WO2004015843A1

WO2004015843A1 - 積層コイル及びこれを用いたブラシレスモータ

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Publication number: WO2004015843A1
Application number: PCT/JP2003/010069
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Itoh; Tadaaki Hourai
Original assignee: Hitachi Metals, Ltd.
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2004-02-19
Also published as: US7291956B2; CN1675815A; CN100541977C; EP1542337A4; US20050285470A1; EP1542337A1

Abstract

複数の絶縁体層からなる積層体内に導体パターンにより形成されたコイルからなる複数のコイル極を有する一体的なｎ相モータ用（ｎは2以上の自然数）の積層コイルであって、積層体の外面に形成された入力端子及び出力端子と、入力端子とコイル極を接続する第1の接続線路と、同相のコイル極を直列に接続する第2の接続線路とを備え、第1の接続線路と第2の接続線路は導体パターンにより形成されており、コイル極は第1の接続線路と第2の接続線路とに挟まれた複数の絶縁体層に形成されている積層コイル。

Description

積層コイノレ及ぴこれを用いたブラシレスモータ技術分野

本発明は、小型で薄型であり、かつ廉価なブラシレスモータとこれに用いる積層コイルに関する。背景技術

電子機器の小型化にともない、各電子機器に用いられるモータも小型 ·薄型化の要求が強い。このようなモータとして、例えば実開昭 58-172345号は、固定子コイルと、これに対向して配置された永久磁石を具備する回転子とを有する偏平ブラシレスモータであって、固定子コィルが絶縁基板面上に渦巻状に形成されたパターン状導体からなるシート状コイルを複数積層してなる偏平ブラシレスモータを開示している。

この偏平ブラシレスモータは、図 14〜： 16に示すように、 3相 8極構造のシート状コイル 50を回転子磁石 100の磁極面に対向させて、固定子ヨークに固定し、モータ磁極部を形成している。 1相のコイルは 8極の偏平コイル 1枚で形成され、隣接するコイル極 200は一筆書き的にかつ互いに逆極性になるように直列接続されている。複数のシート状コイル 50 は同心状に積層されており各コイル 50はヨークや印刷回路基板 (PCB) 等のコイル保持体 125により保持され、各コイル 50の端部は印刷回路基板 (PCB) 120のパターン面にはんだ等で接続されている。各シート状コイル 50は、薄い絶縁シート 210面上にエッチングやめつき等により渦卷状のパターン導体を施し、コイル極 200を形成したものである。

また特開昭 64-59902号は、セラミック粉末から得られたグリーンシート上に例えばスクリーン印刷技術等によりコイル導体パターンを形成してコイルシートとし、これを複数枚積層し、スルーホールによりコイル導体パターン間を導通させ、さらにコィル導体パターンとグリーンシートとを一体的に焼成したブラシレスモータ用の積層コイルを開示している。し力しながら、このような従来のコイルには以下の問題があった。まず実開昭 58-172345号に開示されたようなコイルでは、薄い絶縁シート面上にエッチングやめつき等により渦巻状のパターン導体を形成してコイル極とし、これを周方向に互いに所定の角度ずらせて配置して、 3相コイルとしているので、（1) 積層したコイル層を均一な接着層により接着する必要があり、（2)接着したコィル層間の位置ずれによりコイル極同士の短絡等が生し、回転ムラやトルクリップルが発生しゃすく、（3)絶縁シートとして用いるポリイミド、ポリエステル等のシートの機械的強度には限度があるので、絶縁シートを PCBやヨーク上に配置するのが一般的であり、更なる小型 ·薄型化が困難であった。

また特開昭 64-59902号のコィルでは、外部端子電極が形成されたグリーンシート基板に複数のコイルシートが積層されているが、コイルが形成された円形部分の厚みと外部端子電極が形成された矩形部分の厚みとが異なるので、積層コイルを生産性良く製造することができない。また外部端子電極部分の機械的強度を得るために、コイル導体パターンが形成されていないグリーンシート基板を厚くする必要があり、その結果積層コイルの厚みが増す。その上、外部端子電極部分があるために、積層コイルの面積が大きくなり、その結果ブラシレスモータの外形寸法が大きくなるといつた問題もあった。発明の目的

従って本発明の目的は、量産性に富み、回転ムラやトルクリップルといった問題がなく、モータ効率に優れ、高強度を有する小型 ·薄型の積層コイル、及ぴこれを用いたブラシレスモータを提供することである。発明の開示

