TWI455460B - 具有氣水冷卻功能之電機 - Google Patents

Description

具有氣水冷卻功能之電機

本發明係有關於一種具有氣水冷卻功能之電機，尤指一種具有一獨特具輸送流體功能之的轉子機構，能配合電機之各種不同負載情況，提供最恰當的冷卻所需功，一方面需能滿足充分冷卻電機定子組與轉子之要求，一方面能提高冷卻系統本身消耗能量之使用效率，節約不必要的功率消耗之具有氣水冷卻功能之電機。

由於稀土材料科學的進步，以很小體積的永久磁鐵就能產生很大的磁場作用，使得電機的開發越來越朝向高功率密度的方向發展，也就是說單位體積與重量下其產生之功率越來越大，此時使用線圈產生的電磁場也相對要提高功率，亦即經過線圈的電流或電壓提高，雖然一般線圈的繞線使用低電阻之良導電材料如銅線材料，但是仍然有很小的電阻抗，此微小的電阻抗在大電流之作用下仍然會產生功率損耗是為銅損，而且此銅損會以熱能的形態散發出現。

一般線圈是裝設於定子上，定子受到電磁場作用會產生渦電流，此渦電流在電阻抗相對高的鐵材料中會產生功率損耗是為鐵損，此鐵損也以熱的形態散發，雖然一般定子會以矽鋼片材料製作，以最好的引導電磁場又能降低其渦電流之作用，但是在電流快速變化方向或電流頻率很高又是大能量的電磁場變化的情況下，此鐵損會產生相當份 量的熱能量，此一熱量會累加於銅損之熱量上，更加強線圈本身的溫度過熱現象。

此銅損與鐵損產生之熱量如果不能快速傳導出去，將會累積讓線圈的溫度越來越高，對線圈的漆包線形成熱衝擊，高溫不僅會加速線圈導線之間的電絕緣漆老化劣化，如果溫度超過電絕緣漆能承受之溫度，一般為130~160℃左右，電絕緣漆將被打穿，造成線圈短路燒燬並失效，因此高功率電機需要特別要求加強定子組的散熱能力；一般是以良導熱材料如鋁材製造定子座，並以冷卻水強制流經定子座內部之水道，利用冷卻水帶走定子座的熱。

一般永久磁鐵係裝設於轉子上，並以矽鋼片包含住永久磁鐵，此矽鋼片之目的為能最好的引導磁場之磁通量，同時避免電磁場在導電體上產生渦電流，但是在大功率電機之中，因電流快速變化方向或電流頻率很高又是大能量的電磁場變化的情況下，此鐵損也會產生相當份量的熱能量，此熱量很難傳遞到定子座上再傳遞到外界，因此會累積於轉子上，當轉子之溫度過高時，會造成永久磁鐵過熱退磁之傷害，其承受高溫之能力隨永久磁鐵之材料而異，一般材料之永久磁鐵能承受溫度約80℃左右，若使用特殊材料之永久磁鐵能承受溫度到120~150℃左右；由於轉子是旋轉運動件，其熱量之散發很難以水冷方式為之，故一般以氣冷方式冷卻轉子，將冷氣風扇裝置於轉子軸心之一端，將溫度低的空氣由轉子之一端經由轉子本身之孔隙及定子與轉子之間的間隙，吹過轉子並排放出電機外界，將轉子之熱量經由空氣帶走。

以上習知技藝對於高功率電機的散熱方式是，以強制水冷經過定子座內之水道，及以強制氣冷經過轉子之氣隙，兩者同時實施，以保證電機工作溫度不會過高。

在此一習知技藝之下，不論是水冷系統或氣冷系統都需要消耗功率，來完成強制冷卻之功效；由於電機的熱損耗最大時其能量可能達到電機總能量的5%~15%，由於冷卻系統需保證在最惡劣的狀況時，電機不會有溫度過高而損壞的情形發生，也就是說冷卻系統需要帶走至少15%的熱量，對於高功率的電機其熱損值高，無法以自然冷卻的方法降低溫度到預定值，需要使用強制冷卻方式，也就是說需要以風扇或水泵帶走熱量，此時冷卻系統本身也會耗損大量的功率以維持本身的運作，此一冷卻所需要的功率通常會佔據至少5%電機之總功率，尤其是高功率電機本身工作之總能量非常大，其冷卻系統所消耗之能量所佔百分比雖然不高，但是數值仍然是非常大。

