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国外微电机的发展
时间:2019-03-24 15:10:16 来源:忻州门户网 作者:匿名



西安微电子研究所

1发展趋势

微电机行业的发展历史悠久,种类繁多。每个家庭使用的平均电机数量代表一个国家的进步。

微电机已成为工业机械和设备,电气产品,汽车,摩托车和办公OA机器和通信产品的重要组成部分。他们的需求和增长率相当可观,并且在过去两年中使用量大幅增加。

由于终端产品的快速发展和模型的不断更新,电机的功能设计,开发和生产不断更新。

因此,在未来,高端电机的功能应该通过新产品的开发和制造商的实际需求来衡量。整个国际市场的潜力巨大。以下是对市场的前瞻性分析。

(1)家用电动机。

微电机和控制技术是现代家用电器的核心技术。家用电器的电动机种类很多,数量很多。虽然它是一个成熟的市场,但新型号强调产品的多功能性,节能性,低噪音和低振动性。未来,家用电器的质量将得到设计,生产和测试,未来市场将大幅增长。

(2)通信和计算机外围产品。

对这种产品的高精度和小型电动机的需求正在增加,并且它们的数量正在增加。电子控制,高附加值和未来发展的巨大潜力的结合。

(3)汽车用微电机。

汽车销售正在增加,应用电器的数量正在增加。

自动定量电子燃油喷射系统取代了传统的化油器,ABS制动器被电机取代。一辆汽车已从传统的数十台电机增加到三十或四十台,甚至八十多台电机。

摩托车的起动马达取代了脚踏板,各种便携式可充电电动工具,以及未来环保所需的电动车都让人们对高性能直流电机垂涎欲绝。

(4)电动工具用微电机。

工业产品转换为家用便携式工具使先进的电动工具和家用电器产品受到欢迎。串励电机的性能要求越严格,开发就越令人印象深刻。

(5)其他特种电机。

例如,卫星接收器转向电机,割草机,残疾人汽车电机和CNC控制器伺服电机的数量逐年增加,而计算机和高级电器的无刷电机数量增加最多,数千万单位。(6)工业电动机。

它一直受到国际繁荣的推动,新兴工业国家的数量有所增加,设备已经更新,新机器产量增加,使得未来的工业电机仍然充满希望。

2技术趋势

国外微电机的主要技术发展趋势是:高性能,小批量产品的开发;直流微电机在永磁和无刷方向上的发展;微电机在高性能和组合方向上的发展;生产技术的集约化,软化,自动化的发展;测试技术到先进的自动化。

与此同时,微电机行业面临以下变化:

(1)现代工业电机甚至家用电机不再直接由纯交流和直流电源供电,而是由电力电子驱动器供电。

(2)电机和驱动器是高效自动化生产的支柱和执行器,其可靠性是产品成功的首要因素。

(3)随着电子技术的飞速发展,微电机行业和驱动器制造业面临着相互收购兼并调整的过程。

(4)面对市场竞争和市场国际化的趋势,微电机行业正在成为具有强大国际联盟的跨国集团公司。

(5)驱动器的引入给现代微电机的设计,材料,生产工艺和制造带来了新的要求和新的挑战。

(6)与其他行业特别是电子行业相比,微电机制造业仍然是一个低自动化行业。换句话说,劳动力占产品成本的比例相对较高。

3产品开发

3.1控制类微电机

这种电动机包括自动调心机,旋转变压器,速度测量发电机,感应移相器,伺服电动机等,主要用于军事装备和自动控制。

这些微电机除了强调小型化,高精度,快速响应,高可靠性和适应恶劣环境外,还具有以下特点:

(1)品种多,数量少。

有许多类型的军事装备,不同的要求,并不断更新,这决定了这种类型的电机的这一特点。

美国知道该公司声称该公司可以被国防部用于5000多个品种,但年产量仅为100万台。

INLAND的直流力矩电机的工业生产,产品基础仅至少2in,最大2m,500多个品种。(2)高标准化和序列化水平。

为了实现武器装备的互换性和三军使用的统一,西方国家长期从事军用微电机标准化和系列化的多方研究工作,形成统一的标准关于美国的军事标准。

如英国DEF-148,法国170-510,日本NDS5340等标准,表明可与美国军用标准的类似产品互换。

前苏联和东欧国家是在前苏联国家标准(TOCT)的军事层面生产的。

美国的军事标准代表了世界先进水平。

(3)生产高度垄断,技术严格受阻。

军用设备中使用的微电机大多是精密控制电机,在设备中起着关键作用。

此外,还需要更精密的加工设备和检测设备,特别是现代微电机技术集成了电机,微电子,精密加工和计算机技术。一般企业很难承担生产和开发新产品的任务。

据统计,世界上只有几十家军用微型电机制造商。其中,着名制造商占美国的1/3(12),英国的4个,法国,日本和意大利的2个,形成了高度垄断的局面。并受到政府的重视和保护。

