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微電機(jī)工業(yè)發(fā)展淵源流長，種類繁多，每戶家庭中對電機(jī)平均用量的多寡代表著一個(gè)國家進(jìn)步的情況。微電機(jī)已成為產(chǎn)業(yè)用機(jī)器設(shè)備、電器產(chǎn)品、汽車、摩托車和辦公OA機(jī)器及通信等產(chǎn)品的重要元件，其需求量、成長率相當(dāng)可觀，近兩年來用量更加大幅提升。由于終端產(chǎn)品的發(fā)展日新月異，機(jī)種不斷更新，使得電機(jī)的功能設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)也不停的推陳出新。因此未來中高檔次的電機(jī)，其功能需配合新產(chǎn)品的開發(fā)與廠家實(shí)際需求來衡量，整個(gè)國際市場潛力極大，以下為市場前瞻性分析。
⑴家電用電機(jī)。微特電機(jī)及控制技術(shù)是現(xiàn)代家電的核心技術(shù)，家電用電機(jī)種類眾多，數(shù)量也大，雖屬較成熟市場，但新機(jī)種強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的多功能、省能源、低噪聲、振動(dòng)小，正符合家電產(chǎn)品今后設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測高質(zhì)量化的效果，未來市場將會(huì)大幅成長。
⑵通信、電腦周邊產(chǎn)品。此類產(chǎn)品所用高精密小型電機(jī)需求品種愈來愈多，數(shù)量增幅甚為驚人，其配合電子控制，附加價(jià)值高，未來發(fā)展?jié)摿艽蟆?
⑶汽車用微電機(jī)。汽車銷售量節(jié)節(jié)上升，所應(yīng)用電裝品日益增多。自動(dòng)定量電子噴油系統(tǒng)取代傳統(tǒng)化油器，ABS剎車皆改由電機(jī)代替，一部汽車由傳統(tǒng)的十幾個(gè)電機(jī)增加到三四十個(gè)，甚至用到八十多個(gè)電機(jī)。摩托車的起動(dòng)電機(jī)取代了腳踩方式，手提充電式電動(dòng)工具的多樣化，未來環(huán)保所需的電動(dòng)汽車，都讓人對高性能直流電機(jī)垂涎三尺，寄予厚望。
⑷電動(dòng)工具用微電機(jī)。工業(yè)用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成家庭用手提工具，朝陽昌華電控使高級(jí)電動(dòng)工具及家庭電器產(chǎn)品風(fēng)行，對串勵(lì)電機(jī)性能要求愈嚴(yán)苛，發(fā)展也愈可觀。
⑸其他特殊用電機(jī)。如衛(wèi)星接收器轉(zhuǎn)向電機(jī)、割草機(jī)、殘障車用電機(jī)、CNC用伺服電機(jī)的數(shù)量都逐年上升，而電腦及高級(jí)電器用的無刷電機(jī)數(shù)量增幅最大，數(shù)以千萬臺(tái)計(jì)。
⑹工業(yè)用電機(jī)。一向由國際景氣帶動(dòng)上升，新興工業(yè)國家增加，設(shè)備更新、新機(jī)器的增產(chǎn)，使得工業(yè)電機(jī)的未來仍然充滿希望。
2 技術(shù)發(fā)展趨勢
國外微電機(jī)主要技術(shù)發(fā)展趨勢是：產(chǎn)品向高性能、小體積方向發(fā)展；直流微電機(jī)向永磁化和無刷化方向發(fā)展；控制類微電機(jī)向高性能和組合化方向發(fā)展； 生產(chǎn)技術(shù)向集約化、柔軟化、自動(dòng)化方向發(fā)展；測試技術(shù)向高級(jí)化自動(dòng)化發(fā)展。
與此同時(shí)，微電機(jī)行業(yè)面臨著以下變化：
⑴現(xiàn)代工業(yè)用電機(jī)甚至家電電機(jī)已不再由單純的交直流電直接供電，而是由電力電子驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
⑵電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器作為高效率自動(dòng)化生產(chǎn)中的中樞和執(zhí)行機(jī)，其可靠性是產(chǎn)品成功的首要因素。
⑶隨著電子技術(shù)的日新月異，微電機(jī)行業(yè)和驅(qū)動(dòng)器制造業(yè)面臨著一個(gè)相互收購和合并調(diào)整過程。
⑷面臨市場競爭和市場國際化的趨勢，微電機(jī)行業(yè)正出現(xiàn)國際間強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的跨國集團(tuán)公司。
⑸驅(qū)動(dòng)器的引入使現(xiàn)代微電機(jī)的設(shè)計(jì)、材料、生產(chǎn)工藝和制造面臨著新要求和新挑戰(zhàn)。
⑹相對其他工業(yè)特別是電子工業(yè)，微電機(jī)制造業(yè)仍然是自動(dòng)化程度較低的行業(yè)，換言之，勞動(dòng)力占產(chǎn)品成本的比重比較高。
3 產(chǎn)品發(fā)展情況
3.1 控制類微電機(jī)
此類電機(jī)包括自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、測速度發(fā)電機(jī)、感應(yīng)移相器、伺服電動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品，主用于軍事裝備和自動(dòng)控制中。這類微電機(jī)除了強(qiáng)調(diào)小型化、高精度、快速反應(yīng)、高可靠性及對惡劣環(huán)境適應(yīng)性以外，還具有以下特點(diǎn)：
⑴品種多，數(shù)量小。軍事裝備門類多，要求各異，又不斷更新?lián)Q代，決定了這類電機(jī)的這一特點(diǎn)。美國kearfortt公司宣稱， 該公司可供國防部選用的品種規(guī)格達(dá)5000種以上，但年產(chǎn)量僅100萬臺(tái)。INLAND公司工業(yè)生產(chǎn)直流力矩電機(jī)， 產(chǎn)品機(jī)座最小僅2in，最大2m，品種500多種。
⑵標(biāo)準(zhǔn)化、系列化水平高。西方國家為了達(dá)到武器設(shè)備的互換性和三軍使用的統(tǒng)一性，長期以來在軍用微電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化方面，不惜重金開展了多方研究工作，形成了以美軍標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如英國DEF-148、法國170-510、日本NDS5340等標(biāo)準(zhǔn)，均注明與美軍標(biāo)準(zhǔn)同類產(chǎn)品可互換。前蘇聯(lián)和東歐國家則按前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)（TOCT）中有關(guān)軍用等級(jí)生產(chǎn)。美軍標(biāo)準(zhǔn)代表世界先進(jìn)水平。
⑶生產(chǎn)高度壟斷，技術(shù)嚴(yán)格封鎖。軍事裝備中用的微電機(jī)大多屬于精密控制電機(jī)，且在裝備中起著關(guān)鍵作用。另外，要求較多的精密加工設(shè)備和檢測設(shè)備，特別是現(xiàn)代微特電機(jī)技術(shù)集電機(jī)、微電子、精密加工和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一身，一般企業(yè)難以承擔(dān)生產(chǎn)和開發(fā)新品任務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上生產(chǎn)軍用微電機(jī)的廠家僅數(shù)十個(gè)，其中著名的廠家美國占1／3（12個(gè)），英國有4個(gè)，法國、日本、意大利各有2個(gè)，形成高度壟斷局面，并受政府的重視和保護(hù)。美軍在1986～1990年間投資10億美元?？?，用于開發(fā)各類數(shù)字系統(tǒng)用微電機(jī)及控制裝置。北約組織長期以來，將軍用微電機(jī)列入摪屯硵控制物資名單中。
