DE3233216A1

DE3233216A1 - Elektromotoreinheit

Info

Publication number: DE3233216A1
Application number: DE19823233216
Authority: DE
Inventors: Ryoji Tokyo Yamaguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-09-09
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1983-04-07
Also published as: JPS5843421A; US4443043A; DE3233216C2

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte

Eur.cpear. F aten: Attorneys Zugelassene Vertreter .or Europäischen Patentamt

Dr phil G Henkei Dipl -ing J Pfennig Ben r Dr rer nat L Feier V^ic^he^r Dip]-Ing W Harze, V^rc^e" Dipl -Phys K H Me^g. Be^-'-i Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Dr hg A 3utenscrxr Be^r:-.i

Kawasaki, Japan Won,s!fa3e3"

D-8000 München

Tel. C 89/98 2085-87 Telex 0529802 hnkld Telegramme ellipsoid

MKF-57P956-2

7. September 1982

Elektromotoreinheit

Die Erfindung betrifft eine Elektromotoreinheit, insbesondere eine solche zum Drehen eines Polygonspiegels.

Ein optischer Deflektor (Ablenkeinheit) des Polygonspiegeltyps ist im allgemeinen mit einer Motoreinheit versehen, welche den Polygonspiegel mit hoher Drehzahl, d.h. mehreren tausend Umdrehungen pro Minute, in Drehung versetzt. Bei einer solchen Motoreinheit muß die Reibung zwischen der Motorwelle und den Lagern zur Ermöglichung eines Betriebs mit hoher Drehzahl auf ein Mindestmaß herabgesetzt sein. Im Hinblick auf dieses Erfordernis beschreibt die JP-OS 6854/78 eine Motoreinheit des Kippsegmenttyps, bei dem die Motorwelle durch dynamische Drucklager radial abgestützt bzw. gelagert ist und zur axialen Abstützung oder Lagerung durch eine Abstoßungskraft, die durch einzeln am einen Ende der Motorwelle und einem Motorgehäuse befestigte Dauermagnete erzeugt

wird, freibeweglich bzw. "schwimmend" geführt bzw. getragen wird. Da hierbei die Motorwelle sowohl radial als auch axial gelagert ist, eignet sich diese Motoreinheit für Betrieb mit hoher Drehzahl, obgleich sie noch mit den im folgenden angeführten Mängeln behaftet ist. Wegen der "schwimmenden" Lagerung durch die Abstoßungskraft zwischen zwei Dauermagneten kann die Motorwelle infolge externer Schwingung o.dgl. leicht in Schwingung und zudem in eine leicht exzentrische Lage geraten. Außerdem bedingt die Anordnung der Dauermagnete längs der Achse der Motorwelle möglicherweise vergrößerte Abmessungen der Motoreinheit.

Bei der Verwendung der mit diesen Mängeln behafteten Motoreinheit 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 ausreichend groß sein. Hierdurch erhöhen sich Kosten und Gewicht des Polygonspiegels, so daß sich die Dreh(moment)belastung der Motoreinheit 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 Auftreff- oder Einfallstellung des Laserstrahls infolge von Schwingung der Motorwelle.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Motoreinheit, bei welcher die Motorwelle sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung sicher gelagert bzw. geführt ist.

Bei dieser Motoreinheit soll die Motorwelle zur Einstellung ihrer Axialstellung längs ihrer Achse bewegbar sein.

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

Mit der Erfindung wird eine Elektromotoreinheit mit einem magnetischen Schub- oder Drucklager geschaffen, das aus ringförmigen ersten und zweiten Dauermagneten besteht. Der erste Dauermagnet ist an der Motorwelle der Motoreinheit befestigt, während der zweite Dauermagnet in ein Motorgehäuse eingesetzt und unter Festlegung eines Spalts zum ersten Dauermagneten außerhalb des letzteren angeordnet ist. Der erste Dauermagnet weist an seiner Außenfläche einen Magnet-Pol auf,und der zweite Dauermagnet trägt an seiner Innenfläche einen vom zuerst genannten Pol des ersten Dauermagneten verschiedenen Magnet-Pol, so daß der erste Dauermagnet durch den zweiten Dauermagneten angezogen wird. Die Motorwelle ist somit durch die An-Ziehung zwischen den beiden Dauermagneten gelagert bzw. "schwimmend" aufgehängt.

