電動(dòng)機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】,AMT,電動(dòng)機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】,電動(dòng),機(jī)械式,換檔,執(zhí)行機(jī)構(gòu),方案,設(shè)計(jì) 6 英文翻譯 2004-01-1322 改善變速器控制和效率的電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的回顧和發(fā)展 特納和拉姆齊 里查多動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和變速器系統(tǒng) 摘要 隨著燃料經(jīng)濟(jì)型車輛的推進(jìn)，動(dòng)力子系統(tǒng)的單個(gè)效率和總效率變得日益重要。選擇的變速器形式（AMT,DCT,CVT）的發(fā)展由于傳動(dòng)比數(shù)目，傳動(dòng)比范圍和裝置效率的增加帶來了很大的作用。然而，更大的潛力在于在所有形式的控制變速器中改善執(zhí)行機(jī)構(gòu)的技術(shù)，這是被認(rèn)可了的。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的液力裝置的深入改善帶來的經(jīng)濟(jì)利益好像是有限的，所以建議需要有其他可選擇的技術(shù)。這個(gè)選擇將尋求進(jìn)一步減少由抽吸和相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)損失帶來的寄生能量消耗，同時(shí)改善很差的工作循環(huán)的可控制性，同時(shí)使任何漸漸不適用的亞原理冷淡下來。 報(bào)告研究的焦點(diǎn)在于提供有效的間歇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電控機(jī)械系統(tǒng)的開發(fā)和對(duì)液力及最近的電子液力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。這些改善包括整體的能量轉(zhuǎn)換效率和怠速動(dòng)力消耗，這些支持向電子車輛和42伏機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。然而，為了這些裝置能夠在給定的環(huán)境下成功的運(yùn)轉(zhuǎn)，有很多重要的問題需要解決。這篇論文呈現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)在的電動(dòng)機(jī)械執(zhí)行技術(shù)進(jìn)行回顧電動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)例子及識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)化和當(dāng)前技術(shù)的綜合。 引言 車輛變速器的自動(dòng)控制在傳統(tǒng)上通過應(yīng)用液力執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，此機(jī)構(gòu)由小的執(zhí)行器提供高的輸出力，執(zhí)行器的壓力油由遠(yuǎn)距離油泵供應(yīng)。隨同自動(dòng)變速的方便性，自動(dòng)變速器會(huì)在控制下為車輛行使條件選擇合適的速比，這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)在最好的燃料經(jīng)濟(jì)區(qū)中最合適的范圍運(yùn)行。然而現(xiàn)在，液力損失導(dǎo)致很大的寄生動(dòng)力消耗，這就減損了傳動(dòng)比選擇帶來的經(jīng)濟(jì)型的改善。 自動(dòng)手動(dòng)變速器的最近的發(fā)展已經(jīng)把手動(dòng)變速器的高的機(jī)械效率和自動(dòng)控制聯(lián)合起來了。然而，據(jù)認(rèn)可，應(yīng)用于這些變速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)可以取得進(jìn)一步的改善來進(jìn)一步減少動(dòng)力損失。因?yàn)橐毫夹g(shù)被認(rèn)為是在某些特定變速器中能量損失的重要的部分，本論文推出另一種可選擇的電控機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案，呈現(xiàn)了當(dāng)前技術(shù)的綜合審查——陳述了優(yōu)點(diǎn)，概括了對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)任務(wù)的合適性，還包括改善性能的方法。