我们正在开发一个基于 ATV 底盘的计算机控制电动汽车项目。
当我在寻找一个直流电机来移动这辆车（估计有 350 公斤）时，我找到了一个电动轮椅电机。它是 500 W 108 rpm 24V DC 电机，并有自己的差速器。售货员告诉我，它最多可以移动 540 公斤。我不知道这个数字是基于哪个事实。
我还有一个 500 W 1500 rpm 24 V DC 电机。如果我通过减速器以相同比例的电动轮椅电机降低转速并增加扭矩，它可以移动到 540 公斤吗？或者电机可以移动的最大重量是否取决于其他因素？我该如何衡量这个？
提前致谢。
“售货员告诉我……”哈哈！如果物理学是他的专长，他可能就不是推销员了。无论如何，他的工作是进行销售，无论您的设备是否正常工作。
您需要决定的第一件事是电机需要多少功率。然后，您可以稍后再担心扭矩和速度。这些可以相互权衡，但你不能欺骗某些任务需要某种能力的物理。
您需要考虑两个最终用户标准来确定功率。这些是您希望能够加速的速度，以及您希望能够上坡的最低速度。我将以希尔标准为例。
假设您希望能够以 20 英里/小时的速度提高 20% 的成绩。20% 的成绩意味着你每前进 5 分就上升 1 分。由于唯一要做的物理工作正在上升，因此问题减少到以 4 MPH 的速度直线上升 350 公斤。4 MPH 是 1.8 m/s，在地球上 350 kg 重 3.43 kN。因此消耗的功率为：
(1.8 m/s)(3.43 kN) = 6.13 kW
当然会有一些摩擦需要克服，所以在这个例子中你需要大约 10 kW。由于 500 W 甚至不接近，您要么必须指定低得多的性能，要么获得更大的电机（以及为其供电的电源）。
让我们反过来看看 500 W 能做什么。
(500 瓦)/(3.43 kN) = 146 毫米/秒
这就是 500 W 可以将整个装置直接抬起的速度。例如，将其应用于 20% 的坡度，它可以以 5 倍或 730 mm/s 或 1.63 MPH 的速度移动。实际上会有摩擦和其他损失，所以可能不超过 500 mm/s = 1.1 MPH。
您应该如上所述从电源开始。一旦你决定了电机必须输出多少功率，你就面临着扭矩/速度的权衡。您可以计算出车轮所需的扭矩/速度，但这通常太慢且扭矩太高，无法直接产生合理的电动机。因此，轮轴和电机轴之间会有一些齿轮传动。既然齿轮在那里无论如何，选择一个好的电机，然后相应地设计齿轮比，而不是相反。
为了正确看待这一点，让我们看看所需的扭矩和速度在 20 MPH 时上升 20%，如上所述。假设车轮直径为 500 毫米，半径为 250 毫米，周长为 1.57 米。20 MPH 是 8.9 m/s，所以车轮必须以 5.7 Hz 转动。您不太可能获得峰值功率和效率为 5.7 Hz (342 RPM) 的合适电机。您最终可能会获得 5 倍到 10 倍的齿轮比，具体取决于您找到的最佳可用电机。
例如，假设您决定需要一台 10 kW 的电机。这可能是 60 Hz (3600 RPM) 和 26.5 Nm、20 Hz 和 80 Nm，或所有导致 10 kW 的各种其他组合。合适的电机只能在有限的组合中使用，而且齿轮很可能是定制设计的。选择电机，然后让它决定齿轮比。