KR20140038953A

KR20140038953A - 자전공전식 푸시풀 전기모터

Info

Publication number: KR20140038953A
Application number: KR1020137027233A
Authority: KR
Inventors: 샬롬 레빈; 아사프 레빈
Original assignee: 컨셉트 앤드 디자인 엘티디.
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2014-03-31
Also published as: EP2686942B1; AU2012227871A1; EP2686942A1; WO2012123937A1; ZA201307129B; CN103444062B; JP2014512790A; RU2013146097A; EP2686942A4; AU2012227871B2; BR112013023574A2; US20140184002A1; CN103444062A; CA2830020A1; US9570956B2

Abstract

본 발명은 회전축이 서로간에 편심되어 있는 고정자와 회전자 사이의 자기장에 의한 물리적 작용을 기초로 동작하는 PPPEM에 관한 것으로, PPPEM의 중심축에 동축으로 설치되는 링형 고정자; 고정자의 중심선에 대해 편심되어 회전 가능하게 설치되고 자기력으로 움직이도록 배열된 유성 회전자; 고정자의 중심선에 대해 방사상으로 설치되고, 작동되었을 때 회전자의 자계에 방사상 자기력을 일으키는 일련의 전자석들; 및 회전자의 축의 회전력을 PPPEM의 출력축에 직접 전달하는 회전전달수단;을 포함하고, 전자석들이 작동할 때 인력과 척력이 생겨, 상기 회전자를 적어도 하나의 전자석과 반경방향으로 근접 접촉한채 움직이도록 하여, 회전자를 편심 회전자축을 중심으로 접선방향으로 한칸씩(조금씩) 회전시켜 연속적인 구름운동을 하도록 하여 회전모멘트를 일으키고, 상기 회전전달수단을 이용해 이런 운동을 PPPEM의 출력축에 작용하는 회전운동으로 변환하여 PPPEM의 출력원을 제공한다.

Description

자전공전식 푸시풀 전기모터{A Planetary Push-Pull Electric Motor}

본 발명은 전기모터에 관한 것으로, 구체적으로는 회전축이 서로간에 편심되어 있는 고정자와 회전자 사이의 자기장에 의한 물리적 작용을 기초로 동작하는 자전공전식 푸시풀 전기모터(PPPEM; Planetary Push-Pull Electric Motor)에 관한 것이다.

전기모터는 산업계는 물론, 승용차와 트럭이나 이동장치와 같은 육상차, 비행기, 군사분야, 의료분야에 사용되는 전기기계장치, 가정용으로 널리 사용되고 있다.

전기모터에 대한 요구가 몇년간 증가하였고 앞으로도 계속 그럴 것이기 때문에, 이런 광범위한 용도와 기술적인 필요성을 만족시키는 많은 종류의 전기모터들이 개발되어왔다. 전기모터 분야에서, 고속/저속 로터리 모터, 토크모터, 선형모터, 나노모터 등이 있는데, 각각 용도가 다르다.

전기모터의 첫번째 개념이 180년 전에 나왔기 때문에, 그 구조는 안쪽에 회전자를, 바깥쪽에 고정자를 서로 동심으로 배치하는 것을 기본으로 한다. 이들 2 요소들 사이의 전자기 작용으로 생긴 S형 자기선들은 직선으로 유도되고, 이로인한 반접선형 벡터에 의해 회전모멘트가 생긴다.

경량 전기모터의 중량-동력 비를 고려해, 소형경량 전기모터는 크기를 줄이는 대신 모터 속도가 아주 고석이어서, 높은 감속의 기어박스가 필요하다.

많은 경우, 모멘트를 늘이거나, 속도를 줄이거나, 회전운동을 선형운동으로 변환하려면, 기어박스를 전기모터에 연결해야만 한다. 실제로, 병렬 기어트레인 기어박스, 유성 기어박스, 또는 조속식 감속기를 이용해 회전속도나 모멘트를 증감할 수 있다. 한편, 스크루-너트, 랙-피니언을 사용해 회전운동을 직선운동으로 변환할 수도 있다.

그러나, 전기모터에 연결하는 기어박스는 몇가지 단점을 갖는다. 기어박스는 보통 전기모터에 직렬로 연결되므로, 전체 조립길이가 길어지거나 직경이 커진다. 기어박스의 중량도 상당하다. 또, 기어조립체는 소음이 많고 고가이며 효율도 낮다.

본 발명은 이런 문제들을 극복하여 자전공전식 전기모터(이하 "PPPEM"이라 한다)를 제공하는 것을 목적으로 한다.

"PPPEM"의 기본개념은 작동되었을 때 PPPEM이 2가지 방법으로 구름운동하는 자전공전식("유성"이라고도 함) 회전자에 의해 출력이 생기도록 하는 것으로, 2가지 방법은 각각 고정자 링기어와 함께 동적 관계로 기어형 유성 회전자가 오프셋 피봇운동을 하거나, 링형 고정자에 대해 마찰형 유성 회전자가 오프셋 마찰회전하는 것이다. 2가지 유성 회전자 모두 순차적으로 움직이며 맞물린 피봇선에서 가해진 전자기력에 의해 회전한다(도 24의 60 참조). PPPEM은 경우에 따라 자석의 인력이나 척력에 의해 작동된다. 다른 언급이 없는한, PPPEM은 이런 자석의 인력과 척력을 이용하는 것을 의미한다.

본 발명의 다른 목적은 고정자 전자석들이 인력만을 유도하는 연질 강자성체 코어를 포함하는 유성 회전자를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 레이디얼 자석링 유성 회전자를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 관형 레이디얼 자석 유성회전자를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고정자의 자력이 피봇접촉선에서 유성회전자 축을 방사상으로 밀거나 당기는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 인력과척력을 둘다 이용해 작동하는 레이디얼 자석링 로터를 이용해 로터를 회전시키는 PPPEM을 제공하는데 있는데, 이런 회전자는 회전자기어를 일체로 갖고 고정자의 링기어에서 회전하면서, 회전자와 고정자 사이에 형성되어 움직이는 피봇접촉선에서 토크를 일으킨다.

본 발명의 또다른 목적은, PPPEM이 작동할 때 유성 회전자에 최근접한 전자석들 각각의 활성면을 향해 전자석의 자극에서 생긴 자속을 집중하도록 코어를 형성하는 연잘 강자성체 케이스 안에 고정자 전자석들을 수용한 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고정자가 자석 링기어이고 회전자가 유성기어인 빌트인 유성 결합을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기어박스를 부가할 필요가 없는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 빌트인 세미-듀얼-스테이지 유성기어를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고정자를 향해 회전자에서 반경방향으로 가한 편심으로 움직이는 축을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고정자와 회전자 사이의 인력에 의해 백래시가 없는 전기모터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 고정자기어에 회전자기어를 반경방향으로 밀어주는 스프링에 의해 백래시가 없는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 빌트인 대형 유성 회전자기어를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 공기간극이 거의 없는 고효율 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전체 PPPEM의 일부만 갖는 특정 경우에 대비한 편심 유성 회전자를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 바깥쪽의 링 고정자의 푸시-풀 전자석들과 작용하는 유성 회전자가 편심되게 설치된 PPPEM을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 간단한 전후진 이동을 위한 메커니즘을 요구하는 장치에 부착할 목적으로 직선으로 움직이는 너트를 갖춘 회전식 리드스크루를 기어없이 제어하는 유성 회전자를 갖는 PPPEM을 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명에 의하면,

PPPEM(planetary push-pull electric moter)의 중심축에 동축으로 설치되는 링형 고정자;

상기 고정자의 중심선에 대해 편심되어 회전 가능하게 설치되고 자기력으로 움직이도록 배열된 유성 회전자;

