DE3325985A1

DE3325985A1 - Elektromotoreinheit

Info

Publication number: DE3325985A1
Application number: DE19833325985
Authority: DE
Inventors: Masashi Tama Tokyo Kamiya; Goro Sagamihara Kanagawa Oda; Mitsuo Yokohama Yamashita
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-20
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3325985C2; US4523800A

Description

Elektromotoreinheit

Die Erfindung betrifft eine Elektroinotoreinheit, insbesondere zum Drehen eines Polygonspiegels.

Ein optischer Deflektor (Ablenkeinheit) des Polygonspiegeltyps ist im allgemeinen mit einer Elektromotoreinheit zum Drehen des Polygonspiegels mit hoher Drehzahl, d.h. mit einem Mehrfachen von 1000/min, versehen. Bei einer solchen Motoreinheit muß zur Erzielung hoher Drehzahlen die Reibung zwischen einer Motorwelle und Lagern auf ein Mindestmaß verringert werden. Um diesem Erfordernis zu genügen, schlägt die JP-AS 6854/78 eine Motoreinheit des Kippsegment(lager)typs vor. Dabei ist die Motorwelle durch Führungslager des Dynamikdrucktyps radial gelagert und in Axialrichtung durch eine Abstoßungskraft, die zwischen einzeln am einen Ende der Motorwelle und an einem Motorgehäuse montiertenDauermagneten erzeugt wird, schwebend axial geführt. Da ihre Motorwelle sowohl radial als auch axial geführt ist, eignet sich die Motoreinheit für Betrieb mit hoher Drehzahl, doch ist sie immer noch mit bestimmten Nachteilen behaftet. Die durch die Abstoßungskraft zwischen paarweise angeordneten Dauermagneten schwebend gelagerte Motorwelle kann dabei unter dem Einfluß von externer Schwingung o.dgl. schwingen, und die Drehung kann dabei etwas exzentrisch erfolgen. Zudem werden durch die Anordnung

der Dauermagnete längs der Motorwellenachse auch die Abmessungen der Motoreinheit vergrößert.

Bei Verwendung der mit diesen Mangeln behafteten Elektromotoreinheit beim optischen Deflektor des Polygonspiegeltyps treten die folgenden zusätzlichen Probleme auf: Da die Auftreffstellung eines auf den Polygonspiegel fallenden Laserstrahls bei Schwingung der Motorwelle längs ihrer Achse variiert, muß der Polygonspiegel eine ausreichende Breite besitzen. Hierdurch erhöhen sich Kosten und Gewicht des Polygonspiegels, so daß sich die Drehmoment) belastung der Mqtoreinheit unter Beeinträchtigung ihres AnlaufVerhaltens vergrößert. Bei einem Deflektor, bei dem die Lichtreflexionsflächen des Polygonspiegels unter einem Winkel zur Achse der Motorwelle liegen, variiert die Abtastfrequenz eines mit dem Polygonspiegel abgetasteten Lasers mit einer Änderung der Auftreffoder Einfallstellung des Laserstrahls infolge von Schwirgung der Motorwelle.

Die USA-Patentanmeldung Serial No. 411 959 (26.8.1982) beschreibt eine Elektromotoreinheit, mit welcher die Probleme bei der bisherigen Motoreinheit gelöst werden sollen. Dabei ist die Motorwelle durch zwei Radiallager des Dynamikdrucktyps und durch die Anziehungskraft zwischen paarigen Ringmagneten gelagert. Mit dem bei dieser Motoreinheit verwendeten magnetischen Traglager ist die Motorwelle durch die Anziehungskraft schwebend geführt bzw. gelagert. Eine Schwingung der Motorwelle ist daher auch dann unwahrscheinlich, wenn eine äußere Kraft auf sie einwirkt. Da außerdem die Welle und die Ringmagnete koaxial (zueinander) angeordnet sind, wird eine Vergrösserung der Abmessungen der Motoreinheit vermieden. Die Motoreinheit gemäß dieser USA-Patentanmeldung erfordert

jedoch eine hohe Zusammenbau- bzw. Montagepräzision; Bearbeitung, Zusammenbau und Justierung gestalten sich daher zeitraubend. Die Herstellung einer solchen Motoreinheit ist offensichtlich mit niedriger Fertigungsleistung verbunden, was eine Senkung der Fertigungskosten für die Motoreinheit schwierig macht.

