專利名稱：主軸電動機、盤驅動裝置及定子鐵心的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種主軸電動機、盤驅動裝置及定子鐵心的制造方法。
背景技術：
隨著信息記錄容量的增大，HDD及光盤裝置的小型化、大容量化、 高速化成為必要。且，為了攜帶方便，有必要增加蓄電池充電一次的使用時間。決定此盤驅動裝置的性能的要素之一是主軸電動機。為實現上述性能的提高，重要的是實現可以高效率、高速、高精度旋轉的主軸電動機。
在此，首先，對于實現大容量、高速化，降低主軸電動機的齒槽轉矩 很重要。進一步，對于實現高效率、高速化，提高主軸電動機的效率、特別是減少鐵損是主要的課題。
在此，在專利文獻l、專利文獻2、專利文獻3中公開了上述現有的 盤驅動用主軸電動機的例子。在每個專利文獻中都公開了通過對厚的電磁鋼板進行沖孔加工來進行制作的方法。
專利文獻1:日本特開2000—235766號公報
專利文獻2:日本特開2000—156958號公報
專利文獻3:日本特許公報第3551732號公報
為進行盤裝置的高速、大容量的數據的處理，作為在此使用的主軸電 動機，必須降低脈沖轉矩、實現高效率化。
對于用于應對高速化的用途中的主軸電動機的高效率化，鐵損降低的 比重很大。在此，鐵損可用磁滯損耗和渦流損耗之和來表示。
磁滯損耗是在交變磁場的作用下磁心的磁區改變方向時產生的損耗， 由磁滯曲線的內部的面積決定。
構成主軸電動機的定子的定子鐵心，為降低渦流損耗，用厚電磁鋼板 進行層疊的方式形成磁回路。
另外，定子鐵心是具有突極的復雜的形狀，目前，通過沖孔加工制造 定子鐵心。若進行沖孔加工，會出現電磁鋼板的切斷部分的結晶構造變形， 磁特性惡化，磁滯曲線的內側面積增大，鐵損增加的問題。且，厚電磁鋼 板有渦流損耗大的缺點，因此，有不能改善主軸電動機的效率的問題。
另外，在沖孔加工中，電動機外徑即使大也是10mm 30mm，需要 精度，相反，因為沖孔加工的精度不高，有無法改善齒槽轉矩的缺點。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可以除去所述公開例的缺點，減少鐵損， 實現高效率，且減少齒槽轉矩的主軸電動機，并且提供一種使用該主軸電 動機，可以實現高速、大容量記錄并可長時間使用的盤驅動裝置。
本發明的主要實施方式是為了防止由沖孔加工引起的磁特性的惡化， 且為了實現磁特性的進一步提高，用高精度的蝕刻加工來對鋼板進行加 工，使該鋼板的厚度薄壁化至0.30mm以下。
特別的，本發明的實施方式之一是，將厚度在0.30mm以下的薄壁化 了的電磁鋼板中的一種的硅鋼板，利用蝕刻加工進行加工，謀求磁特性的 提高。
這里說明的主軸電動機具有定子和轉子，定子具備具有突極的定子鐵心和在突極間配置的定子線圈。定子鐵心由層疊的鋼板制成，鋼板的突極通過蝕刻加工而形成。此時，鋼板的厚度為0.08 0.30mm，優選為0.10 0.25mm。且，擴展的下限值可達到0.05mm。
且，若定子鐵心的層疊鐵心密度(％)被定義為鋼材(鋼板的)板 厚(mm) x片數(片)+鐵心的高度(mm) xl00，則該層疊鐵心密度優選為90.0 99.9%。
根據本發明，可以提供一種能夠減低鐵損，實現高效率，且減少齒槽 轉矩的主軸電動機，以及使用該主軸電動機的可以實現高速、大容量記錄 且可長時間使用的盤驅動裝置。
圖1是表示關于本發明的一個實施例的主軸電動機的結構圖2是表示關于本發明的一個實施例的HDD裝置的圖3是表示電磁鋼板的板厚與鐵損的關系的圖4是表示硅鋼板中的硅含量與鐵損的關系的圖5是表示基于蝕刻加工的代表性的加工截面形狀的圖6是表示基于沖孔加工的代表性的加工截面形狀的圖7是關于本發明的其他實施例的主軸電動機的定子結構的圖8是表示主要部分的放大圖9是表示關于本發明的其他的實施例的主軸電動機的定子結構圖10是完成的主軸電動機的定子結構圖。
圖中
l一機殼；2 —突極端；3 —永久磁鐵；4一輪轂；5 —定子線圈；6 —修 正槽；7 —狹縫；8 —突極；9一磁軛；IO —定子；ll一定子鐵心；12 —變 形壓吸收空間；13 —磁極保持棧橋；20 —轉子
具體實施例方式
以下，結合附圖對本發明的一個實施例進行說明。
圖1表示本發明的第一實施例的主軸電動機。本實施例的永久磁鐵電
動機是外轉型，是具有8極的轉子20和6極的定子10的4: 3結構主軸 電動機。轉子20具有八個永久磁鐵3和固定永久磁鐵3的輪轂4。定子 10有6個突極8，在突極8巻裝有定子線圈5。在與永久磁鐵3相對的突 極端2的表面，在接近于突極8的中央的兩處設置有修正槽6。關于永久 磁鐵3的磁極位置的檢測方法，因為不是本質的問題，所以省略，但是還 有在機殼1上設置霍爾元件，或檢測在定子線圈5產生的感應電壓等的無 刷形式等。
