TWI627821B - Motor with cooling function - Google Patents

Abstract

一種具有冷卻功能的電機，包含一外殼、一轉軸、一定子單元、一轉子單元，及一氣流產生器。外殼界定有一容置空間、一環繞於容置空間外周圍的液體流道，及一位於容置空間外周圍並與液體流道相間隔的氣體流道。氣體流道連通於容置空間相反端並與容置空間共同構成一封閉式氣冷迴路。轉軸樞接於外殼並穿設於容置空間。定子單元固定地設置於容置空間內並與外殼接觸。轉子單元設置於容置空間內且套固於轉軸，定子單元圍繞於轉子單元外周圍。氣流產生器設置於外殼，氣流產生器用以產生氣流使其於封閉式氣冷迴路內循環流動，藉此，能提升對轉子單元散熱的效果。

Description

具有冷卻功能的電機

本發明是有關於一種電機，特別是指一種具有冷卻功能的電機。

現有感應電機的轉子單元包含有如銅塊所製成的導體，電流流經導體時會因其電阻抗的影響而產生功率損耗，此功率損耗稱為銅損，銅損會以熱能的形式散發出現。

一般為了使電機內部能夠散熱，通常是在轉子單元上設計如散熱鰭片結構。然而，前述設計方式會增加轉子單元運轉時的負載，且負載會隨著轉子單元的轉速升高而增加，造成電機運轉效率降低。再者，前述散熱鰭片只具有擾動電機內部空氣的作用，對於將空氣中的熱傳導至外殼上的熱傳導的改善有限。

因此，本發明之一目的，即在提供一種具有冷卻功能的電機，透過在外殼的液體流道內流動的冷卻液體對定子單元散 熱，以及透過在外殼的氣體流道內流動的氣體與容置空間對流，並與外殼進行熱交換，藉此，能增加氣體與外殼之間的熱交換效率以提升對轉子單元散熱的效果。

於是，本發明具有冷卻功能的電機，包含一外殼、一轉軸、一定子單元、一轉子單元，及至少一氣流產生器。

外殼界定有一容置空間、一環繞於該容置空間外周圍的液體流道，及至少一位於該容置空間外周圍並與該液體流道相間隔的氣體流道，該氣體流道連通於該容置空間相反端並與該容置空間共同構成一封閉式氣冷迴路。轉軸樞接於該外殼並穿設於該容置空間。定子單元固定地設置於該容置空間內並與該外殼接觸。轉子單元設置於該容置空間內且套固於該轉軸，該定子單元圍繞於該轉子單元外周圍。氣流產生器設置於該外殼，該氣流產生器用以產生氣流使其於該封閉式氣冷迴路內循環流動。

該氣體流道具有一位於該容置空間外周圍並與該液體流道相間隔的熱交換導流槽，該氣流流入該熱交換導流槽時能與該外殼進行熱交換。

該外殼包括多個設置於該熱交換導流槽內的散熱鰭片。

該氣體流道更具有分別連通於該熱交換導流槽相反端的一導入槽與一導出槽，該導入槽與該導出槽分別連通於該容置空 間相反端，該導入槽用以將該容置空間內的該氣流導流至該熱交換導流槽，該導出槽用以將該熱交換導流槽內的該氣流導流至該容置空間，該氣流產生器包括一扇葉，該扇葉設置於該導入槽與該導出槽其中一者內。

該外殼包括一殼體、一前框，及一後框，該殼體具有一前端，及一後端，該殼體形成有貫通於該前端與該後端的該容置空間，及至少一貫通於該前端與該後端的熱交換導流槽，該前框結合於該前端並形成有至少一連通於該容置空間與該熱交換導流槽之間的導入槽，該後框結合於該後端並形成有至少一連通於該容置空間與該熱交換導流槽之間的導出槽，該導入槽用以將該容置空間內的該氣流導流至該熱交換導流槽，該導出槽用以將該熱交換導流槽內的該氣流導流至該容置空間，該氣流流入該熱交換導流槽時能與該殼體進行熱交換，該熱交換導流槽、該導入槽與該導出槽共同構成該氣體流道。

該導入槽具有一與該容置空間相連通的前進氣口，及一與該熱交換導流槽相連通的前出氣口，該導出槽具有一與該熱交換導流槽相連通的後進氣口，及一與該容置空間相連通的後出氣口。

