CN108663770B - 基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构，该机构的镜托支架固定在电机安装机架上；四个直线音圈电机的磁钢与电机安装机架连接，线圈与外部的反射镜基座固定连接；电机安装机架的底部中央通过支撑结构与反射镜基座连接；支撑机构的两个轴承支架安装在电机安装机架的底部中央，俯仰轴承安装架位于方位轴承安装框架内部，且通过两个方位弹簧轴承与方位轴承安装框架连接；两个轴承支架分别通过两个俯仰弹簧轴承与俯仰轴承安装架连接。本发明采用十字弹簧轴承在工作方向上具备足够的柔度以防止驱动器过载，本发明转角范围大、工作带宽高。

Description

基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构
技术领域
本发明属于快速控制反射镜技术领域，涉及一种基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构。
背景技术
快速控制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重要部件，具有体积小、结构紧凑、精度高、带宽高和速度快等的优点，已经广泛应用于空间激光通信，天文望远镜，光学稳定，视轴稳定，精密捕获、瞄准和跟踪、深空探测，高精度激光加工设备和运载激光系统等重要领域。
由于快速控制反射镜系统频率响应特性要求高，要求系统无摩擦，体积小，结构紧凑，而传统的转动机构价格贵，体积大，设备复杂，难以维护。对于快速控制反射镜机械结构设计，主要区别在于支撑结构的设计。传统的机械支撑结构形式是有轴系结构，具有轴系结构惯量和摩擦力矩大，导致控制系统存在严重的非线性，系统响应慢，控制精度低的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种小体积、大转角范围的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构，该机构能够实现方位、俯仰两轴的转动。
为了解决上述技术问题，本发明的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构可以采用下述两种技术方案。
技术方案一
本发明的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构包括镜托支架，电机安装机架及分布在电机安装机架周围的四个直线音圈电机，支撑机构；所述的镜托支架固定在电机安装机架上，用于反射镜的支撑固定；四个直线音圈电机的磁钢与电机安装机架连接；支撑机构包括两个轴承支架，俯仰轴承安装架，两个俯仰弹簧轴承，方位轴承安装框架，两个方位弹簧轴承；两个轴承支架安装在电机安装机架的底部中央，俯仰轴承安装架位于方位轴承安装框架内部，且通过两个方位弹簧轴承与方位轴承安装框架连接，可绕两个方位弹簧轴承作方位转动；两个轴承支架分别通过两个俯仰弹簧轴承与俯仰轴承安装架连接，可绕两个俯仰弹簧轴承作俯仰运动；四个直线音圈电机的线圈和方位轴承安装框架与外部的反射镜基座固定连接；电机安装机架为正方形或圆形，其周围向外延伸用于固定直线音圈电机的凸台，两个相对的直线音圈电机方向平行，相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直。
技术方案二
本发明的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构包括镜托支架，电机安装机架及分布在电机安装机架周围的四个直线音圈电机，支撑机构；所述的镜托支架固定在电机安装机架上，用于反射镜的支撑固定；四个直线音圈电机的磁钢与电机安装机架连接；支撑机构包括两个轴承支架，俯仰轴承安装架，两个俯仰弹簧轴承，方位轴承安装框架，两个方位弹簧轴承；方位轴承安装框架固定安装在电机安装机架的底部中央，俯仰轴承安装架位于方位轴承安装框架内部，且通过两个方位弹簧轴承与方位轴承安装框架连接；方位轴承安装框架可绕两个方位弹簧轴承作方位转动；两个轴承支架分别通过两个俯仰弹簧轴承与俯仰轴承安装架连接，俯仰轴承安装架可绕两个俯仰弹簧轴承作俯仰运动；四个直线音圈电机的线圈和两个轴承支架与外部的反射镜基座固定连接；电机安装机架为正方形或圆形，其周围向外延伸用于固定直线音圈电机的凸台，两个相对的直线音圈电机方向平行，相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直。
