Il micromotore si riferisce al principio, alla struttura, alle prestazioni, alla funzione e così via che sono diversi dal motore convenzionale e il volume e la potenza di uscita sono un motore molto piccolo. In generale, il diametro esterno del micromotore non è superiore a 130 mm e la potenza è compresa tra centinaia di milliwatt e centinaia di watt. È stato ampiamente utilizzato in attrezzature moderne militari e civili e nel relativo sistema di controllo, come controllo dell'artiglieria, guida missilistica, pilotaggio automatico di aerei, macchine utensili CNC, controllo di telai senza navetta, controllo di macchine per cucire industriali, telemetria e controllo remoto, apparecchiature audio e video, strumenti automatici e periferiche per computer, ecc., che utilizzano tutti un gran numero di micromotori.
Oggi, nelle applicazioni pratiche, i micromotori sono stati sviluppati dal semplice controllo di avviamento del passato, allo scopo di fornire potenza, al controllo preciso della sua velocità, posizione, coppia, ecc., Soprattutto nell'automazione industriale, nell'automazione degli uffici e nella domotica, quasi tutti utilizzano la tecnologia dei motori, la tecnologia microelettronica e la tecnologia dell'elettronica di potenza combinata con prodotti meccatronici. L'elettronizzazione è una tendenza inevitabile nello sviluppo dei micromotori.
2 Campo di applicazione del micromotore（motore a tazza cava )
La moderna tecnologia dei micromotori integra una serie di tecnologie avanzate e nuove come motori, computer, teoria del controllo e nuovi materiali e si sta spostando dal settore militare e industriale alla vita quotidiana. Pertanto, lo sviluppo della tecnologia dei micromotori dovrebbe essere adattato alle esigenze di sviluppo delle industrie pilastro e delle industrie high-tech. Il micromotore viene utilizzato principalmente nei seguenti aspetti:
2.1 Micromotori speciali per elettrodomestici
Per soddisfare continuamente le esigenze degli utenti e adattarsi alle esigenze dell'era dell'informazione, per ottenere risparmio energetico, comfort, networking, intelligenza e persino elettrodomestici di rete (elettrodomestici informativi), il ciclo di sostituzione degli elettrodomestici è molto veloce e per il motore di supporto vengono proposti requisiti di alta efficienza, bassa rumorosità, basse vibrazioni, prezzo basso, velocità regolabile e intelligenza. I micromotori per elettrodomestici rappresentano l'8% del numero totale di micromotori: compresi condizionatori, lavatrici, frigoriferi, forni a microonde, ventilatori elettrici, aspirapolvere, macchine per la disidratazione, ecc.
La domanda annuale mondiale va da 450 a 500 milioni di unità (set), tale potenza del motore non è grande, ma un'ampia varietà. Le tendenze di sviluppo dei micromotori per elettrodomestici sono: ① i motori brushless a magneti permanenti sostituiranno gradualmente i motori asincroni monofase; ② Ottimizzare la progettazione, migliorare la qualità e l'efficienza del prodotto; ③ Adottare una nuova struttura e una nuova tecnologia per migliorare l'efficienza produttiva.
2.2 Micromotore per apparecchiature di elaborazione dell'informazione
Le apparecchiature per l'elaborazione delle informazioni con micromotori rappresentavano il 29%: inclusi input, archiviazione, elaborazione, output, conduzione e altri collegamenti delle informazioni, comprese le apparecchiature di comunicazione. Il mondo ha bisogno di 1,5 miliardi (set) all'anno, principalmente motori CC a magneti permanenti, motori CC senza spazzole, motori passo-passo, micromotori sincroni e così via. Si prevede che la produzione annua di microcomputer (PC) di circa 100 milioni di unità nel 2000,2005 sarà di 200 milioni di unità, per supportare componenti chiave della domanda di micromotori, requisiti sempre più elevati. La maggior parte di questi motori sono motori brushless a magneti permanenti di precisione e motori passo-passo di precisione.
