主轴电动机、盘驱动装置及定子铁心的制造方法

专利名称：主轴电动机、盘驱动装置及定子铁心的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种主轴电动机、盘驱动装置及定子铁心的制造方法。
背景技术：
随着信息记录容量的增大，HDD及光盘装置的小型化、大容量化、 高速化成为必要。且，为了携带方便，有必要增加蓄电池充电一次的使用时间。决定此盘驱动装置的性能的要素之一是主轴电动机。为实现上述性能的提高，重要的是实现可以高效率、高速、高精度旋转的主轴电动机。
在此，首先，对于实现大容量、高速化，降低主轴电动机的齿槽转矩 很重要。进一步，对于实现高效率、高速化，提高主轴电动机的效率、特别是减少铁损是主要的课题。
在此，在专利文献l、专利文献2、专利文献3中公开了上述现有的 盘驱动用主轴电动机的例子。在每个专利文献中都公开了通过对厚的电磁钢板进行冲孔加工来进行制作的方法。
专利文献1:日本特开2000—235766号公报
专利文献2:日本特开2000—156958号公报
专利文献3:日本特许公报第3551732号公报
为进行盘装置的高速、大容量的数据的处理，作为在此使用的主轴电 动机，必须降低脉冲转矩、实现高效率化。
对于用于应对高速化的用途中的主轴电动机的高效率化，铁损降低的 比重很大。在此，铁损可用磁滞损耗和涡流损耗之和来表示。
磁滞损耗是在交变磁场的作用下磁心的磁区改变方向时产生的损耗， 由磁滞曲线的内部的面积决定。
构成主轴电动机的定子的定子铁心，为降低涡流损耗，用厚电磁钢板 进行层叠的方式形成磁回路。
另外，定子铁心是具有突极的复杂的形状，目前，通过冲孔加工制造 定子铁心。若进行冲孔加工，会出现电磁钢板的切断部分的结晶构造变形， 磁特性恶化，磁滞曲线的内侧面积增大，铁损增加的问题。且，厚电磁钢 板有涡流损耗大的缺点，因此，有不能改善主轴电动机的效率的问题。
另外，在冲孔加工中，电动机外径即使大也是10mm 30mm，需要 精度，相反，因为冲孔加工的精度不高，有无法改善齿槽转矩的缺点。

发明内容
本发明的目的在于提供一种可以除去所述公开例的缺点，减少铁损， 实现高效率，且减少齿槽转矩的主轴电动机，并且提供一种使用该主轴电 动机，可以实现高速、大容量记录并可长时间使用的盘驱动装置。
本发明的主要实施方式是为了防止由冲孔加工引起的磁特性的恶化， 且为了实现磁特性的进一步提高，用高精度的蚀刻加工来对钢板进行加 工，使该钢板的厚度薄壁化至0.30mm以下。
特别的，本发明的实施方式之一是，将厚度在0.30mm以下的薄壁化 了的电磁钢板中的一种的硅钢板，利用蚀刻加工进行加工，谋求磁特性的 提高。
这里说明的主轴电动机具有定子和转子，定子具备具有突极的定子铁心和在突极间配置的定子线圈。定子铁心由层叠的钢板制成，钢板的突极通过蚀刻加工而形成。此时，钢板的厚度为0.08 0.30mm，优选为0.10 0.25mm。且，扩展的下限值可达到0.05mm。
且，若定子铁心的层叠铁心密度(％)被定义为钢材(钢板的)板 厚(mm) x片数(片)+铁心的高度(mm) xl00，则该层叠铁心密度优选为90.0 99.9%。
根据本发明，可以提供一种能够减低铁损，实现高效率，且减少齿槽 转矩的主轴电动机，以及使用该主轴电动机的可以实现高速、大容量记录 且可长时间使用的盘驱动装置。


图1是表示关于本发明的一个实施例的主轴电动机的结构图2是表示关于本发明的一个实施例的HDD装置的图3是表示电磁钢板的板厚与铁损的关系的图4是表示硅钢板中的硅含量与铁损的关系的图5是表示基于蚀刻加工的代表性的加工截面形状的图6是表示基于冲孔加工的代表性的加工截面形状的图7是关于本发明的其他实施例的主轴电动机的定子结构的图8是表示主要部分的放大图9是表示关于本发明的其他的实施例的主轴电动机的定子结构图10是完成的主轴电动机的定子结构图。
图中
l一机壳；2 —突极端；3 —永久磁铁；4一轮毂；5 —定子线圈；6 —修 正槽；7 —狭缝；8 —突极；9一磁轭；IO —定子；ll一定子铁心；12 —变 形压吸收空间；13 —磁极保持栈桥；20 —转子
具体实施例方式
以下，结合附图对本发明的一个实施例进行说明。
图1表示本发明的第一实施例的主轴电动机。本实施例的永久磁铁电
动机是外转型，是具有8极的转子20和6极的定子10的4: 3结构主轴 电动机。转子20具有八个永久磁铁3和固定永久磁铁3的轮毂4。定子 10有6个突极8，在突极8巻装有定子线圈5。在与永久磁铁3相对的突 极端2的表面，在接近于突极8的中央的两处设置有修正槽6。关于永久 磁铁3的磁极位置的检测方法，因为不是本质的问题，所以省略，但是还 有在机壳1上设置霍尔元件，或检测在定子线圈5产生的感应电压等的无 刷形式等。