상기 고정자의 중심선에 대해 방사상으로 설치되고, 작동되었을 때 회전자의 자계에 방사상 자기력을 일으키는 일련의 전자석들; 및

상기 회전자의 축의 회전력을 PPPEM의 출력축에 직접 전달하는 회전전달수단;을 포함하고,

상기 전자석들이 작동할 때 인력과 척력이 생겨, 상기 회전자를 적어도 하나의 전자석과 반경방향으로 근접 접촉한채 움직이도록 하여, 회전자를 편심 회전자축을 중심으로 접선방향으로 한칸씩(조금씩) 회전시켜 연속적인 구름운동을 하도록 하여 회전모멘트를 일으키고, 상기 회전전달수단을 이용해 이런 운동을 PPPEM의 출력축에 작용하는 회전운동으로 변환하여 PPPEM의 출력원을 제공하는 PPPEM이 제공된다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 고정자가 내부에 설치되고 회전자가 외부에 배치된 종래의 전기모터의 개략도;
도 2A는 본 발명에 따른 자극들을 갖는 PPPEM의 단면도;
도 2B는 도 2A의 PPPEM의 작동상태를 보여주는 다른 도면;
도 2C는 도 2A~B의 PPPEM의 주요 구성을 보여주는 부분절개 사시도;
도 3은 높은 감속비를 갖는 본 발명의 다른 예의 부분절개 사시도;
도 4는 감속비가 낮은 본 발명의 다른 예의 부분절개 사시도;
도 5는 외측의 편심 회전자 링기어가 안쪽의 고정자기어와 맞물린 PPPEM의 부분절개사시도;
도 6은 본 발명의 또다른 예의 부분절개 사시도;
도 7A는 고정자 케이스(118) 내부에서 대직경의 고정자(116)가 바깥쪽에 배치되고 한쌍의 고정자기어(120)가 배치된 PPPEM(114)의 사시도이다.
도 7B는 전자석(42)이 방사상으로 배치되어 있는 도 7A의 PPPEM(114)의 단면도이다.
도 8A는 도 7의 PPPEM(114)의 부분절개 사시도로서, 본 발명의 다른 예에 따른 2가지의 안티-백래시 메커니즘을 보여준다.
도 8B는 첫번째 안티-백래시 메커니즘을 갖춘 회전자기어(122)와 회전자 플랜지(124)를 보여주는 측면도이다.
도 8C는 도 8A의 회전자와 동일하되, 두번째 안티-백래시 메커니즘을 이용한 회전자의 측면도이다.
도 9A는 본 발명에 따라 자석링이 관형으로 방사상으로 배치된 PPPEM의 단면도이다.
도 9B는 회전자코어(142)에 자석들(144)이 일체러 형성되어 있고 S극과 N극이 도 9A와 같이 배치되어 있는 회전자(136)의 단면도이다.
도 9C는 도 9A~B의 푸시풀 모터의 단면도로서, 안쪽에 배치된 회전자의 회전을 일으키는 자기력의 원리를 보여주는 일례이다.
도 10은 회전자의 회전속도와 방향, 캠축-고정자 상대위치, 특정 위치에서의 피봇접촉선에 대한 회전자-고정자 방향을 측정하는 메커니즘을 보여주는 본 발명의 PPPEM의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 예의 부분절개 사시도이다.
도 12A는 본 발명의 또다른 실시예의 마찰형 PPPEM의 부분절개 사시도이다.
도 12B는 도 12A의 회전자의 자세한 구성을 보여주기 위한 부분절단 사시도이다.
도 13A는 기어, 방사상 스프링 및 관형 베어링요소를 이용해 백래시를 없애는 PPPEM의 다른 예의 부분절개 단면도와 확대도이다.
도 13B는 압축스프링(172)의 작용을 보여주는 개략도이다.
도 14는 회전자의 출력축을 고정자축과 정렬시켜 직접적인 동력전달을 하는 유연한 커필링을 갖춘 회전자를 이용하는 본 발명의 또다른 예의 PPPEM의 단면도이다.
도 15A는 본 발명의 다른 예에 따라 구성된 일체형 E형 코어를 갖는 홀더에 전자석들이 설치된 것의 사시도이다.
도 15B는 도 15A의 전자석들이 고정자 안에 방사상으로 배치된 PPPEM의 단면도이다.
도 15C는 도 15B의 PPPEM(220) 중의 E형 전자석(208)을 갖는 고정자(216)의 상세 사시도이다.
도 16은 회전자가 안쪽에 배치된 PPPEM의 다른 예의 단면도이다.
도 17A는 종래이 기어박스를 관통한 리드스크루 축에 연결된 종래의 전기모터의 사시도이다.
도 17B는 본 발명에 따라, 리드스크루 축의 직접 동작을 위해 기어없는 유성 회전자로 구성된 PPPEM의 부분절개 사시도이다.
도 18A는 강자성체 코어상의 2개의 아암에 전선을 감았고, 전기선이 작동되었을 때 코어와 관련 전기자에서 생긴 자속의 흐름과 극성을 보여주는 종래의 U형 전자석의 개략도이다.
도 18B는 강자성체 코어의 3개의 아암에 각각 전기코일이 감겨있고 이 코어와 관련 전기자를 통해 자속이 흐르는 것을 보여주는 종래의 E형 전자석의 개략도이다.
도 19A~B는 본 발명에 따라 구성된 PPPEM의 전형적인 1단과 2단 동작들을 보여준다.
도 20A~B는 본 발명의 E형 전자석코어를 갖는 PPPEM의 전형적인 2단 동작을 보여준다.
도 21A~B는 종래의 링 자석(290)의 앞면(288a)과 뒷면(288b)이 서로 반대 극성(N극과 S극)을 갖는 것을 보여주는 사시도이다.
도 22는 축방향의 U형 코어에 권선이 감긴 전자석들을 외측 링 고정자에 설치한 본 발명에 따른 다른 PPPEM의 단면 사시도이다.
도 23은 본 발명의 또다른 예의 부분파단 사시도이다.
도 24는 본 발명의 다른 예의 기어없는 PPPEM의 단면사시도이다.
도 25는 본 발명의 또다른 예의 부분절개 사시도이다.
도 26은 본 발명의 바람직한 일례의 단면도이다.

도 1은 종래의 전기모터(20)의 개략도로서, 전자기코일(12,14)을 갖는 고정자(22)가 내부에 설치되고 자극 N극과 S극이 교대로 배치되어 있는 회전자(24)가 외부에 배치되어 있다. 회전자(24)와 고정자(22)는 30에서 동축이고, 구동축(도시 암됨)으로의 출력은 바로 이 축(30)을 따라 간다.

종래의 전기모터(20)가 작동되면, 반대 극성끼리는 서로 당기는 물리적 원리에 의해 고정자(22)의 전자기코일(14)의 S극이 회전자(24)의 최근접 N극을 끌어당긴다. 극성이 바뀌면, 코일(12)의 N극이 고정자(22)의 반대로 대전된 부분에 대해 마찬가지로 작용한다.

글어당기는 것을 표시한 S형 화살표(26)의 자력선은 최단경로로 움직이려하기 때문에, 회전자(24)는 동심의 축선(30)을 중심으로 시계방향(32)으로 회전하게 된다.

종래의 전기모터가 작동할 때의 자속을 측정하기 위해 회전자(24) 부근에 홀효과 센서(34)를 배치한다.

도 2A는 본 발명에 따른 PPPEM(36)의 단면도이다.

PPPEM(36)은 고정자의 링형 기어(40)를 갖고 바깥쪽에 배치된 고정자(38), 고정자 케이스(44) 안에 방사상으로 배치된 일련의 전자석(42), 및 유성 기어(48)를 갖고 안쪽에 배치된 회전자(46)를 포함한다. PPPEM(36)은 고정자 축선(52)과 동축이어서 출력축(도시 안됨)과 동축이고, 회전자 축선(50)은 편심간극(54) 정도로 어긋나 있어, 회전자 기어(48)를 고정자 기어(40) 반대쪽에 편심되게 배치한다.

설명의 편의상 양 축선(50,520을 회전자(46)의 중심부에 위치한 큰 점으로 표시한다.

전자석(42)이 작동해 자기 흡입력이 작용할 때, 도면에 굵은 화살표로 표시된 움직이는 피봇 접촉선(60)을 따라 회전자 기어(48)가 유성 회전운동을 하여 출력축의 동력이 생긴다.

본 발명에서는 회전자(46)와 고정자(38) 모두 연철로 형성되는 것이 좋다.

회전자 기어(48)와 고정자 기어(40)는 작동중에 서로 물리적으로 직접 접촉하지 않으며, 고정자(38)와 회전자(46) 사이의 공기간극을 조절하고 최적으로 줄여 양 기어(40,48) 사이의 자기흡입력을 개선할 수 있는데, 이는 고정자의 전자석에서 생긴 자기력의 영향으로 회전자가 피봇접촉선(60)을 따라 한눈금씩 움직이기 때문에 가능하다(도 2B 참조). 인장강도가 높은 다른 유성기어 세트(도시 안됨)를 이용해 회전자 기어(480와 고정자 기어(40) 사이를 거의 비접촉 상태로 유지할 수 있는데, 이런 기어세트는 토크를 일으켜 모터의 출력축(도시 안됨)에 전달한다.

도 2B는 도 2A의 PPPEM이 본 발명의 원리에 따라 작동하는 상태를 보여주는 단면도이다.

PPPEM(36)이 작동하면 회전자 기어(48)와 일체인 유성 회전자(46)가 고정자 링기어(40)쪽으로 자기력에 이해 당겨지면서, 전자석(42a)에서 (작고 검은 화살표로 표시된) 이동 접촉피봇선(60)에서 구름운동으로 회전하여, 회전자 기어(48)에 구름운동력을 일으키는데, 이때 전자석(42k,42l)은 이 단계의 동작에 무관하다. 이어서, N극이 회전자(46)를 마주하고 있는 인접 전자석(42b)이 작동하여 회전자(46)와 기어(48)를 끌어당기므로, 회전자(46)는 계속해서 구름운동을 한다. 이어서 다음 전자석(42c)이 구름운동하는 회전자 기어(48)에 접근하면서 회전자의 구름운동을 더 제어하게되고, 이런 식으로 계속해서 구름운동이 일어나 PPPEM(36)의 출력축을 구동하기에 충분히 큰 토크를 일으킨다.

