微型電機(jī)(micro-motor),是體積、容量較小,輸出功率一般在數(shù)百瓦以下的電機(jī)和用途、性能及環(huán)境條件要求特殊的電機(jī)。全稱(chēng)微型特種電機(jī),簡(jiǎn)稱(chēng)微電機(jī)。常用于控制系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)機(jī)電信號(hào)或能量的檢測(cè)、解算、放大、執(zhí)行或轉(zhuǎn)換等功能,或用于傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載,也可作為設(shè)備的交、直流電源。
種類(lèi)
微特電機(jī)門(mén)類(lèi)繁多,大體可分為直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、自態(tài)角電機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、軸角編碼器、交直流兩用電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、感應(yīng)同步器、直線(xiàn)電機(jī)、壓電電動(dòng)機(jī)、電機(jī)機(jī)組、其他特種電機(jī)等13大類(lèi)。
特點(diǎn)
電機(jī)是由永磁同步電動(dòng)機(jī)和內(nèi)置減速箱組合而成的可逆同步電動(dòng)機(jī),具有力矩大、噪音低、體積小、重量輕、使用方便、運(yùn)行恒速等優(yōu)點(diǎn),還可以搭配各種齒輪箱以達(dá)到改變輸出速度和轉(zhuǎn)矩的目的。
結(jié)構(gòu)分類(lèi)
微特電機(jī)在結(jié)構(gòu)上大體可分為3類(lèi) :
電磁式
基本組成與普通電機(jī)相似,包括定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、電刷等部件,但結(jié)構(gòu)格外緊湊。
組合式
常見(jiàn)的有兩種:上述各種微電機(jī)的組合;微電機(jī)與電子線(xiàn)路的組合。例如直流電動(dòng)機(jī)與傳感器的組合,X方向與Y方向直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的組合等。
非電磁式
外形結(jié)構(gòu)與電磁式一樣,如旋轉(zhuǎn)類(lèi)產(chǎn)品作成圓柱形,直線(xiàn)類(lèi)產(chǎn)品作成方形,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)因其工作原理不同而差別很大。
應(yīng)用范圍
食品機(jī)械、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、智能門(mén)窗、監(jiān)控器云臺(tái)、廣告燈箱、家用電器、冷暖空調(diào)風(fēng)頁(yè)、執(zhí)行器控制等所有小功率恒轉(zhuǎn)速大力矩設(shè)備。
應(yīng)用領(lǐng)域
微特電機(jī)主要應(yīng)用于3個(gè)領(lǐng)域:①無(wú)特殊控制要求的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合作為運(yùn)動(dòng)機(jī)械負(fù)載的動(dòng)力源。②音像設(shè)備。例如,在盒式錄像機(jī)中,微特電機(jī)既是磁鼓組件的關(guān)鍵元件,又是其主導(dǎo)軸驅(qū)動(dòng)、收供帶和磁帶盒的自動(dòng)裝載以及磁帶張力控制的重要元件。③辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備和工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、復(fù)印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等都應(yīng)用了微型電機(jī)。
各類(lèi)微特電機(jī)的性能差別很大,其性能參數(shù)難以統(tǒng)一闡明。一般說(shuō)來(lái),用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械的側(cè)重于運(yùn)行及起動(dòng)時(shí)的力能指標(biāo);作電源用的要考慮輸出功率、波形和穩(wěn)定性;控制用微電機(jī)則偏重于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的特性參數(shù)。前兩類(lèi)電機(jī)的特性參數(shù)與普通電機(jī)相似。
唯控制用微電機(jī)有其獨(dú)特的特性參數(shù)。
微型電機(jī)型號(hào)的意義:
個(gè)字母代表外觀(guān):R代表圓形,F(xiàn)代表扁平,S代表矩形;
第二個(gè)字母代表電刷種類(lèi):E、A、U:金屬刷;F、D:金屬板叉狀電刷;C、K、H 、S 、T:碳刷;
第三個(gè)數(shù)字代表轉(zhuǎn)子直徑;
第四個(gè)數(shù)字代表磁鐵或機(jī)殼長(zhǎng)度;
