電機(jī)散熱技術(shù)研究

汪建新　吳向春

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)，包頭 014032）

電機(jī)散熱技術(shù)研究

汪建新吳向春

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)，包頭 014032）

電機(jī)的冷卻仍然是目前電機(jī)運(yùn)行時(shí)存在的重要問(wèn)題。散熱不夠不僅極大影響電機(jī)的正常運(yùn)行，也是阻礙電機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵性難題。本文將對(duì)電機(jī)散熱技術(shù)上的進(jìn)展做研究，主要闡述三種常用的散熱方式。

電機(jī)散熱空氣冷卻液體冷卻混合冷卻

電機(jī)的使用領(lǐng)域較為廣泛，而它在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量則不容易冷卻。電機(jī)上的大量熱量沒(méi)得到散發(fā)，會(huì)直接性影響裝置的運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)減少電機(jī)的使用時(shí)長(zhǎng)，最壞的則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的損壞。因此，在使用電機(jī)時(shí)要重視散熱問(wèn)題，明白其重要性。尤其是一些特殊應(yīng)用及大型應(yīng)用的電機(jī)，散熱問(wèn)題更加明顯。在這種狀況下，怎樣才能找到合適的方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效散熱，成為業(yè)內(nèi)人士密切關(guān)注亟待研究的問(wèn)題。因?yàn)檫@樣，電機(jī)內(nèi)部件才能在合適的溫度下工作，以達(dá)到電機(jī)少故障、安全可靠運(yùn)行的目的。

目前，電機(jī)的散熱方式主要是擴(kuò)大散熱面積和增多熱循環(huán)路徑，方式上大體可分為液體冷卻、混合冷卻和空氣冷卻。

1　空氣冷卻

空氣冷卻，這種散熱方式在電機(jī)里得到了最廣泛的應(yīng)用。它又分為兩種形式，分別是風(fēng)扇冷卻和自冷式。這種散熱方式在電機(jī)結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，多應(yīng)用與中小型電機(jī)散熱，能滿足散熱要求不高的電機(jī)。

1.1自冷式

原理上，電機(jī)憑著電機(jī)外殼、冷卻介質(zhì)和端蓋表面的輻射等方面的自然對(duì)流，使電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的大量熱量被帶走。此方式比較傳統(tǒng)，應(yīng)用廣泛，但散熱效率一般不盡人意。自冷式散熱具體又分為兩種。第一種，在電機(jī)外殼上安置散熱肋或設(shè)置散熱孔，主要目的是加大空氣的對(duì)流與增加散熱的面積。例如，株式會(huì)社電機(jī)裝置采用的散熱方式，即電機(jī)由外殼覆蓋容易使熱量停留在其中導(dǎo)致散熱難，這樣會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的運(yùn)行，因此在外殼側(cè)壁的一端安置切除槽，電機(jī)兩端框架之間露出一部分定子外壁，以加大散熱面積。這種安置使空氣更多地和發(fā)熱部件接觸，從而達(dá)到散熱的目的。第二種，在電機(jī)的端蓋上添加通風(fēng)孔，如南潯新龍電機(jī)散熱設(shè)置的方式。該電機(jī)就是采用端蓋上設(shè)空的方式，同時(shí)在各個(gè)腰圓散熱孔之間安置加強(qiáng)筋，保障端蓋的強(qiáng)度。另外，再在外圍設(shè)置散熱孔，以進(jìn)一步增加散熱的有效性。

1.2風(fēng)扇散熱

電機(jī)釋放出大量的熱量，無(wú)法自冷散熱時(shí)，可以使用風(fēng)扇來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行散熱。這種散熱方式也極受中小型電機(jī)的熱捧，也是電機(jī)散熱主要方式中的一個(gè)。類別上，它被劃分為兩類——主動(dòng)風(fēng)扇散熱和被動(dòng)風(fēng)扇散熱。