1986年至1990年,美国军方投入10亿美元资金,用于开发各种类型的微电机和数字系统控制设备。

长期以来,北约已将军用微型电动机列入控制材料清单。

以下是几个主要工业化国家军用微电机发展的简要介绍。

美国军用微电机制造业历史悠久,科研和产品水平处于世界领先地位。

长期以来,西方国家军用设备和电子设备中使用的各种微型电动机大多数都是由几家美国大公司提供的。

微电机美国军用标准已成为国际标准。

英国在汽车工业中有着良好的基础,其军用微电机行业也处于较高水平。除军事选择外,其产品还供应给北约国家。

法国,日本,德国等国家的军用微电机行业起步较晚,产品技术水平低于美国,其规格很少。

法国和德国都依靠自己的技术特点来开发一些新产品并形成专门的技术产品。例如,法国位置传感产品,西德无刷电机和步进电机均处于或接近美国水平。

前苏联的微电机产业发展历史悠久,已形成独立的研究和生产体系。它采用封闭式集中生产,由少数大型军事骨干企业承担,特别注重产品质量和可靠性,但其产品性能水平与新产品开发与美国之间存在一定差距。

未来这种微电机的技术发展应该不断改进和提高传统产品的性能,开发出满足特殊要求的新品种。

例如,粗,中和精细三通道位置传感器的开发具有高达角秒的精度和超过21位的分辨率。

开发各种类型的低速交流和直流力矩电机,用于直驱电动伺服,多极印刷绕线盘电机和芯片微电机,逐步取代传统结构产品。

继续完善微电机配套电子元器件的功能,开发专用微处理器芯片和集成电路,研究电机控制的新原理和新方法。

3.2微型永磁直流电动机

世界上最早的电动机原型是永磁电动机,但当时永磁材料的性能较差,电磁电动机占据主流。

AlNiCo永磁体的出现导致了永磁电机的发展,但由于价格相对较高,AlNiCo永磁电机并未得到广泛应用。

自廉价铁氧体出现以来,永磁电机的应用急剧增加,从玩具电机,音频和视频电机,汽车微电机到工业低功率驱动器和伺服驱动器。

据统计,永磁电机占500W以下直流电机的92%以上,其中大部分是铁氧体永磁电机。

到目前为止,铁氧体已被使用,但由于其磁性能较差,因此不适合高性能电机的需求。在20世纪60年代,出现了稀土钐钴永磁体,其最大磁能积是铝镍钴的4倍以上。身体的五倍以上。

钐钴永磁体的出现使高性能伺服电机得以实现。

然而,由于钐钴永磁体的高价格,其应用受到限制。

钕铁硼永磁材料出现在20世纪80年代。

除了工作温度和磁性温度系数不如钐钴永磁体,其他性能超过钐钴,而钕铁硼永磁体远低于钐钴。高性能永磁体的出现和性能将继续提高,这将引起汽车工业的巨大变化。

预计各种伺服电机,无论是DC还是AC,还是步进电机最终都会转变为永磁电机,甚至具有广泛应用的AC异步电机最终也会被各种类型的永磁电机所取代。

3.2.1经济型永磁直流电动机

微型永磁直流电动机正在开发经济型和高性能型。

所谓的经济型主要是指用于音频和视频设备的微型直流电动机,例如各种记录器,录像机,立体声系统,唱机,随身听,收音机,激光播放器,数字激光盘播放器和汽车音响。

它的特点是数量多,价格低,每个通常几元。

日本的万宝之公司是世界上最大的永磁直流电机生产商,每年生产数十亿台。

但是,由于日元的升值,日本大陆基本上不生产这种汽车,而且大部分都转移到中国大陆和东南亚国家。

例如,万宝至大连汽车有限公司在大连成立,万宝汽车大连有限公司和万宝到马达瓦房商店有限公司和万宝到东莞香港公司,加工厂加工,其产量占公司的绝大部分。

日本三洋电机株式会社在蛇口成立了一家公司,投资额为1亿港元,其中微型直流电机为6000万台。

日本的三共精机株式会社是在厦门和广东成立的独资企业,年产2亿只微型直流电机。

香港德昌电机有限公司年产超过10亿台微电机,其中大部分是用于汽车电器的微型直流电机。

该公司还准备建立一个年产4亿台音响设备的小型电机生产和加工基地。

珠海三美电机有限公司成立于日本珠海,年产量约1亿台微型直流电机。

这些电机基本上是便宜的电机。

中国大陆已经从日本引进了9条视听电机生产线,这不仅抵御了进口电机的影响,而且还成为这类电机的主要生产商。

例如,溧阳庆丰机械厂先后从日本三协公司和万宝公司引进电子稳速永磁直流电机生产线和生产技术,并在深圳成立深圳威发微电机有限公司,并成立了3D电子公司。合肥有限公司。该公司与工厂一起,月产量为300万台。此外,浙江海山集团公司,常州微电机总厂等厂家也纷纷引进国外生产线。目前,国内企业经济型微型直流电机的产量为2亿台,而独资企业的产量估计约为10亿台。因此,中国大陆生产的经济型微型直流电机占全球绝大多数。