下面介紹國外幾個(gè)主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家軍用控制微電機(jī)的發(fā)展近況。
美國軍用微電機(jī)制造業(yè)具有較長的歷史，其科研和產(chǎn)品水平處于世界領(lǐng)先地位。長期以來，西方國家軍事裝備和電子裝置中應(yīng)用的各類微電機(jī)絕大部分一直由美國幾個(gè)主要公司供給。微電機(jī)美軍標(biāo)準(zhǔn)已成為具有國際標(biāo)準(zhǔn)的地位。英國具有較好的電機(jī)工業(yè)基礎(chǔ)，軍用微特電機(jī)工業(yè)水平亦較高，其產(chǎn)品除供本國軍方選用外，也向北約組織國供應(yīng)。法、日、德等國的軍用微電機(jī)工業(yè)起步較晚，其產(chǎn)品技術(shù)水平低于美國，品種規(guī)格也少。法國和德國均依賴本國技術(shù)特點(diǎn)，開發(fā)部分新產(chǎn)品，形成具有特色的專門技術(shù)產(chǎn)品。如法國的位置傳感產(chǎn)品，西德的無刷電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等，均達(dá)到或接近美國水平。前蘇聯(lián)的微電機(jī)工業(yè)有較長的發(fā)展歷史并形成了獨(dú)立的科研和生產(chǎn)體系，采取封閉集中式生產(chǎn)，由少數(shù)大型軍工骨干企業(yè)承擔(dān)，特別重視產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，但其產(chǎn)品性能水平和新品開發(fā)與美國相比有一定的差距。
這類微電機(jī)今后的技術(shù)發(fā)展應(yīng)繼續(xù)提高和完善傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能，開發(fā)能滿足特殊要求的新品種。如開發(fā)粗、中、精三通道位置傳感器，精度可達(dá)角秒級(jí)，分辨率超過21bit。開發(fā)各類直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)用的低速交流和直流力矩電動(dòng)機(jī)，多極印制繞組盤式電動(dòng)機(jī)，片狀微電機(jī)，以逐步取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。繼續(xù)完善與微電機(jī)配套的電子元器件的功能，開發(fā)專用微處理器芯片及集成電路，研究電機(jī)控制的新原理和新方法。
3.2 微型永磁直流電動(dòng)機(jī)
世界上最早的電機(jī)原型就是永磁電機(jī)，只是當(dāng)時(shí)永磁材料性能不良，而被電磁式電機(jī)占了主流。鋁鎳鈷永磁體的問世使永磁電機(jī)開始發(fā)展，但由于其價(jià)格比較高，所以鋁鎳鈷永磁電動(dòng)機(jī)應(yīng)用面并不廣。自從廉價(jià)鐵氧體的出現(xiàn)才使永磁電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用量大幅度增加，應(yīng)用面從玩具電機(jī)、音像電機(jī)、汽車微電機(jī)到工業(yè)用的小功率驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，500W以下的直流電機(jī)中永磁電動(dòng)機(jī)占92％以上，其中絕大多數(shù)是鐵氧體永磁電動(dòng)機(jī)。鐵氧體使用至今，但由于其磁性較差，不適合高性能電機(jī)的需要，因而20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了稀土釤鈷永磁體，其最大磁能積是鋁鎳鈷的四倍多，是鐵氧體的五倍多。釤鈷永磁體的出現(xiàn)使高性能伺服電動(dòng)機(jī)得到實(shí)現(xiàn)，
但由于釤鈷永磁體價(jià)格過高，限制了其應(yīng)用。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)釹鐵硼永磁材料，
除了工作溫度和磁溫度系數(shù)不及釤鈷永磁體外，其他性能都超過了釤鈷，而且釹鐵硼永磁體遠(yuǎn)比釤鈷價(jià)格低得多。高性能永磁體的出現(xiàn)和性能不斷提高，將會(huì)引起電機(jī)行業(yè)的巨大改變。預(yù)計(jì)各種伺服電動(dòng)機(jī)，不論是直流和交流，還是步進(jìn)電機(jī)最終都將過渡到永磁電機(jī)，甚至于應(yīng)用領(lǐng)域很廣的交流異步電機(jī)也最終要被各類型的永磁電機(jī)所代替。
3.2.1 經(jīng)濟(jì)型永磁直流電動(dòng)機(jī)
微型永磁直流電動(dòng)機(jī)向經(jīng)濟(jì)型和高性能型兩個(gè)方向發(fā)展。所謂經(jīng)濟(jì)型，主要是指音響聲像設(shè)備中使用的微型直流電動(dòng)機(jī)，如各種錄音機(jī)，錄像機(jī)、組合音響、電唱機(jī)、隨身聽、收音機(jī)、激光唱機(jī)、數(shù)字激光視盤機(jī)及汽車音響等。其特點(diǎn)是數(shù)量極大，價(jià)格低廉，一般每只幾元。日本萬寶至公司是世界生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)永磁直流電動(dòng)機(jī)最多的企業(yè)，每年產(chǎn)量數(shù)十億臺(tái)。但由于日元升值，日本本土在基本不生產(chǎn)這種電動(dòng)機(jī)，大部分轉(zhuǎn)移中國大陸和東南亞各國。如萬寶至馬達(dá)公司在大連設(shè)立的萬寶至馬達(dá)大連有限公司和萬寶至馬達(dá)瓦房店有限公司以及萬寶至香港公司在東莞設(shè)立的來料加工工場，其產(chǎn)量已占總公司的絕大部分。日本三洋電機(jī)株式會(huì)社在蛇口設(shè)立的公司，投資1億港元，其中微型直流電動(dòng)機(jī)年產(chǎn)量6000萬臺(tái)。 日本三協(xié)精機(jī)公司在廈門和廣東設(shè)立的獨(dú)資企業(yè)，年產(chǎn)各種微型直流電動(dòng)機(jī)達(dá)到2億臺(tái)。香港德昌電機(jī)有限公司年產(chǎn)各種微電機(jī)10億臺(tái)以上，其中大部分是用于汽車電器中的微型直流電機(jī)。該公司還正在籌建年產(chǎn)量達(dá)4億臺(tái)的音響設(shè)備用小電機(jī)生產(chǎn)加工基地。日本美之美電機(jī)有限公司在珠海設(shè)立的珠海三美電機(jī)有限公司，年產(chǎn)微型直流電動(dòng)機(jī)1億臺(tái)左右。這些電機(jī)基本上都是廉價(jià)的電機(jī)。我國大陸先后從日本引進(jìn)了9條音響聲像電機(jī)生產(chǎn)線，不僅抵御了進(jìn)口電機(jī)的沖擊，而且成為此類電機(jī)生產(chǎn)大國。如阜陽市青峰機(jī)械廠，先后從日本三協(xié)公司和萬寶至公司引進(jìn)電子穩(wěn)速永磁直流電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線及生產(chǎn)技術(shù)，又在深圳合資創(chuàng)辦了深圳發(fā)發(fā)微電機(jī)公司， 在合肥創(chuàng)辦了三維電子有限公司，加上本廠一起月產(chǎn)量達(dá)300萬臺(tái)，另外浙江海山集團(tuán)公司，常州微特電機(jī)總廠等廠家也先后從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。目前國內(nèi)企業(yè)經(jīng)濟(jì)型微型直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量在2億臺(tái)，而獨(dú)資企業(yè)產(chǎn)量估計(jì)在10億臺(tái)左右，所以在中國大陸生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型微型直流電動(dòng)機(jī)占了全世界總量的絕大部分。這種經(jīng)濟(jì)型電機(jī)在技術(shù)上難度不大，但是生產(chǎn)必須有規(guī)模，年產(chǎn)百萬臺(tái)級(jí)別是不行的，必須達(dá)到千萬臺(tái)產(chǎn)量的數(shù)量級(jí)，所以設(shè)備投資巨大。