在没有修正槽6的主轴电动机中，因为转子20的极数是8极，定子 的极数是6极，所以8和6的最小公倍数24的齿槽转矩每转一周产生一 次。该齿槽转矩的周期以机械角计算为10° 。
在本实施例中，为了修正该齿槽转矩，以相邻的突极端2间的狭缝7 为基准，在机械角为5X(2n+l)。(这里，n＝0， 1， 2， 3……)处， 设置与狭缝7相同形状的槽、即修正槽6。通过设置修正槽6，产生与没有修正槽6的主轴电动机的情况相差180°相位的转矩，从而修正齿槽转
矩、得到流畅的旋转。这是因为狭缝7引起的齿槽转矩以10°机械角的周 期产生，若在机械角为5°的奇数倍的位置上设置修正槽6，便可以产生 与狭缝7引起的齿槽转矩恰好相差180°相位的转矩。即，修正槽6在将 齿槽转矩的周期设为Tc (在永久磁铁的极数为M，突极数为S， M与S 的最小公倍数为L时，Tc=360/L° )时，从狭缝7离开机械角Tc (2n+l) /2= (360/L) X (2n+l) /2度(这里n取整数)进行设置即可。
在本实施例中，进一步，为解决突极端2的机械强度及电动机效率的 问题，以狭缝7为基准，在机械角为5X (2n+l) ° ， n=l、 2的地方， 即在15°和25°的地方设置修正槽6。
由此，可得到以下特点
(1) 因为n取1和2，所以修正槽6的位置与图1所示的修正槽6 的位置相比，可以靠近突极8的中间约1.7°的机械角。
(2) 为了消除由狭缝7引起的磁影响，由15°和25°的两条修正槽 6进行分担并修正，所以对狭缝7的磁影响，只需要为一半的磁影响的槽 深。即，可以使修正槽6的深度变浅。
因此，根据(1)和(2)，可以确保槽背部的铁心的宽度。可以使其 变厚。由此，可以同时实现齿槽转矩的降低及电动机的高效率，突极端2 的机械强度的保证。
接下来，对修正槽6的位置、宽度W及深度D与转矩的关系进行说明。
因为狭缝7引起的齿槽转矩的周期是机械角10° ，所以在相邻的狭缝 7间(40° )产生4周期的齿槽转矩。为了产生与该齿槽转矩相反的相位 的修正转矩，只需在适当位置设置辅助槽即可。在本实施例中，在接近于 突极8的中间的两处设置了修正槽6。由此，相比于在一处设置修正槽的 情况，可以减小槽的深度D。因此，可以确保突极端2的机械强度。
且，修正槽6的宽度W通过形成为将相邻的狭缝7的角度(40° ) 8 等分之后的宽度(5° )，可以减小修正槽6的深度D。这与齿槽转矩一 样，需要在相邻的狭缝7间产生4周期的修正转矩，通过形成为相邻的狭 缝7间的8等分的宽度，正好使槽的宽度与修正转矩的半周期一致，可以
效率最高地产生脉冲转矩。
既，修正槽6的宽度W，在将齿槽转矩的周期设为TC (在转子的极数为M，定子的极数为S， M与S的最小公倍数为L时，Tc=360/L° )时， 通过以成为Tc/2=(360/L) /2°的角度的宽度进行设置，由于可以效率最 高地产生修正转矩，所以可以减小修正槽6的深度D。
如上述说明那样，若使用本实施例的主轴电动机，可以高效率地得到 速度变动少的流畅的旋转，可以降低由旋转引起的噪音，因此作为携带信 息机器中使用的CD—ROM、 DVD或HDD等对盘进行驱动的盘装置的主 轴电动机，特别有效。
图2表示使用了本发明的实施例的主轴电动机的HDD装置的一个例子。
本实施例的HDD装置中使用的主轴电动机是图1的实施例中说明的 外旋型主轴电动机，在定子铁心的突极端2，按照图l的实施例所示的原 理设置有修正槽6。因此，与第一实施例的永久磁铁电动机一样，可以高 效率地得到速度变动少，流畅且噪音小的旋转。
该修正槽6、狭缝7的形状及尺寸公差，对齿槽转矩的产生有很大的 影响。在本发明中，相对于现有例中表示的冲孔加工，通过对薄板的蚀刻 加工，可以制作出辅助槽结构，该结构可以产生与狭缝7引起的齿槽转矩 基本相同的、且相位相反的齿槽转矩。另外，因为外周等精度的提高可以 将狭缝7以外的齿槽转矩分量抑制得足够小，所以可以充分减小整体的齿 槽转矩。
在这种结构的HDD装置中，因为齿槽转矩足够小，所以可以将记录 磁信息的盘30的旋转速度变动控制在最小，所以可以使磁信息的记录的 再生稳定，速度高且可靠性提高，记录密度增大。
此外，本例虽然表示了HDD装置，但在通过激光向盘30记录再生信 息的CD—ROM装置或DVD装置等中应用的情况下，由于也可以将盘30 的旋转速度变动控制在最小，所以可以使利用激光进行的信息的记录再生 稳定，可以提高可靠性，增大记录密度。