这种经济型电动机在技术上并不困难,但生产必须具有规模。每年生产100万个单位是不可能的。它必须达到1000万单位的产量,因此设备投资巨大。

经济型直流电动机的发展趋势是根据其使用要求而开发的。例如,对于声学电机,追求更小,超薄,高速,高精度和低噪音的电机,不断满足整机的需求。

因此,这种电机的发展趋势是:

(1)平整度和亮度。

如录音机,唱机,随身听,录音机等设备,芯片电机都受到青睐。

(2)无刷。

例如,录像机对鼓和主轴电机提出了很高的要求,它是确保质量的关键因素。因此,无刷直流电动机主要用于提高工作可靠性,高效率和降低噪音。

(3)速度快。

在2000年日本小型汽车会议和展览会上,Sanxie,Canon和Matsushita等公司展出了速度超过2000转/分的DVD主轴电机和CD-ROM电机,以便在高速时克服轴承。噪音问题基于动态轴承结构。

与球轴承相比,使用空气和油的动态压力轴承在体积,速度,噪音和清洁度方面有所改进,并且它们的生产成本低,并且它们的应用领域正在逐渐扩大。

(4)精度高。

例如,记录器电机的声速误差不大于0.75%,噪声不大于32dB,抖动率不大于0.03%。

另一个例子是电动滚筒,它是记录器鼓伺服系统的主要部件。它要求电动滚筒具有小的转矩波动,低噪音,高机械安装精度和良好的动态特性。

对于DVD主轴电机,带有圆盘的电机端面转盘经过高精度和精确加工。转盘端面跳跃不超过20μm。

要求高精度的微型永磁电动机是未来的必然趋势。

3.2.2高性能稀土永磁直流电动机

稀土永磁材料的研究和开发极大地促进了微电机的发展。在美国,日本和西欧等发达国家,稀土永磁材料在电动机中的应用占稀土永磁体总销售额的60%以上。

稀土永磁材料具有较高的剩磁和矫顽力及磁能积,具有良好的动态回复特性,特别适用于高性能微电机。

各向同性NdFeB粘结的永磁体具有一些优点,这些优点受到生产者和用户的青睐,例如电力

从机器制造商的角度来看,这种粘合永磁体的优点是:

(1)尺寸,重量和性能比粘接铁氧体好几倍;

(2)工件在制造过程中不被磁化,计算机外围设备的应用污染较小;

(3)各向同性磁化可以去除转子铁芯,减少转子的转动惯量和制造成本;

(4)多极电机设计具有较高的抗退磁能力;

(5)动态负载下电机性能稳定;

(6)Hcj的温度系数低于各向异性NdFeB粘结的永磁体的温度系数。

在国外,NdFeB电机的应用正在增加。

德国西门子拥有年产数控机床,以及超过100,000台用于工业机器人的永磁电机。

西方国家1995年为计算机外围设备生产了320万个音圈电机,2000年达到600万个。

通用汽车公司对汽车用稀土永磁电机的发展非常乐观。该公司每年需要2亿多台钕铁硼电机。

欧洲共同体决定拨款资金,用于在田野大学(University of Field University)委托开发钕铁硼电机。

日本是生产钕铁硼永磁体的大国,一直垄断着永磁电机市场。

近年来,已经开发出一种可以实现小型,低速,高扭矩电动机的电动机。甚至高清电机(高密度电机)也使用高性能稀土永磁材料和特殊磁路DD电机(直驱电机)和小型高性能。伺服驱动器组合在一起。

电动机是由电动机部分,轴承和转子位置输出部分组成的外转子结构,并且直接连接到转子。

高清电机中的磁路

在中转子和外转子铁心槽中,高性能稀土永磁体嵌入在片材中,电磁减速齿轮嵌入电机中,以达到低速和大扭矩的目的。

与传统的直驱电机相比,核心利用率提高了一倍以上,输出转矩提高了一倍。这种类型的电动机广泛用于主轴驱动和立式磨床的工业机器人领域。

稀土永磁电动机的发展方向是小型化和超薄化。

由于NdFeB的最大磁能积高,因此可以制成超薄型,从而可以实现过去难以实现的超薄结构电动机。

例如,在国外用于小型立体单播和薄型录像机的芯片型无刷直流电机的厚度仅为4.3毫米。转子由钕 - 铁 - 硼制成,磁场方向为轴向,控制部分印刷在板上。高度集成的模块,可大大提高电机可靠性。

在高温高真空等特殊环境下,SmCo永磁电机的应用仍占主导地位。

钐钴永磁体具有工作温度高,温度系数小,耐腐蚀性强等特点,广泛应用于航空航天设备,原子能设备,水下机器人,数控机床等特殊环境。

由英国Muihead Vaetric开发的用于潜艇雷达无线驱动的永磁电机具有H(180°C)的绝缘等级。电机由带霍尔传感器的无刷直流电机,编码器和温度传感器组成。高达800W,峰值扭矩为40N.m,速度为80r/min。

