專利名稱：層疊線圈和用層疊線圈的無電刷電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型、薄型而且廉價(jià)的無電刷電機(jī)以及其中使用的層疊線圈。
背景技術(shù)：
隨著電子儀器的小型化，各種電子儀器用電機(jī)也急需小型、薄型化。作為這種電機(jī)，例如在實(shí)開昭58-172345號(hào)公報(bào)中公開了一種扁平無電刷電機(jī)，這種電機(jī)是具有定子線圈、和具有與其相對(duì)向配置的永磁鐵的轉(zhuǎn)子的扁平無電刷電機(jī)，由在絕緣基板面上以旋渦狀形成定子線圈的圖案狀導(dǎo)體構(gòu)成的片狀線圈多個(gè)層疊而成。
這種扁平無電刷電機(jī)，如圖14～16所示，使三相8極構(gòu)成的片狀線圈50與轉(zhuǎn)子磁鐵100的磁極面相對(duì)，固定在定子軛鐵上形成電機(jī)磁極部。單相線圈由一個(gè)8極扁平線圈形成，相鄰的線圈電機(jī)200被串聯(lián)連接得互相連續(xù)并且極性相反。多個(gè)片狀線圈50層疊成同心狀，各線圈50由軛鐵或印刷電路板(PCB)等的線圈保持體125所保持，各線圈50的端部利用焊料等連接在印刷電路板(PCB)120的圖案面上。各片狀線圈50，是通過蝕刻或電鍍法等在薄的絕緣片材210面上形成旋渦狀圖案狀導(dǎo)體，形成了線圈電機(jī)200的。
而且特開昭64-59902號(hào)公報(bào)中公開了一種無電刷電機(jī)用的層疊線圈，這種線圈是例如用絲網(wǎng)印刷法等在用由陶瓷粉末得到的生坯片材上形成線圈導(dǎo)體圖案，制成線圈片材，將其數(shù)片層疊，線圈圖案之間用通孔導(dǎo)通，進(jìn)而將線圈導(dǎo)體圖案與生坯片材一體煅燒而成的。
然而這種現(xiàn)有的線圈有以下問題。首先，對(duì)于實(shí)開昭58-172345號(hào)公報(bào)中公開的線圈而言，由于是通過蝕刻或電鍍法等在薄的絕緣片材面上形成旋渦狀圖案狀導(dǎo)體作為線圈極，將其沿著圓周方向互相以規(guī)定角度錯(cuò)開配置，以形成三相線圈的，所以存在(1)需要用粘接層粘結(jié)層疊的線圈層，(2)因粘接的線圈間位置錯(cuò)開而容易產(chǎn)生線圈極間的短路等，而且容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)鼓不均和扭矩波動(dòng)，(3)作為絕緣片材使用的聚酰亞胺、聚酯等片材機(jī)械強(qiáng)度有限，所以一般將絕緣片材配置在PCB和軛鐵上，因而難于小型化和薄型化。
而且對(duì)于特開昭64-59902號(hào)公報(bào)的線圈而言，在形成了外部端子電極的生坯片材基板上層疊多個(gè)線圈片材，由于形成線圈的圓形部分的厚度與形成了外部端子電極的矩形部分的后部不同，所以不能以生產(chǎn)性能優(yōu)良地制造層疊線圈。而且為了獲得外部端子電極部分的機(jī)械強(qiáng)度，需要將未形成線圈導(dǎo)體圖案的生坯片材基板加厚，其結(jié)果層疊線圈的厚度將會(huì)增加。此外，為了擁有外部端子電極部分，層疊線圈的面積將會(huì)增大，其結(jié)果無電刷電機(jī)的外形尺寸將會(huì)增大的問題。
發(fā)明目的鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種批量生產(chǎn)性好、沒有轉(zhuǎn)鼓不均和扭矩波動(dòng)問題、電機(jī)效率優(yōu)良、具有高強(qiáng)度的小型、薄型的層疊線圈，以及使用這種線圈的無電刷電機(jī)。
發(fā)明的公開本發(fā)明的第一種層疊線圈，是在由多個(gè)絕緣體層構(gòu)成的層疊體內(nèi)具有由導(dǎo)體圖案形成的線圈構(gòu)成的多個(gè)線圈極的一體n相電機(jī)用(n為2以上的自然數(shù))層疊線圈，其特征在于其中具備在層疊體的外面形成的輸入端子和輸出端子，連接輸入端子與線圈極的第一連接線路，和串聯(lián)連接同相線圈極的第二連接線路，事先由導(dǎo)體圖案形成有第一連接線路與第二連接線路，線圈極是在第一連接線路與第二連接線路夾持的多個(gè)絕緣體層上形成的。
線圈極數(shù)是n的倍數(shù)，每相的線圈極數(shù)優(yōu)選相等。電機(jī)的相數(shù)n可以從n為2以上的自然數(shù)中選擇。若n為2或3，則可以使電機(jī)小型化，同時(shí)還可以獲得穩(wěn)定的電機(jī)特性。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在層疊體的大體中央部具有配置無電刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸和/或軸承的通孔。通孔的中心與轉(zhuǎn)子的軸的中心大體一致。第一連接線路具有圍繞通孔的環(huán)狀導(dǎo)體部，對(duì)環(huán)狀導(dǎo)體部與輸入端子進(jìn)行連接的第一導(dǎo)體部，和從環(huán)狀導(dǎo)體部延伸與線圈極進(jìn)行連接的第二導(dǎo)體部。輸入端子、輸出端子和第一連接線路，優(yōu)選形成在層疊體的一個(gè)主面上。而且第二連接線路中的每一個(gè)都具有半徑不同的兩個(gè)圓弧狀部，和連接兩個(gè)圓弧狀部的放射狀部。
