TWI697177B - 旋轉電動機之冷卻結構 - Google Patents

Abstract

一種旋轉電動機之冷卻結構，包含一套管、複數分流壁、複數第一擋牆以及複數第二擋牆，其中套管具有一環周面，且環周面包含一第一半環周面以及一第二半環周面。分流壁係相互平行地設置於套管之環周面上以形成複數流道。複數第一擋牆係分別設置於第一半環周面上之對應分流壁之間以形成複數第一分流區域。複數第二擋牆係分別設置於第二半環周面上之對應分流壁之間以形成複數第二分流區域，其中該些第一分流區域與該些第二分流區域係呈非對稱之配置。藉由非對稱配置之第一分流區域以及第二分流區域，提供冷卻介質以交錯式的路徑進行流動，以提高旋轉電動機之散熱效率。

Description

旋轉電動機之冷卻結構

本發明係與旋轉電動機有關，特別是關於一種旋轉電動機之冷卻結構。

隨著工業自動化技術的快速發展，旋轉電動機被廣泛地應用於各種複合式工具機上進行高速旋轉的加工。由於旋轉電動機因定子鐵心的鐵損以及線圈的銅損而產生熱量，當旋轉電動機用於驅動工具機的主軸時，高溫所導致的熱變形將會嚴重地影響加工精度。因此在馬達殼體上設計冷卻流道，通入冷卻液直接與殼體接觸進行冷卻成為現今的旋轉電動機散熱設計的趨勢。

現有的冷卻流道有以彼此不交叉並呈平行的方式並排形成多條的螺旋狀流道設計，並於長軸之兩相對端分別設有入水口以及出水口，藉由冷卻介質從入水口進入並經螺旋狀流道後從出水口流出以帶走熱量，達到散熱冷卻之目的。然而，此種螺旋狀的流道設計屬於連續式的流道，其冷卻路徑的距離較長，會造成壓力損失增加而導致冷卻介質之流速由入水口向出水口遞減之現象而導致冷卻效率之降低。

因此，如何透過冷卻流道之設計來降低流道內壓力之損失並提高冷卻效率，已成為旋轉電動機冷卻設計上的一大挑戰。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種旋轉電動機之冷卻結構，其係藉由非對稱配置之第一分流區域以及第二分流區域，提供冷卻介質以交錯式的路徑進行流動，藉此提高旋轉電動機之散熱效率。此外，透過各個第一分流區域中遞減式之流道設計提高冷卻介質於出口處之流速與熱對流係數，以加強出口處散熱效果，使馬達整體散熱更均勻。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供之旋轉電動機之冷卻結構，包含一套管、複數分流壁、複數第一擋牆以及複數第二擋牆，其中套管具有一環周面，且環周面包含一第一半環周面以及一第二半環周面。分流壁係相互平行地設置於套管之環周面上以形成複數流道。複數第一擋牆係分別設置於第一半環周面上之對應分流壁之間以形成複數第一分流區域。複數第二擋牆係分別設置於第二半環周面上之對應分流壁之間以形成複數第二分流區域，其中該些第一分流區域與該些第二分流區域係呈非對稱之配置。

在本發明的一實施例中，各第一擋牆包含了連通兩相鄰之第一分流區域之凹槽。

在本發明的一實施例中，該凹槽係呈弧狀外形或矩形狀外形。

在本發明的一實施例中，該凹槽之底面係平行於該環周面，且該凹槽之兩相對側面係相互平行。

在本發明的一實施例中，旋轉電動機之冷卻結構更包含套設於套管上之外殼，其中外殼包含一入水孔以及一出水孔，且入水孔以及出水孔係分別設置於外殼之兩端並分別對應於兩第一分流區域。

在本發明的一實施例中，對應入水孔之第一分流區域的流道數量係大於對應出水孔之第一分流區域的流道數量。

在本發明的一實施例中，對應入水孔之第一分流區域的流道數量最少為對應出水孔之第一分流區域的流道數量之1.5倍。

在本發明的一實施例中，凹槽之寬度最少為流道之寬度之2倍。

在本發明的一實施例中，流道之深度最少為凹槽之深度之2倍。

綜上所述，本發明之旋轉電動機之冷卻結構藉由非對稱配置之第一分流區域以及第二分流區域，提供冷卻介質以交錯式的路徑進行流動，藉此提高旋轉電動機之散熱效率。此外，透過各個第一分流區域中遞減式之流道設計提高冷卻介質於出口處之流速與熱對流係數，以加強出口處散熱效果，使馬達整體散熱更均勻。

