Anwendungsbeispiele des Magnetlager-Motors CM-AMB-400 für optische Anwendungen

In optischen Anwendungen kommen zur Strahlablenkung rotierende Elemente mit hohen Drehzahlen zum Einsatz, wie zum Beispiel scheibenförmige Rotoren in Beam-, Infrarot-, Röntgen-Choppern, Diffusorscheiben in Interferometern oder Spiegeln in Hochgeschwindigkeitskameras oder Lasersystemen. Die modulare Bauweise des Magnetlager-Motors CM-AMB-400 ermöglicht es einen applikationsspezifischen Rotor zu verwenden. Der Magnetlager-Motor ist so konzipiert, dass Strahlen in radialer wie auch in axialer Richtung auf den Rotor gelenkt und durch die Rotation abgelenkt oder getaktet (gechoppert) werden können.

Durch die Regelung des Motors CM-AMB-400 mit dem Controller CC-AMB-1500 kann eine Chopper-Frequenz-Stabilität von besser +/- 0.03% erreicht werden. Der Algorithmus der Drehzahlregelung ermöglicht es die Rotationsposition der Scheibe mit der Strahlfrequenz zu synchronisieren.

Die Drehzahlsynchronen Auslenkungen des Rotors sind abhängig von der Rotorgeometrie im Bereich von Zehnteln eines Mikrometers, wogegen die asynchronen Rotorauslenkungen im Mikrometerbereich ausgeregelt werden.

Mögliche Strahldurchführung für Chopper-Anwendungen

Bei der klassischen Chopper-Scheibe führen die Löcher in axialer Richtung durch den Rotor. Der Stator verfügt dazu über Öffnungen in axialer Richtung, um den Strahl in einem Abstand parallel zur Rotationsachse vorbeizuführen (siehe Abbildung 1). Der minimale Abstand von der Rotationsache beträgt 12.5 mm, der maximale Abstand kann applikationsspezifisch angepasst werden.

Anstelle von Bohrungen im Rotor kann auch ein axialer Strahl durch das Loch im Stator auf eine drehende, beschichtete Scheibe zur Modifikation des Strahls, z.B. in einem Interferometer verwendet werden.

Wenn der Rotordurchmesser weiter verringert werden soll, um im Gegenzug zum Beispiel die Drehzahl weiter zu erhöhen, können die Bohrungen im Rotor auch radial angeordnet werden, dazu verfügt der Stator ebenfalls über Öffnungen (Abbildung 2).

Reflektierende Flächen auf dem Umfang des Rotors ermöglichen es die Chopper-Frequenz zu maximieren. Dabei wird der Strahl nicht mehr komplett unterbrochen sondern abgelenkt (Abbildung 3).

Der Motor CM-AMB-400 bietet auch die Möglichkeit den Strahl direkt durch den Rotor zu führen, auf oder nahe der Rotationsachse. Eine entsprechende Illustration findet sich in Abbildung 4.

Falls der Strahl nicht vollständig durch den Rotor geführt werden soll kann auch ein Rotor verwendet werden, welcher einseitig über eine Zentrumsbohrung verfügt. Der Strahl wird dabei axial durch den Rotor geführt, vom Spiegel im Zentrum des Rotors um 90° abgelenkt und dadurch radial aus dem Rotor abgestrahlt (Abbildung 5).

Spiegelrotoren werden im klassischen Fall in Prismaform hergestellt. Dabei sind Formen vom zweiseitigen, dreiseitigen bis zum n-seitigen Prisma möglich. Der Strahl wird bei diesen Applikationen radial eingestrahlt und wieder radial abgestrahlt. Die axiale Breite des Spiegel, respektive Prismas, kann applikationsspezifisch angepasst werden. Ein Beispiel eines 3-seitigen Prismas ist in Abbildung 6 dargestellt.