[發明專利]正應力電磁驅動的快速偏轉反射鏡作動機構及作動方法

有效

• 申請號: 201711258186.0
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107907992B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張豐;徐明龍;田征
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種正應力電磁驅動的快速偏轉反射鏡作動機構，其特征在于：包括鏡面支撐結構(6)、底座(7)以及連接鏡面支撐結構(6)和底座(7)的萬向柔性鉸支撐(16)，還包括固定在鏡面支撐結構(6)和底座(7)之間關于萬向柔性鉸支撐(16)呈對稱分布的四個正應力電磁作動器以及固定在鏡面支撐結構(6)和底座(7)之間用于檢測鏡面支撐結構(6)偏轉角度的電容式位移傳感器(5)，四個正應力電磁作動器分別為第一正應力電磁作動器(1)、第二正應力電磁作動器(2)、第三正應力電磁作動器(3)和第四正應力電磁作動器(4)，四個正應力電磁作動器底部通過螺栓固定在底座(7)上，四個正應力電磁作動器頂部通過作動桿(10)與桿式位移放大機構(9)連接，桿式位移放大機構(9)與鏡面支撐結構(6)通過直梁型柔性鉸鏈(8)連接；

所述第一正應力電磁作動器(1)包括C形固定鐵芯(11)、永磁鐵(12)、勵磁線圈(13)和運動鐵芯(14)；勵磁線圈(13)纏繞在C形固定鐵芯(11)的上下兩側，永磁鐵(12)連接在C形固定鐵芯(11)中部，運動鐵芯(14)與永磁鐵(12)通過硅膠墊片粘連后位于C形固定鐵芯(11)的開口處，并與C形固定鐵芯(11)開口處兩端構成氣隙(15)；所述第二正應力電磁作動器(2)、第三正應力電磁作動器(3)和第四正應力電磁作動器(4)的結構尺寸與第一正應力電磁作動器(1)相同，所述第一正應力電磁作動器(1)和第三正應力電磁作動器(3)關于Y轉動軸對稱并繞X軸轉動，第二正應力電磁作動器(2)和第四正應力電磁作動器(4)關于X轉動軸對稱并繞Y軸轉動，所述X轉動軸和Y轉動軸相互垂直并在同一平面內；作動桿(10)與運動鐵芯(14)通過橡膠墊塊(17)連接，作動桿(10)頂部與桿式位移放大機構(9)連接。

2.根據權利要求1所述的一種正應力電磁驅動的快速偏轉反射鏡作動機構，其特征在于：所述運動鐵芯(14)采用軟磁材料。

3.根據權利要求1所述的一種正應力電磁驅動的快速偏轉反射鏡作動機構，其特征在于：所述鏡面支撐結構(6)、直梁型柔性鉸鏈(8)、桿式位移放大機構(9)和作動桿(10)采用硬鋁合金材料。

4.根據權利要求1所述的一種正應力電磁驅動的快速偏轉反射鏡作動機構，其特征在于：所述C形固定鐵芯(11)嵌于中空矩形外殼內部。

5.權利要求1至4任一項所述的一種正應力電磁驅動的快速偏轉反射鏡作動機構的作動方法，其特征在于：給第一正應力電磁作動器(1)輸入電流信號，通電的勵磁線圈(13)會產生勵磁磁場，該勵磁磁場方向隨電流方向變化；勵磁線圈(13)產生的勵磁磁場疊加到永磁鐵(12)產生的直流偏置磁場，通過C形固定鐵芯(11)與運動鐵芯(14)之間的氣隙(15)作用到運動鐵芯(14)上；當勵磁磁場與直流偏置磁場的方向相同時，運動鐵芯(14)就會受到與勵磁磁場方向一致的電磁正應力，并沿氣隙(15)法向方向運動，產生作動位移；該作動位移沿作動桿(10)輸出到桿式位移放大機構(9)，與桿式位移放大機構(9)通過直梁型柔性鉸鏈(8)相連接的鏡面支撐結構(6)會產生偏轉；電容式位移傳感器(5)實時監測鏡面支撐結構(6)的偏轉角度，并反饋給正應力電磁作動器，實現閉環控制，提高鏡面支撐結構(6)的偏轉角度調節精度；由于正應力電磁作動器產生的作動位移為微米量級，因此本發明的角度調節分辨率可以達到微弧度級；兩組對角分布的正應力電磁作動器同時沿相反方向作動，實現反射鏡二維正交方向的微角度偏轉控制。