一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件的制作方法

本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件。

背景技术：

变焦距镜头在跟踪和测量目标的过程中，分两种情况，一种是焦距连续可变，并能够根据跟踪目标的距离和大小，调整焦距的长短，使目标始终保持在跟踪、测量的视场内。另一种变焦是两档切换，也就是大小视场切换，大视场实现大范围的跟踪与搜索，在发现目标后再进行小视场的成像。这两种成像光学系统，一般采用直流电机带动变倍镜筒组件运动，从而实现光学系统的变焦。

现有技术中公开了一种变焦距镜头的带有自锁性能的变倍传动机构，详见申请号201110405163.4。它包括高精度旋转电位计、直流电机、弹性联轴节、输出齿轮、支撑箱体、主镜筒、输出轴、蜗轮、蜗杆、箱体和电机座；所述直流电机固定在电机座上，电机座固定在箱体上，直流电机与蜗杆所在轴之间通过弹性联轴节连接，蜗杆与蜗轮之间精密啮合，蜗杆驱动蜗轮传动，所述蜗轮通过锥销紧固在输出轴上，输出齿轮同样通过锥销固定在输出轴上，输出轴与旋转电位计之间通过销钉实现刚性连接，输出齿轮与圆柱凸轮的齿轮精密啮合。对于这种电机驱动的变焦距传动机构，需要把电机的旋转运动通过精密凸轮槽旋转转化为变倍镜筒组件的直线运动。

这种电机驱动运动机构，结构复杂，凸轮曲线加工精度高，制造成本高，并且结构零件多，整个组件的重量重，体积大。

因此，现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有的变焦光学镜头电机驱动，结构复杂，体积庞大并且重量重等问题，本发明的目的是提供了一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件，其为电磁线圈驱动变倍镜筒组件的新型结构组件，能够适用于各种变焦距光学镜头变倍镜筒组件的驱动变焦机构运动，用于解决现有驱动结构复杂，体积庞大、加工成本昂贵、响应慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件，包括变倍镜筒组件和主镜筒，所述变倍镜筒组件安装在主镜筒内部，其特征在于：还包括电磁线圈组件，所述电磁线圈组件设置在主镜筒上，电磁线圈组件包括外壳、漆包线、线圈骨架、堵头、电磁铁芯、电磁铁座、电磁铁芯固定轴、拨叉固定轴、拨叉、带动钉、二硫化钼滚轮ⅰ、螺帽、二硫化钼滚轮ⅱ及二硫化钼滚轮ⅲ，所述漆包线绕设在线圈骨架外部形成电磁线圈，电磁线圈的数量为两个，两个电磁线圈并列套设在电磁铁芯外部，两个电磁线圈中的励磁电流方向相反；所述线圈骨架置于外壳内部且与外壳间隙配合；所述堵头与外壳螺纹连接，且堵头与线圈骨架间隙配合；所述外壳与电磁铁座为可拆卸式固定连接，在外壳上开设有引线槽；所述电磁铁芯固定轴从电磁铁芯中间定位孔穿过，电磁铁芯固定轴与电磁铁芯呈垂直交叉设置，电磁铁芯固定轴两端位于电磁铁座两侧的导向槽内，电磁铁芯固定轴的两端设置有二硫化钼滚轮ⅱ，且二硫化钼滚轮ⅱ通过螺钉ⅰ固定在电磁铁芯固定轴上；所述电磁铁座与主镜筒的上端面固定连接；所述带动钉通过螺纹与变倍镜筒组件连接；所述二硫化钼滚轮ⅰ通过螺帽与带动钉固定连接；所述拨叉的上卡槽卡在二硫化钼滚轮ⅱ的外圆上，同时拨叉通过螺钉ⅱ及二硫化钼滚轮ⅲ与拨叉固定轴活动连接，拨叉的下卡槽卡在二硫化钼滚轮ⅰ外圆上。

进一步，所述漆包线绕设的最大直径小于线圈骨架的最大外圆直径。

进一步，在所述二硫化钼滚轮ⅱ与螺钉ⅰ的连接处设置有垫片ⅱ。

进一步，所述螺钉ⅱ和二硫化钼滚轮ⅲ之间设置有垫片ⅲ。

进一步，在所述二硫化钼滚轮ⅰ与螺帽的连接处设置有垫片ⅰ。

进一步，所述堵头与线圈骨架配合间隙为0.05mm。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1)结构简单：一般用电机带动的传动机构，结构复杂，体积庞大，而本发明采用电磁线圈驱动的机构，传动零件比较少，结构简单，重量轻，结构小，满足了安装时空间和重量的要求。

