マイクロモーター とは原理、構造、性能、機能などが従来のモーターとは異なり、体積や出力が非常に小さいモーターのことを指します。一般に、マイクロモーターの外径は 130 mm 以下で、出力は数百ミリワットから数百ワットです。これは、砲兵制御、ミサイル誘導、航空機自動操縦、CNC 工作機械、シャトルレス織機制御、工業用ミシン制御、遠隔測定および遠隔制御、オーディオおよびビデオ機器、自動機器およびコンピュータ周辺機器などの軍事および民生用機器とその制御システムに広く使用されており、そのすべてが多数のマイクロモーターを使用します。
現在、実用化においては、マイクロモーターは、電力を供給するという従来の単純な始動制御から、速度、位置、トルクなどの精密な制御まで開発されており、特に産業オートメーション、オフィスオートメーション、ホームオートメーションでは、ほとんどすべてがモーター技術、マイクロエレクトロニクス技術、パワーエレクトロニクス技術を組み合わせたメカトロニクス製品に使用されています。マイクロモーターの開発において電子化は避けられない傾向です。
2 マイクロモーターの応用分野（中空カップモーター）
現代のマイクロモーター技術は、モーター、コンピューター、制御理論、新素材などの数多くの高度な新技術を統合しており、軍事や産業から日常生活へと移行しつつあります。したがって、マイクロモーター技術の開発は、基幹産業とハイテク産業の発展ニーズに適応する必要があります。マイクロモーターは主に次のような用途に使用されます。
2.1 家電用マイクロ特殊モーター
ユーザーの要求を継続的に満たし、情報化時代のニーズに適応し、省エネルギー、快適性、ネットワーク化、インテリジェンス、さらにはネットワーク家電（情報家電）を実現するために、家電製品の買い替えサイクルは非常に速く、それを支えるモーターには高効率、低騒音、低振動、低価格、可変速、インテリジェンスなどの要求が出されています。家電用マイクロモーターは、エアコン、洗濯機、冷蔵庫、電子レンジ、扇風機、掃除機、脱水機などのマイクロモーター全体の8%を占めています。
世界の年間需要は4億5,000万台～5億台（セット）と、モーターの出力は決して多くはありませんが、多種多様です。家電用マイクロモーターの開発トレンドは次のとおりです。 ① 永久磁石ブラシレスモーターが徐々に単相非同期モーターに取って代わります。 ② 設計を最適化し、製品の品質と効率を向上させます。 ③新構造・新技術を採用し、生産効率を向上させます。
2.2 情報処理機器用マイクロモーター
マイクロモーターを備えた情報処理装置は29%を占め、これには情報の入力、記憶、処理、出力、伝導および通信装置を含むその他のリンクが含まれます。世界では年間15億台（セット）必要とされており、主に永久磁石DCモーター、ブラシレスDCモーター、ステッピングモーター、マイクロ同期モーターなどです。マイクロコンピュータ（PC）の年間生産量は2000年から2005年には約1億台に達すると予想されており、マイクロモーター需要の主要部品を支えるため、ますます要求が高まっています。これらのモーターのほとんどは、高精度の永久磁石ブラシレス モーターと高精度のステッピング モーターです。
それらの特徴と開発方向は次のとおりです。
(1) 高額投資製品 このタイプのモータは、速度の安定性と回転軸の振れに対する要求が非常に高いため、このタイプのモータは、一般に大企業の国際的な開発と生産に集中しているハイテク、高額投資製品の高度な製造技術と新興パワーエレクトロニクス技術を組み合わせたものです。
(2) 小型化・薄片化 情報製品の小型化・携帯性のニーズに応えるため、それを支えるモータの小型化・薄片化の要求が高まっています。
(3) 高速性 コンピュータ周辺機器の記憶密度の向上に伴い、サポートするモーター速度は 8000r/min 以上であることが求められています。
2.3 自動車用マイクロモーター
