超声波电机的超声波电机原理

与传统的电机不同，超声波电机无绕组和磁极，无需通过电磁作用产生运动力。一般由振动体(相当于传统电机中的定子，由压电陶瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电机中的转子，由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)组成。在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时，利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生微观机械振动。并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。
实现超声波驱动有两个前提条件：首先，需在定子表面激励出稳态的质点椭圆运动轨迹；其次，将定子表面质点水平方向的微观运动转换成转子的宏观运动或平动。第一个前提条件对应着机电能量转换，利用逆压电效应由电能转化成机械振动能：第二个前提条件对应着运动形式转化，往往通过定转子间的摩擦力来实现，近年来亦有通过气体或液体为中间介质接触为非接触型超声波电机，也称为声悬浮超声波电机。从超声电机的工作原理可见，其正常工作离不开两个能量转换作用：机电转换作用和摩擦转换作用。机电转换作用是指压电陶瓷的逆压电效应，即对压电陶瓷振子加高频振荡电流，使它以超声波的频率振动。摩擦转换作用是指弹性体(定子与压电陶瓷的合称)的振动经过定子与转子工作面间的摩擦作用转化成转子的直线运动或旋转运动。要保证大力矩输出、止动性好，必须满足的条件就是有效足够的机电转换作用和有效稳定的摩擦转换作用。

超声波又称为环形USM
它的结构和原理
传统的马达都是基于电磁原理工作的，将电磁能量变换成转动能量。而USM则是基于利用超声波振动能量变换成转动能量的全新原理来工作的。
根据将超声波振动能量变换的方法来分，有三类USM：
1、驻波型(Standing
Wave
Type)；
2、行波型(Traveling
Wave
Type)；
3、振簧型(Vibrating
Reed
Type).
Canon
EF镜头中使用的USM，全部属于行波型。
环形USM的结构很简单：由具有弹性的定子和转子组成。
定子是一金属环，底部有压电陶瓷元件，上部均匀排列着梯形凸出物。
定子是用特殊材料制造的，它的热膨胀系数同压电陶瓷元件的一样，这样可以避免温度变化的影响。
转子是一个铝质环，通过凸缘状弹簧与定子结合在一起。由于铝材比较软，所以结合部位是经过特殊处理，增加其耐磨性能。
USM的基本特点：
1、具有低转速大扭矩的输出特性；
2、制动力矩大；
3、结构简单；
4、马达启动和制动的可控性非常好；
5、转动声音非常小，几乎无声。
Canon环形USM除具备上述基本特点外，自身的特点：
6、高效率，低功耗；
7、环形的马达可以与镜身完美地结合；
8、低转速，特别适合镜头的AF驱动；
9、转动速度可以在0.2rpm
~
80rpm范围内任意控制；
10、可以实现灵敏度可调的电子MF；
11、工作环境温度是：-30℃
~
+60℃。
现在基本使用的是USM-M1和USM-L1，USM-L2已经不再使用。