微电机行业技术水平现状及发展趋势分析

进入20世纪以后，迅速发展的电力电子技术、微电子技术、计算机技术和现代控制理论赋予电机新的生命，不仅使交流传动的控制性能可与直流传动相媲美，而且产生了如永磁无刷直流电动机、交流伺服电动机、开关磁阻电动机、无刷双馈电动机等一系列不同于传统电机的新型特种电机。20世纪20年代Park提出的电机坐标变换理论、1969年Hasse提出的矢量控制概念、1971年Blaschke完善交流电机矢量控制理论、1985年Depenbrock提出直接转矩控制理论等，上述理论革新极大地推动了电机行业的进步。为了满足各种应用要求，不断开发新型结构、采用新型材料、改进加工工艺仍是微电机发展的重点，轴向盘式结构、拼块组合结构、片状绕组等，而高性能稀土永磁、陶瓷合金、实心导磁体、高强度工程塑料等新型材料的广泛应用正在对微电机技术发展产生深远的影响。

    中国产业信息网发布的《2014-2018年中国微电机产业运营监测与投资前景分析报告》中显示：微电机技术涉及的学科和技术领域包括电机技术、材料技术、计算技术、控制技术、微电子技术、电力电子技术、传感技术、网络技术等，属多学科、多技术领域交叉的综合技术。各学科和技术领域中的最新成果都能很快在微电机领域中得到应用，尤其是新材料的发展和应用，新一代驱动技术的研制和应用，网络化控制技术的发展，都给微电机带来新的发展理念，并深入到产品应用中。

    随着信息技术、材料技术、生命技术、能源技术的进步，微电机技术正在进入一个新的发展阶段，其趋势体现为：

    （1）节能和智能化。节约能源是各行各业的要求，智能化是现代技术发展和满足人类生活水平的要求。随着技术进步，微电机各应用领域的产品对电机要求不断提高。如家电领域中，随着健康型、节能型、智能型变频空调家电产品的推广，相应配套的电机要求具备更高效能，以达到节能目的，并要求智能化，实现家电设备的模糊控制，以达到高度自动化。

    （2）机电一体化。随着电子技术，控制技术以及电机本体的发展和变化，传统电机分类间的界限越来越模糊，这是机电一体化的必然趋势。机电一体化技术是以微电子为主导的多种新兴技术与精密机械融合的综合性新技术。随着电力电子技术的成熟发展和客户对自动化需求的增加，电动机、调速装置和电器被视为一个整体。电动机与驱动系统的发展方向是：集成化，即电力电子、电动机及控制系统高度集成化，上述三者从设计、制造到运行、维护均紧密地融为一体；通用化，即同一传动系统可以针对不同形式的电动机和不同的运行模式而实行不同的控制方式；信息化，即现代电气传动系统不但是转换、传送能量的装置，而且要成为传递、交换信息的通道。

    （3）无刷化。为降低微电机运行时的噪音，提高电磁兼容性能和电机可靠性能，延长电机使用寿命，除了在电机结构上不断改进，业界一直致力于发展各种无刷电机。经过多年的研发，取得了显著的成果，如无刷直流电机、无刷自整角机、无刷旋转变压器等，许多电机新品种已经进入商品化生产。例如，冰箱的变频压缩机中采用无刷永磁直流电动机，可以大幅增大其制冷水平的可调范围。但是，由于无刷电机所涉及的技术要求较高，要求掌握相关电机技术、硬件技术、软件控制技术、传感技术、稀土材料技术、大功率电子技术，目前国内市场大功率无刷电机产品还是比较少见。中国产业信息网

    （4）微型化。由于电子技术的快速发展和广泛应用，一方面要求微电机向小型化、扁平化、轻量化方向发展，以适应电子产品日益微型化的需要；另一方面也为微电机的微型化创造了条件。微电机的微型化，不仅指它的质量和体积，还指它的功率消耗。现代电子产品（如手机）用电机往往是耗电总量最大的元器件之一，又如在宇航系统中，通常以燃料电池或太阳能电池供电，所有电器元件的耗电量受到严格控制。因此，微电机的微型化是目前迫切需要解决的问题。为了使电机微型化，通常采取改进设计、简化结构，采用新材料、新工艺等措施。例如，日本一家公司推出了重量仅4mg的微电机，可在人体血管中穿行。

    （5）永磁化。随着微电机向微薄轻型化、无刷化和电子化的方向发展，永磁材料在微电机中的普遍应用已是必然趋势。我国稀土资源丰富，所研制生产的钕铁硼永磁体的最大磁能积（磁能积是衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一）已处于国际先进水平，为我国永磁电机的发展提供了良好的条件。

    （6）低噪音、低振动、低干扰。随着人们生活水平的提高，对环境条件要求静化和优化，为确保信息收集、传输和存贮正常进行，需防止无线电磁干扰。降低微电机噪音和振动、防止电磁干扰乃是今后产品开发和生产工艺改造中的重要课题。

    （7）数字化。微电机的数字化是指在其控制单元中采用可编程控制器，综合现代控制理论、电力电子技术、微电子技术等，实现电机速度和位置的自适应调整与控制。电动机控制策略的模拟实现正逐渐退出历史舞台，而采用微处理器、通用计算机、DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了快速发展，电动机控制系统正朝着高精度、高性能、网络化、信息化、系统芯片化方向不断进步。中国产业信息网

    （8）测试技术向高效和自动化发展。电机驱动与控制采用中大规模集成电路后，控制电路简化，有利于电机的驱动器轻薄短小化，并使驱动精度和可靠性提高，同时降低成本。随着电机性能的提高，要求与其配套的检测技术精确度更高。

    （9）极端制造技术的使用。微电机制造技术正在从常规制造、传统制造向极端制造方向发展。所谓极端制造是指在极端条件或环境下，制造极端尺度或极高功能的器件和系统。如：制造天空飞行器、微纳电机、微纳光机电系统等极小尺度和极高精度的产品。