一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置的制作方法

1.本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，特别涉及一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置。


背景技术：

2.快速反射镜是一种工作在光源或接收器与目标之间用于调整和稳定光学系统视轴或光束指向的部件，通过采用音圈电机精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度，用于实现反射镜的“偏转-倾斜”方位角度的快速调整，可用于光电领域的视轴稳定或扫描补偿等应用。由于其具有结构紧凑、响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点，被广泛应用在天文望远镜、自适应光学、像移补偿、自由空间光通信、精密跟踪等领域，成为光学系统中稳定光束和校正光束传播方向的关键性器件。
3.快反镜的一个重要指标就是工作带宽，而影响该指标的器件是其中的电机，必须具有较高的出力和较短的阶跃响应时间。传统的快反镜一般包括四个电机，在每个旋转轴方向上采用两个电机组成推拉式对，为反射镜提供平滑、均匀的扭矩，但电机的出力不是很理想，而这种用于大口径快反镜上的动磁式致动组件能够大大的提高电机的出力。
4.现有的配备在快反镜上的音圈电机作为驱动器大都采用动圈式设计，即磁缸部分连接在快速反射镜基座上，线圈连接在反射镜镜托上。因一般线圈部分的重量远小于磁缸部分的重量，因此这样设计能够减小反射镜转动部分的转动惯量，但线圈工作时会产生较多的热量，热量会传导到反射镜上，引起反射镜的热变形，从而降低反射镜的平面度等指标，从而降低快速反射镜的整体性能。有的采用音圈电机作为驱动器的快速反射镜大部分采用圆柱形音圈电机，这种类型的音圈电机具有相对较高的出力效率，但是缺点是线圈与磁缸之间的间隙较小，从而使快速反射镜的转动范围较小。而且现有的动磁式音圈电出力大小和出力效率不能够满足越来越高的快速反射镜工作带宽的需求。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置，通过动磁式的线圈与磁铁组合，既能增加电机的出力，也能增加其动态特性，转角的范围也会增加，大大提升了工作效率，在体积约束范围内能够实现较大的转角范围和工作带宽。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置，包括：基座、若干组线圈组件、若干组磁铁组件；所述基座与反射镜平行设置且间隔预设距离；所述若干组线圈组件均固设于所述基座朝向所述反射镜的一侧，所述若干组磁铁组件固设于所述反射镜朝向所述基座的一侧，所述若干组线圈组件中的线圈和所述若干组磁铁组件的磁铁一一对应且间隔均匀设置，且所述线圈与相邻的所述磁铁设有气隙；所述反射镜在所述若干组线圈组件和所述若干组磁铁组件共同作用下进行二维运动。
7.进一步地，每组所述线圈组件包括：四个线圈；每组所述磁铁组件包括：四个磁铁；所述线圈和所述磁铁间隔设置。
8.进一步地，每个所述线圈与相邻所述磁铁组件的气隙大小相同。
9.进一步地，所述线圈内设有形状相匹配的定子芯；所述磁铁的形状为梯形，所述磁铁的腰侧与相邻所述线圈绕定子芯的端面相对。
10.进一步地，所述线圈的材料为铜；所述定子芯的材料为低碳钢。
11.进一步地，所述用于大口径快反镜的动磁式致动装置还包括：位置传感器；所述位置传感器设置于所述基座朝向所述反射镜的一侧，获取所述反射镜转动的距离和角度，并发送至所述反射镜的控制组件。
12.进一步地，所述基座朝向所述反射镜的一侧设置有若干个凹槽；所述若干个凹槽与所述若干组线圈组件中的线圈一一对应。
13.进一步地，所述基座为圆形片状结构。
14.进一步地，所述线圈组件中的所述线圈两两相对于所述基座的中心对称设置。
