关于小型电机驱动机构设计的研究.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.14.018关于小型电机驱动机构设计的研究文俊，祁稳，宁垒，孔庆乐（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：文章研究了在特定的电机性能下，如何设计驱动机构方案。重点分析几种常见传动形式的特性和优缺点，以及根据负载情况、空间布置和性能指标，如何寻找最优解决方案。关键词：电机应用；小型驱动机构中图分类号：U462.1文献标识码：A文章编号：1671-7988(2017)14-51-05ResearchonthedesignofsmallmotoractuatorsWenjun,QiW

2、en,NingLei,KongQingle(AnhuiJianghuaiAutomobilegroupCo.Ltd.,AnhuiHefei230601)Abstract:Thispaperstudiedhowtodesignelectricalmotordrivingdevicebythespecificmotor’scharacteristics.Andhowtomaketheoptimizedsolutiononthepremiseofloadcondition,spatiallayout,andperformanceindex.Keywords:ele

3、ctricalmotorapplication;diminutivedrivingdeviceCLCNO.:U462.1DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)14-51-05化来至控制系统的电能为旋转运动，驱动锁止装置实现功能。引言因为需要布置在整车内，同时需满足锁止装置负载和响应时间要求，故初步定义设计目标如下：随着汽车功能的多样化，同时消费者对于车辆操纵的简1）尺寸要求：长≤130mm，宽≤120mm，高≤80mm；便性和舒适性要求也越来越严苛，传统以机械为主的各操纵2）最大输出扭矩≥15Nm；系统因为布置空间受限

4、、操作舒适性差等原因正逐步被电力3）工作行程：15°驱动系统所取代。4）响应时间：≤200mS；有别于传统机械结构，电驱动系统在驾驶者和执行器之由上述目标可计算得，机构输出端的功率需达到20W才间通过电路就可实现连接，布置灵活并且占用空间小，无需能满足要求。驾驶人提供动力，驾乘感受好，同时可实现智能辅助和精确控制。2负载情况和电机伴随近些年电机行业的快速发展，电机性能的提升和小型化，在今后的汽车发展进程中，电力辅助系统将得到更广作为变速箱锁止装置，其负载随整车在道路上的附着状泛的应用。态存在较大差异，如图1所示。本文即是以某汽车变速箱锁止装置的电驱动机构设计

5、为例，介绍小型电机驱动该机构的部分设计思路和要点。1设计目标本文研究的为变速箱锁止装置的电动执行机构，通过转图1A大负载工况（1%概率）作者简介：文俊，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。2017年第14期文俊等：关于小型电机驱动机构设计的研究52总速比i=100即可满足输出扭矩要求。根据图2特性曲线可知，该设计（i=100）下，电机工作在最大输出扭矩区间。在该区间内，电机输出转速590rpm（@160Nmm），导致机构在15Nm负载下运转15°的总时间为1680mS，远超过200mS的系统响应时间目标。这是因为机构的总速比虽然满足输出扭矩的要求，但电机工作

6、在高扭图1B中等负载工况（5%概率）低速区，输出转速过低，电机的总功率也非常小（不足10W），如图所示。图1C小负载工况(94%概率)图1出于空间尺寸和成本要求，选定某型直流有刷电机，转图3电机工作区域（i=100）速、扭矩和功率性能如下：故在机构的方案设计上，需要综合考虑开发目标和电机的实际性能，让电机工作在最高输出功率附近，同时满足机构输出扭矩和转速的目标。不难看出，结合电机性能，满足输出扭矩的前提下，以降低系统响应时间为目的，机构的总速比有一个最佳值。i∈（190,210）时，电机工作在最大输出功率附近，系统响应时间t≈185mS。如果继续增大速比，机

7、构的输出扭矩持续增图2某小型直流有刷电机特性曲线加，但输出转速降低，响应时间反而增加。上图显示，电机的转速和输出扭矩呈反比关系，即高转速下，输出扭矩小，高扭矩下，输出转速低。在校核机构输出扭矩和转速时，需要考虑电机该“扭矩-转速”关系。3方案设计小型机构的硬件系统设计特点在于，除了输入、负载和空间要求外，对于结构形式的限制并不明确。所以在方案的图4电机工作区域（i=190~210）选择上发挥空间较大，这既是优点也是缺点。优点在于，相受限于机构外形尺寸、零件数量要求，以及齿轮副速比较大型动力总成机构，结构形式选择的面更广；缺点在于选范围的限值，三级齿轮副传动要

8、做到总速比i∈（190,200）择各种结构形式的时候