經(jīng)濟(jì)型直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢是隨著其使用的要求而發(fā)展的，比如對于音響電機(jī)，是隨著整機(jī)對電動(dòng)機(jī)追求更加小型、超薄、高速、高精度和低噪聲而不斷滿足其需要。因此這類電機(jī)的發(fā)展趨勢是：
⑴扁平輕小化。如錄音機(jī) 、電唱機(jī)、隨身聽、錄音機(jī)等設(shè)備、片狀電機(jī)受到青睞。
⑵無刷化。如錄像機(jī)，對磁鼓和主軸電機(jī)提出較高要求，而它是確保質(zhì)量的關(guān)鍵元件，所以現(xiàn)在大多采用無刷直流電機(jī)，以提高工作可靠性、高效率和降低低噪聲。
⑶高轉(zhuǎn)速化。在2000年日本小電機(jī)研討會(huì)暨展覽會(huì)上，三協(xié)、佳能、松下等公司都展出了DVD主軸電機(jī)，CD-ROM電機(jī)，轉(zhuǎn)速都在2000r/min以上，為了克服高速狀態(tài)下的軸承和噪聲問題，采用了動(dòng)壓軸承結(jié)構(gòu)。利用空氣和油的動(dòng)壓軸承與滾珠軸承相比，在體積、速度、噪聲和清潔度方面均有改進(jìn)，且生產(chǎn)成本低，其應(yīng)用領(lǐng)域在逐步擴(kuò)大。
⑷高精度化。如錄音機(jī)電機(jī)的穩(wěn)速誤差要求不大于0.75％，噪聲不大于32dB，抖晃率不大于0.03％。又如鼓電機(jī)是錄像機(jī)磁鼓伺服系統(tǒng)的主要部件，要求鼓電機(jī)的力矩波動(dòng)小，噪聲低，機(jī)械安裝精度高，動(dòng)態(tài)特性好。對DVD主軸電機(jī)要求與盤片配合的電機(jī)端面轉(zhuǎn)盤加工精度和配裝精度很高，轉(zhuǎn)盤端面跳動(dòng)不大于20μm。要求微型永磁電動(dòng)機(jī)高精度化是今后必然趨勢。
3.2.2 高性能稀土永磁直流電機(jī)
稀土永磁材料的研制開發(fā)對微電機(jī)的發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用。在美國、日本和西歐等發(fā)達(dá)國家，稀土永磁材料在電機(jī)中的應(yīng)用已占稀土永磁總銷售額60％以上。稀土永磁材料具有高的剩磁和矯頑力及磁能積，且具有良好的動(dòng)態(tài)回復(fù)特性，尤其適合于高性能的微電機(jī)。
各向同性NdFeB粘結(jié)永磁體具有一些深受生產(chǎn)者和用戶喜愛的優(yōu)點(diǎn)，例如從電
機(jī)生產(chǎn)者的角度看，這種粘結(jié)永磁體的優(yōu)點(diǎn)是：
⑴尺寸、重量、性能上比粘結(jié)鐵氧體好幾倍；
⑵制作過程中工件不磁化，在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備應(yīng)用中有較少的污染；
⑶各向同性磁化可去掉轉(zhuǎn)子鐵心，降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和制作成本；
⑷在多極電機(jī)設(shè)計(jì)中的高抗退磁能力；
⑸在動(dòng)態(tài)負(fù)載下穩(wěn)定的電機(jī)性能；
⑹在Hcj的溫度系數(shù)比各向異性NdFeB粘結(jié)永磁體低。
在國外，釹鐵硼電機(jī)的應(yīng)用越來越多。德國西門子公司年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人用永磁電動(dòng)機(jī)10萬臺(tái)以上。 西方各國1995年生產(chǎn)計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備用音圈電機(jī)320萬臺(tái)，2000年達(dá)到600萬臺(tái)。美國通用汽車公司對汽車用稀土永磁電機(jī)的發(fā)展極為樂觀，該公司年需釹鐵硼電機(jī)達(dá)2億臺(tái)之多。 歐共體決定撥?？钗忻绹茽柕麓髮W(xué)專題研制釹鐵硼電機(jī)。日本是生產(chǎn)釹鐵硼永磁體的大國，一直壟斷永磁電動(dòng)機(jī)市場。
近年國外開發(fā)了一種可實(shí)現(xiàn)小型低速、大轉(zhuǎn)矩化的電動(dòng)機(jī)， 即便HD電機(jī)（High Density Motor ）它采用高性能稀土永磁材料和特殊磁回路的DD電動(dòng)機(jī)（Direct Drive Motor）與小型高性能伺服驅(qū)動(dòng)器組合而成。電機(jī)為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由電動(dòng)機(jī)部分、軸承、轉(zhuǎn)子位置輸出部分構(gòu)成，直接和轉(zhuǎn)子連接。在HD電機(jī)的磁回路
中，外轉(zhuǎn)子鐵心槽中嵌有片狀的高性能稀土永磁，在電機(jī)內(nèi)藏有電磁減速齒輪，達(dá)到低速大轉(zhuǎn)矩的目的。與傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)比較，其鐵心利用率提高了2倍多，輸出轉(zhuǎn)矩高2倍。這種電機(jī)在立式磨床的主軸驅(qū)動(dòng)、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。稀土永磁電機(jī)的發(fā)展方向是微型化和超薄型化。由于釹鐵硼的最大磁能積高，特別是能制成超薄型，從而使過去難以做到的超微薄型結(jié)構(gòu)電機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。如國外用在小型立體聲單放機(jī)，薄型錄像機(jī)中的片狀無刷直流電機(jī)，整個(gè)電機(jī)外型厚度僅4.3mm，轉(zhuǎn)子采用釹鐵硼，磁場方向?yàn)檩S向，控制部分印制在一塊板上，實(shí)現(xiàn)了高度集成化模塊，大大提高了電機(jī)可靠性。
在高溫、高真空等特殊環(huán)境下，釤鈷永磁電機(jī)的應(yīng)用仍占主導(dǎo)地位。釤鈷永磁體由于具有工作溫度高，溫度系數(shù)小以及耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而在宇航設(shè)備、原子能設(shè)備、水下機(jī)器人、NC機(jī)床等特殊環(huán)境下應(yīng)用廣泛。英國Muihead Vaetric公司開發(fā)的潛水艇雷達(dá)無線驅(qū)動(dòng)用永磁電機(jī)，其絕緣等級(jí)為H級(jí)（180℃），電機(jī)由帶有霍爾傳感器的無刷直流電機(jī)，編碼器和溫度傳感器三部分組成，功率達(dá)800W，在轉(zhuǎn)速80r/min的情況下，峰值力矩達(dá)40N.m。美國西蒙茲精密產(chǎn)品公司用小型釤鈷永磁發(fā)電機(jī)作為航空點(diǎn)火系統(tǒng)及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的電源， 以滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)格的振動(dòng)及高溫環(huán)境要求，在F-15戰(zhàn)斗機(jī)和F-100噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上均有應(yīng)用。德國西門子公司研制開發(fā)的用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)就是釤鈷永磁電機(jī)。瑞士Interelectric公司研制的高性能空心杯轉(zhuǎn)子永磁直流電動(dòng)機(jī)有S、A、RE、F四大系列，功率從2.5W至250W，直徑從10～75mm，品種達(dá)數(shù)千種，并配有精密齒輪和編碼器、測速機(jī)等各類組合電機(jī)。摶鸚翹鉸氛吆艛上裝有11只這種高科技直流微電機(jī)。
