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

1永磁無刷電機

無刷電動機是微特電機的發(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,價格不斷降低,無刷電動機必將得到進一步的發(fā)展,需求量將越來越大,同一般異步電動機相比較,新型無刷電機耗電下降30%～35%,達到了高效、節(jié)能、小型、輕量的要求。

無刷電機雖然成本價格高于異步電動機,但由于耗電小、效率高,運行成本降低,從節(jié)能的觀點來看,普及無刷電機必然是大勢所趨。世界各大公司已在無刷電機領(lǐng)域展開了激烈的競爭。因此,隨著元器件、材料性能的提高,無刷電機的性能也會大幅度提高,技術(shù)開發(fā)的速度競爭將更突出。

2超聲波電動機

超聲電機(ultrasonicmotor, 縮寫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)生微觀機械振動(振動頻率在20kHz以上) ,通過定子和轉(zhuǎn)子(或動子)之間的摩擦作用,將定子的微觀振動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子(或動子)的宏觀的單方向轉(zhuǎn)動(或直線運動) 。它打破了由電磁效應(yīng)獲得轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的傳統(tǒng)電機的概念,是微特電機技術(shù)發(fā)展中還有一項引人矚目的新技術(shù)。

與傳統(tǒng)電動機相比,超聲波電動機有一系列的優(yōu)點: (1)結(jié)構(gòu)簡單,它由兩個基本部件構(gòu)成:振動部件和運動部件; (2)單位體積轉(zhuǎn)矩大,是相同體積的傳統(tǒng)電動機的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)制動轉(zhuǎn)矩大,不需要附加制動器; (5)機械時間常數(shù)小,快速性能好; (6)沒有磁場和電場,無電磁干擾和電磁噪聲等。

目前,超聲波電機在國外一些國家如日本的很多公司已取得商業(yè)實用化。佳能、松下、日立等公司的超聲波電動機新產(chǎn)品已用于高級照相機、攝像機、光學(xué)儀器上。超聲波電動機技術(shù)的發(fā)展方向是進一步提高效率。

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

3高速動壓軸承電動機

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刷電動機轉(zhuǎn)速高達8000～50000r/ min。高速電機的軸承也將用動壓軸承取代傳統(tǒng)的滑動軸承以克服因高速而帶來的諸多技術(shù)問題。動壓軸承與滾珠、滑動軸承相比較,有許多優(yōu)點;可以抑制不規(guī)則的軸的擺動,耐沖擊性提高,壽命長,噪聲小等。

動壓軸承電動機有流體和空氣兩種型式,一般轉(zhuǎn)速較低用流體動壓軸承,高速用空氣動壓軸承。雖然動壓軸承電動機目前還存在一些有待進一步解決的技術(shù)問題,但是,高速動壓軸承電動機是發(fā)展方向已得到普遍的確認。

4直線電機

隨著自動控制技術(shù)的高速發(fā)展,對各類自動控制系統(tǒng)的定位精度要求越來越高,傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機再加上一套變換機構(gòu)組成直線運動裝置已遠不能滿足精度要求,直接直線驅(qū)動是現(xiàn)代伺服驅(qū)動技術(shù)研究的內(nèi)容之一,直線電機是其中的關(guān)鍵技術(shù)。直線電機應(yīng)用領(lǐng)域也是廣泛的,在需要直線運動的裝置上,采用直接驅(qū)動的直線電機將優(yōu)于旋轉(zhuǎn)電機。由于省去了運動變換機構(gòu),可以提高控制精度。

5超微電動機

超微電動機技術(shù)是利用近20年才發(fā)展起來的微電子機械系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)的一種新型高技術(shù)領(lǐng)域,其特點是基于半導(dǎo)體材料硅的微加工技術(shù),用來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)的機械制造技術(shù)產(chǎn)生了一次革命性的飛躍。

超微電動機有靜電原理超微電動機和電磁型超微電動機,由于電磁型超微電動機比靜電型超微電動機力矩大,轉(zhuǎn)換效率高、壽命長,它已在許多領(lǐng)域如內(nèi)窺鏡、微機器人等中得到應(yīng)用。現(xiàn)在,美國、日本、俄羅斯、德國等投入大量人力、物力、財力開展這項技術(shù)的研究和應(yīng)用,并取得很大進展,有的達到實用。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機,我國如上海交通大學(xué)也在研制直徑為1mm的超微電動機。可以預(yù)期,隨著納米制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,超微電動機也將得到很大的發(fā)展,而使其擁有更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

6分子電機

隨著MEMS的發(fā)展,出現(xiàn)了納米機電系(na2noelectromechanicalsystems,NEMS),特征尺寸可能從幾百到幾個納米,其中有些在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有重要潛在用途。美國Cornell 大學(xué)的RickyK. Soong等把單個的生物分子電機和納米尺度的無機系統(tǒng)集成起來,構(gòu)成了用分子電機驅(qū)動的混合納米機械器件。該生物分子(直徑小于8nm,長度為14nm)電機通過在活性系統(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,與當前能生產(chǎn)的納米機械結(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。