Mikromootor viitab põhimõttele, struktuur, jõudlus, funktsioon ja nii edasi erinevad tavapärasest mootorist ning helitugevus ja väljundvõimsus on väga väikesed. Üldiselt ei ole mikromootori välisläbimõõt suurem kui 130 mm ja võimsus jääb sadadest millivattidest sadadesse vattidesse. Seda on laialdaselt kasutatud tänapäevastes sõjalistes ja tsiviilseadmetes ja nende juhtimissüsteemides, nagu suurtükiväe juhtimine, rakettide juhtimine, lennukite automaatjuhtimine, CNC-tööpingid, süstikuteta kangastelgede juhtimine, tööstuslike õmblusmasinate juhtimine, telemeetria ja kaugjuhtimine, heli- ja videoseadmed, automaatsed instrumendid ja arvuti välisseadmed jne, mis kõik kasutavad suurt hulka mikromootoreid.
Tänapäeval on praktilistes rakendustes välja töötatud mikromootorid alates varasemast lihtsast käivitusjuhtimisest, mille eesmärk on anda võimsust, kuni selle kiiruse, asendi, pöördemomendi jne täpse juhtimiseni, eriti tööstusautomaatikas, kontoriautomaatikas ja koduautomaatikas, peaaegu kõik kasutavad mootoritehnoloogiat, mikroelektroonika tehnoloogiat ja jõuelektroonika tehnoloogiat kombineeritud mehhatroonikatooteid. Elektroniseerimine on mikromootorite arengus vältimatu suundumus.
2 Mikromootori kasutusvaldkond (õõnsa tassi mootor )
Kaasaegne mikromootoritehnoloogia ühendab endas mitmeid kõrgeid ja uusi tehnoloogiaid, nagu mootorid, arvutid, juhtimisteooria ja uued materjalid, ning liigub militaar- ja tööstuslikult igapäevaellu. Seetõttu tuleks mikromootoritehnoloogia väljatöötamist kohandada sambatööstuse ja kõrgtehnoloogilise tööstuse arenguvajadustega. Mikromootorit kasutatakse peamiselt järgmistes aspektides:
2.1 Mikro erimootorid kodumasinatele
Kasutajate nõudmiste pidevaks täitmiseks ja infoajastu vajadustega kohanemiseks, energiasäästu, mugavuse, võrgustumise, intelligentsuse ja isegi võrgukodutehnika (infokodutehnika) saavutamiseks on kodumasinate vahetustsükkel väga kiire ning tugimootorile esitatakse kõrge efektiivsuse, madala mürataseme, madala vibratsiooni, madala hinna, reguleeritava kiiruse ja intelligentsuse nõuded. Kodumasinate mikromootorid moodustavad 8% mikromootorite koguarvust: sealhulgas kliimaseadmed, pesumasinad, külmikud, mikrolaineahjud, elektriventilaatorid, tolmuimejad, veeärastusmasinad jne.
Maailma aastane nõudlus 450 kuni 500 miljonit ühikut (komplekti), selline mootori võimsus ei ole suur, kuid mitmekesine. Kodumasinate mikromootorite arengusuunad on järgmised: ① Püsimagnetiga harjadeta mootorid hakkavad järk-järgult asendama ühefaasilisi asünkroonmootoreid; ② optimeerida disaini, parandada toote kvaliteeti ja tõhusust; ③ Tootmise tõhususe parandamiseks võtke kasutusele uus struktuur ja uus tehnoloogia.
2.2 Mikromootor infotöötlusseadmete jaoks
Mikromootoritega teabetöötlusseadmed moodustasid 29%: sealhulgas teabe sisestamine, salvestamine, töötlemine, väljund, juhtivus ja muud lingid, sealhulgas sideseadmed. Maailm vajab 1,5 miljardit (komplekti) aastas, peamiselt püsimagnetitega alalisvoolumootoreid, harjadeta alalisvoolumootoreid, samm-mootoreid, mikrosünkroonmootoreid ja nii edasi. Mikroarvutite (PC) aastane toodang umbes 100 miljonit ühikut aastatel 2000, 2005 on eeldatavasti 200 miljonit ühikut, kuna see toetab mikromootorite nõudluse põhikomponente, mis on üha kõrgemad. Enamik neist mootoritest on täppis-püsimagnetiga harjadeta mootorid ja täppis-sammmootorid.
