浅议水冷直线电机基于实践的散热改善

图 ２
课题 名称 ： 控机 床 用大 推力 直线 电机 及驱 动装 置 数
课题 编号 ：０１ Ｚ ４ ０ ０ １ ２ ０ Ｘ０ ０１ － ４
中国新技术新产品
一５ 一
摘 要： 电机 温升是 电机 的 关键性 能 参数 ， 响 温升 的 关键 因素 主要 是 发 热和散 热 ， 冷 电机 的散 热 尤为 重要 ， 文 基 于 实践数 据 ， 影 水 本 从 电机 的散 热 方面进 行 分析 ， 寻找 影 响散 热的原 因 ， 并提 出改进 方案 以改善 水 冷直 线 电机 的散 热 效果 。 关键 词 ： 永磁 直 线 电机 ； 温升 ； 水冷 ； 热性 ； 导 异型 管
高新 技 术
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浅议 水冷直线 电机基于实践 的散热改善
史 桂 英 赫 玉 丽 于 洪杰
（ 尔滨泰 富 实业 有 限公 司 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １ ００ ） ５ ０ ０
存 在 问题 。 根 据 热 传 递 路 表２ 线 分 析 温 升 高 原 负 载 绕 组热 敏 电阻 绕 组热 敏电 阻 热敏 电阻末 态 铁芯 末 态 外 壳 末态 因 ， 图 ３所 示 ， 如 现 （ ｇ 卡始 值 （ Ｑ ） 末态 值 （ 对 应 温度 （ ） 温 度 （ ） 温度 （ ） ｋ） Ｊ Ｊ Ｋ ＫＱ） ℃ ℃ ℃ 忽 略发 热 状 况 来 分 ３０ ５ ０ ４５ ９ ７ １ １４ １ ３ １０ ２ ２ ５ ２ ８ 析 其原 因 ： 原 因 １电机 绕 ． 组 一 级 铁 芯 ： 组 初 绕 与 铁 芯 之 间有 槽 绝 缘 ，如 果 槽 绝 缘 薄 达 不 到绝 缘要 求 ， 但 槽 绝 缘 越 厚 就 会 冷 越 硬 ，会 导 致 槽 绝 缘 与 铁 芯 之 间有 微 小 空 隙 ，空 气 是 无 限 大 热 阻 会 直 接 减 少 电机 绕 组 传 递 给 铁 芯 的 热 量 。所 以 散 热 蔗 环 氧 树 脂 的 流 动 性 图３ 和导 热 性很 重 要 。 同 时初级 铁 芯 的叠压 紧致 度 也会 影 响热 量传 盈 配合 ，铁芯 轭部 的圆底 斜 口槽 改为 圆底 直 递。 口槽 ； ４ ）冷却 管 与 初 级 铁 芯 之 间涂 高 导 热 材 原 因 ２ 级铁 芯一 却管 ： 级铁 芯 与冷 ． 初 冷 初 却管 均 为金属 材 料 ， 身 导热 性非 常好 ， 二 料 ： 本 但 者之 间不 可能 完 全接 触 ，非接 触 处就 会有 空 ５冷却 管采 用 内外 表 面非 光 滑的 冷却 岐 ） 即异 型管 。 气 ， 热 量传 递影 响非 常 大 ， 以要采 取措 施 管 ， 对 所 结论 保证 初级 铁芯 与冷 却管 完全 接触 。 原因 ３ ． 管一 却循 环 水 ： 冷却 冷 冷却 循环 水 改进后 同样 采用 运 行法 测额 定 负 载时 的 是主 要 的冷却 手段 ， 水 流量 相 同的情 况 下 ， 电机 温升 ， 在 温升值 为 ８． 。与 改进 前 电机 的 １Ｋ ６ ５． ９ ７Ｋ 说 ３ 冷却水 与 冷却 管 的接触 面 积是 影 响冷 却效 果 温升 值 １８ Ｋ降低 了 ７． ， 明以 上 针对 的直接 原 因 ，所 以要改 善 冷却 效果 就 要增 加 散 热 问题 的分析 和改 进措 施都 是有 效 的。 参 考 文 献 循 环 水与 冷却 管 的接触 面积 。 原因 ４ ． 铁芯 一 壳 ， 初级 外 电机 绕组 一 外壳 ： ［ 史 志 东， 于散 热的 直流 电机 【 ． １－ ７ １ 】 易 Ｐ ２ ０ ０— 】０ 电机 整体用 环 氧树 脂进 行 灌封 ，所 以初 级 铁 ２１中 国 专 利 ：０ ９２ ２ ． ４ ． ． ２ ０ ．０ １ ９ ２ ３ 董 一种铜 铝 复合 散 热结 构 电机 ． １ Ｊ 武 Ｐ 芯、 电机绕组 与 外壳 之 间将 有 环氧 树脂 填充 ， ［］ 明海 ， ２ 又体现 了环 氧树 脂 的流 动性 和 导热 性 的重要 汉登 奇机 电技 术有 限公 司．