在此，对本发明的蚀刻加工的定子铁心进行说明。
定子铁心(以下有时也称"铁心")由层叠的钢板制作，钢板的突极通过蚀刻加工、优选通过光刻加工来形成。此时，钢板的厚度为0.08
0.30匪。
当然，通过蚀刻加工来加工定子铁心的整体，从磁特性及制造工序整 体的操作性的角度看是优选的。
另外，与定子铁心一样，对于转子铁心，也对0.08 0.30mm厚的硅 钢板进行蚀刻加工，从改善磁特性的观点看是优选的。即，基于冲孔加工 的定子铁心或者转子铁心的加工，破坏了钢板内的规则的晶格结构，由此 增大了磁滞损耗。通过对定子铁心或者转子铁心进行蚀刻加工，可以防止 规则的晶格结构的破坏，可防止磁滞损耗的增大。
冲孔加工存在如下问题加工对象的钢板加工得越薄，切断部的紊乱， 如压塌、飞边、塌边等越大，显示出磁滞损耗增大的倾向。
并且，冲孔加工可以加工的形状，有圆或直线这样的简单的形状。其 原因是，冲孔加工必须用模具，而将该模具做成复杂曲线是十分困难的。 另外，在研磨模具时，在模具具有复杂的曲线形状的情况下，还存在无法 很好研磨的问题。
所以，在冲孔加工等机械加工中，虽然以降低涡流损耗为目的而使电 磁钢板的厚度变薄，但磁滞损耗增大，不容易降低铁损。
蚀刻加工可以解决这些问题。利用该蚀刻加工可以较低地抑制磁滞损 耗，可以降低涡流损耗。在主轴电动机中，通过对定子铁心进行蚀刻加工， 可以进一步提高主轴电动机整体的效率。且，作为蚀刻加工的代表的方法， 有光刻加工。
蚀刻加工由于可以防止对钢板内的规则的晶格结构的破坏，具有降低 磁滞损耗的效果，此外通过大幅度提高加工精度，可以期待主轴电动机特 性的改善。
另外，由于能够高精度地加工磁间隙的宽度，通过降低转矩脉动或者 高次谐波磁通，或者通过降低磁阻或降低漏磁通，可以改善主轴电动机的 特性及效率。
并且，因为可以将定子铁心加工成具有与特性的改善和性能的提高有 关的复杂的曲线形状，所以与冲孔加工相比，可以实现特性的改善和性能 的提高。
例如，通过高精度地加工定子铁心与转子铁心间的间隙的形状，不仅 可以提高效率，而且可以实现降低脉动等性能的提高及特性的改善。 下面就以下的方式具体说明。
本方式中，铁心的层叠铁心密度为90.0 99.9%，优选为93.0 99.9%。
而且，该层叠铁心密度也并不一定不可以通过机械压縮层叠铁心的方 法来提高。然而，在这种情况下，会使铁损增加，并不能说是优选的。本 方式中说明的是，没有设置这样的用于提高层叠铁心密度的特别的工序， 可以提高层叠铁心密度。
这种铁心的层叠铁心密度的提高可以降低铁心内的磁感应强度，由 此，有能够降低主轴电动机的铁损的效果。
在上述情况下，铁心的层叠铁心密度(％)，钢板的板厚是0.08 0.30mm，铁心的个数是20 100 (个)左右，铁心的高度是5 20mm。
钢板的组成是，含(3为0.001 0.060重量％，含Mn为0.1 0.6重量 %，含P为0.03重量％以下，含S为0.03重量％以下，含Cr为0.1重量％ 以下，含Al为0.8重量。/。以下，含Si为0.5 7.0重量％，含Cu为0.01 0.20重量％，其余部分由不可避免的杂质和Fe构成。且，不可避免的杂质 为氧或氮的气体成分等。
并且，优选的是，钢板的组成为，含C为0.002 0.020重量％，含 Mn为0.1 0.3重量％，含P为0.02重量％以下，含S为0.02重量％以下， 含Cr为0.05重量％以下，含Al为0.5重量％以下，含Si为0.8 6.5重量 %，含Cu为0.01 0.1重量％，其余部分由杂质和Fe构成，具有结晶粒子， 是作为所谓的电磁钢板的硅钢板。
在决定这样的硅钢板的组成时，特别是从降低铁损的角度出发，Si和 Al的含量很重要。从这个角度出发在规定Al/Si时，比值优选为0.01 0.60。 更优选的是该比值是0.01 0.20。
且，硅钢板中的硅的浓度可以根据主轴电动机的种类，将采用0.8 2.0重量％的主轴电动机和采用4.5 6.5重量％的主轴电动机分开使用。
且，通过降低硅的含量，可以提高硅钢板的磁感应强度。在本方式中， 可使之为1.8 2.2T。
在硅含量少的情况下，可提高轧制加工性，减少板的厚度，通过减少板的厚度，可以减少铁损。另一方面，在硅含量多的情况下，轧制加工性 的降低可以通过在轧制加工后含有硅等方法解决，铁损也会减少。
另外，硅钢板含有的硅的分布，也可以相对于硅钢板的厚度方向大致 均匀地分布，另外，也可以通过局部提高硅的浓度的方式，相对于硅钢板 的厚度方向，使表面部的浓度高于内部的浓度。
