淺談風扇馬達式散熱系統的機械設計策略

劉洋

日本電產（大連）有限公司 遼寧大連 116000

1 風扇馬達散熱系統設計綜述

與傳統的直驅式發動機散熱系統相比，風扇馬達散熱系統采用了溫度感應控制油壓和風扇轉速的運作方式，被廣泛使用于工程機械制造的散熱系統設計方案中。其工作原理為，系統中的溫度傳感器，能夠感知冷卻液的溫度數值，并向ECU控制中心發送信號；由ECU控制中心自動分析和判斷后，向電比例閥發出指令，調整油壓數值，進而實現對系統風扇的轉速控制。風扇馬達散熱系統的設計優勢與特色為，其風扇轉速不依賴于發動機調節，采用了溫度感知、油壓調節的方式，能夠節省6-8%的油耗量，降低了散熱系統的運行成本，具有降噪、節能的設計優勢。

下文中，筆者將針對風扇馬達散熱系統中，風扇、馬達、隔熱支架、系統控制中心的位置與結構設計差異，分別對液壓馬達后置式和中置式的散熱系統做出分析。采用了后置式的風扇馬達散熱系統，只要開啟支架后，即可對散熱器、風扇和馬達部件實施更換、維護與清洗，具有便于維修和保養，操作安全的優勢[1]。

2 中置式散熱系統的設計要點

中置式的風扇馬達散熱系統，采用了將風扇馬達置于散熱器、發動機之間的結構設計策略，常見于傳統結構的散熱系統設計方案中。其設計特點為，在隔熱支架的外側放置馬達，受到系統結構限制，不能夠直接打開散熱系統的支架，對其組件進行更換或者維修，但具有固定可靠，整體結構簡單的特點優勢。

由于馬達組件被安放在散熱器和支架二者之間，需要將液壓管路、中冷鋼管和水管等零部件拆除后，借助專業吊具將風扇馬達、散熱器取出，才能夠進行馬達更換、故障維護和清理養護。由于散熱系統的質量常常超過100噸，吊取過程存在安全隱患，同時增加了時間、資金和人力成本。

3 后置式散熱系統的設計要點

與中置式散熱系統設計相區別，后置式散熱系統設計方案中，在可打開或者固定的組件上安置風扇馬達，以便于安全高效地保養和維護。參考圖1。

后置式的散熱系統設計方案中，多在散熱器側面，使用鉸鏈固定馬達風扇組件，以便于60°旋轉打開。如果需要對散熱系統進行清理、保養或者維修，則打開組件支架，馬達組件和散熱器系統都將露出，提高了部件更換與維修、養護過程中安全性和便利性，避免發生不必要的人身傷害和財產損失。依據散熱器、風扇和馬達幾個主要部件的安裝位置不同，可以將后置式散熱系統劃分為兩種類型。具體分析如下。

3.1 馬達布置在內側

圖1所示即為馬達布置在散熱器內側的方式，在實際設計中，這種方式常受整機參數及相關部件空間位置的限制，在現有空間希望盡量加大風扇與散熱器之間距離的情況下，可選用此種方式。風扇與散熱器表面之間的距離d對風扇的效率影響很大，實際測試可以得到風扇與散熱器表面的距離對散熱效率的影響，當d≤50mm時，風扇的效率會下降很大。采用此種布置方式可在一定程度上合理調節風扇與散熱器之間的距離，從而使風扇能夠工作在高效區，使冷卻風更加均勻地吹過散熱器的表面，從而提高散熱性能。需要注意的是，風扇有吹風或吸風兩種形式，一般多采用吸風風扇（冷風先經過散熱器后經過風扇為吸風，反之為吹風），這不僅是因為吸風風扇效率高，另一重要因素是吹風風扇的風經過散熱器后會加熱發動機艙，進而會加熱駕駛室艙，不僅使發動機熱負荷增加，甚至會直接影響到駕駛室內的溫度，這在夏天會嚴重影響空調的制冷效果[2]。

圖1 后置式散熱系統設計圖

3.2 馬達布置在外側

馬達布置在外側，是指將上圖中馬達2與風扇3的前后位置對換進行布置。在空間位置足夠的情況下，可以采用這種布置方式，其優點是馬達支架的結構簡單，但需要增加風扇防護網，以防止支架打開后，暴露的風扇造成人身意外傷害。此種方式也可方便地實現風扇的裝配及拆卸更換，且馬達管路因可以布置在支架內部而更加美觀，也是一種可以優選的設計方式。

4 結語

綜上所述，經實驗驗證和實踐經驗證明，后置式的風扇馬達散熱系統設計方式，具有降低機械運行噪音，節約油耗和維修成本，便于維護、清理養護的優勢，是散熱系統設計方案的首選。