Mikro motor se nanaša na načelo, strukturo, zmogljivost, funkcijo in tako naprej, ki se razlikujejo od običajnega motorja, prostornina in izhodna moč pa sta zelo majhna. Na splošno zunanji premer mikromotorja ni večji od 130 mm, moč pa je med stotinami milivatov in stotinami vatov. Široko se uporablja v sodobni vojaški in civilni opremi in njenem nadzornem sistemu, kot so topniški nadzor, vodenje izstrelkov, avtomatsko pilotiranje letal, CNC obdelovalni stroji, krmiljenje statve brez čolna, krmiljenje industrijskih šivalnih strojev, telemetrija in daljinsko upravljanje, avdio in video oprema, avtomatski instrumenti in računalniške periferne enote itd., ki vsi uporabljajo veliko število mikromotorjev.
Danes so bili mikromotorji v praktičnih aplikacijah razviti od prejšnjega preprostega nadzora zagona, namena zagotavljanja moči, do natančnega nadzora njegove hitrosti, položaja, navora itd., zlasti v industrijski avtomatizaciji, avtomatizaciji pisarn in avtomatizaciji doma, skoraj vsi uporabljajo tehnologijo motorjev, tehnologijo mikroelektronike in tehnologijo močnostne elektronike kombinirane mehatronske izdelke. Elektronizacija je neizogiben trend v razvoju mikro motorjev.
2 Področje uporabe mikro motorja（motor z votlo skodelico )
Sodobna tehnologija mikro motorjev združuje številne visoke in nove tehnologije, kot so motorji, računalniki, teorija krmiljenja in novi materiali, ter se iz vojaške in industrijske seli v vsakdanje življenje. Zato je treba razvoj tehnologije mikro motorjev prilagoditi razvojnim potrebam stebrnih industrij in visokotehnoloških industrij. Mikro motor se uporablja predvsem v naslednjih vidikih:
2.1 Mikro specialni motorji za gospodinjske aparate
Da bi nenehno izpolnjevali zahteve uporabnikov in se prilagajali potrebam informacijske dobe, da bi dosegli varčevanje z energijo, udobje, mreženje, inteligenco in celo omrežne gospodinjske aparate (informacijske gospodinjske aparate), je cikel zamenjave gospodinjskih aparatov zelo hiter, za podporni motor pa so postavljene zahteve visoke učinkovitosti, nizkega hrupa, nizkih vibracij, nizke cene, nastavljive hitrosti in inteligence. Mikromotorji za gospodinjske aparate predstavljajo 8 % celotnega števila mikromotorjev: vključno s klimatskimi napravami, pralnimi stroji, hladilniki, mikrovalovnimi pečicami, električnimi ventilatorji, sesalniki, stroji za odstranjevanje vode itd.
Svetovno letno povpraševanje po 450 do 500 milijonih enot (kompletov), takšna moč motorja ni velika, ampak široka paleta. Trendi razvoja mikromotorjev za gospodinjske aparate so: ① brezkrtačni motorji s trajnimi magneti bodo postopoma nadomestili enofazne asinhrone motorje; ② Optimizirajte dizajn, izboljšajte kakovost in učinkovitost izdelka; ③ Sprejmite novo strukturo in novo tehnologijo za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje.
2.2 Mikro motor za opremo za obdelavo informacij
Oprema za obdelavo informacij z mikromotorji predstavlja 29 %: vključno z vnosom informacij, shranjevanjem, obdelavo, izhodom, prevodom in drugimi povezavami, vključno s komunikacijsko opremo. Svet potrebuje 1,5 milijarde (kompletov) na leto, predvsem motorje na enosmerni tok s trajnimi magneti, brezkrtačne motorje na enosmerni tok, koračne motorje, mikro sinhronske motorje in tako naprej. Letna proizvodnja mikroračunalnikov (PC) v višini približno 100 milijonov enot v letih 2000 in 2005 naj bi znašala 200 milijonov enot, za njegove podporne ključne komponente povpraševanja po mikromotorjih, čedalje višje zahteve. Večina teh motorjev je natančnih brezkrtačnih motorjev s trajnimi magneti in natančnih koračnih motorjev.
