마이크로 모터는 원리, 구조, 성능, 기능 등이 기존 모터와 다르며, 부피와 출력이 매우 작은 모터를 말합니다. 일반적으로 마이크로 모터의 외경은 130mm 이하이고, 출력은 수백 밀리와트에서 수백 와트 사이이다. 이는 포병 제어, 미사일 유도, 항공기 자동 조종, CNC 공작 기계, 셔틀리스 직기 제어, 산업용 재봉기 제어, 원격 측정 및 원격 제어, 오디오 및 비디오 장비, 자동 기기 및 컴퓨터 주변 장치 등과 같은 군사 및 민간 현대 장비 및 제어 시스템에 널리 사용되었으며 모두 다수의 마이크로 모터를 사용합니다.
오늘날 실제 응용 분야에서 마이크로 모터는 과거의 단순한 시동 제어, 전력 공급을 목적으로 하여 속도, 위치, 토크 등의 정밀한 제어에 이르기까지 발전해 왔으며, 특히 산업 자동화, 사무 자동화 및 홈 자동화 분야에서는 거의 모두 모터 기술, 마이크로 전자 기술 및 전력 전자 기술이 결합된 메카트로닉스 제품을 사용합니다. 전자화는 마이크로 모터 개발에 있어서 피할 수 없는 추세입니다.
2 마이크로 모터의 응용분야(중공 컵 모터 )
현대의 마이크로모터 기술은 모터, 컴퓨터, 제어이론, 신소재 등 수많은 첨단기술과 신기술이 융합되어 군사, 산업에서 일상생활로 옮겨가고 있다. 따라서 마이크로 모터 기술의 개발은 핵심 산업과 첨단 산업의 발전 요구에 맞춰 조정되어야 합니다. 마이크로 모터는 주로 다음과 같은 측면에서 사용됩니다.
2.1 가전제품용 마이크로 특수모터
사용자 요구 사항을 지속적으로 충족하고 정보화 시대의 요구에 적응하고 에너지 절약, 편안함, 네트워킹, 지능, 심지어 네트워크 가전 제품(정보 가전 제품)을 달성하기 위해 가전 제품의 교체 주기가 매우 빠르며 지원 모터에 대해 고효율, 저소음, 저진동, 저렴한 가격, 조정 가능한 속도 및 지능에 대한 요구 사항이 제시됩니다. 에어컨, 세탁기, 냉장고, 전자레인지, 선풍기, 진공청소기, 탈수기 등 가전제품용 마이크로모터는 전체 마이크로모터 수의 8%를 차지한다.
4억 5천만 ~ 5억 단위(세트)에 대한 세계의 연간 수요는 이러한 모터 출력이 크지는 않지만 매우 다양합니다. 가전제품용 마이크로 모터의 개발 추세는 다음과 같습니다. ① 영구 자석 브러시리스 모터가 점차 단상 비동기 모터를 대체할 것입니다. ② 디자인 최적화, 제품 품질 및 효율성 향상 ③ 생산 효율성을 높이기 위해 새로운 구조와 새로운 기술을 채택합니다.
2.2 정보처리기기용 마이크로모터
마이크로 모터를 갖춘 정보 처리 장비는 정보 입력, 저장, 처리, 출력, 전도 및 통신 장비를 포함한 기타 링크를 포함하여 29%를 차지했습니다. 세계에는 연간 15억 세트가 필요하며 주로 영구 자석 DC 모터, 브러시리스 DC 모터, 스테퍼 모터, 마이크로 동기 모터 등이 필요합니다. 마이크로컴퓨터(PC)의 연간 생산량은 2000년부터 2005년까지 약 1억 대에 이를 것으로 예상되며, 마이크로 모터 수요의 핵심 부품을 지원하기 때문에 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 이러한 모터의 대부분은 정밀 영구 자석 브러시리스 모터와 정밀 스테퍼 모터입니다.