2)成本低：电机带动的传动结构，凸轮槽要求精度高，加工成本高，并且在运动过程中容易卡滞，而电磁线圈加工成本低，不易卡滞或切换延迟。

3)装配简单：电磁线圈组件零件少，结构简单，便于装配。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例中一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件沿光轴方向的剖视图；

图2为本发明实施例中一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件沿垂直光轴方向的剖视图；

图3为本发明实施例中一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件的立体图。

图中各标记如下：1-电磁线圈组件、2-变倍镜筒组件、3-主镜筒、101-外壳、102-漆包线、103-线圈骨架、104-堵头、105-电磁铁芯、106-电磁铁座、107-电磁铁芯固定轴、108-拨叉固定轴、109-拨叉、1010-带动钉、1011-垫片ⅰ、1012-二硫化钼滚轮ⅰ、1013-螺帽、1014-二硫化钼滚轮ⅱ、1015-垫片ⅱ、1016-螺钉ⅰ、1017-螺钉ⅱ、1018-垫片ⅲ、1019-二硫化钼滚轮ⅲ。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

如图1、图2及图3所示，本发明所提出的一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件能够适用于各种变焦距光学镜头中变倍镜筒组件2的驱动变焦机构运动，该电磁线圈驱动组件包括电磁线圈组件1、变倍镜筒组件2及主镜筒3，所述电磁线圈组件1设置在主镜筒3上；所述变倍镜筒组件2安装在主镜筒3内部；

其中，电磁线圈组件1包括外壳101、漆包线102、线圈骨架103、堵头104、电磁铁芯105、电磁铁座106、电磁铁芯固定轴107、拨叉固定轴108、拨叉109、带动钉1010、二硫化钼滚轮ⅰ1012、螺帽1013、二硫化钼滚轮ⅱ1014及二硫化钼滚轮ⅲ1019，所述漆包线102绕设在线圈骨架103外部形成电磁线圈，并且漆包线102绕设的最大直径小于线圈骨架103的最大外圆直径，电磁线圈的数量为两个，两个电磁线圈并列套设在电磁铁芯105外部，两个电磁线圈中的励磁电流方向相反；所述线圈骨架103置于外壳101内部且与外壳101间隙配合；所述堵头104与外壳101螺纹连接，且堵头104与线圈骨架103配合间隙0.05mm；所述外壳101与电磁铁座106为可拆卸式固定连接，用于实现外壳101的外圆周及端面定位，在外壳101上开设有供漆包线102的引线穿过的引线槽；所述电磁铁芯固定轴107从电磁铁芯105中间定位孔穿过，电磁铁芯固定轴107与电磁铁芯105呈垂直交叉设置，电磁铁芯固定轴107两端位于电磁铁座106两侧的导向槽内，电磁铁芯固定轴107的两端设置有二硫化钼滚轮ⅱ1014，且二硫化钼滚轮ⅱ1014通过螺钉ⅰ1016固定在电磁铁芯固定轴107上，并在二硫化钼滚轮ⅱ1014与螺钉ⅰ1016的连接处设置有垫片ⅱ1015；所述电磁铁座106与主镜筒3的上端面固定连接；所述带动钉1010通过螺纹与变倍镜筒组件2连接；所述二硫化钼滚轮ⅰ1012通过螺帽1013与带动钉1010固定连接，且在二硫化钼滚轮ⅰ1012与螺帽1013的连接处设置有垫片ⅰ1011；所述拨叉109的上卡槽卡在二硫化钼滚轮ⅱ1014的外圆上，同时拨叉109通过螺钉ⅱ1017、垫片ⅲ1018及二硫化钼滚轮ⅲ1019安装在拨叉固定轴108上，使拨叉109轴向方向不能窜动，而垂直于轴的方向转动自如，拨叉109的下卡槽卡在二硫化钼滚轮ⅰ1012外圆上。

本发明所提出的一种用于变焦距光学镜头的电磁线圈驱动组件的组装过程如下：

(1)如图1所示，将制作好的右侧电磁线圈装入外壳101中，并将该电磁线圈的引线穿出开设在外壳101的引线槽，之后将堵头104和外壳101通过螺纹连接。同理，将左侧电磁线圈、外壳101及堵头104安装在一起，确保左右两侧电磁线圈中的励磁电流方向相反，从而使得两个电磁线圈产生的电磁力方向不同；

