專利名稱：用于投影系統(tǒng)的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置及所屬方法
用于投影系統(tǒng)的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置及所屬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，以便使鏡面在角位置之間交替偏 轉(zhuǎn)。本發(fā)明特別涉及一種用在投影系統(tǒng)中的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置，以便使鏡面 在相對(duì)于靜止位置傾斜的兩個(gè)角位置之間交替移動(dòng)，其中，該驅(qū)動(dòng)裝置 使用了由永磁體與動(dòng)圏組成的簡(jiǎn)單組合。
在現(xiàn)有技術(shù)中，鏡面在兩個(gè)位置之間移動(dòng)，使得投影圖像的像素密 度加倍。這通過兩個(gè)交換的半像產(chǎn)生，每個(gè)半像具有總圖像的一半像素 數(shù)。半像由于鏡面移動(dòng)的緣故輕微地相對(duì)偏移。例如， 一個(gè)半像可以向 下相對(duì)于另一個(gè)半像具有位移，該位移相當(dāng)于像素大小的一半。肉眼將 兩個(gè)互相跟隨的圖像合成，以便形成唯一 的總圖像。
當(dāng)所需要的振幅典型性地非常小時(shí)，進(jìn)入非常高的加速度狀態(tài)，例
如總計(jì)12G或更高。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的力，本應(yīng)用領(lǐng)域中目前使用的驅(qū)動(dòng)器包括多個(gè)磁體 和多個(gè)可移動(dòng)部件。

圖1A和1B示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種驅(qū)動(dòng)器，其 用來驅(qū)動(dòng)投影儀中的鏡面。圖1A示出了已組裝的構(gòu)件1,圖1B示出了 圖1A中構(gòu)件的分解圖。為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)鏡面所需要的力，需要兩個(gè)動(dòng)圏4、 四個(gè)永久f茲體14以及五個(gè)鋼元件(四個(gè)鋼一反12和一個(gè)基座16 )。
如借助附圖可以看出的那樣，需要許多昂貴的組件，其組裝起來很 困難并且由于其復(fù)雜性而具有出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。
故此而需要一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的構(gòu) 件，該構(gòu)件包括永磁體和線圏，以使得表面在兩個(gè)互相鄰近的角位置之 間在高頻率下旋轉(zhuǎn)。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，其是包括永磁體 和線圏的簡(jiǎn)易元件，以使得表面在兩個(gè)互相鄰近的角位置之間在高頻率 下旋轉(zhuǎn)。該驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)該特別適用于鏡面在兩個(gè)角位置之間相對(duì)于靜止 狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的借助于由永磁體和動(dòng)圏組成的簡(jiǎn)易組合來實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明，用于使得鏡面在兩個(gè)角位置之間交替偏轉(zhuǎn)的電磁驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有固定的磁場(chǎng)構(gòu)件、鏡面支架以及可圍繞軸線移動(dòng)支承的部件， 其中磁場(chǎng)構(gòu)件包括兩個(gè)磁極，并且磁場(chǎng)構(gòu)件的其中 一 個(gè)磁極包括兩個(gè)開 口，磁場(chǎng)構(gòu)件的另一個(gè)磁極包括兩個(gè)臂，這兩個(gè)臂如下設(shè)計(jì)，即，在這 兩個(gè)開口中的每一個(gè)開口中分別插入一個(gè)臂，從而在臂和被臂插入的開
口的邊緣之間存在空隙，磁場(chǎng)構(gòu)件的磁通從一個(gè)磁極向另 一個(gè)磁極跨過
