一种音圈电机及二维快速反射镜的制作方法

本实用新型涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种音圈电机及二维快速反射镜。

背景技术：

快速反射镜(fsm)是一种工作在光源或接收器与目标之间用于调整和稳定光学系统视轴或光束指向的部件，通过采用音圈电机精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度，用于实现反射镜的“偏转-倾斜”方位角度的快速调整，fsm已经成为在不同的应用中很关键的一部分，例如工业仪表，天文学，激光通信，成像系统，实验光具座条带以及独立的研究和开发关键部件的开发项目。

音圈电机通常作为fsm的驱动电机。圆柱形音圈电机用于快反镜中时，用于推动快反镜转动。由于圆柱形音圈电机的线圈和磁缸之间的间隙有限，因此无法实现较大转角范围。二维快反镜对音圈电机的要求是尽可能大的出力、尽可能小的电感，这样便于快反镜实现较大的带宽。现有的圆柱形音圈电机应用在二维快反镜中存在行程太大、同时出力效率不足的问题。

现有技术中如中国专利：申请号：cn201310670860公开一种提高音圈电机推力常数的筒极对顶轴向磁场结构、申请号：cn2013203501328公开了一种直线音圈电机、申请号：cn201620907987x公开了一种音圈电机、再如，申请号：cn2018102885347公开一种多绕组音圈电机的振动控制系统；上述现有技术或公开了多个永磁体间隔设置结构、或公开了设置多个串联绕组以满足更大输出力，但是，上述现有技术都没有公开本申请请求保护的技术方案结构，同时本领域技术人员也无法根据申请文件的记载毫无意义的确定得出。

技术实现要素：

(一)实用新型目的

为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于二维快速反射镜的大出力圆柱形音圈电机。该音圈电机采用多组线圈的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增加音圈电机的出力(大约是原来1.5倍)，同时电感降低，降低了线圈的时间常数，从而可提高快反镜的动态特性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型的第一方面提供了一种音圈电机，包括线圈组件(20)和磁体组件(21)；所述线圈组件(20)包括线圈架(102)和多段线圈(103)，多段线圈(103)均匀等距地缠绕在线圈架(102)上；所述磁体组件(21)包括磁缸(101)、多段圆柱形磁体(108)以及软磁材料(109)，磁体(108)和软磁材料(109)依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸(101)底部；所述线圈组件(20)插入所述磁缸(101)内；所述磁体(108)和软磁材料(109)位于所述线圈架(102)内部。

优选的，插入所述磁缸(101)内的线圈组件(20)位于磁缸内壁与线圈架之间的缝隙内，使得所述磁体(108)和所述多段线圈(103)间隔对齐排列。

优选的，所述线圈组件(20)包含多组线圈绕组。

优选的，所述线圈架(102)为空心圆柱形，包括侧面和上底面，所述上底面的中心设置有一个固定孔(104)，且孔里有一个铁芯，用来固定各层磁体及软磁材料，使磁体及软磁材料同圆心。

优选的，所述磁体组件(21)的中心设置有贯穿小孔(105)，所述贯穿孔(105)的直径与线圈架(102)的固定孔(104)相同且同心。

优选的，所述磁体组件(21)包含多组磁体和软磁材料。

优选的，所述线圈组件(20)和磁体组件(21)的横截面均为圆形，且所有的圆同圆心。

优选的，所述相邻的两个磁体(108)极性相反，中间通过粘合的方式放置一个软磁材料(109)将两个磁体隔开。

优选的，所述磁体组件(21)与线圈组件(20)之间有缝隙。

本实用新型的第二方面提供了一种二维快速反射镜，包括如上所述的音圈电机。

综上所述，本实用新型提供了一种音圈电机和二维快速反射镜，所述音圈电机包括线圈组件和磁体组件；所述线圈组件包括线圈架和多段线圈，多段线圈均匀等距地缠绕在线圈架上；所述磁体组件包括磁缸、多段圆柱形磁体以及软磁材料，磁体和软磁材料依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸底部；所述线圈组件插入磁缸内，位于磁缸内壁与磁体之间的缝隙内，使得所述磁体和所述线圈间隔排列。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、本实用新型提供的音圈电机，具有较大的出力和较高的出力效率，同时在高频下具有较低的磁滞损耗，较快的阶跃响应；

2、采用多组线圈的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增加音圈电机的出力(当采用5组线圈时，出力大约是原来1.5倍)；

3、采用该音圈电机可以使电感降低，降低了线圈的时间常数，从而可提高二维快速反射镜的动态特性。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施例的圆柱形音圈电机的立体图；