當電機在低功率工作時，如果此一冷卻系統本身消耗的功率沒有隨著工作狀況下降，則其冷卻所佔用的功率與電機之功率比就會大幅提高，成為一種長時期的能量浪費；因此如何最有效益的讓電機維持適當的工作溫度，成為高功率電機的一項技術題目。

就習知專利而言，例如，美國專利US 6514052B2、US 6515383及中華民國專利TW M350612，均為強制氣冷之電機，其冷卻風扇為同軸裝設於轉子軸上與轉子同步旋轉，此種冷卻系統於該電機高負載但低轉速時不能提供足夠的冷卻能力，在該電機低負載但高轉速時卻又提供太大的冷 卻能力。

其次，例如美國專利US 7768166，其為強制水冷外轉子電機，並另以電動馬達帶動風扇吹動空氣進出電機內部達到冷卻功能者。

其次，例如美國專利US 7948125，其係為液冷式電機，另以泵讓冷卻液進出電機之定子座內部水道與轉子內部液道，達到液冷功效。

其次，例如中華民國專利TW I336749，其係為定子座內部之轉子兼作為液體泵，其定子座內部流動之液體同時冷卻轉子與定子座。

其次，例如中華民國專利TW M399544，其係為全浸泡油冷式電機，將電機內部充滿冷卻用油液，並另以泵讓冷卻油液進出電機內部循環，並以馬達帶動風扇冷卻熱交換器之降低冷卻油之溫度。

上述習知專利分別為水冷式、氣冷式及油冷式，上述習知專利並無法配合各種不同負載情況而提供最恰當的冷卻所需功，即使於不必要冷卻的工作情況，如環境溫度很低或該電機工作於高速低負載時，也無法調整冷卻用電控馬達之轉速或完全關閉該冷卻用電控馬達，形成不必要的功率消耗。

此外，例如，中華民國專利TW I303513、TW 449643、TW 20119193，雖然都揭露於電機同時設置有水冷及氣冷雙重冷卻系統之技術手段，但是其水冷及氣冷冷卻系統都是同步進行，並無法配合各種不同負載情況而提供最恰當的冷卻所需功，當不必要冷卻的工作情況，如環境溫度很低 或該電機工作於高速低負載時，也無法調整冷卻用電控馬達之轉速或完全關閉該冷卻用電控馬達，形成不必要的功率消耗。

有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種具有氣水冷卻功能之電機，能配合電機之各種不同負載情況，提供最恰當的冷卻所需功，一方面需能滿足充分冷卻電機定子組與轉子之要求，一方面能提高冷卻系統本身消耗能量之使用效率，節約不必要的功率消耗。

為達到上述目的，本發明提出一種具有氣水冷卻功能之電機，包含：一殼體，其具有一內部空間以及至少一散熱水道，該散熱水道係連接一水冷卻器，該殼體之該內部空間係連接一氣冷卻器；一輸出軸，穿設於該殼體之該內部空間；一轉子單元，設置於該殼體之該內部空間，該轉子單元包括：一扇葉裝置，套設於該輸出軸外；一第一軸套以及一第二軸套，係套設於該輸出軸外，且該葉扇裝置夾設於該第一軸套與該第二軸套間，該第一軸套與該第二軸套分別設有至少一通孔；一板體，套設於該輸出軸外，該板體設置於該第一軸套相對於設有該扇葉裝置之一面，該板體可平行於該輸出 軸之軸向於一關閉位置以與一開放位置間移動，該板體與該輸出軸間具有一間距；一轉子鐵心以及一磁鐵，該轉子鐵心套設於該扇葉裝置、該第一軸套、該第二軸套與該板體外，該磁鐵嵌設於該轉子鐵心內；一第一押板以及一第二押板，套設於該輸出軸外，該葉扇裝置、該第一軸套、該第二軸套、該板體、該轉子鐵心與該磁鐵夾設於該第一押板與該第二押板間，該第一押板與該第二押板中心與該輸出軸間分別具有一間距；複數個彈性件，設置於該板體與該第一押板間；複數個調溫器，設置於該板體與該第一軸套間，該複數調溫器係用以感測該殼體內之溫度，每一該調溫器可平行於該輸出軸之軸向於一第一位置與一第二位置間移動，當該調溫器感測該殼體內之溫度低於一預設溫度時，該調溫器係位於該第一位置且該板體係位於該關閉位置，該板體係覆蓋於該第一軸套之通孔，該第一軸套之通孔呈封閉狀態，當該調溫器感測該殼體內之溫度到達該預設溫度時，該調溫器係位於該第二位置且該調溫器驅動該板體移動至該開放位置，該第一軸套之通孔呈開放狀態，且該進氣口、該第一押板與該輸出軸間之間距、該板體與該輸出軸間之間距、該第一軸套之通孔、該扇葉裝置、該第二軸套之通孔、該第二押板與該輸出軸間之間距以及該出氣口形成一相連通之通路，且該通路與該氣冷卻器連通；以及 一定子單元，設置於該殼體之該內部空間，且該定子單元係套設於該轉子單元外。

