CN1210630A - 带电磁支承装置和可弹性绕轴转动的对中元件的驱动装置, - Google Patents

Abstract

一种驱动装置包括一第一主体(1)及可相对其旋转的第二主体(3),使第二主体绕旋转轴(5)旋转的电磁装置,以及为支承第二主体相对第一主体无机械接触的电磁支承装置(1b,3a)。主体之一具有一杆形对中元件(7)而另一主体则具有带围绕旋转轴的对中壁(9a)的中心孔,对中元件的对中部分(7a)有间隙地与中心孔配合。为形成一种紧急轴承座,杆形对中元件是弹性地可绕轴转动的,对中部分不仅可呈现为一中心位置而且也可呈现对此中心位置径向偏移的各个位置,该偏移是由于第二主体在旋转中与对中壁接触而引起。

Description

带电磁支承装置和可弹性绕轴转动 的对中元件的驱动装置

本发明涉及一种驱动装置，包括第一主体和相对所述第一主体可转动的第二主体，为使第二主体绕旋转轴转动的电磁装置，以及为支承第二主体相对第一主体无机械接触的电磁支承装置，主体之一具有一杆形对中元件而另一主体则具有带围绕旋转轴的对中壁的中心孔，对中元件的对中部分有间隙地与中心孔配合。

本发明还涉及一光学单元，该光学单元包括上述驱动装置及一面将射线束指向某一表面的镜子，该镜子安装在驱动装置的第二主体上。

EP-A 0 459 585(PHN 13.343)中已知这样一种单元，此单元包括一面可旋转的镜子，特别是多边形的镜子，及一个驱动单元。驱动装置包括载带着镜子的转子部分，该转子部分被支承以便可绕旋转轴转动，该转子部分包括一盘形的至少部分为永久磁铁的转子体。驱动装置还包括带有两个延伸到转子体磁场中的线圈装置的定子部分。两线圈装置的第一个包括用于产生作用在转子体上的电磁驱动力的线圈，以使转子部分因此也使镜子旋转。第二线圈装置包括用于产生作用在转子体上的电磁支承力的线圈，以便电磁地即无机械接触地相对于定子部分支承转子部分。

为了保持转子体以及镜子在线圈未激励状态下大致处于对中位置，定子部分包括一个对中销子，此销子与旋转轴线重合并以足够间隙伸入转子部分的中心孔中，该中心孔由一围绕旋转轴的壁限定。对中销子与限定孔的壁之间的间隙应足够大，以致在正常使用中即使有普通的容差，在对中销子与转子部分之间也不出现接触。

曾经设想万一发生事故时，诸如突然的电力中断或作用在扫描单元上的冲击，使用对中销子与限定中心孔的壁作为紧急轴承座。然而已知的结构不适合于这一目的，已经发现万一发生事故时转子部分首先由对中销子保持但很快采取一种回旋运动或抖动，该运动最终导致转子部分强烈的不可控制的振动偏移，直至转子部分停止，通常导致驱动装置部件的损坏。

本发明的目的在于提供一种在开始段落中所述型式的带有一有效起作用的紧急轴颈的驱动装置。

为此目的，根据本发明的驱动装置的特征在于杆形对中元件是弹性地可绕轴转动的，对中部分，除去中心位置外，还可能采取对此中心位置径向偏置的各个位置，这些偏置位置是由于第二主体旋转中与对中壁接触而造成。

已经发现在工作状态中根据本发明的驱动装置可能对抗由外部原因，诸如动力中断或强烈冲击产生的对旋转体转动的破坏，其方式是相关的主体可以逐渐停止。由于使用对中元件获得了这一有利的效果，在旋转体转动破坏后该对中元件的弹性允许它产生偏移。这就使旋转体有可能实际上沿对中部分滚动而不失去与该部分的接触。

最好是，这样来设计尺寸，使第二主体的质量中心处于对中部分的位置。此外，可取的是使对中元件的可绕轴转动部分的质量比第二主体的质量小。这两个措施为旋转体提供了有效的紧急轴承座，为了避免不希望的磁力，对中元件最好用非磁性材料制造。

