CN110635607A - 一体化马达及一体化散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明的题目是一体化马达及一体化散热系统。一种一体化马达包括一框架组件、一马达本体、一马达驱动器以及一散热组件。框架组件包括一第一框架以及一第二框架，马达本体组装于第一框架，马达驱动器组装于第二框架。散热组件包括一马达热交换管路、一驱动器热交换管路以及一散热管路。马达热交换管路内嵌于第一框架，在马达本体的一侧部与马达本体热交换。驱动器热交换管路内嵌于第二框架，与马达驱动器热交换。散热管路位在马达本体的一端部，与马达热交换管路及驱动器热交换管路连通。

Description

一体化马达及一体化散热系统

技术领域

本发明关于一种马达及散热系统，尤指一种一体化马达及一体化散热系统。

背景技术

一体化马达(Integrated motor drive，IMD)装置主要包括一马达以及一马达驱动器，马达被马达驱动器驱动而旋转，常见的马达驱动器是变频器。另外，马达驱动器也可由控制器来控制马达的转速。

举例来说，以整个一体化马达装置的结构来看，马达和变频器是组装在一起以整合变频器与马达，优点在于节省能源与节省空间，马达和变频器之间可以不需很长且昂贵的连接线，也只需要较少的外部连接及较少的布线。这样的整合方式可以减少一体化马达装置所需的空间，而且较少的布线也使线路较不杂乱。

但随着一体化的设计，马达振动容易传导到变频器，并导致变频器可能因振动而损坏，而且，马达运转时产生的热能也会传导到变频器，因而导致变频器的使用寿命降低。

因此，有必要提出一种一体化马达及一体化散热系统，能加速散热兼顾容易组装，实为当前重要的课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明提出一体化马达及一体化散热系统，能够加速散热兼顾容易组装。

一种一体化马达包括一框架组件、一马达本体、一马达驱动器以及一散热组件。框架组件包括一第一框架以及一第二框架，马达本体组装于第一框架，马达驱动器组装于第二框架。散热组件包括一马达热交换管路、一驱动器热交换管路以及一散热管路。马达热交换管路内嵌于第一框架，在马达本体的一侧部与马达本体热交换。驱动器热交换管路内嵌于第二框架，与马达驱动器热交换。散热管路位在马达本体的一端部，与马达热交换管路及驱动器热交换管路连通。

在一实施例中，散热组件还包括一散热器，散热器在第二框架中连通于驱动器热交换管路，且对应马达驱动器的至少一晶体管设置。

在一实施例中，散热组件还包括一冷却器、多个管路接头以及一泵。冷却器位于马达本体的端部，散热管路通过冷却器。管路接头分别连接马达热交换管路、驱动器热交换管路以及散热管路。泵驱使一流体在马达热交换管路、驱动器热交换管路以及散热管路内流动。

在一实施例中，散热组件还包括多个管路接头以及一泵，管路接头分别连接马达热交换管路、驱动器热交换管路以及散热管路，泵驱使一流体在马达热交换管路、驱动器热交换管路以及散热管路内流动，其中第一框架包覆马达本体的侧部与端部，散热管路内嵌于第一框架。