為使 貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利 貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第一圖至第三圖所示，本發明所提供之具有氣水冷卻功能之電機，其主要包括一殼體1、一輸出軸4、一轉子單元5以及一定子單元7。殼體1具有一外側面11以及一內側面12，內側面12圍設形成一內部空間13，於外側面11與內側面12之間形成至少一散熱水道(圖中未示出)，殼體1具有一進水口14以及一出水口15，進水口14與出水口15係與散熱水道相連通，且進水口14與出水口15係連接一水冷卻器2，水冷卻器2具有一水冷卻器風扇馬達M2，水冷卻器2引進外部空氣air作為冷卻水冷卻器2之用。此外，於殼體1設有一進氣口16以及一出氣口17，進氣口16與出氣口17係與殼體1之內部空間13相連通，且進氣口16與出氣口17係連接一氣冷卻器3，氣冷卻器3具有一氣冷卻器風扇馬達M3，氣冷卻器3引進外部空氣air作為冷卻氣冷卻器3之用，氣冷卻器3所採用之氣冷介質 可為乾燥空氣或為絕緣流體。輸出軸4係穿設於殼體1之內部空間13，於輸出軸4與殼體1之間設有前軸承41及後軸承42支撐。定子單元7設置於殼體1之內部空間13，且定子單元7係套設於轉子單元5外，定子單元7包括一定子鐵心71，定子鐵心71係以矽鋼片堆疊而成，於定子鐵心71具有齒槽用以提供設置繞線72，繞線72係提供通以電流產生磁場，以推動轉子單元5旋轉。

轉子單元5係設置於殼體1之內部空間13且套設於輸出軸4外，轉子單元5包括一扇葉裝置51、一第一軸套52、一第二軸套53、一板體54、一轉子鐵心55、一磁鐵56、一第一押板57、一第二押板58、複數個彈性件59以及複數個調溫器60。

扇葉裝置51、第一軸套52、第二軸套53係固定套設於輸出軸4外。扇葉裝置51包括一扇葉511以及一外套管512，扇葉511係固定套設於輸出軸4外，外套管512係套設於扇葉511外，葉扇裝置51係夾設於第一軸套52與第二軸套53間，於第一軸套52與第二軸套53分別設有至少一通孔521、531，通孔521、531之形式沒有限定，本實施例之通孔521、531呈弧形，除此之外，亦可依所需設計呈現其他形狀，原則在於與輸出軸4之軸向大致平行且貫穿第一軸套52與第二軸套53。板體54係設置於第一軸套52相對於設有扇葉裝置51之一面，板體54中心與輸出軸4間具有一間距D1，使板體54係樞接套設於輸出軸4外，於本實施例中，於第一押板57朝向板體54之一面設有一凸緣571，凸緣571抵靠於第一軸套52，板體54係位於凸 緣571所圍設形成之空間內。板體54可平行於輸出軸4之軸向於一關閉位置與一開放位置間移動，第一圖所示板體54係位於關閉位置，此時板體54係覆蓋於第一軸套52之通孔521，上述間距D1之尺寸形狀沒有限定，其設計原則在於可使板體54順利移動於關閉位置與開放位置間，且當板體54位於關閉位置時，板體54可完全覆蓋第一軸套52之通孔521。

轉子鐵心55係以矽鋼片堆疊而成，轉子鐵心55套設於扇葉裝置51、第一軸套52、第二軸套53與板體54外，於轉子鐵心55四周設有置入槽(圖中未示出)以提供置入磁鐵56；第一押板57與第二押板58係套設於輸出軸4外，於第一押板57與第二押板58中心與輸出軸4間具有一間距D2、D3，間距D2、D3之尺寸形狀沒有限定，視實際所需而設計。

