Полностью электронная система крепления и система привода, встроенная в объектив, — это ответ компании Canon на проблемы, присущие системам привода, встроенным в корпус фотокамеры, а также ключевой пункт при реализации бесшумной, плавной и быстрой автофокусировки с высокой точностью, которая принесла известность системе EOS. Эта система представляет правильную реализацию концепции Canon по разработке фотоаппаратов с использованием мехатроники, суть которой — « размещение привода вблизи соответствующего перемещаемого блока и полностью электронное управление всеми операциями передачи данных и сигналов управления». Эта исключительно рациональная и логичная система обладает следующими преимуществами над обычными системами.
- Так как каждый объектив EF можно оснастить оптимальным приводом, соответвующим определенным характеристикам автофокусировки, то можно создать высокоскоростной привод объектива без перегрузок для всего диапазона объективов: от объектива « рыбий глаз» до супертелеобъектива. Преимущество этой системы над системами привода, встроенного в корпус, возрастает по мере удаления перемещаемого блока от корпуса камеры в длинных супертелеобъективах, что позволяет компании Canon встраивать автофокусировку во все супертелеобъективы, включая EF 600mm f/4L IS USM.
- Так как привод находится рядом с перемещаемым блоком, то энергия привода передается эффективно, с минимальными потерями и шумами.
- Использование электронной системы крепления предоставляет разработчикам объективов широкий выбор типов приводов.
- Система позволяет с легкостью встраивать новые высокопроизводительные приводы по мере их разработки, обеспечивая замечательный потенциал для усовершенствования в будущем.
В настоящее время Canon использует пять типов приводов, выбирая лучший тип в соответствии с характеристиками объективов.
- Кольцевой USM
- Micro USM
- AFD ( Привод дуговой формы: круговая деформация бесщеточного двигателя)
- Микродвигатель постоянного тока общего назначения без сердечника
- Микродвигатель постоянного тока общего назначения с сердечником
К другому типу приводов, используемых в объективах EF, относится EMD ( электромагнитная диафрагма), в которой объединен шаговый двигатель деформации управляемой диафрагмы и блок лепестковой диафрагмы. Подробные сведения будут изложены далее.
Рис. 1 — Различные приводы двигателей
USM ( ультразвуковой двигатель) — это новый тип двигателей, впервые примененный в фотографических объективах Canon EF. Кольцевой USM, дебютировавший в 1987 году в объективе EF 300mm f/2.8L USM, поразил мир своей беззвучной и сверхскоростной автофокусировкой. Затем, в 1990 году, компания Canon внедрила новую технологию серийного производства на основе усовершенствованного кольцевого USM для использования в объективах массового спроса. В 1992 году последовала успешная разработка Micro USM, нового типа USM, позволяющего использовать методы автоматизированного производства, а в 2002 году был разработан сверхкомпактный Micro USM II, вдвое короче Micro USM. С таким арсеналом USM недалек тот день, когда Canon реализует свою мечту: использовать USM во всех объективах EF.
Рис. 2 — Объектив EF 28-135mm f/3.5-5.6 IS USM, в котором показан двигатель USM
Видео:Обзор шаговых двигателей и серводвигателей для станковСкачать
Существует множество различных типов и конструкций обычных двигателей; в их основе лежит преобразование электромагнитных сил в крутящий момент. Ультразвуковые двигатели, с другой стороны, используют абсолютно новый принцип, когда сила вращения формируется из энергии ультразвуковых колебаний. В настоящее время известны три типа USM, включая USM, находящиеся в стадии исследования и разработки, классифицируемые по способу преобразования энергии колебаний в крутящий момент: стоячая волна, бегущая волна и вибрирующий язычок. По этой классификации все USM, используемые в объективах Canon, относятся к типу бегущей волны. Базовая конструкция двигателя очень простая, она состоит из эластичного статора и вращающегося ротора. Нижняя часть статора состоит из эластичного металлического кольца с прикрепленным к нему пьезоэлектрическим керамическим элементом, а верхняя часть состоит из множества равноотстоящих выступов с поперечным сечением трапециевидной формы. Статор изготовлен из особого материала с коэффициентом теплового расширения, близким к коэффициенту теплового расширения пьезоэлектрического керамического элемента, что минимизирует искривления кольца, возникающие при изменении температуры. Этим обеспечивается стабильная работа в широком диапазоне температур. Ротор представляет собой алюминиевое кольцо с пружиной в форме фланца в месте контакта со статором, поэтому ротор прижат к статору. Так как алюминий — довольно мягкий материал, в месте контакта ротора со статором поверхность покрыта особым износостойким материалом.
Рис. 3 — Конструкция кольцевого USM
Читайте также: Мотор плм ямаха 115
Возможности кольцевого USM
Основные возможности ультразвуковых двигателей состоят в следующем:
- Можно легко реализовать выходные характеристики с низкой скоростью и высоким крутящим моментом (USM может генерировать большее количество энергии на более низких скоростях, чем обычный двигатель, который вращается электромагнитной силой), что позволяет выполнять прямое перемещение без использования понижающей зубчатой передачи.
