TWM517473U - 具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼 - Google Patents

具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼 Download PDF

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Mi-Ching Tsai
Zwe-Lee Gaing
Wei-Mon Yan
Pin-Chuan Wang
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具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼
本創作係關於一種液冷式機殼,尤指一種具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼。
目前如馬達或發電機等產品之構造中,其主要係於一機殼內部裝設同軸配置的轉子與定子,由於轉子相對於定子旋轉時,馬達或發電機因能量損失轉換為熱能。為避免馬達或發電機運轉時之工作溫度過高,且為提高冷卻散熱的效能,現有馬達或發電機即採取液冷式機殼構造,藉以利用循環流動的冷卻液通過機殼內部進行熱交換,而達到冷卻降溫之目的。
目前已知應用於馬達或發電機領域的液冷式機殼構造,概有我國公告第I484733號發明專利案公開之「具油路循環之馬達」、公告第I477040號發明專利案公開之「雙循環冷媒冷卻馬達」,以及公告第I477041號發明專利案公開之「雙循環冷媒冷卻馬達」等。
前述公告第I484733號發明專利案公開之「具油路循環之馬達」中,其主要係於馬達本體之設有軸承的兩端部分別設有一油路空間,每一油路空間分別以一進油管以及一回油管連接一油箱,另以一泵浦將油箱內的冷卻油通過油管與回油管與油路空間之間循環,藉以冷卻馬達本兩端軸承周緣部位。
惟前揭「具油路循環之馬達」僅分別對馬達本體兩端的軸承周緣部位提供冷卻功能,馬達本體中段完全不具備冷卻功能,無法對馬達整體提供較佳的冷卻效果,而且馬達本體兩端與中段間之溫度差偏大的問題。
前述公告第I477040號與公告第I477041號發明專利案公開之「雙循環冷媒冷卻馬達」中,其主要係於一組雙循環外殼中裝設一定子與一位於定子內的轉子,該雙循環外殼中設置一螺旋狀流道,並於螺旋狀流道的前後端分別連接一冷卻油導管,提供冷卻油於其中循環流動而構成一冷媒蒸發器,該定子中段為通道型矽鋼片與穿透型矽鋼片所構成,並形成多個貫穿定子內外側的定子注油口,且通道型矽鋼片還與該雙循環外殼內側之間形成一定子外油道,定子外油道連接該雙循環外殼兩端的冷卻油導管,轉子與定子之間縫隙形成一筒狀油道,轉子前後兩端各設有一油泵葉片,油泵葉片能將冷卻油自該筒狀油道抽出後,通過雙循環外殼兩端之冷卻油管導入定子外油道,再經由定子注油口導入筒狀油道而構成一冷卻油內循環迴路,使該馬達利用內外冷媒循環流動達到冷卻之目的。
惟該雙循環冷媒冷卻馬達係利用內外雙循環冷卻機制達到馬達冷卻之目的。其中,冷媒蒸發器係採取單一螺旋狀流道的迴路設計,會因冷卻油的流向而累積熱量在該雙循環外殼具有冷卻油出口處的一端,造成雙循環外殼軸兩端的溫度高低差偏大。再者,該馬達係利用其雙循環外殼兩端之冷卻油管結合定子之通道型矽鋼片與雙循環外殼內側間設置之定子外油道,轉子與定子之間縫隙形成一筒狀油道,以及轉子前後兩端各設有一油泵葉片等而構成一冷卻油內循環迴路,此冷卻油內循環迴路之構造複雜,製造及維修困難,且無法適用於各種馬達或發電機等產品,而且於雙循環外殼、定子與轉子之間設置冷卻油內循環迴路易對馬達或發電機之運轉產生不利的干擾等影響。
本創作之主要目的在於提供一種具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,解決現有液冷式機殼冷卻效果不佳以及冷卻循環迴路複雜等問題。