Simons Precision Products使用小型钐钴永磁发电机作为航空点火系统和发动机控制系统的动力源,以满足F-15和F-100喷气发动机对航空航天发动机的严格振动和高温要求。有应用程序。

西门子公司在德国为数控机床进给系统开发的驱动电机是一种钐钴永磁电机。

瑞士Interelectric公司开发的高性能空心杯转子永磁直流电机有S,A,RE和F四个系列。功率范围从2.5W到250W,直径从10到75mm,品种数千,它配备精密齿轮。以及各种类型的组合电机,如编码器和转速计。

蟑螂上安装了11个这样的高科技直流微电机。

3.3无刷直流电动机

无刷直流电机是一种结合电机技术和电子技术的新型机电微电机。它是最有前途的电机之一。

无刷直流电动机的主要特征是它具有类似于传统有刷直流电动机的机械特性,并且需要电子换向电路。

由于无刷直流电动机完全消除了机械换向器和电刷,并且具有与传统直流电动机相同的线性机械特性,速度范围宽,启动转矩大,效率高,具有以下特点:获得:

(1)可靠性高,寿命长,工作时间主要由轴承和润滑决定,高性能电机的使用寿命可达数万小时。

(2)没有必要经常维护它。

(3)无电触点火花,安全性好,防爆,无线电干扰小。

(4)机械噪音低。

(5)可在高真空,腐蚀性气体介质和液体介质环境中工作,如航空航天设备。

(6)可以高速或超高速工作。

已经有100000r/min的产品。

(7)采用内向外结构,绕组在定子上,易散热。转子由永磁体激励,没有电绕组,几乎没有损耗和热量。

(8)与电子电路相结合,使用灵活性更大。

例如:使用低功耗逻辑控制信号可以控制电机的启动和停止,正反转或调节速度,适合数字控制,便于与微电脑接口。

因此,无刷直流电动机已在工业,住宅和国防工业中得到广泛应用。

在航空航天工业中,由于高真空,无刷直流电动机的优点最为明显。

航天器中使用的许多泵使用许多无刷电机。

3.4永磁交流伺服电机

自20世纪80年代以来,随着集成电路,电力电子技术和交流变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术得到了突出的发展。来自世界各地的着名电气制造商先后推出了自己的交流伺服电机和伺服驱动器系列。该产品不断得到改进和更新。

交流伺服系统已成为现代高性能伺服系统的主要发展方向,使原有的直流伺服系统面临被淘汰的危机。

20世纪90年代以后,在世界各国商业化的交流伺服系统是一个全数字控制的正弦电机伺服驱动器。

交流伺服驱动器在变速器领域的发展日新月异。与直流伺服电机相比,永磁交流伺服电机具有以下主要优点:

(1)无刷和换向器,操作可靠,维护和维护要求低。

(2)定子绕组散热方便。

(3)惯性小,易于提高系统的快速性。

(4)适应高速大扭矩工况。

(5)在相同功率下体积和重量较小。

自德国力士乐的Indramat分部以来,曼纳斯曼于1978年在汉诺威交易会上正式推出MAC永磁交流伺服电机和驱动系统,这表明新一代交流伺服技术已进入实用阶段。

到20世纪80年代中后期,公司拥有完整的产品系列。

整个伺服市场已转向AC系统。

早期的模拟系统缺乏零漂移,抗干扰,可靠性,准确性和灵活性等方面,并且不能完全满足运动控制的要求。近年来,随着微处理器和新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,并且控制部分可以完全由软件实现,这被称为永磁交流伺服系统。

到目前为止,高性能电动伺服系统大多采用永磁同步交流伺服电机,控制驱动器大多采用全数字位置伺服系统的快速准确定位。

典型的制造商是西门子,德国,科尔摩根,松下和安川。

D系列是由安川电机制造有限公司推出的小型交流伺服电机和驱动器,适用于数控机床(最高转速1000r/min,扭矩0.25~2.8Nm),R系列适用于机器人(最大速度为3000r/min,扭矩为0.016至0.16 Nm)。

后来,引入了六个系列的M,F,S,H,C和G.

在20世纪90年代,推出了新的D系列和R系列。

由旧系列矩形波驱动器,8051单片机控制,正弦波驱动,80C,154CPU和门阵列芯片控制驱动,扭矩波动从24%降低到7%,并提高了可靠性。通过这种方式,仅用了几年时间就完成了八个系列(功率范围0.05~6kW)的完整系列,满足了工作机械,搬运机构,焊接机器人,装配机器人,电子元件,加工机械,印刷机,高速卷绕机,绕线机等的不同需求

Fanuc是一家以生产机床数控设备而闻名的公司,在20世纪80年代中期

还推出了S系列(13种规格)和L系列(5种规格)永磁交流伺服电机。

L系列

具有小转动惯量和机械时间常数,适用于需要特别快速响应的位置伺服系统。

其他日本制造商,如:三菱电机(HC-KFS,HC-MFS,HC-SFS,HC-RFS和HC-UFS系列),东芝精机(SM系列),大冢铁工厂(BL系列),三洋电机等诸如(BL系列)和力士电机(S系列)等制造商也进入了永磁交流伺服系统的竞争。

