微特电机新产品技术

随着科学技术的不断进步和实际应用中新要求的不断提出,出现了多种不同于传统电磁型电机的微特电机。它们采用新颖的设计理念、方法、结构和原理。

1永磁无刷电机

无刷电动机是微特电机的发展方向,已在信息、家电、音视、交通工具等领域得到应用。随着永磁材料和电力电子技术的快速发展,性能不断提高,价格不断降低,无刷电动机必将得到进一步的发展,需求量将越来越大,同一般异步电动机相比较,新型无刷电机耗电下降30%～35%,达到了高效、节能、小型、轻量的要求。

无刷电机虽然成本价格高于异步电动机,但由于耗电小、效率高,运行成本降低,从节能的观点来看,普及无刷电机必然是大势所趋。世界各大公司已在无刷电机领域展开了激烈的竞争。因此,随着元器件、材料性能的提高,无刷电机的性能也会大幅度提高,技术开发的速度竞争将更突出。

2超声波电动机

超声电机(ultrasonicmotor, 缩写USM)是利用压电材料的逆压电效应,使弹性体(定子)在超声频段产生微观机械振动(振动频率在20kHz以上) ,通过定子和转子(或动子)之间的摩擦作用,将定子的微观振动转换成转子(或动子)的宏观的单方向转动(或直线运动) 。它打破了由电磁效应获得转速和转矩的传统电机的概念,是微特电机技术发展中还有一项引人瞩目的新技术。

与传统电动机相比,超声波电动机有一系列的优点: (1)结构简单,它由两个基本部件构成:振动部件和运动部件; (2)单位体积转矩大,是相同体积的传统电动机的10倍; (3)低速性能好,可以将转速调节到零,能在低速的情况下直接输出大的转矩; (4)制动转矩大,不需要附加制动器; (5)机械时间常数小,快速性能好; (6)没有磁场和电场,无电磁干扰和电磁噪声等。

目前,超声波电机在国外一些国家如日本的很多公司已取得商业实用化。佳能、松下、日立等公司的超声波电动机新产品已用于高级照相机、摄像机、光学仪器上。超声波电动机技术的发展方向是进一步提高效率。

超声波电机采用了全新的原理和结构,不需要磁铁和线圈,而是利用压电材料的逆压电效应和超声振动直接获得运动和力(矩)的。它打破了迄今为止由电磁效应获得转速和转矩的电机的概念,是处于当前世界科学前沿的高新技术。由于超声,电机具有电磁电机所不具备的许多特点,尽管它的发明与发展仅有20年的历史,但在宇航、机器人、汽车、精密定位、医疗器械、微型机械等领域已得到成功的应用。

3高速动压轴承电动机

随着信息产品向高效高密度和微轻薄方向发展,为其配套的精密永磁无刷电动机转速高达8000～50000r/ min。高速电机的轴承也将用动压轴承取代传统的滑动轴承以克服因高速而带来的诸多技术问题。动压轴承与滚珠、滑动轴承相比较,有许多优点;可以抑制不规则的轴的摆动,耐冲击性提高,寿命长,噪声小等。

动压轴承电动机有流体和空气两种型式,一般转速较低用流体动压轴承,高速用空气动压轴承。虽然动压轴承电动机目前还存在一些有待进一步解决的技术问题,但是,高速动压轴承电动机是发展方向已得到普遍的确认。

4直线电机

随着自动控制技术的高速发展,对各类自动控制系统的定位精度要求越来越高,传统的旋转电机再加上一套变换机构组成直线运动装置已远不能满足精度要求,直接直线驱动是现代伺服驱动技术研究的内容之一,直线电机是其中的关键技术。直线电机应用领域也是广泛的,在需要直线运动的装置上,采用直接驱动的直线电机将优于旋转电机。由于省去了运动变换机构,可以提高控制精度。

5超微电动机

超微电动机技术是利用近20年才发展起来的微电子机械系统技术(MEMS)的一种新型高技术领域,其特点是基于半导体材料硅的微加工技术,用来制造尺寸从毫米到微米范围内具有能量转换及传输功能的器件。MEMS技术的出现,使传统的机械制造技术产生了一次革命性的飞跃。

超微电动机有静电原理超微电动机和电磁型超微电动机,由于电磁型超微电动机比静电型超微电动机力矩大,转换效率高、寿命长,它已在许多领域如内窥镜、微机器人等中得到应用。现在,美国、日本、俄罗斯、德国等投入大量人力、物力、财力开展这项技术的研究和应用,并取得很大进展,有的达到实用。如日本东芝公司研制出重量为40mg,转速60～1000r/ min,电压1.7V,直径仅为0. 8mm的世界上最小的超微电动机,我国如上海交通大学也在研制直径为1mm的超微电动机。可以预期,随着纳米制造技术的发展和应用,超微电动机也将得到很大的发展,而使其拥有更多的应用领域。

6分子电机

随着MEMS的发展,出现了纳米机电系(na2noelectromechanicalsystems,NEMS),特征尺寸可能从几百到几个纳米,其中有些在生物医学领域中有重要潜在用途。美国Cornell 大学的RickyK. Soong等把单个的生物分子电机和纳米尺度的无机系统集成起来,构成了用分子电机驱动的混合纳米机械器件。该生物分子(直径小于8nm,长度为14nm)电机通过在活性系统中水解ATP(腺苷三磷酸) ,能够产生最大为80～100pN·nm的转矩,与当前能生产的纳米机械结构的尺寸和力学常数相兼容。这一新技术有望在血管清理中发挥作用。