主動(dòng)風(fēng)扇散熱，就是在電機(jī)的外部設(shè)置風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱的目的。對(duì)于風(fēng)扇的開(kāi)啟與關(guān)閉可以采用自動(dòng)的方式，也可采用人為手動(dòng)操作的方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的冷卻。例如，震旦電機(jī)采用的散熱方式——在電機(jī)上面安置散熱器或是散熱座，用導(dǎo)線管將兩者聯(lián)系起來(lái)，最終完成散熱，保證電機(jī)性能。

被動(dòng)風(fēng)扇散熱，是在電機(jī)的轉(zhuǎn)子或是轉(zhuǎn)軸上裝上風(fēng)扇的葉片。電機(jī)一開(kāi)始運(yùn)行，轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸也跟著旋轉(zhuǎn)起來(lái)，使上面設(shè)置好的風(fēng)扇葉片被帶動(dòng)起來(lái)，從而對(duì)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生氣流，帶走內(nèi)部的大量熱量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效散熱。例如，高創(chuàng)電機(jī)采用的散熱方式——在使用風(fēng)葉散熱時(shí)，為了提高風(fēng)葉的轉(zhuǎn)速采用變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)在它的驅(qū)動(dòng)下風(fēng)葉就會(huì)被帶動(dòng)起來(lái)而產(chǎn)生空氣流動(dòng)，這樣馬達(dá)內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量就會(huì)被流動(dòng)空氣帶走，最后實(shí)現(xiàn)電機(jī)的冷卻。

2　液體冷卻

和空氣相比，液體的導(dǎo)熱系數(shù)更高，所以液體冷卻散熱效果更好。這會(huì)使電機(jī)的溫度大幅降低，利于電機(jī)運(yùn)行。而它也存在自身的缺點(diǎn)，液體冷卻一般需要安裝對(duì)應(yīng)特殊的管道，使電機(jī)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，同時(shí)帶來(lái)些許隱患，如管道泄漏、堵塞，電機(jī)內(nèi)部漏電、短路等，也會(huì)阻礙電機(jī)安全且經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。下面從管道的設(shè)置位置角度，分兩類做闡述。

2.1殼體上設(shè)置管道進(jìn)行冷卻

殼體上設(shè)置管道進(jìn)行冷卻的冷卻方式將管道設(shè)置在電機(jī)的外殼上，能使電機(jī)定子的熱量得到分散，優(yōu)點(diǎn)是處于外部且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，不好的地方即是電機(jī)的外殼體積增大。

2.2電機(jī)內(nèi)部設(shè)置管道進(jìn)行冷卻

管道設(shè)置在內(nèi)部，能將液體直接噴灑到電機(jī)的內(nèi)部零件，這在效果上表現(xiàn)出絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。然而，這種設(shè)置在結(jié)構(gòu)上卻更加復(fù)雜，不同電機(jī)還需要選擇不同的特殊液體。例如，精進(jìn)電動(dòng)科技生產(chǎn)的電機(jī)采用的散熱方式。這種電機(jī)采用的散熱方式具有強(qiáng)針對(duì)性，對(duì)不同的部件進(jìn)行不同的冷卻，其中包括對(duì)定子繞組進(jìn)行噴淋散熱、對(duì)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的散熱、定子鐵芯的外部實(shí)現(xiàn)冷卻、開(kāi)放的軸承實(shí)行潤(rùn)滑冷卻。這種良好的組合式大幅度提高了電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的散熱效果。此外，油冷卻設(shè)置結(jié)構(gòu)所采用的轉(zhuǎn)子導(dǎo)油管、定子鐵芯、端蓋、外殼、油封環(huán)以及出油嘴都提供了油冷卻路徑，殼體的壁部沒(méi)有更多的通道使其厚度有所壓縮，電機(jī)殼體的深度空間減少，重量降低。另外，這種組合式油冷卻避免了電機(jī)殼體里面封閉油道的加工與制造，只對(duì)開(kāi)放的圓孔油道與圓周油槽進(jìn)行加工，極大提升了生產(chǎn)效率。需要說(shuō)明的是，這種方式對(duì)批量生產(chǎn)的大型電機(jī)更為適合。

