Le micromoteur fait référence au principe, à la structure, aux performances, à la fonction, etc. qui sont différents du moteur conventionnel, et le volume et la puissance de sortie sont un très petit moteur. En général, le diamètre extérieur du micromoteur ne dépasse pas 130 mm et la puissance se situe entre des centaines de milliwatts et des centaines de watts. Il a été largement utilisé dans les équipements militaires et civils modernes et leurs systèmes de contrôle, tels que le contrôle de l'artillerie, le guidage des missiles, le pilotage automatique des avions, les machines-outils CNC, le contrôle des métiers à tisser sans navette, le contrôle des machines à coudre industrielles, la télémétrie et la télécommande, les équipements audio et vidéo, les instruments automatiques et les périphériques informatiques, etc., qui utilisent tous un grand nombre de micromoteurs.
Aujourd'hui, dans des applications pratiques, les micromoteurs ont été développés depuis le simple contrôle de démarrage, dans le but de fournir de l'énergie, jusqu'au contrôle précis de sa vitesse, de sa position, de son couple, etc., en particulier dans l'automatisation industrielle, la bureautique et la domotique, presque tous utilisent la technologie des moteurs, la technologie microélectronique et la technologie électronique de puissance, des produits mécatroniques combinés. L'électronisation est une tendance inévitable dans le développement des micromoteurs.
2 Champ d'application du micromoteur（moteur à coupelle creuse )
La technologie moderne des micromoteurs intègre un certain nombre de technologies avancées et nouvelles telles que les moteurs, les ordinateurs, la théorie du contrôle et les nouveaux matériaux, et passe du militaire et de l'industrie à la vie quotidienne. Par conséquent, le développement de la technologie des micromoteurs doit être adapté aux besoins de développement des industries piliers et des industries de haute technologie. Le micromoteur est principalement utilisé dans les aspects suivants :
2.1 Micro moteurs spéciaux pour appareils électroménagers
Afin de répondre en permanence aux exigences des utilisateurs et de s'adapter aux besoins de l'ère de l'information, pour réaliser des économies d'énergie, du confort, de la mise en réseau, de l'intelligence et même des appareils électroménagers en réseau (appareils électroménagers d'information), le cycle de remplacement des appareils électroménagers est très rapide et les exigences de rendement élevé, de faible bruit, de faibles vibrations, de prix bas, de vitesse réglable et d'intelligence sont mises en avant pour le moteur de support. Les micromoteurs pour appareils électroménagers représentent 8 % du nombre total de micromoteurs : notamment les climatiseurs, les machines à laver, les réfrigérateurs, les fours à micro-ondes, les ventilateurs électriques, les aspirateurs, les machines de déshydratation, etc.
La demande annuelle mondiale de 450 à 500 millions d'unités (ensembles), cette puissance de moteur n'est pas grande, mais très variée. Les tendances de développement des micromoteurs pour les appareils électroménagers sont les suivantes : ① les moteurs sans balais à aimant permanent remplaceront progressivement les moteurs asynchrones monophasés ; ② Optimiser la conception, améliorer la qualité et l'efficacité des produits ; ③ Adopter une nouvelle structure et une nouvelle technologie pour améliorer l'efficacité de la production.
2.2 Micromoteur pour équipement de traitement de l'information
Les équipements de traitement de l'information équipés de micromoteurs représentaient 29 % : y compris l'entrée, le stockage, le traitement, la sortie, la conduction et d'autres liens d'informations, y compris les équipements de communication. Le monde a besoin de 1,5 milliard (ensembles) par an, principalement de moteurs à courant continu à aimant permanent, de moteurs à courant continu sans balais, de moteurs pas à pas, de moteurs microsynchrones, etc. La production annuelle de micro-ordinateurs (PC) d'environ 100 millions d'unités en 2000 et 2005 devrait être de 200 millions d'unités, pour soutenir les composants clés de la demande de micro-moteurs, des exigences de plus en plus élevées. La plupart de ces moteurs sont des moteurs sans balais à aimant permanent de précision et des moteurs pas à pas de précision.
