DE3526166A1

DE3526166A1 - Gedruckte spuleneinheit fuer ein betaetigungsglied geringer abmessungen

Info

Publication number: DE3526166A1
Application number: DE19853526166
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Tokio/Tokyo Haruta; Ryouhei Hyuga Koyama
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd; Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1984-07-23
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1986-01-30
Anticipated expiration: 2005-07-23
Also published as: DE3526166C2; US4658162A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine gedruckte Spuleneinheit für ein Betätigungsglied, welches geringe Abmessungen aufweist und sehr dünn ausgebildet ist.

Mit dem Ausdruck "Betätigungsglied" soll hier eine Spulen, Magnetkreise und dergleichen enthaltende Vorrichtung bezeichnet werden, mit deren Hilfe elektrische Energie über elektromagnetische Energie in mechanische Energie umgesetzt wird. Der durch die Spulen des Betätigungsglieds gebildete Teil wird auch als Spuleneinheit bezeichnet. Bei Spuleneinheiten mit gedruckten Spulen sind die Spuleneinheiten in der Regel durch eine lamellierte (geschichtete) Struktur gebildet, die mehrere geschichtete oder gestapelte, gedruckte Spulenblätter enthält.

Bedingt durch den rasanten technischen Fortschritt auf dem Gebiet der Audio-, Video- und Büroautomationstechnik und dergleichen sowie durch die zunehmende Tendenz, die entsprechenden Geräte und Anlage kompakter und flacher auszubilden, entsteht das Bedürfnis, die in solchen Systemen oder Anlagen verwendeten Betätigungsglieder zu miniaturisieren, insbesondere sehr flach auszubilden.

Nimmt man als Beispiel einen flachen bürstenlosen Motor, wie er zum Beispiel in Fig. 2A der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, so enthält ein solcher Motor einen Magneten 21, der in ümfangsrichtung abschnittsweise gleich-

JO mäßig magnetisiert ist, um dadurch einen Rotor zu bilden, sowie eine Spuleneinheit 23, die einen Schichtaufbau aus gedruckten Spulenblättern enthält, welche Spiral-Leitermuster aufweist, deren Anzahl der Anzahl der Magnetpole des Rotor-Magneten entspricht. Die Spuleneinheit 23 bildet den Stator des Motors. Da die gedruckte Spule im Vergleich

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zu einer gewickelten Spule sehr dünn ist, kann bei einem Betätigungsglied mit gedruckter Spuleneinheit die Lücke zwischen einer Jochplatte 24 und dem Magneten 21 spürbar verkleinert werden, mit dem Ergebnis, daß sich das erzielte Drehmoment erhöhen läßt, weil im Bereich der Spule eine größere magnetische Feldstärke existiert.

Bei einem Betätigungsglied dieses Typs wird die Richtung eines in die Spulen eingespeisten Stroms mit Hilfe eines Stromumschalttransistors gewechselt, wobei der Transistor auf der Grundlage eines elektrischen Signals gesteuert wird, welches von einem magneto-elektrischen Wandlerelement oder einem magnetischen Sensorelement (oder einem Magnetismus-Detektorelement) erzeugt wird. Ein solches Element ist zum Beispiel ein Hall-Element oder ein magnetisches Widerstand se lernen t, mit welchem die Dreh- oder Winkelstellung des Rotormagneten festgestellt wird. Das erzeugte Signal hat eine Amplitude, die proportional zu der ermittelten Feldstärke ist. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß der sehr dünne Aufbau der Spuleneinheit mit den geschichteten gedruckten Spulenblättern, durch welche der Abstand oder die Lücke zwischen dem Magneten 21 und der Jochplatte 24 reduziert werden kann, Schwierigkeiten beim Unterbringen des magnetischen Sensorelements, welches einen relativ großen Raum in der Lücke zwischen Magnet und Jochplatte einnimmt, verursacht. Als magnetisches Sensorelement 22 kommt das erwähnte Hall-Element, ein magnetisches Widerstandselement oder dergleichen in Betracht, wobei diese Elemente sämtlich mehr als 0,9 mm dick sind. Bislang wurde das magnetische Sensorelement 22 auf der Spuleneinheit 23 montiert, wobei die Lücke vergrößert wurde, damit das Sensorelement nicht in Berührung des gegenüberliegenden Magneten 21 gelangte, wie es in Fig. 2B skizziert ist. Wenn man das magnetische Sensorelement aber in dieser Weise unterbringt, ist es unmöglich, den Vorteil der Eigenschaft

der in einer sehr dünnen Konstruktion ausgeführten gedruckten Spule zu nutzen, weil der Abstand zwischen Magnet und Spule aufgrund der Unterbringung des Sensorelements vergrößert wird. Ein Versuch, das magnetische Sensorelement an einer Stelle außerhalb des Haupt-Magnetflußfeld des Magneten anzuordnen, um das Betätigungselement dünner zu machen, führt zu der weiteren Schwierigkeit, daß die Empfindlichkeit des magnetischen Sensorelements herabgesetzt wird, was wiederum dazu führt, daß ein Verstärker mit hoher Empfindlichkeit benötigt wird, um das Ausgangssignal des Sensorelements nutzbar zu machen. Der Rauschabstand (S/N-Verhältnis) wird verschlechtert, abgesehen von der Verteurung des Betätigungsglieds.

Bei dem in Rede stehenden Betätigungsglied befindet sich zwischen der gedruckten Spuleneinheit und dem Magneten eine Frequenzgeber-Spule (FG-Spule), die auf einem einzigen Substrat ausgebildet ist und die Aufgabe hat, die Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Teils des Betätigungsglieds zu erfassen. Dieser Aufbau trägt weiter zur Erhöhung der Dicke der gesamten Anordnung bei. Die japanische offengelegte Gebrauchsmusteranmeldung 58-115 offenbart eine gedruckte Treiberspule und eine FG-Spule, die auf demselben Träger ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Aufbau einer gedruckten Spuleneinheit zu schaffen, die sich durch einen im Vergleich zum Stand der Technik kompakteren Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Die Erfindung schafft eine gedruckte Spuleneinheit, mit der einstückig ein magnetisches Sensorelement und/oder eine Frequenzgeber-Spule (FG-Spule) zum Ermitteln der Bewegungsgeschwindigkeit eines

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beweglichen Teils ausgebildet ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen gedruckten Spuleneinheit lassen sich Betätigungsglieder wie z. B. flache, bürstenlose Motoren, Linear-Betätigungsglieder und dergleichen mit sehr geringer Bauhöhe herstellen. Außerdem schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Spuleneinheit.

Durch die Erfindung ist es möglich, ein magnetisches Sensorelement von 0,6 mm oder weniger Dicke innerhalb eines Abschnitts der Spuleneinheit außerhalb derjenigen Zonen einzubetten oder einzugraben, in denen die Spiral-Leitermuster gebildet sind. Hierdurch werden die dem Stand der Technik anhaftenden, oben skizzierten Probleme vermieden. Außerdem kann eine FG-Spule einstückig und planar in die Spuleneinheit integriert werden.