3.3 無刷直流電動(dòng)機(jī)
無刷直流電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合的機(jī)電一體化新型微電機(jī)。它是一種最有前途的電動(dòng)機(jī)。無刷直流電動(dòng)機(jī)的主要特征是具有與普通有刷直流電流電動(dòng)機(jī)相似的機(jī)械特性以及必須有電子換向電路。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)徹底取消了機(jī)械換向器和電刷，而又具備傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)相同的線性機(jī)械特性，調(diào)速范圍寬，起動(dòng)力矩大，效率高等優(yōu)點(diǎn)，又具有如下特點(diǎn)：
⑴高可靠性、長壽命，工作時(shí)限主要決定于軸承及潤滑，高性能電動(dòng)機(jī)的使用壽命可達(dá)數(shù)萬小時(shí)。
⑵不必經(jīng)常維護(hù)。
⑶無電氣接觸火花，安全、防爆性好，無線電干擾小 。
⑷機(jī)械噪聲低。
⑸可工作于高真空，有腐蝕性氣體介質(zhì)和液體介質(zhì)環(huán)境中，例如宇航設(shè)備。
⑹可工作于高速或超高速。已有100000r/min產(chǎn)品。
⑺采用摾鋟鈹（inside-out）結(jié)構(gòu)，繞組在定子上，易于散熱，轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁，無通電繞組，幾乎無損耗和發(fā)熱。
⑻與電子電路結(jié)合，有更大的使用靈活性。例如：利用小功率邏輯控制信號(hào)可控制電動(dòng)機(jī)的起停，正反轉(zhuǎn)或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，適于數(shù)字控制，易于與微機(jī)接口。正由于此，無刷直流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)和家用及國防等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
在航空航天領(lǐng)域，由于高真空，無刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢是最明顯的。如宇宙飛船中用的各種泵，使用了許多無刷電動(dòng)機(jī)。
3.4 永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)
20世紀(jì)80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：
⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。
⑵定子繞組散熱比較方便。
⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。
⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。
⑸同功率下有較小的體積和重量。
自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱為摪朧只瘮或摶旌鮮綌、撊只瘮?shù)挠来沤涣魉欧到y(tǒng)。
到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床（最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機(jī)器人（最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅(qū)動(dòng)、8051單片機(jī)控制改為正弦波驅(qū)動(dòng)、80C、154CPU和門陣列芯片控制，力矩波動(dòng)由24％降低到7％，并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要。
以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世紀(jì)80年代中
期也推出了S系列（13個(gè)規(guī)格）和L系列（5個(gè)規(guī)格）的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。L系列
有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。
日本其他廠商，例如：三菱電動(dòng)機(jī)（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機(jī)（SM系列）、大隈鐵工所(BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機(jī)（S系列）等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競爭行列。
德國力士樂公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。
德國西門子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列，最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。
德國寶石（BOSCH）公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列（17個(gè)規(guī)格）和稀土永磁的SE系列（8個(gè)規(guī)格）交流伺服電動(dòng)機(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)動(dòng)控制器。
美國著名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個(gè)分部（Motion Control Division），生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)和A600 系列的伺服
驅(qū)動(dòng)器。后合并到AEG，恢復(fù)了Gettys名稱，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。
美國A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。
I.D.（Industrial Drives）是美國著名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的摻鶼盜袛（Goldline）永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類有42個(gè)規(guī)格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW。配套的驅(qū)動(dòng)器有BDS4（模擬型）、BDS5（數(shù)字型、含位置控制）和Smart Drive（數(shù)字型）三個(gè)系列， 最大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。
愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個(gè)分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。
法國Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列（長型）和GC系列（短型）
交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器。
原蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機(jī)座號(hào)，每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個(gè)規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)格，力矩范圍為0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。
近年日本松下公司推出的全數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)格；中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個(gè)系列，功率從0.75～4.5kW，共23種規(guī)格,MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。
韓國三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào)，功率從15W～5kW。
現(xiàn)在常采用摴β時(shí)浠蕯（Powerrate）這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。
按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國I.D 的Goldline系列為最佳，德國Siemens的IFT5系列次之。
3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用?？墒窃谌祟惿鐣?huì)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代的今天，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的功能已不能滿足工廠自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中較有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)。自從步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中取代小型直流電動(dòng)機(jī)以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進(jìn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展。另一方面，微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如電加工機(jī)床、小功率機(jī)械加工機(jī)床、測量儀器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機(jī)械等。
任何一種產(chǎn)品成熟的過程，基本上都是規(guī)格品種逐步統(tǒng)一和簡化的過程?，F(xiàn)在，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展已歸結(jié)為單段式結(jié)構(gòu)的磁阻式、混合式和爪極結(jié)構(gòu)的永磁式三類。爪極電機(jī)價(jià)格便宜，性能指標(biāo)不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動(dòng)機(jī)，由于混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有控制功率小，運(yùn)行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導(dǎo)地位。最典型的產(chǎn)品是二相8極50齒的電動(dòng)機(jī)，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）； 還有五相10極50齒和一些轉(zhuǎn)子100齒的二相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，五相電動(dòng)機(jī)主要用于運(yùn)行性能較高的場合。到目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已極少見。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大的生產(chǎn)國是日本，如日本伺服公司、東方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等，特別是日本東方公司，無論是電動(dòng)機(jī)性能和外觀質(zhì)量，還是生產(chǎn)手段，都堪稱是世界上最好的。現(xiàn)在日本步進(jìn)電動(dòng)機(jī)年產(chǎn)量（含國外獨(dú)資公司）近2億臺(tái)。
德國也是世界上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)大國。德國B.L.公司1994年五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)專利期滿后，推出了新的三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系列，為定子6極轉(zhuǎn)子50齒結(jié)構(gòu)，配套電流型驅(qū)動(dòng)器，每轉(zhuǎn)步數(shù)為200、400、1000、2000、4000、10000和20000，它具有通常的二相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分辨率，還可以在此基礎(chǔ)上再10細(xì)分，分辨率提高10倍，這是一種很好的方案，充分運(yùn)用了電流型驅(qū)動(dòng)技術(shù)的功能，讓三相電動(dòng)機(jī)同時(shí)具有二相和五相電動(dòng)機(jī)的性能。
與此同時(shí)，日本伺服公司也推出了他們的三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。該公司阪正文博士研制了三種不同的永磁式三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，即HB型（混合式）、RM性（定子和混合式相似，轉(zhuǎn)子則同永磁式環(huán)形磁鐵相似）和爪極PM型。將三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較后顯示：
⑴在獲得小步距角方面，三相電動(dòng)機(jī)比二相電動(dòng)機(jī)要好。
⑵三相電動(dòng)機(jī)的兩相勵(lì)磁最大保持力矩為√3T1（T1為單相勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩），而二相電動(dòng)機(jī)為 √2T1，所以三相電動(dòng)機(jī)的合成力矩大。