Njihove značilnosti in smeri razvoja so:
(1) Izdelki z visokimi naložbami Ta vrsta motorja ima zelo visoke zahteve glede stabilnosti hitrosti in iztekanja vrtljive gredi, zato je ta vrsta motorja kombinacija napredne proizvodne tehnologije in nastajajoče tehnologije močnostne elektronike visokotehnoloških izdelkov z visokimi naložbami, ki so na splošno osredotočeni na mednarodni razvoj in proizvodnjo velikih podjetij.
(2) Miniaturizacija in neskladnost Da bi izpolnili potrebe po miniaturizaciji in prenosljivosti informacijskih izdelkov, so za njihove podporne motorje postavljene zahteve glede miniaturizacije in neskladnosti.
(3) Visoka hitrost Z nenehnim izboljševanjem gostote shranjevanja računalniških perifernih naprav mora biti hitrost podpornega motorja nad 8000r/min.
2.3 Mikro motor za avtomobile
Mikromotorji za avtomobile predstavljajo 13 %, vključno z zaganjalniki, motorji za brisalce, motorji za klimatske naprave in ventilatorje, električni merilniki hitrosti, dvigala stekel in motorji za ključavnice. Leta 2000 je bila svetovna proizvodnja avtomobilov približno 54 milijonov, s povprečno 15 motorji na vozilo, po vsem svetu pa je bilo potrebnih 810 milijonov.
Osredotočenost na razvoj tehnologije avtomobilskih mikro motorjev:
(1) Visoka učinkovitost, visoka sila, varčevanje z energijo z izbiro hitrega, visoko zmogljivega magnetnega materiala, visoko učinkovitimi sredstvi za hlajenje in izboljšanjem učinkovitosti krmilnika ter drugimi ukrepi za izboljšanje njegove učinkovitosti delovanja.
(2) Inteligenten za doseganje inteligentnega motorja in krmilnika avtomobila, tako da avto deluje v najboljšem stanju, da se doseže minimalna poraba energije.
2.4 Mikro motor za avdio opremo
Avdio oprema z mikromotorji je predstavljala 18 %, vključno z gramofoni, snemalniki, VCD in DVD video ploščami. Svetovno povpraševanje je več kot milijarda enot na leto. Trenutno je domača proizvodnja predstavljala približno 60%, predvsem tiskani motor za navijanje, motor za navijanje diska in tako naprej.
2.5 Mikro motor za video opremo
Video oprema z mikro motorji je predstavljala 7%, vključno s kamerami, kamerami in tako naprej. Svetovno letno povpraševanje v 350 do 400 milijonih enot (kompletov), takšni motorji so natančni, izdelava in predelava je težka, še posebej po vstopu v digitalno, motor postavlja zahtevnejše zahteve.
2.6 Mikro motor za industrijski električni pogon in krmiljenje
Ta vrsta mikro motorja predstavlja 2 %, vključno s CNC obdelovalnimi stroji, manipulatorji, roboti itd. Predvsem za AC servo motor, močnostni koračni motor, širokohitrostni enosmerni motor, AC brezkrtačni motor in tako naprej. Ta vrsta motorja ima veliko različic, visoke tehnične zahteve in je razred motorjev s hitrejšim domačim povpraševanjem.
2.7 Mikro motor za posebne namene
Ta vrsta motorja predstavlja približno 23 %, vključno z vesoljskimi leti, različnimi letali, avtomatiziranim orožjem in opremo, medicinsko opremo itd. Takšni motorji so večinoma posebni motorji ali novi motorji, vključno z motorji, ki se razlikujejo od splošnega elektromagnetnega principa v načelu, strukturi in načinu delovanja, predvsem sinhroni motorji z nizko hitrostjo, harmonični motorji, motorji z omejenim kotom, ultrazvočni motorji, mikrovalovni motorji, kapacitivni motorji, elektrostatični motorji itd. Med njimi so ultrazvočni motor, mikrovalovni motor, kapacitivni motor in elektrostatični motor posebni motorji, ki se razlikujejo od načelo, struktura in delovanje generalnih motorjev. Pojav in razvoj teh motorjev sta tesno povezana z razvojem elektronske tehnologije in krmilne tehnike.
