CN113277122B - 含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置及方法 - Google Patents

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Abstract

含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置及方法，该装置包括外壳，分别安装在外壳底部正交布置的四个音圈电机，布置在四个音圈电机上端的镜托，外圈安装在外壳上端且内圈安装在镜托内侧底部的柔性导向簧片，穿过外壳底部导向孔和柔性导向簧片内孔安装在镜托底部的偏转导向杆；对该调节装置Y轴或X轴上布置的一对音圈电机施加差分电流，产生一对差分力对镜托进行“推拉”作动，实现调节装置绕X轴或Y轴的偏转调节，与此同时柔性导向簧片的“十”字形梁Y轴或X轴上对应的应变计组惠斯通全桥输出应变反馈信号；本发明调节装置作动传感一体化设计，结构紧凑，具有重量轻、散热快的特点，可实现负载高精度二维偏转作动。

Description

含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置及方法
技术领域
本发明属于微角位移二维偏转作动技术领域，具体涉及含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置与调节方法。
技术背景
随着航天工程等学科的迅速发展，微角度二维快速偏转调节装置在天文望远镜、图像稳定控制、航天器通讯精确指向以及卫星成像等方面得到了广泛应用，并发挥着日益重要的作用。
压电驱动型微角度作动平台存在驱动电压高，作动行程小，压电陶瓷易碎，在航天火箭发射阶段产生的振动与冲击环境中容易损坏等不足。
以音圈电机线圈作为动子的电磁类偏转作动装置，在空间应用中存在热量难以消散，作动机构多需要安装额外的电涡流位移传感器等装置来测量双轴偏转角度导致作动器体积大，功耗高等不足。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置及方法，该作动装置驱动传感一体化，轻型化设计，结构紧凑，可实现负载高精度二维偏转调节与传感。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置，该装置包括外壳1，分别安装在外壳1底部正交布置的音圈电机第一安装槽1-1、音圈电机第二安装槽1-2、音圈电机第三安装槽1-3、音圈电机第四安装槽1-4内的第一音圈电机2，第二音圈电机3，第三音圈电机4以及第四音圈电机5，布置在第一音圈电机2、第二音圈电机3、第三音圈电机4以及第四音圈电机5上端的镜托6，外圈7-1安装在外壳1上端且内圈7-2安装在镜托6内侧底部的柔性导向簧片7，穿过外壳底部导向孔1-5和柔性导向簧片内孔7-3安装在镜托6底部的偏转导向杆8；其中第一音圈电机2和第三音圈电机4布置在X轴上，第二音圈电机3和第四音圈电机5布置在Y轴上；
所述柔性导向簧片7由外圈7-1，内圈7-2，内孔7-3，连接外圈7-1和内圈7-2的“十”字形梁7-4，粘贴在“十”字形梁7-4上表面根部的第一应变计7-5，第二应变计7-6，第三应变计7-7，第四应变计7-8和下表面根部的第五应变计7-9，第六应变计7-10，第七应变计7-11，第八应变计7-12所组成；
所述偏转导向杆8由底部安装圆盘8-1，布置在底部安装圆盘8-1上部的第一连接杆8-2，第一连接杆8-2上部相互交错布置的第一柔性梁8-3和第二柔性梁8-4，布置在第一柔性梁8-3和第二柔性梁8-4上部的第二连接杆8-5所组成。
所述第一音圈电机2与镜托6下端之间通过第一音圈电机磁缸2-1采用螺钉连接方式连接；第二音圈电机3、第三音圈电机4、第四音圈电机5与镜托6下端之间和第一音圈电机2与镜托6下端之间连接方式相同；所述第一音圈电机2与外壳1底部之间通过音圈电机线圈2-2采用螺钉连接方式连接；所述第二音圈电机3、第三音圈电机4、第四音圈电机5与外壳1底部之间和第一音圈电机2与外壳1底部之间的连接方式相同；所述柔性导向簧片的外圈7-1与外壳1上端之间以及柔性导向簧片内圈7-2与镜托6之间均以螺钉连接方式连接。