為達成前揭目的,本創作所提出的具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,係包含: 一殼體,其包含一殼壁,該殼壁中界定有一中心軸線,該殼壁中形成一沿中心軸線貫通殼壁的軸孔,該殼壁沿中心軸線方向的相對兩端分別為一第一端與一第二端; 一第一螺旋管,係設置於該殼體的殼壁內部,該第一螺旋管包含多數個第一螺旋管單元,該多數個第一螺旋管單元相對於該中心軸線依循一螺旋半徑及一螺旋導程連續螺旋繞設,該第一螺旋管具有一伸出殼壁的第一端外的第一冷卻液入口,該第一螺旋管具有一伸出殼壁的第二端外的第一冷卻液出口;以及 一第二螺旋管,係設置於該殼體的殼壁內部,該第二螺旋管包含多數個第二螺旋管單元,該多數個第二螺旋管單元相對於該中心軸線依循該螺旋半徑及該螺旋導程連續螺旋繞設,該第二螺旋管的第二螺旋管單元與第一螺旋管的第一螺旋管單元錯位排列,該第二螺旋管具有一伸出殼壁的第一端外的第二冷卻液出口,該第二螺旋管具有一伸出殼壁的第二端外的第二冷卻液入口。
藉由前揭具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼創作,使其應用於馬達或發電機等產品中,該液冷式機殼主要係於其殼體之殼壁內設置等徑周向螺旋的第一、第二螺旋管,而構成雙螺旋冷卻液流道,用以導入流動的冷卻液將馬達或發電機運轉所產生的熱量帶走,且利用第一、第二螺旋管分別位於殼體殼壁兩端的第一、第二冷卻液入口雙向同時輸入冷卻液,並使熱交換後的冷卻液再分別由殼體之殼壁兩端的第一、第二冷卻液出口流出,以及該二螺旋管的螺旋管單元交錯排列等創新的雙螺旋冷卻液流道構造,使該液冷式機殼使用的過程中,藉由輸入低溫冷卻液的第一螺旋管的第一冷卻液入口與輸出吸熱後冷卻液的第二螺旋管的第二冷卻液出口位於殼壁的第一端,輸出吸熱後冷卻液的第一螺旋管的第一冷卻液出口與輸入低溫冷卻液的第二螺旋管的第二冷卻液入口位於殼壁的第二端,使該液冷式機殼的整體溫度不會因冷卻液流動方向而累積熱量在殼體一端,冷卻液在殼體的雙螺旋冷卻液流道中的輸入位置、輸出位置以及冷卻液流道中段的溫度差較小,解決現有馬達或發電機之冷卻液於其機殼內部流道中的溫度梯度大的問題,讓馬達或發電機內部構件的溫度更平衡,而能穩定運轉。
依據前揭新型內容所提出之技術手段,本創作至少可創作出如圖1至圖7所示之數種具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼較佳實施例,由該些圖式中可以見及,所述具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼係包含:一殼體10A、10B、10C、一第一螺旋管20以及一第二螺旋管30。
如圖1、圖5以及圖6、圖7所示,所述殼體10A、10B、10C係導熱性材料所製成的構件,其包含一殼壁11A、11B、11C,殼壁11A、11B、11C中界定有一中心軸線100,且殼壁11A、11B、11C中形成一沿該中心軸線100貫通殼壁11A、11B、11C的軸孔14,該殼壁11A、11B、11C沿中心軸線100方向的相對兩端分別為一第一端12與一第二端13。
如圖1、圖5以及圖6、圖7所示,所述第一螺旋管20係導熱性材料所製成的構件,其係設置於該殼體10A、10B、10C的殼壁11A、11B、11C內部,該第一螺旋管20包含多數個第一螺旋管單元21、31,該多數個第一螺旋管單元21、31相對於該中心軸線100依循一螺旋半徑及一螺旋導程連續螺旋繞設於軸孔14外圍,如圖1及圖2所示,該第一螺旋管20具有一伸出殼壁11A的第一端12外的第一冷卻液入口22,該第一螺旋管20具有一伸出殼壁11A的第二端13外的第一冷卻液出口23,使冷卻液能自第一冷卻液入口22輸入,而由第一冷卻液出口23排出。
如圖1、圖5以及圖6、圖7所示,所述第二螺旋管30係導熱性材料所製成的構件,其係設置於該殼體10A、10B、10C的殼壁11A、11B、11C內部,該第二螺旋管30包含多數個第二螺旋管單元21、31,該多數個第二螺旋管單元21、31相對於該中心軸線100依循該螺旋半徑及該螺旋導程連續螺旋繞設於軸孔14外圍,該第二螺旋管30的第二螺旋管單元21、31與第一螺旋管20的第一螺旋管單元21、31錯位排列。如圖1及圖2所示,該第二螺旋管30具有一伸出殼壁11A的第一端12外的第二冷卻液出口33,該第二螺旋管30具有一伸出殼壁11A的第二端13外的第二冷卻液入口32。使冷卻液能自第二冷卻液入口32輸入,而由第二冷卻液出口33排出,第二螺旋管30內的冷卻液流動方向與第一螺旋管20內的冷卻液流動方向互為反向。
