多功能電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁炳其

（江門市江海區(qū)駿暉電器制造有限公司，廣東 江門 529000）

引言

隨著科技的發(fā)展，電機(jī)已經(jīng)成為各種機(jī)械設(shè)備中必不可少的動(dòng)力組件。在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，如果產(chǎn)生的大量熱量沒有散發(fā)向電機(jī)外部，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，直接影響裝置的運(yùn)行，并減少電機(jī)的使用時(shí)長，甚至導(dǎo)致電機(jī)的損壞。因此，在使用電機(jī)時(shí)要重視散熱問題。在這種狀況下，如何找到合適的方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效散熱，成為業(yè)內(nèi)人士密切關(guān)注亟待研究的問題[1-2]。

1 電機(jī)發(fā)熱的原因及危害

電機(jī)作為多物理場、強(qiáng)耦合的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其能量轉(zhuǎn)換效率并不是百分之百，在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程中會(huì)損失一部分能量，這些損失的能量絕大部分轉(zhuǎn)換為熱能引起電機(jī)發(fā)熱。電機(jī)內(nèi)部的損耗主要由繞組線圈的電阻、磁性材料的磁阻和電機(jī)各部件間的機(jī)械摩擦造成，主要包含繞組銅耗、定轉(zhuǎn)子鐵耗和機(jī)械損耗三部分。電機(jī)繞組、定子和機(jī)殼等關(guān)鍵部件的接觸面之間存在絕緣漆、絕緣紙和空氣等熱導(dǎo)率極低的材料，增加了電機(jī)各部件間的接觸熱阻，極大地降低了電機(jī)關(guān)鍵部件的散熱效率。電機(jī)內(nèi)部的關(guān)鍵發(fā)熱部件與機(jī)殼之間的傳熱路徑長、接觸熱阻大，電機(jī)工作過程中產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)傳遞至外部，引起電機(jī)內(nèi)部溫度升高。電機(jī)溫升過高將嚴(yán)重威脅電機(jī)絕緣壽命、運(yùn)行效率和可靠性。過高溫升將導(dǎo)致繞組絕緣失效，轉(zhuǎn)子過高溫升會(huì)導(dǎo)致永磁體退磁，磁懸浮軸承處過高溫升會(huì)使得磁懸浮軸承控制精度下降[3]。

2 電機(jī)散熱方式

風(fēng)冷散熱系統(tǒng)憑借成本低、可靠性高和安裝方便等優(yōu)勢在小功率電機(jī)散熱領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。風(fēng)冷散熱系統(tǒng)可以分為自然風(fēng)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷。自然風(fēng)冷不需要額外的動(dòng)力裝置，僅僅通過機(jī)殼與周圍空氣的自然對(duì)流進(jìn)行熱交換。強(qiáng)迫風(fēng)冷通常利用風(fēng)扇系統(tǒng)加強(qiáng)電機(jī)與外部空氣的熱交換，額外的風(fēng)扇系統(tǒng)提高了電機(jī)的散熱效率，但也在一定程度上增加了電機(jī)系統(tǒng)的電力消耗和噪聲[4]。在電機(jī)外部安裝散熱片進(jìn)行散熱就是自然風(fēng)冷，安裝散熱風(fēng)扇進(jìn)行散熱就是屬于強(qiáng)迫風(fēng)冷。圖1 是電機(jī)的散熱翅結(jié)構(gòu)截面圖，圖2 是一種采用封閉式內(nèi)部通風(fēng)散熱系統(tǒng)的電機(jī)截面圖。

圖1 電機(jī)散熱片結(jié)構(gòu)

圖2 采用封閉式內(nèi)部通風(fēng)散熱系統(tǒng)的電機(jī)截面圖

但是散熱片的散熱速度太慢，散熱效果太差，內(nèi)部溫度依然沒有降低，散熱風(fēng)扇通過風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)雖然能將內(nèi)部熱量排出，但無法根據(jù)電機(jī)溫度情況調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，在電機(jī)溫度正常時(shí)，無法調(diào)小風(fēng)力，電機(jī)溫度變高時(shí)，無法調(diào)大風(fēng)力。本文設(shè)計(jì)了一種電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以根據(jù)電機(jī)溫度情況調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，并且可以將外部的灰塵吸附在吸塵網(wǎng)上，避免灰塵在電機(jī)內(nèi)部堆積影響散熱。

