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超音波モータとは
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超音波モータとは
   
       
 
 
 
1986年12月25日、世界初の超音波モータが
市場に発売されました。
製品名はUSR60-4-100、現在の超音波モー
タ:USRシリーズの原型です。

以来、超音波モータへの改良を積み重ね、
機能性、信頼性の向上を目指してきました。
その技術の結晶が、USRシリーズ
(USR30、USR60シリーズ)
です。

USRシリーズが持つ小型・低速・高トルク、
USR60シリーズ例
USR60シリーズ(一例)
非通電時に高い保持力があるという特徴はアクチュエータに最適です。
また超音波モータは駆動力に電磁力を利用しておらず、磁気などの影響を
受けないため、MRI内などの強磁場での動作が可能です。

現在、超音波モータは、カメラのオートフォーカス、光学機器のレンズミラーの駆動、
衛星受信装置の位置決め、ロールスクリーンの巻き上げ、自動車のハンドルポジ
ションやヘッドレスト、部品の搬送、高磁場内のアクチュエータなど、多彩な用途に
利用されています。
 
   
   
超音波モータの特徴
   
   

・低速、高トルク

超音波モータは、毎分数10〜数100回転の低速で高トルクであることが特徴です。
ギアなどの減速機構を必要とせず、ダイレクトドライブが可能であるため、装置の
バックラッシュを最小にすることが可能です。

・無通電時の高い保持力

  ステータとロータが強く密着しているため、電源を切った状態で保持力を維持する
ことが可能です。
このため、超音波モータにはブレーキやクラッチが必要なく、電磁ブレーキやクラッ
チによる重量増を避けることが可能です。

・高応答性および高制御性

  ロータのイナーシャ(慣性)が小く、ロータ・ステータ間の摩擦による制動力が
大きいため、優れた応答性を発揮します。
速度コントロールも無段階に変化可能であり、機械的時定数も1[ms]以下と、
制御性にも大変優れています。
このため、高精度な速度制御および位置制御が可能です。

・磁気の影響を受けず、電磁波を発しない

 

巻線や磁石を利用しないため、超音波モータは電磁波を発生しません。
特に、非磁性タイプの超音波モーターは、磁性材料を一切使用しないので
高磁場の中で磁気の影響を受けずに作動します。

・小型で薄く、軽量

  同程度のトルクを持つ電磁力を利用したモータに比べ、小型で薄く、重量は
数分の1です。
 
 
 

・静粛性に優れる

   

駆動に利用する振動は非可聴領域の周波数であるため、作動音がきわめて
静かです。ギアレスで利用し、不要なノイズ発生を避けることも可能です。

   
   
   
 
モータノ構造と動作原理
 
モータの構造
 

超音波モータは20[KHz]以上の
超音波振動を駆動源とし、

・ 振動を伝達するステータ部
・ 回転部であるロータ
・ 軸受けとしてのベアリング

で構成されています。
非常にシンプルな構造ですが、
個々の要素が厳密に計算され、

・ 安定した回転
・ 高い保持力

を実現しています。

USR60の構造
USR60の構造

※ 電磁波を発生したり、磁気の影響を受けてしまう、コイル(巻線)や磁石は
  全く使っていません。
 

 

   
モータの動作原理

 超音波モータは、ロータ(動体)と
ステータ間に高い圧力を加えた状態
にしてあり、この圧力により、モータ
の保持力が維持されています。

  そのステータの表面を、圧電セラ
ミックによって生成された進行波が、
駆けめぐっています。

  ここで、ステータは進行波の波の
各頂点だけでロータ面に接触してお
り、その各頂点では楕円回転運動
が生じています。
 ロータは、その楕円回転運動の影
響を受けて、突き動かされるように
回転します。

  この楕円運動の軌跡は、進行波
とは逆の方向であり、その影響を受
けたローターも進行波とは逆の方向
に回転をします。つまり、 ステータ
の円周上を右方向(CW)に進行波
が進む時、ローター面に接触した波
の各頂点には、左回り(CCW)の
楕円回転が生じています。そして、
その波の頂点と接触しているロータ
は楕円回転運動に引きずられ、
左方向(CCW)へと、回転します。

超音波モータのイメージ図
超音波モータのイメージ
駆動原理略図
駆動原理 略図

  そして、この進行波の速度と向きを制御することで、CW、CCW方向の
切り替えが可能であり、超音波モータの高い応答性を実現しています。
 
 
 
 
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