15.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：1、本发明提供的用于大口径快反镜动磁式的致动组件，其中包括线圈组件和磁铁组件，采用线圈固定、磁铁可动的结构，相较于传统圆柱形音圈电机，具有更大的气隙，能够实现更大的转角范围；具有四路、八路等多路结构，能够实现更大的出力。能够应用于大口径快反镜中，具有较大的出力和较高的出力效率，同时在高频下具有较低的磁滞损耗，较快的阶跃响应；2、采用此动磁装置用于快速反射镜中，能够获得较大的转角范围、较高的工作带宽，有利于线圈散热能力的提高，保证了反射镜的面形精度。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的四路结构动磁式致动装置的立体主视图；图2是本发明实施例提供的四路结构动磁式致动装置的立体侧视图；图3是本发明实施例提供的四路结构动磁式致动装置去掉基座后的俯视图；图4是本发明实施例提供的八路结构动磁式致动装置的立体主视图；图5是本发明实施例提供的八路结构动磁式致动装置的立体侧视图；图6是本发明实施例提供的八路结构动磁式致动装置去掉基座后的俯视图。
17.附图标记：1、磁铁，2、线圈，3、基座，4、反射镜，5、定子芯。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
19.请参照图1和图2，本发明实施例提供一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置，包括：基座3、若干组线圈组件、若干组磁铁组件；基座3与反射镜4平行设置且间隔预设距离；若干组线圈组件均固设于基座3朝向反射镜4的一侧，若干组磁铁组件固设于反射镜4朝向基座3的一侧，若干组线圈组件中的线圈2和若干组磁铁组件的磁铁1一一对应且间隔均匀设置，且线圈2与相邻的磁铁1设有气隙；反射镜4在若干组线圈组件和若干组磁铁组件共同作用下进行二维运动。
20.具体的，每组线圈组件包括：四个线圈2；每组磁铁组件包括：四个磁铁1；线圈2和磁铁1间隔设置。
21.进一步地，每个线圈2与相邻磁铁1件的气隙大小相同。
22.进一步地，线圈2内设有形状相匹配的定子芯5；磁铁1的形状为梯形，磁铁1的腰侧与相邻线圈2绕定子芯5的端面相对。
23.进一步地，线圈2的材料为铜；定子芯5的材料为低碳钢。
24.进一步地，用于大口径快反镜的动磁式致动装置还包括：位置传感器；位置传感器设置于基座3朝向反射镜4的一侧，获取反射镜4转动的距离和角度，并发送至反射镜4的控制组件。
25.进一步地，基座3朝向反射镜4的一侧设置有若干个凹槽；若干个凹槽与若干组线圈组件中的线圈2一一对应。
26.进一步地，基座3为圆形片状结构。
27.进一步地，线圈组件中的线圈2两两相对于基座3的中心对称设置。
28.具体的，下面以两个具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明：实施例一请参照图1、图2和图3，一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置，其包括一组线圈组件和一组磁铁组件，即为四路结构。反射镜4是在二维方向上运动的快速反射镜4，包括固定部分和可动部分。固定部分由线圈组件和基座3构成，固定部分包含四个线圈2，放置在基座3的四个凹槽内；可动部分包括磁铁组件，磁铁组件包括四个梯形永磁铁1，通过黏性物质对称地固定在反射镜4与基座3相对的一面上，反射镜4在线圈组件和磁铁组件的作用力下作二维运动。
29.反射镜4可以由诸如碳纤维增强聚合物的材料制成，以防止干扰与快速阶跃响应一致的高带宽控制系统的共振模式。
30.为了在保证基座3刚度的同时，减小快反镜的质量，基座3的材料选择了铝。
