牛学锋1 牛冬梅2 朱书杰2
（1．西安邮电大学，陕西 西安 710121；2．中船重工东仪科工集团有限公司，陕西 西安 710061）
【摘 要】工业化与信息化技术的快速发展促进了微电机技术的发展。总结了微电机在各相关领域的应用现状，指出了微电机行业在发展过程中的存在的一些问题，并对微电机行业的发展趋势进行了分析预测，指出高效节能化、机电一体化、直流无刷化已成为微电机技术的发展趋势。
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关键词 微电机；应用现状；存在问题；发展趋势
Application Status and Development Trend Analysis of Micro-motor
NIU Xue－feng1 NIU Dong－mei2 ZHU Shu－jie2
(1.Xi’an University of Posts ＆ Telecommunications, Xi’an Shaanxi 710121, China；
（2. The China Shipbuilding East Ika Industry Group co., Ltd., Xi’an Shaanxi 710061, China)
【Abstract】Industrialization and the rapid development of information technology to promote the development of micro-motor technology. This paper summarizes the application status of micro-motors in the relevant fields, and points out some problems in the micro motor industry development process, and micro-motor industry development trend analysis and prediction were pointed out energy efficient technology, mechatronics, brushless DC has become the development trend of micro-motor technology.
【Key words】Micro-motor; Application Status; Problems; Development Trend
※基金项目：“基于无线传感网络与GPS的盲人导航关键问题研究”（14JK1669）。
作者简介：牛学锋（1973-），女，汉族，河南商丘人，硕士，西安邮电大学自动化学院，工程师，主要从事自动化测控技术与仪器教学研究。
0 引言
随着我国工业化与信息化深度融合国家战略的稳步推进，微电机的研发与制造行业取得了长足的发展。微电机伴随着我国的工业自动化、武器装备现代化、农业现代化、办公自动化、家庭现代化的进行正大量应用到各个领域。作为这些领域支撑技术和系统中不可缺少的执行元件和动力元件，现代微电机已发展为先进制造技术和新兴电子信息技术紧密结合的高新技术产品，其研发思路也由零件级产品上升到系统级层面。这不仅对现代微电机的设计、生产提出了更高的要求，同时也提供了更广阔的应用空间。“十二五”期间国家提出重点发展新型节能微电机技术，结合国家政策方向，分析我国微电机研制、生产及应用现状，发现其中的不足，并找出后续发展方向具有重要的实践意义。
1 微电机的应用现状
1.1 微电机在家用电器领域的应用
微电机在社会各领域的应用分布情况与生产力发展水平是相适应的，据最新的统计结果显示，目前我国在家用电器领域的微电机使用量占总量的23%。[1]家用电器用微电机作为我国微电机研发制造业中的主导产品，其种类众多，生产应用数量庞大。应用到的主要家电产品有空调、电冰箱、电风扇、洗衣机、微波炉、跑步机、吸尘器、抽油烟机、洗碗机、豆浆机、榨汁机、电动牙刷、电吹风、厨房废物处理器、搅拌器等。据国家统计局数据显示，2014年上半年，我国空调产量为8840.29万台，同比增长16.31%；冰箱产量为5051.75万台，同比增长0.71%；冷柜产量为1026.85万台，同比增长1.39%；洗衣机产量3276.80万台，同比下降3.59%。[2]可以看出，家电行业和企业在全球产业中的比重和作用不断扩大。同时，新兴家电如净水器、空气净化器等产品也正大量进入家庭使用。家用电器在城市家庭的使用量日益增加的情况下，其在农村市场的使用也正在快速拓展，家用电器产品应用市场的不断发展壮大也促使配套用微电机的同步增长。
