CN102769354A - 一种带冷却装置的分马力电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分马力电动机的冷却装置和方法。所述电动机冷却装置包括散热座，散热器和连接在上述两者之间的导热管。所述散热座设置为至少部分覆盖所述电动机的一部分并从所述电动机吸收其热量。所述导热管连接于所述散热座，并设置为从所述散热座传输电动机热量。散热器可连接于所述导热管，用于吸收来自所述导热管的电动机热量。它设置为将其中至少一部分电动机热量扩散至周围空气中。 连接于所述电动机上的热传感器设置用于检测电动机的热状态；以及风扇，可通过控制器连接于所述热传感器。所述控制器配置为相应于由热传感器检测到的所述电动机热状态控制所述风扇转速。

Description

一种带冷却装置的分马力电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机，特别涉及一种带冷却装置的电动机。

背景技术

    消费者产品满意度取决于产品性能和价格比，其中产品性能包括产品安全性、产品可靠性和产品使用寿命。在消费型的碎纸机领域尤其如此，尽管碎纸机产品说明书重点为倾向于消费者的非工业说明，但碎纸机仍有可能承受损耗和磨损。这些损耗和磨损，随着时间的推移会降低碎纸机产品的可靠性和使用寿命，导致消费者对产品变得不满意。在某些情况下，加在碎纸机运动零件上的重复应力可能会导致零件故障，导致产品维修和更换部件的费用，更降低了满意度，甚至导致碎纸机品牌在消费者中的信誉损失。即使是运行中的轻微受压瞬间，其累积效果，都有可能对碎纸机的操作机械造成损害。

    容易被机械应力和热应力损坏的碎纸机部件之一是碎纸机的电动机，例如，这种应力可由频繁启动，过载，堵塞，持续的超速运转导致。随着时间的推移，碎纸机电动机承受的累积应力可能导致其过早失效或者性能不佳。关于这些应力来源的普遍观点是来源于电动机电流的热效应（I²R损耗）。为了减少在电动机上的I²R损耗效应，人们设计出很多精密的电子控制器。同时在大型电动机中应用的复杂的机械冷却系统也得到了发展。然而在分马力电动机领域，例如应用于轻中型任务的碎纸机，精密的电子控制器和复杂的机械冷却系统，会给电动机成本增加昂贵的额外费用，并增加了消费者的花费，导致制造商的市场份额减少。因此需要一种可应用在分马力电动机中的廉价冷却装置。

发明内容

前述需求可通过分马力电动机的冷却装置和分马力电动机冷却方法来满足。在本发明的一个实施例中，所述电动机冷却装置包括散热座（a heat shoe）、散热器（a heat diffuser）和连结在两者之间的导热管(a heat pipe)。所述散热座可配置为至少部分覆盖所述电动机的一部分（a portion）并吸收来自所述电动机的电动机热量(thermal energy)。所述导热管可连接至所述散热座，并可配置为从所述散热座传输所述电动机热量。所述散热器可连接于所述导热管并用于从所述导热管吸收电动机热量。它也可被设置为扩散所述电动机热量的至少一部分到与所述电动机分离的周围空气中。在一个实施例中，热传感器可连接到所述电动机，并配置为感应电动机热状态；同时风扇通过控制器可连接于所述热传感器。所述控制器配置为根据所述热传感器感应的电动机热状态控制所述风扇的速度。在另一实施例中，所述控制器配置为根据电动机热状态或根据除了所述电动机热状态之外的电动机状态控制风扇速度。在另一实施例中，所述冷却装置是与所述散热器热整合的散热座。

    所述方法包括通过散热座从分马力电动机的一部分传导吸收电动机热量；通过连结于所述散热座的导热管传导吸收电动机热量；通过所述导热管传输电动机热量到散热器；通过所述散热器从所述导热管中吸收电动机热量；从所述散热器释放电动机热量，使电动机冷却。

附图说明

  此处公开的本发明实施例仅用于举例说明，而并不受附图限制，附图中相同的标记表示相似的元件。并且在附图中：

  图1是根据本发明所述的一种分马力电动机冷却装置的实施例，被动式冷却装置的图例； 

  图2是根据本发明所述的一种分马力电动机冷却装置的另一实施例，主动式冷却装置的图例；

  图3A、图3B是根据本发明所述的可与图2中实施例配合使用的控制器和传感器机理的框图； 

  图4是根据本发明所述的一种分马力电动机冷却装置又一实施例，主动式冷却装置的图例。

  本领域的技术人员可以理解，为了使图中的元件简单清晰，并没有按照比例绘制。例如，图中有些元件的尺寸相对其他元件被放大了，这有助于更好理解本发明的实施例。在图片中，相同的数字代表相同的元件。

具体实施方式

    本发明的实施例可以帮助减少电动机的过热现象。特别地，优选实施例可以用于分马力电动机，上述电动机可以不受限制地用于，为家用或办公室用碎纸机提供动力。其中一些实施例是被动式装置，而另一些是主动式的。

