CN211089423U - 一种音圈电机及二维快速反射镜 - Google Patents
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Abstract
一种音圈电机和二维快速反射镜，该音圈电机包括线圈组件和磁体组件；所述线圈组件包括线圈架和两端线圈，两组线圈相隔一定距离地缠绕在线圈架上；所述磁体组件包括磁缸、两端圆环形磁体以及环形软磁材料，磁体和软磁材料依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸内壁；所述线圈组件插入磁缸内，位于磁缸内壁与磁缸中间的软磁材料之间，使得所述磁体和所述线圈间隔排列。该音圈电机采用两组线圈及两组线圈外部磁体的结构，适合用于设计小直径音圈电机，可在较大间隙时仍具有较好的出力效率，应用于小口径二维快速反射镜中，可实现较大的转角范围和较高的带宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种音圈电机以及包括该音圈电机的二维快速反射镜。
背景技术
快速反射镜(FSM)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，FSM已经成为在不同的应用中很关键的一部分，例如工业仪表，天文学，激光通信，成像系统，实验光具座条带以及独立的研究和开发关键部件的开发项目。
音圈电机通常作为FSM的驱动电机。圆柱形音圈电机用于快反镜中时，用于推动快反镜转动。由于圆柱形音圈电机的线圈和磁缸之间的间隙有限，因此无法实现较大转角范围。二维快反镜对音圈电机的要求是尽可能大的转角范围、尽可能大的出力、尽可能小的电感，这样便于快反镜实现较大的带宽。现有的圆柱形音圈电机应用在二维快反镜中存在转角范围小、同时出力效率不足的问题。
现有技术中如中国专利：申请号：CN201310670860公开一种提高音圈电机推力常数的筒极对顶轴向磁场结构、申请号：CN2013203501328公开了一种直线音圈电机、申请号：CN201620907987X公开了一种音圈电机、再如，申请号：CN2018102885347公开一种多绕组音圈电机的振动控制系统；上述现有技术或公开了多个永磁体间隔设置结构、或公开了设置多个串联绕组以满足更大输出力，但是，上述现有技术都没有公开本申请请求保护的技术方案结构，同时本领域技术人员也无法根据申请文件的记载毫无意义的确定得出。
实用新型内容
(一)实用新型目的
为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于二维快速反射镜的大转角范围、高出力效率圆柱形音圈电机。该音圈电机采用磁体组件位于线圈组件外的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增大磁通量,增加音圈电机的出力,增大了间隙，提高了出力效率和转角范围，从而可提高快反镜的动态特性。
(二)技术方案
为达到上述目的，本实用新型的第一方面提供了一种音圈电机，包括线圈组件104和磁体组件21；所述线圈组件104包括线圈架102和至少两组线圈108，相邻的两组线圈电流方向相反；所述线圈108之间相隔一定距离地缠绕在线圈架102上；所述磁体组件21包括磁缸107、两端圆环形的磁体109 以及环形的软磁材料110，磁体109和软磁材料110依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸107内壁；所述线圈组件104插入所述磁缸107内；所述磁体109和软磁材料110位于所述线圈架102外部。
优选的，插入所述磁缸107内的线圈组件104位于磁缸107内壁与中心软磁材料106之间的缝隙内，使得所述磁体109和多组线圈108间隔对齐排列。
优选的，所述线圈组件104包含两组线圈。
优选的，所述线圈架102为空心圆柱形，所述线圈架102的上底面的中心设置有两个固定孔，用来固定各层线圈，使各层线圈与线圈组件内壁同圆心。
优选的，所述磁体组件21的磁缸109内底面与中心软磁材料106通过粘合的方式固定,且中心软磁材料106位于整个音圈电机100的轴中心上。
优选的，所述磁体组件21包含两组磁体和两组软磁材料。
优选的，所述线圈组件104和磁体组件21的横截面均为圆环形，且所有圆的圆心同轴。
优选的，所述相邻的两个磁体109极性相反，中间通过粘合的方式放置一个软磁材料110将两个磁体隔开。
优选的，所述磁体组件21与线圈组件104之间具有缝隙。
本实用新型的第二方面提供了一种二维快速反射镜，包括如上所述的音圈电机。
综上所述，本实用新型提供了一种用于小型二维快速反射镜的音圈电机以及包括该音圈电机的二维快速反射镜，该音圈电机包括线圈组件和磁体组件；所述线圈组件包括线圈架和两端线圈，两组线圈相隔一定距离地缠绕在线圈架上；所述磁体组件包括磁缸、两端圆环形磁体以及环形软磁材料，磁体和软磁材料依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸内壁；所述线圈组件插入磁缸内，位于磁缸内壁与磁缸中间的软磁材料之间，使得所述磁体和所述线圈间隔排列。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、本实用新型提供的音圈电机，增大了磁通量,具有较高的出力效率。