Leurs caractéristiques et orientations de développement sont :
(1) Produits à haut investissement Ce type de moteur a des exigences très élevées en matière de stabilité de la vitesse et de faux-rond de l'arbre rotatif, ce type de moteur est donc une combinaison de technologie de fabrication avancée et de technologie électronique de puissance émergente de produits de haute technologie et à haut investissement, généralement concentrés dans le développement international et la production de grandes entreprises.
(2) Miniaturisation et feuilleté Afin de répondre aux besoins de miniaturisation et de portabilité des produits d'information, des exigences de miniaturisation et de feuilletage sont proposées pour leurs moteurs de support.
(3) Haute vitesse Avec l'amélioration continue de la densité de stockage des périphériques informatiques, il est nécessaire que la vitesse du moteur de support soit supérieure à 8 000 tr/min.
2.3 Micro moteur pour automobile
Les micromoteurs pour automobiles représentaient 13 %, y compris les démarreurs-générateurs, les moteurs d'essuie-glace, les moteurs de climatisation et de ventilateurs de refroidissement, les compteurs de vitesse électriques, les lève-vitres et les moteurs de serrure de porte. En 2000, la production mondiale d'automobiles était d'environ 54 millions, avec une moyenne de 15 moteurs par véhicule, et il en fallait 810 millions dans le monde.
Objectif de développement de la technologie des micromoteurs automobiles :
(1) Haute efficacité, force élevée, économie d'énergie grâce à une sélection de matériaux magnétiques à haute vitesse et haute performance, des moyens de refroidissement à haute efficacité et une amélioration de l'efficacité du contrôleur et d'autres mesures pour améliorer son efficacité de fonctionnement.
(2) Intelligent pour obtenir un moteur et un contrôleur intelligents de la voiture, afin que la voiture fonctionne dans le meilleur état possible, pour atteindre une consommation d'énergie minimale.
2.4 Micromoteur pour équipement audio
Les équipements audio équipés de micromoteurs représentaient 18 %, notamment les tourne-disques, les enregistreurs, les disques vidéo VCD et DVD. La demande mondiale est de plus d'un milliard d'unités par an. À l'heure actuelle, la production nationale représente environ 60 %, principalement des moteurs à enroulement imprimés, des moteurs à disques d'enroulement, etc.
2.5 Micro moteur pour équipement vidéo
Les équipements vidéo équipés de micromoteurs représentaient 7%, y compris les caméras, caméras, etc. La demande annuelle mondiale est de 350 à 400 millions d'unités (ensembles), ces moteurs sont de précision, la fabrication et le traitement sont difficiles, surtout après être entré dans le numérique, le moteur a mis en avant des exigences plus exigeantes.
2.6 Micromoteur pour entraînement et contrôle électriques industriels
Ce type de micromoteur représente 2%, y compris les machines-outils CNC, les manipulateurs, les robots, etc. Principalement pour le servomoteur AC, le moteur pas à pas de puissance, le moteur DC à grande vitesse, le moteur AC sans balais, etc. Ce type de moteur a de nombreuses variétés, des exigences techniques élevées et constitue une classe de moteurs dont la demande intérieure est plus rapide.
2.7 Micromoteur à usage spécial
Ce type de moteur représente environ 23%, y compris les vols aérospatiaux, divers avions, armes et équipements automatisés, équipements médicaux, etc. Ces moteurs sont pour la plupart des moteurs spéciaux ou de nouveaux moteurs, y compris des moteurs qui diffèrent du principe électromagnétique général en principe, en structure et en mode de fonctionnement, principalement des moteurs synchrones à basse vitesse, des moteurs harmoniques, des moteurs à angle limité, des moteurs à ultrasons, des moteurs à micro-ondes, des moteurs capacitifs, des moteurs électrostatiques, etc. Parmi eux, le moteur à ultrasons, le moteur à micro-ondes, le moteur capacitif et le moteur électrostatique sont des moteurs spéciaux qui diffèrent des moteurs généraux en principe, en structure et en fonctionnement. L'émergence et le développement de ces moteurs sont étroitement liés au développement de la technologie électronique et de la technologie de contrôle.
