超声波马达的定义,超声波马达的起源.doc

超声波超声波马达的定义，超声波马达的起源马达的定义，超声波马达的起源超声波马达(UltraSonic Motor)的简称是：USM，最早应用于照相机上是 Canon EF 系列 镜头最早装备了 USM 马达的镜头是 Canon EF 300/2.8L USM.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超声波马达的定义超声波马达的定义人耳所能听到的声音频率范围大约在 20 赫兹～20 千赫兹之间，而超过 20 千赫兹以上， 人耳无法辨识的频率便称为超声波那么究竟什么是超声波马达？其基本工作原理又如何？简单地说，利用压电材料输入 电压会产生变形的特性，使其能产生超声波频率的机械振动，再透过摩擦驱动的机构设计， 让超声波马达如同电磁马达一般，可做旋转运动或直线式移动通常电磁马达运转时我们会觉得有杂音，这是因为马达内部结构产生振动，而振动频 率恰好在我们耳朵可以感受的频率范围内超声波马达的振动频率则设计在人耳所能听到 的范围之外，所以当它运转时我们感觉不到有声音，因而觉得非常安静，这是超声波马达 一个相当重要的特色。

超声波马达的起源超声波马达的起源在超声波马达问世之前，实际上已有利用压电材料振动特性来驱动的压电马达，惟其 频率并不限于超声波的范围早在一九四八年威廉和布朗就申请了「压电马达」的美国专 利；一九六一年宝路华钟表公司研制出音叉驱动的手表；一九七○～一九七二年西门子和 松下两公司发展出线型压电步进马达，不过因为无法达到较大的输出力及效率，所以当时 并没有普遍地应用一九七三年美国 IBM 公司的巴特（H.V. Barth） ，首次提出利用压电组件以超声波振动 的方式来驱动的马达，但因为磨耗上的问题，和之前的手表案例一样，仅发表出来而没有 实际上的应用几乎同时，俄国人 V.H. Lavrinenko 也设计了一些驱动原理相同的马达结构； 一九七八年瓦西里耶夫（P.E. Vasiliev）则是利用超声波转换器作为马达的驱动来源，不过 都没有发展出完整的马达结构一九八○年日本指田年生（Toshiiku Sashida）研制出以振动片驱动的超声波马达，具 有较完整的马达结构至此，以压电材料产生超声波振动来驱动马达的概念就开始慢慢地 发展起来虽然因为磨耗以及温度上升等问题，使得这些超声波马达仍然没有实际的应用， 不过已具有高精度、低速高转矩等特色。

直到一九八二年，指田年生又发展出一种新型的超声波马达驱动方式，在设计上已经 考虑到磨耗的改善，这才是第一个真正达到具有商业应用价值的超声波马达，且首先应用 在照相机的自动对焦系统中，这也是目前使用超声波马达最多的领域佳能的 EF 自动对焦镜头都内置了两个马达，一个负责自动对焦，另一个负责电磁光 圈，佳能自动对焦马达有三大类，弧形马达(ARC FORM DRIVE，简称 AFD)，超声波马达 (ULTRASONIC MOTOR，简称 USM)和微型马达(MICRO MOTOR，简称 MM)弧形马达是佳能 EF 自动对焦镜头中最早使用的马达，它是一种弧形无刷电机，这样 它就可以安放在镜头圆柱壮的镜筒内而不用改变镜筒的形状了，由于其转子小巧的尺寸使 得它有非常好的开始/停止反应和控制力，又由于它的无刷设计使得它有很长的使用寿命 虽然随着高性能的超声波马达和成本更低的微型马达的出现，使用这种马达的镜头在现在 已经不多见了，但在某些著名的 EF 镜头中我们仍然能“看到”它的身影，如 EF50mm f/2.5 Compact Macro 和 EF100-300mm f/5.6 L 以及 EF135mm f/2.8 Soft Focus 柔焦镜头等。

