用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器制造技術

用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器，一端通過力傳感器與被支撐鏡面相連另一端固定于鏡室，力輸出端設在中心軸上；特征是，中心軸上固定有一個強磁永磁體，該強磁永磁體的兩側分別設有一個固定于力促動器的殼體上的強磁永磁體；分別設在兩側的兩個永磁體與固定中心軸的永磁體的極性相向而置；在每兩個相鄰強的磁永磁體之間設有導磁材料旋轉片；導磁材料旋轉片的開閉機構與控制系統連接，力傳感器的輸出信號反饋至控制系統，控制系統控制旋轉片的打開或關閉程度，從而實現力方向及大小的精確輸出。本發明專利技術結構簡單，質量小；控制精度為全量程的0.05%，響應速度快，能耗低。對環境的要求低，并能在南極甚至是空間等特殊環境下使用。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器，一端通過力傳感器與被支撐鏡面相連另一端固定于鏡室，力輸出端設在中心軸上；特征是，中心軸上固定有一個強磁永磁體，該強磁永磁體的兩側分別設有一個固定于力促動器的殼體上的強磁永磁體；分別設在兩側的兩個永磁體與固定中心軸的永磁體的極性相向而置；在每兩個相鄰強的磁永磁體之間設有導磁材料旋轉片；導磁材料旋轉片的開閉機構與控制系統連接，力傳感器的輸出信號反饋至控制系統，控制系統控制旋轉片的打開或關閉程度，從而實現力方向及大小的精確輸出。本專利技術結構簡單，質量小；控制精度為全量程的0.05%，響應速度快，能耗低。對環境的要求低，并能在南極甚至是空間等特殊環境下使用。【專利說明】用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器
本專利技術是一種精確的力輸出裝置，具體涉及一種永磁式力促動器。主要應用于天文望遠鏡主動光學技術鏡面支撐系統中。對薄鏡面或輕量化鏡面進行軸向支撐，通過調整永磁式力促動器輸出力的大小實現對鏡面面型的主動光學校正。
技術介紹
主動光學技術主要是對望遠鏡鏡面在制造、安裝、重力場、以及溫度梯度等引起的鏡面面形誤差進行校正。近二十年來，主動光學技術已經廣泛應用于地面望遠鏡。主動光學鏡面支撐系統是目前大口徑望遠鏡設計的關鍵技術之一。而作為主動光學支撐系統設計的最重要部件一力促動器，一直以來都是研究的重點之一。中國對于天文望遠鏡主動光學研究采用的力促動器主要兩種形式:電動機械式、壓電式。電動機械式力促動器業已成功應用于中國的LAMOST望遠鏡。其結構主要由步進電機與滾珠絲桿的組合實現線性位移，通過壓縮彈簧或密封的波紋管結構實現力的精確輸出，其機械結構較復雜，受機械慣性和驅動電機的影響，工作頻率一般很難達到IHz以上，在低溫環境使用時，對其傳動系統機械部件潤滑提出更高的要求，其可靠性將嚴重下降。對于空間望遠鏡主動光學用力促動器，受到發射條件的限制，要求其重量盡可能的輕，因此，電動機械式的力促動器在空間的應用受到一定的制約。壓電式力促動器主要是利用某些電介質的逆壓電效應，即在電介質極化方向上施加電場，這些電介質會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，或稱為電致伸縮現象，雖具有精度高、頻率高的優點，但是難以克服高發熱和低行程的缺點，對于能耗受到限制的南極或空間等環境，其應用也受到嚴重的限制。而近年來，氣動式和電磁式力促動器也在積極的研究過程之中，且氣動式力促動器也于2013年成功應用于中國SONG望遠鏡。氣動式力促動器雖然具有響應頻率高、精度高、能耗低，行程大等優點，且能在南極低溫環境下進行使用，但是對于空間真空環境，氣動式力促動器根本無法工作。而采用電磁式力促動器，各方面的性能均能滿足技術指標要求，且單個促動器的功率并不高，但是，由于主動光學用促動器的數目較多，并需要持續的供電，這就必然會增加促動器的功耗，對于空間望遠鏡系統來說，對熱控系統提出更高的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器。為了避免因采用電動機械式力促動器而出現的復雜機械結構，提高促動器輸出力的響應頻率，并盡可能的降低促動器的能耗和重量、提高力促動器的行程。同時克服壓電式、氣動式及電磁式力促動器在南極或空間環境等極端條件下應用的缺點。本專利技術提出一種永磁式力促動器方案。可以實現響應快，行程大，控制精度高等特點，同時還具有能耗低、耐低溫等特性。此形式的力促動器方案對環境的要求極低，不僅能滿足普通地面望遠鏡主動光學的使用要求，更能實現在南極甚至是空間環境下正常工作。