Nende omadused ja arengusuunad on järgmised:
(1) Kõrge investeeringuga tooted Seda tüüpi mootoritel on väga kõrged nõuded pöörleva võlli kiiruse stabiilsusele ja väljavoolule, nii et seda tüüpi mootor on kombinatsioon kõrgtehnoloogilistest ja kõrge investeerimisega toodetest arenenud tootmistehnoloogiast ja arenevast jõuelektroonika tehnoloogiast, mis on üldiselt koondunud suurettevõtete rahvusvahelisele arendamisele ja tootmisele.
(2) Miniaturiseerimine ja helbed Teabetoodete miniatuursuse ja kaasaskantavuse vajaduste rahuldamiseks esitatakse nende tugimootoritele miniaturiseerimis- ja helbenõuded.
(3) Suur kiirus Arvuti välisseadmete salvestustiheduse pideva parandamisega on nõutav, et tugimootori kiirus peaks olema üle 8000 r/min.
2.3 Auto mikromootor
Autode mikromootorid moodustasid 13%, sealhulgas startergeneraatorid, klaasipuhastite mootorid, kliimaseadmete ja jahutusventilaatorite mootorid, elektrilised spidomeetrid, aknatõstukid ja ukseluku mootorid. 2000. aastal toodeti maailmas umbes 54 miljonit autot, keskmiselt 15 mootorit sõiduki kohta ja kogu maailmas oli vaja 810 miljonit.
Autotööstuse mikromootoritehnoloogia arendamise fookus:
(1) Kõrge kasutegur, suur jõud, energiasääst kiire ja suure jõudlusega magnetilise materjali valiku, suure tõhususega jahutusvahendite ja kontrolleri tõhususe parandamise ning muude meetmete abil selle töö tõhususe parandamiseks.
(2) Arukas, et saavutada auto intelligentne mootor ja kontroller, nii et auto töötaks parimas olekus, et saavutada minimaalne energiakulu.
2.4 Mikromootor heliseadmete jaoks
Mikromootoritega helitehnika moodustas 18%, sealhulgas plaadimängijad, salvestid, VCD- ja DVD-videoplaadid. Ülemaailmne nõudlus on üle 1 miljardi ühiku aastas. Praegu on kodumaine toodang moodustanud umbes 60%, peamiselt trükitud mähismootor, mähisketta mootor ja nii edasi.
2,5 mikromootor videoseadmete jaoks
Mikromootoritega videotehnika moodustas 7%, sealhulgas kaamerad, kaamerad ja nii edasi. Maailma aastane nõudlus on 350–400 miljonit ühikut (komplekti), sellised mootorid on täpsed, tootmine ja töötlemine on keeruline, eriti pärast digitaalsesse sisenemist esitab mootor rangemaid nõudeid.
2.6 Mikromootor tööstuslikuks elektriajamiks ja juhtimiseks
Seda tüüpi mikromootorid moodustavad 2%, sealhulgas CNC-tööpingid, manipulaatorid, robotid jne. Peamiselt vahelduvvoolu servomootorite, võimsusastmete mootorite, laia kiirusega alalisvoolumootorite, vahelduvvoolu harjadeta mootorite ja nii edasi. Seda tüüpi mootoritel on palju sorte, kõrged tehnilised nõuded ja see on kiirema sisenõudlusega mootoriklass.
2.7 Eriotstarbeline mikromootor
Seda tüüpi mootorid moodustavad umbes 23%, sealhulgas kosmoselennud, erinevad lennukid, automatiseeritud relvad ja seadmed, meditsiiniseadmed ja nii edasi. Sellised mootorid on enamasti erimootorid või uued mootorid, sealhulgas mootorid, mis erinevad põhimõtteliselt, struktuurilt ja töörežiimilt üldisest elektromagnetilisest põhimõttest, peamiselt väikese kiirusega sünkroonmootorid, harmoonilised mootorid, piiratud nurgaga mootorid, ultrahelimootorid, mikrolainemootorid, mahtuvuslikud mootorid, elektrostaatilised mootorid jne. üldmootorite põhimõte, struktuur ja töö. Nende mootorite tekkimine ja areng on tihedalt seotud elektroonikatehnoloogia ja juhtimistehnoloogia arenguga.