這篇論文也涵蓋了12和42伏系統(tǒng)對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，性能及重量和與工作環(huán)境尤其是溫度相聯(lián)系的問題的影響結(jié)果。然后，提出了馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)評(píng)估。這包括系統(tǒng)的詳細(xì)說明，技術(shù)選擇，和與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相適應(yīng)的電機(jī)規(guī)格，包括電機(jī)型號(hào)和效率。應(yīng)用MATLAB/SIMULINK和EASY5建立執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型評(píng)價(jià)其動(dòng)力學(xué)性能。動(dòng)力模型的建立是為了建立反映時(shí)間和評(píng)價(jià)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)怎樣實(shí)現(xiàn)離合器應(yīng)用。 變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù) 這里主要討論三類變速器執(zhí)行技術(shù)：液力，電動(dòng)液壓，電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)。從里卡多進(jìn)行的試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)顯示液力系統(tǒng)可能占據(jù)變速器全部動(dòng)力損失的50％。但是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸和重量方面具有優(yōu)勢(shì)，這是由于液壓能源可以放在空間很重要的變速器的任何一個(gè)位置。電動(dòng)液壓執(zhí)行器（即帶有電力能源）試圖在電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)和液力技術(shù)之間提供一個(gè)折中的技術(shù)。例如，用電動(dòng)機(jī)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)的液壓泵在工作循環(huán)控制中提供了一個(gè)很大的發(fā)展，允許對(duì)開環(huán)液壓需求更好的跟蹤。然而，通過各個(gè)部件的泄漏和流動(dòng)造成的損失仍然存在。另外一種選擇是閉環(huán)液力系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)電動(dòng)機(jī)能夠通過改變它的轉(zhuǎn)速和方向來改變液壓。 電動(dòng)機(jī)械裝置效率能夠很高，在某些情況下大于95％，而且也提供很好的工作循環(huán)控制。然而，在高溫下和在提供轉(zhuǎn)拒能力方面它們的性能通常是差的。因此，電動(dòng)機(jī)械裝置可能需要安置在遠(yuǎn)離應(yīng)用的地方，而且除非一些機(jī)械系統(tǒng)被用來以執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度（執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度在電子裝置中通常是很高的）交換轉(zhuǎn)矩能力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸可能不會(huì)滿足給定的規(guī)格要求。 電動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù) 電動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)能被分為兩個(gè)主要部分，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)這類旋轉(zhuǎn)裝置，和線性裝置例如電磁鐵和線性電動(dòng)機(jī)。 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)能夠被進(jìn)一步分成兩部分，額定角度執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)能夠按照轉(zhuǎn)矩，加速度，速度和位置被精確的控制，而且有大量的具有不同特性的已經(jīng)確立的電動(dòng)機(jī)技術(shù)。角度調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括如旋轉(zhuǎn)電磁鐵的裝置。旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生轉(zhuǎn)拒的方法有兩種；磁場(chǎng)的調(diào)整（勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩）和鐵磁材料的調(diào)整（磁阻轉(zhuǎn)矩），而且所有的機(jī)器應(yīng)用這些機(jī)械一個(gè)或兩個(gè)都用。這篇論文涉及到三種不同的電動(dòng)機(jī)拓?fù)洌兴C,無刷永久磁鐵和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不是傳統(tǒng)上所認(rèn)為的那樣。此電動(dòng)機(jī)被應(yīng)用在高動(dòng)力應(yīng)用的裝置上，這里重量是小問題或者應(yīng)用永久磁鐵機(jī)構(gòu)的花費(fèi)會(huì)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)尺寸而太高。在動(dòng)力要求相對(duì)低的汽車應(yīng)用上，用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有很小的花費(fèi)上的利益，而且它們較低的效率和轉(zhuǎn)矩密度使得為了滿足給定的轉(zhuǎn)矩要求而選用更大的電動(dòng)機(jī)。 有刷直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)統(tǒng)治了應(yīng)用在汽車上的電動(dòng)機(jī)技術(shù)，而且這在很大程度上是因?yàn)槌杀?。然而，隨著電動(dòng)機(jī)豐富程度和動(dòng)力要求的增高，由于效率和轉(zhuǎn)矩密度問題在某些領(lǐng)域遠(yuǎn)離有刷直流技術(shù)變得很必要。 一般來說，電子機(jī)械產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是與機(jī)器里的轉(zhuǎn)子體積，電負(fù)荷和磁負(fù)荷成比例的。電負(fù)荷由電動(dòng)機(jī)的熱力性質(zhì)限制，帶有強(qiáng)力冷卻的電動(dòng)機(jī)能夠承受更高的電負(fù)荷。磁負(fù)荷由磁回路設(shè)計(jì)和應(yīng)用在機(jī)械結(jié)構(gòu)里的材料類型所決定。 有刷直流電動(dòng)機(jī) 這個(gè)機(jī)器由或者定子繞組或者磁鐵和通過換向器和電刷裝置供應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。低動(dòng)力應(yīng)用時(shí)，定子繞組通常被鐵素體磁鐵代替。 有刷直流電機(jī)便宜，但是與其他的設(shè)計(jì)相比，有很多的缺點(diǎn)。盡管有刷電動(dòng)機(jī)占汽車上應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)的大多數(shù)，換向器和電刷是電機(jī)的限制特征因?yàn)樗鼈儾粌H限制最大的電樞繞組電流（因此限制扭拒）而且限制電機(jī)最大速度。因此，為了達(dá)到高的動(dòng)力，快的響應(yīng)，有刷電機(jī)可能太大和太慢，所以可選擇的其他技術(shù)需要被采用。 無刷電機(jī) 無刷電動(dòng)機(jī)能被分為很多不同的種類但這里只討論三種主要方案。這些是無刷永久磁鐵交流和直流電機(jī)，和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。 永久磁鐵無刷直流和交流電機(jī)在構(gòu)造上幾乎相同但是兩者設(shè)計(jì)的主要不同特點(diǎn)是反向電動(dòng)勢(shì)波形，無刷交流電機(jī)的波形是正弦曲線而無刷直流電機(jī)的波形是梯形的。盡管用于控制這兩種電機(jī)的功率電子驅(qū)動(dòng)器在設(shè)計(jì)方案上是相似的，但是它們的控制是有些不同的而且各自都需要不同角度的轉(zhuǎn)子位置信息。因?yàn)榻涣麟姍C(jī)需要正弦電流，精確的轉(zhuǎn)子位置信息是必要的，其位置用譯碼器或者解算器測(cè)量。需要方形波電流的直流電機(jī)則需要經(jīng)歷線圈電流每六十度電的或旋度的轉(zhuǎn)換，因此用霍爾效應(yīng)傳感器測(cè)得的粗略的轉(zhuǎn)子位置信息是可以容許的。然而，如果電機(jī)應(yīng)用于位置伺服，那么就像用在無刷交流電機(jī)里的位置傳感器也必須裝在直流電機(jī)殼里用于轉(zhuǎn)子位置的反饋，用直流電機(jī)相對(duì)于用交流電機(jī)沒有明顯的優(yōu)勢(shì)。如果應(yīng)用是速度管理，那么直流電機(jī)不需要精確的位置反饋就可以完成要求，而交流電機(jī)需要精確的位置反饋。 電機(jī)的運(yùn)行和控制驅(qū)動(dòng)電子學(xué)伏特安倍的測(cè)定之間也有許多的微妙差別，電機(jī)的運(yùn)行導(dǎo)致扭拒密度的變化，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩慣量比率，速度范圍的變化。 