超音波马达

超声波电机是一种压电电机，由一个组件（定子）的超声波振动提供动力，根据操作方案（旋转或线性平移）放置在另一个组件（转子或滑块）上。 超音波马达在几个方面与其他压电电机不同，尽管两者通常都使用某种形式的压电材料，最常见的是锆钛酸铅，偶尔也有铌酸锂或其他单晶材料。 最明显的区别是利用共振来放大超声波电机中与转子接触的定子的振动。 超音波马达还提供任意大的旋转或滑动距离，而压电致动器则受到压电元件中可能产生的静态应变的限制。

超声波电机的一种常见应用是在相机镜头中，作为自动对焦系统的一部分，它们用于移动镜头元件。 在此应用中，超音波马达取代了噪音较大且速度通常较慢的微型电机。

干摩擦常用于接触，定子中引起的超声振动既用于向转子传递运动，又用于调节界面处存在的摩擦力。 摩擦调制允许转子整体运动（即，超过一个振动周期）； 如果没有这种调制，超声波马达将无法运行。

通常有两种不同的方法可以控制沿定子-转子接触界面的摩擦，即行波振动和驻波振动。 例如，在 1970 年代，Sashida 发明了一些最早的实用电机，它们使用驻波振动结合与接触面呈一定角度放置的翅片来形成电机，尽管它是单向旋转的。 Sashida 和 Matsushita、ALPS 和 Canon 的研究人员后来的设计利用行波振动来获得双向运动，并发现这种布置提供了更高的效率和更少的接触界面磨损。 超高扭矩“混合换能器”超声波电机将圆周极化和轴向极化压电元件结合在一起，沿接触界面结合轴向振动和扭转振动，代表了一种介于驻波驱动和行波驱动之间的驱动技术 方法。

超声波电机研究中的一个关键观察结果是，无论频率如何，结构中可能引起的峰值振动都以相对恒定的振动速度发生。 振动速度只是结构中振动位移的时间导数，与结构内波传播的速度没有（直接）相关。 许多适合振动的工程材料允许的峰值振动速度约为 1 m/s。 在低频（比如 50 赫兹）下，低音扬声器中 1 米/秒的振动速度会产生大约 10 毫米的位移，这是可见的。 随着频率的增加，位移减小，加速度增加。 由于振动在 20 kHz 左右变得听不见，振动位移为几十微米，并且已经制造出使用 50 MHz 表面声波 (SAW) 运行的电机，其振动幅度仅为几纳米。 这样的装置在构造上需要小心以满足必要的精度以利用定子内的这些运动。

更一般地说，有两种类型的电机，接触式和非接触式，后者很少见，需要工作流体将定子的超声波振动传递给转子。 大多数版本都使用空气，例如胡军辉最早的一些版本。 该领域的研究仍在继续，特别是在用于此类应用的近场声悬浮方面。

佳能是超声波马达的先驱之一，并在 80 年代后期将 USM 整合到佳能 EF 镜头卡口的自动对焦镜头中，从而使 USM 声名大噪。 自 1980 年代初以来，佳能、其主要镜头制造竞争对手尼康和其他工业公司已经申请了多项超声波马达专利。 佳能不仅在其 DSLR 镜头中使用了超声波马达 (USM)，而且在佳能 PowerShot SX1 IS 桥式相机中也使用了超声波马达 (USM)。 超声波电机现在用于许多需要长时间精确旋转的消费和办公电子产品。

该技术已被多家公司以不同的名称应用于摄影镜头：

• 佳能 – USM、超声波马达
• 松下 – XSM，超静音电机
• Pentax – SDM，超音速动态 Mo