一种永磁悬浮式空间相机的结构的制作方法

2021-02-15 01:02:13|

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本发明涉及永磁悬浮领域，尤其涉及一种永磁悬浮式空间相机的结构。

背景技术：

磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无润滑等一系列优良特性，所以其具有重要的商业价值，在工业中有着比较广泛的应用前景。永磁悬浮技术是利用永磁体自身产生的磁场实现稳定悬浮，悬浮力大、耗能小，且不需要任何复杂的电控系统，因此结构较为简单。永磁体可构成的形式多种多样，当前应用最为广泛的是钕铁硼永磁材料，其性能高且经济性好，因而在工业及民用领域得到广泛的推广。综合上述特点，永磁悬浮技术的应用领域非常广泛。

在外太空领域，考虑到设备的维护及回收难度大且成本高昂，因此设备的使用寿命与可靠性就显得尤为重要。现有在轨运行的空间相机主要采用包含轴承面接触在内的机械接触方式来承受载荷，因此磨损较大，并且将严重影响设备的使用寿命。由于永磁悬浮技术可有效的消除磨损，因此与机械接触的应力疲劳寿命相比，采用永磁悬浮技术可显著的延长设备的使用寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种永磁悬浮式空间相机的结构，以解决传统空间相机因机械接触造成磨损而导致寿命较短的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种永磁悬浮式空间相机的结构，包括相框和n个活动组件，n为大于等于1的自然数；

所述相框包含第一导向条、第二导向条、第一限位条和第二限位条，其中，第一导向条、第二导向条平行设置、第一导向条位于第二导向条上方；第一限位条的两端分别和第一导向条的一端、第二导向条的一端垂直固连，第二限位条的两端分别和第一导向条的另一端、第二导向条的另一端垂直固连；

所述第二导向条采用导磁材料制成，其上端面沿第二导向条长度方向均匀设有n道滑槽；所述第一导向条的下端面沿第一导向条长度方向设有n条和第二导向条上端面滑槽一一对应的限位槽，所述限位槽呈倒“凸”字形，包含连接部和限位部，所述连接部的宽度小于限位部的宽度；

所述活动组件包含镜框、镜片、连接片、2m个横向轴承、2m组竖向轴承和若干永磁体，m为大于等于2的自然数；每组竖向轴承均包含4个横向轴承；

所述镜框呈空心矩形状、用于固定镜片，包含第一至第四固定条，其中，第一固定条、第三固定条平行设置，第一固定条位于第三固定条上方；第二固定条的两端分别和第一固定条的一端、第三固定条的一端垂直固连，第四固定条的两端分别和第一固定条的另一端、第三固定条的另一端垂直固连；

所述连接片为长方形薄片、长度和所述第一固定条相等，其一个长边和第一固定条上端面垂直固连；连接片的侧壁上沿其长度方向均匀设有m个轴承安装孔，且连接片的两个侧壁上都均匀设有m组轴承安装柱、m组轴承安装柱和m个轴承安装孔交替排列；每组轴承安装柱包含四个和连接片垂直固连的轴承安装柱，且该四个轴承安装柱在连接片上投影的连线形成两条边和第一固定条平行的正方形；

所述第三固定条的侧面上沿其长度方向均匀设有m个轴承安装孔；

所述2m个横向轴承中，m个横向轴承一一对应安装在第三固定条的m个轴承安装孔内，内圈均和第三固定条固连，外圈两侧分别从第三固定条的两侧对称露出、能够自由转动；另外m个横向轴承一一对应安装在连接片的m个轴承安装孔内，内圈均和连接片固连，外圈两侧分别从连接片的两侧对称露出、能够自由转动；

所述2m组竖向轴承一一对应安装在连接片两侧的2m组轴承安装柱上，竖向轴承的内圈和其对应轴承安装柱同轴固连；

所述第三固定条的侧面上沿其长度方向均匀设有若干和所述永磁体一一对应的永磁体安装孔，所述永磁体一一对应设置在第三固定条的永磁体安装孔中；

所述n个活动组件平行设置，n个活动组件镜框的第三固定条一一对应设置在第二导向条上端面的n道滑槽中；n个活动组件的连接片一一对应伸入第一导向条下端面的n道限位槽中，连接片上的m个横向轴承、2m组竖向轴承均位于其对应限位槽的限位部中；

所述活动组件第三固定条上的永磁体、第二导向条以及两者间的气隙形成闭环磁路，使得活动组件悬浮，此时，活动组件连接片上的横向轴承均和其对应限位槽的限位部两侧相切，活动组件镜框连接片上的竖向轴承和其对应限位槽的限位部的上下端面均不接触，活动组件镜框第三固定条上的横向轴承均和其对应的第二导向条上端面滑槽的两侧相切。

