電機散熱技術研究

張 航 劉 俠 王利峰

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

電機廣泛應用在各種領域，但電機在運行過程中會產生大量的熱量，電機熱量得不到散熱就會對電機的運行應用造成極大的影響，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用中的一個重要問題，特別對于一些大型、特殊應用的電機，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生的熱能進行散熱，從而使電機內部部件處于運行的溫度范圍內，以防止電機運行出現故障，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。該類散熱一般結構簡單，多應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的自然對流，帶走電機內部產生的熱量，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，導致熱停留在電機中并且不能夠被適當地輻射或消散，從而影響電機的性能，采用側壁的一端處設置切除槽，定子外壁一部分暴露在電機兩端框架之間，增加散熱面積，該設置通過將熱量產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：在電機端蓋上設置若干個腰圓散熱孔，并在散熱孔之間設置加強筋，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用在中小電機領域，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，通常在電機的轉軸上或者轉子上設置風扇葉片，在電機運行時，轉子或轉軸隨電機旋轉，帶動風扇旋轉使電機內部產生氣流，從而將電機內部熱量帶走，實現電機散熱。如東莞市高創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從而使風扇轉速提高，在電機的驅動下使風扇轉動產生氣流，從而能充分地將馬達內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置散熱風扇方式來實現，通過人為或自動檢測方式來啟動和關閉散熱風扇以實現電機冷卻。如上海震旦辦公設備有限公司申請的專利號為CN103384102A專利所采用的方式：在電機上設置散熱座、散熱器，并通過導熱管連結兩者以實現散熱。

2 液體冷卻

相對于空氣冷卻，液體一般具有更高的導熱系數，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，一般需要設置特殊的管道，大大增加了電機結構的復雜度，同時還可能會發生滲漏、管道堵塞等隱患，造成內部的短路和漏電，影響電機的安全經濟運行。

2.2.1 殼體上設置冷卻管道的方式，該方式直接設置在電機的外殼上能夠對電機定子進行散熱，并且結構也較為簡單，但增大了電機殼體的體積。

2.2.2 在電機內部設置冷卻管道，將液體直接噴淋在電機內部，該方式設置復雜，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、轉子內部冷卻和開放軸承潤滑冷卻相結合的方式，大大提高了整個電機系統的冷卻效果。同時油冷卻機構采用殼體、后端蓋、定子鐵芯、前油封環、出油嘴和轉子導油管共同提供油冷卻通道，大大地壓縮了殼體的壁厚，節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避免了殼體內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，極大地提高了生產效率，適合批量生產。

3 混合冷卻

混合冷卻方式，一般為在電機內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，使內部設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：在機座內部設置風冷循環系統以及循環于機座、前端蓋與后端蓋之間的水冷循環系統。機座內部的定子與轉子上設置有通風孔，使兩者之間形成供熱風循環的風道。機座截面呈方形，水冷循環系統由分別設置在機座四角處的水管道、設置在前端蓋上的前凹槽、設置在后端蓋上后凹槽以及設置在后端蓋上的連接管組成，水冷循環系統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，根據需要調節冷卻風扇轉速實現對電機的散熱，在內部風冷時通過在設置葉片實現對轉子的軸向風冷循環，提高風冷效果，同時通過設置熱交換器實現風冷與液體冷卻之間的聯系及循環，提高冷卻效率。

4 結束語

在實現電機冷卻時，設置散熱設備應主要針對電機應用場景及主要熱量來源來進行分析應該采用何種散熱方式，并綜合經濟效益與相關技術實現難易程度進行選擇。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，內部設置風冷回路的方式來實現散熱；要求更為嚴格時，可以結合前文介紹的幾種散熱方式，針對電機內部主要產熱部件進行針對性的散熱設置并構成散熱回路，以保證電機的散熱優良，能夠穩定的工作運行。

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［3］郭軍朝.電機散熱仿真分析［J］，汽車科技，2013(1):44-47.