本発明の第一の積層コイルは、複数の絶縁体層からなる積層体内に導体パターンにより形成されたコィルからなる複数のコィル極を有する一体的な n相モータ用（nは 2以上の自然数）の積層コイルであり、積層体の外面に形成された入力端子及び出力端子と、入力端子とコイル極を接続する第 1 の接続線路と. 同相のコイル極を直列に接続する第 2の接続線路とを備え、第 1の接続線路と第 2の接続線路は導体パターンにより形成されており、コィル極は第 1の接続線路と第 2の接続線路とに挟まれた複数の絶縁体層に形成されていることを特徴とする。

コイル極の数は nの倍数であり、相毎のコイル極数が等しいのが好ましい。モータの相数 nは 2以上の自然数から選択できる。 nを 2又は 3とすれば、モータを小型化できるとともに、安定したモータ特性を得ることができる。

好ましい実施態様では、積層体のほぼ中央部にブラシレスモータの回転軸及ぴ z又は軸受を配置する貫通孔を有する。貫通孔の中心は回転子の軸の中心とほぼ一致する。第 1の接続線路は、貫通孔を囲む環状導体部と、環状導体部と入力端子との接続を行う第 1の導体部と、環状導体部から延出しコイル極との接続を行う第 2の導体部とを有する。入力端子、出力端子及び第 1の接続線路とは積層体の一主面上に形成されているのが好まし、。また第 2の接続線路の各々は、半径が異なる 2つの円弧状部と、 2つの円弧状部を接続する放射状部とを有する。

第 2の接続線路の環状導体部を貫通孔を囲むように配置することにより、モータの回転性能が阻害されない。またコイル極に接続される第 2の導体部と入力端子に接続される第 1の導体部とを環状導体部から放射状に延出させれば、僅かではあるがコィルの有効長が増加し、モータ性能が向上する。

本発明の積層コィルでは、複数相のコィル極を構成するコィルは同一層の一面上に形成され、同相のコイル極を構成するコイルは隣り合わないようにモータ回転軸を中心にして 180° 対称な位置に配置されており、互いに第 2の接続線路により接続されている。このような構成により、コイル極の卷数を多くし、かつ各コイル極と回転子の永久磁石との間隔を実質的に同じにすることができるので、モータ特性が向上する。なお安定したモータの回転状態を得るには、各相のコィル極数の総和が相ごとに同じであるのが望ましい。

本発明の好ましい実施態様では、入力端子、出力端子及び第 1の接続線路が積層体の一主面上に形成されているので、印刷回路基板（PCB) との接続が容易である。入力端子及び出力端子はそれぞれ LGA (Land Grid Array) や BGA (Ball Grid Array) であるのが好ましい。本発明の第二の積層コィルは、複数の絶縁体層からなる積層体内に導体パターンにより形成されたコイルからなる複数のコィル極を有する一体的な 3相モータ用の積層コイルであり、積層体は矩形平板状に形成され、 1つの入力端子及ぴ 3つの出力端子のそれぞれが積層体の同一主面の異なる四隅に形成されていることを特徴とする。

コイル極はモータ回転軸の周りに環状に形成されているので、積層コイルを環状にしても良いが、環状にするには金型で打ち抜く等の手段が別途必要となり、個々の積層コイルを作製する工程が複雑ィヒする。これに対して、積層体を矩形平板状にすることにより、後述するように複数の積層体を含む積層基板から個々の積層コイルを形成するのが容易となる。

矩形平板状積層体の同一主面において、コィル極と積層方向に重複しないように主面の異なる四隅に入力端子と出力端子を形成すれば、モータ性能を劣化させることなく、積層コイルを小型ィ匕することができる。入力端子及び出力端子を比較的大きくできるので、 PCBとの端子接続強度を向上させることもでき- 積層体中でコイル極が形成されていない部分を有効利用することができる。

第一及ぴ第二の積層コイルにおいて、コイル極は積層方向に重なり合うように複数の絶縁体層に形成されたコィルを接続してなり、コィルは少なくとも内周側から外周側に時計方向に卷回された第 1のコイルと、外周側から内周側に時計方向に卷回された第 2のコイルとで構成され、第 1のコイルと第 2のコィルとは積層体に形成されたスルーホールを介して接続されており、もって第 1 のコイルと第 2のコイルは同じ卷回方向を有するのが好ましい。

このような構成により、第 1のコイルと第 2のコイルとに一定な方向に電流を流すと、一つのコィノレ極として動作する。従って、コイル極の卷数が多くなり、モータを高トルク化することができる。