在沒有修正槽6的主軸電動機中，因為轉子20的極數是8極，定子 的極數是6極，所以8和6的最小公倍數24的齒槽轉矩每轉一周產生一 次。該齒槽轉矩的周期以機械角計算為10° 。
在本實施例中，為了修正該齒槽轉矩，以相鄰的突極端2間的狹縫7 為基準，在機械角為5X(2n+l)。(這里，n＝0， 1， 2， 3……)處， 設置與狹縫7相同形狀的槽、即修正槽6。通過設置修正槽6，產生與沒有修正槽6的主軸電動機的情況相差180°相位的轉矩，從而修正齒槽轉
矩、得到流暢的旋轉。這是因為狹縫7引起的齒槽轉矩以10°機械角的周 期產生，若在機械角為5°的奇數倍的位置上設置修正槽6，便可以產生 與狹縫7引起的齒槽轉矩恰好相差180°相位的轉矩。即，修正槽6在將 齒槽轉矩的周期設為Tc (在永久磁鐵的極數為M，突極數為S， M與S 的最小公倍數為L時，Tc=360/L° )時，從狹縫7離開機械角Tc (2n+l) /2= (360/L) X (2n+l) /2度(這里n取整數)進行設置即可。
在本實施例中，進一步，為解決突極端2的機械強度及電動機效率的 問題，以狹縫7為基準，在機械角為5X (2n+l) ° ， n=l、 2的地方， 即在15°和25°的地方設置修正槽6。
由此，可得到以下特點
(1) 因為n取1和2，所以修正槽6的位置與圖1所示的修正槽6 的位置相比，可以靠近突極8的中間約1.7°的機械角。
(2) 為了消除由狹縫7引起的磁影響，由15°和25°的兩條修正槽 6進行分擔并修正，所以對狹縫7的磁影響，只需要為一半的磁影響的槽 深。即，可以使修正槽6的深度變淺。
因此，根據(1)和(2)，可以確保槽背部的鐵心的寬度。可以使其 變厚。由此，可以同時實現齒槽轉矩的降低及電動機的高效率，突極端2 的機械強度的保證。
接下來，對修正槽6的位置、寬度W及深度D與轉矩的關系進行說明。
因為狹縫7引起的齒槽轉矩的周期是機械角10° ，所以在相鄰的狹縫 7間(40° )產生4周期的齒槽轉矩。為了產生與該齒槽轉矩相反的相位 的修正轉矩，只需在適當位置設置輔助槽即可。在本實施例中，在接近于 突極8的中間的兩處設置了修正槽6。由此，相比于在一處設置修正槽的 情況，可以減小槽的深度D。因此，可以確保突極端2的機械強度。
且，修正槽6的寬度W通過形成為將相鄰的狹縫7的角度(40° ) 8 等分之后的寬度(5° )，可以減小修正槽6的深度D。這與齒槽轉矩一 樣，需要在相鄰的狹縫7間產生4周期的修正轉矩，通過形成為相鄰的狹 縫7間的8等分的寬度，正好使槽的寬度與修正轉矩的半周期一致，可以
效率最高地產生脈沖轉矩。
既，修正槽6的寬度W，在將齒槽轉矩的周期設為TC (在轉子的極數為M，定子的極數為S， M與S的最小公倍數為L時，Tc=360/L° )時， 通過以成為Tc/2=(360/L) /2°的角度的寬度進行設置，由于可以效率最 高地產生修正轉矩，所以可以減小修正槽6的深度D。
如上述說明那樣，若使用本實施例的主軸電動機，可以高效率地得到 速度變動少的流暢的旋轉，可以降低由旋轉引起的噪音，因此作為攜帶信 息機器中使用的CD—ROM、 DVD或HDD等對盤進行驅動的盤裝置的主 軸電動機，特別有效。
圖2表示使用了本發明的實施例的主軸電動機的HDD裝置的一個例子。
本實施例的HDD裝置中使用的主軸電動機是圖1的實施例中說明的 外旋型主軸電動機，在定子鐵心的突極端2，按照圖l的實施例所示的原 理設置有修正槽6。因此，與第一實施例的永久磁鐵電動機一樣，可以高 效率地得到速度變動少，流暢且噪音小的旋轉。
該修正槽6、狹縫7的形狀及尺寸公差，對齒槽轉矩的產生有很大的 影響。在本發明中，相對于現有例中表示的沖孔加工，通過對薄板的蝕刻 加工，可以制作出輔助槽結構，該結構可以產生與狹縫7引起的齒槽轉矩 基本相同的、且相位相反的齒槽轉矩。另外，因為外周等精度的提高可以 將狹縫7以外的齒槽轉矩分量抑制得足夠小，所以可以充分減小整體的齒 槽轉矩。
在這種結構的HDD裝置中，因為齒槽轉矩足夠小，所以可以將記錄 磁信息的盤30的旋轉速度變動控制在最小，所以可以使磁信息的記錄的 再生穩定，速度高且可靠性提高，記錄密度增大。
此外，本例雖然表示了HDD裝置，但在通過激光向盤30記錄再生信 息的CD—ROM裝置或DVD裝置等中應用的情況下，由于也可以將盤30 的旋轉速度變動控制在最小，所以可以使利用激光進行的信息的記錄再生 穩定，可以提高可靠性，增大記錄密度。