또다른 동작모드에서, 회전자(46)가 균형을 이룬 안정상태에 있을 수 있다. 도 2B에서, PPPEM(36)이 작동할 때, 전자석(42k,42l)의 N-S 자극사이에 생기는 자기력에 의해 (화살표로 표시된) 움직이는 잠재적 접촉피봇선(64,62)이 생기는데, 이는 회전자기어(48)와 고정자기어(40) 사이의 움직이는 접촉피봇선(60)의 한쪽에서 양쪽 접촉피봇선(64,62)쪽으로 회전자기어(48)가 당겨져 생기는 것이다. 그와 동시에, 전자석(42b,42c)에서의 N-S 사이의 동일한 자기력에 회전자기어(48)를 접촉피봇선(58,56)쪽으로 당기는데, 이 힘은 접촉피봇선(60)의 반대쪽에서 N-S 자극 사이에서 같은 크기로 생기는 것이고, 이때문에 회전자(46)는 안정상태에 머물 수 있으며, 이런 동작은 민감한 위치제어에 필요하다.

도 2C는 도 2A~B의 PPPEM의 주요 요소들, 특히 고정자(38) 둘레에 방사상으로 배치된 전자석(42a~l)이 작용으로 고정자기어(40)와 회전자기어(48)가 맞물리는 상태를 보여주는 사시도이다. 전자석(42b~c)이 같이 작용할 때, 회전자(46)는 자기력의 인력에 의해 기능을 멈춘 전자석(42a)의 반대쪽으로 시계방향으로 굴러간다. 회전자기어(48)는 약 1:10의 1단 감속비로 고정자기어(40)와 맞물리면서 움직인다.

도 3은 고정자가 바깥쪽에 링 모양으로 설치된 PPPEM의 다른 예의 부분파단 사시도로서, 1단기어와 2단기어를 갖춘 2단 회전자가 안쪽에 배치되며; 출력축에는 기어링이 일체로 형성되어 높은 감속비를 제공한다.

PPPEM(66)은 케이스(44)안에 위치하고 바깥쪽으로 배치된 링형 고정자(38), 고정자기어(40)가 달려있고 고정자와 동축으로 배치되는 일련의 전자석(42b/c), 및 2단 유성 회전자(68)를 포함한다. 회전자(68)의 2단기어(76)는 이보다 큰 회전자기어(70)에 일체로 형성되고, 회전자기어는 회전자축(50)과 동축이다.

이런 2단기어 구성요소는 최종 회전동력을 복귀시켜 편심 회전자축(50)이 아니라 동축인 고정자(38) 축(52)과 출력축(74)을 통해 출력한다. 출력축(74)에 일체로 형성된 출력축 기어링(72)이 2단기어(76)에 직접 맞물리기 때문에, 1:150 정도로 감속비가 높아진다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 사시도이다. PPPEM(78)에서, 링형 고정자(38)와 동축으로 일련의 전자석(42b/c)이 배열되어 있고 고정자기어(40)가 일체로 형성되어 있으며, PPPEM(78)가 동작할 때 회전자링(82)의 1차 유성 회전자기어(80)가 고정자기어(40)를 타고 회전한다. 그와 동시에, 출력축(73)에 일체인 출력축 기어(84)가 2단기어(86)와 맞물려 주어진 감속비로 출력축(73)을 회전시킨다. 고정자축(52)은 출력축(73)과 동심으로 동력을 전달한다.

도 5는 회전자기어가 일체로 형성된 유성 회전자가 바깥쪽에 배치되어 고정자기어가 달리고 안쪽에 배치된 고정자에 맞물리는 PPPEM의 다른 예의 사시도이다.

PPPEM(88)의 회전자(90)에 달린 회전자기어(920는 고정자축(52)에 대해 편심 회전한다. 고정자(94)는 코어(96)와 동축으로 배열된 일련의 전자석(42)을 갖는다. PPPEM(88)이 작동하면, 피봇접촉선(60)에 대해 90도로 위치하는 전자석(42)에 의해 회전자기어(92)가 임시로 고정자기어(98)와 맞물려, 피봇접촉선(60)을 타고 편신 회전자축(50)에서 고정자(94)를 중심으로 회전한다. 출력동력은 고정자축에 연결된 출력축을 통해 전달되는데, 고정자축과 출력축은 동축이다.

도 6은 코어(96)가 달린 고정자(94)가 중심에 배치되고, 고정자기어(98)가 중간에 위치한 회전자(104)의 제1 내부기어(102)에 맞물리며, 회전자축(50)은 고정자축(52)과 어긋나있는 PPPEM(100)의 다른 예의 사시도이다. 회전자(104)의 제2 외부기어(106)는 바깥쪽에 설치된 출력링(110)의 출력링 기어(108)와 맞물리고, 출력링(110)은 고정자축(52)과 동축이므로, PPPEM(100)이 본 발명의 원리대로 작동할 때 편심 회전력이 구동축(도시 안됨)에 바로 전달된다.

도 7A는 고정자 케이스(118) 내부에서 대직경의 고정자(116)가 바깥쪽에 배치되고 한쌍의 고정자기어(120)가 배치된 PPPEM(114)의 사시도이다. 한쌍의 원반형 플랜지(124) 둘레에 유성회전자 링기어(122)가 달려있다. 회전자 링기어(122)의 직경은 보통 회전자코어(126)의 직경보다 크다.

PPPEM(114)가 작동할 때 회전자(126)와 회전자 링기어(122)의 연속적인 구름운동을 위해 고정자(116) 둘레에 방사상으로 전자석들(42)을 배치한다. 회전자축(50)은 간극(54)만큼 고정자축(52)에서 어긋나있다.

회전자기어는 모멘트, 속도, 기타 직경-두께 비를 고려하여 회전자기어는 이를 갖고 적당한 크기의 소형 고정자 링기어와 같이 동작한다.

도 7B는 전자석(42)이 방사상으로 배치되어 있는 도 7A의 PPPEM(114)의 단면도이다. 고정자기어(120)는 회전자기어보다 직경이 작기 때문에 확대 도시되었고, 도 7A에서 설명한 것처럼 회전자기어에 맞물린다.

도 8A는 도 7의 PPPEM(114)의 부분절개 사시도로서, 본 발명의 다른 예에 따른 2가지의 안티-백래시 메커니즘을 보여준다(도 8B~C 참조). 한쌍의 안티-백래시 메커니즘(128,130)이 회전자 플랜지(124)이 축 양쪽에 배치된다. 안티-백래시 메커니즘의 종류에는 한쌍의 조절나사(128)와 한쌍의 곡면형 압축스프링(130)이 있다. 실제로는 2가지 메커니즘중 하나만 사용해 유성결합 밸랙시를 조절하거나 제거한다.

도 8B는 첫번째 안티-백래시 메커니즘을 갖춘 회전자기어(122)와 회전자 플랜지(124)를 보여주는 측면도로서, 압축나사(128)를 플랜지(124)의 원주에 나란한 곡선형 슬롯에서 조절할 수 있다. 한쌍의 안티-백래시 메커니즘이 예컨대 PPPEM에 의해 화살표(132) 방향인 시계방향으로 회전할 때 균형을 이룬다.

도 8C는 도 8A의 회전자와 동일하되, 두번째 안티-백래시 메커니즘을 이용한 회전자의 측면도로서, 한쌍의 압축스프링(130)이 플랜지(124)의 곡선형 홈 안에 수용된다. 이들 스프링(130)은 나사(128)와 마찬가지로 회전자축(50)의 didWHr에 같은 거리로 배치되어 백래시를 제거한다.

도 9A는 본 발명에 따라 자석링이 관형으로 방사상으로 배치된 PPPEM의 단면도이다. 이 PPPEM(134)에서, 외측에 배치된 링형 고정저(38) 안에 전자석들(42)이 방사상으로 배열되고, 고정자기어(40)가 일체로 형성되어 있으모, 이들 모두 하우징 케이스(44) 안에 위치한다.

안쪽에 편심 배치된 유성 회전자(136)의 회전자기어(140)에 자석 회전자링(138)이 일체로 형성되고, 이 링은 회전자코어(142)에 배치된다. 회전자기어(140)는 PPPEM(134)가 작동될 때 편심 회전자축(50)을 중심으로 회전하면서 고정자기어(40)와 맞물린다. 관형의 방사상 자석들(144)은 회전자코어(142)의 일부분으로, 회전자(136)에 부착되고 회전자축(50)과 동축이다. 여기서, 자석의 N극들은 바깥쪽을 향하고, S극은 회전자축(50)을 향하고 있다.