Allgemein schafft die Erfindung eine gedruckte Spuleneinheit für ein geringe Abmessungen aufweisendes Betätigungsglied. Die Spuleneinheit enthält entweder ein einzelnes Spulenblatt oder mehrere geschichtete Spulenblätter. Das Spulenblatt besitzt gedruckte Spulen und liegt einem Magneten gegenüber, der derart magnetisiert ist, daß in ein und derselben Ebene ein oder mehrere magnetische Pole vorhanden sind. Jedes der gedruckten Spulenblätter besitzt ein oder mehrere Spiral-Leitermuster, die in ein und derselben Ebene liegen, wobei ein oder mehrere magnetische Sensorelement mit einer Dicke gleich oder kleiner wie bzw. als das gedruckte Spulenblatt in eine Zone eingebettet sind, die sich außerhalb des Spiral-Leitermusters befindet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B eine auseinandergezogene bzw. eine schematische geschnittene Ansicht eines flachen,

bürstenlosen Motors, bei dem die Er-

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findung angewendet wird,

Fig. 1C einen Grundriß des in Fig. 1B gezeigten

Magneten,
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Fig. 2A und 2B eine auseinandergezogene perspektivische

Ansicht bzw. eine schematische Schnittansicht eines dem Stand der Technik zugerechneten flachen, bürstenlosen Motors mit einer herkömmlichen gedruckten Spu

leneinheit,

Fig. 3A, 3B

und 3B eine Draufsicht, eine Ansicht von unten bzw. eine Schnittansicht einer gedruckten

Spuleneinheit für einen flachen, bürstenlosen Motor,

Fig. 4A und 4B eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer gedruckten Spuleneinheit für ein

Linear-Betatigungsglied,

Fig. 5A und 5B schematische Ansichten von zwei Beispielen für die Einbettung oder Eingrabung eines magnetischen Sensorelements in eine

erfindungsgemäße gedruckte Spuleneinheit,

Fig. 5C und 5D Schnittansichten der beiden Beispiele für

das magnetische Sensorelement,

Fig. 6A eine Schnittansicht, die teilweise den

Aufbau eines ein magnetisches Sensorelement enthaltenden, flachen, bürstenlosen Motors zeigt,

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Fig. 6B eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen magnetischer Feldstärke und Abstand von der Mitte eines flachen, bürstenlosen Motors,

Fig. 6C eine ähnliche Ansicht wie Fig. 6A, jedoch

eines bürstenlosen Motors mit einer FG-Spule,

Fig. 7A bis 7D Teil-Draufsichten von vier Beispielen, die

die Lagebeziehung zwischen magnetischem Sensorelement und auf einem scheibenähnlichen Spulenblatt gebildeten Spiräl-Leitermustern veranschaulichen,

Fig. 8A eine schematische Schnittansicht eines

Linear-Betätigungsglieds mit einem magnetischen Sensorelement,

Fig. 8B eine graphische Darstellung der Änderung

der Feldstärke als Funktion des Abstands von der Magnetmitte,

Fig. 9A und 9B Teil-Draufsichten zur Veranschaulichung der Lagebeziehung zwischen magnetischen

Sensorelementen und Spiral-Leitermustern in einem erfindungsgemäßen Linear-Betätigungsglied,

Fig. 10 eine Draufsicht auf ein gedrucktes Spulen

blatt, das von einem Gesenk zu einer Ringform gestanzt wurde, so daß es einen Aussendurchmesser, einen Innendurchmesser sowie V-förmige Kerben zur Aufnahme von magnetischen Sensorelementen enthält,

Pig. 11A, 11B

und 11C Ansichten, die drei Beispiele für gedruckte Spulenblätter für flache, bürstenlose Motoren zeigen, so daß die Lagebeziehung zwischen den Spiral-Leiter-

mustern und FG-Spulenelementen ersichtlich sind,

Fig. 12A und 12B eine Draufsicht bzw. eine Schnittansieht einer Lagebeziehung zwischen einer

FG-Spule und Spiral-Leitermustern in einem Linear-Betätigungsglied,

Fig. 13A und 13B Draufsichten eines Paares von gedruckten Spulenblättern zur Bildung einer gedruckten Spuleneinheit für einen flachen, bürstenlosen Motor, woraus die Lagebeziehung zwischen den magnetischen Sensorelementen, der FG-Spule und den Spiralleiter-Mustern hervorgeht,

Fig. 14A, 14B

und 14C
sowie 15A, 15B
und 15C Schnittansichten und Draufsichten auf

Konstruktionen von flachen, bürstenlosen Motoren gemäß einer ersten bzw. einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 16A bis 16C Schnittansichten bzw. Draufsichten, die

den Aufbau eines flachen, bürstenlosen Motors zum Zwecke des Vergleichs mit erfindungsgemäßen bürstenlosen Motoren veranschaulichen.

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Obschon die erfindungsgemäßen gedruckten Spulen oder Spuleneinheiten beispielsweise mittels Ätzverfahren, Plattierverfahren oder einer Kombination dieser Verfahren hergestellt werden können, erfolgt die Herstellung der gedruckten Spule vorzugsweise entsprechend dem Herstellungsverfahren, wie es in der US-PS 4 401 521 und der US-PS

4 322 013 beschrieben ist. Vorzugsweise sollte die gedruckte Spuleneinheit einen Durchmesser im Bereich von

5 bis 40 mm und eine Dicke von 0,1 bis 2 mm besitzen.

Weiterhin sollte die Leiterdichte der Spule vorzugsweise zu 2 bis 20 Leitungen-mm gewählt sein, vorzugsweise sollten 5-20 Leitungen-mm bei einer Leitungsbreite zwischen 50 μπι bis 200 μΐη gewählt werden.

Fig. 3A bis 3C zeigen ein Beispiel für die gedruckte Spule, die erfindungsgemäß verwendet wird. Unter der Annahme, daß ein Magnet so magnetisiert ist, daß η Nord- und Süd-Pole vorhanden sind, werden insgesamt zwei η Spiral-Muster 3 auf beiden Seiten eines gedruckten Spulenträgerblatts 2 gebildet (n ist eine natürliche Zahl). Im Fall der gedruckten Spuleneinheit nach den Fig. 3A bis 3C sind acht Spiral-Leitermuster 3 gebildet, um vier magnetische Nord-Pole bzw. Süd-Pole zu bilden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Spiral-Leitermuster so gezählt werden muß, daß zwei Spiral-Leitermuster 3--3o, 3.^f-3g', die einander auf dem dazwischenliegenden Tragglied 2 gegenüberliegen, einen einzigen Satz von Spiral-Leitermustern bilden. In anderen Worten: Mit dem Ausdruck "ein Spiral-Leitermuster" ist gemeint, daß ein solches Leitermuster in Wirklichkeit ein Paar Spiral-Leitermuster auf beiden Seiten des Spulenträgers umfaßt, wobei sich die beiden Spiral-Leitermuster eines Paares gegenüberliegen und über jeweilige Durchführungslöcher 6 mit Durchführungsloch-Anschlußflächen (4-,-4g, 4/-4J) verbunden sind. Im allgemeinen befinden sich die Splral-

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Leitermuster 3 auf einem gemeinsamen Kreis, dessen Mitte mit der Mitte der Motorwelle 25 und des Magneten 21 zusammenfällt. Die einen Enden der Spiral-Leitermuster 3., und 3g sind zu externen Elektrodenanschlüssen 7 geführt, die auf Vorsprüngen 9a bzw. 9b ausgebildet sind.

In dem Spulenträger oder Tragglied 2 sind Durchführungslöcher 6 mit einer solchen Anzahl gebildet, wie es zum elektrischen Verbinden der Spiral-Leitermuster auf beiden Seiten des dazwischenliegenden Spulenträgers 2, der aus elektrisch isolierendem Material besteht, notwendig ist. Beispielsweise kann der Träger bzw. das Blatt vorteilhaft aus einem Glas-Epoxy-Substrat, einem Polyimid-Film, einem Epoxy-Harz-Film oder dergleichen gebildet sein. Selbstverständlich können die Durchführungslöcher nach irgendeinem geeigneten Verfahren hergestellt werden.

Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel für die gedruckte Spule, wie sie in einem Linear-Betätigungsglied verwendet wird, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Mehr als ein Spiral-Leitermuster 3, Durchführungs-Anschlüsse und externe Elektrodenabschnitte (Kontaktflächen) 7 sind entlang einer Geraden angeordnet, die mit der Gleit- oder Verschieberichtung zusammenfällt. Bei dem in den Fig. 4A und 4b dargestellten Ausführungsbeispiel liegen sich Spiral-Leitermuster eines Paares gegenüber. Die gewünschte Anzahl von Durchführungslöchern 6 ermöglicht die elektrische Verbindung zwischen den auf beiden Seitenflächen des dazwischenliegenden Trägers oder Substrats (Blatts) gebildeten Spiral-Leitermustern, wie es bei dem in Fig. 3A - 3C dargestellten flachen, bürstenlosen Motor der Fall ist. Das gedruckte Spulenblatt 2 kann aus irgendeinem elek-^ trisch isolierenden Material hergestellt sein, es besteht beispielsweise aus einem Glas-Epoxy-Substrat, einem PoIyimit-Film, einem Epoxy-Harz-Film oder dergleichen. Die

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Durchführungslöcher 6 können in irgendeiner geeigneten Weise hergestellt werden.

Ein magnetischer Detektor oder ein magnetisches Sensorelement 8 oder 22 ist in dem Träger in der gleichen Ebene wie die eine Spuleneinheit bildenden gedruckten Schaltungsblätter eingebettet. Mit dem Ausdruck "eingebettet" oder "eingegraben" soll hier gemeint sein, daß ein selbst-magnetempfindlicher Abschnitt 26 des magnetisehen Sensorelements innerhalb einer Zone positioniert ist, die definiert wird durch die Dicke des einfachen Blatts oder der Schicht 1a oder 1b der gedruckten Spuleneinheit, während ein Gießabschnitt 28 des magnetischen Sensorelernents nicht über die freiliegende Oberfläche des einfachen oder geschichteten gedruckten Spulenblatts vorsteht, wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist.

Damit das magnetische Sensorelement innerhalb der gedruckten Spuleinheit eingebettet ist, sollte die Dicke des Elements vorzugsweise weniger als höchstens 0,6 mm betragen. Obschon die Dicke des magnetischen Sensorelements ziemlich willkürlich ausgewählt werden kann, sollte sie kleiner sein als die des gedruckten Spulenblatts, in welchem das Element eingegraben ist. Soweit die Dicke des magnetischen Sensorelements kleiner ist als die der gedruckten Spuleneinheit, besteht keine Notwendigkeit, die Spiral-Leitermuster der gedruckten Spulen abhängig von der Lage und der Konfiguration des magnetischen Sensorelements zu verformen, ausgenommen diejenige gedruckte Spule, in der das Element eingebettet ist, so daß ein großer Bewegungsspielraum bei der Auslegung des Spiral-Leitermusters besteht. Bei der Ausführung der Erfindung wird vorzugsweise ein magnetisches Sensorelement verwendet, welches in der japanischen Patentveröffentlichung 59-193 272 vom 14. September 1984 beschrieben ist. Wie

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insbesondere in den Fig. 5C und 5D anhand von zwei Beispielen dargestellt ist, sollte das magnetische Sensorelement vorzugsweise durch ein dünnes Hall-Element gebildet sein, welches auf einer beispielsweise durch einen Polyimit-Film gebildeten Tragplatte 35 montiert ist, indem an einen Lottropfen 34 Leitungen 33 angebondet werden, die sich parallel zur Oberfläche eines dünnen Film-Halbleiters (Pellet) 31 erstrecken, der einen planaren magneto-empfindlichen Abschnitt 30 (z. B. aus InSb) des Hall-Elements einer Schutz-Epoxy-Harzschicht 32 trägt, wobei die Leitungen und Anschlüsse für eine externe Verbindung angeschlossen sind. Die Leitung 33 und die Tragplatte 35 sind über einen Klebstoff 36, z. B. Epoxy-Harz oder Acryl-Harz fest miteinander verbunden. Als Verfahren zum Herstellen eines sehr dünnen magnetischen Sensorelements, wie z. B. eines Hall-Elements, kann zunächst ein dünner Halbleiterfilm aus beispielsweise InSb mit einigen Mikrometer Dicke durch Dampfniederschlagung auf einem weniger als 250 um dicken keramischen Substrat gebildet werden.

Danach wird der dünne Halbleiterfilm in der gewünschten Geometrie durch Photoätzen mit einem Muster versehen. Anschließend werden streifenförmige Leitungen an die Anschlußabschnitte des Halbleiterfilms derart angelötet, daß sich die Leitungen parallel zu dem ebenen Substrat erstrecken. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf die US-PS 4 251 795 (Fig. 3c und 4) und die ÜS-PS 4 296 424 (Fig. 6 bis 10) verwiesen. Das oben erläuterte magnetische Sensorelement läßt sich einfach mit einer Dicke von weniger als 0,6 mm herstellen. Auch ergeben sich keine nennenswerten Schwierigkeiten bei der Realisierung des Sensorelements mit einer Dicke von weniger als 0,4 mm. Das Sensorelement kann jede beliebige geometrische Gestalt haben. Wenn das Sensorelement jedoch in einer Zone angeordnet werden soll, die durch Verformen der Spiral-Leitermuster mit abgerundeten Ecken verfügbar ist, sollte

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■j das Sensorelement vorzugsweise keilförmige Form, wie z. B. Fünfeck-Form oder vorzugsweise Dreieck-Form, besitzen, wie in den Fig. 7A bis 7D bei Position 8 zu sehen ist. Eine solche Sensorform hat den Vorteil, daß sich der Sensor leicht und exakt in einem begrenzten Bereich der Spuleneinheit montieren läßt. Als magnetisches Sensorelement kommt jeder Typ von Element in Betracht, der in der Lage ist, die Änderung des Magnetfeldes in ein elektrisches Signal umzusetzen. Beispiele hierfür sind die oben erwähnten Hall-Elemente, magnetische Widerstandselemente oder dergleichen.

Wenn mehrere magnetische Sensorelernente verwendet werden sollen, werden diese vorzugsweise sämtlich innerhalb eines der gedruckten Spulenblätter, die eine Spuleneinheit bilden, eingebettet, weil dann der Abstand von einem Magneten zu den verschiedenen einzelnen magnetischen Sensorelementen konstant gehalten werden kann, was wiederum bedeutet, daß die von den einzelnen Sensoren gefühlte magnetische Feldstärke bei sämtlichen Sensoren gleich ist. Da außerdem Löcher zum Aufnehmen sämtlicher magnetischer Sensorelemente mit Hilfe eines Gelenks oder einer Form gleichzeitig gebildet werden können, lassen sich die Sensoren mit verbesserter Genauigkeit vorteilhaft in ihren relativ zueinander in Beziehung stehenden Lagen einbetten. Als Folge davon läßt sich das Stromwenden in den einzelnen Spulen zeitlich exakter gesteuert durchführen, wodurch sich Unregelmäßigkeiten bei der Drehung eines Kleinmotors oder eine Unregelmäßigkeit beim Schub eines Linear-Betätigungsglieds auf ein Minimum reduzieren lassen.

