CN104079111B

CN104079111B - 一种用于航天成像载荷的快门减摆装置

Info

Publication number: CN104079111B
Application number: CN201410258988.1A
Authority: CN
Inventors: 徐增闯; 于远航; 刘石神; 崔维鑫; 韩开亮; 董栋; 王钊; 孙浩
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: CN104079111A

Abstract

本发明公开了一种供航天成像载荷使用的快门减摆装置，该装置包括：4个扇形N极钐钴永磁体、后端盖、铝合金减摆片、4个扇形S极钐钴永磁体和有限转角力矩电机。当有限转角力矩电机通电转动时，铝合金减摆片开始转动，当铝合金减摆片通过两对磁性互异的扇形永磁体之间的间隙时会产生感应涡电流，从而使铝合金减摆片产生阻尼力。电机转速越高，铝合金减摆片上的磁通量变化越快，产生的感应涡电流越大，从而使其产生的阻尼力就越大。此装置可有效抑制快门转动过程中产生的过摆、冲击现象，有效提高航天成像载荷快门组件的工作寿命。

Description

一种用于航天成像载荷的快门减摆装置

技术领域

本发明涉及一种快门减摆装置，具体涉及一种应用于航天成像载荷的快门组件中。

背景技术

快门组件是许多航天成像载荷上的关键部件，其性能下降或故障会导致可见光近红外通道的失效，因此它是航天成像载荷长寿命高可靠性的关键环节。由于快门组件中的快门在摆动过程中会产生过摆、冲击现象，从而会使电机轴承会产生无效转动、冲击，因此会缩短快门组件的工作寿命。为避免整机失效，确保其工作寿命和安全性满足要求就显得非常关键。

具有运动部件的快门组件经常要求有阻尼装置，以防止部件中的零件受到破坏性的冲击以延长部件的使用寿命和可靠性。为了减少快门组件的减摆、冲击，常用的方法是在快门摆动的两个极限位置安装阻尼器。因为阻尼器一定程度上可以增加结构的阻尼系数，此方法广泛应用于重量轻、反复高速冲击的运动部件中，尤其是在摄影和许多实验设备中所使用的电动快门使用较多。

在常用的阻尼中，弹簧、橡胶式阻尼器的使用比较广泛，其原理是利用其弹性恢复性能实现减振。专利公开号为CN 1672095A中介绍的机械快门阻尼系统主要由阻尼器和缓冲器组成，其中阻尼器材料由聚氨酯组成，缓冲器材料由聚乙烯组成，阻尼器与缓冲器相结合可以有效减缓快门的冲击。专利公开号为CN 103307101A中介绍了混合式阻尼器主要由金属橡胶环提供阻尼，用于提高航空发动机旋转机械转子的振动控制。弹簧阻尼容易产生疲劳及激振，橡胶式阻尼中所用的橡胶材料在航天应用中亦有所限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决航天成像载荷快门组件摆动过程中产生的过摆、冲击现象，提高快门组件的工作寿命，提供一种用于阻止快门过摆的快门减摆装置。

本发明快门减摆装置包括4个扇形N极钐钴永磁体，后端盖，铝合金减摆片，4个扇形S极钐钴永磁体和有限转角力矩电机。

所述的后端盖为一圆柱体结构，材料为TC4钛合金，其外径为D1与电机外径相同，厚度W为1.5～2mm，边缘有2个用于与电机连接的通孔，后端盖的内端面上有4个扇形凹槽，其大小与钐钴永磁体相同，深度与钐钴永磁体的厚度相同，4个凹槽沿圆周方向0°、60°、180°和240°位置分布；

所述的有限转角力矩电机具有前、后两个输出轴端，电机后端面上加工有4个扇形凹槽，其大小与钐钴永磁体相同，深度与钐钴永磁体的厚度相同；4个凹槽沿圆周方向0°、60°、180°和240°位置分布，与后端盖内端面上的4个扇形凹槽位置相对应；