    图1是被动式电动机冷却装置100的示例，包括散热座110，设置在所述分马力电动机周围，并热连接于所述分马力电动机上（图中未示），热连接于所述散热座的导热管120a，120b中的至少一个，和热连接于其中至少一个导热管的散热器130，它们组成一个热冷却回路。包括散热座110在内的元件可用导热胶(thermally conductive adhesives)连结，这在热工程领域是为一般技术人员所了解的。而且，一个热传导电绝缘层(a thermally-conductive, electrically-insulative layer)可被插入所述电动机和所述散热座之间，用来阻止电流通过所述热冷却元件传输。

    散热座110通常用良热传材料（conductive material）制成，它和分马力电动机外壳（图中未示）的至少一部分接触。在一些实施例中，散热座可接触包围在分马力电动机的外壳上。一种导热胶可被插入所述分马力电动机和散热座110之间，用于增强从所述电动机到所述散热座的热传导。所述散热座110可热连接于导热管120a，120b中至少一根的一端。

    额外的冷却可在到冷端（the cool end）的路程中及在冷端达到，通过热连接所述导热元件（thermoconductor）120a，120b到辐射散热器（a radiative heat diffuser）130，或者热接收器(heat sink)，例如鳍状散热片(pin diffuser)130。如鳍状散热片可由大量细长、密集的辐射叶（radiative fins），组装在一个固态的、辐射的、散热的金属底座(metal base)上构成。这些辐射叶加强散热器(the diffuser)的辐射、对流和传导制冷。在优选实施例中，导热元件120a、120b可为导热管120a、120b。导热管，比如导热管120a，120b，是被动式高传导两相热转换器件，它从一端（“热端”）吸收热量(heat)，在另一端（“冷端”）释放热量。在这种情况下，所述“热端”热连接于所述分马力电动机。

    导热管可包括真空密封管或通道(a vacuum tight, sealed containment shell or vessel)，工作液或冷却液(a working fluid or coolant)，和与所述密封管接触的毛细吸液芯结构(a capillary wick structure)。通常来说，所述导热管中的冷却液会从冷端的液态升华为热端的蒸汽。所述冷却液蒸汽通过吸液芯(the wick)的毛细作用(capillary action)被吸回到冷端，在气化中散发热量。在冷端，所述冷却液变回到液态相，重新回到热端继续循环。导热管在本领域也是公知的，例如但不限于，来自美国宾夕法尼亚州兰开斯特（lancaster） Thermacore公司的HP-1导热管。在一些实施例中，多个导热管热连接于所述散热座和所述散热器，进一步增强热传导。

    因而，通过在散热器130上连接导热管120a，120b，当导热管的热端通过热连接于设置在分马力电动机周围的散热座110热连接到分马力电动机时（图中未示），大量的热量可从所述导热管的热端排出。用来制备散热座和散热器的材料是很普及的，并且在热工程领域是众所周知的，这些材料通常包括金属，例如铝、铜或者铝-铜合金，尽管其它热传导金属(thermally-conductive metals)也可能被采用。一种热传导、电绝缘的界面导热材料（thermal interface material），例如云母或者公知的陶瓷基材料(ceramic-based materials)的一种，可能被插入到所述散热座和所述电动机之间并与两者保持接触。

    图2为另一实施例一种分马力电动机主动式冷却装置200。与被动式电动机冷却装置100相似，主动式冷却装置200包括散热座210，导热元件220a，220b和散热器230，插在散热座210和散热器230之间的风扇（a fan）250。电动机元件(motor element)225可通过紧密配合（close fit）或者通过界面导热材料热连接于所述散热座。导热元件220a，220b，例如导热管，可用来将所述散热座中的热量传导至散热器230中。风扇250的进风口（the intake side）可被设置于电动机225附近，其排气口(the discharge side)设置在散热器230附近。或者，风扇250的进风口设置在散热器230附近，其排气口设置在电动机225附近。通常，来自风扇250的气流(air flow)222将吹向散热器230。

    风扇250可以连续转动，或者如图3A和图3B所示，风扇设备（fan unit）350可被与之电连接的控制器340所控制。在图3A中，主动式电动机冷却装置300使用控制器340监测电动机温度，例如，通过电动机325外壳上的传感器S1 360，或者散热座310上的传感器S2 355，或者在散热器330处，并通过控制器340响应电动机的热状态来改变风扇的速度进而改变扩展气流（extension air flow）。例如，当电动机传感器360检测到电动机元件325的温度超过设定的阈值，并传入控制器340时，控制器会提高风扇设备350至少一个风扇的速度，使更多的气体通过散热器330的辐射叶。

    虽然控制器340和风扇350可响应电动机元件325的热状态，控制器340也可响应感应到的机械状态变化390增加风扇350的转速，例如所述机械状态可为，电动机转速的降低，或者电动机转矩的增加，或者环境条件。图3A描述的是与导热管分别相连的散热座和散热器的主动式冷却装置。另一方面，图3B描述的是主动式电动机冷却装置375，其中散热座310可以和散热器330 结合在一起。散热座310可以装配在电动机元件325上。在这种设置下，风扇350可以创造对流热力（convective thermal force），从而将散热器上的热量通过气流323导向散热部分(diffuser portion)330。