在一实施例中，第二框架具有一凸起，凸起形成为散热器。

在一实施例中，凸起内部有至少一微流道。

在一实施例中，散热组件还包括一风扇，风扇位于马达本体的端部的外侧，风扇的一出风口背对端部。

在一实施例中，一体化马达还包括一减震组件，减震组件设置在第一框架以及第二框架之间。

在一实施例中，散热组件还包括多个散热鳍片，散热鳍片设置于第一框架。

在一实施例中，马达热交换管路还包括多个热交换微结构，热交换微结构设置于马达热交换管路内。

在一实施例中，马达热交换管路的宽度为渐变。

在一实施例中，马达热交换管路为螺旋状。

在一实施例中，马达热交换管路包括连通的轴向水路以及圆周水路。

在一实施例中，第一框架为一套筒，套设于马达本体。

在一实施例中，马达热交换管路在第一框架的不同区域配置的密度不同。

在一实施例中，马达热交换管路与第一框架一体成形。

在一实施例中，马达热交换管路、驱动器热交换管路、第一框架、与第二框架一体成形。

一种一体化散热系统用于一马达本体以及一马达驱动器，包括一框架组件以及一散热组件，框架组件包括一第一框架以及一第二框架，其中马达本体组装于第一框架，马达驱动器组装于第二框架。散热组件包括一马达热交换管路、一驱动器热交换管路以及一散热管路。马达热交换管路内嵌于第一框架，在马达本体的一侧部与马达本体热交换。驱动器热交换管路内嵌于第二框架，与马达驱动器热交换。散热管路位在马达本体的一端部，与马达热交换管路及驱动器热交换管路连通。

承上所述，本发明的一体化马达及一体化散热系统中，藉由框架组件以及散热组件，让流体热交换管路同时通过马达本体以及马达驱动器，并将马达热交换管路制作在其中一个框架上，因而可达到能够加速散热兼顾容易组装。

另外，在一些实施态样中，框架组件的内表面与马达本体组装、框架组件的外表面或较靠外侧的部分与马达驱动器组装，框架组件还有散热鳍片，因而能加速散热。相较以往一体化马达装置，马达本体与马达驱动器之间设有框架组件，并非直接利用螺丝固接或滑轨连接方式将马达驱动器固定在马达本体上端，因而可降低马达本体的震动传导到马达驱动器。马达本体跟马达驱动器之间还可设有减震材质来减轻马达本体产生的震动传递到马达驱动器。

另外，在一些实施态样中，框架可以是外挂的套筒，组装时只要将套筒套入马达本体，再锁固马达本体以及套筒即可，组装简单并能提高散热效果。马达驱动器的外壳跟上述的套筒还可以一体成型，这样更可加快组装速度。另外，利用外挂风扇，可达到马达本体与马达驱动器机电一体化能同时快速散热的效果。

另外，在一些实施态样中，水冷散热系统是整合一体式，可以同时散逸马达本体以及马达驱动器的热，套筒式框架的底部可安装水冷排，并利用风扇吹走在水冷排的热，马达驱动器的热源可以接上水冷头来导热，强化散热效果。

另外，在一些实施态样中，热交换管路的管壁可以有微结构来增加散热面积，热交换管路的宽度可以配合温度做改变，套筒式框架最外围可以制作鳍片，整合水冷以及气冷，强化散热效果。

附图说明

图1A为一实施例的一体化马达的示意图。

图1B为图1A的一体化马达的前视图。

图2A为一实施例的一体化马达的示意图。

图2B为图2A的一体化马达的前视图。

图3A至图3D为马达热交换管路的变化态样的示意图。

图4A至图4C为第一框架及马达热交换管路的变化态样的示意图。

图5A至图5C为马达热交换管路的变化态样的示意图。

图5D为驱动气热交换管路的变化态样的示意图。

图6A与图6B为一体化马达的变化态样的示意图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种一体化马达及一体化散热系统，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。

请参考图1A与图1B所示，图1A为一实施例的一体化马达的示意图，图1B为图1A的一体化马达的前视图。一体化马达(Integrated motor drive，IMD)5包括一框架组件1、一马达本体2、一马达驱动器3以及一散热组件4。藉由框架组件1来整合马达本体2与马达驱动器3。马达驱动器3的设计可以完全配合所连接的马达本体2，因此能够充分发挥马达本体2的效能且大幅简化了传统上马达、感测组件、驱动器、与控制系统之间的配线。

马达本体2包括一马达外壳21以及一转轴22，转轴22从马达外壳21的一端露出并朝外延伸，转轴22可连接其他组件并带动其旋转。马达本体2的内部组件设置在马达外壳21内，内部组件例如是转子以及定子等，转轴22安装在转子上，转子带动转轴22旋转。