그 특징과 개발 방향은 다음과 같습니다.
(1) 고투자 제품 이 유형의 모터는 속도 안정성과 회전축의 런아웃에 대한 요구 사항이 매우 높으므로 이 유형의 모터는 첨단 제조 기술과 첨단 기술, 고투자 제품의 신흥 전력 전자 기술을 결합한 것이며 일반적으로 대기업의 국제 개발 및 생산에 집중되어 있습니다.
(2) 소형화 및 박편화 정보 제품의 소형화 및 휴대성에 대한 요구를 충족하기 위해 해당 지원 모터에 대한 소형화 및 박편화 요구 사항이 제시됩니다.
(3) 고속 컴퓨터 주변기기의 저장 밀도가 지속적으로 향상됨에 따라 지원 모터 속도가 8000r/min 이상이어야 합니다.
2.3 자동차용 마이크로 모터
스타터제너레이터, 와이퍼 모터, 공조 및 냉각팬용 모터, 전기 속도계, 윈도우 리프터, 도어록 모터 등 자동차용 마이크로 모터가 13%를 차지했다. 2000년 전 세계 자동차 생산량은 약 5,400만 대였으며 차량당 평균 15개의 모터가 필요했으며 전 세계적으로 8억 1천만 개가 필요했습니다.
자동차용 마이크로 모터 기술 개발 중점사항:
(1) 고속, 고성능 자성체 선택, 고효율 냉각 수단을 통한 고효율, 고력, 에너지 절약 및 컨트롤러의 효율성 향상 및 기타 작동 효율성 향상 조치.
(2) 자동차의 지능형 모터 및 컨트롤러를 달성하여 자동차가 최상의 상태로 작동하고 최소한의 에너지 소비를 달성하도록 지능적입니다.
2.4 오디오 장비용 마이크로 모터
레코드 플레이어, 레코더, VCD 및 DVD 비디오 디스크를 포함하여 마이크로 모터가 장착된 오디오 장비가 18%를 차지했습니다. 전 세계적으로 연간 수요는 10억 개가 넘습니다. 현재 국내 생산은 약 60%를 차지하고 있으며 주로 인쇄 권선 모터, 권선 디스크 모터 등이 있습니다.
2.5 영상기기용 마이크로 모터
마이크로 모터를 탑재한 영상장비는 카메라, 카메라 등이 7%를 차지했다. 세계의 연간 수요는 3억 5천만 ~ 4억 개(세트)에 달하며, 이러한 모터는 정밀하고 제조 및 가공이 어렵습니다. 특히 디지털화 이후 모터는 더욱 까다로운 요구 사항을 제시합니다.
2.6 산업용 전기 구동 및 제어용 마이크로 모터
이러한 종류의 마이크로 모터는 CNC 공작 기계, 조작기, 로봇 등을 포함하여 2%를 차지합니다. 주로 AC 서보 모터, 파워 스테퍼 모터, 광속 DC 모터, AC 브러시리스 모터 등에 사용됩니다. 이러한 종류의 모터는 종류가 많고 기술적 요구 사항이 높으며 국내 수요가 더 빠른 모터 종류입니다.
2.7 특수 목적 마이크로 모터
이러한 유형의 모터는 항공우주 비행, 각종 항공기, 자동화 무기 및 장비, 의료 장비 등을 포함하여 약 23%를 차지합니다. 이러한 전동기는 원리, 구조 및 동작 방식이 일반적인 전자기 원리와 다른 전동기를 포함하는 대부분 특수 전동기 또는 신형 전동기이며, 주로 저속 동기 전동기, 고조파 전동기, 제한각 전동기, 초음파 전동기, 마이크로파 전동기, 정전용량 전동기, 정전 전동기 등이 있다. 그 중 초음파 전동기, 마이크로파 전동기, 정전용량 전동기, 정전 전동기는 일반 전동기와 원리, 구조 및 동작이 다른 특수 전동기이다. 이러한 모터의 출현과 발전은 전자기술 및 제어기술의 발전과 밀접한 관련이 있다.