- Большой момент вращения удержания. Другими словами, когда двигатель останавливается, объектив автоматически удерживается на месте тормозом диска.
- Конструкция предельно проста.
- Хорошая управляемость и реакция при запуске и остановке. ( Возможен быстрый запуск и остановка, точное управление.)
- Предельно тихая работа ( практически бесшумная).
В добавление к вышесказанному кольцевые USM компании Canon обладают также следующими возможностями:
- Высокая эффективность и низкое энергопотребление позволяют приводить USM в действие от элементов питания фотокамеры.
- Кольцевая форма двигателя является оптимальной для встраивания в тубус объектива.
- Низкая скорость вращения оптимально подходит для привода объектива.
- Возможно непрерывное изменение скорости вращения в широком диапазоне от 0,2 об/мин ( один оборот за пять минут) до 80 об/мин, что обеспечивает высокую точность и высокую скорость управления приводом объектива.
- Стабильность работы достигается в самых жестких условиях, при использовании в широком диапазоне температур от -30°C до +60°C.
Для любого двигателя система управления двигателем привода является важной подсистемой, необходимой для полного достижения конкретных характеристик двигателя. Это верно и для ультразвуковых двигателей. В объективах Canon USM такие функции, как обнаружение ультразвукового резонанса при изменении температуры, генерация двух напряжений переменного тока с разными фазами, управление запуском и остановкой, электронное регулирование скорости ручной фокусировки, управляются микрокомпьютером, встроенным в объектив.
Принцип действия кольцевого USM состоит в следующем: вибрация воздействует на эластичное тело, называемое статором, в результате чего в статоре возникают вибрации. Эта энергия колебаний через плотный контакт между ротором и статором вызывает непрерывное вращение ротора. Говоря более технически, сила трения, порожденная бегущей волной изгиба в статоре, является источником силы вращения. Рис. 4 иллюстрирует способ передачи силы бегущих волн изгиба, сформированных в статоре, на ротор. Если рассмотреть движение конца штырька P при распространении волны слева направо, видно, что он движется в направлении, противоположном движению волны. Ротор сдвигается под действием силы трения в каждой точке P, таким образом выполняя рабочий цикл.
Читайте также: Чьи моторы у хундай
Видео:Шаговый двигатель. Выбираем и тестируем.Скачать
Рис. 4 — Вращение ротора под действием распространения волн изгиба
Как показано на рис. 5 и 6, бегущие волны изгиба формируются с помощью пьезоэлектрического керамического элемента ( элемент, который расширяется и сжимается под действием переменного напряжения), который прикреплен к основанию статора и управляется электронной схемой.
Рис. 5 — Колебания, создаваемые пьезоэлектрическими керамическими элементами
Рис. 6 — Схема расположения пьезоэлектрических керамических элементов ( в основании статора)
Этот пьезоэлектрический керамический элемент попеременно поляризуется в направлении толщины, к нему прикладывается напряжение переменного тока с частотой, близкой к резонансной частоте колебаний изгиба и приблизительно равной 30 000 Гц ( это частота находится в ультразвуковом диапазоне, откуда и произошло название USM). Прикладываемое напряжение порождает колебания в статоре ( с амплитудой всего лишь около 0,001 мм), которые объединяются со сдвинутыми по фазе колебаниями, создаваемыми другим пьезоэлектрическим элементом, прикрепленным к основанию статора в другом месте, смещенном на одну четвертую часть периода. Эта порождает волну — бегущую волну изгиба (7 колебаний волны за цикл), движущуюся вдоль статора, которая и является источником энергии вращения двигателя.
Описание и возможности Micro USM
Видео:Как выбрать шаговый двигатель? Принцип работы, разновидности.Скачать
Кольцевой USM является ультразвуковым двигателем, который с самого начала разрабатывался для встраивания в объективы с круглым тубусом. Micro USM, напротив, является новым двигателем, который разрабатывался как « многоцелевой миниатюрный ультразвуковой двигатель». Micro USM обладает следующими возможностями:
- Так как отсутствует ограничение, связанное с диаметром объектива, Micro USM можно встраивать в различные объективы, независимо от конструкции оптической системы.
- Статор, ротор и выходная зубчатая передача встроены в единый компактный блок, размер и вес которого приблизительно вдвое меньше кольцевого USM.
- Поскольку его цена меньше цены кольцевого USM, его можно использовать в недорогих объективах.
Фото 2 — Micro USM ( слева) Micro USM II ( справа)
Основная конструкция Micro USM
Как показано на рис. 7, Micro USM имеет совмещенную конструкцию, в которой пьезоэлектрический элемент, статор и ротор соединены вертикально и объединены с выходной зубчатой передачей в одном компактном блоке. Статор состоит из 5 слоев пьезоэлектрических элементов, причем сверху и снизу от каждого слоя проложены диски металлических вибраторов. В целом блок статора работает как эластичный цилиндрический стержень.