3 Nouvelle technologie de produit de micromoteur
Avec les progrès continus de la science et de la technologie et les nouvelles exigences des applications pratiques, il existe une variété de moteurs micro-spéciaux différents des moteurs électromagnétiques traditionnels. Ils adoptent de nouveaux concepts, méthodes, structures et principes de conception.
3.1 Moteur sans balai à aimant permanent
Le moteur sans balais est la direction de développement du micromoteur, qui a été appliqué dans les domaines de l'information, des appareils électroménagers, de l'audio et de la vidéo, des transports, etc. Avec le développement rapide des matériaux à aimants permanents et de la technologie de l'électronique de puissance, les performances continuent de s'améliorer, le prix continue de diminuer, le moteur sans balais sera développé davantage, la demande sera de plus en plus importante, par rapport au moteur asynchrone général, la consommation électrique du nouveau moteur sans balais a diminué de 30 % à 35 %, pour répondre aux exigences de rendement élevé, d'économie d'énergie, de petite taille et de légèreté.
Bien que le prix de revient des moteurs sans balais soit plus élevé que celui des moteurs asynchrones, en raison de leur faible consommation d'énergie, de leur rendement élevé et de leurs coûts d'exploitation réduits, du point de vue des économies d'énergie, la popularité des moteurs sans balais est forcément la tendance du Times. Les grandes entreprises mondiales se sont lancées dans une concurrence féroce dans le domaine des moteurs brushless. Par conséquent, avec l'amélioration des performances des composants et des matériaux, les performances des moteurs sans balais seront également considérablement améliorées et la concurrence en matière de vitesse de développement technologique sera plus importante.
3.2 Moteur à ultrasons
Le moteur à ultrasons (moteur à ultrasons, moteur à ultrasons, abréviation USM) est l'utilisation de l'effet piézoélectrique inverse des matériaux piézoélectriques, de sorte que le corps élastique (stator) dans la bande de fréquence ultrasonique produise une vibration mécanique microscopique (fréquence de vibration supérieure à 20 kHz), à travers le frottement entre le stator et le rotor (ou mobile), la vibration microscopique du stator dans la rotation macro à sens unique du rotor (ou mobile) (ou mouvement linéaire). Il brise le concept du moteur traditionnel selon lequel la vitesse et le couple sont obtenus par effet électromagnétique, et constitue une autre nouvelle technologie remarquable dans le développement de la technologie des micromoteurs.
Comparé au moteur traditionnel, le moteur à ultrasons présente une série d'avantages : (1) structure simple, il est composé de deux composants de base : des pièces vibrantes et des pièces mobiles ; (2) le couple de volume unitaire est important, soit 10 fois celui du moteur traditionnel du même volume ; (3) Les performances à basse vitesse sont bonnes, la vitesse peut être ajustée à zéro, peut directement produire un couple important à basse vitesse ; (4) Couple de freinage important, aucun frein supplémentaire n'est requis ; (5) Petite constante de temps mécanique, bonnes performances rapides ; (6) Pas de champs magnétiques et électriques, pas d'interférences électromagnétiques ni de bruit électromagnétique.
À l'heure actuelle, de nombreuses entreprises de certains pays étrangers, comme le Japon, ont obtenu des applications commerciales pratiques. De nouveaux produits de moteurs à ultrasons de Canon, Panasonic, Hitachi et d'autres sociétés ont été utilisés dans des appareils photo, des caméscopes et des instruments optiques avancés. L'orientation du développement de la technologie des moteurs à ultrasons est d'améliorer encore l'efficacité.