該殼體具有多個設置於該熱交換導流槽內的散熱鰭片。

該殼體形成有一貫通於該前端與該後端並呈連續彎曲狀的液體導流槽，該後框形成有分別與該液體導流槽相連通的一入液孔與一出液孔。

該外殼更包括一前蓋，及一後蓋，該前蓋結合於該前框前側用以封閉該導入槽前側，該後蓋結合於該後框後側用以封閉該導出槽後側，該後蓋形成有一與該入液孔相連通的入液口，及一與該出液孔相連通的出液口，該液體導流槽、該入液孔、該入液口、該出液孔及該出液口共同構成該液體流道。

該氣流產生器包括一設置於該後蓋的馬達，及一與該馬達相連接並可被其帶動而旋轉的扇葉，該扇葉設置於該導出槽內。

該殼體形成有兩個相間隔的熱交換導流槽，該前框形成有兩個分別與該兩熱交換導流槽相連通的導入槽，該導出槽與該兩熱交換導流槽相連通，該兩熱交換導流槽、該兩導入槽與該導出槽共同構成該氣體流道。

該外殼界定有兩個氣體流道，該殼體形成有四個相間隔的熱交換導流槽，該前框形成有四個分別與該等熱交換導流槽相連通的導入槽，該後框形成有兩個導出槽，各該導出槽與對應的兩個該熱交換導流槽相連通，每兩個該熱交換導流槽、對應連通於該兩熱交換導流槽的該兩導入槽，以及對應連通於該兩熱交換導流槽 的該導出槽共同構成對應的該氣體流道，該電機包含兩個氣流產生器，各該氣流產生器用以產生該氣流使其於對應的該氣體流道與該容置空間所共同構成的該封閉式氣冷迴路內循環流動。

該氣流產生器包括一設置於該外殼的馬達，及一與該馬達相連接並可被其帶動而旋轉的扇葉，該扇葉設置於該封閉式氣冷迴路內。

本發明之功效在於：透過在外殼的液體流道內流動的冷卻液體對定子單元散熱，以及透過在外殼的氣體流道內流動的氣體與容置空間對流並與外殼進行熱交換，藉此，能增加氣體與外殼之間的熱交換效率以提升對轉子單元散熱的效果。

100‧‧‧電機

1‧‧‧外殼

11‧‧‧殼體

111‧‧‧前端

112‧‧‧後端

113‧‧‧容置空間

114‧‧‧液體導流槽

115‧‧‧熱交換導流槽

116‧‧‧角隅

117‧‧‧散熱鰭片

12‧‧‧前框

121‧‧‧軸孔

122‧‧‧導入槽

123‧‧‧前進氣口

124‧‧‧前出氣口

125‧‧‧前導流槽部

13‧‧‧後框

131‧‧‧軸孔

132‧‧‧入液孔

133‧‧‧出液孔

134‧‧‧導出槽

135‧‧‧後導流槽部

136‧‧‧後進氣口

137‧‧‧後出氣口

14‧‧‧前蓋

141‧‧‧軸孔

15‧‧‧後蓋

151‧‧‧入液口

152‧‧‧出液口

16‧‧‧液體流道

17‧‧‧氣體流道

2‧‧‧轉軸

21‧‧‧前軸承

22‧‧‧後軸承

3‧‧‧定子單元

31‧‧‧矽鋼片組

32‧‧‧金屬導線

4‧‧‧轉子單元

41‧‧‧矽鋼片組

42‧‧‧金屬導體

5‧‧‧氣流產生器

51‧‧‧馬達

52‧‧‧扇葉

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明具有冷卻功能的電機的一實施例的立體圖；圖2是該實施例的立體分解圖，說明外殼、轉軸、定子單元、轉子單元及氣流產生器之間的組裝關係；圖3是該實施例由另一視角觀看的立體分解圖，說明外殼、轉軸、定子單元、轉子單元及氣流產生器之間的組裝關係；圖4是沿圖1中的I-I線所截取的剖視圖，說明氣流在封閉式 氣冷迴路內循環流動的方向；圖5是該實施例的殼體的前視圖，說明殼體的具體結構；圖6是該實施例的殼體的立體圖，說明殼體的液體導流槽形狀；圖7是該實施例的前框的前視圖，說明前框的具體結構；圖8是該實施例的後框的前視圖，說明後框的具體結構；圖9是該實施例的後框的後視圖，說明後框的具體結構；圖10是該實施例的不完整的後視圖，說明氣流在導出槽內流動的方向，圖中省略後蓋；及圖11是該實施例的不完整的前視圖，說明氣流在導入槽內流動的方向，圖中省略前蓋。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、圖2及圖3，是本發明具有冷卻功能的電機的一實施例，本實施例的電機100是以感應電機為例，電機100包含一外殼1、一轉軸2、一定子單元3、一轉子單元4，及兩個氣流產生器5。

