國(guó)外微電機(jī)技術(shù)動(dòng)態(tài)
李興根(浙江大學(xué)杭州 310027)
【摘 要】綜述了有關(guān)微電機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、新材料應(yīng)用和發(fā)展的國(guó)外****技術(shù)動(dòng)態(tài)。
1 微電機(jī)產(chǎn)品向短小輕薄化方向發(fā)展
電機(jī)的短小輕薄化是為了滿足其應(yīng)用機(jī)器的小型化、薄型化的要求。以軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(fdd)為例，由于電機(jī)要裝入個(gè)人微機(jī)內(nèi)，因此縮小電機(jī)的體積、厚度顯得十分重要。從80年代初的203．2～133．35mm(8～5．25英寸)，直至現(xiàn)在的88．9mm(3．5英寸)fdd，充分說(shuō)明了fdd的小型化、輕量化動(dòng)向。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器的小型化、輕量化、薄型化，相對(duì)要解決的技術(shù)難題集中到三個(gè)方面：①主軸電機(jī)等的薄型化。②緊固結(jié)構(gòu)的小型化、薄型化。③電路板的簡(jiǎn)化。其中第一、二兩條與電機(jī)直接有關(guān)。關(guān)于電路板，正在力圖使電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、讀寫(xiě)系統(tǒng)等各種機(jī)能由相應(yīng)的專(zhuān)用ic完成，如果再進(jìn)一步lsi化，就可以大幅度地小型化。但在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，電機(jī)基本上總要占有一定的空間，因此與電路相比，電機(jī)在小型化方面就不那么容易，可見(jiàn)機(jī)器的小型化關(guān)鍵在于電機(jī)。
多年來(lái)，國(guó)外廠商對(duì)縮小電動(dòng)機(jī)的體積一直十分重視。隨著辦公自動(dòng)化、家用電器與醫(yī)療器械的小型化，各類(lèi)用戶(hù)越來(lái)越期望電動(dòng)機(jī)廠商能提供體積小的電動(dòng)機(jī)。世界直流微電機(jī)主要廠商、日本萬(wàn)寶至電動(dòng)機(jī)公司(mabuchi motor co．)看到了不斷微型化是一種發(fā)展趨勢(shì)，故卜分重視其直流微電機(jī)產(chǎn)品的微型化。該公司新開(kāi)發(fā)的一種小型電動(dòng)機(jī)可使旅行用電動(dòng)牙刷小到像一支鋼筆那樣供人隨身攜帶。瑞士微型電動(dòng)機(jī)公司開(kāi)發(fā)的供醫(yī)療器械使用的直流電動(dòng)機(jī)小如蜜蜂。在美國(guó)的帕納索尼克實(shí)業(yè)公司(panasonic：industry)成功地開(kāi)發(fā)出一種省空問(wèn)的電動(dòng)機(jī)系列，此種電動(dòng)機(jī)很薄(采用扁平轉(zhuǎn)子)，適于裝入不能容裝常規(guī)長(zhǎng)形電動(dòng)機(jī)的空間內(nèi)。美國(guó)杜克(duke)大學(xué)研制過(guò)直徑小到1mm的超微電磁電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)小到可進(jìn)入人體動(dòng)脈與其它小部位進(jìn)行工作。美國(guó)也正在用硅與氧化物沉積在底材上的方法研制細(xì)如發(fā)絲的極小型靜電電動(dòng)機(jī)，這種微電機(jī)在醫(yī)療通訊與制造(微裝配)方面具有重大應(yīng)用價(jià)值，它可靈敏地測(cè)量人體血液的化學(xué)狀態(tài)，可用于切割血管內(nèi)障礙物的螺旋形細(xì)刀，可用于精密裝置以分選出人體的各個(gè)細(xì)胞(例如計(jì)算出白血球數(shù)量)，從而可進(jìn)行各種診斷化驗(yàn)。h本東芝公司研制出兩類(lèi)超微電動(dòng)機(jī)，徑向氣隙電動(dòng)機(jī)與軸向氣隙電動(dòng)機(jī)，前者的外徑為3mm，全長(zhǎng)為5mm：后者的定轉(zhuǎn)子外徑為o．8mm。日本松下技研公司制成直徑只有