3 mikromootori uue toote tehnoloogia
Seoses teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga ning praktiliste rakenduste uute nõuetega on tekkinud mitmesuguseid mikro-spetsiaalseid mootoreid, mis erinevad traditsioonilistest elektromagnetilistest mootoritest. Nad võtavad kasutusele uudsed disainikontseptsioonid, meetodid, struktuurid ja põhimõtted.
3.1 Harjadeta püsimagnetiga mootor
Harjadeta mootor on mikromootori arendussuund, mida on kasutatud teabe, kodumasinate, heli ja video, transpordi jms valdkonnas. Püsimagnetmaterjalide ja jõuelektroonika tehnoloogia kiire arenguga paraneb jõudlus jätkuvalt, hind langeb jätkuvalt, harjadeta mootorit arendatakse edasi, nõudlus on üldise asünkroonmootoriga võrreldes üha suurem, uue harjadeta mootori võimsustarve vähenes 30% ~ 35%, et vastata kõrge efektiivsuse, energiasäästu, väikese ja kerge kaalu nõuetele.
Kuigi harjadeta mootorite omahind on kõrgem kui asünkroonmootoritel, on väikese energiatarbimise, kõrge efektiivsuse ja väiksemate kasutuskulude tõttu energiasäästu seisukohalt harjadeta mootorite populaarsus kindlasti The Timesi trend. Maailma suurettevõtted on harjadeta mootorite vallas alustanud ägedat konkurentsi. Seetõttu paraneb komponentide ja materjalide jõudluse paranemisega oluliselt ka harjadeta mootorite jõudlus ning tehnoloogiaarenduse kiiruskonkurents on silmapaistvam.
3.2 Ultraheli mootor
ultrahelimootor (ultrahelimootor, ultrahelimootor, lühend USM) on piesoelektriliste materjalide pöördpöördvõrdelise piesoelektrilise efekti kasutamine, nii et elastne keha (staator) ultraheli sagedusribas tekitab mikroskoopilist mehaanilist vibratsiooni (vibratsioonisagedus üle 20 kHz) läbi staatori ja mikroskoopilise vibratsiooni staatori ja staatori vahelise hõõrdumise, staatori ja staatori mikroskoopi. (või liigutatav) makro ühesuunaline pöörlemine (või lineaarne liikumine). See rikub traditsioonilise mootori kontseptsiooni, et kiirus ja pöördemoment saadakse elektromagnetilise efektiga, ning see on veel üks tähelepanuväärne uus tehnoloogia mikromootoritehnoloogia arendamisel.
Võrreldes traditsioonilise mootoriga on ultrahelimootoril mitmeid eeliseid: (1) lihtne struktuur, see koosneb kahest põhikomponendist: vibratsiooniosadest ja liikuvatest osadest; (2) ühiku mahu pöördemoment on suur, mis on 10 korda suurem kui sama mahuga traditsioonilisel mootoril; (3) Madala kiirusega jõudlus on hea, kiirust saab nullini reguleerida, võib väikesel kiirusel otse suure pöördemomendi väljastada; (4) suur pidurdusmoment, lisapidurit pole vaja; (5) Väike mehaaniline ajakonstant, hea kiire jõudlus; (6) Puuduvad magnet- ja elektriväljad, elektromagnetilised häired ja elektromagnetiline müra.
Praegu on paljud ettevõtted mõnes välisriigis, näiteks Jaapanis, saanud kaubandusliku praktilise rakenduse. Täiustatud kaamerates, videokaamerates ja optilistes instrumentides on kasutatud Canoni, Panasonicu, Hitachi ja teiste ettevõtete uusi ultrahelimootorite tooteid. Ultraheli mootoritehnoloogia arengusuund on tõhususe edasine parandamine.
Ultrahelimootor võtab kasutusele uue põhimõtte ja struktuuri, ei vaja magneteid ja pooli, vaid kasutab liikumise ja jõu (hetke) otseseks saamiseks piesoelektriliste materjalide ja ultraheli vibratsiooni pöördefekti. See rikub mootori kontseptsiooni, et kiirus ja pöördemoment saadakse seni elektromagnetilise efekti abil ning see on kõrgtehnoloogiline tehnoloogia praeguse maailmateaduse esirinnas. Tänu ultrahelile on mootoril palju omadusi, mida elektromagnetilisel mootoril ei ole, kuigi selle leiutamise ja arendamise ajalugu on vaid 20 aastat, kuid lennunduses, robootikas, autodes, täppispositsioneerimises, meditsiiniseadmetes, mikromasinate ja muudes valdkondades on edukalt rakendatud.
