[發明專利]一種用懸浮轉子的光學轉鏡

在審

• 申請號: 202011591926.4
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112701810A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 尹成科;渠文波;尤志強
• 申請（專利權）人: 蘇州蘇磁智能科技有限公司
• 主分類號: H02K1/12
• 分類號: H02K1/12;H02K1/27;H02K7/09;F16C32/04;G02B26/08
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;王凱

本發明公開了一種用懸浮轉子的光學轉鏡，包括：驅動件、轉鏡及殼體；轉鏡于真空的殼體內旋轉；驅動件包括定子及磁力懸浮的轉子；定子包括電機定子與懸浮軸承；轉子整體或部分地布置于真空的殼體內；嵌繞有繞組的電機定子布置于殼體外；轉子通過懸浮軸承裝配于殼體內且與殼體的內壁面無接觸；轉子在懸浮高度上與殼體無接觸運行；轉子通過懸浮軸承實現徑向懸浮及軸向懸浮；轉子上安裝有轉鏡。使用磁懸浮式電機帶動轉鏡旋轉，且將電機定子放置在真空殼體外側，避免真空殼體內電機工作發熱導致的損壞。由于磁懸浮式電機的轉子與軸承沒有機械摩擦，因此轉速可以達到傳統電機的數倍。也因為沒有機械摩擦，磁懸浮式電機的電機效率高，更加節能環保。

技術領域

本發明涉及激光高速轉鏡領域，尤其涉及一種用懸浮轉子的光學轉鏡。

背景技術

激光轉鏡在激光雷達、激光三位測繪、激光打印機、激光照排印刷、激光存儲、激光打標、激光顯示，激光投影等需要激光工作的裝置上應用，但在需要進一步提升上述產品的性能的時候，激光轉鏡的轉速需要極大地提高。然而激光轉鏡的旋轉速度由軸承決定，傳統機械軸承的電機的軸承由于存在機械接觸，在高速旋轉下軸承會被燒毀，因此轉速難以得到提升。如專利《超高速鋁轉鏡系統》，公告號CN02151938，該專利記載的現有設計是通過將轉鏡放置到密閉的真空殼體中，并在真空殼體外部設置傳統機械軸承的電機。通過電機帶動高速軸承和齒輪等傳動件進而控制轉鏡旋轉。傳統機械軸承的電機實現轉速提升的方式往往是采用類似的齒輪增速結構，能效比很低，且轉速提升依舊取決于軸承，轉速增高可能導致軸承被燒毀。

發明內容

本發明的技術方案是：提供一種用懸浮轉子的光學轉鏡，解決了：

1、傳統機械軸承的電機由于存在機械摩擦，其能效比低，能源浪費嚴重。同時，傳統機械軸承的噪聲大，振動大，不適合需要高精度或者低噪的工作條件。

2、真空空間沒有可用于散熱的介質，散熱方式通常只能采用輻射的方式進行散熱，這會使得磁懸浮電機散熱困難，造成電機過熱損壞的情況發生。

為了解決上述問題，本發明使用磁懸浮電機帶動轉鏡旋轉，結構包括：驅動件、轉鏡及殼體。轉鏡處于殼體環境內，驅動件能夠使得轉鏡產生高速轉動。

具體的，殼體內為一個密閉的真空環境，轉鏡處于殼體內。轉鏡同時裝配在驅動件上，驅動件包括定子及磁力懸浮的轉子，定子包括電機定子及懸浮軸承。在電機定子上嵌繞繞組，在轉子上布置磁鋼。電機定子及懸浮軸承作為一個模塊，其中懸浮軸承對轉子進行懸浮支撐，同時定子與轉子進行無接觸運行。轉子則整體或部分地布置于殼體中，轉子驅動轉鏡在真空的殼體內轉動。轉子包含轉子軸，且轉子軸與轉子的其他部件可以是一體化加工出來的，也可以是后期通過焊接等方式連接成為一體的。

本發明的一種方案是：將轉子和定子均布置在殼體外，電機定子通過支架固定，轉子則通過懸浮軸承進行支撐，轉子與定子匹配運行。轉子在懸浮狀態下將其一端伸入殼體內，且轉鏡安裝于該端上。轉子在伸入殼體中時，需要確保裝配要求的同時不能破壞殼體的真空狀態。

本發明的另一種方案是：將轉子布置于真空的殼體內，將電機定子布置于殼體外。此布置方式能在保證傳動無額外損耗的情況下，避免散熱問題。眾所周知，傳統方案采用傳統電機進行驅動，通過傳動件伸入密封殼體內，通過傳動件對轉鏡進行驅動。傳統方式顯然存在諸多弊端，例如，傳動效果差、轉速低、振動大、噪音大等等。而將驅動件也集成到真空殼體中，這顯然是一個不切實際的做法，因為在真空環境中不存在導熱介質，電機產生的熱量就無從消散，只能積蓄在電機內，電機極容易燒毀。介于上述兩種情況，將驅動件中的發熱部分設置在真空的殼體外，轉動部分置于真空的殼體內，上述問題將會得到全面的解決。

電機的定、轉子之間本來就設置了氣隙，若殼體的壁面剛好處于氣隙中，同時殼體選用不導磁的材質，可以是非金屬材質也可以是不導磁的金屬材質，例如鋁、銅等等。那么，電機的定子與電機的轉子之間仍然能夠保持相互的磁場作用。