Le loro caratteristiche e direzioni di sviluppo sono:
(1) Prodotti ad alto investimento Questo tipo di motore ha requisiti molto elevati per la stabilità della velocità e l'eccentricità dell'albero rotante, quindi questo tipo di motore è una combinazione di tecnologia di produzione avanzata e tecnologia emergente dell'elettronica di potenza di prodotti ad alta tecnologia e ad alto investimento, generalmente concentrati nello sviluppo e nella produzione internazionale di grandi aziende.
(2) Miniaturizzazione e instabilità Al fine di soddisfare le esigenze di miniaturizzazione e portabilità dei prodotti informativi, vengono proposti requisiti di miniaturizzazione e instabilità per i loro motori di supporto.
(3) Alta velocità Con il continuo miglioramento della densità di memorizzazione delle periferiche del computer, è necessario che la velocità del motore di supporto sia superiore a 8000 giri/min.
2.3 Micromotore per automobile
I micromotori per automobili hanno rappresentato il 13%, compresi generatori di avviamento, motorini per tergicristalli, motori per condizionatori e ventole di raffreddamento, tachimetri elettrici, alzacristalli e motorini per serrature. Nel 2000, la produzione mondiale di automobili ammontava a circa 54 milioni, con una media di 15 motori per veicolo, e nel mondo ne servivano 810 milioni.
Focus sullo sviluppo della tecnologia dei micromotori automobilistici:
(1) Alta efficienza, forza elevata, risparmio energetico grazie alla selezione del materiale magnetico ad alta velocità e ad alte prestazioni, mezzi di raffreddamento ad alta efficienza e miglioramento dell'efficienza del controller e altre misure per migliorarne l'efficienza operativa.
(2) Intelligente per ottenere un motore e un controller intelligenti dell'auto, in modo che l'auto funzioni nelle migliori condizioni, per ottenere il consumo energetico minimo.
2.4 Micromotore per apparecchiature audio
Le apparecchiature audio con micromotori rappresentavano il 18%, compresi giradischi, registratori, dischi video VCD e DVD. La domanda mondiale supera il miliardo di unità all’anno. Allo stato attuale, la produzione nazionale rappresenta circa il 60%, principalmente motori di avvolgimento stampati, motori a dischi di avvolgimento e così via.
2.5 Micromotore per apparecchiature video
Le apparecchiature video con micromotori rappresentavano il 7%, comprese fotocamere, telecamere e così via. La domanda annua mondiale è compresa tra 350 e 400 milioni di unità (set), tali motori sono di precisione, la produzione e la lavorazione sono difficili, soprattutto dopo l'ingresso nel digitale, il motore presenta requisiti più esigenti.
2.6 Micromotore per azionamento e controllo elettrico industriale
Questo tipo di micromotore rappresenta il 2%, comprese macchine utensili CNC, manipolatori, robot, ecc. Principalmente per servomotori CA, motori passo-passo di potenza, motori CC ad alta velocità, motori brushless CA e così via. Questo tipo di motore ha molte varietà, elevati requisiti tecnici ed è una classe di motori con una domanda interna più rapida.
2.7 Micromotore per scopi speciali
Questo tipo di motore rappresenta circa il 23%, compresi voli aerospaziali, vari velivoli, armi e attrezzature automatizzate, attrezzature mediche e così via. Tali motori sono per lo più motori speciali o nuovi motori, compresi motori diversi dal principio elettromagnetico generale in termini di principio, struttura e modalità operativa, principalmente motori sincroni a bassa velocità, motori armonici, motori ad angolo limitato, motori a ultrasuoni, motori a microonde, motori capacitivi, motori elettrostatici, ecc. Tra questi, il motore a ultrasuoni, il motore a microonde, il motore capacitivo e il motore elettrostatico sono motori speciali che sono diversi dai motori generali in principio, struttura e funzionamento. L'emergere e lo sviluppo di questi motori sono strettamente legati allo sviluppo della tecnologia elettronica e della tecnologia di controllo.
3 Nuova tecnologia di prodotto micromotore
Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia e le nuove esigenze delle applicazioni pratiche, sono apparsi una varietà di micromotori speciali diversi dai tradizionali motori elettromagnetici. Adottano concetti, metodi, strutture e principi di progettazione nuovi.