所述的4个的扇形N极钐钴永磁体和4个扇形S极钐钴永磁体的剩磁参数在1～1.1T之间，磁感应强度值在1280～2200kA/m之间；

4个扇形N极钐钴永磁体通过DG-4胶粘于后端盖内端面上的4个凹槽内，4个扇形S极钐钴永磁体通过DG-4胶粘于电机后端面上的4个扇形凹槽内，铝合金减摆片安装在有限转角力矩电机的后输出轴上，后端盖通过螺钉与有限转角力矩电机固定在一起，此时铝合金减摆片与电机后端面、后端盖内表面的距离为0.25～0.5mm。

本发明快门减摆装置的原理是：后端盖上和电机内端面上的4对钐钴永磁体之间存在强磁场，当电机通电时，铝合金减摆片开始转动，此时铝合金减摆片等同于闭合线圈，当铝合金减摆片穿过两对永磁体之间的磁场时，铝合金减摆片所穿透磁场的磁通量发生变化，产生感应涡电流，根据楞次定律，铝合金减摆片产生阻尼力，由于其作用方向与摆片、快门的摆动方向相反，因此可有效阻止快门过冲产生的冲击，有效减少了对电机滚动轴承的冲击和无效转动次数，提高快门组件的使用寿命。

本发明的优点如下：当电机转动时，铝合金减摆片通过钐钴永磁体的间隙时会产生阻尼力。减摆片的转速越高，产生的阻尼力亦越大，因此可适用于不同工况。4对永磁体间距是保持不变的，减摆片与永磁体之间没有机械摩擦，因此本快门减摆装置工作寿命长。本装置没有阻尼弹簧、阻尼柱，体积小，工艺简单，装配方便。

附图说明

图1.快门减摆装置三维爆炸示意图。

图2.N极钐钴永磁体安装位置示意图。

图3.S极钐钴永磁体安装位置示意图。

图4.快门减摆装置剖视图。

图5.快门减摆装置工作示意图。

图中：(1)后端盖；(2)螺钉M3x8；(3)N极钐钴永磁体a；(4)铝合金减摆片；(5)螺钉M2.5x5；(6)S极钐鈷永磁体a；(7)电机转轴；(8)有限转角力矩电机；(9)配重块；(10)螺钉M2.5x6；(11)转接盘；(12)螺钉M2x5；(13)快门；(14)N极钐钴永磁体b；(15)N极钐钴永磁体c；(16)N极钐钴永磁体d；(17)S极钐钴永磁体b；(18)S极钐钴永磁体c；(19)S极钐钴永磁体d；(20)螺钉M2.5x8；(21)A为零位位置；(22)B为工作位置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，从本快门减摆装置的三维爆炸图可以看出，本装置主要包括减后端盖1，N极钐钴永磁体3、14、15和16，铝合金减摆片4，S极钐钴永磁体6、17、18和19。有限转角力矩电机8和快门13。

下面结合图1、图2和图3进一步阐述本发明快门减摆装置：后端盖1外径为40mm，厚度为10mm，材料为TC4钛合金，边缘处有2个Φ3.4的通孔，用于与电机8连接。后端盖1内有4个扇形凹槽，其外径、内径分别为35m、25mm，厚度5mm，夹角为30°。4个凹槽沿圆周方向0°、60°、180°和240°位置分布。4个扇形N极3、14、15、16和4个S极6、17、18、19永磁体尺寸与后端盖1的凹槽尺寸相同。每个永磁体的剩磁参数在1～1.1T之间，磁感应强度值在1280～2200kA/m之间。电机8外径为40mm，后端部有2个孔深为6mm的M3螺纹孔，用于电机8与后端盖1的连接。电机8后端面有4个扇形凹槽，其尺寸与后端盖1凹槽一致，布置方式亦与后端盖1凹槽一致，为0°、60°、180°和240°位置分布。