如圖1及圖2所示的各種較佳實施例,係分別揭示本創作之第一螺旋管20的第一冷卻液入口22與第一冷卻液出口23、以及第二螺旋管30的第二冷卻液入口32與第二冷卻液出口33的各種較佳實施型態,其中,如圖1所示的較佳實施例,所述第一螺旋管20的第一冷卻液入口22與第二螺旋管30的第二冷卻液出口33可自殼壁11A的第一端12內同朝一側徑向伸出,該第一螺旋管20的第一冷卻液出口23與第二螺旋管30的第二冷卻液入口32係自殼壁11A的第二端13內部同朝一側徑向伸出。或者,如圖2所示的較佳實施例,該第一螺旋管20的第一冷卻液入口22與第二螺旋管30的第二冷卻液出口33可自殼壁11A的第一端12內分別朝徑向相異兩側伸出,該第一螺旋管20的第一冷卻液出口23與第二螺旋管30的第二冷卻液入口32係分別自殼壁11A的第二端13內部分別朝徑向相異兩側伸出。
除上述以外,該第一螺旋管的第一冷卻液入口與第二螺旋管的第二冷卻液出口還可以分別自殼壁的第一端內部沿中心軸線方向伸出,該第一螺旋管的第一冷卻液出口與第二螺旋管的第二冷卻液入口係分別自殼壁的第二端內部沿中心軸線方向伸出。
如圖3至圖7所示的各種較佳實施例,係分別揭示本創作液冷式機殼中之殼體各種實施例。其中,如圖3及圖4所示的較佳實施例,該殼壁11A包含一內殼部15A與一外殼部16A,該外殼部16A朝向內殼部15A的內壁面形成二道螺旋槽17A,該第一螺旋管20與第二螺旋管30設置於該二道螺旋槽17A中,該外殼部16A套設於內殼部15A外周面,該第一螺旋管20與第二螺旋管30接觸內殼部15A與外殼部16A。
如圖5所示的較佳實施例,該殼壁11B包含一內殼部15B與一外殼部16B,該內殼部15B朝向外殼部16B的外壁面形成二道螺旋槽17B,該第一螺旋管20與第二螺旋管30分別設置於該二道螺旋槽17B中,該外殼部16B套設於內殼部15B外周面,且該第一螺旋管20與第二螺旋管30接觸內殼部15B與外殼部16B。
如圖6及圖7所示的較佳實施例,該殼壁11C包含一內殼部15C與一外殼部16C,該內殼部15C朝向外殼部16C的外壁面形成二組內半螺旋槽171C,該外殼部16C是由二半殼部161C相對併合所組成,其中該二半殼部161C相對併合時可藉由焊接或螺絲鎖固等固接方式固接一體。該外殼部16C能套設於內殼部15C外周面,該外殼部16C朝向內殼部15C的內壁面形成二組外半螺旋槽172C,該二組外半螺旋槽172C與該二組內半螺旋槽171C對應併合成二道螺旋槽17C,該第一螺旋管20與第二螺旋管30分別設置於該二道螺旋槽17C中,該第一螺旋管20與第二螺旋管30接觸內殼部15C與外殼部16C。
本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼可應用於馬達或發電機等產品中,以圖1及圖3所示的較佳實施例為例,該馬達或發電機之定子與轉子組設於該液冷式機殼之殼體10A的軸孔14中,所述液冷式機殼以其第一螺旋管20的第一冷卻液入口22、第二螺旋管30的第二冷卻液入口32連接冷卻液循環系統的冷卻液輸出端,另以第一螺旋管20的第一冷卻液出口23、第二螺旋管30的第二冷卻液出口33連接冷卻液循環系統的冷卻液回收端。當馬達或發電機運轉時,轉子於定子中高速旋轉,其能量損失所產生的熱會傳導至該液冷式機殼的殼體10A的殼壁11A中,另一方面冷卻液循環系統自冷卻液輸出端輸出較低溫的冷卻液,而分別由該殼體10A之殼壁11A第一端12的第一冷卻液入口22與殼壁11A第二端13的第二冷卻液入口32對第一螺旋管20、第二螺旋管30輸入冷卻液,使冷卻液於第一螺旋管20、第二螺旋管30中流動,並通過第一螺旋管20之每一螺旋管單元21、31、第二螺旋管30之每一螺旋管單元21、31與熱傳導至殼壁11A的熱進行熱交換,使殼體10A溫度下降,第一螺旋管20、第二螺旋管30中吸熱後的冷卻液分別由殼體10A之殼壁11A第二端13的第一冷卻液出口23、殼壁11A第一端12的第二冷卻液出口33回流至冷卻液循環系統散熱,冷卻降溫後的低溫冷卻液再分別由該液冷式機殼之殼體10A軸向相對的殼壁11A第一端12的第一冷卻液入口22、殼壁11A第二端13的第二冷卻液入口32對第一螺旋管20、第二螺旋管30輸入,藉此,此冷卻液循環冷卻機制對馬達或發電機提供主動且高效能的冷卻散熱功能。
