微電機

我國微電機行業創建於20世紀50年代末期，從為滿足國防武器裝備需要開始，經歷了仿製、自行設計和研究開發的階段，至今已有40餘年的發展歷史，已形成產品開發、規模化生產和關鍵零部件、關鍵材料、專用製造設備、測試儀器配套的完整的工業體系。

微電機是指直徑小於160mm或額定功率小於750mW的電機，微電機門類繁多，大體可分為直流電動機、交流電動機、自態角電動機、步進電動機、旋轉變壓器、軸角編碼器、交直流兩用電動機、測速發電機、感應同步器、直線電機、壓電電動機、電機機組、其他特種電機等13大類。微電機綜合了電機、微電子、電力電子、計算機、自動控制、精密機械、新材料等多門學科的高新技術行業，尤其是電子技術和新材料技術的應用促進了微特電機技術進步。

微電機品種眾多(達6000餘種)、規格繁雜、市場應用領域十分廣泛，涉及國民經濟、國防裝備、人類生活的各個方面，凡是需要電驅動的場合都可以見到微電機。

微電機制造工序多，涉及精密機械、精細化工、微細加工、磁材料處理、繞組製造、絕緣處理等工藝技術，需要的工藝裝備數量大、精度高，為了保證產品的質量還需一系列精密的測試儀器，是投資性較強的行業。

簡而言之，微電機行業是勞動密集型和技術密集型的高新技術產業。

常規尺寸電機是以各種電磁電機佔據主流，另外還有液壓和氣動電動機等。將電機微型化可以通過兩條途徑。一條是驅動原理和結構沿襲己有的中小電機，並加以微型化。如目前廣泛用於磁盤驅動、攝像機、電動玩具以及辦公自動化機器中的步進電機和直流電機。另一條是採用新的功能材料開發新的驅動原理，製作成各種結構型式的微電機。如壓電超聲電機、靜電電機以及利用形狀記憶合金、超磁致伸縮器件、層疊式壓電振子、人工肌筋等開發的各字微驅動器。

在微機器人、精密工程、航空航天等各種應用的領域，微電機兼有驅動和精密控制雙重功能，驅動可以是直線、旋轉或多自由度的；控制目標可以是位置、速度或力(力矩)。因此從應用的角度説，微電機應當滿足如下基本要求：在體積小重量輕的前提下，能產生較大的運動位移量，並輸出較大的功率，功耗小，控制精度高，響應快。這也是微電機區別於一般常規電機和其他微驅動器的基本特徵。既滿足上述要求，又能達到某具體的結構或功能目標，是微電機設計開發所必須解決的共同課題。

電機的微型化給製造、裝配帶來困難的同時也帶來前所未有的好處。例如，可以使用原來大尺寸電機因成本等因素而難以考慮的特殊材料；薄膜、塊體等異型結構材料容易製備獲得，等等。正因為如此，微電機的結構形式和種類極為豐富。目前己出現的微電機的主要類型有：靜電式、電磁式、超磁致伸縮式、壓電式、形狀記憶合金式等。其中，靜電式和電磁式的轉子/定子間為非接觸驅動，形狀記憶合金式為直接驅動，壓電式和超磁致伸縮式為接觸式驅動，並具有保持力。 ^[1] 

壓電材料是製作微電機的理想材料。因為壓電材料僅加電場就能自己產生變形。壓電性薄膜可以通過許多途徑獲得，方便地製成微小主動結構體。利用壓電材料製作驅動器有三種方法：

1、利用壓電材料本身的變形，在極小行程下(微米以下)工作；

2、應用槓桿原理或與彈性體結合成複合結構(如：雙壓電晶片、蘭傑文振子)，擴大壓電材料本身的變形(幾百微米以下)；

3、將壓電陶瓷產生的變形設法無限延長。這主要有三種類型，利用共振生成行波或駐波的超聲波電機，組

合成箱位結構的蠕動式電機，利用慣性停/滑原理的慣性式電機。

微電機中，壓電式和電磁式輸出功率較大，產業化前景較好。 ^[2] 

無特殊控制要求的驅動場合作為運動機械負載的動力源。

例如，在盒式錄像機中，微特電機既是磁鼓組件的關鍵元件，又是其主導軸驅動、收供帶和磁帶盒的自動裝載以及磁帶張力控制的重要元件。

辦公自動化設備、計算機外部設備和工業自動化設備。如磁盤驅動器、複印機、數控機牀、機器人等都應用了微電機。