CN2415536Y

CN2415536Y - 一种具有散热机构功能的马达

Info

Publication number: CN2415536Y
Application number: CN 00231455
Authority: CN
Inventors: 萧舜兴
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2001-01-17
Anticipated expiration: 2010-03-22

Abstract

一种具有散热机构功能的马达,采用一种高热传导致能的导热管,利用其体积小且不需要冷媒,且具有可以弯曲及任意连接的特性,将散热管平均分布于线圈周围或是矽钢片的齿隙当中以得到较佳散热效率;导热管的另一端有两种设计,其一为金属制散热板,第二种为冷媒回流的金属板;散热板在马达运行时可将热量散失于空气中,冷媒回流的金属板则将热量改由冷媒回流带走。

Description

一种具有散热机构功能的马达

本实用新型是关于一种马达的散热装置，特别是关于一种具有散热机构功能的马达。

马达主要包含定子及动子两项元件，其中的定子具有磁场或是提供变动磁阻磁通路；动子一般由铁心及线圈或是单由线圈所构成。铁心是以多片矽钢片整齐排列而成，其作用主要为提供磁场通路及紧密磁场强度；而线圈则由导电性佳但导磁性差的导线缠绕而成，线圈在电流流经后产生所需要的磁场强度，提供马达作动的动力源。含有铁心的动子，在铁心制作完成后，需以导线绕制而成的线圈嵌入铁心的每一齿中，或直接将导线环绕在铁心上，再以绝缘物质(如环氧树脂)填充包覆整个铁心或线圈。当线圈通电后，电流所产生的电磁场与定子产生引力或斥力的交互作用，由于电流方向不断改变使磁场方向改变，并驱动动子产生连续的运动。

由于电磁的交互作用所产生的能量，有相当部份转换为热能，而线圈的电阻又随着温度的升高而增加，在此恶性循环之下将使温度进一步升高；因此会造成马达的效率下降，且马达的最大推力亦会因此受到限制。为避免此种不良的循环产生，必须在动子或定子上加入散热机构以带走电流产生的热量。然而，环氧树脂的热传导效率极低，而环氧树脂填充包覆整个铁心及线圈，因此使线圈产生的热量更不易逸散至外界。

马达依运动的方式可盖分为旋转马达及线性马达。旋转马达可以在转子上加设风扇叶片以散热，及在矽钢片上加上通风洞，以使马达旋转时，风可以通过马达的动子并带走热量；不幸地，线性马达本身因为动子本身并不旋转无法利用此方式达到散热的效果，因此必须设计额外的机构以达到散热的效果，因此线性马达在散热的问题明显地又比旋转马达更严重。

习知的线性马达的散热方法如图6所示，是利用冷媒管散热板作为散热的设计。在此设计中，线性马达的动子25包含具有冷媒回流的散热板18，铁心19及线圈20，线圈20环绕在铁心19上，而散热板18则贴于铁心19的上方，或是贴于铁心19的前后端或两侧，利用散热板18中冷媒的热交换带走热量。此方式的缺点为只能带走马达动子25最上层或是两侧的热量，对于铁心19中央及线圈20所产生的热量散热效果不佳。

其他改良设计如图7(美国专利4839545号)所示，动子26中包含制作成不同的形状的矽钢片21，以便将具有冷媒回流的冷却管，埋入于矽钢片21的上方的弯曲型槽22中，但此设计不但需要开发多组昂贵的模具且制作上较困难，而将冷媒管埋入也会使马达动子26的体积加大许多，尤为甚者，冷媒一般对金属具有腐蚀性，如果冷媒不慎渗漏，尚会造成马达的线路腐蚀破坏。

另一习知的线性马达散热设计为油浸式的动子(如美国专利5751077号)，此设计利用类似油浸式变压器的原理，将不易导电及导磁的液体灌入动子外壳中，此方式的缺点为必需要设计一个能够防漏的动子外壳，增加制造上的困难度及成本，且动子的重量增加及需额外的机构来驱使动子内的液体可以回流到动子外以便进行热交换，且冷媒不慎渗漏造成马达的线路腐蚀破坏的风险仍然存在。

图8(美国专利5703418号)是另一种习知做法，线性马达27包含定子28及动子29，其方法为利用加压空气23吹于动子29的表面，此做法的缺点为热源被环氧树脂或是其他动子的包覆物24所阻隔，散热效率不佳，而且须要额外的空气压缩机及空压元件。