該空隙；鏡面支架的可移動(dòng)支承的部件包括臂，在該臂上設(shè)置鏡面并且 在軸線的兩側(cè)分別設(shè)置了動(dòng)圏，其中鏡面支架和磁場(chǎng)構(gòu)件相互這樣設(shè) 置，即，在這兩個(gè)開口中的每一個(gè)開口中分別至少部分地插入一個(gè)動(dòng)圏 并讓另 一個(gè)磁極的臂嚙合到各個(gè)動(dòng)圏中，從而磁通通過動(dòng)圏的線匪。
該電磁驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選具有下述特征，即，》茲場(chǎng)構(gòu)件包括永i茲體、上 板和下板，上板形成磁場(chǎng)構(gòu)件的一個(gè)》茲極，下板形成;茲場(chǎng)構(gòu)件的另一個(gè) 磁極。
可移動(dòng)支承的元件的可移動(dòng)的支承優(yōu)選通過扭桿在鏡面支架的外 圍上實(shí)現(xiàn)。
外圍、扭桿以及鏡面支架的臂可以優(yōu)選地由鑄造的鋁合金一體地制成。
為了在兩個(gè)角位置之間轉(zhuǎn)換鏡面，可以順序?qū)嵤┫率龇椒ㄔ诘谝?步驟中，電流以合適的方向通過動(dòng)圏流動(dòng)。由于在電流流過的導(dǎo)體上的 力，線圈獲得與其繞組以及通過線圏的磁通垂直的力，該力合成扭矩到 鏡面支架的可移動(dòng)支承的部件的臂上并且使得鏡面偏轉(zhuǎn)到角位置中。在 第二步驟中，電流方向并從而扭矩反向，從而使得鏡面偏轉(zhuǎn)到另一個(gè)角 位置中。在第三步驟中，循環(huán)重復(fù)第一步驟和第二步驟。
其中，這些步驟以非常迅速的次序重復(fù)，以致于在鏡面支架的可移 動(dòng)支承的部件的臂上出現(xiàn)> 12G的加速度。
動(dòng)圏是已知的。動(dòng)圈起初被研發(fā)用于揚(yáng)聲器，動(dòng)圏同時(shí)還可以用于 使得元件在不同構(gòu)件中移動(dòng)并由此來替代步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器或類似物。例如， 動(dòng)圏可以應(yīng)用在硬盤驅(qū)動(dòng)中以使得支承頭部的臂在盤片的范圍內(nèi)擺進(jìn) 或再次擺出。動(dòng)圏通過下述方式被激活，即，通過繞組傳送電流，由此 產(chǎn)生垂直的力。由磁體和兩個(gè)板引起的磁通橫穿空隙。從而動(dòng)圈根據(jù)電 流方向的不同而向上或向下移動(dòng)。
相應(yīng)于本發(fā)明的永磁體包括上表面和下表面，上表面形成一個(gè)磁 極，下表面形成另一個(gè)磁極。上表面具有開口，以便容納動(dòng)圈，下表面具有臂，該臂插入動(dòng)圈的開口中。以這種方式創(chuàng)造性地利用僅僅一個(gè)永 磁體就在圍繞驅(qū)動(dòng)裝置的兩個(gè)動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的空隙中產(chǎn)生了很高的磁通。 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，除了永;茲體，；茲體僅包括兩個(gè)4失》茲
材料如沖壓鋼的部件 一個(gè)上板和一個(gè)下板，它們通過永磁體保持在一 起，使得每個(gè)板形成一個(gè)磁極。上板具有開口，以便容納動(dòng)圏，下板具 有臂，該臂插入動(dòng)圏的內(nèi)部。以這種方式創(chuàng)造性地利用僅一個(gè)(例如由 稀土金屬形成的)永磁體和兩個(gè)鐵磁材料的元件就在圍繞驅(qū)動(dòng)裝置的兩 個(gè)動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)器的空隙中產(chǎn)生了很高的磁通。
尚且需要的鏡面支架包括固定的外圍或外部的邊緣以及可移動(dòng)的 臂，該臂安裝在扭桿上，扭桿延伸超過外圍。該臂通過動(dòng)圈移動(dòng)。鏡面 從相對(duì)于動(dòng)圏的一側(cè)固定并且隨著臂移動(dòng)。
下面對(duì)附圖作簡(jiǎn)要的描述。
圖1A (現(xiàn)有技術(shù))是一種已知的用于驅(qū)動(dòng)鏡面的構(gòu)件的等距視圖。 該構(gòu)件包括兩個(gè)動(dòng)圈、四個(gè)；茲體和五個(gè)鋼元件。
圖1B (現(xiàn)有技術(shù))是圖1A所示已知構(gòu)件的分解視圖。
圖2A是等距分解視圖，其示出了相應(yīng)于本發(fā)明的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置。
圖2B是圖2A中的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置在已組裝形式下的等距視圖。
圖3是圖2A和2B中磁場(chǎng)構(gòu)件的等距分解視圖。