超声波马达和传统的马达有很大区别，不管传统的马达有多少种，其原理一般就是将 电磁力转变为转动力，而超声波马达的转动力则是产生于超声波振动的能量如上所述， 超声波马达分环形和微型超声波马达两种环形超声波马达的定子和转子的直径和镜筒直径相当，可以和镜筒完美的结合超声 波马达的优点在于：一. 由于其低转速和高扭矩的特性，使得它可以直接驱动镜头而不需 要额外的减速机构；二. 定位扭矩大，换句话说就是当马达停下来的时候，镜头就像有刹 车那样自动停止对焦；三. 结构非常简单；四. 对启动和停止的控制能力非常好，它可以快 速启动，也可以立即停止，而且可以被很精确地控制；五. 操作起来非常安静—几乎无声 除此之外，佳能的环形超声波马达还有如下特点：六. 其高效率和低能耗的特性使得它可 以用相机的电池来供电；七. 环状的马达和镜头镜筒非常合适；八. 低旋转速度非常适合镜 头的驱动；九. 旋转速度可以在 0.2RPM(五分钟旋转一周)到 80RPM(每分钟旋转 80 周)的 大范围内连续无级的调整，所以可以实现对镜头的高精度和高速驱动；十. 可以实现高精 度的手控电驱动的调焦，即所谓的全时手动功能；十一. 操作温度范围非常宽，可以在摄 氏零下 30 度到零上 60 度的温度环境下正常工作，保证了恶劣环境下的稳定操作。

微型超声波马达和环形超声波马达不一样，它的定子和转子等被整合在一个非常小的 装置中，与环形超声波马达相比有如下的特点：由于没有镜头直径的限制，微型超声波马 达可以不用考虑光学系统的结构而装在各种镜头内；其转子、定子和能量输出部分被整合 到一个非常小的装置中，因此它的尺寸和重量大约只是环形超声波马达的一半；其成本只 是普通环形超声波马达的三分之一，因此可以大规模的用于低成本的镜头中一般来说环形超声波马达主要用于 L 级专业镜头，而微型超声波马达则主要被用于我 们所说的业余镜头中，但在佳能的业余镜头中也有使用环形超声波马达的镜头，它们是： EF20-35mm f/3.5-4.5 USM; EF24-85mm f/3.5-4.5 USM; EF28-105mm f/3.5-4.5 USM/ EF28- 105mm f/3.5-4.5 USM II; EF28-135mm f/3.5-5.6 IS USM 和 EF100-300mm f/4.5-5.6 USM，这 样作为普通摄影爱好者的我们如使用上述几款镜头也能感受环形超声波马达带来的宁静、 高速的自动对焦和全时手动的乐趣微型马达，除了弧形马达和超声波马达外，佳能还有另外一种马达—微型马达，微型 马达一般用于佳能价格很低的普及镜头中，如 EF50mm f/1.8II 和那些非 USM 的普及型变 焦镜头，如 EF28-80mm f/3.5-5.6; EF75-300mm f/4-5.6 等，但佳能有一款“很有名”的镜头 也用的是微型马达，它就是 EF100mm f/2.8 Macro 微距镜头，想来佳能认为一般使用微距 的人是不会使用自动对焦的吧。

全时手动和内对焦/后对焦在佳能 EF 镜头中的应用一般来说，使用环形超声波马达的镜头都可以实现全时手动，而使用微型超声波马达 的镜头则不行，但这并不表明微型超声波马达不能实现全时手动，比如著名的 EF50mm f/1.4 使用的就是微型超声波马达，但它和那些使用环形超声波马达的镜头一样，也可以全时手 动，所以我们可以说佳能为了保持环形超声波马达的“优越性”不愿意将全时手动这一个 非常有用的功能赋予所有的微型超声波马达 使用环形超声波马达的镜头一般都是采用内对焦或后对焦结构的，因此在对焦时镜头 的前镜片是不会跟着转动的，而大多微型超声波马达和微型马达和许多使用弧形马达的镜 头则不行，当然也有例外如使用弧形马达的 EF135mm f/2.8 Soft Focus 柔焦镜头，EF24mm f/2.8 和已经被 EF17-35mm f/2.8 L USM 取代的 EF20-35mm f/2.8 L 等早期上市的 EF 镜头 摘自： 转载请注明！。