微特电机

我国微特电机的发展和机遇湘南学院物电系2010级电气工程及其自动化1班谭锋201014240118

摘要：

随着新世纪的信息技术、材料技术、生命技术、能源技术的发展，推动着世界电机行业

新技术跨入一个空前的发展阶段，微特电机是电机行业中一个十分重要的分支，因此微特电

机技术的发展，正在进入一个发展的新阶段。微特电机技术所涉及的学科和技术领域包括了

电机技术、材料技术、计算技术、控制技术、微电子技术、电力电子技术、传感技术、网络

技术等，属多学科、多技术领域交叉的综合技术，是典型的光机电一体化产品。各学科和技

术领域中的最新成果都能很快在微特电机领域中得到应用，尤其是新材料的发展和应用，新

一代驱动技术的研制和应用，网络化控制技术的发展，都给微特电机领域带来新的发展理念，

并深入到各个产品中。

关键词：微特电机，微特电子技术。

一微特电机的发张方向

1.1新的发展理念。

主要包括在以下几个方面：

1.1.1理论研究有创新

1）微特电机的理论研究，除原来的传统理论外，今后研究的理论

主要是：在微特电机领域，继续有针对性的进行模糊控制理论的研究；电机能量转换机理的

研究；反电势法的原理及起动技术；故障机理研究；现代神经科学理论的研究。同时，进一

步加强信息传输和网络化控制机理的研究；人工神经网络机理的研究等。

2）继续进行理论建模，主要有：电机磁场设计分析模型；电机动

态性能分析模型；电机稳态性能分析模型；绝缘结构模型；热计算模型；基于FMEA的电气

及机械失效模式分析模型；无位置传感器无刷直流电机的控制策略等。

3）可靠性机理的研究，主要有：微特电机驱动系统在综合控制系

统中的可靠性机理，可靠性冗余机理等。

4）故障机理的研究，主要有：了解故障的形成和发展过程，掌握

故障的内在本质及特征，是故障诊断的理论基础。其研究方法是依赖于电机和相关的基础学

科，建立电气设备故障分析的物理和数学模型，求出模型的解析解或近似解，进行仿真计算，

从中总结出一般性的规律，找出故障特征量。可以有效地指导微特电机设备的监测与诊断。

5）低电压驱动方案的研究。研究驱动电压只有几伏、十几伏或者

零点几伏系统的方案和控制模型。

1.1.

2.设计技术向一体化方向发展

1）微特电机的设计技术除了传统的CAD、CAE技术外，还继续采用有限元法，许多大型的有

限元分析软件可与许多先进的CAD软件共享数据，将有限元与三维CAD技术结合来分析产品

的结构和强度，大大提高了新产品设计的质量和速度。

在电机电磁场分析计算的基础上，运用场-路结合方法，进行电磁设计计算，损耗计算、

优化设计、噪声抑制、永磁体电机原理和特性分析等，有的公司在开发电机优化设计软件，

为用户提供便捷的设计工具。

2）新型稀土钕铁硼永磁材料的选用和设计；绝缘结构的设计；新型散热表面的设计；

新型轴承选配方法和润滑系统的设计；无槽结构电枢的设计；低成本较高分辨率位置传感器

的设计；新型充磁方法和充磁夹具的设计；新型永磁电机装配工艺和专用装配设备的设计。3）对电机中物理场的分析和计算：电机中存在的物理场包括电磁场、温度场和力场相

互作用和耦合使得电机本身成为了一个强耦合、非线形的复杂的机电能量转换装置，对电机

中物理场的研究是揭示电机能量转换机理的关键，而对其精确分析和计算是电机设计、分析、运行和控制的前提，因此要研究不断创新的适用于分析电机物理场的各种计算方法，特别是

适用面广、计算精度高的数值计算方法，及其在电机技术中的应用。

4）设计将微特电机、驱动、通信等部件都融合在电机内部，形成一体化产品，微特电

机整体技术向一体化方向发展。

1.1.4传感器技术有发展

传感器是微特电机测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。

传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件，而传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟

或数字)能力的传感器。

按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、

能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、振动传感器、生物传感器等。

按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器 薄膜传感器 厚膜传感器 陶

瓷传感器等。

微特电机应用的传感器主要是位置传感器、能耗传感器、速度传感器等。当前研究较

多的主要还是相对位置编码器、绝对位置编码器、感应同步器、光栅作为位置和速度反馈的

传感器。在采用绝对位置编码器作为位置传感器件的设备中，绝对位置编码器能够自动记忆

各进给行程内的每一点位置。

世界上正在利用先进的微电子机械系统（MEMS）制造技术，研究出一种新型三维微结构

高灵敏度敏感元件，可能组成新一代的微功率传感器。这种传感器精度高、响应快、可靠性好，是微特电机未来应用的新传感器之一。

1.1.5网络通讯技术有特色

我国的通信技术虽然在以太网网络、手机、数字电视、视频技术等方面取得了重大进

展，但是在微特电机控制领域仍然与国际先进水平相差甚远。

我国在微特电机控制领域的通信技术，目前基本是基于单独设备的点到点的通信，速

度低下，可靠性差、不能实现精确时钟同步、效率不高，严重影响了我国信息技术对传统产

业的提升作用。

随着世界先进制造技术的发展,国际空间高技术和国防工业的激烈竞争的加剧,我国

的国防工业、电子产业、机械工业、纺织、印刷等行业都提出了一种高新技术——链路层高

速同步通信技术的要求。正在组织进行高速同步通信技术网络化制造的开发和研究。主要有：

l CAN通信技术；

CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN

卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来

越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。CAN技术在汽车电子控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面均得到了广泛的应用。l SERCOS 通信技术；

传统的机械传动部分，需要使用机械性滑轮、皮带，以控制和驱动各种不同的机械设备。

为了提高生产的灵活性，现在开始采用结合了电子运动控制系统的伺服电机或驱动。在驱动

之间进行高速数字连接，如SERCOS，不需要机械传动部件就能紧密协调轴运动。电子运

动系统可显著降低因改变机械构造所需要的时间，也提高了生产运行的灵活性。