圖4示出了圖3B中磁場(chǎng)構(gòu)件在已組裝形式下的等距視圖的截取部分。
圖5是圖2A和2B中的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置在靜止?fàn)顟B(tài)下的側(cè)視圖。 圖6是圖2A和2B中的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置在其中一個(gè)角位置中的側(cè)視圖。 圖7示出了圖2A和2B中鏡面驅(qū)動(dòng)裝置在靜止?fàn)顟B(tài)下的等距側(cè)視圖 的截取部分。
圖8示出了圖2A和2B中鏡面驅(qū)動(dòng)裝置在其中一個(gè)角位置中的等距 側(cè)視圖的截取部分。
圖9是等距側(cè)視圖，其更詳細(xì)地示出了圖2A中鏡面驅(qū)動(dòng)裝置的鏡 面支架的可移動(dòng)部件。
下面以舉例的方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更精確的闡述。
附圖中使用的附圖標(biāo)記依次配屬下列部件1根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)件
4動(dòng)圈 12鋼板 14磁體 16基座 IOO鏡面
101驅(qū)動(dòng)裝置的殼體 102驅(qū)動(dòng)器構(gòu)件 104動(dòng)圈 105 ;茲場(chǎng)構(gòu)件 106鏡面支架 108鏡面
109鏡面卡鎖裝置 110彎曲軸線 112磁場(chǎng)構(gòu)件的上板 114磁體
115磁體的；茲通線
116磁場(chǎng)構(gòu)件的下板
118下板的臂
120動(dòng)圏的開口
122鏡面支架的可移動(dòng)部件
123扭桿
124可移動(dòng)部件的臂 125鏡面支架的外圍
圖2A是等距分解視圖，其示出了相應(yīng)于本發(fā)明的鏡面驅(qū)動(dòng)裝置 100。圖2B是處于已組裝形式下的圖2A所示鏡面驅(qū)動(dòng)裝置100的等距 視圖。
殼體101形成了驅(qū)動(dòng)裝置的基座。鏡面卡鎖裝置109卡到鏡面支架 106中并且將鏡面108保持在鏡面支架106上。磁場(chǎng)構(gòu)件105 (更佳地 在圖3和4中示出)和動(dòng)圈104形成了驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)器102。鏡面支 架106包括一個(gè)可移動(dòng)部件122 (更佳地在圖9中示出)，該部件在扭桿123上轉(zhuǎn)動(dòng)。鏡面108與鏡面支架的可移動(dòng)部件122連接并且隨著該 部件移動(dòng)。
鏡面的偏轉(zhuǎn)通常非常的小，數(shù)量級(jí)為30到60弧秒(0. 007到0. 015 度)。這與雙穩(wěn)態(tài)的驅(qū)動(dòng)裝置相似，其中，鏡面除了靜止位置之外占據(jù) 兩個(gè)偏移位置。鏡面相應(yīng)地從靜止位置偏轉(zhuǎn)+/-0. 015度。這在圖5-8中 很好地示出。當(dāng)所需要的振幅由此非常小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了非常高的加速度， 該加速度例如可以為12G或更高。
動(dòng)圏104包括具有很小截面的金屬線，該金屬線繞圏纏繞并且如此 設(shè)置，使得該動(dòng)圏配進(jìn)開口 120。在一個(gè)具體實(shí)施例中，線圏包括約80 匝。在對(duì)應(yīng)于圖2A和2B的具體實(shí)施例中，線圏的幾何尺寸選為18mm 長(zhǎng)x 4隱寬x 3ram高。線圈例如在該例子中在100到500mA的情況下工 作。(電源未示出)。
圖3示出了磁場(chǎng)構(gòu)件105的分解視圖。磁場(chǎng)構(gòu)件105包括一個(gè)上板 112、僅一個(gè)永磁體114以及一個(gè)下板116。永磁體114將這兩個(gè)板保持 在一起并且還提供如圖4所示的磁通115。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例 中，永^茲體由稀土材料形成，具有約3隨厚、8隱2大的幾何尺寸。下4反 116具有臂118,臂118插入到上板112的開口 120中，但還是保留了 用于動(dòng)圏104的空隙(見圖2A和2B)。板112、 116可以用沖壓的鐵箱t 金屬板制造。不需要切削加工的部件。