马达驱动器3具有一驱动器电路31，驱动器电路与马达本体2电性连接，以驱动马达本体2旋转。驱动器电路31例如是一变频器，其包括至少一晶体管32，晶体管32例如是功率晶体管。驱动器电路31可制做在一电路板，电路板安装在第二框架12。另外，依据马达本体2的形态，驱动器电路也可以是换流器或转换器等等。

另外，马达驱动器3可电性连接一外部控制系统，外部控制系统控制马达转速，例如外部控制系统输出一控制信号到马达驱动器3；另一方面，马达驱动器3也可有控制器，控制器输出一控制信号到马达驱动器3的变频器。控制信号控制马达驱动器3输出到马达本体2的电流、电压、或频率等，藉以控制马达的转速。控制信号例如是PWM信号或是数字信号，数字信号可带有指令。

框架组件1包括一第一框架11以及一第二框架12，马达本体组2装于第一框架11，马达驱动器3组装于第二框架12。散热组件4包括一马达热交换管路41、一驱动器热交换管路42以及一散热管路43。马达热交换管路41内嵌于第一框架11，在马达本体2的一侧部23与马达本体2热交换。驱动器热交换管路42内嵌于第二框架12，与马达驱动器3热交换。散热管路43位在马达本体2的一端部24，与马达热交换管路41及驱动器热交换管路42连通。

散热组件4还包括多个管路接头44以及一泵45。管路接头44分别连接马达热交换管路41、驱动器热交换管路42以及散热管路43。泵45驱使一流体在马达热交换管路41、驱动器热交换管路42以及散热管路43内流动。散热组件4是水冷式散热系统。在此实施例中，一水箱(图未绘示)可与泵45整合，或是与散热管路43整合。

举例来说，泵45驱使流体在A处流入马达热交换管路41，流体在马达热交换管路41流动时和马达本体2产生的热进行热交换以将这些热带走，然后，流体在B处从马达热交换管路41流出并接着流入至驱动器热交换管路42，流体在驱动器热交换管路42流动时和马达驱动器3产生的热进行热交换以将这些热带走，然后，流体从驱动器热交换管路42流出并接着流入至散热管路43，流体在马达热交换管路41以及驱动器热交换管路42吸收的热可在散热管路43散逸，藉此，可以同时散逸马达本体2以及马达驱动器3的热。散热管路43中的流体通过回流管路40在C处回到泵45，然后泵45再驱使流体在A处流入马达热交换管路41，并如前述进行循环。流体通过回流管路40时也和马达本体2产生的热进行热交换以将这些热带走，然后也循前述循环路径流至散热管路43，流体在回流管路40吸收的热也可在散热管路43散逸。位在第一框架11内的全部管路可都具有热交换功能，藉以让流体吸收马达本体2产生的热，并到散热管路43散逸。

第一框架11可以是环状马达套筒，其套设固定于马达本体2上，并环绕马达本体2表面达到快速导热效果。第二框架12可作为马达驱动器3的外壳，与第一框架11(环状马达套筒)组合达到在驱动器组件快速导热的效果。在第一框架11之外可设置风扇，藉以达到快速散热效果。

散热组件4还包括一散热器46，散热器46在第二框架12中连通于驱动器热交换管路42，且对应马达驱动器3的至少一晶体管32设置。晶体管32例如是功率晶体管，其产生的热可传至散热器46，然后透过驱动器热交换管路42内的流体带走。举例来说，散热器46是水冷头，马达驱动器3的热源，例如是晶体管32，可以接上水冷头来导热，强化散热效果。散热组件4还包括多个散热鳍片47，散热鳍片47设置于第一框架11。马达本体2与马达驱动器3产生的热不仅可以透过流体带到散热管路43散逸，也可透过散热鳍片47散逸。藉此，可整合水冷以及气冷，强化散热效果。