將第二連接線路的環(huán)狀導(dǎo)體部配置得包圍通孔，不會(huì)妨礙電機(jī)的旋轉(zhuǎn)性能。而且若使與線圈電機(jī)連接的第二導(dǎo)體部與連接輸入端子的第一導(dǎo)體部從環(huán)狀導(dǎo)體部以放射狀向外延伸，則少許增加線圈的有效程度就能提高電機(jī)的性能。
本發(fā)明的層疊線圈中，構(gòu)成多個(gè)相線圈極的線圈在同一層的一面上形成，將構(gòu)成同相線圈極的線圈，以電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸為中心呈180°對(duì)稱配置得互相相鄰，用第二連接線路互相連接。根據(jù)這種構(gòu)成，由于線圈極的匝數(shù)多，而且可以使各線圈極與轉(zhuǎn)子的永久磁鐵間的間隔實(shí)質(zhì)上相同，所以能提高電機(jī)特性。其中為了獲得穩(wěn)定的電機(jī)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)使各相線圈的電極數(shù)的總和互相相同。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，由于輸入端子、輸出端子和第一連接線路在層疊體的一個(gè)主面上形成的，所以容易實(shí)現(xiàn)與印刷電路板(PCB)的連接。輸入端子和輸出端子分別優(yōu)選LGA(Land Grid Array)或BGA(BallGrid Array)。
本發(fā)明的第二種層疊線圈，其特征在于，是在由多個(gè)層疊體層構(gòu)成的層疊體內(nèi)具有由導(dǎo)體圖案形成的線圈構(gòu)成的多個(gè)線圈極的一體的3相電機(jī)用層疊線圈，層疊體形成為矩形平板狀，一個(gè)輸入端子和三個(gè)輸出端子分別形成在層疊體的同一主面上的不同的四角。
由于線圈極是在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的四周以環(huán)狀形成的，所以雖然可以將層疊線圈制成環(huán)狀，但是為了制成環(huán)狀需要另外采用金屬模具沖壓等方法，因而使制作單個(gè)線圈的工序復(fù)雜化。針對(duì)這一點(diǎn)，通過將層疊體制成矩形平板狀，使得像后述那樣用包含多個(gè)層疊體的層疊基板形成單個(gè)線圈的操作變得更加容易。
在矩形平板狀層疊體的同一主面上，若在主面的不同四角上使輸入端子和輸出端子形成得與線圈極的層疊方向不重復(fù)，則電機(jī)性能不會(huì)劣化，能使層疊線圈小型化。由于能使輸入端子和輸出端子較大，所以可以提高與PCB端子的連接強(qiáng)度，因而可以有效利用層疊體中未形成線圈極的部分。
在第一和第二層疊線圈中，將在多個(gè)絕緣體層上形成的線圈連接得線圈極在層疊方向上互相重疊，線圈至少由從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)按照順時(shí)針方向纏繞的第一線圈，與從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)按照順時(shí)針方向纏繞的第二線圈構(gòu)成，第一線圈與第二線圈通過在層疊體上形成的通孔而連接，而且優(yōu)選第一線圈與第二線圈具有相同纏繞方向的。
根據(jù)這種構(gòu)成，一旦電流沿著一定方向流過第一線圈與第二線圈，就會(huì)以一個(gè)線圈極動(dòng)作。因此，線圈極的匝數(shù)增多，可以使電機(jī)高扭矩化。
不同相的線圈極優(yōu)選以等角度沿著電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸四周配置。而且同相的線圈極優(yōu)選以180°沿著電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心以圓周對(duì)稱位置配置。一旦使實(shí)質(zhì)上相同大小的線圈極在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的四周以等角度配置，由于各線圈極的反向感生電壓就會(huì)以電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸軸對(duì)稱地產(chǎn)生，所以可以提高使電極的旋轉(zhuǎn)精度。
優(yōu)選將線圈制成扇形螺旋線圈，使扇形螺旋線圈的開角以電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸為中心定為55°以下。一旦以電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸為中心配置扇形螺旋線圈，由于以旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀延伸的線路部分有助于扭矩特性的線圈有效程度就會(huì)延長，可以獲得高扭矩，因而優(yōu)選。螺旋狀線圈的開角雖然根據(jù)構(gòu)成螺旋狀線圈的導(dǎo)體圖案的寬度、線匝數(shù)、電機(jī)相數(shù)等而設(shè)定，但是在三相電機(jī)6級(jí)構(gòu)成的情況下，優(yōu)選將開角的上限定為55°。
