TWI455461B - 冷卻套 - Google Patents

Description

冷卻套

本發明係關於電機散熱技術。

為了使電機維持在最佳效能，並延長電機的使用壽命，其運轉時所產生的熱量必須被適當排除。習知技術通常會在此類電機外部加裝冷管流道，並以管道中流動的冷卻液與電機進行熱交換，達成排除電機廢熱的目的。

第1A圖為習知的冷卻套外觀結構圖。此習知技術之冷卻套100可應用於一電機之上。為簡化圖面，此圖僅繪出用以散熱之冷卻套100，而未將電機子以繪入(僅以箭頭表示此電機之軸心方向)。如圖所示，冷卻套100中的管道大體呈波浪形，並圍繞此電機所在之假想圓柱體(圓柱面之方向即為電機軸心方向)。冷卻液由冷卻液入口110注入冷卻套100，並經過數次轉折後從冷卻液排出口120排出。值得注意的是，在不同的設計方案中，各管道間橫跨轉折處的距離L是不相同的。大體而言，管道間隔得越近，製程越複雜，製造成本也相對提高；管道間隔得越遠，則局部熱集中的現象越嚴重。某些習知的設計方案會增加各管道的管徑試圖提升冷卻液的流量，然而，此做法實際上通常無法如預期般達到應有的散熱效果。第1B圖即用以表示上述冷卻套中一加大管徑的管道以及其相鄰之轉折處。由圖中可知，當冷卻液從轉折處注入此加大管徑的管道時，因流體的流動具有慣性力，使得較靠近轉折處之流體A會形 成流體的迴流區，相對於流體B而言形成了負壓區，造成實際上不流動甚或迴流的現象，因而在該區域發生局部熱集中的現象。此流體A在管道中形成了無散熱作用之區域，因而熱散效果不如預期。

因此，需要一種新的電機冷卻套以改善習知技術的缺失。

本發明提供一種冷卻套，用以冷卻一電機。本發明之冷卻套包括：一組或一組以上波浪型管道，包覆該電機，用以供冷卻液流通，各波浪型管道至少包括：一順向管部及一逆向管部，平行電機之軸心，分別用以將該冷卻液導往相反之方向，其中該順向管部包括至少二順向子管，而該逆向管部包括至少二逆向子管；以及一轉折部，導通於該順向管部及逆向管部之間。

下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。

第2A圖為依據本發明一較佳實施例之冷卻套立體視圖。雖然本發明之冷卻套200主要應用於諸如的馬達、發電機等電機，然而本發明之實際應用不必以此為限。在此實施例中，冷卻套200包括一組波浪型管道，其圍繞並包覆一電機(圖中略以箭頭表示該電機之軸心方向)所在之假 想圓柱體(該圓柱面朝向該電機之軸心方向)之圓周，目的在供冷卻液流通於其中，藉以透過冷卻液的流動帶走電機所散發的熱量，確保電機維持在正常工作溫度。一般而言，在一實施例中可使用溫度不高於電機正常工作溫度的水作為冷卻液，而在其他實施例中亦可以其他具有適當溫度之適當流體取代水。此外，冷卻套中之流體可被各種加壓馬達、幫浦驅動，由於該驅動裝置並非本發明之標的，故本文之圖示不再加以繪示。

為方便說明本發明構造上的特徵，本發明之冷卻套200之波浪型管道可區分成下列三個部分：一順向管部210、一逆向管部220以及一轉折部230。其中，為了使電機受到完整的包覆，該順向管部210及逆向管部220皆以平行電機軸心之方向延伸，並且儘可能地密集。該順向管部210及逆向管部220分別可將該冷卻液導往相反之方向(方向如圖中管道中之箭號所示)。該轉折部230，在第2A圖之實施例中，係沿圍繞該電機之圓周方向延伸，用以連接並導通於該順向管部210及逆向管部220之間，舉例而言，如圖所示，管道中的流體從該順向管部210順時針轉90度後流入該轉折部230，又順時針轉90度後流入逆向管部220。在本發明中，流經此轉折部230的冷卻液會出現大幅度的壓降，並加快流體流動的速度，使得流體的熱對流係數h值(W/m²k)進一步獲得提升。由於熱交換量與熱對流係數h值成正比，本發明之設計可大幅提升冷卻液與電機間之熱交換量，彌補習知技術中螺旋型冷卻管道之不足。除此之外，本發明更重要的特徵在於：順向管部210包括至少二 順向子管212及214，而該逆向管部220包括至少二逆向子管222及224，此特徵將於下文詳述。

