一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构
技术领域
本发明涉及光电扫描跟踪技术领域,特别涉及一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构。
背景技术
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。
传统的二维快速反射镜,一般包括四个音圈电机,每两个音圈电机组成推拉对,形成一个旋转轴。为反射镜提供平滑、均匀的扭矩。
现有的快速反射镜一部分采用磁阻原理的动铁式音圈电机,这种类型的音圈电机相较于传统的动磁和动圈式音圈电机,不用考虑线圈与磁缸之间的间隙,就能实现较大角度的偏转,从而提高线圈产生的磁场强度;并且避免了动圈式音圈电机的线缆拖拽以及线圈的散热问题。但是现有的磁阻原理的动铁式音圈电机,存在以下两个问题,一个永磁体直接安装到反射镜支架下表面,和动磁式音圈电机存在相同的问题,就是增加了动子的质量,仍然会明显降低电机的旋转角度;二是线圈放置于永磁体以下的空间,由于需要实现大角度偏转以及安装位置传感器,在轴向上需要留出足够的空间工作,因此会明显增加装置的高度,空间利用率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构,用于解决上述至少一个技术问题,其能够实现二维共枢轴旋转,达到±20°以上的镜面偏转角度;能够抵抗较大的冲击振动;还能够节省快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑。
本发明的实施例是这样实现的:
一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构,其包括反射镜、反射镜支架、刚性支撑组件、音圈电机、底座和壳体。
所述反射镜由所述反射镜支架支撑于所述刚性轴承组件上。
所述反射镜支架相对于所述刚性轴承组件围绕第一轴转动。
所述刚性轴承组件支撑于所述壳体上。
所述刚性轴承组件相对于所述壳体围绕第二轴转动。
所述壳体固定于所述底座上。
所述音圈电机固定于所述壳体和底座之间。
其技术效果在于:采用磁阻原理的动铁式音圈驱动装置,能够实现较大的镜面转角范围,并且节省了快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑,方便安装。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述刚性支撑组件包括轴承环、轴承支架和刚性轴。
所述轴承环有两组,对应的所述刚性轴也有两组。
第一组所述刚性轴通过第一组所述轴承环支撑在所述轴承支架和所述反射镜支架之间。
第二组所述刚性轴通过第二组所述轴承环支撑在所述轴承支架和所述壳体之间。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述反射镜支架上开设有第一组刚性轴安装孔,所述轴承支架对应开设有第二组刚性轴安装孔。
第一组所述轴承环支撑在所述第一组刚性轴安装孔内。
第一组所述刚性轴的一端支撑在第一组所述轴承环内,另一端支撑在所述第二组刚性轴安装孔内,使所述反射镜支架围绕所述第一轴转动。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述轴承支架上开设有第三组刚性轴安装孔,所述壳体上对应开设有第四组刚性轴安装孔。
第二组所述轴承环支撑在所述第三组刚性轴安装孔内。
第二组所述刚性轴的一端支撑在第二组所述轴承环内,另一端支撑在所述第四组刚性轴安装孔内,使所述轴承支架围绕所述第二轴转动。
其技术效果在于:采用框架式设计的刚性支撑组件,使快速反射镜能够具有较大的转角范围,同时大大提高了抗冲击振动性能。并且采用弹性结构设计避免了轴承横向的间隙对系统指向精度带来影响。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述轴承环采用黄铜和/或青铜和/或塑料和/或特氟隆和/或玻璃和/或氮化硅和/或氧化锆和/或氧化铝和/或碳化硅和/或铬材料制成,也可采用其他金属。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的第一组所述刚性轴的一端和所述反射镜支架之间设有第一组弹簧片。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的第二组所述刚性轴的一端和所述轴承支架之间设有第二组弹簧片。
其技术效果在于:可减少机械间隙。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述音圈电机包括线圈组件和磁体组件。
所述线圈组件有四个,以两个为一组,围绕中心轴两两对称的固定在所述底座上。