下面结合图2、图3和图4进一步阐述本发明的快门减摆装置：4个厚度为5mm的扇形N极钐钴永磁体3、14、15、16通过DG-4胶粘接于后端盖1上的4个扇形凹槽内，其放置位置如图2所示。其中在零位位置A方向上对称安装两个钐钴永磁体3和15，在工作位置B上对称安装两个钐钴永磁体14和16。4个S极钐钴永磁体6、17、18、19通过DG-4胶粘接于电机8外端面的4个凹槽内，安装位置与4个N极钐钴永磁体3、14、15、16一一对应，如图3所示。其中在零位位置A方向上对称安装两个钐钴永磁体6和18，在工作位置B上对称安装两个钐钴永磁体17和19。铝合金减摆片4外径为34.9mm，厚度为2mm。通过螺钉5与电机转轴7后轴端连接，铝合金减摆片4上、下端面与后端盖1内表面、电机8外端面的间隙为0.25～0.5mm。后端盖1与电机8通过两个螺钉2相连接。

电机转轴7前轴端安装有快门13。为了使快门13处于静平衡状态，快门13质心需处于电机转轴7轴线上，安装配重块9用于校正快门13质心位置。快门13与配重块9通过螺钉20连接。

快门13通过转接盘17转接后与电机转轴14连接。其中快门19通过两个螺钉12与转接盘11连接，转接盘11与电机转轴7通过螺钉10连接。

如图4和5所示，当电机8未通电时，铝合金减摆片4和快门13均处于零位位置A。当对电机施加12V电压、100ms的电流后，铝合金减摆片4和快门13均从零位A摆动到60°的B位置。

本快门减摆装置的工作原理是：N极钐钴永磁体3、14、15、16和S极钐钴永磁体6、17、18、19磁性相反，4对磁极间存在磁感应强度为300～360mT的磁场。当电机通电，铝合金减摆片4从零位位置A转动到工作位置B时，铝合金减摆片4等同于闭合线圈，当铝合金减摆片4开始穿过钐钴永磁体3、6和15、18的磁场时，铝合金减摆片4所穿透的磁通量发生变化，产生感应涡电流，根据楞次定律，使铝合金减摆片4产生阻尼力，阻尼力与快门13因电机8转动而产生的过冲力相互抵消，从而实现减摆效果。当铝合金减摆片4从工作位置B转回的零位位置A时，铝合金减摆片4开始穿过钐钴永磁体14、17和16、19的磁场时，铝合金减摆片4产生同样效果的阻尼力，实现减摆效果。电机8的转速越快，铝合金减摆片4上的磁通量变化越快，产生的感应涡电流亦越大，阻尼力亦越大。因此该阻尼力可有效阻止快门13转动产生的过摆、冲击现象。

Claims

1.一种用于航天成像载荷的快门减摆装置，它包括4个扇形N极钐钴永磁体，后端盖(1)，铝合金减摆片(4)，4个扇形S极钐钴永磁体和有限转角力矩电机(8)；其特征在于：

所述的后端盖(1)为一圆柱体结构，材料为TC4钛合金，其外径D₁与电机外径相同，厚度W为1.5～2mm，边缘有2个用于与电机连接的通孔，后端盖的内端面上有4个扇形凹槽，其大小与钐钴永磁体相同，深度与钐钴永磁体的厚度相同，4个凹槽沿圆周方向0°、60°、180°和240°位置分布；

所述的有限转角力矩电机(8)具有前、后两个输出轴端，电机后端面上加工有4个扇形凹槽，其大小与钐钴永磁体相同，深度与钐钴永磁体的厚度相同；4个凹槽沿圆周方向0°、60°、180°和240°位置分布，与后端盖内端面上的4个扇形凹槽位置相对应；

所述的4个的扇形N极钐钴永磁体和4个扇形S极钐钴永磁体中，每个永磁体的剩磁参数在1～1.1T之间，磁感应强度值在1280～2200kA/m之间；

4个扇形N极钐钴永磁体通过DG-4胶粘于后端盖(1)内端面上的4个凹槽内，4个扇形S极钐钴永磁体通过DG-4胶粘于有限转角力矩电机(8)后端面上的4个扇形凹槽内，铝合金减摆片安装在电机的后输出轴上，后端盖通过螺钉与电机固定在一起，此时铝合金减摆片与电机后端面、后端盖内表面的距离为0.25～0.5mm。