行星式推拉电动的制造方法
【专利摘要】一种行星式推-拉电动机，其包括：固定安装在行星式推拉电动机的中心轴线上的环形定子；行星转子，其布置成围绕环形定子的内圆周磁性地可移动，行星转子可转动地安装在相对于环形定子中心线偏心的转子轴线上；围绕环形定子径向地安装的用以产生磁场的一系列电磁铁；以及传动装置，其传递偏心的行星转子轴线的转动，直接将动力传递给输出轴，其中，当一系列电磁铁被激活时，磁性地推动行星转子枢转和滚动，这样，行星转子从一个临时的移动接触线转到邻近的接触线，形成作用在各个临时移动接触线上的转动力矩，提供动力输出。
【专利说明】行星式推拉电动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动机领域，具体来说，涉及行星式推拉电动机，其运行基于磁场作用下定子和行星转子之间的物理互相作用的动态特性，两者的转动轴线相对于彼此偏心。
【背景技术】
[0002]电动机被广泛用于我们的现代生活中:エ业应用；诸如小汽车、卡车和移动机械的陆上交通工具；飞机和其它空中交通工具；军事应用；医学技术中使用的机械和电气装置；以及家庭用具。
[0003]多年来，对于电动机的需求日益増加，并继续在增长，人们已经开发出许多种电动机来满足各种广泛的应用和我们当前技术取向社会的需求。例如，在电动机的领域内，我们可以找到高速和低速旋转的电动机、力矩电动机、直线电动机、毫微运动电动机和其它多种，各种电动机开发出来满足特殊的用途。
[0004]由于最先电动机概念的发明约在180年前，电动机的构造基于称作转子的内部转动体和称作定子的外部静止体的概念，其中，转子和定子各相对于彼此同心地定位。这两个元件之间的电磁相互作用产生出S形磁力线，然后，这些磁力线被诱发成直线的，合成的半切线矢量导致旋转运动的产生。
[0005]考虑到重量轻的电动机的重量-功率之比，可以理解到，小的、重量轻的电动机由于其尺寸缘故取得平衡的效果，这是因为如果电动机很小，那么电动机速度通常非常高速，因此，需要有高减速的齿轮箱来获得理想的速度。
[0006]在许多应用中，需要使用齿轮箱来与电动机相啮合，或者降低速度和/或增大力矩，或者将旋转运动转化为直线运动。在实践中，平行齿轮系的齿轮箱、行星齿轮箱，或谐波传动减速器可用来降低或增大旋转电动机的速度和/或カ矩。替代地，螺杆和螺母，或齿条和小齿轮可用来将旋转运动转化为直线运动。
[0007]然而，连接到电动机上的齿轮箱有ー些缺陷。齿轮箱通常串联地连接到电动机，这増加了组件的总长度或组合单元的直径。齿轮箱的重量通常很重。此外，另外加上去的齿轮组件趋于发出噪音、增加费用和效率低下。
[0008]因此，希望提供ー种克服上述缺点和改进目前理念的创新的电动机。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的主要目的是克服现有技术的系统的缺点和局限性，并提供改进的电动机，该电动机包括行星式推拉电动机(下文称“PPPEM”)，当运行吋，电动机基于定子和行星转子之间的互相作用，定子构造成有一系列围绕定子轴线径向地布置的电磁铁，行星转子相对于定子偏心地设置。
[0010]应该理解到，使用术语“PPPEM”是意图传达ー个总的概念，即，当致动电动机时，行星式推拉电动机(PPPEM)以两种主要方式由行星转子滚动运动产生输出功率:通过齿轮型的行星转子以相对于定子环形齿的动态关系偏移地枢转运动，或者交替地运动；摩擦型的行星转子与环形齿摩擦地偏移运动。这两种类型的行星转子通过电磁力被推进而枢转，所述电磁力施加在顺序的一系列移动的、哨合的枢转线上(见正交图图24中的60的)。根据本文所述发明的特殊实施例，PPPEM可由磁吸カ(拉)或磁斥力(推)致动。除非另有所陈述(和故意为仅有的ー个或另ー个)，否则，PPPEM是指在本发明的操作中使用推和拉电磁力。
[0011]本发明的另一目的是提供PPPEM，其具有包括软的铁磁芯的行星转子，它的定子电磁铁包括仅ー个磁吸力。
[0012]本发明的还有另一目的是提供PPPEM，其具有径向磁铁环的行星转子。
[0013]本发明的还有另一目的是提供PPPEM，其具有管状、径向磁铁的行星转子。
[0014]本发明的还有另一目的是提供行星式推力电动机，其具有径向磁铁环的行星转子。
[0015]本发明的另一目的是提供PPPEM，其中，定子磁力径向地推和/或拉在外啮合枢转接触线上的行星转子轴线。
[0016]本发明的还有另一目的是提供PPPEM，其具有径向磁铁环的转子，转子利用推和拉电磁力运行以产生转子的行星转动，转子与转子齿轮形成一体，转子齿轮啮合在定子环形齿轮上，在定子和转子齿轮之间形成的移动的啮合枢转接触线上生成转矩。
[0017]本发明的还有另一目的是提供PPPEM，其具有封装在软的铁磁性壳体内的一系列定子电磁铁而形成内芯，当PPPEM被致动时，内芯将来自各个封装的电磁铁的磁通集中朝向一系列固定电磁铁的各个工作面(激活面)，尽可能靠近行星转子。
[0018]本发明的还有另一目的是提供内置行星啮合，其中，定子是磁铁环形齿轮，而转子是行星齿轮。
[0019]本发明的另ー目的是提供无需添加齿轮箱的PPPEM。
[0020]本发明的还有另一目的是提供PPPEM，其具有内置、半-双-级的行星齿轮。
[0021]本发明的还有另一目的是提供偏心浮动轴，由行星转子朝向定子径向地承载。
[0022]本发明的另一目的是提供行星式拉カ电动机，其具有零齿隙机构，由定子和转子之间的磁性拉カ承载。
[0023]本发明的还有另一目的是提供PPPEM，其具有由弹簧承载的零齿隙机构，弹簧径向施力于行星转子齿轮使其抵靠在定子齿轮上。
[0024]本发明的另一目的是提供PPPEM，其具有内置的、特大的行星转子齿轮。
[0025]本发明的还有另一目的是提供气隙几乎为零的高效PPPEM。
[0026]本发明的另ー目的是提供带有偏心行星转子的PPPEM，用于包括全部PPPEM中仅一部分的特殊应用中。
[0027]本发明的还有另一目的是提供带有偏心安装的行星转子的PPPEM，行星转子在外部环形定子中用于推-拉电磁铁操作。
[0028]本发明的还有另一目的是提供带有行星转子的PPPEM，其对设置有侧向可移动螺母的、固定附连的且可转动的导螺杆提供无齿轮传动的控制，该螺母附连到需要用于简单前后运动的机构的装置上。
[0029]因此，提供一种行星式推-拉电动机(下文中称作:“PPPEM”)，其包括:
[0030]固定安装在行星电动机中心轴线上的环形定子，其中，中心轴线限定环形定子的中心线；[0031]行星转子，其布置成磁性地可移动，且可转动地安装在相对于环形定子中心线偏心的转子轴线上；
[0032]围绕环形定子中心线径向地安装的一系列电磁铁，当一系列电磁铁被激活时，在行星转子的磁场的作用下产生径向磁力，
[0033]传动装置，其传递偏心的行星转子轴线的转动，直接将动カ传递给PPPEM的输出轴，
[0034]其中，当一系列电磁铁被激活时，产生了径向的推-拉磁力，磁性地推动行星转子，使其与一系列电磁铁中的至少ー个电磁铁靠近地径向接触，这样，行星转子依次从靠近的切向接触枢转到邻近的切向接触，从而使行星转子实现围绕偏心转子轴线的连续的滚动运动，并形成转动カ矩，如此的运动被转化为转动运动，当利用转动传动装置将该转动施加到PPPEM的输出轴上吋，该转动运动提供从PPPEM输出的动カ源。
[0035]从附图和文中所包含的描述中，将会明白到本发明其它的特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了參照本发明的实施例更好地理解本发明，现參照附图，其中，相同的附图标记表示对应元件或部分，附图中:
[0037]图1示出典型的现有技术的电动机，其构造有内部安装的定子和外部安装的转子;
[0038]图2A示出根据本发明优选实施例构造的带有拉磁极的PPPEM的横截面图；
[0039]图2B在另ー视图中示出根据本发明原理的图2A中的PPPEM的运行；
[0040]图2C是图2A和2B的PPPEM的主要部件的正交的局部剖切图；
[0041]图3是本发明另ー实施例的正交的局部剖切图，该实施例提供高的齿轮减速比；
[0042]图4是本发明另ー实施例的正交的局部剖切图，该实施例显示低的齿轮减速比；
[0043]图5是本发明另ー替代实施例的正交的局部剖切图，其中，PPPEM包括外部的偏心安装的转子环形齿轮，该齿轮与内部的定子齿轮相啮合；
[0044]图6是本发明另ー实施例的正交的局部剖切图；