在此，對本發明的蝕刻加工的定子鐵心進行說明。
定子鐵心(以下有時也稱"鐵心")由層疊的鋼板制作，鋼板的突極通過蝕刻加工、優選通過光刻加工來形成。此時，鋼板的厚度為0.08
0.30匪。
當然，通過蝕刻加工來加工定子鐵心的整體，從磁特性及制造工序整 體的操作性的角度看是優選的。
另外，與定子鐵心一樣，對于轉子鐵心，也對0.08 0.30mm厚的硅 鋼板進行蝕刻加工，從改善磁特性的觀點看是優選的。即，基于沖孔加工 的定子鐵心或者轉子鐵心的加工，破壞了鋼板內的規則的晶格結構，由此 增大了磁滯損耗。通過對定子鐵心或者轉子鐵心進行蝕刻加工，可以防止 規則的晶格結構的破壞，可防止磁滯損耗的增大。
沖孔加工存在如下問題加工對象的鋼板加工得越薄，切斷部的紊亂， 如壓塌、飛邊、塌邊等越大，顯示出磁滯損耗增大的傾向。
并且，沖孔加工可以加工的形狀，有圓或直線這樣的簡單的形狀。其 原因是，沖孔加工必須用模具，而將該模具做成復雜曲線是十分困難的。 另外，在研磨模具時，在模具具有復雜的曲線形狀的情況下，還存在無法 很好研磨的問題。
所以，在沖孔加工等機械加工中，雖然以降低渦流損耗為目的而使電 磁鋼板的厚度變薄，但磁滯損耗增大，不容易降低鐵損。
蝕刻加工可以解決這些問題。利用該蝕刻加工可以較低地抑制磁滯損 耗，可以降低渦流損耗。在主軸電動機中，通過對定子鐵心進行蝕刻加工， 可以進一步提高主軸電動機整體的效率。且，作為蝕刻加工的代表的方法， 有光刻加工。
蝕刻加工由于可以防止對鋼板內的規則的晶格結構的破壞，具有降低 磁滯損耗的效果，此外通過大幅度提高加工精度，可以期待主軸電動機特 性的改善。
另外，由于能夠高精度地加工磁間隙的寬度，通過降低轉矩脈動或者 高次諧波磁通，或者通過降低磁阻或降低漏磁通，可以改善主軸電動機的 特性及效率。
并且，因為可以將定子鐵心加工成具有與特性的改善和性能的提高有 關的復雜的曲線形狀，所以與沖孔加工相比，可以實現特性的改善和性能 的提高。
例如，通過高精度地加工定子鐵心與轉子鐵心間的間隙的形狀，不僅 可以提高效率，而且可以實現降低脈動等性能的提高及特性的改善。 下面就以下的方式具體說明。
本方式中，鐵心的層疊鐵心密度為90.0 99.9%，優選為93.0 99.9%。
而且，該層疊鐵心密度也并不一定不可以通過機械壓縮層疊鐵心的方 法來提高。然而，在這種情況下，會使鐵損增加，并不能說是優選的。本 方式中說明的是，沒有設置這樣的用于提高層疊鐵心密度的特別的工序， 可以提高層疊鐵心密度。
這種鐵心的層疊鐵心密度的提高可以降低鐵心內的磁感應強度，由 此，有能夠降低主軸電動機的鐵損的效果。
在上述情況下，鐵心的層疊鐵心密度(％)，鋼板的板厚是0.08 0.30mm，鐵心的個數是20 100 (個)左右，鐵心的高度是5 20mm。
鋼板的組成是，含(3為0.001 0.060重量％，含Mn為0.1 0.6重量 %，含P為0.03重量％以下，含S為0.03重量％以下，含Cr為0.1重量％ 以下，含Al為0.8重量。/。以下，含Si為0.5 7.0重量％，含Cu為0.01 0.20重量％，其余部分由不可避免的雜質和Fe構成。且，不可避免的雜質 為氧或氮的氣體成分等。
并且，優選的是，鋼板的組成為，含C為0.002 0.020重量％，含 Mn為0.1 0.3重量％，含P為0.02重量％以下，含S為0.02重量％以下， 含Cr為0.05重量％以下，含Al為0.5重量％以下，含Si為0.8 6.5重量 %，含Cu為0.01 0.1重量％，其余部分由雜質和Fe構成，具有結晶粒子， 是作為所謂的電磁鋼板的硅鋼板。
在決定這樣的硅鋼板的組成時，特別是從降低鐵損的角度出發，Si和 Al的含量很重要。從這個角度出發在規定Al/Si時，比值優選為0.01 0.60。 更優選的是該比值是0.01 0.20。
且，硅鋼板中的硅的濃度可以根據主軸電動機的種類，將采用0.8 2.0重量％的主軸電動機和采用4.5 6.5重量％的主軸電動機分開使用。
且，通過降低硅的含量，可以提高硅鋼板的磁感應強度。在本方式中， 可使之為1.8 2.2T。
在硅含量少的情況下，可提高軋制加工性，減少板的厚度，通過減少板的厚度，可以減少鐵損。另一方面，在硅含量多的情況下，軋制加工性 的降低可以通過在軋制加工后含有硅等方法解決，鐵損也會減少。
另外，硅鋼板含有的硅的分布，也可以相對于硅鋼板的厚度方向大致 均勻地分布，另外，也可以通過局部提高硅的濃度的方式，相對于硅鋼板 的厚度方向，使表面部的濃度高于內部的濃度。