Le moteur à ultrasons adopte un nouveau principe et une nouvelle structure, n'a pas besoin d'aimants ni de bobines, mais utilise l'effet piézoélectrique inverse des matériaux piézoélectriques et la vibration ultrasonique pour obtenir directement le mouvement et la force (moment). Il brise le concept du moteur selon lequel la vitesse et le couple sont obtenus jusqu'à présent par effet électromagnétique, et constitue une technologie de haute technologie à la pointe de la science mondiale actuelle. En raison des ultrasons, le moteur présente de nombreuses caractéristiques que le moteur électromagnétique n'a pas, bien que son invention et son développement ne datent que de 20 ans, mais dans l'aérospatiale, la robotique, l'automobile, le positionnement de précision, les équipements médicaux, les micromachines et d'autres domaines ont été appliqués avec succès.
3.3 Moteur à palier de pression dynamique à grande vitesse
Avec le développement de produits d'information dans le sens d'un rendement élevé, d'une densité élevée et d'une micro-mince, le moteur sans balais à aimant permanent de précision qui le supporte a une vitesse allant jusqu'à 8 000 ~ 50 000 tr/min. Les roulements des moteurs à grande vitesse remplaceront également les paliers lisses traditionnels par des roulements à pression dynamique pour surmonter de nombreux problèmes techniques causés par la vitesse élevée. Comparé au roulement à billes et au roulement lisse, le roulement à pression dynamique présente de nombreux avantages. Il peut inhiber le balancement irrégulier de l'arbre, améliorer la résistance aux chocs, la longue durée de vie, le faible bruit, etc.
Le moteur à roulement à pression dynamique a deux types de fluide et d'air, la vitesse générale est faible avec un roulement à pression dynamique fluide, une vitesse élevée avec un roulement à pression dynamique à air. Bien qu'il reste encore quelques problèmes techniques à résoudre, l'orientation du développement des moteurs à paliers de pression dynamiques à grande vitesse a été généralement confirmée.
3.4 Moteur linéaire
Avec le développement rapide de la technologie de contrôle automatique, les exigences de précision de positionnement de divers systèmes de contrôle automatique sont de plus en plus élevées, et le moteur rotatif traditionnel couplé à un ensemble de mécanismes de transformation composés de dispositifs de mouvement linéaire ne peut pas répondre aux exigences de précision, l'entraînement linéaire direct est l'un des contenus de la recherche moderne sur la technologie de servocommande, le moteur linéaire est l'une des technologies clés. Le champ d'application du moteur linéaire est également large. Dans le besoin d'un mouvement linéaire de l'appareil, l'utilisation d'un moteur linéaire à entraînement direct sera supérieure au moteur rotatif. La précision de commande peut être améliorée car le mécanisme de transformation de mouvement est omis.
3.5 Moteur Supermicro
La technologie des micromoteurs est un nouveau domaine de haute technologie de la technologie des systèmes microélectromécaniques (MEMS) développé au cours des 20 dernières années, caractérisé par une technologie de micro-usinage basée sur le silicium, un matériau semi-conducteur, utilisé pour fabriquer des dispositifs dotés de fonctions de conversion et de transmission d'énergie dans une gamme de tailles allant du millimètre au micron. L’émergence de la technologie MEMS a fait un bond révolutionnaire dans la technologie de fabrication mécanique traditionnelle.
L'ultramicromoteur a le principe électrostatique de l'ultramicromoteur et de l'ultramicromoteur électromagnétique, car l'ultramicromoteur électromagnétique est plus grand que le couple électrostatique de l'ultramicromoteur, une efficacité de conversion élevée, une longue durée de vie, il a été appliqué dans de nombreux domaines tels que les endoscopes, les microrobots, etc. À l'heure actuelle, les États-Unis, le Japon, la Russie, l'Allemagne et d'autres pays ont investi beaucoup de ressources humaines, matérielles et financières pour mener à bien la recherche et l'application de cette technologie, et ont fait de grands progrès, et certains ont atteint des objectifs pratiques. Par exemple, la société japonaise Toshiba a développé un poids de 40 mg, une vitesse de 60 ~ 1 000 tr/min, une tension de 1,7 V et un diamètre de seulement 0,8 mm dans le plus petit micromoteur au monde, comme l'Université Jiao Tong de Shanghai développe également un micromoteur de 1 mm de diamètre. On peut s'attendre à ce qu'avec le développement et l'application de la technologie de nanofabrication, les moteurs supermicro soient également considérablement développés, de sorte qu'ils aient davantage de domaines d'application.
