淺議水冷直線電機基于實踐的散熱改善

史桂英 赫玉麗 于洪杰

（哈爾濱泰富實業有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 引言

電機溫升是電機的關鍵性能指標，影響溫升的關鍵因素主要是發熱和散熱，電機的主要熱源是繞組，在電機的電磁設計時就會考慮繞組的發熱問題，而散熱問題相對比較復雜，理論計算很難準確評估，需要試驗來摸索和驗證，本文所研究的水冷直線電機散熱就是以實際產品試制為基礎，以試驗數據為依據進行的，通過試驗和分析來探尋原因并提出改進方案，從而改善電機的散熱效果。

2 電機初始情況

本文研究的電機初級初始結構是初級鐵芯槽型為矩形開口槽，鐵芯沖片之間用膠粘接壓緊，在鐵芯軛部均勻分布多個圓底斜口槽，槽內安裝冷卻管，初級繞組采用分數槽環形散繞組形式，電機有外殼，并用環氧樹脂進行灌封，其冷卻結構如圖1所示。運行法測額定負載時的電機溫升為158.9K。

圖1

3 情況分析

電機溫升太高，已嚴重超過F級絕緣標準。電機的熱源為電機繞組，熱量傳遞路線如圖2所示，熱量傳遞第一路由繞組傳遞給鐵芯再由鐵芯分兩路導出，一路傳遞給冷卻管通過冷卻循環水將熱量帶走，另一路由鐵芯通過環氧樹脂傳遞給外殼上下板，通過外殼上下板與外界空氣進行熱交換；第二路由繞組通過環氧樹脂傳遞給外殼側板，由外殼側板跟外界空氣進行熱交換。

為分析各環節熱傳遞情況需監測各環節溫度，試驗結果如表1、表2所示：

本試驗是自冷方式故不考慮冷卻管和冷卻循環水的原因，依據試驗數據分析，樣機的繞組熱敏電阻末態對應溫度120℃，即繞組實際溫度不小于120℃，樣機的鐵芯末態溫度為79℃，外殼末態溫度僅為43℃，說明樣機的繞組與初級鐵芯之間，初級鐵芯與電機外殼之間，繞組與電機外殼之間的熱傳遞不好。

本試驗主要分析水冷卻情況，依據試驗數據分析，樣機的繞組熱敏電阻末態對應溫度120℃，即繞組實際溫度不小于120℃，而冷卻水溫差僅為3℃，分析認為冷卻循環水沒有起到應有的作用，該環節存在問題。

根據熱傳遞路線分析溫升高原因，如圖3所示，現忽略發熱狀況來分析其原因：

原因 1.電機繞組-初級鐵芯：繞組與鐵芯之間有槽絕緣，如果槽絕緣薄達不到絕緣要求，但槽絕緣越厚就會越硬，會導致槽絕緣與鐵芯之間有微小空隙，空氣是無限大熱阻會直接減少電機繞組傳遞給鐵芯的熱量。所以環氧樹脂的流動性和導熱性很重要。同時初級鐵芯的疊壓緊致度也會影響熱量傳遞。

原因2.初級鐵芯-冷卻管：初級鐵芯與冷卻管均為金屬材料，本身導熱性非常好，但二者之間不可能完全接觸，非接觸處就會有空氣，對熱量傳遞影響非常大，所以要采取措施保證初級鐵芯與冷卻管完全接觸。

原因3.冷卻管-冷卻循環水：冷卻循環水是主要的冷卻手段，在水流量相同的情況下，冷卻水與冷卻管的接觸面積是影響冷卻效果的直接原因，所以要改善冷卻效果就要增加循環水與冷卻管的接觸面積。

原因4.初級鐵芯-外殼，電機繞組-外殼：電機整體用環氧樹脂進行灌封，所以初級鐵芯、電機繞組與外殼之間將有環氧樹脂填充，又體現了環氧樹脂的流動性和導熱性的重要性。

4 措施

針對以上試驗數據和原因分析采取了如下措施：

1）鐵芯沖片之間取消膠粘，改用鉚接方式；

2）采用流動性和導熱系數更高的環氧樹脂；

圖2

表1

表2

圖3

3）冷卻管與初級鐵芯改為過盈配合，鐵芯軛部的圓底斜口槽改為圓底直口槽；

4）冷卻管與初級鐵芯之間涂高導熱材料；

5）冷卻管采用內外表面非光滑的冷卻岐管，即異型管。

結論

改進后同樣采用運行法測額定負載時的電機溫升，溫升值為81.6K。與改進前電機的溫升值158.9K降低了77.3K,說明以上針對散熱問題的分析和改進措施都是有效的。

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