電機散熱技術(shù)研究

張 航 劉 俠 王利峰

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450000；2.永濟市行政單位汽修所，山西 永濟 044500）

電機廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，但電機在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，電機熱量得不到散熱就會對電機的運行應(yīng)用造成極大的影響，會降低電機的使用壽命，甚至燒壞電機。電機的散熱問題是電機應(yīng)用中的一個重要問題，特別對于一些大型、特殊應(yīng)用的電機，散熱問題更為突出。因此，需要采用合適的冷卻方式有效地對電機產(chǎn)生的熱能進行散熱，從而使電機內(nèi)部部件處于運行的溫度范圍內(nèi)，以防止電機運行出現(xiàn)故障，保證電機安全可靠地運行。

目前電機的散熱主要分為空氣冷卻、液體冷卻和混合冷卻。這三類散熱方式總體來說是通過散熱面積和增加熱循環(huán)路徑的方式來加大電機的散熱。

1 空氣冷卻

該方式為電機廣泛應(yīng)用的一種散熱方式，主要有自冷式、風扇冷卻兩種。該類散熱一般結(jié)構(gòu)簡單，多應(yīng)用與對散熱要求不高的中小型電機中。

1.1 自冷式

電機主要依靠殼體、端蓋表面的輻射和冷卻介質(zhì)的自然對流，帶走電機內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，該方法散熱效率一般不高。

1.1.1 在電機殼體上設(shè)置散熱肋、散熱孔的方式，以此增加散熱面積和對流，如株式會社電裝申請的專利號為CN103368336A專利所采用的方式：針對電機被機殼覆蓋，導(dǎo)致熱停留在電機中并且不能夠被適當?shù)剌椛浠蛳?，從而影響電機的性能，采用側(cè)壁的一端處設(shè)置切除槽，定子外壁一部分暴露在電機兩端框架之間，增加散熱面積，該設(shè)置通過將熱量產(chǎn)生部件與空氣之間接觸增加了散熱效果。

1.1.2 電機端蓋上增加通風孔，如湖州南潯新龍電機申請的專利號為CN202949311U專利所采用的方式：在電機端蓋上設(shè)置若干個腰圓散熱孔，并在散熱孔之間設(shè)置加強筋，通過加強筋來保證電機端蓋的強度，為了進一步增加散熱效果，在外圍還設(shè)置有圓形的散熱孔。

1.2 風扇散熱

電機自身的散熱不能滿足電機冷卻需求，還可以采用風扇的方式來進行散熱。該類散熱方式也廣泛應(yīng)用在中小電機領(lǐng)域，是電機的主要散熱方式之一。風扇散熱主要有兩類：被動風扇和主動風扇。

1.2.1 被動風扇，通常在電機的轉(zhuǎn)軸上或者轉(zhuǎn)子上設(shè)置風扇葉片，在電機運行時，轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)軸隨電機旋轉(zhuǎn)，帶動風扇旋轉(zhuǎn)使電機內(nèi)部產(chǎn)生氣流，從而將電機內(nèi)部熱量帶走，實現(xiàn)電機散熱。如東莞市高創(chuàng)電機申請的專利號為CN103384102A專利所采用的方式：采用降散熱風葉通過變速傳動機構(gòu)從而使風扇轉(zhuǎn)速提高，在電機的驅(qū)動下使風扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生氣流，從而能充分地將馬達內(nèi)部的熱量帶走而達到冷卻電機的目的。

1.2.2 主動風扇，通常采用在電機外部設(shè)置散熱風扇方式來實現(xiàn)，通過人為或自動檢測方式來啟動和關(guān)閉散熱風扇以實現(xiàn)電機冷卻。如上海震旦辦公設(shè)備有限公司申請的專利號為CN103384102A專利所采用的方式：在電機上設(shè)置散熱座、散熱器，并通過導(dǎo)熱管連結(jié)兩者以實現(xiàn)散熱。

2 液體冷卻

相對于空氣冷卻，液體一般具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，因此液體冷卻具有更好的散熱效果，能夠更好地對電機進行散熱，使電機的溫升大幅的下降，但采取液體冷卻的方式，一般需要設(shè)置特殊的管道，大大增加了電機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，同時還可能會發(fā)生滲漏、管道堵塞等隱患，造成內(nèi)部的短路和漏電，影響電機的安全經(jīng)濟運行。