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

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines optischen Polygonspiegeldeflektors mit einer Elektromotoreinheit mit Merkmalen nach der Erfindung, 30

Flg. 2 eine in vergrößertem Maßstab und teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung eines Teils von Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Unterseite der Elektromotoreinheit gemäß Fig. 1 bei abgenommenem Stirndeckel,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Druckersystems mit dem optischen Deflektor gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung einer Abwandlung der Motoreinheit

nach Fig. 2.

Bei einer optischen Polygonspiegel-Deflektor- bzw. -Ablenkvorrichtung 2 ist ein z.B. acht Lichtreflexionsflächen 4 besitzender Polygonspiegel 6 an der Motorwelle 10 einer Motoreinheit 8 befestigt und dabei zwischen einem auf einem konischen Abschnitt (taper section) am einen Ende der Motorwelle 10 angeordneten Anschlußstück 14 und einer auf einen Gewindeteil 16 der Motorwelle 10 aufgesetzten Scheibe 18 gehaltert und mittels einer auf den Gewindeteil 16 aufgeschraubten Mutter 20 verspannt. Die Gewinde von Gewindeteil 16 und Mutter 20 sind so ausgelegt, daß die Mutter 20 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Motorwelle 10 aufschraubbar und festziehbar ist. Die Mutter 20 kann sich daher bei der Drehung der Motorwelle nicht von dieser lösen.

Änlich wie bei einem bisherigen Motor, sitzt auf der Motorwelle 10 ein Motor bzw. Läufer 22, um den herum ein innerhalb eines Motorgehäuses 24 befestigter Stator bzw. Ständer 26 angeordnet ist. Läufer. 22 und Motorwelle 10 werden durch den Ständer 26 in Drehung versetzt. Das Motorgehäuse 24 weist Lager 28 und 30 auf, welche die Motorwelle 10 zur Drehung radial tragen. Die Lager 28 und 30 sind von einem Pfeilverzahnung-Dynamikdrucktyp,

wobei in den Lagerteilen 32 und 34 der Motorwelle 10, die in Lagerbüchsen 40 bzw. 42 eingesetzt sind, Pfeilverzahnungen bzw. schräg verlaufende Nuten 36 bzw. 38 ausgebildet sind. Zwischen den Lagerteilen 32 und 34 und ihren zugeordneten Lagerbüchsen 40 bis 42 sind außerordentlich kleine, gleichmäßige Zwischenräume in der Größenordnung von einigen Mikrometern vorhanden.

Gemäß Fig. 2 sind am anderen Endabschnitt der Motorwelle 10 mittels einer Scheibe 48 und eines Schraubbolzens 46 vier ringförmige innere Dauermagnete 44 mit z.B. Süd- und Nord-Polen an Außen- bzw. Innenflächen in einer Stapelanordnung befestigt. Ein ringförmiger Halter bzw. Ringträger 50 ist in eine im unteren Abschnitt des Motorgehäuses 24 ausgebildete Ausnehmung so eingesetzt, daß er längs der Achse der Motorwelle 10 verschiebbar ist. Im Ringträger 50 sind vier ringförmige äußere Dauermagnete 52 befestigt, die beispielsweise Nord-und Süd-Pole an Innen- bzw. Außenflächen besitzen. Innerhalb der äußeren Dauermagnete 52 befinden sich die an der Motorwelle 10 befestigten inneren Dauermagnete 44. Zwischen den Innenflächen der äußeren Dauermagnete 52 und den Außenflächen der inneren Dauermagnete 44 ist ein gleichmäßiger Spalt bzw. Zwischenraum einer Größe entsprechend einem Mehrfachen von 100 Mikrometern festgelegt. Zwischen die Innenfläche der Ausnehmung des Motorgehäuses 24 und den Ringträger 50 ist eine Tellerfeder 54 eingefügt. Ein Einstellring 58 ist in eine m an der Innenfläche der Ausnehmung im Motorgehäuse 24 ausgebildeten Gewindeteil 56 so eingeschraubt, daß der Ringträger 50 durch die Tellerfeder 54 gegen den Einstellring 58 angedrückt wird und dabei im Motorgehäuse 25 festgelegt ist. Die genannten Teile 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56 und 58 bilden ein magnetisches Schub- bzw. Drucklager 60 zur Führung oder Lagerung der Motorwelle 10. An der Unterseite des Motorgehäuses

