超聲波電機：USR系列工作原理及特點分析
超聲波電機：USR60系列結構
超聲波電機：USR系列結構
定子部分
轉子
軸
軸承
超聲波電機：USR系列由四個主要部件組成：傳遞振動的定子、旋轉的轉子、向電機傳遞力的軸以及起軸承作用的軸承。
定子部分結構
壓電陶瓷
定子金屬
滑動材料
定子由產生振動的壓電陶瓷、放大振動的定子金屬以及與轉子接觸的滑動材料組成。
特征
旋轉性能穩(wěn)定
強大的握持力
高度安靜
雖然結構非常簡單，但每個元件都經過精密計算，具有穩(wěn)定的旋轉性能、大的夾持力和高的安靜性。
標準電機和無磁電機均不使用任何產生電磁波的部件。
無磁電機通過使用不受磁性影響的定子金屬和軸承材料，實現在高磁場環(huán)境下的穩(wěn)定運行。
施加到轉子和定子上的力的圖像
超聲波電機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，導致與定子接觸的轉子由于摩擦力而旋轉。
由于轉子和定子之間施加高壓，因此停止時最大的摩擦力是超聲波電機的保持力。
轉子旋轉原理圖
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生行波。
這里，定子金屬僅在表面行波的每個頂點處接觸轉子，并且每個頂點以橢圓運動運動。
轉子在其橢圓運動的影響下旋轉。
這種橢圓運動的軌跡與行波傳播的方向相反，受其影響的轉子也沿與行波相反的方向旋轉。
換句話說，當行波繞定子圓周順時針 (CW) 傳播時，接觸轉子的行波的每個頂點都會經歷逆時針 (CCW) 橢圓運動。
與波峰接觸的轉子沿與橢圓運動相同的方向逆時針 (CCW) 旋轉。
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，實現超聲波電機的高響應性。
Shinsei Kogyo的超聲波馬達：USR系列具有小型、低速、高扭矩、并具有優(yōu)異的響應性和安靜性。此外，由于它在未通電時具有較高的保持力，因此可以構建總重量較輕的運動部件，而無需齒輪或其他減速器。
超聲波電機不使用線圈或磁鐵的電磁力作為驅動力，并且不受磁力的影響。
另外，由于旋轉時不產生磁性，因此可以在MRI或超導實驗設備附近等強磁場環(huán)境中安全使用。
超聲波電機目前有著廣泛的應用。
| ?相機自動對焦 | ?測量儀器控制單元 |
| ?光學設備透鏡鏡的驅動裝置 | ?接收人造衛(wèi)星信號的設備的定位 |
| ?工業(yè)機器人用夾持裝置 | ?卷簾自動控制裝置 |
| ?輸送零件的進給裝置 | ?MRI測量儀器的姿勢控制 |
| ?高磁場環(huán)境下的執(zhí)行器 |
超聲波電機的特點是轉速低，每分鐘幾十到幾百轉，扭矩大。
無需齒輪或其他減速機構即可直接驅動，從而可以構建零齒隙的運動部件。
即使電源關閉，超聲波電機也會因摩擦力而保持較高的保持力。
因此，超聲波電機不需要制動器或離合器，從而可以構建沒有電磁制動器或離合器的輕量化系統(tǒng)。
轉子的慣性小，轉子與定子之間的摩擦產生的制動力大，因此在停止時表現出優(yōu)異的響應性。
速度控制也是無級的，機械時間常數小于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。
超聲波電機不產生電磁波，因為它們不使用繞組或磁鐵。
特別是非磁型超聲波電機不使用任何磁性材料，因此在強磁場環(huán)境下也能穩(wěn)定運行，不受磁性的影響。
與使用電磁力且具有相同扭矩的電機相比，它們更小、更薄且重量僅為其一小部分。
通過將其用作多關節(jié)機器人的手臂和腿部的執(zhí)行器，可以減輕各關節(jié)的重量。
因此，我們可以期待機器人和整個系統(tǒng)的響應能力和有效負載的提高。
用于驅動的振動在聽不見的范圍內，因此運行噪音非常安靜。
此外，通過不使用齒輪，可以避免驅動單元發(fā)出的噪音。