所述磁体组件安装在所述底座上,位于中心轴处。
其技术效果在于:将现有的两个线圈替换成四个两两一组并相对放置于刚性支撑组件外侧的线圈形式,能够节省快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述磁体组件包括永磁体和导磁体。
所述永磁体固定在所述底座上,位于中心轴处。
所述导磁体固定在所述永磁体上。
其中,所述永磁体采用但不限于N48SH汝铁硼材料,还可以选用钐钴SmCo33EN5300,NSOM等材料。
其中,所述导磁体采用但不限于DT4电工软铁材料,还可以选用Fe-Ni软磁合金,磁导不锈钢材料,电工钢,铁氧体和NiZnCu铁氧体等材料。
其技术效果在于:将现有固定于反射镜支架下表面的永磁体分离,并固定于底座上,能够减轻动子的重量,增大镜面的转角范围。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述底座上设有线圈槽。
每个所述线圈组件均包括线圈和铁芯。
所述线圈包括线圈架和若干匝绕置于所述线圈架上的漆包线。
所述线圈安装在所述线圈槽上。
所述铁芯放置在所述线圈架内。
其技术效果在于:将所述铁芯放置于所述线圈架的内孔之中,并且所述铁芯的扇形部分在不影响镜面偏转的前提下,尽可能减小与轴承支架之间气隙,以增强电机的出力。
本发明实施例的有益效果是:
本发明的二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构,采用磁阻原理的动铁式音圈驱动装置,将现有固定于反射镜支架下表面的永磁体与反射镜支架分离,并固定于底座上,能够减轻动子的重量,增大镜面的转角范围。采用四个线圈两两一组并相对放置于刚性支撑组件外侧的结构形式,节省了快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑。采用框架式设计的刚性支撑组件,使快速反射镜能够具有较大的转角范围,同时大大提高了抗冲击振动性能。并且采用弹性结构设计,避免了轴承横向的间隙对系统指向精度带来影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的爆炸结构示意图;
图2为本发明二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的一侧剖视结构示意图;
图3为图2绕Z轴顺时针旋转45°得到的侧剖视结构示意图;
图4为本发明二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的俯视剖面结构示意图;
图5为本发明二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的磁极分布和磁路结构示意图。
图中:1-壳体;2-反射镜;3-反射镜支架;4-弹簧片;5-轴承环;6-刚性轴;7-轴承支架;8-导磁体;9-永磁体;10-铁芯;11-线圈;12-底座;13-第一轴;14第二轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1至图4,本发明的实施例提供一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构,其包括反射镜2、反射镜支架3、刚性支撑组件、音圈电机、底座12和壳体1。
所述反射镜2由所述反射镜支架3支撑于所述刚性轴承组件上。
所述反射镜支架3相对于所述刚性轴承组件围绕第一轴13转动。
所述刚性轴承组件支撑于所述壳体1上。
所述刚性轴承组件相对于所述壳体1围绕第二轴14转动。
所述壳体1固定于所述底座12上。
所述音圈电机固定于所述壳体1和底座12之间。
其技术效果在于:采用磁阻原理的动铁式音圈驱动装置,能够实现较大的镜面转角范围,并且节省了快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑,方便安装。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述刚性支撑组件包括轴承环5、轴承支架7和刚性轴6。
所述轴承环5有两组,对应的所述刚性轴6也有两组。
第一组所述刚性轴6通过第一组所述轴承环5支撑在所述轴承支架7和所述反射镜支架3之间。
第二组所述刚性轴6通过第二组所述轴承环5支撑在所述轴承支架7和所述壳体1之间。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述反射镜支架3上开设有第一组刚性轴安装孔,所述轴承支架7对应开设有第二组刚性轴安装孔。
第一组所述轴承环5支撑在所述第一组刚性轴安装孔内。