驅(qū)動(dòng)裝置殼體101使得板112、 116借助在殼體上設(shè)置的元件彼此 保持在精確的空間布置方式中，板在這些元件上定位。這樣做是必要的， 因?yàn)榇磐◤囊粋€(gè)板到另一個(gè)板將板閉合。在空隙方面，通過內(nèi)部的磁極 形成一個(gè)磁極(下板的臂118),另一個(gè)磁極通過外部磁極的表面(上 板112的開口 122的邊緣)形成。為了簡(jiǎn)化描述，在下面將上板描述為 北極而將下板描述為南極。然而相應(yīng)地也可能有其它極性起作用。
可以看到，就鏡面從靜止位置移動(dòng)到兩個(gè)角位置而言，驅(qū)動(dòng)器常數(shù) 為0. l到0. 2度/A是有利的。如圖2A-4中所示的設(shè)計(jì)方案具有這種能 力。例如在放棄上板112的情況下的其他配置方案即使在驅(qū)動(dòng)器常數(shù)可 能非常小的時(shí)候也可以導(dǎo)致鏡面移動(dòng)。
圖4是磁場(chǎng)構(gòu)件105在已組裝狀態(tài)下的等距視圖的截取部分。同時(shí) 還示出了通過磁體114產(chǎn)生的磁通線115。上板是一個(gè)磁極(本例中為 北極)，下板116是另一個(gè)磁極(南極)。磁通跨過在臂118和開口 120之間的空隙并且作用到動(dòng)圏104上，出于簡(jiǎn)明的原因而未將動(dòng)圏104示 出。如果電流通過動(dòng)圏104傳輸，那么動(dòng)圈104便使鏡面支架106的可 移動(dòng)部件122移動(dòng)，可移動(dòng)部件122圍繞扭桿123轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)通過線圏的 相關(guān)電流方向選擇正確時(shí)， 一側(cè)向上移動(dòng)，另一側(cè)向下移動(dòng)(見圖6-9)。 如果電流方向相反，那么動(dòng)圏就使鏡面支架在另一個(gè)方向上移動(dòng)。
圖5是鏡面驅(qū)動(dòng)裝置100在靜止位置中的側(cè)視圖。鏡面卡鎖裝置109 和殼體出于簡(jiǎn)明的原因未示出。示出了彎曲軸線IIO。圖6是鏡面驅(qū)動(dòng) 裝置IOO在角位置時(shí)的側(cè)視圖?？梢钥吹?，為了更好地說明情況，在此 圖中夸大地示出了偏轉(zhuǎn)。在圖6的例子中，電流(例如)在左手動(dòng)圏的 方向上流動(dòng)，并且通過右手動(dòng)圏在反方向上流動(dòng)。動(dòng)圈104由此產(chǎn)生了 垂直的力，該力反作用到動(dòng)圏104上并且使動(dòng)圈104移動(dòng)。固定在線圏 上的鏡面支架隨著線圈向上(在右手線圏的情況下)或者向下(在左手 線圈的情況下移動(dòng)，也就是說與在間隙中通過磁體114引起的磁場(chǎng)有關(guān)。
圖7是鏡面驅(qū)動(dòng)裝置IOO在靜止位置中的等距側(cè)視圖的截取部分。 圖8是圖2A和2B中鏡面驅(qū)動(dòng)裝置的等距側(cè)視圖的截取部分，該鏡面驅(qū) 動(dòng)裝置處于如圖6所示的角位置中。借助這些附圖可以看出，動(dòng)圈104 向下延伸到開口 120中并圍繞下板的臂118。因此，這兩個(gè)板之間的磁 通在通過動(dòng)圈104將磁通接合的地方最強(qiáng)。
圖9是一個(gè)等距側(cè)視圖，其更詳細(xì)地示出了鏡面驅(qū)動(dòng)裝置106的鏡 面支架122的可移動(dòng)部件。動(dòng)圏104安裝在可移動(dòng)部件122上并由此一 起移動(dòng)。當(dāng)線圏對(duì)臂124施加扭矩時(shí)，扭桿123轉(zhuǎn)動(dòng)。扭桿123的端部 固定在鏡面支架的外圍125上。與此相反，臂124可以相對(duì)于所述外圍 移動(dòng)，鏡面108被設(shè)置在臂124上。
基于這一設(shè)計(jì)方案，僅利用唯一的轉(zhuǎn)動(dòng)的部件123就實(shí)現(xiàn)了彎曲。 在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施例中，扭桿123由鋁合金(經(jīng)驗(yàn)證的是380. 0 ) 鑄造。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)工廠成本、強(qiáng)度以及部件特性之間良好的平衡。扭 桿的截面例如寬1. 5mm且高5. Omm。扭桿包括各長(zhǎng)llmm的兩個(gè)部件。因 此，扭桿長(zhǎng)22隱，并且延伸超出鏡面支架106的外圍125。
在前面的描述中始終提到了僅一個(gè)永磁體。這并不是意味著是一種 限制，而完全可以是例如兩個(gè)或多個(gè)永磁體彼此串接并且它們形成一個(gè) 閉合的總磁通。這樣的組合也應(yīng)該落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但實(shí)際上優(yōu)選 4吏用 一個(gè)唯一的永；茲體。除此以外，在本說明書的范圍內(nèi)主要是針對(duì)了鏡面驅(qū)動(dòng)裝置。該方 案當(dāng)然也可以擴(kuò)展到所有需要具有快速頻率的偏轉(zhuǎn)的情況中。