[0045]如7A是本发明另ー替代实施例的正交的局部剖切图，显示ー种PPPEM，其外部安装的定子设置有环形齿轮，该齿轮直径大于内部安装的圆柱形转子芯的直径，圆柱形转子芯同轴地配装在ー对特大的转子齿轮上，该转子齿轮与定子齿轮相啮合。
[0046]图7B是图7A的PPPEM的轴向剖视图，显示径向安装的电磁铁的布置；
[0047]图8A是图7A的PPPEM的正交局部剖切图，仅是为了方便起见，连同两种类型的抗齿隙的机构一起显示(如图8B和8C中详示)；
[0048]图SB示出图8A的可调整的螺钉抗齿隙的特征；
[0049]图SC示出图8A的可调整的弹簧型抗齿隙的特征；
[0050]图9A是设置有根据本发明另一个实施例的设置有管状的径向磁体环的PPPEM的首1J视图;
[0051]图9B是图9A的内部转子的剖视详图，显示管状的径向磁体环；
[0052]图9C是图9A/B的PPPEM的剖视图，显示驱动根据本发明原理的内部安装的行星转子的磁力操作的示范方式；[0053]图9D是图9A/B/C的PPPEM的剖视图，显示驱动根据本发明原理的径向磁力操作；
[0054]图10是PPPEM的剖视图，借助于举例，该PPPEM设置有一种根据本发明原理的机构，该机构用来探测和测量行星转子速度和转动方向、凸轮轴-定子的相对位置，以及转子-定子的定向；
[0055]图11是本发明另ー实施例的正交的局部剖切图，显示带有偏心的无齿轮传动的摩擦转子的PPPEM ；
[0056]图12A示出本发明另一实施例中的摩擦PPPEM的正交局部剖切图；
[0057]图12B是图12A的电动机的正交剖视图，显示行星转子构造的细节；
[0058]图13A是设置有径向弹簧和管状轴承件以促进零齿隙的PPPEM另ー实施例的剖切图和放大的详图；
[0059]图13B是典型的径向压缩弹簧的作用的详图，压缩弹簧有助于转子齿轮的齿轮齿和如图13A所示的定子环形齿轮之间的有效啮合；
[0060]图14是本发明另ー实施例中的PPPEM的正交剖视图，该PPPEM利用具有柔性联接器的行星转子，以使偏心的转子输出轴与定子轴线再同轴对齐，以便通过输出轴进行传输;
[0061]图15A是根据本发明另一实施例构造的具有E形外形的固定器封装的电磁铁的正交详图；
[0062]图15B是图15A的包括一系列单一、封装电磁铁的PPPEM的剖视图，其径向地设置在外部安装的定子内；
[0063]图15C是正交图，显示图15B的PPPEM的带有一系列封装的E形外形电磁铁的环形定子细节；
[0064]图16是本发明另ー实施例的剖视图，该实施例的PPPEM包括带有内部安装的可转动地附连到偏心可转动的凸轮轴的行星转子，以及与行星转子的接触位置保持最小距离的外部安装的定子；
[0065]图17A是现有技术电动机的正交图，电动机通过与现有技术齿轮箱中的齿轮连接而连接到导螺杆轴上；
[0066]图17B是根据本发明原理的PPPEM的正交局部剖切图，该PPPEM构造有无齿轮传动的行星转子，用以直接运行导螺杆轴；
[0067]图18A示出典型的现有技术U形的固定电磁铁的总体示意图；
[0068]图18B示出典型的现有技术E形的固定电磁铁的总体示意图；
[0069]图19A和图19B示出PPPEM的典型的两级操作，该PPPEM具有一系列U形外形的内芯，井根据本发明原理构造；
[0070]图20A和图20B示出PPPEM的典型的两级操作，该PPPEM具有一系列E形外形的内芯，井根据本发明原理构造；
[0071]图21A和21B分别示出现有技术环形磁体的前面和背面，显示轴向定向的各面的相对极；
[0072]图22示出本发明另一实施例的正交的剖视图；
[0073]图23是本发明还有另一实施例的正交的局部剖视图；
[0074]图24是本发明另ー实施例的无齿轮传动的PPPEM的正交的剖视图；[0075]图25是本发明还有另一实施例的正交的局部剖视图；
[0076]图26是本发明优选实施例的正交剖视图。
【具体实施方式】
[0077]參照附图，图1示出典型的现有技术的电动机20的总体示意图，电动机设置有有内部安装的定子22和外部安装的转子24，定子22具有电磁线圈12、14，而转子24包括交替邻近的标记为北(N)和南(S)的磁极。转子24和定子22的轴同轴在点30处，并在该点30处直接沿着同样的轴线输出到驱动轴(未示出)。
[0078]当现有技术的电动机20被致动时，根据相对磁极互相吸引的物理原理，定子22的电磁线圈14处的南(S)磁极各自吸引转子24上的最靠近的北(N)磁极，力图“曳拉”转子24的北(N)磁极更靠近定子22上与其最靠近的相对磁性的对应体。当极性反过来时，线圈12处的北(N)磁极以与定子22上与其相对极性的对应体同样的方式运作。
[0079]曳拉磁力线用S形箭头26表示。该S形箭头26企图伸直，由于磁力线总是趋于沿最短可能路径移动，因此，造成转子24围绕转子24和定子22之间固定的共用的中心轴线30转动，并推动转子24沿如箭头32所示的顺时针方向转动。
[0080]霍尔效应传感器34设置在转子24附近，当现有技术的电动机20运行时，用以测
量磁通量。
[0081]图2A示出根据本发明优选实施例构造的PPPEM的剖视图。
[0082]PPPEM36包括:具有定子环形齿轮40的外部安装的定子38、由定子包壳44包围并容纳在定子包壳44内的一系列径向安装的电磁铁42。PPPEM36还包括具有行星齿轮48的内部安装的行星转子46。PPPEM36的轴线与定子轴线52同轴，即，与输出轴(未示出)对齐，而转子轴线50偏离很小的程度，用偏心隙54 (相対的箭头)表示，使得行星转子齿轮48相对于定子齿轮40偏心地设置。
[0083]应注意，为清晰起见，两轴线50、52用位于转子46中心区域内的放大的点来表示。
[0084]在电磁铁42的运作过程中，当磁性拉カ被激发时，通过转子齿轮48在移动的枢转接触线60 (显示为用深黑箭头表示的点)上行星地转动，产生输送到输出轴(未示出)的动力。
[0085]在本发明优选的实施例中，行星转子46和定子38均用软铁制造。
[0086]转子齿轮48和定子环形齿轮40在运行过程中彼此不直接实体地接触，通过控制和优化地减小定子38和行星转子46之间的空气隙，齿轮40、48仅是用来改善齿轮40、48之间的磁性吸力，在由定子电磁铁产生的激活磁力的推动力作用下，推动行星转子46顺序地从ー个啮合枢转接触线60移动到另ー个接触线(见图2B)。提供具有高拉伸强度的另ー附加行星齿轮组(未示出)，用以保持转子齿轮48和定子环形齿轮40之间几乎不接触的状态，正是该齿轮组产生转矩并将转矩传输到电动机输出轴(未不出)。
[0087]图2B在轴向剖视图中示出根据本发明原理的图2A的PPPEM的运作。
[0088]当PPPEM36被致动时，与转子齿轮48形成一体的行星转子46被磁性地拉向定子环形齿轮40，行星转子46趋于在电磁铁42a处的移动接触枢转线60 (用小的深黑箭头表示)上以滚动运动方式枢转(在该运行阶段，电磁铁42k和421不投入使用)，以在转子齿轮48上产生滚动运动的力。下一顺序的和邻近的电磁铁42b用N (=北磁极)标记显示，该电磁铁的磁极面向行星转子46，致动该电磁铁42b以吸引和曳拉行星转子46和一体的转子齿轮48，以使行星转子46继续其行星滚动运动。电磁铁42c现对行星转子46的滚动运动呈较大程度的控制，这是因为电磁铁42c不断靠近转子齿轮48，而转子齿轮48现滚动远离ー个枢转接触线60，滚动到下一接触线(箭头58)，依此类推，持续地滚动运动而产生高转矩力，该力足以驱动PPPEM36的输出轴(未示出)。
[0089]在另ー操作模式中，行星转子46可保持在平衡的稳态中。再參照图2B，当PPPEM36运行时，通过吸引转子齿轮48朝向转子齿轮48和定子环形齿轮40之间的移动啮合的接触枢转线60 —侧上的电磁铁,使来自电磁铁42k和421的磁力(由N-S磁极表不)形成移动的可能的接触枢转线64、62 (各自用箭头表示)。同时，来自电磁铁42b和42c的相等的磁力(由N-S磁极表示)也作用在转子齿轮48上，以吸引其朝向移动的接触枢转线60另ー侧上的移动的可能的接触枢转线58、56 (用各自箭头表示)，从而提供磁力(显示为N-S磁极)之间的平衡，并因此使转子46保持在平衡的稳态中，以用于需要敏感定位控制的应用中。