無刷直流電機(jī)可能也被供應(yīng)以有許多優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的單向電流。因?yàn)橄鳒p成本是非常重要的，還因?yàn)橐粋€(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硅的成本能是全部材料和生產(chǎn)成本的重要的部分，所以用單極電流驅(qū)動(dòng)器減少所需要的硅裝置的數(shù)量是很重要的。然而，這個(gè)控制方案有許多典型的缺點(diǎn)。繞組應(yīng)用情況很差因?yàn)樗鼈兛赡苤辉诖嬖诘淖畲髸r(shí)間間隔的一半時(shí)被激發(fā)以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一些單向驅(qū)動(dòng)構(gòu)造不允許在四象限運(yùn)行（向前和反方向的回轉(zhuǎn)和產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)）。感應(yīng)能量在電機(jī)繞組里被消散掉，不能像傳統(tǒng)的雙極驅(qū)動(dòng)返回供應(yīng)源，而且它們能比雙極驅(qū)動(dòng)電機(jī)展示出更高層次的轉(zhuǎn)矩波紋。然而，雙極驅(qū)動(dòng)問題包括擊穿的危險(xiǎn)，即是同一相位的兩個(gè)開關(guān)可能同時(shí)工作，導(dǎo)致直流電的短路，此情況不影響單極驅(qū)動(dòng)。單極驅(qū)動(dòng)的性能可以通過增加相位改善，但是會(huì)以成本的增加為代價(jià)，這是由于在驅(qū)動(dòng)器里增加了硅裝置，電機(jī)的線圈更大和更加復(fù)雜的迭片結(jié)構(gòu)。 永久磁鐵電動(dòng)機(jī)具有裝在表面的磁鐵或者具有嵌入在轉(zhuǎn)子里的磁鐵。有磁鐵嵌入的轉(zhuǎn)子顯示出卓越的效果，能增加機(jī)器的最大轉(zhuǎn)矩。 開關(guān)磁阻電機(jī)被稱為雙凸角，單一激勵(lì)的電機(jī)。凸角轉(zhuǎn)子構(gòu)造導(dǎo)致電機(jī)有高的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比率，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的各部分被移除來產(chǎn)生轉(zhuǎn)子齒。轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是由定子和轉(zhuǎn)子齒的對(duì)齊導(dǎo)致的，而且各個(gè)相位經(jīng)過整流產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩，相位激勵(lì)次序決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。因?yàn)殡姍C(jī)靠單極電流工作，所以更加簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)可以被應(yīng)用以控制電機(jī)，導(dǎo)致成本的減少和使錯(cuò)誤更加容易。缺少永久激勵(lì)電磁場(chǎng)使電機(jī)有更高程度的具有良性故障模式的容錯(cuò)，而且當(dāng)電機(jī)在錯(cuò)誤的狀態(tài)下仍能夠運(yùn)行。然而，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的脈沖性質(zhì)導(dǎo)致許多的不需要的特性，例如很高的轉(zhuǎn)矩波紋，這種特性導(dǎo)致速度的波動(dòng)，速動(dòng)的波動(dòng)由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低而加劇。開關(guān)磁阻電機(jī)有80％的次序上的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)而且這種電機(jī)也造成聽覺上的騷擾。 電動(dòng)機(jī)類型 轉(zhuǎn)矩密度 轉(zhuǎn)速范圍 效率 成本 有刷直流 低 低 低 低 無刷直流／交流 高 中等 高 高 開關(guān)磁阻 中等 高 中等 中等 表格1－各類電機(jī)的相對(duì)比較 線性驅(qū)動(dòng)器 與旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩相似，直線驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生力，而且線性驅(qū)動(dòng)器有同樣的缺點(diǎn)，特別是相對(duì)于液壓裝置它們的力容量很差。然而，如果力的要求不是太嚴(yán)格，它們的確能省去對(duì)機(jī)械連接裝置的需要。