一体化马达5还包括一减震组件6，减震组件6设置在第一框架11以及第二框架12之间，即位于马达本体2与马达驱动器3之间。可减少马达本体2的振动传递，避免马达驱动器3因振动而受损。

在本实施例中，框架组件1的内表面与马达本体2组装、框架组件1的第二框架12与马达驱动器3组装，第一框架11的外表面与第二框架12的下表面组装，框架组件1上还设有散热鳍片47，因而能加速散热。相较以往一体化马达装置，马达本体2与马达驱动器3之间设有框架组件1，并非直接利用螺丝固接或滑轨连接方式将马达驱动器3固定在马达本体2上端，因而可降低马达本体2的震动传导到马达驱动器3。马达本体2跟马达驱动器3之间还有减震组件6来减轻马达本体2产生的震动传递到马达驱动器3。

在本实施例中，第一框架11为一套筒，套设于马达本体2。马达热交换管路41与第一框架11可以一体成形，材质例如是金属。第一框架11可以是外挂的套筒，组装时只要将第一框架11套入马达本体2，再锁固马达本体2以及第一框架11即可，组装简单并能提高散热效果。

请参考图2A与图2B所示，图2A为一实施例的一体化马达的示意图，图2B为图2A的一体化马达的前视图。其中，与图1A及图1B中相同、类似或对应的组件以相同的参照符号标示。

在一体化马达5a中，散热组件4还包括一风扇48以及一冷却器49。风扇48位于马达本体2的端部24的外侧，风扇48的一出风口背对端部24。冷却器49位于马达本体2的端部24的外侧，散热管路43a通过冷却器49。冷却器49例如是水冷排。举例来说，风扇48可位于冷却器49以及端部24之间，也可以是冷却器49位于风扇48以及端部24之间。

举例来说，水冷式的散热组件4是整合一体式，可以同时散逸马达本体2以及马达驱动器3的热，第一框架11是套筒式，其底部可安装冷却器49，并利用风扇48吹走在冷却器49的热，强化散热效果。另外，风扇48是以轴流扇为例，风扇48也可以改为侧吸式或侧排式风扇。

请参考图3A至图3D所示，图3A至图3D为马达热交换管路的变化态样的示意图。为了方便说明，图3A至图3D显示马达热交换管路在第一框架中的位置，沿图3A至图3D的图面的纵轴是对应到图1A或图2A中以极坐标表示的圆周方向R，沿图3A至图3D的图面的横轴是沿图1A或图2A中第一框架11的轴向，图3A至图3D中的位置A、B、C是指图1A或图2A中的对应位置A、B、C。

在图3A至图3D中，回流管路40在C处连通泵45，在另一端连通散热管路43，以让流体从散热管路43经由回流管路40在C处回到泵45。

在图3A中，马达热交换管路41a为螺旋状，在马达热交换管路11a中，直线部分主要沿第一框架11a的轴向延伸，弯折部分则沿方向R分布。

在图3B中，马达热交换管路41b为螺旋状，在马达热交换管路11b中，直线部分主要沿方向R延伸，弯折部分则沿第一框架11b的轴向分布。

在图3C中，马达热交换管路41c包括连通的轴向水路411以及圆周水路412。轴向水路411沿第一框架11a的轴向延伸，圆周水路412沿方向R延伸。图3C是以轴向水路411为二条、圆周水路412为二条以上为例。

在图3D中，马达热交换管路41d包括连通的轴向水路413以及圆周水路414。轴向水路413沿第一框架11d的轴向延伸，圆周水路414沿方向R延伸。图3D是以轴向水路413为二条以上、圆周水路414为二条为例。

