Микромотор относится к принципу, структуре, производительности, функциям и т. д. отличается от обычного двигателя, а объем и выходная мощность очень малы. Как правило, внешний диаметр микродвигателя не превышает 130 мм, а мощность составляет от сотен милливатт до сотен ватт. Он широко используется в современном военном и гражданском оборудовании и системах его управления, таких как артиллерийское управление, наведение ракет, автоматическое пилотирование самолетов, станки с ЧПУ, бесчелночное управление ткацкими станками, управление промышленными швейными машинами, телеметрия и дистанционное управление, аудио- и видеооборудование, автоматические приборы и компьютерная периферия и т. д., все из которых используют большое количество микродвигателей.
Сегодня в практическом применении микродвигатели были разработаны от простого управления запуском, целью обеспечения мощности, до точного контроля его скорости, положения, крутящего момента и т. д., особенно в промышленной автоматизации, офисной автоматизации и домашней автоматизации, почти все используют технологии двигателей, технологии микроэлектроники и технологии силовой электроники в сочетании с продуктами мехатроники. Электронизация – неизбежная тенденция в развитии микродвигателей.
2 Область применения микродвигателя（двигатель с полой чашкой )
Современная технология микродвигателей объединяет ряд высоких и новых технологий, таких как двигатели, компьютеры, теория управления и новые материалы, и переходит из военной и промышленной сферы в повседневную жизнь. Таким образом, развитие микромоторной техники должно быть адаптировано к потребностям развития основных отраслей и высокотехнологичных отраслей. Микромотор в основном используется в следующих аспектах:
2.1 Микромоторы специальные для бытовой техники
Чтобы постоянно удовлетворять требования пользователей и адаптироваться к потребностям информационного века, достигать энергосбережения, комфорта, сетевых, интеллектуальных и даже сетевых бытовых приборов (информационных бытовых приборов), цикл замены бытовой техники очень быстрый, а для вспомогательного двигателя выдвигаются требования высокой эффективности, низкого уровня шума, низкой вибрации, низкой цены, регулируемой скорости и интеллекта. Микродвигатели для бытовой техники составляют 8% от общего количества микромоторов: в том числе кондиционеров, стиральных машин, холодильников, микроволновых печей, электровентиляторов, пылесосов, обезвоживающих машин и т. д.
Ежегодная потребность в мире составляет от 450 до 500 миллионов единиц (комплектов), такая мощность двигателей невелика, но разнообразна. Тенденции развития микродвигателей для бытовой техники: ① бесщеточные двигатели с постоянными магнитами постепенно заменят однофазные асинхронные двигатели; ② Оптимизация дизайна, повышение качества и эффективности продукции; ③ Принятие новой структуры и новых технологий для повышения эффективности производства.
2.2 Микродвигатель для оборудования обработки информации
На оборудование обработки информации с микродвигателями пришлось 29%: включая ввод, хранение, обработку, вывод, проведение и другие связи, включая оборудование связи. Миру требуется 1,5 миллиарда (комплектов) в год, в основном двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, бесщеточные двигатели постоянного тока, шаговые двигатели, микросинхронные двигатели и так далее. Годовой объем производства микрокомпьютеров (ПК) около 100 миллионов единиц в 2000,2005 годах, как ожидается, составит 200 миллионов единиц, поскольку он поддерживает ключевые компоненты спроса на микромоторы, все более высокие требования. Большинство из этих двигателей представляют собой прецизионные бесщеточные двигатели с постоянными магнитами и прецизионные шаговые двигатели.
Их особенностями и направлениями развития являются:
(1) Продукты с высокими инвестициями. Этот тип двигателя предъявляет очень высокие требования к стабильности скорости и биению вращающегося вала, поэтому этот тип двигателя представляет собой сочетание передовых технологий производства и новых технологий силовой электроники высокотехнологичных продуктов с высокими инвестициями, обычно концентрируемых в международных разработках и производстве крупных компаний.
(2) Миниатюризация и нестабильность. Чтобы удовлетворить потребности в миниатюризации и портативности информационных продуктов, к их поддерживающим двигателям выдвигаются требования к миниатюризации и нестабильности.
(3) Высокая скорость. В связи с постоянным улучшением плотности хранения компьютерной периферии требуется, чтобы скорость поддерживающего двигателя была выше 8000 об/мин.