1．4mm的電動(dòng)機(jī)，這種毫米級(jí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩相當(dāng)于體積為其10倍的小型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。德國(guó)一家微型技術(shù)研究所最近展出一種直徑只有2mm的電動(dòng)機(jī)，這一新展品具有足夠的動(dòng)力可帶動(dòng)其它機(jī)械．其轉(zhuǎn)速很高，可用于外科手術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)中。
2微電機(jī)生產(chǎn)向規(guī)模化、自動(dòng)化方向發(fā)展
日本曾成功地在美國(guó)銷(xiāo)售微型電動(dòng)機(jī)，是由于日本廠商用了大量代價(jià)建立起高生產(chǎn)率、大規(guī)模的新式的微電機(jī)工廠，因而日本制造電動(dòng)機(jī)的成本僅為美國(guó)的三分之一，大量的差價(jià)主要是由于大量生產(chǎn)帶來(lái)的好處。
為了降低制造成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，配合微電機(jī)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的需要，目前采用的一個(gè)最普遍和行之有效的措施就是生產(chǎn)自動(dòng)化，多年來(lái)。國(guó)外廠商對(duì)微電機(jī)制造工藝與設(shè)備的發(fā)展作出了大量投入，只要力所能及，就采用成套自動(dòng)化生產(chǎn)線。
近年來(lái)，國(guó)外對(duì)技術(shù)革新與自動(dòng)化生產(chǎn)的意義的認(rèn)識(shí)正在更新。過(guò)去，人們認(rèn)為技術(shù)革新與自動(dòng)化生產(chǎn)的意義主要表現(xiàn)在提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本與解放勞動(dòng)力。現(xiàn)今，這一意義已擴(kuò)大，它還包括提供均一、高質(zhì)產(chǎn)品，免去培訓(xùn)需要高技能的操作人員與加快投資的回收等。美國(guó)uppco公司認(rèn)為，如果生產(chǎn)出來(lái)的電動(dòng)機(jī)有缺陷，這不單有電動(dòng)機(jī)報(bào)廢所帶來(lái)的成本，而且也有浪費(fèi)時(shí)間、組件中其它部件得不到使用以及浪費(fèi)、管理等問(wèn)題。解決這些問(wèn)題乃是開(kāi)展技術(shù)革新與促進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要方面。
國(guó)外廠商對(duì)電機(jī)生產(chǎn)的技術(shù)革新與自動(dòng)化采取了很多措施，美國(guó)uppco公司設(shè)計(jì)的所有加工方法均考慮到自動(dòng)化與大批量生產(chǎn)，這使該公司近年的日產(chǎn)量提高20％～30％；美國(guó)mallory times公司emhart電力和電子集團(tuán)的經(jīng)理蓋姆斯·海因談到有關(guān)該公司在sparta生產(chǎn)定時(shí)器用的減速同步電動(dòng)機(jī)工廠的情況時(shí)說(shuō)：“以前需要20個(gè)以上的裝配工，而現(xiàn)在采用自動(dòng)化生產(chǎn)僅需要幾個(gè)人管理。調(diào)整工藝的收獲是巨大的，除了節(jié)省勞動(dòng)力以外，總的來(lái)說(shuō)是產(chǎn)品質(zhì)量提高、廢品減少了”。據(jù)報(bào)道，日本安川電機(jī)制作所東京工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化的特點(diǎn)是采用大量機(jī)器人，包括鐵心制造、軸加工、絕緣處理、繞線、浸漆和烘干、裝配、充磁、試運(yùn)轉(zhuǎn)、試驗(yàn)等都已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，故能大幅度提高質(zhì)量；鐵心的制造采用沖剪、疊片、夾緊一次完成，軸加工用數(shù)控機(jī)床及專(zhuān) |