(2)将电磁铁芯105置于电磁线圈内部，同时将电磁铁芯105和电磁铁芯固定轴107安装在电磁铁座106上，然后将二硫化钼滚轮ⅱ1014、垫片ⅱ1015及螺钉ⅰ1016安装在电磁铁芯固定轴107两端上，拧紧螺钉ⅰ1016后用胶封固；

(3)分别将装配好的左右外壳101，通过螺钉连接安装在电磁铁座106上，使电磁铁芯105在线圈骨架103内孔运动无卡滞；

(4)将装好的电磁铁座106通过螺钉连接，装到主镜筒3的安装面上，用螺钉固定；

(5)将变倍镜筒组件2装配到主镜筒3里，然后安装拨叉固定轴108、二硫化钼滚轮ⅲ1019、垫片ⅲ1018及螺钉ⅱ1017，然后拧紧螺钉ⅱ1017；

(6)安装带动钉1010、二硫化钼滚轮ⅰ1012、垫片ⅰ1011和螺帽1013，拨叉109的上卡槽卡在二硫化钼滚轮ⅱ1014的外圆上，拨叉109的下卡槽卡在二硫化钼滚轮ⅰ1012外圆上，使拨叉109运动无卡滞。

本发明中电磁线圈的工作原理：要实现变倍镜筒组件2在大视场和小视场位置进行变焦运动，采用两端电磁线圈对称结构，电磁铁芯105在电磁线圈中心。由法拉第电磁感应定律，当电磁线圈通电时，电磁铁芯105在电磁力的作用下沿直线运动。采用电控的方法，对电磁线圈进行通电控制。当一端电磁线圈通电工作时，另一端电磁线圈断电不工作。这样电磁线圈中心位置的电磁铁芯105受到一端的电磁力作用，电磁铁芯105向通电的电磁线圈方向运动，进而带动磁铁芯固定轴107运动，从而带动拨叉109运动，拨叉109又带动变倍镜筒组件2在主镜筒3里滑动。通过机械定位，使变倍镜筒组件2运动到极限位置即大视场位置或小视场位置，实现了大小视场的切换功能。

本发明中电磁线圈电磁力的计算：光学镜头变倍镜筒组件2在空间任意方向都可以自如的运动，因此电磁线圈的电磁力计算需要算其在极限位置时，需要克服的最大阻力，也就是变倍镜筒组件2在竖直方向时受到的重力最大。此时最大电磁力为变倍镜筒组件2与主镜筒3的摩擦阻力和自身的重力之和，由杠杆原理，计算出此时需要的电磁力的最大值，再考虑增加20％的余量，即是最后确定电磁力的实际值。

本发明中电磁线圈的制备：根据电磁力的实际值，计算出漆包线102的线径及缠绕的匝数。再根据空间位置及漆包线102的参数，设计线圈骨架103的具体尺寸，当进行漆包线102缠绕时，将漆包线102的起头和完头尽量靠近外壳101的引线槽处，便于引出漆包线102。

在各个部件加工完成后，首先将缠好的电磁线圈装入外壳101内，并将起头和完头引出外壳101之外，便于跟线路板焊接在一起。然后用摇表检测该电磁线圈是否存在漏电流现象，如果有漏电流，则该电磁线圈不合格，检测合格的电磁线圈用d04胶封固。

电磁线圈中心轴的设计：电磁铁芯固定轴107两端的二硫化钼滚轮ⅱ1014的安装位置，要求同轴度在0.01mm以内，保证变倍镜筒组件2在运动过程中两端面的驱动力尽量均匀一致，二硫化钼滚轮ⅲ1019要求安装后运动自如，使其在拨动过程中，能够自如的补偿运动过程中的阻力。

变倍镜筒组件2在安装到带动钉1010上后，要用数显力矩扳手拧紧带动钉1010，并且两端的力矩数显数值一致，以保证变倍镜筒组件2两端的驱动力一致，使其在运动过程中，阻力最小，之后用胶封固。

电磁铁芯105、两端的堵头104和外壳101材料选用工业纯铁。

安装之后，进行变焦运动检测，使变倍镜筒组件2在主镜筒3无卡滞或切换延迟，并且切换时间在100毫秒之内。

本发明的光学镜头由于受安装空间大小和重量的限制，整个系统光学镜头重量小于500克，变倍镜筒组件2响应时间快，变焦过程小于100毫秒，显然电机驱动的变焦运动机构不能够满足此要求，而电磁线圈组件驱动的变倍镜筒组件2运动，能够满足该技术要求。