它們能被分成如下的各組： 螺線管 （1） 基本的螺線管只提供引力，電磁鐵被一彈簧復(fù)位至不工作位置。然而，正確設(shè)計(jì)的這些裝置產(chǎn)生雙向運(yùn)動(dòng)是可能的。螺線管產(chǎn)生的力具有顯著的非線性，這很大程度上取決于螺線管鐵芯和繞圈殼之間的工作空氣隙，線圈殼使得它們的控制非常苛刻。由于力或位移的特性，螺線管主要用在于雙穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式。一些比例控制特性是有可能的，但是帶來的困難是最大力的減少。對(duì)于第一級(jí)，螺線管產(chǎn)生的力能用方程式（1）描述。 式中N是螺線管線圈的鐵絲的纏繞圈數(shù)，I是線圈電流，A是螺線管的工作橫截面，是自由空間的磁道率，是空氣隙的長(zhǎng)度。從方程式（1）可以看出當(dāng)工作空氣隙減小時(shí)，輸出力變的很大，使得控制困難。 移動(dòng)線圈致動(dòng)器 移動(dòng)線圈促動(dòng)器包括如揚(yáng)聲器線圈的裝置，非?？斓捻憫?yīng)是其特點(diǎn)。然而，輸出力由于線圈在工作空氣隙而受限制，因工作空氣隙限制了冷卻線圈的能力，耐用性也是一個(gè)問題。 移動(dòng)磁鐵致動(dòng)器 通常來說，移動(dòng)磁鐵線性致動(dòng)器是非常堅(jiān)固耐用的，因?yàn)樗鼈儧]有導(dǎo)致磁鐵穿梭的飛行，而且布置在定子上的固定線圈使得任何損失都能有效的消除。磁鐵的應(yīng)用在熱的環(huán)境中會(huì)成為問題，因?yàn)樗鼈兊暮懿畹臏囟刃阅堋? 線性電動(dòng)機(jī) 線性電動(dòng)機(jī)可能被稱作多相移動(dòng)磁鐵，線圈或者螺線管制動(dòng)器，同時(shí)也存在與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)同樣的變型。像在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里，各個(gè)相被整流以允許更高程度的運(yùn)行。 電源和電動(dòng)執(zhí)行器的伏特電源系統(tǒng) 基本上，電子裝置獲取的電流水平由電池容量和電機(jī)運(yùn)行電壓控制。名義上的電流需求和電壓也規(guī)定了需要的動(dòng)力電子裝置的類型。從這個(gè)方面看，更高的電壓和較低的電流是更合適的因?yàn)閺墓β孰娮訉W(xué)的角度看它們較容易處理。相對(duì)于低電壓高電流適應(yīng)的裝置在元件方面有很大程度的選擇。 在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)各項(xiàng)條件中，一旦一個(gè)令人滿意的磁回路設(shè)計(jì)完成和裝置運(yùn)行速度確定，工作電壓決定繞組的形式：線圈匝數(shù)和鐵絲直徑。對(duì)于給定的電機(jī)功率，42伏電機(jī)需要的電流大小比14伏電機(jī)需要的電流3倍還要小。這樣就使得繞組匝數(shù)必須改變來滿足電機(jī)電流改變的需求，在磁回路設(shè)計(jì)中它是定值。對(duì)于正確設(shè)計(jì)的14和42伏電機(jī)來說，繞組損失應(yīng)該是大致相同的。 電壓大小導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)損失和有效電壓的不同。14伏電機(jī)要求的較高的電流導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電子學(xué)上的更大的的能量損失。電壓通過每個(gè)功率半導(dǎo)體裝置下降而減小了外加的繞組電壓，而且對(duì)于有刷電機(jī)，電刷電壓下降也是一個(gè)因素。因這些電壓下降對(duì)于14和42伏電機(jī)實(shí)際上是確定的，14伏電機(jī)具有有效電壓的更大的比例損失，使得42伏電機(jī)在效率和性能方面占據(jù)上風(fēng)。然而，如果工作循環(huán)足夠短，倘若電機(jī)具有穩(wěn)定狀態(tài)（功率消耗較低或是零），這些損失應(yīng)該相對(duì)的可以忽略。圖1顯示了14和42伏電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)損失部分的對(duì)比。 圖1－14和42伏電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)損失對(duì)比 電動(dòng)機(jī)械裝置力和轉(zhuǎn)矩的放大 如先前所提出的，電子機(jī)械裝置相對(duì)于傳統(tǒng)的液力促動(dòng)器產(chǎn)生的比力矩和力相對(duì)的小，因而與液力相比，電動(dòng)機(jī)械裝置需要一個(gè)系統(tǒng)放大力和力矩。機(jī)械裝置的選擇對(duì)于保證正確的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，系統(tǒng)效率（機(jī)械系統(tǒng)的損失和它是否具有自鎖特性）和系統(tǒng)可靠性（磨損速度）是重要的。