전자석(42j~l)이 작동하면, 이 자석의 N극들이 고정자축(52)을 향하면서 자석(144)의 N극들을 마주보아 반발력이 생긴다. 따라서, 반발력(146)에 의해, 회전자기어(140)가 고정자기어(40)와 맞물려있는 움직이는 피봇접촉선(60)에서 회전자(136)가 회전하게 된다.

그와 동시에, 고정자 자석들(42b~d)이 작동되어 S극이 반대쪽을 향하면, 자석(144)의 N극들을 끌어당긴다. 이 자기 인력(148)이 회전자기어(140)에 작용한다. 결과적으로, 푸시풀 자기력(146,148)에 의해 회전자(136)가 피봇접촉선(60)에서부터 고정자기어(40)에 맞물리면서 연속적으로 구름운동을 하게된다.

도 9B는 회전자코어(142)에 자석들(144)이 일체러 형성되어 있고 S극과 N극이 도 9A와 같이 배치되어 있는 회전자(136)의 단면도이다. 관형 자석(144)은 회전자코어(142)와 일체이고 필요에 따라 같은 자극들이 모두 안쪽이나 바깥쪽을 향하도록 되어있다.

도 9C는 도 9A~B의 푸시풀 모터의 단면도로서, 안쪽에 배치된 회전자의 회전을 일으키는 자기력의 원리를 보여주는 일례이다.

고정자의 전자석들(42a~l)이 일련의순서로 작동된다. 예컨대, 전자석(42b~d)이작동되어 이 자석의 N극들이 바깥쪽을 향한다. 그와 동시에, 고정자 전자석(42j~l)이 작동되면서 N극이 안쪽을 향한다. N극과 S극의 자기력에 의해 회전자(136)에 반발력이 작용해 접촉피봇선(60)을 중심으로 시계방향으로 회전하는데, 이 지점에서 회전자기어(140)와 고정자기어(40)가 맞물린체 회전한다.

마찬가지로, 동일한 5개 전자석을 이용한 회전자(136)의 반시계방향 회전이 이루어지는데, 이때 42j는 꺼지고 42k와 42l은 작동되어 N극이 바깥쪽을 향하고 42b~d는 작동되어 N극이 안쪽을 향한다.

고정자 전자석(42)의 작동순서들을 다르게 하면 작동되는 자극들 사이의 각도를 다르게 하여 회전자(135)를 다른 움직이는 접촉 피봇선(60)을 중심으로 다른 방향으로 회전하게 할 수 있는데, 이를 이용해 PPPEM(134)를 여러가지로 응용할 수 있다.

도 9D는 도 9A~C의 단면도로서 자기력을 보여준다.

회전벡터가 회전자에 대한 접선 회전력이고 회전자축과 고정자축이 동축인 종래의 전기모터와는 달리, 본 발명의 PPPEM(134)에서는 회전자(136)와 고정자(38) 사이의 자기 인력(146)과 척력(148)이 방사상이고 푸시풀 효과를 일으키며, 회전축이 회전자축(50)이 아닌, 접촉선, 즉 고정자기어(40)와 회전자기어(140) 사이의 움직이는 결합접촉피봇선(60)에 접한다.

도 10은 회전자의 회전속도와 방향, 캠축-고정자 상대위치, 특정 위치에서의 피봇접촉선에 대한 회전자-고정자 방향을 측정하는 메커니즘을 보여주는 본 발명의 PPPEM의 단면도이다.

PPPEM(150)에서, 고정자 케이스(44) 안에 바까쪽에 고정자(38)와 고정자기어(40)가 위치하고, 회전자기어(48)에 일체로 편심 회전자(46)가 형성된다. 아래를 향한 큰 화살표로 표시된 캠축 표시자(156)가 고정자축(52)과 동축인 캠축(152)에 회전 가능하게 부착되고, 처음에는 고정자(38)와 회전자(46) 사이의 결합접점(60)을 향하도록 설정된다. 캠축(152)은 예컨대 회전자(46)가 1회전하는 동안 24회전하므로, 회전자의 회전속도와 방향과, 회전자(46)의 몇배로 회전하는 캠축(152)을 통해 고정자(38)에 대한 회전자의 상대적 위치를 정확히 감지 내지 측정할 수 있다.

PPPEM(150)이 작동할 때 시스템내 자속을 측정할 홀효과 센서(34)를 고정자(38)에 설치한다. 홀센서(34) 가까이에 캠축 표시자(156)에 적어도 3개의 소형 자석(154a~c)을 배치한다. 자석(154a,c)이 자석(154b)에 대해 비대칭일 때, 캠축의 속도와 회전방향과 캠축-고정자의 절대 방향을 측정할 수 있으며, 이때 당분야에 잘 알려진 광학 엔코더, 해상도계, 포토다이오드 센서 등을 사용할 수 있다.

한편, 표시자(156)가 제공하는 아날로그 데이터를 디지털로 변환하여 모니터에 표시하도록 디지털 컨버터를 사용할 수도 있다.

도 11은 본 발명의 또다른 예의 부분절개 사시도이다. 이 PPPEM(160)에서, 바깥쪽에는 기어없는 마찰 고정자(164)가 배치되고 안쪽에 기어없는 편심 마찰 회전자(162)가 배치된다.

이런 마찰결합 원리에 의하면, 고정자의 내경보다 약간 작은 직경을 갖는 한쌍의 마찰링(158)을 고정자 안에 설치하고; 회전자-고정자의 편심율은 물론 회전자-고정자 에어갭도 아주 작다. 자기력은 더 강해지고, 캠축-회전자 회전비도 커진다.

PPPEM(160)이 작동할 때 회전자(162)가 축(50)을 중심으로 편심 회전하는데, 이때 고정자축(52)에 대해 간극(54)만큼 어긋난다. 회전자(162)에 적어도 한쌍의 마찰링(158)이 제공된다. 이런 구조에서는 회전자-고정자 회전비가 1:100까지 증가한다.

고정자(164)의 축(52)을 중심으로 출력축과 동심으로 다수의 전자석(42)이 방사상으로 배열된다. PPPEM(160)의 하우징 역할도 하는 고정자 케이스(44) 안에 고정자(164)가 위치한다.

도 12A는 본 발명의 또다른 실시예의 마찰형 PPPEM의 부분절개 사시도이다. 이 PPPEM(166)에서, 바깥쪽 마찰고정자(164)에 다수의 전자석(42)이 방사상으로 배열되면서 PPPEM(166)의 중심선을 형성한다. 고정자(164)가 들어있는 케이스(44)는 PPPEM(160)의 하우징 역할도 한다. 마찰회전자(162)에 PPEM(160)처럼 한쌍의 마찰링(158)이 제공된다(도 11 참조).

도 13A의 편심 캠축(170)과 관형 베어링요소(176)는 마찰회전자(162)와 고정자(164)의 축(50,52) 사이의 편심간극(54)을 유지함은 물론, PPPEM(166)이 작동할 때의 회전요소인 편심 캠축(170)과 마찰회전자(162)가 회전하는 동안 마찰을 줄이기 위한 것이다(도 11 참조). 이런 회전요소들은 속도가 서로 다르면서도 동력학적인 균형을 맞춘다.

편심 캠축(170)의 더블-D 구간이 베어링 필러시트(178)의 내부 더블-D 개구부에 미끄럼 끼워맞춤된다. 이런 구조로 인해, 캠축(170)과 베어링시트가 방향은 같아도 회전자(162)의 고정자(164)를 향한 방사상 운동은 허용되어, 유성결합 토크전달에 필요한 마찰접촉을 일으킨다.

PPPEM(166)에 한쌍의 압축스프링(172)이 축방향으로 떨어지게 설치되어, 회전자와 고정자가 맞물리게 하는 부하를 주어, 토크전달에 필요한 마찰력을 제공한다. 이들 압축스프링(172)은 편심 캠축(170) 내부에 설치된 스프링슈(174)와 결합하여, 회전자(162)와 고정자(164) 사이의 움직이는 결합접촉점(60)에서 마찰회전자(162)에 압력을 가하고, 결합접촉점(60)은 마찰회전자(162)의 회전에 따라 변한다. 압축스프링(172)과 스프링슈(174)를 둘러싸는 베어링시트(178)는 회전자의 회전 동안 압축스프링(172)을 방사상으로 유지한다.

도 12B는 도 12A의 회전자의 자세한 구성을 보여주기 위한 부분절단 사시도이다. PPPEM(166)은 2개의 회전요소를 갖는데, 편심 캠축(170)과 마찰회전자(162)가 그것이고, 회전자에는 적어도 한쌍의 마찰링(158)이 달려있다. 캠축(170)이 편심으로 설치되어, 마찰회전자(162)는 고정자(164)의 축(52)과 일정 간극(54)만큼 어긋나있다(도 11 참조). 캠축(170)은 회전자축(50)이 고정자축(52)과 어긋난 것처럼 회전중심을 유지하기도 한다. 2개의 회전요소(170,162)는 서로 독립적이고 각각 다른 속도로 자유롭게 회전한다.

