[发明专利]用于角运动的音圈致动器在审

专利信息
申请号: 202011273088.6 申请日: 2020-11-13
公开(公告)号: CN112803711A 公开(公告)日: 2021-05-14
发明(设计)人: T·勃姆;E·克劳斯;S·M·F·鲍姆哈克尔 申请(专利权)人: 统雷有限公司
主分类号: H02K41/035 分类号: H02K41/035;H02K11/21;H02K11/33
代理公司: 北京英创嘉友知识产权代理事务所(普通合伙) 11447 代理人: 南毅宁
地址: 德国贝*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 运动 音圈致动器
【说明书】:

一种定位系统,包括:第一板;第二板,该第二板耦接至第一板并且可绕轴线枢转;一对音圈致动器,该一对音圈致动器被配置成使第二板绕所述轴线旋转;以及处理器,该处理器被配置成将电流驱动到一对音圈致动器;其中,所述一对音圈致动器包括:第一磁体结构和第二磁体结构,该第一磁体结构和第二磁体结构以与所述轴线的距离相等且相对的方式安装在第一板上;以及第一线圈和第二线圈,该第一线圈和第二线圈安装在第二板上,并且定位成使得当第二板绕轴旋转时,各自的第一磁体结构和第二磁体结构移入和移出于第一线圈和第二线圈;其中,第一磁体结构和第二磁体结构中的每一个基本上为弧形,该弧形的中心位于轴线上且半径等于磁体结构到轴线的距离。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年11月13日提交的美国临时专利申请NO.62/934,722的权益。在此通过引用合并该美国临时专利申请62/934,722的内容。

技术领域

本发明涉及致动器,并且更具体地涉及一种用于角运动或球面运动的音圈致动器。

背景技术

在许多扫描应用、跟踪应用以及需要光束的可控转向的其他应用中,光学元件在光束轴线内的角运动或球面运动是必要的。

快速转向反射镜(FSM)系统是一种精确的光束转向机构,该光束转向机构使用其反射表面在光源与接收器之间调节光束。图1示出了现有的FSM系统,其中,反射镜由可枢转的支撑件或万向架支撑。四个音圈致动器成对工作以驱动反射镜,使得反射镜在x方向和y方向上倾斜。音圈致动器是一种高性能且紧凑的致动器,其特别为需要在短行程至中行程范围内同时进行高精度和高速定位的应用而被开发。需要注意的是,FSM系统需要提供球面运动,但是音圈致动器使用直线磁体和直线线圈。众所周知的是,现有的FSM系统存在一些显著的局限性。

对于图2A所示的现有的FSM系统,在倾斜位置中,由于力的非线性,左侧的力和右侧的力是不平衡的。从图2B和图2C可以看出,由于它们各自的磁体相对于它们的线圈的位置,左侧的力不同于右侧的力。如果磁极在线圈内部,则音圈或多或少才有效。如图2A所示,只有一个音圈(有左磁体在线圈中)在轴线上产生力,第二音圈是无效的(右磁体的磁极在线圈外)。轴线上相反的力是不对称的。因此,在枢转轴承处,由此产生的合力ΔF不为零。这种应力会导致轴承磨损和撕裂。此外,当系统前后倾斜时,在轴承处产生的振荡力可能会激发不期望的共振。

对于音圈致动器,线圈效率取决于线圈相对于磁极的位置以及磁体与线圈之间的气隙。图3示出了不同线圈直径的线圈效率与线圈相对于磁体的位置之间的关系。当磁体的磁极位于线圈的边缘时出现最大的力。从图2A中可以看出,由于右侧磁体的磁极远离线圈的外部,因此,在现有的系统中线圈效率低。

如图4所示,最大力随着线圈的直径而变大,并且线圈与磁体之间的间隙由此减小。需要注意的是,当线圈直径变得小于特定值时,由于磁体会通过非线性运动接触线圈,较小的线圈将变得不可用。

如图5所示,线圈中的磁体没有线性运动,并且线圈也不是只有一个绕组,而是具有几毫米的高度。因此,对于较大的偏转,磁体与线圈之间的间隙变小,并且在某个倾斜的角度值下,对于较小的间隙,磁体与线圈将发生碰撞。

图6示出了现有系统中的左线圈和右线圈的驱动电压对倾斜角关系的曲线图。在非对称力的情况下,只有两个音圈致动器的总和会产生线性函数。图7示出了现有系统中左线圈和右线圈的驱动电压对倾斜角的导数。可以看出,线圈的效率和线圈的力有很大的不同。现有系统存在的缺陷是,施加到相对的线圈的相同电压产生高度不对称的力。

因此,迫切需要一种用于角运动或球面运动的音圈定位系统,该音圈定位系统在现有装置或系统中不具有上述缺点。

发明内容

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