3 Nova tehnologija izdelkov z mikromotorji
Z nenehnim napredkom znanosti in tehnologije ter novimi zahtevami praktičnih aplikacij se je pojavila vrsta mikro-posebnih motorjev, ki se razlikujejo od tradicionalnih elektromagnetnih motorjev. Sprejemajo nove koncepte oblikovanja, metode, strukture in principe.
3.1 Brezkrtačni motor s trajnim magnetom
Brezkrtačni motor je razvojna smer mikro motorja, ki se uporablja na področju informacij, gospodinjskih aparatov, avdio in videa, transporta itd. S hitrim razvojem materialov s trajnimi magneti in tehnologije močnostne elektronike se zmogljivost še naprej izboljšuje, cena se še naprej znižuje, brezkrtačni motor se bo še naprej razvijal, povpraševanje bo čedalje večje, v primerjavi s splošnim asinhronim motorjem se je poraba energije novega brezkrtačnega motorja zmanjšala za 30 % ~ 35 %, da bi izpolnil zahteve visoke učinkovitosti, varčevanja z energijo, majhne in majhne teže.
Čeprav je stroškovna cena brezkrtačnih motorjev višja kot pri asinhronih motorjih, bo zaradi majhne porabe energije, visoke učinkovitosti in nižjih obratovalnih stroškov z vidika varčevanja z energijo priljubljenost brezkrtačnih motorjev zagotovo trend The Timesa. Največja svetovna podjetja so začela ostro konkurenco na področju brezkrtačnih motorjev. Zato se bo z izboljšanjem zmogljivosti komponent in materialov močno izboljšala tudi zmogljivost brezkrtačnih motorjev, konkurenca v hitrosti tehnološkega razvoja pa bo bolj izrazita.
3.2 Ultrazvočni motor
ultrazvočni motor (ultrazvočni motor, ultrazvočni motor, okrajšava USM) je uporaba inverznega piezoelektričnega učinka piezoelektričnih materialov, tako da elastično telo (stator) v ultrazvočnem frekvenčnem pasu proizvaja mikroskopske mehanske vibracije (frekvenca vibracij nad 20 kHz) s trenjem med statorjem in rotorjem (ali premičnim), statorjevo mikroskopsko vibracije v rotor (ali premično) makro enosmerno vrtenje (ali linearno gibanje). Razbija koncept tradicionalnega motorja, da se hitrost in navor pridobita z elektromagnetnim učinkom, in je še ena izjemna nova tehnologija v razvoju tehnologije mikro motorjev.
V primerjavi s tradicionalnim motorjem ima ultrazvočni motor vrsto prednosti: (1) preprosto strukturo, sestavljen je iz dveh osnovnih komponent: vibracijskih delov in gibljivih delov; (2) navor prostornine enote je velik, kar je 10-krat več kot pri tradicionalnem motorju enake prostornine; (3) Zmogljivost pri nizki hitrosti je dobra, hitrost je mogoče nastaviti na nič, lahko neposredno odda velik navor pri nizki hitrosti; (4) Velik zavorni navor, dodatna zavora ni potrebna; (5) majhna mehanska časovna konstanta, dobro hitro delovanje; (6) Brez magnetnih in električnih polj, brez elektromagnetnih motenj in elektromagnetnega šuma.
Trenutno so številna podjetja v nekaterih tujih državah, kot je Japonska, pridobila komercialno praktično uporabo. Novi izdelki ultrazvočnih motorjev Canon, Panasonic, Hitachi in drugih podjetij so bili uporabljeni v naprednih fotoaparatih, videokamerah in optičnih instrumentih. Razvojna smer tehnologije ultrazvočnih motorjev je nadaljnje izboljšanje učinkovitosti.
Ultrazvočni motor ima novo načelo in strukturo, ne potrebuje magnetov in tuljav, ampak uporablja inverzni piezoelektrični učinek piezoelektričnih materialov in ultrazvočne vibracije za neposredno pridobivanje gibanja in sile (moment). Razbija koncept motorja, da sta hitrost in navor pridobljena z dosedanjim elektromagnetnim učinkom, in je visokotehnološka tehnologija v ospredju trenutne svetovne znanosti. Zaradi ultrazvoka ima motor veliko lastnosti, ki jih elektromagnetni motor nima, čeprav je njegov izum in razvoj le 20 let zgodovine, vendar so bili uspešno uporabljeni v vesolju, robotiki, avtomobilih, natančnem pozicioniranju, medicinski opremi, mikro strojih in drugih področjih.