另外，马达热交换管路的宽度可以为渐变，例如在图3C中，轴向水路411的宽度由下往上渐窄。在其他图中的马达热交换管路的宽度也可以渐变。

另外，马达热交换管路在第一框架的不同区域配置的密度可以不同。例如在图3D中，较靠A处或C处配置较多的轴向水路413，较靠B处配置较少的轴向水路413。在其他图中的马达热交换管路的配置的密度可以不同。

请参考图4A至图4C所示，图4A至图4C为马达热交换管路的变化态样的示意图。在图4A至图4C中，套筒式的第一框架11e、11f、11g最外围可以制作散热鳍片47，因而可整合水冷以及气冷，强化散热效果。另外，马达热交换管路41e、41f、41g仅设置在没有散热鳍片47处。

在图4A中，马达热交换管路41e为螺旋状，在马达热交换管路41e中，直线部分主要沿第一框架11e的轴向延伸，弯折部分则沿圆周分布。

在图4B中，马达热交换管路41f包括连通的轴向水路以及圆周水路。轴向水路沿第一框架41f的轴向延伸，圆周水路沿圆周方向延伸。

在图4C中，马达热交换管路41g为螺旋状，在马达热交换管路41g中，直线部分主要沿圆周方向延伸，弯折部分则沿第一框架41g的轴向分布。

在图4A至图4C中，马达热交换管路的宽度可以为渐变，马达热交换管路在第一框架的不同区域配置的密度可以不同。

请参考图5A至图5C所示，图5A至图5C为马达热交换管路的变化态样的示意图。

在图5A中，第一框架11h有多个开口连接马达热交换管路41h，这些马达热交换管路41h可以平行或彼此连通。

在图5B中，马达热交换管路41i还包括多个热交换微结构415，热交换微结构415设置于马达热交换管路41i内，管壁上的微结构415可以增加流体和马达热交换管路41i的热接触面积，热交换总量也因而增加，单位时间内流体流经马达热交换管路41i时可在此带走更多的热，因而强化散热效果。

在图5C中，马达热交换管路41j、41k的宽度可以配合温度做改变，例如在马达温度容易较高的区域配置较宽的马达热交换管路41j，马达温度没那么高的区域配置较窄的马达热交换管路41k。

请参考图5D所示，图5D为驱动器热交换管路的变化态样的示意图。在图5D中，第二框架12a具有一凸起121，凸起121形成为散热器46。凸起121内部有至少一微流道421与驱动器热交换管路42a连接相通，例如微流道421的下侧是连接驱动器热交换管路42a的上侧，微流道421的上侧连接凸起121的内侧，凸起121的外侧可接触热源，热源例如是晶体管。

请参考图6A与图6B所示，图6A与图6B为一体化马达的变化态样的示意图。其中，与图1A、图1B、图2A、及图2B中相同、类似或对应的组件以相同的参照符号标示。

在图6A的一体化马达5m中，马达热交换管路41m、驱动器热交换管路42m、第一框架11m、与第二框架12m一体成形，材质例如是金属。藉此，更可加快组装速度。另外，利用外挂风扇48可达到马达本体2与马达驱动器3机电一体化能同时快速散热的效果。在一体成形的第一框架11m与第二框架12m间，仍可留有预留空间，减震组件6可设置在预留空间。预留空间可在第一框架11m与第二框架12m的一侧有开口，减震组件6可从开口放置进入预留空间内。另外，散热管路43m通过冷却器49，回流管路40m也可和马达热交换管路41m、驱动器热交换管路42m、第一框架11m、与第二框架12m一体成形，材质例如是金属。

在图6B的一体化马达5n中，第一框架11n包覆马达本体2的侧部23与端部24，散热管路43n内嵌于第一框架11n。马达热交换管路41n、驱动器热交换管路42n、散热管路43n、第一框架11n、与第二框架12n一体成形，风扇48则设置在第一框架11n的外侧。另外，第一框架11n的外侧也可以不设有风扇48。另外，图6B中，第一框架11n与第二框架12n间没有设置减震组件6，但第一框架11n与第二框架12n间还是可以设置减震组件6，例如依照图6A的方式将减震组件6设置在一体成形的第一框架11n与第二框架12n间的预留空间。另外，散热管路43n通过冷却器49，回流管路40n也可和马达热交换管路41n、驱动器热交换管路42n、散热管路43n、第一框架11n、与第二框架12n一体成形，材质例如是金属。