在驱动装置的静止状态中，对中元件能保持所述二主体大致处于彼此对中的位置。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，对中元件已经紧固在第一主体上而中心孔已经在第二主体上形成。此实施例是一种简单结构，同时可旋转的主体无需配置任何比较弛缓的结构元件。换句话说，第二主体可以是一刚性结构。另外一个优点是可旋转的主体重量可以很轻。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，对中部分与对中壁二者均为环形圆柱体，对中部分在一距离范围内是径向可移动的，该距离至少大致等于对中壁与对中部分之间直径差值的一半。所述直径的差值提供一必需的间隙，以便在正常工作中允许可旋转体稍微倾斜。而且此间隙允许第二主体在旋转中有某些偏心，例如由产品公差所造成的。如果由于事故第二主体与对中部分接触，该部分由于摩擦力而偏离中心。于是使对中元件做一回转运动，对中部分就画出一圆形轨迹。此轨迹具有一等于所述直径差值的直径。由于不平衡的旋转主体不可能对周围介质起作用，因此不会在对中部分上产生能够使对中部分绕其它位置而不是中心位置移动的力。对中元件在所述情况中的回转速度基本上等于第二主体的旋转速度。

本文件中提到的对中元件以及本文件中提到的对中壁可分别看作是一个对中布置的元件和一个围绕此元件的壁，该壁面对元件的一部分，该部分也称作对中部分。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，对中元件被制成一可弹性变形的杆，此实施例在其结构以及生产技术两方面均具有优点。例如，作为对中元件，采用了具有适当抗摩擦特性的塑料杆，这种杆非常适合于与蓝宝石对中壁组合在一起，该组合保证满意的热传导性和低的摩擦系数。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，对中元件紧固于一端部上以便弹性地绕轴转动，此实施例最好借助于，例如由一弹性约束形成的一弹性铰链来实现。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，对中元件在一固定端和对中部分之间具有一缩颈的部分。此缩颈部分的设置是产生弹性铰链的一种简单方法。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，在对中元件上设置一吸振材料，吸振材料有助于衰减对中部分可能的共振。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，对中元件具有一自由端表面，此自由端表面面对具有中心孔的主体的一表面，端表面和前面提到的表面在电磁支承装置来激励的状态下构成一枢轴承。在本实施例中在静止状态下两个主体彼此相互机械地支承着。

根据本发明的驱动装置的一个实施例的特征在于，第二主体包括一圆柱形的，特别是盘形的，至少部分是永久磁铁的转子体以产生一磁场，该磁场沿转子体周边方向在强度和/或方向上变化，第一主体包括一装载驱动线圈的定子体，该线圈伸入转子体的磁场中，以产生作用在转子体上的电磁驱动力，同时定子体还装载支承线圈，该线圈伸入转子体的磁场中，以产生作用在转子体上的电磁支承力。在适当的激励电流情况下可获得高旋转速度，以及无机械接触的稳定支承。可能有各种构形的线圈，包括一种构形，在此构形中驱动线圈和支承线圈作为一组合线圈被设置。

根据本发明的光学单元包括根据本发明的驱动装置和一个使射线束定向于一表面的镜子，第二主体装载此镜子。所述镜子具体地说是多边形镜子。

光学单元，例如，适合用于诸如激光打印机和激光电视机等装置中。因此，本发明也涉及包括根据本发明的光学单元的这种装置。作为一种扫描装置，根据本发明的光学单元特别适合用于扫描信息载体上的信息轨迹或信息条纹，例如光记录带。此外，可使用该单元进行扫描，例如，条形码。因此，本发明也涉及条形码阅读器，此阅读器包括根据本发明的光学单元。

