隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和實(shí)際應(yīng)用中新要求的不斷提出,出現(xiàn)了多種不同于傳統(tǒng)電磁型電機(jī)的微特電機(jī)。它們采用新穎的設(shè)計(jì)理念、方法、結(jié)構(gòu)和原理。

1永磁無(wú)刷電機(jī)

無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是微特電機(jī)的發(fā)展方向,已在信息、家電、音視、交通工具等領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著永磁材料和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,性能不斷提高,價(jià)格不斷降低,無(wú)刷電動(dòng)機(jī)必將得到進(jìn)一步的發(fā)展,需求量將越來(lái)越大,同一般異步電動(dòng)機(jī)相比較,新型無(wú)刷電機(jī)耗電下降30%～35%,達(dá)到了高效、節(jié)能、小型、輕量的要求。

無(wú)刷電機(jī)雖然成本價(jià)格高于異步電動(dòng)機(jī),但由于耗電小、效率高,運(yùn)行成本降低,從節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看,普及無(wú)刷電機(jī)必然是大勢(shì)所趨。世界各大公司已在無(wú)刷電機(jī)領(lǐng)域展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。因此,隨著元器件、材料性能的提高,無(wú)刷電機(jī)的性能也會(huì)大幅度提高,技術(shù)開(kāi)發(fā)的速度競(jìng)爭(zhēng)將更突出。

2超聲波電動(dòng)機(jī)

超聲電機(jī)(ultrasonicmotor, 縮寫(xiě)USM)是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),使彈性體(定子)在超聲頻段產(chǎn)生微觀機(jī)械振動(dòng)(振動(dòng)頻率在20kHz以上) ,通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子(或動(dòng)子)之間的摩擦作用,將定子的微觀振動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子(或動(dòng)子)的宏觀的單方向轉(zhuǎn)動(dòng)(或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)) 。它打破了由電磁效應(yīng)獲得轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的傳統(tǒng)電機(jī)的概念,是微特電機(jī)技術(shù)發(fā)展中還有一項(xiàng)引人矚目的新技術(shù)。

與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比,超聲波電動(dòng)機(jī)有一系列的優(yōu)點(diǎn): (1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,它由兩個(gè)基本部件構(gòu)成:振動(dòng)部件和運(yùn)動(dòng)部件; (2)單位體積轉(zhuǎn)矩大,是相同體積的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的10倍; (3)低速性能好,可以將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到零,能在低速的情況下直接輸出大的轉(zhuǎn)矩; (4)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,不需要附加制動(dòng)器; (5)機(jī)械時(shí)間常數(shù)小,快速性能好; (6)沒(méi)有磁場(chǎng)和電場(chǎng),無(wú)電磁干擾和電磁噪聲等。

目前,超聲波電機(jī)在國(guó)外一些國(guó)家如日本的很多公司已取得商業(yè)實(shí)用化。佳能、松下、日立等公司的超聲波電動(dòng)機(jī)新產(chǎn)品已用于高級(jí)照相機(jī)、攝像機(jī)、光學(xué)儀器上。超聲波電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高效率。

超聲波電機(jī)采用了全新的原理和結(jié)構(gòu),不需要磁鐵和線(xiàn)圈,而是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)直接獲得運(yùn)動(dòng)和力(矩)的。它打破了迄今為止由電磁效應(yīng)獲得轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的電機(jī)的概念,是處于當(dāng)前世界科學(xué)前沿的高新技術(shù)。由于超聲,電機(jī)具有電磁電機(jī)所不具備的許多特點(diǎn),盡管它的發(fā)明與發(fā)展僅有20年的歷史,但在宇航、機(jī)器人、汽車(chē)、精密定位、醫(yī)療器械、微型機(jī)械等領(lǐng)域已得到成功的應(yīng)用。

3高速動(dòng)壓軸承電動(dòng)機(jī)

