JP2002112524A

JP2002112524A - リニアモータの可動コイル及び多層構造の可動コイルを有するモータ

Info

Publication number: JP2002112524A
Application number: JP2000296633A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Uematsu; 辰哉上松; Toshihiko Yoshida; 稔彦吉田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアモータの可動コイルの放熱効果を高める
ことである。【解決手段】可動コイル１は４層の多層基板１４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１３
が並列に複数形成されている。各層のコイル１３は絶縁
層１２を介してスルーホールにより電気的に接続されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータの可
動コイル及び多層構造の可動コイルを有するモータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】リニアモータは、例えば、可動側に扁平
状に巻回されたコイルを複数並列に配置し、固定側にそ
のコイルと所定の間隔を空けて永久磁石を並列に配置
し、コイルに交流電流を供給することで直線運動を行う
ようになっている。

【０００３】可動側のコイルの構造の一例として、例え
ば、特開平２０００−９２８１２号公報に、線材を扁平
状に巻回して形成したコイルをベース板の上に並列に配
列したものが開示されている。

【０００４】この発明は、コイルの放熱効果を高めるた
めに、コイルを載せるベース板の中央部を切り欠いたも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
発明も線材を巻いてコイルが作成されているので、電流
を流したときの巻線内部での発熱を放散させるのが難し
く、コイルの温度上昇を抑えるためにコイルに流す電流
を制限する必要があった。

【０００６】また、線材を巻いたコイルは重量が重く、
モータの効率がその分低下するという問題点もあった。
本発明の課題は、リニアモータの可動コイルの放熱効果
を高めることである。他の課題は、モータの可動コイル
を軽量化することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のリ
ニアモータの可動コイルは、巻回された導体パターンか
らなるコイルが形成された導体層と絶縁層とを積層し、
複数の導体層のコイルを電気的に接続するように構成す
る。

【０００８】この発明によれば、各導体層に形成された
コイルからそれぞれ放熱されるので、コイルの放熱面積
が大きくなり、コイルに発生する熱を効率良く放散させ
ることができる。また、放熱効率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可動コ
イルに使用する銅の量を減らすことができる。これによ
り、可動コイルを軽量化しリニアモータの効率を改善で
きる。

【０００９】さらに、多層基板の製造プロセスにより可
動コイルを製造することができるので、扁平に巻いたコ
イルを取り付け板に固定する従来の製造方法に比べて製
造工程を簡素化できる。

【００１０】上記の発明において、偶数個の導体層から
なり、最上位層と最下位層のコイルの内周端部または最
上位層と中間層及び最下位層と中間層のコイルの内周端
部を絶縁層を介して電気的に接続しても良い。

【００１１】このように構成することにより、複数の導
体層のコイルの内周端部を電気的に接続することで所望
の巻き数のコイルを実現できる。上記の発明において、
少なくとも４層以上の導体層からなり、最上位層、中間
層及び最下位層のコイルの内周端部がそれぞれ絶縁層を
介して電気的に接続され、最上位層及び最下位層のコイ
ルの外周端部が外部入力または同一基板上に形成された
他のコイルの外周端部と接続できるようにしても良い。

【００１２】このように構成することで、同一基板上に
形成されたコイルの接続を同じ基板上で行うことができ
る。請求項６記載の発明のモータは、巻回された導体パ
ターンからなるコイルが形成された少なくとも３層以上
の導体層と、少なくとも２層以上の絶縁層とからなり、
複数の導体層のコイルが絶縁層を介して電気的に接続さ
れた多層構造の可動コイルを有する。

【００１３】この発明によれば、可動コイルを多層構造
とすることで、導体パターンの放熱面積を大きくでき、
可動コイルの発熱効果を高めることができる。また、多
層基板で構成することで可動コイルを軽量化することが
でき、それによりモータの効率も改善できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態の
リニアモータの可動コイル１１の構造を示す図である。