所述的含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置的调节方法：对该电磁式二维偏转调节装置Y轴上布置的第二音圈电机3和第四音圈电机5施加差分电流，根据通电线圈在磁场内产生洛伦兹力的原理，第二音圈电机3和第四音圈电机5将产生一对差分力，该差分力对镜托6进行“推拉”作动，实现该电磁式二维偏转调节装置绕X轴的偏转调节，与此同时柔性导向簧片7的“十”字形梁7-4Y轴对应的一对梁发生弯曲变形，“十”字形梁7-4Y轴上对应的第二应变计7-6，第四应变计7-8，第六应变计7-10和第八应变计7-12组惠斯通全桥输出应变反馈信号；所述电磁式二维偏转调节装置绕Y轴偏转调节与应变反馈原理与X轴原理相同。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1)实现驱动传感一体化设计，结构紧凑，重量轻。
2)采用音圈电机磁钢作为动子，线圈固定的作动模式可以将音圈电机作动过程中产生的热量有效地通过外壳消散。
3)采用带有柔性铰链的偏转导向杆作为二维偏转调节的导向机构，使得二维偏转调节两个作动轴之间具有较小的耦合。
4)采用音圈电机作为驱动器，作动范围大，作动精度高。
附图说明
图1(a)为本发明偏转调节装置立体图，图1(b)为本发明偏转调节装置剖视图。
图2为柔性导向簧片立体图。
图3为偏转导向杆立体图。
图4为外壳俯视图。
图5为音圈电机示意图。
图6为本发明偏转调节装置绕X轴偏转示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置，该装置包括外壳1，分别安装在如图4所示外壳1底部正交布置的音圈电机第一安装槽1-1、音圈电机第二安装槽1-2、音圈电机第三安装槽1-3、音圈电机第四安装槽1-4内的第一音圈电机2、第二音圈电机3、第三音圈电机4以及第四音圈电机5，布置在第一音圈电机2、第二音圈电机3、第三音圈电机4以及第四音圈电机5上端的镜托6，外圈7-1安装在外壳1上端且内圈7-2安装在镜托6内侧底部的柔性导向簧片7，穿过外壳底部导向孔1-5和柔性导向簧片内孔7-3安装在镜托6底部的偏转导向杆8；其中第一音圈电机2和第三音圈电机4布置在X轴上，第二音圈电机3和第四音圈电机5布置在Y轴上。
如图2所示，柔性导向簧片7由外圈7-1，内圈7-2，内孔7-3，连接外圈7-1和内圈7-2的“十”字形梁7-4，粘贴在“十”字形梁7-4上表面根部的第一应变计7-5，第二应变计7-6，第三应变计7-7，第四应变计7-8和下表面根部第五应变计7-9，第六应变计7-10，第七应变计7-11，第八应变计7-12所组成。
如图3所示，偏转导向杆8由底部安装圆盘8-1，布置在底部安装圆盘8-1上部的第一连接杆8-2，第一连接杆8-2上部相互交错布置的第一柔性梁8-3和第二柔性梁8-4，布置在第一柔性梁8-3和第二柔性梁8-4上部的第二连接杆8-5所组成。
如图5所示，第一音圈电机2与镜托6下端之间通过第一音圈电机磁缸2-1采用螺钉连接方式连接；第二音圈电机3、第三音圈电机4、第二音圈电机3与镜托6下端之间和第一音圈电机2与镜托6下端之间连接方式相同；所述第一音圈电机2与外壳1底部之间通过音圈电机线圈2-2采用螺钉连接方式连接；所述第二音圈电机3、第三音圈电机4、第四音圈电机5与外壳1底部之间和第一音圈电机2与外壳1底部之间的连接方式相同；所述柔性导向簧片的外圈7-1与外壳1上端之间以及柔性导向簧片内圈7-2与镜托6之间均以螺钉连接方式连接。
本发明含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置的调节方法：对该电磁式二维偏转调节装置Y轴上布置的第二音圈电机3和第四音圈电机5施加差分电流，根据通电线圈在磁场内产生洛伦兹力的原理，第二音圈电机3和第四音圈电机5将产生一对差分力，该差分力对镜托6进行“推拉”作动，实现如图6所示该电磁式二维偏转调节装置绕X轴的偏转调节，与此同时柔性导向簧片7的“十”字形梁7-4Y轴对应的一对梁发生弯曲变形，“十”字形梁7-4Y轴上对应的第二应变计7-6，第四应变计7-8，第六应变计7-10和第八应变计7-12组惠斯通全桥输出应变反馈信号；所述电磁式二维偏转调节装置绕Y轴偏转调节与应变反馈原理与X轴原理相同。
该电磁式二维偏转调节装置作动传感一体化设计，轻型化设计，结构紧凑，具有重量轻、传感精度高、散热快，能快速响应的特点，可实现负载高精度二维偏转作动。

