微電機的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析.doc

微電機的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析 牛學鋒1牛冬梅2朱書杰2 （1西安郵電大學，陜西西安710121；2中船重工東儀科工集團有限公司，陜西西安710061） 【摘要】工業(yè)化與信息化技術(shù)的快速發(fā)展促進了微電機技術(shù)的發(fā)展?？偨Y(jié)了微電機在各相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了微電機行業(yè)在發(fā)展過程中的存在的一些問題，并對微電機行業(yè)的發(fā)展趨勢進行了分析預(yù)測，指出高效節(jié)能化、機電一體化、直流無刷化已成為微電機技術(shù)的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞微電機；應(yīng)用現(xiàn)狀；存在問題；發(fā)展趨勢 ApplicationStatusandDevelopmentTrendAnalysisofMicro-motor NIUXuefeng1NIUDongmei2ZHUShujie2 (1.XianUniversityofPostsTelemunications,XianShaanxi710121,China； （2.TheChinaShipbuildingEastIkaIndustryGroupco.,Ltd.,XianShaanxi710061,China) 【Abstract】Industrializationandtherapiddevelopmentofinformationtechnologytopromotethedevelopmentofmicro-motortechnology.Thispapersummarizestheapplicationstatusofmicro-motorsintherelevantfields,andpointsoutsomeproblemsinthemicromotorindustrydevelopmentprocess,andmicro-motorindustrydevelopmenttrendanalysisandpredictionwerepointedoutenergyefficienttechnology,mechatronics,brushlessDChasbeethedevelopmenttrendofmicro-motortechnology. 【Keywords】Micro-motor;ApplicationStatus;Problems;DevelopmentTrend 基金項目：“基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)與GPS的盲人導航關(guān)鍵問題研究”（14JK1669）。 作者簡介：牛學鋒（1973-），女，漢族，河南商丘人，碩士，西安郵電大學自動化學院，工程師，主要從事自動化測控技術(shù)與儀器教學研究。 0引言 隨著我國工業(yè)化與信息化深度融合國家戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進，微電機的研發(fā)與制造行業(yè)取得了長足的發(fā)展。微電機伴隨著我國的工業(yè)自動化、武器裝備現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、辦公自動化、家庭現(xiàn)代化的進行正大量應(yīng)用到各個領(lǐng)域。作為這些領(lǐng)域支撐技術(shù)和系統(tǒng)中不可缺少的執(zhí)行元件和動力元件，現(xiàn)代微電機已發(fā)展為先進制造技術(shù)和新興電子信息技術(shù)緊密結(jié)合的高新技術(shù)產(chǎn)品，其研發(fā)思路也由零件級產(chǎn)品上升到系統(tǒng)級層面。這不僅對現(xiàn)代微電機的設(shè)計、生產(chǎn)提出了更高的要求，同時也提供了更廣闊的應(yīng)用空間?！笆濉逼陂g國家提出重點發(fā)展新型節(jié)能微電機技術(shù)，結(jié)合國家政策方向，分析我國微電機研制、生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其中的不足，并找出后續(xù)發(fā)展方向具有重要的實踐意義。 