什么是超聲波馬達

　1986年12月25日，新生工業(yè)株式會(huì )社發(fā)布了一種超聲波電動(dòng)機，它是一種具有全新驅動(dòng)原理的電動(dòng)機，它不利用線(xiàn)圈或磁鐵產(chǎn)生的任何電磁力。？
產(chǎn)品名稱(chēng)為USR-60-4-100，當前的超聲波馬達：USR系列的原型馬達。

當向壓電陶瓷施加電壓時(shí)，超聲波馬達利用變形而旋轉。它被稱(chēng)為“超聲波”電動(dòng)機，因為它的電壓頻率超出了人的可聽(tīng)范圍（20kHz或更?。?。

　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(dòng)機：USR系列。該技術(shù)的結晶是直徑為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)機構采用，并已被視為超聲波馬達的事實(shí)標準。

　目前，USR30系列和USR60系列均制造和銷(xiāo)售用于一般環(huán)境的標準型電動(dòng)機和用于高磁場(chǎng)環(huán)境的非磁性型電動(dòng)機。

早期的超聲波馬達：USR-60-4-100

超聲波馬達：USR系列結構及工作原理

超聲波馬達：USR系列結構

超聲波馬達：USR系列

• 傳遞振動(dòng)的定子
• 轉子，即旋轉部分
• 向電機傳遞動(dòng)力的軸
• 軸承作為軸承

它包括：

此外，定子部分

• 產(chǎn)生振動(dòng)的壓電陶瓷
• 定子金屬可增強振動(dòng)
• 接觸轉子的滑動(dòng)材料

它包括：

這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的結構，但是每個(gè)元素都是經(jīng)過(guò)精que計算的

• 穩定的旋轉性能
• 強大的握持力
• 安靜度高

已實(shí)現。

標準型電動(dòng)機和非磁性型電動(dòng)機均不使用產(chǎn)生電磁波的材料。
通過(guò)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(dòng)機在高磁場(chǎng)環(huán)境下實(shí)現穩定的運行。
 

超聲波馬達：USR60系列結構

超聲波馬達：USR系列工作原理

概述：
超聲波馬達通過(guò)向壓電陶瓷施加電壓來(lái)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(dòng)，并且與定子接觸的轉子在摩擦力的作用下旋轉。

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

超聲波馬達的旋轉原理：
通過(guò)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(gè)頂點(diǎn)處與轉子接觸，并且每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行橢圓運動(dòng)。
轉子在其橢圓運動(dòng)的影響下旋轉。

該橢圓運動(dòng)的軌跡與行波的行進(jìn)方向相反，并且受影響的轉子也沿行波的相反方向旋轉。
換句話(huà)說(shuō)，當行波在定子的圓周上順時(shí)針（CW）傳播時(shí)，在行波的每個(gè)與轉子接觸的頂點(diǎn)都會(huì )產(chǎn)生逆時(shí)針（CCW）橢圓運動(dòng)。
然后，與波的頂點(diǎn)接觸的轉子沿與橢圓運動(dòng)相同的方向逆時(shí)針旋轉（CCW）。

通過(guò)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(shí)現超聲波馬達的高響應性。

施加到轉子和定子上的力圖

轉子旋轉原理圖

超聲波馬達：USR系列功能

　Shinsei Kogyo超聲波馬達：USR系列具有體積小，低速和高扭矩的特點(diǎn)，并具有出色的響應性和安靜性。
另外，由于在不通電時(shí)具有較高的保持力，
因此可以構造具有減小的總重量的可動(dòng)部件而無(wú)需諸如齒輪之類(lèi)的減速齒輪。
　超聲波馬達不將線(xiàn)圈或磁鐵的電磁力用作驅動(dòng)力，并且不受磁力影響。
另外，由于在旋轉過(guò)程中不產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此在強磁場(chǎng)環(huán)境下（如MRI周?chē)h(huán)境）以及其中的超導實(shí)驗室設備，
可以放心使用。

　目前，超聲波馬達用于

　?。?攝像機的自動(dòng)聚焦-
　　測量?jì)x器的控制部分
　　-光學(xué)設備的透鏡鏡的驅動(dòng)部分-
　　接收來(lái)自人造衛星的信號的設備的位置-
　　工業(yè)機器人的夾持設備-
　　卷它 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　可用于多種應用，例如自動(dòng)屏幕控制設備
　　，組件進(jìn)給設備
　　，MRI中的測量?jì)x器的姿態(tài)控制
　　以及強磁場(chǎng)環(huán)境中的執行器
。

典型特征

低速高扭矩

超聲波馬達的特點(diǎn)是在每分鐘數十到數百轉的低速下具有高扭矩。
由于可以直接驅動(dòng)而不需要諸如齒輪之類(lèi)的減速機構，
因此可以構造具有零背隙的運動(dòng)部件。

電源關(guān)閉時(shí)保持力高

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

高響應性和可控性

由于轉子慣性小，并且由于轉子和定子之間的摩擦而產(chǎn)生的制動(dòng)力大，
因此在停止時(shí)表現出*的響應性。
速度控制也是無(wú)級的，機械時(shí)間常數為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(chǎng)影響，不發(fā)射電磁波

超聲波馬達不使用繞組或磁鐵，因此不會(huì )產(chǎn)生電磁波。
特別地，非磁性型超聲馬達不使用任何磁性材料，因此其在高磁場(chǎng)環(huán)境中
穩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?jì)H為使用具有類(lèi)似轉矩的電磁力的電動(dòng)機重量的一小部分。
通過(guò)將其用作多關(guān)節機器人手臂和腿部的致動(dòng)器，可以減輕每個(gè)關(guān)節的重量。
因此，可以期待機器人和系統整體的響應性以及負載能力的提高。

出色的安靜度

由于用于驅動(dòng)的??振動(dòng)的頻率在聽(tīng)不到的范圍內，因此操作噪音非常小。
通過(guò)不使用齒輪也可以避免在驅動(dòng)器中產(chǎn)生噪音。