電動機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】

電動機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】,AMT,電動機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】,電動,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 里查多動力傳動系統(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)，動力子系統(tǒng)的單個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)展由于傳動比數(shù)目，傳動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，同時改善很差的工作循環(huán)的可控制性，同時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)和對液力及最近的電子液力系統(tǒng)的簡化。這些改善包括整體的能量轉(zhuǎn)換效率和怠速動力消耗，這些支持向電子車輛和42伏機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢。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)了對現(xiàn)在的電動機(jī)械執(zhí)行技術(shù)進(jìn)行回顧電動機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)例子及識別系統(tǒng)簡化和當(dāng)前技術(shù)的綜合。引言車輛變速器的自動控制在傳統(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)。隨同自動變速的方便性，自動變速器會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)致很大的寄生動力消耗，這就減損了傳動比選擇帶來的經(jīng)濟(jì)型的改善。 自動手動變速器的最近的發(fā)展已經(jīng)把手動變速器的高的機(jī)械效率和自動控制聯(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)動的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)評估。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)動相適應(yīng)的電機(jī)規(guī)格，包括電機(jī)型號和效率。應(yīng)用MATLAB/SIMULINK和EASY5建立執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型評價其動力學(xué)性能。動力模型的建立是為了建立反映時間和評價電動機(jī)驅(qū)動的執(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，電動液壓，電動機(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，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位置。電動液壓執(zhí)行器（即帶有電力能源）試圖在電動機(jī)械系統(tǒng)和液力技術(shù)之間提供一個折中的技術(shù)。例如，用電動機(jī)代替機(jī)械驅(qū)動的液壓泵在工作循環(huán)控制中提供了一個很大的發(fā)展，允許對開環(huán)液壓需求更好的跟蹤。然而，通過各個部件的泄漏和流動造成的損失仍然存在。另外一種選擇是閉環(huán)液力系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中一個電動機(jī)能夠通過改變它的轉(zhuǎn)速和方向來改變液壓。電動機(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)尺寸可能不會滿足給定的規(guī)格要求。電動機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)電動機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)能被分為兩個主要部分，傳統(tǒng)電動機(jī)這類旋轉(zhuǎn)裝置，和線性裝置例如電磁鐵和線性電動機(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)和電動機(jī)。電動機(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；磁場的調(diào)整（勵磁轉(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)械一個或兩個都用。這篇論文涉及到三種不同的電動機(jī)拓?fù)?，有刷DC,無刷永久磁鐵和開關(guān)磁阻電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)不是傳統(tǒng)上所認(rèn)為的那樣。此電動機(jī)被應(yīng)用在高動力應(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)會因?yàn)殡妱訖C(jī)尺寸而太高。在動力要求相對低的汽車應(yīng)用上，用感應(yīng)電動機(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機(jī)。有刷直流電動機(jī)已經(jīng)統(tǒng)治了應(yīng)用在汽車上的電動機(jī)技術(shù)，而且這在很大程度上是因?yàn)槌杀尽Ｈ欢?，隨著電動機(jī)豐富程度和動力要求的增高，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)荷由電動機(jī)的熱力性質(zhì)限制，帶有強(qiáng)力冷卻的電動機(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。有刷直流電動機(jī)這個機(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。低動力應(yīng)用時，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)。盡管有刷電動機(jī)占汽車上應(yīng)用的電動機(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)是反向電動勢波形，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)相對于用交流電機(jī)沒有明顯的優(yōu)勢。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)動電子學(xué)伏特安倍的測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€驅(qū)動系統(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)動器減少所需要的硅裝置的數(shù)量是很重要的。然而，這個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間間隔的一半時被激發(fā)以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一些單向驅(qū)動構(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）。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)動返回供應(yīng)源，而且它們能比雙極驅(qū)動電機(jī)展示出更高層次的轉(zhuǎn)矩波紋。然而，雙極驅(qū)動問題包括擊穿的危險，即是同一相位的兩個開關(guān)可能同時工作，導(dǎo)致直流電的短路，此情況不影響單極驅(qū)動。單極驅(qū)動的性能可以通過增加相位改善，但是會以成本的增加為代價，這是由于在驅(qū)動器里增加了硅裝置，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，單一激勵的電機(jī)。凸角轉(zhuǎn)子構(gòu)造導(dǎo)致電機(jī)有高的轉(zhuǎn)動慣量比率，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)子齒的對齊導(dǎo)致的，而且各個相位經(jīng)過整流產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩，相位激勵次序決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向。