本实用新型的目的即在于提供一种具有散热机构功能的马达，其可解决前述习知技术中制造不易、体积及重量大、冷媒有渗漏于马达内及散热效率不佳而浪费能源等缺点，将动子或定子产生的热量以最有效的方式导出，并与外界作高效率的热交换，达到散热的目的。

本实用新型是使用导热管及散热胶来取代进入矽钢片或是线圈中的冷媒回流管，导热管由于体积小，且不含磁性材料，又没有冷媒管有渗漏及腐蚀的问题，故可以深深埋入环氧树脂中，而贴近马达的矽钢片或是线圈，因此有导热效率高及主动散热且效果均匀等三重优点。而所使用的导热管其体积小、重量轻且导热效果显著，可以缩小散热机构的体积及重量。

导热管的工作原理是将热导性佳的金属管内部抽至接近真空，然后再填入少许的特殊液体(例如甲烷或丙酮等低沸点的物质)及毛细组织，当热作用于导热管时，液体开始蒸发并造成管内的压力变化。此一压力变化使蒸气以极快的速度由高温区流向低温区，当蒸气接触低温区的金属管壁时，热能传导至相对较低温的金属壁上，由于蒸气的热能释放，蒸气再次回覆为液态，然后藉由重力或是其中毛细组织的毛细作用回流至高温区，藉此作用导热管可以达到高速及高效率的热传导。当马达运行时，因铜线铜损或是矽钢片铁损所产生的热量可透过此导热管散热。由于此导热管体积小，无渗漏及腐蚀的风险，可设置在动子的齿隙中或是线圈旁，故导热管可将热量主动且直接地导引至环氧树脂及马达外壳之外。

为增进导热管将热能传导至外部的效果，可设置金属制散热板于马达动子的外侧，而导热管和金属制散热板接触，以帮助导热管的热量散发至空气中。当马达运行时金属制散热板可将热量散失于空气中，而无须提供额外的能源来做强制冷却。为增进散热板的散热效果，散热板可制成鳍片状，以增加和空气的接触面积。

另外，当使用在大马力马达时，由于马达的发热量较大，且金属制散热板是位于铁心及线圈之外，因此不会有冷媒渗漏于马达当中造成马达短路的危险。为帮助散热板上的热量传至外部，可在和导热管接触的散热板中加装冷媒回流回路，以增加散热的效果。

为增加导热管与接触物间的热传导致果，在导热管和接触物间可加导热胶，以减低热阻，帮助导热管与接触物间的热传导致果。

此外，此散热技术亦可以运用于旋转式马达的线圈及矽钢片的散热机构。

本实用新型一种具有散热机构功能的马达，至少包含：具有磁场或是提供变动磁阻磁通路的定子；动子，动子至少包含一线圈及一导热管及绝缘材料；前述的线圈由导电性佳的金属构成，通电后提供马达一电磁场；前述的绝缘材料为导电性不佳的材料，包覆于线圈的外侧；前述的导热管由导热性佳的材料构成，呈中空密封状；在室温下，前述的导热管内部的气压低于0．5大气压，且内部包含有毛细组织及易蒸发的液体；前述的导热管的一部份设置于前述绝缘材料包覆范围的内部，且一部份设置于前述绝缘材料包覆范围的外部。

为进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请详细参考以下有关本实用新型的较佳实施例与附图，然而所附较佳实施例与图示仅供参考与说明，而并非用来对本实用新型做任何限制。而任何运用或参考本实用新型所述及的技术范围或精神所达成的技术，功能，型式与运动机构的改善，修正，皆在本实用新型专利申请范围之内。

图1(a)为本实用新型的一实施例的立体剖视图；

图1(b)为图1(a)的侧视图；

图1(c)为图1(a)的俯视图；

图1(d)为图1(a)的正视图；

图2为本实用新型运用于另一种无铁心式线性伺服马达的实施例；

图3为图2的侧视剖视图；

图4为本实用新型运用于一般线性步进马达的实施例；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为习知的线性马达的散热方法；

图7为美国专利4839545号的线性马达的散热方法；

图8为美国专利5703418号的线性马达的散热方法。

请参阅图1为本实用新型的一实施例，其中(a)为铁心式线性伺服马达的动子的立体剖视图，(b)、(c)及(d)则分别为其侧视图、俯视图及正视图。线性马达的动子包含铁心及线圈，铁心由一叠矽钢片1堆叠而成，线圈6环绕在铁心上，高热传导效率导热管2分布于矽钢片1上的齿隙3中。由于导热管2与矽钢片1间的间隙，会增加导热管2与矽钢片1间的热阻，而降低热量的导出效果，因此在导热管2与矽钢片1间填充导热胶4以降低间隙所增加的热阻，另一方面亦可增加导热管2的固定性。