3　混合冷卻

對(duì)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行散熱，同時(shí)采用液體冷卻和空氣冷卻方式，而這兩種方法都得到使用的方式被稱作混合冷卻?；谏厦嫠U述的兩種冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)，在混合冷卻方式上有了綜合的體現(xiàn)，效果上比風(fēng)冷卻更好，比液冷卻能更好地利用空氣，最終使電機(jī)內(nèi)部設(shè)備得到充分的熱交換，達(dá)到理想的散熱目的。例如，安凱汽車電機(jī)采用的散熱方式：在機(jī)座的內(nèi)部設(shè)置空氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)，在前后端蓋之間和機(jī)座上設(shè)置水冷卻系統(tǒng)；。在機(jī)座內(nèi)部轉(zhuǎn)子與定子之間形成能為熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)的通道，同時(shí)在兩者上面都設(shè)置通風(fēng)孔；機(jī)座呈方形水冷卻系統(tǒng)，由四各角落的水管道、前后端蓋的凹槽和后端蓋的連接管組成；液體流通的通道上還有進(jìn)出水管接頭、前后凹槽等零部件的參與。使用混合式散熱方式還可在空氣冷卻的基礎(chǔ)上使用主動(dòng)風(fēng)冷，從而進(jìn)一步增強(qiáng)散熱的效果。

4　結(jié)論

綜上所述，對(duì)不同電機(jī)選擇散熱方法、不同零件設(shè)置散熱設(shè)備時(shí)，應(yīng)該具有強(qiáng)的針對(duì)性，充分考慮電機(jī)產(chǎn)生熱量的主要部位和電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)衡量相對(duì)應(yīng)的技術(shù)難度與綜合性經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系。對(duì)于散熱要求不太高、使用時(shí)間短頻率低的中小型電機(jī)，可以設(shè)置散熱孔或散熱肋的方式來(lái)擴(kuò)展電機(jī)外殼的散熱面積和增加熱對(duì)流的效率，以達(dá)到較好的散熱效果；對(duì)于再高一些要求的散熱，還可進(jìn)一步采取主動(dòng)風(fēng)扇式，同時(shí)加入液體冷卻，即電機(jī)內(nèi)部設(shè)置風(fēng)冷回路，從而實(shí)現(xiàn)更有效的散熱；散熱要求極高的電機(jī)則可采用上述所有方式來(lái)進(jìn)行散熱，即在電機(jī)的不同位置和部件上，根據(jù)每個(gè)部位的特點(diǎn)及釋放熱量的多少，靈活安排散熱方式、設(shè)置散熱設(shè)備。通過(guò)這些冷卻方式能使電機(jī)得到良好的散熱，才能繼續(xù)安全有效地運(yùn)行。

［1］王磊.電動(dòng)客車用永磁同步電機(jī)散熱的仿真分析與優(yōu)化研究［D］.淮南：安徽理工大學(xué)，2015.

［2］丁立.全封閉散熱電機(jī)風(fēng)路內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布仿真及實(shí)驗(yàn)分析［D］.杭州：浙江大學(xué)，2015.

Research on Heat Dissipation Technology of Electric Machine

WANG Jianxin，WU Xiangchun
（Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014032）

Social production and people's lives are often applied to the motor device，and the main reason for the motor damage is overheating，heat dissipation performance.The cooling of the motor is still an important problem in the current operation of the motor.Not enough heat not only greatly affect the normal operation of the motor，but also hinder the further development of the motor is a key problem. It has some objectivity，it is the difficult problem that the technology needs to overcome at present.How to get the heat generated by the operation of the motor is an important research direction when the motor is studied.In this paper，the progress of the motor cooling technology is studied，and three kinds of commonly used methods are described in this paper.

motor cooling，air cooling，liquid cooling，mixed cooling