１.2 微电机在汽车领域的应用
家庭用汽车的普及促进了汽车行业的迅速发展，同时也带动了汽车用微电机产业的发展。微电机是汽车上的关键零部件之一，其主要分布于汽车的发动机、底盘、车身三大部位及附件中，在电动汽车结构中电机还作为动力系统核心部件。现在的汽车车窗、门锁、后视镜等系统，都使用电机驱动。随着电子技术在汽车上的广泛应用，微电机也在汽车信息系统、导航系统、汽车音响、车载通信系统等方向得到应用。据统计，每辆经济型汽车配备30台以上微电机，高级轿车至少配备60台以上微电机，豪华型轿车配备近百台小微电机，汽车用微电机占总需求量的26%左右。据工信部发布2014年全年汽车工业经济运行情况数据显示，2014年我国累计生产汽车2372.29万辆，同比增长7.3%，销售汽车2349.19万辆，同比增长6.9%，产销量保持世界第一。[3]以每辆车平均配备40台微电机计，估计对微电机的需求量达到数十亿台以上。另考虑汽车的二级维修市场，还有约三成微电机等零部件的需求。
１.3 微电机在医疗设备、保健器材领域的应用
医疗设备、保健器材用微电机是微特电机主要应用领域之一。随着人们生活水平的提升和健康意识的增强，医院和家用的医疗及保健康复器材需要量迅速增长，与其配套的微特电机数量和品种也随着快速增长。尤其是庞大的老龄化群体、慢性疾病、残疾障碍及神经功能失调疾病的治疗、康复，对器械的需求越来越迫切，促使医疗产业、康复保健产业加速发展和应用新技术，不断开发新产品。具体应用涉及到人体疾病治疗、康复、检查、记录、监视、分析、整形美容等所使用的系统、设备、仪器、刀针及辅助设备。如核磁共振设备、心电图机、全方位内窥镜、电动离心机、电动吸引器、电动轮椅、电动摇床、牙钻机等。由于医用领域的特殊性，要求微电机具有微型化、低噪声、运行平稳、可靠性高的特点。
１.4 微电机在各类机械设备、机器人、武器装备领域的应用
工业现代化和武器装备现代化发展离不开微电机技术的现代化进步发展。在工业技术、信息技术全球化的今天，微电机在军事、民用的各种现代化装备及其控制系统中得到广泛的应用，如火炮控制、导弹制导、飞机自动驾驶、数控机床、无梭织机控制、工业缝纫机控制、遥测遥控等领域都大量使用了各种微电机。在实际应用中，微电机也由过去简单的起动控制、提供动力的目的，发展到对其速度、位置、转矩等的精确控制，特别是工业自动化、办公自动化方面，几乎都采用了电机技术、微电子技术和电力电子技术等相结合的机电一体化产品。该类微电机品种繁多，技术含量高，系统综合程度高，不少是电机组件，按使用属性分为信号类微电机、驱动执行类微电机和机电组件一体化系统。
２ 微电机行业发展中存在的问题
２.1 我国微电机与国外先进技术水平差距较大，缺乏创新
经过改革开放后30多年的快速发展，我国已经成为世界微电机生产大国，但技术水平与发达国家相比，仍有较大差距，主要表现在以下几个方面：控制类微电机与工业发达国家相比，不管从电机可靠性还是性能指标仍有较大差距，其整体水平相当于国外20世纪80年代中后期水平。[4]工业用微型直流电机，国外可以做到寿命2000小时以上，而我国平均是1000小时，主要问题是电机结构工艺的不合理性及电刷材料等问题。国外无刷直流电机的效率可以做到80%以上，我国一般生产厂家只能达到60%～70%左右。步进电动机国外早已发展高性能的混合式结构，我国的混合式步进电动机在90年代才开始发展。在高性能、高技术含量电动机方面，如无刷直流电动机、交流伺服电动机、直线电机等方面差距更大一些。这主要是由于我国电子技术落后、投入不足和人才相对短缺造成的。
产量大而技术含量低是在中国微电机产业的基本状况，大量企业缺乏独立开发能力，基本以仿制为主，整个产业的产、学、研结合不理想，缺乏创新。
2.2 行业发展结构性问题突出，布局不合理
