УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА Российский патент 2000 года по МПК G02B26/08 

Предлагаемое изобретение относится к оптико-механическим приборам, в частности к сканирующим системам, и может быть использовано в системах управления лазерным лучом в пространстве.

Известно оптико-механическое сканирующее устройство, содержащее привод, редуцирующую передачу, вращающийся в корпусе цилиндр с канавкой, вращение которого задает направление сканирования [1].

Недостатком такого устройства является ограниченное быстродействие, вызванное невысоким быстродействием общепромышленных двигателей, а также наличием механической передачи, вносящей дополнительную инерционную нагрузку, люфты и упругие деформации.

Известен также сканатор, содержащий поворачивающееся коромысло с закрепленными на нем зеркалом и катушками, находящимися в зазорах постоянных магнитов [2].

Недостатком такого сканатора является ограниченное быстродействие, вызванное большой инерционной массой вращающихся частей и невысокой магнитной индукцией в зазорах магнитов, свойственной для данной конфигурации магнитных систем.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является устройство для отклонения светового пучка, содержащее неподвижное основание, подвижную рамку с токовой обмоткой, установленную на двух полуосях в опорах, магнитную систему в виде двух пар магнитов, с магнитами, установленными разнонаправленно и навстречу друг другу, внутренние магнитопроводы, размещенные между магнитами каждой пары, первый наружный магнитопровод с магнитопроводным выступом, размещенным внутри подвижной рамки, закрепленный на неподвижном основании, а также отклоняющий элемент, жестко связанный с подвижной рамкой [3].

Недостатками прототипа являются:
1. Большие габариты, вызванные наличием двух магнитных систем и тем, что полуоси, выходя за наружный габарит каркаса обмотки управления, требуют размещения подшипниковых узлов тоже за габаритом каркаса.

2. Ограниченное быстродействие, вызванное наличием громоздкого каркаса обмотки, на котором крепится зеркало, а также сравнительно невысокой индукцией в рабочих зазорах, что связано с большим рассеянием магнитного потока в магнитопроводах подобной конфигурации.

Технический результат, достигаемый использованием предлагаемого технического решения, заключается в увеличении быстродействия устройства и уменьшении его габаритов.

Указанный технический результат реализуется за счет того, что устройство для отклонения светового пучка, включающее неподвижное основание, подвижную рамку с токовой обмоткой, установленную на двух полуосях в опорах, магнитную систему в виде двух пар магнитов, с магнитами, установленными разнонаправленно и навстречу друг другу, внутренние магнитопроводы, размещенные между магнитами каждой пары, первый наружный магнитопровод с магнитопроводным выступом, размещенным внутри подвижной рамки, закрепленный на неподвижном основании, а также отклоняющий элемент, жестко связанный с подвижной рамкой, дополнительно снабжено вторым наружным магнитопроводом, при этом магнитопроводный выступ первого наружного магнитопровода размещен симметрично относительно внутренних поверхностей токовой обмотки рамки, пары магнитов магнитных пар установлены по разные стороны противоположных наружных боковых поверхностей токовой обмотки рамки, первый и второй наружные магнитопроводы установлены напротив друг друга с возможностью контакта с разноименными полюсами магнитов магнитных пар, причем отклоняющий элемент консольно закреплен на подвижной рамке, а полуоси закреплены внутри рамки.

Кроме того, между первым наружным магнитопроводом и его магнитопроводным выступом предусмотрена вставка из немагнитного материала.

Кроме того, опоры полуосей подвижной рамки размещены в выступе первого магнитопровода и снабжены вкладышами из электроизоляционного материала.

Кроме того, металлический каркас подвижной рамки выполнен с разрывом, заполненным электроизоляционным материалом.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство для отклонения светового пучка.

Устройство содержит неподвижное основание 1, подвижную рамку с токовой обмоткой 2, установленную на двух полуосях 3 в опорах 4, магнитную систему в виде двух пар магнитов 5 и внутренних магнитопроводов 6, размещенных между магнитами каждой пары, магнитная цепь устройства замкнута первым 7 и вторым 8 наружными магнитопроводами, первый наружный магнитопровод имеет магнитопроводящий выступ 9, отделенный от самого магнитопровода немагнитной вставкой 10; опоры подвижной рамки устройства размещены в магнитопроводном выступе внутри электроизоляционного вкладыша 11, а сама рамка выполнена с разрывом 12, заполненным электроизоляционным материалом, причем отклоняющий элемент 13 консольно закреплен на рамке 2.