⑶三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比二相電動(dòng)機(jī)要小。
⑷三相電動(dòng)機(jī)連續(xù)2步用于半步的轉(zhuǎn)矩差比二相電動(dòng)機(jī)的要小。
⑸三相電動(dòng)機(jī)繞組可以星形連接，三個(gè)終端驅(qū)動(dòng)，勵(lì)磁電路晶體管6個(gè)； 而二相電動(dòng)機(jī)是8個(gè)。
⑹連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原因，磁通和電流的三次諧波被消除了，所以三相電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)力矩比二相電動(dòng)機(jī)的要小。
結(jié)論是顯而易見的。另外的結(jié)論是HB型電動(dòng)機(jī)更適合于低速大轉(zhuǎn)矩用途；RM型適用于平穩(wěn)運(yùn)行以及轉(zhuǎn)速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)和高轉(zhuǎn)速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩方面，三相PM型電動(dòng)機(jī)比兩相電動(dòng)機(jī)的性能要好。
因此，當(dāng)前最有發(fā)展前景的當(dāng)屬混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，而混合式電動(dòng)機(jī)又向以下四個(gè)方向發(fā)展：
發(fā)展趨勢之一，是繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動(dòng)機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來越小，在57、42機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用了多年后，現(xiàn)在其機(jī)座號(hào)向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近還研制出外徑僅10mm的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
發(fā)展趨勢之二，是改圓形電動(dòng)機(jī)為方形電動(dòng)機(jī)。由于電動(dòng)機(jī)采用方型結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子有可能設(shè)計(jì)得比圓形大，因而其力矩體積比將大為提高。同樣機(jī)座號(hào)的電動(dòng)機(jī)，方形的力矩比圓形的將提高30％～40％。
發(fā)展趨勢之三，對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器，減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起，這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，因而具有更加優(yōu)越的控制性能。
發(fā)展趨勢之四，向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言，五相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更好一些。
我國的情況有所不同，直到20世紀(jì)80年代，一直是磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是80年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是二種結(jié)構(gòu)類型同時(shí)并存。盡管新的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)完全可能替代磁阻式電動(dòng)機(jī)，但磁阻式電動(dòng)機(jī)的整機(jī)獲得了長期應(yīng)用，對于它的技術(shù)也較為熟悉，特別是典型的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角（0.9°/1.8°）與典型的磁阻式電動(dòng)機(jī)的步距角（0.75°/1.5°）不一樣，用戶改變這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不是很容易的，這就使得兩種機(jī)型并存的局面難以在較短時(shí)間內(nèi)改變。這種現(xiàn)狀對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展是不利的。
3.6新原理微電機(jī)
3.6.1超聲波電動(dòng)機(jī)
超聲波電動(dòng)機(jī)（簡稱USM）是國外日益受到重視的一種新型直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。同傳統(tǒng)的電磁式電機(jī)不同，USM沒有磁極和繞組，不依靠電磁相互作用傳遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或者滑塊的宏觀運(yùn)動(dòng)，又稱壓電電動(dòng)機(jī)。USM具有功率密度大、無電磁干擾、低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)塊、無噪音和無輸入自鎖等卓越特性，在非連續(xù)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域和精密控制領(lǐng)域要比傳統(tǒng)的電磁電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)越得多。USM在工業(yè)控制、汽車專用電器、超高精度測量儀器、辦公設(shè)備、智能機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來倍受科技界和工業(yè)界的重視。
自從1987年日本佳能公司將其開發(fā)的USM正式應(yīng)用于EOS相機(jī)自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)以來，使USM的研究開發(fā)達(dá)到高潮，德、法、英、美、中、韓等國紛紛投入到USM的研究行列中。
日本在USM技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位，掌握大多數(shù)技術(shù)發(fā)明專利?，F(xiàn)在日本幾乎所有的知名大學(xué)和大公司都在進(jìn)行USM的研究。最近10年，日本的USM已進(jìn)入實(shí)用化應(yīng)用階段，相對成熟的環(huán)形、棒形行波型USM已批量生產(chǎn)。美國USM也在軍事和航空航天領(lǐng)域取得良好的應(yīng)用：
3.6.2超微電機(jī)
