CN114024400A

CN114024400A - 一种摆角线性输出电机

Info

Publication number: CN114024400A
Application number: CN202111508363.2A
Authority: CN
Inventors: 陈应龙; 张恩富
Original assignee: Star Control Technology Guangzhou Co ltd
Current assignee: Star Control Technology Guangzhou Co ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-02-08

Abstract

本发明公开了一种摆角线性输出电机，包括电机壳体、磁轴、线圈组和轴承，电机壳体的内部设置有磁轴，磁轴的外侧设置有线圈组，磁轴的两端分别设置有轴承A和轴承B，电机壳体的一端设置有摆角限位块，磁轴的一端设置有限位轴。本发明通过采用单组对称线圈组与径向充磁磁轴配合，在原点时，线圈组与磁轴磁极为垂直布置的方式，以最简单的方式实现磁轴驱动力最大化，电机结构简单，通过光能量的变化来反馈电机的摆动角度的，该反馈的输出是完全线性的，反馈更精准，生产调试更快捷简便，对产品的一致性有很好的保障，该电机方案在高端振镜应用方面有绝对的优势，完全满足振镜产品响应快速精准，控制精度高的需求。

Description

一种摆角线性输出电机

技术领域

本发明涉及扫描振镜领域，特别涉及一种摆角线性输出电机。

背景技术

国内激光控制行业发展迅猛，振镜的应用也越来越多，对振镜的精密度要求也越来越高。振镜模组控制的精密程度很大因数由其中的核心部件振镜电机所决定。振镜电机都是以摆角形式控制光学元件高频摆动，利用反射原理控制激光束发生偏转，实现光束控制。传统电机结构复杂，动力元件较多，更多的适合全周期转动的应用场景，在小范围摆动使用场景中明显驱动力效率低下，传统方法在工作范围区间内，输出信号线性度差，需要通过其他方法来进行线性的修正和补偿，控制处理复杂，精度不佳。

基于以上，电机摆角的控制精度就决定了振镜模组的精密程度。为实现电机摆角精密控制，最理想的模型就是反馈电机摆角的对应输出信号是完全线性的。针对以上应用需求，本发明提供一种摆角线性输出的电机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种摆角线性输出电机。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种摆角线性输出电机，包括电机壳体、磁轴、线圈组和轴承，所述电机壳体的内部设置有磁轴，所述磁轴的外侧设置有线圈组，所述磁轴的两端分别设置有轴承A和轴承B，所述电机壳体的一端设置有摆角限位块，所述磁轴的一端设置有限位轴，所述磁轴的另一端设置有PCBA，PCBA与电机壳体之间设置有轴承限位板，所述PCBA的一侧设置有遮光罩，遮光罩与PCBA之间设置有挡光片，所述PCBA的一侧设置有四个扇形感光传感器，所述遮光罩的内部设置有发光体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述磁轴的外侧设置有两个线圈组，线圈组以灌封胶的方式与电机壳体固定连接，线圈组的方位布置为对称放置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述磁轴与轴承A和轴承B活动连接，磁轴的端部设置有小孔，限位轴紧配压入磁轴小孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述摆角限位块固定在电机壳体的一端，摆角限位块内部有对称的两处扇形凹槽，凹槽与限位轴配合形成限位区域。

作为本发明的一种优选技术方案，所述发光体固定在遮光罩的内部，遮光罩为黑色设计，遮光罩与PCBA固定连接，PCBA固定安装在电机壳体的一端。

作为本发明的一种优选技术方案，所述磁轴的一端贯穿PCBA和挡光片，挡光片与磁轴固定连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述感光传感器为同心圆分布设计，且与磁轴同心，遮光罩与感光传感器形成密封光亮区域。

本发明还提供了一种摆角线性输出电机的线性变化的计算方法，所述PCBA与挡光片配合实现光能量接收变化量为线性，理论计算如下：

S＝S1-S2＝nπR1²/360-nπR2²/360＝n*A/360

ΔS＝(n1-n2)*A/360＝K*A/360

A＝πR1²-πR2²，R1、R2已确定，则A为常数；K＝Δn,是线性变化的，挡光片随磁轴转动时，第一象限的挡光片对PCBA的遮挡变化量是按斜率K作线性变化的，其余三个象限原理一致，由此得出该方案实现的PCBA光能量接收的变化量是线性的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1：本发明通过采用单组对称线圈组与径向充磁磁轴配合，在原点时，线圈组与磁轴磁极为垂直布置的方式，以最简单的方式实现磁轴驱动力最大化，电机结构简单，动力元件数量最少，满足快速响应及精准启停的需求。

2：本发明通过光能量的变化来反馈电机的摆动角度的，该反馈的输出是完全线性的，这对电机的控制有极大的优势：控制信号处理更简单，反馈更精准，生产调试更快捷简便，对产品的一致性有很好的保障，该电机方案在高端振镜应用方面有绝对的优势，完全满足振镜产品响应快速精准，控制精度高的需求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的爆炸图；