从我国微电机发展的综合情况来看,经过多年的发展,目前已基本形成了包括广州、深圳、珠海、香港在内的大珠江三角、江浙沪长三角和京津渤海三角等三个微电机产业带,以及福建、山东、四川等热点地区。目前来看，东部地区发展较快，中西部地区相对滞后，东部地区微电机工业总产值占整个电机工业总产值的70%，而中西部地区所占比重不到30%。这一现状的形成受政策、地理环境条件等诸多因素地影响。由于微电机行业是劳动密集型行业，进入行业门槛较低，因此，容易出现低水平、同质化竞争现象，重复建设严重。而与此同时，不少新型微电机产品尚属空白,技术提升缓慢。
２.3 市场调研度不够，缺乏与相配套行业的互动沟通
在相对发达的信息社会的今天，市场需求千变万化。微电机的研发与生产离不开与其紧密结合的市场应用领域。长期以来，微电机的研发与生产者对市场的关注程度不够，未及时领略到其应用领域需求的快速变化，缺乏对新产品的开发，只注重自身的效益与发展，从而造成有些产品开发出来后无市场需求的情况。究其原因就是没有考虑到外在需要的影响和对科研、开发和生产的拉动作用。
３ 微电机发展趋势分析
虽然我国微电机行业与国际水平还有一段差距，但其发展前景依然十分广阔。
3.1 大力发展高效节能型微电机
高效节能是微电机总的发展趋势，据统计数据显示，我国电机用电量约占全国用电总量的60%。微电机使用量大面广，节能潜力巨大。因此，电机系统节能工程被列为我国“十二五”十大重点节能工程之一，电机节能是国家节能减排工作的重点领域。随着国家对节能减排各项举措的积极推行及高效节能电机补贴政策的逐步落实，电机节能行业迎来了快速增长。工信部表示，2015年将落实专项资金补贴电机系统节能改造。为了实现高精度、低成本、低功耗的要求，微电机需要不断开发各种新结构、使用新材料。同时要从电机驱动角度进行研究，改变传统的电机控制和驱动系统结构，应用先进的控制算法。
３.2 微电机与减速器一体化设计
微电机一般为高速电机，在具体的应用领域往往需要与一套减速机构相结合，经过减速后，方可使用。而减速机构与电机的转接往往增加了系统的体积，降低了可靠性，还降低系统效率和控制精度。有时受安装空间的影响，要求体积要尽量减小，为了适应这一要求，并提高可靠性，国外研发人员进行了微电机与减速器的一体化设计，主要进行了微电机与行星齿轮减速器一体化设计、微电机与滚珠丝杠减速器一体化设计、微电机与蜗轮蜗杆减速器一体化设计。这些设计均做出了样机，并进行了性能测试，但发现这样的改进后，整个电机系统的频带过低，响应跟不上，设计人员一直在努力改进，国内尚未见到有相关的研发设计资料。
３.3 微电机的无刷化、微型化、永磁化发展
为降低微电机运行时的噪音，提高电磁兼容性能和电机可靠性，延长电机使用寿命，各国一直都在致力于发展各种无刷电机。但是，由于无刷电机所涉及的技术要求较高，要求掌握相关电机技术、硬件技术、软件控制技术、传感技术、稀土材料技术、大功率电子技术，目前国内市场大功率无刷电机产品还是比较少见，电子产品日益微型化的需要要求微电机向小型化、扁平化、轻量化方向发展。随着微电机向微薄轻型化、无刷化和电子化的方向发展，永磁材料在微电机中的普遍应用已是必然趋势。
３.4 发展微电机新型测试技术
随着微电机不断的向微型化方向发展，其建模、仿真、优化设计的正确性、有效性，需要微机械性能评测技术加以评价。由于微电机的重要零部件十分微小，产生的运动、位移微乎其微，无法用传统的测试方法测得相应指标。因此，必须开发微机械量传感测量技术，以适应新的测试需求。
４ 结论
作为在国民经济中具有十分重要地位的微电机行业，其在国内及国际上的发展竞争十分激烈。正确认识我国微电机行业的发展现状及不足，找准未来行业发展方向，对促进我国微电机行业的健康发展，使我国由微电机生产大国变为微电机技术全国，具有十分重要的意义。
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参考文献
［１］我国微电机行业发展市场容量分析[OL].http://www.chyxx.com,2014,4:24.
［２］2014上半年空调产量增长继续领跑白电[OL].http://wwww.homea.hc360.com，2014,9:2.
［３］2014年我国汽车产销量世界第一[Z].工业和信息化部,2015(1):23.
［４］中国微电机行业“十一五”回顾及“十二五”规划投资分析及前景预测报告[OL].http://www.qqfx.cpm.cn,2012,4.
［５］李朝东.微电机研究的最新动态与应用展望[J].微特电机,2003(1).
［６］李煌荣.关注医疗康复器械用微特电机的发展机遇[J].微特电机,2013(6).
［责任编辑：邓丽丽］