專利名稱：帶電磁支承裝置和可彈性繞軸轉(zhuǎn)動的對中元件的驅(qū)動裝置,的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動裝置，包括第一主體和相對所述第一主體可轉(zhuǎn)動的第二主體，為使第二主體繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的電磁裝置，以及為支承第二主體相對第一主體無機械接觸的電磁支承裝置，主體之一具有一桿形對中元件而另一主體則具有帶圍繞旋轉(zhuǎn)軸的對中壁的中心孔，對中元件的對中部分有間隙地與中心孔配合。
本發(fā)明還涉及一光學單元，該光學單元包括上述驅(qū)動裝置及一面將射線束指向某一表面的鏡子，該鏡子安裝在驅(qū)動裝置的第二主體上。
EP-A 0 459 585(PHN 13.343)中已知這樣一種單元，此單元包括一面可旋轉(zhuǎn)的鏡子，特別是多邊形的鏡子，及一個驅(qū)動單元。驅(qū)動裝置包括載帶著鏡子的轉(zhuǎn)子部分，該轉(zhuǎn)子部分被支承以便可繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)子部分包括一盤形的至少部分為永久磁鐵的轉(zhuǎn)子體。驅(qū)動裝置還包括帶有兩個延伸到轉(zhuǎn)子體磁場中的線圈裝置的定子部分。兩線圈裝置的第一個包括用于產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體上的電磁驅(qū)動力的線圈，以使轉(zhuǎn)子部分因此也使鏡子旋轉(zhuǎn)。第二線圈裝置包括用于產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體上的電磁支承力的線圈，以便電磁地即無機械接觸地相對于定子部分支承轉(zhuǎn)子部分。
為了保持轉(zhuǎn)子體以及鏡子在線圈未激勵狀態(tài)下大致處于對中位置，定子部分包括一個對中銷子，此銷子與旋轉(zhuǎn)軸線重合并以足夠間隙伸入轉(zhuǎn)子部分的中心孔中，該中心孔由一圍繞旋轉(zhuǎn)軸的壁限定。對中銷子與限定孔的壁之間的間隙應足夠大，以致在正常使用中即使有普通的容差，在對中銷子與轉(zhuǎn)子部分之間也不出現(xiàn)接觸。
曾經(jīng)設(shè)想萬一發(fā)生事故時，諸如突然的電力中斷或作用在掃描單元上的沖擊，使用對中銷子與限定中心孔的壁作為緊急軸承座。然而已知的結(jié)構(gòu)不適合于這一目的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)萬一發(fā)生事故時轉(zhuǎn)子部分首先由對中銷子保持但很快采取一種回旋運動或抖動，該運動最終導致轉(zhuǎn)子部分強烈的不可控制的振動偏移，直至轉(zhuǎn)子部分停止，通常導致驅(qū)動裝置部件的損壞。
本發(fā)明的目的在于提供一種在開始段落中所述型式的帶有一有效起作用的緊急軸頸的驅(qū)動裝置。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的特征在于桿形對中元件是彈性地可繞軸轉(zhuǎn)動的，對中部分，除去中心位置外，還可能采取對此中心位置徑向偏置的各個位置，這些偏置位置是由于第二主體旋轉(zhuǎn)中與對中壁接觸而造成。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在工作狀態(tài)中根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置可能對抗由外部原因，諸如動力中斷或強烈沖擊產(chǎn)生的對旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的破壞，其方式是相關(guān)的主體可以逐漸停止。由于使用對中元件獲得了這一有利的效果，在旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動破壞后該對中元件的彈性允許它產(chǎn)生偏移。這就使旋轉(zhuǎn)體有可能實際上沿對中部分滾動而不失去與該部分的接觸。