參閱圖2、圖4、圖5及圖6，外殼1包括一殼體11、一前框12、一後框13、一前蓋14，及一後蓋15。殼體11為一呈方形 狀的柱體，殼體11具有一前端111，及一相反於前端111的後端112。殼體11形成有一貫通於前端111與後端112的容置空間113、一貫通於前端111與後端112並呈連續S形彎曲狀的液體導流槽114，及四個貫通於前端111與後端112的熱交換導流槽115。液體導流槽114圍繞呈環形並且圍繞在容置空間113外周圍，液體導流槽114用以供用於冷卻的冷卻液體流通，前述冷卻液體例如為冷卻水。各熱交換導流槽115位於容置空間113外周圍並與液體導流槽114相間隔，各熱交換導流槽115用以供氣體流通。藉此，當氣體流入對應的熱交換導流槽115內時能夠與被液體冷卻的殼體11進行熱交換。在本實施例中，殼體11具有四個角隅116，各熱交換導流槽115位於液體導流槽115與對應的角隅116之間。

為了提升氣體於熱交換導流槽115內流動時的熱交換效率，在本實施例中，殼體11具有多個分別設置於該等熱交換導流槽115內的散熱鰭片117。藉由散熱鰭片117的設計，能增加與氣體接觸的面積，以有效地提升氣體於熱交換導流槽115內流動時的熱交換效率。

參閱圖2、圖4及圖7，前框12可透過如螺鎖方式固定地結合於殼體11的前端111。前框12呈方形狀並且封閉殼體11的液體導流槽114前端，前框12形成有一與容置空間113相連通的軸孔121，及四個由軸孔121外周圍呈放射狀朝外延伸的導入槽122。各 導入槽122具有一與容置空間113相連通的前進氣口123、一與對應的熱交換導流槽115相連通的前出氣口124，及一連通於前進氣口123與前出氣口124之間的前導流槽部125。各導入槽122用以將容置空間113內的氣流導流至對應的熱交換導流槽115內。

參閱圖3、圖4、圖8及圖9，後框13可透過如螺鎖方式固定地結合於殼體11的後端112。後框13呈方形狀並形成一與容置空間113相連通的軸孔131、分別與殼體11的液體導流槽114相連通的一入液孔132與一出液孔133，以及兩個導出槽134。各導出槽134具有一呈彎折狀的後導流槽部135、兩個分別與後導流槽部135相連通的後進氣口136，及兩個分別與後導流槽部135相連通的後出氣口137。兩後進氣口136分別與對應的兩個熱交換導流槽115相連通。兩後出氣口137則與容置空間113相連通。各導出槽134用以將對應的兩個熱交換導流槽115內的氣流導流至容置空間113內。

參閱圖2、圖3及圖4，前蓋14可透過如螺鎖方式固定地結合於前框12前側，前蓋14用以封閉前框12的各導入槽122前側。前蓋14形成有一與前框14的軸孔相連通的軸孔141。後蓋15可透過例如螺鎖方式固定地結合於後框13後側，後蓋15用以封閉後框13的各導出槽134後側。後蓋15形成有一與入液孔132相連通的入液口151，及一與出液孔133相連通的出液口152。殼體11的液體導 流槽114、後框13的入液孔132與出液孔133，以及後蓋15的入液口151與出液口152共同構成一液體流道16。入液口151連接於一冷卻液供應源(圖未示)，藉此，冷卻液供應源所供應的冷卻液會經由入液口151及入液孔132流入液體導流槽114內，之後再經由出液孔133及出液口152排出。

此外，在本實施例中，每兩個熱交換導流槽115、對應連通於兩熱交換導流槽115的兩導入槽122，以及對應連通於兩熱交換導流槽115的導入槽共同構成對應的一氣體流道17。氣體流道17連通於容置空間113前端兩相反端並與容置空間113共同構成一封閉式氣冷迴路。由於本實施例的外殼1界定出兩個氣體流道17，因此，外殼1具有兩個封閉式氣冷迴路。

轉軸2透過一前軸承21樞接於前框12的軸孔121及前蓋14的軸孔141，並且透過一後軸承22樞接於後框13的軸孔131。轉軸2穿設於殼體11的容置空間113並且凸伸出前蓋14。

定子單元3固定地設置於殼體11的容置空間113內，定子單元3包括一與殼體11接觸的矽鋼片組31，及一纏繞於矽鋼片組31的金屬導線32。轉子單元4設置於容置空間113內且套固於轉軸2上，轉子單元4包括一矽鋼片組41，及多個嵌設於矽鋼片組41並呈環狀相間隔排列的金屬導體42。定子單元3圍繞於轉子單元4外周圍。