本发明也涉及包括根据本发明的光学单元的扫描装置，设置一真空室至少用以容纳镜子和装载镜子的第二主体。根据本发明的扫描装置应用了根据本发明的光学单元中驱动装置在最优方式下的各个优点。由于可旋转主体和镜子安装在真空室内，因此可以获得镜子，特别是多面镜的高速度。真空室内的真空度减轻噪声的产生以及对驱动装置和镜子的腐蚀与污染。此外，由于无机械摩擦以及可忽略的或至少很低的空气阻力，所以工作中的能量损失特别小。

现在将以举例方式并参照附图更详细地描述本发明，其中

图1是一透视图，局部剖开，表示根据本发明包括在一光学单元中的驱动装置实施例；

图2是一示意的截面图，表示根据本发明的驱动装置的结构部分的第一种变型，

图3是一示意的截面图，表示所述结构部分的第二种变型；

图4是一示意的截面图，表示所述结构部分的第三种变型；

图5是一示意的截面图，示出根据本发明的扫描单元的一个实施例。

图1示出根据本发明的光学单元，包括一根据本发明的驱动装置，该驱动装置具有一包括第一主体或定子体1的定子部分，并且还具有一包括第二主体3和永久磁铁转子体3a的转子部分。在本实施例中由非磁性材料，特别是铝，制造的定子体1装载二个设置在转子体3a的磁场中的线圈装置。转子体3a构成一个轴向磁化的扁平环形永久磁铁，它以这样一种方式构形使磁场沿转子体3a的圆周方向A在强度和/或方向上变化。第一个线圈装置包括驱动线圈1a，以产生作用在转子体3a上的电磁驱动力，而第二装置包括支承线圈1b，以产生作用在转子体3a上的电磁支承力。在本例中线圈1a和1b构成扇形线圈，特别是弧形香蕉扇形线圈，每个系统，从转子体3a圆周方向A看，包括四个均匀间隔的线圈。当激励驱动线圈1a时，它们与转子体3a一起使第二主体3绕旋转轴线4转动。当激励支承线圈1b时，它们在转子体3a上施加一个力，使得第二主体3被支撑以自由地浮动。当适当驱动时线圈1b可用来相对第一主体1平移和/或倾斜旋转轴线5。此外，线圈1b有助于驱动第一主体1。

由线圈1a和1b产生的电磁驱动装置和支承装置以及转子体3a在前面提到的EP-A-459 585(此处引入作为参考)中有全面地描述。

为了在线圈1a和1b的非激励状态下保持第二主体3相对第一主体1大致处于对中位置，第一主体1具有一杆形对中元件7而第二主体具有一中心孔9，在孔中对中元件7的圆形对中部分7a有间隙地与该中心孔配合。孔9由第二主体3的环形对中壁9a限定，在本例中对中壁9a与对中部分7a之间的直径差大约为40微米。

根据本发明的驱动装置包括一紧急轴承座，该支承在万一有事故时，诸如工作中线圈的供电突然中断，应确保旋转的第二主体3停止而不造成任何损坏。为此目的，对中元件7是弹性地可绕轴转动的，对中部分7a除去图1所示的对中部分的中心轴线与旋转轴线5重合的中心或中间位置外，如果对中部分7a在第二本体3的旋转中被对中壁9a碰撞，还能呈现其它的与所述中间位置径向偏移的位置。最好对中元件7以这样一种方式可绕轴转动即，使其对中部分7a可以在某一距离内径向偏移，该距离至少等于但不过分大于对中壁9a与对中部分7a之间直径差值的一半。

为了在静止状态彼此相互支承二个主体1和3，根据本发明的驱动装置包括一枢轴承。此轴承由对中元件7的自由端表面7b与第二主体3的面对的表面15所构成，当第二主体旋转时表面7b与15之间有一小间隙。

图1所示根据本发明的光学单元包括一面镜子13，特别是具有十个小镜面的多面镜。镜子13设置在比较扁平的圆盘形式的第二主体3的圆周表面上。镜子13用于使一射线束指向并对准一表面。如果要求第二主体3的高的旋转速度，可将此主体放入一密封的腔内，该腔已被抽成真空或至少低于大气压。