Vorzugsweise ist in der gedruckten Spule das magnetische Sensorelement an einer Stelle eingebettet, die dem gerjrnüborl i ogondon Magnaten am ritiohalon Hey L. Dadurch wird das Sensorelement dem Magnetfeld hoher Stärke aus-

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gesetzt, so daß das Ausgangssignal des Sensors groß ist und demzufolge eine genauere zeitliche Steuerung bei der Stromwendung möglich ist. Bei einem Spuleneinheit-Substrat, auf dem mehrere mehrschichtige gedruckte Spulen (Blätter) miteinander ausgerichtet vorhanden sind, läßt sich mindestens ein Spulenmuster der gedruckten Spulenschicht oder des Spulenblatts, welches dem Magneten am nächsten liegt, in der Größe kleiner machen als die anderen Spulenmuster, so daß dadurch das Sensorelement in demjenigen Element eingebettet oder eingegraben ist, der sich durch das reduzierte Spulenmuster ergibt. Hierdurch wird der bei der Erzeugung des Drehmoments maßgebliche Teil des verkleinerten Spulenmusters verringert, so daß die Verteilung der einzelnen gedruckten Spulen auf die Erzeugung des Drehmoments in Verbindung mit dem Magneten ausgeglichen wird. Dies ist insofern vorteilhaft, als eine Ungleichmäßigkeit des Drehmoments (oder eine Ungleichmäßigkeit des Schubs bei einem Linear-Betätigungsglied) reduziert werden kann. Am Beispiel der Fig. 6A bis 6C sei bei einem flachen, bürstenlosen Motor mit einem Rotormagneten mit vier Nord-Polen und vier Süd-Polen in Verbindung mit den gedruckten Spulen entsprechend acht Polen angenommen, daß die einem Pol entsprechende Spule eine verringerte Größe hat, wobei die Anzahl von Windungen entsprechend herabgesetzt sein sollen. Selbst in einem solchen Fall bestimmt sich die Drehkraft oder das Drehmoment des Rotormagneten durch die kombinierte Wirkung von acht Spulen, während die dem Magneten zugeführte Kraft stets konstant ist wegen des Ausgleichs der Feldstärken, die an die unterschiedliche Abstände von dem Magneten aufweisenden geschichteten Spulen gelangen. Hierdurch läßt sich Gleichmäßigkeit bei der Drehung des Magnetrotors sicherstellen. Im Fall eines flachen, bürstenlosen Motors sollte die Position der gedruckten Spule, wo das magnetische Sensorelement eingegraben ist, vorzugsweise gleichzeitig die

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beiden nachstehend angegebenen Bedingungen erfüllen: Die erste Bedingung lautet ^ χ 1,2 S R^ r₂ χ 1,1 oder mehr, vorzugsweise r.. χ 1,4 SR^ r₂ χ 1,0, wobei r₁ und r₂ den Innen- bzw. den Außendurchmesser eines Magneten 21 und R den Abstand zwischen der Mitte des Magneten und dem selbst-magnetempfindlichen Abschnitt des magnetischen Sensorelements bedeuten. Fig. 6B zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Abstand von der Mitte des Motors und der magnetischen Feldstärke. Wenn der Abstand R die obige Bedingung nicht erfüllt, verschlechtert sich die Genauigkeit, mit der die Lage des Magneten festgestellt wird. Der Ausdruck "selbst-magnetempfindlicher Abschnitt" bedeutet einen magnetisch aktiven Teil oder Abschnitt des magnetischen Sensorelements 22, der die Stärke eines Magnetfelds in ein elektrisches Signal umsetzt. Die zweite Bedingung bezüglich der Stelle, wo das magnetische Sensorelement 22 eingebettet wird, besteht darin, daß das Element in demjenigen Bereich eingegraben sein sollte, der nicht von dem Spiral-Leitermuster 3 und dessen Mittelbereich 5 abgedeckt ist. Insbesondere sollte das magnetische Sensorelement in derjenigen Zone eingebettet sein, die sich zwischen benachbarten Spiral-Leitermustern befindet, oder in Zonen in der Nähe des Außen- und des Innenumfangs des Spulenträgers oder der Substratscheibe. Die Anzahl der verwendeten magnetisehen Sensorelemente kann mehr als zwei betragen, abhängig von der jeweils verwendeten Treibermethode. In diesem Fall muß die Teilung des Feldes der Umfangs-Sensorelement nicht notwendigerweise zusammenfallen mit derjenigen des Feldes der Spiral-Leitermuster. Selbst wenn ein magnetisches Sensorelement in einem Freiraum zwischen den benachbarten Spiral-Leitermustern angeordnet sein kann, so kann es zu einer Situation kommen, bei der das andere Sensorelement oder andere Sensorelemente erzwungenermaßen an einer Stelle angeordnet sind, die von dem Sprial-Leitermuster abgedeckt ist. Im letztgenannten Fall ist ein spezielles Spiral-Mu-

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ster so geformt, daß es einen Raum verfügbar macht, wo das Sensorelement eingebettet sein kann, ohne von dem Leitermuster abgedeckt zu sein, obschon das von dem Muster erzeugte Drehmoment etwas verringert ist. Derartige Anordnungen von magnetischen Sensorelementen sind in den Fig. 7A bis 7D dargestellt. Im Fall eines Linear-Betätigungsglieds nach Fig. 8A sollte die Stelle, an der das Sensorelement 22 eingebettet wird, auch folgende zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllen: Eine der Bedingungen lautet R ύ -* + d, vorzugsweise R ύ ·*- + 0,5 χ d, wobei R den Abstand zwischen der Magnetmitte - in Breitenrichtung gemessen - und dem magnetempfindlichen Abschnitt des magnetischen Sensorelements und d der Abstand zwischen Magnet und Spule ist. Fig. 8B zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem Abstand von der Magnetmitte und der magnetischen Feldstärke. An der Stelle, wo R größer ist als (1/2) + d, ist die magnetische Feldstärke zu schwach, um eine hohe Genauigkeit bei der Feststellung der Magnet-Position sicherzustellen. Auch hier bedeutet "magnetempfindlicher Abschnitt" oder "aktiver Teil des Sensorelments" einen wirksamen Abschnitt, der in der Lage ist, tatsächlich eine magnetische Feldstärke in ein elektrisches Signal umzusetzen. In diesem Zusammenhang ist es im Hinblick auf die Grundlagen bei der Erfassung von Magnetismus von Bedeutung, den Abstand R in bezug auf die Mitte des aktiven Teils des Sensorelements zu bestimmen. Die zweite Bedingung bezüglich der Stelle, wo das Sensorelement eingebettet wird, besteht darin, daß die Zone des Spiral-Leitermusters 3 ebenso wie deren Mittelbereich ausgeschlossen ist. Das magnetische Sensorelement 8 sollte zwischen benachbarten Spiral-Leitermustern oder der in der Nähe des Außenumfangs des Spulenträgers oder Substrats 9 liegenden Zone angeordnet sein, wie in Fig. 9A gezeigt ist.

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Zum Einbetten des magnetischen Sensorelements in den gedruckten Spulenträger werden beispielsweise durch Pressen Löcher zur Aufnahme der Sensorelmente in dem gedruckten Spulenträger gebildet.
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Das in dem Loch angeordnete Sensorelement wird dann mit Hilfe eines Befestigungsmittels festgemacht. Die Gestalt des Lochs sollte vorzugsweise mit derjenigen des magnetischen Sensorelements übereinstimmen, um eine hohe Positionsgenauigkeit zu erreichen. Wenn das Sensorelement dreieckige Form hat, wird vorzugsweise eine der Gestalt des Sensors angepaßte V-förmige Kerbe gebildet, was gleichzeitig mit dem Herstellen des Spulenträgers geschehen kann, z. B. mittels eines Gesenks. Dann wird das dreieckige Sensorelement in die V-förmige Kerbe eingebracht und mit Befestigungsmittel festgemacht, wie in Fig. 10 gezeigt ist. In Verbindung mit dem Stanzen der V-förmigen Kerbe zur Aufnahme des Sensorelements wird bevorzugt eine Positionsmarkierung in die Photomaske, die zur Herstellung der gedruckten Spule verwendet wird, eingeschrieben, um eine Positionsgenauigkeit des Sensorelements in bezug auf die gedruckte Spule sicherzustellen.

Im Fall eines Dreh-Betätigungsglieds und eines Linear-Betätigungsglieds wird bevorzugt eine FG-Spule in coplanarer Form in dem die gedruckte Spule tragenden Substrat ausgebildet, um damit die Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Teil des Betätigungsglieds zu ermitteln.Die FG-Spule wird gebildet durch ein Mäandermuster (in Fig. 11A bis 11C bei Position 11 dargestellt), welches Liniensegmente enthält, die sich rechtwinklig zu der Richtung erstrecken, in der sich die Magnetpole oder die Spuleneinheit bewegen, wobei sich die Liniensegmente mit ihren Enden abwechselnd aneinander anschließen. Die FG-Spule dient zur Erzeugung eines Signals, welches eine für die

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erwähnte Bewegungsgeschwindigkeit repräsentative Frequenzkomponente enthält.