[0090]图2C是图2A/B中PPPEM的主要部件的正交轴向剖视图，显示行星转子齿轮48与定子齿轮40啮合的细节，由于围绕环形定子38径向地安装的一系列电磁铁42a/b/c...k/I的作用，造成了行星转子齿轮48与定子齿轮40的啮合。当电磁铁42b和42c —起被激活时，行星转子46被推动而朝向磁性拉力作顺时针方向的回转(由N-S磁极表不)，并远离已经停止激活的电磁铁42a。转子齿轮48移动而以约为1:10的单级比例，行星地啮合在定子齿轮40上(如前所述)。
[0091]图3是本发明还有另一实施例的正交局部剖切图，该实施例包括PPPEM，该PPPEM具有外部安装的环形定子；与主和次级阶跃齿轮形成一体的两级内部安装的行星转子；以及与输出轴形成一体并提供高的齿轮减速比的齿轮环。
[0092]PPPEM66包括容纳在包壳44内的外部安装的环形定子38、以及围绕带有一体的定子齿轮40的环形定子38轴向地布置的一系列电磁铁42b/c。两级行星转子68沿着转子轴线50同轴地转动，行星转子68的次级阶跃齿轮76与较大的行星转子齿轮70形成一体。
[0093]这种两级阶跃齿轮结构是这样补偿偏心度的，即，通过环形定子38和输出轴74的同轴定子轴线52，而不是通过偏心的转子轴线50来返回最終的转动动カ输出。由于与输出轴74形成一体的输出轴齿轮环72直接与次级阶跃齿轮76啮合，所以提供了高的传动比，例如，传动比的量级为1:150。
[0094]图4是本发明另ー实施例的正交视图。PPPEM78包括外部安装的环形定子38和一体的定子齿轮40，环形定子38设置有一系列电磁鉄，诸如42b/c，它们轴向地布置，当PPPEM78运行时，来自转子环82的主行星转子齿轮80围绕定子齿轮40回转。同时，与输出轴73形成一体的行星输出轴齿轮84与次阶跃磁轮86相啮合，以给定比例向输出轴73提供旋转运动。应注意，定子轴线52与输出轴73的轴线同轴，以便直接传输动力。
[0095]图5是本发明另ー替代实施例的大致正交视图，其中，PPPEM包括外部的与转子齿轮形成一体的行星转子环，转子齿轮与内部设置的定子相啮合，该定子与定子齿轮形成一体。
[0096]PPPEM88设置有外部布置的与转子齿轮92 —体形成的行星环形转子90，其围绕定子94所固定的定子轴线52偏心地转动。定子94包括一系列围绕定子芯96轴向地布置的电磁铁42。当PPPEM88运行吋，相对于枢转接触线60成约90度角度地定位的电磁铁42，推动行星转子齿轮92与在临时的、移动的啮合枢转线60上的定子齿轮98相啮合，并根据本发明原理围围绕定子94在偏心转子轴线50处转动。输出动力通过连接到定子轴(未示出)的输出轴(未示出)递送，这两个轴都与定子轴线52对齐。
[0097]图6是本发明另ー实施例的大致正交视图。PPPEM100包括内部安装且居中设置的定子94，该定子94具有芯96并设置有齿轮98，齿轮98与中间定位的行星转子环104的第一内齿轮102相啮合，行星转子环104的轴线50偏心于定子轴线52。转子环104设置有第ニ外齿轮106，齿轮106同时接合和啮合外部安装的输出环110的输出环形齿轮108，输出环110的轴线(未示出)同心于定子轴线52，因而当PPPEM100根据本发明原理运行时，可将偏心转动カ返回而直接推动驱动轴(未示出)。
[0098]图7A是本发明另ー替代实施例的正交局部剖切图。
[0099]PPPEM114包括直径相当大的特大型外部安装的定子116，其设置在定子包壳118内，并设置有ー对定子环形齿轮120。围绕支承圆形法兰124—体形成的是ー对内部的直径相当大的特大型行星转子环形齿轮122。转子环形齿轮122具有的直径比转子芯126的直径大。
[0100]一系列电磁铁42围绕定子116径向地布置，当PPPEM114运行时，电磁铁赋予行星转子126和转子环形齿轮122连续的滚动运动。转子轴线50偏心于定子轴线52，如偏移间隙54所示。
[0101]应该注意到，考虑到カ矩、速度，或直径-厚度之比等方面，转子行星齿轮也可具有行星式的啮合，该啮合小于其转子的啮合，并可结合合适的体积较小的定子环形齿轮运行。
[0102]图7B是图7A的PPPEM114的局部剖切的轴向视图，显示一系列径向安装的电磁铁42的轴向布置外形。定子环形齿轮120显示为大尺寸，但这仅是为了示例而已，因为定子环形齿轮也可具有比转子齿轮直径小的直径，齿轮的啮合如图7A描述中所解释。
[0103]图8A是图7的PPPEM114的正交剖切图，仅为了方便起见，PPPEM114显示为设置有两个根据本发明另ー实施例的替代类型的抗齿隙机构(如图8B和SC详示)。PPPEMl 14设置有至少ー对抗齿隙机构128、130，它们围绕转子法兰124的轴线设置在法兰的外表面上。一种类型的抗齿隙机构包括一对可调的螺钉128。替代地，另ー类型的抗齿隙机构是ー对弧形的压缩弹簧130。在实际做法中，至少ー对中仅ー个机构128或另ー个机构130会被用来控制或消除行星啮合的齿隙。
[0104]图SB是图8A的带有转子齿轮122的转子法兰124的轴向视图，显示根据本发明原理的第一种抗齿隙机构的布置。压缩螺钉128可在相应的弧形狭槽内调整，狭槽平行于法兰124的圆周定向，并离转子轴线50等距离。抗齿隙机构成对布置，以在转动时达到平衡，例如，当由PPPEM (未示出)推动时，沿弧形箭头132的方向顺时针转动。
[0105]图SC是图8A的转子的轴向图，显示根据本发明原理的第二种抗齿隙机构的布置。成对的压缩弹簧130轴向地容纳在其相应的转子法兰124的弧形凹槽内。由于等距离地定位在转子轴线50的相对侧上，以在转子齿轮122转动时消除行星啮合的齿隙，因此成对的抗齿隙机构130 (以及成对的可调整螺钉128)可在转子法兰124上达到平衡。
[0106]图9A是设置有根据本发明另一实施例的管状、径向磁体环的PPPEM的剖视图。
[0107]PPPEMl34设置有外部安装的环形定子38，其包含一系列径向安装的电磁铁42a/b/c…j/k/1,并与定子齿轮40形成一体,全部电磁铁均封装在外壳包壳44内。
[0108]内部的偏心安装的行星转子136包括转子齿轮140，其与座落在转子芯142上的磁性转子环138 —体形成。转子齿轮140与定子齿轮40相啮合，并在PPPEM134运行时围绕偏心转子轴线50转动。管状的径向磁体144是转子壳142的一部分，这些径向磁体144附连到行星转子136，并与转子轴线50同心。应注意，北磁极(N)定向成径向地指向外，而南磁极(S)因此指向转子轴线50。
[0109]当定子电磁铁42j、42k和421通电时，它们的北磁极(N)指向定子轴线52，同吋，管状的径向磁体144定向成使北磁极(N)与定子电磁铁42j、42k和421的相同磁极之间的形成斥力。因此，产生推力146 (箭头)，其推动行星转子136在移动的枢转接触线60上枢转，而行星转子齿轮140和定子环形齿轮40相啮合。
[0110]同时地,定子电磁铁42b、42c和42d在通上电以使其南磁极(S)指向管状径向磁体144的相対的北磁极(N)时，会造成磁性吸力。磁性拉カ148作用在与行星转子136形成一体的行星转子齿轮140上。因此，推-拉磁力146、148分别驱使行星转子136转动，形成连续的滚动运动，该滚动移动使行星转子136从移动的枢转接触线60前进到围绕定子齿轮40的另ー临时的啮合接触位置。
[0111]图9B是图9A的行星转子136的详细剖视图，显示与转子壳体142形成一体的管状的径向磁体144，以及如前面參照图9A所解释的S和N磁极的定向。管状的径向磁体144内置到转子壳体142内，形成为单件的单元，使给定的磁极围绕转子壳体142外边缘构造，按照各种应用之需要，令所有同样的磁极向内或向外定向。
[0112]图9C是图9A/B的行星推-拉电动机的剖视图，显示驱动根据本发明原理的内部安装行星转子转动的磁性力的示范操作方式。
[0113]在本发明的优选实施例中，一系列定子电磁铁42a_l可以任意顺序激活。例如，定子电磁铁42b、42c和42d在图9C中显示为被激活，其北磁极(N)指向径向向外。同时，定子电磁铁42j、42k和421被激活，其北磁极(N)指向径向向内。磁性力的该种组合(由标以N或S的磁极表示)推动转子136围绕移动的枢转接触线60沿顺时针方向枢转，其中，转子齿轮140和定子齿轮40临时达到彼此平衡地啮合接触，直到上述电磁铁42被致动为止。
[0114]同样地，可利用相同的这样六个电磁铁来使转子136逆时针方向转动，其中，定子电磁铁42j断开,而42k、421通电,使其北磁极(N)指向径向向外,而定子电磁铁42b、42c和42d同时被激活，使其北磁极(N)指向径向并向内。
