USR系列超聲波馬達工作原理及典型特征

發(fā)布日期：2022-07-06      瀏覽次數(shù)：2828

1986 年 12 月 25 日，新生工業(yè)株式會社Shinsei Kogyo 發(fā)布了一款超聲波馬達，它采用全新的驅(qū)動原理，它不使用來自線圈或磁鐵的任何電磁力作為驅(qū)動力。

USR系列超聲波馬達工作原理

1、超聲波馬達通過對壓電陶瓷施加電壓使壓電陶瓷變形，變形被定子金屬放大傳播，使定子金屬表面變形為波浪狀。該波的頂點作為行波移動，與定子接觸的轉(zhuǎn)子因摩擦力而旋轉(zhuǎn)。

2、超聲波馬達的高保持力：由于轉(zhuǎn)子和定子之間施加的高壓，停止時最大的摩擦力是超聲波馬達的保持力。

3、超聲波電機旋轉(zhuǎn)原理：通過對壓電陶瓷施加電壓，使壓電陶瓷發(fā)生變形扭曲，變形被定子金屬放大傳播，在定子金屬表面產(chǎn)生行波。這里，定子金屬僅在表面行波的每個頂點處與轉(zhuǎn)子接觸，并且每個頂點進行橢圓運動。

4、轉(zhuǎn)子在其橢圓運動的影響下旋轉(zhuǎn)。這種橢圓運動的軌跡與行波傳播的方向相反，受影響的轉(zhuǎn)子也沿與行波相反的方向旋轉(zhuǎn)。換言之，當行波在定子圓周上順時針（CW）行進時，在與轉(zhuǎn)子接觸的行波的每個頂點處都會發(fā)生逆時針（CCW）橢圓運動。

5、然后，與波的頂點接觸的轉(zhuǎn)子以與橢圓運動相同的方向逆時針（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，實現(xiàn)超聲波馬達的高響應性。





 

USR系列超聲波馬達典型特征：

1、低速高扭矩

超聲波馬達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構(gòu)，
因此可以構(gòu)造具有零背隙的運動部件。

2、電源關(guān)閉時保持力高，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)。

3、高響應性和可控性由于轉(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)出好的響應性。

4、速度控制也是無級的，機械時間常數(shù)為1 [ms]以下，因此可控性非常好。因此，可以進行高精度的速度控制和位置控制。

5、不受磁場影響，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，因此其在高磁場環(huán)境中穩(wěn)定地運行而不受磁性的影響。

6、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重量的一小部分。通過將其用作多關(guān)節(jié)機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，可以期待機器人和系統(tǒng)整體的響應性以及負載能力的提高。

7、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。