力士乐Indramat分部的MAC系列交流伺服电机共有92种机架尺寸。

西门子在德国的IFT5系列三相永磁交流伺服电机分为标准型和短型两种,共有8种框架尺寸和98种规格。

据说这一系列的交流伺服电机只有直流伺服电机IHU系列的1/2,具有相同的输出转矩。匹配的晶体管脉冲宽度调制驱动器6SC61系列可以控制多达6轴的电机。

德国宝石(BOSCH)生产SD系列铁氧体永磁体(17种规格)和稀土永磁体SE系列(8种规格)交流伺服电机和Servodyn SM系列驱动控制器。

Gettys是美国着名的伺服生产公司,曾在模具电子事业部担任移动电子部门,生产M600系列交流伺服电机和A600系列伺服电机。

驱动程序。

合并到AEG后,Gettys的名称得以恢复,并引入了A700全数字交流伺服系统。美国A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动该部门生产1326型铁氧体永磁交流伺服电机和1391型交流PWM伺服控制器。

电机由3种框架尺寸组成,共30种规格。

ID(工业驱动器)是美国着名的科尔摩根的工业驱动部门。它生产了BR-210,BR-310和BR-510系列41种规格的无刷伺服电机和BDS3伺服电机。驱动程序。

自1989年以来,推出了新系列的Goldline永磁交流伺服电机,包括B(小惯量),M(中惯性)和EB(防爆),有10,20,有五种帧数用于40,60和80.每个类别有42个规格。它们全部由NdFeB永磁材料制成。扭矩范围为0.84~111.2Nm,功率范围为0.54~15.7kW。

匹配的驱动器有BDS4(模拟),BDS5(数字,带位置控制)和智能驱动(数字)两种,最大连续电流为55A。

Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术的最新成果。

爱尔兰的Inland,以前是国外科尔摩根的一个部门,现已并入AEG,以生产直流伺服电机,直流力矩电机和伺服放大器而闻名。

它生产SmCo永磁交流伺服电机和8个控制器,共有17种规格的BHT1100,2200和3300。

法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列(长)和GC系列(短)

交流伺服电机有14种尺寸可供选择,可生产AXODYN系列驱动器。

前苏联开发了两套用于数控机床和机器人伺服控制的交流伺服电机。

其中,By系列使用铁氧体永磁体,其具有两个帧数。每个帧号有三个核心长度,每个都有两种绕组数据,共12种规格,连续转矩范围为7到35 N.m.2ДBy系列采用稀土永磁体,6个框架尺寸17个规格,扭矩范围0.1-170N.m,支持3ДБ型控制器。

近年来,日本松下公司推出了全数字MINAS系列交流伺服系统,其中永磁交流伺服电机采用MSMA系列小惯性型,功率从0.03到5kW,共18种规格;中惯性型有MDMA,MGMA,MFMA三种系列,功率从0.75到4.5kW,共23种规格,MHMA系列高惯性电机功率范围从0.5到5kW,有七种规格。

韩国三星近年来开发了全数字永磁交流伺服电机和驱动系统。其中,FAGA交流伺服电机系列有CSM,CSMG,CSMZ,CSMD,CSMF,CSMS,CSMH,CSMN,CSMX型号,功率范围从15W到5kW。 。

目前,Powerrate的综合指标被用作伺服电机的品质因数,并测量了各种AC/DC伺服电机和步进电机的动态响应性能。

功率变化率表示电动机的连续(额定)转矩与转子惯性矩的比率。

根据功率变化率的计算和分析,永磁交流伺服电机技术指标是美国最好的I.D Goldline系列,其次是德国西门子IFT5系列。

3.5步进电机

步进电机已成为除直流电机和交流电机之外的第三种电机。

作为机电能量转换装置,传统电动机在人类生产和生活进入电气化过程中起着关键作用。

然而,今天,当人类社会进入自动化时代时,传统电动机的功能已经不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。

为了满足这些要求,开发了一系列具有控制功能的新电机系统。其中一种比较广泛使用的是步进电机。

步进电机的发展与计算机行业密切相关。

由于步进电机已经取代了计算机外围设备中的小型直流电机,因此提高了装置的性能,并且迅速推动了步进电机的发展。另一方面,微型计算机和数字控制技术的发展将步进电机作为数控系统执行部件的应用扩展到其他领域,如电动机床,小功率机床,测量仪器,光学和医疗仪器和包装。机械等

任何一种产品的成熟过程基本上都是逐步统一和简化规格和品种的过程。

如今,步进电机的发展归功于三种类型的单级磁阻,混合和爪极永磁体。

爪极电机价格便宜,性能指标不高。混合和磁阻型主要用作高分辨率电动机。由于混合式步进电机控制功率小,运行稳定性好,因此逐渐占据主导地位。

最典型的产品是两相8极50齿电机,步进角为1.8°/0.9°(全步/半步);两相10极50齿和一些转子对一个两相和五相步骤。五相电动机主要用于电动机,具有较高的运行性能。