并且，铁心在层叠的钢板与钢板之间，有厚度为0.01 0.2iim的绝缘 被膜，该绝缘被膜的厚度也可分为0.1 0.2ixm、优选为0.12 0.18um的 主轴电动机和0.01 0.05^ m、优选为0.02 0.04um的主轴电动机。
此外，在绝缘被膜的厚度为0.1 0.2um的情况下，该绝缘被膜最好 用有机或无机的膜。作为绝缘被膜的材料，可以用有机材料、无机材料及 混合了有机材料与无机材料的混合材料。
且，在绝缘被膜的厚度为0.01 0.05um的情况下，该绝缘被膜最好 用氧化被膜。特别优选用铁系的氧化被膜。
艮口，通过使硅钢板的板厚变薄，也可以使绝缘被膜的厚度变薄。
现有的电磁钢板的绝缘皮膜，即使在冲孔加工后也可以维持绝缘性， 同时为了提高冲孔加工性，还有润滑性、钢板的密接性、冲孔加工后的退 火的耐热性、焊接层叠的电磁钢板来形成铁心时的焊接性等、绝缘性以外 的特性，调整绝缘皮膜的厚度或成分，需要0.3 4 111左右的厚度。
然而，在本方式说明的薄壁化了的硅钢板中，需要使绝缘皮膜的厚度 变薄。
在使用厚度与现有技术相同的绝缘被膜的情况下，由于硅钢板壁厚薄 化，相对的，存在绝缘皮膜的体积率相对于硅钢板的体积率增加，磁感应 强度下降的顾虑。
这样，在本方式说明的壁厚薄化了的硅钢板中，可以减少绝缘皮膜的 厚度。
一般的，在使电磁钢板变薄时，需要增加绝缘被膜的厚度。但是，在 本方式中，与该考虑方法不同，即使使电磁钢板的厚度变薄也不需要增加 绝缘被膜的厚度，反而可以与电磁钢板一起变薄。所以，也提高了层叠铁 心密度。
而且，需要考虑硅钢板中硅的分散状态和转子的使用条件进行讨论，可以根据用途区分使用在如下两种情况，其一是最高旋转速度的旋转域处 于低速，由硅钢板组成的钢板中含有的硅向钢板的厚度方向分散的情况；
其二是最高旋转速度的运转一般为数千 数万rpm，由硅钢板组成的钢板 中含有的硅的浓度，表面部比内部高的情况。
旋转速度和铁损的关系是旋转速度越上升，磁通的交变频率变得越
高，从而铁损增加。旋转速度快的主轴电动机比旋转速度慢的主轴电动机 处于铁损增加的倾向。从这点考虑，有必要讨论硅钢板中硅的含量。
而且，硅钢板含有的硅可用溶解法均匀地添加在电磁钢板中，也可以
用表面改质或者离子注入、CVD (化学气相沉积)等方法，对电磁钢板局 部地特别是向表面部添加。
另外，本方式说明的电磁钢板，以用于具有形成主轴电动机的定子的 突极和磁轭的铁心为前提，厚度为0.08 0.30mm，突极及磁轭可通过蚀刻 加工形成。
宽度为50 200cm的电磁钢板的蚀刻加工是如下这样进行的，在钢板 上涂敷抗蚀剂，使定子铁心的形状曝光，显影，基于其形状除去抗蚀剂， 用蚀刻液进行加工，用蚀刻液加工后，除去残余的抗蚀剂。
对于有利于低铁损化的硅钢板的薄壁化，由于硅钢板的轧制加工性 差、冲裁铁心时的加工即冲孔加工性差，所以在工业规模下，成本大幅度 的增加不可避免。如此，在将硅钢板作为在高效率、低转矩脉动的主轴电 动机中使用的电磁钢板而使用的情况下，板厚以0.50mm和0.35mm为中 心，长时间没有薄壁化的进展。
但是，在本方式中，不使用冲孔加工，而通过使用蚀刻加工，可以实 现在工业规模下不引起成本大幅度的增加，使铁心使用的硅钢板的薄壁化 成为可能，实现低铁损化。
在本方式中，为实现铁心的低铁损化，在使用铁损较小的硅钢板的同 时，调整考虑了轧制加工的硅含量，对硅钢板的考虑了轧制加工之后的板 厚进行薄壁化，考虑形成为铁心的形状的蚀刻加工的适用，考虑构成层叠 的铁心的一片一片的硅钢板的低铁损化，考虑在硅钢板与硅钢板间形成的 绝缘皮膜的作为铁心的低铁损化。
在使用模具的冲裁加工法即冲孔加工中，在切断部附近形成被称为加工硬化层、飞边或塌边(以下称为"飞边等")的塑性变形层，产生残留 变形或残留应力。在冲孔加工时产生的残留应力，破坏磁铁分子的排列的 规则性，即破坏磁区，使铁损明显增大，需要进行用于除去残留应力的退 火工序。退火工序进一步增加了铁心的制造成本。
在本方式中，因为不实施这样的冲孔加工来形成铁心，所以几乎不形 成塑性变形层，不会产生残留变形或残留应力。因此，几乎不会破坏结晶 粒子的排列状态，可以防止对磁铁分子的排列、即磁区排列的损伤，防止 磁特性即磁滞特性的恶化。
另外，铁心通过对加工后的硅钢板进行层叠而形成。通过对该硅钢板 的残留变形或残留应力的产生进行抑制，可以进一步提高铁心的磁特性。
因此，本方式中的主轴电动机可以实现低铁损化、高输出化、小型轻 量化。另外，该主轴电动机中使用的电磁钢板，具有在边缘部分几乎没有 飞边等的良好特性。
