電磁微電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造

沈成林

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。而其中必然少不了一個(gè)必備元件----微電機(jī)。微電機(jī)的主要作用是控制相關(guān)的系統(tǒng)，并運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信號(hào)的檢測(cè)，分析，轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)元件的控制。本文主要從常見(jiàn)的電磁微電機(jī)的特點(diǎn)、電磁微電機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、控制電力的設(shè)計(jì)及制作特點(diǎn)以及定子微細(xì)加工四個(gè)角度進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：電磁微電機(jī);設(shè)計(jì)與制造;制造策略

電子微電機(jī)最早運(yùn)用于上世紀(jì)的五六十年代的軍工工業(yè)。我國(guó)的微電機(jī)的運(yùn)用經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程，包括由開(kāi)始的向外國(guó)引進(jìn)，逐漸進(jìn)行自主研發(fā)，進(jìn)而到我國(guó)掌握其中的核心技術(shù)等。這也為我國(guó)進(jìn)行大范圍地運(yùn)用電磁微電機(jī)的運(yùn)用，打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。但是，我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到電磁微電機(jī)尤其固有的缺陷，比如，制作工藝復(fù)雜，耗電量大等等。本文就此展開(kāi)論述。

一、常見(jiàn)的電磁微電機(jī)及特點(diǎn)

（1）微電機(jī)的概念

我們通常將轉(zhuǎn)軸小于16厘米，或是功率小于750瓦的電機(jī)成為微型電機(jī)。微型電機(jī)不僅可以應(yīng)用于傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載中，而且還能應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，從而充分發(fā)揮其轉(zhuǎn)換信息效率高，扭矩大的優(yōu)點(diǎn)。

（2）電磁微電機(jī)的類型及特點(diǎn)

本文大體從結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，將電磁微電機(jī)分為非電磁式微電機(jī)、組合式電磁微電機(jī)以及電磁式電磁微電機(jī)。與普通的電機(jī)相比，電磁微電機(jī)的具有其特有的優(yōu)點(diǎn)，其主要分為以下兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，微電磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，信息傳播速度快，體積小，節(jié)省空間。第二點(diǎn)，微電磁電機(jī)具有較強(qiáng)技術(shù)要求。

二、電磁微電機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及制作注意事項(xiàng)

我國(guó)真正進(jìn)行研究電磁微電機(jī)是在1995年。那個(gè)時(shí)代的電機(jī)是一種微電機(jī)原理樣機(jī)，以單電子與單定子進(jìn)行組合的方式設(shè)計(jì)，供電方式為直流電。隨著時(shí)代的發(fā)展的，我國(guó)不斷對(duì)電磁微電機(jī)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)微電磁電機(jī)的使用性能。為了提升電磁微電機(jī)的輸出扭矩，相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)從以下幾點(diǎn)進(jìn)行著力。第一點(diǎn)，材料的選取。相關(guān)的設(shè)計(jì)者可以選取新型的材料，進(jìn)行電磁微電機(jī)的設(shè)計(jì)，比如，超導(dǎo)體，提升工作效率。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，相關(guān)設(shè)計(jì)者可以選用用磁性的材料，比如，用磁性的釤鈷材料，并將其以扇形的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而并按照S、N交替的方式進(jìn)行拼接，從而實(shí)現(xiàn)最大化的電磁值。第二點(diǎn)，完善磁路結(jié)構(gòu)。氣隙磁通量是影響電磁微電機(jī)的重要因素之一，其受到設(shè)計(jì)者的計(jì)算大意的影響，從而增加電磁微電機(jī)的制作空間。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，這種錯(cuò)誤在所難免。為了減少這種錯(cuò)誤，對(duì)電磁微電機(jī)的性能影響，設(shè)計(jì)者可以從以下幾點(diǎn)著力。第一，對(duì)原有的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)者可以增加定子繞組的厚度，使其大于氣隙的寬度，從而減少氣隙磁通量，提升電磁微電機(jī)的性能。第二，考慮轉(zhuǎn)子各層的磁通密度。因?yàn)槊總€(gè)轉(zhuǎn)子的磁通密度不同，影響整體電磁微電機(jī)的電量、電流等因素，從而進(jìn)一步提升實(shí)際的制作難度。針對(duì)這種現(xiàn)狀，我國(guó)專家設(shè)計(jì)出單轉(zhuǎn)子與雙定子進(jìn)行組合的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以增加雙定子的繞組倍數(shù)，提升電磁微電機(jī)的工作性能，從而減少不必要的損耗，從而進(jìn)一步增強(qiáng)電磁微電機(jī)的工作效率。

