超聲波電機(jī)：USR系列工作原理及特點(diǎn)分析

超聲波電機(jī)：USR系列結(jié)構(gòu)及工作原理

超聲波電機(jī)：USR系列結(jié)構(gòu)

超聲波電機(jī)：USR60系列結(jié)構(gòu)

超聲波電機(jī)：USR系列由四個(gè)主要部件組成：傳遞振動(dòng)的定子、旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、向電機(jī)傳遞力的軸以及起軸承作用的軸承。

定子由產(chǎn)生振動(dòng)的壓電陶瓷、放大振動(dòng)的定子金屬以及與轉(zhuǎn)子接觸的滑動(dòng)材料組成。

雖然結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但每個(gè)元件都經(jīng)過精密計(jì)算，具有穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)性能、大的夾持力和高的安靜性。

標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)和無(wú)磁電機(jī)均不使用任何產(chǎn)生電磁波的部件。
無(wú)磁電機(jī)通過使用不受磁性影響的定子金屬和軸承材料，實(shí)現(xiàn)在高磁場(chǎng)環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

超聲波電機(jī)：USR系列工作原理

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  施加到轉(zhuǎn)子和定子上的力的圖像

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• 大綱

  超聲波電機(jī)通過向壓電陶瓷施加電壓而使其變形，并且該變形被定子金屬放大并傳播，導(dǎo)致定子金屬的表面變形為波狀形狀。該波的峰值作為行波移動(dòng)，導(dǎo)致與定子接觸的轉(zhuǎn)子由于摩擦力而旋轉(zhuǎn)。

  超聲波馬達(dá)夾持力高

  由于轉(zhuǎn)子和定子之間施加高壓，因此停止時(shí)最大的摩擦力是超聲波電機(jī)的保持力。

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  轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理圖

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• 超聲波電機(jī)旋轉(zhuǎn)原理

  通過向壓電陶瓷施加電壓，壓電陶瓷發(fā)生變形和扭曲，并且這種變形被定子金屬放大并傳播，在定子金屬的表面上產(chǎn)生行波。
  這里，定子金屬僅在表面行波的每個(gè)頂點(diǎn)處接觸轉(zhuǎn)子，并且每個(gè)頂點(diǎn)以橢圓運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
  轉(zhuǎn)子在其橢圓運(yùn)動(dòng)的影響下旋轉(zhuǎn)。

  這種橢圓運(yùn)動(dòng)的軌跡與行波傳播的方向相反，受其影響的轉(zhuǎn)子也沿與行波相反的方向旋轉(zhuǎn)。
  換句話說，當(dāng)行波繞定子圓周順時(shí)針 (CW) 傳播時(shí)，接觸轉(zhuǎn)子的行波的每個(gè)頂點(diǎn)都會(huì)經(jīng)歷逆時(shí)針 (CCW) 橢圓運(yùn)動(dòng)。
  與波峰接觸的轉(zhuǎn)子沿與橢圓運(yùn)動(dòng)相同的方向逆時(shí)針 (CCW) 旋轉(zhuǎn)。

  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，實(shí)現(xiàn)超聲波電機(jī)的高響應(yīng)性。

超聲波馬達(dá)：USR系列的特點(diǎn)

Shinsei Kogyo的超聲波馬達(dá)：USR系列具有小型、低速、高扭矩、并具有優(yōu)異的響應(yīng)性和安靜性。此外，由于它在未通電時(shí)具有較高的保持力，因此可以構(gòu)建總重量較輕的運(yùn)動(dòng)部件，而無(wú)需齒輪或其他減速器。
超聲波電機(jī)不使用線圈或磁鐵的電磁力作為驅(qū)動(dòng)力，并且不受磁力的影響。
另外，由于旋轉(zhuǎn)時(shí)不產(chǎn)生磁性，因此可以在MRI或超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備附近等強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中安全使用。

超聲波電機(jī)目前有著廣泛的應(yīng)用。

典型特征

低速、高扭矩

超聲波電機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低，每分鐘幾十到幾百轉(zhuǎn)，扭矩大。
無(wú)需齒輪或其他減速機(jī)構(gòu)即可直接驅(qū)動(dòng)，從而可以構(gòu)建零齒隙的運(yùn)動(dòng)部件。

未通電時(shí)保持力高

即使電源關(guān)閉，超聲波電機(jī)也會(huì)因摩擦力而保持較高的保持力。
因此，超聲波電機(jī)不需要制動(dòng)器或離合器，從而可以構(gòu)建沒有電磁制動(dòng)器或離合器的輕量化系統(tǒng)。

高響應(yīng)性和控制力

轉(zhuǎn)子的慣性小，轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力大，因此在停止時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的響應(yīng)性。
速度控制也是無(wú)級(jí)的，機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于1[ms]，提供優(yōu)異的可控性。
因此，高精度的速度和位置控制是可能的。

不受磁力影響，不發(fā)射電磁波

超聲波電機(jī)不產(chǎn)生電磁波，因?yàn)樗鼈儾皇褂美@組或磁鐵。
特別是非磁型超聲波電機(jī)不使用任何磁性材料，因此在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下也能穩(wěn)定運(yùn)行，不受磁性的影響。

小、薄、輕

與使用電磁力且具有相同扭矩的電機(jī)相比，它們更小、更薄且重量?jī)H為其一小部分。
通過將其用作多關(guān)節(jié)機(jī)器人的手臂和腿部的執(zhí)行器，可以減輕各關(guān)節(jié)的重量。
因此，我們可以期待機(jī)器人和整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)能力和有效負(fù)載的提高。

優(yōu)秀的安靜性

用于驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)在聽不見的范圍內(nèi)，因此運(yùn)行噪音非常安靜。
此外，通過不使用齒輪，可以避免驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出的噪音。