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什么是超聲波馬達(dá)

　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(jī),，它是一種具有全新驅(qū)動(dòng)原理的電動(dòng)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(shí),，超聲波馬達(dá)利用變形而旋轉(zhuǎn),。它被稱為“超聲波”電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗碾妷侯l率超出了人的可聽范圍（20kHz或更?。?。

　從那以后，為了提高功能性和可靠性,，不斷對(duì)Shinsei Kogyo Co.,，Ltd.制造的超聲波電動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)和用于高磁場(chǎng)環(huán)境的非磁性型電動(dòng)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(dòng)的定子
• 轉(zhuǎn)子,，即旋轉(zhuǎn)部分
• 向電機(jī)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(qiáng)振動(dòng)
• 接觸轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)材料

它包括：

這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),，但是每個(gè)元素都是經(jīng)過精que計(jì)算的

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

已實(shí)現(xiàn),。

標(biāo)準(zhǔn)型電動(dòng)機(jī)和非磁性型電動(dòng)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(dòng)機(jī)在高磁場(chǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)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(dòng)，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(shí)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(duì)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(zhuǎn)子接觸，并且每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行橢圓運(yùn)動(dòng),。
轉(zhuǎn)子在其橢圓運(yùn)動(dòng)的影響下旋轉(zhuǎn),。

該橢圓運(yùn)動(dòng)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(shí)針（CW）傳播時(shí),，在行波的每個(gè)與轉(zhuǎn)子接觸的頂點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針（CCW）橢圓運(yùn)動(dòng)。
然后,，與波的頂點(diǎn)接觸的轉(zhuǎn)子沿與橢圓運(yùn)動(dòng)相同的方向逆時(shí)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(shí)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(diǎn),，并具有出色的響應(yīng)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(gòu)造具有減小的總重量的可動(dòng)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(dòng)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(chǎng)，因此在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下（如MRI周圍環(huán)境）以及其中的超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)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(dòng)聚焦-
　　測(cè)量?jī)x器的控制部分
　　-光學(xué)設(shè)備的透鏡鏡的驅(qū)動(dòng)部分-
　　接收來自人造衛(wèi)星的信號(hào)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(dòng)屏幕控制設(shè)備
　　,，組件進(jìn)給設(shè)備
　　,，MRI中的測(cè)量?jī)x器的姿態(tài)控制
　　以及強(qiáng)磁場(chǎng)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(diǎn)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(dòng)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(yùn)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(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(dòng)器或離合器,，并且
可以構(gòu)建沒有電磁制動(dòng)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(dòng)力大,，
因此在停止時(shí)表現(xiàn)出*的響應(yīng)性,。
速度控制也是無級(jí)的，機(jī)械時(shí)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(chǎng)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(huì)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(chǎng)環(huán)境中
穩(wěn)定地運(yùn)行而不受磁性的影響。

小巧輕巧

它體積更小,，更薄,，重量?jī)H為使用具有類似轉(zhuǎn)矩的電磁力的電動(dòng)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(dòng)器,，可以減輕每個(gè)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(dòng)的??振動(dòng)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(dòng)器中產(chǎn)生噪音,。