2、采用磁体组件位于线圈组件外部的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增加音圈电机的出力。
3、适合用于设计小直径音圈电机，可在较大间隙时仍具有较好的出力效率，应用于小口径二维快速反射镜中，可实现较大的转角范围和较高的带宽。
附图说明
图1是本实用新型的具体实施例的圆柱形音圈电机的立体图；
图2是图1所示的音圈电机沿着中心轴剖切后的三维立体图；
图3是图1所示的音圈电机沿着轴剖切后的剖面图；
图4是图1所示的音圈电机取出线圈架后磁感线分布及受力示意图；
图5是图2的立体图将线圈组件逆时针旋转60°后的立体图。
附图标记：
20：去除线圈架后的音圈电机；21：磁体组件；22、23、24、25：磁感线；30：线圈架内壁与中心软磁材料间隙；100：音圈电机；101：磁缸外壁； 102：线圈架；103：线圈外壁；104：线圈组件；106：中心软磁材料；107：磁缸内壁；108a、108b：线圈；109a、109b：磁体；110a、110b：软磁材料；112：磁体组件与线圈组件间隙。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
如图1所示，本实用新型提供了一种用于小型快速反射镜的音圈电机，该音圈电机为小尺寸、大出力效率圆柱形音圈电机，包括线圈组件104和磁体组件21；线圈组件104包括线圈架102和两组线圈108，两组线圈108相隔一定距离地缠绕在线圈架102上；所述磁体组件21包括磁缸107、两端圆环形的磁体109以及环形的软磁材料110，磁体109和软磁材料110依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸107内壁；线圈组件104插入所述磁缸 107内；所述磁体109和软磁材料110位于所述线圈架102外部。现有的圆柱形音圈电机应用在二维快反镜中存在尺寸小时间隙太小、磁通量不够，造成出力效率不足等问题。为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于小型快速反射镜的音圈电机。该音圈电机采用两组线圈及两组线圈外部磁体的结构，适合用于设计小直径音圈电机，可在较大间隙时仍具有较好的出力效率，应用于小口径二维快速反射镜中，可实现较大的转角范围和较高的带宽。
图2是图1所示的音圈电机沿着中心轴剖切后的三维立体图；图3是图 1所示的音圈电机沿着轴剖切后的剖面图，更加清楚地显示了该音圈电机内部的组成结构。在图2和图3所示的实施例中，线圈组件104包含两组线圈 108a、108b，两组线圈相隔一定距离地缠绕在线圈架102上。磁体组件21 包含两组磁体109a、109b和软磁材料110a、110b，磁体109和软磁材料110 依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸107内壁。线圈架102为空心圆柱形，所述上底面设置有两个固定孔，且孔里有一个铁芯，用来固定各层线圈，使各层线圈与线圈组件内壁同圆心，也可以用来固定线圈组件与磁体组件的相对位置，方便做静态特性试验。线圈组件位于磁体组件圆柱与中心软磁材料之间，可使得磁感线可以很好地穿过线圈，以此来获得较大的处理效率。
图4是图1所示的音圈电机取出线圈架后磁感线分布及受力示意图。相邻的两个磁体极性相反。磁体109a的上面为N极，下面为S极；磁体109b 的上面为S极，下面为N极。则磁感线22、23方向为由109a的N极导向中心软磁材料后回到109a的S极；磁感线24、25方向为由109b的N极导向中心软磁材料后回到109b的S极。给图4的线圈右侧通入由里向外的电流，则线圈左侧电流为由外向内，根据左手定则，此时产生的力向上，线圈会向上运动。同理，当给线圈通入与上述方向相反的电流，产生的力向下，线圈会向下运动。改变电流的大小、线圈的匝数、磁体组件及线圈组件的层数以及磁场间隙，也会对力的大小产生影响。
图5是图2的立体图将线圈组件104逆时针旋转60°后的立体图，从图中可以看出磁体组件21与线圈组件104之间的间隙112和线圈架102内壁与中心软磁材料106之间的间隙30均大于线圈组件20的环壁厚度，以使线圈组件104能够在磁缸107内上下运动且减小摩擦，增大出力以及转角范围。磁体的材料可以为常规材料；为了更高的性能，磁体也可以是其他高效永磁体。软磁材料可以为纯铁，也可以是坡莫合金、纳米晶软磁合金或本领域的任何材料。磁体组件的其他非磁性构件可以采用具有很高耐高温性的材料，也可以用其他合适的材料制成。
