微电机及其他电机制造行业最新技术应用状况及趋势

第一节 行业最新科技应用状况

控制类微电机与工业发达国家相比，不管从电机可靠性还是性能指标仍有较大差距，其整体水平相当于国外上个世纪80年代中后期水平。

工业用微型直流电机，国外可以做到2000小时以上，我国平均是1000小时，主要问题是电机结构工艺的不合理性以及电刷材料和工艺等。国外无刷直流电机的效率可做到80%以上，我国一般生产厂家只能达到60%～70%左右。步进电动机国外早已发展高性能的混合式结构，我国混合式步进电机90年代才开始发展，混合式电机的使用量近年也在不断增长。由于长期使用磁阻式电机，使得两种机型并存，造成与国外的差距加大。在高性能、高技术含量电动机方面，如无刷直流电动机、交流伺服电动机、直线电机等差距更大一些。这主要是由于我国电子技术落后，投入不足和人才短缺。

产量大而技术含量低是目前中国微电机产业的基本状况，行业整体开发水平较国外差距更大，大量的企业基本没有独立开发能力，而是以仿制为主。整个产业的产、学、研结合不理想，但成果商品化率低的状况依然存在，从而导致技术含量高的产品进口数量远远大于出口数量。其根本原因在于创新的主体没有转到企业上来。

第二节 行业科技发展趋势

激烈的竞争也带来了微电机产品变革的加速。当前世界微电机技术领域的发展趋势是：

1、微电机产品的小型轻量和低成本化

轻薄短小、低成本是微电机制造商研究开发的永恒主题，而主轴电机薄型化、紧固结构小型化、电子线路简易化是微电机小型轻量和低成本化的关键。在产品设计中，采用专用IC或LSI来完成电机的驱动系统和读写系统，采用新型优质材料如品质优良的工程塑料、高性能NdFeB稀土永磁材料、耐磨性能极优的陶瓷材料分别制作高速微电机的壳体、定子及轴承，则将为微电机产品提高性能、缩小体积、降低成本创造条件。微机械加工技术对微电机的超小型化具有十分重要的意义，尽管近年内微机械加工技术不会显现其商业价值，但它的某些技术将使传统电机进一步小型化，如日本松下公司已利用半导体工艺和薄膜工艺开发出了转子直径仅1mm、电机总体直径为1.4mm的超小型微电机。

2、微电机制造的自动化和生产的规模化

随着国际市场竞争的加剧，微电机产品的市场寿命愈来愈短，因而迫使制造商努力采用CAD／CAM等计算机辅助设计、制造技术，缩短产品研发周期。与此同时，出于成本因素的考虑，一些有实力的大公司还在加紧进行技术改造，积极开展自动化、无人化工厂试验，进一步采用成套自动化生产线制造微电机，以获取高的劳动生产率和产品质量。

3、微电机驱动与控制电路的集成化

电机驱动与控制采用集成电路后，其最大优点是电路简化，有利于电机的轻薄短小化，并使驱动精度和可靠性提高，同时降低成本。制造商现已开发出一种灵巧功率IC，它把低电压、高性能的控制电路与大功率驱动电路集成在一个芯片上，用作电机的驱动和控制，效果非常显著。一些制造商还开发出了应用功率MOS场效应管和控制逻辑电路的智能化微电机产品，实现了传统电机与电子技术的有机结合。

4、新原理微电机蓬勃发展

近年来人们借助微电子、精密机械加工及新材料、新生物等高新技术，研发出不少新原理的微电机，并在各种领域获得了广泛的应用。最具代表性的有片状微电机、超声波微电机、鞭毛电机、超微电机、仿生电机、形状记忆合金电机、光热电机、微波电机等。

1）片状微电机

即采用片状线圈、轴向磁路结构并具有微小型化特点的微电机，这是80年代初期发展起来的一种新型电机，其技术关键是线圈的制作。片状微电机对电子产品的小型化发展十分有益，其应用范围很广，特别是在OA、HA市场上有着广泛的应用。如用于HDD、FDD、LBP的主轴驱动以及盒式录放机、随身听、盘式磁带机、卡拉OK机、DAT、汽车立体声、CD、MD唱机的输带和卷盘等，其需求量相当可观。有专家断言：21世纪片状微电机应用化程度可形成数百亿元的市场规模。

2）超声波微电机

它是一种由压电陶瓷元件的超声振动而获得机械力的新原理微电机，没有绕组和磁场部件，结构十分简单。

其特点是在低速下直接输出大转矩，具有单位体积输出转矩大；不要减速齿轮，采用改变频率或通电时间或相间相位差就可以控制转速，可将转速调节至零，制动力矩大，不需附加制动器；机械时间常数为几毫秒；由于无齿轮，因而噪音低；既不产生杂散磁场，也不受外界的磁场影响。其缺点是变换效率低。

3）鞭毛微电机

它是细菌在水中游动而使用的分子机械(由蛋白质分子而形成的机械)。鞭毛微电机在生物界中是唯一的旋转电机，也是现存世界上最小(直径50nm)的电机。未来鞭毛电机将广泛应用于生物领域，科学家们正设想开发活体执行器，如考虑在生物机器人上使用这种执行器；现在的电磁电机重量重，由于传输电力和信号需要很多的导线，因而在微观世界中无法使用。

4）超微电机

这是指那些形状非常小(1mm以下)、重量很轻，并且在同一块基板上(硅或其它材料)，采用微电子技术和微加工技术制造出的机电一体化传动产品。如美国Wisconsen大学采用LIGA技术和多层表面微加工技术制造的磁驱动微型电机，其转矩厚度仅40μm，直径285μm，由于它是以电磁力驱动，因此转矩和输出功率得到了很大改善。超微电机的量度时以微米为单位的，它的工作状况必须藉助于专用装置或仪器来观察。超微电机的应用前景十分广阔，特别是在人们尚未充分认识的微环境下，有待不断开创扩展。

展望未来，微电机行业必将随着电子、信息、汽车以及家电这些应用主战场的兴旺而注入更强大的发展动力。