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低成本、集成化促进微电机行业发展 |
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| http://cn.newmaker.com
1/2/2007 3:55:00 PM
中国电子商情
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微电机形成专业化的生产体系，在世界上大约经历了半个多世纪。它已从传统电机模式发展成为多学科互相渗透的机电一体化产品。随着基础研究的深化和新工艺、新材料的出现，越来越多的新型微电机被开发出来并逐步进入实用化，从而给微电机带来革命性的变化，使微电机的市场前景十分看好。
微电机的市场现状与发展
随着工业自动化、办公自动化和家庭自动化的不断发展，以及计算机、通信、汽车、家电、玩具产量的不断提高，世界微电机的市场容量正以高于6%的速度向前推进。日本是世界微电机的最大制造国，在二十世纪80年代末90年代初期达到生产和需求的顶峰，2000年其产量降至17亿台，产值也下降到673.3亿日元，约为10年前日本微电机产值的一半。近几年则保持一种相对稳定的发展态势。日本Mabuchi马达公司是全球最大的微电机制造商，它控制了一半以上的世界DC电机市场，在我国大陆和台湾省、马来西亚、越南等地均设有生产工厂，该公司在全球各地的DC电机综合生产能力已达15亿台。由于日本在磁性材料、电子控制和生产工艺上的领先地位，其微电机产品具有大转矩、小尺寸、高控制精度、低功耗、长寿命和低成本的竞争优势。
按照当前使用微电机的数量多少进行排位，信息处理设备（含通信设备）为最大用户，约占29%；音响设备占18%；汽车电器设备占13%；日常家用电器占8%；视像处理设备占7%；工业电气驱动和控制占2%。另外，还有23%的应用覆盖面，如宇航飞行器、自动化武器装备、农业机械、轻工机械、医疗设备等等。
在上述应用领域中，电子信息和通信设备是世界微电机市场用量增长最快的领域，年均增长率高达20～30%左右，1999年其需求量为18亿台，2001年达到23.2亿台。这主要归功于PC机、VCD（DVD）、CD－ROM驱动器等用主轴电机、步进电机、负载（Loading）电机以及移动电话、传呼机振动用无芯（Coreless）和有芯（Core）电机的需求增加。
工业自动化与工业领域的微电机市场增长率位居第二，近两年仍保持了两位数的同比增长率。
汽车领域用微电机的增长也十分可观，达8%左右。目前一辆普通汽车一般需要微电机15台，而豪华轿车则需40～60台。随着全球汽车电子化程度的进一步提高，所需微电机也将愈来愈多。
与此同时，日趋激烈的竞争环境正迫使世界微电机厂商积极探索降低生产成本的有效方法。特别是日本，受日元连续升值、劳动力成本逐年增长的压力，许多公司在前几年大举向海外转移中低档微电机生产的基础上，近年又开始将一批高技术含量微电机的生产转向国外，其中包括用于激光打印机、喷墨打印机和数字普通纸复印机的无刷微电机,用于办公自动化设备如激光打印机内的旋转多角镜高精度微电机，用于可录CD、可重写CD、DVD－ROM和大容量硬驱的盘式微电机以及用于数字A／V设备如DVD视盘机、MD唱机和数码相机的超微型电机等。我国由于具有磁性材料资源丰富、产量大、价格低、劳动力相对便宜等众多优势，所以已成为世界微电机生产的首选国家。据不完全统计，目前在我国建厂的外商独资或合资微电机生产企业已达20余家，其产量约占我国微电机总量的80%。
微电机技术的发展趋势
激烈的竞争也带来了微电机产品变革的加速。当前世界微电机技术领域的发展趋势是：
微电机产品的小型轻量和低成本化
