反应灵敏的电机防过载机构的设计

蒋泽峰1、宋新军2

绍兴市上虞区小越街道办事处1、浙江锋龙科技有限公司2

摘要：电机在运行过程中，常常会面临过载的问题，过载会使电机发热量增大，使用寿命缩短，甚至造成电机烧毁，因此本文设计了一种反应灵敏的电机防过载机构，以此防止电机因过载而损坏。

关键词：过载、扭矩、输出轴、输出齿轮

1、概述

电机是工业领域的动力之源，在全球工业自动化市场中占据着举足轻重的地位，其通过电和磁的相互作用，实现电能和动能之间的相互转换。电机在工作时有一个固定的运行功率，即额定功率，但是当电机的实际使用功率超过电机的额定功率，则会发生电机过载。现有的电机过载防护均通过检测电流进行防护，通过电机主电路中的热继电器来进行过载保护，但是，电机保护器会考虑到电机的热惯性，不会因电机短时过载动作，由此可能造成电机损坏或输出扭矩过大造成危险。有的防过载机构通过设置多个弹性臂的折裂来实现过载保护，但是在运行过程中会出现部分弹性臂折裂的情况，导致防过载不稳定。

2、电机过载产生的原因

（1）负载过大：电机承载的负载过大是导致电机过载的最常见原因之一。

（2）供电电压异常：电机过载还与供电电压的稳定性有关，当电机所接收到的电压过低或过高时，都可能导致电机过载。

（3）转子阻力过大：电机转子轴承损坏、转子回路故障、铁芯变形等也会使电机过载。

3、结构设计

电机防过载机构安装于齿轮箱，其包括输出轴、输出齿轮、三角片和弹性件。

输出轴由输出轴由驱动部和限位部构成，驱动部呈圆柱形，驱动部上套设有输出齿轮，该输出齿轮位于齿轮箱内，与齿轮箱内电机的输出轴上的齿轮啮合，从而使电机的旋转能带动输出齿轮旋转。

输出齿轮表面中心部分贯穿形成装配孔，装配孔的孔径大于驱动部的直径，使输出齿轮与驱动部形成间隙配合。由于输出齿轮与驱动部形成间隙配合，因此当输出齿轮开始旋转的时候，输出轴不会随之一起旋转。

驱动部表面部分凸起形成台阶，且台阶沿驱动部的圆周方向延伸一周，输出齿轮靠近台阶的表面部分凸起与台阶抵触，使输出齿轮在轴向方向上被限位。驱动部的端面部分凸起形成限位部，限位部的横截面为U字形。其中，限位部上套设有与输出齿轮配合的三角片，以使输出齿轮的转动能带动三角片同步旋转。

三角片由旋转部和脱扣部构成，旋转部呈圆形，表面形成有与限位部对应的限位孔。限位孔套设在旋转部上，以使旋转部位于限位部上时在圆周方向上被限位。旋转部的侧壁部分凸起形成脱扣部，且脱扣部沿旋转部的圆周方向均匀分布，输出齿轮远离台阶的表面形成与脱扣部对应的凹槽。限位部插入限位孔内，以使三角片的表面与输出齿轮的表面贴合，且脱扣部插入凹槽内，使脱扣部在圆周方向上被限位。

凹槽的槽口处开设有倾斜面，倾斜面向输出齿轮的圆周方向倾斜，脱扣部侧边形成圆弧面，且圆弧面与倾斜面表面抵触。其中，倾斜面可导向脱扣部沿倾斜面的倾斜方向转动，从而使三角片脱离凹槽。

输出轴上还设置了弹性件，弹性件始终给予三角片与输出齿轮相抵的弹力，使三角片始终抵压输出齿轮。当电机过载的时候，脱扣部与倾斜面之间的摩擦力小于输出齿轮的旋转扭力，因此脱扣部沿倾斜面移动，在移动的时候扭力大于弹性件的弹力，因此脱扣部上移并脱离凹槽，这样输出齿轮便开始空转，三角片停止旋转。

限位部上还设有限位板，限位板位于输出齿轮上方，弹性件为蝶形弹簧，两端分别与限位板和输出齿轮抵触。限位部表面部分内凹形成限位槽，限位板贯穿与限位部对应的通孔，限位部穿过通孔，以使限位槽位于限位板上方。其中，限位板上设有轴用弹性挡圈，轴用弹性挡圈部分卡入限位槽，使限位板在轴向方向上被限位。限位部远离驱动部的一端形成有与外界设备连接的装配轴。

图1 电机防过载机构的爆炸示意图

（1、输出轴；2、输出齿轮；3、三角片；4、弹性件；5、限位板；6、弹性挡圈。）

4、工作原理

电机转动时输出齿轮转动，三角片随输出齿轮转动从而带动输出轴转动；在输出轴扭矩过大时，输出轴停止转动，三角片的转动与输出轴保持一致，输出齿轮仍随电机转动，此时三角片从输出齿轮内滑出，弹性件压缩，此时形成输出轴不动而电机照常工作的情形，以此防止电机因过载而损坏。

5、结语

近年来，随着我国国民经济的快速发展，电机行业从小到大，整体上呈现增长的趋势，当前国际国内的竞争日益激烈，新工艺、新技术、新产品、新设备、新材料争相问世，更迭加速，市场需求变化多端，质量要求进一步提高，因此，需要对电机进行不断的创新，加强技术开发，以便适应市场的发展需求。

参考文献

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[2] 朱强,夏彪. 交流伺服电机特性与过载检测分析[J]. 佳木斯大学学报（自然科学版）,2021.

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