电机散热技术研究

张 航 刘 侠 王利峰

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450000；2.永济市行政单位汽修所，山西 永济 044500）

电机广泛应用在各种领域，但电机在运行过程中会产生大量的热量，电机热量得不到散热就会对电机的运行应用造成极大的影响，会降低电机的使用寿命，甚至烧坏电机。电机的散热问题是电机应用中的一个重要问题，特别对于一些大型、特殊应用的电机，散热问题更为突出。因此，需要采用合适的冷却方式有效地对电机产生的热能进行散热，从而使电机内部部件处于运行的温度范围内，以防止电机运行出现故障，保证电机安全可靠地运行。

目前电机的散热主要分为空气冷却、液体冷却和混合冷却。这三类散热方式总体来说是通过散热面积和增加热循环路径的方式来加大电机的散热。

1 空气冷却

该方式为电机广泛应用的一种散热方式，主要有自冷式、风扇冷却两种。该类散热一般结构简单，多应用与对散热要求不高的中小型电机中。

1.1 自冷式

电机主要依靠壳体、端盖表面的辐射和冷却介质的自然对流，带走电机内部产生的热量，该方法散热效率一般不高。

1.1.1 在电机壳体上设置散热肋、散热孔的方式，以此增加散热面积和对流，如株式会社电装申请的专利号为CN103368336A专利所采用的方式：针对电机被机壳覆盖，导致热停留在电机中并且不能够被适当地辐射或消散，从而影响电机的性能，采用侧壁的一端处设置切除槽，定子外壁一部分暴露在电机两端框架之间，增加散热面积，该设置通过将热量产生部件与空气之间接触增加了散热效果。

1.1.2 电机端盖上增加通风孔，如湖州南浔新龙电机申请的专利号为CN202949311U专利所采用的方式：在电机端盖上设置若干个腰圆散热孔，并在散热孔之间设置加强筋，通过加强筋来保证电机端盖的强度，为了进一步增加散热效果，在外围还设置有圆形的散热孔。

1.2 风扇散热

电机自身的散热不能满足电机冷却需求，还可以采用风扇的方式来进行散热。该类散热方式也广泛应用在中小电机领域，是电机的主要散热方式之一。风扇散热主要有两类：被动风扇和主动风扇。

1.2.1 被动风扇，通常在电机的转轴上或者转子上设置风扇叶片，在电机运行时，转子或转轴随电机旋转，带动风扇旋转使电机内部产生气流，从而将电机内部热量带走，实现电机散热。如东莞市高创电机申请的专利号为CN103384102A专利所采用的方式：采用降散热风叶通过变速传动机构从而使风扇转速提高，在电机的驱动下使风扇转动产生气流，从而能充分地将马达内部的热量带走而达到冷却电机的目的。

1.2.2 主动风扇，通常采用在电机外部设置散热风扇方式来实现，通过人为或自动检测方式来启动和关闭散热风扇以实现电机冷却。如上海震旦办公设备有限公司申请的专利号为CN103384102A专利所采用的方式：在电机上设置散热座、散热器，并通过导热管连结两者以实现散热。

2 液体冷却

相对于空气冷却，液体一般具有更高的导热系数，因此液体冷却具有更好的散热效果，能够更好地对电机进行散热，使电机的温升大幅的下降，但采取液体冷却的方式，一般需要设置特殊的管道，大大增加了电机结构的复杂度，同时还可能会发生渗漏、管道堵塞等隐患，造成内部的短路和漏电，影响电机的安全经济运行。

2.2.1 壳体上设置冷却管道的方式，该方式直接设置在电机的外壳上能够对电机定子进行散热，并且结构也较为简单，但增大了电机壳体的体积。

2.2.2 在电机内部设置冷却管道，将液体直接喷淋在电机内部，该方式设置复杂，液体也需要特殊选择，如精进电动科技申请的专利号为CN103296824A 专利所采用的方式：采用定子绕组喷淋冷却、定子铁芯外部冷却、转子内部冷却和开放轴承润滑冷却相结合的方式，大大提高了整个电机系统的冷却效果。同时油冷却机构采用壳体、后端盖、定子铁芯、前油封环、出油嘴和转子导油管共同提供油冷却通道，大大地压缩了壳体的壁厚，节约了电机的径向空间，减轻了电机重量；同时组合式的油冷却机构避免了壳体内部密封油道的加工制造，只需要加工开放式的圆周油槽和圆孔油道，极大地提高了生产效率，适合批量生产。

3 混合冷却

混合冷却方式，一般为在电机内部即采用液体冷却的方式也采用空气冷却的方式，以对电机进行散热。相对于前两种散热方式，混合冷却集中了前两类冷却方式的优点，该冷却方式较风冷具有更好的散热效果，较液体冷却能更好利用空气，使内部设备具有更充分的热交换。如安徽安凯汽车申请的专利号为CN103414287 A专利所采用的方式：在机座内部设置风冷循环系统以及循环于机座、前端盖与后端盖之间的水冷循环系统。机座内部的定子与转子上设置有通风孔，使两者之间形成供热风循环的风道。机座截面呈方形，水冷循环系统由分别设置在机座四角处的水管道、设置在前端盖上的前凹槽、设置在后端盖上后凹槽以及设置在后端盖上的连接管组成，水冷循环系统还包括进水管接头和出水管接头，进水管接头、出水管接头、水管道、前凹槽、后凹槽以及连接管相互连通形成供冷却液流通的通路。为了进一步增加散热效果，混合冷却中空气散热还可以采用主动风扇方式，如罗尔斯-罗依斯海运有限公司申请的专利号为CN103155365 A 专利所采用的方式：主要更改空气冷却散热方式中使用的冷却风扇为主动式，根据需要调节冷却风扇转速实现对电机的散热，在内部风冷时通过在设置叶片实现对转子的轴向风冷循环，提高风冷效果，同时通过设置热交换器实现风冷与液体冷却之间的联系及循环，提高冷却效率。

4 结束语

在实现电机冷却时，设置散热设备应主要针对电机应用场景及主要热量来源来进行分析应该采用何种散热方式，并综合经济效益与相关技术实现难易程度进行选择。对电机效能要求不高，使用时间频率不长时，采用设置散热肋、散热孔等方式增加壳体散热面积、热对流效率，即可达到较好的散热效果；再进一步时可以采用主动风扇，并且增加液体冷却回路，内部设置风冷回路的方式来实现散热；要求更为严格时，可以结合前文介绍的几种散热方式，针对电机内部主要产热部件进行针对性的散热设置并构成散热回路，以保证电机的散热优良，能够稳定的工作运行。

［1］杨万青，陈行卫.电机实用设计技术［M］.北京:机械工业出版社，2014：134-148.

［2］梁培鑫.永磁同步轮毂电机发热及散热问题的研究［D］，哈尔滨工业大学，2013：39-51.

［3］郭军朝.电机散热仿真分析［J］，汽车科技，2013(1):44-47.