飞边等是塑性变形层的一种，因为沿着切断部，从钢板的平面方向向 空间方向锋利地突出，所以有时会破坏在电磁钢板表面形成的绝缘皮膜， 破坏层叠的钢板间的绝缘。
另外，在层叠这种钢板的情况下，由于飞边等，在层叠的钢板间产生 不需要的空隙，所以损害层叠铁心密度的增加，结果是磁感应强度降低。 磁感应强度的降低阻碍主轴电动机的小型轻量化。
虽然也有时采用在将电磁钢板层叠后，通过将铁心在板厚方向上进行 压縮，压塌飞边等，使层叠铁心密度提高的方法，但在这种情况下，通过 加压压縮增加了残留应力，铁损增加。从而，还存在由飞边等引起的绝缘 破坏的问题。
在本方式说明的铁心，由于基本不产生飞边等，不用进行加压压縮， 可以提高层叠铁心密度，且不会引起绝缘破坏。因此，还可以降低铁损。
在作为铁心使用的电磁钢板的硅钢板中，硅的含量为6.5重量％，理 论上铁损最低。但是，若硅含量增加，则轧制加工性及冲孔加工性会明显 恶化。所以，不管铁损有多大，考虑到轧制加工性及冲孔加工性，硅钢板 中硅的含量一般约为3.0重量％。
在本方式中说明的硅钢板，因为板厚可以薄壁化为0.3mm以下，所以即使硅的含量在2.0重量％以下，铁损也低。
在现有技术中，在板厚为0.3mm以下的薄壁化了的硅钢板的制造中， 需要轧制、退火等特别的工序，但在本方式说明的硅钢板，因为不需要这 样的特别的工序，所以还可以降低薄壁化了的硅钢板的制造成本。且，关 于铁心的制造，因为不需要冲孔加工，所以可以进一步降低制造成本。
此外，与铁心的主要材料即硅钢板不同，公知有作为极薄电磁材料的 在特殊用途限定使用的价格极其昂贵的非结晶材料，但是因为非结晶材料 有使熔融金属急速凝固来形成箔体进行制造的特殊工序，所以可以实现厚 度为0.05mm左右或其以下的超薄壁的300mm左右宽度的极少量的制造， 但是在这以上的板厚或板宽的材料的制造，在工业规模下的制造却是不可 能实现的。
如此，非结晶材料，因为材质硬且脆，并且过薄，不能进行冲孔加工， 由于化学成分的限制，磁感应强度低等原因，不能作为铁心的主要材料。 在本方式中说明的电磁钢板与这样的非结晶材料不同，具有结晶粒子。
另外，本方式中的电磁钢板，可以同时实现有利于低铁损化的薄壁化、 变形的降低、高输出化、有利于小型轻量化的尺寸精度的提高，有利于高 磁感应强度化的铁心层叠密度的提高。
即,根据本方式，可以提供能够实现低铁损和实现高输出、小型轻量 化的铁心。
电磁钢板的板厚与铁损的关系如图3所示。
根据图3可知，板厚与铁损之间存在板厚越厚，铁损越高的关系。
其中一般采用的硅钢板的板厚，考虑到轧制加工或冲孔加工性，分为 0.50mm和0.35mm这两禾中。
广泛用于铁心制造的这两种板厚的硅钢板，为了降低铁损，需要进行 轧制和退火。另外，为实现进一步的薄壁化，由于作为对象的铁心的形状 和大小的不同而使得反复的次数不同，但需要反复进行这样的轧制和退 火。如此，在一般使用的硅钢板中，为实现薄壁化，需要追加轧制、退火 等特别的工序进行制造，从而制造成本变高。
在本方式说明的铁心，因为可以降低制造成本，又可以解决铁心加工上的问题，所以可用于工业规模的大量生产。
本方式中使用的硅钢板的板厚为0.08 0.30mm且，优选使用厚度为 0.1 0.2mm的硅钢板，采用蚀刻加工制作铁心的形状。
在图3中，作为参考也表示了非结晶材料的板厚的区域。因为非结晶 材料有使熔融金属急速凝固来形成箔体进行制造的特殊工序，所以适于厚 度为0.05mm左右或其以下的超薄壁的制造，在这以上的板厚由于急速冷 却很困难，所以制造困难。另外，只能制造板宽在300mm左右的窄的板，与特殊的制造工序一起，制造成本显著的提高。
另外，关于磁特性，虽然铁损低，但是存在磁感应强度也低的缺点。这是因为为了急速冷却凝固而在化学成分上存在限制。
在本方式中没有使用这种非结晶材料，而使用具有晶体粒子的硅钢板。
下面，介绍硅钢板的代表性的制造工序。
由可形成电磁钢板的材料制造钢。例如，使用具有如下组成的钢板材料其组成是含C为0.005重量％，含Mn为0.2重量%，含P为0.02重量％，含S为0.02重量%，含Cr为0.03重量％，含A1为0.03重量%，含 Si为2.0重量%，含Cu为0.01重量%，其余部分为Fe和若干杂质组成。
通过对这种钢板材料实施连续铸造、热轧、连续退火、酸洗、冷轧、连续退火，制造板宽为50 200mm、在此特别是板宽为50mm、板厚为 0.2mm的硅钢板。
另外，在制作出的硅钢板的表面，为了降低铁损，进而也可以形成 4.5 6.5重量％的硅。
然后，实施厚度为O.lym的有机树脂的绝缘被膜涂敷，制造硅钢板。
