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超聲波電機(jī)：USR系列工作原理及特點(diǎn)分析
閱讀：1278 發(fā)布時間：2023-10-23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系列結(jié)構(gòu)
定子部分
轉(zhuǎn)子
軸
軸承
超聲波電機(jī)：USR系列由四個主要部件組成：傳遞振動的定子、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,。
定子部分結(jié)構(gòu)
壓電陶瓷
定子金屬
滑動材料
定子由產(chǎn)生振動的壓電陶瓷、放大振動的定子金屬以及與轉(zhuǎn)子接觸的滑動材料組成,。
特征
旋轉(zhuǎn)性能穩(wěn)定
強(qiáng)大的握持力
高度安靜
雖然結(jié)構(gòu)非常簡單,，但每個元件都經(jīng)過精密計算，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)和無磁電機(jī)均不使用任何產(chǎn)生電磁波的部件,。
無磁電機(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)在高磁場環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行,。
超聲波電機(jī)：USR系列工作原理
施加到轉(zhuǎn)子和定子上的力的圖像
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,，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,，因此停止時最大的摩擦力是超聲波電機(jī)的保持力,。
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理圖
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頂點(diǎn)處接觸轉(zhuǎn)子，并且每個頂點(diǎn)以橢圓運(yùn)動運(yùn)動,。
轉(zhuǎn)子在其橢圓運(yùn)動的影響下旋轉(zhuǎn),。這種橢圓運(yùn)動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針 (CW) 傳播時，接觸轉(zhuǎn)子的行波的每個頂點(diǎn)都會經(jīng)歷逆時針 (CCW) 橢圓運(yùn)動,。
與波峰接觸的轉(zhuǎn)子沿與橢圓運(yùn)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(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,，由于它在未通電時具有較高的保持力,，因此可以構(gòu)建總重量較輕的運(yùn)動部件，而無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)動力,，并且不受磁力的影響。
另外，由于旋轉(zhuǎn)時不產(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)磁場環(huán)境中安全使用,。
超聲波電機(jī)目前有著廣泛的應(yīng)用。
| ?相機(jī)自動對焦 | ?測量儀器控制單元 |
| ?光學(xué)設(shè)備透鏡鏡的驅(qū)動裝置 | ?接收人造衛(wèi)星信號的設(shè)備的定位 |
| ?工業(yè)機(jī)器人用夾持裝置 | ?卷簾自動控制裝置 |
| ?輸送零件的進(jìn)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 |
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,。
無需齒輪或其他減速機(jī)構(gòu)即可直接驅(qū)動,，從而可以構(gòu)建零齒隙的運(yùn)動部件。
未通電時保持力高
即使電源關(guān)閉,，超聲波電機(jī)也會因摩擦力而保持較高的保持力,。
因此，超聲波電機(jī)不需要制動器或離合器,，從而可以構(gòu)建沒有電磁制動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)生的制動力大,，因此在停止時表現(xiàn)出優(yōu)異的響應(yīng)性,。
速度控制也是無級的，機(jī)械時間常數(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,、更薄且重量僅為其一小部分。
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)動的振動在聽不見的范圍內(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)動單元發(fā)出的噪音,。