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功率电感:振镜扫描技术的进步让激光跳多种舞(下)

2016/4/27

  ScannerMAX的结构则完全不同。输出轴的直径通常与磁铁的直径一样,由于轴的刚度与直径的四次方成正比,仅由直径这一项,其刚度就比常规的振镜要增加5倍以上。此外,它没有使用停止销,因此也不需要停止孔,使得该轴尽可能的短,而且没有内部空隙,从而达到大刚度(见图1)。

  图1. 传统振镜的转子结构(左)与ScannerMAX Saturn的转子结构(右)对比。

  为了在不使用停止孔的情况下限制电机的旋转,该扫描仪使用了一个正在申请专利的外部镜子保险杠。然后该镜子被直接安装在轴的一个槽内,所以没有使用单独的镜座。使用此转子技术,磁铁和镜子之间的距离(一个决定共振的终的因素)显著缩短了。

  后,镜子和轴之间的界面不是一个简单的槽,而是一个包含“靠背”的槽。我们把这个比作坐在带有靠背的椅子上和坐在凳子上的差别。所有转子组件和改进后的反射镜支撑系统所带来的刚度增加意味着在伺服回路中已不需要使用陷波滤波器,简化了伺服设计,同时也促进非常光滑和纯净的镜子运动。

  冷却的振镜

   传统的振镜构造是一个圆型的钢铁外壳,铜导线被放置在钢壳与中心的磁铁之间。这导致了各种局限性,包括因为需要在线圈和空气空间之间进行平衡而带来的空气隙中磁通量密度的限制,以及可以从电机中带走的热量的限制。

  与之不同的是,ScannerMAX在位于钢层内的槽之间使用铜导线,通过这种方式,空气隙被显著减小而系统的磁通量密度被大大提高(参见图2)。这些槽也使得使用更粗的铜线成为可能,这将降低线圈的电阻。

  

  

  图2. 图中显示了带制冷器的传统振镜的转子结构(左)和无需冷却的ScannerMAX Saturn的转子结构(右)。

  随着磁铁和钢铁之间的磁通密度的增加,产生相同的扭矩所需要的铜线的圈数变少,使得电机可以在比传统的振镜更低的温度下运行。在输出相同扭矩的情况下,该扫描仪的温度通常只有传统扫描振镜的1/3到1/2。因为振镜中的热量直接正比于线圈的电阻,所以它们在给定的输出扭矩下运行的温度更低,或者相反地,在给定的热量下产生的扭矩更大(参见图3)。

  图3.在热方面不堪重负的传统的振镜电机(左)与在提供的扭矩下运行温度更低的ScannerMAX Saturn电机(右)的比较。

  增加转子的刚度可以通过减少系统的共振来增加扫描速度,本质上是避开发生图像失真的频率。降低电机线圈的电阻也因其可以使得电机可以在更高的速率下工作而不至于过热而提高了扫描速度。对于激光灯光表演显示器来说,Pangolin公司的ScannerMAXSaturn 1 产品在没有外部制冷的情况下提供了一个比行业标准快3倍的扫描速度(参见图4)。

  图4.因其比传统扫描振镜高三倍的速度(而且价格也低三倍),ScannerMAX需要更少的电力,更少的物理空间,以及无需外部冷却。

  在投影显示器之外,我们相信这种技术的大受益者将是从事共焦显微镜以及光学相干断层扫描的生物医学研究者,因为这些应用直到现在都依赖于传统振镜的当前版本,而因为扫描中产生的热,这些振镜都具有相对短的寿命。

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梁先生06:02:59
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