微电机定转子制作工艺研究

2019-03-21田延凯

工程建设与设计 2019年22期

田延凯

（淄博市机电泵类产品质量检验研究院，山东淄博255000）

1 引言

微电机的主要优点是体积小、相对输出力矩大、质量轻等，从而被广泛应用在家用电器、汽车、音像设备、运动机械以及国防装备等多个领域，在改善人们生活的同时，有效促进了我国工业的发展。而定转子作为微电机的主要零部件，其质量与精度会直接影响微电机自身的质量与性能。所以，应不断地提高定转子的制作质量，因此，本文主要对微电子中的定转子制作工艺进行分析与讨论，希望能进一步提高微电机定转子的精度与质量。

2 微电机定转子的制作工艺要求与制作方法

2.1 微电机定转子制作的相关工艺的要求

定转子是微电机中非常重要的一个零部件，其制作质量与精度会直接影响微电机的工作性能和配置质量，所以，对定转子的制作要求较高。进行定转子制作时，必须遵循3 点工艺要求：首先，必须保证定转子的内部直径、外部形状、槽底以及槽的形状等构造的尺寸符合要求；其次，在制作定转子的过程中，需要确保其内部与外部结构的圆心可以和槽底部结构的圆心重合[1]；最后，定转子应确保遍布其周围的毛刺的长度符合设计要求，且保证其能够具备平整、无任何波浪的形状。

2.2 微电机定转子的制作方法

常用的微电机定转子的制作方法包括：

1）先冲槽后完成落料的制作方法。这种制作方法的主要优点就在于生产效率比较高，同时，能够完成转子和定子的制作，并且冲片的制作质量也比较理想，可以充分满足定子与转子需要进行同轴度运行的相关操作要求。但是，该制作方法也存在明显的缺点：在制作过程中，需要将硅钢片作为原材料，因此，会影响材料的使用效果，与此同时，制作精准度不高，容易出现误差累积等情况，最终导致制作后的槽孔无法统一[2]。

2）先落料后冲槽的制作方法。相比较下，该方法具有较高的生产效率，同时，能够进一步提高对硅钢片相关材料的使用效率与效果，实现单机的自动化运行，从而降低了生产周期。但是该方法也有比较明显的缺点：在制作过程中，在对定子槽进行统一复冲时，容易导致内圆中的定位盘遭受到摩擦与损害，使操控发生不对等、不整齐等情况。

3）先在落料时冲定子槽，之后再冲转子槽的制作方法。该制作方法主要分成2 个工序：先采用整体制作工序来制作定子，主要包括外圆制作、内圆制作、记号槽的制作、定子槽的制作以及鸠尾槽的制作；在完成定子的制作后，再采用整体制作的方法制作转子，主要指的是轴孔的制作、转子槽的制作、轴孔键槽的制作以及平衡槽的制作。该方法一方面能够进一步提高最终的制作效果，提升成品操型的统一性和整齐性，另一方面能够有效降低误差率，提高制作的准确度。

3 微电机定转子制作的相关工艺

进行微电机制作时，定子的制作难度更大。进行定子线圈制作时，定子圈的制作工艺非常复杂，并且涉及很多工序，包括硅微机械加工工艺、双面光刻工艺、LIGA 工艺以及双面显影工艺等，只有确保上述各项工艺的高质量完成，才能使衬底和定子线圈之间的链接更加精密，进而满足微电机的设计，保证线圈的导电性能符合要求。

3.1 转子的制作工艺

对于传统转子的制作方法，其在实际制作过程中通常会使用切割的方法将比较大的磁块进行切割，而后再将切割后得到的较小的磁体进行处理，使其更好地安装到指定位置，从而完成转子的制作。但是随着微电机的逐渐发展，其体积越来越小，而传统的制作方法却很难完成对磁体的有效充磁，并且在实际安装与定位时要保持不变。为了有效解决这一问题，可以将一体化多极磁体的方法引入制作过程中，利用多级脉冲磁化的方法完成对整个磁体的充磁，使后续工艺更加简便化，同时，永磁体也都是在同一标准电压下进行充磁的，进一步提高了转子制作的质量与制作效率[3]。

3.2 定子的制作工艺

传统定子线圈的制作工艺是先加工好完整的定子铁芯，再对完整的定子铁芯进行绕线。该方法无法对铜所产生的腐蚀情况以及腐蚀的速度进行控制，会导致制作的定子线圈存在严重的腐蚀问题，同时，会在一定程度上对线圈的深度比造成限制，严重影响定子线圈的精准度和质量，所以，在定子线圈的制作过程中，应将硅作为基础片，而后通过深刻工艺制作正反两面的线孔。

1）准备1 片厚度为380μm 的硅片，并采用双面氧化的方法对硅片进行处理，确保在硅片的表面能够形成约1μm 的二氧化硅绝缘层，在完成这一步骤后，进行前烘、甩胶、显影、光刻等工艺处理，最后，完成线孔串口的制作。在整个制作过程中，除了窗口位置会使用二氧化硅绝缘层，其他部分采用光刻胶进行覆盖，从而形成有效的保护。

2）选择使用氢氟酸溶液，在硅片窗口部位所具有的为氧化硅绝缘层开展复试，而后采用光刻胶去除的方法处理硅片，将其放入ICP 离子刻蚀机中，开展干法刻蚀。在这之后，采用清洗烘干的处理方法，对硅片中的过线孔穿孔口进行处理，同时，要对硅片的双面完成铜溅射处理，最后制作种子层。

3）完成溅射、制作种子层等工艺后，应对硅片进行双面光刻、甩胶以及双面显影等相关工艺处理，而后完成硅片窗口电机线圈的制作，在完成上述所有处理工艺后，应对硅片完成电铸处理从，而完成定子线圈的初步处理与制作。

4）对硅片进行去胶处理时，应使用丙酮，将其放在具有FeCl3的溶液中，将硅片中残余的铜完全清除，进而有效提高定子线圈的制作质量。

5）制作过程中，为了避免硅片因为其他因素而发生污染，最终使定子线圈的质量受到影响，需要对硅片进行彻底、全面的清洗，从而有效避免其他有机物、金属颗粒等物质的影响，最终确保整个制作过程的顺利，提高定转子制作的质量。

4 微电机的未来发展趋势

4.1 发展节能、高效型微电机

微电机未来主要是朝着高效、节能的方向发展。相关调查结果显示，我国电机的总用电量约占全国的60%。所以，重点发展节能、高效型微电机成为主要发展内容。因此，必须深入研究新型材料与新型结构，同时，从电机驱动的角度进行深入分析，从而改变电机的驱动系统结构以及电机控制的系统结构，并且采用更加先进的控制算法。

4.2 减速器与微电机的一体化设计

一般的微电机属于高速电机，其具体应用往往需要与一套减速机构进行同时使用，并且也只有在减速后才能使用。但是减速机构的使用与电机的转接会直接增加系统的体积，从而降低了其可靠性、控制的精准度与工作效率，有时还会收到安装空间带来的影响，需要减小体积，为了满足这一要求，国内外相关研究人员针对减速器与微电机的一体化设计进行了深入研究，主要是对行星齿轮减速器与微电机进行一体化的设计、滚珠丝杠减速器与微电机的一体化设备等。