參閱圖2、圖3及圖10，各氣流產生器5設置於外殼1用以產生氣流使其於對應的封閉式氣冷迴路內循環流動。在本實施例中，各氣流產生器5包括一設置於後蓋15的馬達51，及一與馬達51相連接並可被其帶動而旋轉的扇葉52。扇葉52設置於後框13的對應導出槽134的後導流槽部135內，且扇葉52位於相鄰的後進氣口136與後出氣口137之間。當馬達51驅動扇葉52旋轉時，藉由扇葉52兩相反端的壓力差會將對應的導出槽134的後導流槽部135內的空氣朝後出氣口137方向推動，藉以在後導流槽部135內產生強制對流。需說明的是，本實施例的氣流產生器5是以鼓風機為例，然而，在其他實施方式中，氣流產生器5也可以是例如為軸流風扇等其他不同的類型，不以本實施例的鼓風機為限。

參閱圖4、圖10及圖11，當電機100運轉時，驅動電流會流入定子單元3的金屬導線32以產生磁場，以帶動轉子單元4旋轉。金屬導線32會因電阻抗的影響產生銅損進而產生熱能。矽鋼片組31受到磁場作用產生渦電流，矽鋼片組31因電阻抗的影響產生渦流損並產生熱能。矽鋼片組31會將熱能傳導至殼體11，藉由在液體導流槽114內流動的冷卻液體與殼體11進行熱交換，藉此，能對定子單元3所產生的熱能進行散熱，以冷卻定子單元3並降低其溫度。

此外，轉子單元4在旋轉過程中，金屬導體42因電阻抗 的影響產生銅損進而產生熱能，而矽鋼片組41因電阻抗的影響產生渦流損並產生熱能。轉子單元4所產生的熱能除了透過熱輻射傳導的方式傳導至定子單元3之外，還會傳導至容置空間113內的空氣。各氣流產生器5的馬達51驅動扇葉52旋轉時，會在對應的導出槽134的後導流槽部135內產生強制對流，也就是說，扇葉52旋轉時會在氣體流道17與容置空間113所構成的封閉式氣冷迴路內產生強制對流。扇葉52所產生的氣流會經由後出氣口137流入容置空間113內，隨後，氣流會帶動容置空間113內的熱氣朝導出槽134的方向流動並流入導出槽134的前進氣口123內，藉此，以將熱氣帶離容置空間113。之後，氣流會帶動熱氣經由對應的導出槽134的前出氣口124流入對應的熱交換導流槽115內並於其內流動。藉由在液體導流槽114內流動的冷卻液體與殼體11進行熱交換，能對熱交換導流槽115內流動的氣流進行散熱以降低其溫度。冷卻後的氣流會經由各導出槽134的後進氣口136流入後導流槽部135內。藉由扇葉52的旋轉帶動，冷卻後的氣流會經由後出氣口137流入容置空間113內並冷卻轉子單元4以降低其溫度。藉由氣流不斷地在封閉式氣冷迴路內循環流動，能有效地增加氣體與外殼1的殼體11之間的熱交換效率以提升對轉子單元4散熱的效果。

特別說明的是，在本實施例中，藉由外殼1界定出兩個氣體流道17以及兩個封閉式氣冷迴路，以及搭配兩個氣流產生器5 的設計方式，能有效地增加氣體在容置空間113內循環流動的速度及效率，使得氣體與外殼1的殼體11之間的熱交換效率效果較佳。當然，在其他的實施方式中，氣體流道17、封閉式氣冷迴路及氣流產生器5的數量也可分別設計為一個，並且，構成氣體流道17的熱交換導流槽115及導入槽122數量也可分別設計為一個，不以本實施例所揭露的數量為限。再者，在其他的實施方式中，各氣流產生器5的馬達51也可設置於前蓋14，而扇葉52也可設置於對應的導入槽122內，不以本實施例所揭露的設置方式為限。

綜上所述，本實施例的電機100，透過在外殼1的液體流道16內流動的冷卻液體對定子單元3散熱，以及透過在外殼1的氣體流道17內流動的氣體與容置空間113對流並與外殼1進行熱交換，藉此，能增加氣體與外殼1之間的熱交換效率以提升對轉子單元4散熱的效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (11)