2.3 Микромотор для автомобиля
На долю микродвигателей для автомобилей пришлось 13%, включая стартер-генераторы, двигатели стеклоочистителей, двигатели для кондиционеров и вентиляторов охлаждения, электрические спидометры, двигатели для стеклоподъемников и двигателей для дверных замков. В 2000 году мировое производство автомобилей составляло около 54 миллионов, при этом в среднем на одно транспортное средство приходилось 15 двигателей, а во всем мире требовалось 810 миллионов.
Основное внимание в области разработки автомобильных микромоторных технологий:
(1) Высокая эффективность, высокая сила, энергосбережение за счет высокоскоростного, высокопроизводительного выбора магнитного материала, высокоэффективных средств охлаждения и повышения эффективности контроллера и других мер по повышению эффективности его работы.
(2) Интеллектуальный двигатель и контроллер автомобиля, чтобы автомобиль работал в наилучшем состоянии и достигал минимального энергопотребления.
2.4 Микромотор для аудиоаппаратуры
Аудиооборудование с микромоторами составило 18%, включая проигрыватели, рекордеры, видеодиски VCD и DVD. Мировой спрос составляет более 1 миллиарда единиц в год. В настоящее время отечественное производство составляет около 60%, в основном двигатель с печатной обмоткой, двигатель с намоточным диском и так далее.
2.5 Микромотор для видеоаппаратуры
Видеотехника с микромоторами составила 7%, включая фотоаппараты, фотоаппараты и так далее. Ежегодная потребность в мире составляет от 350 до 400 миллионов единиц (комплектов), такие двигатели являются точными, производство и обработка сложны, особенно после перехода на цифровые технологии, к двигателям выдвигаются более жесткие требования.
2.6 Микродвигатель промышленного электропривода и управления
На этот вид микродвигателей приходится 2%, включая станки с ЧПУ, манипуляторы, роботы и т. д. В основном это серводвигатели переменного тока, силовые шаговые двигатели, широкоскоростные двигатели постоянного тока, бесщеточные двигатели переменного тока и так далее. Этот тип двигателя имеет множество разновидностей, высокие технические требования и относится к классу двигателей с более быстрым внутренним спросом.
2.7 Микродвигатель специального назначения
На этот тип двигателей приходится около 23%, включая аэрокосмическую авиацию, различные летательные аппараты, автоматизированное вооружение и технику, медицинское оборудование и так далее. Такие двигатели в основном представляют собой специальные двигатели или новые двигатели, в том числе двигатели, которые отличаются от общего электромагнитного принципа в принципе, конструкции и режиме работы, в основном низкоскоростные синхронные двигатели, гармонические двигатели, двигатели с ограниченным углом, ультразвуковые двигатели, микроволновые двигатели, емкостные двигатели, электростатические двигатели и т. д. Среди них ультразвуковой двигатель, микроволновый двигатель, емкостный двигатель и электростатический двигатель представляют собой специальные двигатели, которые отличаются от обычных двигателей по принципу, структуре и работе. Появление и развитие этих двигателей тесно связано с развитием электронной техники и техники управления.
3. Новая технология производства микромоторов.
Благодаря постоянному прогрессу науки и техники и новым требованиям практического применения появилось множество специальных микродвигателей, которые отличаются от традиционных электромагнитных двигателей. Они принимают новые концепции дизайна, методы, структуры и принципы.
3.1 Бесщеточный двигатель с постоянными магнитами
Бесщеточный двигатель — это направление развития микродвигателей, которое применяется в сфере информации, бытовой техники, аудио и видео, транспорта и так далее. Благодаря быстрому развитию материалов с постоянными магнитами и технологии силовой электроники производительность продолжает улучшаться, цена продолжает снижаться, бесщеточный двигатель будет развиваться, спрос будет все больше и больше, по сравнению с обычным асинхронным двигателем, энергопотребление нового бесщеточного двигателя снизилось на 30% ~ 35%, чтобы удовлетворить требования высокой эффективности, энергосбережения, небольшого и легкого веса.
Хотя себестоимость бесщеточных двигателей выше, чем у асинхронных двигателей, из-за небольшого энергопотребления, высокого КПД и снижения эксплуатационных расходов, с точки зрения энергосбережения, популярность бесщеточных двигателей обязательно станет тенденцией The Times. Крупнейшие мировые компании развернули жесткую конкуренцию в области бесщеточных двигателей. Таким образом, с улучшением характеристик компонентов и материалов производительность бесщеточных двигателей также будет значительно улучшена, а конкуренция в скорости развития технологий станет более заметной.