第2B圖為第2A圖之冷卻套200之剖面圖。在此一較佳實施例中，流體以射出紙面的方向流入兩順向子管212及214，流經轉折部230後，以進入紙面的方向流入兩逆向子管222及224。以順向管路210為例，在本發明之一較佳實施例中，一順向管部210所包括的兩個順向子管212及214係分別設計成具有不等之管徑，目的在使距離第一個轉角(順向子管212與轉折部230相接之處)不等距離之管道能夠流通不等量之冷卻液。更明確地說，當兩個順向子管212及214皆相同時，距離第一轉角越遠之流體會因為流體慣性力之故而使得主要動壓流場皆往距離第一轉角較近的管道集中，造成順向子管212的流速極低，甚至處於靜止狀態，進而造成熱集中區域的產生。因此本發明將相對於波浪型管道之起端較遠之順向子管214設計成具有較小之管徑、並將相對於波浪型管道之起端較近之順向子管212設計成具有較大之管徑(透過該截面進行各流體性質的比例計算)，增加該順向子管214的流阻，使得兩管道212及214皆能有固定流速之流體流經，達到相同的熱傳率。基於相同的理由，本發明亦將相對於波浪型管道之起端較遠之逆向子管224設計成具有較小之管徑，並將相對於波浪型管道之起端較近之逆向子管222設計成具有較大之管徑。必須注意的是，為方便說明，前述實施例中之順/逆向管部皆僅有兩個子管，然而，在其他實施例中，子管的數目不必以此為限。此外，前文係以較佳實施例做說明，然 而在其他實施例中，具有相同管徑的順向子管或逆向子管亦在本發明欲涵蓋的範圍之中。

第3圖為依據本發明另一實施例之冷卻套立體視圖。參照第2A圖及3圖可發現，第2圖之實施例中僅有「一組」波浪型管道，冷卻液由冷卻液入口240注入後即沿單一方向流動，最後由位於同側的冷卻液出口250排出；然而，第3圖之實施例中包括「兩組」波浪型管道，冷卻液由冷卻液入口340注入後沿相反的兩個方向分別流經兩組波浪型管道300R及300L，最後一併由位於對側的冷卻液出口350排出(此處之「位於對側」指的是位於電機之軸心的相對兩側，即位於同一直徑上)。在其他實施例中，兩組波浪型管道300R及300L通常可分別具有獨立的冷卻液入口及冷卻液出口，然而，本實施例中，兩組波浪型管道300R及300L係共用一冷卻液入口340及一冷卻液出口350，如此一來，即可在達成相同散熱效果的情況下減低冷卻套300的製造成本。

第4A圖為依據本發明一實施例之雙層冷卻套之立體圖。第4B圖為第4A圖之剖面圖。如圖所示，冷卻套中具有較靠近電機之內層L1以及位於其上之外層L2。為方便說明，此實施例以「雙層」冷卻套為例，然而在其他實施例中，冷卻套之層數不必以此實施例為限。在某些實施例中，各層分別具有與前述任一實施例相同或近似的波浪型管，或為前述各種實施例的波浪型管之組合。在某些實施例中，各層L1及L2可分別具有獨立的冷卻液入口及冷卻液出口，甚至可將不同層的冷卻液出入口分別設置於冷卻 套之相對的兩側，使得各層波浪型管的冷卻液以相反的方向流動，以達成如前文所述使電機的散熱形態更為均勻之效果(圖未示)。然而，值得注意的是，第4A及第4B圖所示係一特殊實施例，其中，兩層冷卻套具有共同、單一的冷卻液入口440及冷卻液出口450，此外，其連接於順向管部及逆向管部之間的轉折部不限於沿圓周方向延伸，更可沿「徑向」延伸，進而使得冷卻液可由內層L1轉向流至外層L2復由外層L2轉向流至內層L1，不斷往復循環，目的在利用靠近外層L2之冷卻道管壁與外界空氣進行熱交換，進一步提升散熱效果。

