一种振镜电机及具有其的振镜系统技术方案

本发明专利技术公开了一种振镜电机及具有其的振镜系统，振镜电机包括：底座和振镜，底座上安装有定子装配体和转子装配体；定子装配体包括永磁体、定子铁芯和线圈绕组，永磁体与定子铁芯连接，将定子铁芯分为上下两部分，定子铁芯的上下两臂均绕设有线圈绕组；转子装配体包括转子，转子中部设有用于连接电机轴的安装孔，转子两侧对称设有定子装配体，转子与永磁体和定子铁芯之间均存在气隙，气隙、永磁体、定子铁芯和转子共同构成磁路；电机轴端部安装有夹具，夹具用于夹持振镜，以实现振镜与电机轴连接。本发明专利技术具有结构紧凑、加速度输出能力强、控制精度高、适用范围广等优点，能够很好地适用于激光加工系统和各类高振动环境的高精度成像探测光学系统中。探测光学系统中。探测光学系统中。

A galvanometer motor and its galvanometer system

【技术实现步骤摘要】
一种振镜电机及具有其的振镜系统


[0001]本专利技术属于电机
，具体涉及一种高加速度振镜电机及具有其的振镜系统。

技术介绍

[0002]振镜电机是一种优良的光机扫描器件。它与旋转电机不同，是一种特殊的摆动电机，用于使负载发生有限角度的偏转。现有技术中的振镜电机通常采用检流计或电流计扫描电机或扫描振镜技术(galvanometric scanner)，其基本原理是由铜电线圈在磁场中产生安培力矩，通过力矩控制负载旋转一定的角度。振镜系统是一种由控制系统和振镜电机、负载以及传感器组成的高速度、高精度伺服控制系统，现阶段主要应用于激光加工、舞台灯光控制、激光医疗器械、光机扫描成像、激光雷达等行业。
[0003]现有技术中的检流计式振镜电机均采用了安培力原理，其机电作动原理可以采用如下算式表示：
[0004]T＝r
·
nBlI
[0005]其中，T为电机输出的扭矩，B为电机内与电流方向垂直的磁感应强度，l为能够出力的线圈有效长度，n为线圈匝数，I为给线圈施加的电流，r为转子出力转化为力矩的等效力臂。振镜电机的加速度可以由下式计算：
[0006][0007]其中，J
a
为转子装配体质量，J
m
为振镜转动惯量。
[0008]高伺服带宽是振镜电机的重要技术指标，通常以振镜电机跟踪正弦指令信号时，能够准确跟踪的正弦信号的最高频率为衡量标准。若想提高振镜电机的伺服带宽，本质上必须想办法提高振镜电机的加速能力，也即提高振镜电机输出加速度的能力。由于现有技术的振镜电机均采用安培力原理，由上式可知，其提高加速度输出能力的技术途径主要为：优化电机动子、转子的结构、材料和工艺，以增大r、n、B、和l，减小J
a
。但是，因为受到设备体积、材料、工艺等限制，上述技术途径对加速度输出能力的提高受到安培力原理的限制。
[0009]现有检流计式振镜电机是基于安培力机电作动原理的一类电机，任何通过结构、材料与工艺优化做出的技术改进均无法改变安培力原理的物理本质，其加速度输出能力由其自身的机电作动效率决定。该物理本质决定现有技术中的振镜电机加速度输出能力难以进一步大幅提升，进而也就决定了现有技术的振镜系统中，其伺服带宽难以进一步大幅提升、响应快变指令的速度难以大幅度提升。而伺服带宽决定了振镜系统跟踪高频指令信号的精度。伺服带宽无法进一步提升，限制了振镜系统在激光加工系统中应用时，进行锐角、直角等形状的加工、以及微孔加工时的精度和效率。另一方面，伺服带宽也决定了振镜系统抑制环境振动的能力。伺服带宽不够高，导致振镜系统在强振动环境下无法达到标称的伺服控制精度，大大限制了振镜系统在各类高振动环境下的应用，例如各类车载、机载、空天飞行器中的高精度成像探测光学系统中的应用。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于麦克斯韦力原理的结构紧凑、加速度输出能力强、控制精度高、适用范围广的高加速度振镜电机。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种振镜电机，包括：底座、振镜、定子装配体和转子装配体，所述底座上安装有定子装配体和转子装配体；所述定子装配体包括永磁体、定子铁芯和线圈绕组，所述永磁体与定子铁芯连接，将定子铁芯分为上下两部，且定子铁芯的上下两臂均绕设有线圈绕组；所述转子装配体包括转子，所述转子中部设有用于连接电机轴的安装孔，转子两侧对称设有定子装配体，且转子与永磁体和定子铁芯之间均存在气隙，所述气隙、永磁体、定子铁芯和转子共同构成磁路；所述电机轴端部安装有夹具，所述夹具用于夹持振镜，以实现振镜与电机轴连接。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述永磁体包括结构相同且对称设置的第一永磁体和第二永磁体，所述定子铁芯包括结构相同且对称设置的第一定子铁芯和第二定子铁芯，所述转子包括位于两侧的第一转体和第二转体；所述第一永磁体与第一定子铁芯中部连接，所述第一转体的上部和下部与第一定子铁芯之间分别存在气隙，第一转体的侧部与第一永磁体之间存在气隙；所述第二永磁体与第二定子铁芯中部连接，所述第二转体的上部和下部与第二定子铁芯之间存在气隙，第二转体的侧部与第二永磁体之间存在气隙。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述第一转体的上部和下部与第一定子铁芯之间分别存在第一气隙和第二气隙，第一转体的侧部与第一永磁体之间存在第三气隙；所述第二转体的上部和下部与第二定子铁芯之间分别存在第四气隙和第五气隙，第二转体的侧部与第二永磁体之间存在第六气隙。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述第一永磁体和第二永磁体具有相反的充磁方向。