異なる相のコイル極はモータ回転軸の周りに等角度間隔に配置するのが好ましい。また同相のコイル極はモータ回転軸の回転中心に 180° で回転対称な位置に配置するのが好ましレ、。実質的に同じ大きさのコィル極をモータ回転軸の周りに等角度間隔に配置すると、各コイル極の逆起電力がモータの回転軸に対して軸対称に発生するので、モータの回転精度を向上させることができる。コイルを扇型のスパイラルコイルとし、扇型スパイラルコイルの開角をモータの回転軸を中心として 55° 以下とするのが好ましい。モータの回転軸を中心として扇型スパイラルコイルを配置すると、回転軸を中心として放射状に延びる線路部分がトルク特性に寄与するコイル有効長となり、高トルクが得られるので好ましい。スパイラル状コイルの開角はスパイラル状コイルを構成する導体パターンの幅、コイル数、モータの相数等により設定するが、 3相モータで 6極構造の場合、開角の上限を 55° とするのが好ましい。

本発明のブラシレスモータは、上記積層コイルを固定子として有し、積層コィルは、交互に異なる磁極を有する永久磁石を具備する回転子に磁気空隙を介して対向するように配置されていることを特徴とする。積層コイルの異なる相のコイル極ごとに、電流を周期的に供給する電気信号制御部を備えているのが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は本発明の一実施例による積層コイルを示す斜視図であり、

図 2は図 1の積層コイルの内部構造を示す分解図であり、

図 3は図 1の積層コイルの等価回路を示す概略図であり、

図 4(a) は本発明の積層コィルの絶縁体層に形成された複数のコィルの一例を示す拡大平面図であり、

図 4(b) は本発明の積層コィルの絶縁体層に形成された複数のコィルの他の例を示す拡大平面図であり、

図 5(a) は本発明の一実施例による積層コイルの第一のコイルを示す拡大図であり、

図 5(b) は本発明の一実施例による積層コイルの第二のコイルを示す拡大図であり、

図 5(c) は本発明の一実施例による積層コイルの第三のコイルを示す拡大図であり、

図 6は本発明の一実施例による積層コイルを示す部分断面図であり、図 7は本発明の一実施例による積層コイルの貫通孔部を示す拡大平面図であり、

図 8は本発明の一実施例による積層コイルの内部接続状態を示す分解斜視図であり、

図 9は本発明の積層コイルの製造方法の一例を示す分解斜視図であり、図 10 は本発明の積層コイルが複数形成された積層基板を示す平面図であり. 図 11は本発明の一実施例によるブラシレスモータを示す断面図であり、図 12は本発明のブラシレスモータに用いる環状磁石を示す平面図であり、図 13は本発明の他の実施例によるブラシレスモータを示す断面図であり、図 14は従来のシート状コイルを示す部分拡大図であり、

図 15は従来のシート状コイルを示す部分断面図であり、

図 16は従来のシート状コイルを用いたブラシレスモータを示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

[1] 第一の実施態様

図 1は第一の実施態様による積層コイル 1を示す斜視図であり、図 2はその内部構造を示す分解図である。この積層コイル 1は複数のコィル極が一体ィ匕したものであり、低温焼成セラミック（LTCC) 材料からなる厚さ 20 /i m〜200 i mのグリーンシート上に、 Agや Cu等を主体とする導電ペーストを印刷して所望の導体パターンを形成して、導体パターンを有するグリーンシートを作製し、複数枚のグリーンシートを積層して焼成することにより、形成することができる。コイル極を形成する導体パターンの幅は約 100 // πι〜400 μ πιであるのが好ましい。

本発明の積層コイルの製造方法の一例を図 9及び図 10により詳細に説明する。まずドクターブレード法等の公知のシート成形方法により、セラミックス粉末、バインダー及び可塑剤からなるセラミックスラリーを、ポリエチレンテレフタレートフィルム等からなるキヤリアフィルムに均一な厚さに塗布し、数十/ m〜数百 μ πιの厚さのグリーンシートを形成する。乾燥したグリーンシートをキヤリアシートが付いたまま所定の寸法に裁断する。セラミックス粉末としては、例えば、（a) A1₂0₃を主成分とし、 Si0₂、 SrO、 CaO、 PbO、 Na₂0及び K₂Oの少なくとも 1種を複成分とする低温焼結可能な誘電体材料、 (b) AI2O3を主成分とし、 MgO、 Si0₂及び GdOの少なくとも 1種を複成分とする低温焼結可能な誘電体材料、（c) Bi₂0₃、 Y₂0₃、 CaC0₃、 Fe₂O₃、 IN₂0₃及び V₂0₅の少なくとも 1種を含む低温焼結可能な磁性セラミック材料等が挙げられる。