因?yàn)殡姍C(jī)靠單極電流工作，所以更加簡單的驅(qū)動可以被應(yīng)用以控制電機(jī)，導(dǎo)致成本的減少和使錯誤更加容易。缺少永久激勵電磁場使電機(jī)有更高程度的具有良性故障模式的容錯，而且當(dāng)電機(jī)在錯誤的狀態(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，速動的波動由于轉(zhuǎn)動慣量低而加劇。開關(guān)磁阻電機(jī)有80的次序上的轉(zhuǎn)矩波動而且這種電機(jī)也造成聽覺上的騷擾。電動機(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)的相對比較線性驅(qū)動器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩相似，直線驅(qū)動器產(chǎn)生力，而且線性驅(qū)動器有同樣的缺點(diǎn)，特別是相對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?？量?。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。對于第一級，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，是空氣隙的長度。從方程式（1）可以看出當(dāng)工作空氣隙減小時，輸出力變的很大，使得控制困難。移動線圈致動器移動線圈促動器包括如揚(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，耐用性也是一個問題。移動磁鐵致動器通常來說，移動磁鐵線性致動器是非常堅(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)境中會成為問題，因?yàn)樗鼈兊暮懿畹臏囟刃阅?。線性電動機(jī)線性電動機(jī)可能被稱作多相移動磁鐵，線圈或者螺線管制動器，同時也存在與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)同樣的變型。像在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里，各個相被整流以允許更高程度的運(yùn)行。電源和電動執(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)定了需要的動力電子裝置的類型。從這個方面看，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。 在電動機(jī)設(shè)計(jì)各項(xiàng)條件中，一旦一個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)動電子學(xué)上的更大的的能量損失。電壓通過每個功率半導(dǎo)體裝置下降而減小了外加的繞組電壓，而且對于有刷電機(jī)，電刷電壓下降也是一個因素。因這些電壓下降對于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)該相對的可以忽略。圖1顯示了14和42伏電動機(jī)驅(qū)動的各個損失部分的對比。圖114和42伏電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)損失對比電動機(jī)械裝置力和轉(zhuǎn)矩的放大如先前所提出的，電子機(jī)械裝置相對于傳統(tǒng)的液力促動器產(chǎn)生的比力矩和力相對的小，因而與液力相比，電動機(jī)械裝置需要一個系統(tǒng)放大力和力矩。機(jī)械裝置的選擇對于保證正確的系統(tǒng)動力學(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。簡單杠桿電動機(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)動轉(zhuǎn)換連接裝置，轉(zhuǎn)換過程可能被設(shè)計(jì)為自鎖的。動力螺桿動力螺桿有許多的不同的設(shè)計(jì)，能夠把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動。螺桿的主要類型能被分為滑動（方形或者梯形螺紋）和滾動（滾珠滾柱螺桿）接觸的不同變形。僅僅一個動力螺桿不能提供必要的減速比來增加電動機(jī)轉(zhuǎn)矩到可用的水平。在電機(jī)和動力螺桿之間可能也需要一個齒輪裝置或者周轉(zhuǎn)輪系，這由電機(jī)和動力螺桿導(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小的容積里面的方法，齒輪減少很多。然而，蝸輪會帶來間隙，而且較差的效率會由于增大的轉(zhuǎn)矩要求而增大電動機(jī)的型號。需要一個進(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。電動液壓缸閉環(huán)液壓系統(tǒng)可能被應(yīng)用，以允許電動機(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)和評價圖2電動機(jī)驅(qū)動的動力螺桿的基本設(shè)計(jì)理念，（a）為螺桿外部布置，（b）為集成螺桿布置簡單離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和評價是根據(jù)電機(jī)等級進(jìn)行的，還進(jìn)行仿真評價其性能。目的是設(shè)計(jì)這樣一個執(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態(tài)響應(yīng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)基于動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，力矩波動小和效率高。選擇動力螺桿是因?yàn)樗軌蛟谝粋€裝置中使得力放大和運(yùn)動轉(zhuǎn)換。對系統(tǒng)的基本要求應(yīng)該是： 高的動力重量比率，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糜跓o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，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格比是最好的，盡管溫度性能仍是一個重要問題。圖3展示了兩種不同類型的NdFeB磁鐵隨著周圍溫度的作用，電動機(jī)效率是如何改變的。級別越高，磁鐵越貴，在整個溫度范圍內(nèi)效率就越高。圖3兩種不同類型的磁鐵的電動機(jī)相對于環(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)值來建立對電動機(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，摩擦系數(shù)為，螺桿直徑為D的動力螺桿提供的力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)DL或者tan時，動力螺桿自鎖。是動力螺桿的導(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，高的剛度和保持對電機(jī)的力矩要求為最小值。用一個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，獲得對電動機(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)子直徑和軸向長度。B和Q的變動范圍分別是0.31T和1040 Am,取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)和冷卻。因?yàn)檫@個方程描述了轉(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0.50.7之間。這個方程式應(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)必須分別對待，因?yàn)樗鼈円砸粋€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)生的電動機(jī)力矩的知識。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)定縱長比和分開比率。對所需要的電機(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，內(nèi)部轉(zhuǎn)子，沒有重疊，鐵芯）的驅(qū)動集團(tuán)開發(fā)的軟件包進(jìn)行具體的電動機(jī)設(shè)計(jì)。這個軟件包基于輸入的詳細(xì)的電機(jī)數(shù)據(jù)提供對電機(jī)參數(shù)的估算，例如電機(jī)效率，支持的電動勢波形，相阻抗和感應(yīng)系數(shù)。