3.1 Motore brushless a magnete permanente
Il motore brushless è la direzione di sviluppo del micromotore, che è stato applicato nei settori dell'informazione, degli elettrodomestici, dell'audio e del video, dei trasporti e così via. Con il rapido sviluppo dei materiali a magneti permanenti e della tecnologia dell'elettronica di potenza, le prestazioni continuano a migliorare, il prezzo continua a diminuire, il motore brushless sarà ulteriormente sviluppato, la domanda sarà sempre più ampia, rispetto al motore asincrono generale, il consumo energetico del nuovo motore brushless è diminuito del 30% ~ 35%, per soddisfare i requisiti di alta efficienza, risparmio energetico, piccolo e leggero.
Sebbene il prezzo di costo dei motori brushless sia superiore a quello dei motori asincroni, a causa del basso consumo energetico, dell'elevata efficienza e dei costi operativi ridotti, dal punto di vista del risparmio energetico, la popolarità dei motori brushless è destinata a essere la tendenza del Times. Le principali aziende del mondo hanno lanciato una feroce concorrenza nel campo dei motori brushless. Pertanto, con il miglioramento delle prestazioni dei componenti e dei materiali, anche le prestazioni dei motori brushless aumenteranno notevolmente e la competizione sulla velocità dello sviluppo tecnologico sarà più evidente.
3.2 Motore ad ultrasuoni
ultrasonicmotor (ultrasonicmotor, ultrasonicmotor, abbreviazione USM) è l'uso dell'effetto piezoelettrico inverso dei materiali piezoelettrici, in modo che il corpo elastico (statore) nella banda di frequenza ultrasonica produca vibrazioni meccaniche microscopiche (frequenza di vibrazione superiore a 20kHz), attraverso l'attrito tra lo statore e il rotore (o mobile), la vibrazione microscopica dello statore nel rotore (o mobile) macro rotazione unidirezionale (o movimento lineare). Rompe il concetto del motore tradizionale secondo cui la velocità e la coppia sono ottenute dall'effetto elettromagnetico ed è un'altra notevole nuova tecnologia nello sviluppo della tecnologia dei micromotori.
Rispetto al motore tradizionale, il motore ad ultrasuoni presenta una serie di vantaggi: (1) struttura semplice, è composta da due componenti base: parti vibranti e parti mobili; (2) la coppia del volume unitario è elevata, ovvero 10 volte quella del motore tradizionale dello stesso volume; (3) Le prestazioni a bassa velocità sono buone, la velocità può essere regolata su zero, può produrre direttamente una coppia elevata a bassa velocità; (4) Coppia frenante elevata, non è richiesto alcun freno aggiuntivo; (5) Piccola costante di tempo meccanica, buone prestazioni veloci; (6) Nessun campo magnetico ed elettrico, nessuna interferenza elettromagnetica e rumore elettromagnetico.
Attualmente, molte aziende in alcuni paesi stranieri come il Giappone hanno ottenuto un'applicazione pratica commerciale. Nuovi prodotti di motori a ultrasuoni di Canon, Panasonic, Hitachi e altre società sono stati utilizzati in fotocamere, videocamere e strumenti ottici avanzati. La direzione di sviluppo della tecnologia dei motori a ultrasuoni è quella di migliorare ulteriormente l’efficienza.
Il motore a ultrasuoni adotta un nuovo principio e struttura, non necessita di magneti e bobine, ma utilizza l'effetto piezoelettrico inverso dei materiali piezoelettrici e la vibrazione ultrasonica per ottenere direttamente movimento e forza (momento). Rompe il concetto del motore secondo cui la velocità e la coppia sono finora ottenute dall'effetto elettromagnetico ed è una tecnologia high-tech all'avanguardia nell'attuale scienza mondiale. A causa degli ultrasuoni, il motore ha molte caratteristiche che il motore elettromagnetico non ha, sebbene la sua invenzione e sviluppo abbiano solo 20 anni di storia, ma sono stati applicati con successo nell'aerospaziale, nella robotica, nelle automobili, nel posizionamento di precisione, nelle apparecchiature mediche, nei micro macchinari e in altri campi.