3 마이크로 모터 신제품 기술
과학과 기술의 지속적인 발전과 실제 적용에 대한 새로운 요구 사항으로 인해 기존 전자기 모터와는 다른 다양한 마이크로 특수 모터가 등장했습니다. 그들은 새로운 디자인 개념, 방법, 구조 및 원리를 채택합니다.
3.1 영구자석 브러시리스 모터
브러시리스 모터는 마이크로 모터의 발전 방향으로 정보, 가전, 오디오 및 비디오, 교통 등의 분야에 적용되어 왔습니다. 영구 자석 재료 및 전력 전자 기술의 급속한 발전으로 성능이 지속적으로 향상되고 가격이 계속 하락하며 브러시리스 모터가 더욱 개발되고 수요가 점점 더 커질 것입니다. 일반 비동기 모터에 비해 새로운 브러시리스 모터 전력 소비는 고효율, 에너지 절약, 소형, 경량이라는 요구 사항을 충족하기 위해 30% ~ 35% 감소했습니다.
브러시리스 모터의 원가는 비동기 모터보다 높지만 전력 소비가 적고 효율이 높으며 운영 비용이 절감되므로 에너지 절약의 관점에서 브러시리스 모터의 인기는 The Times의 추세가 될 것입니다. 세계 주요 기업들은 브러시리스 모터 분야에서 치열한 경쟁을 시작했습니다. 따라서 부품과 소재의 성능이 향상됨에 따라 브러시리스 모터의 성능도 크게 향상되어 기술 개발의 속도 경쟁이 더욱 두드러질 것입니다.
3.2 초음파 모터
초음파 모터(ultrasonicmotor, Ultrasonicmotor, 약어 USM)는 압전 재료의 역압전 효과를 사용하여 초음파 주파수 대역의 탄성체(고정자)가 고정자와 회전자(또는 이동 가능) 사이의 마찰을 통해 미세한 기계적 진동(20kHz 이상의 진동 주파수)을 생성하고 고정자의 미세한 진동이 회전자(또는 이동 가능)에 매크로 단일 방향 회전(또는 선형 운동)을 발생하도록 하는 것입니다. 이는 전자기 효과에 의해 속도와 토크가 얻어지는 기존 모터의 개념을 깨뜨린 마이크로 모터 기술 개발의 또 하나의 놀라운 신기술이다.
기존 모터에 비해 초음파 모터는 다음과 같은 장점이 있습니다. (1) 구조가 간단하고 진동 부품과 이동 부품이라는 두 가지 기본 구성 요소로 구성됩니다. (2) 단위 체적 토크가 크며 이는 동일한 체적의 기존 모터의 10배입니다. (3) 저속 성능이 좋고, 속도를 0으로 조정할 수 있으며, 저속에서 큰 토크를 직접 출력할 수 있습니다. (4) 제동 토크가 크며 추가 브레이크가 필요하지 않습니다. (5) 작은 기계적 시상수, 우수한 빠른 성능; (6) 자기장 및 전기장이 없고 전자기 간섭 및 전자기 잡음이 없습니다.
현재 일본 등 일부 외국의 많은 기업이 상업적인 실용화를 획득했습니다. Canon, Panasonic, Hitachi 및 기타 회사의 초음파 모터 신제품은 고급 카메라, 캠코더 및 광학 기기에 사용되었습니다. 초음파 모터 기술의 발전 방향은 효율을 더욱 향상시키는 것입니다.