[0115]在定子电磁铁42激活的其它的组合和顺序中，它们的偶数个电磁铁可同时通电，这样将提供所致动磁极之间的不同角度，以围绕任何要求的枢转接触线，诸如移动的枢转接触线60，以ー种方式或另ー种方式枢转行星转子136，如在PPPEM134的各种应用中需要的那样。
[0116]图9D是图9A/B/C的PPPEM的剖视图，显示根据本发明原理运作的径向磁力。
[0117]与传统的现有技术电动机不同，即，在现有技术中，转动矢量对于转子而言正接近切向转动力，而转子轴线与定子轴线同轴，在本发明的图9D所示的PPPEM134中，行星转子136和定子138之间的磁性拉カ146和推力148 (—系列箭头)是径向方向的，并产生推拉效果，其中，转动轴线不是转子轴线50 (端部上显示为一点)，而是接触线的切线，即，定子齿轮40和转子齿轮140之间的移动的枢转接触线60 (显示为一点)。[0118]图10是根据本发明原理的PPPEM的剖视图，例如，该PPPEM设置有探测和测量电动机參数的机构，即测量:转子速度和转动方向、凸轮轴-定子的相对位置，以及相对于规定位置中枢转接触线的转子-定子的定向。
[0119]PPPEM150包括外部环形定子38和位于定子壳体44内的定子齿轮40，以及与转子齿轮48形成一体的偏心行星转子46。凸轮轴指示器156 (用指向下的大箭头表示)可转动地附连到与定子轴线52同轴的凸轮轴152，并设置成最初指向定子38和转子46之间的啮合接触点60 (举例而己)的方向。凸轮轴152例如可转动大约24圈，在同样的时间内，行星转子46却转过仅ー圈，因此，通过以几倍于行星转子46速度的转速转动的凸轮轴152，能够精确地探測和测量转子速度和/或转子转动方向，和/或转子相对于定子38的相对位置。
[0120]单个霍尔效应传感器34设置在定子38上，当PPPEM150运作吋，该传感器34用以測量系统内的磁通量。至少三个小磁体154a-c定位在紧靠霍尔效应传感器34的凸轮轴指不器156上。当磁体154a和154c相对于磁体154b非对称定向时,利用光学编码器、分解器、光电ニ极管传感器或为本【技术领域】内技术人员公知的任何其它方法，可以高分辨率来測量凸轮轴的速度和转动方向，以及凸轮轴-定子的绝对定向。
[0121]替代地，可提供数字转换器(未示出)，将指示器156提供的模拟数据转换为方便的数字形式，可在本【技术领域】内技术人员熟知的标准监视器屏上显示出来。
[0122]图11是根据本发明另一实施例的正交局部剖切图。PPPEM160包括外部的无齿轮传动的摩擦定子164和内部安装的偏心无齿轮传动的摩擦行星转子162。
[0123]在该摩擦啮合的概念中，至少ー对摩擦环158的直径可略微小于定子内直径，因此，转子-定子的偏心距将会非常小，而转子-定子的气隙也将非常小。磁性互相作用カ将较强，凸轮轴-转子之比因此较高。
[0124]当PPPEM160运作时，转子162围绕轴线50偏心地转动，与定子轴线52偏移间隙
54。转子162设置有至少ー对摩擦环158。该构造使转子-定子之比增加到大约1:100。
[0125]定子164设置有一系列电磁铁42,它们围绕与输出轴(未不出)同轴的定子轴线52径向地布置。定子164容纳在定子壳体44内，定子壳体44也方便地用来容纳PPPEM160。
[0126]图12A示出本发明还有另ー实施例中的摩擦型PPPEM的正交局部剖切图。PPPEM166包括外部的摩擦定子164，其设置有围绕定子轴线(未示出)径向地布置的一系列电磁铁42，其形成PPPEM166的中心线。定子164容纳在包壳44内，该包壳也用于方便地容纳PPPEM166。行星摩擦转子162设置有至少ー对如PPPEM160那样的摩擦环158 (见图11)。
[0127]提供偏心凸轮轴170 (见图13A中的细节)和管状轴承件176，来维持行星摩擦转子162和定子164的轴线50、52 (见图11)之间的偏心间隙54 (见图11)，并还在偏心凸轮轴170和行星摩擦转子162转动过程中减小摩擦，当PPPEM166运作时，偏心凸轮轴170和行星摩擦转子162是主要转动元件。这些转动元件各以不同速度转动,但它们都是动态平衡的。
[0128]偏心凸轮轴170具有双D截面外形，其滑动地配合轴承填料座178处的内双D开ロ。该特殊机构使凸轮轴170和轴承座保持在同一定向，但允许转子162朝向定子164的径向运动，以产生传递行星啮合转矩所需的摩擦接触。
[0129]PPPEM166还设置有至少ー对轴向安装的径向压缩弹簧172，该弹簧被预加载，以对于特定的转矩传递所需的理想摩擦カ而言，确保在预定载荷下有效的转子-定子的啮合。该至少ー对压缩弹簧172分别配装于容纳在偏心凸轮轴170内的匹配的弹簧靴元件174，以在转子162和定子164之间的移动的枢转接触线60处(见图12B)将压カ施加到行星摩擦转子162上，该压カ随行星摩擦转子162的转动而变化。封装压缩弹簧172和弹簧靴元件174的是轴承件座178，其在行星摩擦转子162转动过程中使压缩弹簧172保持径向地定向。
[0130]图12B是图12A电动机的正交局部剖切图，显示转子构造的细节。PPPEM166显示为设置有两个转动元件:偏心凸轮轴170和带有至少ー对摩擦环158的行星摩擦转子162。凸轮轴170偏心地安装，以使行星摩擦转子162在规定间隙54处(见图11)与摩擦定子164的定子轴线52 (见图11)偏离。偏心凸轮轴170还使形成为转子轴线50 (见图11)的转动中心线保持在离定子轴线52的规定偏离处(见图11)。两个转动元件170、162可彼此独立地和以不同速度自由地转动。
[0131]提供管状的轴承件176，用以减小两者之间的转动摩擦力。如图12A所示，可见ー对压缩弹簧172，其外形可容纳在偏心凸轮轴170内。注意，移动的枢转接触线60位于行星摩擦转子162和定子164之间，行星摩擦转子162和定子仅通过摩擦环158相接触。其它元件在前面參照图12A描述过。
[0132]图13A是PPPEM另ー实施例的剖视和放大详图，该PPPEM设置有齿轮、径向弹簧和促进零齿隙的管状轴承件。
[0133]PPPEM180包括与内部定子齿轮40形成一体的外部安装的环形齿轮38，PPPEM180设置有一系列封装在定子包壳44内的电磁铁42。行星齿轮电动机180还包括与行星转子齿轮48形成一体的内部安装的软钢行星转子190，以及居中地安装在行星转子190内的管状轴承件176。借助于图示的行星转子齿轮48和定子齿轮40之间的偏心关系，移动的啮合枢转线60 (在该轴向视图中显示为一点)表示行星转子齿轮48和定子齿轮40之间最接近的靠拢。
[0134]管状轴承件176在详细的放大图中显示为含有轴承186，其被限制在分别为内壁和外壁182和184之间。偏心凸轮轴170设置有至少ー对压缩弹簧172，弹簧分别安装在倒置的T形弹簧靴元件174上，弹簧靴元件174通过固定填料座178保持就位。
[0135]—对弹簧靴兀件174定向成囿于凸轮轴170和固定填料座178内，通过一对压缩弹簧172的弹簧力，将径向推力朝向内轴承外壳182作用。设置小间隙192，以便于压缩弹簧172伸展，弹簧172沿着行星转子190所作的行星运动的路径在任何啮合枢转线上施加正向力，例如，在行星转子齿轮48上的啮合枢转线60。
[0136]在PPPEM180运作时，当行星转子齿轮48例如与典型的啮合枢转线60处的定子环形齿轮40完全啮合时，成对压缩弹簧172的向下径向伸展运动和弹簧靴元件174生成的运动，促进齿隙为零。
[0137]图13B是成对的典型的径向压缩弹簧172中一个弹簧作用的简化示意图(见图13A和详图)。如箭头188所示，压缩弹簧172连同行星转子190—起朝向定子齿轮40自由地移动，以消除齿轮啮合所造成的可能的齿隙，并在齿轮接合和啮合时，调整齿轮40、48之间的偏心度。
[0138]图14是本发明另ー实施例中的PPPEM的剖视图，该PPPEM使用具有柔性联接器的行星转子，以与转子输出轴与定子轴线同轴对齐，以便直接传输动力。
[0139]PPPEM200包括外部安装的无齿轮传动的定子164，定子设置有安装在线圈芯196上的一系列电磁铁42。一系列电磁铁42围绕形成PPPEM200中心线的定子轴线52径向地布置。
[0140]内部安装的无齿轮传动的行星转子162设置有至少ー对弾性体摩擦环158，以建立起恒定的滚动力，临时显示为无齿轮传动的行星转子162和无齿轮传动的定子164之间的枢转接触线62。偏心的转子轴线50经过偏心的凸轮轴168，但对准成遇到和连接到倾斜的联接杆202，转子轴线50通过转子法兰204，并然后通过第一柔性联接器206a。