3.3 Kiire dünaamiline survelaager
Teabetoodete arendamisel suure tõhususe, suure tihedusega ja mikroõhukeste suunas on seda toetava täppismagnetiga harjadeta mootori kiirus kuni 8000 ~ 50000 r/min. Kiirmootorite laagrid asendavad ka traditsioonilised liugelaagrid dünaamiliste survelaagritega, et ületada paljud suurest kiirusest põhjustatud tehnilised probleemid. Võrreldes kuullaagrite ja liugelaagritega on dünaamilisel survelaagril palju eeliseid. See võib pärssida ebaregulaarset võlli kõikumist, parandada löögikindlust, pikka kasutusiga, madalat müra ja nii edasi.
Dünaamilise rõhuga laagrimootoril on kahte tüüpi vedelikku ja õhku, vedeliku dünaamilise rõhu laagriga on üldine kiirus madal, õhu dünaamilise rõhu laagriga suur. Kuigi lahendamist vajavad veel mõned tehnilised probleemid, on kiirete dünaamiliste survelaagritega mootorite arendussuund üldiselt kinnitatud.
3.4 Lineaarmootor
Automaatjuhtimistehnoloogia kiire arenguga muutuvad erinevate automaatjuhtimissüsteemide positsioneerimistäpsuse nõuded üha kõrgemaks ja traditsiooniline pöörlev mootor koos lineaarsetest liikumisseadmetest koosneva teisendusmehhanismi komplektiga ei vasta täpsusnõuetele, otsene lineaarajam on üks kaasaegse servoajami tehnoloogia uurimise sisust, lineaarmootor on üks võtmetehnoloogiaid. Lineaarmootori rakendusala on samuti lai, seadme lineaarse liikumise vajaduse korral on otseajamiga lineaarmootori kasutamine pöördmootorist parem. Juhtimise täpsust saab parandada, kuna liikumise teisendusmehhanism on välja jäetud.
3.5 Supermicro mootor
Mikromootoritehnoloogia on viimase 20 aasta jooksul välja töötatud uus kõrgtehnoloogiline mikroelektromehaaniliste süsteemitehnoloogia (MEMS) valdkond, mida iseloomustab pooljuhtmaterjalil ränil põhinev mikrotöötlustehnoloogia, mida kasutatakse energia muundamise ja ülekande funktsioonidega seadmete tootmiseks suurusvahemikus millimeetrist mikronini. MEMS-tehnoloogia esilekerkimine on teinud traditsioonilises mehaanilises tootmistehnoloogias revolutsioonilise hüppe.
Ultramikromootoril on ultramikromootori ja elektromagnetilise ultramikromootori elektrostaatiline põhimõte, kuna elektromagnetiline ultramikromootor on suurem kui elektrostaatiline ultramikromootori pöördemoment, kõrge konversioonitõhusus, pikk kasutusiga, seda on kasutatud paljudes valdkondades, nagu endoskoobid, mikrorobotid jne. Praegu on Ameerika Ühendriigid, Jaapan, Venemaa, Saksamaa ja teised riigid investeerinud selle tehnoloogia uurimis- ja rakendamiseks palju tööjõudu, materiaalseid ja rahalisi ressursse ning on teinud suuri edusamme ja mõned on jõudnud ka praktilisteni. Näiteks Jaapani firma Toshiba arendas välja kaal 40mg, kiirus 60 ~ 1000r/min, pinge 1,7V, läbimõõt vaid 0,8mm maailma väikseimas mikromootoris, näiteks Shanghai Jiao Tongi ülikool arendab ka 1mm mikromootorit. Võib eeldada, et nanotootmistehnoloogia arendamise ja rakendamisega arenevad suurel määral ka supermikromootorid, et neil oleks rohkem kasutusvaldkondi.