3 多功能電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作原理

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的多功能電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)，主要包括有電機(jī)、后軸、輸出軸、固定套、風(fēng)葉、橡膠圈、第一風(fēng)罩、第二風(fēng)罩、吸塵網(wǎng)、卡圈、橡膠墊、第一空葉、第一實(shí)葉、滑槽、第二空葉、第二實(shí)葉[5]，具體構(gòu)造見下頁圖3、圖4。

圖3 散熱結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 風(fēng)罩結(jié)構(gòu)示意圖

各部件的主要設(shè)計(jì)特征如下：

1）電機(jī)的輸出端固定連接輸出軸，電機(jī)遠(yuǎn)離輸出軸一端固定連接有后軸，后軸上套接有固定套，固定套上下兩端均設(shè)置有風(fēng)葉，風(fēng)葉均與固定套固定連接

2）電機(jī)遠(yuǎn)離輸出軸一側(cè)外殼卡接有第一風(fēng)罩，第一風(fēng)罩上遠(yuǎn)離輸出軸一端內(nèi)側(cè)壁固定連接有第一空葉和第一實(shí)葉。第一空葉和第一實(shí)葉大小形狀相同，第一空葉和第一實(shí)葉呈間隔交替分布。

3）第二風(fēng)罩遠(yuǎn)離輸出軸一端內(nèi)側(cè)壁固定連接有第二空葉和第二實(shí)葉，第二空葉和第二實(shí)葉大小形狀相同，第二空葉和第二實(shí)葉呈間隔交替分布，第一風(fēng)罩與電機(jī)外殼卡接處粘合有橡膠圈，卡接更加穩(wěn)固。

第一風(fēng)罩遠(yuǎn)離輸出軸一側(cè)開設(shè)有滑槽，滑槽呈圓環(huán)狀，滑槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二風(fēng)罩，方便轉(zhuǎn)動(dòng)第二風(fēng)罩調(diào)節(jié)角度，第二風(fēng)罩內(nèi)部側(cè)壁開設(shè)有內(nèi)槽且內(nèi)槽內(nèi)卡接有卡圈，卡圈與內(nèi)槽卡接處粘合有橡膠墊，卡圈內(nèi)壁固定連接有吸塵網(wǎng)，外部的灰塵進(jìn)入第二風(fēng)罩，被吸附在吸塵網(wǎng)上，避免灰塵堆積影響散熱。

3.2 散熱結(jié)構(gòu)工作原理

當(dāng)電機(jī)在使用的過程中，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部轉(zhuǎn)子帶動(dòng)后軸轉(zhuǎn)動(dòng)，后軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)將電機(jī)內(nèi)部的熱量散向電機(jī)外部。通過調(diào)節(jié)電機(jī)上的第一風(fēng)罩上轉(zhuǎn)動(dòng)連接的第二風(fēng)罩的角度，當(dāng)?shù)谝粚?shí)葉與第二實(shí)葉位置相對(duì)時(shí)，風(fēng)葉吹向電機(jī)外部的風(fēng)力最大；當(dāng)?shù)谝粚?shí)葉與第二實(shí)葉位置完全偏離時(shí)，風(fēng)葉吹向電機(jī)外部的風(fēng)力最小?？梢愿鶕?jù)電機(jī)溫度情況調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，在電機(jī)溫度正常時(shí)，可以調(diào)小風(fēng)力；電機(jī)溫度變高時(shí)，可以調(diào)大風(fēng)力。

在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過設(shè)置吸塵網(wǎng)，外部的灰塵進(jìn)入第二風(fēng)罩，被吸附在吸塵網(wǎng)上，避免灰塵在電機(jī)內(nèi)部堆積影響散熱，通過設(shè)置橡膠圈，第一風(fēng)罩與電機(jī)外殼卡接更加穩(wěn)固，不易偏移。需要更換吸塵網(wǎng)時(shí)，將卡接在電機(jī)上的第一風(fēng)罩取下，從第二風(fēng)罩內(nèi)取出卡接的卡圈，進(jìn)行更換，此裝置具有很好的實(shí)用性和推廣性，便于推廣使用。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)，通過風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)將電機(jī)內(nèi)部的熱量散向電機(jī)外部，通過設(shè)置電機(jī)上的第一風(fēng)罩上轉(zhuǎn)動(dòng)連接的第二風(fēng)罩的角度，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)電機(jī)溫度情況調(diào)節(jié)風(fēng)力大小的功能，通過設(shè)置吸塵網(wǎng)達(dá)到了防塵的效果，避免灰塵在電機(jī)內(nèi)部堆積影響散熱。