[0141]联接杆202和输出轴74之间的连接是通过第二柔性联接器206b实现的，该第二柔性联接器206b使PPPEM200的轴线从偏心转子轴线50通过PPPEM200近端处的凸轮轴169恢复，显示为与定子轴线52和输出轴74对齐。输出轴74的中心线因此与定子轴线52同轴，输出轴74沿着两者之间的公共轴线接受直接的动カ传输。
[0142]柔性联接器206a/b的整个机构和连接杆202有利地容纳在管状轴承件176内，该管状轴承件176同轴地设置在行星的无齿轮传动的转子162内，以减小移动零件之间的摩擦。柔性联接器206a/b可以是为本【技术领域】内技术人员熟知的任何类型。
[0143]图15A是带有根据本发明另ー实施例构造的一体的E形外形内芯的固定封装的电磁铁的正交详图。
[0144]单个电磁铁208包括缠绕在E形外形的壳体210的中心臂212上的绕组214。
[0145]应该指出的是，电磁铁芯总体上可构造成C形、U形或E形外形，这为本【技术领域】内技术人员所公知，以适应不同数量的线圈绕组，从不同应用中可能需要的磁通量中产生较大或较小的转矩动力。这对于本发明的PPPEM各种实施例也是如此。
[0146]图15B是图15A的包括一系列封装电磁铁的PPPEM的剖视图，该PPPEM径向地设置在外部安装的定子内。
[0147]PPPEM220可以是齿轮型的(见图2 )或是摩擦型的(见图11)，PPPEM220根据本发明原理构造，并包括如图15A详细所示的一系列电磁铁单元208。诸如电磁铁208的一系列封装的电磁铁优化了环形定子216的体积，通过将电磁铁封装在E形外形的软金属壳体210内而容纳下更多的电磁铁绕组214。当PPPEM220被致动时，这有利于集中来自两个磁极的磁通量朝向电磁铁的一个激活面，例如，中心臂212，尽可能近地靠近行星转子218。行星转子218显示在轴向剖视图中，以图示转子轴线50和定子轴线52之间的偏心关系。
[0148]图15C是图15B的PPPEM220的正交图，显示带有一系列封装的E形外形的电磁铁208的环形定子216的细节。
[0149]图15B的环形定子216显不有一系列固定封装(holder-encased)的电磁铁208,它们与行星转子218的中心线成一定角度地布置在环形定子216内(见图15B)，但与转子轴线50同轴并由转子轴线50限定(见图15B)。固定封装的电磁铁208以一定角度布置在环形定子216内，主要是为了在使用行星齿轮时减小本发明典型PPPEM内的嵌齿效应。
[0150]图16是本发明另ー实施例的剖视图，其包括带有内部安装的行星转子的PPPEM。
[0151]PPPEM222包括外部安装的环形定子164 (显示为设置在外壳包壳44内)；一系列围绕环形定子164布置的电磁铁42 ;以及内部设置的行星转子224。行星转子224可转动地固定在与转子轴线50同轴的凸轮轴(未示出)上。环形定子轴线52与此偏离最小偏离间隙54，该间隙根本不允许转子-定子的直接接触，就如最小间隙226所反映的那样。当PPPEM222根据本发明原理运作吋，PPPEM222的输出效率大大地提高。
[0152]在本发明的优选实施例中，行星转子224由铁磁性材料制造，诸如软铁、镍、钴、铁素体等，该种材料具有高的导磁率，以用于定子磁场内。
[0153]图17A是现有技术电动机的正交图，该电动机通过现有技术的齿轮箱连接到导螺杆轴。现有技术电动机20连接到齿轮箱230，并通过法兰234连接以驱动导螺杆轴232，导螺杆轴232提供输出动力，就如本【技术领域】内技术人员所公知的那样。导螺杆轴232如转动箭头238所示地转动。可移动的螺母236沿着导螺杆轴232长度侧向地移动，根据导螺杆轴232的转动方向(顺时针方向或逆时针方向)，螺母236可沿任一方向移动。
[0154]图17B是根据本发明原理构造的带有无齿轮传动的行星转子以引导导螺杆轴操作的PPPEM的正交局部剖切图。
[0155]PPPEM240包括外部安装的具有一系列电磁铁42 (见图11)的定子164，并具有内部安装的行星转子162，行星转子162带有至少ー个弾性体的摩擦环158。行星转子162对固定附连的可转动的导螺杆轴232提供直接的控制，该导螺杆轴232具有可侧向移动的螺母236，并在远端处可转动地附连在球接头242上。
[0156]行星转子162无齿轮传动地、一体地连接到导螺杆轴232，这样，行星转子162的转动可致使导螺杆轴232直接转动(转动箭头238)，无需如现有技术中所采用的通过齿轮箱230连接到齿轮(图17A)。导螺杆轴232的远端包括球接头242，用以锚固导螺杆轴232，同时继续允许旋转运动，当电动机240运行时，可移动的螺母236沿着导螺杆轴232的固定长度可沿任ー轴向方向(箭头228)自由地移动。导螺杆轴232的转动方向，以及由此发生的可移动螺母236的侧向运动方向，直接依赖于转子162的顺时针方向或逆时针方向的转动(箭头238)。
[0157]图17A/B所示的本发明是对现有技术电动机的改进，并可用于带有需要双向前后运动的可移动元件的装置，诸如照相机中的变焦透镜、广告显示屏的可移动部分等。这些可移动元件连接到可移动的螺母236，因此当PPPEM240运作时，可移动元件随螺母一起移动。
[0158]图18A示出典型的现有技术U形固定电磁铁的大致的示意图，其在铁磁性内芯上的两个臂缠绕两个电线圈，图18A示出当电线圈通电时通过内芯和相关电枢的生成磁通量的流线和极性。
[0159]现有技术的电磁铁250包括U形外形的铁磁性内芯246，内芯246有分别缠绕在极性臂252a和252b (分别显示为N =北极；S =南极)上的电线圈244a和244b，于是，它们的极性是相对地被充磁。提供电枢248，以让磁场在闭合回路中以箭头254所示方向流动。
[0160]图18B示出典型的现有技术的E形固定电磁铁的大致的示意图，其在铁磁性内芯上的三个臂缠绕三个电线圈，图18B示出当电线圈通电时通过内芯和相关电枢的生成磁通量的流线和极性。
[0161]现有技术的电磁铁260包括E形外形的铁磁性内芯256，内芯256有分别交替地缠绕在三个邻近极性臂252b、252a和252b (分别显示为S =南极；N =北极；S =南极)上的电线圈244a和244b，于是，它们的极性在S-N-S (或可供选择地是N-S-N)之间交替地变化。提供电枢248，以让磁场在闭合回路中流动，但不像图18A的U形外形电磁铁中的流动，E形外形电磁铁260内的磁流动线路遵循如箭头254所示的双路径。[0162]图19A和19B分别示出根据本发明原理构造的PPPEM的典型的第一步和第二步操作。PPPEM262设置有外部安装的环形定子264，它的定子轴线52形成PPPEM262的输出轴(未示出)的中心线并与其同轴。内部安装的行星转子266包括具有一体的转子芯272的管状软铁的径向环278。转子轴线50相对于环形定子264的中心线偏心。
[0163]环形定子264设置有一系列带有U形外形的内芯246的电磁铁268 (诸如图19A中的268c/d，还举例来说，图19B中的268e)，它们在ー个内芯臂252c上构造有北磁极(N)，在另ー个内芯臂252d上构造有南磁极(S)。环形定子264内所有的电磁铁268都设置在定子280内。PPPEM262封装在电动机外壳280内，该外壳280也用作环形定子264的壳体。
[0164]现特别地參照图19A，环形定子264包括一系列12个电磁铁，举例来说，电磁铁268c的磁极性在U形外形内芯246的ー个臂252c上显示为N (北极)(见图18A)，而在第ニ个臂252d上，磁极性显示为S (南极)，这样，电磁铁268c和邻近的电磁铁268d串联地连接，但它们的线圈绕组270c和270d分别在U形外形内芯246的各个臂上形成相対的磁极性。
[0165]在第一歩操作中，当PPPEM262运作吋，电磁铁268c和268d (虽然磁极性相反)一前一后地工作(在同一 U形外形内芯246上，见图18A)，相对于凸轮轴(未示出，但与偏心转子轴线50同轴)的转动运动以60度枢转增量，推动行星转子266转动，根据拉カ沿转动方向离开第一移动的枢转线60a。
[0166]现參照图19B，电磁铁268d的磁极性现显示为S (南极)，而电磁铁268e的磁极性现显示为N (北扱)，它们具有相吸的管状软铁环278，软铁环278从第一移动的枢转线60a(见图19A)移动到其后的第二枢转线60b，从第一移动的枢转线60a转过大约30度。