Рис. 7 — Конструкция Micro USM/Micro USM II
Видео:Шаговый двигатель, как подключить без сложностей!!!!Скачать
Ротор, который объединен с корпусом пружины, прижимается к статору под давлением пружин, встроенных во внутренний цилиндр корпуса пружины. Вращение ротора передается прямо на выходную зубчатую передачу с передаточным соотношением 1:1. Различные компоненты двигателя — статор, ротор и выходная зубчатая передача — объединены в единый блок Micro USM с помощью вала статора, который проходит через центр всех компонентов, и фланца сверху, который удерживает их вместе. Двигатель встраивается в объектив, как показано на рис. 1.
Читайте также: Тюнинг 172 fmm мотора
Принцип действия Micro USM
Ультразвуковые вибрации, являющиеся источником энергии вращения, создаются с помощью электронной цепи для движения четырех слоев пьезоэлектрических элементов, которые имеют характеристики, показанные на рис. 8.
Рис. 8 — Характеристики пьезоэлектрического элемента
Каждый из четырех пьезоэлектрических слоев состоит из двух пьезоэлектрических элементов, разделенных на две фазы, фазу A и фазу B, которые сдвинуты друг относительно друга на 90°. В самом основании пакета находится пятый слой пьезоэлектрических элементов, который используется для обнаружения волны резонансного колебания ( рис. 9)
Рис. 9 — Конструкция пьезоэлектрического элемента Micro USM
Видео:Как выбрать Шаговый Двигатель и НЕ ПЕРЕПЛАТИТЬ | Рекомендации DarxtonСкачать
Эти пять слоев встроены в основание статора. Если напряжение переменного тока прикладывается только к фазе A группы пьезоэлектрических элементов, то расширение и сжатие пьезоэлектрических элементов вызывает небольшие колебания верхней части статора влево-вправо ( рис. 10).
Рис. 10 — Принцип вибрации статора
Если напряжение переменного тока прикладывается к фазе B, то расширение и сжатие пьезоэлектрических элементов вызывает небольшие колебания верхней части статора вперед-назад. Наконец, если приложить к фазе A и к фазе B переменный ток со сдвигом на 90° по фазе, то сумма колебаний обеих фаз порождает небольшую волну вращения (1 колебание за цикл с амплитудой 0,002 мм), которая вызывает небольшое круговое движение верхней части статора, как показано на рис. 11.
Рис. 11 — Принцип вращения ротора привода Micro USM
В свою очередь, ротор, который прижат к статору благодаря дополнительной энергии пружины, также начнет вращаться из-за силы трения, порождаемой волной вращения. Вращение ротора, в свою очередь, вызывает вращение прикрепленной прямо к нему выходной зубчатой передачи. В Micro USM сохраняется принцип действия кольцевого USM, в котором фрикционные колебания, порожденные сформированными в статоре бегущими волнами изгиба, причем ротор вращается в направлении, противоположном направлению движения волн.
Micro USM II — ультракомпактный ультразвуковой двигатель, разработанный в качестве привода автофокусировки для встраивания в еще меньшее пространство, обусловленное уменьшением размеров тубусов объективов. Он обладает следующими возможностями.
Видео:На что способен NEMA 17. Тест работы шаговых двигателейСкачать
В обычных Micro USM статор и ротор расположены последовательно. Если просто сократить длину блока без изменения порядка, то резонансная частота колебаний изгиба в статоре становится слишком высокой, не позволяя достичь достаточной амплитуды колебания. Для разрешения этой проблемы часть статора была расположена внутри ротора, а также был разработан абсолютно новый формат колебаний для Micro USM II, что позволило сократить длину блока, не повышая резонансной частоты. В результате был разработан ультракомпактный блок приблизительно вдвое короче и легче двигателя Micro USM, но с почти такими же характеристиками. Привод Micro USM II был впервые установлен в объектив EF 28-105mm f/4-5.6 USM, и разрабатываются планы расширения его использования и в других объективах, в основном, в ультракомпактных зум-объективах.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
📸 Видео
Обзор шаговых двигателей или как подобрать шаговый двигательСкачать
Как работает ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ? Шагаем, полушагаем, микрошагаем.Скачать
Как подключить шаговый двигатель к ArduinoСкачать
Обзор Шаговых двигателей.Скачать
ПОДКЛЮЧАЕМ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ К ARDUINO [Уроки Ардуино #14]Скачать
Шаговые двигатели Nema и драйверы шаговых двигателей | VORON.UAСкачать
Как подобрать шаговый двигатель для станка ЧПУ. ШД из принтера, какой подойдет для ЧПУ?Скачать
Шаговый двигатель 28BYJ-48, обзорСкачать
Шаговые двигатели NEMA 23Скачать
Шаговые двигатели, и как ими управлять с помощью микроконтроллераСкачать
Униполярные шаговые двигатели и их переделка в биполярные. Большой обзор, переделка и подключение.Скачать
4.6 На что способны шаговые двигатели 18.6 кгсмСкачать
Шаговые Двигатели Подключение и ЗапускСкачать
НИШТЯКИ #2: Шаговые моторы - 3 размераСкачать
![ПОДКЛЮЧАЕМ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ К ARDUINO [Уроки Ардуино #14]](https://i.ytimg.com/vi/jJQwmnyfw5k/0.jpg)