3.3 Visokohitrostni motor z dinamičnim tlačnim ležajem
Z razvojem informacijskih izdelkov v smeri visoke učinkovitosti, visoke gostote in mikro tankosti ima natančen brezkrtačni motor s trajnim magnetom, ki ga podpira, hitrost do 8000 ~ 50000r/min. Ležaji visokohitrostnih motorjev bodo tudi nadomestili tradicionalne drsne ležaje z dinamičnimi tlačnimi ležaji, da bi premagali številne tehnične težave, ki jih povzroča visoka hitrost. V primerjavi s krogličnimi in drsnimi ležaji ima dinamični tlačni ležaj veliko prednosti. Lahko prepreči neenakomerno nihanje gredi, izboljša odpornost na udarce, dolgo življenjsko dobo, nizek hrup in tako naprej.
Motor z dinamičnim tlačnim ležajem ima dve vrsti tekočine in zraka, splošna hitrost je nizka s tekočim dinamičnim tlačnim ležajem, visoka hitrost z zračnim dinamičnim tlačnim ležajem. Čeprav je še nekaj tehničnih težav, ki jih je treba še rešiti, je smer razvoja hitrih motorjev z dinamičnimi tlačnimi ležaji na splošno potrjena.
3.4 Linearni motor
S hitrim razvojem tehnologije samodejnega krmiljenja postajajo zahteve glede natančnosti pozicioniranja različnih avtomatskih krmilnih sistemov višje in višje, tradicionalni rotacijski motor skupaj z naborom transformatorskega mehanizma, sestavljenega iz naprav linearnega gibanja, ne more izpolniti zahtev glede natančnosti, neposredni linearni pogon je ena od vsebin sodobnih raziskav tehnologije servo pogonov, linearni motor je ena ključnih tehnologij. Področje uporabe linearnega motorja je prav tako široko, pri potrebi po linearnem gibanju naprave bo uporaba linearnega motorja z direktnim pogonom boljša od rotacijskega motorja. Natančnost krmiljenja je mogoče izboljšati, ker je izpuščen mehanizem transformacije gibanja.
3.5 Supermicro motor
Tehnologija mikromotorjev je novo visokotehnološko področje tehnologije mikroelektromehanskih sistemov (MEMS), razvito v zadnjih 20 letih, za katero je značilna mikroobdelovalna tehnologija na osnovi polprevodniškega materiala silicij, ki se uporablja za izdelavo naprav s funkcijami pretvorbe in prenosa energije v velikosti od milimetra do mikrona. Pojav tehnologije MEMS je naredil revolucionaren preskok v tradicionalni tehnologiji mehanske proizvodnje.
Ultramikromotor ima elektrostatični princip ultramikromotorja in elektromagnetni ultramikromotor, ker je elektromagnetni ultramikromotor večji od elektrostatičnega ultramikromotorja, ima visoko učinkovitost pretvorbe, dolgo življenjsko dobo, uporablja se na številnih področjih, kot so endoskopi, mikroroboti itd. Trenutno so ZDA, Japonska, Rusija, Nemčija in druge države vložile veliko delovne sile, materiala in finančnih sredstev za izvajanje raziskav in uporabe te tehnologije ter dosegle velik napredek, nekatere pa so dosegle praktičnost. Na primer, japonsko podjetje Toshiba je razvilo težo 40 mg, hitrost 60 ~ 1000 r/min, napetost 1,7 V, premer le 0,8 mm v najmanjšem mikromotorju na svetu, kot je univerza Shanghai Jiao Tong, ki prav tako razvija mikromotor s premerom 1 mm. Pričakovati je, da se bodo z razvojem in uporabo tehnologije nanofabrikacije močno razvili tudi supermikro motorji, tako da bodo imeli več področij uporabe.