自動車用マイクロモーターは、スタータージェネレーター、ワイパーモーター、エアコンおよび冷却ファン用モーター、電動スピードメーター、ウィンドウリフター、ドアロックモーターなど、13%を占めました。 2000 年の世界の自動車生産台数は約 5,400 万台で、1 台の車両に平均 15 個のモーターが搭載されており、世界中で 8 億 1,000 万台が必要でした。
自動車用マイクロモーター技術開発の焦点:
(1) 高速・高性能磁性材料の選定、高効率冷却手段、コントローラの高効率化等により、高効率・高力・省エネルギー化を図り、運転効率を向上させます。
(2) インテリジェント 自動車のモーターとコントローラーのインテリジェント化を実現し、自動車が最適な状態で走行し、エネルギー消費を最小限に抑えます。
2.4 オーディオ機器用マイクロモーター
レコードプレーヤー、レコーダー、VCD、DVDビデオディスクなど、マイクロモーターを搭載したオーディオ機器は18％を占めた。世界的な需要は年間 10 億個以上です。現在では国内生産の約60％を占めており、プリント巻線モーター、巻線ディスクモーターなどが主力となっております。
2.5 ビデオ機器用マイクロモーター
マイクロモーターを搭載したビデオ機器はカメラやカメラなどを含めて7％を占めた。世界の年間需要は3億5,000万台から4億台（セット）ですが、このようなモーターは精度が高く、製造や加工が難しく、特にデジタル化以降、モーターに対する要求はさらに厳しくなっています。
2.6 産業用電気駆動および制御用マイクロモーター
この種のマイクロモーターはCNC工作機械、マニピュレーター、ロボットなどを含めて2%を占めます。主にACサーボモーター、パワーステッピングモーター、ワイドスピードDCモーター、ACブラシレスモーターなどに使用されます。この種のモーターは種類が多く、技術要件が高く、国内需要がより高速なモーターの一種です。
2.7 専用マイクロモーター
このタイプのモーターは、航空宇宙飛行、さまざまな航空機、自動兵器および機器、医療機器などを含む約 23% を占めます。このようなモータは特殊なモータや新しいモータが多く、一般的な電磁原理とは原理、構造、動作モードが異なるモータが多く、主に低速同期モータ、高調波モータ、リミテッドアングルモータ、超音波モータ、マイクロ波モータ、容量性モータ、静電モータなどが挙げられます。このうち、超音波モータ、マイクロ波モータ、容量性モータ、静電モータは一般的なモータとは原理、構造、動作が異なる特殊なモータです。これらモーターの出現と発展は、電子技術や制御技術の発展と密接に関係しています。
3 マイクロモーター新製品技術
科学技術の絶え間ない進歩と実用化の新たな要求に伴い、従来の電磁モーターとは異なるさまざまな超小型特殊モーターが登場しています。これらは、斬新な設計概念、手法、構造、原理を採用しています。
3.1 永久磁石ブラシレスモーター
ブラシレスモーターはマイクロモーターの発展方向であり、情報、家電、オーディオおよびビデオ、交通などの分野に応用されています。永久磁石材料とパワーエレクトロニクス技術の急速な発展により、性能は向上し続け、価格は低下し続け、ブラシレスモーターはさらに開発され、需要はますます大きくなり、一般的な非同期モーターと比較して、新しいブラシレスモーターの消費電力は30％〜35％減少し、高効率、省エネ、小型、軽量の要件を満たしています。
ブラシレスモーターは、消費電力が小さく、効率が高く、運転コストが削減されるため、非同期モーターに比べて原価は高くなりますが、省エネの観点からは、ブラシレスモーターの人気がタイムズ紙のトレンドになることは間違いありません。世界の大手企業がブラシレスモーターの分野で熾烈な競争を繰り広げている。したがって、部品や材料の性能向上に伴い、ブラシレスモーターの性能も大幅に向上し、技術開発のスピード競争がより顕著になるだろう。