彈性件59係設置於板體54與第一押板57間，於第一押板57具有凹槽573，彈性件59係設置於凹槽573內，且彈性件59抵靠於板體54與第一押板57。調溫器60係設置於板體54與第一軸套52間，於第一軸套52具有凹槽522，調溫器60係設置於凹槽522內。本發明之彈性件59與調溫器60之數量以及所設置之位置沒有限定，但以數量相同設置複數個且位置相對應設置為佳，例如，可設置四個彈性件59與四個調溫器60，而第一押板57與第一軸套52則分別設置四個凹槽573、522，且四個凹槽573、522係以輸出軸之軸心為中心，環繞且等角(九十度)設置，且凹槽573、522之位置相互對應，第一押板57之每一凹槽 573設有一彈性件59，第一軸套52每一凹槽522設有一調溫器60，如此，可使四個彈性件59與調溫器60相互對應設置於板體54之相對二面。

調溫器60係用以感測殼體1內之溫度，本發明所採用之調溫器60種類沒有限定，一般業者所採用之調溫器(或稱為節溫器，thermostat)種類包括摺盒式、蠟丸式以及雙金屬熱偶彈簧式。以摺合式調溫器而言，其係利用薄銅片摺盒搭配乙醚以及活門，當溫度變化時，乙醚體積產生變化，可推動活門開關。同理，蠟丸式以及雙金屬熱偶彈簧式都是利用溫度高低變化，使蠟丸或彈簧產生體積變化，進而驅動活門開關。本發明之調溫器60可依實際所需選擇採用的調溫器種類。當機殼1內之溫度產生變化時，調溫器60可平行於輸出軸4之軸向於一第一位置與一第二位置間移動，第一圖所示調溫器60係位於第一位置，換言之，當調溫器60位於第一位置時，板體54係位於關閉位置且板體54係覆蓋於第一軸套52之通孔521。而當調溫器60位於第二位置時(如第四圖所示)，板體54係位於開放位置。如前所述，本發明之彈性件59與調溫器60以數量相同設置複數個且位置相對應設置為佳，其作用在於可提供板體54相對二面平均作用力，使板體54平穩移動於關閉位置與開放位置之間。

此外，於第二軸套53與第二押板58之間設有螺絲帽及防鬆墊片組581固定結合於第一押板57與第二押板58設有複數組螺栓組572，將葉扇裝置51、第一軸套52、第二軸套53、板體54、轉子鐵心55、磁鐵56複數個彈性件 59以及複數個調溫器60確實定位於第一押板57與第二押板58之間。

請參閱第一圖及第二圖所示，當殼體1內之溫度低於一預設溫度時，調溫器60係內縮於第一軸套52之凹槽522內(亦即調溫器60位於第一位置)，彈性件59之彈力作用於板體54，可使板體54貼靠於第一軸套52，且板體54覆蓋於第一軸套52之通孔521(亦即板體54位於關閉位置)。由於殼體1內之溫度低於預設溫度，因此只有水冷卻器2作用，而氣冷卻器3並不啟動。於水冷卻器2與進水口14之間設有一電動冷卻水泵P21，電動冷卻水泵P21具有一冷卻水泵馬達M21，冷卻水經由電動冷卻水泵P21進入進水口14之後，可流入殼體1之散熱水道，再由出水口15流出，再流回水冷卻器2循環使用。由於定子單元7貼靠於機殼1，因此水冷卻器2主要係針對定子單元7進行冷卻。

請參閱第四圖及第五圖所示，當殼體1內之溫度到達所預設溫度時，表示殼體1內之溫度過高，此時，調溫器60會伸出第一軸套52之凹槽522(亦即調溫器60位於第二位置)，且調溫器60將板體54推送至開放位置，彈性件59則被壓縮於第一押板57之凹槽573內，第一軸套52之通孔521呈開放狀態。如第五圖所示，進氣口16、第一押板57與輸出軸4間之間距D2、板體54與輸出軸4間之間距D1、第一軸套52之通孔521、扇葉裝置51、第二軸套53之通孔531、第二押板58與輸出軸4間之間距D3以及出氣口17形成一相連通之通路，且該通路與氣冷卻器3連 通，此時氣冷卻器3被啟動，冷卻氣由進氣口16進入殼體1之後，可依序流經間距D2、間距D1、通孔521、扇葉裝置51、通孔531、間距D3，最後由出氣口17流出，再流回氣冷卻器3循環使用。於氣冷卻器3作動時，水冷卻器2也同時作動，因此可發揮水冷與氣冷雙重冷卻效果，水冷卻器2係針對定子單元7，而氣冷卻器3係針對轉子單元5，因此可確保定子單元7、轉子單元5都不致過熱，使整體電機獲得最佳的冷卻效果，可於最佳溫度下工作。當殼體1內之溫度下降至預設溫度時，調溫器60會再退回第一軸套52內，而板體54藉由彈性件59之推力，可再度封閉第一軸套52之通孔521，亦即第一圖、第二圖所示狀態。