本実施例では、主成分が Al, Si, Sr及ぴ Tiからなり、副成分が Biからなる誘電体セラミックスを用いた。この誘電体セラミックスの主成分は、合計を 100質量％としたとき、 10〜60質量。 /₀ (A1₂0₃換算）の Al、 25〜60質量％ (Si0₂換算）の Si、 7.5〜50質量％ (SrO換算）の Sr、及び 20質量％以下 (Ti0₂換算）の Tiを含有していた。また主成分 100質量％に対して、副成分は 0.1〜： 10質量⁰ /₀ (Bi₂0₃換算）の Biを含有していた。

この誘電体セラミックスは、 7〜9の誘電率、 240 MPa以上の 3点曲げ強度 (JIS R 1601、試料：長さ 36 mm、幅 4 mm、厚さ 3 mm、支点間距離 30 mm) 、及び 110 GPa以上のヤング率を有し、 LTCC材料としては高い抗折強度及びヤング率を有するものである。

このようなグリーンシートに後述するコイル (図示せず) や入力端子及び出力端子等を導体パターンにより形成した後、所定の順序で積層及び圧着し、厚さがほぼ 0.4 mmの平板状積層体 300とした。グリ一ンシートにスルーホール (図示せず）を形成し、シート間の導体パターンを適宜接続することにより、コイル極を接続する。積層体のうち、モータ回転軸の回転中心となる部分を金型により打ち抜き、レーザ加工により直径 2 mmの貫通孔 10を形成した。

平板状積層体 300の主面に互いに平行な複数の分割溝と、この分割溝 320と直交する複数の分割溝 320を、それぞれほぼ 0.1 mmの深さに鋼刃で設けた。分割溝 320の深さは、分割や取り扱いの容易性等の観点から、 50 μ π！〜 300 μ mの範囲内とするのが好ましい。その後、平板状積層体 300を脱脂及ぴ焼結して、 65 mm X 60 mm X 0.3 mmの積層基板 300a (積層コイルの集合体）とした。積層基板 300aの外面には積層コイルの入力端子及び出力端子等が形成されており、これに無電解めつきにより Niめっき及び Auめっきを施した。めつき処理の後、分割溝 320に沿って積層基板 300aを分割して、図 1に示すように、 8 mm X 8 mm X 0.3 mmの外形寸法を有するブラシレスモータ用積層コィル 1とした。

図 2を参照して、積層コイルの内部構造を積層順に説明する。この積層コィルは 3相駆動電源を用いるブラシレスモータ用であり、図 3に示す等価回路を有する。

まず最下層（第 1層）には、同相のコイル極を接続するための第 2の接続線路 300a、 300b, 300cが形成されている。第 2の接続線路 300a、 300b, 300c はそれそれ後述するモータ回転軸の周りに等角度間隔に配置されており、各第 2の接続線路はモータ回転軸を中心とする 2つの円弧状部と、 2つ円弧状部を接続する放射状部とにより形成されている。

上記のような構成の第 2の接続線路 300a、 300b, 300cは、モータ回転軸の回転中心に関して回転対称な位置に配置された同相のコィル極を接続する。 2 つの円弧状部がモータ回転軸を中心とする円周上に配置されているので、モータの回転特性が阻害されず、僅かであるがトルク特性が向上している。

第 2の接続線路は積層体内部に形成されているが、積層体の主面に導電ぺーストを印刷したり転写したりしてもよく、その場合には少なくとも 1層のダリーンシートを削減できるので、積層コイルを薄型化できる。

第 1層の上に、複数のコイルが形成された第 2層が積層される。これらのコィルはモータ回転軸の周りに等角度間隔に配置され、複数相のコイル極を構成する。図 4(a)に第 2層に形成された複数のコイルの拡大平面図を示す。本実施例においては、 3相のコイル極となる 6つのコイル 251g、 252g、 253g, 251h、 252h、 253hがそれぞれ 60° 間隔に同一層上に形成されている。

上記 6つのコイルは、第 1のコイルパターン 251h、 252h、 253hと第 2のコイルパターン 251g、 252g、 253gにより構成され、第 1のコイルパターン 251h、 252h、 253hは外周側から内周側に時計方向に卷回され、外周端部に第 2の接続線路と接続するためのスルーホール部（図 2中黒丸で表示）を有し、第 2のコイルパターン 251g、 252g、 253gは外周側から内周側に時計方向に卷回され、内周端部に第 2の接続線路と接続するためのスルーホール部が形成されている。