3.2 超音波モーター
超音波モーター（超音波モーター、Ultrasonicmotor、略称USM）は、圧電材料の逆圧電効果を利用して、超音波周波数帯域で弾性体（固定子）が微視的な機械振動（振動周波数20kHz以上）を生成し、固定子と回転子（または可動）の間の摩擦を通じて、固定子の微小振動が回転子（または可動）にマクロ一方向回転を生じさせるものです。 （または直線運動）。これは、電磁効果によって速度とトルクが得られるという従来のモーターの概念を打ち破るものであり、マイクロモーター技術の発展においてもう一つの注目すべき新技術です。
従来のモーターと比較して、超音波モーターには一連の利点があります。(1) 構造が簡単で、振動部分と可動部分の 2 つの基本コンポーネントで構成されます。 （２）単位体積トルクが大きく、同体積の従来のモータの１０倍である。 (3) 低速性能が良く、速度をゼロに調整でき、低速で大きなトルクを直接出力できます。 (4) ブレーキトルクが大きいため、追加のブレーキは必要ありません。 (5) 機械的時定数が小さく、優れた高速性能。 (6) 磁界、電界、電磁障害、電磁ノイズのないこと。
現在、日本をはじめとする一部の海外では多くの企業が商業実用化を果たしています。キヤノン、パナソニック、日立などの超音波モーターの新製品は、最先端のカメラ、ビデオカメラ、光学機器に使用されています。超音波モーター技術の開発の方向性は、さらなる効率の向上です。
新しい原理と構造を採用した超音波モーターは、磁石やコイルを必要とせず、圧電材料の逆圧電効果と超音波振動を利用して、動きや力（モーメント）を直接得ることができます。これは、電磁効果によって速度やトルクを得るというこれまでのモーターの概念を打ち破るものであり、現在の世界科学の最先端を行くハイテク技術です。超音波モーターは電磁モーターにはない多くの特徴を持ち、その発明・開発の歴史はまだ20年ほどしかありませんが、航空宇宙、ロボット、自動車、精密位置決め、医療機器、マイクロマシンなどの分野で応用され成功しています。
3.3 高速動圧軸受モータ
情報製品の高効率化、高密度化、超薄型化に伴い、それを支える精密永久磁石ブラシレスモーターは最大8000～50000r/minの速度を誇ります。高速モーターの軸受も、高速によって引き起こされる多くの技術的問題を克服するために、従来の滑り軸受を動圧軸受に置き換えます。ボールベアリングやプレーンベアリングと比較して、動圧ベアリングには多くの利点があります。不規則なシャフトの振れを抑制し、耐衝撃性、長寿命、低騒音などを向上させることができます。
動圧軸受モータには流体と空気の2種類があり、流体動圧軸受では一般的に低速、空気動圧軸受では高速となります。技術的にはまだ解決すべき課題がいくつかあるものの、高速動圧軸受モータの開発方向性は概ね確認できた。
3.4 リニアモーター
自動制御技術の急速な発展に伴い、さまざまな自動制御システムの位置決め精度の要件はますます高くなっており、直線運動デバイスで構成される一連の変換機構と組み合わせた従来の回転モーターでは精度要件を満たすことができません。ダイレクトリニアドライブは現代のサーボドライブ技術研究の内容の1つであり、リニアモーターは主要技術の1つです。リニアモーターの応用分野も広く、装置の直線運動が必要な場合には、回転モーターよりもダイレクトドライブリニアモーターの使用が優れています。動作変換機構を省略することで制御精度を向上させることができる。
3.5 スーパーマイクロモーター
マイクロモーター技術は、過去20年間に開発された微小電気機械システム技術（MEMS）の新しいハイテク分野であり、半導体材料であるシリコンをベースとした微細加工技術を特徴としており、ミリメートルからミクロンのサイズ範囲でエネルギー変換および伝達機能を備えたデバイスを製造するために使用されます。 MEMS テクノロジーの出現により、従来の機械製造テクノロジーは革命的な飛躍を遂げました。