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是:一種用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器，該力促動器的一端通過力傳感器與被支撐鏡面相連，另一端固定于鏡室，所述力促動器的力輸出端設在該力促動器中心軸上；其特征在于:該力促動器中心軸上固定有一個強磁永磁體，該強磁永磁體的兩側分別設有一個固定于力促動器的殼體上的強磁永磁體；分別設在兩側的兩個永磁體與固定中心軸的永磁體的極性相向而置；同時在每兩個相鄰強磁永磁體之間設有導磁材料旋轉片；所述導磁材料旋轉片的開閉機構與控制系統連接，所述力傳感器的輸出信號反饋至控制系統，控制系統根據力的反饋值控制旋轉片的打開或關閉程度，從而實現力的方向及大小的精確輸出。換言之，本專利技術所述的鏡面主動支撐采用的力促動器為“永磁式”，即該力促動器中心軸上固定有一個強磁永磁體,該強磁永磁體的兩側分別設有一個強磁永磁體,此兩個強磁永磁體固定于力促動器的殼體上，通過相鄰永磁體間的相互作用，實現力的輸出。所述的力促動器在兩個相鄰強磁永磁體之間設有導磁材料旋轉片，通過調整兩個旋轉片的旋轉方向，控制促動器輸出力方向；通過調整兩個旋轉片的打開或關閉程度控制輸出力的大小。所述的力促動器共設置有三個強磁永磁體，當兩永磁體間距離較小時會產生較大的磁場力，且兩側的的永磁體對中間的永磁體同時作用，從而有效提高促動器的輸出力的能力。本專利技術天文望遠鏡主動光學用鏡面支撐的永磁式力促動器方案有以下優化: 1、所述力促動器的力的輸出完全靠永磁體間磁場的相互作用實現； 2、所述導磁材料旋轉 片的開閉機構采用旋轉式音圈電機； 3、所述導磁材料旋轉片的材料，可以采用普通的碳素鋼。4、所述兩個磁性材料旋轉片，采用相反的旋轉方向。5、所述力促動器軸的兩端由低摩擦材料支撐。本專利技術的特點是: 所述的鏡面主動支撐采用的力促動器為永磁式； 所述的力促動器通過強磁永磁體磁場間的相互作用，實現力的輸出； 所述的力促動器在相鄰的強磁永磁體間設有導磁材料旋轉片； 所述的力促動器在兩個相鄰強磁永磁體之間設有導磁材料旋轉片，通過調整兩個旋轉片的旋轉方向，控制促動器輸出力方向；通過調整兩個旋轉片的打開或關閉程度控制輸出力的大小。換言之，本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是:充分利用永磁體之間的相互作用力，從而實現力促動器對鏡面的推力或拉力。該永磁式力促動器其主要零部件為--強磁永磁體、力傳感器、信號放大器、旋轉片、旋轉型音圈電機、控制系統等組成。利用導磁材料旋轉片的打開或關閉的程度改變相鄰強磁永磁體間的相互作用力，從而實現力促動器輸出力的來源。通過施加給旋轉型音圈電機的電流方向控制旋轉片的旋轉方向，實現促動器對鏡面拉力或是推力。同過調整旋轉片閉合面積的大小，實現對輸出力大小的有效控制。充分利用磁體之間靠磁場相互作用，而并不需要直接接觸，可以實現電動機械式力促動器所采用的彈簧的功能。利用導磁材料旋轉片的導磁功能實現兩永磁體間磁場“隔離”，從而實現力的輸出，而并不需要額外的驅動力。而永磁體磁場在低溫或真空環境下幾乎不受影響，仍能正常工作。本專利技術有益效果是:力促動器的結構比較簡單，質量小；根據力傳感器的反饋其輸出力的控制精度為全量程的萬分之五，由于該形式的力促動器幾乎沒有傳動環節，因此其響應速度快，而促動的輸出力由永磁體間的磁場提供，因此其能耗低。可以選用合適的強磁永磁體的大小，提高輸出力的調節范圍，永磁式力促動器本體僅由永磁體及音圈電機構成，其對環境的要求較低，并能在南極甚至是空間等特殊環境下使用。【專利附圖】【附圖說明】圖1、2為本專利技術的結構示意圖。【具體實施方式】實施例1,永磁式力促動器的工作原理如圖1所不。永磁體I本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的永磁式力促動器，該力促動器的一端通過力傳感器與被支撐鏡面相連，另一端固定于鏡室，所述力促動器的力輸出端設在該力促動器中心軸上；其特征在于：該力促動器中心軸上固定有一個強磁永磁體，該強磁永磁體的兩側分別設有一個固定于力促動器殼體上的強磁永磁體；分別設在兩側的兩個永磁體與固定在中心軸上的永磁體的極性相向而置；在每兩個相鄰強的磁永磁體之間設有導磁材料旋轉片；所述導磁材料旋轉片的開閉機構與控制系統連接，所述力傳感器的輸出信號反饋至控制系統，控制系統根據力的反饋值控制旋轉片的打開或關閉程度，從而實現力方向及大小的精確輸出。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：牛冬生，李國平，
申請(專利權)人：中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇;32