- Sr -

24 ist eine abnehmbare Motorkappe bzw. ein Stirndeckel 64 angebracht, an deren bzw. dessen Innenfläche ein erstes Dämpferelement 62 befestigt ist, welches dem in das Ende der Motorwelle 10 eingeschraubten Schraubbolzen 46 zugewandt ist. An der Lagerbüchse 42 ist ein den inneren Dauermagneten 44 zugewandtes zweites Dämpferelement 63 befestigt. In der Außenfläche des Einstellrings 58 sind gemäß Fig. 3 Nuten 66 ausgebildet, um den Einstellring 58 (mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs) in die Ausnehmung des Motorgehäuses 24 einschrauben zu können.

Wenn beim beschriebenen optischen Polygonspiegeldeflektor der Ständer 26 der Motoreinheit 8 mit elektrischem Strom beschickt wird, werden der Läufer 22 und damit die von den Lagern 28 und 30 getragene Motorwelle 10 in Drehung versetzt. Bei der Drehung der Motorwelle 10 saugen die in den Lagerteilen 32 und 34 ausgebildeten Pfeilverzahnun gen bzw. Schrägnuten 36 bzw. 38 Außenluft in die äußerst kleinen Zwischenräume zwischen den Lagerteilen 32 und 34 und den Lagerbüchsen 44 bzw. 42 an, so daß ein Luftstrom in diesen Zwischenräumen entsteht. Infolgedessen steigt der Druck innerhalb dieser sehr feinen Zwischenräume, insbesondere im Bereich über den Mittelabschnitten der Lagerbüchsen 40 und 42 an, so daß die Motorwelle 10 einer radial gerichteten Kraft ausgesetzt ist und von dem in den Zwischenräumen herrschenden Druck getragen wird. Beim magnetischen Schub- bzw. Drucklager 60 sind die ringförmigen äußeren und inneren Dauermagnete 52 bzw. 44 bestrebt, einander anzuziehen. Gemäß Fig. 2 ziehen dabei die Süd- und Nord-Pole an den Außenflächen der inneren Dauermagnete 44 die Nord- bzw. Süd-Pole an den Innenflächen der Außenmagnete 52 an. Die inneren Dauermagnete 44 befinden sich damit in einer ausgeglichenen bzw. Gleichgewichtstellung, die von der Anziehungskraft zwi-

sehen den Dauermagneten 52 und 54 und dem Gewicht der Motorwelle 10 sowie der davon getragenen Teile abhängt, so daß die Motorwelle 10 in einer Art "Schwebezustand" gehalten wird. Bei ihrer Drehung steht die Motorwelle demzufolge weder in Radial- noch in Axialrichtung mit irgendwelchen Teilen in Berührung, so daß der Polygonspiegel 6 mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt werden kann.

Bei Anordnung in einem in Fig. 4 dargestellten Druckersystem arbeitet der optische Deflektor 2 gemäß Fig. 1 wie folgt: Beim Druckersystem gemäß Fig. 4 wird ein durch Informationen oder Daten in seiner Intensität modulierter Laserstrahl von einer Lasereinheit 68, beispielsweise einem Halbleiter-Laser, über eine Projektionslinse 70 auf den Polygonspiegel 6 geworfen. Da der Polygonspiegel 6 durch die Motoreinheit 8 mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt wird, wird der von den Lichtreflexionsflächen 4 des Polygonspiegels 6 reflektierte Laserstrahl in einem gewissen Ausbreitungswinkel abgelenkt. Der abgelenkte Laserstrahl wird durch eine Konvergenzlinse 70 konveriert und durch einen Spiegel 72 reflektiert. Der vom Spiegel 72 reflektierte Laserstrahl wird sodann auf eine lichtempfindliche Trommel 74 geworfen, die sich in der durch den Pfeil 76 in Fig. 4 angedeuteten Richtung dreht. Die lichtempfindliche Trommel 74 wird somit zur Ausbildung eines Latentbildes auf ihr mit dem Laserstrahl abgetastet. Wenn beim System gemäß Fig. 4 der Laserstrahl auf eine von den Lichtrefl ex ionsflachendes Polygonspiegels 6 abweichende Stelle fällt oder nicht auf einen vorgesehenen Bereich der Lichtreflexionsflächen 4 auftritt, kann die Motorwelle 10 der Motoreinheit 8 zur Lageneinstellung des Polygonspiegels 6 auf die im folgenden beschriebene Weise axial verschoben werden. Zunächst wird der Stirndeckel 64 vom Motorgehäuse 24 abgenommen (vgl. Fig. 3),