1微電機的應(yīng)用現(xiàn)狀 1.1微電機在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用 微電機在社會各領(lǐng)域的應(yīng)用分布情況與生產(chǎn)力發(fā)展水平是相適應(yīng)的，據(jù)最新的統(tǒng)計結(jié)果顯示，目前我國在家用電器領(lǐng)域的微電機使用量占總量的23%。1家用電器用微電機作為我國微電機研發(fā)制造業(yè)中的主導產(chǎn)品，其種類眾多，生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)量龐大。應(yīng)用到的主要家電產(chǎn)品有空調(diào)、電冰箱、電風扇、洗衣機、微波爐、跑步機、吸塵器、抽油煙機、洗碗機、豆?jié){機、榨汁機、電動牙刷、電吹風、廚房廢物處理器、攪拌器等。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，xx年上半年，我國空調(diào)產(chǎn)量為8840.29萬臺，同比增長16.31%；冰箱產(chǎn)量為5051.75萬臺，同比增長0.71%；冷柜產(chǎn)量為1026.85萬臺，同比增長1.39%；洗衣機產(chǎn)量3276.80萬臺，同比下降3.59%。2可以看出，家電行業(yè)和企業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)中的比重和作用不斷擴大。同時，新興家電如凈水器、空氣凈化器等產(chǎn)品也正大量進入家庭使用。家用電器在城市家庭的使用量日益增加的情況下，其在農(nóng)村市場的使用也正在快速拓展，家用電器產(chǎn)品應(yīng)用市場的不斷發(fā)展壯大也促使配套用微電機的同步增長。 .2微電機在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 家庭用汽車的普及促進了汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，同時也帶動了汽車用微電機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。微電機是汽車上的關(guān)鍵零部件之一，其主要分布于汽車的發(fā)動機、底盤、車身三大部位及附件中，在電動汽車結(jié)構(gòu)中電機還作為動力系統(tǒng)核心部件。現(xiàn)在的汽車車窗、門鎖、后視鏡等系統(tǒng)，都使用電機驅(qū)動。隨著電子技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，微電機也在汽車信息系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、汽車音響、車載通信系統(tǒng)等方向得到應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，每輛經(jīng)濟型汽車配備30臺以上微電機，高級轎車至少配備60臺以上微電機，豪華型轎車配備近百臺小微電機，汽車用微電機占總需求量的26%左右。據(jù)工信部發(fā)布xx年全年汽車工業(yè)經(jīng)濟運行情況數(shù)據(jù)顯示，xx年我國累計生產(chǎn)汽車2372.29萬輛，同比增長7.3%，銷售汽車2349.19萬輛，同比增長6.9%，產(chǎn)銷量保持世界第一。3以每輛車平均配備40臺微電機計，估計對微電機的需求量達到數(shù)十億臺以上。另考慮汽車的二級維修市場，還有約三成微電機等零部件的需求。 .3微電機在醫(yī)療設(shè)備、保健器材領(lǐng)域的應(yīng)用 醫(yī)療設(shè)備、保健器材用微電機是微特電機主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著人們生活水平的提升和健康意識的增強，醫(yī)院和家用的醫(yī)療及保健康復(fù)器材需要量迅速增長，與其配套的微特電機數(shù)量和品種也隨著快速增長。尤其是龐大的老齡化群體、慢性疾病、殘疾障礙及神經(jīng)功能失調(diào)疾病的治療、康復(fù)，對器械的需求越來越迫切，促使醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、康復(fù)保健產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展和應(yīng)用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品。