本發(fā)明的無電刷電機(jī)，其特征在于，具有上述層疊線圈作為定子，借助于磁場間隙將層疊線圈配置得與具備帶交互不同磁極永久磁鐵的轉(zhuǎn)子相對(duì)向。在層疊線圈不同相的每個(gè)線圈極上優(yōu)選備有周期供給電流的電信號(hào)控制部。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的立體圖。
圖2是表示圖1中層疊線圈內(nèi)部構(gòu)成的分解圖。
圖3是表示圖1中層疊線圈的等效電路的示意圖。
圖4(a)是表示在本發(fā)明的層疊線圈的絕緣體層上形成的一個(gè)多個(gè)線圈實(shí)例的平面放大圖。
圖4(b)是表示在本發(fā)明的層疊線圈的絕緣體層上形成的另一個(gè)多個(gè)線圈實(shí)例的平面放大圖。
圖5(a)是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的第一線圈的放大圖。
圖5(b)是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的第二線圈的放大圖。
圖5(c)是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的第三線圈的放大圖。
圖6是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的局部截面圖。
圖7是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的通孔部分的平面放大圖。
圖8是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中層疊線圈的內(nèi)部狀態(tài)的分解立體圖。
圖9是表示本發(fā)明的一個(gè)層疊線圈制造方法實(shí)例的分解立體圖。
圖10是表示形成了多個(gè)本發(fā)明的層疊線圈的層疊基板的平面圖。
圖11是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中無電刷電機(jī)的截面圖。
圖12是表示本發(fā)明的無電刷電機(jī)用的環(huán)狀磁鐵的平面圖。
圖13是表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中無電刷電機(jī)的截面圖。
圖14是表示現(xiàn)有的片狀線圈的局部放大圖。
圖15是表示現(xiàn)有的片狀線圈的局部截面圖。
圖16是表示采用現(xiàn)有片狀線圈的無電刷電機(jī)的截面圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式[1]第一種實(shí)施方式圖1是表示第一種實(shí)施方式的層疊線圈1的立體圖，圖2是表示其內(nèi)部構(gòu)成的分解圖。這種層疊線圈1是多個(gè)線圈極一體化的，可以采用在由低溫?zé)Y(jié)陶瓷(LTCC)材料構(gòu)成的厚度20微米～200微米的生坯片材上，印刷以Ag和Cu等為主體的導(dǎo)電糊，形成所需的導(dǎo)體圖案，制成具有導(dǎo)體圖案的生坯片材，將多片生坯片材層疊后煅燒的方式制成。形成線圈極的導(dǎo)體圖案的寬度優(yōu)選為約100微米～400微米的。
以下用圖9和圖10詳細(xì)說明本發(fā)明的層疊線圈的制造方法的一個(gè)實(shí)例。首先采用刀涂法等公知的片材成形方法，將由陶瓷粉末、粘結(jié)劑和增塑劑組成的陶瓷漿料，以均勻厚度涂布在用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等制成的載體薄膜上，制成數(shù)十微米～數(shù)百微米厚度的生坯片材。將干燥后的生坯片材與附帶的載體片材一起剪切成規(guī)定大小。
作為陶瓷粉末，例如可以舉出(a)以Al2O3為主要成分，以SiO2、SrO、CaO、PbO、Na2O和K2O中至少一種物質(zhì)作為輔助成分的可低溫?zé)Y(jié)的電介質(zhì)材料，(b)以Al2O3為主要成分，以MgO、SiO2和GdO中的至少一種物質(zhì)作為輔助成分的可低溫?zé)Y(jié)的電介質(zhì)材料，和(c)含有Bi2O3、Y2O3、CaCO3、Fe2O3和V2O5中的至少一種物質(zhì)的可低溫?zé)Y(jié)的磁性陶瓷材料等。
本實(shí)施例中，使用了主要成分由Al、Si、Sr和Ti組成，輔助成分由Bi構(gòu)成的電介質(zhì)陶瓷。這種電介質(zhì)陶瓷的主要成分，當(dāng)總量為100重量％時(shí)，含有10～60重量％(換算成Al2O3)的Al、25～60重量％(換算成SiO2)的Si、7.5～50重量％(換算成SrO)的Sr、和20重量％以下(換算成TiO2)的Ti。而且相對(duì)于100重量％主要成分，輔助成分含有0.1～10重量％(換算成Bi2O3)的Bi。
