用于天文望遠(yuǎn)鏡鏡面主動(dòng)支撐的機(jī)電永磁式力促動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種精確的力輸出裝置，具體涉及一種機(jī)電永磁式力促動(dòng)器。主要應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡鏡面主動(dòng)支撐系統(tǒng)中。對(duì)大口徑薄鏡面或輕量化鏡面進(jìn)行軸向支撐，當(dāng)需要對(duì)鏡面面形進(jìn)行主動(dòng)校正時(shí)，通過調(diào)整機(jī)電永磁式力促動(dòng)器輸出力的大小得以實(shí)現(xiàn)。該機(jī)電永磁力促動(dòng)器亦可用于對(duì)輸出力精度要求較高其它場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002]主動(dòng)光學(xué)技術(shù)主要是對(duì)望遠(yuǎn)鏡鏡面在制造、安裝、重力場(chǎng)、以及溫度梯度等引起的鏡面面形誤差進(jìn)行校正。近二十年來，主動(dòng)光學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地面望遠(yuǎn)鏡。主動(dòng)光學(xué)鏡面支撐系統(tǒng)是目前大口徑望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。而力促動(dòng)器作為主動(dòng)光學(xué)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要部件，一直以來都是研宄的重點(diǎn)之一。目前國內(nèi)外對(duì)于天文望遠(yuǎn)鏡主動(dòng)光學(xué)研宄采用的力促動(dòng)器主要四種形式:電動(dòng)機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)及壓電式力促動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)械式力促動(dòng)器業(yè)已成功應(yīng)用于我國的LAMOST望遠(yuǎn)鏡，其結(jié)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲桿的組合實(shí)現(xiàn)線性位移，通過壓縮彈簧結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力的精確輸出，其機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，受機(jī)械慣性和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的影響，工作頻率一般很難達(dá)到IHz以上。壓電式的力促動(dòng)器主要是利用某些電介質(zhì)的逆壓電效應(yīng)，即在電介質(zhì)極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，或稱為電致伸縮現(xiàn)象，雖具有精度高、頻率高的優(yōu)點(diǎn)，但是難以克服低行程及斷電時(shí)無輸出力的缺點(diǎn)。而近年來，氣動(dòng)式和電磁式力促動(dòng)器也在積極的研宄過程之中，氣動(dòng)式力促動(dòng)器雖然具有響應(yīng)頻率高、精度高、能耗低，行程大等優(yōu)點(diǎn)，但是氣動(dòng)式力促動(dòng)器同樣存在斷電時(shí)對(duì)鏡面的作用力為零。而采用電磁式力促動(dòng)器，各方面的性能均能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，且單個(gè)促動(dòng)器的功率并不高，但是，由于主動(dòng)光學(xué)用促動(dòng)器的數(shù)目較多，由于電磁式力促動(dòng)器斷電不能自鎖，因此，需要持續(xù)的供電，這就必然會(huì)增加促動(dòng)器的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于天文望遠(yuǎn)鏡鏡面主動(dòng)支撐的機(jī)電永磁式力促動(dòng)器。為提高力促動(dòng)器輸出力的響應(yīng)頻率，并盡可能的降低促動(dòng)器的能耗和重量、提高力促動(dòng)器的行程。同時(shí)克服壓電式、氣動(dòng)式及電磁式力促動(dòng)器在南極或空間環(huán)境等極端條件下應(yīng)用受到限制的缺點(diǎn)。本發(fā)明提出一種機(jī)電永磁式力促動(dòng)器方案?？梢詫?shí)現(xiàn)力促動(dòng)器響應(yīng)頻率高，行程大，控制精度高等特點(diǎn)，同時(shí)，當(dāng)機(jī)電永磁式力促動(dòng)器斷電時(shí)，其結(jié)構(gòu)能自鎖確保輸出力大小不變，這樣就大大降低了力促動(dòng)器能耗，此形式的力促動(dòng)器方案對(duì)環(huán)境的要求極低。