3.2 Ультразвуковой двигатель
Ультразвуковой двигатель (ультразвуковой двигатель, ультразвуковой двигатель, аббревиатура USM) - это использование обратного пьезоэлектрического эффекта пьезоэлектрических материалов, так что упругое тело (статор) в полосе ультразвуковых частот создает микроскопическую механическую вибрацию (частота вибрации выше 20 кГц), за счет трения между статором и ротором (или подвижным), микроскопическая вибрация статора в роторе (или подвижном) макро однонаправленном вращении (или линейное движение). Это разрушает концепцию традиционного двигателя, согласно которой скорость и крутящий момент достигаются за счет электромагнитного эффекта, и является еще одной замечательной новой технологией в развитии технологии микродвигателей.
По сравнению с традиционным двигателем ультразвуковой двигатель имеет ряд преимуществ: (1) простая конструкция, он состоит из двух основных компонентов: вибрирующих частей и движущихся частей; (2) крутящий момент единичного объема велик, что в 10 раз превышает крутящий момент традиционного двигателя того же объема; (3) Хорошие характеристики на низкой скорости, скорость можно регулировать до нуля, можно напрямую выводить большой крутящий момент на низкой скорости; (4) Большой тормозной момент, дополнительный тормоз не требуется; (5) Малая механическая постоянная времени, хорошая производительность; (6) Отсутствие магнитных и электрических полей, отсутствие электромагнитных помех и электромагнитного шума.
В настоящее время многие компании в некоторых зарубежных странах, например в Японии, получили коммерческое практическое применение. Новые продукты ультразвуковых двигателей Canon, Panasonic, Hitachi и других компаний используются в современных фотоаппаратах, видеокамерах и оптических приборах. Направление развития технологии ультразвуковых двигателей заключается в дальнейшем повышении эффективности.
Ультразвуковой двигатель использует новый принцип и структуру, не требует магнитов и катушек, но использует обратный пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрических материалов и ультразвуковую вибрацию для непосредственного получения движения и силы (момента). Это нарушает концепцию двигателя, согласно которой скорость и крутящий момент до сих пор достигаются за счет электромагнитного эффекта, и представляет собой высокотехнологичную технологию, находящуюся на переднем крае современной мировой науки. Благодаря ультразвуку двигатель обладает многими характеристиками, которых нет у электромагнитного двигателя, хотя история его изобретения и разработки всего 20 лет, но в аэрокосмической отрасли, робототехнике, автомобилях, точном позиционировании, медицинском оборудовании, микротехнике и других областях успешно применяются.
3.3 Высокоскоростной двигатель с динамическим подшипником
С развитием информационных продуктов в направлении высокой эффективности, высокой плотности и микротонкости прецизионный бесщеточный двигатель с постоянными магнитами, поддерживающий его, имеет скорость до 8000 ~ 50000 об/мин. Подшипники высокоскоростных двигателей также заменят традиционные подшипники скольжения подшипниками динамического давления, что позволит преодолеть многие технические проблемы, вызванные высокой скоростью. По сравнению с шарикоподшипниками и подшипниками скольжения подшипник динамического давления имеет множество преимуществ. Он может препятствовать неравномерному раскачиванию вала, улучшать ударопрочность, увеличивать срок службы, снижать уровень шума и т. д.
Двигатель с подшипником динамического давления имеет два типа жидкости и воздуха, общая скорость низкая с подшипником динамического давления жидкости, высокая скорость с подшипником динамического давления воздуха. Хотя еще остаются некоторые технические проблемы, требующие дальнейшего решения, направление развития высокоскоростных двигателей с подшипниками динамического давления в целом подтверждено.
3.4 Линейный двигатель
С быстрым развитием технологии автоматического управления требования к точности позиционирования различных систем автоматического управления становятся все выше и выше, а традиционный роторный двигатель в сочетании с набором механизмов преобразования, состоящим из устройств линейного перемещения, не могут соответствовать требованиям точности, прямой линейный привод является одним из содержания современных исследований в области технологии сервоприводов, линейный двигатель является одной из ключевых технологий. Область применения линейного двигателя также широка: при необходимости линейного движения устройства использование линейного двигателя с прямым приводом будет превосходить роторный двигатель. Точность управления может быть повышена за счет отсутствия механизма преобразования движения.
3.5 Супермикро мотор
Технология микродвигателей - это новая высокотехнологичная область технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС), разработанная за последние 20 лет, которая характеризуется технологией микрообработки на основе полупроводникового материала кремния, используемой для изготовления устройств с функциями преобразования и передачи энергии в диапазоне размеров от миллиметра до микрона. Появление технологии MEMS совершило революционный скачок в традиционных технологиях механического производства.