并且，鐵心在層疊的鋼板與鋼板之間，有厚度為0.01 0.2iim的絕緣 被膜，該絕緣被膜的厚度也可分為0.1 0.2ixm、優選為0.12 0.18um的 主軸電動機和0.01 0.05^ m、優選為0.02 0.04um的主軸電動機。
此外，在絕緣被膜的厚度為0.1 0.2um的情況下，該絕緣被膜最好 用有機或無機的膜。作為絕緣被膜的材料，可以用有機材料、無機材料及 混合了有機材料與無機材料的混合材料。
且，在絕緣被膜的厚度為0.01 0.05um的情況下，該絕緣被膜最好 用氧化被膜。特別優選用鐵系的氧化被膜。
艮口，通過使硅鋼板的板厚變薄，也可以使絕緣被膜的厚度變薄。
現有的電磁鋼板的絕緣皮膜，即使在沖孔加工后也可以維持絕緣性， 同時為了提高沖孔加工性，還有潤滑性、鋼板的密接性、沖孔加工后的退 火的耐熱性、焊接層疊的電磁鋼板來形成鐵心時的焊接性等、絕緣性以外 的特性，調整絕緣皮膜的厚度或成分，需要0.3 4 111左右的厚度。
然而，在本方式說明的薄壁化了的硅鋼板中，需要使絕緣皮膜的厚度 變薄。
在使用厚度與現有技術相同的絕緣被膜的情況下，由于硅鋼板壁厚薄 化，相對的，存在絕緣皮膜的體積率相對于硅鋼板的體積率增加，磁感應 強度下降的顧慮。
這樣，在本方式說明的壁厚薄化了的硅鋼板中，可以減少絕緣皮膜的 厚度。
一般的，在使電磁鋼板變薄時，需要增加絕緣被膜的厚度。但是，在 本方式中，與該考慮方法不同，即使使電磁鋼板的厚度變薄也不需要增加 絕緣被膜的厚度，反而可以與電磁鋼板一起變薄。所以，也提高了層疊鐵 心密度。
而且，需要考慮硅鋼板中硅的分散狀態和轉子的使用條件進行討論，可以根據用途區分使用在如下兩種情況，其一是最高旋轉速度的旋轉域處 于低速，由硅鋼板組成的鋼板中含有的硅向鋼板的厚度方向分散的情況；
其二是最高旋轉速度的運轉一般為數千 數萬rpm，由硅鋼板組成的鋼板 中含有的硅的濃度，表面部比內部高的情況。
旋轉速度和鐵損的關系是旋轉速度越上升，磁通的交變頻率變得越
高，從而鐵損增加。旋轉速度快的主軸電動機比旋轉速度慢的主軸電動機 處于鐵損增加的傾向。從這點考慮，有必要討論硅鋼板中硅的含量。
而且，硅鋼板含有的硅可用溶解法均勻地添加在電磁鋼板中，也可以
用表面改質或者離子注入、CVD (化學氣相沉積)等方法，對電磁鋼板局 部地特別是向表面部添加。
另外，本方式說明的電磁鋼板，以用于具有形成主軸電動機的定子的 突極和磁軛的鐵心為前提，厚度為0.08 0.30mm，突極及磁軛可通過蝕刻 加工形成。
寬度為50 200cm的電磁鋼板的蝕刻加工是如下這樣進行的，在鋼板 上涂敷抗蝕劑，使定子鐵心的形狀曝光，顯影，基于其形狀除去抗蝕劑， 用蝕刻液進行加工，用蝕刻液加工后，除去殘余的抗蝕劑。
對于有利于低鐵損化的硅鋼板的薄壁化，由于硅鋼板的軋制加工性 差、沖裁鐵心時的加工即沖孔加工性差，所以在工業規模下，成本大幅度 的增加不可避免。如此，在將硅鋼板作為在高效率、低轉矩脈動的主軸電 動機中使用的電磁鋼板而使用的情況下，板厚以0.50mm和0.35mm為中 心，長時間沒有薄壁化的進展。
但是，在本方式中，不使用沖孔加工，而通過使用蝕刻加工，可以實 現在工業規模下不引起成本大幅度的增加，使鐵心使用的硅鋼板的薄壁化 成為可能，實現低鐵損化。
在本方式中，為實現鐵心的低鐵損化，在使用鐵損較小的硅鋼板的同 時，調整考慮了軋制加工的硅含量，對硅鋼板的考慮了軋制加工之后的板 厚進行薄壁化，考慮形成為鐵心的形狀的蝕刻加工的適用，考慮構成層疊 的鐵心的一片一片的硅鋼板的低鐵損化，考慮在硅鋼板與硅鋼板間形成的 絕緣皮膜的作為鐵心的低鐵損化。
在使用模具的沖裁加工法即沖孔加工中，在切斷部附近形成被稱為加工硬化層、飛邊或塌邊(以下稱為"飛邊等")的塑性變形層，產生殘留 變形或殘留應力。在沖孔加工時產生的殘留應力，破壞磁鐵分子的排列的 規則性，即破壞磁區，使鐵損明顯增大，需要進行用于除去殘留應力的退 火工序。退火工序進一步增加了鐵心的制造成本。
在本方式中，因為不實施這樣的沖孔加工來形成鐵心，所以幾乎不形 成塑性變形層，不會產生殘留變形或殘留應力。因此，幾乎不會破壞結晶 粒子的排列狀態，可以防止對磁鐵分子的排列、即磁區排列的損傷，防止 磁特性即磁滯特性的惡化。
另外，鐵心通過對加工后的硅鋼板進行層疊而形成。通過對該硅鋼板 的殘留變形或殘留應力的產生進行抑制，可以進一步提高鐵心的磁特性。
因此，本方式中的主軸電動機可以實現低鐵損化、高輸出化、小型輕 量化。另外，該主軸電動機中使用的電磁鋼板，具有在邊緣部分幾乎沒有 飛邊等的良好特性。
