El micromotor se refiere al principio, la estructura, el rendimiento, la función, etc., que son diferentes del motor convencional, y el volumen y la potencia de salida son motores muy pequeños. En general, el diámetro exterior del micromotor no supera los 130 mm y la potencia oscila entre cientos de milivatios y cientos de vatios. Ha sido ampliamente utilizado en equipos militares y civiles modernos y su sistema de control, como control de artillería, guía de misiles, pilotaje automático de aviones, máquinas herramienta CNC, control de telares sin lanzadera, control de máquinas de coser industriales, telemetría y control remoto, equipos de audio y video, instrumentos automáticos y periféricos de computadora, etc., todos los cuales utilizan una gran cantidad de micromotores.
Hoy en día, en aplicaciones prácticas, los micromotores se han desarrollado desde el pasado simple control de arranque, el propósito de proporcionar energía, hasta el control preciso de su velocidad, posición, par, etc., especialmente en automatización industrial, ofimática y domótica, casi todos utilizan productos mecatrónicos combinados con tecnología de motor, tecnología de microelectrónica y tecnología de electrónica de potencia. La electronización es una tendencia inevitable en el desarrollo de micromotores.
2 Campo de aplicación del micromotor (motor de copa hueca )
La tecnología moderna de micromotores integra una serie de tecnologías nuevas y avanzadas, como motores, computadoras, teoría de control y nuevos materiales, y está pasando de lo militar a lo industrial a la vida diaria. Por lo tanto, el desarrollo de la tecnología de micromotores debe adaptarse a las necesidades de desarrollo de las industrias pilares y de las industrias de alta tecnología. El micromotor se utiliza principalmente en los siguientes aspectos:
2.1 Micromotores especiales para electrodomésticos
Para satisfacer continuamente los requisitos de los usuarios y adaptarse a las necesidades de la era de la información, para lograr ahorro de energía, comodidad, conexión en red, inteligencia e incluso electrodomésticos en red (electrodomésticos de información), el ciclo de reemplazo de los electrodomésticos es muy rápido y se presentan requisitos de alta eficiencia, bajo nivel de ruido, baja vibración, bajo precio, velocidad ajustable e inteligencia para el motor de soporte. Los micromotores para electrodomésticos representan el 8% del número total de micromotores: incluidos aires acondicionados, lavadoras, frigoríficos, hornos microondas, ventiladores eléctricos, aspiradoras, deshidratadoras, etc.
La demanda mundial anual de 450 a 500 millones de unidades (juegos), dicha potencia del motor no es grande, pero sí una amplia variedad. Las tendencias de desarrollo de los micromotores para electrodomésticos son: ① los motores sin escobillas de imanes permanentes reemplazarán gradualmente a los motores asíncronos monofásicos; ② Optimizar el diseño, mejorar la calidad y eficiencia del producto; ③ Adoptar una nueva estructura y nueva tecnología para mejorar la eficiencia de la producción.
2.2 Micromotor para equipos de procesamiento de información.
Los equipos de procesamiento de información con micromotores representaron el 29%: incluyendo entrada, almacenamiento, procesamiento, salida, conducción y otros enlaces de información, incluidos equipos de comunicación. El mundo necesita 1.500 millones (juegos) por año, principalmente motores de CC de imanes permanentes, motores de CC sin escobillas, motores paso a paso, motores microsíncronos, etc. Se espera que la producción anual de microcomputadoras (PC) sea de alrededor de 100 millones de unidades en 2000 y 2005, para ser de 200 millones de unidades, debido a que respalda los componentes clave de la demanda de micromotores, con requisitos cada vez más altos. La mayoría de estos motores son motores sin escobillas de imanes permanentes de precisión y motores paso a paso de precisión.
Sus características y direcciones de desarrollo son:
(1) Productos de alta inversión Este tipo de motor tiene requisitos muy altos para la estabilidad de la velocidad y el descentramiento del eje giratorio, por lo que este tipo de motor es una combinación de tecnología de fabricación avanzada y tecnología emergente de electrónica de potencia de productos de alta tecnología y alta inversión, generalmente concentrados en el desarrollo y producción internacional de grandes empresas.
(2) Miniaturización y escamas Para satisfacer las necesidades de miniaturización y portabilidad de los productos de información, se proponen requisitos de miniaturización y escamas para sus motores de soporte.
(3) Alta velocidad Con la mejora continua de la densidad de almacenamiento de los periféricos de la computadora, se requiere que la velocidad del motor de soporte sea superior a 8000 r/min.
2.3 Micromotor para automóvil
Los micromotores para automóviles representaron el 13%, incluidos generadores de arranque, motores de limpiaparabrisas, motores para aire acondicionado y ventiladores de refrigeración, velocímetros eléctricos, elevalunas y motores de cerraduras de puertas. En 2000, la producción mundial de automóviles era de unos 54 millones, con un promedio de 15 motores por vehículo, y se necesitaban 810 millones en todo el mundo.