最好是，這樣來設(shè)計尺寸，使第二主體的質(zhì)量中心處于對中部分的位置。此外，可取的是使對中元件的可繞軸轉(zhuǎn)動部分的質(zhì)量比第二主體的質(zhì)量小。這兩個措施為旋轉(zhuǎn)體提供了有效的緊急軸承座，為了避免不希望的磁力，對中元件最好用非磁性材料制造。
在驅(qū)動裝置的靜止狀態(tài)中，對中元件能保持所述二主體大致處于彼此對中的位置。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，對中元件已經(jīng)緊固在第一主體上而中心孔已經(jīng)在第二主體上形成。此實施例是一種簡單結(jié)構(gòu)，同時可旋轉(zhuǎn)的主體無需配置任何比較弛緩的結(jié)構(gòu)元件。換句話說，第二主體可以是一剛性結(jié)構(gòu)。另外一個優(yōu)點是可旋轉(zhuǎn)的主體重量可以很輕。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，對中部分與對中壁二者均為環(huán)形圓柱體，對中部分在一距離范圍內(nèi)是徑向可移動的，該距離至少大致等于對中壁與對中部分之間直徑差值的一半。所述直徑的差值提供一必需的間隙，以便在正常工作中允許可旋轉(zhuǎn)體稍微傾斜。而且此間隙允許第二主體在旋轉(zhuǎn)中有某些偏心，例如由產(chǎn)品公差所造成的。如果由于事故第二主體與對中部分接觸，該部分由于摩擦力而偏離中心。于是使對中元件做一回轉(zhuǎn)運動，對中部分就畫出一圓形軌跡。此軌跡具有一等于所述直徑差值的直徑。由于不平衡的旋轉(zhuǎn)主體不可能對周圍介質(zhì)起作用，因此不會在對中部分上產(chǎn)生能夠使對中部分繞其它位置而不是中心位置移動的力。對中元件在所述情況中的回轉(zhuǎn)速度基本上等于第二主體的旋轉(zhuǎn)速度。
本文件中提到的對中元件以及本文件中提到的對中壁可分別看作是一個對中布置的元件和一個圍繞此元件的壁，該壁面對元件的一部分，該部分也稱作對中部分。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，對中元件被制成一可彈性變形的桿，此實施例在其結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)技術(shù)兩方面均具有優(yōu)點。例如，作為對中元件，采用了具有適當抗摩擦特性的塑料桿，這種桿非常適合于與藍寶石對中壁組合在一起，該組合保證滿意的熱傳導性和低的摩擦系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，對中元件緊固于一端部上以便彈性地繞軸轉(zhuǎn)動，此實施例最好借助于，例如由一彈性約束形成的一彈性鉸鏈來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，對中元件在一固定端和對中部分之間具有一縮頸的部分。此縮頸部分的設(shè)置是產(chǎn)生彈性鉸鏈的一種簡單方法。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，在對中元件上設(shè)置一吸振材料，吸振材料有助于衰減對中部分可能的共振。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，對中元件具有一自由端表面，此自由端表面面對具有中心孔的主體的一表面，端表面和前面提到的表面在電磁支承裝置來激勵的狀態(tài)下構(gòu)成一樞軸承。在本實施例中在靜止狀態(tài)下兩個主體彼此相互機械地支承著。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的一個實施例的特征在于，第二主體包括一圓柱形的，特別是盤形的，至少部分是永久磁鐵的轉(zhuǎn)子體以產(chǎn)生一磁場，該磁場沿轉(zhuǎn)子體周邊方向在強度和/或方向上變化，第一主體包括一裝載驅(qū)動線圈的定子體，該線圈伸入轉(zhuǎn)子體的磁場中，以產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體上的電磁驅(qū)動力，同時定子體還裝載支承線圈，該線圈伸入轉(zhuǎn)子體的磁場中，以產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體上的電磁支承力。