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日本新生工业shinsei-motor超声波马达驱动器原理介绍

发布时间:2020-07-23 点击量:63

什么是超声波马达

 1986年12月25日,新生工业株式会社发布了一种超声波电动机,它是一种具有全新驱动原理的电动机,它不利用线圈或磁铁产生的任何电磁力。?
产品名称为USR-60-4-100,当前的超声波马达:USR系列的原型马达。

当向压电陶瓷施加电压时,超声波马达利用变形而旋转。它被称为“超声波”电动机,因为它的电压频率超出了人的可听范围(20kHz或更小)。

 从那以后,为了提高功能性和可靠性,不断对Shinsei Kogyo Co.,Ltd.制造的超声波电动机:USR系列。该技术的结晶是直径为30 毫米的USR30系列和直径为60毫米的USR
60系列

 到目前为止,由于我们的努力,USR系列已被世界各地的许多公司和学术机构采用,并已被视为超声波马达的事实标准。

 目前,USR30系列和USR60系列均制造和销售用于一般环境的标准型电动机和用于高磁场环境的非磁性型电动机。

早期的超声波马达:USR-60-4-100

早期的超声波马达:USR-60-4-100

超声波马达:USR系列结构及工作原理

超声波马达:USR系列结构

超声波马达:USR系列

  • 传递振动的定子
  • 转子,即旋转部分
  • 向电机传递动力的轴
  • 轴承作为轴承

它包括:

此外,定子部分

  • 产生振动的压电陶瓷
  • 定子金属可增强振动
  • 接触转子的滑动材料

它包括:

这是一个非常简单的结构,但是每个元素都是经过精que计算的

  • 稳定的旋转性能
  • 强大的握持力
  • 安静度高

已实现。

标准型电动机和非磁性型电动机均不使用产生电磁波的材料。
通过将不受磁性影响的材料用于定子金属和轴承,非磁性型电动机在高磁场环境下实现稳定的运行。
 

超声波马达:USR系列结构

超声波马达:USR60系列结构

超声波马达:USR系列工作原理

概述
超声波马达通过向压电陶瓷施加电压来使压电陶瓷变形,​​并且该变形被定子金属放大并传播,从而使定子金属的表面变形为波浪形。该波的顶部作为行波移动,并且与定子接触的转子在摩擦力的作用下旋转。

超声波马达的保持力大:由于
在转子和定子之间施加高压
,因此停止时的最大摩擦力是超声波马达的保持力。

超声波马达的旋转原理:
通过对压电陶瓷施加电压,压电陶瓷发生变形和变形,该变形被定子金属放大并传播,从而在定子金属表面产生行波。 ..
在此,定子金属仅在表面上行进波的每个顶点处与转子接触,并且每个顶点进行椭圆运动。
转子在其椭圆运动的影响下旋转。

该椭圆运动的轨迹与行波的行进方向相反,并且受影响的转子也沿行波的相反方向旋转。
换句话说,当行波在定子的圆周上顺时针(CW)传播时,在行波的每个与转子接触的顶点都会产生逆时针(CCW)椭圆运动。
然后,与波的顶点接触的转子沿与椭圆运动相同的方向逆时针旋转(CCW)。

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,从而实现超声波马达的高响应性。

施加到转子和定子上的力图

施加到转子和定子上的力图



转子旋转原理图

转子旋转原理图

 

超声波马达:USR系列功能

 Shinsei Kogyo超声波马达:USR系列具有体积小,低速和高扭矩的特点,并具有出色的响应性和安静性。
另外,由于在不通电时具有较高的保持力
因此可以构造具有减小的总重量的可动部件而无需诸如齿轮之类的减速齿轮。
 超声波马达不将线圈或磁铁的电磁力用作驱动力,并且不受磁力影响。
另外,由于在旋转过程中不产生磁场,因此在强磁场环境下(如MRI周围环境)以及其中的超导实验室设备
可以放心使用。

 目前,超声波马达用于

  :-摄像机的自动聚焦-
  测量仪器的控制部分
  -光学设备的透镜镜的驱动部分-
  接收来自人造卫星的信号的设备的位置-
  工业机器人的夹持设备-
  卷它                             可用于多种应用,例如自动屏幕控制设备
  ,组件进给设备
  ,MRI中的测量仪器的姿态控制
  以及强磁场环境中的执行器

 

典型特征

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。

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。

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极好的响应性。
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。

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。

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。

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。

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