飛邊等是塑性變形層的一種，因為沿著切斷部，從鋼板的平面方向向 空間方向鋒利地突出，所以有時會破壞在電磁鋼板表面形成的絕緣皮膜， 破壞層疊的鋼板間的絕緣。
另外，在層疊這種鋼板的情況下，由于飛邊等，在層疊的鋼板間產生 不需要的空隙，所以損害層疊鐵心密度的增加，結果是磁感應強度降低。 磁感應強度的降低阻礙主軸電動機的小型輕量化。
雖然也有時采用在將電磁鋼板層疊后，通過將鐵心在板厚方向上進行 壓縮，壓塌飛邊等，使層疊鐵心密度提高的方法，但在這種情況下，通過 加壓壓縮增加了殘留應力，鐵損增加。從而，還存在由飛邊等引起的絕緣 破壞的問題。
在本方式說明的鐵心，由于基本不產生飛邊等，不用進行加壓壓縮， 可以提高層疊鐵心密度，且不會引起絕緣破壞。因此，還可以降低鐵損。
在作為鐵心使用的電磁鋼板的硅鋼板中，硅的含量為6.5重量％，理 論上鐵損最低。但是，若硅含量增加，則軋制加工性及沖孔加工性會明顯 惡化。所以，不管鐵損有多大，考慮到軋制加工性及沖孔加工性，硅鋼板 中硅的含量一般約為3.0重量％。
在本方式中說明的硅鋼板，因為板厚可以薄壁化為0.3mm以下，所以即使硅的含量在2.0重量％以下，鐵損也低。
在現有技術中，在板厚為0.3mm以下的薄壁化了的硅鋼板的制造中， 需要軋制、退火等特別的工序，但在本方式說明的硅鋼板，因為不需要這 樣的特別的工序，所以還可以降低薄壁化了的硅鋼板的制造成本。且，關 于鐵心的制造，因為不需要沖孔加工，所以可以進一步降低制造成本。
此外，與鐵心的主要材料即硅鋼板不同，公知有作為極薄電磁材料的 在特殊用途限定使用的價格極其昂貴的非結晶材料，但是因為非結晶材料 有使熔融金屬急速凝固來形成箔體進行制造的特殊工序，所以可以實現厚 度為0.05mm左右或其以下的超薄壁的300mm左右寬度的極少量的制造， 但是在這以上的板厚或板寬的材料的制造，在工業規模下的制造卻是不可 能實現的。
如此，非結晶材料，因為材質硬且脆，并且過薄，不能進行沖孔加工， 由于化學成分的限制，磁感應強度低等原因，不能作為鐵心的主要材料。 在本方式中說明的電磁鋼板與這樣的非結晶材料不同，具有結晶粒子。
另外，本方式中的電磁鋼板，可以同時實現有利于低鐵損化的薄壁化、 變形的降低、高輸出化、有利于小型輕量化的尺寸精度的提高，有利于高 磁感應強度化的鐵心層疊密度的提高。
即,根據本方式，可以提供能夠實現低鐵損和實現高輸出、小型輕量 化的鐵心。
電磁鋼板的板厚與鐵損的關系如圖3所示。
根據圖3可知，板厚與鐵損之間存在板厚越厚，鐵損越高的關系。
其中一般采用的硅鋼板的板厚，考慮到軋制加工或沖孔加工性，分為 0.50mm和0.35mm這兩禾中。
廣泛用于鐵心制造的這兩種板厚的硅鋼板，為了降低鐵損，需要進行 軋制和退火。另外，為實現進一步的薄壁化，由于作為對象的鐵心的形狀 和大小的不同而使得反復的次數不同，但需要反復進行這樣的軋制和退 火。如此，在一般使用的硅鋼板中，為實現薄壁化，需要追加軋制、退火 等特別的工序進行制造，從而制造成本變高。
在本方式說明的鐵心，因為可以降低制造成本，又可以解決鐵心加工上的問題，所以可用于工業規模的大量生產。
本方式中使用的硅鋼板的板厚為0.08 0.30mm且，優選使用厚度為 0.1 0.2mm的硅鋼板，采用蝕刻加工制作鐵心的形狀。
在圖3中，作為參考也表示了非結晶材料的板厚的區域。因為非結晶 材料有使熔融金屬急速凝固來形成箔體進行制造的特殊工序，所以適于厚 度為0.05mm左右或其以下的超薄壁的制造，在這以上的板厚由于急速冷 卻很困難，所以制造困難。另外，只能制造板寬在300mm左右的窄的板，與特殊的制造工序一起，制造成本顯著的提高。
另外，關于磁特性，雖然鐵損低，但是存在磁感應強度也低的缺點。這是因為為了急速冷卻凝固而在化學成分上存在限制。
在本方式中沒有使用這種非結晶材料，而使用具有晶體粒子的硅鋼板。
下面，介紹硅鋼板的代表性的制造工序。
由可形成電磁鋼板的材料制造鋼。例如，使用具有如下組成的鋼板材料其組成是含C為0.005重量％，含Mn為0.2重量%，含P為0.02重量％，含S為0.02重量%，含Cr為0.03重量％，含A1為0.03重量%，含 Si為2.0重量%，含Cu為0.01重量%，其余部分為Fe和若干雜質組成。
通過對這種鋼板材料實施連續鑄造、熱軋、連續退火、酸洗、冷軋、連續退火，制造板寬為50 200mm、在此特別是板寬為50mm、板厚為 0.2mm的硅鋼板。
另外，在制作出的硅鋼板的表面，為了降低鐵損，進而也可以形成 4.5 6.5重量％的硅。
然后，實施厚度為O.lym的有機樹脂的絕緣被膜涂敷，制造硅鋼板。