図 4(a)に示すように、第 1のコイルパターン 251h、 252h、 253hと第 2のコイルパターン 251g、 252g、 253gはモータ回転軸の周りに交互に配置されている。第 1のコイルパターン 251h、 252h、 253hと第 2のコイルパターン 251g、 252g、 253gはともに外周側から内周側に時計方向に卷回されており、本発明の積層コイルにおいては、これらを第 2のコイルと呼ぶ。

本実施例においては、モータ回転軸に対して 180° の回転対称の位置にあるコイルパターンは第 2の接続線路により直列に接続され、同相のコイル極となる。すなわち、第 1のコイルパターン 251hと第 2のコイルパターン 251gは第 2の接続線路 300aにより接続され、第 1のコイルパターン 252hと第 2のコィルパターン 252gは第 2の接続線路 300bにより接続され、第 1のコイルパターン 253hと第 2のコィルパターン 253gは第 2の接続線路 300cにより接続され、それぞれコイル極を構成する。つまり接続線路 300aは図 3に示す第 2相のコイル極 61の中点を、接続線路 300bは第 1相のコィノレ極 60の中点を、接続線路 300cは第 3相のコイル極 62の中点をそれぞれ構成している。

第 2層の上には、複数のコイルが形成された第 3層が配置される。本実施例では、図 4(b)に示すように、複数のコイルは、モータ回転軸の周りに 60° の間隔に同一層上に形成された 3相のコイル極となる 6つのコイル 251e、 252e、 253e、 25 If, 252f、 253fであり、それぞれ 4ターン巻回されたスパイラル状コィノレである。

第 3層で内周側から外周側に時計方向に卷回された第 3のコイルパターン 251f、 252f、 253fは、第 2層に形成された第 1のコイルパターン 251h、 252h、 253h (外周側から内周側に時計方向に卷回されている）と積層方向に重なり合う。また第 3層に形成された第 4のコイルパターン 251e、 252e、 253e (内周側から外周側に時計方向に巻回されている）は、第 2層に形成された第 2のコィルパターン 251g、 252g、 253g (外周側から内周側に時計方向に卷回されている）と積層方向に重なり合う。第 2層及ぴ第 3層の対応するコイルはそれぞれスルーホール部を介して同じ卷回方向に接続されている。

第 3のコイルパターン 251f、 252f、 253f と第 4のコイルパターン 251e、 252e、 253e はともに内周側から外周側に時計方向に卷回されており、本発明の積層コイルにおいては、これらを第 1のコイルと呼ぶ。

第 4層のコイルは第 2層のコイルと実質的に同様に構成されており、また第 5層のコイルは第 3層のコイルと実質的に同様に構成されている。

第 2〜5層に形成され積層方向に重なり合う同相のスパイラル状コイルは、例えばコイルパターン 251a、 251c, 251e、 251gに着目すれば、内周側から外周側に時計方向に卷回された第 1のコイルパターン 251aと、第 1のコイルパターン 251aの外周端と接続し外周側から内周側に時計方向に卷回された第 2 のコイルパターン 251cと、第 2のコイルパターン 251cの内周端と接続し内周側から外周側に時計方向に卷回された第 3のコイルパターン 251eと、第 3のコィルパターン 251eの外周端と接続し外周側から内周側に時計方向に卷回された第 4のコイルパターン 251gとで構成され、いずれのコイルパターンも同じ卷回方向であるので、第 1のコイルと第 2のコイルには一定の方向に電流が流れる。

本実施例においては、各コイルを 4ターンとし、かつ平面的に異なる領域に形成された同相のコイル極を接続して、 1相当たりのコイルの卷き数を 32ターンと多くしているので、モータの高トルク化を達成することができる。コイルの巻き数は、コイルが形成された層の数を増減することにより、容易に調整することができる。

次にコイルの詳細な構造について説明する。図 5(a) は第 2層に形成された第 1のコイルパターン 251hを示し、図 5(b) は第 3層に形成された第 3のコィルパターン 251fを示す。