所述两个轴承支架一体固定在电机安装机架的底部中央，其上分别加工有俯仰轴外定位顶丝安装孔,用于采用顶丝顶紧固定俯仰弹簧轴承的位于轴承支架内的半部分；俯仰轴承安装架上加工有两个俯仰轴内定位顶丝安装孔和两个方位轴内定位顶丝安装孔；俯仰轴内定位顶丝安装孔用于采用顶丝顶紧固定俯仰弹簧轴承的位于俯仰轴承安装架内的半部分，方位轴内定位顶丝安装孔用于采用顶丝顶紧固定方位弹簧轴承的位于俯仰轴承安装架内的半部分；方位轴承安装框架上加工有方位轴外定位顶丝安装孔，用于采用顶丝顶紧固定方位弹簧轴承的位于方位轴承安装框架内的半部分。
有益效果：本发明采用十字弹簧轴承在工作方向上具备足够的柔度以防止驱动器过载，在非工作方向上具有足够的刚度以保持系统的快速响应性能。同时十字弹簧轴承具有加工简单、无机械摩擦、无间隙，高精度和免组装等优点。采用音圈电机驱动具有行程大，无滞后，驱动电压低的优点，适合大角度的应用，有效的解决了采用簧片无法实现大角度转动的问题。支撑结构安装在电机安装机架的下方且位于四个直线音圈电机围成的空间内，具有结构紧凑、体积小的优点。本发明通过四个十字弹簧轴承和四个直线音圈电机实现方位、俯仰范围在±2°内的运动，转角范围大；由于存在电机耦合，增大了电机储备力矩，工作带宽高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构爆炸示意图。
图2a是俯仰弹簧轴承安装架主视图，图2b是图2a的右视图。
图3是本发明的右视图。
图4是本发明的主视图。
图5是本发明的俯视图。
图6是图3的的A-A向剖视图。
图7是图3的的B-B向剖视图。
图8是四个直线音圈电机排布及方位转动方向示意图。
图9是四个直线音圈电机排布及俯仰转动方向示意图。
图中，1、反射镜，2、镜托支架，3、电机安装机架；31、32、33、34、凸台部分；41、直线音圈电机；411、直线音圈电机磁钢；412、直线音圈电机线圈；42、直线音圈电机；421、直线音圈电机磁钢；422、直线音圈电机线圈；43、直线音圈电机；431、直线音圈电机磁钢；432、直线音圈电机线圈；44、直线音圈电机；441、直线音圈电机磁钢；442、直线音圈电机线圈；51、52、轴承支架；，511、521俯仰轴外定位顶丝安装孔；53、俯仰弹簧轴承安装架；531、532、俯仰轴内定位顶丝安装孔；533、534、方位轴内定位顶丝安装孔；54、55、俯仰弹簧轴承，56、方位弹簧轴承安装框架；561、562、方位轴外定位顶丝安装孔；563、564、框架安装孔；57、58、方位弹簧轴承；6、反射镜基座。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构包括镜托支架2，电机安装机架3及分布在电机安装机架周围的四个直线音圈电机，支撑机构。
所述的镜托支架2固定在电机安装机架3上，用于反射镜1的支撑固定。
所述电机安装机架3为正方形、圆形、矩形或其他形状，其周围向外延伸有用于分别固定直线音圈电机41、42、43、44的四个凸台部分31、32、33、34，直线音圈电机41和直线音圈电机43方向平行，直线音圈电机42和直线音圈电机44方向平行；相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直。直线音圈电机磁钢411、421、431、441分别安装固定在四个凸台部分31、32、33、34的下面。
所述支撑机构包括两个轴承支架51、52，俯仰轴承安装架53，两个俯仰弹簧轴承54、55，方位轴承安装框架56，两个方位弹簧轴承57、58；两个轴承支架51、52一体固定在电机安装机架3的底部中央，其上分别加工有俯仰轴外定位顶丝安装孔511、521,用于采用顶丝顶紧固定俯仰弹簧轴承54、55的位于轴承支架51、52内的半部分；俯仰轴承安装架53位于方位轴承安装框架56内部，且通过两个方位弹簧轴承57、58与方位轴承安装框架56连接，两个方位弹簧轴承57、58位置在同一条直线上，俯仰轴承安装架53可绕两个方位弹簧轴承57、58作方位转动；俯仰轴承安装架53的下部加工有俯仰轴内定位顶丝安装孔531、532和方位轴内定位顶丝安装孔533、534；俯仰轴内定位顶丝安装孔531、532用于采用顶丝顶紧固定俯仰弹簧轴承54、55的位于俯仰轴承安装架53内的半部分，方位轴内定位顶丝安装孔533、534用于采用顶丝顶紧固定方位弹簧轴承57、58的位于俯仰轴承安装架53内的半部分；两个方位弹簧轴承57、58安装于方位轴承安装框架56内部，且位置在同一条直线上，两个轴承支架51、52分别通过两个俯仰弹簧轴承54、55与俯仰轴承安装架53连接，可绕两个俯仰弹簧轴承54、55作俯仰运动；方位轴承安装框架56的下部加工有方位轴外定位顶丝安装孔561、562，用于采用顶丝顶紧固定方位弹簧轴承57、58的位于方位轴承安装框架56内的半部分。两个俯仰弹簧轴承54、55与两个方位弹簧轴承57、58互相垂直。
直线音圈电机线圈412、422、432、442和方位轴承安装框架56与外部的反射镜基座6固定连接。
本发明通过四个直线音圈电机和四个弹簧轴承呈十字的排布安装方式，可实现控制音圈电机的转子实现方位、俯仰。