Enfoque de desarrollo de tecnología de micromotores automotrices:
(1) Alta eficiencia, alta fuerza, ahorro de energía mediante la selección de material magnético de alta velocidad y alto rendimiento, medios de enfriamiento de alta eficiencia y mejora de la eficiencia del controlador y otras medidas para mejorar su eficiencia operativa.
(2) Inteligente para lograr un motor y un controlador inteligentes del automóvil, de modo que el automóvil funcione en el mejor estado y lograr el mínimo consumo de energía.
2.4 Micro motor para equipos de audio.
Los equipos de audio con micromotores representaron el 18%, incluidos tocadiscos, grabadoras, discos de vídeo VCD y DVD. La demanda mundial es de más de mil millones de unidades por año. En la actualidad, la producción nacional representa alrededor del 60%, principalmente motores de bobinado impresos, motores de disco de bobinado, etc.
Micromotor 2.5 para equipos de video.
Los equipos de vídeo con micromotores representaron el 7%, incluidas cámaras, cámaras, etc. La demanda mundial anual es de 350 a 400 millones de unidades (juegos), estos motores son de precisión, la fabricación y el procesamiento son difíciles, especialmente después de ingresar a lo digital, el motor presenta requisitos más exigentes.
2.6 Micromotor para accionamiento y control eléctrico industrial.
Este tipo de micromotor representa el 2%, incluidas máquinas herramienta CNC, manipuladores, robots, etc. Principalmente para servomotores de CA, motores paso a paso, motores de CC de gran velocidad, motores de CA sin escobillas, etc. Este tipo de motor tiene muchas variedades, altos requisitos técnicos y es una clase de motor con una demanda interna más rápida.
2.7 Micromotor de propósito especial
Este tipo de motor representa alrededor del 23%, incluidos vuelos aeroespaciales, diversos aviones, armas y equipos automatizados, equipos médicos, etc. Dichos motores son en su mayoría motores especiales o motores nuevos, incluidos motores que son diferentes del principio electromagnético general en principio, estructura y modo de operación, principalmente motores síncronos de baja velocidad, motores armónicos, motores de ángulo limitado, motores ultrasónicos, motores de microondas, motores capacitivos, motores electrostáticos, etc. Entre ellos, el motor ultrasónico, el motor de microondas, el motor capacitivo y el motor electrostático son motores especiales que se diferencian de los motores generales en principio, estructura y funcionamiento. La aparición y desarrollo de estos motores están estrechamente relacionados con el desarrollo de la tecnología electrónica y la tecnología de control.
3 tecnología de nuevo producto de micromotor
Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología y los nuevos requisitos de las aplicaciones prácticas, ha surgido una variedad de motores microespeciales que son diferentes de los motores electromagnéticos tradicionales. Adoptan conceptos, métodos, estructuras y principios de diseño novedosos.
3.1 Motor sin escobillas de imán permanente
El motor sin escobillas es la dirección de desarrollo del micromotor, que se ha aplicado en los campos de la información, electrodomésticos, audio y vídeo, transporte, etc. Con el rápido desarrollo de los materiales magnéticos permanentes y la tecnología electrónica de potencia, el rendimiento continúa mejorando, el precio continúa disminuyendo, el motor sin escobillas se desarrollará aún más, la demanda será cada vez mayor, en comparación con el motor asíncrono general, el consumo de energía del nuevo motor sin escobillas disminuyó entre un 30% y un 35%, para cumplir con los requisitos de alta eficiencia, ahorro de energía y peso pequeño y liviano.
Aunque el precio de coste de los motores sin escobillas es más alto que el de los motores asíncronos, debido al pequeño consumo de energía, la alta eficiencia y los costos operativos reducidos, desde el punto de vista de la conservación de energía, la popularidad de los motores sin escobillas seguramente será la tendencia del Times. Las principales empresas del mundo han lanzado una feroz competencia en el campo de los motores sin escobillas. Por lo tanto, con la mejora del rendimiento de los componentes y materiales, el rendimiento de los motores sin escobillas también mejorará enormemente y la competencia de velocidad del desarrollo tecnológico será más prominente.
3.2 Motor ultrasónico
El motor ultrasónico (motor ultrasónico, motor ultrasónico, abreviatura USM) es el uso del efecto piezoeléctrico inverso de los materiales piezoeléctricos, de modo que el cuerpo elástico (estator) en la banda de frecuencia ultrasónica produce vibración mecánica microscópica (frecuencia de vibración superior a 20 kHz), a través de la fricción entre el estator y el rotor (o móvil), la vibración microscópica del estator en el rotor (o móvil) macro rotación unidireccional (o movimiento lineal). Rompe el concepto del motor tradicional de que la velocidad y el par se obtienen mediante el efecto electromagnético, y es otra nueva tecnología notable en el desarrollo de la tecnología de micromotores.