這種電介質(zhì)陶瓷具有7～9的介電常數(shù)、240MPa以上的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度(JIS 1601，樣品長36毫米、寬4毫米、厚3毫米，支點(diǎn)間距離30毫米)、以及110GPa以上的楊氏模量，作為LTCC是具有高的抗彎強(qiáng)度和楊氏模量的。
在這種生坯片材上用導(dǎo)體圖案形成后述的線圈(圖中未示出)或輸入端子和輸出端子等之后，按照規(guī)定順序?qū)盈B加壓，制成厚度大約0.4毫米的平板狀層疊體300。在生坯片材上形成通孔(圖中未示出)，通過適當(dāng)連接片材之間的導(dǎo)體圖案，將線圈極連接。層疊體中作為電極旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心的部分用金屬模具沖壓，利用激光加工形成直徑2毫米的通孔10。
利用合金鋼刀具分別在平板狀層疊體300上設(shè)置深度大約0.1毫米的互相平行的多個(gè)分割溝，和與這些分割溝320正交的多個(gè)分割溝320。分割溝320的深度，從容易分割和處理的觀點(diǎn)來看優(yōu)選為50～300微米范圍內(nèi)。然后將平板狀層疊體300脫脂和煅燒，制成65mm×60mm×0.3mm的層疊基板300a(層疊線圈的集合體)。在層疊基板300a的外面事先形成有層疊線圈的輸入端子和輸出端子等，利用無電解電鍍法在其上鍍Ni和鍍Au。電鍍處理后，沿著分割溝將層疊基板300a分割，如圖1所示，制成具有8mm×8mm×0.3mm外形尺寸的無電刷電機(jī)用層疊線圈1。
以下參照附圖2按順序說明層疊線圈的內(nèi)部構(gòu)成。這種層疊線圈是采用三相驅(qū)動(dòng)電源用的無電刷電機(jī)用的，具有圖3所示的等效電路。
首先在最下層(第一層)上形成有用以連接同相線圈極的第二連接線路300a、300b和300c。第二連接線路300a、300b和300c，事先分別在后述的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的四周以等角度間隔配置著，各第二連接線路由以電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸為中心的兩個(gè)圓弧狀部，和連接兩個(gè)圓弧狀部的放射狀部而形成的。
上述構(gòu)成的第二連接線路300a、300b和300c，連接被配置在圍繞電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱位置上的同相線圈極。由于兩個(gè)圓弧狀部被配置在以電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓周上，所以不會(huì)阻礙電機(jī)的旋轉(zhuǎn)特性，將少許提高扭矩特性。
第二連接線路雖然是在層疊體內(nèi)部形成的，但是也可以在層疊體的主面上印刷導(dǎo)電糊或者轉(zhuǎn)印導(dǎo)電糊，這種情況下由于可以至少削減一層生坯片材，所以可以使層疊線圈薄層化。
在第一層上層疊形成多個(gè)線圈的第二層。這些線圈在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的四周以等角度配置，構(gòu)成多個(gè)相的線圈極。圖4(a)表示在第二層上形成的多個(gè)線圈的放大平面圖。本實(shí)施例中，成為三相線圈極的六個(gè)線圈，形成在251g、252g、253g、251h、252h、253h分別以60°間隔在同一層上。
上述六個(gè)線圈，由第一線圈圖案251h、252h、253h和第二線圈圖案251g、252g、253g構(gòu)成，第一線圈圖案251h、252h、253h從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)按照順時(shí)針方向纏繞，在外周端部具有與第二連接線路連接用的通孔部分(圖2中用黑點(diǎn)表示)，第二線圈圖案251g、252g、253g從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)按照順時(shí)針方向纏繞，在內(nèi)周端部形成有與第二連接線路連接用的通孔部分。
如圖4(a)所示，第一線圈圖案251h、252h、253h和第二線圈圖案251g、252g、253g，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸四周交替配置著。第一線圈圖案251h、252h、253h和第二線圈圖案251g、252g、253g都事先從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)按照順時(shí)針方向纏繞，在本發(fā)明的層疊線圈中，將這些稱為第二線圈。