3.6 Molekulaarmootor
Ilmus MEMS-i, nano-elektrisüsteemi (na2noelectromechanicalsystems, NEMS) väljatöötamisega, funktsioonide suurus võib olla mõnesajast kuni mõne nanomeetrini, millest mõnel on biomeditsiini valdkonnas olulised potentsiaalsed rakendused. RickyK. Soong jt. Ameerika Ühendriikides asuvast Cornelli ülikoolist integreeris ühe biomolekulaarse mootori nanomõõtmelise anorgaanilise süsteemiga, et moodustada hübriidne nanomehaaniline seade, mida juhib molekulaarmootor. Hüdrolüüsides ATP (adenosiintrifosfaati) aktiivses süsteemis, on biomolekulaarne (läbimõõduga alla 8 nm ja pikkusega 14 nm) mootor võimeline tekitama maksimaalse pöördemomendi 80 kuni 100 pN · nm, mis ühildub tänapäeval toodetavate nanomehaaniliste struktuuride suuruse ja mehaaniliste konstantidega. See uus tehnoloogia mängib eeldatavasti rolli veresoonte puhastamisel.
4 mikromotoorika arengutrend
Pärast 21. sajandisse sisenemist seisab maailmamajanduse säästev areng silmitsi kahe võtmeküsimusega — energia- ja keskkonnakaitse, ühelt poolt inimühiskonna areng, inimestel on üha kõrgemad nõuded elukvaliteedile ning teadlikkus keskkonnakaitsest muutub järjest tugevamaks, sest mikromootorit ei kasutata mitte ainult tööstus- ja kaevandusettevõtetes, vaid kasutatakse otseselt ka mootorsõidukites, eriti elu-, eelkõige elu- ja teenindustööstuses, seab ohtu isikliku vara turvalisuse; Mootori vibratsioon, müra ja elektromagnetilised häired muutuvad keskkonna saastamise avalikuks ohuks. Mootori kasutegur on otseselt seotud energiatarbimise ja kahjulike gaaside heitkogustega, seega on nende tehniliste näitajate rahvusvahelised nõuded üha karmimad, on pälvinud autotööstuse tähelepanu nii kodu- kui ka välismaal, alates mootori struktuurist, protsessidest, materjalidest, elektroonikakomponentidest, juhtliinidest ja elektromagnetilisest disainist ning muudest energiasäästuuuringute aspektidest, mikromootoritest, uuest tootevoorust suurepärase tehnilise jõudluse alusel Teisest küljest edendab asjakohaste rahvusvaheliste energiastandardite kaitset ja energiasäästu. tehnoloogiline areng, nagu uus mootori tembeldamine, mähiste disain, ventilatsioonistruktuuri parandamine ning väikese kadu ja suure läbilaskvusega magnetmaterjalid, haruldaste muldmetallide püsimagnetmaterjalid, müra ja vibratsiooni vähendamise tehnoloogia, jõuelektroonika tehnoloogia, juhtimistehnoloogia, elektromagnetiliste häirete vähendamise tehnoloogia ja muud rakendusuuringud.
Majandusliku globaliseerumise suundumuse kiirenemise eeldusel pööravad riigid rohkem tähelepanu kahele peamisele küsimusele, nagu energiasääst ja keskkonnakaitse, tugevdavad rahvusvahelist tehnilist vahetust ja koostööd ning kiirendavad tehnoloogilise innovatsiooni tempot, mikromootoritehnoloogia arengusuund on: (1) võtta kasutusele kõrge ja uus tehnoloogia ning areneda elektroonika suunas; (2) kõrge tõhusus, energiasääst ja roheline areng; (3) kõrge töökindluse, elektromagnetilise ühilduvuse arendamine; (4) Madal müra, madal vibratsioon, madal hind, hinnaareng; (5) Spetsialiseerunud, mitmekesine ja intelligentne arendamine.
Lisaks on mikromootor modulaarne, kombineeritud, intelligentne mehhatroonika suund ja harjadeta, ilma rauasüdamikuta, püsimagnetiseerimise suund, eriti tähelepanuväärne on see, et mikromootori rakendamisel muutub keskkond ja mootori traditsioonilist elektromagnetilist põhimõtet ei saa täielikult rahuldada. Seotud erialade uute saavutustega, sealhulgas uute põhimõtete ja materjalidega, on mitteelektromagnetiliste põhimõtetega mikro-erimootorite arendamine muutunud oluliseks motoorsete arengusuundadeks.