在適當?shù)募铍娏髑闆r下可獲得高旋轉(zhuǎn)速度，以及無機械接觸的穩(wěn)定支承?？赡苡懈鞣N構(gòu)形的線圈，包括一種構(gòu)形，在此構(gòu)形中驅(qū)動線圈和支承線圈作為一組合線圈被設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的光學單元包括根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置和一個使射線束定向于一表面的鏡子，第二主體裝載此鏡子。所述鏡子具體地說是多邊形鏡子。
光學單元，例如，適合用于諸如激光打印機和激光電視機等裝置中。因此，本發(fā)明也涉及包括根據(jù)本發(fā)明的光學單元的這種裝置。作為一種掃描裝置，根據(jù)本發(fā)明的光學單元特別適合用于掃描信息載體上的信息軌跡或信息條紋，例如光記錄帶。此外，可使用該單元進行掃描，例如，條形碼。因此，本發(fā)明也涉及條形碼閱讀器，此閱讀器包括根據(jù)本發(fā)明的光學單元。
本發(fā)明也涉及包括根據(jù)本發(fā)明的光學單元的掃描裝置，設(shè)置一真空室至少用以容納鏡子和裝載鏡子的第二主體。根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置應用了根據(jù)本發(fā)明的光學單元中驅(qū)動裝置在最優(yōu)方式下的各個優(yōu)點。由于可旋轉(zhuǎn)主體和鏡子安裝在真空室內(nèi)，因此可以獲得鏡子，特別是多面鏡的高速度。真空室內(nèi)的真空度減輕噪聲的產(chǎn)生以及對驅(qū)動裝置和鏡子的腐蝕與污染。此外，由于無機械摩擦以及可忽略的或至少很低的空氣阻力，所以工作中的能量損失特別小。
現(xiàn)在將以舉例方式并參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中

圖1是一透視圖，局部剖開，表示根據(jù)本發(fā)明包括在一光學單元中的驅(qū)動裝置實施例；圖2是一示意的截面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)部分的第一種變型，圖3是一示意的截面圖，表示所述結(jié)構(gòu)部分的第二種變型；圖4是一示意的截面圖，表示所述結(jié)構(gòu)部分的第三種變型；圖5是一示意的截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的掃描單元的一個實施例。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光學單元，包括一根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置具有一包括第一主體或定子體1的定子部分，并且還具有一包括第二主體3和永久磁鐵轉(zhuǎn)子體3a的轉(zhuǎn)子部分。在本實施例中由非磁性材料，特別是鋁，制造的定子體1裝載二個設(shè)置在轉(zhuǎn)子體3a的磁場中的線圈裝置。轉(zhuǎn)子體3a構(gòu)成一個軸向磁化的扁平環(huán)形永久磁鐵，它以這樣一種方式構(gòu)形使磁場沿轉(zhuǎn)子體3a的圓周方向A在強度和/或方向上變化。第一個線圈裝置包括驅(qū)動線圈1a，以產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體3a上的電磁驅(qū)動力，而第二裝置包括支承線圈1b，以產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體3a上的電磁支承力。在本例中線圈1a和1b構(gòu)成扇形線圈，特別是弧形香蕉扇形線圈，每個系統(tǒng)，從轉(zhuǎn)子體3a圓周方向A看，包括四個均勻間隔的線圈。當激勵驅(qū)動線圈1a時，它們與轉(zhuǎn)子體3a一起使第二主體3繞旋轉(zhuǎn)軸線4轉(zhuǎn)動。當激勵支承線圈1b時，它們在轉(zhuǎn)子體3a上施加一個力，使得第二主體3被支撐以自由地浮動。當適當驅(qū)動時線圈1b可用來相對第一主體1平移和/或傾斜旋轉(zhuǎn)軸線5。此外，線圈1b有助于驅(qū)動第一主體1。