【００１５】この可動コイル１１は、ガラスエポキシ等
の絶縁層１２上にプリントコイル１３がエッチングによ
り形成された多層基板１４からなる。プリントコイル１
３は、渦巻き状にパターンが形成されており、絶縁層１
２上に複数並列に形成されている。

【００１６】可動コイル１１は、導体層が４層、絶縁層
が最上位層のレジストも含む５層で構成され、１層目か
ら４層目の絶縁層１２の上にプリントコイル１３が形成
されている。

【００１７】図２は、多層構造の可動コイル１１の層間
の接続方法の説明図である。第１層（最上位層）の巻回
された導体パターンからなるプリントコイル１３の外周
端部２１は、例えば、リニアモータが３相交流モータで
あれば、同じ相の他のプリントコイル１３と電気的に接
続され、その内周端部２２にはスルーホール２３が形成
されている。

【００１８】第２層（中間層）の渦巻き状のプリントコ
イル１３の内周端部２４にはスルーホール２５が形成さ
れ、外周端部２６にもスルーホール２７が形成されてい
る。第２層のプリントコイル１３の内周端部２４のスル
ーホール２５は、第１層と第２層の間の絶縁層１２を貫
通して第１層のプリントコイル１３の内周端部２２のス
ルーホール２３と電気的に接続されている。これによ
り、第２層のプリントコイル１３と第１層のプリントコ
イル１３が直列に接続される。

【００１９】第３層の渦巻き状のプリントコイル１３の
外周端部２８にはスルーホール２９が形成され、内周端
部３０にはスルーホール３１が形成されている。第３層
の外周端部２８のスルーホール２９は、第３層と第２層
の間の絶縁層１２を貫通して第２層のスルーホール２７
と電気的に接続されている。なお、第３層のスルーホー
ル３１は、第２層のスルーホール２５および第２層のプ
リントコイルとは絶縁されている。

【００２０】これにより、第３層のプリントコイル１３
と第２層のプリントコイル１３が直列に接続される。第
４層の渦巻き状のプリントコイル１３の内周端部３２に
はスルーホール３３が形成されている。このスルーホー
ル３３は、第４層と第３層の間の絶縁層１２を貫通して
第３層の内周端部３０のスルーホール３１と電気的に接
続されている。これにより、第４層のプリントコイル１
３と第３層のプリントコイル１３は直列に接続される。

【００２１】第４層（最下位層）のプリントコイル１３
の外周端部３４は、同一基板上に形成される他のプリン
トコイル１３に接続される。すなわち、第１層のプリン
トコイル１３の内周端部２２が第２層のプリントコイル
１３の内周端部２４に接続され、その第２層のプリント
コイル１３の外周端部２６が第３層のプリントコイル１
３の外周端部２８に接続され、さらに、第３層の内周端
部３０が第４層のプリントコイル１３の内周端部３２に
接続され、全体として４個のプリントコイル１３が直列
に接続される。

【００２２】従って、１層当たりのプリントコイル１３
の巻数をｎとすると、４層の場合の可動コイル１１全体
の巻数は４ｎとなり、層数を増やすことで所望の巻数を
得ることができる。

【００２３】次に、図３は、リニアモータとして三相交
流モータを使用する場合のプリントコイルの接続方法の
説明図である。多層基板１４には、複数のプリントコイ
ル４１，４９，６１・・が並列に形成されており、各プ
リントコイル４１，４９，６１・・は３相Ｙ形結線で接
続され、プリントコイル４１，４９，６１・・に順にＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電流が供給される。

【００２４】図３において、実線の矢印は、プリントコ
イルを接続する第１層の導体パターンを、破線の矢印は
第４層の導体パターンを示している。最初にＵ相のプリ
ントコイルの接続を説明する。Ｕ相の第１層のプリント
コイル４１の外周端部４２は、同一基板上に形成された
Ｕ相の他のプリントコイルと接続され、または外部から
３相交流のＵ相の電流が供給される。そして、第４層の
プリントコイル４１の外周端部４３は、次のＵ相の第４
層のプリントコイル４４の外周端部４５と導体パターン
により接続されている。さらに、Ｕ相の第１層のプリン
トコイル４４の外周端部４６が、次のＵ相の第１層のプ
リントコイル４７の外周端部４８と接続されている。