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述永磁体磁化后包括c1、c2、c3和c4四个闭合磁通路径，所述c1和c3分别从第一永磁体和第二永磁体通过第一转体的上半部和第二转体的上半部，然后分别通过第一定子铁芯的上半部和第二定子铁芯的上半部，再分别回到第一永磁体和第二永磁体；所述c2和c4分别从第一永磁体和第二永磁体通过第一转体的下半部和第二转体的下半部，然后分别通过第一定子铁芯的下半部和第二定子铁芯的下半部，再分别回到第一永磁体和第二永磁体。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述线圈绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组，所述第一绕组和第三绕组分别绕设在第一定子铁芯的上臂和下臂，所述第二绕组和第四绕组分别绕设在第二定子铁芯的上臂和下臂。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，高加速度振镜电机的机电作动原理由下式表示：
[0019]T＝2F
·
r(1)
[0020][0021]其中，T为电机输出的扭矩，B
sat
为定子铁芯材料饱和磁感应强度，A为气隙处磁极面积，r为转子出力转化为力矩的等效力臂，μ0为真空磁导率，F为作用在电机转子上的沿回转方向(切向)的推力，F
max
为作用在电机转子上的沿回转方向(切向)的最大推力。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，高加速度振镜电机的角加速度ε由下式计算：
[0023][0024]其中，J为振镜电机转子与负载的等效转动惯量。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述夹具上设有用于夹紧振镜的镜片夹；所述夹具包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具设置在底座上，所述第二夹具与电机轴的端部连接；所述镜片夹包括第一镜片夹和第二镜片夹，第一镜片夹和第二镜片夹分别与第一夹具和第二夹具连接，第一镜片夹和第二镜片夹用于夹紧振镜两侧。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述定子铁芯一体成型或拼装成型；所述转子一体成型或拼装成型。
[0027]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种振镜系统，包括角位置传感器、伺服控制器和上述的振镜电机。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0029]本专利技术基于麦克斯韦力机电作动原理提出一种新型高加速度振镜电机，通过在底座上安装有转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振镜电机，其特征在于，包括：底座(1)、振镜(2)、定子装配体和转子装配体，所述底座(1)上安装有定子装配体和转子装配体；所述定子装配体包括永磁体(5)、定子铁芯(6)和线圈绕组(7)，所述永磁体(5)与定子铁芯(6)连接，将定子铁芯(6)分为上下两部，且定子铁芯(6)的上下两臂均绕设有线圈绕组(7)；所述转子装配体包括转子(9)，所述转子(9)中部设有用于连接电机轴(10)的安装孔(941)，转子(9)两侧对称设有定子装配体，且转子(9)与永磁体(5)和定子铁芯(6)之间均存在气隙，所述气隙、永磁体(5)、定子铁芯(6)和转子(9)共同构成磁路；所述电机轴(10)端部安装有夹具(3)，所述夹具(3)用于夹持振镜(2)，以实现振镜(2)与电机轴(10)连接。2.根据权利要求1所述的振镜电机，其特征在于，所述永磁体(5)包括结构相同且对称设置的第一永磁体(5A)和第二永磁体(5B)，所述定子铁芯(6)包括结构相同且对称设置的第一定子铁芯(6A)和第二定子铁芯(6B)，所述转子(9)包括位于两侧的第一转体(9A)和第二转体(9B)；所述第一永磁体(5A)与第一定子铁芯(6A)中部连接，所述第一转体(9A)的上部和下部与第一定子铁芯(6A)之间分别存在气隙，第一转体(9A)的侧部与第一永磁体(5A)之间存在气隙；所述第二永磁体(5B)与第二定子铁芯(6B)中部连接，所述第二转体(9B)的上部和下部与第二定子铁芯(6B)之间存在气隙，第二转体(9B)的侧部与第二永磁体(5B)之间存在气隙。3.根据权利要求2所述的振镜电机，其特征在于，所述第一转体(9A)的上部和下部与第一定子铁芯(6A)之间分别存在第一气隙(100A)和第二气隙(100B)，第一转体(9A)的侧部与第一永磁体(5A)之间存在第三气隙(120)；所述第二转体(9B)的上部和下部与第二定子铁芯(6B)之间分别存在第四气隙(110A)和第五气隙(110B)，第二转体(9B)的侧部与第二永磁体(5B)之间存在第六气隙(121)。4.根据权利要求2所述的振镜电机，其特征在于，所述第一永磁体(5A)和第二永磁体(5B)具有相反的充磁方向。5.根据权利要求4所述的振镜电机，其特征在于，所述永磁体(5)磁化后包括c1、c2、c3和c4四个闭合磁通路径，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范世珣，范大鹏，陈宁，温志杰，张连超，谢馨，欧阳典升，任白若城，徐克辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：