武汉 登奇 机 电技 性。 术 有 限 公 司 ，００—０— ７ 中 国 专 利 ： ２ １ １ ２． ２ ０９ ２ ２ ７１ ７． ０ ． ０ ４． １ ４措 施 针对 以上试 验数 据 和原 因分 析采 取 了如 ［】 ３苏楠 ， 变频 电机 自带散 热 风机 的供 电 结构 ． 下措 施 ： 『１ ０ ０ １ — ０ 中国专并 ：０ ９２ ３ ．１ ９ ． Ｐ． １ — ０ ２ ． ２ １ ２ ０ ．０ １ ５ ｓ ９ １铁 芯 冲片 之 间取 消胶 粘 ， ） 改用 铆 接 方
考虑 绕组 的发 热 问题 ，而散 热 问题 相对 比较 复杂 ， 论计 算很 难 准确 评估 ， 要 试验 来 摸 理 需 索和 验证 ，本 文所 研 究 的水 冷直 线 电机 散 热 就是 以实 际产 品 试制 为基 础 ，以试 验数 据 为 依 据 进行 的 ，通过 试 验 和分 析来 探 寻原 因并 提 出改进 方案 ， 而改 善 电机 的散 热效果 。 从 ２电机 初始 情 况 本 文研 究 的 电机初 级 初始 结 构是 初级 铁 芯 槽 型为 矩形 开 口槽 ，铁 芯 冲 片之 间用 胶 粘 接 压 紧 ，在铁 芯轭 部 均匀 分 布多 个 圆底 斜 口 槽 ， 内安 装冷 却 管 ， 槽 初级 绕组 采 用分 数槽 环 形 散绕 组形 式 ， 有 外壳 ， 用 环氧 树脂 进 电机 并 行灌 封 ， 冷却 结构 如 图 １ 示 。 其 所 运行 法 测额 定 负载 时 的 电机 温 升 为 １８ Ｋ ５． 。 ９
中 图 分 类 号 ： ３ ．＋ ＴＵ８ ２２ ３ 文献 标识 码 ： Ａ
ｌ引 言 冷 却 水 温 差 仅 为 电机 温 升 是电 机 的关 键性 能 指标 ，影 响 ３Ｃ ｏ，分析 认 为冷 却 温升 的关 键 因素 主要 是 发 热和 散热 ，电机 的 循 环水 没 有 起 到 应 主要 热 源是绕 组 ，在 电机 的电磁 设 计 时就 会 有 的作 用 ，该 环 节
表 １
负 载 绕组热 敏 电阻 绕 组热 敏电阻 热敏 电阻末态 铁 芯末 态温度 外壳 末态 （ ｇ 初始 值 （ Ｑ） 末 态值 （ Ｑ） 对应温 度 （ ） ｋ ） Ｋ Ｋ ℃ （ ） ℃ 温度 （ ） ℃
２１ Ｏ ０ ５７ ． ３ １ ０９ ８ １０ ２ ７ ９ ４３
挎却管 铁芯
＝三
、
— —＿ ！１ —— — —— — —— —— — — ——— —— ～一一
图 １
３情 况 分析 电机温 升太 高 ，已严 重 超 过 Ｆ级 绝缘 标 准。 电机 的 热源 为 电机绕 组 ， 热量 传递 路线 如 图 ２所示 ，热 量 传递 第 一路 由绕组 传 递给 铁 芯再 由铁 芯 分两 路 导 出 ，一 路 传递 给 冷却 管 通过 冷却 循 环水 将热 量 带走 ，另一 路 由铁 芯 通过 环氧 树 脂传 递 给外 壳上 下 板 ，通过 外 壳 上 下 板与 外 界空 气进 行 热交 换 ；第 二路 由绕 组 通 过环 氧树 脂 传递 给 外壳 侧 板 ， 由外 壳 侧 板 跟 外界 空气 进 行热 交换 。 为分 析各 环节 热 传递 情 况需 监测 各 环 节 温 度 ， 验 结果 如 表 １表 ２ 示 ： 试 、 所 本试 验是 自冷方 式故 不 考虑 冷却 管 和 冷 却 循 环水 的原 因 ， 试 验数 据 分析 ， 机 的 依据 样 绕 组 热敏 电 阻末 态对 应温 度 １０ ， ２％ 即绕 组 实 际温度 不 小 于 １０ 样 机 的铁芯 末态 温 度 为 ２ ％， ７ ｑ， 壳 末 态温 度仅 为 ４℃ ， 明样 机 的绕 ９Ｃ外 ３ 说 组 与初 级铁 芯 之 间 ，初 级 铁芯 与 电机 外壳 之 间， 绕组 与 电机 外壳 之 间 的热 传 递不 好 。 本 试验 主要 分 析水 冷 却情 况 ，依 据试 验 数据 分 析 ，样机 的绕 组 热 敏 电阻末 态 对应 温 度 １０ ，即 绕组 实 际 温 度 不小 于 １０ ， ２％ ２ ％ 而