Ультрамикромотор имеет электростатический принцип ультрамикромотора и электромагнитного ультрамикромотора, поскольку электромагнитный ультрамикромотор больше, чем крутящий момент электростатического ультрамикромотора, имеет высокую эффективность преобразования, длительный срок службы, он применяется во многих областях, таких как эндоскопы, микророботы и так далее. В настоящее время Соединенные Штаты, Япония, Россия, Германия и другие страны вложили много человеческих, материальных и финансовых ресурсов в исследования и применение этой технологии и добились большого прогресса, а некоторые достигли практического уровня. Например, японская компания Toshiba разработала самый маленький в мире микродвигатель весом 40 мг, скоростью 60 ~ 1000 об/мин, напряжением 1,7 В, диаметром всего 0,8 мм. Шанхайский университет Цзяо Тонг также разрабатывает микродвигатель диаметром 1 мм. Можно ожидать, что с развитием и применением технологии нанопроизводства супермикродвигатели также получат широкое развитие, так что у них появится больше областей применения.
3.6 Молекулярный двигатель
Появившаяся с развитием МЭМС наноэлектрическая система (на2ноэлектромеханические системы, НЭМС) размеры элементов могут составлять от нескольких сотен до нескольких нанометров, некоторые из которых имеют важные потенциальные применения в биомедицинской области. Рикки К. Сунг и др. из Корнелльского университета в США объединили один биомолекулярный двигатель с наноразмерной неорганической системой, чтобы сформировать гибридное наномеханическое устройство, приводимое в движение молекулярным двигателем. Гидролизуя АТФ (аденозинтрифосфат) в активной системе, биомолекулярный двигатель (менее 8 нм в диаметре и 14 нм в длину) способен генерировать максимальный крутящий момент от 80 до 100 пН·нм, что совместимо с размером и механическими константами наномеханических структур, которые можно производить сегодня. Ожидается, что эта новая технология сыграет роль в очистке кровеносных сосудов.
4 тенденции развития микромоторов
После вступления в 21 век устойчивое развитие мировой экономики сталкивается с двумя ключевыми проблемами ———— энергетика и защита окружающей среды, с одной стороны, прогресс человеческого общества, люди предъявляют все более высокие требования к качеству жизни, а осознание защиты окружающей среды становится все сильнее и сильнее, потому что микродвигатель используется не только на промышленных и горнодобывающих предприятиях, но также используется в торговле и сфере услуг, особенно в жизни семьи появилось больше продуктов, поэтому безопасность двигателя напрямую ставит под угрозу безопасность личной собственности; Вибрация, шум и электромагнитные помехи двигателя станут общественной опасностью загрязнения окружающей среды. Эффективность двигателя напрямую связана с потреблением энергии и выбросами вредных газов, поэтому международные требования к этим техническим показателям становятся все более строгими, что привлекает внимание автомобильной промышленности в стране и за рубежом, начиная с конструкции двигателя, процесса, материалов, электронных компонентов, линий управления и электромагнитной конструкции и других аспектов исследований в области энергосбережения, нового раунда продуктов микродвигателей на основе отличных технических характеристик. конструкция обмотки, улучшение вентиляционной конструкции, магнитные материалы с низкими потерями и высокой проницаемостью, редкоземельные материалы с постоянными магнитами, технология снижения шума и вибрации, технология силовой электроники, технология управления, технология уменьшения электромагнитных помех и другие прикладные исследования.
В условиях ускорения тенденции экономической глобализации страны уделяют больше внимания двум основным вопросам энергосбережения и защиты окружающей среды, укрепляют международные технические обмены и сотрудничество, а также ускоряют темпы технологических инноваций. Тенденция развития микромоторных технологий такова: (1) внедрять высокие и новые технологии и развиваться в направлении электроники; (2) Высокая эффективность, энергосбережение и экологически чистое развитие; (3) Высокая надежность, развитие электромагнитной совместимости; (4) Низкий уровень шума, низкая вибрация, низкая стоимость и ценовое развитие; (5) К специализированному, диверсифицированному и разумному развитию.
Кроме того, микродвигатель имеет модульную структуру, комбинацию, интеллектуальное мехатронное направление и бесщеточный, без железного сердечника, направление постоянного намагничивания. Особенно примечательно то, что при применении микродвигателя меняется окружающая среда, традиционный электромагнитный принцип двигателя не может быть полностью удовлетворен. Благодаря новым достижениям смежных дисциплин, включая новые принципы и новые материалы, разработка микроспециальных двигателей с неэлектромагнитными принципами стала важным направлением развития двигателей.