초음파 모터는 새로운 원리와 구조를 채택해 자석이나 코일이 필요하지 않지만 압전재료의 역압전 효과와 초음파 진동을 이용해 운동과 힘(모멘트)을 직접적으로 얻는다. 이는 지금까지 전자기 효과에 의해 속도와 토크가 얻어지는 모터의 개념을 깨고 현 세계 과학의 최전선에 있는 첨단 기술이다. 모터는 초음파로 인해 전자기 모터가 갖지 못한 많은 특성을 가지고 있습니다. 비록 발명과 개발의 역사는 불과 20년에 불과하지만 항공우주, 로봇공학, 자동차, 정밀 측위, 의료 장비, 마이크로 기계 및 기타 분야에서 성공적으로 적용되었습니다.
3.3 고속 동압 베어링 모터
고효율, 고밀도, 초박형화 방향의 정보화 제품 개발로 이를 뒷받침하는 정밀 영구자석 브러시리스 모터는 최대 8000~50000r/min의 속도를 갖췄다. 고속 모터의 베어링은 고속으로 인해 발생하는 많은 기술적 문제를 극복하기 위해 기존 일반 베어링을 동압 베어링으로 대체합니다. 볼 베어링 및 플레인 베어링과 비교하여 동적 압력 베어링은 많은 장점을 가지고 있습니다. 불규칙한 샤프트 스윙을 억제하고 충격 저항, 긴 수명, 저소음 등을 향상시킬 수 있습니다.
동압 베어링 모터에는 유체와 공기의 두 가지 유형이 있으며, 유체 동압 베어링의 경우 일반 속도가 낮고, 공기 동압 베어링의 경우 고속입니다. 아직 해결해야 할 몇 가지 기술적 문제가 있지만 고속 동압 베어링 모터의 개발 방향은 일반적으로 확인되었습니다.
3.4 리니어 모터
자동 제어 기술의 급속한 발전으로 다양한 자동 제어 시스템의 위치 정확도 요구 사항이 점점 더 높아지고 있으며 선형 모션 장치로 구성된 변환 메커니즘 세트와 결합된 기존 회전 모터는 정확도 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 직접 선형 드라이브는 현대 서보 드라이브 기술 연구의 내용 중 하나이며 선형 모터는 핵심 기술 중 하나입니다. 선형 모터의 적용 분야도 넓습니다. 장치의 선형 운동이 필요한 경우 직접 구동 선형 모터를 사용하는 것이 회전 모터보다 우수합니다. 모션 변환 메커니즘을 생략하여 제어 정밀도를 향상시킬 수 있습니다.
3.5 슈퍼마이크로 모터
마이크로모터기술(Micro Motor Technology)은 지난 20년간 개발된 미세전자기계시스템기술(MEMS)의 새로운 첨단기술 분야로, 반도체 소재인 실리콘을 기반으로 한 미세가공 기술을 특징으로 하며, 밀리미터에서 미크론까지의 크기 범위의 에너지 변환 및 전달 기능을 갖춘 소자를 제작하는 데 사용된다. MEMS 기술의 출현은 전통적인 기계 제조 기술에 혁명적인 도약을 가져왔습니다.
울트라마이크로모터는 울트라마이크로모터와 전자기 울트라마이크로모터의 정전기 원리를 갖고 있는데, 전자기 울트라마이크로모터는 정전 울트라마이크로모터보다 토크가 크고, 변환 효율이 높고, 수명이 길기 때문에 내시경, 마이크로로봇 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 현재 미국, 일본, 러시아, 독일 및 기타 국가에서는 이 기술의 연구 및 응용을 수행하기 위해 많은 인력, 물적 및 재정 자원을 투자하여 큰 진전을 이루었으며 일부는 실용화에 도달했습니다. 예를 들어 일본 도시바(Toshiba)사는 세계에서 가장 작은 마이크로 모터로 무게 40mg, 속도 60~1000r/min, 전압 1.7V, 직경 0.8mm의 마이크로 모터를 개발했고, 상하이 교통대학도 직경 1mm의 마이크로 모터를 개발하고 있다. 나노제조기술의 발전과 응용으로 슈퍼마이크로 모터 역시 크게 발전하여 응용분야가 더욱 다양해질 것으로 예상된다.
