微电机,即微型电动机,也称微特电机,指直径小于 160mm,体积、容量较小或额定功率小于 750w 以下或具有特殊性能、特殊用途的电机,按特性可分为小功率异步电动机、小功率同步电动机、小功率直流电动机、小功率交流换向器电动机等不同种类,是电器产品的重要组成部分。
基于行业专业化分工,大部分使用微电机的企业除了自产部分微电机外,其余主要依靠微电机生产厂商为其配套。微电机产品是广泛应用于工业自动化、农业现代化、武器装备现代化、办公自动化、家庭现代化等各个领域不可缺少的基础产品。随着人们生活水平不断提高和工业经济的进步,以及微电机应用领域的不断拓展,世界微电机的市场容量正以较快速度向前推进。
我国微电机行业自20世纪50年代末期开始,经历了仿制、自行设计和研究开发的阶段,至今已有近60余年的发展历史,已经发展成为拥有一定的现代化技术装备、规模化生产、关键零部件、关键材料、专用制造设备、测试设备配套完整、门类比较齐全的产业体系。微电机产品品种繁多、应用面广、要求多样,其需求量快速增加的同时对微电机的品质要求也在不断提高。
随着设计水平、制造水平的不断提高以及新材料、新结构、新原理的运用,微电机技术发展迅速。为了提高市场竞争能力,不断降低成本,满足各个领域的需要,微电机行业正在加速朝着高效性、专业化、规模化、智能化生产方向发展。
微特电机门类繁多,大体可分为直流电动机、交流电动机、自整角电机、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、电机机组和其他特种电机等13大类。
无刷直流电机
它是近几年小电机行业发展最快的品种,随着视听产品“小、轻、薄”化和家电产品的静音化以及豪华轿车需求量增多,无刷直流电动机需求迅速增加。它用电子换向替代了电刷和换向器,具有高可靠、高效率、寿命长和调速方便的优点,各国都加快了开发新产品的速度和占领市场的力度。日本不少公司已将无刷直流电机应用到数码照相机、微型收录机、摄影机、打印机、存储驱动器、手机以及汽车空调、洗衣机、吸尘器、电动车和心脏泵等领域。
片状电机
随着电子产品向小型化、轻量化、薄型化方向发展,其配套的小电机也要求向“微、轻、薄”方向发展,开发片状电机就成了必然趋势。片状电机的原理与传统的直流电机并无多大区别。日本已有多家公司(如松下、索尼、东芝)生产片状电机,并已被广泛应用到软、硬、光盘驱动器、随身听、录音机、录像机、摄像机、数码照相机、移动通信以及微型医疗设备中。
微小型电机
小型计算机、游戏机、弹子机、健康保健、美容按摩、老人和小孩玩具、移动通信等领域大量使用微小型电机,如手机、高级玩具汽车、电动牙刷用的微小型电机,近几年来需求迅速增加,尤其是小电机直径3mm至6mm(空心型和实心型)、钮扣式电机直径 8mm至12mm的需要量剧增。PC机、家用游戏机、老年人健康按摩和玩具、妇女健美按摩、小孩智能玩具及小家电中也需要大量微小型电机,这些产品大部分是消费类产品。
直线电机
它具有结构简单、无接触运动、噪音低、速度和精度高、控制容易、维护方便和可靠性高等优点。随着工业自动化水平的不断创新,直线电机的应用领域越来越广。世界各大公司都在大力研究开发新产品和开拓应用领域,日本多摩川、松下、伺服等公司和浙江大学也已有直线电机产品。目前已有不少自动化设备中应用直线电机,如高速冲床、高速切削机、卫星天线、磁头驱动器、绘图机、打印机、复印机、扫描仪和电动门等。
高速动压轴承电机
