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1986 年 12 月 25 日，新生工業(yè)株式會(huì)社Shinsei Kogyo 發(fā)布了一款超聲波馬達(dá)，它采用全新的驅(qū)動(dòng)原理，它不使用來(lái)自線圈或磁鐵的任何電磁力作為驅(qū)動(dòng)力。
USR系列超聲波馬達(dá)工作原理
1、超聲波馬達(dá)通過(guò)對(duì)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(diǎn)作為行波移動(dòng)，與定子接觸的轉(zhuǎn)子因摩擦力而旋轉(zhuǎn)。
2、超聲波馬達(dá)的高保持力：由于轉(zhuǎn)子和定子之間施加的高壓，停止時(shí)最大的摩擦力是超聲波馬達(dá)的保持力。
3、超聲波電機(jī)旋轉(zhuǎn)原理：通過(guò)對(duì)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(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)。
4、轉(zhuǎn)子在其橢圓運(yùn)動(dòng)的影響下旋轉(zhuǎn)。這種橢圓運(yùn)動(dòng)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(dāng)行波在定子圓周上順時(shí)針（CW）行進(jìn)時(shí)，在與轉(zhuǎn)子接觸的行波的每個(gè)頂點(diǎn)處都會(huì)發(fā)生逆時(shí)針（CCW）橢圓運(yùn)動(dòng)。
5、然后，與波的頂點(diǎn)接觸的轉(zhuǎn)子以與橢圓運(yùn)動(dòng)相同的方向逆時(shí)針（CCW）旋轉(zhuǎn)。通過(guò)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)超聲波馬達(dá)的高響應(yīng)性。
USR系列超聲波馬達(dá)典型特征：
1、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(lèi)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。
2、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(méi)有電磁制動(dòng)器或離合器的輕型系統(tǒng)。
3、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)出好的響應(yīng)性。
4、速度控制也是無(wú)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。
5、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。
6、小巧輕巧它體積更小，更薄，重量?jī)H為使用具有類(lèi)似轉(zhuǎn)矩的電磁力的電動(dòng)機(jī)重量的一小部分。通過(guò)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。
7、出色的安靜度
由于用于驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)的頻率在聽(tīng)不到的范圍內(nèi)，因此操作噪音非常小。通過(guò)不使用齒輪也可以避免在驅(qū)動(dòng)器中產(chǎn)生噪音。