【００２５】従って、Ｕ相の第１層のプリントコイル４
１の外周端部４２に供給されたＵ相の電流は、内周端部
のスルーホールを経て第２層のプリントコイル４１に流
れ、第２層のプリントコイル４１の外周端部のスルーホ
ールを経て第３層のプリントコイル４１に流れる。さら
に、第３層のプリントコイル４１の内周端部のスルーホ
ールを経て第４層のプリントコイル４１に流れ、その第
４層のプリントコイル４１の外周端部４３から次のＵ層
の第４層のプリントコイル４４に流れる。第４層のプリ
ントコイル４４に流入した電流は、第３層、第２層及び
第１層のプリントコイル４４を経て第１層の外周端部４
６から次のＵ相の第１層のプリントコイル４７に流れ
る。

【００２６】次に、Ｖ相の第４層のプリントコイル４９
の外周端部５０には、同一基板上に形成された他のプリ
ントコイルまたは外部から三相交流のＶ相の電流が供給
される。Ｖ相の第１層のプリントコイル４９の外周端部
５１は、次のＶ相の第１層のプリントコイル５２の外周
端部５３と導体パターンにより接続されている。なお、
この導体パターンは、上述したＵ相の導体パターンと交
差するので、一部がスルーホール５４を介して第３層の
導体パターンにより接続されている。Ｖ相の第４層のプ
リントコイル５２の外周端部５５は、次のＶ相の第４層
のプリント５６の外周端部５７と導体パターンにより接
続されている。そのＶ相の第１層のプリントコイル５６
の外周端部５８は、スルーホール５９を介して導体パタ
ーンにより、Ｕ相の第４層のプリントコイル４７の外周
端部６０及びＷ層の第４層のプリントコイル６７の外周
端部６９と接続されている。

【００２７】従って、Ｖ相の第４層のプリントコイル４
９の外周端部５０に供給された電流は、内周端部（図示
せず）のスルーホールを経て第３層のプリントコイル４
９に流れ、第３層のプリントコイル４９の外周端部のス
ルーホールを経て第２層のプリントコイル４９に流れ
る。さらに、第２層のプリントコイル４９の内周端部の
スルーホールを経て第１層のプリントコイル４９に流
れ、第１層のプリントコイル４９の外周端部５１から次
のＶ相の第１層のプリントコイル５２に流れる。このＶ
相のプリントコイル５２に流入した電流は、第２層、第
３層及び第４層のプリントコイル５２を経て第４層のプ
リントコイル５２の外周端部５５から次のＶ相の第４層
のプリントコイル５６に流れる。

【００２８】次に、Ｗ相の第１層のプリントコイル６１
の外周端部６２には、同一基板上に形成された他のプリ
ントコイルが接続され、あるいは外部から３相交流のＷ
相の電流が供給される。この第１層のプリントコイル６
１はスルーホールを介して第２層、第３層及び第４層の
プリントコイル６１と直列に接続されている。

【００２９】第４層のプリントコイル６１の外周端部６
３は、次のＷ相の第４層のプリントコイル６４の外周端
部６５と導体パターンにより接続されている。さらに、
Ｗ相の第１層のプリントコイル６４の外周端部６６と次
のＷ相の第１層のプリントコイル６７の外周端部６８と
が導体パターンにより接続されている。そのＷ相の第１
層のプリントコイル６７の外周端部６９は、Ｕ相の第４
層のプリントコイル４７の外周端部６０及びＶ相の第４
相のプリントコイル５６の外周端部５８と導体パターン
により接続されている。

【００３０】従って、Ｗ層の第１層のプリントコイル６
１に供給された電流は、第２層、第３層及び第４層のプ
リントコイル６１を流れる。そして、第４層のプリント
コイル６１の外周端部６１から次のＷ層の第４層のプリ
ントコイル６４に流れる。