为了满足电子产品的小型化要求,小电机向高速化发展是一种技术发展动向,如计算机外设的存储密度迅速提高,其配套的主轴无刷电动机在 8000 r/min 以上高速运转,不少小电机甚至在 20000 r/min 以上运转,为了保证小电机在高速运转下低噪音,并保证在高速动转下仍能运行平稳、抖晃小、寿命长,日本许多公司(三菱、佳能、松下)已开发生产高速动压轴承电机,动压轴承有空气和液态动压轴承两种。目前应用空气动压轴承较多,尤其适用于高速运行下,要求噪音小,抖晃小的 DVD、HDD、CD-ROM 等主轴电机。
超微型电机医疗领域是微机械电子技术应用最具代表性的领域,微创伤内窥诊疗、精密显微外科手术机械及微机器人等都需要体积很小、功率又足够大的高度灵巧、高度柔顺性的超微型小电机。
小微型超声电机
小微型超声电机,有别于传统电机的工作原理及结构,具有体积小、结构简单、力矩大,具有低转速大扭矩的输出特性,启动和制动的可控性好,响应速度快转动声音非常小,几乎无声等特点。
因超声电机显著的优点,目前已经应用在 航空航天、精密仪表仪器、微型机械技术微驱动器、电磁干扰很强或不允许产生电磁干扰的场合、各类型光学镜头调焦等技术领域。
随着超微型电机制造水平不断完善和成熟,其产量和应用领域不断扩大,其市场潜力是巨大的,有望成为新的经济增长点。相信在不久的未来小、微、特型电机无论是在家电、办公、医疗、科研、航天等领域都能有更广泛的应用。
微电机的下游应用领域广泛,其主要用于信息处理器、视听设备、汽车电气设备及家用电器等领域。随着微电机技术的迅速发展,未来应用领域将日益广泛。
微电机产品具有如下特点:
1.技术密集度高。微电机制造工序多, 制造工艺涉及的专业领域比较广泛,包括机械制造工艺、模具成形工艺、特种工艺、专用工艺等,工艺装备数量大, 加工精度要求高, 属于技术密集型产品。
2.应用面广、需求量大。目前微特电机不断向经济型和高性能型两个方向发展,例如电冰箱、空调、音响等家用电器电机, 汽车、电动车用电机, 计算机及其外设用电机, 办公自动化设备电机及电动工具电机等。据国际小电机制造商协会不完全统计,微电机的典型应用在 5000 种以上,对 70W 以下电机每年的需求量在 30 亿台以上。
3.劳动密集。微电机除了单一的品种且适合于规定用途或特殊用途的产品,因其需用量很大才采用自动化制造的高效率生产方式外,其余大部分微电机,由于品种繁杂、要求各异,在加工中要求特殊,较多生产工序采用手工操作,要求有较高技能的生产工人,因此,微电机行业属于劳动密集型行业。
微电机制造技术是实现微电机设计目标、保证产品一致性、稳定性和提高产品生产效率、降低制造成本的重要保障和手段, 随着微电机产品应用领域越来越广,需求量越来越大,对微电机产品的技术要求也随之提高。随着新原理、新结构微特电机的开发与应用,一些传统的制造工艺已无法满足要求, 对材料和制造技术提出了新的要求和挑战。首先要研究新材料、新工艺、新型工装设备, 以满足产品性能、功能和制造工艺性要求.
另一方面,随着基础研究的深化,新工艺和新材料的出现,还需解决实用化问题和高效低成本产业化生产问题。例如, 超声波电机的压电陶瓷材料、摩擦材料的性能和寿命问题,以及其粘接等加工工艺还制约着该类电机产业化发展。
而在无槽电机、无铁心电机、无刷电机、线绕盘式电机、杯形电机和直线电机等有发展优势的微电机生产方面, 其高效、经济、易操作的批量化生产工艺研究则显得更为重要。在生产模式上,微电机规模化生产,大力发展专业化协作, 是行业的必然趋势。企业可只进行关键件、重要件的生产、装配和检测, 其余零部件的加工均可通过外协加工的方式解决。将先进工艺技术同现代化组织管理相结合、提高材料利用率和降低工艺成本将是规模化生产企业技术发展的方向。
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