為了提升散熱效果，本發明除了前述特徵外另提供一特殊設計。第5A及第5B圖分別為本發明各實施例中具有散熱鰭片之管道剖面圖。如圖中所示，本發明之散熱鰭片為各管道(包括順向子管或逆向子管)中管壁內側之突起，材質可與管壁相同或不同，目的在增加管壁對流體接觸的面積，藉以提升熱交換率。本發明之散熱鰭片可具有各式各樣形狀，舉例而言，如鋸齒形、楔形、片狀等，其可嵌入於管道之中並與管道一同製造。然而，由於散熱鰭片的形狀可視管道的散熱需求而進行多種設計及變更，因此，本發明不必以第5A及第5B圖之形狀為限。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧冷卻套

110‧‧‧冷卻液入口

120‧‧‧冷卻液排出口

200‧‧‧冷卻套

210‧‧‧順向管部

220‧‧‧逆向管部

230‧‧‧轉折部

212‧‧‧順向子管

214‧‧‧順向子管

222‧‧‧逆向子管

224‧‧‧逆向子管

240‧‧‧冷卻液入口

250‧‧‧冷卻液出口

300‧‧‧冷卻套

300R‧‧‧波浪型管道

300L‧‧‧波浪型管道

340‧‧‧冷卻液入口

350‧‧‧冷卻液出口

400‧‧‧冷卻套

440‧‧‧冷卻液入口

450‧‧‧冷卻液出口

L1‧‧‧內層

L2‧‧‧外層

第1A圖為習知的冷卻套外觀結構圖。

第1B圖為第1A圖冷卻套中一加大管徑的管道以及其相鄰之轉折處。

第2A圖為依據本發明一較佳實施例之冷卻套立體視圖。

第2B圖為第2A圖之冷卻套200之剖面圖。

第3圖為依據本發明另一實施例之冷卻套立體視圖。

第4A圖為依據本發明一實施例之雙層冷卻套之立體圖。

第4B圖為第4A圖之剖面圖。

第5A及第5B圖分別為本發明各實施例中具有散熱鰭片之管道剖面圖。

200‧‧‧冷卻套

210‧‧‧順向管部

220‧‧‧逆向管部

230‧‧‧轉折部

212‧‧‧順向子管

214‧‧‧順向子管

222‧‧‧逆向子管

224‧‧‧逆向子管

240‧‧‧冷卻液入口

250‧‧‧冷卻液出口

Claims (9)

1. 一種冷卻套，用以冷卻整體係相當於一假想圓柱體的一電機，包括：一組或一組以上波浪型管道，包覆該電機，用以供冷卻液流通，各波浪型管道至少包括：一順向管部及一逆向管部，平行電機之軸心，分別用以將該冷卻液導往相反之方向，其中該順向管部包括至少二順向子管，而該逆向管部包括至少二逆向子管；以及一轉折部，導通於該順向管部及逆向管部之間，其中，該至少二順向子管中，距離該波浪型管道之起端較遠之順向子管具有比其他順向子管細之管徑；而該至少二逆向子管中，距離該波浪型管道之起端較遠之逆向子管具有比其他逆向子管細之管徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，其中該波浪型管為兩組，該兩組波浪型管道之起端會合並共用一冷卻液入口。
3. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，其中該波浪型管為兩組，該兩組波浪型管道之終端會合並共用一冷卻液出口。
4. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，更包括一冷液入口及一冷卻液出口，分別配置於該電機之軸心的相對兩側。
5. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，其中該轉折部係沿圍繞該電機之圓周方向延伸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，其中該轉折部 係相對於該電機之軸心沿徑向延伸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，其中該順向子管及/或該逆向子管之管壁內側具有複數個散熱鰭片。
8. 如申請專利範圍第7項所述之冷卻套，其中該複數個散熱鰭片為鋸齒狀之突起。
9. 如申請專利範圍第1項所述之冷卻套，其中該波浪型管道為兩組，該兩組波浪型管道之冷卻液具有相反的流動方向。