관형 베어링요소(176)는 회전마찰을 줄이기 위한 것이다. 도 12A처럼, 편심 캠축(170) 안에 한쌍의 압축스프링(172)이 설치된다. 마찰링(158)을 통해서만 접촉하는 마찰회전자(162)와 고정자(164) 사이에서 피봇접촉선(60)이 움직인다. 다른 요소들에 대해서는 도 12A에서 설명한 것과 같다.

도 13A는 기어, 방사상 스프링 및 관형 베어링요소를 이용해 백래시를 없애는 PPPEM의 다른 예의 부분절개 단면도와 확대도이다.

이 PPPEM(180)에서, 고정자기어(40)가 일체로 달려있는 링형 고정자(38)가 외측에 설치되고, 고정자 케이스(44) 안에 전자석(42)이 배열된다. 또, 회전자기어(48)가 달려있는 연강 회전자(190)가 안쪽에 설치되고, 관형 베어링요소(176)가 회전자(190) 안쪽의 설치된다. 움직이는 피봇선(60)은 회전자기어(48)와 고정자기어(40) 사이에 편심되게 근접해있다.

베어링요소(176)의 내벽(182)과 외벽(184) 사이에 베어링(186)이 들어있다. 편심 캠축(170)에 적어도 한쌍의 압축스프링(172)이 설치되는데, 리테이너 필러시트(178)에 의해 제자리를 유지하는 역 T형 스프링슈(174)에 각각의 스프링이 설치된다.

캠축(170)과 베어링 필러시트(178)가 압축스프링(172)에 의해 내벽(182)을 향해 방사상으로 미는 힘을 가하도록 스프링슈(174)가 배치된다. 회전자기어(48)상의 피봇선(60)처럼, 회전자(190)의 이동경로를 따른 피봇선에서 압력을 가하는 압축스프링(172)이 팽창하기 위한 작은 간극(192)이 있다.

압축스프링(172)의 아랫쪽을 향한 팽창운동과 이로인한 스프링슈(174)의 운동으로, 예컨대 회전자기어(48)가 피봇선(60)에서 고정자기어(40)와 완전히 맞물릴 때 백래시가 없어진다.

도 13B는 압축스프링(172)의 작용을 보여주는 개략도이다. 화살표(188)로 표시된 것처럼, 압축스프링(172)이 회전자(190)와 함께 고정자기어(40)를 향해 움직이므로, 기어결합에 의한 백래시를 없애고, 기어결합시 양 기어(40,48) 사이의 편심율을 조정할 수 있다.

도 14는 회전자의 출력축을 고정자축과 정렬시켜 직접적인 동력전달을 하는 유연한 커필링을 갖춘 회전자를 이용하는 본 발명의 또다른 예의 PPPEM의 단면도이다.

여기서는 기어없는 고정자가 외측에 배치되고, 코일 코어(196)에 전자석들(42)이 배열된다. 이들 전자석은 PPPEM(200)의 중심선을 이루는 고정자축(52)을 중심으로 방사상으로 배열된다.

안족에 배치된 기어없는 회전자(162)에 한쌍의 탄성마찰링(158)이 배치되어, 회전자(162)와 고정자(164) 사이의 피봇접촉선(62) 부분에 일정한 구름운동을 하는 힘을 일으킨다. 편심 회전자축(50)이 캠축(168)을 어긋나게 관통하지만, 회전자 플랜지(204)와 제1 플렉시블 커플링(206a)을 관통하는 커플링로드(202)와 만난다.

커플링로드(202)와 출력축(74)의 연결은 제2 플렉시블 커플링(206b)을 통해 이루어지며, 이곳에서 PPPEM(200)의 축이 편심 회전자축(50)에서부터 PPPEM(200)의 기단부의 캠축(169)을 통해 출력축(74)으로 복귀된다. 회전자축(52)과 동축이고 중심에 있는 출력축(74)은 직접적인 동력전달을 받는다.

플렉시블 커플링(206a~b)과 커넥팅로드(202) 전체구조가 회전자(162)와 동축인 관형 베어링요소(176) 안에 배치되므로, 움직이는 부분들 사이의 마찰을 줄일 수 있어 유리하다. 플렉시블 커플링(206a~b)은 당업자에게 알려진 어떤 것도 사용할 수 있다.

도 15A는 본 발명의 다른 예에 따라 구성된 일체형 E형 코어를 갖는 홀더에 전자석들이 설치된 것의 사시도이다. 각각의 전자석(208)은 E형 케이스(210)의 중앙 아암에 권선(214)을 감은 것이다.

전자석 코어는 C형, U형, E형 형상을 가질 수 있으며, 코일 권선수도 적용례에 맞게 자속을 일으키는 수로 감을 수 있다. 이는 본 발명의 PPPEM에도 마찬가지다.

도 15B는 도 15A의 전자석들이 고정자 안에 방사상으로 배치된 PPPEM의 단면도이다.

도 2의 기어형이나 도 11의 마찰형일 수 있는 PPPEM(220)에 일련의 전자석(208)이 설치된다. 전자석(208)은 E형의 소프트금속 케이스(210) 안에 권선(214)을 감아 고정자(216)의 체적을 최적화한다. 이때문에, PPPEM(220)이 작동될 때 회전자(218)에 가장 가까운 중앙 아암(212)과 같은 전자석의 한쪽 활성면에 양쪽 자극에서 나오는 자속들이 집중되도록 하여 유리하다. 도시된 회전자(218)로부터, 회전자축(50)과 고정자축(52) 사이의 편심 관계를 알 수 있다.

도 15C는 도 15B의 PPPEM(220) 중의 E형 전자석(208)을 갖는 고정자(216)의 상세 사시도이다.

홀더에 포장된 전자석들(208)이 회전자(218)의 중심선에 대해 각도를 이루되 회전자축(50)과 동축으로 고정자(216) 안에 배열된다. 이들 전자석(208)은 본 발명의 PPPEM에서의 코깅효과를 줄이기 위해 고정자(216) 안에 비스듬하게 배열된다.

도 16은 회전자가 안쪽에 배치된 PPPEM의 다른 예의 단면도이다.

케이스(44) 안에 링형 고정자(164)가 바깥쪽으로 배치되고, 고정자(164) 둘레에 전자석들(42)이 배열되며, 안쪽에 유성 회전자(224)가 배치된다. 회전자(224)는 회전자축(50)과 동축인 캠축(도시 안됨)에 회전가능하게 고정된다. 고정자축(52)은 회전자-고정자의 직접접촉이 없도록 하는 최소 간극(54)만큼 회전자축과 어긋나있는데, 이 간극은 최소 틈새간극(226)으로도 표시된다. PPPEM(222)가 동작할 때의 출력효율은 크게 향상된다.

회전자(224)는 연철, 니켈, 코발트, 페라이트 등과 같이 고정자 자계내에서 높은 자기투자율을 갖는 강자성체로 이루어지는 것이 좋다.

도 17A는 종래이 기어박스를 관통한 리드스크루 축에 연결된 종래의 전기모터의 사시도이다. 이 전기모터(20)는 기어박스(230)에 연결되는 한편, 플랜지(234)를 통해 리드스크루 축(232)에 연결되어, 출력을 공급한다. 리드스크루 축(232)은 호살표(238) 방향으로 회전한다. 리드스크루 축(232)의 시계방향으로나 반시계방향으로의 회전에 맞게 이 축의 길이를 따라 화살표(228) 방향으로 가동 너트(236)가 움직인다.

도 17B는 본 발명에 따라, 리드스크루 축의 직접 동작을 위해 기어없는 유성 회전자로 구성된 PPPEM의 부분절개 사시도이다.

이 PPPEM(240)에서, 외측에 설치된 고정자(164)에 일련의 전자석(42)이 설치되고, 안쪽에 설치된 유성 회전자(162)에 적어도 하나의 탄성 마찰링(158)이 구비된다. 회전자(162)는 이곳에 부착된 회전형 리드스크루 축(232)를 직접 제어하고, 이 축의 길이를 따라 가동 너트(232)가 움직이게 설치되며, 축의 말단부에는 볼조인트(242)가 회전 가능하게 연결되어 있다.

회전자(162)는 기어가 없고 리드스크루 축(232)에 일체로 연결되어 있어, 회전자(162)가 회전하면 리드스크루 축(232)이 화살표(238) 방향으로 직접 회전하는데, 종래에 사용되던 기어박스(230)를 통한 기어연결이 불필요하다(도 17A 참조). 말단부에 달린 볼조인트(242) 때문에 리드스크루 축(232)이 회전하면서 고정되어 있으므로, 전기모터(240)가 작동할 때 가동 너트(236)가 리드스크루 축의 길이를 따라 화살표(228) 방향으로 움직일 수 있다. 리드스크루 축(232)의 회전방향과 너트(236)의 진행방향은 회전자(162)의 회전방향에 의해 좌우된다.