3.3 Motore con cuscinetti a pressione dinamica ad alta velocità
Con lo sviluppo di prodotti informativi nella direzione dell'alta efficienza, dell'alta densità e del microsottile, il motore brushless a magneti permanenti di precisione che lo supporta ha una velocità fino a 8000 ~ 50000 giri/min. I cuscinetti dei motori ad alta velocità sostituiranno anche i tradizionali cuscinetti a strisciamento con cuscinetti a pressione dinamica per superare molti problemi tecnici causati dall'alta velocità. Rispetto al cuscinetto a sfere e al cuscinetto a strisciamento, il cuscinetto a pressione dinamica presenta molti vantaggi. Può inibire l'oscillazione irregolare dell'albero, migliorare la resistenza agli urti, la lunga durata, la bassa rumorosità e così via.
Il motore con cuscinetto a pressione dinamica ha due tipi di fluido e aria, la velocità generale è bassa con cuscinetto a pressione dinamica fluido, alta velocità con cuscinetto a pressione dinamica aria. Sebbene vi siano ancora alcuni problemi tecnici da risolvere ulteriormente, la direzione di sviluppo dei motori con cuscinetti a pressione dinamica ad alta velocità è stata generalmente confermata.
3.4 Motore lineare
Con il rapido sviluppo della tecnologia di controllo automatico, i requisiti di precisione di posizionamento dei vari sistemi di controllo automatico stanno diventando sempre più alti e il tradizionale motore rotativo accoppiato con una serie di meccanismi di trasformazione composti da dispositivi di movimento lineare non è in grado di soddisfare i requisiti di precisione, l'azionamento lineare diretto è uno dei contenuti della moderna ricerca sulla tecnologia dei servoazionamenti, il motore lineare è una delle tecnologie chiave. Anche il campo di applicazione del motore lineare è ampio, nella necessità di movimento lineare del dispositivo, l'uso del motore lineare ad azionamento diretto sarà superiore al motore rotativo. La precisione del controllo può essere migliorata eliminando il meccanismo di trasformazione del movimento.
3.5 Motore supermicro
La tecnologia dei micromotori è un nuovo campo high-tech della tecnologia dei sistemi microelettromeccanici (MEMS) sviluppato negli ultimi 20 anni, caratterizzato dalla tecnologia di microlavorazione basata sul materiale semiconduttore silicio, utilizzato per produrre dispositivi con funzioni di conversione e trasmissione di energia nella gamma di dimensioni dal millimetro al micron. L’emergere della tecnologia MEMS ha compiuto un salto rivoluzionario nella tradizionale tecnologia di produzione meccanica.
L'ultramicromotore ha il principio elettrostatico dell'ultramicromotore e dell'ultramicromotore elettromagnetico, poiché l'ultramicromotore elettromagnetico è più grande della coppia dell'ultramicromotore elettrostatico, alta efficienza di conversione, lunga durata, è stato applicato in molti campi come endoscopi, microrobot e così via. Allo stato attuale, gli Stati Uniti, il Giappone, la Russia, la Germania e altri paesi hanno investito molte risorse umane, materiali e finanziarie per portare avanti la ricerca e l’applicazione di questa tecnologia, e hanno fatto grandi progressi, e alcuni hanno raggiunto la pratica. Ad esempio, la società giapponese Toshiba ha sviluppato un micromotore più piccolo del mondo con un peso di 40 mg, velocità 60 ~ 1000 giri/min, tensione 1,7 V, diametro di soli 0,8 mm, come l'Università Jiao Tong di Shanghai che sta sviluppando un micromotore con diametro di 1 mm. Si può prevedere che con lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di nanofabbricazione, anche i motori supermicro verranno notevolmente sviluppati, in modo che abbiano più campi di applicazione.
