TWI697178B - 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，包含一套管以及複數主分流壁，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。主分流壁係相互平行地設置於套管之環周面上以形成複數主流道。各主分流壁包含一主缺口，其中兩相鄰主分流壁之兩主缺口係分別配置於第一半環周面上以及第二半環周面上。藉由環周面上呈交錯配置之主分流壁的主缺口，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。

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，其係藉由環周面上呈交錯配置之主分流壁的主缺口，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，透過主流道從入水孔至出水孔之遞減式流道寬度設計以及各主流道從入水孔至出水孔中副流道數量的差異設計，以加強出口處散熱效果，使旋轉電動機整體散熱更均勻。再者，藉由主分流壁以及副分流壁的梯狀外形結構來提升散熱面積，以加強整體散熱效果。

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，包含一套管以及複數主分流壁，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。主分流壁係相互平行地設置於套管之環周面上以形成複數主流道。各主分流壁包含一主缺口，其中兩相鄰主分流壁之兩主缺口係分別配置於第一半環周面上以及第二半環周面上。

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主流道。

在本發明的一實施例中，對應入水孔之主流道的寬度係大於對應出水孔之主流道的寬度，其中對應入水孔之主流道的寬度與對應出水孔之主流道的寬度之比例介於2至3倍間。

在本發明的一實施例中，旋轉電動機之冷卻結構更包含複數副分流壁，相互平行地設置於各主流道上以形成複數副流道，其中各副分流壁包含兩分別配置於第一半環周面上以及第二半環周面上副缺口。

在本發明的一實施例中，對應入水孔之主流道的副流道數量係大於對應出水孔之主流道的副流道數量，其中對應入水孔之主流道的副流道數量與對應出水孔之主流道的副流道數量之比例介於2至3倍間。

在本發明的一實施例中，主分流壁以及副分流壁係呈梯狀外形，其中各梯狀外形主分流壁以及副分流壁包含一具有一第一長度頂部以及一具有一第二長度底部，且第一長度係小於第二長度。

在本發明的一實施例中，第一長度與第二長度之比例介於0.2至0.8間。

綜上所述，本發明之旋轉電動機之冷卻結構藉由環周面上呈交錯配置之主分流壁的主缺口，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，透過主流道從入水孔至出水孔之遞減式流道寬度設計以及各主流道從入水孔至出水孔中副流道數量的差異設計，以加強出口處散熱效果，使旋轉電動機整體散熱更均勻。再者，藉由主分流壁以及副分流壁的梯狀外形結構來提升散熱面積，以加強整體散熱效果。

10:套管

11:環周面

12:第一半環周面

13:第二半環周面

20:主分流壁

21:主流道

22:主缺口

23:頂部

24:底部

31:入水孔

32:出水孔

40:副分流壁

41:副流道

42:副缺口

W1:第一寬度

W2:第二寬度

D1:第一長度

D2:第二長度

第1圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之冷卻結構的分解圖。

第2圖係本發明第一實施例之旋轉電動機之冷卻結構中第一寬度與第二寬度比例與壓降及溫度之關係圖表。

第3圖係本發明第二實施例之旋轉電動機之冷卻結構的立體圖。

第4圖係本發明第二實施例之旋轉電動機之冷卻結構的正視圖。

第5圖係本發明第三實施例之旋轉電動機之冷卻結構的正視圖。

首先，請參閱第1圖，本發明第一實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構包含一套管(10)以及複數主分流壁(20)。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。主分流壁(20)係相互平行地設置於套管(10)之環周面(11)上以形成複數主流道(21)。

在本實施例中，旋轉電動機之冷卻結構更包含一外殼，套設於該套管(10)上，其中外殼包含一入水孔(31)以及一出水孔(32)，且入水孔(31)以及出水孔(32)係分別設置於該外殼之兩端並分別對應於兩主流道(21)。

各主分流壁(20)包含一主缺口(22)，其中兩相鄰主分流壁之兩主缺口(22)係分別配置於第一半環周面(12)上以及第二半環周面(13)上，使主分流壁(20)之主缺口(22)於環周面(11)上呈交錯配置。此外，入水孔(31)所對應之主流道(21)具有一第一寬度(W1)，而出水孔(32)所對應之主流道(21)具有一第二寬度(W2)，其中第一寬度(W1)係大於第二寬度(W2)。進一步地說明，鄰接於對應入水孔(31)主流道(21)之另一主流道(21)具有略小於第一寬度(W1)之流道寬度，而鄰接於對應出水孔(32)主流道(21)之另一主流道(21)具有略大於第二寬度(W2)之流道寬度。亦即，各主流道(21)的流道寬度係由入水孔(31)向出水孔(32)方向呈遞減式之設計，然而實際的流道寬度仍視實際套管(10)之總長而做調整，請參照第2圖中第一寬度(W1)與第二寬度(W2)之比例與壓降及溫度之關係圖表，當第一寬度(W1)與第二寬度(W2)之比例介於2至3倍間時，可有效降低總體溫度並獲得明顯之壓降，因此以第一寬度(W1)與第二寬度(W2)之比例介於2至3倍間為設計原則。