請參閱第六圖所示，本實施例係第一圖實施例為基礎，本實施例之特點在於，水冷卻器2與氣冷卻器3電性連接一冷卻系統電子自動控制單元(Electric Control Unit-ECU)8，由冷卻系統電子自動控制單元8控制水冷卻器2與氣冷卻器3啟動及關閉，同時，於殼體1內設有一氣冷風扇9，氣冷風扇9具有一氣冷風扇馬達M1，氣冷風扇9係設置於靠近出氣口17之位置。藉由冷卻系統電子自動控制單元8、氣冷風扇9、水冷卻器2與氣冷卻器3之設置，可構成一智慧型氣水並用之冷卻系統，以最佳散熱效率達到電機組之最高額定功率。請參閱第七圖至第十圖所示二種控制系統及控制方法，以詳細說明本發明所提供之具有氣水冷卻功能之電機可透過冷卻系統電子自動控制單元8進行智慧型自動控制。

請參閱第七圖及第八圖所示設置有本發明之具有氣水 冷卻功能之電機之冷卻系統及控制方法之實施例一示意圖，該冷卻系統需控制三個冷卻用馬達之開關時機及轉速變化，以獲得最有效的能源使用效率，此三個馬達分別為氣冷風扇馬達M1、冷卻水泵馬達M21以及水冷卻器風扇馬達M2，必須說明的是，上述氣冷風扇馬達M1係設置於機殼1內，冷卻水泵馬達M21係設置於電動冷卻水泵P21，水冷卻器風扇馬達M2係設置於水冷卻器2。同時偵測四點溫度，包括電機內部空氣溫度T1、電機線圈溫度T2、電機冷卻水出水口溫度T3、環境大氣溫度T0；輸入溫度值用以提供控制器計算冷卻用馬達之開關時機，三個馬達之控制能分別操縱，此三個馬達皆分別可以為定轉速或可變轉速者，控制此三個馬達的策略方式有很多可能性，並且能以不同之控制策略產生不同的控制邏輯。

以第七圖所示以量測四點溫度點作控制策略的實施例說明其控制方法：環境大氣溫度T0為參考值，此參考點可視所實際情況而取消不用。

電機內部空氣溫度T1用以控制氣冷風扇馬達M1，主要用以帶走轉子的熱量，避免轉子上的永久磁鐵因為溫度過高而退磁，因此需設定一內部空氣最高溫度參考值C1之設定，此一溫度參考值隨著永久磁鐵及其可能使用的黏著膠之耐熱能力而改變，也會隨著量測點作變更，設定參考值C1用以作最佳而有效的保護永久磁鐵，由於轉子是旋轉運動件，不易量測即時溫度，因此以轉子周圍的空氣反應轉子的溫度，並以冷卻空氣之輸出端之空氣溫度代替轉子 的溫度為最佳；控制上當電機內部空氣溫度T1值大於C1值之時，控制器會啟動氣冷風扇馬達M1，將大氣溫度吸入電機內部，用以冷卻電機之轉子，同時也會帶走電機定子之溫度，當電機內部空氣溫度T1越來越高，則氣冷風扇馬達M1其轉速能控制越來越快，以帶走更多之熱量。

電機線圈溫度T2係用以控制電機定子線圈之溫度，電機定子線圈也有一定子最高溫度參考值C2之設定，此參考值C2會隨所使用線圈之絕緣材料抗熱特性而變，也會隨著量測點作變更，設定參考值C2用以作最佳而有效的保護線圈，當電機線圈溫度過高超過極限時會燒破電線之絕緣層，造成線圈短路而全部燒燬，因此當電機線圈溫度T2超過定子最高溫度參考值C2時，冷卻水泵馬達M21會啟動，利用冷卻水帶走電機之熱量，當電機線圈溫度T2越來越高時，冷卻水泵馬達M21的轉速會越來越快，以帶走更多的熱量。