Устройство работает следующим образом. При подаче тока управления в обмотку 2 возникает пара сил, приложенных к сторонам рамки, расположенным в зазорах магнитной системы между внутренними магнитопроводами 6 и магнитопроводящим выступом 9. Так как направление магнитного потока в обоих зазорах одинаково, а направление тока в сторонах обмотки противоположное, то возникающие силы имеют противоположное направление и, следовательно, создается вращающий момент, поворачивающий рамку 2 вместе с отклоняющим элементом (зеркалом) 13. Величина вращающего момента и быстродействие зависят от величины магнитной индукции в рабочих зазорах, которая в данной конструкции значительно выше, чем у прототипа благодаря высокой концентрации магнитного поля и малому рассеянию его, что обусловлено отсутствием близко расположенных деталей магнитопровода и наличием немагнитной вставки 10. Увеличению быстродействия способствует также уменьшение момента инерции вращающихся частей за счет облегчения рамки и выполнения ее с разрывом 12, что исключает протекание тока от ЭДС движения в металлическом каркасе, который, взаимодействуя с магнитным полем, создавал бы паразитный тормозной момент. Этой же цели служат и электроизоляционные вкладыши 11, в которых размещены опоры 4 полуосей 3, не позволяя замыкаться ЭДС, наводимой в рамке, через опоры и детали магнитопровода. Благодаря тому, что полуоси 3 закреплены внутри выступа 9, а также за счет применения компактной высокоэффективной магнитной системы, существенно сокращаются габариты устройства.

Следовательно, реализация предложенного технического решения дает технический результат, заключающийся в увеличении быстродействия устройства и уменьшении его габаритов.

В настоящее время по материалам заявки изготовлено устройство, испытания которого подтвердили возможность реализации предложенного технического решения и достижения указанного выше технического результата.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1154633, кл. G 02 B 26/08, 1983 г.

2. Прецизионные цифровые системы автоматического управления. В.Г. Выскуб, Б.С. Розов, В.И. Савельев. М., Машиностроение, 1984 г., с. 24, рис. 16, .

3. Разработка предприятия - "Механизм исполнительный", чертеж АИЖЮ. 654116.002.

Устройство содержит неподвижное основание, подвижную рамку с токовой обмоткой, магнитную систему в виде двух пар магнитов, с магнитами, установленными разнонаправленно и навстречу друг другу, внутренние магнитопроводы, размещенные между магнитами каждой пары, первый и второй наружные магнитопроводы и отклоняющий элемент. При этом первый наружный магнитопровод выполнен с магнитопроводящим выступом, размещенным симметрично относительно внутренних поверхностей токовой обмотки рамки, и закреплен на неподвижном основании. Пары магнитов магнитных пар установлены по разные стороны противоположных наружных боковых поверхностей токовой обмотки рамки, первый и второй наружные магнитопроводы установлены напротив друг друга с возможностью контакта с разноименными полюсами магнитов магнитных пар. Отклоняющий элемент консольно закреплен на подвижной рамке, полуоси которой закреплены внутри рамки в выступе первого магнитопровода и снабжены вкладышами из электроизоляционного материала. Между первым наружным магнитопроводом и его магнитопроводным выступом предусмотрена вставка из немагнитного материала. Металлический каркас подвижной рамки выполнен с разрывом, заполненным электроизоляционным материалом. Обеспечивается увеличение быстродействия и уменьшение габаритов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для отклонения светового пучка, содержащее неподвижное основание, подвижную рамку с токовой обмоткой, установленную на двух полуосях в опорах, магнитную систему в виде двух пар магнитов, с магнитами, установленными разнонаправленно и навстречу друг другу, внутренние магнитопроводы, размещенные между магнитами каждой пары, первый наружный магнитопровод с магнитопроводящим выступом, размещенным внутри подвижной рамки, закрепленный на неподвижном основании, а также отклоняющий элемент, жестко связанный с подвижной рамкой, отличающееся тем, что оно снабжено вторым наружным магнитопроводом, при этом магнитопроводный выступ первого наружного магнитопровода размещен симметрично относительно внутренних поверхностей токовой обмотки рамки, пары магнитов магнитных пар установлены по разные стороны противоположных наружных боковых поверхностей токовой обмотки рамки, первый и второй наружные магнитопроводы установлены напротив друг друга с возможностью контакта с разноименными полюсами магнитов магнитных пар, причем отклоняющий элемент консольно закреплен на подвижной рамке, а полуоси закреплены внутри рамки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между первым наружным магнитопроводом и его магнитопроводным выступом предусмотрена вставка из немагнитного материала. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опоры полуосей подвижной рамки размещены в выступе первого магнитопровода и снабжены вкладышами из электроизоляционного материала. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что металлический каркас подвижной рамки выполнен с разрывом, заполненным электроизоляционным материалом.