此外要注意，用于動(dòng)圏的開口 120實(shí)際上并不非要是孔。其也可以 是例如凹陷和/或切槽。
權(quán)利要求
1. 一種電磁驅(qū)動(dòng)裝置，用于讓鏡面在兩個(gè)角位置之間交替偏轉(zhuǎn)，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置具有固定的磁場(chǎng)構(gòu)件和鏡面支架，所述鏡面支架具有可圍繞軸線移動(dòng)支承的部件，其中，所述磁場(chǎng)構(gòu)件包括兩個(gè)磁極，所述磁場(chǎng)構(gòu)件的其中一個(gè)磁極包括兩個(gè)開口，所述磁場(chǎng)構(gòu)件的另一個(gè)磁極包括兩個(gè)臂，這兩個(gè)臂設(shè)計(jì)成使得這兩個(gè)開口中的每一個(gè)開口中分別被插入一個(gè)臂，從而在臂和被臂插入的開口的邊緣之間存在空隙，所述磁場(chǎng)構(gòu)件的磁通從一個(gè)磁極向另一個(gè)磁極跨過該空隙；所述鏡面支架的可移動(dòng)支承的部件包括臂，在該臂上設(shè)置鏡面并且在軸線兩側(cè)分別設(shè)置了動(dòng)圈；其中鏡面支架和磁場(chǎng)構(gòu)件相互這樣設(shè)置，即，在這兩個(gè)開口中的每個(gè)開口中都分別至少部分地插入一個(gè)動(dòng)圈并讓另一個(gè)磁極的臂嚙合到各個(gè)動(dòng)圈中，從而磁通通過動(dòng)圈的線匝。
2. 按權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)構(gòu) 件包括永石茲體、上板和下板；并且所述上板形成所述磁場(chǎng)構(gòu)件的一個(gè)磁 極，所述下板形成所述》茲場(chǎng)構(gòu)件的另一個(gè)》茲極。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述可 移動(dòng)支承的部件的可移動(dòng)的支承通過扭桿在所述鏡面支架的外圍上實(shí) 現(xiàn)。
4. 按權(quán)利要求3所述的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，外圍、扭桿 以及所述鏡面支架的臂優(yōu)選由鑄造的鋁合金一體地制成。
5. 借助權(quán)利要求1所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置讓鏡面在兩個(gè)角位置之間轉(zhuǎn) 換的方法，其中，在第一步驟中，電流以合適的方向通過動(dòng)圏流動(dòng)，從 而由于在電流流過的導(dǎo)體上的力，線圏獲得與其繞組以及通過線圈的磁 通垂直的力，該力合成扭矩到所述鏡面支架的可移動(dòng)支承的部件的臂上 并使得所述鏡面偏轉(zhuǎn)到一個(gè)角位置中；在第二步驟中，電流方向并從而扭矩反向，從而使得所述鏡面偏轉(zhuǎn)到另一個(gè)角位置中；在第三步驟中，循環(huán)重復(fù)所述第一步驟和所述第二步驟。
6. 按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，這些步驟以非常迅速 的次序重復(fù)，以致于在所述鏡面支架的可移動(dòng)支承的部件的臂上出現(xiàn)> 12G的加速度。
全文摘要
一種磁力驅(qū)動(dòng)裝置使用了僅一個(gè)永磁體和兩個(gè)動(dòng)圈，以便讓鏡面相對(duì)靜止位置在兩個(gè)角位置之間交替。磁場(chǎng)構(gòu)件使磁通作用于動(dòng)圈。一個(gè)上板和一個(gè)下板通過永磁體保持，從而每個(gè)板形成了一個(gè)磁極。借助于通過線匝的電流來激活動(dòng)圈，引起圍繞線圈的磁場(chǎng)。于是線圈對(duì)應(yīng)于電流中的預(yù)設(shè)向上或向下移動(dòng)。鏡面支架包括固定的外圍和可移動(dòng)的臂，臂與扭桿連接，扭桿延伸超過所述外圍。臂通過動(dòng)圖移動(dòng)并且扭轉(zhuǎn)該扭桿。由此，固定在臂上的鏡面也發(fā)生移動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K33/18GK101536294SQ200780030534
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者P·梅納德 申請(qǐng)人:Oc歐瑞康巴爾斯公司