Insbesondere ist dabei das eine der paarweisen Radiallager des Dynamikdrucktyps am Motorgehäuse angebracht, während das andere Radiallager an einem abnehmbar am Motorgehäuse befestigten Gehäusedeckel montiert ist, um Zusammenbau und Zerlegen der Motoreinheit zu erleichtern. Beim Zusammenbau der Motoreinheit müssen daher Motorwelle und paarweise Radiallager mit einer Toleranz von ungefähr 5 um koaxial miteinander ausgefluchtet werden. Hieraus folgt, daß Gehäusedeckel, Gehäuse, Lager und Welle mit entsprechend hohem Genauigkeitsgrad gefertigt werden müssen. Außerdem muß ausreichend Zeit für die Ausfluchtung (Justierung) eingeräumt werden, was niedrige Fertigungsleistung und hohe Fertigungskosten bedingt.

Aufgabe der Erfingung ist damit die Schaffung einer Elektromotoreinheit, die einen Drehantrieb eines Polygonspiegels mit hoher Drehzahl erlaubt und die einfach hergestellt, zusammengebaut und justiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist damit eine Elektromotoreinheit mit einem Motorgehäuse, einer sich durch das Motorgehäuse erstreckenden festen Achse, einer abnehmbar auf die Achse aufgesetzten hohlzylindrischen Spindel,

in welche die Achse eingesetzt ist, einem die hohlzylindrische Spindel in Radialrichtung lagernden Dynamikdrucklager, einem die hohüzylindrische Spindel in Axialrichtung lagernden Traglager, einem an der hohlzylindrischen Spindel angebrachten Motorläufer und einem am Gehäuse befestigten Motorständer zum Drehen des Motorläufers.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines optischen Polygonspiegeldeflektors mit einer Elektromotoreinheit gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene perspektivische

Darstellung des optischen Deflektors gemäß Fig. und

Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Abwandlung des

optischen Deflektors nach Fig. 1.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten optischen Polygonspiegeldeflektor weist die Elektromotoreinheit ein napfförmiges Motor-Gehäuse 2 auf, das an seinem/oberen Ende einen um den Außenumfang umlaufenden Flansch 4 aufweist. Am Gehäuse 2 ist ein Motor- oder Gehäuse-Deckel 8 mit einem umlaufenden Flansch 6 so angebracht, daß die Flansche 4 und 6 in Berührung miteinander stehen. Der Deckel 8 ist dabei mit mindestens einer Schraube 10 am Gehäuse 2 befestigt. Das Gehäuse 2 und der Deckel 8 bilden somit einen luftdichten Behälter, in den saubere Luft eingekapselt ist. Der Deckel 8 ist mit einem nicht dargestellten Fenster, über das ein Laserstrahl einfallen

kann, und einem weiteren, nicht dargestellten Fenster versehen, aus welchem der abgelenkte Laserstrahl austritt.
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Im Boden des Motor-Gehäuses 2 ist eine Ausnehmung 12 ausgebildet, in die eine zu ihr koaxiale durchgehende Bohrung einmündet. Das eine Ende einer Achse 15 ist in diese Bohrung eingesetzt und fest mit dem Gehäuse 2 verbunden.

Die Achse 15 erstreckt sich dabei koaxial zum Gehäuse 2 in dieseshinein. Die Achse 15 ist zudem an beiden Endabschnitten mit ersten und zweiten Lagerteilen 14 bzw. 16 versehen, in denen zur Bildung von Dynamikdrucklagern pfeilverzahnungsartige Nuten 18 und 20 in vorbestimmter Anordnung ausgebildet sind.

Gemäß Fig. 2 ist die feststehende Achse 15 in eine hohlzylindrische drehbare Spindel 22 eingesetzt, wobei zwischen der Außenfläche des Lagerteils der festen Achse 15 und der Innenfläche der Spindel 22 ein Zwischenraum von 3 - 6 μπι festgelegt ist. Die den Lagerteilen 14, 16 zugewandten Abschnitte der Innenfläche der Spindel 22, d.h. die Führungslagerteile, sind dabei aus einer extrem harten Legierung gefertigt und sehr glatt. Mit anderen Worten: die Spindel 22 ist um die feste Achse 15 herum drehbar und abnehmbar auf diese aufgesetzt.