Anhand der Fig. 6 soll nun ein flacher, bürstenloser Motor beschrieben werden.

Die Stelle, wo sich die FG-Spule 27 befindet, sollte die beiden unten erwähnten Bedingungen erfüllen.

Die erste Bedingung besteht darin,daß die FG-Spule innerhalb eines Bereichs angeordnet werden soll, der definiert wird durch die Beziehung r.. χ 1,2 SRS r₂ χ 1,1, vorzugsweise T₁ x 1,4 SRS r₂ χ 1,0, mit r₂ > (12/1Dr₁, wobei r- und χ2 Innen- bzw. Außendurchmesser eines Magneten 21 und R der Abstand von der Mitte des Magneten 21 ist (d. h. der Lage der Welle 25) (vgl. Fig. 6). Fig. 6B zeigt graphisch das Ergebnis einer experimentell ermittelten Beziehung zwischen dem Abstand von der Mittelachse der Motorwelle 25 und der magnetischen Feldstärke. R- und R- sind naher und ferner Abstand der FG-Spule von der Mittelachse 25. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die FG-Spule nicht notwendigerweise den oben definierten Bereich vollständig einschließen muß. Enden von Anschlüssen der FG-Spule können sich aus dem Bereich heraus erstrecken, ohne daß hierdurch vom Erfindungsgedanken abgewichen wird. In den Fig. 6A, 6B und 6C kennzeichnet die Position 24 eine stationäre Jochplatte, die Position 23 bezeichnet eine auf der Jochplatte 24 montierte gedruckte Spuleneinheit.

Wenn der oben definierte Abstand R extrem klein ist, ist das Magnetfeld entsprechend schwach, so daß die Genauigkeit, mit der die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors von der FG-Spule ermittelt wird, verschlechtert wird.

Die zweite Bedingung bezüglich der Anordnung der FG-Spule

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ist die, daß die Zone, in der die FG-Spule angeordnet wird, nicht von dem Spiral-Leitermuster 3 und deren Mittelbereich 5 abgedeckt sein darf. Die FG-Spule sollte zwischen den benachbarten Spiral-Spulenmustern oder in einer Zone entlang des Innen- oder Außenumfangs des Spulenträgers angeordnet sein.

Fig. 11A zeigt eine Draufsicht auf eine in einer Lücke zwischen benachbarten Spulenmustern 3 angeordnete FG-Spule 11, und Fig. 11B zeigt eine Draufsicht auf eine FG-Spule 11, die im Außenumfangsbereich des kreisförmigen Feldes der Spiral-Leitermuster 3 angeordnet ist.

Um eine ausreichend hohe Ausgangsspannung der FG-Spule zu erhalten, kann diese nicht nur zwischen benachbarten Leitermustern, sondern außerdem in einer Zone angeordnet sein, die dadurch verfügbar gemacht wird, daß man das Spiral-Spulenmuster teilweise verformt.

Fig. 11C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Spiral-Leitermuster 3 teilweise verformt sind, um einen Raum verfügbar zu machen, in welchem die FG-Spule 11 angeordnet ist.

Bei einem Linear-Betätigungsglied wird die FG-Spule vorzugsweise ebenfalls auf demselben Substrat ausgebildet, auf dem die gedruckten Spulen getragen werden. Die Stelle, an der die FG-Spule angeordnet ist, sollte die oben erläuterten Bedingungen in Verbindung mit den Fig. 8A und 8B erfüllen. Die FG-Spule muß in der Zone angeordnet werden, die die Spiral-Leitermuster 3 und deren Mittelbereiche ausschließt. Insbesondere sollte die FG-Spule zwischen benachbarten Spiral-Leitermustern oder in einer Zone angeordnet werden, die sich entlang der Kante des Spulenträgers erstreckt, wie es in Fig. 12A dargestellt ist. Fig. 12B

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zeigL die LagobeZiehung zwischen einem Magneten 21' und einer auf einem Träger 24' montierten gedruckten Spuleneinheit 1.

Zur Ausbildung der FG-Spule wird eine Zone, in der die FG-Spule montiert werden soll, gleichzeitig mit der Herstellung der die Spiral-Spulenmuster enthaltenden gedruckten Spule gebildet, und anschließend wird in der genannten Zone die FG-Spule ausgebildet. Alternativ kann die FG-Spule mittels des oben beschriebenen Vorgangs gleichzeitig mit dem Spiral-Leitermuster gebildet werden. Im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit wird bevorzugt, die FG-Spule gleichzeitig mit den Spiral-Leiterspulenmustern zu bilden.

Die FG-Spule kann in die gleiche gedruckte Spuleneinheit eingefügt werden, in der das magnetische Sensorelement eingebettet ist. Selbstverständlich läßt sich die FG-Spule auch in eine Spuleneinheit einbauen, die keine magnetischen Sens ore leinen te aufweist.

Fig. 13A und 13B zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines flachen, bürstenlosen Motors, bei dem die FG-Spule kombiniert mit den als Sensorelementen Hall-Elementen eingebaut ist. Fig. 13A zeigt in Draufsicht diejenigen geschichteten gedruckten Spulen, die dem Rotormagneten am nächsten liegen. Man sieht, daß auf der scheibenförmigen gedruckten Spuleneinheit 14A Spiral-Leitermuster 3 mit großen Abmessungen, Spiral-Leitermuster 3a reduzierter Ab-

JO messungen, Hall-Elemente 8a und 8b und ein FG-Spulen-Muster 11 angeordnet sind, wobei letztere in einer Zone gelegen sind, die definiert wird durch die äußerste Windung der Spiral-Leitermuster 3 und den Außenumfang der Spuleneinheit. Fig. 13B zeigt eine Draufsicht auf ein Spulenfeld 14b der geschichteten Spuleneinheit, welches von dem Magneten entfernt ist. Das-scheibenförmige gedruckte Spu-

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lenfeld 14b wird in der oben in Verbindung mit Fig. 3A und 3B beschriebener Weise hergestellt und zur Bildung einer gedruckten Spuleneinheit 23 auf dem Spulenfeld 14a gestapelt oder geschichtet.
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Zur Bildung einer Spuleneinheit werden mehrere der in oben beschriebener Weise vorbereiteten gedruckten Spulenblätter mit den darin eingebetteten magnetischen Sensorelementen oder in Kombination mit Blättern ohne magnetische Sensorelemente gestapelt oder geschichtet. Alternativ läßt sich ein einfaches gedrucktes Spulenblatt mit darin eingebettetem magnetischen Sensorelement verwenden, wenn dies von der jeweiligen Anwendung zugelassen wird. Zur festen Schichtung der Spulenblätter läßt sich jeder Typ von Bindemittel verwenden, solange unter den Spulenblättern elektrische Isolierung gewährleistet ist. Beispiele für die Bindemittel sind Epoxy-Harze und Phenol-Harze. Alternativ läßt sich ein Verbindungsblatt zusammen mit den gedruckten Spulenblättern verwenden, wobei das Verbindungsblatt auf beiden Oberflächen ein Bindemittel im halb ausgehärteten Zustand aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von praktischen Beispielen erläutert.
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Beispiel 1:

Es wird auf Fig. 14A bis 14C Bezug genommen.