2.2.1 殼體上設(shè)置冷卻管道的方式，該方式直接設(shè)置在電機的外殼上能夠?qū)﹄姍C定子進行散熱，并且結(jié)構(gòu)也較為簡單，但增大了電機殼體的體積。

2.2.2 在電機內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，將液體直接噴淋在電機內(nèi)部，該方式設(shè)置復(fù)雜，液體也需要特殊選擇，如精進電動科技申請的專利號為CN103296824A 專利所采用的方式：采用定子繞組噴淋冷卻、定子鐵芯外部冷卻、轉(zhuǎn)子內(nèi)部冷卻和開放軸承潤滑冷卻相結(jié)合的方式，大大提高了整個電機系統(tǒng)的冷卻效果。同時油冷卻機構(gòu)采用殼體、后端蓋、定子鐵芯、前油封環(huán)、出油嘴和轉(zhuǎn)子導(dǎo)油管共同提供油冷卻通道，大大地壓縮了殼體的壁厚，節(jié)約了電機的徑向空間，減輕了電機重量；同時組合式的油冷卻機構(gòu)避免了殼體內(nèi)部密封油道的加工制造，只需要加工開放式的圓周油槽和圓孔油道，極大地提高了生產(chǎn)效率，適合批量生產(chǎn)。

3 混合冷卻

混合冷卻方式，一般為在電機內(nèi)部即采用液體冷卻的方式也采用空氣冷卻的方式，以對電機進行散熱。相對于前兩種散熱方式，混合冷卻集中了前兩類冷卻方式的優(yōu)點，該冷卻方式較風冷具有更好的散熱效果，較液體冷卻能更好利用空氣，使內(nèi)部設(shè)備具有更充分的熱交換。如安徽安凱汽車申請的專利號為CN103414287 A專利所采用的方式：在機座內(nèi)部設(shè)置風冷循環(huán)系統(tǒng)以及循環(huán)于機座、前端蓋與后端蓋之間的水冷循環(huán)系統(tǒng)。機座內(nèi)部的定子與轉(zhuǎn)子上設(shè)置有通風孔，使兩者之間形成供熱風循環(huán)的風道。機座截面呈方形，水冷循環(huán)系統(tǒng)由分別設(shè)置在機座四角處的水管道、設(shè)置在前端蓋上的前凹槽、設(shè)置在后端蓋上后凹槽以及設(shè)置在后端蓋上的連接管組成，水冷循環(huán)系統(tǒng)還包括進水管接頭和出水管接頭，進水管接頭、出水管接頭、水管道、前凹槽、后凹槽以及連接管相互連通形成供冷卻液流通的通路。為了進一步增加散熱效果，混合冷卻中空氣散熱還可以采用主動風扇方式，如羅爾斯-羅依斯海運有限公司申請的專利號為CN103155365 A 專利所采用的方式：主要更改空氣冷卻散熱方式中使用的冷卻風扇為主動式，根據(jù)需要調(diào)節(jié)冷卻風扇轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對電機的散熱，在內(nèi)部風冷時通過在設(shè)置葉片實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的軸向風冷循環(huán)，提高風冷效果，同時通過設(shè)置熱交換器實現(xiàn)風冷與液體冷卻之間的聯(lián)系及循環(huán)，提高冷卻效率。

4 結(jié)束語

在實現(xiàn)電機冷卻時，設(shè)置散熱設(shè)備應(yīng)主要針對電機應(yīng)用場景及主要熱量來源來進行分析應(yīng)該采用何種散熱方式，并綜合經(jīng)濟效益與相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)難易程度進行選擇。對電機效能要求不高，使用時間頻率不長時，采用設(shè)置散熱肋、散熱孔等方式增加殼體散熱面積、熱對流效率，即可達到較好的散熱效果；再進一步時可以采用主動風扇，并且增加液體冷卻回路，內(nèi)部設(shè)置風冷回路的方式來實現(xiàn)散熱；要求更為嚴格時，可以結(jié)合前文介紹的幾種散熱方式，針對電機內(nèi)部主要產(chǎn)熱部件進行針對性的散熱設(shè)置并構(gòu)成散熱回路，以保證電機的散熱優(yōu)良，能夠穩(wěn)定的工作運行。

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［2］梁培鑫.永磁同步輪轂電機發(fā)熱及散熱問題的研究［D］，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013：39-51.

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