数码相机快门用直流驱动器的电磁场仿真

    前言

    快门是相机上控制感光片有效曝光时间的一种装置。电磁快门通过电路控制快门线圈来控制快门时间。

    1 、数码相机中的驱动器

    现代数码相机对运动控制的要求较高， 它们是在很小体积内装有驱动器数量最多的精巧设备之一。 数码相机 DSC(digital scene camera) 中常见的四种驱动器类型如图 1 所示。① Shutter:DC Actuator 是用来驱动快门的直流驱动器，它以恒流驱动( C C D ) 模式控制，可实现高速的快门作业(现代 DSC 的快门速度超过 1/2,000 秒);② AF:STM(step motor) 是步进马达，能对焦距进行精确位置控制。③ Iris:STM 为光学变焦用步进马达。④ Zoom:DCM(direct current motor) 为调节光圈用直流马达。

    为满足数码相机等便携式电子设备对直流驱动器功耗小、控制方便及缩小空间的要求， 有必要对其进一步研究。

    2 、仿真软件简介

    大多数电磁元件的分析和设计， 都可归结为求解电磁场边值问题。 即给定边界条件下 , 对拉普拉斯方程或泊松方程的求解。 求解边值问题的方法 , 可以分为解析法和数值法两大类。 只有少数几何形状比较简单的元件，可得到方程的解析解 , 但在许多实际问题中往往由于边界条件过于复杂， 利用场的方法进行分析， 涉及到复杂的电磁理论和应用数学的问题， 十分繁难，很难得到解析解, 在这些情况下，一般借助于数值解法对电磁场进行分析计算。 近几十年来, 随着计算机的飞速发展和广泛应用， 各种行之有效的数值计算方法得到了巨大的发展，而有限元素法则是计算机诞生以后 , 在计算数学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。随着有限元理论基础的日益完善 , 出现了很多通用和专用的有限元计算软件。A N S Y S 软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件， 可用来求解不同情况下的电磁场问题。

    3 、仿真计算过程

    3.1、前处理

    A N S Y S 前处理模块提供了强大的实体建模、网格划分功能及灵活方便的边界条件施加方式。

    3.1.1 、过滤图形界面

    既简化图形用户界面，选择电磁场 e l e c t r o m a g -netic 中的磁节点 magnetic-nodal 选项进行分析。

    3 . 1 . 2 、根据直流驱动器的实际模型进行几何建模

    直流驱动器的实际物理模型如图 2 所示，两个铁心圆柱体，中间被空隙分开，线圈中心位于孔隙中心。实际模型不仅关于 y 轴对称而且关于 x o z 平面对称，可用 2 D 静磁场对其 1 / 4 截面进行仿真分析，建立几何模型如图 3 所示。模型由三个区域组成: 衔铁区、线圈区、空气区。