具體應(yīng)用涉及到人體疾病治療、康復(fù)、檢查、記錄、監(jiān)視、分析、整形美容等所使用的系統(tǒng)、設(shè)備、儀器、刀針及輔助設(shè)備。如核磁共振設(shè)備、心電圖機、全方位內(nèi)窺鏡、電動離心機、電動吸引器、電動輪椅、電動搖床、牙鉆機等。由于醫(yī)用領(lǐng)域的特殊性，要求微電機具有微型化、低噪聲、運行平穩(wěn)、可靠性高的特點。 .4微電機在各類機械設(shè)備、機器人、武器裝備領(lǐng)域的應(yīng)用 工業(yè)現(xiàn)代化和武器裝備現(xiàn)代化發(fā)展離不開微電機技術(shù)的現(xiàn)代化進步發(fā)展。在工業(yè)技術(shù)、信息技術(shù)全球化的今天，微電機在軍事、民用的各種現(xiàn)代化裝備及其控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，如火炮控制、導彈制導、飛機自動駕駛、數(shù)控機床、無梭織機控制、工業(yè)縫紉機控制、遙測遙控等領(lǐng)域都大量使用了各種微電機。在實際應(yīng)用中，微電機也由過去簡單的起動控制、提供動力的目的，發(fā)展到對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等的精確控制，特別是工業(yè)自動化、辦公自動化方面，幾乎都采用了電機技術(shù)、微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)等相結(jié)合的機電一體化產(chǎn)品。該類微電機品種繁多，技術(shù)含量高，系統(tǒng)綜合程度高，不少是電機組件，按使用屬性分為信號類微電機、驅(qū)動執(zhí)行類微電機和機電組件一體化系統(tǒng)。 微電機行業(yè)發(fā)展中存在的問題 .1我國微電機與國外先進技術(shù)水平差距較大，缺乏創(chuàng)新 經(jīng)過改革開放后30多年的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界微電機生產(chǎn)大國，但技術(shù)水平與發(fā)達國家相比，仍有較大差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：控制類微電機與工業(yè)發(fā)達國家相比，不管從電機可靠性還是性能指標仍有較大差距，其整體水平相當于國外20世紀80年代中后期水平。4工業(yè)用微型直流電機，國外可以做到壽命2000小時以上，而我國平均是1000小時，主要問題是電機結(jié)構(gòu)工藝的不合理性及電刷材料等問題。國外無刷直流電機的效率可以做到80%以上，我國一般生產(chǎn)廠家只能達到60%70%左右。步進電動機國外早已發(fā)展高性能的混合式結(jié)構(gòu)，我國的混合式步進電動機在90年代才開始發(fā)展。在高性能、高技術(shù)含量電動機方面，如無刷直流電動機、交流伺服電動機、直線電機等方面差距更大一些。這主要是由于我國電子技術(shù)落后、投入不足和人才相對短缺造成的。 產(chǎn)量大而技術(shù)含量低是在中國微電機產(chǎn)業(yè)的基本狀況，大量企業(yè)缺乏獨立開發(fā)能力，基本以仿制為主，整個產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)、學、研結(jié)合不理想，缺乏創(chuàng)新。 2.2行業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)性問題突出，布局不合理 從我國微電機發(fā)展的綜合情況來看,經(jīng)過多年的發(fā)展,目前已基本形成了包括廣州、深圳、珠海、香港在內(nèi)的大珠江三角、江浙滬長三角和京津渤海三角等三個微電機產(chǎn)業(yè)帶,以及福建、山東、四川等熱點地區(qū)。目前來看，東部地區(qū)發(fā)展較快，中西部地區(qū)相對滯后，東部地區(qū)微電機工業(yè)總產(chǎn)值占整個電機工業(yè)總產(chǎn)值的70%，而中西部地區(qū)所占比重不到30%。這一現(xiàn)狀的形成受政策、地理環(huán)境條件等諸多因素地影響。由于微電機行業(yè)是勞動密集型行業(yè)，進入行業(yè)門檻較低，因此，容易出現(xiàn)低水平、同質(zhì)化競爭現(xiàn)象，重復(fù)建設(shè)嚴重。而與此同時，不少新型微電機產(chǎn)品尚屬空白,技術(shù)提升緩慢。 .3市場調(diào)研度不夠，缺乏與相配套行業(yè)的互動溝通 在相對發(fā)達的信息社會的今天，市場需求千變?nèi)f化。微電機的研發(fā)與生產(chǎn)離不開與其緊密結(jié)合的市場應(yīng)用領(lǐng)域。長期以來，微電機的研發(fā)與生產(chǎn)者對市場的關(guān)注程度不夠，未及時領(lǐng)略到其應(yīng)用領(lǐng)域需求的快速變化，缺乏對新產(chǎn)品的開發(fā)，只注重自身的效益與發(fā)展，從而造成有些產(chǎn)品開發(fā)出來后無市場需求的情況。究其原因就是沒有考慮到外在需要的影響和對科研、開發(fā)和生產(chǎn)的拉動作用。 微電機發(fā)展趨勢分析 雖然我國微電機行業(yè)與國際水平還有一段差距，但其發(fā)展前景依然十分廣闊。 3.1大力發(fā)展高效節(jié)能型微電機 高效節(jié)能是微電機總的發(fā)展趨勢，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國電機用電量約占全國用電總量的60%。微電機使用量大面廣，節(jié)能潛力巨大。因此，電機系統(tǒng)節(jié)能工程被列為我國“十二五”十大重點節(jié)能工程之一，電機節(jié)能是國家節(jié)能減排工作的重點領(lǐng)域。隨著國家對節(jié)能減排各項舉措的積極推行及高效節(jié)能電機補貼政策的逐步落實，電機節(jié)能行業(yè)迎來了快速增長。工信部表示，xx年將落實專項資金補貼電機系統(tǒng)節(jié)能改造。為了實現(xiàn)高精度、低成本、低功耗的要求，微電機需要不斷開發(fā)各種新結(jié)構(gòu)、使用新材料。同時要從電機驅(qū)動角度進行研究，改變傳統(tǒng)的電機控制和驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用先進的控制算法。 .2微電機與減速器一體化設(shè)計 微電機一般為高速電機，在具體的應(yīng)用領(lǐng)域往往需要與一套減速機構(gòu)相結(jié)合，經(jīng)過減速后，方可使用。而減速機構(gòu)與電機的轉(zhuǎn)接往往增加了系統(tǒng)的體積，降低了可靠性，還降低系統(tǒng)效率和控制精度。有時受安裝空間的影響，要求體積要盡量減小，為了適應(yīng)這一要求，并提高可靠性，國外研發(fā)人員進行了微電機與減速器的一體化設(shè)計，主要進行了微電機與行星齒輪減速器一體化設(shè)計、微電機與滾珠絲杠減速器一體化設(shè)計、微電機與蝸輪蝸桿減速器一體化設(shè)計。這些設(shè)計均做出了樣機，并進行了性能測試，但發(fā)現(xiàn)這樣的改進后，整個電機系統(tǒng)的頻帶過低，響應(yīng)跟不上，設(shè)計人員一直在努力改進，國內(nèi)尚未見到有相關(guān)的研發(fā)設(shè)計資料。 .3微電機的無刷化、微型化、永磁化發(fā)展 為降低微電機運行時的噪音，提高電磁兼容性能和電機可靠性，延長電機使用壽命，各國一直都在致力于發(fā)展各種無刷電機。但是，由于無刷電機所涉及的技術(shù)要求較高，要求掌握相關(guān)電機技術(shù)、硬件技術(shù)、軟件控制技術(shù)、傳感技術(shù)、稀土材料技術(shù)、大功率電子技術(shù)，目前國內(nèi)市場大功率無刷電機產(chǎn)品還是比較少見，電子產(chǎn)品日益微型化的需要要求微電機向小型化、扁平化、輕量化方向發(fā)展。隨著微電機向微薄輕型化、無刷化和電子化的方向發(fā)展，永磁材料在微電機中的普遍應(yīng)用已是必然趨勢。 .4發(fā)展微電機新型測試技術(shù) 隨著微電機不斷的向微型化方向發(fā)展，其建模、仿真、優(yōu)化設(shè)計的正確性、有效性，需要微機械性能評測技術(shù)加以評價。由于微電機的重要零部件十分微小，產(chǎn)生的運動、位移微乎其微，無法用傳統(tǒng)的測試方法測得相應(yīng)指標。因此，必須開發(fā)微機械量傳感測量技術(shù)，以適應(yīng)新的測試需求。 結(jié)論 作為在國民經(jīng)濟中具有十分重要地位的微電機行業(yè)，其在國內(nèi)及國際上的發(fā)展競爭十分激烈。正確認識我國微電機行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及不足，找準未來行業(yè)發(fā)展方向，對促進我國微電機行業(yè)的健康發(fā)展，使我國由微電機生產(chǎn)大國變