第一组所述刚性轴6的一端支撑在第一组所述轴承环5内,另一端支撑在所述第二组刚性轴安装孔内,使所述反射镜支架3围绕所述第一轴13转动。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述轴承支架7上开设有第三组刚性轴安装孔,所述壳体1上对应开设有第四组刚性轴安装孔。
第二组所述轴承环5支撑在所述第三组刚性轴安装孔内。
第二组所述刚性轴6的一端支撑在第二组所述轴承环5内,另一端支撑在所述第四组刚性轴安装孔内,使所述轴承支架7围绕所述第二轴14转动。
其技术效果在于:采用框架式设计的刚性支撑组件,使快速反射镜能够具有较大的转角范围,同时大大提高了抗冲击振动性能。并且采用弹性结构设计避免了轴承横向的间隙对系统指向精度带来影响。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述轴承环5采用黄铜和/或青铜和/或塑料和/或特氟隆和/或玻璃和/或氮化硅和/或氧化锆和/或氧化铝和/或碳化硅和/或铬材料制成,也可采用其他金属。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的第一组所述刚性轴6的一端和所述反射镜支架3之间设有第一组弹簧片4。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的第二组所述刚性轴6的一端和所述轴承支架7之间设有第二组弹簧片4。
其技术效果在于:可减少机械间隙。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述音圈电机包括线圈组件和磁体组件。
所述线圈组件有四个,以两个为一组,围绕中心轴两两对称的固定在所述底座12上。
所述磁体组件安装在所述底座12上,位于中心轴处。
其技术效果在于:将现有的两个线圈替换成四个两两一组并相对放置于刚性支撑组件外侧的线圈形式,能够节省快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述磁体组件包括永磁体9和导磁体8。
所述永磁体9固定在所述底座12上,位于中心轴处。
所述导磁体8固定在所述永磁体9上。
其中,所述永磁体9采用但不限于N48SH汝铁硼材料,还可以选用钐钴SmCo33EN5300,NSOM等材料。
其中,所述导磁体8采用但不限于DT4电工软铁材料,还可以选用Fe-Ni软磁合金,磁导不锈钢材料,电工钢,铁氧体和NiZnCu铁氧体等材料。
其技术效果在于:将现有固定于反射镜支架3下表面的永磁体9分离,并固定于底座12上,能够减轻动子的重量,增大镜面的转角范围。
在本发明较佳的实施例中,上述二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的所述底座12上设有线圈槽。
每个所述线圈组件均包括线圈11和铁芯10。
所述线圈11包括线圈架和若干匝绕置于所述线圈架上的漆包线。
所述线圈11安装在所述线圈槽上。
所述铁芯10放置在所述线圈架内。
其技术效果在于:将所述铁芯10放置于所述线圈架的内孔之中,并且所述铁芯10的扇形部分在不影响镜面偏转的前提下,尽可能减小与轴承支架7之间气隙,以增强电机的出力。
请参照图5,图5提供了本发明二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构的磁极分布和磁路示意图,为装置其中一维的一组电机磁路示意图。图中,永磁体9的上边为S极,下边为N极,磁铁内部的磁场从S极流向N极,并且经由底座12、反射镜支架3、中心铁芯10以及导磁体8回到永磁体9的S极,一左一右形成两条回路,在线圈11没有供电的情况下,可以保持反射镜的位置稳定。当左侧线圈11的电流从右侧流入,左侧流出;右侧线圈11的电流从左侧流入,右侧流出时,线圈磁场会形成一个逆时针的回路,根据磁阻最小原理,反射镜支架3会朝着磁阻最小的位置转动,使得反射镜2沿着X轴逆时针偏转。如果同时改变两侧线圈11通入电流的方向,线圈产生的磁场的磁路方向会相反,反射镜2会绕X轴顺时针偏转。
本发明实施例旨在保护一种二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构,具备如下效果:
1.本发明提供的二维快速反射镜的电磁驱动及支撑结构,采用磁阻原理的动铁式音圈驱动装置,将现有固定于反射镜支架(2)下表面的永磁体(9)与反射镜支架(2)分离,并固定于底座(12)上,能够减轻动子的重量,增大镜面的转角范围。
2.采用将四个线圈两两一组并相对放置于刚性支撑组件外侧的结构形式,节省了快反镜装置的轴向高度,使得装置的结构更加紧凑。
3.采用框架式设计的刚性支撑组件,使快速反射镜能够具有较大的转角范围,同时大大提高了抗冲击振动性能。并且采用弹性结构设计避免了轴承横向的间隙对系统指向精度带来影响。
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。