ウルトラマイクロモータには静電ウルトラマイクロモータと電磁ウルトラマイクロモータの原理があり、電磁ウルトラマイクロモータは静電ウルトラマイクロモータよりトルクが大きく、変換効率が高く、寿命が長いため、内視鏡、マイクロロボットなど多くの分野に応用されています。現在、米国、日本、ロシア、ドイツなどがこの技術の研究と応用に多大な人的、物的、資金的資源を投入し、大きく進歩し、一部は実用化に至っている。例えば、日本の東芝社は重さ40mg、速度60～1000r/min、電圧1.7V、直径わずか0.8mmの世界最小のマイクロモーターを開発しており、上海交通大学も直径1mmのマイクロモーターを開発中である。ナノ加工技術の開発と応用により、スーパーマイクロモーターも大きく発展し、応用分野がさらに広がることが予想されます。
3.6 分子モーター
MEMS、ナノ電気システム (na2noelectromechanicalsystems、NEMS) の開発とともに登場した機能のサイズは数百から数ナノメートルで、その一部は生物医学分野で重要な潜在的用途を持っています。 RickyK.ソンら。米国のコーネル大学の博士らは、単一の生体分子モーターとナノスケールの無機システムを統合して、分子モーターによって駆動されるハイブリッドナノメカニカルデバイスを形成しました。活性系でATP（アデノシン三リン酸）を加水分解することにより、生体分子（直径8nm未満、長さ14nm未満）モーターは、現在製造可能なナノメカニカル構造のサイズと機械定数に適合する、80～100pN・nmの最大トルクを生成することができます。この新技術は血管の洗浄に役立つことが期待されています。
4マイクロモーターの開発動向
21世紀に入ってから、世界経済の持続可能な発展は、エネルギーと環境保護の2つの重要な課題に直面しています。一方で、人間社会の進歩により、人々の生活の質に対する要求はますます高くなり、環境保護への意識はますます強まっています。これは、マイクロモーターが工業や鉱業だけでなく、商業やサービス産業でも使用され、特により多くの製品が家庭に浸透しているため、モーターの安全性が個人の所有物の安全を直接危険にさらしているためです。モーターの振動、騒音、電磁干渉は、環境を汚染するという公共の危険になります。モーターの効率はエネルギー消費と有害ガスの排出に直接関係しているため、これらの技術指標に対する国際的な要件はますます厳しくなっており、モーターの構造、プロセス、材料、電子部品、制御線、電磁設計などの省エネ研究の側面から、マイクロモーターの新製品は優れた技術的性能に基づいて、国内外のモーター業界の注目を集めています。一方で、省エネと環境保護を目的とした関連する国際規格を導入し、新しいモーターなどの関連技術の進歩を促進します。プレス加工、巻線設計、通気構造改善と低損失・高透磁率磁性材料、希土類永久磁石材料、騒音・振動低減技術、パワーエレクトロニクス技術、制御技術、電磁妨害低減技術などの応用研究。
経済のグローバル化の流れを加速するという前提の下、各国は省エネと環境保護の2つの主要課題にさらに注意を払い、国際的な技術交流と協力を強化し、技術革新のペースを加速させています。マイクロモーター技術の発展傾向は次のとおりです。 (2) 高効率、省エネ、グリーン開発。 (3) 高信頼性、電磁両立性の開発へ。 （４）低騒音、低振動、低コスト、価格開発へ。 (5) 専門化、多様化、知的発展へ。
さらに、マイクロモーターはモジュール化、組み合わせ、インテリジェントメカトロニクス方向とブラシレス、鉄心なし、永久磁化方向であり、特に注目すべきは、マイクロモーターの適用に伴い環境が変化し、モーターの伝統的な電磁原理を完全に満たすことができないことです。新しい原理や新材料を含む関連分野の新たな成果により、非電磁原理を備えたマイクロ特殊モーターの開発はモーター開発の重要な方向となっています。