本實(shí)施例中，相對(duì)于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸處于180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱位置的線圈圖案，經(jīng)第二連接線路串聯(lián)連接形成相同的線圈極。也就是說，第一線圈圖案251h和第二線圈圖案251g經(jīng)第二連接線路300a連接，第一線圈圖案252h和第二線圈圖案252g經(jīng)第二連接線路300b連接，第一線圈圖案253h和第二線圈圖案253g經(jīng)第二連接線路300c連接，分別構(gòu)成線圈極。即，連接線路300a、連接線路300b和連接線路300c，分別構(gòu)成圖3所示的第二相線圈極61的中點(diǎn)、第一相線圈極60的中點(diǎn)、第二相線圈極62的中點(diǎn)。
將形成了多個(gè)線圈的第三層配置在第二層上。本實(shí)施例中，如圖4(b)所示，是在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的四周以60°的間隔在同一層上形成的三相線圈極的六個(gè)線圈251e、252e、253e、251f、252f和253f，分別是纏繞四匝的螺旋狀線圈。
第三層內(nèi)從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的第三線圈圖案251f、252f和253f，與在第二層上形成的第一螺旋狀線圈圖案251h、252h和253h(從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的)在層疊方向上重合。而且，在第三層上形成的第四線圈圖案251e、252e和253e(從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的)，與在第二層上形成的第二螺旋狀線圈圖案251g、252g和253g(從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的)在層疊方向上重合。第二層和第三層對(duì)應(yīng)的線圈，分別通過通孔以相同方向被連接的。
第三線圈圖案251f、252f和253f與第四線圈圖案251e、252e和253e都是事先從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞，在本發(fā)明的層疊線圈中，將這些線圈稱為第一線圈。
第四層的線圈與第二層的線圈具有實(shí)質(zhì)上相同構(gòu)成，而且第五層的線圈與第三層的線圈具有實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成。
在第二～第五層上形成沿著層疊方向重合的同相螺旋狀線圈，若著眼于例如線圈圖案251a、251c、251e和251g，則由從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的第一線圈圖案251a、與第一線圈圖案251a的外周端部連接并從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的第二線圈圖案251c、與第二線圈圖案251c的內(nèi)周端部連接并從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的第三線圈圖案251e、和與第三線圈圖案251e的外周端部連接并從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的第四線圈圖案251g構(gòu)成，由于每個(gè)線圈圖案都具有相同的纏繞方向，所以在第一和第二線圈中可以流動(dòng)一定方向的電流。
本實(shí)施例中，各線圈均為四匝，而且將平面上不同區(qū)域上形成的相同的線圈極連接，由于與一個(gè)線圈相當(dāng)?shù)脑褦?shù)增多至32匝，所以可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高扭矩化。通過增減形成線圈層的數(shù)目，可以容易調(diào)整線圈的匝數(shù)。
以下說明線圈的詳細(xì)構(gòu)成。圖5(a)表示在第二層上形成的第一線圈圖案251h，圖5(b)表示在第三層上形成的第三線圈圖案251f。
本實(shí)施例中，將各線圈制成四匝的螺旋狀線圈。為了提高扭矩性能，雖然應(yīng)當(dāng)增加各線圈的匝數(shù)，但是一旦通過將構(gòu)成各線圈的導(dǎo)體圖案寬度變窄而使匝數(shù)增加，直流電阻就會(huì)增大。而且線圈形成區(qū)域受到電極的相數(shù)和電極外形尺寸的限制。因此，各線圈的匝數(shù)以2～6匝最為適當(dāng)。
各線圈的形狀優(yōu)選定為扇形。各線圈的開角θ取決于電極的相數(shù)和線圈的數(shù)目等，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)設(shè)置得使相鄰線圈互相不接觸。本實(shí)施例中，各線圈的開角θ定為50°。