到目前为止,工业化国家的磁阻步进电机极为罕见。

最大的步进电机生产商是日本,如日本伺服公司,东方公司,SANYO DENKI和MINEBEA,以及NPM公司,尤其是日本东方公司。无论是电机性能和外观质量,还是生产手段,它都被称为世界。最好的。

目前,日本步进电机(包括外资独资公司)的年产量近2亿台。

德国也是世界上主要的步进电机生产商。

1994年五相混合式步进电机专利到期后,德国BL公司推出了新型三相混合式步进电机系列,这是一种定子6极转子的5极结构,并配备使用当前型驱动程序。每转步数为200.400,1000,2000,4000,10000和20000,它具有通常的两相和五相步进电机的分辨率,并且在此基础上也可以细分,分辨率为增加了10倍,这是一种很好的解决方案,充分利用电流驱动技术的功能,使三相电机同时具有两相和五相电机的性能。

与此同时,日本伺服公司也推出了他们的三相混合式步进电机。该公司开发了三种不同的永磁三相步进电机,即HB型(混合型),RM(类似于定子和混合型,转子类似于永磁环形磁铁)和爪极。 PM类型。

将三相步进电机与两相步进电机进行比较显示:

(1)三相电动机在获得小步进角时优于两相电动机。

(2)三相电动机的两相励磁最大保持转矩为√3T1(T1为单相励磁转矩),两相电动机为√2T1,因此三相电动机的合力转矩为很大。

(3)三相电动机的转矩脉动小于两相电动机的转矩脉动。

(4)半步的两个连续步骤的三相电动机的转矩差小于两相电动机的转矩差。

(5)三相电动机绕组可以星形连接,三个端子驱动,激励电路晶体管为六个;而两相电机是八个。

(6)在连续运行过程中,由于三相步进电机的结构,消除了磁通和电流的三次谐波,因此三相电机的振动转矩小于两相电机的振动转矩。 。

结论很明显。

另一个结论是HB型电机更适合低速和高扭矩应用; RM型适合平稳运行,使用速度大于1000r/min; PM型成本低,低速振动,高速旋转大。就力矩而言,三相永磁电机的性能优于两相电机。

因此,目前最有发展的是混合式步进电机,混合动力电机在以下四个方向发展:

其中一个发展趋势是继续沿着小型化的方向发展。

随着电动机本身的应用领域的扩大和各种类型的整机的连续小型化,需要配备它们的电动机也必须变得越来越小。在57和42帧编号的电机已应用多年后,现在可以使用帧的帧编号。它向39,35,30和25方向向下延伸。

瑞士ESCAP公司最近还开发了一种外径仅为10 mm的步进电机。

第二个发展趋势是将圆形电动机改为方形电动机。

由于电动机采用方形结构,因此可以将转子设计成大于圆形形状,从而大大提高了转矩 - 体积比。

对于具有相同框架尺寸的电机,与圆形电机相比,方形扭矩将增加30%至40%。第三个发展趋势是电机的综合设计。

也就是说,转子位置传感器,减速齿轮等与电动机本体一体化,从而可以方便地形成闭环系统,从而具有优越的控制性能。

第四个发展趋势是开发五相和三相电动机。

目前广泛使用的两相和四相电动机具有大的振动和噪声,而五相和三相电动机具有优势。

对于这两种电动机,五相电动机的驱动电路比三相电动机更复杂,因此三相电动机系统的性能优于五相电动机。

我们国家的情况不同。直到20世纪80年代,磁阻步进电机占主导地位。混合式步进电机仅在20世纪80年代后期开发。它仍然有两种类型的结构同时共存。

虽然新型混合式步进电机是磁阻电机的完全替代品,但磁阻电机具有长期应用,并且熟悉其技术,特别是典型的混合式步进电机的步进角。 (0.9°/1.8°)不同于典型磁阻电机的步进角(0.75°/1.5°)。用户不容易改变该产品的结构,这使得两个模型之间难以共存。在更短的时间内改变。

这种现状不利于步进电机的发展。

3.6新原理微电机

3.6.1超声波马达

超声波电动机(简称USM)是一种新型的直驱电动机,在国外受到越来越多的关注。

与传统的电磁电机不同,USM没有磁极和绕组,不依靠电磁相互作用来传递能量,而是利用压电陶瓷的逆压电效应将材料的微观变形转换为转子或滑动通过共振放大和摩擦耦合。块的宏观运动,也称为压电马达。

USM具有超强的功率密度,无电磁干扰,低速和高扭矩,响应阻止,无噪音和无输入自锁。它在不连续运动和精确控制领域优于传统电磁电机。

USM在工业控制,汽车专用电器,超高精度测量仪器,办公设备,智能机器人等领域具有广阔的应用前景,近年来在科学和工业界备受关注。自佳能于1987年开发的USM正式应用于EOS相机自动对焦系统以来,USM的研发已达到高潮。德国,法国,英国,美国,中国和韩国都投资于USM研究。在。

