微电机

更新时间:2024-09-04 00:14

微电机,全称“微型电动机”,是指直径小于160mm或额定功率小于750mW的电机。 微电机常用于控制系统或传动机械负载中,用于实现机电信号或能量的检测、解析运算、放大、执行或转换等功能。

简介

我国微电机行业创建于20世纪50年代末期,从为满足国防武器装备需要开始,经历了仿制、自行设计和研究开发的阶段,至今已有40余年的发展历史,已形成产品开发、规模化生产和关键零部件、关键材料、专用制造设备、测试仪器配套的完整的工业体系。

微电机是指直径小于160mm或额定功率小于750mW的电机,微电机门类繁多,大体可分为直流电动机交流电动机、自态角电动机、步进电动机旋转变压器、轴角编码器交直流两用电动机测速发电机感应同步器直线电机压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。微电机综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密机械、新材料等多门学科的高新技术行业,尤其是电子技术和新材料技术的应用促进了微特电机技术进步。

微电机品种众多(达6000余种)、规格繁杂、市场应用领域十分广泛,涉及国民经济、国防装备、人类生活的各个方面,凡是需要电驱动的场合都可以见到微电机。

微电机制造工序多,涉及精密机械、精细化工、微细加工、磁材料处理、绕组制造、绝缘处理等工艺技术,需要的工艺装备数量大、精度高,为了保证产品的质量还需一系列精密的测试仪器,是投资性较强的行业。

简而言之,微电机行业是劳动密集型和技术密集型的高新技术产业

主要类型与特征

常规尺寸电机是以各种电磁电机占据主流,另外还有液压和气动电动机等。将电机微型化可以通过两条途径。一条是驱动原理和结构沿袭己有的中小电机,并加以微型化。如目前广泛用于磁盘驱动、摄像机、电动玩具以及办公自动化机器中的步进电机直流电机。另一条是采用新的功能材料开发新的驱动原理,制作成各种结构型式的微电机。如压电超声电机、静电电机以及利用形状记忆合金、超磁致伸缩器件、层叠式压电振子、人工肌筋等开发的各字微驱动器。

在微机器人、精密工程、航空航天等各种应用的领域,微电机兼有驱动和精密控制双重功能,驱动可以是直线、旋转或多自由度的;控制目标可以是位置、速度或力(力矩)。因此从应用的角度说,微电机应当满足如下基本要求:在体积小重量轻的前提下,能产生较大的运动位移量,并输出较大的功率,功耗小,控制精度高,响应快。这也是微电机区别于一般常规电机和其他微驱动器的基本特征。既满足上述要求,又能达到某具体的结构或功能目标,是微电机设计开发所必须解决的共同课题。

电机的微型化给制造、装配带来困难的同时也带来前所未有的好处。例如,可以使用原来大尺寸电机因成本等因素而难以考虑的特殊材料;薄膜、块体等异型结构材料容易制备获得,等等。正因为如此,微电机的结构形式和种类极为丰富。目前己出现的微电机的主要类型有:静电式、电磁式、超磁致伸缩式、压电式、形状记忆合金式等。其中,静电式和电磁式的转子/定子间为非接触驱动,形状记忆合金式为直接驱动,压电式和超磁致伸缩式为接触式驱动,并具有保持力。

压电材料是制作微电机的理想材料。因为压电材料仅加电场就能自己产生变形。压电性薄膜可以通过许多途径获得,方便地制成微小主动结构体。利用压电材料制作驱动器有三种方法:

1、利用压电材料本身的变形,在极小行程下(微米以下)工作;

2、应用杠杆原理或与弹性体结合成复合结构(如:双压电晶片、兰杰文振子),扩大压电材料本身的变形(几百微米以下);

3、将压电陶瓷产生的变形设法无限延长。这主要有三种类型,利用共振生成行波或驻波的超声波电机,组

合成箱位结构的蠕动式电机,利用惯性停/滑原理的惯性式电机。

微电机中,压电式和电磁式输出功率较大,产业化前景较好。

应用

运动机械

无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源。

音像设备

例如,在盒式录像机中,微特电机既是磁鼓组件的关键元件,又是其主导轴驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。

自动化设备

办公自动化设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印机、数控机床、机器人等都应用了微电机。

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