前述中,本創作液冷式機殼除利用其殼體10A之殼壁11A內設置周向螺旋的第一螺旋管20與第二螺旋管30而構成雙螺旋冷卻液流道,用以導入流動的冷卻液將馬達或發電機運轉所產生的熱量帶走,該液冷式機殼還進一步利用殼體10A的殼壁11A第一端12的第一螺旋管20的第一冷卻液入口22、殼壁11A第二端13的第二螺旋管30的第二冷卻液入口32輸入冷卻液,熱交換後的冷卻液再分別由殼壁11A第二端13的第一冷卻液出口23、殼壁11A第一端12的第二冷卻液出口33流出,亦即輸入較低溫冷卻液的第一冷卻液入口22與熱交換後較高溫的冷卻液輸出的第二冷卻液出口33同位於殼壁11A的第一端12,輸入較低溫冷卻液的第二冷卻液入口32與熱交換後較高溫冷卻液的第一冷卻液出口23同位於殼壁11A的第二端13,再搭配第一螺旋管20的螺旋管單元21、31與第二螺旋管30的螺旋管單元21、31交錯排列,使該液冷式機殼整體溫度不會因冷卻液流動方向而累積熱量在殼體10A任一端,冷卻液在殼體10A的第一螺旋管20與第二螺旋管30所提供的雙螺旋冷卻液流道中的輸入位置、輸出位置以及冷卻液流道中段等的溫度差較小,讓馬達或發電機內部構件的溫度更平衡,而能穩定運轉。
本創作者還進一步以單螺旋冷卻液流道的液冷式機殼與本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼分別應用於馬達中進行實作測試驗證,其中,以常溫水(27℃)作為冷卻液,螺旋管的管直徑為16mm,並設定馬達運轉條件為額定30KW、能量損失2863W進行穩態分析。其測試結果如下表所示: <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> 流道類型 </td><td> 冷卻液入口流速 </td><td> 冷卻液出口端的溫度 </td><td> 馬達定子之線圈繞組最高溫度(℃) </td></tr><tr><td> 單螺旋冷卻液流道 </td><td> 0.4m/sec </td><td> 54℃ </td><td> 78.1℃ </td></tr><tr><td> 單螺旋冷卻液流道 </td><td> 0.6m/sec </td><td> 48℃ </td><td> 74.3℃ </td></tr><tr><td> 雙螺旋冷卻液流道 </td><td> 0.4m/sec </td><td> 41℃ </td><td> 70.6℃ </td></tr><tr><td> 雙螺旋冷卻液流道 </td><td> 0.6m/sec </td><td> 37.7℃ </td><td> 68℃ </td></tr></TBODY></TABLE>
由前述測試結果表列中可以得知,在冷卻液入口流速為0.4m/sec條件下,本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼可使冷卻液出口端的溫度降低13℃,馬達定子之線圈繞組最高溫度降低7.5℃。在冷卻液入口流速為0.6m/sec條件下,本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼可使冷卻液出口端的溫度降低10.3℃,馬達定子之線圈繞組最高溫度降低6.3℃。由此足證,本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼之創作,確能有效提供優異的冷卻效能。
10A、10B、10C‧‧‧殼體
100‧‧‧中心軸線
11A、11B、11C‧‧‧殼壁
12‧‧‧第一端
13‧‧‧第二端
14‧‧‧軸孔
15A、15B、15C‧‧‧內殼部
16A、16B、16C‧‧‧外殼部
161C‧‧‧半殼部
17A、17B、17C‧‧‧螺旋槽
171C‧‧‧內半螺旋槽
172C‧‧‧外半螺旋槽
20‧‧‧第一螺旋管
21‧‧‧螺旋管單元
22‧‧‧第一冷卻液入口
23‧‧‧第一冷卻液出口
30‧‧‧第二螺旋管
31‧‧‧螺旋管單元
32‧‧‧第二冷卻液入口
33‧‧‧第二冷卻液出口
圖1係本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼之第一較佳實施例的立體示意圖。 圖2係本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼之第二較佳實施例的立體示意圖。 圖3係圖1所示具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼第一較佳實施例的側視剖面示意圖。 圖4係圖2所示具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼第二較佳實施例的側視剖面示意圖。 圖5係本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼之第三較佳實施例的側視剖面示意圖。 圖6係本創作具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼之第四較佳實施例的端視平面示意圖。 圖7係圖6所示具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼之第四較佳實施例的側視剖面示意圖。