根據情況不同，也可以不采用特別的絕緣被膜涂敷的工序，而制作厚 度為0.01 0.05 u m的酸化被膜。
另外，這里說明的絕緣被膜涂敷的工序在制造鐵心時，優選在蝕刻加 工的工序后進行。
另外，硅鋼板形成為平板或線圈狀、輥狀。
下面，說明鐵心的代表性的制造工序。
對制造的硅鋼板進行預先處理，涂上抗蝕劑。對該抗蝕劑，利用掩模
對定子鐵心的形狀進行曝光、顯影。根據其形狀除去抗蝕劑。進一步，用 蝕刻液進行加工。在通過蝕刻液的加工后，除去殘余的抗蝕劑，制造出所 要的具有定子鐵心的形狀的硅鋼板。這種制造中例如光刻加工是有效的， 使用采用金屬掩模的精密加工微細孔的方法也是有效的。
將制造的具有希望的定子鐵心的形狀、具有鐵心形狀的多個硅鋼板進 行層疊，通過焊接等固定層疊后的硅鋼板，從而制造鐵心。另外，在焊接 時，優選利用纖維激光器等實施輸入熱量少的焊接。
通過利用蝕刻加工制造突極的形狀，可以得到極高的加工精度，如誤
差在土10"m以下，優選在士5iim以下，可以制造希望形狀的定子鐵心。 另外，若用圓度表示誤差，則在30"m以下，優選在15"m以下，
更優選在10um以下。而且，所謂圓度，是指圓形部分從幾何學上的理想
圓偏離的大小，是指用兩個同心的幾何學上的理想圓去夾圓形部分時，兩
圓之間區域最小時的半徑差。
圖4表示硅鋼板中硅的含量與鐵損間的關系。
如圖4所示，硅含量為6.5重量％的硅鋼板的鐵損最少。但是，在硅 鋼板中硅的含量比6.5重量％大時，軋制加工很難進行，所希望厚度的硅 鋼板的制造很困難。因為軋制加工性存在電磁鋼板中含有的硅越多，加工 性越變差的傾向。從這個背景出發，綜合考慮鐵損和軋制加工性之間的平 衡， 一般使用硅含量為3.0重量％的硅鋼板。
艮口，在本方式中，通過使硅鋼板的板厚薄壁化，降低硅鋼板的鐵損， 減小硅鋼板中硅的含量對鐵損的影響。
因此，在本方式中說明的硅鋼板，不僅軋制加工性變好，而且通過使 板厚薄壁化，對鐵損影響大的硅鋼板中硅的含量的自由度變大。因此，可 以使硅鋼板中硅的含量在0.5 7.0重量％的范圍，也可以采用0.8 2.0重 量％和4.5 6.5重量％的極端的不同的含量，根據鐵心的規格或主軸電動 機的用途，可以區分使用。
圖5表示基于蝕刻加工的代表性的加工截面形狀。
通過蝕刻加工硅鋼板，在用酸液溶解的加工截面附近，如圖(a)所 示，不存在飛邊等塑性變形層。可以相對于硅鋼板的平面方向基本垂直地 形成加工截面。
并且，在先進的光刻加工中，如圖5 (b) (d)所示，也可以控制
溶解部的形狀。即，還可以形成規定的錐度(tape)，也可以在相對于板 厚方向的垂直方向上形成凸凹。
如此，被蝕刻加工后的硅鋼板，由該加工引起的殘余應力幾乎為0， 塑性變形層幾乎不存在，硅鋼板的相對于厚度方向的塑性變形量幾乎為0。 另外，蝕刻加工引起的加工截面附近的塑性變形量也幾乎為0。
并且，在加工截面中，可以控制硅鋼板的加工截面的形狀，可以形成 加工引起的殘余應力幾乎為0、并且加工截面附近的塑性變形量也幾乎為 0的切斷截面形狀。
另外，通過采用這樣的蝕刻加工，還可以在使硅鋼板的微細的結晶組 織、機械特性及表面部最佳化的狀態下適用于鐵心。考慮到硅鋼板的結晶 組織的各向異性，及基于此的磁特性的各向異性，還可以實現鐵心的磁特 性的最佳化。
圖6表示基于沖孔加工的代表性的加工截面形狀。
通過沖孔加工硅鋼板，在塑性加工時的剪切應力的作用下，加工截面 附近顯著變形，形成10 100um左右的飛邊、塌邊、壓塌。
另外，關于硅鋼板的平面方向的尺寸精度，在沖孔加工中因模具的尺 寸精度而受到限制，通常相對于硅鋼板的厚度在5%左右的間隙下被剪斷， 因此硅鋼板的平面方向的尺寸精度下降。另外，在大量生產時因模具的損 耗，還存在精度隨著時間的經過而降低等問題。另外，越是薄壁化后的硅 鋼板，沖孔加工越困難。
在適用蝕刻加工的本方式中，可以解決這種加工精度的問題，也可以 消除因為時間經過而引起的精度的降低。
另外，在使用規定圖案對定子鐵心的形狀進行曝光時，優選設置與電 磁鋼板的軋制方向有關的掩模或基準孔。
在層疊電磁鋼板的情況下，將電磁鋼板相對于軋制方向平均化，這在 使主軸電動機的性能提高的方面來說是必要的。例如，相對于軋制方向， 改變所定量的掩模或者基準孔的位置，在層疊電磁鋼板時，通過使掩模或 基準孔的為止對齊，可以實現作為主軸電動機的磁特性的提高。
用蝕刻制法制作以上的薄板電磁鋼板的主軸電動機，可以使齒槽轉矩變小，并且也可降低鐵損，可以提供高精度、高效率的主軸電動機。
在具備本發明的主軸電動機的HDD裝置中，因為齒槽轉矩足夠小，所以可以使記錄磁信息的盤30的旋轉速度變動極小，因此，可以使磁信息的記錄再生穩定、實現高速、大容量、高信賴性。