超微電機(jī)是基于微電子機(jī)械系統(tǒng)（Micro-Electro Mechanical System，MEMS）而發(fā)展起來的一種新型高技術(shù)產(chǎn)品，其特點(diǎn)是基于半導(dǎo)體材料硅的微機(jī)械加工技術(shù)，用來制造尺寸從毫米到微米級(jí)范圍的具有能量轉(zhuǎn)換功能的器件。它是傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)的一次革命性的飛躍。用這種技術(shù)制造的器件或裝置很多，其中超微電機(jī)是其中之一。美國1998年用靜電原理工作的超微電機(jī)研制成功，轉(zhuǎn)子外徑100μm，厚度2μm，但是驅(qū)動(dòng)力矩小，而驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)100V，限制了它的應(yīng)用。1996年，德國推出直徑為2mm，高4mm的超微電機(jī)。日本東芝公司研制的產(chǎn)品重量為40mg，轉(zhuǎn)速60～100r／min，電壓1.7V，直徑為0.8mm世界上最小的電磁型超微電機(jī)。隨后美國也研制出了直徑為1～2mm的超微電機(jī)。上海交通大學(xué)1995年研制成直徑為2mm，高0.7mm具有較高效率的電磁型超微電機(jī)。
目前，超微電機(jī)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，應(yīng)用到商品上還需做大量深入的工作。但是可以預(yù)計(jì)，超微電機(jī)及其制造技術(shù)將對本世紀(jì)帶來很大影響，將成為微電機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的驅(qū)動(dòng)元件。
4 工藝發(fā)展水平
雖然國際微電機(jī)市場呈不斷上升趨勢，但市場競爭仍然是很激烈的。因此各微電機(jī)制造廠都在致力于提高生產(chǎn)效率，設(shè)法降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力。沒有
好的設(shè)計(jì)便不會(huì)有好的最終產(chǎn)品，而沒有好的生產(chǎn)工藝和設(shè)備則不可能實(shí)現(xiàn)好的設(shè)
計(jì)。電機(jī)制造廠要依靠機(jī)械領(lǐng)域中新的技術(shù)制造出體積小、重量輕、性能優(yōu)良和高
效率的產(chǎn)品，還要縮小其占地面積，減少操作人員，加速生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)成本，更好地滿足客戶的需求。加速生產(chǎn)工藝過程的一種方法就是在生產(chǎn)過程中盡量采用自動(dòng)化，消除因故障停車，保證產(chǎn)品的高標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定的質(zhì)量。
微電機(jī)采用自動(dòng)化作業(yè)有兩種情況，一種是生產(chǎn)流水線作業(yè)，采用傳送鏈在一條生產(chǎn)線與幾條生產(chǎn)線上完成一種產(chǎn)品的生產(chǎn)，另一種是采用單機(jī)自動(dòng)化。生產(chǎn)流水線作業(yè)適合于單一品種，批量大的產(chǎn)品，而單機(jī)自動(dòng)化適合多品種、小批量生產(chǎn)。采用自動(dòng)化生產(chǎn)的又一好處是工藝過程的每一步都會(huì)被嚴(yán)格控制，元件質(zhì)量按規(guī)定檢測和確認(rèn)，從而按照統(tǒng)一的特性標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出一模一樣的產(chǎn)品。
目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用生產(chǎn)流水線作業(yè)的比較少，而采用單機(jī)自動(dòng)化的相對較多，發(fā)展中國家的情況正好相反。這是因?yàn)榻^大多數(shù)單品種、大批量的產(chǎn)品工業(yè)發(fā)達(dá)國家已很少生產(chǎn)，而轉(zhuǎn)移到東南亞等發(fā)展中國家生產(chǎn)。
美國俄亥俄州的Odawara Automarion公司是一家專門為微電機(jī)生產(chǎn)提供自動(dòng)化設(shè)備的公司。例如，它的OLL系列活動(dòng)梁型車床，對筒式平面換向器表面進(jìn)行精加工，自動(dòng)裝卸。此設(shè)備的CNC系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)， 而停機(jī)時(shí)間最少，同時(shí)靈活可靠，是一種高效耐用的設(shè)備。
該公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子槽絕緣自動(dòng)嵌入設(shè)備，可以平滑高效地嵌入槽絕緣，能自動(dòng)對2極或4極轉(zhuǎn)子鐵心在1.5～2s內(nèi)用不卷邊的槽子墊造型制成槽絕緣。此機(jī)器接受成卷的材料，材料卷成并切成一定長度，開凹口嵌入槽內(nèi)。
多工位高速?zèng)_床是最常用的沖片工序加工高效設(shè)備，目前以德國、日本等發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品最好，可達(dá)到500沖次／min，百萬次刃磨一次刀口。我國臺(tái)灣省也生產(chǎn)此類設(shè)備，價(jià)格便宜，但性能不如日本和德國的設(shè)備。
意大利的Axis公司生產(chǎn)的直流永磁電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線是世界上比較先進(jìn)的、美國Golbe公司也是世界知名的生產(chǎn)微電機(jī)專用設(shè)備廠家。生產(chǎn)動(dòng)平衡機(jī)比較知名的公司有德國申克公司和日本國際計(jì)測器公司。
為提高生產(chǎn)效率，國外越來越多地在微電機(jī)生產(chǎn)中采用機(jī)器人作業(yè)。例如，以生產(chǎn)機(jī)床進(jìn)給用伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電機(jī)而聞名的日本FANUC公司，1997年建成一家新的伺服電機(jī)裝配廠，新廠的特點(diǎn)是使用了新式的機(jī)器人和直線電機(jī)，用于裝配電動(dòng)機(jī)。新廠人數(shù)為46人，但機(jī)器人使用量達(dá)到236臺(tái) ，使伺服電動(dòng)機(jī)月產(chǎn)量從1.5萬臺(tái)提高5萬臺(tái)。定子繞線、浸漆和上漆生產(chǎn)線使用了50臺(tái)機(jī)器人，裝配與檢測生產(chǎn)線使用26臺(tái)機(jī)器人，全部交流主軸電機(jī)系列生產(chǎn)線使用的機(jī)器人超過110臺(tái)，最新水平的集成裝配檢驗(yàn)生產(chǎn)線使用了42臺(tái)機(jī)器人。它可以把從定子繞組到探測器的所有零部件都裝配到伺服電動(dòng)機(jī)上，并對成品檢驗(yàn)，生產(chǎn)周期縮短30％，自動(dòng)化程度達(dá)到90％，可以生產(chǎn)近2000種不同規(guī)格的電機(jī)。
對于微電機(jī)的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)手段，一般認(rèn)識(shí)是國外先進(jìn)于國內(nèi)，但也有一些國外企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備也不一定十分先進(jìn)，而國內(nèi)有許多企業(yè)，由于生產(chǎn)量極大，從國外引進(jìn)了許多先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)線及自動(dòng)化設(shè)備，反而在生產(chǎn)手段上超過國外有些企業(yè)。
國外對于控制微電機(jī)而言，由于是小批量，多品種，且電機(jī)精度要求極高，采用人工操作工藝的也不少。國外一般的概念是，對于超過百萬臺(tái)級(jí)的產(chǎn)品，必須采用全自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)線生產(chǎn)，對小批量生產(chǎn)多采用單機(jī)自動(dòng)化，而對于多品種、小批量，則采用人工聯(lián)機(jī)操作。
