電機散熱技術研究

汪建新　吳向春

（內蒙古科技大學，包頭 014032）

電機散熱技術研究

汪建新吳向春

（內蒙古科技大學，包頭 014032）

電機的冷卻仍然是目前電機運行時存在的重要問題。散熱不夠不僅極大影響電機的正常運行，也是阻礙電機進一步發(fā)展的關鍵性難題。本文將對電機散熱技術上的進展做研究，主要闡述三種常用的散熱方式。

電機散熱空氣冷卻液體冷卻混合冷卻

電機的使用領域較為廣泛，而它在運行過程中所產生的熱量則不容易冷卻。電機上的大量熱量沒得到散發(fā)，會直接性影響裝置的運行，同時還會減少電機的使用時長，最壞的則會導致電機的損壞。因此，在使用電機時要重視散熱問題，明白其重要性。尤其是一些特殊應用及大型應用的電機，散熱問題更加明顯。在這種狀況下，怎樣才能找到合適的方式對電機進行有效散熱，成為業(yè)內人士密切關注亟待研究的問題。因為這樣，電機內部件才能在合適的溫度下工作，以達到電機少故障、安全可靠運行的目的。

目前，電機的散熱方式主要是擴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里得到了最廣泛的應用。它又分為兩種形式，分別是風扇冷卻和自冷式。這種散熱方式在電機結構上比較簡單，多應用與中小型電機散熱，能滿足散熱要求不高的電機。

1.1自冷式

原理上，電機憑著電機外殼、冷卻介質和端蓋表面的輻射等方面的自然對流，使電機內部產生的大量熱量被帶走。此方式比較傳統(tǒng)，應用廣泛，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，在電機外殼上安置散熱肋或設置散熱孔，主要目的是加大空氣的對流與增加散熱的面積。例如，株式會社電機裝置采用的散熱方式，即電機由外殼覆蓋容易使熱量停留在其中導致散熱難，這樣會嚴重影響電機的運行，因此在外殼側壁的一端安置切除槽，電機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，從而達到散熱的目的。第二種，在電機的端蓋上添加通風孔，如南潯新龍電機散熱設置的方式。該電機就是采用端蓋上設空的方式，同時在各個腰圓散熱孔之間安置加強筋，保障端蓋的強度。另外，再在外圍設置散熱孔，以進一步增加散熱的有效性。

1.2風扇散熱

電機釋放出大量的熱量，無法自冷散熱時，可以使用風扇來對電機進行散熱。這種散熱方式也極受中小型電機的熱捧，也是電機散熱主要方式中的一個。類別上，它被劃分為兩類——主動風扇散熱和被動風扇散熱。

主動風扇散熱，就是在電機的外部設置風扇來實現散熱的目的。對于風扇的開啟與關閉可以采用自動的方式，也可采用人為手動操作的方式，進而實現對電機的冷卻。例如，震旦電機采用的散熱方式——在電機上面安置散熱器或是散熱座，用導線管將兩者聯系起來，最終完成散熱，保證電機性能。

被動風扇散熱，是在電機的轉子或是轉軸上裝上風扇的葉片。電機一開始運行，轉子和轉軸也跟著旋轉起來，使上面設置好的風扇葉片被帶動起來，從而對電機內部產生氣流，帶走內部的大量熱量，最終實現對電機的有效散熱。例如，高創(chuàng)電機采用的散熱方式——在使用風葉散熱時，為了提高風葉的轉速采用變速傳動機構，電機運行時在它的驅動下風葉就會被帶動起來而產生空氣流動，這樣馬達內部所產生的熱量就會被流動空氣帶走，最后實現電機的冷卻。

2　液體冷卻

和空氣相比，液體的導熱系數更高，所以液體冷卻散熱效果更好。這會使電機的溫度大幅降低，利于電機運行。而它也存在自身的缺點，液體冷卻一般需要安裝對應特殊的管道，使電機結構變得更加復雜，同時帶來些許隱患，如管道泄漏、堵塞，電機內部漏電、短路等，也會阻礙電機安全且經濟地運行。下面從管道的設置位置角度，分兩類做闡述。

2.1殼體上設置管道進行冷卻

殼體上設置管道進行冷卻的冷卻方式將管道設置在電機的外殼上，能使電機定子的熱量得到分散，優(yōu)點是處于外部且結構較為簡單，不好的地方即是電機的外殼體積增大。

2.2電機內部設置管道進行冷卻

管道設置在內部，能將液體直接噴灑到電機的內部零件，這在效果上表現出絕對的優(yōu)勢。然而，這種設置在結構上卻更加復雜，不同電機還需要選擇不同的特殊液體。例如，精進電動科技生產的電機采用的散熱方式。這種電機采用的散熱方式具有強針對性，對不同的部件進行不同的冷卻，其中包括對定子繞組進行噴淋散熱、對轉子內部的散熱、定子鐵芯的外部實現冷卻、開放的軸承實行潤滑冷卻。這種良好的組合式大幅度提高了電機整個系統(tǒng)的散熱效果。此外，油冷卻設置結構所采用的轉子導油管、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，殼體的壁部沒有更多的通道使其厚度有所壓縮，電機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殼體里面封閉油道的加工與制造，只對開放的圓孔油道與圓周油槽進行加工，極大提升了生產效率。需要說明的是，這種方式對批量生產的大型電機更為適合。

3　混合冷卻

對電機內部進行散熱，同時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。基于上面所闡述的兩種冷卻方式的優(yōu)點，在混合冷卻方式上有了綜合的體現，效果上比風冷卻更好，比液冷卻能更好地利用空氣，最終使電機內部設備得到充分的熱交換，達到理想的散熱目的。例如，安凱汽車電機采用的散熱方式：在機座的內部設置空氣冷卻循環(huán)系統(tǒng)，在前后端蓋之間和機座上設置水冷卻系統(tǒng)；。在機座內部轉子與定子之間形成能為熱風實現循環(huán)的通道，同時在兩者上面都設置通風孔；機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上使用主動風冷，從而進一步增強散熱的效果。

4　結論

綜上所述，對不同電機選擇散熱方法、不同零件設置散熱設備時，應該具有強的針對性，充分考慮電機產生熱量的主要部位和電機的應用場景，同時衡量相對應的技術難度與綜合性經濟效益之間的關系。對于散熱要求不太高、使用時間短頻率低的中小型電機，可以設置散熱孔或散熱肋的方式來擴展電機外殼的散熱面積和增加熱對流的效率，以達到較好的散熱效果；對于再高一些要求的散熱，還可進一步采取主動風扇式，同時加入液體冷卻，即電機內部設置風冷回路，從而實現更有效的散熱；散熱要求極高的電機則可采用上述所有方式來進行散熱，即在電機的不同位置和部件上，根據每個部位的特點及釋放熱量的多少，靈活安排散熱方式、設置散熱設備。通過這些冷卻方式能使電機得到良好的散熱，才能繼續(xù)安全有效地運行。

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

［2］丁立.全封閉散熱電機風路內流場和溫度場分布仿真及實驗分析［D］.杭州：浙江大學，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