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施加到轉(zhuǎn)子和定子上的力的圖像
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(dòng)，導(dǎo)致與定子接觸的轉(zhuǎn)子由于摩擦力而旋轉(zhuǎn)。
由于轉(zhuǎn)子和定子之間施加高壓，因此停止時(shí)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
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(gè)頂點(diǎn)處接觸轉(zhuǎn)子，并且每個(gè)頂點(diǎn)以橢圓運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
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(shí)針 (CW) 傳播時(shí)，接觸轉(zhuǎn)子的行波的每個(gè)頂點(diǎn)都會(huì)經(jīng)歷逆時(shí)針 (CCW) 橢圓運(yùn)動(dòng)。
與波峰接觸的轉(zhuǎn)子沿與橢圓運(yùn)動(dòng)相同的方向逆時(shí)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。
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(shí)具有較高的保持力，因此可以構(gòu)建總重量較輕的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力，并且不受磁力的影響。
另外，由于旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)對焦 | ?測量儀器控制單元 |
| ?光學(xué)設(shè)備透鏡鏡的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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 |
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(dòng)，從而可以構(gòu)建零齒隙的運(yùn)動(dòng)部件。
即使電源關(guān)閉，超聲波電機(jī)也會(huì)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(dòng)器或離合器，從而可以構(gòu)建沒有電磁制動(dòng)器或離合器的輕量化系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)子的慣性小，轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力大，因此在停止時(shí)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(shí)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。
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。
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(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)能力和有效負(fù)載的提高。
用于驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)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(dòng)單元發(fā)出的噪音。