【００３１】上述した実施の形態によれば、リニアモー
タの可動コイル１１を多層構造のプリント基板により構
成することで、従来の銅巻線に比べ電流通路となる導体
パターン部の表面積を約２倍以上にすることができる。
これにより、電流通路の導体パターンの放熱効率を高め
ることができるので、銅巻線と比べて約５倍の電流密度
で電流を流すことができる。さらに、電流密度が増加で
きるので、銅の使用量を減らし可動コイル１１を軽量化
できる。

【００３２】次に、図４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第
２の実施の形態の回転モータの回転子側の可動コイル７
１の平面及び要部断面図である。この第２の実施の形態
の可動コイル７１は、図４（Ｂ）に示すように４層の絶
縁層７３とプリントコイル７２ｂ、７６ａ等からなる導
体層とからなる多層プリント基板で構成され、第１層の
導体層はレジストにより覆われている。また、可動コイ
ル７１の中央部には回転軸９１が圧入、接着、その他の
機械的な固定方法で固定されている。

【００３３】各層には、図４（Ａ）に示すように、３相
交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流が流れるプリントコイル
がエッチング等によりそれぞれ２個形成されている。第
１層のＵ相の２個のプリントコイル７２ａ、７２ｂは、
第１層の絶縁層７３の上に形成されており、プリントコ
イル７２ａとプリントコイル７２ｂは導体パターン７５
により直列に接続されている。

【００３４】２個のプリントコイル７２ａ、７２ｂは、
それぞれの内周端部がスルーホール７４ａ、７４ｂを介
して第２層のプリントコイル７２ａ、７２ｂの内周端部
と接続されている。さらに、第２の層のプリントコイル
７２ａ、７２ｂの外周端部がスルーホールを介して第３
層のプリントコイル７２ａ、７２ｂの外周端部に接続さ
れ、第３層のプリントコイル７２ａ、７２ｂの内周端部
がスルーホールを介して第４層のプリントコイル７２
ａ、７２ｂの内周端部と接続されている。

【００３５】従って、第４層のプリントコイル７２ａの
外周端子８０に供給されるＵ相の電流は、第３層、第２
層、第１層のプリントコイル７２ａを流れ、導体パター
ン７５を通り、第１層のプリントコイル７２ｂに流れ、
さらに、第２層、第３層及び第４層のプリントコイル７
２ｂに流れる。

【００３６】Ｖ相も第１層から第４層のプリントコイル
７６ａ、７６ｂがスルーホールにより直列に接続されて
おり、第１層のＶ相の２個のプリントコイル７６ａ、７
６ｂがスルーホール７７ａ、７７ｂと第２層の導体パタ
ーン（図４に破線で示す）とにより直列に接続されてい
る。また、第４層のＶ相のプリントコイル７６ａの外周
端部には三相交流のＶ相の電流が供給される。

【００３７】従って、第４層のプリントコイル７６ａの
外周端子８１に供給されるＵ相の電流は、第３層、第２
層、第１層のプリントコイル７６ａを流れ、第２層の導
体パターンを通り、第１層のプリントコイル７６ｂに流
れる。さらに、第２層、第３層及び第４層のプリントコ
イル７６ｂに流れる。

【００３８】Ｗ相も各相のプリントコイル７８ａ、７８
ｂがスルーホールにより直列に接続されており、第１層
のＷ相のプリントコイル７８ａ、７８ｂが、第１層の導
体パターン、スルーホール７９ａ、７９ｂ、及び第２層
の導体パターン（図４に破線で示す）により直列に接続
されている。また、第４層のＷ相のプリントコイル７８
ａの外周端部には、三相交流のＷ相の電流が供給され
る。

【００３９】さらに、第４層のＵ層、Ｖ層、Ｗ層のプリ
ントコイル７２ｂ、７６ｂ、７８ｂの外周端部は導体パ
ターンにより互いに接続されている。この第２の実施の
形態によれば、回転モータの可動コイルを多層プリント
基板により構成できるので、巻線の回転子に比べて、小
型化、軽量化が可能となり、それによりモータの効率も
改善できでる。また、可動コイルの製造を多層基板の製
造プロセスにより行うことができるので、自動化により
製造コストを低減することが可能となる。