Etwa im Mittelbereich der Spindel 22 ist um deren Umfang herum ein Motor-Läufer 24 montiert. Andererseits ist ein mit einer den Läufer 24 umschließenden Antriebswicklung 26 versehener Motor-Ständer 28 an der der Außenfläche des Läufers 24 zugewandten Außenfläche des Motor-Gehäuses 2 montiert. Eine mit einer Bohrung 32 versehene Schal tungsplatte 30, die zur Zufuhr eines Antriebs- bzw. Speisestroms zur Antriebswicklung 26 dient, ist im Inneren

des Gehäuses 2 montiert. Die Spindel 22 ist mit einem über dem Läufer 24 angeordneten Flanschteil 36 versehen, auf dem ein Polygonspiegel 34 so montiert ist, daß seine Reflexionsflächen parallel zur Achse der Spindel 22 liegen. Ersichtlicherweise ist die hohlzylindrische Spindel 22 in eine axiale durchgehende Bohrung des Polygonspiegels 34 eingesetzt, dessen Unterseite wiederum auf der Oberseite des Flanschteils 36 aufliegt. Die Spindel 22 durchsetzt weiterhin Bohrungen in einer elastischen Scheibe 35 und einer Andruckscheibe 38, die ihrerseits auf der Oberseite des Polygonspiegels 34 übereinander liegen. Auf einen Gewindeteil 40 der Spindel 22 ist eine Mutter 42 aufgeschraubt. Durch Anziehen der Mutter 42 wird der Polygonspiegel 34 zwischen dem Flanschteil 36 und der Andruckscheibe 38 verspannt und damit an der Spindel 22 befestigt. Wenn der Polygonspiegel 34 so festgelegt ist, ist seine eine Reflexionsfläche dem nicht dargestellten Laserstrahl-Einfallsfenster und dem nicht dargestellten -Austrittsfenster zugewandt.

Die hohlzylindrische Spindel 22 ist im unteren Bereich an der Außenfläche mit Läufer-Ringmagneten 44, die mittels eines Anschlag- oder Begrenzungsrings 46 an der Spindel 22 befestigt sind, zur Bildung eines magnetischen Traglagers versehen. Die Läufer-Ringmagnete 44 sind koaxial zur festen Achse 15 in der Ausnehmung 12 angeordnet. Anderseits sind an der die Ausnehmung 12 bildenden Innenfläche des Motor-Gehäuses 2 Ständer-Ringmagnete befestigt. Die Läufer- und Ständer-Ringmagnete 44 bzw. 48 sind mit einem gegenseitigen Zwischenraum in der Größenordnung von z.B. 200 μΐη koaxial angeordnet und so magnetisiert, daß die gegenüberstehenden Bereiche entgegengesetzte Magnetpole aufweisen. Damit die Spindel 22 ohne Abnahme der an ihr angebrachten Läufer-Ring-

-rl.

magnete 44 auf die feste Achse 15 aufgesetzt und von ihr abgenommen werden kann, besitzt die Bohrung 32 der Schaltungsplatte 30 einen den Außendurchmesser der Ringmagnete 44 übersteigenden Innendurchmesser.

Beim beschriebenen optischen Polygonspiegeldeflektor wird die hohlzylindrische Spindel 22 auch dann, wenn sie sich nicht dreht, durch das aus den Läufer- und Ständer-Ringmagneten 44 bzw. 48 bestehende magnetische (axiale) Traglager in Schwebe (suspended) gehalten. Wenn die Antriebswicklung 36 zum Drehen des Läufers 24 mit einem entsprechenden Strom beschickt wird, kann die Spindel 22 somit auch mit einem niedrigen Drehmoment leicht anlaufen. Mit beginnender Drehung der Spindel 22 wird über die Pfeilverzahnungs-Nuten 18, 20 Luft in den Zwischenraum zwischen den Führungslagerteilen der Spindel und den Lagerteilen 14, 16 der festen Achse 15 eingesaugt. Hierbei entsteht in diesem Zwischenraum ein dynamischer Luftstrom, so daß die Spindel 22 in Radialrichtung von den Dynamikdrucklagern geführt oder getragen wird, die durch die Lagerteile 14, 16 und die Führungslagerteile der Spindel 22 gebildet werden. Der Polygonspiegel 34 kann sich daher stabil und mit hoher Drehzahl zusammen mit der Spindel 22 drehen, so daß der einfallende Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit oder Frequenz abgelenkt werden kann.