日本是USM技术的全球领导者,拥有大部分技术发明专利。

如今,日本几乎所有着名大学和大公司都在进行USM研究。

在过去的10年中,日本的USM已进入实际应用阶段,相对成熟的环形和杆状行波型USM已经批量生产。

USM在军事和航空航天领域也有很好的应用:

3.6.2超微电机

超微电机是基于微机电系统(MEMS)开发的一种新型高科技产品,它基于半导体材料硅的微加工技术,用于制造从毫米到微米的尺寸。一系列具有能量转换功能的设备。

这是传统机械制造技术的革命性飞跃。

通过该技术制造的装置或装置很多,其中超微型电动机就是其中之一。

1998年在美国,成功开发出了静电原理的超微电机。转子的外径为100μm,厚度为2μm,但驱动转矩小,驱动电压高达100V,限制了其应用。

1996年,德国推出直径2毫米,高度4毫米的超微电机。

日本东芝公司开发的产品重量为40mg,转速为60-100r/min,电压为1.7V,直径为0.8mm,是世界上最小的电磁式超微电机。

随后,美国还开发出直径为1至2毫米的超微电机。

1995年,上海交通大学开发出一种直径2mm,高0.7mm,高效率的电磁超微电机。

目前,超微电机还处于实验室阶段,还需要大量深入的应用才能应用于商品。

然而,可以预期超微电机及其制造技术将对本世纪产生巨大影响,并将成为微电机系统中不可或缺的驱动部件。

4流程开发水平虽然国际微电机市场在崛起,但市场竞争依然激烈。

因此,每个微电机制造商都致力于提高生产效率,努力降低生产成本,提高产品竞争力。

没有

好的设计不会有好的最终产品,没有良好的生产工艺和设备,就不可能实现好的设计。

仪表。

电机制造商依靠机械领域的新技术来制造小巧,轻便,高性能和高性能的产品

该产品的效率,还能减少其占地面积,减少操作人员,加快生产过程,降低生产成本,更好地满足客户需求。

加速生产过程的一种方法是在生产过程中尽可能使用自动化,以消除因故障而停车的问题,并确保高标准和稳定的质量。

有两种微电机使用自动化。一个是生产线操作,生产链用于在一条生产线和几条生产线上完成一个产品,另一个是单机自动化。

生产线操作适用于单一型,大批量生产,而单机自动化适用于多品种和小批量生产。

使用自动化生产的另一个优点是严格控制过程的每个步骤,并根据规定测试和确认组件质量,从而根据统一的特性标准生产相同的产品。

目前,工业化国家使用较少的生产线操作,而单机自动化相对较多,而发展中国家的情况正好相反。

这是因为绝大多数单一品种,大批量产品工业化国家产量很少,而且已经转移到东南亚等发展中国家。

Odawara Automarion,Inc.,Ohio,USA,是一家专门为微电机生产提供自动化设备的公司。

例如,其OLL系列可移动梁车床完成管状平面换向器的表面并自动装载和卸载。

该设备的CNC系统具有许多优点,可实现高效生产,最小化停机时间,灵活性和可靠性,使其成为高效耐用的设备。

本公司生产的转子槽绝缘自动嵌入装置可以平稳有效地嵌入槽绝缘中,可以在1.5~2s内自动形成2极或4极转子铁芯的槽绝缘,带有非压接槽垫。机器接受一卷材料,将其卷起并切成一定长度,并将凹口插入凹槽中。

多工位高速冲床是冲压工艺中最常用的高效设备。目前,德国,日本等发达国家的产品是最好的,可以达到500次/分钟和100万次锐化。

中国台湾省也以低价生产这种设备,但其性能不如日本和德国。

意大利安讯士公司的直流永磁电机生产线是世界上较先进的,美国Golbe公司也是世界知名的微电机专用设备制造商。

生产动平衡机的知名公司包括德国申克和日本国际仪表。

为了提高生产效率,越来越多的国家在微电机的生产中使用机器人操作。

例如,日本FANUC以生产用于机床进给的伺服电机和主轴电机而闻名,于1997年建造了一个新的伺服电机组装厂。新工厂采用新的机器人和用于组装电机的线性电机。

新工厂的数量为46个,但使用的机器人数量已达到236个,这使伺服电机的月产量从15,000台增加到50,000台。

定子绕组,浸渍和喷涂线使用50个机器人,组装和检验生产线使用26个机器人。所有AC主轴电机系列均使用110多个机器人。最新级别的集成装配检测生产线使用42个机器人。 。

它可以将定子绕组到检测器的所有元件组装到伺服电机,成品检测,生产周期缩短30%,自动化程度达到90%,电机近2000种不同规格可以产生的。

对于微电机的生产工艺和生产方法,一般认为外国在中国是先进的,但也有一些外国公司。生产设备不一定非常先进。中国有很多企业。由于产量巨大,从国外引进了许多先进产品。生产技术和生产线以及自动化设备相反,在生产中意味着超过一些外国公司。