Auf jeder Seite eines flachen Isolierstoffblatts werden in Form eines Ringfeldes acht Spiral-Leitermuster 3, 3a, 3b gebildet, wobei jedes einen Außendurchmesser von 20 mm und einen Innendurchmesser von 7 mm aufweist. Die Sektoren besitzen jeweils einen Scheitelwinkel von 45°. Bei der

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Herstellung wird Gebrauch gemacht von der Photolitographie und der Kupfer-Elektroplattierung. Insgesamt werden zwei Spulenblätter hergestellt. In jedem Spulenblatt 1a, 1b wird eines (3a, 3b) der Spiral-Leitermuster auf jeder Oberfläche des Blatts mit reduzierter Größe ausgebildet, um eine Zone zu schaffen, in der ein Hall-Element eingebettet wird. Dies geschieht vor dem Musterbildungsprozeß. Jedes Spulenmuster 3 hat einen Außendurchmesser von 20 mm und einen Innendurchmesser von 7 mm, aber die Muster 3a und 3b reduzierten Durchmessers besitzen einen Außendurchmesser von 15 mm und einen Innendurchmesser von 7 mm. In den jeweiligen Blättern werden die auf einander abgewandten Seiten der Isolierschicht gegenüberliegenden Spiral-Leitermuster mittels Durchführungsöffnungen 6 in der Mitte beider Muster elektrisch miteinander verbunden. Benachbarte Leitermuster in ein und derselben Fläche der Isolierschicht wurden jeweils gegensinnig gewunden. Schließlich wird über jede Fläche der gedruckten Spulen ein Isolierüberzug aufgebracht. Die fertiggestellte gedruckte Spule war 0,3 mm dick, einschließlich der Dicke der Überzugsschichten.

Anschließend werden die gedruckten Spulen, die auf ein und demselben Substrat gebildet sind mit Hilfe eines nachgiebigen Gesenks in bezug auf die in der Photomaske vorgebildete Positionierungsmarkierung zu flacher Scheibenform geschnitten. Hierbei wird eine Kerbe in Form eines regelmäßigen Dreiecks gebildet, um ein ebenfalls die Form eines regelmäßigen Dreiecks aufweisendes Hall-Element 8a, 8b mit einer Seitenlänge von 2,3 mm und einer Dicke von 0,3 mm aufzunehmen. Hierdurch kann das Hall-Element in einer solchen Lage eingebettet werden, daß der magnetempfindliche Abschnitt des Elements von der Mittelachse der Spule einen Abstand von 9 mm aufweist.

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Eine Jochplatte 24 wird durch Schneiden eines Siliziumstahlblechs von 1 mm Stärke hergestellt, und auf der Jochplatte 24 wurde eine Klebverbindungs schicht von 42 μΐη Dicke aufgebracht. Das verwendete Klebeschichtmaterial ist von der japanischen Firma Nitoh Denko unter der Handelsbezeichnung "Nitofix TK 2532" erhältlich. Danach wurde darauf die das Hall-Element in der Kerbe haltende gedruckte Spule aufgebracht,ohne daß das Hall-Element von der Spulenfläche vorspringt oder in die Spulenoberfläche zurückspringt, über die nun montierte Spule wird das oben erwähnte Klebe-Verbindungsblatt aufgebracht, und anschliessend wird die zweite gedruckte Spule 1a auf der ersten gedruckten Spule 1b plaziert, wobei die beiden Spulen eine Winkelversetzung von 22,5° haben und das Hall-Element 8a in der oben beschriebenen Weise in der dreieckigen Kerbe sitzt. Die so aufgebaute Schichtstruktur wird bei einer Temperatur von 120^e C unter einem Druck von 10 kg/cm² eine Stunde lang unter Wärme gepreßt.

Der so erhaltene Schichtaufbau der Spuleneinheit 1 und der Jochplatte 24 wird in einer o,5 mm großen Lücke gegenüber einem 1 mm dicken Magnet 21, dessen Außendurchmesser 19 mm und dessen Innendurchmesser 8 mm betragen, positioniert. Der Magnet 21 ist ein gesinterter Magnet aus einer seltenen Erde (Samarium-Kobalt-2-17-Reihe mit einem maximalen Energieprodukt von 20 Mega-Oersted). Der Magnet war senkrecht zu seiner Ebene magnetisiert und besaß vier Nord- und vier Süd-Pole, die einander abwechselten. Die Spuleneinheit 1 und der Magnet 21 werden auf einer Drehwelle 25 montiert (Fig. 14A). Die so erhaltene Anordnung besitzt eine Lücke von 1,1 mm zwischen Magnet und Jochplatte. Die bürstenlosen Motoren werden unter Verwendung der oben erläuterten Struktur montiert.

Der so zusammengebaute, zu testende Motor wurde von einem

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anderen Motor mit vorbestimmter Drehzahl gedreht. Hierbei wurde die Gegen-EMK oder -Spannung bei beiden Spulen gemessen. Es stellte sich heraus, daß die Summe der Gegen-EMKs/die das Gesamt-Drehmoment des geprüften Motors angibt, bei einer Drehzahl von 2400 UPM bei zehn Motoren durchschnittlich 2,08 Volt betrug. Die Differenz der Gegen-EMK zwischen zwei gedruckten Spulen, welche eine Differenz in der Verteilung des Motor-Drehmoments zwischen beiden Spulen angibt, betrug bei zehn derart hergestellten Motoren im Durchschnitt 0,174 Volt.

Bei der Messung der oben erwähnten Spannungen wurde den Hall-Elementen ein 5 mA starker Strom zugeführt, und es wurde die Spitze-Spitze-Spannung der Ausgangssignale gemessen. Es stellte sich heraus, daß die Ausgangsspannung des auf der Spule in der Nähe des Magneten montierten Hall-Elements bei zehn Motoren durchschnittlich 280 mV betrug, während der Wert bei den anderen Hall-Elementen bei 248 mV lag. Der Winkel zwischen der Mittelachse der Hall-Elemente, berechnet auf der Grundlage der Phasendifferenz der Ausgangswellenformen fiel in den Bereich 22,5 +
-0,3° bei sämtlichen Probemotoren.

Vergleichsbeispiel:

Es wurden drei flache, bürstenlose Motoren mit demselben Aufbau wie nach Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Paar Hall-Elemente 8a, 8b mit der Form eines regelmäßigen Dreiecks und einer Kantenlänge von 2,3 mm und einer Dicke von 0,9 mm fest auf dem Spiral-Leitermuster 3 montiert wurde, welches einen Pol der gedruckten Spule in der Nähe des Magneten bildet. Hierzu wurde ein unter der Handelsbezeichnung "Locktight" der Firma Locktight Company vertriebenes Bindemittel verwendet. Die Elemente

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wurden so angeordnet, daß die magnetempfindlichen Abschnitte der Hall-Elemente von der Mittelachse um 9 mm bei einer Winkelversetzung von 22,5° beabstandet waren, gemessen von den Mittelachsen der Elemente aus. In sämtlichen Motoren betrug die Lücke zwischen Magnet und Jochplatte 2,0 mm (Fig. 16A bis 16C).

Bei der Ermittlung der Kennlinien der drei Motoren betrug die Summe der Gegen-EMK-Spannungen beider gedruckter Spulen 1,49 V, gemittelt über die drei Motoren, während die Drehzahl 2 400 UPM betrug.

Im Laufe der obigen Messung wurde in die Hall-Elemente ein Strom von 5 mA eingespeist und es wurden die Spitze-Spitze-Spannungen beider Hall-Elemente gemesseii. Im Durchschnitt der drei Motoren betrugen die Ausgangsspannungen beider Hall-Elemente 240 mV bzw. 243 mV. Die Winkel zwischen den Mittelachsen der beiden Hall-Elemente, berechnet auf der Grundlage der Phasendifferenzen der Ausgangswellenformen betrugen 21,8°, 22,6° bzw. 23,1° bei den drei Motoren.

Beispiel 2:

Anhand der Fig. 15A bis 15B soll ein zweites Beispiel beschrieben werden.