作为本发明一种永磁悬浮式空间相机的结构进一步的优化方案，所述m取4。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.采用永磁悬浮，体积小、无需控制、结构简单，可显著减小竖向轴承的磨损，从而大幅提高空间相机的使用寿命；

2.第二导向条由导磁材料制成，能够根据实际需求灵活的调整导向条的数量；

3.永磁体采用较为少见的非厚度方向充磁，由于第二导向条的设计与永磁体充磁方向密切相关，在相邻镜框间距一定的情况下，采用非厚度方向充磁不但能减小镜框在竖直方向的尺寸，而且会减小导向条的尺寸，即从整体上讲，可在一定程度上减小空间相机的重量；

4.原有结构中用于承载的竖向轴承调整为空间相机起限位作用的过载保护装置，既保证了悬浮的稳定性，又增加了结构的可靠性；

5.每个镜框均为独立的运动组件，横向轴承组在保证运动组件沿导向条独立运动的同时，起到限位作用，可使永磁体始终位于导向条中间，保证悬浮的稳定性与可靠性。

附图说明

图1为永磁悬浮式空间相机结构示意图；

图2为永磁悬浮式空间相机局部剖视图；

图3为本发明中横向轴承安装孔与永磁体安装孔的示意图；

图4为本发明中第一导向条、连接片、镜框相配合的结构示意图；

图5为永磁悬浮式空间相机的磁力线分布图；

图6为永磁体充磁方向示意图。

图中，1-相框，2-镜框，3-镜片，4-第一导向条，5-第一限位条，6-第二导向条，7-第二限位条，8-第一固定条，9-第二固定条，10-横向轴承组，11-永磁体，12-永磁体安装孔，13-竖向轴承组，14-横向轴承安装孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

请参照图1所示，本发明公开了一种永磁悬浮式空间相机的结构，包括相框和n个活动组件，n为大于等于1的自然数。

如图2所示，所述第二导向条采用导磁材料制成，其上端面沿第二导向条长度方向均匀设有n道滑槽；所述第一导向条的下端面沿第一导向条长度方向设有n条和第二导向条上端面滑槽一一对应的限位槽，所述限位槽呈倒“凸”字形，包含连接部和限位部，所述连接部的宽度小于限位部的宽度。

所述活动组件包含镜框、镜片、连接片、2m个横向轴承、2m组竖向轴承和若干永磁体，m为大于等于2的自然数；每组竖向轴承均包含4个横向轴承。

所述镜框呈空心矩形状、用于固定镜片，包含第一至第四固定条，其中，第一固定条、第三固定条平行设置，第一固定条位于第三固定条上方；第二固定条的两端分别和第一固定条的一端、第三固定条的一端垂直固连，第四固定条的两端分别和第一固定条的另一端、第三固定条的另一端垂直固连。

所述第三固定条的侧面上沿其长度方向均匀设有m个轴承安装孔。

所述2m个横向轴承中，m个横向轴承一一对应安装在第三固定条的m个轴承安装孔内，内圈均和第三固定条固连，外圈两侧分别从第三固定条的两侧对称露出、能够自由转动；另外m个横向轴承一一对应安装在连接片的m个轴承安装孔内，内圈均和连接片固连，外圈两侧分别从连接片的两侧对称露出、能够自由转动。

所述2m组竖向轴承一一对应安装在连接片两侧的2m组轴承安装柱上，竖向轴承的内圈和其对应轴承安装柱同轴固连。

所述第三固定条的侧面上沿其长度方向均匀设有若干和所述永磁体一一对应的永磁体安装孔，所述永磁体一一对应设置在第三固定条的永磁体安装孔中，如图3所示。

所述m取4。

如图5、图6所示，被动悬浮原理如下：

磁阻力效应是利用悬浮系统的结构特点和磁阻力总是有使磁路磁阻最小趋势的性质来实现系统的稳定悬浮。当各个永磁体位于磁场中心时，磁力线以近似直线的形式穿过永磁体，此时磁场的路径最短。永磁体与其对应第二导向条在竖直方向上产生相对位移时，磁力线将以曲线的形式穿过永磁体，磁场路径的长度发生改变，根据磁路最短原理，永磁体与其对应第二导向条间的磁场因趋于“磁阻最小”而产生的磁拉力，将使永磁体回到磁场路径最短位置。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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