10:套管

11:環周面

12:第一半環周面

13:第二半環周面

20:分流壁

30:流道

40:第一擋牆

41:凹槽

42:第一分流區域

50:第二擋牆

52:第二分流區域

60:外殼

61:入水孔

62:出水孔

W1:凹槽寬度

D1:凹槽深度

W2:流道寬度

D2:流道深度

第1圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之冷卻結構的立體圖。

第2圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之套管的立體圖

第3圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之套管於第一半環周面的正視圖。

第4圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之套管於第二半環周面的正視圖。

第5圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之套管說明第一分流區域以及第二分流區域之示意圖。

第6圖係沿第1圖6-6方向之剖面圖。

第7A圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之套管中凹槽之結構示意圖。

第7B圖係本發明中另一凹槽實施例之結構示意圖。

第7C圖係本發明中另一凹槽實施例之結構示意圖。

第8A圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之冷卻結構中凹槽之寬度與深度之結構示意圖。

第8B圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之冷卻結構中流道之寬度與深度之結構示意圖。

第9圖係本發明中凹槽與流道之寬度在比例上與壓降及溫度之關係圖表。

第10圖係本發明中凹槽與流道之深度在比例上與壓降及溫度之關係圖表。

首先，請參閱第1圖至第6圖所示，在本發明第一實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構，其係包含一套管(10)、複數分流壁(20)、複數第一擋牆(40)以及複數第二擋牆(50)。

套管(10)具有一環周面(11)，且環周面(11)包含一第一半環周面(12)以及一第二半環周面(13)，其中第一半環周面(12)與第二半環周面(13)係呈對稱配置。分流壁(20)係相互平行地設置於套管(10)之環周面(11)上以形成複數流道(30)。

第一擋牆(40)係分別設置於第一半環周面(12)上之對應的分流壁(20)之間以形成複數第一分流區域(42)，而第二擋牆(50)係分別設置於第二半環周面(13)上之對應的分流壁(20)之間以形成複數第二分流區域(52)。配置於第一半環周面(12)上之第一分流區域(42)與配置於第二半環周面(13)上之第二分流區域(52)係呈非對稱之配置。

在本實施例中，旋轉電動機之冷卻結構更包含一外殼(60)，套設於該套管(10)上，其中外殼(60)包含一入水孔(61)以及一出水孔(62)，且入水孔(61)以及出水孔(62)係分別設置於外殼(60)之兩端並分別對應於兩第一分流區域 (42)。配置於第一半環周面(12)具有四個第一分流區域(42)，各第一分流區域(42)中所包含之流道數量係由入水孔(61)向出水孔(62)方向呈遞減式之設計。進一步地說明，入水孔(61)所對應之第一分流區域(42)包含六個流道(30)，而其鄰接之第一分流區域(42)包含五個流道(30)；出水孔(62)所對應之第一分流區域(42)包含兩個流道(30)，而其鄰接之第一分流區域(42)包含三個流道(30)。然而，本實施例中的流道數量僅為例示說明，對應入水孔(61)之第一分流區域(42)的流道數量最少為對應出水孔(62)之第一分流區域(42)的流道數量之1.5倍為設計原則。

綜上，本發明第一實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構藉由非對稱配置之第一分流區域(42)以及第二分流區域(52)提供冷卻介質以交錯式的路徑進行流動，相較於現有技術中連續式的流道設計具有較佳之散熱效率。此外，各個第一分流區域(42)中遞減式之流道設計讓入口處流速較慢而熱對流係數低，但出口處流速加快而熱對流係數提升，以加強出口處散熱效果，使馬達整體散熱更均勻。