[0167]电磁线圈270d通过其绕组串联地连接到具有北磁极(N)的线圈270e，并对行星转子266形成新的推动カ以继续其滚动。总是有至少两个邻近的电磁铁268串联连接一起运作，通过在U形外形内芯246的各个臂252d/e上形成相対的磁极性来拉动行星转子266(见图18A)。
[0168]图20A和20B不出根据本发明原理构造的具有一系列E形外形的电磁铁芯的PPPEM的典型的两步式操作。在图20A/B的PPPEM282中，诸如电磁铁284c/d/e那样的ー组线圈286c/d/e被同时激活，其中，三个线圈286c/d/e的平均吸引矢量总是保持垂直于转子半径，并以平衡方式朝向临时的滚动运动枢转接触线60a定向。
[0169]现特别地參照图20A，PPPEM282包括外部安装的环形定子264，其带有一系列诸如284c/d/e的电磁铁，电磁铁设置有围绕环形定子264的中心轴线52布置的E形外形的内芯256 (见图18B);以及内部设置的行星转子266，其具有磁铁芯272，磁铁芯与彼此等距离径向布置的六个臂274构造成一体。PPPEM282容纳在电动机外壳280内，而行星转子266设置有与行星转子266形成一体的管状软铁径向环278。
[0170]PPPEM282设置有线圈绕组286c/d/e，它们串联地连接，例如，使得中间内芯臂(标以S =南扱)的磁极性与两个邻近端部内芯臂(标以N =北扱)的磁极性相対。适用于环形定子264内的电磁铁284c/d/e的构造原理也同样适用于三个一组的其它电磁铁284。
[0171]在本发明的优选实施例中，环形定子264设置有12个电磁铁284，但也可使用具有E形外形内芯256 (见图18B)的任何数量的电磁鉄。接触枢转线60a在图中显示为设置在相对于PPPEM282的轴向剖视图中的六点钟的位置，因此，PPPEM282操作中的第一步是，利用行星转子环278上的磁性吸力来激活电磁铁284c/d/e，以便枢转地转动行星转子266，行星转子环278有利地用软铁制成。
[0172]图19A/B和图20A/B中所示本发明实施例之间的主要差别是，对于前述图中的电磁铁268，使用U形外形的内芯246 (见图18A)，而对图20A/B中的电磁铁使用E形外形的内芯256 (见图18B)。两个图之间的其它特征基本上相同，但在操作中有一些差别，这将在下文中解释，因为本发明各个实施例中使用的电磁铁内芯246、256的外形特征不同。
[0173]在啮合齿轮用于PPPEM282的情形中，行星转子266的运动导致在定子齿轮和转子齿轮(未示出)之间的枢转接触线(诸如60a)上的临时啮合。但是PPPEM282也可以是无齿轮传动的，而是用设置有摩擦环158 (见图11)的摩擦型的行星转子162来运作。
[0174]參照图20B，第二枢转线276b现建立在定子264和行星转子266之间的五点钟位置。电磁铁284c将停止激活，一点钟位置的电磁铁284f将同时被激活，以继续行星转子266的枢转滚动运动。应注意，在该第二步中，电磁铁284d/e/f现被激活。进ー步的运动将导致相应电磁铁在顺序的运行系列中继续被激活和停止激活。
[0175]图21A和21B分别示出现有技术的环形磁体290的前面288a和背面288b，显示出各个面的相対的轴向定向的磁极性(N和S)。环形磁体290可以是环形或圆柱形磁体，但它们都具有轴向定向的磁化，并被相当普遍地采用，因为它们比径向磁体的生产成本便宜得多。在特殊应用中，可选择径向定向的磁力线，该面的环形磁体可用于构造改进的PPPEM，其组合了带有根据本发明原理的推-拉优点的传统的环形磁体。
[0176]图22示出PPPEM的剖视的正交图，该PPPEM包括外部安装的带有一系列电磁铁的环形定子，电磁铁有根据本发明另ー实施例构造的缠绕在轴向定向的U形外形的内芯上的绕组。
[0177]PPPEM300包括外部安装的带有一系列电磁铁250的定子294，电磁铁有缠绕在U形外形的内芯246上的绕组270a/b，这些都封装在定子壳体44内，壳体44方便地也用作容纳PPPEM300的电动机外壳。内部设置的行星转子296由传统的现有技术的环形磁体290形成，环形磁体290轴向地定向，并在带有磁通量导向件292a/b的各个面288a/b (见图21A/B)上被封装。
[0178]当对电磁铁250a给予与磁通量导向件292a/b和转子环形磁体290的磁极极性相反的磁极性时，可紧靠磁通量导向件292a/b和转子环形磁体290的磁极来操作定子电磁铁250a/b。这产生沿向下方向曳拉转子环形磁体290的吸力。
[0179]同时，电磁铁250b设置在PPPEM300的上部，如图22所示位于转子环形磁体290的上方，电磁铁250b被赋予了与磁通量导向件292a/b和转子环形磁体290的磁极极性相同的磁极性。向下作用的磁斥力和磁吸カ之和，推动一系列的枢转运动，这导致在输出轴(未示出)上形成转矩，该转矩可在PPPEM300的功率范围之内在许多应用中投入使用。
[0180]图23是本发明还有另一实施例的正交局部剖切图。图23示出带有与定子环形齿轮314形成一体的外部安装的定子318的PPPEM302，当PPPEM302运作时，环形齿轮314与行星转子齿轮312相啮合。带有U形外形内芯的电磁铁250串联地布置在定子318内并封装在壳体44内。
[0181]内部安装的行星转子316设置有转子齿轮312，并通过欧氏(Oldham)转子板306、中间板308附连到欧氏联接装置304，最后连接到欧氏输出轴310。欧氏输出轴310与定子轴线52同轴(见图2)，定子轴线52形成PPPEM302的中心线，使转子轴线320之间的偏移恢复到与输出轴310处的定子轴线52同轴。行星转子316包括设置有磁通量导向件292a/b的轴向的环形磁体290。显示在图23中的其它特征如同以前參照图22所描述的那些特征。
[0182]图24是本发明还有另一实施例中的无齿轮传动的PPPEM的正交剖视图。PPPEM322设置有外部安装的具有一系列电磁铁42的定子164、内部设置的无齿轮传动的行星转子162，还设置有抗齿隙机构(见图13A/B)，而且包括现有技术的轴向环形磁体290，其在两个面上封装有一对磁通量导向件292a/b。PPPEM322的其它特征和元件类似于图11所示本发明实施例中所示的特征和元件。
[0183]图24中所示实施例的主要特征是改进的抗齿隙机构，该抗齿隙机构是这样运行的，即，使用轴向的环形磁体290 (带有或不带有磁通量导向件292a/b，该磁通量导向件292a/b刚性地连接到行星转子162并是行星转子162的一部分)，借助行星转子162和环形定子164之间的吸力，向下方向曳拉行星转子162,轴向环形磁体290会在由软铁材料制造的行星转子162和环形定子164之间提供吸力。
[0184]图25是本发明另ー实施例的正交局部剖视图。图25示出PPPEM324，PPPEM324构造有多个相当薄的U形外形的电磁铁内芯臂332a (N极)和332b (S极)，它们轴向地布置在外部环形定子326的宽的内侧背衬面330上，以容纳多个N和S磁极332a/b，从而磁性地转动内部设置的软金属的转子环328。转子环328可由其它铁磁性材料制造，这些材料为本【技术领域】内技术人员所熟知，但这里首选材料是软铁。
[0185]图26是本发明一优选实施例的正交剖视图。图26示出PPPEM334，PPPEM334包括外部安装的定子336，定子336带有定子齿轮338和定子电磁铁340，电磁铁340围绕与PPPEM334的输出轴的轴线同轴的中心定子轴线52 (见图2)串联地径向布置。偏移的转子凸轮轴342设置有抗齿隙机构344，其可以是为本【技术领域】内技术人员熟知的任何类型，但较佳地是如图13A中详细所示的ー对压缩弹簧172。
[0186]内部的行星转子346装备有第一转子环形齿轮312，其与移动的接触枢转线60处的定子齿轮338啮合接触。第二转子环形齿轮348与输出环形齿轮350啮合，将行星转子的偏心转动转换为输出轴352的同心的输出转动，例如，其约为1:20的输出减速级。这样，因此，凸轮轴342是实施轴编码器、分解器和/或制动器的完美之地。
[0187]环288附连到凸轮轴342并用作光电断路器传感器353的断路器，以便探测枢转接触线60对于电磁铁340的相对定向。第二组的行星齿轮348和350可用于减速力矩的放大，或可用于使输出轴352与由环形定子轴线52限定的定子中心线同心(见图2)。
[0188]使抗齿隙机构344的ー对压缩弹簧172 (见图13A中的详图)被加载而用于转子环形齿轮312和348，以啮合定子环形齿轮338和输出齿轮350而形成两级抗齿隙机构。