根据情况不同，也可以不采用特别的绝缘被膜涂敷的工序，而制作厚 度为0.01 0.05 u m的酸化被膜。
另外，这里说明的绝缘被膜涂敷的工序在制造铁心时，优选在蚀刻加 工的工序后进行。
另外，硅钢板形成为平板或线圈状、辊状。
下面，说明铁心的代表性的制造工序。
对制造的硅钢板进行预先处理，涂上抗蚀剂。对该抗蚀剂，利用掩模
对定子铁心的形状进行曝光、显影。根据其形状除去抗蚀剂。进一步，用 蚀刻液进行加工。在通过蚀刻液的加工后，除去残余的抗蚀剂，制造出所 要的具有定子铁心的形状的硅钢板。这种制造中例如光刻加工是有效的， 使用采用金属掩模的精密加工微细孔的方法也是有效的。
将制造的具有希望的定子铁心的形状、具有铁心形状的多个硅钢板进 行层叠，通过焊接等固定层叠后的硅钢板，从而制造铁心。另外，在焊接 时，优选利用纤维激光器等实施输入热量少的焊接。
通过利用蚀刻加工制造突极的形状，可以得到极高的加工精度，如误
差在土10"m以下，优选在士5iim以下，可以制造希望形状的定子铁心。 另外，若用圆度表示误差，则在30"m以下，优选在15"m以下，
更优选在10um以下。而且，所谓圆度，是指圆形部分从几何学上的理想
圆偏离的大小，是指用两个同心的几何学上的理想圆去夹圆形部分时，两
圆之间区域最小时的半径差。
图4表示硅钢板中硅的含量与铁损间的关系。
如图4所示，硅含量为6.5重量％的硅钢板的铁损最少。但是，在硅 钢板中硅的含量比6.5重量％大时，轧制加工很难进行，所希望厚度的硅 钢板的制造很困难。因为轧制加工性存在电磁钢板中含有的硅越多，加工 性越变差的倾向。从这个背景出发，综合考虑铁损和轧制加工性之间的平 衡， 一般使用硅含量为3.0重量％的硅钢板。
艮口，在本方式中，通过使硅钢板的板厚薄壁化，降低硅钢板的铁损， 减小硅钢板中硅的含量对铁损的影响。
因此，在本方式中说明的硅钢板，不仅轧制加工性变好，而且通过使 板厚薄壁化，对铁损影响大的硅钢板中硅的含量的自由度变大。因此，可 以使硅钢板中硅的含量在0.5 7.0重量％的范围，也可以采用0.8 2.0重 量％和4.5 6.5重量％的极端的不同的含量，根据铁心的规格或主轴电动 机的用途，可以区分使用。
图5表示基于蚀刻加工的代表性的加工截面形状。
通过蚀刻加工硅钢板，在用酸液溶解的加工截面附近，如图(a)所 示，不存在飞边等塑性变形层。可以相对于硅钢板的平面方向基本垂直地 形成加工截面。
并且，在先进的光刻加工中，如图5 (b) (d)所示，也可以控制
溶解部的形状。即，还可以形成规定的锥度(tape)，也可以在相对于板 厚方向的垂直方向上形成凸凹。
如此，被蚀刻加工后的硅钢板，由该加工引起的残余应力几乎为0， 塑性变形层几乎不存在，硅钢板的相对于厚度方向的塑性变形量几乎为0。 另外，蚀刻加工引起的加工截面附近的塑性变形量也几乎为0。
并且，在加工截面中，可以控制硅钢板的加工截面的形状，可以形成 加工引起的残余应力几乎为0、并且加工截面附近的塑性变形量也几乎为 0的切断截面形状。
另外，通过采用这样的蚀刻加工，还可以在使硅钢板的微细的结晶组 织、机械特性及表面部最佳化的状态下适用于铁心。考虑到硅钢板的结晶 组织的各向异性，及基于此的磁特性的各向异性，还可以实现铁心的磁特 性的最佳化。
图6表示基于冲孔加工的代表性的加工截面形状。
通过冲孔加工硅钢板，在塑性加工时的剪切应力的作用下，加工截面 附近显著变形，形成10 100um左右的飞边、塌边、压塌。
另外，关于硅钢板的平面方向的尺寸精度，在冲孔加工中因模具的尺 寸精度而受到限制，通常相对于硅钢板的厚度在5%左右的间隙下被剪断， 因此硅钢板的平面方向的尺寸精度下降。另外，在大量生产时因模具的损 耗，还存在精度随着时间的经过而降低等问题。另外，越是薄壁化后的硅 钢板，冲孔加工越困难。
在适用蚀刻加工的本方式中，可以解决这种加工精度的问题，也可以 消除因为时间经过而引起的精度的降低。
另外，在使用规定图案对定子铁心的形状进行曝光时，优选设置与电 磁钢板的轧制方向有关的掩模或基准孔。
在层叠电磁钢板的情况下，将电磁钢板相对于轧制方向平均化，这在 使主轴电动机的性能提高的方面来说是必要的。例如，相对于轧制方向， 改变所定量的掩模或者基准孔的位置，在层叠电磁钢板时，通过使掩模或 基准孔的为止对齐，可以实现作为主轴电动机的磁特性的提高。
用蚀刻制法制作以上的薄板电磁钢板的主轴电动机，可以使齿槽转矩变小，并且也可降低铁损，可以提供高精度、高效率的主轴电动机。
在具备本发明的主轴电动机的HDD装置中，因为齿槽转矩足够小，所以可以使记录磁信息的盘30的旋转速度变动极小，因此，可以使磁信息的记录再生稳定、实现高速、大容量、高信赖性。