圖7所示的是與本發明的實施例相關的主軸電動機的定子結構圖。圖 8所示的是發明部分的主要部分的放大圖。此處，與圖l中相同的記號表 示相同的構成零件。另外，轉子結構和圖l相同。
定子10由定子鐵心11和定子線圈構成。此處定子鐵心11由六個突 極8和構成磁路的磁軛9組成。這里，定子鐵心通過前面所述的蝕刻加工 制成。本發明特征在于，還具有從定子鐵心11的突極8通向磁軛9的蝕 刻削除部8a和蝕刻削除部8b的槽部。通過蝕刻剩余的部分構成突極棧橋 8c，具有使整體不凌亂而是形成一體的作用。形成在該蝕刻削除部8a、 8b 填埋粘合劑的構造。
另外，修正槽6也在電磁鋼板的兩面由蝕刻削除部6a、和通過蝕刻方 法殘留的輔助槽棧橋6b構成。這里，修正槽6的寬度、深度等形狀，選 定為與狹縫7的導磁率基本相同的形狀。
薄的電磁鋼板，由于相對于厚板沒有鋼性，所以是像紙一樣單薄的結構。
因此，通過在蝕刻削除部8a、 8b、 6a插入粘接材料(未圖示)，可 以提高鋼性、提高組裝精度。并且，因為從突極8通向磁軛9的蝕刻削除 部8a、 8b的槽遮斷了周方向的磁通，所以使突極8的磁通只是半徑方向 的分量，所以有可以減少鐵損的優點。由此，可以適用于高速情況的用途。
并且，因為所述的粘接劑可以將層疊的薄電磁鋼板粘接起來，所以可 以省略一般使用的利用鉤進行的層疊間的固定，由此，由于沒有磁性連結， 所以可以提供鐵損更少的定子鐵心。上述蝕刻削除部的形狀、設置位置不 限于圖示形狀，例如，也可以在環上磁軛的中心位置設置成圓環裝，或在 突極外周設置在周方向上。另外，蝕刻削除部的形狀也可以部分擴大，或 加深。例如，還可以選擇將輔助槽內的蝕刻削除部的一部分從兩面切除， 在層疊方向上沒有輔助槽棧橋的形狀。
根據以上結構，具有降低由薄板引起的鐵損，防止因沖裁引起的鐵損的增加，防止因層疊鐵心間的鉤引起的電短路導致的鐵損的增加，降低因 突極的磁通在周方向的分量的降低引起的鐵損等優點，可以大幅度減少鐵 損。
通過將本發明應用于HDD用的主軸電動機，可以實現高速的驅動以 及大容量的記錄，另外，因為耗電少，在用于攜帶的時候，可以實現電池 一次充電后使用時間的延長。
圖9、圖10表示與本發明的其他實施例相關的主軸電動機的定子構造。
本發明和圖1中所示的實施例一樣，是集中線圈型的、外轉型電動機 用定子鐵心的構造。
定子鐵心如圖9所示，由在磁軛9上呈放射狀形成多個突極8的定子 鐵心11、和在上述突極8分別巻繞安裝的定子線圈5構成，各個突極8 借助數毫米的狹縫7排列為環狀。
上述的定子鐵心11的原形即一片一片的電磁鋼板，可以采用如圖9 所示通過蝕刻加工所述薄電磁鋼板后形成的鋼板。即定子鐵心11的電磁 鋼板是如圖9所示那樣，被蝕刻加工成圖示的形狀，在磁軛9和各個突極 8間形成變形壓吸收空間12，并且，為了不使各個突極8變得凌亂，設有 磁極保持棧橋13。 一方面，反接的一側作為開口端，其角部作為契合端， 然后將該原來形狀的鋼板層疊到規定的板厚，便形成了如圖9所示的定子 鐵心11。
其次，對于定子線圈5的巻線行程，在這種狀態下，各突極8之間、 即狹縫7展開設置到巻線機的噴嘴可以足夠移動的范圍，以便可以具有余 量而敏捷、高效地將線圈集中巻繞起來。
這時，定子鐵心11因為線圈部內徑和外徑大出變形壓吸收空間12的 部分，所以可以使定子線圈5進入的空間的截面積變大，并且定子線圈的 空間的開口部即狹縫7擴大外徑的增大部分。即，可以使定子線圈5多巻 繞安裝可以巻線空間的截面積變大的部分，或者可以使巻線的線直徑增 大。
實施了定子線圈5的上述定子鐵心11，從外周方向被壓縮變形直到 規定的外徑尺寸，即，如果變形壓吸收空間12被壓縮變形直至為0，則磁極保持棧橋13沿著定子線圈5的底邊發生塑性變形，在開口端的契合端 突極8的內徑側端部相互緊緊嚙合而牢固地連接。如前所述，基于上述塑
性變形的壓縮空間以0為目標，但如果考慮塑性變形的容易程度或者塑性 變形時的回彈(spring back)，而預先在磁極保持棧橋13上設置塑性變形 用的釋放空間(圖10突極內周側空間)為好。由此，可以精度良好地塑 性變形。
這里重要的是，通過突極8被同心地壓縮變形，從而可以防止線圈的 損傷，使壓縮空間為零，將磁損失限制在最小限度。
基于以上所述的結構，從降低薄板引起的鐵損，通過蝕刻方法可以防 止因沖裁引起的鐵損增加等方面看，可以使鐵損大幅度降低。并且可以使 定子線圈5的占積率增加，可以降低繞組的電阻，由此，可以使主軸電動 機更加高效。另外，在本發明中，由于可以使作為齒槽轉矩發生原因的狹 縫的寬度減小，所以如圖所示，即使沒有輔助槽，也能使齒槽轉矩充分減 小，可以提高機械強度和轉矩。