圖5(c)表示線圈的另外優(yōu)選實(shí)例。因此，若將有助于扭矩特性的線圈的線路部分(線圈的有效長度)，以旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀延伸，則產(chǎn)生的力對(duì)于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)具有最為有效的作用，可以獲得高的扭矩。而且通過將無助于扭矩特性線圈的圓周部分以電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸為中心沿著圓周制成圓弧狀，則不會(huì)妨礙電機(jī)的旋轉(zhuǎn)性能。
圖6是層疊線圈的局部截面圖。如圖6所示，在層疊方向互相重合的同相線圈中，各線圈的導(dǎo)體優(yōu)選以鋸齒狀層疊得在層疊方向上互相不重合。當(dāng)層疊方向相鄰的線圈間間隔窄的情況下，一旦將線圈配置加壓得使導(dǎo)體在層疊方向上互相重合，線圈的導(dǎo)體就會(huì)變形，在形成導(dǎo)體部與未形成導(dǎo)體部上壓力就會(huì)不均，常常發(fā)生層間剝離或微小的裂紋。因此，在圖6所示的構(gòu)成下，將會(huì)減少線圈導(dǎo)體的壓壞或變形現(xiàn)象，抑制層間剝離的產(chǎn)生。
而且生坯片材比線圈導(dǎo)體更容易變形，所以一旦將線圈層疊成鋸齒狀，就能使線圈圖案251b、251d、251f和251h的間隔形成得更窄。因此，線圈能以實(shí)質(zhì)上密集狀態(tài)形成，可以提高導(dǎo)體的容積占有率。
在最上層(第六層)上印刷與線圈用相同的導(dǎo)電糊，形成輸入端子IN和輸出端子OUT1～3、以及連接線圈極的第一連接線路。第一連接線路，由形成得將在集電體的大體中央部分形成的通孔10包圍的環(huán)狀導(dǎo)體部210、對(duì)環(huán)狀導(dǎo)體部210與輸入端子IN進(jìn)行連接的第一導(dǎo)體部200、對(duì)從環(huán)狀導(dǎo)體部210延伸與線圈極進(jìn)行連接的第二導(dǎo)體部201a、201b、201c構(gòu)成。
這樣如圖3和圖8所示，由線圈252a～252h形成被配置在輸入端子IN與輸出端子OUT1之間的第一相的線圈極60，由線圈251a～251h形成被配置在輸入端子IN與輸出端子OUT2之間的第二相的線圈極61，由線圈253a～253h形成被配置在輸入端子IN與輸出端子OUT3之間的第三相的線圈極62。
在層疊體的大體中央部分形成的通孔10的中心，與旋轉(zhuǎn)軸的中心大體一致。通孔10雖然可以采用金屬模具對(duì)層疊體進(jìn)行沖壓加工和激光加工的方法形成，但是由于是在與形成線圈以及輸入端子和輸出端子的工序不同的工序中形成的，所以通孔與所需位置之間常常有偏離。這種情況下，如圖7所示若使環(huán)狀導(dǎo)體部210形成得將通孔包圍，則不僅可以容易確認(rèn)通孔10的中心410與環(huán)狀導(dǎo)體部的中心400之間的位置偏離，并由三元測定儀等的測量儀器測量各自的中心410、400的位置，偏離量的測定也變得容易。其結(jié)果容易判斷層疊線圈是否優(yōu)良，而且可以進(jìn)行定量測定。
綜上所述，制成了一種8mm×8mm×0.3mm的無電刷電機(jī)用層疊線圈。其中也可以用表面玻璃將層疊線圈的主面覆蓋。
第二種實(shí)施方式圖11表示利用本發(fā)明的層疊線圈構(gòu)成的無電刷電機(jī)的一個(gè)實(shí)例。圖1所示的無電刷電機(jī)具備將圖12所示的交互有N極和S極的環(huán)狀磁鐵100固定在軛鐵105a上的第一轉(zhuǎn)子101a、結(jié)合在第一轉(zhuǎn)子101a中央的旋轉(zhuǎn)軸130、借助于規(guī)定的磁間隙具有面向第一轉(zhuǎn)子101a的層疊線圈1的定子125、向在層疊線圈1上形成的線圈極50，周期性地供給驅(qū)動(dòng)電流的電信號(hào)控制部(圖中未示出)、形成了與在層疊線圈1上形成的輸入端子和輸出端子連接的電路圖案的PCB、借助于襯套被固定在定子上支持與第一轉(zhuǎn)子101a連接的旋轉(zhuǎn)軸130的軸承150。這種無電刷電機(jī)采用三相驅(qū)動(dòng)電源。
由于層疊線圈1本身與第一種實(shí)施方式的相同，所以其說明省略。環(huán)狀磁鐵100優(yōu)選Nd-Fe-B燒結(jié)磁鐵、Sm-Co燒結(jié)磁鐵等稀土類燒結(jié)磁鐵，Nd-Fe-B、Sm-Fe-N、Sm-Co等稀土類粘結(jié)磁鐵，或者磁鐵礦燒結(jié)磁鐵等剩磁強(qiáng)的永久磁鐵材料構(gòu)成的。通過使用固有剩磁iHc比殘余刺通密度Br高的永久磁鐵材料，可以將環(huán)狀磁鐵100制得更薄。環(huán)狀磁鐵100并不限于整體的環(huán)狀磁鐵，也可以是將環(huán)狀分割成扇形和矩形的磁鐵。