    图4为一种分马力电动机主动式冷却装置又一实施例400的示意图，它可包括散热座410，导热元件420，散热器430，和热连接于电动机元件425的风扇设备450。在这个实施例中，导热元件420可为界面导热元件(thermal interface element)，包括但并不限于，散热片（a thermal pad），热油脂(a thermal grease)，热胶(a thermal paste)，云母，陶瓷基化合物（ceramic-based compounds），或者其它插入并热连接于散热座410和散热器430之间的热传导元件（thermoconductive element）。导热元件420可为热传导但是电绝缘。电动机元件425和散热座410可用类似的方式连结。或者，散热座410可与散热器430结合在一起，作为一个整体装配在电动机元件425上。

    风扇设备450可与控制器连接，如图3中的控制器340。控制器340可响应检测到的电动机元件425的热状态使风扇单元450运行速度改变。通常，随着检测的电动机元件425温度的升高，风扇设备450的风扇转速可增加。控制器340也可使风扇设备450运行速度响应于电动机元件425的机械状态。风扇设备450可包括一个或更多风扇叶片来提供热对流力（thermal convective force）。风扇单元450可运行以迫使空气通过散热器430。电动机元件425也可由风扇设备450对流冷却。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (20)

1.一种电动机冷却装置，其特征在于，包括：

散热座，设置为至少部分覆盖分马力电动机的一部分并从分马力电动机吸收其产生的热量；

导热元件，连接于所述散热座，设置为从所述散热座传输电动机热量；

散热器，连接于所述导热元件，用于接收来自所述导热元件的电动机热量，并配置为将其中至少一部分电动机热量从所述电动机扩散至周围空气中。

2.如权利要求1所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括：

风扇，连接在所述电动机和所述散热器之间，其中风扇进风口设置于所述电动机附近，风扇排气口设置于所述散热器附近；

所述风扇包括至少两个叶片，风扇将空气从电动机周围区域强制吹入散热器周围区域，增加了从所述电动机带走的热量。

3.如权利要求2所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括：

热传感器，连接于所述电动机上，设置用于检测电动机的热状态； 

碎纸机控制器，连接于所述热传感器和所述风扇，其中所述碎纸机控制器配置为相应于电动机热状态控制风扇转速。

4.如权利要求3所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，所述碎纸机控制器除了可响应所述电动机热状态之外还可响应电动机状态控制风扇转速。

5.如权利要求1所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括交流电动机。

6.如权利要求1所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括直流电动机。

7.如权利要求1所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括有刷电动机。

8.如权利要求1所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括无刷电动机。

9.一种用于碎纸机电动机的冷却装置，其特征在于，包括：  

散热座，设置为与所述电动机保持热接触；及

散热器，与所述散热座结合在一起。

10.一种电动机冷却装置，其特征在于，包括：

散热座，设置为至少部分覆盖分马力电动机一部分并从分马力电动机吸收其热量； 

导热管，连接于所述散热座，设置为从所述散热座传输电动机热量；

散热器，连接于所述导热管，用于接收来自所述导热管的电动机热量，并设置为将其中至少一部分电动机热量从电动机扩散性释放至周围空气中；

至少含有两片叶片的风扇，连接于所述电动机和所述散热器之间；

热传感器，连接于所述电动机或所述散热座中的一个，设置为检测电动机热状态；

控制器，连接于所述热传感器和所述风扇上，其中所述控制器可相应于所述电动机热状态或机械状态控制所述风扇转速，且其中风扇进风口设置在所述电动机附近，风扇排气口设置在所述散热器附近；所述风扇将空气从电动机周围区域强制吹入散热器周围区域，增加了从所述电动机带走的热量。

11.如权利要求10所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括交流电动机。

12.如权利要求10所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括直流电动机。

13.如权利要求10所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括步进电动机。

14.如权利要求10所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括有刷电动机。

15.如权利要求10所述的一种电动机冷却装置，其特征在于，进一步包括无刷电动机。

16.一种冷却电动机的方法，其特征在于，包括如下步骤： 

通过散热座从分马力电动机的一部分传导吸收电动机热量；

通过连接于所述散热座上的导热元件传导吸收电动机热量； 

通过所述导热元件传输电动机热量至散热器；

通过所述散热器吸收来自所述导热元件的电动机热量；

从所述散热器释放电动机热量，从而使所述电动机冷却。

17.如权利要求16所述的一种冷却电动机的方法，其特征在于，其中所述导热元件包括含有对流流体的导热管，并且其中从所述电动机传输电动机热量包括以对流形式将电动机热量传至所述散热器。

18.如权利要求16所述的一种冷却电动机的方法，其特征在于，其中所述导热管包括一种热传导材料，并且其中传输电动机热量包括将电动机热量传导至所述散热器中。

19.如权利要求16所述的一种冷却电动机的方法，其特征在于，进一步包括有刷电动机。

20.如权利要求16所述的一种冷却电动机的方法，其特征在于，进一步包括无刷电动机。

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