第五個(gè)數(shù)字代表轉(zhuǎn)子槽數(shù):0代表3槽,5代表5槽,3代表12槽。
工作特性
常用輸出量與輸入量,或一個(gè)輸出量與另一個(gè)輸出量之間的關(guān)系來(lái)表示。從控制要求來(lái)說(shuō),靜態(tài)特性曲線(xiàn)應(yīng)連續(xù)、光滑,沒(méi)有突變;動(dòng)態(tài)特性常用頻率曲線(xiàn)或響應(yīng)曲線(xiàn)來(lái)表示。頻率曲線(xiàn)應(yīng)平穩(wěn),無(wú)突跳振蕩點(diǎn);響應(yīng)曲線(xiàn)應(yīng)快速收斂。
靈敏度
對(duì)應(yīng)于單位輸入信號(hào)的輸出量的大小。一般常用比力矩、比電動(dòng)勢(shì)、放大系數(shù)等表示。
精度
一定輸入條件下,輸出信號(hào)的實(shí)際值與理論值的差值代表微電機(jī)的精度,常用誤差大小表示。
阻抗或電阻
在系統(tǒng)中,微電機(jī)的輸入、輸出阻抗應(yīng)分別與相應(yīng)電路匹配,保證系統(tǒng)的運(yùn)行性能及精度。
可靠性
不僅是控制用微電機(jī)的特殊要求,驅(qū)動(dòng)微電機(jī)和電源微電機(jī)也有此要求。常用使用壽命、失效率、可靠度和平均無(wú)故障時(shí)間等參數(shù)表征微電機(jī)的運(yùn)行可靠性。
行業(yè)特點(diǎn)
微型電機(jī)指直徑小于160mm或額定功率小于750mW或具有特殊性能、特殊用途的電機(jī)。微型電機(jī)綜合了電機(jī)、微電子、
電力電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密機(jī)械、新材料等多門(mén)學(xué)科的高新技術(shù)行業(yè),尤其是電子技術(shù)和新材料技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了微型電機(jī)技術(shù)進(jìn)步。
微型電機(jī)品種眾多(達(dá)5000余種)、規(guī)格繁雜、市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防裝備、人類(lèi)生活的各個(gè)方面,凡是需要電驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合都可以見(jiàn)到微特電機(jī)。
微型電機(jī)制造工序多,涉及精密機(jī)械、精細(xì)化工、微細(xì)加工、磁材料處理、繞組制造、絕緣處理等工藝技術(shù),需要的工藝裝備數(shù)量大、精度高,為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量還需一系列精密的測(cè)試儀器,是投資性較強(qiáng)的行業(yè)。
簡(jiǎn)而言之,微型電機(jī)行業(yè)是勞動(dòng)密集型和技術(shù)密集型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。[1]
行業(yè)回顧
我國(guó)微型電機(jī)行業(yè)創(chuàng)建于20世紀(jì)50年代末期,從為滿(mǎn)足國(guó)防武器裝備需要開(kāi)始,經(jīng)歷了仿制、自行設(shè)計(jì)和研究開(kāi)發(fā)的階段,至今已有40余年的發(fā)展歷史,已形成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、規(guī)模化生產(chǎn)和關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵材料、專(zhuān)用制造設(shè)備、測(cè)試儀器配套的完整的工業(yè)體系。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)微特電機(jī)生產(chǎn)及配套廠(chǎng)家在1000家以上,從業(yè)人員超過(guò)10萬(wàn)人,工業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)100億元。微型電機(jī)行業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中不可缺少的一個(gè)基礎(chǔ)產(chǎn)品工業(yè)。
行業(yè)現(xiàn)狀
自20世紀(jì)80年代以來(lái),微型電機(jī)的國(guó)內(nèi)需求在不斷增長(zhǎng)。我國(guó)已引進(jìn)50余條生產(chǎn)線(xiàn),實(shí)現(xiàn)25個(gè)大類(lèi)、60個(gè)系列、400個(gè)品種、2000個(gè)規(guī)格微型電機(jī)大批量、規(guī)模化生產(chǎn)。主要產(chǎn)品是有刷永磁直流電動(dòng)機(jī)、小功率交流電動(dòng)機(jī)、交直流串激電動(dòng)機(jī)、罩極電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、振動(dòng)電機(jī)(手機(jī)用)等。