所有的這三條標(biāo)準(zhǔn)是聯(lián)系著的而較好的設(shè)計(jì)應(yīng)該是這三個(gè)因數(shù)達(dá)到很好的優(yōu)化。變速器控制的機(jī)械系統(tǒng)的一些例子能夠在參考【5】中找到。 簡(jiǎn)單杠桿 電動(dòng)機(jī)械裝置可能與離合器分離杠桿相連接，分離杠桿通常由繩索和人力操縱傳動(dòng)的離合器踏板相連接。然而，此類裝置沒有自鎖特性，需要一個(gè)來自線性裝置的常力操縱它。旋轉(zhuǎn)裝置也必須包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換連接裝置，轉(zhuǎn)換過程可能被設(shè)計(jì)為自鎖的。 動(dòng)力螺桿 動(dòng)力螺桿有許多的不同的設(shè)計(jì)，能夠把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。螺桿的主要類型能被分為滑動(dòng)（方形或者梯形螺紋）和滾動(dòng)（滾珠－滾柱螺桿）接觸的不同變形。僅僅一個(gè)動(dòng)力螺桿不能提供必要的減速比來增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩到可用的水平。在電機(jī)和動(dòng)力螺桿之間可能也需要一個(gè)齒輪裝置或者周轉(zhuǎn)輪系，這由電機(jī)和動(dòng)力螺桿導(dǎo)向部分存在的空間決定。 蝸輪 盡管蝸輪的效率低，但是它們提供了把一副齒輪裝在一個(gè)小的容積里面的方法，齒輪減少很多。然而，蝸輪會(huì)帶來間隙，而且較差的效率會(huì)由于增大的轉(zhuǎn)矩要求而增大電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。需要一個(gè)進(jìn)一步的連接裝置把蝸輪裝置的旋轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)化為線性力。 電動(dòng)液壓缸 閉環(huán)液壓系統(tǒng)可能被應(yīng)用，以允許電動(dòng)機(jī)械裝置容易的放置在遠(yuǎn)離高溫的地方或者放在空將較少被限制的地方。 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià) 圖2－電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力螺桿的基本設(shè)計(jì)理念，（a）為螺桿外部布置，（b）為集成螺桿布置 簡(jiǎn)單離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)是根據(jù)電機(jī)等級(jí)進(jìn)行的，還進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)其性能。目的是設(shè)計(jì)這樣一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的機(jī)械連接裝置能夠整合到力矩的機(jī)械系統(tǒng)，從而使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積最小化，輸出力最大化和給出所要求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)基于動(dòng)力螺桿和無刷直流電機(jī)的一體化，而圖形2展示除這種設(shè)計(jì)的兩個(gè)例子。選擇無刷直流電機(jī)是因?yàn)樗D(zhuǎn)矩密度高，力矩波動(dòng)小和效率高。選擇動(dòng)力螺桿是因?yàn)樗軌蛟谝粋€(gè)裝置中使得力放大和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。 對(duì)系統(tǒng)的基本要求應(yīng)該是： ● 高的動(dòng)力∕重量比率，使得機(jī)構(gòu)質(zhì)量最小 ● 高的力矩∕慣量比值，使得加速度最好 ● 平滑的產(chǎn)生力矩，特別是在低速度下，使速度變化最小化和獲得好的位置精確性 ● 在速度為零時(shí)控制力矩 ● 運(yùn)行的最大速度大 ● 效率和功率系數(shù)高，使驅(qū)動(dòng)電流最小化 ● 集成設(shè)計(jì)緊湊 ● 頻率響應(yīng)特性好 ● 頻率牽引效應(yīng)低 ● 成本低 平衡這些特征需要優(yōu)化一個(gè)特殊系統(tǒng)。許多因素影響設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)和永久磁鐵電機(jī)的使用，然而，為了簡(jiǎn)單，選用的電機(jī)是傳統(tǒng)的表面安裝有永久磁鐵的機(jī)器。轉(zhuǎn)子外表安裝磁鐵應(yīng)用的磁鐵材料，例如NdFeB，很容易受到周圍的高溫環(huán)境和腐蝕性環(huán)境的影響而破壞，因?yàn)楦g性環(huán)境鐵元素含量高?？