請參照第7A圖至第7C圖，分別繪示了第一擋牆(40)之不同凹槽(41)實施例，本實施例第一分流區域(42)中之各第一擋牆(40)包含了連通兩相鄰之第一分流區域(42)之凹槽(41)，來避免冷卻介質於第一擋牆(40)處產生擾流，以達到降低流道壓損之目的。在第7A圖之實施例中，凹槽(41)之底面係平行於環周面(11)，且該凹槽(41)之兩相對側面係相互平行。在第7B圖之實施例中，凹槽(41)係呈弧狀外形。在第7C圖之實施例中，凹槽(41)係呈矩形狀外形。然而，本發明之凹槽(41)不以上述實施例為限，其連通面積將取決於欲降低之流道壓損之程度。

請參照第8圖至第108圖，其中第8A圖與第8B圖係分別繪示本發明第一實施例中凹槽(41)之寬度(W1)與深度(D1)以及流道(30)之寬度(W2)與深度(D2)、第9圖為凹槽(41)之寬度(W1)及流道(30)之寬度(W2)在比例上與壓降及溫 度之關係圖表，且第10圖為凹槽(41)之深度(D1)及流道(30)之深度(D2)在比例上與壓降及溫度之關係圖表。當凹槽(41)之寬度(W1)為流道(30)之寬度(W2)比例介於2-4倍之間可降低流道內之壓損並獲得較佳之散熱效果，而當凹槽(41)之深度(D1)為流道(30)之深度(D2)比例介於0.1-0.5倍之間亦可降低流道內之壓損並獲得較佳之散熱效果。

藉由上述流道結構設計之說明，本發明之旋轉電動機之冷卻結構所得以達成之主要功效歸納如下：

1.相較於現有技術中連續式的流道設計因距離較長之冷卻路徑所造成壓力損失增加而導致冷卻效率。本發明之旋轉電動機之冷卻結構藉由非對稱配置之第一分流區域(42)以及第二分流區域(52)提供冷卻介質以交錯式的路徑進行流動，藉此提高旋轉電動機之散熱效率。此外，各個第一分流區域(42)中遞減式之流道設計提高冷卻介質於出口處之流速與熱對流係數，以加強出口處散熱效果，使馬達整體散熱更均勻。

2.本發明中第一擋牆(40)係藉由連通兩相鄰之第一分流區域(42)之凹槽(41)來避免冷卻介質於第一擋牆(40)處產生擾流，以達到降低流道壓損之目的。此外，透過凹槽(41)與流道(30)之寬深比最佳設計來控制兩相鄰之第一分流區域(42)之連通面積以及流道(30)之通道面積，以降低流道內之壓損並獲得較佳之散熱效果。

10‧‧‧套管

11‧‧‧環周面

12‧‧‧第一半環周面

20‧‧‧分流壁

30‧‧‧流道

40‧‧‧第一擋牆

41‧‧‧凹槽

61‧‧‧入水孔

62‧‧‧出水孔

Claims (10)

1. 一種旋轉電動機之冷卻結構，包含： 一套管，具有一環周面，該環周面包含一第一半環周面以及一第二半環周面； 複數分流壁，相互平行地設置於該套管之該環周面上以形成複數流道； 複數第一擋牆，分別設置於該第一半環周面上之該些對應分流壁之間以形成複數第一分流區域；以及 複數第二擋牆，分別設置於該第二半環周面上之該些對應分流壁之間以形成複數第二分流區域，其中該些第一分流區域與該些第二分流區域係呈非對稱之配置。
2. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中各該第一擋牆包含一凹槽以連通兩相鄰之第一分流區域。
3. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該凹槽係呈弧狀外形。
4. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該凹槽係呈矩形狀外形。
5. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該凹槽之底面係平行於該環周面，且該凹槽之兩相對側面係相互平行。
6. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，更包含一外殼，套設於該套管上，其中該外殼包含一入水孔以及一出水孔，該入水孔以及該出水孔係分別設置於該外殼之兩端並分別對應於兩第一分流區域。
7. 如請求項6所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中對應該入水孔之該第一分流區域的流道數量係大於對應該出水孔之該第一分流區域的流道數量。
8. 如請求項7所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中對應該入水孔之該第一分流區域的流道數量最少為對應該出水孔之該第一分流區域的流道數量之1.5倍。
9. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該凹槽之寬度最少為該流道之寬度之2倍。
10. 如請求項1所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該流道之深度最少為該凹槽之深度之2倍。

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