[0189]应该注意到，PPPEM334具有三个主转动元件:
[0190]I)带有一体的齿轮312、348的行星转子346，齿轮312、348在定子齿轮338上以行星模式转动；
[0191]2)偏心的转子凸轮轴342，其以比行星转子346的速度高许多的速度转动(例如，偏心的转子凸轮轴342将以比行星转子346的速度快15或30倍的速度转动)；以及
[0192]3)带有一体的内部环形齿轮350的输出轴352，其以比行星转子346的速度低许多的速度转动。[0193]行星转子346是被电磁铁340推动的元件，其将在某方向上的给定转矩以给定速度传输到输出轴352的第二输出行星啮合齿轮348、350。偏心的凸轮轴342欲将行星转子346保持在给定的偏移处以及相对于环形定子轴线52平行的定向。由于偏心的凸轮轴342以几倍于行星转子346速度的速度转动，所以，它是放置任何类型传感器的最佳元件，或用于指示位置或速度，或用于容纳固定的制动器，这是非常低转矩的制动器(例如，制动器保持的转矩将比最大转子转矩减小15倍)。
[0194]光学绝对编码器由垫圈板288和大约八个光电断路器传感器353构成，利用该光学绝对编码器来识别转子-定子的相对位置，尤其是，转子枢转接触线60相对于定子电磁铁340的磁极的相对位置。
[0195]垫圈板288与偏心的凸轮轴342可转动地固定，其中，光电断路器353固定地连接到包括电动机后盖板354的定子包壳44。
[0196]正如本【技术领域】内技术人员所熟知的，给定枢转接触线相对电磁铁的相对位置，对于以最大カ矩和/或最大效率推动行星转子346的电磁铁的最佳致动是关键的(例如，在顺时针方向或逆时针方向)。
[0197]因此，将会认识到，本文所述和附图中图示的装置，仅是为了示例而进行了阐述，可作出本发明的许多其它变化、修改和应用。针对本发明的某些特殊实施例描述了本发明，应该理解到，这样的描述并不意图限制，因为现在进ー步的修改已为本【技术领域】内技术人员所明白，因此，本发明意欲涵盖如此的各种修改，只要它们落入本文描述、附图和附后权利要求书的范围之内。
【权利要求】
1.一种行星式推-拉电动机(下文中称作:“PPPEM”)，其包括: 固定安装在所述PPPEM的中心轴线上的环形定子，其中，所述中心轴线限定所述环形定子的中心线； 行星转子，其布置成磁性地可移动，且可转动地安装在相对于所述环形定子中心线偏心的转子轴线上； 围绕所述环形定子中心线径向地安装的一系列电磁铁，当所述ー系列电磁铁被激活时，在所述行星转子的磁场作用下产生径向磁力， 传动装置，其传递所述偏心的行星转子轴线的转动，直接将动カ传递给所述PPPEM的输出轴， 其中，当所述ー系列电磁铁被激活时，便产生了径向的推-拉磁力，磁性地推动所述行星转子，使其与所述一系列电磁铁中的至少ー个电磁铁靠近地径向接触，这样，所述行星转子依次从所述靠近的切向接触枢转到邻近的切向接触，从而使所述行星转子实现围绕所述偏心转子轴线的连续的滚动运动，并形成转动カ矩，如此的运动被转化为转动运动，当利用所述转动传动装置将该转动施加到所述PPPEM的所述输出轴上时,该转动运动提供从所述PPPEM输出的动カ源。
2.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述环形定子和所述行星转子是无齿轮的。
3.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述环形定子包括有内齿的定子环形齿轮，所述行星转子包括有齿的转子齿轮，它们彼此啮合并用作行星齿轮组。
4.如权利要求2所述的PP.PEM，其特征在于，所述无齿轮的行星转子径向地加载在所述环形定子上，并设置有零齿隙的摩擦驱动机构。
5.如权利要求2所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子围绕所述环形定子的内表面以偏心运动的方式转动，通过设置在所述行星转子的外表面上并定位成与所述转子轴线同轴的至少ー个摩擦环，所述行星转子与所述环形定子切向地摩擦接触。
6.如权利要求2所述的PPPEM，其特征在于，所述PPPEM是行星式摩擦电动机，其包括内部安装的、摩擦的行星转子，行星转子与外部安装的无齿轮的定子接触，所述行星转子在近端直接连接到导螺杆，并在远端连接到球接头，允许所述行星转子和附连的导螺杆自由转动，所述导螺杆设置有安装在其上的可移动螺母，以使所述可移动的螺母被推进而沿着所述导螺杆的长度朝任一方向移动。
7.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述转子轴线径向加载在所述定子上，这样，拉カ曳拉所述行星转子朝向所述定子，以确保在所述行星转子和所述定子装备有有齿齿轮时齿隙为零。
8.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述转子齿轮安装在设置有抗齿隙机构的法兰上。
9.如权利要求8所述的PPPEM，其特征在于，所述抗齿隙机构包括平衡的成对压缩弹簧。
10.如权利要求8所述的PPPEM，其特征在干，所述抗齿隙机构包括平衡的成对螺杆和相关的锁定螺母。
11.如权利要求8所述的PPPEM，其特征在于，所述抗齿隙机构包括平衡的成对径向磁体环，其在所述行星转子和所述定子之间产生恒定的吸力。
12.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，与径向转子磁体互相作用的一系列径向定向的电磁铁产生所述推-拉磁力，所述推-拉磁力产生矢量，该矢量径向地朝向内并围绕所述转子轴线朝向外。
13.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子轴线相对于所述定子的轴线平行地定向，但具有径向自由度。
14.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子轴线朝向所述定子径向地加载，以在所述PPPEM不运行时使所述行星转子保持不工作。
15.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子轴线径向地加载在所述定子上，以在所述行星转子和所述定子之间形成给定的摩擦力。
16.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述径向加载包括管状的轴承件。
17.如权利要求16所述的PPPEM，其特征在于，所述管状的轴承件包括: 压缩弹簧； 由所述压缩弹簧驱动的弹簧靴元件； 偏心的转子凸轮轴，用于容纳所述压缩弹簧和弹簧靴元件；以及 可转动地限制在所述管状轴承件的内管和外管内的轴承，将所述凸轮轴、所述压缩弹簧和所述弹簧靴元件容纳在所述管状轴承件的中空内芯内， 其中，当所述压缩弹簧压缩安装在所述凸轮轴内的所述弹簧靴元件时，径向力施加在所述行星转子齿轮上，以与所述定子的环形齿轮有效地形成无齿隙的齿轮-齿环啮合。
18.如权利要求16所述的PPPEM，其特征在于，所述管状的轴承件包括: 偏心的转子凸轮轴； 一对连接到相应成对法兰上的柔性联接器；以及 通过相应的法兰安装在所述成对的柔性连接器之间的连接杆， 其中，当所述行星转子转动时，所述转子轴线移动而与所述定子轴线同轴，所述PPPEM提供通过所述输出轴输出的直接动カ。
19.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述拉カ曳拉所述行星转子朝向所述定子并产生两者之间给定的摩擦力。
20.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，仅一部分包括所述PPPEM。
21.如权利要求20所述的PPPEM，其特征在于，所述部分具有在所述定子上的所述径向安装的电磁铁中的至少两段，同时实质上将所述行星传动比保持为与全部的所述PPPEM —样。
22.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述PPPEM具有约为1:4的低传动比。
23.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述PPPEM具有约为1:500的高传动比。