從電信號(hào)控制部向?qū)盈B線圈1上的線圈極50供給驅(qū)動(dòng)電流，使其產(chǎn)生磁場。這種磁場與第一轉(zhuǎn)子101a的環(huán)狀磁鐵100的磁場作用產(chǎn)生電磁力。由此借以在第一轉(zhuǎn)子101a與定子125之間產(chǎn)生扭矩，其結(jié)果使第一轉(zhuǎn)子101a旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度。通過從電信號(hào)控制部向各相的線圈極依次施加驅(qū)動(dòng)電流，第一轉(zhuǎn)子101a將會(huì)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
也可以在層疊線圈1上設(shè)置第一轉(zhuǎn)子101a的磁極敏感元件用平臺(tái)(land)。這種磁極敏感元件例如由霍爾(Hall)元件構(gòu)成。還可以在層疊線圈1上形成將霍爾元件與形成了電路圖案的PCB用的線路圖案。而且既可以在層疊線圈1的內(nèi)部或主面上形成FG(頻率發(fā)生器)線圈，也可以在層疊線圈1上設(shè)置孔穴配置霍爾元件。
若采用如上的構(gòu)成，則可以在使第一轉(zhuǎn)子101a與定子125的磁間隙不增大的情況下，得到薄型的高輸出的電機(jī)。
由于在層疊線圈1的主面上形成輸入端子和輸出端子，所以可以在PCB上直接安裝，與電路圖案的電連接容易。此外，由于在層疊線圈1的一個(gè)主面的四角上形成輸入端子和輸出端子，所以可以安裝在PCB的通孔135的周圍。通過層疊線圈可以將層疊線圈1制得更薄，而且層疊體用的陶瓷材料具有高的抗彎強(qiáng)度和楊氏模量，所以層疊體既薄而且又具有充分的強(qiáng)度。因此，可以將轉(zhuǎn)子設(shè)置得接近PCB，將電機(jī)制成薄型品。
本實(shí)施例中雖然使用了PCB，但是也可以在大的平面狀基板上構(gòu)成層疊線圈1，在層疊線圈基板上構(gòu)成電信號(hào)控制部。
第三種實(shí)施方式圖13表示本發(fā)明的無電刷電機(jī)的另外實(shí)例。這種無電刷電機(jī)如圖12所示具備將交互有圖12所示N極和S極的環(huán)狀磁鐵100固定在軛鐵105a上的第一轉(zhuǎn)子101a，固定在軛鐵105b上使與環(huán)狀磁鐵100a反極性的環(huán)狀磁鐵100b與環(huán)狀磁鐵100a相對(duì)向的第二轉(zhuǎn)子101b，結(jié)合在第一轉(zhuǎn)子101a的中央孔及第二轉(zhuǎn)子101b的中央孔的旋轉(zhuǎn)軸130，具有借助于規(guī)定的間隙面向第一轉(zhuǎn)子101a與第二轉(zhuǎn)子101b、向第一和第二轉(zhuǎn)子101a、101b供給反向電磁力的層疊線圈1的定子125，對(duì)在層疊線圈1上形成的線圈極50周期性地供給驅(qū)動(dòng)電流的電信號(hào)控制部，形成了與在層疊線圈1上形成的輸入端子和輸出端子連接的電路圖案的PCB，和借助于襯套被固定在定子上使第一和第二轉(zhuǎn)子101a、101b圓滑運(yùn)轉(zhuǎn)、支持與第一和第二轉(zhuǎn)子101a、101b連接的旋轉(zhuǎn)軸130的軸承150。這種無電刷電機(jī)采用三相驅(qū)動(dòng)電源。
本實(shí)施例采用的層疊線圈1在大的平面狀基板上構(gòu)成，周期性地供給驅(qū)動(dòng)電流的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分等電路圖案被形成為一體。其它構(gòu)成由于與第一種實(shí)施方式中的大體相同，所以說明省略。
這種雙轉(zhuǎn)子型無電刷電機(jī)中，在第一和第二轉(zhuǎn)子101a、101b的大體中間配置有形成了多個(gè)線圈極的定子。各線圈極設(shè)定得對(duì)第一和第二轉(zhuǎn)子101a、101b的環(huán)狀磁鐵產(chǎn)生吸引作用或者產(chǎn)生排斥作用。因此，第一和第二轉(zhuǎn)子101a、101b，受到定子沿著相反方向相同大小的吸引力或排斥力。其結(jié)果，與單轉(zhuǎn)子型無電刷電機(jī)相比，可以抑制旋轉(zhuǎn)軸方向上的振動(dòng)。本實(shí)施例中，可以將第一轉(zhuǎn)子101a和定子125間的間隙，與第二轉(zhuǎn)子101b和定子125間的間隙作成得相同，可以將定子125減薄。因此，可以得到一種薄型且振動(dòng)小的電機(jī)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的層疊線圈，是高效和小型薄型的，沒有旋轉(zhuǎn)不均和扭矩波動(dòng)等問題，批量生產(chǎn)性能好。而且采用這種層疊線圈的本發(fā)明的無電刷電機(jī)是薄型的且振動(dòng)小。
權(quán)利要求