以往铁心式线性伺服马达的电流流经线圈6时，由于环氧树脂7的热传导性极差，却又包覆在线圈6的外围，造成线圈6所产生的热量不易逸散至外界。本实用新型的导热管2的一端插入在环氧树脂7的内部，而另一端则延伸至环氧树脂7的外部，以提供一个管道或通路以将环氧树脂7内部的热量导出至环氧树脂7的外部。为增进导热管2和环氧树脂7的外部环境间的热传导，将导热管2的一端嵌埋于金属制散热板5中，以帮助散热，散热板5设计成鳍片状以增加散热效果；为增加导热管7和金属制散热板5间的导热性，可用导热胶4填充于导热管2与金属制散热板5的缝隙中，以降低热阻及固定导热管。为加强金属制散热板5的散热效果，可装置冷媒回流于金属制散热板5中，以增进金属制散热板5与外界的热量交换效果。

图2为本实用新型运用于另一种无铁心式线性伺服马达的实施例，图3为图2的侧视剖视图。此型式的线性马达其热量来源完全源自于动子10里的线圈9的电流产生的电磁场与固定于定子12上的永久磁铁11的交互作用。实施例中的定子12分为上下两层，动子10则保持于定子12之间而可延导引机构运动，动子10保持于两层定子12之间且与定子12保持一定空隙17。在动子10的外围包覆一层热导性不佳的环氧树脂8，由于环氧树脂8的阻隔，而造成动子10的热量完全被包覆于其中而难以散失。本实用新型在动子10中设置导热管13，导热管13的一端嵌埋于环氧树脂8内部以便靠近发热源的线圈9，而另一端则延伸至环氧树脂8的外侧，以便将线圈9的热量导出至环氧树脂8的外部；金属制散热板14则用以帮助散热。如此便可在环氧树脂8中造出一热流通路而将线圈9的热量直接带出至外界。此种方式比习知从外部以空气来冷却无铁心式线性伺服马达的动子的方式，来得更为直接且有效率。

图4为将本实用新型运用于一般线性步进马达的实施例，图5则为图4的B-B剖视图。线性马达的动子30包含数电磁铁模组31，电磁铁模组31包含导热管15、矽钢片16和线圈32，线圈32绕在矽钢片16上，而导热管15则和矽钢片16相接触，以便于将矽钢片16及线圈32的热量传至动子30的外部。此设计的制作方式为制作电磁铁模组31时，先将导热管15嵌入电磁铁模组31中，以便导热菅15可接触或邻近矽钢片16，并以导热胶将导热管15与矽钢片16加以固定结合，以增加导热管15固定效果及导热性。为增加导热管15和矽钢片16间的热传效果，导热管15亦可被包覆于矽钢片16中，唯此时矽钢片16需要配合导热管15的外形制作，而增加制作的成本。

Claims

1．一种具有散热机构功能的马达，其特征在于，至少包含：

具有磁场或是提供变动磁阻磁通路的定子；

动子，动子至少包含一线圈及一导热管及绝缘材料；前述的线圈由导电性佳的金属构成，通电后提供马达一电磁场；

前述的绝缘材料为导电性不佳的材料，包覆于线圈的外侧；

前述的导热管由导热性佳的材料构成，呈中空密封状；在室温下，前述的导热管内部的气压低于0．5大气压，且内部包含有毛细组织及易蒸发的液体；

前述的导热管的一部份设置于前述绝缘材料包覆范围的内部，且一部份设置于前述绝缘材料包覆范围的外部。

2．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，其动子中包含提供磁场通路及紧密磁场强度的矽钢片。

3．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，于导热管旁填充导热胶，前述的导热胶为导热性佳的物质。

4．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，前述的导热管与一金属制散热板接触。

5．根据权利要求4所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，其金属制散热板设计成鳍片状。

6．根据权利要求4所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，其金属制散热板和具有冷媒回流的散热管接触。

7．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，该马达为铁心式线性伺服马达。

8．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，该马达为铁心式线性步进马达。

9．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，该马达为无铁心式线性伺服马达。

10．根据权利要求1所述具有散热机构功能的马达，其特征在于，该马达为旋转马达。