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主分流壁(20)之主缺口(22)於環周面(11)上呈交錯配置來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，主流道(21)之遞減式流道寬度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，使旋轉電動機整體散熱更均勻。

請參照第3圖及第4圖，本發明第二實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構，相較於第一實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構更包含複數副分流壁(40)，相互平行地設置於各該主流道(21)上以形成複數副流道(41)。各副分流壁(40)包含兩分別配置於該第一半環周面上以及該第二半環周面上之副缺口(42)。此外，鄰近入水孔(31)之副流道(41)數量係大於鄰近出水孔(32)之副流道(41)數量，且比例係介於2至3倍間。

因此，本發明第二實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構於各主流道(21)中配置了複數並聯的副流道(41)，並藉由鄰近入水孔(31)之副流道(41)數量係大於鄰近出水孔(32)之副流道(41)數量之設計，可使冷卻介質於鄰近入水孔(31)的低溫區域降低流速，另一方面則使冷卻介質於鄰近出水孔(32)的高溫區域提高流速來加強出口處散熱效果，使馬達整體散熱更均勻。

請參照第5圖，本發明第三實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構與第一實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構的差異在於主分流壁(20)係呈梯狀外形。各主分流壁(20)包含一頂部(23)以及一底部(24)，其中頂部(23)具有一第一長度(D1)，且底部(24)具有一第二長度(D2)。第一長度(D1)係小於第二長度(D2)，且第一長度(D1)與該第二長度(D2)之比例介於0.2至0.8間。值得一提的是，雖然本實施例是以主分流壁(20)做為例示說明，但此結構亦可適用於第二實施例 之副分流壁(40)而使主分流壁(20)以及副分流壁(40)皆具有梯狀外形分流壁結構。

本發明第三實施例中所提供旋轉電動機之冷卻結構藉由梯狀外形的分流壁結構來提升流道總面積，進而提升散熱面積，以加強整體散熱效果。

藉由上述各實施例之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下降，本發明之旋轉電動機之冷卻結構藉由主分流壁(20)之主缺口(22)於環周面(11)上呈交錯配置來提供冷卻介質以交錯式的路徑進行流動來提高散熱效率。

2.本發明中利用主流道(21)從入水孔(31)至出水孔(32)之遞減式流道寬度設計以及各主流道(21)從入水孔(31)至出水孔(32)中副流道(41)數量的差異設計，可使冷卻介質於鄰近入水孔(31)的低溫區域降低流速，另一方面則使冷卻介質於鄰近出水孔(32)的高溫區域提高流速來加強出口處散熱效果，使旋轉電動機整體散熱更均勻。

3.本發明中藉由主分流壁(20)以及副分流壁(40)的梯狀外形結構來提升散熱面積，以加強整體散熱效果。

10‧‧‧套管

11‧‧‧環周面

12‧‧‧第一半環周面

13‧‧‧第二半環周面

20‧‧‧主分流壁

21‧‧‧主流道

22‧‧‧主缺口

31‧‧‧入水孔

32‧‧‧出水孔

W1‧‧‧第一寬度

W2‧‧‧第二寬度

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；以及 複數主分流壁，相互平行地設置於該套管之該環周面上以形成複數主流道，且各該主分流壁包含一主缺口，其中該兩相鄰主分流壁之該兩主缺口係分別配置於該第一半環周面上以及該第二半環周面上。
2. 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主流道。
3. 如請求項2所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中對應該入水孔之該主流道的寬度係大於對應該出水孔之該主流道的寬度。
4. 如請求項3所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中對應該入水孔之該主流道的寬度與對應該出水孔之該主流道的寬度之比例介於2至3倍間。
5. 如請求項2所述之旋轉電動機之冷卻結構，更包含複數副分流壁，相互平行地設置於各該主流道上以形成複數副流道，其中各該副分流壁包含兩副缺口，且該兩副缺口係分別配置於該第一半環周面上以及該第二半環周面上。
6. 如請求項2所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中對應該入水孔之該主流道的副流道數量係大於對應該出水孔之該主流道的副流道數量。
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主流道的副流道數量與對應該出水孔之該主流道的副流道數量之比例介於2至3倍間。
8. 如請求項1或4所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該些主分流壁以及該些副分流壁係呈梯狀外形。
9. 如請求項8所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中各該梯狀外形主分流壁以及副分流壁包含一頂部以及一底部，該頂部具有一第一長度而該底部具有一第二長度，其中該第一長度係小於該第二長度。
10. 如請求項9所述之旋轉電動機之冷卻結構，其中該第一長度與該第二長度之比例介於0.2至0.8間。

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