日本新生工業(yè)shinsei-motor超聲波馬達(dá)驅(qū)動器原理介紹

什么是超聲波馬達(dá)

　1986年12月25日，新生工業(yè)株式會社發(fā)布了一種超聲波電動機(jī)，它是一種具有全新驅(qū)動原理的電動機(jī)，它不利用線圈或磁鐵產(chǎn)生的任何電磁力。？
產(chǎn)品名稱為USR-60-4-100，當(dāng)前的超聲波馬達(dá)：USR系列的原型馬達(dá)。

當(dāng)向壓電陶瓷施加電壓時，超聲波馬達(dá)利用變形而旋轉(zhuǎn)。它被稱為“超聲波”電動機(jī)，因為它的電壓頻率超出了人的可聽范圍（20kHz或更小）。

　從那以后，為了提高功能性和可靠性，不斷對Shinsei Kogyo Co.，Ltd.制造的超聲波電動機(jī)：USR系列。該技術(shù)的結(jié)晶是直徑為30 毫米的USR30系列和直徑為60毫米的USR
60系列。

　到目前為止，由于我們的努力，USR系列已被世界各地的許多公司和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)采用，并已被視為超聲波馬達(dá)的事實標(biāo)準(zhǔn)。

　目前，USR30系列和USR60系列均制造和銷售用于一般環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)型電動機(jī)和用于高磁場環(huán)境的非磁性型電動機(jī)。

早期的超聲波馬達(dá)：USR-60-4-100

超聲波馬達(dá)：USR系列結(jié)構(gòu)及工作原理

超聲波馬達(dá)：USR系列結(jié)構(gòu)

超聲波馬達(dá)：USR系列

• 傳遞振動的定子
• 轉(zhuǎn)子，即旋轉(zhuǎn)部分
• 向電機(jī)傳遞動力的軸
• 軸承作為軸承

它包括：

此外，定子部分

• 產(chǎn)生振動的壓電陶瓷
• 定子金屬可增強(qiáng)振動
• 接觸轉(zhuǎn)子的滑動材料

它包括：

這是一個非常簡單的結(jié)構(gòu)，但是每個元素都是經(jīng)過精que計算的

• 穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)性能
• 強(qiáng)大的握持力
• 安靜度高

已實現(xiàn)。

標(biāo)準(zhǔn)型電動機(jī)和非磁性型電動機(jī)均不使用產(chǎn)生電磁波的材料。
通過將不受磁性影響的材料用于定子金屬和軸承，非磁性型電動機(jī)在高磁場環(huán)境下實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。
 

超聲波馬達(dá)：USR60系列結(jié)構(gòu)

超聲波馬達(dá)：USR系列工作原理

概述：
超聲波馬達(dá)通過向壓電陶瓷施加電壓來使壓電陶瓷變形，??并且該變形被定子金屬放大并傳播，從而使定子金屬的表面變形為波浪形。該波的頂部作為行波移動，并且與定子接觸的轉(zhuǎn)子在摩擦力的作用下旋轉(zhuǎn)。

超聲波馬達(dá)的保持力大：由于
在轉(zhuǎn)子和定子之間施加高壓
，因此停止時的大摩擦力是超聲波馬達(dá)的保持力。

超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)原理：
通過對壓電陶瓷施加電壓，壓電陶瓷發(fā)生變形和變形，該變形被定子金屬放大并傳播，從而在定子金屬表面產(chǎn)生行波。 ..
在此，定子金屬僅在表面上行進(jìn)波的每個頂點處與轉(zhuǎn)子接觸，并且每個頂點進(jìn)行橢圓運動。
轉(zhuǎn)子在其橢圓運動的影響下旋轉(zhuǎn)。