Comparado con el motor tradicional, el motor ultrasónico tiene una serie de ventajas: (1) estructura simple, se compone de dos componentes básicos: partes vibratorias y partes móviles; (2) el par de volumen unitario es grande, que es 10 veces mayor que el del motor tradicional del mismo volumen; (3) El rendimiento a baja velocidad es bueno, la velocidad se puede ajustar a cero y puede generar directamente un gran par a baja velocidad; (4) Gran par de frenado, no se requiere freno adicional; (5) Constante de tiempo mecánica pequeña, buen rendimiento rápido; (6) Sin campos magnéticos y eléctricos, sin interferencias electromagnéticas ni ruido electromagnético.
En la actualidad, muchas empresas en algunos países extranjeros como Japón han obtenido aplicaciones prácticas comerciales. Los nuevos productos de motores ultrasónicos de Canon, Panasonic, Hitachi y otras empresas se han utilizado en cámaras, videocámaras e instrumentos ópticos avanzados. La dirección de desarrollo de la tecnología de motores ultrasónicos es mejorar aún más la eficiencia.
El motor ultrasónico adopta un nuevo principio y estructura, no necesita imanes ni bobinas, pero utiliza el efecto piezoeléctrico inverso de los materiales piezoeléctricos y la vibración ultrasónica para obtener directamente movimiento y fuerza (momento). Rompe el concepto del motor de que la velocidad y el par se obtienen mediante el efecto electromagnético hasta ahora, y es una tecnología de alta tecnología a la vanguardia de la ciencia mundial actual. Debido al ultrasonido, el motor tiene muchas características que el motor electromagnético no tiene, aunque su invención y desarrollo tiene solo 20 años de historia, pero en la industria aeroespacial, robótica, automóviles, posicionamiento de precisión, equipos médicos, micromaquinaria y otros campos se han aplicado con éxito.
3.3 Motor con cojinete de presión dinámica de alta velocidad
Con el desarrollo de productos de información en la dirección de alta eficiencia, alta densidad y microdelgado, el motor sin escobillas de imán permanente de precisión que lo soporta tiene una velocidad de hasta 8000 ~ 50000r/min. Los cojinetes de los motores de alta velocidad también reemplazarán a los cojinetes deslizantes tradicionales por cojinetes de presión dinámica para superar muchos problemas técnicos causados por la alta velocidad. En comparación con los rodamientos de bolas y los cojinetes lisos, los rodamientos de presión dinámica tienen muchas ventajas. Puede inhibir la oscilación irregular del eje, mejorar la resistencia al impacto, la larga vida útil, el bajo nivel de ruido, etc.
El motor con cojinete de presión dinámica tiene dos tipos de fluido y aire, la velocidad general es baja con cojinete de presión dinámica de fluido, alta velocidad con cojinete de presión dinámica de aire. Aunque todavía quedan algunos problemas técnicos por resolver, en general se ha confirmado la dirección de desarrollo de los motores con cojinetes de presión dinámica de alta velocidad.
3.4 Motor lineal
Con el rápido desarrollo de la tecnología de control automático, los requisitos de precisión de posicionamiento de varios sistemas de control automático son cada vez más altos, y el motor rotativo tradicional junto con un conjunto de mecanismos de transformación compuestos por dispositivos de movimiento lineal no pueden cumplir con los requisitos de precisión, el accionamiento lineal directo es uno de los contenidos de la investigación de tecnología de servoaccionamiento moderno, el motor lineal es una de las tecnologías clave. El campo de aplicación del motor lineal también es amplio; en la necesidad de movimiento lineal del dispositivo, el uso del motor lineal de accionamiento directo será superior al motor rotativo. La precisión del control se puede mejorar porque se omite el mecanismo de transformación del movimiento.
3.5 motor supermicro
La tecnología de micromotores es un nuevo campo de alta tecnología de la tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) desarrollado en los últimos 20 años, que se caracteriza por la tecnología de micromecanizado basada en material semiconductor de silicio, que se utiliza para fabricar dispositivos con funciones de conversión y transmisión de energía en el rango de tamaño de milímetros a micras. La aparición de la tecnología MEMS ha supuesto un salto revolucionario en la tecnología de fabricación mecánica tradicional.