图2是本发明的装配图；

图3是本发明的电机主体爆炸图；

图4是本发明的电机内部截面图；

图5是本发明的局部爆炸图；

图6是本发明的扇形光感示意图；

图7是本发明的挡光片与PCBA关系图；

图8是本发明的挡光片与PCBA的线性图；

图9是控制系统接收到的信号反馈曲线图；

图中：1、电机壳体；2、磁轴；3、线圈组；4、轴承A；5、摆角限位块；6、限位轴；7、轴承B；8、PCBA；9、遮光罩；10、挡光片；11、发光体；12、轴承限位板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-9所示，本发明提供一种摆角线性输出电机，包括电机壳体1、磁轴2、线圈组3和轴承4，电机壳体1的内部设置有磁轴2，磁轴2的外侧设置有线圈组3，磁轴2的两端分别设置有轴承A4和轴承B7，电机壳体1的一端设置有摆角限位块5，磁轴2的一端设置有限位轴6，磁轴2的另一端设置有PCBA 8，PCBA 8与电机壳体1之间设置有轴承限位板12，PCBA 8的一侧设置有遮光罩9，遮光罩9与PCBA 8之间设置有挡光片10，PCBA8的一侧设置有四个扇形感光传感器，遮光罩9的内部设置有发光体11。

进一步的，磁轴2的外侧设置有两个线圈组3，线圈组3以灌封胶的方式与电机壳体1固定连接，线圈组3的方位布置为对称放置。

磁轴2与轴承A 4和轴承B 7活动连接，磁轴2的端部设置有小孔，限位轴6紧配压入磁轴2小孔。

摆角限位块5固定在电机壳体1的一端，摆角限位块5内部有对称的两处扇形凹槽，凹槽与限位轴6配合形成限位区域。

发光体11固定在遮光罩9的内部，遮光罩9为黑色设计，遮光罩9与PCBA8固定连接，PCBA 8固定安装在电机壳体1的一端。

磁轴2的一端贯穿PCBA 8和挡光片10，挡光片10与磁轴2固定连接，电机摆动时，挡光片10跟随位置变化，挡光片10遮挡PCBA8的区域也随之变化。

感光传感器为同心圆分布设计，且与磁轴2同心，遮光罩9与感光传感器形成密封光亮区域。

一种摆角线性输出电机的线性变化的计算方法，PCBA 8与挡光片10配合实现光能量接收变化量为线性，理论计算如下：

S＝S1-S2＝nπR1²/360-nπR2²/360＝n*A/360

ΔS＝(n1-n2)*A/360＝K*A/360

A＝πR1²-πR2²，R1、R2已确定，则A为常数；K＝Δn,是线性变化的，挡光片10随磁轴2转动时，第一象限的挡光片10对PCBA 8的遮挡变化量是按斜率K作线性变化的，其余三个象限原理一致，由此得出该方案实现的PCBA光能量接收的变化量是线性的

具体的，使用过程中，电机摆动动力原理就是磁极相吸或相斥，利用电流磁场效应，线圈组3通电产生磁场，该磁场磁极与磁轴磁场磁极发生相吸或相斥，通过不断改变线圈组电流方向，就可不断改变线圈组磁场磁极方向，相吸或相斥不断更换，实现磁轴被驱动反复转动，通过摆角限位块5可限制磁轴2的转动幅度，在其与限位轴6配合形成的扇形区域内，防止磁轴2转动过冲，此为最有效利用磁极间作用力，应该将磁轴2扭转摆动的原点设置在磁极间作用力最大的位置，磁轴2采用径向充磁方式，使其磁极位于轴的两侧半圆分布，线圈组3与磁轴2两侧磁极连线的垂直线方向对称布置，且尽量靠近磁轴2，此时线圈组3磁场磁极与磁轴磁极间的作用力最大，磁轴2扭转摆动的原点应设置在该位置；

发光体11固定在遮光罩9的内部，遮光罩9为黑色设计，遮光罩9与PCBA8固定连接，PCBA 8固定安装在电机壳体1的一端，磁轴2的一端贯穿PCBA 8和挡光片10，挡光片10与磁轴2固定连接，电机摆动时，挡光片10跟随位置变化，挡光片10遮挡PCBA8的区域也随之变化，当挡光片10遮挡部分感光传感器时，则被遮挡部分不接收光线，当挡光片10跟随磁轴2转动时，则感光传感器接收光的面积发生变化，接收的光能量也随之变化，这种光能量的变化可转换成电信号输出，进而实现控制；