電機冷卻水出水口溫度T3係用以控制冷卻水溫度，由於冷卻水能帶走電機熱量，在電機輸出功率低的時候，電機線圈散發之熱損失較少，此時冷卻水溫度未必會上昇太多，但是當電機輸出功率夠高的時候，冷卻水溫度會上昇，當電機冷卻水出水口溫度T3上昇超過一冷卻水最高溫度參考值C3之設定值時，水冷卻器風扇馬達M2會啟動，用以將冷卻水溫度下降才能有效的帶走電機定子之熱量，此電機冷卻水出水口溫度T3之量測點以靠近電機水套之冷卻水出口為較佳，如果電機冷卻水出水口溫度T3越來越高，則水冷卻器風扇馬達M2轉速會越來越快，以更好的降 低冷卻水溫度；經由以上之控制機構及控制策略，能夠讓整個冷卻系統在最需要冷卻的時候，才提供強制冷卻功能，而且提供冷卻功能所需要的能量值能達到最少的需求，當全電機系統在不需強制冷卻的時候，例如在低功率高轉速的時候，整個冷卻系統不會提供過多的能量去帶走熱量，因此整體的冷卻系統能節約功率，也就相當於整體電機系統能節約能量。上述關於溫度之感測以及控制馬達開啟或關閉之程序，可藉由冷卻系統電子自動控制單元8進行智慧型自動控制。

請參閱第九圖及第十圖所示設置有本發明之具有氣水冷卻功能之電機之冷卻系統及控制方法之實施例二示意圖，該冷卻系統需控制三個冷卻用馬達之開關時機及轉速變化，以獲得最有效的能源使用效率，此三個馬達分別為氣冷卻器風扇馬達M3、冷卻水泵馬達M21以及水冷卻器風扇馬達M2；同時偵測三點溫度，包括電機內部空氣溫度T1、電機定子溫度T2’、環境大氣溫度T0。

以第八圖所示以量測三點溫度點作控制策略的實施例說明其控制方法：環境大氣溫度T0為參考值，此參考點可視所實際情況而取消不用。

電機內部空氣溫度T1用以控制轉子之溫度，其安裝位置與控制細節與上述第七圖實施例之電機內部空氣溫度T1之安裝方式相同。

電機定子溫度T2’之量測用以控制電機定子之溫度， 此時亦需設定一個定子最高溫度參考值C2，此參考值C2會隨所使用線圈之絕緣材料抗熱特性而變，也會隨著量測點作變更，設定參考值C2用以作最佳而有效的保護線圈，當電機定子溫度T2’大於定子最高溫度參考值C2時，冷卻水泵馬達M21會啟動，同時水冷卻器風扇馬達M2也會啟動，此系統其冷卻水泵馬達M21與水冷卻器風扇馬達M2同時啟動，其目的是能快速的帶走電機定子水套之熱量，適用於功率非常高或環境大氣溫度非常高的情況。同理，上述關於溫度之感測以及控制馬達開啟或關閉之程序，可藉由冷卻系統電子自動控制單元8進行智慧型自動控制。

請參閱第十一圖所示本發明又一實施例之組合結構示意圖，本實施例係第六圖實施例為基礎，本實施例於殼體1內設有一氣冷風扇9，氣冷風扇9具有一氣冷風扇馬達M1，水冷卻器2連接一電動冷卻水泵P21，水冷卻器2具有一水冷卻器風扇馬達M2，電動冷卻水泵P21具有一冷卻水泵馬達M21，水冷卻器2引進外部空氣air作為冷卻水冷卻器2之用，冷卻水經由電動冷卻水泵P21流入進水口14。本實施例與第六圖之差異在於，本實施例以空氣過濾器(air filter)3A替代第六圖之氣冷卻器3。由空氣過濾器3A引進外部空氣air作為冷卻氣，並將冷卻氣由進氣口16輸入殼體1內，最後由出氣口17流出。由出氣口17流出之熱氣直接排出，不再回收使用。同樣地，本實施例之水冷卻器2與空氣過濾器3A電性連接一冷卻系統電子自動控制單元8，由冷卻系統電子自動控制單元8控制水冷卻器2與空氣過濾器3A啟動及關閉。藉由冷卻系統電子自動 控制單元8、氣冷風扇9、水冷卻器2與空氣過濾器3A之設置，可構成一智慧型氣水並用之冷卻系統，以最佳散熱效率達到電機組之最高額定功率。