worauf ein Werkzeug, etwa ein Schraubendreher, in die Nuten 66 des Einstellrings 58 eingeführt und letzterer auf die durch den Pfeil 77 in Fig. 2 angedeutete Weise in das Mc.orgehäuse hinein oder aus ihm herausgedreht wird. Der Ringträger 50 verschiebt sich dabei, wie durch den Pfeil 78 angedeutet, längs der Achse der Motorwelle 10. Wenn sich die am Ringträger 50 befestigten äußeren Dauermagnete 52 mit dem Ringträger 50 längs der Achse der Motorwelle 10 verschieben, verlagern sich die durch die äußeren Dauermagneten 52 in der Gleichgewichtsstellung gehaltenen inneren Dauermagnete 44, wie durch den Pfeil 80 angedeutet, ebenfalls in Richtung der Achse der Motorwelle 10. Infolgedessen verschiebt sich die die inneren Dauermagnete 44 tragende Motorwelle 10 zur Einstellung der Höhenlage des Polygonspiegels 6 längs ihrer eigenen Achse, so daß der Laserstrahl auf die vorgesehenen Bereiche der Lichtreflex ionsflachen 4 fallen kann. Wenn sich die Motorwelle 10 zu weit axial bewegt oder unter einem von außen einwirkenden Schlag bzw. Stoß längs ihrer Achse verschoben wird, während die Motoreinheit 8 getragen wird oder in Betrieb steht, stoßen die inneren Dauermagnete oder der Schraubbolzen 46 gegen erstes bzw. zweites Dämpferelement 62 bzw. 63 an. Die Dämpferelemente 62 und 63 nehmen dabei unter Verhinderung einer Beschädigung der Bauteile der Motoreinheit 8 den Stoß auf.

Um während des Transports der Motoreinheit 8 eine Beschädigung ihrer Bauteile durch von außen einwirkende Stöße oder Schläge zu verhindern, ist der Stirndeckel 64 vorzugsweise gemäß Fig. 5 mit einem Schraubenelement 80 zur Festlegung der Motorwelle 10 versehen. Für den Transport oder Versand der Motoreinheit 8 wird das Schraubenelement 80 in eine zentrale Gewindebohrung im Stirndeckel 64 eingeschraubt, so daß es über dessen Innenseite hinausragt und mit der Spitze an dem in die

— se —

- Ä.

Motorwelle 10 eingeschraubten Schraubbolzen 46 anliegt. Dabei wird die Motorwelle 10 durch das Schraubenelement 80 radial verschoben, wobei die inneren Dauermagnete 4 4 gegen das an der Lagerbuchse 42 befestigte zweite Dämpferelement 63 angedrückt werden. Die inneren Dauermagnete 4 4 sind sodann zwischen dem zweiten Dämpferelement 63 und dem Schraubenelement 80 verspannt. Während des Transports oder Versands ist somit die Motorwelle 10 in der Motoreinheit 8 unbeweglich festgelegt. Nach dem Einbau der Motoreinheit 8 in das System gemäß Fig. 4 wird das Schraubenelement 80 herausgedreht, so daß die inneren Dauermagnete 44 sich in ihre Gleichgewichtsstellung verlagern und damit die Motorwelle 10 in einem "Schwebezustand" halten.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das magnetische Schub- bzw. Drucklager 60 auf eine Motoreinheit des Pfeilverzahnungstyps angewandt. Wahlweise kann es jedoch auch auf eine Motoreinheit des Kippsegmenttyps oder des Schwebebüchsentyps (floating bush type) angewandt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen Motoreinheit gemäß der Erfindung ist die Motorwelle durch eine magnetische Anziehungskraft axial festgelegt bzw. gelagert, so daß 5 sie durch externe Schwingung kaum in Schwingung versetzbar oder während der Drehung in eine exzentrische Lage verlagerbar ist. Da die Magnete durch Lagerung der Motorwelle in deren Radialrichtung angeordnet sind, ist die Elektromotoreinheit selbst einer Miniaturisierung zugänglieh.

