７は、ブラシレスモータの第３の実施形態であって、コイルパターンが形成された多層基板の複数を積層したものであり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図である。図８は、ブラシレスモータの第４の実施形態であって、コイルパターンが形成された多層基板を永久磁石からなる固定子の円周方向に、複数均等に配置したものであり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。図９は、コイル構造をソレノイドに応用した実施形態の側面図を示すものである。図１０は、他のモータ構造の詳細図である。図１１はその一部拡大図である。図１２は当該モータ構造の内部ステータの平面図である。図１３は当該ステータのＡ−Ａ’方向から見た端面図である。
発明を実施するための好適な形態
次に本発明に係わるブラシレスモータのコイルステータの実施形態について説明する。図１（Ａ）はその平面図を示し、（Ｂ）はその側面図を示すものである。このステータは全体として円形の基板の集合体からなっている。各基板１は後述するブラシレスモータの回転軸方向に積層されている。
１０はモータの回転軸が挿入される貫通穴であり、この貫通穴を中心にして３つの略楕円形状に導電パターンが渦巻状或いは環状に巻回されてなるコイルパターン１２が均等に円周方向に形成されている。前記基板は、例えば、プリント基板から構成されてなり、絶縁層１Ａの上に導電パターン１Ｂがフォトエッチングの手法等によって形成されている。
基板１上の導体が既述のとおり渦巻き状に巻回されて既述のコイルパターン１２を構成している。このコイルパターン１２は各基板の導電層に跨って互いに接続して形成されており、ある層のコイルパターンは、絶縁層１Ａに形成されたスルーホール１４Ａ−Ｃ（図２，３参照）を介して基板の積層方向にある両側で隣接する導電層のコイルパターンに接続している。
図２及び図３は、隣接する基板のコイル同士を接続した構成の概念図であり、駆動回路１６に接続する第１基板のコイルパターン１２Ａが第１基板の第１絶縁層に形成された第１スルーホール１４Ａを介して、第２基板のコイルパターン１２Ｂと接続し、このコイルパターン１２Ｂは第２基板の絶縁層に設けられた第２スルーホール１４Ｂを介して第３基板のコイルパターン１２Ｃに接続されている。
１４Ｃは第３スルーホールであり、１２Ｄは第４番目のコイルパターンである。このコイルパターン１２Ａ−１２Ｄは駆動回路１６に直列に接続されている。駆動回路１６は、複数の基板に渡って形成されているコイルパターンの３つの組（図１の１２−１乃至１２−３）を切替えて電流をこのコイルパターンに供給することができる。すなわち駆動回路１６は、永久磁石からなる回転子の磁極位置に合わせて、電流を流すステータコイルの組を順番に切替えるように動作する。この駆動回路１６は、図１及び図３に示すように、プリント基板の導電層と同じ層に形成されている。
なお、図１の符号３０は磁気センサに相当するものであり、回転子の磁極の変化を検出してこれを駆動回路に出力する。駆動回路は、この検出データに基づいて電流の流すステータコイルの組を繰り替えている。なお、磁気センサは、電流を流すステータコイルの組を駆動回路によって切替える上で必ずしも必須なものではない。
図４は、図１に示すステータを備えるブラシレスモータの模式図であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）はそれを側面方向から見た模式図である。既述の貫通孔１０内には回転軸３２が挿通されており、この回転軸３２と永久磁石からなる固定子４０は一体化されているか、あるいは、固定子４０に回転軸３２が圧入されているために、固定子４０は回転軸３２と一体になって回転する。回転軸３２は、モータのケース５０に嵌装してなる軸受３４によって回転自在に支持されている。
符号２０は、図１に示してなる複数の基板が積層された多層基板を供えたステータであり、このステータ（固定子）に対して回転軸の方向に沿ってシフトされた位置に永久磁石からなる回転子４０が設けられている。図４の実施形態によれば、コイルパターンが形成された基板２０をステータとしたことにより、駆動回路部１６を基板の導電パターンと同層にて形成することができる。
図５は、コイルパターンを形成する形態の他の例を示した模式図である。この図の形態が先に説明されたものと異なるのは次の通りである。コイルパターンの各一巻き毎にスルーホールを設けている点である。すなわち、コイルパターン１２Ａの第１巻線１２Ａ−１の末端に接点１２ＡＡが設けられ、これがスルーホール１４０を介して第２基板のコイルパターン１２Ｂの第１巻き線１２Ｂ−１の開始端１２ＢＡにスルーホールを介して接続されている。コイルパターンの第１巻線１２Ｂ−１の末端の接点１２ＢＢは貫通手段としてのスルーホール１４０Ａを介して第１基板のコイルパターンの第２巻き線１２Ａ−２の開始端１２ＡＢに接続されている。以後図示するように隣接するパターン間でこれを繰り返すことにより、全ての基板のコイルパターンの各巻き線同士を直列に連結して駆動回路に接続することができる。この実施形態によれば、スルーホールの数が増えるために、コイルで発生した熱を増えたスルーホールを介して十分放熱できるという効果を達成する。スルーホールは直径約０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの穴であり、穴の側壁に導電パターンが被覆されている。スルーホールを介してステータコイルに電流を流した際の発生熱を放出する。
次に既述のブラシレスモータを図６に示すように、コイル１２の組を３つから６極になるように、より多極化してもよい。
図７はブラシレスモータの第３の実施形態を示したものである。すなわち、多層基板のセット（１組）を回転軸３２の方向に複数組積層した構成である。図８は、さらに他の実施形態に係わるものであり、固定子４０の円周回りに多層基板２０を並べて配置した。多層基板の中心は大きい径の固定子が収容可能な程度の孔が形成され、各多層基板にはより多極に形成されたステータコイルの組が均等に円周方向に配置されている。この構成によれば、ブラシレスモータを既述の実施例のものに比較してより薄くすることができる。
図９は請求項に記載したコイル構造をソレノイドに応用した実施形態に係わる断面図を示したものである。この実施例では、軸（プランジャ）３２が永久磁石で構成されている。プランジャは固定子（多層基板）２０へ供給される駆動信号によって、矢印方向に沿って進退可能に構成されている。モータのケース５０はプランジャをこの方向に移動可能にするための軸受３４を備え、この軸受によってプランジャがモータのケースに支持されている。
この軸受は、ケースの厚さ方向で２箇所対向して設けられており、軸３２を２点軸支する。この軸受のための構造として、公知のものを適用できる。また、特願２００２−２５８２２９号において提案された磁気軸受構造を適用することもできる。この軸受構造は、軸３２を一対の磁石構造に依る磁気反発力に基づいて非接触状態で軸支するものであり、回転軸に振動が発生しても軸受構造における機械的な接触を防ぐことが可能となる。
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。図１０には既述のコイル構造を利用したモータを示している。このモータは、それぞれ環状に形成された、内側ステータ１１０と外側ステータ１１２との間に、これも環状に形成されたロータ４０がケース１１４に回転自在に支持された軸３２と一体に回転する構造を備えている。図１１に示すように、内側ステータと外側ステータとが間隔を持って向き合っており、この間には既述のロータ４０が回転自在に置かれている。
前記内側ステータ及び外側ステータには、円周方向に沿って所定のピッチで均等に既述の導電パターン（コイル）１６が形成されている。ロータにも円周方向に沿って所定のピッチで均等に永久磁石が配置されている。内側ステータ又は外側ステータでは、絶縁膜１Ａを介して複数の導電膜１Ｃが積層され、複数の導電膜に一連の導電パターンが形成されることによりコイルが作られている。複数の導電膜の間ではスルーホールを介してパターンが連続している。
この実施形態のものは、コイルパターンを作る方向が既述の実施形態のものとは異なっている。すなわち、既述の実施形態のものは導電膜の平面に沿ってパターンが形成されているのに対して、図１２及び図１３に示すように、複数の導電膜の積層方向に沿ってコイルパターンが形成されている。コイルパターン１２は、導電膜の積層方向に沿って渦巻き状になっており（図１３参照）、この渦巻き状のコイルパターンがステータの半径方向に沿って複数の層分形成されている（図１２参照）。図１２の例では、各コイルに９層の渦巻状パターンが備わっている。各層のパターンは、導電膜上で連結されている。