本實施例所採用之空氣過濾器3A也可替代第一、五圖之氣冷卻器3，實施於第一、五圖之架構，且本實施例之控制系統及控制方法，與第七圖至第十圖所示之控制系統與方法相同。

綜上所述，為了改善高功率電機之散熱問題，本發明提供之具有氣水冷卻功能之電機，其具有一獨特具輸送流體功能之的轉子機構，同時採用強制氣冷與水冷兩種散熱系統以冷卻該電機，氣冷介質可為乾燥空氣或為絕緣流體(以氣或空氣為簡稱)，以至少一電控馬達水泵及冷卻水箱構成強制水冷系統，再外加並聯(或串聯)一電動葉扇輸送空氣，並加一空氣冷卻器及一冷卻系統電子自動控制單元(Electric Control Unit-ECU)，成為智慧型氣水並用之冷卻系統，以降低高功率電機之定子及轉子溫度，避免該電機過熱，同時為了提高冷卻所消耗功的使用效率，能控制冷卻系統之各冷卻用電控馬達之啟動時機與所需轉速，讓該任一冷卻用電控馬達能配合該電機之各種不同負載情況，提供最恰當的冷卻所需功；於不必要冷卻的工作情況，如環境溫度很低或該電機工作於高速低負載時，能各別調整冷卻用電控馬達之轉速或完全關閉該冷卻用電控馬達，以最佳散熱效率達到電機組之最高額定功率，最後達到提昇高功率電機整體工作效率之益處。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以 之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

1‧‧‧殼體

11‧‧‧外側面

12‧‧‧內側面

13‧‧‧內部空間

14‧‧‧進水口

15‧‧‧出水口

16‧‧‧進氣口

17‧‧‧出氣口

2‧‧‧水冷卻器

3‧‧‧氣冷卻器

3A‧‧‧空氣過濾器

4‧‧‧輸出軸

41‧‧‧前軸承

42‧‧‧後軸承

5‧‧‧轉子單元

51‧‧‧扇葉裝置

511‧‧‧扇葉

512‧‧‧外套管

52‧‧‧第一軸套

521、531‧‧‧通孔

522‧‧‧凹槽

53‧‧‧第二軸套

54‧‧‧板體

55‧‧‧轉子鐵心

56‧‧‧磁鐵

57‧‧‧第一押板

571‧‧‧凸緣

572‧‧‧螺栓組

573‧‧‧凹槽

58‧‧‧第二押板

59‧‧‧彈性件

60‧‧‧調溫器

7‧‧‧定子單元

71‧‧‧定子鐵心

72‧‧‧繞線

8‧‧‧冷卻系統電子自動控制單元(Electric Control Unit-ECU)

9‧‧‧氣冷風扇

C1、C2‧‧‧參考值

D1、D2、D3‧‧‧間距

M1‧‧‧氣冷風扇馬達

M2‧‧‧水冷卻器風扇馬達

M3‧‧‧氣冷卻器風扇馬達

M21‧‧‧冷卻水泵馬達

P21‧‧‧電動冷卻水泵

T0‧‧‧環境大氣溫度

T1‧‧‧電機內部空氣溫度

T2‧‧‧電機線圈溫度

T2’‧‧‧電機定子溫度

T3‧‧‧電機冷卻水出水口溫度

第一圖係本發明實施例之組合結構示意圖，且板體位於關閉位置。

第二圖係本發明實施例之部分組合結構示意圖，且板體位於關閉位置。

第三圖係第二圖實施例之分解結構示意圖。

第四圖係本發明實施例之部分組合結構示意圖，且板體位於開放位置。

第五圖係本發明實施例之組合結構示意圖，且板體位於開放位置。

第六圖係本發明另一實施例之組合結構示意圖。

第七圖係第六圖實施例之控制系統架構示意圖。

第八圖係第七圖實施例之控制方法流程圖。

第九圖係第六圖實施例另一控制系統架構示意圖。

第十圖係第九圖實施例之控制方法流程圖。

第十一圖係本發明又一實施例之組合結構示意圖。

1‧‧‧殼體

11‧‧‧外側面

12‧‧‧內側面

13‧‧‧內部空間

14‧‧‧進水口

15‧‧‧出水口

16‧‧‧進氣口

17‧‧‧出氣口

2‧‧‧水冷卻器

3‧‧‧氣冷卻器

4‧‧‧輸出軸

41‧‧‧前軸承

42‧‧‧後軸承

5‧‧‧轉子單元

51‧‧‧扇葉裝置

511‧‧‧扇葉

512‧‧‧外套管

52‧‧‧第一軸套

53‧‧‧第二軸套

521、531‧‧‧通孔

54‧‧‧板體

55‧‧‧轉子鐵心

56‧‧‧磁鐵

57‧‧‧第一押板

572‧‧‧螺栓組

58‧‧‧第二押板

59‧‧‧彈性件

60‧‧‧調溫器

7‧‧‧定子單元

71‧‧‧定子鐵心

72‧‧‧繞線

air‧‧‧外部空氣

D1、D2、D3‧‧‧間距

M2‧‧‧水冷卻器風扇馬達

M3‧‧‧氣冷卻器風扇馬達

M21‧‧‧冷卻水泵馬達

P21‧‧‧電動冷卻水泵

Claims (9)

