超声波马达是什么_超声波马达原理

　　超声波马达是什么

　　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。

　　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。

　　超声波马达原理

　　电能和机械功可以通过电磁力以外的方法进行转换。已知利用作用在电容器的电极之间的力的静电电动机和利用压电元件的超声电动机。尽管静电马达已作为MEMS（微机电系统）而受到关注，但很少投入实际使用。另一方面，后一种超声马达用于特殊目的，例如驱动相机镜头，因为该马达可以被构造成盘状。

　　压电元件（PZT：Pb（Zr，Ti）O 3，锆钛酸铅）具有在施加电压时沿垂直于电压的方向延伸的特性。最初研究了利用该特性将位移改变为直线或旋转运动以制造电动机。但是膨胀和收缩只有几微米。为了电动机旋转，需要将压电体和弹性体组合并以高频率振动的结构。1980年，通过产生从压电体到弹性体的行波发明了一种实用的电动机。使用术语“超声波马达”是因为其根据弹性体的共振频率以高于20kHz或更高的可听范围的频率（超声波）被驱动。如图示出了行波超声马达的操作原理。

　　图：行波型超声波电动机的原理

　　定子由压电元件和弹性体构成的两层结构，该压电元件由两组驱动电极构成。每个电极被布置为行波波长的一半，并且被交替极化以具有相反的极性。当将频率接近弹性体的弯曲振动的固有频率的AC电压施加到驱动电极时，压电元件交替地膨胀和收缩，导致弹性体弯曲。通过向两个电极施加相位差为90度的交流电压，合成在空间和时间上异相的两个驻波，并获得如图4所示的行波。波在弹性体上的最大点通过绘制与行进波相反的椭圆形轨迹而移动。因此，当在转子（移动体）和定子之间施加高压时，转子在行波的波前与弹性体接触，并且沿着振子表面上的椭圆轨迹在与行波相反的方向上发生摩擦。