图7所示的是与本发明的实施例相关的主轴电动机的定子结构图。图 8所示的是发明部分的主要部分的放大图。此处，与图l中相同的记号表 示相同的构成零件。另外，转子结构和图l相同。
定子10由定子铁心11和定子线圈构成。此处定子铁心11由六个突 极8和构成磁路的磁轭9组成。这里，定子铁心通过前面所述的蚀刻加工 制成。本发明特征在于，还具有从定子铁心11的突极8通向磁轭9的蚀 刻削除部8a和蚀刻削除部8b的槽部。通过蚀刻剩余的部分构成突极栈桥 8c，具有使整体不凌乱而是形成一体的作用。形成在该蚀刻削除部8a、 8b 填埋粘合剂的构造。
另外，修正槽6也在电磁钢板的两面由蚀刻削除部6a、和通过蚀刻方 法残留的辅助槽栈桥6b构成。这里，修正槽6的宽度、深度等形状，选 定为与狭缝7的导磁率基本相同的形状。
薄的电磁钢板，由于相对于厚板没有钢性，所以是像纸一样单薄的结构。
因此，通过在蚀刻削除部8a、 8b、 6a插入粘接材料(未图示)，可 以提高钢性、提高组装精度。并且，因为从突极8通向磁轭9的蚀刻削除 部8a、 8b的槽遮断了周方向的磁通，所以使突极8的磁通只是半径方向 的分量，所以有可以减少铁损的优点。由此，可以适用于高速情况的用途。
并且，因为所述的粘接剂可以将层叠的薄电磁钢板粘接起来，所以可 以省略一般使用的利用钩进行的层叠间的固定，由此，由于没有磁性连结， 所以可以提供铁损更少的定子铁心。上述蚀刻削除部的形状、设置位置不 限于图示形状，例如，也可以在环上磁轭的中心位置设置成圆环装，或在 突极外周设置在周方向上。另外，蚀刻削除部的形状也可以部分扩大，或 加深。例如，还可以选择将辅助槽内的蚀刻削除部的一部分从两面切除， 在层叠方向上没有辅助槽栈桥的形状。
根据以上结构，具有降低由薄板引起的铁损，防止因冲裁引起的铁损的增加，防止因层叠铁心间的钩引起的电短路导致的铁损的增加，降低因 突极的磁通在周方向的分量的降低引起的铁损等优点，可以大幅度减少铁 损。
通过将本发明应用于HDD用的主轴电动机，可以实现高速的驱动以 及大容量的记录，另外，因为耗电少，在用于携带的时候，可以实现电池 一次充电后使用时间的延长。
图9、图10表示与本发明的其他实施例相关的主轴电动机的定子构造。
本发明和图1中所示的实施例一样，是集中线圈型的、外转型电动机 用定子铁心的构造。
定子铁心如图9所示，由在磁轭9上呈放射状形成多个突极8的定子 铁心11、和在上述突极8分别巻绕安装的定子线圈5构成，各个突极8 借助数毫米的狭缝7排列为环状。
上述的定子铁心11的原形即一片一片的电磁钢板，可以采用如图9 所示通过蚀刻加工所述薄电磁钢板后形成的钢板。即定子铁心11的电磁 钢板是如图9所示那样，被蚀刻加工成图示的形状，在磁轭9和各个突极 8间形成变形压吸收空间12，并且，为了不使各个突极8变得凌乱，设有 磁极保持栈桥13。 一方面，反接的一侧作为开口端，其角部作为契合端， 然后将该原来形状的钢板层叠到规定的板厚，便形成了如图9所示的定子 铁心11。
其次，对于定子线圈5的巻线行程，在这种状态下，各突极8之间、 即狭缝7展开设置到巻线机的喷嘴可以足够移动的范围，以便可以具有余 量而敏捷、高效地将线圈集中巻绕起来。
这时，定子铁心11因为线圈部内径和外径大出变形压吸收空间12的 部分，所以可以使定子线圈5进入的空间的截面积变大，并且定子线圈的 空间的开口部即狭缝7扩大外径的增大部分。即，可以使定子线圈5多巻 绕安装可以巻线空间的截面积变大的部分，或者可以使巻线的线直径增 大。
实施了定子线圈5的上述定子铁心11，从外周方向被压縮变形直到 规定的外径尺寸，即，如果变形压吸收空间12被压縮变形直至为0，则磁极保持栈桥13沿着定子线圈5的底边发生塑性变形，在开口端的契合端 突极8的内径侧端部相互紧紧啮合而牢固地连接。如前所述，基于上述塑
性变形的压縮空间以0为目标，但如果考虑塑性变形的容易程度或者塑性 变形时的回弹(spring back)，而预先在磁极保持栈桥13上设置塑性变形 用的释放空间(图10突极内周侧空间)为好。由此，可以精度良好地塑 性变形。
这里重要的是，通过突极8被同心地压縮变形，从而可以防止线圈的 损伤，使压縮空间为零，将磁损失限制在最小限度。
基于以上所述的结构，从降低薄板引起的铁损，通过蚀刻方法可以防 止因冲裁引起的铁损增加等方面看，可以使铁损大幅度降低。并且可以使 定子线圈5的占积率增加，可以降低绕组的电阻，由此，可以使主轴电动 机更加高效。另外，在本发明中，由于可以使作为齿槽转矩发生原因的狭 缝的宽度减小，所以如图所示，即使没有辅助槽，也能使齿槽转矩充分减 小，可以提高机械强度和转矩。
