超声波电机的详细数据
中文名:超声波电机mbth:超声波电机类型:摄影属于数字的起源、定义、发展、工作原理、特性。在超声波电机出现之前，其实已经有利用压电材料的振动特性驱动的压电电机，但其频率并不局限于超声波的范围。早在1948年，威廉和布朗就申请了压电马达的美国专利。1961年，宝路华钟表公司研制出音叉驱动的手表；从1970年到1972年，西门子和松下开发了线外压电步进电机，但当时没有广泛使用，因为它不能实现更大的输出和效率。1973年，美国IBM公司的H.V. Barth首先提出了一种利用压电元件进行超声波振动驱动的电机。但是由于磨损的问题，就像之前的表壳一样，没有实际应用就发表了。几乎与此同时，俄罗斯的V.H. Lavrinenko也用同样的驱动原理设计了一些电机结构；1978年，P.E. Vasiliev使用超声波换能器作为电机的驱动源，但没有开发出完整的电机结构。1980年，日本的Toshiiku Sashida开发了一种振动板驱动的超声波电机，具有比较完整的电机结构。至此，通过压电材料产生的超声波振动来驱动电机的概念开始慢慢发展起来。虽然这些超声波电机因为磨损和温度升高仍然没有实际应用，但是它们具有高精度、低转速和高转矩的特点。直到1982年，年盛智天才研发出一种新型的超声波电机驱动方式，在设计中就考虑到了磨损的改善。这是第一个具有真正商业应用价值的超声波电机，并首次应用于相机的自动对焦系统，这也是目前超声波电机使用最多的领域。佳能的EF自动对焦镜头内置两个电机，一个用于自动对焦，另一个用于电磁光圈。佳能自动对焦马达有三种:弧形驱动(AFD)、超声波马达(USM)和微型马达(MM)。弧形电机是佳能EF自动对焦镜头最早使用的电机。它是一个弧形无刷电机，这样它可以放置在圆柱形镜筒中，而不改变镜筒的形状。由于其转子尺寸较小，它具有非常好的启动/停止响应和控制，并且由于其无刷设计，它具有较长的使用寿命。虽然随着高性能超声波马达和低成本微电机的出现，现在使用这种马达的镜头已经不多见了，但在一些著名的EF镜头中，我们还是可以“看到”它的身影，比如EF50mm f/2.5紧凑微距和EF100-300mm f/5.6 L和EF135mm f/2.8软焦。超声波电机与传统电机有很大不同。无论传统电机有多少种，其原理一般都是将电磁力转化为旋转力，而超声波电机的旋转力是由超声波振动的能量产生的。如上所述，超声波电机可以分为两种:环形和微型超声波电机。环形超声波电机的定子和转子的直径相当于镜筒的直径，可以与镜筒完美结合。超声波电机的优点如下:1 .由于其低速大扭矩，可以直接驱动镜头，不需要额外的减速机构；二是定位力矩大，换句话说，电机一停，镜头就像刹车一样自动停止对焦；3.结构非常简单；4.启停控制能力很好，能快速启动或立即停止，控制非常精准；5.操作非常安静——几乎是无声的。另外佳能的环形超声波马达还有以下特点:6。其高效率和低能耗使得利用相机的电池供电成为可能；7.环形电机和镜筒非常合适；8.低转速非常适合镜头驱动；9.转速可在0.2RPM(五分钟一转)至80RPM(每分钟80转)的大范围内连续无级调节，因此可高精度高速驱动镜头；10.可以实现高精度手动电驱动对焦，也就是所谓的全时手动功能；11.工作温度范围非常宽，可以在零下30摄氏度到零下60摄氏度的温度环境下正常工作，保证在恶劣环境下稳定工作。与环形超声波电机不同，微型超声波电机的定子和转子集成在一个非常小的装置中。与环形超声电机相比，微型超声电机具有以下特点:由于对透镜直径没有限制，微型超声电机可以安装在各种透镜中，而不需要考虑光学系统的结构；它的转子、定子和能量输出部分集成在一个非常小的器件中，所以体积和重量只有环形超声波电机的一半左右；其成本仅为普通环形超声波电机的三分之一，因此可以大规模用于低成本镜头。一般来说，环形超声波电机主要用于L级专业镜头，微型超声波电机主要用于我们所说的业余镜头，但佳能的业余镜头中也有使用环形超声波电机的镜头，分别是: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是USM和EF100-300mm f/4.5-5.6 USM，让我们作为普通摄影爱好者，如果使用以上镜头，也能感受到环形超声波马达带来的安静、高速自动对焦和全时手动乐趣。