在国外,对于微电机的控制,由于批量小,品种多,电机精度要求极高,有许多手动操作过程。国外的一般概念是,对于超过一百万单位的产品,它必须由全自动生产线生产。对于小批量生产,使用单机自动化,而对于多种类和小批量,使用手动在线操作。

5测试技术状态

检查是微电机生产中最重要的步骤之一。

为了保证质量,国外电机制造商总是要求备件供应商对备件进行全面检查,这可以消除电机制造商对备件的评估,省钱又省力,反过来,备件供应厂也是如此。要求电机制造商对其产品进行适当的评估,以便为电机组装厂提供最合适的产品。

最重要的是产品的最终测试。

在这方面,国外微电机行业现在基本上使用计算机控制的自动测试系统。

最着名的制造商是美国的Magtrol,日本的Guanyuan,Yokogawa和International Meters。

Magtrol的HD系列磁滞测功机的功率范围从18.Nm到最大56N.m,总共18个规格,其中56N.m测功机由四个14N.m系列制动器组成,价格为20,000到30,000 。一美元。

最近,Magtrol开发了使用DSP的最新测功机系统。自动加载速度小于10s,高速采样,并在采样过程中自动计算惯性。

由于DSP采用高速采样,并且及时进行惯性量补偿,因此可实现电机的高精度,高速自动测试。

在操作界面中,从DOS界面到Windows界面,有浓度n=f(U,Gong,W,M,P,cosφ,η)的特征曲线,并且还显示n=f(U),n=f同时。 (I)具有六条特征曲线的Windows界面,例如...... n=f(η)。

此外,国外还有虚拟仪器的虚拟测试系统,配有显示器,控制器和功率计,用软件取代大部分硬件,实现计算机虚拟化测试。

现在,对于大多数产品,100%的测试已经在国外使用,并且在制造结束时不允许进行随机抽样测试。

测试范围也在不断扩大。除性能测试外,还需要进行其他测试,如安全测试,噪声测试,振动测试等。由于诸如机械损坏,齿轮缺陷,轴承振动和磨损等,在电气性能测试中无法检测到,但会产生噪音。

这是德国公司Schenck开发的一种新设备,用于电机测试的参数识别方法。

参数识别方法的基本思想是通过建立数学模型并仅测量近似空载(或电机轴上的惯性飞轮)下的电流和电压来获得电机性能指标;并连接磁头和测试装置以测量振动声音。使用模式识别方法判断电机噪音。

基本原理是待测??样品,包括法兰,风扇和齿轮,原则上由相应的数字模型描绘。模型系数直接反映原型的物理参数,如线绕电阻和摩擦力矩。其他物理参数由间接确定的数字模型确定。

该装置通过磁头耦合到被测电机,并使用标准工业加速度传感器测试电机噪声。

该方法是噪声数据由信号控制并且可以由曲线表示。

在测试过程中,将测量曲线与不同误差水平的标准曲线(标准曲线为具有良好噪声质量的电机噪声曲线)进行比较,得到噪声类别,如无误差,轴承噪声,转子摩擦噪声。 ,不平衡产生的噪音等。

该装置结构简单,可靠性高,检测时间短,是一种全新的微电机检测装置。

6工业化国家将微电机生产转移到国外的方式

外国专家普遍认为,实现经济全球化有三个阶段:第一阶段,以产品直接出口为主要贸易手段;第二阶段是在目标市场投资建厂,实现本地化生产;第三阶段是更广泛地利用全球制造资源和业务外包。

这三个阶段或三个方式不一定是周期性的,而是由利益决定或同时共存。

对于微型电动机的生产,特别是对于那些尺寸大,劳动强度大且价格低廉的产品,外国制造商通常采用以下方法来竞争市场或赢得利润。

6.1直接产品出口的方式

这种方法通常受到关税,许可和技术壁垒以及市场需求,价格和产品质量的限制。这是工业化国家微电机长期进入发展中国家的主要途径。

对于中国而言,随着微电机产业的快速发展,引进国外先进技术和消化吸收,今天,在建立相对完整的生产技术体系后,这种直接出口方式将越来越少;但对于一些工业不发达国家和地区仍然是一种手段。

对于一些高科技品种,如伺服电机驱动控制器产品,高性能汽车微电机新产品,从先进技术国家到非先进国家的微电机直接出口仍将长期存在。

6.2在国外投资建厂,实现产品的本地化生产

这种方法的目的是绕过贸易壁垒,降低生产成本,提高产品竞争力。特别是20世纪90年代以后,很多外国公司都采用了这种方式,特别是在日本,在东南亚国家,这种方式很多,而且效果非常好。

在中国的广东和福建等沿海地区,有很多这样的全资微电机企业就是一个例子。

另一种情况是,在国外建设微电机备件和材料的直接投资将增加案件数量。

6.3通过合资生产获利

这种方法在过去几年中已经取得了很多成果并取得了一定的成果。在未来几年,这种方法将继续,但估计增长速度将非常缓慢。原因是合资企业经常有摩擦。因此,近年来,独资企业更多是合资企业。企业数量有所增加。

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