由線圈1a和1b產(chǎn)生的電磁驅(qū)動裝置和支承裝置以及轉(zhuǎn)子體3a在前面提到的EP-A-459 585(此處引入作為參考)中有全面地描述。
為了在線圈1a和1b的非激勵狀態(tài)下保持第二主體3相對第一主體1大致處于對中位置，第一主體1具有一桿形對中元件7而第二主體具有一中心孔9，在孔中對中元件7的圓形對中部分7a有間隙地與該中心孔配合?？?由第二主體3的環(huán)形對中壁9a限定，在本例中對中壁9a與對中部分7a之間的直徑差大約為40微米。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置包括一緊急軸承座，該支承在萬一有事故時，諸如工作中線圈的供電突然中斷，應確保旋轉(zhuǎn)的第二主體3停止而不造成任何損壞。為此目的，對中元件7是彈性地可繞軸轉(zhuǎn)動的，對中部分7a除去圖1所示的對中部分的中心軸線與旋轉(zhuǎn)軸線5重合的中心或中間位置外，如果對中部分7a在第二本體3的旋轉(zhuǎn)中被對中壁9a碰撞，還能呈現(xiàn)其它的與所述中間位置徑向偏移的位置。最好對中元件7以這樣一種方式可繞軸轉(zhuǎn)動即，使其對中部分7a可以在某一距離內(nèi)徑向偏移，該距離至少等于但不過分大于對中壁9a與對中部分7a之間直徑差值的一半。
為了在靜止狀態(tài)彼此相互支承二個主體1和3，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置包括一樞軸承。此軸承由對中元件7的自由端表面7b與第二主體3的面對的表面15所構(gòu)成，當?shù)诙黧w旋轉(zhuǎn)時表面7b與15之間有一小間隙。
圖1所示根據(jù)本發(fā)明的光學單元包括一面鏡子13，特別是具有十個小鏡面的多面鏡。鏡子13設(shè)置在比較扁平的圓盤形式的第二主體3的圓周表面上。鏡子13用于使一射線束指向并對準一表面。如果要求第二主體3的高的旋轉(zhuǎn)速度，可將此主體放入一密封的腔內(nèi)，該腔已被抽成真空或至少低于大氣壓。
在以下另外的實施例的描述中，已經(jīng)描述過的部件將采用相同的參考標號。
圖2表示圖1所示驅(qū)動裝置的緊急軸承座的一種變型，在此變型中對中元件7是由，例如，非磁性鋼或青銅制的剛性桿，該桿具有一借助于彈性材料15，諸如橡膠，固定在第一主體1中的端部7c，以便彈性地可繞軸轉(zhuǎn)動的。
圖3表示緊急軸承座的第二變型。在此變型中桿形對中元件7具有一縮頸部分7d。此部分7d在固定端7e和對中元件7a之間延伸，通過固定端7a將對中元件7固定到本體1上，此部分7d可使對中元件7彈性地偏移。
圖4表示緊急軸承座的第三種變形。在此變型中對中元件7上設(shè)置一吸振材料，諸如橡膠，在本例中設(shè)置在縮頸部分7d處。在其固定端7e處夾緊此對中元件7。
很顯然對于本發(fā)明的范圍來說可想像出更多的變型。
圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的掃描裝置包括如圖1所示的光學單元，該單元放置在由部分透明的外殼19形成的真空腔17內(nèi)。因為在此文件中已全面地描述過光學單元所以將不再描述它。然而在圖5中已插入相應的參考標號。
真空腔17的使用使之有可能大大降低存在于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中由腔17內(nèi)的氣態(tài)介質(zhì)，通常為空氣產(chǎn)生的阻力，該轉(zhuǎn)動系統(tǒng)包括第二主體3，轉(zhuǎn)子體3a和鏡子13，在本例中是多面鏡。如果要求鏡子13有高的旋轉(zhuǎn)速度(例如180×103轉(zhuǎn)/分)這一點特別重要。
權(quán)利要求