微电机，除了圆弧电机和超声波电机，佳能还有另外一种电机——微电机，一般用在佳能的低价大众镜头，比如EF50mm f/1.8II和那些非USM的大众变焦镜头，比如EF28-80mm f/3.5-5.6；EF75-300mm f/4-5.6等。，但是佳能有一个“著名”的镜头也使用了微电机，是EF100mm f/2.8 Macro微距镜头。我觉得佳能认为一般用微距的人不会用自动对焦。全时手动和内焦/后焦在佳能EF镜头中的应用一般来说，使用环形超声波电机的镜头可以实现全时手动操作，而使用微型超声波电机的镜头则不能，但这并不代表微型超声波电机不能实现全时手动操作。比如著名的EF50mm f/1.4，用的是微型超声波电机，但是和那些用环形超声波电机的镜头是一样的。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电机的“优越感”，不愿意把全时手动这个非常有用的功能交给所有微型超声波电机。使用环形超声波电机的镜头一般采用内调焦或后调焦结构，因此镜头的前置镜头在调焦时不会旋转，而大部分微型超声波电机和微电机以及很多使用弧形电机的镜头则不能。当然也有例外，比如EF135mm f/2.8柔焦柔焦镜头采用的是弧形电机。EF17-35mm f/2.8 L USM已经取代的EF24mm f/2.8、EF20-35mm f/2.8 L等EF镜头定义了人耳能够听到的声音的频率范围约为20 Hz ~ 20 kHz，人耳无法识别的20 kHz以上的频率称为超声波。那么到底什么是超声波电机呢？它的基本工作原理是什么？简单来说，就是利用输入电压会变形的特性，让压电材料产生超声波频率的机械振动，然后通过摩擦驱动机构的设计，让超声波电机像电磁电机一样做旋转运动或者直线运动。通常电磁电机在运转的时候，我们会感觉到噪音，因为电机内部结构在振动，振动频率正好在我们耳朵能感觉到的频率范围内。超声波电机的振动频率设计在人耳能听到的范围之外，所以它运行的时候我们感觉不到任何声音，所以我们感觉很安静，这是超声波电机很重要的一个特点。发展1987。佳能推出首款搭载环形USM的镜头:EF 300/2.8L USM。解剖图1990，佳能实现量产，开始在普通镜头上大量应用环形USM。1992年，佳能研发出微型USM，加速了EF镜头全USM的进程。工作原理环形USM的结构和原理根据超声波振动能量转换的方式分为三种:1，驻波型；示意图2，行波型；3.振动簧片式。CANONEF镜头使用的USM都是行波型。环形超声波电机结构简单，由弹性定子和转子组成。定子是一个金属环，底部有压电陶瓷元件，顶部有均匀排列的梯形突起。定子由特殊材料制成，热膨胀系数与压电陶瓷元件相同，可以避免温度变化的影响。转子为铝环，通过法兰弹簧与定子结合。因为铝材比较软，所以接头经过特殊处理，增加了耐磨性。特点USM的基本特点是:1，具有低速大扭矩输出特性；2、制动力矩大；3、结构简单；4.电机启动和制动的可控性很好；5、旋转声音很小，几乎无声。佳能环形USM除了以上基本特点外，还有自己的特点:原理图6，高效率低功耗；7.环形电机可以与镜体完美结合；8、低速，特别适合镜头的AF驱动；9.转速可在0.2转/分至80转/分范围内任意控制；10，可实现灵敏度可调的电子MF；11.工作环境温度为-30℃ ~ +60℃。佳能公布了环形USM的三种规格:USM-M1USM-L1USM-L2尺寸(mm):φ62-54x 10φ77-67x 10φ72-63x 10用于镜头:EF 66。EF 100/2 USM；EF 200/2.8L USM；EF 300/4L USM；EF 28-80/3.5-5.6 USM；EF 28-105/3.5-4.5 USM；EF 35-135/4-5.6 USM；EF 35-350/3.5-5.6L USM；EF 70-210/3 . 504 . 5 USM；EF 100-300/4.5-5.6 USM；EF 50/1.0L USM；EF 85/1.2L USM；EF 200/1.8L USM；EF 300/2.8L USM；EF 400/2.8L USM；EF 500/4.5L USM；EF 600/4L USM；EF 28-80/2.8-4升USM重量(克):26 45 45...USM-M1和USM-L1现在基本都在用，USM-L2已经不用了。