摆角线性输出电机的线性变化的计算方法，PCBA 8与挡光片10配合实现光能量接收变化量为线性，理论计算如下：

S＝S1-S2＝nπR1²/360-nπR2²/360＝n*A/360

ΔS＝(n1-n2)*A/360＝K*A/360

A＝πR1²-πR2²，R1、R2已确定，则A为常数；K＝Δn,是线性变化的，挡光片10随磁轴2转动时，第一象限的挡光片10对PCBA 8的遮挡变化量是按斜率K作线性变化的，其余三个象限原理一致，由此得出该方案实现的PCBA光能量接收的变化量是线性的；

当电流以相反方向通过线圈组3时，给磁轴2产生偏转驱动力，磁轴2带动挡光片10往其中一侧偏转，当电流方向改变时，磁轴2带动挡光片10往另外一侧偏转，如此不断反复，当电流的变化极快时，磁轴2带动挡光片10规则震荡；光感传感器在封闭区域内接收发光体11的光能量，挡光片10给光感传感器造成阴影区域，当挡光片10随磁轴2震荡时，阴影区域随震荡一一对应变化，变化呈线性，也就是非阴影区域也呈线性变化，光感传感器接收到的光能量也是在呈线性变化，通过光感传感器接收光能量的变化状态，可以准确的反馈出磁轴2震荡的精准位置，将光感传感器接收到的变化的光能量通过电路板光电转换成电信号输出给控制系统，基于以上第2点原理，控制系统接收到的信号跳跃变化是完全线性的，当磁轴2带上镜片负载时，就是完整的线性振镜电机。

本发明通过采用单组对称线圈组与径向充磁磁轴配合，线圈组磁极与磁轴原点磁极垂直布置的方式，以最简单的方式实现磁轴驱动力最大化，电机结构简单，动力元件数量最少，满足快速响应及精准启停的需求，通过光能量的变化来反馈电机的摆动角度的，该反馈的输出是完全线性的，这对电机的控制有极大的优势：控制信号处理更简单，反馈更精准，生产调试更快捷简便，对产品的一致性有很好的保障，该电机方案在高端振镜应用方面有绝对的优势，完全满足振镜产品响应快速精准，控制精度高的需求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种摆角线性输出电机，包括电机壳体(1)、磁轴(2)、线圈组(3)和轴承(4)，其特征在于，所述电机壳体(1)的内部设置有磁轴(2)，所述磁轴(2)的外侧设置有线圈组(3)，所述磁轴(2)的两端分别设置有轴承A(4)和轴承B(7)，所述电机壳体(1)的一端设置有摆角限位块(5)，所述磁轴(2)的一端设置有限位轴(6)，所述磁轴(2)的另一端设置有PCBA(8)，PCBA(8)与电机壳体(1)之间设置有轴承限位板(12)，所述PCBA(8)的一侧设置有遮光罩(9)，遮光罩(9)与PCBA(8)之间设置有挡光片(10),所述PCBA(8)的一侧设置有四个扇形的感光传感器，所述遮光罩(9)的内部设置有发光体(11)。

2.根据权利要求1所述的一种摆角线性输出电机，其特征在于，所述磁轴(2)的外侧设置有两个线圈组(3)，线圈组(3)以灌封胶的方式与电机壳体(1)固定连接，线圈组(3)的方位布置为对称放置。

3.根据权利要求1所述的一种摆角线性输出电机，其特征在于，所述磁轴(2)与轴承A(4)和轴承B(7)活动连接，磁轴(2)的端部设置有小孔，限位轴(6)紧配压入磁轴(2)小孔。

4.根据权利要求1所述的一种摆角线性输出电机，其特征在于，所述摆角限位块(5)固定在电机壳体(1)的一端，摆角限位块(5)内部有对称的两处扇形凹槽，凹槽与限位轴(6)配合形成限位区域。

5.根据权利要求1所述的一种摆角线性输出电机，其特征在于，所述发光体(11)固定在遮光罩(9)的内部，遮光罩(9)为黑色设计，遮光罩(9)与PCBA(8)固定连接，PCBA(8)固定安装在电机壳体(1)的一端。

6.根据权利要求1所述的一种摆角线性输出电机，其特征在于，所述磁轴(2)的一端贯穿PCBA(8)和挡光片(10)，挡光片(10)与磁轴(2)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种摆角线性输出电机，其特征在于，所述感光传感器为同心圆分布设计，且与磁轴(2)同心，遮光罩(9)与感光传感器形成密封光亮区域。

8.一种摆角线性输出电机的线性变化的计算方法，其特征在于，所述PCBA(8)与挡光片(10)配合实现光能量接收变化量为线性，理论计算如下：

S＝S1-S2＝nπR1²/360-nπR2²/360＝n*A/360

ΔS＝(n1-n2)*A/360＝K*A/360

A＝πR1²-πR2²，R1、R2已确定，则A为常数；K＝Δn,是线性变化的，挡光片(10)随磁轴(2)转动时，第一象限的挡光片(10)对PCBA(8)的遮挡变化量是按斜率K作线性变化的，其余三个象限原理一致，由此得出该方案实现的PCBA光能量接收的变化量是线性的。