10A‧‧‧殼體
100‧‧‧中心軸線
11A‧‧‧殼壁
12‧‧‧第一端
13‧‧‧第二端
14‧‧‧軸孔
17A‧‧‧螺旋槽
20‧‧‧第一螺旋管
21‧‧‧螺旋管單元
22‧‧‧第一冷卻液入口
23‧‧‧第一冷卻液出口
30‧‧‧第二螺旋管
31‧‧‧螺旋管單元
32‧‧‧第二冷卻液入口
33‧‧‧第二冷卻液出口

Claims (7)

  1. 一種具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,係包含: 一殼體,其包含一殼壁,該殼壁中界定有一中心軸線,該殼壁中形成一沿中心軸線貫通殼壁的軸孔,該殼壁沿中心軸線方向的相對兩端分別為一第一端與一第二端; 一第一螺旋管,係設置於該殼體的殼壁內部,該第一螺旋管包含多數個第一螺旋管單元,該多數個第一螺旋管單元相對於該中心軸線依循一螺旋半徑及一螺旋導程連續螺旋繞設,該第一螺旋管具有一伸出殼壁的第一端外的第一冷卻液入口,該第一螺旋管具有一伸出殼壁的第二端外的第一冷卻液出口;以及 一第二螺旋管,係設置於該殼體的殼壁內部,該第二螺旋管包含多數個第二螺旋管單元,該多數個第二螺旋管單元相對於該中心軸線依循該螺旋半徑及該螺旋導程連續螺旋繞設,該第二螺旋管的第二螺旋管單元與第一螺旋管的第一螺旋管單元錯位排列,該第二螺旋管具有一伸出殼壁的第一端外的第二冷卻液出口,該第二螺旋管具有一伸出殼壁的第二端外的第二冷卻液入口。
  2. 如請求項1所述之具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,其中,該第一螺旋管的第一冷卻液入口與第二螺旋管的第二冷卻液出口係自殼壁的第一端內同朝一側徑向伸出,該第一螺旋管的第一冷卻液出口與第二螺旋管的第二冷卻液入口係自殼壁的第二端內部同朝一側徑向伸出。
  3. 如請求項1所述之具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,其中,該第一螺旋管的第一冷卻液入口與第二螺旋管的第二冷卻液出口係自殼壁的第一端內分別朝徑向相異兩側伸出,該第一螺旋管的第一冷卻液出口與第二螺旋管的第二冷卻液入口係自殼壁的第二端內部分別朝徑向相異兩側伸出。
  4. 如請求項1所述之具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,其中,該第一螺旋管的第一冷卻液入口與第二螺旋管的第二冷卻液出口係自殼壁的第一端內部沿中心軸線方向伸出,該第一螺旋管的第一冷卻液出口與第二螺旋管的第二冷卻液入口係自殼壁的第二端內部沿中心軸線方向伸出。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,其中,所述殼壁包含一內殼部與一套設於內殼部外周面的外殼部,所述外殼部朝向內殼部的內壁面形成二道螺旋槽,該第一螺旋管與第二螺旋管設置於該二道螺旋槽中,該第一螺旋管與第二螺旋管接觸內殼部與外殼部。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,其中,所述殼壁包含一內殼部與一套設於內殼部外周面的外殼部,所述內殼部朝向外殼部的外壁面形成二道螺旋槽,該第一螺旋管與第二螺旋管分別設置於該二道螺旋槽中,該第一螺旋管與第二螺旋管接觸內殼部與外殼部。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之具有雙螺旋冷卻液流道的液冷式機殼,其中,所述殼壁包含一內殼部與一套設於內殼部外周面的外殼部,所述內殼部朝向外殼部的外壁面形成二組內半螺旋槽,該外殼部是由二半殼部相對併合所組成,外殼部朝向內殼部的內壁面形成二組外半螺旋槽,該二組外半螺旋槽與該二組內半螺旋槽對應併合成二道螺旋槽,該第一螺旋管與第二螺旋管分別設置於該二道螺旋槽中,該第一螺旋管與第二螺旋管接觸內殼部與外殼部。
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