隨著信息產(chǎn)品向高效高密度和微輕薄方向發(fā)展,為其配套的精密永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)8000～50000r/ min。高速電機(jī)的軸承也將用動(dòng)壓軸承取代傳統(tǒng)的滑動(dòng)軸承以克服因高速而帶來(lái)的諸多技術(shù)問(wèn)題。動(dòng)壓軸承與滾珠、滑動(dòng)軸承相比較,有許多優(yōu)點(diǎn);可以抑制不規(guī)則的軸的擺動(dòng),耐沖擊性提高,壽命長(zhǎng),噪聲小等。

動(dòng)壓軸承電動(dòng)機(jī)有流體和空氣兩種型式,一般轉(zhuǎn)速較低用流體動(dòng)壓軸承,高速用空氣動(dòng)壓軸承。雖然動(dòng)壓軸承電動(dòng)機(jī)目前還存在一些有待進(jìn)一步解決的技術(shù)問(wèn)題,但是,高速動(dòng)壓軸承電動(dòng)機(jī)是發(fā)展方向已得到普遍的確認(rèn)。

4直線(xiàn)電機(jī)

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展,對(duì)各類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的定位精度要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)再加上一套變換機(jī)構(gòu)組成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足精度要求,直接直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)是現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的內(nèi)容之一,直線(xiàn)電機(jī)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。直線(xiàn)電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也是廣泛的,在需要直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的裝置上,采用直接驅(qū)動(dòng)的直線(xiàn)電機(jī)將優(yōu)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)。由于省去了運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu),可以提高控制精度。

5超微電動(dòng)機(jī)

超微電動(dòng)機(jī)技術(shù)是利用近20年才發(fā)展起來(lái)的微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)的一種新型高技術(shù)領(lǐng)域,其特點(diǎn)是基于半導(dǎo)體材料硅的微加工技術(shù),用來(lái)制造尺寸從毫米到微米范圍內(nèi)具有能量轉(zhuǎn)換及傳輸功能的器件。MEMS技術(shù)的出現(xiàn),使傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)產(chǎn)生了一次革命性的飛躍。

超微電動(dòng)機(jī)有靜電原理超微電動(dòng)機(jī)和電磁型超微電動(dòng)機(jī),由于電磁型超微電動(dòng)機(jī)比靜電型超微電動(dòng)機(jī)力矩大,轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng),它已在許多領(lǐng)域如內(nèi)窺鏡、微機(jī)器人等中得到應(yīng)用。現(xiàn)在,美國(guó)、日本、俄羅斯、德國(guó)等投入大量人力、物力、財(cái)力開(kāi)展這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用,并取得很大進(jìn)展,有的達(dá)到實(shí)用。如日本東芝公司研制出重量為40mg,轉(zhuǎn)速60～1000r/ min,電壓1.7V,直徑僅為0. 8mm的世界上最小的超微電動(dòng)機(jī),我國(guó)如上海交通大學(xué)也在研制直徑為1mm的超微電動(dòng)機(jī)。可以預(yù)期,隨著納米制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,超微電動(dòng)機(jī)也將得到很大的發(fā)展,而使其擁有更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

6分子電機(jī)

隨著MEMS的發(fā)展,出現(xiàn)了納米機(jī)電系(na2noelectromechanicalsystems,NEMS),特征尺寸可能從幾百到幾個(gè)納米,其中有些在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有重要潛在用途。美國(guó)Cornell 大學(xué)的RickyK. Soong等把單個(gè)的生物分子電機(jī)和納米尺度的無(wú)機(jī)系統(tǒng)集成起來(lái),構(gòu)成了用分子電機(jī)驅(qū)動(dòng)的混合納米機(jī)械器件。該生物分子(直徑小于8nm,長(zhǎng)度為14nm)電機(jī)通過(guò)在活性系統(tǒng)中水解ATP(腺苷三磷酸) ,能夠產(chǎn)生最大為80～100pN·nm的轉(zhuǎn)矩,與當(dāng)前能生產(chǎn)的納米機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸和力學(xué)常數(shù)相兼容。這一新技術(shù)有望在血管清理中發(fā)揮作用。