도 17A~B에 도시된 바와 같이, 종래의 전기모터와 비교하여 본 발명의 전기모터는 카메라의 줌렌즈, 광고판의 가동부와 같이 앞뒤 양방향으로 움직이는 요소들이 달린 장치에 특히 유용하다. 이런 가동 요소들을 가동 너트(236)에 연결하면, PPPEM(240)을 작동시켜 가동요소들을 움직일 수 있다.

도 18A는 강자성체 코어상의 2개의 아암에 전선을 감았고, 전기선이 작동되었을 때 코어와 관련 전기자에서 생긴 자속의 흐름과 극성을 보여주는 종래의 U형 전자석의 개략도이다.

이 전자석(250)은 U형이고, 강자성체 코어(246)의 아암(252a~b)에 전기코일(244a~b)이 각각 감겨있어, 아암이 각각 반대 극성인 N극과 S극으로 대전된다. 자기장이 화살표(254) 방향으로 폐회로를 이루면서 흐를 수 있도록 전기자(248)를 배치한다.

도 18B는 강자성체 코어의 3개의 아암에 각각 전기코일이 감겨있고 이 코어와 관련 전기자를 통해 자속이 흐르는 것을 보여주는 종래의 E형 전자석의 개략도이다.

이 전자석(260)은 E형이고, 강자성체 코어(256)의 3개 아암(252b,252a,252b) 각각에 전기코일(244a~b)이 감겨있으며 교대로 S-N-S극을 나타내지만, 경우에 따라서는 N-S-N 극으로 될 수도 있다. 전기자(248)를 설치해 폐회로로 자속이 흐르도록 했지만, 도 18A의 U형 전자석과는 달리, 이 전자석(260)의 자속은 화살표(254)와 같이 양쪽으로 흐른다.

도 19A~B는 본 발명에 따라 구성된 PPPEM의 전형적인 1단과 2단 동작들을 보여준다. PPPEM(262)의 바깥쪽에 설치된 고정자(264)의 축(52)은 PPPEM(262)의 출력축(도시 안됨)과 동축이다. 안쪽에 배치된 회전자(66)의 관형 연철 링(278)에 회전자코어(272)가 일체로 달려있다. 회전자축(50)은 고정자(264)의 축선에서 어긋난다.

고정자(264)에 설치된 전자석들(268)은 U형 코어(246)를 갖고, 이 코어의 아암(252c)은 N극, 아암(252d)은 S극을 갖는다. 모든 전자석들(268)은 고정자(280) 안에 배열된다. PPPEM(262)을 둘러싸는 모터 하우징(280)은 고정자(264)의 케이싱 역할도 한다.

도 19A의 고정자(264)에 있는 12개의 전자석들 중의 전자석(268c)은 U형 코어(246)의 아암(252c)이 N극이고 두번째 아암(252d)은 S극이며, 인접 전자석(268d)의 U형 코어(246)의 아암들은 극성이 반대로 된다.

1단 동작에서, 극성이 반대인 전자석(268c~d)이 동시에 작동하면서 회전자(266)를 반발시켜, PPPEM(262)이 동작할 때 인력에 따fs 회전방향으로 첫번째 피봇선(60a)부터 시작해 (도시되지는 않았지만 회전자축(50)과 동축인) 캠축의 회전운동과 관련해 60도씩 회전자를 회전시킨다.

도 19B의 전자석(268d)는 극성이 S이고 전자석(268e)은 극성이 N극이어서, 관형 링(278)을 (도 19A의) 첫번째 피봇선(60a)에서 30도 정도 움직인 두번째 피봇선(60b)까지 잡아당긴다.

전자석코일(270d)이 권선을 통해 코일(270e)에 연결되며, 코일(270e)은 N극을 갖고 회전자(266)에 새로운 추진력을 일으키면서 회전자를 회전시킨다. 항상 2개의 인접 전자석들(268)이 직렬연결로 작용하여 코어의 아암(252d/e)에 반대 자극을 일으키므로 회전자(266)를 당겨준다(도 18A 참조).

도 20A~B는 본 발명의 E형 전자석코어를 갖는 PPPEM의 전형적인 2단 동작을 보여준다. 이 PPPEM(282)에서, 일군의 코일(286c~e)이 전자석(284c~e)에서 동시에 작동하고, 이때 3개 코일(286c~e)의 평균 흡인 벡터들은 항상 회전자의 원주에 직각이면서 구름운동하는 피봇접촉선(60a)를 향한다.

도 20A의 PPPEM(282)에서 예컨대 회전자(264)의 E형 코어(256)를 갖는 전자석(284c~e)이 회전자축(52) 둘레에 배열되고, 그 안쪽에 배치된 회전자(266)의 자석 코어(272)에 6개 아암(274)이 등간격으로 반경방향으로 배치된다. 이 PPPEM(282)을 수용하는 하우징(280) 안에 있는 회전자(266)에 관형 연철 링(278)이 일체로 배치된다.

직렬 연결된 코일들(286c~e) 때문에, S로 표시된 중간 코어 아암의 극성은 예컨대 양쪽의 아암들의 극성(N극)과는 반대이다. 고정자(264)내의 전자석(284c~e)에 적용된 것과 같은 원리를 3 그룹의 다른 전자석들에도 적용할 수 있다.

고정자(264)에 12개의 전자석(284)이 있는 것이 좋지만, 갯수를 다르게 할 수도 있다. 여기서는 PPPEM(282)이 단면도의 6시 방향에 접촉피봇선(60a)이 위치하므로, PPPEM(282)의 1단 동작으로 전자석(284c~e)의 작동하여, 회전자링(278)에 대한 인력을 이용해 회전자(266)가 회전하며, 이때 회전자링은 연철로 이루어지는 것이 좋다.

도 19와 20의 실시예들의 주요 차이점은 앞에서는 U형 코어(246)를 사용하지만 뒤에서는 E형 코어(256)를 사용하는 것이다. 다른 특징들은 같지만, 전자석 코어(246,256)의 형상 때문에 이하 설명하는 것과 같은 몇가지 동작에서의 차이가 있다.

PPPEM(282)에 기어를 사용할 경우, 회전자(266)가 움직이면서 고정자기어와 회전자기어(도시 안됨) 사이의 피봇접촉선(60a)에서 임시로 기어가 맞물린다. 그러나, PPPEM(282)는 기어 없이 마찰링(158)을 갖춘 마찰형 회전자(162)로 동작할 수도 있다(도 11 참조).

도 20B에 의하면, 이제 고정자(264)와 회전자(266) 사이에 5시 방향에 제2 피봇선(276b)이 생긴다. 전자석(284c)이 정지하자마자 6시 위치의 전자석(284f)이 작동하여, 회전자(266)의 피봇 구름운동을 일으킨다. 이런 2단게에서, 이제 전자석(284d~f)이 작동된다. 차례대로 관련 전자석들이 계속적으로 작동과 정지를 하면서 계속적인 운동이 일어난다.

도 21A~B는 종래의 링 자석(290)의 앞면(288a)과 뒷면(288b)이 서로 반대 극성(N극과 S극)을 갖는 것을 보여주는 사시도이다. 링 자석(290)은 환형이나 원통형 자석으로서, 축방향으로 자화되며, 레이디얼 자석보다 훨씬 저렴하다. 자속선은 반경방향을 향하며, 기존의 링 자석들을 본 발명에 따른 푸시풀 장점들과 결합하여 개선된 PPPEM을 구성할 수 있다.

도 22는 축방향의 U형 코어에 권선이 감긴 전자석들을 외측 링 고정자에 설치한 본 발명에 따른 다른 PPPEM의 단면 사시도이다.

U형 코어(246)에 권선(270a~b)을 감은 전자석들(250)을 갖춘 고정자(294)를 바깥쪽에 설치해 케이스(44) 안에 넣는데, 이 케이스는 PPPEM(300)의 하우징 역할도 한다. 안쪽에 배치된 회전자(296)는 기존의 링-자석(290)으로 이루어지고, 링자석은 축방향으로 배열되고 각각의 표면(288a~b)에 자속가이드(292a~b)가 배치된다(도 21 참조).

고정자 전자석(250a)에 자속가이드(292a~b)와 회전자 링자석(290)의 자극에 반대되는 자극이 생겼을 때, 이들 전자석(250a~b)은 자속가이드와 링자석의 자극들 가까이에서 작동한다. 이때문에 회전자 링자석(290)을 아랫쪽으로 당기는 인력이 생긴다.