Mittels Photolitographie und Kupfer-Elektroplattierung wurde unter Verwendung einer Photomaske ein Satz von zwei gedruckten Spulen (Blätter 1a, 1b) mit unterschiedlichen Spiral-Leitermustern auf den beiden Seiten einer scheibenförmige Gestalt aufweisenden, zwischenliegenden Isolierstoffschicht mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einem Innendurchmesser von 7 mm hergestellt, wobei die Sektoren jeweils einen Scheitelwinkel von 45° aufwiesen,

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so daß insgesamt acht Pole auf jeder der gedruckten Spulen vorhanden waren (Fig. 15C). Die gedruckte Spule 1b setzte sich zusammen aus den Spiral-Leitermustern von acht gleichförmig verteilten Polen, während die andere gedruckte Spule 1a ein seitlich verkleinertes Spiral-Leitermuster 3a aufwies, um eine Zone entlang des Außenumfangs des reduzierten Musters zur Verfugung zu haben, wo mehrere Hall-Elemente 8a, 8b eingebettet wurden (Fig. 15B). Die miteinander auf gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht ausgerichteten Spiral-Leitermuster 3 wurden mittels Durchführungsöffnungen 6 in den Mitten der beiden jeweiligen Muster elektrisch miteinander verbunden. Außerdem wurden jeweils benachbarte Leitermuster auf ein und derselben Seite der Isolierschicht gegensinnig gewunden.

Schließlich wurde auf jede der Oberflächen der gedruckten Spulen ein Isolierüberzug aufgebracht. Jede der fertiggestellten gedruckten Spulen war 0,3 mm dick, einschließlich der Dicke der Überzugsschichten. Danach wurden die auf ein und demselben Substratblatt gebildeten gedruckten Spulen mit Hilfe eines nachgiebigen Gesenks in bezug auf eine vorgefertigte Markierung der Photomaske zu Scheibenform geschnitten. Hierbei wurden gleichzeitig in der gedruckten Spule 1a Kerben jeweils in Form eines regelmässigen Dreiecks gebildet für die Aufnahme von zwei HaIl-Elementen ebenfalls regelmäßiger Dreiecksform mit einer Kantenlänge von 2,3 mm und einer Dicke von 0,3 mm, so daß die Hall-Elemente an einer solchen Position eingebettet werden konnten, daß der magneterapfindliehe Abschnitt von der Mittelachse der Spule 9 mm entfernt war, während beide Hall-Elemente gegeneinander um einen Winkel von 22,5° versetzt waren, gemessen jeweils bei den Mittelachsen.

Durch Ausschneiden eines Silikonstahlblechs von 1 mm Stärke wurde eine Jochplatte 24 hergestellt, und es wurde

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über der Jochplatte 24 eine Klebe-Verbindungsschicht von 42 um Dicke gebildet. Hierzu wurde das von der japanischen Firma Nitoh Denko unter der Handelsbezeichnung "Nitofix TK-2532" vertriebene Bindemittel verwendet. Anschließend wurde darauf die erste gedruckte Spule 1b aufgebracht, und anschließend wurde das oben erwähnte Klebe-Verbindungsblatt über die nunmehr montierte Spule aufgebracht. Dann wurde die zweite gedruckte Spule 1a mit einer Winkelversetzung von 22,5° auf der ersten Spule 1b plaziert, wobei die Hall-Elemente in den dreieckförmigen Kerben der gedruckten Spule 1a saßen, wie es oben erläutert wurde. Die so erhaltene geschichtete Struktur wurde bei einer Temperatur von 120° C unter einem Druck von 10 kg/cm² eine Stunde lang bei Wärme unter Durck gehalten.

Die so hergestellte Schichtstruktur der Spuleneinheit 1 und der Jochplatte 24 wurde mit einer Lücke von 0,5 mm gegenüber einem 1 mm dicken Magneten, der einen Außendurchmesser von 19 mm und einen Innendurchmesser von 8 mm besaß, angeordnet. Der Magnet bestand aus einem gesinterten Seltene-Erde-Material (Samarium-Kobalt-2-17-Reihe mit einem maximalen Energieprodukt von 20 Mega-Oersted). Der Magnet war senkrecht zu seiner Ebene derart magnetisiert, daß vier Nord- und vier Süd-Pole abwechselten, wobei der Umfang in 45° große Sektoren unterteilt war. Die Spuleneinheit und der Magnet wurden auf einer Drehwelle 25 montiert, wie in Fig. 14A im Querschnitt dargestellt ist. Die so erhaltene Anordnung besaß eine Lücke von 1,1 mm zwischen Magnet und Jochplatte. Unter Verwendung der oben beschriebenen Struktur wurden 10 bürstenlose Motoren zusammengebaut . Die Auswertung der Kennlinien dieser Motoren ergab, daß die Summe der Gegen-EMK-Spannungen bei einer Drehzahl von 2 400 UPM im Durchschnitt bei den zehn Motoren 2,09 Volt betrug. Außerdem betrug bei den zehn Motoren durchschnittlich die Differenz der Gegen-EMK-Spannung zwi-

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1 sehen den zwei gedruckten Spulen 0,038 Volt.

Im Laufe der Messungen der oben erwähnten Spannungen wurde in die Hall-Elemente ein Strom von 5 mA eingespeist, und 5 es wurde die Spitze-Spitze-Spannung der Ausgangssxgnale gemessen. Es ergab sich, daß die Ausgangsspannungen der Hall-Elemente im Mittel der zehn Motoren 288 mV bzw. mV betrug.

10 Außerdem fiel der Winkel zwischen den Mittelachsen der Hall-Elemente, berechnet auf der Grundlage der Phasendifferenz der Ausgangswellenformen, bei sämtlichen zehn Motoren in den Bereich 22,5 ± 0,3°.

Claims

Patentansprüche

hj Gedruckte Spuleneinheit für ein Betätigungsglied geringer Abmessungen, enthaltend ein einzelnes gedrucktes Spulenblatt oder eine Schichtung mehrerer gedruckter Spulenblätter, auf dem bzw. denen gedruckte Spulen gebildet sind und das bzw. die gegenüber einem Magneten (21) angeordnet ist bzw. sind, welcher so magnetisiert ist, daß er in ein und derselben Ebene mindestens einen magnetischen Pol besitzt, wobei jedes gedruckte Spulenblatt ein oder mehrere Spiral-Leitermuster in einer Ebene besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß in einer Zone in der Nähe oder außerhalb des Spiral-Leitermusters (3) mindestens ein magnetisches Sensorelement (8) mit der gleichen oder einer geringeren Dicke wie bzw. als das gedruckte Spulenblatt gebildet ist, so daß das magnetische Sensorelement nicht über eine freiliegende Oberfläche des gedruckten Spulenblatts vorsteht.
2. Spuleneinheit nach Anspruch 1,· dadurch g e kennzeichnet, daß mehrere magnetische