Bei der beschriebenen Anordnung sind zwei Lagerteile 14, 16 an einer einzigen, feststehenden Achse 15 und nicht, wie beim Stand der Technik, an getrennten Bauteilen angeformt. Die Lagerteile 14, 16 können daher bei der Fertigung genauestens koaxial zueinander ausgerichtet werden, wodurch Ausfluchtungsfehler beim Zusammensetzen und Zerlegen der Anordnung vermieden werden können. Insbe-

/ΙΟ sondere kann dabei beim Zusammensetzen des optischen Deflektors das dynamische Gleichgewicht eingestellt werden, während Läufer 24, Polygonspiegel 34, Läufer-Ringmagnet(e) 44 usw. an der hohlzylindrischen Spindel 22 montiert sind. Ebenso kann die Spindel 22 auf die feste Achse 15 aufgesetzt werden, ohne daß der Läufer 24 usw. abgenommen zu werden braucht. Hieraus folgt, daß bei der Montage des optischen Deflektors kein Fehler im dynamisehen Gleichgewicht (Auswuchtzustand) eingeführt wird, so daß sich FeinJustierungen erübrigen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung der Erfindung ist die hohlzylindrische Spindel 22 an beiden Enden mit Tragteilen 50 und 52 versehen, die jeweils einen Außendurchmesser Da besitzen und das Einsetzen der den Läufer 24, den Polygonspiegel 34 usw. tragenden Spindel 22 zum Auswuchten derselben in eine Auswuchtmaschine (balancer) erleichtern. Diese Tragteile 50 und 52 werden in das Spannfutter der Auswuchtmaschine eingespannt, so daß die Spindel 22 unter Verzicht auf spezielle Werkzeuge einfach in die Auswuchtmaschine eingesetzt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Pfeilverzahnungs-Nuten 18 und 20 in den Lagerteilen 14, 16 ausgebildet, während die Oberflächen der Führungslagerteile (innerhalb) der Spindel 22 glatt ausgebildet sind. Ein Dynamikdruck-Radiallager kann jedoch auch dadurch gebildet werden, daß die Lagerteile 14, 16 glatt ausgebildet und die Nuten in den Führungslagerteilen der hohlzylindrischen Spindel 22 vorgesehen werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Polygonspiegel 34 innerhalb des Deckels 8 angeordnet, während

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der Motor-Ständer 24 am Motor-Gehäuse 2 angebracht ist. Der Polygonspiegel 34 kann aber auch zwischen dem Läufer 24 und dem (den) Läufer-Ringmagnet (en) 44 des magnetischen Traglagers angeordnet sein, während der Ständer 28 und die Schaltungsplatte 30 am Gehäuse-Deckel 8 befestigt sind.

Bei der beschriebenen Ausführungsform und ihrer Abwandlung ist die erfindungsgemäße Elektromotoreinheit auf einen mit Polygonspiegel versehenen optischen Deflektor angewandt, doch kann sie auch für den Drehantrieb anderer Bauteile oder Anordnungen benutzt werden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

(ι .J Elektromotoreinheit, bestehend aus einem Motor-Gehäuse, einer drehbaren Spindel, einem Lager zur Führung der Spindel in Radialrichtung, einem an der Spindel befestigten Motor-Läufer und einem am Gehäuse angebrachten und zum Drehen des Läufers dienenden Motorik Ständer, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich in das Motor-Gehäuse (2) erstreckende (feste) Achse (15) vorgesehen ist, daß die Spindel (22) hohlzylindrisch ausgebildet und abnehmbar auf die in sie eingeführte Achse (15) aufgesetzt ist, daß das Lager (14, 16) ein Dynamikdrucklager ist und daß die hohlzylindrische Spindel (22) in Axialrichtung mittels eines Traglagers (44, 48) schwebend gelagert ist.

2. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dynamikdrucklager (14, 16) einen an der Achse (15) angeformten Lagerteil (14, 16) und einen letzterem gegenüberstehenden bzw. zugewandten Führungslagerteil (journal section) der hohlzylindrischen

Spindel (22) umfaßt.
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7) Elektromotoreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagerteil (14, 16) Nuten (18, 20) ausgebildet sind und daß der Führungslagerteil eine

glatte Oberfläche aufweist.
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4. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Traglager (44, 48) mindestens einen an der Außenfläche der hohlzylindrischen Spindel (22) angebrachten Läufer-Ringmagneten (44) mit einem Magnetpol an der Außenfläche und einen am Motor-Gehäuse (2) angebrachten Ständer-Ringmagneten (48) mit einem entgegengesetzten Magnetpol umfaßt, wobei die Innenfläche des Ständer-Ringmagneten (48) der Außenfläche des Läufermagneten (44) zugewandt ist.

5. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor-Deckel (8) zum luftdichten Verschließen des Motor-Gehäuses (2) vorgesehen ist.

6. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindriche Spindel (22) an beiden Enden mit Tragteilen (50, 52) zum Einspannen der Motoreinheit in einer dynamischen Dreh-Auswuchtmaschine versehen ist.