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于天文望遠(yuǎn)鏡鏡面主動(dòng)支撐的機(jī)電永磁式力促動(dòng)器，該力促動(dòng)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，其特征在于:所述力促動(dòng)器的力輸出端設(shè)在該力促動(dòng)器輸出軸上；在該力促動(dòng)器輸出軸與直線電機(jī)的軸上，共固定有三個(gè)同軸的、開有中孔的強(qiáng)磁永磁體1、I1、III;所述的三個(gè)同軸的、開有中孔的強(qiáng)磁永磁體1、I1、III中，相鄰的兩個(gè)強(qiáng)磁永磁體間同極相向而置；力傳感器輸出信號(hào)反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)力的反饋值控制直線電機(jī)輸出軸的伸出及縮回，從而改變中間永磁體與兩側(cè)永磁體間的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)力方向及大小的精確輸出。
[0005]申請(qǐng)人建議:所述“開有中孔的強(qiáng)磁永磁體1、Π、ΙΠ”，可以采用圓環(huán)形強(qiáng)磁永磁體1、Iiai1若采用其余形狀(如方形帶孔等類似形式)強(qiáng)磁永磁體所組成的結(jié)構(gòu)亦屬于本權(quán)利要求的范疇。
[0006]所述“在該力促動(dòng)器輸出軸與直線電機(jī)的軸上共固定有三個(gè)同軸的、開有中孔的強(qiáng)磁永磁體1、I1、III”；可以采用以下幾種固定形式之一:
(I).該力促動(dòng)器輸出軸上固定有兩個(gè)同軸的、開有中孔的強(qiáng)磁永磁體1、III，該兩永磁體1、III的中間設(shè)有第三個(gè)與之同軸的、開有中孔的強(qiáng)磁永磁體II，該強(qiáng)磁永磁體11固定于直線電機(jī)的軸上；
⑵.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上固定兩個(gè)同軸的開有中孔的強(qiáng)磁永磁體，位于這兩個(gè)永磁體之間的促動(dòng)輸出軸上，固定有另一個(gè)開有中孔的永磁體，亦與前兩個(gè)永磁體同軸；
(3).若采用很多個(gè)(例如四個(gè)以上)同軸的、開有中孔的永磁體，相鄰兩永磁體間采用同極相向而置的方式所組成的結(jié)構(gòu)亦屬于本權(quán)利要求的范疇。
[0007]本發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡鏡面主動(dòng)支撐用機(jī)電永磁式力促動(dòng)器方案有以下優(yōu)化:
所述強(qiáng)磁永磁體I與強(qiáng)磁永磁體II相互作用磁場(chǎng)力為斥力，強(qiáng)磁永磁體II與強(qiáng)磁永磁體III間的相互作用的磁場(chǎng)力亦為斥力。
[0008]本發(fā)明天文望遠(yuǎn)鏡鏡面主動(dòng)支撐用機(jī)電永磁式力促動(dòng)器方案有以下技術(shù)關(guān)鍵:
1、所述的鏡面主動(dòng)支撐采用的力促動(dòng)器為“機(jī)電永磁式”，即該力促動(dòng)器輸出軸上固定有兩個(gè)圓環(huán)形強(qiáng)磁永磁體，此兩強(qiáng)磁永磁體中間設(shè)有第三個(gè)強(qiáng)磁永磁體，中間位置強(qiáng)磁永磁體固定于直線電機(jī)軸上，通過驅(qū)動(dòng)中間永磁體的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)力促動(dòng)器力的輸出。
[0009]2、所述的力促動(dòng)器采用了一個(gè)直線電機(jī)，從而將普通電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成電機(jī)軸的直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)中間永磁體的平移運(yùn)動(dòng)，調(diào)整中間永磁體與其他兩個(gè)永磁體的相對(duì)位置，改變輸出力的大小和方向。
[0010]3、所述的力促動(dòng)器提供輸出力部分共設(shè)置有三個(gè)強(qiáng)磁永磁體，該機(jī)電永磁式力促動(dòng)器輸出力為永磁體間的相互作用的磁場(chǎng)力。利用相鄰兩永磁體間作用力大小與兩者間距離成非線性反比關(guān)系，可以有效提高力促動(dòng)器的響應(yīng)頻率。
[0011]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
所述的鏡面主動(dòng)支撐采用的力促動(dòng)器為機(jī)電永磁式；
所述的力促動(dòng)器通過改變強(qiáng)磁永磁體間距離，實(shí)現(xiàn)力的輸出；
所述的力促動(dòng)器通過選用強(qiáng)磁永磁體，可以保證在同等幾何尺寸的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更大的輸出力；
所述的力促動(dòng)器利用了強(qiáng)磁永磁體間的磁場(chǎng)力與距離成非線性反比的關(guān)系，有效提高力促動(dòng)器的響應(yīng)頻率；
所述的機(jī)電永磁式力促動(dòng)器采用三個(gè)圓環(huán)形強(qiáng)磁永磁體，相鄰兩永磁體間同極相向而置，且三個(gè)圓環(huán)形強(qiáng)磁永磁體位于同一軸線上