另外，通过将本发明用于HDD用的主轴电动机，可以实现高速驱动 以及高速、大容量的记录。此外，由于耗电少，在用于携带的时候，可以 实现电池的一次充电后的使用时间的延长。
权利要求
1.一种主轴电动机，其特征在于具有定子和转子，所述定子具备具有突极的定子铁心和在所述突极间配置的定子线圈，所述定子铁心由层叠的钢板制成，所述钢板的突极通过蚀刻加工形成，所述钢板的厚度为0.05～0.30mm。
2. 如权利要求1所述的主轴电动机，其特征在于 所述钢板是电磁钢板，其组成为C为0.001 0.060重量％， Mn为0.1 0.6重量％， P为0.03重量％以下，S为0.03重量％以下，Cr为0.1 重量％以下，Al为0.8重量％以下，Si为0.5 7.0重量％， Cu为0.01 0.20 重量％，其余部分为不可避免的杂质和Fe。
3. 如权利要求l所述的主轴电动机，其特征在于 所述钢板是硅钢板。
4. 如权利要求l所述的主轴电动机，其特征在于 所述钢板具有结晶粒子。
5. 如权利要求l所述的主轴电动机，其特征在于 所述定子铁心在层叠的钢板与钢板之间具有厚度为0.01 0.2μm的绝缘被膜。
6. 如权利要求l所述的主轴电动机，其特征在于所述定子铁心在层叠的钢板与钢板之间具有厚度为0.1 0.2μm的绝缘被膜。
7. 如权利要求6所述的主轴电动机，其特征在于 所述绝缘被膜是有机材料、无机材料或者两者的结合物。
8. 如权利要求1所述的主轴电动机，其特征在于所述定子铁心在层叠的钢板与钢板之间具有厚度为0.01 0.05μm的绝缘被膜。
9. 如权利要求6所述的主轴电动机，其特征在于 所述的绝缘被膜是氧化被膜。
10. 如权利要求3所述的主轴电动机，其特征在于所述硅钢板中硅的浓度为0.8 2.0重量％。
11. 如权利要求3所述的主轴电动机，其特征在于所述硅钢板中硅的浓度为4.5 6.5重量％。
12. 如权利要求3所述的主轴电动机，其特征在于对于所述硅钢板中硅的浓度，表面部的硅的浓度比内部的硅的浓度咼。
13. 如权利要求1所述的主轴电动机，其特征在于在所述转子的极数M和所述定子的极数S的最小公倍数为L时，在 自相邻的突极端之间的狭缝的中心起，机械角为(360/L) x (2n+l) /2度 (这里，n取整数)的位置之中、接近于所述突极的中央的位置设有两处 以上的槽。
14. 如权利要求1所述的主轴电动机，其特征在于 定子铁心在其表面的一部分设有板厚在厚度方向上不同的蚀刻削除部。
15. 如权利要求14所述的主轴电动机，其特征在于 在所述蚀刻削除部设置有树脂。
16. —种盘驱动装置，其使用权利要求l所述的主轴电动机。
17. —种主轴电动机，其特征在于具有定子和转子，所述定子具备具有突极的定子铁心和在所述突极间 配置的定子线圈，所述定子铁心由层叠的钢板制成，所述钢板的厚度为0.05 0.30mm，以层叠铁心密度(％)=钢材板厚(mm) X片数(片)+铁心高度 (mm) x腦定义的层叠铁心密度为90.0 99.9%。
18. 如权利要求17所述的主轴电动机，其特征在于 所述钢板的定子铁心通过蚀刻加工形成，所述蚀刻加工是如下进行的在所述钢板上涂敷抗蚀剂，对定子铁心的形状进行曝光，使其显影，根据所述形状除去抗蚀剂，用蚀刻液进行加工，在用蚀刻液进行加工后， 除去残余的抗蚀剂。
19. 一种定子铁心的制造方法，其特征在于层叠并形成在突极的内周部通过磁极保持栈桥环状地排列有多个突极的定子铁心，在所述突极巻绕安装定子线圈，然后，对定子铁心从外周方向进行压縮变形直至规定的外径尺寸，制作定子铁心。
20.如权利要求19所述的定子铁心的制造方法，其特征在于 通过在突极的根部形成的变形压吸收空间吸收所述磁极保持栈桥的变形。
全文摘要
本发明提供一种可以降低铁损及齿槽转矩的主轴电动机。本发明涉及一种具有定子和转子的主轴电动机，其特征在于定子具备具有磁轭和突极的定子铁心和定子线圈，定子铁心由层叠的钢板制成，钢板的突极和磁轭通过蚀刻加工而形成，钢板的厚度为0.05～0.30mm。特别优选的是此处使用的钢板为具有结晶粒子的硅钢板。
文档编号H02K1/14GK101202474SQ20071019951
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月10日 优先权日2006年12月12日
发明者伊藤元哉, 北村正司, 安岛俊幸, 田岛文男, 石川芳寿, 阿部辉宜 申请人:株式会社日立制作所