综上所述，本发明的一体化马达及一体化散热系统中，藉由框架组件以及散热组件，让流体热交换管路同时通过马达本体以及马达驱动器，并将马达热交换管路制作在其中一个框架上，因而可达到能够加速散热兼顾容易组装。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。

Claims (18)

1.一种一体化马达，包括：

一框架组件，包括一第一框架以及一第二框架；

一马达本体，组装于所述第一框架；

一马达驱动器，组装于所述第二框架，以及

一散热组件，包括：

一马达热交换管路，内嵌于所述第一框架，在所述马达本体的一侧部与所述马达本体热交换；

一驱动器热交换管路，内嵌于所述第二框架，与所述马达驱动器热交换；以及

一散热管路，位在所述马达本体的一端部，与所述马达热交换管路及所述驱动器热交换管路连通。

2.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述散热组件还包括：

一散热器，在所述第二框架中连通于所述驱动器热交换管路，且对应所述马达驱动器的至少一晶体管设置。

3.如权利要求第2项所述的一体化马达，其中所述散热组件还包括：

一冷却器，位于所述马达本体的所述端部，所述散热管路通过所述冷却器；

多个管路接头，分别连接所述马达热交换管路、所述驱动器热交换管路以及所述散热管路；以及

一泵，驱使一流体在所述马达热交换管路、所述驱动器热交换管路以及所述散热管路内流动。

4.如权利要求第2项所述的一体化马达，其中所述散热组件还包括：

多个管路接头，分别连接所述马达热交换管路、所述驱动器热交换管路以及所述散热管路，以及

一泵，驱使一流体在所述马达热交换管路、所述驱动器热交换管路以及所述散热管路内流动，

其中所述第一框架包覆所述马达本体的所述侧部与所述端部，所述散热管路内嵌于所述第一框架。

5.如权利要求第2项所述的一体化马达，其中所述第二框架具有一凸起，所述凸起形成为所述散热器。

6.如权利要求第5项所述的一体化马达，其中所述凸起内部有至少一微流道。

7.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述散热组件还包括：

一风扇，位于所述马达本体的所述端部的外侧，所述风扇的一出风口背对所述端部。

8.如权利要求第1项所述的一体化马达，还包括：

一减震组件，设置在所述第一框架以及所述第二框架之间。

9.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述散热组件还包括：

多个散热鳍片，设置于所述第一框架。

10.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路还包括：

多个热交换微结构，设置于所述马达热交换管路内。

11.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路的宽度为渐变。

12.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路为螺旋状。

13.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路包括连通的轴向水路以及圆周水路。

14.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述第一框架为一套筒，套设于所述马达本体。

15.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路在所述第一框架的不同区域配置的密度不同。

16.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路与所述第一框架一体成形。

17.如权利要求第1项所述的一体化马达，其中所述马达热交换管路、所述驱动器热交换管路、所述第一框架、与所述第二框架一体成形。

18.一种一体化散热系统，用于一马达本体以及一马达驱动器，包括：

一框架组件，包括一第一框架以及一第二框架，其中所述马达本体组装于所述第一框架，所述马达驱动器组装于所述第二框架；以及

一散热组件，包括：

一马达热交换管路，内嵌于所述第一框架，在所述马达本体的一侧部与所述马达本体热交换；

一驱动器热交换管路，内嵌于所述第二框架，与所述马达驱动器热交换；以及

一散热管路，位在所述马达本体的一端部，与所述马达热交换管路及所述驱动器热交换管路连通。

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