[发明专利]一种麦克斯韦力驱动的快速偏摆镜

说明书

本发明公开了一种麦克斯韦力驱动的快速偏摆镜，包括反射镜、麦克斯韦力作动器、柔性支撑系统、角度检测系统和外框架组件，反射镜安装在反射镜支架的中心位置上，麦克斯韦力作动器包括环电枢和四个电磁单元，环电枢与反射镜支架固连，电磁单元由永磁体、线圈绕组和定子铁芯组成，四个电磁单元形成四个永磁磁路和八个交流磁路；柔性支撑系统主要包括挠性膜片和轴向挠性件，针对作动扭矩提供恢复扭矩以实现角度控制，挠性膜片在四个侧面支撑环电枢，轴向挠性件在下端中心位置支撑环电枢；角度检测系统中的四个非接触式电容位移传感器均布在四个方向，实时检测反射镜的转向角度，产生角度反馈控制和角度闭环控制。本发明具有高力密度，结构紧凑，且便于加工制造。

技术领域

本发明属于用于精密光学平台的精密跟踪领域，具有垂直对称电磁结构和新型电枢结构,具体涉及一种麦克斯韦力驱动的快速偏摆镜。

背景技术

快速控制偏摆镜作为光学系统中的关键性器件，已在自适应光学、精密跟踪、目标指向、光束控制及光通信等领域得到广泛应用，可装配在机电式翻转/倾斜系统中，其主要功能是实现平面反射镜的快速、高频转动，进而达到及时调整光束倾斜误差、校正光路传播方向和稳定光束的目的。市面上的快速镜大多采用压电陶瓷或音圈电机进行驱动，而压电陶瓷的行程很小，只有几十微米，驱动电压却高达几百伏；音圈电机的驱动电压为十几伏，但力密度较小。需寻求一种精度更高，结构更为紧凑的方法来设计快反镜，因此设计麦克斯韦力驱动的快速偏摆镜具有一定的工程现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种麦克斯韦力驱动的快速偏摆镜，结构紧凑，工程上易于实现，用于在目标和接收器之间控制光束方向，拥有更高的力密度，且工作范围更大，可应用在各种场合，为快反镜的发展提供了一种新思路。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种麦克斯韦力驱动的快速偏摆镜，包括反射镜、麦克斯韦力作动器、柔性支撑系统、角度检测系统和外框架组件，其中：

所述反射镜固定在上反射镜支架上表面的中心位置；

所述麦克斯韦力作动器包括一个环电枢和四个电磁单元，每个电磁单元由上铁芯、下铁芯、半环铁芯、永磁体和线圈绕组组成，环电枢被封装上反射镜支架和下反射镜支架中间，上反射镜支架和下反射镜支架具有四个突起边，用于连接挠性膜片，下反射镜支架为传感器提供目标面；永磁体和上铁芯、下铁芯组成“C”型磁路，麦克斯韦力作动器有四个“C”型磁路，环绕环电枢均布，环电枢与上铁芯、下铁芯之间有空隙，永磁体产生永磁磁通，永磁磁通路径沿着永磁体、上铁芯、下铁芯和环电枢；线圈绕组缠绕在半环铁芯上，用于在气隙中产生偏磁通，在圆周方向上位于相邻的上铁芯和下铁芯之间，线圈绕组分别在半环铁芯中产生交流磁通，沿着环电枢和上铁芯或下铁芯的磁路分布；

所述柔性支撑系统包括挠性膜片和轴向挠性件，可支撑反射镜、上反射镜支架、下反射镜支架和环电枢组成的移动组件，挠性膜片内侧用环氧树脂粘接在移动组件上，四个边被夹持在上反射镜支架和下反射镜支架中间，外侧用螺钉固定在中下框体上，轴向挠性件上端连接到下反射镜支架下端的中心位置，下端紧固在下框体上；

所述角度检测系统包括传感器和传感器支架，四个传感器均布在下反射镜支架的下面，可实时检测反射镜的转向角度，传感器与下反射镜支架不接触，传感器穿过下框体，固定在传感器支架上，传感器支架连接到下框体中；

所述外框架组件分成四个部分，包括上框体、中上框体、中下框体和下框体，上框体和中上框体包裹支撑上层的线圈绕组和上铁芯，中下框体和下框体包裹支撑上层的线圈绕组、永磁体和下铁芯，此外，中下框体支撑挠性膜片，下框体支撑轴向挠性件和传感器支架。

其中，所述的传感器是非接触式位移传感器。

其中，所述的环电枢被紧密包裹在上反射镜支架和下反射镜支架中，上反射镜支架和下反射镜支架沿着贴合面对称，填充环电枢内环，壳体的周边在四个位置缩回，以露出用于执行器接口的环电枢的顶面和底面，用一层环氧树脂将环电枢、上反射镜支架、下反射镜支架和反射镜彼此粘合。