本実施例においては、各コイルを 4 ターンのスパイラル状コイルとしている _c トルク性能を向上させるためには各コイルの卷き数を多くするのが望ましいが、各コイルを構成する導体パターンの幅を狭くして卷き数を増加させると、直流抵抗が増加する。またモータの相数やモータの外形寸法により、コイル形成領域が制約される。そのため、各コイルの卷き数は 2〜6ターンが適当である。各コイルの形状は扇型とするのが好ましい。各コイルの開角 Θは、モータの相数やコイル数等により決まり、隣のコイルと接触しない程度に適宜設定する本実施例では、各コイルの開角 Θは 50° としている。

図 5(c) はコイルの好ましい別の構成例を示す。このようにトルク特性に寄与するコイルの線路部分（コイル有効長 L) を、回転軸を中心として放射状に延ぴるようにすれば、発生する力がモータの回転に最も効率的に作用し、高トルクが得られる。またトルク特性に寄与しないコイルの円周部分をモータ回転軸を中心とする円周にそって円弧状とすることにより、モータの回転性能を阻害しないようにしている。

図 6は積層コイルの部分断面図である。図 6に示すように、積層方向に重なり合う同相のコィルにおいて、各コィルの導体が積層方向に重なり合わないように千鳥状に積層するのが好ましい。積層方向に隣接するコイルの間隔が狭い場合、導体が積層方向に重なり合うようにコイルを配置して圧着すると、コィルの導体が変形し、導体が形成された部分とされていない部分とで圧着力が均一でなく、デラミネーシヨン（層間剥離）や微少なひびが発生することがある。そのため、図 6に示すように構成することで、コイルの導体のつぶれや歪みを低減し、デラミネーシヨン等を抑制する。

またグリーンシートはコイルの導体より変形しやすいため、コイルを千鳥状に積層するとコイルパターン 251b、 251d、 251f, 251hの間隔を狭く形成することができる。従って、コイルが実質的に密状態で形成されることとなり、導体占積率を向上させることができる。

最上層（第 6層）には、コイル用と同じ導電ペーストを印刷して入力端子 IN及ぴ出力端子 OUTl〜3と、コィル極を接続する第 1の接続線路とを形成する。第 1の接続線路は、積層体のほぼ中央部に形成された貫通孔 10を囲むように形成された環状導体部 210と、環状導体部 210と入力端子 INとの接続を行う第 1の導体部 200と、環状導体部 210から延出しコイル極との接続を行う第 2の導体部 201a, 201b, 201cとにより構成されている。

このようにして、図 3及び図 8に示すように、入力端子 INと出力端子 OUT1との間に配置される第 1相のコィル極 60をコイル 252a〜252hで形成し、入力端子 INと出力端子 OUT2との間に配置される第 2相のコイル極 61 をコイル 251a〜251hで形成し、入力端子 INと出力端子 OUT3との間に配置される第 3相のコィル極 62をコイル 253a〜253 hで形成した。

積層体のほぼ中央部に形成された貫通孔 10の中心は回転子の軸の中心とほぼ一致する。貫通孔 10は、積層体の金型による打ち抜きやレーザ加工等により形成するが、コィルゃ入力端子及び出力端子等を形成する工程とは別の工程で形成するので、貫通孔が所望の位置からずれてしまうことがある。このような場合、図 Ίに示すように貫通孔 10を囲むように環状導体部 210を形成しておけば、貫通孔 10の中心 410と環状導体部 210の中心 400との位置ずれを容易に確認できるだけでなく、三次元測定器等の計測機器によりそれぞれの中心 410， 400の位置を計測すれば、ずれ量の測定も容易となる。その結果、積層コイルの良否判定を容易にかつ定量的に行うことができる。

以上のようにして、 8 mm X 8 imn X 0.3 nimのブラシレスモータ用積層コィルを作成した。なお積層コイルの主面をオーバーコートガラスでコートしても良い。 [2] 第二の実施態様

図 11は本発明の積層コイルを用いて構成したブラシレスモータの一例を示す。図 11に示すブラシレスモータは、図 12に示す N極と S極を交互に有する環状磁石 100をヨーク 105aに固定した第 1の回転子 101aと、第 1の回転子 101aの中央に結合された回転軸 130と、所定の磁気空隙を介して第 1の回転子 101aに面する積層コイル 1を具備する固定子 125と、積層コイル 1に形成されたコイル極 50に駆動電流を周期的に供給する電気信号制御部（図示せず）と、積層コイル 1に形成された入力端子及び出力端子と接続する回路パターンが形成された PCBと、第 1の回転子 101aが円滑に回転するように固定子 125にプッシング 140を介して固定され、第 1の回転子 101aに連結された回転軸 130を支持する軸受け 150とを具備する。このブラシレスモータは 3駆動電源を用いる。