5 測試技術(shù)現(xiàn)狀
檢驗(yàn)是微電機(jī)生產(chǎn)過程中一項(xiàng)最重要的步驟。為了保證質(zhì)量，國外電機(jī)生產(chǎn)廠總是要求零配件供應(yīng)者對零配件做全面的檢驗(yàn)，這樣可以免去電機(jī)生產(chǎn)廠對零配件的評(píng)價(jià)，省錢又省力，而反過來零配件供應(yīng)廠也要求電機(jī)生產(chǎn)廠對其產(chǎn)品做出合適的評(píng)價(jià)，以便提供最合適的產(chǎn)品給電機(jī)裝配廠。
而最重要的是對產(chǎn)品的最終測試。對此，國外微電機(jī)行業(yè)現(xiàn)在基本上都采用計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)測試系統(tǒng)。最著名的生產(chǎn)企業(yè)有美國的Magtrol公司，日本管源、橫河和國際計(jì)測器公司。Magtrol公司的HD系列磁滯測功機(jī)從18.N.m到最大為56N.m，共18個(gè)規(guī)格，其中56N.m測功機(jī)由4個(gè)14N.m制動(dòng)器串聯(lián)而成，價(jià)格要2～3萬美元一臺(tái)。最近Magtrol公司開發(fā)出最新的采用DSP的測功機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)加載速度不到10s，高速采樣，采樣過程自動(dòng)計(jì)算慣量。因?yàn)镈SP是高速采樣，并及時(shí)進(jìn)行慣性量補(bǔ)償，達(dá)到電機(jī)的高精度，高速自動(dòng)測試。在操作界面上由DOS界面，發(fā)展到Windows界面，有集中n=f（U、工、W、M、P、cosφ、η）的特性曲線，也有同時(shí)顯示n=f（U）、n=f（I）...n=f（η）等六個(gè)特性曲線的Windows界面。
另外，國外也有全虛擬儀器的電機(jī)測試系統(tǒng)，設(shè)有顯示儀，控制器和功率儀，用軟件代替大部分硬件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全虛擬化測試。
現(xiàn)在，對于大多數(shù)產(chǎn)品，國外已采用100％試驗(yàn)， 在制造末了采用隨機(jī)抽樣試驗(yàn)已不允許。試驗(yàn)的范圍也不斷擴(kuò)大，除了性能試驗(yàn)外，還要進(jìn)行其他試驗(yàn)，如安全試驗(yàn)、噪音試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)等。因?yàn)橹T如機(jī)械損傷、齒輪缺陷、軸承振動(dòng)和磨損等，在電氣性能試驗(yàn)中不能被檢測出來，但它要產(chǎn)生噪聲。這里介紹一種由德國申克公司研制的利用參數(shù)認(rèn)定法進(jìn)行電機(jī)測試的新設(shè)備。
該參數(shù)認(rèn)定法的基本思想是通過建立數(shù)學(xué)模型，僅測量近似空載下（或電機(jī)軸上一慣性飛輪）的電流和電壓，從而獲得電機(jī)性能指標(biāo)；又通過磁頭和試驗(yàn)裝置聯(lián)接，測量振動(dòng)聲，用圖形識(shí)別法判斷電機(jī)噪聲。其基本原理是被測樣機(jī)，包括法蘭盤、電扇和齒輪，原則上由一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字模型來描繪，模型系數(shù)直接反應(yīng)了樣機(jī)的物理參數(shù)，如繞線電阻和摩擦力矩，其他物理參數(shù)由數(shù)字模型間接確定。
該裝置是通過一個(gè)磁頭和被測試電機(jī)聯(lián)接，利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)用加速度傳感器來測試電機(jī)噪聲。方法是噪聲數(shù)據(jù)由一個(gè)信號(hào)控制，可以用曲線表示。試驗(yàn)期間，將實(shí)測曲線與不同誤差等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)曲線（標(biāo)準(zhǔn)曲線是噪聲質(zhì)量好的電機(jī)噪聲曲線）相比較，得出噪聲類別，如無誤差、軸承噪聲、轉(zhuǎn)子摩擦噪聲、不平衡產(chǎn)生的噪聲等。
該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，檢測時(shí)間短，是一種全新的微電機(jī)檢測設(shè)備。
6 工業(yè)發(fā)達(dá)國家向國外轉(zhuǎn)移微電機(jī)生產(chǎn)的方式
國外專家一般認(rèn)為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)全球化有三個(gè)階段：第一個(gè)階段，以產(chǎn)品直接出口為主要貿(mào)易手段；第二階段，是在目標(biāo)市場投資建廠，實(shí)現(xiàn)本土化生產(chǎn)；第三個(gè)階段，是更廣泛地利用全球生產(chǎn)制造資源，實(shí)行業(yè)務(wù)外包。這三個(gè)階段或三種方式不一定是循環(huán)漸進(jìn)的，而是由利益所決定，也可以是同時(shí)并存的。
對于微電機(jī)生產(chǎn)而言，尤其是對那些量大面廣、勞動(dòng)密集型，而且價(jià)格低廉的產(chǎn)品，國外廠家一般采取以下方式來爭奪市場或爭得利益。
6.1 產(chǎn)品直接出口的方式
這種方式通常受到關(guān)稅、許可證以及技術(shù)壁壘的制約， 同時(shí)也要求市場需求能力，價(jià)格和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的優(yōu)勢。這是較長一段時(shí)間工業(yè)發(fā)達(dá)國家微電機(jī)進(jìn)入發(fā)展中國家的主要方式。對于中國而言，隨著微電機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和消化吸收，在已建立了比較完善的生產(chǎn)技術(shù)體系的今天，這種直接出口的方式會(huì)越來越少；但對一些工業(yè)不發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，仍不失為一種手段。而對一些技術(shù)含量較高的品種，如伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器產(chǎn)品，高性能的汽車用微電機(jī)新產(chǎn)品，由技術(shù)先進(jìn)的國家向不先進(jìn)國家直接出口微電機(jī)依然會(huì)長期存在。
6.2 在國外投資建廠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品本土化生產(chǎn)
這種方式的目的是繞過貿(mào)易壁壘，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力，尤其是90年代以后，許多國外公司多采取這種方式，尤其是日本，在東南亞各國，這種方式很多，并取得了很好的效果。我國廣東、福建等沿海地區(qū)，這種獨(dú)資的微電機(jī)企業(yè)十分多，即為一例。還有一種情況就是直接在國外投資建廠生產(chǎn)微電機(jī)零配件和材料，這種情況也會(huì)越來越多。
6.3 以合資合作生產(chǎn)的方式取得利潤
這種方式前幾年已經(jīng)很多，并取得一定效果，今后若干年，這種方式仍會(huì)繼續(xù)下去，但估計(jì)增長速度會(huì)很慢，原因是合資雙方經(jīng)常會(huì)發(fā)生摩擦，所以，近年獨(dú)資企業(yè)較合資企業(yè)增加為多
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