1986 年 12 月 25 日,新生工业株式会社Shinsei Kogyo 发布了一款超声波马达,它采用全新的驱动原理,它不使用来自线圈或磁铁的任何电磁力作为驱动力。
USR系列超声波马达工作原理
1、超声波马达通过对压电陶瓷施加电压使压电陶瓷变形,变形被定子金属放大传播,使定子金属表面变形为波浪状。该波的顶点作为行波移动,与定子接触的转子因摩擦力而旋转。
2、超声波马达的高保持力:由于转子和定子之间施加的高压,停止时最大的摩擦力是超声波马达的保持力。
3、超声波电机旋转原理:通过对压电陶瓷施加电压,使压电陶瓷发生变形扭曲,变形被定子金属放大传播,在定子金属表面产生行波。这里,定子金属仅在表面行波的每个顶点处与转子接触,并且每个顶点进行椭圆运动。
4、转子在其椭圆运动的影响下旋转。这种椭圆运动的轨迹与行波传播的方向相反,受影响的转子也沿与行波相反的方向旋转。换言之,当行波在定子圆周上顺时针(CW)行进时,在与转子接触的行波的每个顶点处都会发生逆时针(CCW)椭圆运动。
5、然后,与波的顶点接触的转子以与椭圆运动相同的方向逆时针(CCW)旋转。通过控制该行波的速度和方向,可以在CW和CCW方向之间切换,实现超声波马达的高响应性。
USR系列超声波马达典型特征:
1、低速高扭矩
超声波马达的特点是在每分钟数十到数百转的低速下具有高扭矩。由于可以直接驱动而不需要诸如齿轮之类的减速机构,
因此可以构造具有零背隙的运动部件。
2、电源关闭时保持力高,即使关闭电源,超声波马达也因摩擦力而保持较高的保持力。因此,超声马达不需要制动器或离合器,并且可以构建没有电磁制动器或离合器的轻型系统。
3、高响应性和可控性由于转子惯性小,并且由于转子和定子之间的摩擦而产生的制动力大,因此在停止时表现出好的响应性。
4、速度控制也是无级的,机械时间常数为1 [ms]以下,因此可控性非常好。因此,可以进行高精度的速度控制和位置控制。
5、不受磁场影响,不发射电磁波,超声波马达不使用绕组或磁铁,因此不会产生电磁波。特别地,非磁性型超声马达不使用任何磁性材料,因此其在高磁场环境中稳定地运行而不受磁性的影响。
6、小巧轻巧它体积更小,更薄,重量仅为使用具有类似转矩的电磁力的电动机重量的一小部分。通过将其用作多关节机器人手臂和腿部的致动器,可以减轻每个关节的重量。因此,可以期待机器人和系统整体的响应性以及负载能力的提高。
7、出色的安静度
由于用于驱动的振动的频率在听不到的范围内,因此操作噪音非常小。通过不使用齿轮也可以避免在驱动器中产生噪音。