이때, 도 22와 같이 회전자 링자석(290) 윗부분에 배치된 전자석(250b)의 자극이 자속가이드(292b) 및 회전자 링자석(290)의 자극과 같아진다. 아랫쪽으로 작용하는 척력과 인력의 합에 의해 일련의 회전운동들이 일어나, PPPEM(300)의 동력범위내에서 사용할 수 있는 출력축(도시 안됨)에 토크를 일으킨다.

도 23은 본 발명의 또다른 예의 부분파단 사시도이다. 이 PPPEM(302)에서, 바깥쪽에 배치된 고정자(318)에 일체인 고정자 링기어(314)는 PPPEM(302)이 작동할 때 회전자기어(312)와 맞물린다. U형 코어(246)가 달린 전자석들(250)은 고정자(318) 안에 배열되고 케이스(44)로 둘러싸인다.

안쪽의 유성 회전자(316)는 회전자기어(312)를 갖고 올드햄 회전판(306)과 중간판(308)을 통해 올드햄 커플링(304)에 연결되고, 끝으로 올드햄 출력축(310)에 연결된다.. 올드햄 출력축(310)은 고정자축(52)과 동축이므로, 회전자축(320)과의 편차는 출력축(310)에서 고정자축(52)과 동축이 되도록 복귀된다. 회전자의 액시얼 링자석(290)에는 자속가이드(292a~b)가 설치된다. 도 23의 다른 특징들은 도 22에서 설명한 바와 같다.

도 24는 본 발명의 다른 예의 기어없는 PPPEM의 단면사시도이다. 바깥에 설치된 고정자(164)에 일련의 전자석들(42)이 있고, 안쪽에 기어없는 유성 회전자(162)가 배치되며, 이곳에 안티-백래시 메커니즘이 있지만(도 13 참조), 종래의 액시얼 링자석(290)의 양 표면에 한쌍의 자속가이드(292a~b)가 설치된다. 이 PPPEM(322)의 다른 특징들은 도 11의 실시예와 비슷하다.

도 24의 실시예는 안티-백래시 메커니즘을 특징으로 하는데, 회전자(162)는 고정자(164)와의 인력에 의해 아랫쪽을 향하는데, 이때 액시얼 링자석(290)이 이용되고, 이 링자석은 (회전자에 자속가이드가 연결되든 않든) 연철로 만들어진 회전자(162)와 고정자(164) 사이에 인력을 제공한다.

도 25는 본 발명의 또다른 예의 부분절개 사시도이다. 이 PPPEM(324)에서, 얇은 U형 전자석 코어 아암들(332a~b; N극, S극)이 외측 링 고정자(326)의 안쪽 넓은 지지면(330)에 축방향으로 배열되어 있고, 다수의 N~S 자극들(332a~b)에 의해, 안쪽에 배치된 연질금속의 회전자링(328)을 회전시킨다. 회전자링(328)은 당업자에게 알려진 다른 강자성체로 이루어질 수도 있지만, 바람직한 재료는 연철이다.

도 26은 본 발명의 바람직한 일례의 단면도이다. 이 PPPEM(334)에서, 바깥쪽에 배치된 고정자(336)에 고정자기어(338)가 달려있고 고정자 전자석들(340)이 PPPEM의 출력축(352)과 동축인 고정자축(52)을 중심으로 방사상으로 배열된다(도 2 참조). 당업자에게 알려진 종류의 안티-백래시 메커니즘(344)이 회전자 캠축(342)에 배치되어 있지만, 도 13A와 같은 한쌍의 압축스프링(172)이 바람직할 수 있다.

안쪽의 회전자(346)에 달린 제1 회전자 링기어(312)는 움직이는 접촉 피봇선(60)에서 고정자기어(338)와 맞물린다. 제2 회전자 링기어(348)는 출력 링기어(350)와 맞물려, 회전자의 편심회전을 출력축(352)의 동심 출력회전으로 변환하고, 이때의 감속비는 1:20 정도 된다. 따라서, 캠축(342)은 축인코더, 리졸버, 블레이크를 구현하기 위한 완벽한 부분이 된다.

캠축(342)에 부착된 링(288)은 전자석(340)에 대한 피봇접촉선(60)의 상대적 방향을 감지하기 위한 광단속센서(353)에 대한 단속자 역할을 한다. 2차 세트의 유성 기어(348,350)은 감속용이거나, 출력축(352)을 고정자축(52)과 동축이되게 한다(도 2 참조).

도 13A와 같은 안티-백래시 메커니즘(344)의 한쌍의 압축스프링(172)을 회전자 링기어(312,348)에 장착하여 고정자 링기어(338) 및 출력기어(350)에 맞물리게 하여, 2단 안티-백래시 메커니즘을 완성한다.

본 발명의 PPPEM(334)의 3가지 주요 회전요소들은 아래와 같다:

1) 유성모드일 때 고정자기어(338)에서 회전하는 기어(312,348)가 일체로 달린 유성 회전자(346);

2) 회전자(346)보다 고속으로 회전하는 편심 회전자 캠축(342), 이런 캠축은 회전자보다 15배나 30배 빨리 회전함;

3) 회전자(346)보다 저속으로 회전하고, 안쪽에 링기어(350)가 일체로 달려있는 출력축(352).

회전자(346)는 전자석(340)의 척력을 받아, 일정 방향과 속도로 출력축(352)의 제2 출력 유성결합 기어(348,350)에 일정 토크를 전달한다. 편심 캠축(342)은 회전자(346)를 고정자축(52)에 나란히 어긋나게 유지하는 역할을 한다. 편심 캠축(342)이 회전자(346)의 몇배의 속도로 회전하므로, 위치나 속도를 표시하는 모든 종류의 센서를 설치하거나, (예컨대 브레이크 홀딩토크가 최대 회전토크의 15분의 1 이하인) 아주 낮은 홀딩 브레이크를 수용하기위한 최적의 요소이다.

1개의 와셔(288)와 8개의 광단속센서(353)로 이루어진 광학인코더를 이용해 회전자-고정자 상대위치를 확인할 수 있는데, 특히 고정자 전자석(340)의 자극에 대한 회전자 피봇접촉선(60)의 상대위치를 확인할 수 있다.

와셔(288)는 편심캠축(342)에 회전 가능하게 고정되고, 광단속센서(353)는 모터 뒷커버(354)를 포함한 고정자 케이스(44)에 단단히 연결된다.

당업자라면 알 수 있듯이, 전자석에 대한 피봇접촉선의 상대적 위치는 최대 모멘트나 최대 효율로 (예컨대 시계방향이나 반시계방향으로) 회전자(346)를 회전시키도록 전자석을 최적으로 가동시키는데 필수적이다.