Claims

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter ve dem Europaischen Paientarr.t

Dr phi! G Henkel Munc^h>e^r> Dipl-Ing J Plenr.mg Be'lin Dr rer nat L Feiler München Dip! -Ing W Handel. München Dipl.-Phvs K H Memig. BeMiri Dr Ing Λ Butensc hon. Benin

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha

Mohlstraße 37 Kawasaki, Japan D-8000München80

Tel 089/982085-87

' Telex 05 29 802 hnkl d

Telegramme ellipsoid

MKF-57P956-2 7. September 1982

Elektromotoreinheit

Patentansprüche

Elektromotoreinheit mit einer Motorwelle, einem an dieser befestigten Rotor bzw. Läufer, einem Stator bzw. Ständer zum Antreiben des Läufers mit einer Drehbewegung, zwei Lagern zur drehbaren Lagerung der beiden Endabschnitte der Motorwelle und einem Motorgehäuse, in welches Ständer und Lager eingebaut sind, gekennzeichnet durch einen ringförmigen ersten Dauermagneten (44), dessen Innenumfangsflache koaxial ar der Motorwelle (10) befestigt ist und der an seiner Außenumfangsflache einen Magnet-Pol aufweist, und durch einen koaxial zum ersten Dauermagneten (44) im Motorgehäuse (24) angeordneten zweiten Dauermagneten (52), dessen Innenumfangsflache der Außenumfangsflache des ersten Dauermagneten (44) gegenübersteht und der an seiner Innenumfangsflache einen vom Magnet-Pol an der Außenumfangsflache des

"--" -'■'-'■-'■■■■' 323321g

ersten Dauermagneten (44) verschiedenen Magnet-Pol aufweist, so daß der erste Dauermagnet (44) durch den zweiten Dauermagneten (52) in Radialrichtung der Motorwelle anziehbar ist.
2. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lager (28, 30) Dynamikdrucklager des Pfeilverzahnungstyps (herringbone type) sind.
3. Elektromotcreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dauermagnet (52) längs der Achse der Motorwelle (10) verschiebbar im Motorgehäuse (24) angeordnet ist und daß weiterhin Mittel (50, 54, 56, 58, 66) zur Einstellung der Axialstellung des zweiten Dauermagneten (52) vorgesehen sind.
4. Elektromotoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (50, 54, 56, 58, 66) einen fest mit dem zweiten Dauermagneten (52) verbundenen und verschiebbar in das Motorgehäuse (24) eingesetzten Ringträger (50), ein in das Motorgehäuse (24) eingeschraubtes Schrauben- bzw. Gewindeelement (56, 5B) zur Verschiebung des Ringträgers (50) längs der Achse der Motorwelle (10) und ein elastisches Element (54), welches den Ringträger (50) gegen das Gewindeelement (56, 58) andrückt, umfassen.
5. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpferelemente (62, 63) zur Begrenzung des Axialbewegungsbereichs der Motorwelle (10) vorgesehen sind.
6. Elektromotoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (80) zum Andrücken des an der Motorwelle (10) befestigen ersten Dauermagneten (44) gegen das eine Dämpferelement (63) zwecks Regulierung bzw. Begrenzung der Axialbewegung der Motorwelle (10) vorgesehen ist.
7. Elektromotoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Motorwelle (10) ein mit ihr mitdrehbarer Polygonspiegel (6) befestigt ist.
8. Elektromotoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinheit (14, 18, 20) zur Befestigung des Polygonspiegels (6) an der Motorwelle (10) vorgesehen ist.