31.动磁式致动装置可以进一步包括传感器以确定反射镜4的位移或角度，并且控制组件可以由控制器或处理器实现，以响应于来自传感器的信号校正和调节反射镜4的位置。在各种实施例中可以使用各种类型的固定装置，例如螺栓，螺钉，销，粘合剂等，以连接各种部件。
32.图2为四路结构侧视图，可以清晰的看到线圈组件和磁铁组件的相对位置和对称分布，每个磁铁1与线圈2之间都存在一定的气隙，线圈组件包括四个线圈2，每个线圈2内部存在一个定子芯5，各个线圈2和定子芯5具有相同的形状，对称地设置在基座3上。
33.在这样的实施例中，反射镜4运动由安培力来驱动，四路线圈2两两相邻为一组，通过对两组相邻的线圈2施加相反方向的电流。使得两组线圈2之间的磁铁1因受相反方向的
力而控制反射镜4偏转，磁铁组件包括四个永磁铁1，磁铁1固定设置于反射镜4的下表面，且位于四个线圈2的间隔处。四个磁铁1为相同形状的梯形，对称地固定设置于反射镜4的下表面，相邻两磁铁1的腰所在的表面相对。磁铁1的腰所在的表面与相邻的线圈2绕定子芯5的端面相对。
34.实施例二请参照图4、图5和图6，一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置，其包括两组线圈组件和两组磁铁组件，即为八路结构。反射镜4是一种在二维方向上运动的快速反射镜4，包括固定部分和可动部分。固定部分由线圈组件和基座3构成，固定部分的八个线圈2放置在基座3上；可动部分由磁体组件和反射镜4组成，磁体组件包括八个永磁体，通过黏性物质对称地固定在反射镜4与基座3相对的一面上，反射镜4在线圈组件和磁体组件的作用力下作二维运动。反射镜4可以由诸如碳纤维增强聚合物的材料制成，以防止干扰与快速阶跃响应一致的高带宽控制系统的共振模式。
35.基座3的材料为铝，也可以是其他金属、塑料、陶瓷或本领域中使用的任何其他材料。动磁式致动装置可以进一步包括传感器，以确定反射镜4的位移或角度，并且控制组件可以由控制器或处理器实现，以响应于来自传感器的信号校正和调节反射镜4的位置。在各种实施例中可以使用各种类型的固定装置，例如螺栓、螺钉、销、粘合剂等，以连接各种部件。
36.由图5和图6可知，可以清晰的看到线圈组件和磁体组件的相对位置和对称分布，每个磁体与线圈2之间都存在一定的气隙，线圈组件包括八个线圈2，每个线圈2内部存在一个定子芯5，各个线圈2和定子芯5具有相同的形状，对称地设置在基座3上。
37.在上述两个具体实施例中，四路结构和八路结构的动磁式致动装置的工作原理是相同的，两组线圈2加入同向电流，在软磁材料中产生与永磁同向的磁场，因此软磁材料与永磁产生吸引力；另两组线圈2加反向电流，电流在软磁材料中产生与永磁方向相反的磁场，因此软磁材料与永磁产生排斥力。通过反射镜4固定架两端力的不平衡使其发生旋转，带动反射镜4发生偏转。
38.本发明实施例旨在保护一种用于大口径快反镜的动磁式致动装置，包括：基座、若干组线圈组件、若干组磁铁组件；基座与反射镜平行设置且间隔预设距离；若干组线圈组件均固设于基座朝向反射镜的一侧，若干组磁铁组件固设于反射镜朝向基座的一侧，若干组线圈组件中的线圈和若干组磁铁组件的磁铁一一对应且间隔均匀设置，且线圈与相邻的磁铁设有气隙；反射镜在若干组线圈组件和若干组磁铁组件共同作用下进行二维运动。上述技术方案具备如下效果：1、本发明提供的用于大口径快反镜动磁式的致动组件，其中包括线圈组件和磁铁组件，采用线圈固定、磁铁可动的结构，相较于传统圆柱形音圈电机，具有更大的气隙，能够实现更大的转角范围；具有四路、八路等多路结构，能够实现更大的出力；能够应用于大口径快反镜中，具有较大的出力和较高的出力效率，同时在高频下具有较低的磁滞损耗，较快的阶跃响应；2、采用此动磁装置用于快速反射镜中，能够获得较大的转角范围、较高的工作带宽，有利于线圈散热能力的提高，保证了反射镜的面形精度。
39.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的
原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。