Claims

PPPEM(planetary push-pull electric moter)의 중심축에 동축으로 설치되는 링형 고정자;
상기 고정자의 중심선에 대해 편심되어 회전 가능하게 설치되고 자기력으로 움직이도록 배열된 유성 회전자;
상기 고정자의 중심선에 대해 방사상으로 설치되고, 작동되었을 때 회전자의 자계에 방사상 자기력을 일으키는 일련의 전자석들; 및
상기 회전자의 축의 회전력을 PPPEM의 출력축에 직접 전달하는 회전전달수단;을 포함하고,
상기 전자석들이 작동할 때 인력과 척력이 생겨, 상기 회전자를 적어도 하나의 전자석과 반경방향으로 근접 접촉한채 움직이도록 하여, 회전자를 편심 회전자축을 중심으로 접선방향으로 한칸씩(조금씩) 회전시켜 연속적인 구름운동을 하도록 하여 회전모멘트를 일으키고, 상기 회전전달수단을 이용해 이런 운동을 PPPEM의 출력축에 작용하는 회전운동으로 변환하여 PPPEM의 출력원을 제공하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 고정자와 회전자가 기어를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 고정자가 톱니형 링기어를 갖고 상기 회전자는 톱니형 유성 회전자기어를 가져, 이들 기어가 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제2항에 있어서, 상기 기어없는 회전자가 고정자를 반경방향으로 압박하고 백래시 없는 마찰구동 메커니즘을 제공하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제2항에 있어서, 상기 회전자가 고정자의 내면을 따라 편심운동으로 회전하되, 회전자축과 동축으로 회전자 외면에 설치된 마찰링을 통해 고정자와 접선방향으로 마찰접촉을 하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제2항에 있어서, 상기 PPPEM이 유성 마찰모터이고, 안쪽에 설치된 마찰형 유성 회전자가 안쪽에 편심으로 설치된 기어없는 고정자와 접촉하며, 상기 회전자는 기단부에서 리드스크루에 직접 연결되고 말단부에는 볼조인트에 연결되어, 회전자와 리드스크루의 자유회전이 가능하며, 상기 리드스크루에 가동 너트가 설치되며, 이 가동 너트는 리드스크루의 길이를 따라 양방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자축이 고정자에 대해 반경방향으로 힘을 받아 회전자를 고정자쪽으로 당기는 인력이 작용하여, 회전자와 고정자가 둘다 톱니형 기어를 갖추었을 때 백래시가 없어지는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자기어가 안티-백래시 메커니즘을 갖춘 플랜지에 설치되는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제8항에 있어서, 상기 안티-백래시 메커니즘이 한쌍의 균형된 압축스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제8항에 있어서, 상기 안티-백래시 메커니즘이 한쌍의 균형된 나사와 관련 잠금너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제8항에 있어서, 상기 안티-백래시 메커니즘이 한쌍의 균형된 레이디얼 자석링들을 포함하고, 이런 자석링들이 회전자와 고정자 사이에 일정한 인력을 일으키는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 방사상으로 배치된 전자석들이 회전자 자석과 작용하여 생긴 자기 인력과 척력이 회전자축을 중심으로 안쪽과 바깥쪽으로 반경방향으로 향하는 벡터들을 생성하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자의 축이 고정자의 축과 나란하되 반경방향의 자유도를 갖는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자의 축이 고정자를 향해 반경방향으로 힘을 받ㅇ아, PPPEM이 작동하지 않을 때는 회전자가 헛돌도록 하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자의 축이 고정자에 대해 반경방향으로 힘을 받아 회전자와 고정자 사이에 마찰을 일으키는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 반경방향 부하가 관형 베어링요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제16항에 있어서, 상기 베어링요소가,
압축스프링;
압축스프링에 의해 작동되는 스프링슈;
압축스프링과 스프링슈를 수용하는 편심 캠축; 및
상기 베어링요소의 내벽과 외벽 안에 회전 가능하게 수납되어, 상기 캠축과 압축스프링과 스프링슈를 베어링요소의 중공 공간 안에 유지하는 베어링;을 포함하고,
상기 압축스프링이 캠축 안에 설치된 스프링슈를 압박할 때, 회전자에 반경방향 힘을 가하여 고정자 링기어와 백래시 없는 기어결합을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제16항에 있어서, 상기 베어링요소가,
편심 캠축;
플랜지에 각각 연결되는 한쌍의 플렉시블 커플링; 및
상기 각각의 플랜지를 통해 플렉시블 커플링들 사이에 설치되는 커넥팅로드;를 포함하고,
회전자가 회전할 때 회전자 축이 고정자축과 동축이 되도록 움직여, 상기 PPPEM이 출력축을 통해 직접적인 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 인력이 회전자를 고정자쪽으로 잡아당겨 회전자와 고정자 사이에 마찰이 생기는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 일부 구간만 상기 PPPEM을 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제20항에 있어서, PPPEM 전체와 같은 기어비를 가상으로 유지하면서 상기 일부 구간에 고정자의 방사상 전자석들 중의 적어도 2개가 있는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 PPPEM의 기어비가 1:4인 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 PPPEM의 기어비가 1:500인 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 고정자기어와 맞물리는 1단 기어와, 상기 1단 기어와 일체이면서 출력축에 일체인 출력 링기어와 맞물리는 2단 기어를 가져, 상기 PPPEM이 작동될 때 상기 2단 기어가 감속기 역할을 하며, 고정자축과 회전자축 사이의 어긋남을 최소화하여 고정자축과 정렬되어 있는 출력축에 높은 기어비를 전달하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제24항에 있어서, 출력 링기어와 맞물리는 상기 2단 기어가 회전자, 편심 캠축 및 출력축을 포함한 3개의 회전요소들을 일체로 수용하며, 상기 3개 회전요소들의 회전속도가 각각 다른 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 고정자와 회전자가 유성기어 세트로 작용하지만, 고정자와 회전자 사이에 아무런 접촉 없이 고정자와 회전자가 적어도 한쌍의 유성기어에 의해 비접촉 상태로 지지되는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제26항에 있어서, 상기 비접촉 상태가 고정자 전자석들이 작동할 때 회전자와 고정자 사이의 자기 인력이나 척력을 강화하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제26항에 있어서, 상기 적어도 한쌍의 유성기어가 PPPEM의 출력토크를 생성하고 전달하여 동력을 공급하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제26항에 있어서, 상기 적어도 한쌍의 유성기어가 고장력 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 연질금속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 적어도 하나의 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 일련의 관형 자석들을 더 포함하고, 관형 자석들의 모든 유사 자극들이 상기 회전자축을 향하는 방향과 바깥쪽 방향 중의 하나를 향하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 하나의 균질한 레이디얼 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제33항에 있어서, 상기 레이디얼 자석이 관 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자가 관형 링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제35항에 있어서, 상기 관형 링이 축방향 자석을 포함하고, 이 자석의 자기면은 U형 전자석에 근접하는 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제36항에 있어서, 상기 자기면이 반경방향 바깥쪽을 향해, 이 자기면에서 나오는 자속이 U형 전자석의 코어 아암의 자속과 합쳐지게 하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제36항에 있어서, 상기 자기면의 자속을 반경방향 바깥쪽으로 향하게 하는 자속가이드를 상기 축방향 자석에 설치하여 이 자속을 U형 전자석의 코어 아암의 자속과 합쳐지게 하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 출력 다단기어가 안쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 출력 다단기어가 바깥쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 척력과 인력이 동시에 작동되었을 때 회전자의 위치를 안정상태로 정확히 제어하여 표적을 조준할 수 있는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 유성결합 기어들의 직경이 회전자의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 유성결합 기어들의 직경이 회전자의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자와 고정자가 관련 기어들의 직경에 따라 변하는 출력토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자 축과 관련 캠축이 2개의 독립적인 출력축 요소들을 갖고, 이 요소들이 서로 다른 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 회전자 축의 부하 출력축이 저속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제45항에 있어서, 상기 관련 캠축이 고속으로 회전하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제45항에 있어서, 상기 관련 캠축이 저토크 전기 브레이크, 광학 인코더/리졸버 및 이들의 조합 중에서 선택된 것을 수용하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 동시에 작용하는 척력과 인력에 의해 상기 회전자가 시계방향이나 반시계방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 2개의 반대로 배치된 전자석 코일들이 동시에 작동할 때 이들 전자석 코일들 사이에 직렬연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 2개의 반대로 배치된 전자석 코일들이 동시에 작동할 때 이들 전자석 코일들 사이에 병렬연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 전기모터가 동작하는 동안 상기 전자석들의 적어도 하나의 자극이 작동하여 변속, 부하변경 및 에너지절약 모드를 포함한 모터의 기능을 최적화하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서,
상기 고정자축과 동축인 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되는 표시자;
상기 고정자에 설치되는 홀효과 센서; 및
상기 홀효과 센서에 근접되게 캔축에 설치되는 적어도 하나의 영구자석;을 더 포함하고,
상기 PPPEM이 작동할 때 상기 표시자는 캠축과 전자석들 사이의 상대위치, 회전자의 회전속도와 방향 및 PPPEM의 자속을 측정하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서,
커플링 로드;
상기 커플링 로드의 각 단부에 부착되는 한쌍의 플렉시블 커플링; 및
상기 커플링 로드와 플렉시블 커플링을 수용하는 관형 베어링요소;를 더 포함하고,
상기 플렉시블 커플링 중의 첫번째 커플링은 회전자의 어긋난 축에서 플랜지를 통해 회전자에 연결되고, 두번째 커플링은 고정자 축과 정렬된 중심축을 따라 출력축에 연결되는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제1항에 있어서, 상기 전자석들이 강자성체 케이스 안에 들어있는 전자석이어서, 상기 PPPEM이 작동할 때 양쪽 자극에서 나오는 자속들을 회전자에 최근접한 전자석의 활성면을 향해 집중하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제55항에 있어서, 상기 전자석들이 고정자로 이루어진 하우징을 통해 인접 전자석 쌍들에 연결되고, 순서대로 한쌍의 전자석들에서는 S극이 안쪽을 향하고 두번째 전자석 쌍에서는 N극이 안쪽을 향하여 상기 회전자가 자기력으로 회전하고 상기 PPPEM이 작동하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
제55항에 있어서, 상기 전자석들이 C형 코어, U형 코어 및 E형 코어 중에서 선택된 연철 코어를 갖는 것을 특징으로 하는 PPPEM.
고정자기어가 일체로 달려있고, 중심축 둘레에 일련의 전자석들이 방사상으로 배치되어 있으며, 안쪽에 설치되는 고정자; 및
바깥쪽에 설치되고, 링기어가 일체로 달려있는 유성 회전자;를 포함하고,
상기 회전자와 링기어가 고정자의 중심축에 대해 편심되어 있으며, 상기 전자석들이 순차적으로 작동하면, 회전자 기어와 고정자 기어 사이의 일시적이고 순차적인 맞물림에 의해 이루어진 일련의 연속적으로 움직이는 접선방향 접촉선을 중심으로 상기 회전자가 반경방향의 척력과 인력에 의해 구름운동하여, 회전자가 고정자의 내면을 따라 회전하면서 PPPEM의 동력원을 형성하는 것을 특징으로 하는 PPPEM.