1. 一種具有冷卻功能的電機，包含：一外殼，界定有一容置空間、一環繞於該容置空間外周圍的液體流道，及至少一位於該容置空間外周圍並與該液體流道相間隔的氣體流道，該氣體流道連通於該容置空間相反端並與該容置空間共同構成一封閉式氣冷迴路；一轉軸，樞接於該外殼並穿設於該容置空間；一定子單元，固定地設置於該容置空間內並與該外殼接觸；一轉子單元，設置於該容置空間內且套固於該轉軸，該定子單元圍繞於該轉子單元外周圍；及至少一氣流產生器，設置於該外殼，該氣流產生器用以產生氣流使其於該封閉式氣冷迴路內循環流動；該氣體流道具有一位於該容置空間外周圍並與該液體流道相間隔的熱交換導流槽，該氣流流入該熱交換導流槽時能與該外殼進行熱交換，該外殼包括多個設置於該熱交換導流槽內的散熱鰭片。
2. 如請求項1所述的具有冷卻功能的電機，其中，該氣體流道更具有分別連通於該熱交換導流槽相反端的一導入槽與一導出槽，該導入槽與該導出槽分別連通於該容置空間相反端，該導入槽用以將該容置空間內的該氣流導流至該熱交換導流槽，該導出槽用以將該熱交換導流槽內的該氣流導流至該容置空間，該氣流產生器包括一扇葉，該扇葉設置於該導入槽與該導出槽其中一者內。
3. 如請求項1所述的具有冷卻功能的電機，其中，該外殼包括一殼體、一前框，及一後框，該殼體具有一前端，及一後端，該殼體形成有貫通於該前端與該後端的該容置空間，及至少一貫通於該前端與該後端的熱交換導流槽，該前框結合於該前端並形成有至少一連通於該容置空間與該熱交換導流槽之間的導入槽，該後框結合於該後端並形成有至少一連通於該容置空間與該熱交換導流槽之間的導出槽，該導入槽用以將該容置空間內的該氣流導流至該熱交換導流槽，該導出槽用以將該熱交換導流槽內的該氣流導流至該容置空間，該氣流流入該熱交換導流槽時能與該殼體進行熱交換，該熱交換導流槽、該導入槽與該導出槽共同構成該氣體流道。
4. 如請求項3所述的具有冷卻功能的電機，其中，該導入槽具有一與該容置空間相連通的前進氣口，及一與該熱交換導流槽相連通的前出氣口，該導出槽具有一與該熱交換導流槽相連通的後進氣口，及一與該容置空間相連通的後出氣口。
5. 如請求項3所述的具有冷卻功能的電機，其中，該殼體具有多個設置於該熱交換導流槽內的散熱鰭片。
6. 如請求項3所述的具有冷卻功能的電機，其中，該殼體形成有一貫通於該前端與該後端並呈連續彎曲狀的液體導流槽，該後框形成有分別與該液體導流槽相連通的一入液孔與一出液孔。
7. 如請求項6所述的具有冷卻功能的電機，其中，該外殼更 包括一前蓋，及一後蓋，該前蓋結合於該前框前側用以封閉該導入槽前側，該後蓋結合於該後框後側用以封閉該導出槽後側，該後蓋形成有一與該入液孔相連通的入液口，及一與該出液孔相連通的出液口，該液體導流槽、該入液孔、該入液口、該出液孔及該出液口共同構成該液體流道。
8. 如請求項7所述的具有冷卻功能的電機，其中，該氣流產生器包括一設置於該後蓋的馬達，及一與該馬達相連接並可被其帶動而旋轉的扇葉，該扇葉設置於該導出槽內。
9. 如請求項3至8其中任一項所述的具有冷卻功能的電機，其中，該殼體形成有兩個相間隔的熱交換導流槽，該前框形成有兩個分別與該兩熱交換導流槽相連通的導入槽，該導出槽與該兩熱交換導流槽相連通，該兩熱交換導流槽、該兩導入槽與該導出槽共同構成該氣體流道。
10. 如請求項3至8其中任一項所述的具有冷卻功能的電機，其中，該外殼界定有兩個氣體流道，該殼體形成有四個相間隔的熱交換導流槽，該前框形成有四個分別與該等熱交換導流槽相連通的導入槽，該後框形成有兩個導出槽，各該導出槽與對應的兩個該熱交換導流槽相連通，每兩個該熱交換導流槽、對應連通於該兩熱交換導流槽的該兩導入槽，以及對應連通於該兩熱交換導流槽的該導出槽共同構成對應的該氣體流道，該電機包含兩個氣流產生器，各該氣流產生器用以產生該氣流使其於對應的該氣體流道與該容置空間所共同構成的該封閉式氣冷迴路內循環流動。
11. 如請求項1所述的具有冷卻功能的電機，其中，該氣流產 生器包括一設置於該外殼的馬達，及一與該馬達相連接並可被其帶動而旋轉的扇葉，該扇葉設置於該封閉式氣冷迴路內。