微特電機發展綜述

羅林，宋春華

（西華大學 機械工程學院，四川 成都 610039）

微特電機發展綜述

羅林，宋春華

（西華大學 機械工程學院，四川 成都 610039）

Development review of special micromotor

微特電機是工業智能化、自動化、家庭網絡化現代化等各個領域不可缺少的產品，其應用范圍非常廣泛。介紹了國內外微特電機的發展歷程和發展現狀，并從信息行業、家電行業、汽車行業、機器人等方面簡述了微特電機的應用。我國雖是微特電機生產大國，但缺乏技術研發能力，缺少自主創新產品。微特電機今后將向新型化、智能化、微型化和一體化等方向發展。

微特電機；發展歷程；發展趨勢

1 微特電機的發展現狀

全球經濟信息化帶動了現代化和工業化的快速發展，微型電機作為重要的工業系統執行器或是驅動部件的基礎元件，其需求量日益增加。據不完全統計，每個家庭在西方發達國家平均擁有50～100套微電機，在中國平均擁有量約10～30套左右。至2012年，微型電機在全球的產量已超過1億6 000萬臺，而中國制造的各類微特電機產量約1億1 000萬臺，占全球市場份額的70%，成為了世界微電機行業絕對產銷霸主。

我國雖是微特電機生產大國，但不是生產技術強國，微特電機產品檔次不高，精密高檔的微特電機主要還是依賴進口。同時我國絕大部分名企開發能力不強，沒有設立研究開發部，缺乏自主創新能力，不少產品是仿制產品。而適應市場新要求的高效益的前期產品均由外國公司開發和提供，從而導致產品利潤薄。同時國外微特電機專用設備整體水平遠高于國內，在我國，微特電機生產制造設備自動化程度普遍較低，故障較多，很難保證產品質量和提高效率。

2 微特電機的應用

2.1 信息行業

微電子技術是信息產業與信息技術的核心，由于通訊網絡、計算機及軟件的不斷發展，微電子技術在國內外均得到了高度重視和飛速發展。信息的輸入、處理、存儲和輸出環節，都需要各種微特電機的支持，主要包括：永磁直流電機、步進電機、同步電機、電刷與直流有刷電機、振動電機、直線電機等，涉及手機、信息處理設備計算機、軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器、傳真機、打印機、復印機等。

2.2 家電行業

現代家庭的電氣化程度非常高，特別是近幾年，互聯網、智能家居等的飛速發展，微特型電機等都起著越來越重要的作用。家電用電機種類眾多，數量大。例如，洗衣機、空調、電風扇、冰箱、抽油煙機、吸塵器、吹風機、豆漿機、電動玩具等，都必須以微特電機作為其動力元件。主要品種包括：單相異步電動機（電容式、罩極式），永磁直流電機及單相串勵電動機。2010年上半年，在中國冰箱銷售3 895.0萬臺，空調銷售量5 992.3萬臺，電風扇銷售量為8 553.1萬臺，家電業對微型電機的需求略低于在汽車行業。通過引進、消化、吸收和創新，中國的家電技術水平和產品質量逐步到達國際水平。為了滿足用戶需求，適應信息時代的需要，實現其節能、智能化、舒適、網絡化，甚至提出了網絡家電、家電更換周期是非常快的，對電機的支持提出了低噪音、高效率、低振動、速度控制和智能化的要求。因此，在新一代家電中將需要發展新的電機。例如塑料電機，無刷直流電機，變頻電機等。

2.3 汽車行業

微特電機是汽車上的關鍵部件，經濟型轎車每輛均配備了30多個小型電機，高級車配備至少有60多個小型電機，豪華型轎車擁有近100套小型電機。汽車的微特電機有很多種類，包括電機和發電機、交流電機和直流電機、變頻冷凝風機、座椅電機、空調風機、窗玻璃升降電機、油泵電機、天線驅動電機、自動門電機、反射鏡電機、電子門鎖電機等。同時，隨著能源短缺和環境污染的加劇，世界各大汽車生產企業都十分重視電動汽車的發展。電動汽車以車載電源為動力，使用電機驅動車輪行駛，而電機需要符合道路交通、安全法規各項要求。由于電動汽車對環境的影響遠遠低于傳統汽車，其前景是不容樂觀的，但目前的技術還不成熟。

3 微特電機的發展趨勢

3.1 開發新材料、新結構、新原理電機

微特電機為滿足各種應用的要求，適應新的技術進步，則需要不斷開發各種新材料、新型結構的微特電機。使用新型結構，例如軸盤結構、片材纏繞、拼塊組合結構、新型材料等，新型材料方面如稀土永磁具有低成本、高性能的特性。近年來，采用超聲波工作原理的電機發展最為迅速。它突破了之前電磁電機的概念，無電樞繞組和磁路，不依賴于電磁相互作用來轉換能量，而采用高壓電陶瓷逆壓電效應和超聲振動，將材料的微觀變形由共振放大和摩擦驅動轉變為轉子或轉子的運動。目前，超聲波電機的最小直徑不到1 mm，可實現超聲電機的小型化。日本是超聲波電機發展最快的國家，年產量已超過600 萬臺，近年來，中國的超聲波電機也是迅速發展，實現商業化。

3.2 智能化

現代微特電機不僅是簡單地提供了動力，還提供精準的復雜運動控制，具有自適應、自保護、自學習功能，這些功能的實現，均離不開智能化。今天的微控制器MCU芯片，中檔數字信號處理器DSP，高端的現場可編程門陣列FPGA，已廣泛應用于電機控制。智能控制理論，如神經網絡控制、模糊控制、學習控制和專家系統控制等，已應用于多個領域，并取得了良好的控制效果。這些控制方法的優點是：不需要對對象進行精確的數學建模，而且還具有很強的魯棒性，非常適合于對電機的這種非線性、變參數對象的控制。目前，模糊控制在交流直流調速系統和伺服系統中取得了良好的效果。

3.3 集成化、一體化

隨著微電子機械系統技術的發展，信息產品和電子配套的電子產品已經越來越小。小型化、片狀電機均是永磁直流電機，幾乎所有的無刷電機，與傳統電機的工作原理相同，其結構和制造工藝具有特殊性，定子為扁平扇形繞組、由精密光刻或切片技術制作。轉子是一種旋轉磁極結構，大部分的選用高磁性能的釹鐵硼永磁材料。現代微特電機不僅僅是局限于傳統電機的種類范疇。它涵蓋了電機本體、計算機和功率轉換器、電子控制器、控制技術和傳感器等多個方面，并在電機設計和制造方面，也經常與執行機構整合在一起。這種現代微特電機往往不是執行器的一部分，而是可以實現完整的機電一體化系統的功能。

4 結束語

微特電機是工業自動化智能化、家庭現代化網絡化等各個領域不可缺少的產品，是一種多學科交叉的綜合性科學技術，具有非常廣泛的應用范圍，且隨著經濟發展和技術進步還將進一步拓展。微特電機產業既是傳統產業，部分技術也是朝陽工業，國內微特電機市場發展潛力較大，前景十分誘人。但是我們必須加快解決產業目前存在的主要問題，不斷提高自我國在微特電機領域的各項關鍵技術，提高自主性創新性，努力使我國成為微特電機的技術強國。

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TM38

1009-797X(2016)06-0038-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.011

羅林(1990-)，男，碩士,主要研究方向為單片機及嵌入式系統。

2016-01-27