赡芤矔?huì)用于無刷電機(jī)的鐵元素磁鐵比NdFeB元素磁鐵更加便宜，更加耐用和具有較好的溫度適應(yīng)特性，但是在磁鐵各項(xiàng)中是很差的，導(dǎo)致需要的磁鐵材料的增加。SmCo磁鐵產(chǎn)生和NdFeB磁鐵同樣次序的磁場(chǎng)，而且溫度特性更好，但是很貴而且非常易受損壞，使得操縱它們較困難。選擇NdFeB磁鐵是因?yàn)樗鼈冃阅軆r(jià)格比是最好的，盡管溫度性能仍是一個(gè)重要問題。圖3展示了兩種不同類型的NdFeB磁鐵隨著周圍溫度的作用，電動(dòng)機(jī)效率是如何改變的。級(jí)別越高，磁鐵越貴，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)效率就越高。 圖3－兩種不同類型的磁鐵的電動(dòng)機(jī)相對(duì)于環(huán)境溫度的性能 構(gòu)造設(shè)計(jì) 最初，需要所要求的輸出力數(shù)值來建立對(duì)電動(dòng)機(jī)的力矩要求，反過來這就能導(dǎo)出電機(jī)的大致體積。所要求的力矩取決于負(fù)載，系統(tǒng)摩擦，螺桿導(dǎo)向部分，螺桿直徑和系統(tǒng)慣量。 導(dǎo)程為L(zhǎng)，摩擦系數(shù)為μ，螺桿直徑為D的動(dòng)力螺桿提供的力F，其轉(zhuǎn)矩要求是： （2） 為了滿足在螺桿靜止時(shí)功率消耗較低或?yàn)榱愕臉?biāo)準(zhǔn)，螺桿設(shè)計(jì)成能夠鎖止的。當(dāng)πμD＞L或者μ＞tanλ時(shí)，動(dòng)力螺桿自鎖。λ是動(dòng)力螺桿的導(dǎo)程角。 螺桿導(dǎo)程的選擇目的是給出高的定位精度，高的可重復(fù)性，高的剛度和保持對(duì)電機(jī)的力矩要求為最小值。用一個(gè)行星滾筒類型的螺桿可以獲得小導(dǎo)程的螺桿，滾筒內(nèi)部和外部都被制成螺紋而且有一個(gè)行星保持架支撐許多帶有螺紋的滾筒。這種類型的螺桿比滾球螺桿要好，在于它能獲得較小的導(dǎo)程，承受更高的載荷和更大的速度，然而它們的摩擦系數(shù)有稍微的增加。 基于直接促動(dòng)離合器的所要求的力，螺桿的名義摩擦系數(shù)和通過確定導(dǎo)程，獲得對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求使可能的。因電機(jī)力矩與其體積成比例，能夠估計(jì)出電機(jī)的空間包絡(luò)線。 機(jī)械設(shè)計(jì) 首先，一個(gè)給定電機(jī)的力矩方程能用下式表示出： （3） 式中B和Q是電機(jī)具體的參量，分別是磁載荷（T）和電載荷（Am）；D和L是轉(zhuǎn)子直徑和軸向長(zhǎng)度。B和Q的變動(dòng)范圍分別是0.3－1T和10－40 Am,取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)和冷卻。因?yàn)檫@個(gè)方程描述了轉(zhuǎn)子體積，通過規(guī)定縱橫比（）和分開比（），能夠估算出電機(jī)尺寸。依據(jù)電機(jī)類型典型的分開比比值在0.5－0.7之間。這個(gè)方程式應(yīng)用于具有合適的B和Q值的有刷直流電機(jī)和無刷永久磁鐵電機(jī)。開關(guān)磁阻電機(jī)必須分別對(duì)待，因?yàn)樗鼈円砸粋€(gè)不同的方式產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩從而要求用另一種方法設(shè)計(jì)這些電機(jī)。一種方法是對(duì)于不同電機(jī)類型和應(yīng)用，先前擁有每轉(zhuǎn)子體積產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)力矩的知識(shí)。轉(zhuǎn)矩輸出能從下式中算出； （4） 式中是每單位轉(zhuǎn)子體積的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的全部體積用前面提到的同樣方法確定，即通過規(guī)定縱長(zhǎng)比和分開比率。對(duì)所需要的電機(jī)體積基本估算完成和被認(rèn)為是可以接受的大小之后，就用由設(shè)菲而德發(fā)電機(jī)大學(xué)和名為ERINI（電子整流，放射磁場(chǎng)，內(nèi)部轉(zhuǎn)子，沒有重疊，鐵芯）的驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開發(fā)的軟件包進(jìn)行具體的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。這個(gè)軟件包基于輸入的詳細(xì)的電機(jī)數(shù)據(jù)提供對(duì)電機(jī)參數(shù)的估算，例如電機(jī)效率，支持的電動(dòng)勢(shì)波形，相阻抗和感應(yīng)系數(shù)。