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Sensorelemente (8) in demselben gedruckten Spulenblatt eingebettet sind, damit sie mit etwa dem gleichen Abstand von der gegenüberliegenden Oberfläche des Magneten (21) positioniert werden können.
3. Spuleneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche magnetischen Sensorelemente (8) in dem gedruckten Spulenblatt so dicht wie möglich an dem Magneten (21) positioniert sind.
4. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Betätigungsglied ein flacher, bürstenloser Motor ist, daß der als Rotor dienende Magnet (21) flache, scheibenförmige Gestalt hat und senkrecht zur Magnetachse derart magnetisiert ist, daß er η Nord-Pole und η Süd-Pole besitzt, wobei er einen Innendurchmesser r* und einen Außendurchmesser r~ aufweist, daß jedes gedruckte Spulenblatt eine Reihe von 2 η Spiral-Leitermustern (3) aufweist, die ringförmig entsprechend den η Paaren von Süd- und Nord-Polen angeordnet sind, daß in mindestens einem der gedruckten Spulenblätter das magnetische Sensorelement (8) in einer Zone außerhalb des Spiral-Leitermusters (3) derart eingebettet ist, daß ein magnetempfindlicher Abschnitt des Elements einen Abstand R von der Magnetmitte aufweist, der der Beziehung r-x1,2 iR^r₂x1,1 genügt.
5. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Betätigungsglied ein Linear-Betätigungsglied ist, daß der Magnet (21) senkrecht zur Gleitrichtung des Betätigungsglieds eine Breite 1 besitzt, daß das gedruckte Spulenblatt mehrere Spiral-Leitermuster (3) enthält, die in Gleitrichtung ausgerichtet sind, und daß das magnetische Sensorelement (8) an einer solchen Stelle eingebettet ist, daß

ein magnetempfindlicher Abschnitt des magnetischen Sensorelements von der in Breitenrichtung gesehenen Mitte des Magneten (21) einen Abstand R mit B ^ (1/2) + d besitzt, wobei d der Abstand zwischen dem Magneten und der Spule ist.
6. Spuleneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß mit Ausnahme der Spiral-Leitermuster auf mindestens einem der gedruckten Spulenblätter, die die gedruckte Spuleneinheit bilden, eine Frequenzsignal-Geberspule mit einem kammförmigen Leitermuster zum Ermitteln 'einer Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Teils innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der von der Mitte des Magneten einen Abstand R besitzt, wobei R durch die Beziehung r* χ 1,2 i R ί r„ χ 1,1 mit r₂ > (12/11) χ r.. gegeben ist.
7. Spuleneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eines der die Spuleneinheit bildenden gedruckten Spulenblätter mit einer Frequenzgeberspule (12/11) ausgestattet ist, mit deren Hilfe eine Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Teils in einem kammförmigen Leitermuster ermittelt wird.
8. Spuleneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone des Spulenblatts, in der das magnetische Sensorelement (8) eingebettet ist, eine Freizone ist, die definiert wird durch den Außenumfang des Spulenblatts und den Außenumfang eines bestimmten Spiral-Leitermusters, wobei dieses eine im Vergleich zu den anderen Spiral-Leitermustern verminderte Größe besitzt.
9. Spuleneinheit nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß mindestens ein einstückig in die

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gedruckte Spuleneinheit eingebautes magnetisches Sensorelement nicht mehr als 0,6 mm dick und in eine in der Freizone des Spulenblatts geformte Kerbe (10) eingepaßt ist.
10. Spuleneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Freizone des Spulenblatts entlang dessen Umfang ein Freguenzgeber-Spulenmuster (11) zum Ermitteln der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Teils gedruckt ist.
11. Flacher, bürstenloser Motor geringer Abmessungen, mit einer gedruckten Spuleneinheit, die sich zusammensetzt aus einer Schichtung gedruckter Spulenblätter (9) aus scheibenförmigen Blättern mit jeweils mehreren Spiral-Leitermustern (3), und die einen Stator bildet, mit einem magnetischen Joch (24), welches die gedruckte Spuleneinheit trägt, mit einem scheibenförmigen Magneten (21), der der das Leitermuster enthaltenden Oberfläche der Spuleneinheit gegenüberliegend mit geringem Abstand zwischen Magnet und Leitermuster angeordnet ist und in ümfangsrichtung abschnittsweise gleichförmig magnetisiert ist, um als Rotor zu dienen, und mit einer Drehwelle (25), die den Magneten und das Joch in deren Mitten trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet η Paare von Magnetpolen, die in ümfangsrichtung angeordnet sind, aufweist, und einen Innendurchmesser r.. sowie einen Außendurchmesser r~ besitzt, daß das gedruckte Spulenblatt mit einer Reihe von 2n Spiral-Leitermustern, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, versehen ist, daß mindestens eines der gedruckten Spulenblätter ein magnetisches Sensorelement (8) aufweist, welches derart angeordnet ist, daß ein magnetempfindlicher Abschnitt des Sensorelements gegenüberliegend dem Magneten (21) an einer Stelle innerhalb einer Zone gelegen ist, die außerhalb der Spiral-

Leitermuster (3) mit einem Abstand R, der der Beziehung r_n ^ R £ r₂ ^{x 1}'¹ genügt, von der Mitte des Magneten entfernt liegt, wobei das magnetische Sensorelement (8) in einer Kerbe (10) eingeschlossen ist, die in dem einen gedruckten Spulenblatt gebildet ist, so daß das Sensorelement nicht über die Oberfläche des einen Blatts vorsteht.
12. Motor nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß das magnetische Sensorelement gebildet wird durch ein planares Hallelement oder ein magnetisches Widerstandselement, und angeordnet ist in einer Freizone, die zwischen einem bestimmten Spiral-Leitermuster, welches einen kleineren Außendurchmesser besitzt als der Magnet, und dem Außenumfang des gedruckten Spulenblatts, dessen Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser r₂ ist, definiert wird.
13. Motor nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zum Ermitteln einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors gleichzeitig mit den Spiral-Leitermustern ein kammförmiges Leitermuster in der Freizone entlang deren Außenumfang mit Ausnahme der das magnetische Sensorelement aufnehmenden Kerbe gebildet ist.
14. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß von den geschichteten gedruckten Spulenblättern ein erstes Blatt, welches dem Magneten am nächsten liegt, mindestens ein solches Spiral-Leitermuster aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als der der übrigen Leitermuster-Blätter, daß mehrere magnetische Sensorelemente in einer Zone eingebettet sind, die definiert wird zwischen dem Leitermuster kleinen Durchmessers und dem Außenumfang des ersten Blatts an Stellen, die um einen vorbestimmten Winkel in ümfangsrichtung versetzt sind.
15. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücke zwischen dem Magneten und dem magnetischen Loch etwa 1,1 mm beträgt.
16. Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Spuleneinheit für magnetische Betätigungsglieder geringer Abmessungen, bei welchen von der Photolitographie und dem Leiter-Elektroplattieren Gebrauch gemacht wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Vorbereiten einer Photomaske mit einer Reihe von ähnlichen Spiralmustern, von denen ausgewählte Muster reduzierte Abmessungen besitzen, und mit einer Positionsmarkierung in jedem durch das verkleinerte Spiralmuster mit die diesem benachbarten ähnlichen Spiralmuster definierten Freiraum,

Ausbilden von Spiralleitern und Positionsmarkierungs-Leitern auf einem flachen Trägerblatt aus Isolierstoff unter Verwendung der Photomaske,

Zuschneiden des mit Leitern versehenen Trägerblatts zu einer vorbestimmten Gestalt von gedruckten Spulen bei gleichzeitigem Zuschneiden des Freiraums des Trägerblatts zu einer keilförmigen Form, um in bezug auf den Markierungs-Leiter eine Kerbe als Positionierungs-Bezug zu erhalten, und

Einbauen eines dünnen Hall-Elements oder eines magnetischen Widerstandselements, welches der Keilform entspricht, in die Kerbe des Trägerblatts, so daß es von der Dicke des Trägerblatts eingebettet wird, und damit eine gedruckte Spuleneinheit erhalten wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch ge-

kennzeichnet, daß das Betätigungsglied ein flacher, bürstenloser Motor ist, und daß sich an das Einbauen des Elements ein Verfahrensschritt anschließt, bei dem mehrere mit eingebauten Elementen versehene, Spiral-Leitermuster tragende Blätter mittels dazwischenliegender Klebe-Verbindungsblätter auf einer Jochplatte gestapelt werden sowie ein Verfahrensschritt, bei dem die gestapelten Blätter und die Jochplatte unter Wärme zusammengepreßt werden, um dadurch die Spuleneinheit und das Joch mit einem geschichteten Aufbau zu erhalten.