三、電磁微電機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)及制作特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)是現(xiàn)階段發(fā)展較為成熟的電機(jī)類型之一，但是其也具有固定的缺陷，從而不能更為廣泛地運(yùn)用到生產(chǎn)過(guò)程中。針對(duì)這種情況，機(jī)械設(shè)計(jì)者開(kāi)始將視角轉(zhuǎn)入到電磁微電機(jī)的制作領(lǐng)域，從而在克服步進(jìn)電機(jī)缺陷的同時(shí)，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。之所以電磁微電機(jī)可以取代步進(jìn)電機(jī)是因?yàn)殡姶盼㈦姍C(jī)對(duì)原有的電機(jī)控制方式，進(jìn)行轉(zhuǎn)變，比如，采用恒力距細(xì)分控制，從而更好地解決步進(jìn)電機(jī)的在生產(chǎn)中的缺陷。電機(jī)的控制形式以單片機(jī)為主。單片機(jī)具有制作精度高，受外界因素影響小的特性，因而它可以實(shí)現(xiàn)電流的穩(wěn)定性。單片機(jī)的控制系統(tǒng)主要由譯碼器、地址鎖存器、晶振電路、以及主要的Intel80c196單片機(jī)為重要的組成部分。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于可以生動(dòng)形象地展示整個(gè)電磁微電機(jī)的工作狀態(tài)，比如，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、翻轉(zhuǎn)等。此外，設(shè)計(jì)者可以考慮運(yùn)用鍵盤作為信息輸入的重要媒介，從而提升對(duì)電磁微電機(jī)的科學(xué)控制。

四、電磁微電機(jī)的定子微細(xì)加工工藝

除了以上幾點(diǎn)回影響電磁微電機(jī)的輸出扭矩外，定子也是影響扭矩輸出的重要因素。我們可以通過(guò)對(duì)定子進(jìn)行細(xì)微加工，從而降低電磁微電機(jī)的消耗。具體設(shè)計(jì)者可以從以下幾個(gè)主要的進(jìn)行執(zhí)行。第一，電鍍基底。設(shè)計(jì)者可以運(yùn)用80nm銘銅合金進(jìn)行電鍍基底。第二，光刻電鍍模型。設(shè)計(jì)者可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行激光電刻，完成涂光刻膠的目的。第三，電鍍銅金屬。設(shè)計(jì)者應(yīng)運(yùn)用掩膜技術(shù)，進(jìn)行銅金屬的電鍍。由于篇幅的限制，其它的加工過(guò)程，在此不做贅述。值得注意的是設(shè)計(jì)者應(yīng)嚴(yán)格按照上述的制作步驟和規(guī)格進(jìn)行操作，從而讓電磁微電機(jī)更好地適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)需要。

總而言之，筆者認(rèn)為電磁微電機(jī)具有很強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是它也有其固有的劣勢(shì)。相關(guān)設(shè)計(jì)和制作者在進(jìn)行實(shí)際的操作過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合具體的生產(chǎn)需要，以及電磁微電機(jī)的特點(diǎn)，從而進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，讓電磁微電機(jī)更好地適用于生產(chǎn)，增強(qiáng)工業(yè)化生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳一輝.平面電磁型微電機(jī)定轉(zhuǎn)子制作工藝[J].微納電子技術(shù).2017（09）

[2]王淑榮.電磁型平面微電機(jī)及其制作工藝[J].光學(xué)精密工程.2016（02）