图2是图1所示的音圈电机沿着轴剖切后的三维立体图；

图3是图1所示的音圈电机沿着轴剖切后的剖面图；

图4是图1所示的音圈电机磁感线分布及受力示意图；

图5是图2的立体图将线圈组件逆时针旋转60°后的立体图；

图6是图2所示的音圈电机的立体图去除线圈组件后的示意图。

附图标记：

20：线圈组件；21：磁体组件；100：音圈电机；101：磁缸；102：线圈架；103：多段线圈；103a、103b、103c、103d：线圈；104：固定孔；105:贯穿孔；108、108a、108b、108c、108d、108e：磁体；109、109a、109b、109c、109d、109e:软磁材料。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1所示，本实用新型提供了一种音圈电机和二维快速反射镜，该音圈电机为大出力圆柱形音圈电机，包括线圈组件20和磁体组件21；所述线圈组件20包括线圈架102和多段线圈103，多段线圈103均匀等距地缠绕在线圈架102上；所述磁体组件21包括磁缸101、多段圆柱形磁体108以及软磁材料109，磁体108和软磁材料109依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸101底部；所述线圈组件20插入磁缸101内，位于磁缸内壁与线圈架之间的缝隙内，使得所述磁体108和所述多段线圈103间隔对齐排列。磁体108和软磁材料109位于所述线圈架102内部。现有的圆柱形音圈电机应用在二维快反镜中存在行程太大、同时出力效率不足的问题。为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于二维快速反射镜的大出力圆柱形音圈电机。该音圈电机采用多组线圈的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增加音圈电机的出力(当采用5组线圈时，出力大约是原来1.5倍)，同时电感降低，降低了线圈的时间常数，从而可提高快反镜的动态特性。

图2是图1所示的音圈电机沿着轴剖切后的三维立体图；图3是图1所示的音圈电机沿着轴剖切后的剖面图，更加清楚地显示了该音圈电机内部的组成结构。在图2和图3所示的实施例中，线圈组件20包含四组线圈103a、103b、103c、103d，四组线圈均匀等距地缠绕在线圈架102上。磁体组件21包含五组磁体108a、108b、108c、108d、108e和软磁材料109a、109b、109c、109d、109e，磁体108和软磁材料109依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸101底部。线圈架102轴中心以及磁体组件21的中心分别设置有固定孔104和贯穿孔105，贯穿音圈电机的轴中心。由于相邻的两块磁体极性相反，会产生排斥力，利用贯穿孔105将各磁体108和软磁材料109固定在一起可使结构更加稳固。线圈组件20和磁体组件21的横截面均为圆形，且所有的圆同圆心。

图4是图1所示的音圈电机磁感线分布及受力示意图。相邻的两个磁体极性相反。磁体108a的上面为n极，下面为s极；磁体108b的上面为s极，下面为n极；磁体108c的上面为n极，下面为s极；磁体108d的上面为s极，下面为n极；磁体108e的上面为n极，下面为s极。给图6的线圈右侧通入由里向外的电流，则线圈左侧电流为由外向内，根据左手定则，此时产生的力向上，线圈会向上运动。同理，当给线圈通入与上述方向相反的电流，产生的力向下，线圈会向下运动。改变电流的大小、线圈的匝数、磁体组件及线圈组件的层数，也会对力的大小产生影响。

图5是图2将线圈组件逆时针旋转60°后的立体图，图6是图2所示的音圈电机的立体图去除线圈组件后的示意图，即磁体组件21示意图。从图中可以看出磁缸101与磁体108之间的间隙大于线圈组件20的环壁厚度，以使线圈组件20能够在磁缸101内上下运动且减小摩擦，增大出力。磁体的材料可以为钕铁硼(ndbfe)能量磁体；为了更高的性能，磁体也可以是50mgoendbfe永磁体；对于高温操作的情况下，磁体可以使用高能量产品钐钴磁铁，也可以使用其他类型的磁铁。软磁材料的构成，可以是软铁、q235、硅钢片或本领域的任何材料。磁体组件的其他非磁性构件(即磁缸101、线圈架102等)可以采用torlon(聚酰亚胺-酰胺，pia)，其具有很高的耐高温性，并且具有非常接近c1008和钕磁铁的热膨胀系数，并且可以用铝或其他合适的材料制成。铝比torlon强，但是重两倍。这些和其他材料可以根据重量，结构刚度和成本等设计考虑使用。

综上所述，本实用新型提供了一种音圈电机和二维快速反射镜，该音圈电机包括线圈组件和磁体组件；所述线圈组件包括线圈架和多段线圈，多段线圈均匀等距地缠绕在线圈架上；所述磁体组件包括磁缸、多段圆柱形磁体以及软磁材料，磁体和软磁材料依次交叉排列，通过粘合的方式固定在磁缸底部；所述线圈组件插入磁缸内，位于磁缸内壁与磁体之间的缝隙内，使得所述磁体和所述线圈间隔排列。本实用新型提供的音圈电机，具有较大的出力和较高的出力效率，同时在高频下具有较低的磁滞损耗，较快的阶跃响应。采用多组线圈的结构，可以在不增加音圈电机的长度和直径的前提下，增加音圈电机的出力。采用该圈电机可以使电感降低，降低了线圈的时间常数，从而可提高快反镜的动态特性。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。