1．一種驅(qū)動裝置，包括一第一主體和可相對所述第一主體轉(zhuǎn)動的第二主體，使第二主體繞一旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動的電磁裝置，以及為相對第一主體無機械接觸地支承第二主體的電磁支承裝置，其中的一個主體具有一桿形對中元件而另一主體則具有以對中壁環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線的中心孔，對中元件的對中部分有間隙地與中心孔配合，其特征在于桿形對中元件可彈性地繞樞軸轉(zhuǎn)動，對中部分除去中心位置外，由于在第二主體旋轉(zhuǎn)中與對中壁接觸而呈現(xiàn)與此中心位置徑向偏移位置。
2．如權(quán)利要求1中所述的驅(qū)動裝置，其特征在于對中元件固定在第一主體上而第二主體上形成有中心孔。
3．如權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動裝置，其特征在于對中部分和對中壁二者均為環(huán)狀圓柱形，對中部分在一距離范圍內(nèi)是徑向可移動的，該距離至少基本上等于對中壁與對中部分之間的直徑差值的一半。
4．如權(quán)利要求1,2或3所述的驅(qū)動裝置，其特征在于對中元件制成一可彈性變形的桿。
5．如權(quán)利要求1,2,3或4所述的驅(qū)動裝置，其特征在于將對中元件固定在一端部以便可彈性地繞樞軸轉(zhuǎn)動。
6．如權(quán)利要求1,2,3或4所述的驅(qū)動裝置，其特征在于對中元件在固定端與對中部分之間具有一縮頸部分。
7．如權(quán)利要求1,2,3,4,5或6所述的驅(qū)動裝置，其特征在于在對中元件上設(shè)置一吸振材料。
8．如前述任一權(quán)利要求所述的驅(qū)動裝置，其特征在于對中元件具有一自由端表面，該表面對著具有中心孔的主體的一表面，端表面與前面提到的表面在電磁支承裝置非激勵的狀態(tài)下構(gòu)成一樞軸承。
9．如前述任一權(quán)利要求所述的驅(qū)動裝置，其中第二主體包括一圓柱形，特別是盤狀的，至少部分永久磁鐵的轉(zhuǎn)子體用以產(chǎn)生磁場，該磁場沿轉(zhuǎn)子體的圓周方向在強度和方向上變化，第一主體包括一裝載驅(qū)動線圈的定子體，該驅(qū)動線圈延伸到轉(zhuǎn)子體的磁場中以產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體上的電磁驅(qū)動力，定子體同時裝載一延伸到轉(zhuǎn)子體磁場中的支承線圈，以產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子體上的電磁支承力。
10．一光學單元，包括如前述任一權(quán)利要求所述的驅(qū)動裝置和一面用以使一射線束指向一表面的鏡子，第二主體裝載該鏡子。
11．一種裝置，包括如權(quán)利要求10所述的光學單元。
12．一種掃描裝置，包括如權(quán)利要求10所述的光學單元，設(shè)置一真空腔用以容納至少鏡子和裝載鏡子的第二主體。
全文摘要
一種驅(qū)動裝置包括一第一主體(1)及可相對其旋轉(zhuǎn)的第二主體(3),使第二主體繞旋轉(zhuǎn)軸(5)旋轉(zhuǎn)的電磁裝置,以及為支承第二主體相對第一主體無機械接觸的電磁支承裝置(1b,3a)。主體之一具有一桿形對中元件(7)而另一主體則具有帶圍繞旋轉(zhuǎn)軸的對中壁(9a)的中心孔,對中元件的對中部分(7a)有間隙地與中心孔配合。為形成一種緊急軸承座,桿形對中元件是彈性地可繞軸轉(zhuǎn)動的,對中部分不僅可呈現(xiàn)為一中心位置而且也可呈現(xiàn)對此中心位置徑向偏移的各個位置,該偏移是由于第二主體在旋轉(zhuǎn)中與對中壁接觸而引起。
文檔編號H02K7/14GK1210630SQ97191994
公開日1999年3月10日 申請日期1997年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月2日
發(fā)明者G·E·范羅斯馬倫, J·H·F·M·范勒斯特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司