超聲波馬達(dá)是什么_超聲波馬達(dá)原理

　　超聲波馬達(dá)是什么

　　超聲波馬達(dá)（UltraSonic Motor）的簡(jiǎn)稱是：USM，最早應(yīng)用于照相機(jī)上是Canon EF系列鏡頭。最早裝備了USM馬達(dá)的鏡頭是Canon EF 300/2.8L USM.傳統(tǒng)的馬達(dá)都是基于電磁原理工作的，將電磁能量變換成轉(zhuǎn)動(dòng)能量。而USM則是基于利用超聲波振動(dòng)能量變換成轉(zhuǎn)動(dòng)能量的全新原理來(lái)工作的。

　　人耳所能聽到的聲音頻率范圍大約在20赫茲～20千赫茲之間，而超過20千赫茲以上，人耳無(wú)法辨識(shí)的頻率便稱為超聲波。

　　那么究竟什么是超聲波馬達(dá)？其基本工作原理又如何？簡(jiǎn)單地說(shuō)，利用壓電材料輸入電壓會(huì)產(chǎn)生變形的特性，使其能產(chǎn)生超聲波頻率的機(jī)械振動(dòng)，再透過摩擦驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓超聲波馬達(dá)如同電磁馬達(dá)一般，可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線式移動(dòng)。

　　通常電磁馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)我們會(huì)覺得有雜音，這是因?yàn)轳R達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，而振動(dòng)頻率恰好在我們耳朵可以感受的頻率范圍內(nèi)。超聲波馬達(dá)的振動(dòng)頻率則設(shè)計(jì)在人耳所能聽到的范圍之外，所以當(dāng)它運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)我們感覺不到有聲音，因而覺得非常安靜，這是超聲波馬達(dá)一個(gè)相當(dāng)重要的特色。

　　超聲波馬達(dá)原理

　　電能和機(jī)械功可以通過電磁力以外的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。已知利用作用在電容器的電極之間的力的靜電電動(dòng)機(jī)和利用壓電元件的超聲電動(dòng)機(jī)。盡管靜電馬達(dá)已作為MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）而受到關(guān)注，但很少投入實(shí)際使用。另一方面，后一種超聲馬達(dá)用于特殊目的，例如驅(qū)動(dòng)相機(jī)鏡頭，因?yàn)樵擇R達(dá)可以被構(gòu)造成盤狀。

　　壓電元件（PZT：Pb（Zr，Ti）O 3，鋯鈦酸鉛）具有在施加電壓時(shí)沿垂直于電壓的方向延伸的特性。最初研究了利用該特性將位移改變?yōu)橹本€或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以制造電動(dòng)機(jī)。但是膨脹和收縮只有幾微米。為了電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，需要將壓電體和彈性體組合并以高頻率振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。1980年，通過產(chǎn)生從壓電體到彈性體的行波發(fā)明了一種實(shí)用的電動(dòng)機(jī)。使用術(shù)語(yǔ)“超聲波馬達(dá)”是因?yàn)槠涓鶕?jù)彈性體的共振頻率以高于20kHz或更高的可聽范圍的頻率（超聲波）被驅(qū)動(dòng)。如圖示出了行波超聲馬達(dá)的操作原理。

　　圖：行波型超聲波電動(dòng)機(jī)的原理

　　定子由壓電元件和彈性體構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)，該壓電元件由兩組驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成。每個(gè)電極被布置為行波波長(zhǎng)的一半，并且被交替極化以具有相反的極性。當(dāng)將頻率接近彈性體的彎曲振動(dòng)的固有頻率的AC電壓施加到驅(qū)動(dòng)電極時(shí)，壓電元件交替地膨脹和收縮，導(dǎo)致彈性體彎曲。通過向兩個(gè)電極施加相位差為90度的交流電壓，合成在空間和時(shí)間上異相的兩個(gè)駐波，并獲得如圖4所示的行波。波在彈性體上的最大點(diǎn)通過繪制與行進(jìn)波相反的橢圓形軌跡而移動(dòng)。因此，當(dāng)在轉(zhuǎn)子（移動(dòng)體）和定子之間施加高壓時(shí)，轉(zhuǎn)子在行波的波前與彈性體接觸，并且沿著振子表面上的橢圓軌跡在與行波相反的方向上發(fā)生摩擦。