轻薄短小、低成本是微电机制造商研究开发的永恒主题，而主轴电机薄型化、紧固结构小型化、电子线路简易化是微电机小型轻量和低成本化的关键。在产品设计中，采用专用IC或LSI来完成电机的驱动系统和读写系统，采用新型优质材料如品质优良的工程塑料、高性能NdFeB稀土永磁材料、耐磨性能极优的陶瓷材料分别制作高速微电机的壳体、定子及轴承，则将为微电机产品提高性能、缩小体积、降低成本创造条件。微机械加工技术对微电机的超小型化具有十分重要的意义，尽管近年内微机械加工技术不会显现其商业价值，但它的某些技术将使传统电机进一步小型化，如日本松下公司已利用半导体工艺和薄膜工艺开发出了转子直径仅1mm、电机总体直径为1.4mm的超小型微电机。
微电机制造的自动化和生产的规模化
随着国际市场竞争的加剧，微电机产品的市场寿命愈来愈短，因而迫使制造商努力采用CAD／CAM等计算机辅助设计、制造技术，缩短产品研发周期。与此同时，出于成本因素的考虑，一些有实力的大公司还在加紧进行技术改造，积极开展自动化、无人化工厂试验，进一步采用成套自动化生产线制造微电机，以获取高的劳动生产率和产品质量。
微电机驱动与控制电路的集成化
电机驱动与控制采用集成电路后，其最大优点是电路简化，有利于电机的轻薄短小化，并使驱动精度和可靠性提高，同时降低成本。制造商现已开发出一种灵巧功率IC，它把低电压、高性能的控制电路与大功率驱动电路集成在一个芯片上，用作电机的驱动和控制，效果非常显著。一些制造商还开发出了应用功率MOS场效应管和控制逻辑电路的智能化微电机产品，实现了传统电机与电子技术的有机结合。
新原理微电机蓬勃发展
近年来人们借助微电子、精密机械加工及新材料、新生物等高新技术，研发出不少新原理的微电机，并在各种领域获得了广泛的应用。最具代表性的有片状微电机、超声波微电机、鞭毛电机、超微电机、仿生电机、形状记忆合金电机、光热电机、微波电机等。
片状微电机。即采用片状线圈、轴向磁路结构并具有微小型化特点的微电机，这是80年代初期发展起来的一种新型电机，其技术关键是线圈的制作。片状微电机对电子产品的小型化发展十分有益，其应用范围很广，特别是在OA、HA市场上有着广泛的应用。如用于HDD、FDD、LBP的主轴驱动以及盒式录放机、随身听、盘式磁带机、卡拉OK机、DAT、汽车立体声、CD、MD唱机的输带和卷盘等，其需求量相当可观。有专家断言：21世纪片状微电机应用化程度可形成数百亿元的市场规模。
超声波微电机。它是一种由压电陶瓷元件的超声振动而获得机械力的新原理微电机，没有绕组和磁场部件，结构十分简单。
其特点是在低速下直接输出大转矩，具有单位体积输出转矩大；不要减速齿轮，采用改变频率或通电时间或相间相位差就可以控制转速，可将转速调节至零，制动力矩大，不需附加制动器；机械时间常数为几毫秒；由于无齿轮，因而噪音低；既不产生杂散磁场，也不受外界的磁场影响。其缺点是变换效率低。
鞭毛微电机。它是细菌在水中游动而使用的分子机械(由蛋白质分子而形成的机械)。鞭毛微电机在生物界中是唯一的旋转电机，也是现存世界上最小(直径50nm)的电机。未来鞭毛电机将广泛应用于生物领域，科学家们正设想开发活体执行器，如考虑在生物机器人上使用这种执行器；现在的电磁电机重量重，由于传输电力和信号需要很多的导线，因而在微观世界中无法使用。
超微电机。这是指那些形状非常小(1mm以下)、重量很轻，并且在同一块基板上(硅或其它材料)，采用微电子技术和微加工技术制造出的机电一体化传动产品。如美国Wisconsen大学采用LIGA技术和多层表面微加工技术制造的磁驱动微型电机，其转矩厚度仅40μm，直径285μm，由于它是以电磁力驱动，因此转矩和输出功率得到了很大改善。超微电机的量度时以微米为单位的，它的工作状况必须藉助于专用装置或仪器来观察。超微电机的应用前景十分广阔，特别是在人们尚未充分认识的微环境下，有待不断开创扩展。
展望未来，微电机行业必将随着电子、信息、汽车以及家电这些应用主战场的兴旺而注入更强大的发展动力。
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