Claims (10)

1. 導電層と絶縁層とを交互に形成した積層体からなるモータのステータであって、各導電層には巻回された導電パターンのコイルが複数組形成され、前記絶縁層を介して隣接する導電層の前記コイル同士が前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続されてなるステータ。
2. 前記導電層の少なくとも一つに前記コイルの駆動回路を設けてなる請求項１記載のステータ。
3. 前記導電層が前記絶縁層としての絶縁基板に形成されてなる請求項１又は２記載のステータ。
4. 前記絶縁層を介して互いに隣接する導電層のコイルの各巻き線同士を、前記スルーホールを介して互いに接続させてなる請求項１乃至３のいずれか１項記載のステータ。
5. 前記導電パターンが導電層の平面方向に記載された請求項１項記載のステータ。
6. 導電層と絶縁層とを交互に形成した積層体からなるモータのステータであって、導電層には巻回された導電パターンのコイルが複数組形成され、前記絶縁層を介して連結する前記コイル同士が前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続されてなり、かつ前記コイルが複数の導電層の積層方向に形成されてなるステータ。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に係わるステータと、永久磁石からなる回転子と、を備えてなるモータ。
8. 複数の導電層と複数の絶縁層とを互いに積層させ、各導電層には導電パターンが巻回されたコイルが形成され、前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して当該絶縁層を介して隣接する導電層のコイルを互いに導通させてなるコイル構造において、前記コイルの前記導電パターンの一巻き毎に前記スルーホールを形成し、当該スルーホールを介して、前記絶縁層を介して隣接する導電層のコイルの導電パターンの一巻きと導通させてなるコイル構造。
9. 前記導電パターンが前記導電層の平面方向に形成されてなる請求項８記載のコイル構造。
10. 導電層と絶縁層とを交互に形成した積層体を備えるコイル構造であって、前記導電層には巻回された導電パターンのコイルが複数組形成され、前記絶縁層を介して連結する前記コイル同士が前記絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続されてなり、かつ前記コイルが複数の導電層の積層方向に形成されてなるコイル構造。

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