3.6 Moteur moléculaire
Apparues avec le développement des MEMS, nano systèmes électriques (na2noélectromécaniques, NEMS), les dimensions des caractéristiques peuvent aller de quelques centaines à quelques nanomètres, dont certaines ont des applications potentielles importantes dans le domaine biomédical. RickyK. Soong et coll. de l'Université Cornell aux États-Unis a intégré un moteur biomoléculaire unique avec un système inorganique à l'échelle nanométrique pour former un dispositif nanomécanique hybride entraîné par un moteur moléculaire. En hydrolysant l'ATP (adénosine triphosphate) dans un système actif, le moteur biomoléculaire (moins de 8 nm de diamètre et 14 nm de longueur) est capable de générer un couple maximal de 80 à 100 pN·nm, compatible avec la taille et les constantes mécaniques des structures nanomécaniques pouvant être produites aujourd'hui. Cette nouvelle technologie devrait jouer un rôle dans le nettoyage des vaisseaux sanguins.
4 tendances de développement des micromoteurs
Après être entré dans le 21e siècle, le développement durable de l'économie mondiale est confronté à deux problèmes clés ———— l'énergie et la protection de l'environnement, d'une part, le progrès de la société humaine, les gens ont des exigences de plus en plus élevées en matière de qualité de vie, et la conscience de la protection de l'environnement devient de plus en plus forte, car le micromoteur n'est pas seulement utilisé dans les entreprises industrielles et minières, mais également dans les industries commerciales et de services, en particulier de plus en plus de produits sont entrés dans la famille dans la vie, de sorte que la sécurité du moteur met directement en danger la sécurité des biens personnels ; Les vibrations, le bruit et les interférences électromagnétiques du moteur deviendront un risque public de pollution de l'environnement. L'efficacité du moteur est directement liée à la consommation d'énergie et aux émissions de gaz nocifs, de sorte que les exigences internationales pour ces indicateurs techniques sont de plus en plus strictes, ont attiré l'attention de l'industrie automobile au pays et à l'étranger, de la structure du moteur, des processus, des matériaux, des composants électroniques, des lignes de commande et de la conception électromagnétique et d'autres aspects de la recherche sur les économies d'énergie, une nouvelle série de produits de micromoteurs sur la base d'excellentes performances techniques. conception d'enroulement, amélioration de la structure de ventilation et matériaux magnétiques à faible perte et à haute perméabilité, matériaux à aimant permanent de terres rares, technologie de réduction du bruit et des vibrations, technologie électronique de puissance, technologie de contrôle, technologie de réduction des interférences électromagnétiques et autres recherches d'applications.
Dans le cadre de l'accélération de la tendance à la mondialisation économique, les pays accordent plus d'attention aux deux questions majeures que sont l'économie d'énergie et la protection de l'environnement, renforcent les échanges et la coopération techniques internationaux et accélèrent le rythme de l'innovation technologique. La tendance de développement de la technologie des micromoteurs est la suivante : (1) adopter des technologies de pointe et nouvelles et se développer dans le sens de l'électronique ; (2) Haute efficacité, économie d’énergie et développement vert ; (3) À une fiabilité élevée, développement de la compatibilité électromagnétique ; (4) À faible bruit, faible vibration, faible coût, évolution des prix ; (5) Vers un développement spécialisé, diversifié et intelligent.
De plus, le micro-moteur est modularisé, combiné, direction mécatronique intelligente et sans balais, sans noyau de fer, direction de magnétisation permanente, il convient particulièrement de noter qu'avec l'application du micro-moteur, l'environnement change, le principe électromagnétique traditionnel du moteur ne peut pas être entièrement satisfait. Avec les nouvelles réalisations de disciplines connexes, notamment de nouveaux principes et de nouveaux matériaux, le développement de moteurs micro-spéciaux dotés de principes non électromagnétiques est devenu une direction importante du développement des moteurs.