在以下另外的实施例的描述中，已经描述过的部件将采用相同的参考标号。

图2表示图1所示驱动装置的紧急轴承座的一种变型，在此变型中对中元件7是由，例如，非磁性钢或青铜制的刚性杆，该杆具有一借助于弹性材料15，诸如橡胶，固定在第一主体1中的端部7c，以便弹性地可绕轴转动的。

图3表示紧急轴承座的第二变型。在此变型中杆形对中元件7具有一缩颈部分7d。此部分7d在固定端7e和对中元件7a之间延伸，通过固定端7a将对中元件7固定到本体1上，此部分7d可使对中元件7弹性地偏移。

图4表示紧急轴承座的第三种变形。在此变型中对中元件7上设置一吸振材料，诸如橡胶，在本例中设置在缩颈部分7d处。在其固定端7e处夹紧此对中元件7。

很显然对于本发明的范围来说可想像出更多的变型。

图5所示的根据本发明的扫描装置包括如图1所示的光学单元，该单元放置在由部分透明的外壳19形成的真空腔17内。因为在此文件中已全面地描述过光学单元所以将不再描述它。然而在图5中已插入相应的参考标号。

真空腔17的使用使之有可能大大降低存在于转动系统中由腔17内的气态介质，通常为空气产生的阻力，该转动系统包括第二主体3，转子体3a和镜子13，在本例中是多面镜。如果要求镜子13有高的旋转速度(例如180×10³转/分)这一点特别重要。

Claims (12)

1．一种驱动装置，包括一第一主体和可相对所述第一主体转动的第二主体，使第二主体绕一旋转轴线转动的电磁装置，以及为相对第一主体无机械接触地支承第二主体的电磁支承装置，其中的一个主体具有一杆形对中元件而另一主体则具有以对中壁环绕旋转轴线的中心孔，对中元件的对中部分有间隙地与中心孔配合，其特征在于杆形对中元件可弹性地绕枢轴转动，对中部分除去中心位置外，由于在第二主体旋转中与对中壁接触而呈现与此中心位置径向偏移位置。

2．如权利要求1中所述的驱动装置，其特征在于对中元件固定在第一主体上而第二主体上形成有中心孔。

3．如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于对中部分和对中壁二者均为环状圆柱形，对中部分在一距离范围内是径向可移动的，该距离至少基本上等于对中壁与对中部分之间的直径差值的一半。

4．如权利要求1,2或3所述的驱动装置，其特征在于对中元件制成一可弹性变形的杆。

5．如权利要求1,2,3或4所述的驱动装置，其特征在于将对中元件固定在一端部以便可弹性地绕枢轴转动。

6．如权利要求1,2,3或4所述的驱动装置，其特征在于对中元件在固定端与对中部分之间具有一缩颈部分。

7．如权利要求1,2,3,4,5或6所述的驱动装置，其特征在于在对中元件上设置一吸振材料。

8．如前述任一权利要求所述的驱动装置，其特征在于对中元件具有一自由端表面，该表面对着具有中心孔的主体的一表面，端表面与前面提到的表面在电磁支承装置非激励的状态下构成一枢轴承。

9．如前述任一权利要求所述的驱动装置，其中第二主体包括一圆柱形，特别是盘状的，至少部分永久磁铁的转子体用以产生磁场，该磁场沿转子体的圆周方向在强度和方向上变化，第一主体包括一装载驱动线圈的定子体，该驱动线圈延伸到转子体的磁场中以产生作用在转子体上的电磁驱动力，定子体同时装载一延伸到转子体磁场中的支承线圈，以产生作用在转子体上的电磁支承力。

10．一光学单元，包括如前述任一权利要求所述的驱动装置和一面用以使一射线束指向一表面的镜子，第二主体装载该镜子。

11．一种装置，包括如权利要求10所述的光学单元。

12．一种扫描装置，包括如权利要求10所述的光学单元，设置一真空腔用以容纳至少镜子和装载镜子的第二主体。

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