該橢圓運動的軌跡與行波的行進(jìn)方向相反，并且受影響的轉(zhuǎn)子也沿行波的相反方向旋轉(zhuǎn)。
換句話說，當(dāng)行波在定子的圓周上順時針（CW）傳播時，在行波的每個與轉(zhuǎn)子接觸的頂點都會產(chǎn)生逆時針（CCW）橢圓運動。
然后，與波的頂點接觸的轉(zhuǎn)子沿與橢圓運動相同的方向逆時針旋轉(zhuǎn)（CCW）。

通過控制該行波的速度和方向，可以在CW和CCW方向之間切換，從而實現(xiàn)超聲波馬達(dá)的高響應(yīng)性。

施加到轉(zhuǎn)子和定子上的力圖

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理圖

超聲波馬達(dá)：USR系列功能

　Shinsei Kogyo超聲波馬達(dá)：USR系列具有體積小，低速和高扭矩的特點，并具有出色的響應(yīng)性和安靜性。
另外，由于在不通電時具有較高的保持力，
因此可以構(gòu)造具有減小的總重量的可動部件而無需諸如齒輪之類的減速齒輪。
　超聲波馬達(dá)不將線圈或磁鐵的電磁力用作驅(qū)動力，并且不受磁力影響。
另外，由于在旋轉(zhuǎn)過程中不產(chǎn)生磁場，因此在強(qiáng)磁場環(huán)境下（如MRI周圍環(huán)境）以及其中的超導(dǎo)實驗室設(shè)備，
可以放心使用。

　目前，超聲波馬達(dá)用于

　　：-攝像機(jī)的自動聚焦-
　　測量儀器的控制部分
　　-光學(xué)設(shè)備的透鏡鏡的驅(qū)動部分-
　　接收來自人造衛(wèi)星的信號的設(shè)備的位置-
　　工業(yè)機(jī)器人的夾持設(shè)備-
　　卷它 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　可用于多種應(yīng)用，例如自動屏幕控制設(shè)備
　　，組件進(jìn)給設(shè)備
　　，MRI中的測量儀器的姿態(tài)控制
　　以及強(qiáng)磁場環(huán)境中的執(zhí)行器
。

典型特征

低速高扭矩

超聲波馬達(dá)的特點是在每分鐘數(shù)十到數(shù)百轉(zhuǎn)的低速下具有高扭矩。
由于可以直接驅(qū)動而不需要諸如齒輪之類的減速機(jī)構(gòu)，
因此可以構(gòu)造具有零背隙的運動部件。

電源關(guān)閉時保持力高

即使關(guān)閉電源，超聲波馬達(dá)也因摩擦力而保持較高的保持力。
因此，超聲馬達(dá)不需要制動器或離合器，并且
可以構(gòu)建沒有電磁制動器或離合器的輕型系統(tǒng)。

高響應(yīng)性和可控性

由于轉(zhuǎn)子慣性小，并且由于轉(zhuǎn)子和定子之間的摩擦而產(chǎn)生的制動力大，
因此在停止時表現(xiàn)出*的響應(yīng)性。
速度控制也是無級的，機(jī)械時間常數(shù)為1 [ms]以下，因此可控性非常好。
因此，可以進(jìn)行高精度的速度控制和位置控制。

不受磁場影響，不發(fā)射電磁波

超聲波馬達(dá)不使用繞組或磁鐵，因此不會產(chǎn)生電磁波。
特別地，非磁性型超聲馬達(dá)不使用任何磁性材料，因此其在高磁場環(huán)境中
穩(wěn)定地運行而不受磁性的影響。

小巧輕巧

它體積更小，更薄，重量僅為使用具有類似轉(zhuǎn)矩的電磁力的電動機(jī)重量的一小部分。
通過將其用作多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂和腿部的致動器，可以減輕每個關(guān)節(jié)的重量。
因此，可以期待機(jī)器人和系統(tǒng)整體的響應(yīng)性以及負(fù)載能力的提高。

出色的安靜度

由于用于驅(qū)動的??振動的頻率在聽不到的范圍內(nèi)，因此操作噪音非常小。
通過不使用齒輪也可以避免在驅(qū)動器中產(chǎn)生噪音。