综上所述，本实用新型提供了一种音圈电机和二维快速反射镜，该音圈电机包括线圈组件和磁体组件；所述线圈组件包括线圈架和两组线圈，两组线圈相隔一定距离地缠绕在线圈架上；所述磁体组件包括磁缸、两端圆环形磁体以及环形软磁材料，磁体和软磁材料依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸内壁；所述线圈组件插入所述磁缸内；所述磁体和软磁材料位于所述线圈架外部。优选的，插入所述磁缸内的线圈组件位于磁缸内壁与软磁材料之间的缝隙内，使得所述磁体和所述多组线圈间隔对齐排列。本实用新型提供的音圈电机，具有较大的磁通量、较高的出力效率；采用磁体组件位于线圈组件外部的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增加音圈电机的出力；采用该音圈电机可以大大增加线圈与磁体间的间隙，增大音圈电机的转角范围。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型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。
Claims (10)
1.一种音圈电机，其特征在于，包括线圈组件(104)和磁体组件(21)；
所述线圈组件(104)包括线圈架(102)和至少两组线圈(108)，相邻的两组线圈电流方向相反；所述线圈(108)之间相隔一定距离地缠绕在线圈架(102)上；
所述磁体组件(21)包括磁缸(107)、两端圆环形的磁体(109)以及环形的软磁材料(110)，磁体(109)和软磁材料(110)依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸(107)内壁；
所述线圈组件(104)插入所述磁缸(107)内；
所述磁体(109)和软磁材料(110)位于所述线圈架(102)外部。
2.根据权利要求1所述的音圈电机，其特征为：插入所述磁缸(107)内的线圈组件(104)位于磁缸(107)内壁与中心软磁材料(106)之间的缝隙内，使得所述磁体(109)和多组线圈(108)间隔对齐排列。
3.根据权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述线圈组件(104)包含两组线圈。
4.根据权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述线圈架(102)为空心圆柱形，所述线圈架(102)的上底面设置有两个固定孔，且孔里有一个铁芯，用来固定各层线圈，使各层线圈与线圈组件内壁同圆心。
5.根据权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述磁体组件(21)的磁缸(107)内底面与中心软磁材料(106)通过粘合的方式固定,且中心软磁材料(106)位于整个音圈电机(100)的轴中心上。
6.根据权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述磁体组件(21)包含两组磁体和两组软磁材料。
7.根据权利要求6所述的音圈电机，其特征在于，所述线圈组件(104)和磁体组件(21)的横截面均为圆环形，且所有圆的圆心同轴。
8.根据权利要求7所述的音圈电机，其特征在于，所述相邻的两个磁体(109)极性相反，中间通过粘合的方式放置一个软磁材料(110)将两个磁体隔开。
9.根据权利要求6-8任一项所述的音圈电机，其特征在于，所述磁体组件(21)与线圈组件(104)之间具有缝隙。
10.一种二维快速反射镜，其特征为，包括如权利要求1-9任一所述的音圈电机。
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| CN201922050656.5U CN211089423U (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 一种音圈电机及二维快速反射镜 |
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Cited By (3)
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| CN112072890A (zh) * | 2020-10-04 | 2020-12-11 | 西安航天动力测控技术研究所 | 一种超小体积的音圈电机结构 |
| CN112838736A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-05-25 | 北京航空航天大学 | 一种基于四麦克斯韦力直线作动器驱动的快速偏摆镜 |
| CN114200663A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-03-18 | 江南大学 | 一种新型结构的高效率音圈驱动器及变形镜 |
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2019
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