3.6 Molekularni motor
Pojavil se je z razvojem MEMS, nano električnega sistema (na2noelectromechanicalsystems, NEMS), velikosti funkcij so lahko od nekaj sto do nekaj nanometrov, od katerih imajo nekatere pomembne potencialne aplikacije na področju biomedicine. RickyK. Soong et al. z Univerze Cornell v Združenih državah združil en biomolekularni motor z anorganskim sistemom v nanometrskem merilu, da bi oblikoval hibridno nanomehansko napravo, ki jo poganja molekularni motor. S hidrolizacijo ATP (adenozin trifosfata) v aktivnem sistemu je biomolekularni (manj kot 8 nm v premeru in 14 nm v dolžino) motor sposoben ustvariti največji navor od 80 do 100 pN·nm, združljiv z velikostjo in mehanskimi konstantami nanomehanskih struktur, ki jih je mogoče proizvesti danes. Pričakuje se, da bo ta nova tehnologija igrala pomembno vlogo pri čiščenju krvnih žil.
4 trend razvoja mikro motorja
Po vstopu v 21. stoletje se trajnostni razvoj svetovnega gospodarstva sooča z dvema ključnima vprašanjema ———— energija in varstvo okolja, na eni strani napredek človeške družbe, ljudje imajo vedno višje zahteve po kakovosti življenja, zavest o varovanju okolja pa postaja vse močnejša, saj se mikro motorji ne uporabljajo le v industrijskih in rudarskih podjetjih, temveč tudi v komercialni in storitveni dejavnosti, še posebej več izdelkov je vstopilo v družino V živo, tako da varnost motorja neposredno ogroža varnost osebne lastnine; Vibracije, hrup in elektromagnetne motnje motorja bodo postale javna nevarnost za onesnaževanje okolja. Učinkovitost motorja je neposredno povezana s porabo energije in emisijami škodljivih plinov, zato so mednarodne zahteve za te tehnične kazalnike vse strožje, je pritegnilo pozornost motorne industrije doma in v tujini, od strukture motorja, procesa, materialov, elektronskih komponent, krmilnih linij in elektromagnetne zasnove ter drugih vidikov raziskav o varčevanju z energijo, mikro motorja, novega kroga izdelkov na podlagi odlične tehnične zmogljivosti. Po drugi strani pa bo izvajal ustrezne mednarodne standarde za varčevanje z energijo in okolje. zaščito in spodbujanje ustreznega tehnološkega napredka, kot so novi žigosanje motorjev, zasnova navitij, izboljšanje prezračevalne strukture ter magnetni materiali z nizkimi izgubami in visoko prepustnostjo, materiali s trajnimi magneti redkih zemelj, tehnologija za zmanjšanje hrupa in vibracij, tehnologija močnostne elektronike, tehnologija krmiljenja, tehnologija za zmanjšanje elektromagnetnih motenj in druge raziskave uporabe.
Pod predpostavko pospeševanja trenda gospodarske globalizacije, države posvečajo več pozornosti dvema glavnima vprašanjema varčevanja z energijo in varstva okolja, krepijo mednarodne tehnične izmenjave in sodelovanje ter pospešujejo tempo tehnoloških inovacij, razvojni trend tehnologije mikro motorjev je: (1) sprejetje visoke in nove tehnologije ter razvoj v smeri elektronike; (2) visoka učinkovitost, varčevanje z energijo in zeleni razvoj; (3) Za visoko zanesljivost, razvoj elektromagnetne združljivosti; (4) nizek hrup, nizke vibracije, nizki stroški, razvoj cen; (5) Za specializiran, raznolik, inteligenten razvoj.
Poleg tega je mikro motor modularizacija, kombinacija, inteligentna mehatronska smer in brezkrtačna, brez železnega jedra, trajna magnetizacija, še posebej je treba omeniti, da se z uporabo mikro motorja spremeni okolje, tradicionalnemu elektromagnetnemu principu motorja ni mogoče popolnoma zadovoljiti. Z novimi dosežki sorodnih disciplin, vključno z novimi principi in novimi materiali, je razvoj mikrospecialnih motorjev z neelektromagnetnimi principi postal pomembna smer razvoja motorjev.
