微電機(jī),全稱“微型電動機(jī)”,是指直徑小于160mm或額定功率小于750mW的電機(jī)。 微電機(jī)常用于控制系統(tǒng)或傳動機(jī)械負(fù)載中,用于實現(xiàn)機(jī)電信號或能量的檢測、解析運算、放大、執(zhí)行或轉(zhuǎn)換等功能。
常規(guī)尺寸電機(jī)是以各種電磁電機(jī)占據(jù)主流,另外還有液壓和氣動電動機(jī)等。將電機(jī)微型化可以通過兩條途徑。一條是驅(qū)動原理和結(jié)構(gòu)沿襲己有的中小電機(jī),并加以微型化。如目前廣泛用于磁盤驅(qū)動、攝像機(jī)、電動玩具以及辦公自動化機(jī)器中的步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。另一條是采用新的功能材料開發(fā)新的驅(qū)動原理,制作成各種結(jié)構(gòu)型式的微電機(jī)。如壓電超聲電機(jī)、靜電電機(jī)以及利用形狀記憶合金、超磁致伸縮器件、層疊式壓電振子、人工肌筋等開發(fā)的各字微驅(qū)動器。
在微機(jī)器人、精密工程、航空航天等各種應(yīng)用的領(lǐng)域,微電機(jī)兼有驅(qū)動和精密控制雙重功能,驅(qū)動可以是直線、旋轉(zhuǎn)或多自由度的;控制目標(biāo)可以是位置、速度或力(力矩)。因此從應(yīng)用的角度說,微電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求:在體積小重量輕的前提下,能產(chǎn)生較大的運動位移量,并輸出較大的功率,功耗小,控制精度高,響應(yīng)快。這也是微電機(jī)區(qū)別于一般常規(guī)電機(jī)和其他微驅(qū)動器的基本特征。既滿足上述要求,又能達(dá)到某具體的結(jié)構(gòu)或功能目標(biāo),是微電機(jī)設(shè)計開發(fā)所必須解決的共同課題。
電機(jī)的微型化給制造、裝配帶來困難的同時也帶來前所未有的好處。例如,可以使用原來大尺寸電機(jī)因成本等因素而難以考慮的特殊材料;薄膜、塊體等異型結(jié)構(gòu)材料容易制備獲得,等等。正因為如此,微電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和種類極為豐富。目前己出現(xiàn)的微電機(jī)的主要類型有:靜電式、電磁式、超磁致伸縮式、壓電式、形狀記憶合金式等。其中,靜電式和電磁式的轉(zhuǎn)子/定子間為非接觸驅(qū)動,形狀記憶合金式為直接驅(qū)動,壓電式和超磁致伸縮式為接觸式驅(qū)動,并具有保持力。
[1] 壓電材料是制作微電機(jī)的理想材料。因為壓電材料僅加電場就能自己產(chǎn)生變形。壓電性薄膜可以通過許多途徑獲得,方便地制成微小主動結(jié)構(gòu)體。利用壓電材料制作驅(qū)動器有三種方法:
1、利用壓電材料本身的變形,在極小行程下(微米以下)工作;
2、應(yīng)用杠桿原理或與彈性體結(jié)合成復(fù)合結(jié)構(gòu)(如:雙壓電晶片、蘭杰文振子),擴(kuò)大壓電材料本身的變形(幾百微米以下);
3、將壓電陶瓷產(chǎn)生的變形設(shè)法無限延長。這主要有三種類型,利用共振生成行波或駐波的超聲波電機(jī),組
合成箱位結(jié)構(gòu)的蠕動式電機(jī),利用慣性停/滑原理的慣性式電機(jī)。