3.6 분자 모터
MEMS의 개발과 함께 등장한 나노 전기 시스템(na2noelectromechanicalsystems, NEMS)의 특징 크기는 수백에서 수 나노미터에 달할 수 있으며, 그 중 일부는 생체 의학 분야에서 중요한 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 리키K. Soong et al. 미국 코넬 대학의 연구진은 단일 생체분자 모터를 나노크기 무기 시스템과 통합하여 분자 모터로 구동되는 하이브리드 나노기계 장치를 형성했습니다. 활성 시스템에서 ATP(아데노신 삼인산)를 가수분해함으로써 생체분자(직경 8nm, 길이 14nm 미만) 모터는 오늘날 생산될 수 있는 나노기계 구조의 크기 및 기계적 상수와 호환되는 80~100pN·nm의 최대 토크를 생성할 수 있습니다. 이번 신기술은 혈관 청소에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
4 마이크로 모터 개발 동향
21세기에 진입한 후 세계 경제의 지속 가능한 발전은 두 가지 주요 문제에 직면해 있습니다.——— 에너지 및 환경 보호, 한편으로는 인간 사회의 진보, 사람들의 삶의 질에 대한 요구가 점점 더 높아지고 환경 보호에 대한 인식이 점점 더 강해지고 있습니다. 마이크로 모터는 산업 및 광업 기업뿐만 아니라 상업 및 서비스 산업에서도 사용되며 특히 더 많은 제품이 가족에게 유입되므로 모터의 안전은 개인 재산의 안전을 직접적으로 위협합니다. 모터의 진동, 소음 및 전자기 간섭은 환경을 오염시키는 공공 위험이 됩니다. 모터의 효율성은 에너지 소비 및 유해 가스 배출과 직접적인 관련이 있으므로 이러한 기술 지표에 대한 국제 요구 사항은 점점 더 엄격해지고 모터 구조, 프로세스, 재료, 전자 부품, 제어 라인 및 전자기 설계 및 기타 에너지 보존 연구 측면에서 국내외 모터 업계의 관심을 끌고 있으며, 우수한 기술 성능을 기반으로 마이크로 모터의 새로운 제품을 출시하는 한편, 에너지 절약 및 환경 보호를 목적으로 관련 국제 표준을 구현하고 새로운 모터 스탬핑과 같은 관련 기술 진보를 촉진할 것입니다. 권선설계, 환기구조 개선 및 저손실, 고투자율 자성재료, 희토류 영구자석 재료, 소음 및 진동 저감 기술, 전력 전자 기술, 제어 기술, 전자파 간섭 저감 기술 및 기타 응용 연구.
경제 세계화 추세를 가속화한다는 전제하에 국가는 에너지 절약과 환경 보호라는 두 가지 주요 문제에 더 많은 관심을 기울이고 국제 기술 교류와 협력을 강화하며 기술 혁신 속도를 가속화합니다. 마이크로 모터 기술의 발전 추세는 다음과 같습니다. (1) 첨단 기술을 채택하고 전자 방향으로 발전합니다. (2) 고효율, 에너지 절약 및 녹색 개발; (3) 높은 신뢰성, 전자파 적합성 개발; (4) 저소음, 저진동, 저비용, 가격 개발; (5) 전문적이고 다양하며 지능적인 개발을 지향합니다.
또한, 마이크로 모터는 모듈화, 결합, 지능형 메카트로닉스 방향 및 브러시리스, 철심 없음, 영구 자화 방향입니다. 특히 주목할만한 점은 마이크로 모터를 적용하면 환경이 변화하여 모터의 기존 전자기 원리를 완전히 만족시킬 수 없다는 것입니다. 신원리, 신소재 등 관련 분야의 새로운 성과로 인해 비자기적 원리를 적용한 초소형 특수 모터의 개발이 모터 개발의 중요한 방향이 되었습니다.