Claims (3)

1.含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置，其特征在于，该装置包括外壳(1)，分别安装在外壳(1)底部正交布置的音圈电机第一安装槽(1-1)、音圈电机第二安装槽(1-2)、音圈电机第三安装槽(1-3)，音圈电机第四安装槽(1-4)内的第一音圈电机(2)、第二音圈电机(3)、第三音圈电机(4)以及第四音圈电机(5)，布置在第一音圈电机(2)、第二音圈电机(3)、第三音圈电机(4)以及第四音圈电机(5)上端的镜托(6)，外圈(7-1)安装在外壳(1)上端且内圈(7-2)安装在镜托(6)内侧底部的柔性导向簧片(7)，穿过外壳底部导向孔(1-5)和柔性导向簧片内孔(7-3)安装在镜托(6)底部的偏转导向杆(8)；其中第一音圈电机(2)和第三音圈电机(4)布置在X轴上，第二音圈电机(3)和第四音圈电机(5)布置在Y轴上；
所述柔性导向簧片(7)由外圈(7-1)，内圈(7-2)，内孔(7-3)，连接外圈(7-1)和内圈(7-2)的“十”字形梁(7-4)，粘贴在“十”字形梁(7-4)上表面根部的第一应变计(7-5)，第二应变计(7-6)，第三应变计(7-7)，第四应变计(7-8)和下表面根部的第五应变计(7-9)，第六应变计(7-10)，第七应变计(7-11)，第八应变计(7-12)所组成；
所述偏转导向杆(8)由底部安装圆盘(8-1)，布置在底部安装圆盘(8-1)上部的第一连接杆(8-2)，第一连接杆(8-2)上部相互交错布置的第一柔性梁(8-3)和第二柔性梁(8-4)，布置在第一柔性梁(8-3)和第二柔性梁(8-4)上部的第二连接杆(8-5)所组成。
2.根据权利要求1所述的含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置，其特征在于：所述第一音圈电机(2)与镜托(6)下端之间通过第一音圈电机磁缸(2-1)采用螺钉连接方式连接；第二音圈电机(3)、第三音圈电机(4)、第四音圈电机(5)与镜托(6)下端之间和第一音圈电机(2)与镜托(6)下端之间连接方式相同；所述第一音圈电机(2)与外壳(1)底部之间通过音圈电机线圈(2-2)采用螺钉连接方式连接；所述第二音圈电机(3)、第三音圈电机(4)、第四音圈电机(5)与外壳(1)底部之间和第一音圈电机(2)与外壳(1)底部之间的连接方式相同；所述柔性导向簧片的外圈(7-1)与外壳(1)上端之间以及柔性导向簧片内圈(7-2)与镜托(6)之间均以螺钉连接方式连接。
3.权利要求1或2所述的含自传感功能的电磁式二维偏转调节装置的调节方法，其特征在于：对该电磁式二维偏转调节装置Y轴上布置的第二音圈电机(3)和第四音圈电机(5)施加差分电流，根据通电线圈在磁场内产生洛伦兹力的原理，第二音圈电机(3)和第四音圈电机(5)将产生一对差分力，该差分力对镜托(6)进行“推拉”作动，实现该电磁式二维偏转调节装置绕X轴的偏转调节，与此同时柔性导向簧片(7)的“十”字形梁(7-4)Y轴对应的一对梁发生弯曲变形，“十”字形梁(7-4)Y轴上对应的第二应变计(7-6)，第四应变计(7-8)，第六应变计(7-10)和第八应变计(7-12)组惠斯通全桥输出应变反馈信号；所述电磁式二维偏转调节装置绕Y轴偏转调节与应变反馈原理与X轴原理相同。
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