另外，通過將本發明用于HDD用的主軸電動機，可以實現高速驅動 以及高速、大容量的記錄。此外，由于耗電少，在用于攜帶的時候，可以 實現電池的一次充電后的使用時間的延長。
權利要求
1.一種主軸電動機，其特征在于具有定子和轉子，所述定子具備具有突極的定子鐵心和在所述突極間配置的定子線圈，所述定子鐵心由層疊的鋼板制成，所述鋼板的突極通過蝕刻加工形成，所述鋼板的厚度為0.05～0.30mm。
2. 如權利要求1所述的主軸電動機，其特征在于 所述鋼板是電磁鋼板，其組成為C為0.001 0.060重量％， Mn為0.1 0.6重量％， P為0.03重量％以下，S為0.03重量％以下，Cr為0.1 重量％以下，Al為0.8重量％以下，Si為0.5 7.0重量％， Cu為0.01 0.20 重量％，其余部分為不可避免的雜質和Fe。
3. 如權利要求l所述的主軸電動機，其特征在于 所述鋼板是硅鋼板。
4. 如權利要求l所述的主軸電動機，其特征在于 所述鋼板具有結晶粒子。
5. 如權利要求l所述的主軸電動機，其特征在于 所述定子鐵心在層疊的鋼板與鋼板之間具有厚度為0.01 0.2μm的絕緣被膜。
6. 如權利要求l所述的主軸電動機，其特征在于所述定子鐵心在層疊的鋼板與鋼板之間具有厚度為0.1 0.2μm的絕緣被膜。
7. 如權利要求6所述的主軸電動機，其特征在于 所述絕緣被膜是有機材料、無機材料或者兩者的結合物。
8. 如權利要求1所述的主軸電動機，其特征在于所述定子鐵心在層疊的鋼板與鋼板之間具有厚度為0.01 0.05μm的絕緣被膜。
9. 如權利要求6所述的主軸電動機，其特征在于 所述的絕緣被膜是氧化被膜。
10. 如權利要求3所述的主軸電動機，其特征在于所述硅鋼板中硅的濃度為0.8 2.0重量％。
11. 如權利要求3所述的主軸電動機，其特征在于所述硅鋼板中硅的濃度為4.5 6.5重量％。
12. 如權利要求3所述的主軸電動機，其特征在于對于所述硅鋼板中硅的濃度，表面部的硅的濃度比內部的硅的濃度咼。
13. 如權利要求1所述的主軸電動機，其特征在于在所述轉子的極數M和所述定子的極數S的最小公倍數為L時，在 自相鄰的突極端之間的狹縫的中心起，機械角為(360/L) x (2n+l) /2度 (這里，n取整數)的位置之中、接近于所述突極的中央的位置設有兩處 以上的槽。
14. 如權利要求1所述的主軸電動機，其特征在于 定子鐵心在其表面的一部分設有板厚在厚度方向上不同的蝕刻削除部。
15. 如權利要求14所述的主軸電動機，其特征在于 在所述蝕刻削除部設置有樹脂。
16. —種盤驅動裝置，其使用權利要求l所述的主軸電動機。
17. —種主軸電動機，其特征在于具有定子和轉子，所述定子具備具有突極的定子鐵心和在所述突極間 配置的定子線圈，所述定子鐵心由層疊的鋼板制成，所述鋼板的厚度為0.05 0.30mm，以層疊鐵心密度(％)=鋼材板厚(mm) X片數(片)+鐵心高度 (mm) x腦定義的層疊鐵心密度為90.0 99.9%。
18. 如權利要求17所述的主軸電動機，其特征在于 所述鋼板的定子鐵心通過蝕刻加工形成，所述蝕刻加工是如下進行的在所述鋼板上涂敷抗蝕劑，對定子鐵心的形狀進行曝光，使其顯影，根據所述形狀除去抗蝕劑，用蝕刻液進行加工，在用蝕刻液進行加工后， 除去殘余的抗蝕劑。
19. 一種定子鐵心的制造方法，其特征在于層疊并形成在突極的內周部通過磁極保持棧橋環狀地排列有多個突極的定子鐵心，在所述突極巻繞安裝定子線圈，然后，對定子鐵心從外周方向進行壓縮變形直至規定的外徑尺寸，制作定子鐵心。
20.如權利要求19所述的定子鐵心的制造方法，其特征在于 通過在突極的根部形成的變形壓吸收空間吸收所述磁極保持棧橋的變形。
全文摘要
本發明提供一種可以降低鐵損及齒槽轉矩的主軸電動機。本發明涉及一種具有定子和轉子的主軸電動機，其特征在于定子具備具有磁軛和突極的定子鐵心和定子線圈，定子鐵心由層疊的鋼板制成，鋼板的突極和磁軛通過蝕刻加工而形成，鋼板的厚度為0.05～0.30mm。特別優選的是此處使用的鋼板為具有結晶粒子的硅鋼板。
文檔編號H02K1/14GK101202474SQ20071019951
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月10日 優先權日2006年12月12日
發明者伊藤元哉, 北村正司, 安島俊幸, 田島文男, 石川芳壽, 阿部輝宜 申請人:株式會社日立制作所