積層コイル 1自体は第一の実施態様のものと同じで良いので、説明を省略する。環状磁石 100は、 Nd-Fe-B焼結磁石、 SnrCo焼結磁石等の希土類焼結磁石、 Nd_Fe-B、 Sm-Fe-N, SnrCo等の希土類ポンド磁石、又はフェライト焼結磁石等の保持力の高い永久磁石材料からなるのが好ましい。固有保持力 iHcが残留磁束密度 Brより高い永久磁石材料を使用することにより、環状磁石 100 を薄くできる。環状磁石 100は一体的なリング磁石に限らず、リングを分割した扇形や矩形の磁石でも良い。

積層コイル 1上のコイル極 50に電気信号制御部から駆動電流を供給し、磁場を発生させる。この磁場は第 1の回転子 101aの環状磁石 100の磁界と作用し、電磁力を発生する。これによつて第 1の回転子 101aと固定子 125との間にトルクが発生し、その結果第 1の回転子 101aは所定の角度回転する。電気信号制御部から駆動電流を各相のコイル極に順次印加することにより、第 1の回転子 105aは連続して回転する。

積層コイル 1に、第 1の回転子 101aの磁極センサ用のランドを設けてもよい。この磁極センサは例えばホール素子により構成される。ホール素子と回路パターンが形成された PCBとを接続する線路パターンを積層コイル 1に形成しても良い。また FG (Frequency Generator) コィルを積層コイル 1の内部又は主面に形成しても良いし、積層コイル 1にキヤビティを設けてホール素子を配置してもよい。

以上のような構成にすれば、第 1の回転子 101aと固定子 125との磁気空隙を大きくすることなく、薄型で高出力のモータを得ることができる。

入力端子及び出力端子を積層コイル 1の一主面上に形成するので、 PCBに直接実装することができ、回路パターンとの電気的接続が容易である。さらに入力端子及び出力端子を積層コイル 1の一主面上の四隅に形成するので、 PCBの貫通穴 135の周囲に実装することができる。積層コイル 1はコイルを積層することにより薄くでき、また積層体に用いるセラミック材料は高い抗折強度及ぴヤング率を有するので、積層体は薄くても十分な強度を有する。よって、 PCB に回転子を接近させて設けることができ、モータを薄型にできる。

本実施例では PCBを用いたが、積層コイル 1 を大きな平面状基板に構成し、電気信号制御部を積層コィル基板に構成しても良い。

[3] 第三の実施態様図 13は本発明のブラシレスモータの他の例を示す。このブラシレスモータは、図 12に示すように N極と S極を交互に有する環状磁石 100をヨーク 105a に固定した第 1の回転子 101aと、環状磁石 100aと逆極性の環状磁石 100bを環状磁石 100aと対向するようにヨーク 105bに固定した第 2の回転子 101bと、第 1の回転子 101aの中央孔及ぴ第 2の回転子 101bの中央孔に結合された回転軸 130と、所定の空隙を介して第 1の回転子 101a及ぴ第 2の回転子 101b に面して、第 1及ぴ第 2の回転子 101a， 101bに逆方向の電磁気力を与える積層コイル 1を具備する固定子 125と、積層コイル 1に形成されたコィル極 50 に駆動電流を周期的に供給する電気信号制御部と、積層コイル 1に形成された入力端子及び出力端子と接続する回路パターンが形成された PCBと、第 1及び第 2の回転子 101a、 101bが円滑に回転するように固定子 125にプッシング 140を介して固定され、第 1及び第 2の回転子 101a、 101bに連結された回転軸 130を支持する軸受け 150とを具備する。このブラシレスモータは 3駆動電源を用いる。

本実施例に用いる積層コイル 1は大きな平面状基板上に構成され、駆動電流を周期的に供給する電気信号制御部等の回路パターンは一体的に形成されている。他の構成は第一の実施態様のものとほぼ同じであるので、説明を省略する。このダブルロータ型ブラシレスモータでは、第 1及び第 2の回転子 101a、 101bのほぼ中間に複数のコィノレ極が形成された固定子が配置されている。各コイル極は、第 1及び第 2の回転子 101a、 101bの環状磁石 100a、 100bを吸引する力反発するように設定されている。そのため、第 1及び第 2の回転子 101a, 101bは、固定子 125により反対方向で同じ大きさの吸引力又は反発力を受ける。その結果、シングルロータ型ブラシレスモータより回転軸方向の振動が抑えられる。本実施例においても、第 1の回転子 101aと固定子 125との空隙と第 2の回転子 101bと固定子 125との空隙を同じにして、固定子 125を薄くすることができる。従って、薄型で振動の少ないモータを得ることができる。