【００４０】上述した第１の実施の形態では、導体層を
偶数（例えば、４層）にして、プリントコイルが形成さ
れた面と同一面上で複数のプリントコイルの外周端部を
導体パターンにより接続できるようにしたが、プリント
コイルの内周端部からスルーホール等を使用して導体パ
ターンを引き出しても良い場合には、導体層を奇数にす
ることもできる。

【００４１】多層基板は、実施の形態のガラスエポキシ
基板に限らず、その他のプラスチック、セラミック等の
材料を使用することができる。また、多層基板の製造方
法は、導体パターンをエッチングにより形成する方法に
限らず、電気メッキ、化学メッキ等により導体パターン
を形成する方法、蒸着により導体パターンを形成する方
法等でも良い。

【００４２】さらに、絶縁層を介して上下の導体層を接
続する方法は、スルーホールを用いる方法に限らず、絶
縁層の貫通孔を電解メッキ等により埋めたビアを用いて
も良いし、その他の方法で電気的に接続するようにして
も良い。

【００４３】なお、上述した実施の形態は、可動コイル
を１枚の多層基板で構成する場合について説明したが、
複数の多層基板にそれぞれプリントコイルを形成し、そ
れら複数の多層基板を取り付け板に一体に固定して、全
体として１つの可動コイルとして機能させても良い。可
動コイルの外形寸法が大きい場合には、汎用のサイズの
多層基板を使用することで多層基板のコストを抑えるこ
とができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、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
る。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。また、可動コイルの製造を多層基板の製造
プロセスで行うことができるので、自動化により製造コ
ストを低減できる。さらに、最上位層と最下位層のコイ
ルの内周端部を絶縁層を介し、あるいは中間の導体層及
び絶縁層を介して接続することで、最上位層及び最下位
層のコイルの外周端部を直接他のコイルの外周端部と接
続することができる。これにより、コイルと外部入力と
の接続、あるいは導体パターンからなるコイルどうしの
接続を、コイルが形成されている面と同一面上で行うこ
とができ、コイルを接続するためのスルーホール等の数
を少なくして製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の可動コイルの構造を示す図
である。

【図２】可動コイルの層間の接続方法の説明図である。

【図３】三相交流リニアモータのプリントコイルの接続
方法の説明図である。

【図４】図４（Ａ）は、第２の実施の形態の可動コイル
の平面図、図４（Ｂ）はその断面図である。

【符号の説明】

１１可動コイル１２絶縁層１３プリントコイル１４多層基板７１可動コイル７２ａ、７２ｂＵ相のプリントコイル７６ａ、７６ｂＶ相のプリントコイル７８ａ、７８ｂＷ相のプリントコイル

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻回された導体パターンからなるコイルが
形成された導体層と絶縁層とを積層し、複数の導体層の
コイルを電気的に接続したことを特徴とするリニアモー
タの可動コイル。
【請求項２】偶数個の導体層からなり、最上位層と最下
位層のコイルの内周端部または最上位層及び最下位層と
中間層のコイルの内周端部が絶縁層を介して電気的に接
続されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモ
ータの可動コイル。
【請求項３】少なくとも４層以上の導体層からなり、最
上位層、中間層及び最下位層のコイルの内周端部がそれ
ぞれ絶縁層を介して電気的に接続され、最上位層及び最
下位層のコイルの外周端部を外部入力または同一基板上
に形成された他のコイルと接続できるようにしたことを
特徴とする請求項１または２記載のリニアモータの可動
コイル。
【請求項４】前記コイルが同一基板上に複数並列に形成
されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の
リニアモータの可動コイル。
【請求項５】巻回された導体パターンからなるコイルが
形成された少なくとも３層以上の導体層と、少なくとも
２層以上の絶縁層とからなり、複数の導体層のコイルが
絶縁層を介して電気的に接続された多層構造の可動コイ
ルを有するモータ。