1.一種層疊線圈，是在由多個(gè)絕緣體層構(gòu)成的層疊體內(nèi)具有由導(dǎo)體圖案形成的線圈構(gòu)成的多個(gè)線圈極的一體性的n相電機(jī)用的層疊線圈，n為2以上的自然數(shù)，其特征在于，具備在所述的層疊體的外面形成的輸入端子和輸出端子，連接所述的輸入端子與所述的線圈極的第一連接線路，和串聯(lián)連接同相線圈極的第二連接線路，其中，事先由導(dǎo)體圖案形成所述第一連接線路與所述第二連接線路，所述線圈極是所述第一連接線路與所述第二連接線路夾持的多個(gè)絕緣體層上形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊線圈，其特征在于，其中所述線圈極的數(shù)目是n的倍數(shù)，每相的線圈極數(shù)相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層疊線圈，其特征在于，其中n為2或3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈，其特征在于，其中在所述層疊體的大體中央部具有配置無電刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸和/或軸承的通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的層疊線圈，其特征在于，其中所述第一連接線路具有圍繞所述通孔的環(huán)狀導(dǎo)體部，對(duì)所述環(huán)狀導(dǎo)體部與所述輸入端子進(jìn)行連接的第一導(dǎo)體部，和從所述環(huán)狀導(dǎo)體部延伸與所述線圈極進(jìn)行連接的第二導(dǎo)體部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈，其特征在于，其中所述輸入端子、所述輸出端子和所述第一連接線路，是在所述層疊體的一個(gè)主面上所形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈，其特征在于，其中所述第二連接線路中的每個(gè)都具有半徑不同的兩個(gè)圓弧狀部，和連接所述兩個(gè)圓弧狀部的放射狀部。
8.一種層疊線圈，是在由多個(gè)絕緣體層構(gòu)成的層疊體內(nèi)具有由導(dǎo)體圖案形成的線圈構(gòu)成的多個(gè)線圈極的一體性的三相電機(jī)用層疊線圈，其特征在于，其中所述層疊體形成矩形平板狀，一個(gè)輸入端子及三個(gè)輸出端子分別在所述層疊體同一主面的不同四角上所形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈，其特征在于，其中所述線圈極由將在多個(gè)層疊體層上形成的線圈連接得使層疊方向重合而成，所述線圈至少由從內(nèi)周側(cè)向外周側(cè)按照順時(shí)針方向纏繞的第一線圈，從外周側(cè)向內(nèi)周側(cè)沿著順時(shí)針方向纏繞的第二線圈構(gòu)成，所述第一線圈和所述第二線圈借助于在所述層疊體上形成的通孔事先連接，而且所述第一線圈和所述第二線圈具有相同的纏繞方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈，其特征在于，其中不同相的線圈極在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸四周以等角度間隔配置著。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的層疊線圈，其特征在于，同相的線圈極以180°沿著電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心配置在圓周的對(duì)稱位置上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈，其特征在于，其中所述線圈是扇形螺旋線圈，所述扇形螺旋線圈的開角以電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸為中心是55°以下。
13.一種無電刷電機(jī)，其特征在于，是使用根據(jù)權(quán)利要求1～12中任何一項(xiàng)所述的層疊線圈作為定子的無電刷電機(jī)，借助于磁場間隙將所述層疊線圈配置得與具備交互有不同磁極的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子相對(duì)向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無電刷電機(jī)，其特征在于，在所述層疊線圈不同相的每個(gè)線圈極上備有周期性地供給電流的電信號(hào)控制部。
全文摘要
一種層疊線圈，是在由多個(gè)絕緣體層構(gòu)成的層疊體內(nèi)具有由導(dǎo)體圖案形成的線圈構(gòu)成的多個(gè)電極的一體的n相電機(jī)用(n為2以上的自然數(shù))的層疊線圈，其特征在于其中具備在層疊體的外面形成的輸入端子和輸出端子，連接輸入端子與線圈極的第一連接線路，和串聯(lián)連接同相線圈極的第二連接線路，事先由導(dǎo)體圖案形成第一連接線路與第二連接線路，線圈極是在第一連接線路與第二連接線路夾持的多個(gè)絕緣體層上形成的。
文檔編號(hào)H02K3/26GK1675815SQ0381868
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月7日
發(fā)明者伊藤博之, 蓬萊忠昭 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社