隨著科學技術的不斷進步和實際應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。它們采用新穎的設計理念、方法、結構和原理。

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、交通工具等領域得到應用。隨著永磁材料和電力電子技術的快速發(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,使彈性體(定子)在超聲頻段產生微觀機械振動(振動頻率在20kHz以上) ,通過定子和轉子(或動子)之間的摩擦作用,將定子的微觀振動轉換成轉子(或動子)的宏觀的單方向轉動(或直線運動) 。它打破了由電磁效應獲得轉速和轉矩的傳統(tǒng)電機的概念,是微特電機技術發(fā)展中還有一項引人矚目的新技術。

與傳統(tǒng)電動機相比,超聲波電動機有一系列的優(yōu)點: (1)結構簡單,它由兩個基本部件構成:振動部件和運動部件; (2)單位體積轉矩大,是相同體積的傳統(tǒng)電動機的10倍; (3)低速性能好,可以將轉速調節(jié)到零,能在低速的情況下直接輸出大的轉矩; (4)制動轉矩大,不需要附加制動器; (5)機械時間常數小,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品已用于高級照相機、攝像機、光學儀器上。超聲波電動機技術的發(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構,不需要磁鐵和線圈,而是利用壓電材料的逆壓電效應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獲得轉速和轉矩的電機的概念,是處于當前世界科學前沿的高新技術。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、微型機械等領域已得到成功的應用。

3高速動壓軸承電動機

隨著信息產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)的旋轉電機再加上一套變換機構組成直線運動裝置已遠不能滿足精度要求,直接直線驅動是現(xiàn)代伺服驅動技術研究的內容之一,直線電機是其中的關鍵技術。直線電機應用領域也是廣泛的,在需要直線運動的裝置上,采用直接驅動的直線電機將優(yōu)于旋轉電機。由于省去了運動變換機構,可以提高控制精度。

5超微電動機

超微電動機技術是利用近20年才發(fā)展起來的微電子機械系統(tǒng)技術(MEMS)的一種新型高技術領域,其特點是基于半導體材料硅的微加工技術,用來制造尺寸從毫米到微米范圍內具有能量轉換及傳輸功能的器件。MEMS技術的出現(xiàn),使傳統(tǒng)的機械制造技術產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,轉換效率高、壽命長,它已在許多領域如內窺鏡、微機器人等中得到應用?，F(xiàn)在,美國、日本、俄羅斯、德國等投入大量人力、物力、財力開展這項技術的研究和應用,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也在研制直徑為1mm的超微電動機?？梢灶A期,隨著納米制造技術的發(fā)展和應用,超微電動機也將得到很大的發(fā)展,而使其擁有更多的應用領域。

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)學領域中有重要潛在用途。美國Cornell 大學的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,構成了用分子電機驅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) ,能夠產生最大為80～100pN·nm的轉矩,與當前能生產的納米機械結構的尺寸和力學常數相兼容。這一新技術有望在血管清理中發(fā)揮作用。