産業上の利用の可能性本発明の積層コイルは、高効率で小型 ·薄型であり、回転ムラやトルクリップル等の問題がなく、量産性に富む。またかかる積層コイルを用いた本発明のブラシレスモータは、薄型で振動が少ない。

Claims

請求の範囲

1. 複数の絶縁体層からなる積層体内に導体パターンにより形成されたコィルからなる複数のコィル極を有する一体的な n相モータ用（nは 2以上の自然数）の積層コイルであって、前記積層体の外面に形成された入力端子及ぴ出力端子と、前記入力端子と前記コイル極を接続する第 1の接続線路と、同相のコイル極を直列に接続する第 2の接続線路とを備え、前記第 1の接続線路と前記第 2の接続線路は導体パターンにより形成されており、前記コイル極は前記第 1の接続線路と前記第 2の接続線路とに挟まれた複数の絶縁体層に形成されていることを特徴とする積層コイル。

2. 請求項 1に記載の積層コイルにおいて、前記コイル極の数が nの倍数であり、相毎のコィル極数が等しいことを特徴とする積層コイル。

3. 請求項 1又は 2に記載の積層コイルにおいて、 nが 2又は 3であることを特徴とする積層コイル。

4. 請求項 1〜3のいずれかに記載の積層コイルにおいて、前記積層体のほぼ中央部にブラシレスモータの回転軸及び/又は軸受を配置する貫通孔を有することを特徴とする積層コイル。

5. 請求項 4に記載の積層コイルにおいて、前記第 1の接続線路は、前記貫通孔を囲む環状導体部と、前記環状導体部と前記入力端子との接続を行う第 1の導体部と、前記環状導体部から延出し前記コィル極との接続を行う第 2の導体部とを有することを特徴とする積層コィル。

6. 請求項 1〜5 のいずれかに記載の積層コイルにおいて、前記入力端子、前記出力端子及び前記第 1の接続線路とが前記積層体の一主面上に形成されていることを特徴とする積層コイル。

7. 請求項 1〜6のいずれかに記載の積層コイルにおいて、前記第 2の接続線路の各々は、半径が異なる 2つの円弧状部と、前記 2つの円弧状部を接続する放射状部とを有することを特徴とする積層コイル。

8. 複数の絶縁体層力らなる積層体内に導体パターンにより形成されたコィルからなる複数のコィル極を有する一体的な 3相モータ用の積層コイルであつて、前記積層体は矩形平板状に形成され、 1つの入力端子及ぴ 3つの出力端子のそれぞれが前記積層体の同一主面の異なる四隅に形成されていることを特徴とする積層コイル。

9. 請求項 1〜8のいずれかに記載の積層コイルにおいて、前記コイル極は積層方向に重なり合うように複数の絶縁体層に形成されたコィルを接続してなり、前記コイルは少なくとも内周側から外周側に時計方向に卷回された第 1 のコイルと、外周側から内周側に時計方向に巻回された第 2のコイルとで構成され、前記第 1のコイルと前記第 2のコイルとは前記積層体に形成されたスル一ホールを介して接続されており、もって前記第 1のコイルと前記第 2のコィルは同じ卷回方向を有することを特徴とする積層コイル。

10. 請求項 1〜9のいずれかに記載の積層コイルにおいて、異なる相のコィル極がモータ回転軸の周りに等角度間隔に配置されていることを特徴とする積層コイル。

11. 請求項 10に記載の積層コイルにおいて、同相のコイル極がモータ回転軸の回転中心に 180° で回転対称な位置に配置されていることを特徴とする積層コイル。

12. 請求項 1〜11のいずれかに記載の積層コイルにおいて、前記コイルは扇型のスパイラルコイルであり、前記扇型スパイラルコイルの開角はモータの回転軸を中心として 55° 以下であることを特徴とする積層コイル。

13. 請求項 1〜； 12のいずれかに記載の積層コイルを固定子として用いたブラシレスモータであって、前記積層コイルは、交互に異なる磁極を有する永久磁石を具備する回転子に磁気空隙を介して対向するように配置されていることを特徴とするブラシレスモータ。

14. 請求項 13に記載のブラシレスモータにおいて、前記積層コイルの異なる相のコイル極ごとに、電流を周期的に供給する電気信号制御部を備えていることを特徴とするブラシレスモータ。