3.6 Motore Molecolare
Comparso con lo sviluppo dei MEMS, nanosistemi elettrici (na2noelectromechanicalsystems, NEMS), le dimensioni delle caratteristiche possono variare da poche centinaia a pochi nanometri, alcuni dei quali hanno importanti potenziali applicazioni in campo biomedico. RickyK. Soong et al. della Cornell University negli Stati Uniti ha integrato un singolo motore biomolecolare con un sistema inorganico su scala nanometrica per formare un dispositivo nanomeccanico ibrido azionato da un motore molecolare. Idrolizzando l'ATP (adenosina trifosfato) in un sistema attivo, il motore biomolecolare (meno di 8 nm di diametro e 14 nm di lunghezza) è in grado di generare una coppia massima compresa tra 80 e 100 pN·nm, compatibile con le dimensioni e le costanti meccaniche delle strutture nanomeccaniche che possono essere prodotte oggi. Si prevede che questa nuova tecnologia svolgerà un ruolo nella pulizia dei vasi sanguigni.
4 trend di sviluppo del micromotore
Dopo essere entrati nel 21° secolo, lo sviluppo sostenibile dell'economia mondiale si trova ad affrontare due questioni chiave ———— la protezione dell'energia e dell'ambiente, da un lato, il progresso della società umana, le persone hanno requisiti sempre più elevati per la qualità della vita e la consapevolezza della protezione dell'ambiente sta diventando sempre più forte, perché il micromotore non viene utilizzato solo nelle imprese industriali e minerarie, ma anche nelle industrie commerciali e dei servizi, in particolare più prodotti sono entrati nella famiglia Durante la vita, quindi la sicurezza del motore mette direttamente in pericolo la sicurezza della proprietà personale; Le vibrazioni, il rumore e le interferenze elettromagnetiche del motore diventeranno un pericolo pubblico di inquinamento dell'ambiente. L'efficienza del motore è direttamente correlata al consumo di energia e alle emissioni di gas nocivi, quindi i requisiti internazionali per questi indicatori tecnici sono sempre più rigorosi, ha attirato l'attenzione dell'industria automobilistica in patria e all'estero, dalla struttura del motore, al processo, ai materiali, ai componenti elettronici, alle linee di controllo e alla progettazione elettromagnetica e altri aspetti della ricerca sul risparmio energetico, micromotore nuova serie di prodotti sulla base di eccellenti prestazioni tecniche. D'altro canto, implementerà gli standard internazionali pertinenti ai fini del risparmio energetico e della protezione ambientale e promuoverà il progresso tecnologico rilevante, come il nuovo stampaggio del motore, progettazione degli avvolgimenti, miglioramento della struttura di ventilazione e materiali magnetici a bassa perdita e alta permeabilità, materiali a magneti permanenti di terre rare, tecnologia di riduzione del rumore e delle vibrazioni, tecnologia dell'elettronica di potenza, tecnologia di controllo, tecnologia di riduzione delle interferenze elettromagnetiche e altre ricerche applicative.
Con la premessa di accelerare la tendenza della globalizzazione economica, i paesi prestano maggiore attenzione alle due principali questioni del risparmio energetico e della protezione ambientale, rafforzano gli scambi tecnici e la cooperazione internazionale e accelerano il ritmo dell'innovazione tecnologica, la tendenza di sviluppo della tecnologia dei micromotori è: (1) adottare tecnologie nuove e avanzate e svilupparsi nella direzione dell'elettronica; (2) Alta efficienza, risparmio energetico e sviluppo verde; (3) Ad alta affidabilità, sviluppo della compatibilità elettromagnetica; (4) A basso rumore, vibrazioni ridotte, basso costo, sviluppo dei prezzi; (5) Verso uno sviluppo specializzato, diversificato e intelligente.
Inoltre, il micromotore è modularizzazione, combinazione, direzione meccatronica intelligente e senza spazzole, senza nucleo di ferro, direzione di magnetizzazione permanente, particolarmente degno di nota è che con l'applicazione del micromotore, l'ambiente cambia, il tradizionale principio elettromagnetico del motore non può essere pienamente soddisfatto. Con le nuove conquiste delle discipline correlate, inclusi nuovi principi e nuovi materiali, lo sviluppo di micromotori speciali con principi non elettromagnetici è diventato un'importante direzione dello sviluppo motorio.