如图7所示，四个直线音圈电机和四个弹簧轴承呈十字的排布安装方式，控制相邻的两个直线音圈电机转子均按垂直表面向外的方向转动，控制另外两个直线音圈电机转子均按垂直表面向里的方向转动，可以单独实现方位或俯仰方向的转动。
如图8和图9所示：
第一、控制左方相邻两个直线音圈电机的磁钢按垂直平面向外方向移动，控制右方相邻两个直线音圈电机的磁钢按垂直平面向里方向移动，可以单独实现方位方向的转动。
第二、控制上方相邻两个直线音圈电机的转子按垂直平面向外方向移动，控制下方相邻两个直线音圈电机的磁钢按垂直平面向里方向移动，可以单独实现俯仰方向的转动。
显然，上述实施仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。
对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构，其特征在于包括镜托支架(2)，电机安装机架(3)及分布在电机安装机架周围的四个直线音圈电机，支撑机构；所述的镜托支架(2)固定在电机安装机架(3)上，用于反射镜(1)的支撑固定；四个直线音圈电机的磁钢与电机安装机架(3)连接；支撑机构包括两个轴承支架(51)、(52)，俯仰轴承安装架(53)，两个俯仰弹簧轴承(54)、(55)，方位轴承安装框架(56)，两个方位弹簧轴承(57)、(58)；两个轴承支架(51)、(52)安装在电机安装机架(3)的底部中央，俯仰轴承安装架(53)位于方位轴承安装框架(56)内部，且通过两个方位弹簧轴承(57)、(58)与方位轴承安装框架(56)连接，可绕两个方位弹簧轴承(57)、(58)作方位转动；两个轴承支架(51)、(52)分别通过两个俯仰弹簧轴承(54)、(55)与俯仰轴承安装架(53)连接，可绕两个俯仰弹簧轴承(54)、(55)作俯仰运动；四个直线音圈电机的线圈和方位轴承安装框架(56)与外部的反射镜基座(6)固定连接；电机安装机架(3)为正方形或圆形，其周围向外延伸用于固定直线音圈电机的凸台，两个相对的直线音圈电机方向平行，相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直。
2.一种基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构，其特征在于包括镜托支架(2)，电机安装机架(3)及分布在电机安装机架周围的四个直线音圈电机，支撑机构；所述的镜托支架(2)固定在电机安装机架(3)上，用于反射镜(1)的支撑固定；四个直线音圈电机的磁钢与电机安装机架(3)连接；支撑机构包括两个轴承支架(51)、(52)，俯仰轴承安装架(53)，两个俯仰弹簧轴承(54)、(55)，方位轴承安装框架(56)，两个方位弹簧轴承(57)、(58)；方位轴承安装框架(56)固定安装在电机安装机架(3)的底部中央，俯仰轴承安装架(53)位于方位轴承安装框架(56)内部，且通过两个方位弹簧轴承(57)、(58)与方位轴承安装框架(56)连接；方位轴承安装框架(56)可绕两个方位弹簧轴承(57)、(58)作方位转动；两个轴承支架(51)、(52)分别通过两个俯仰弹簧轴承(54)、(55)与俯仰轴承安装架(53)连接，俯仰轴承安装架(53)可绕两个俯仰弹簧轴承(54)、(55)作俯仰运动；四个直线音圈电机的线圈和两个轴承支架(51)、(52)与外部的反射镜基座(6)固定连接；电机安装机架(3)为正方形或圆形，其周围向外延伸用于固定直线音圈电机的凸台，两个相对的直线音圈电机方向平行，相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直。
3.根据权利要求1所述的基于十字弹簧轴承的快速控制反射镜大角度转动机构，其特征在于所述两个轴承支架(51)、(52)一体固定在电机安装机架(3)的底部中央，其上分别加工有俯仰轴外定位顶丝安装孔(511)、(521),用于采用顶丝顶紧固定俯仰弹簧轴承(54)、(55)的位于轴承支架(51)、(52)内的半部分；俯仰轴承安装架(53)上加工有两个俯仰轴内定位顶丝安装孔(531)、(532)和两个方位轴内定位顶丝安装孔(533)、(534)；俯仰轴内定位顶丝安装孔(531)、(532)用于采用顶丝顶紧固定俯仰弹簧轴承(54)、(55)的位于俯仰轴承安装架(53)内的半部分，方位轴内定位顶丝安装孔(533)、(534)用于采用顶丝顶紧固定方位弹簧轴承(57)、(58)的位于俯仰轴承安装架(53)内的半部分；方位轴承安装框架(56)上加工有方位轴外定位顶丝安装孔(561)、(562)，用于采用顶丝顶紧固定方位弹簧轴承(57)、(58)的位于方位轴承安装框架(56)内的半部分。
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