24.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子包括与所述定子齿轮啮合接触的主行星齿轮，以及与所述主行星齿轮形成一体的次级阶跃齿轮，其与一体地连接到输出轴上的输出环形齿轮行星地啮合接触，这样，当所述PPPEM运行吋，所述次级阶跃齿轮起到減速器的作用，于是使所述定子轴线和所述转子轴线之间的偏移减到最小，以直接对与所述定子中心轴线对齐的所述输出轴提供高的传动比。
25.如权利要求24所述的PPPEM，其特征在于，与输出环形齿轮行星地啮合接触的所述次级阶跃齿轮，一体地容纳三个转动元件，包括所述行星转子、所述偏心的凸轮轴，以及所述输出轴，分别能以不同速度转动。
26.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述定子和所述行星转子用作行星齿轮组，但两者之间无任何接触，所述定子和所述行星转子在运动学上由至少ー对附加的行星啮合的齿轮支承，以保持非接触的状态。
27.如权利要求26所述的PPPEM，其特征在干，当所述定子电磁铁被激活时，所述非接触的状态加强了所述定子和所述行星转子之间的磁吸力和/或磁斥力。
28.如权利要求26所述的PPPEM，其特征在于，所述至少一对附加的行星啮合的齿轮产生并传递所述PPPEM的输出转矩，以提供所述动カ输出。
29.如权利要求26所述的PPPEM，其特征在于，所述至少一对附加的行星啮合的齿轮由高拉伸强度的材料组成。
30.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子包括软金属部分。
31.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子包括至少ー个永磁铁。
32.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子还包括一系列径向管状磁体，其中，所有类似的磁极类似地定向在向外方向和朝向所述行星转子轴线的方向中的一个。
33.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子包括单件、同质的径向磁体。
34.如权利要求33所述的PPPEM，其特征在于，所述径向磁体形成为管子。
35.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子形成为管状环。
36.如权利要求35所述的PPPEM，其特征在于，所述管状环包括轴向磁体，它的磁面指向为紧靠U形的电磁铁。
37.如权利要求36所述的PPPEM，其特征在于，所述轴向磁体的所述磁面定向在向外的径向方向上，以使从其中发出的磁通流与所述U形电磁铁的芯臂内的磁通径向地汇合。
38.如权利要求36所述的PPPEM，其特征在于，所述轴向磁通设置有磁性弯头导向件，以引导从所述轴向磁体的面发出的磁通流朝向向外的径向方向，以与所述U形电磁铁的芯臂内的磁通径向地汇合。
39.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，还包括内部安装的输出阶跃齿轮。
40.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，还包括外部安装的输出阶跃齿轮。
41.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，当同时激活所述推拉カ时，所述推拉力能精确地控制所述行星转子在稳态中和稳态附近的位置，所述稳态是瞄准目标、跟踪目标和充当目标的从属时的状态。
42.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星啮合齿轮具有的直径大于所述行星转子的直径。
43.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星啮合齿轮具有的直径小于所述行星转子的直径。
44.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述行星转子和所述定子提供给定的输出转矩，该转矩根据与它们相关的齿轮的直径变化。
45.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述转子轴和相关的凸轮轴包括两个独立的输出轴元件，其中ー个的转动速度不同于另ー个的转动速度。
46.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，所述转子轴包括负载输出轴，其以相对慢的速度转动。
47.如权利要求45所述的PPPEM，其特征在于，所述相关的凸轮轴以相对高的速度转动。
48.如权利要求45所述的PPPEM，其特征在于，所述相关的凸轮轴接纳附加的装置，该装置选自以下的至少ー个:低转矩的电动制动器、光学编码器/分解器，以及两者的组合。
49.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在干，同时作用的推力和拉カ推动所述行星转子，以顺时针方向和逆时针方向之一转动。
50.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，当两个相对设置的电磁线圈同时作用时，在两个相对设置的电磁线圈之间使用串联连接。
51.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，当两个相对设置的电磁线圈同时作用时，在两个相对设置的电磁线圈之间使用并联连接。
52.如权利要求1所 述的PPPEM，其特征在于，在电动机运行过程中，所述一系列电磁铁中的至少ー个磁极被激活，以优化电动机不同的变化的任务，包括:速度变化模式、荷载变化模式，以及节能模式。
53.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，还包括: 可转动地连接到所述凸轮轴上的指示器，所述凸轮轴与所述定子轴线同轴； 安装在所述定子上的霍尔效应传感器；以及 至少ー个永磁铁，其安装在所述凸轮轴上，靠近所述霍尔效应传感器， 其中，当所述PPPEM运行时，所述指示器測量所述凸轮轴和所述电磁铁之间的相对位置、转子转动速度和方向，以及所述PPPEM的磁通量。
54.如权利要求1所述的PPPEM，其特征在于，还包括: 联接杆； ー对柔性联接器，它们附连在所述联接杆的各端； 管状轴承件，用以容纳所述联接杆和所述成对的柔性联接器， 其中，所述成对的柔性联接器中的ー个通过法兰在所述转子偏离轴线处的ー个法兰连接到所述转子，所述成对的柔性联接器中的另ー个沿着与所述定子轴线对齐的中心轴线连接到所述输出轴。
55.如权利要求1所述的PPPEM,其特征在于,所述一系列的电磁铁包括:将电磁铁封装在铁磁性売子内，这样，当激活所述PPPEM时，将来自两个磁极的磁通集中朝向各个所述固定电磁铁的工作面，尽量靠近所述行星转子。
56.如权利要求55所述的PPPEM，其特征在于，所述固定电磁铁通过由所述定子形成的外壳连接在邻近的成对的电磁铁内，其中，在所述成对电磁铁中的ー个电磁铁中，南极(S极)向内定向，在所述成对电磁铁中的另ー个电磁铁中，北极(N极)向内定向，它们以交替顺序定向，以便磁性地转动所述行星转子并运行所述PPPEM。
57.如权利要求55所述的PPPEM，其特征在于，所述固定电磁铁设置有软铁芯，该软铁芯选自以下中的至少ー个:C形外形的内芯、U形外形的内芯，以及E形外形的内芯。
58.一种带有推-拉极的PPPEM，其包括:定子，其包括与定子齿轮成一体的内部安装的定子，所述定子具有一系列电磁铁，它们围绕定子中心线径向地设置；以及 行星转子，其包括与转子环齿轮成一体的外部安装的转子环，所述转子环和转子环齿轮相对于所述定子中心线偏心地设置， 其中，当所述ー系列的电磁铁依次被激活时，所述转子环被径向推拉磁力推动而围绕连续的一系列移动的切向接触线滚动，这些移动的切向接触线由所述转子环形齿轮和所述定子齿轮之间临时的、顺序的啮合接触形成，这样，所述行星转子环围绕所述定子的内圆周前迸，形成连续的滚动运 动，提供从所述PPPEM输出的动カ源。
【文档编号】H02K37/10GK103444062SQ201280013573
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月15日 优先权日:2011年3月16日
【发明者】S·莱文, A·莱文 申请人:概念及设计有限公司