1. 一種具有氣水冷卻功能之電機，包含：一殼體，其具有一內部空間以及至少一散熱水道，該散熱水道係連接一水冷卻器，該殼體之該內部空間係連接一氣冷卻器；一輸出軸，穿設於該殼體之該內部空間；一轉子單元，設置於該殼體之該內部空間，該轉子單元包括：一扇葉裝置，套設於該輸出軸外；一第一軸套以及一第二軸套，係套設於該輸出軸外，且該葉扇裝置夾設於該第一軸套與該第二軸套間，該第一軸套與該第二軸套分別設有至少一通孔；一板體，套設於該輸出軸外，該板體設置於該第一軸套相對於設有該扇葉裝置之一面，該板體可平行於該輸出軸之軸向於一關閉位置以與一開放位置間移動，該板體與該輸出軸間具有一間距；一轉子鐵心以及一磁鐵，該轉子鐵心套設於該扇葉裝置、該第一軸套、該第二軸套與該板體外，該磁鐵嵌設於該轉子鐵心內；一第一押板以及一第二押板，套設於該輸出軸外，該葉扇裝置、該第一軸套、該第二軸套、該板體、該轉子鐵心與該磁鐵夾設於該第一押板與該第二押板間，該第一押板與該第二押板中心與該輸出軸間分別具有一間距；複數個彈性件，設置於該板體與該第一押板間；複數個調溫器，設置於該板體與該第一軸套間，該複數調溫器係用以感測該殼體內之溫度，每一該調溫器可平行於該輸出軸之軸向於一第一位置與一第二位置間移動，當該調溫器感測該殼體內之溫度低於一預設溫度時，該調溫器係位於該第一位置且該板體係位於該關閉位置，該板體係覆蓋於該第一軸套之通孔，該第一軸套之通孔呈封閉狀態，當該調溫器感測該殼體內之溫度到達該預設溫度時，該調溫器係位於該第二位置且該調溫器驅動該板體移動至該開放位置，該第一軸套之通孔呈開放狀態，且該進氣口、該第一押板與該輸出軸間之間距、該板體與該輸出軸間之間距、該第一軸套之通孔、該扇葉裝置、該第二軸套之通孔、該第二押板與該輸出軸間之間距以及該出氣口形成一相連通之通路，且該通路與該氣冷卻器連通；以及一定子單元，設置於該殼體之該內部空間，且該定子單元係套設於該轉子單元外。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該扇葉裝置包括一扇葉以及一外套管，該扇葉係套設於該輸出軸外，該外套管套設於該扇葉外。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該第一押板具有複數個凹槽，該複數個凹槽係以該輸出軸之軸心為中心，環繞且等角設置於該第一押板朝向該板體之面，於每一該凹槽內設有一該彈性件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該第一軸套具有複數個凹槽，該複數個凹槽係以該輸出軸之軸心為中心，環繞且等角設置於該第一軸套朝向該板體之面，於每一該凹槽內設有一該調溫器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該複數個彈性件與該複數個調溫器之數量相同，該複數個彈性件係以該輸出軸之軸心為中心，環繞且等角設置，該複數個彈性件與該複數個調溫器之位置係相互對應設置於該板體之相對二面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該第一押板朝向該板體之一面設有一凸緣，該凸緣抵靠於該第一軸套，該板體係位於該凸緣所圍設形成之空間內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該殼體具有一外側面以及一內側面，該內側面圍設形成該內部空間，於該外側面與該內側面之間形成該至少一散熱水道，該殼體具有至少一進水口以及至少一出水口，該進水口與該出水口係與該散熱水道相連通，且該進水口與該出水口係連接該水冷卻器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該殼體設有至少一進氣口以及至少一出氣口，該進氣口與該出氣口係與該內部空間相連通，且該進氣口與該出氣口係連接該氣冷卻器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有氣水冷卻功能之電機，其中該水冷卻器與該氣冷卻器電性連接一冷卻系統電子自動控制單元(Electric Control Unit-ECU)，由該冷卻系統電子自動控制單元控制該水冷卻器與該氣冷卻器啟動及關閉。