微型永磁直流电动机可分为哪几类?
一、经济型永磁直流电动机
微型永磁直流电动机向经济型和高性能型两个方向发展。所谓经济型,主要是指音响声像设备中使用的微型直流电动机,如各种录音机,录像机、组合音响、电唱机、随身听、收音机、激光唱机、数字激光视盘机及汽车音响等。其特点是数量极大,价格低廉,一般每只几元。日本万宝至公司是世界生产经济永磁直流电动机最多的企业,每年产量数十亿台。但由于日元升值,日本本土在基本不生产这种电动机,大部分转移中国大陆和东南亚各国。如万宝至马达公司在大连设立的万宝至马达大连有限公司和万宝至马达瓦房店有限公司以及万宝至香港公司在东莞设立的来料加工工场,其产量已占总公司的绝大部分。日本三洋电机株式会社在蛇口设立的公司,投资1亿港元,其中微型直流电动机年产量6000万台。 日本三协精机公司在厦门和广东设立的独资企业,年产各种微型直流电动机达到2亿台。香港德昌电机有限公司年产各种微电机10亿台以上,其中大部分是用于汽车电器中的微型直流电机。该公司还正在筹建年产量达4亿台的音响设备用小电机生产加工基地。日本美之美电机有限公司在珠海设立的珠海三美电机有限公司,年产微型直流电动机1亿台左右。这些电机基本上都是廉价的电机。我国大陆先后从日本引进了9条音响声像电机生产线,不仅抵御了进口电机的冲击,而且成为此类电机生产大国。如阜阳市青峰机械厂,先后从日本三协公司和万宝至公司引进电子稳速永磁直流电动机生产线及生产技术,又在深圳合资创办了深圳发发微电机公司, 在合肥创办了三维电子有限公司,加上本厂一起月产量达300万台,另外浙江海山集团公司,常州微特电机总厂等厂家也先后从国外引进生产线。目前国内企业经济型微型直流电动机产量在2亿台,而独资企业产量估计在10亿台左右,所以在中国大陆生产的经济型微型直流电动机占了全世界总量的绝大部分。这种经济型电机在技术上难度不大,但是生产必须有规模,年产百万台级别是不行的,必须达到千万台产量的数量级,所以设备投资巨大。
经济型直流电动机的发展趋势是随着其使用的要求而发展的,比如对于音响电机,是随着整机对电动机追求更加小型、超薄、高速、高精度和低噪声而不断满足其需要。因此这类电机的发展趋势是:
1、扁平轻小化。如录音机 、电唱机、随身听、录音机等设备、片状电机受到青睐。
2、无刷化。如录像机,对磁鼓和主轴电机提出较高要求,而它是确保质量的关键元件,所以现在大多采用无刷直流电机,以提高工作可靠性、高效率和降低低噪声。
3、高转速化。在2000年日本小电机研讨会暨展览会上,三协、佳能、松下等公司都展出了DVD主轴电机,CD-ROM电机,转速都在2000r/min以上,为了克服高速状态下的轴承和噪声问题,采用了动压轴承结构。利用空气和油的动压轴承与滚珠轴承相比,在体积、速度、噪声和清洁度方面均有改进,且生产成本低,其应用领域在逐步扩大。
4、高精度化。如录音机电机的稳速误差要求不大于0.75%,噪声不大于32dB,抖晃率不大于0.03%。又如鼓电机是录像机磁鼓伺服系统的主要部件,要求鼓电机的力矩波动小,噪声低,机械安装精度高,动态特性好。对DVD主轴电机要求与盘片配合的电机端面转盘加工精度和配装精度很高,转盘端面跳动不大于20μm。要求微型永磁电动机高精度化是今后必然趋势。
二、高性能稀土永磁直流电机
稀土永磁材料的研制开发对微电机的发展起了极大的推动作用。在美国、日本和西欧等发达国家,稀土永磁材料在电机中的应用已占稀土永磁总销售额60%以上。稀土永磁材料具有高的剩磁和矫顽力及磁能积,且具有良好的动态回复特性,尤其适合于高性能的微电机。各向同性NdFeB粘结永磁体具有一些深受生产者和用户喜爱的优点,例如从电机生产者的角度看,这种粘结永磁体的优点是:
1、尺寸、重量、性能上比粘结铁氧体好几倍;
2、制作过程中工件不磁化,在计算机外围设备应用中有较少的污染;
3、各向同性磁化可去掉转子铁心,降低转子的转动惯量和制作成本;
4、在多极电机设计中的高抗退磁能力;
5、在动态负载下稳定的电机性能;
6、在Hcj的温度系数比各向异性NdFeB粘结永磁体低。
在国外,钕铁硼电机的应用越来越多。德国西门子公司年产数控机床,工业机器人用永磁电动机10万台以上。 西方各国1995年生产计算机外围设备用音圈电机320万台,2000年达到600万台。美国通用汽车公司对汽车用稀土永磁电机的发展极为乐观,该公司年需钕铁硼电机达2亿台之多。 欧共体决定拨专款委托美国菲尔德大学专题研制钕铁硼电机。日本是生产钕铁硼永磁体的大国,一直垄断永磁电动机市场。
近年国外开发了一种可实现小型低速、大转矩化的电动机, 即便HD电机(High Density Motor )它采用高性能稀土永磁材料和特殊磁回路的DD电动机(Direct Drive Motor)与小型高性能伺服驱动器组合而成。电机为外转子结构,由电动机部分、轴承、转子位置输出部分构成,直接和转子连接。在HD电机的磁回路中,外转子铁心槽中嵌有片状的高性能稀土永磁,在电机内藏有电磁减速齿轮,达到低速大转矩的目的。与传统的直接驱动电机比较,其铁心利用率提高了2倍多,输出转矩高2倍。这种电机在立式磨床的主轴驱动、工业机器人等领域有广泛应用。稀土永磁电机的发展方向是微型化和超薄型化。由于钕铁硼的最大磁能积高,特别是能制成超薄型,从而使过去难以做到的超微薄型结构电机得以实现。如国外用在小型立体声单放机,薄型录像机中的片状无刷直流电机,整个电机外型厚度仅4.3mm,转子采用钕铁硼,磁场方向为轴向,控制部分印制在一块板上,实现了高度集成化模块,大大提高了电机可靠性。