Ultramicromotor tiene el principio electrostático de ultramicromotor y ultramicromotor electromagnético, porque el ultramicromotor electromagnético es más grande que el par del ultramicromotor electrostático, alta eficiencia de conversión, larga vida útil, se ha aplicado en muchos campos como endoscopios, microrobots, etc. En la actualidad, Estados Unidos, Japón, Rusia, Alemania y otros países han invertido mucha mano de obra, recursos materiales y financieros para llevar a cabo la investigación y aplicación de esta tecnología, han logrado grandes avances y algunos han llegado a la práctica. Por ejemplo, la compañía japonesa Toshiba desarrolló un peso de 40 mg, una velocidad de 60 ~ 1000 r/min, un voltaje de 1,7 V y un diámetro de solo 0,8 mm en el micromotor más pequeño del mundo, como la Universidad Jiao Tong de Shanghai también está desarrollando un micromotor de 1 mm de diámetro. Se puede esperar que con el desarrollo y aplicación de la tecnología de nanofabricación, los motores supermicro también se desarrollen en gran medida, por lo que tendrán más campos de aplicación.
3.6 Motores moleculares
Aparecido con el desarrollo de MEMS, un sistema nano eléctrico (na2noelectromechanicalsystems, NEMS), los tamaños de las características pueden variar desde unos pocos cientos hasta unos pocos nanómetros, algunos de los cuales tienen importantes aplicaciones potenciales en el campo biomédico. RickyK. Soong et al. de la Universidad de Cornell en Estados Unidos integró un único motor biomolecular con un sistema inorgánico a nanoescala para formar un dispositivo nanomecánico híbrido impulsado por un motor molecular. Al hidrolizar ATP (trifosfato de adenosina) en un sistema activo, el motor biomolecular (menos de 8 nm de diámetro y 14 nm de longitud) es capaz de generar un par máximo de 80 a 100 pN·nm, compatible con el tamaño y las constantes mecánicas de las estructuras nanomecánicas que se pueden producir hoy en día. Se espera que esta nueva tecnología desempeñe un papel en la limpieza de los vasos sanguíneos.
4 tendencia de desarrollo de micromotores
Después de entrar en el siglo XXI, el desarrollo sostenible de la economía mundial se enfrenta a dos cuestiones clave: la energía y la protección del medio ambiente, por un lado, el progreso de la sociedad humana, las personas tienen requisitos cada vez más altos para la calidad de vida y la conciencia de la protección del medio ambiente es cada vez más fuerte, porque los micromotores no solo se utilizan en empresas industriales y mineras, sino también en industrias comerciales y de servicios, especialmente han entrado más productos en la familia En la vida, por lo que la seguridad del motor pone en peligro directamente la seguridad de la propiedad personal; La vibración, el ruido y la interferencia electromagnética del motor se convertirán en un peligro público de contaminar el medio ambiente. La eficiencia del motor está directamente relacionada con el consumo de energía y las emisiones de gases nocivos, por lo que los requisitos internacionales para estos indicadores técnicos son cada vez más estrictos, lo que ha atraído la atención de la industria del motor en el país y en el extranjero, desde la estructura del motor, el proceso, los materiales, los componentes electrónicos, las líneas de control y el diseño electromagnético y otros aspectos de la investigación de conservación de energía, la nueva ronda de productos de micromotores sobre la base de un excelente rendimiento técnico. diseño de devanados, mejora de la estructura de ventilación y materiales magnéticos de baja pérdida y alta permeabilidad, materiales de imanes permanentes de tierras raras, tecnología de reducción de ruido y vibración, tecnología de electrónica de potencia, tecnología de control, tecnología de reducción de interferencias electromagnéticas y otras investigaciones de aplicaciones.
Bajo la premisa de acelerar la tendencia de la globalización económica, los países prestan más atención a los dos temas principales del ahorro de energía y la protección del medio ambiente, fortalecen los intercambios y la cooperación técnicos internacionales y aceleran el ritmo de la innovación tecnológica, la tendencia de desarrollo de la tecnología de micromotores es: (1) adoptar tecnología nueva y avanzada y desarrollarse en la dirección de la electrónica; (2) Alta eficiencia, ahorro de energía y desarrollo ecológico; (3) Alta confiabilidad y desarrollo de compatibilidad electromagnética; (4) Bajo nivel de ruido, baja vibración, bajo costo y desarrollo de precios; (5) Al desarrollo especializado, diversificado e inteligente.
Además, el micromotor es modularización, combinación, dirección mecatrónica inteligente y sin escobillas, sin núcleo de hierro, dirección de magnetización permanente, especialmente digno de mención es que con la aplicación del micromotor, el entorno cambia, el principio electromagnético tradicional del motor no puede satisfacerse por completo. Con los nuevos logros de disciplinas relacionadas, incluidos nuevos principios y nuevos materiales, el desarrollo de micromotores especiales con principios no electromagnéticos se ha convertido en una dirección importante en el desarrollo de motores.