1999年我國(guó)微特電機(jī)產(chǎn)量約30億臺(tái),其中民營(yíng)和國(guó)企的產(chǎn)量約2.5億臺(tái),獨(dú)資企業(yè)的產(chǎn)量約12億臺(tái),香港地區(qū)的產(chǎn)量約14億臺(tái)(德昌公司12億臺(tái)),臺(tái)灣地區(qū)的產(chǎn)量約1.8億臺(tái)。2000年生產(chǎn)量約39億臺(tái),占全球總產(chǎn)量的60%。
技術(shù)含量高的微型電機(jī),如精密無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、高速同步電動(dòng)機(jī)、高精度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、片狀繞組無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、高性能伺服電動(dòng)機(jī)以及新原理新結(jié)構(gòu)超聲波電動(dòng)機(jī)國(guó)內(nèi)尚未形成商品化或批量生產(chǎn)能力。所以國(guó)內(nèi)對(duì)高精密微特電機(jī)還依賴(lài)進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì),1995~2000年年均用匯增長(zhǎng)26.9%,2001年雖然增加4.81%,還達(dá)11.97億美元。
市場(chǎng)現(xiàn)狀
世界經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展,人們生活水平在不斷提高,微型電機(jī)作為不可缺少的基礎(chǔ)機(jī)電產(chǎn)品,它既有低、中檔、低投資的勞動(dòng)密集型產(chǎn)品,又有采用先進(jìn)制造技術(shù)、新興電子技術(shù)和新材料技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的高投資技術(shù)密集型產(chǎn)品,并已融入生產(chǎn)和銷(xiāo)售的全球化。
2000年,全球微型電機(jī)市場(chǎng)在65億臺(tái)以上,主要分布在視聽(tīng)、辦公自動(dòng)化、電動(dòng)車(chē)(含汽車(chē))、家電和空調(diào)等領(lǐng)域。表1列出了2000年世界微型電機(jī)市場(chǎng)分布的狀況及日本的占有率(在這里應(yīng)該指出的是日本占有市場(chǎng)份額的相當(dāng)大部分的中、低檔微型電機(jī)已轉(zhuǎn)移到我國(guó)內(nèi)地生產(chǎn))。伴隨人們生活水平的提高,微型電機(jī)市場(chǎng)在迅速發(fā)展。通常每個(gè)家庭擁有微型電機(jī)的數(shù)量可以衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的程度,從表2可以知道發(fā)達(dá)國(guó)家日本每個(gè)家庭擁有微型電機(jī)數(shù)量逐年增長(zhǎng)的歷史狀況和今后增長(zhǎng)的趨勢(shì),其市場(chǎng)需求發(fā)展迅速、蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)。
日本在AV、OA用微型電機(jī)輕、薄、小型化家電、空調(diào)用微型電機(jī)高效率化、靜音化、工業(yè)伺服用微型電機(jī)高性能化諸方面進(jìn)行了大量研發(fā)工作,在世界上處于地位,其產(chǎn)品技術(shù)含量大,占據(jù)了世界微型電機(jī)的絕大部分市場(chǎng)。
行業(yè)未來(lái)
中國(guó)自1995年至2000年微型電機(jī)出口年均創(chuàng)匯增長(zhǎng)18.6%,2001年比2000年減少6.02%。受美國(guó)“9.11”事件的影響,美國(guó)、日本經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)重挫折全球經(jīng)濟(jì)不景氣,是2001年出口減少的主要因素。表3列出了海關(guān)統(tǒng)計(jì)的1995~2001年微型電機(jī)出口的情況。2000年世界微型電機(jī)市場(chǎng)約65億臺(tái),中國(guó)出口 27.26億臺(tái),占國(guó)際市場(chǎng)約42%的份額,其中玩具電機(jī)32151.1萬(wàn)臺(tái),<37.5W的微型電機(jī)238239.6萬(wàn)臺(tái),>37.5W的交直兩用電機(jī)1970.6萬(wàn)臺(tái),<750W的直流電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)237.7萬(wàn)臺(tái)。
加入WTO后,中國(guó)微型電機(jī)行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的全球經(jīng)濟(jì)大環(huán)境中,只有全力拼博、激烈競(jìng)爭(zhēng),才能奪取國(guó)際市場(chǎng)更大份額。
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