专利名称：冷却套的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机散热技术，尤其涉及一种用于冷却电机的冷却套。
背景技术：
为了使电机维持在最佳效能、并延长其使用年限，电机在运转时所产生的热量必须被适当排除。现有技术通常会在此类电机外部加装冷却管道，并以管道中的冷却液与电机进行热交换，达到散除电机废热的目的。图1为现有的冷却管道结构图。为了配合电机构造，冷却管道以螺旋状延伸，围绕大致呈圆柱体的电机(图未示)。从图中可了解到，冷却管道在出入口附近(即图中A部分与B部分)无法确实包覆电机外部，使得热集中发生于上述两区域，降低了整体的散热效果。尽管某些现有技术能将管道延伸至完全覆盖该两区域，但由于流经该区域的流体欠缺动能，故此设计实际上对散热的帮助仍旧十分有限。除此之外，此螺旋形管道中的压降小，经由流体力学中的管道内部流场原理可推导出小的压降将对应至小的热对流系数，而小的热对流系数即为造成散热不良的一大因素。值得注意的是，为了配合电机的尺寸，冷却管道的构造上有着有限的尺寸及形态，此即意味管道散热面积及冷却液流量同样受到限制。因此，如何在仅有有限散热面积及流量的情况下设计出一种能够达到更佳散热效果的冷却装置，实乃目前一亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的是通过提升冷却液的流速，克服有限的管道散热面积及冷却液流量对散热效能的限制，提升冷却效率，以达到更好的散热效果。为实现上述目的，本发明提一种冷却套，用以冷却一电机。该冷却套包括:一组或一组以上连续S型管道，包覆该电机，用以供冷却液流通，各连续S型管至少包括:一顺向管部及一逆向管部，分别沿平行且相反的圆周方向延伸；以及一转折部，连接于该顺向管部及逆向管部之间。本发明通过提升冷却液的流速，克服有限的管道散热面积及冷却液流量对散热效能的限制，提升了冷却效率，达到了更好的散热效果。
图1为现有的冷却管道结构图。图2A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图2B为将图2A的冷却套展开的示意图。图3A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图3B为将图3A的冷却套展开的示意图。图4A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。
图4B为将图4A的冷却套展开的示意图。图5A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图5B为将图4A的冷却套展开的示意图。图6A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图6B为将图6A的冷却套展开的示意图。图7A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图7B为将图7A的冷却套展开的示意图。图8为依据本发明一实施例的双层冷却套的侧视图。图9为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。其中，附图标记说明如下:200 冷却套；210 顺向管部；220 逆向管部；230 转折部；240 冷却液入口；250 冷却液出口 ；300 冷却套；310 顺向管部；320 逆向管部；330 转折部；340 冷却液入口；350 冷却液出口 ；400 冷却套；410 顺向管部；420 逆向管部；430 转折部；500 冷却套；600 冷却套；600E 连续S型管；6001 连续S型管；630E 转折部；6IOE 顺向管部；62OE 逆向管部；6301 转折部；640E 冷却液入口；6401 冷却液入口；L 距离；700 冷却套；710 顺向管部；
720 逆向管部；730 转折部；700R 连续S型管；700L 连续S型管；740 冷却液入口；800 冷却套；LI 内层；L2 外层。
具体实施例方式下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围当以所附的权利要求项为准。图2A为依据本发明一实施例的冷却套(cooling jacket)立体视图。图2B为将图2A的冷却套“摊平”后的示意图，目的在方便读者了解本发明冷却套的构造细节。虽然本发明的冷却套是针对诸如高功率、高精度要求的马达、发电机等电机(图未示)的散热所设计，然而本发明的应用不必以此为限。如图所示，除了冷却液入口 240及冷却液出口 250之外，本发明的冷却套200尚包括一组连续S型管(其他数目的连续S型管的实施例将于后文再述)。该连续S型管完整包覆该电机，目的在供冷却液流通于其中，借以通过冷却液的流动带走电机所散发的热量，确保电机维持在正常工作温度。一般而言，在一实施例中可使用温度不高于电机正常工作温度的液体作为冷却液，而在液体的种类包括:水、润滑油、50%乙二醇(ethylene glycol)与50%水的混合液、或是加入防冻剂的水,本发明不必以此为限。此外，冷却套中的流体可被各种加压马达、泵驱动，由于该驱动装置并非本发明的标的，故本发明的附图不再加以绘示。本发明的目的在于克服有限的管道散热面积及冷却液流量对散热效能的限制，而原理主要是通过提升冷却液的流速(在具有相同驱动力的情况下)达成。后文将对此原理深入描述。比较图1与图2A，可了解到本发明的冷却套与现有技术在构造上相当不同。现有技术的冷却管道是呈一螺旋状分布，而本发明的冷却管道大体可视为连续的S型。为方便说明本发明构造上的特征，本发明的冷却套200的连续S型管可区分成下列三个部分:一顺向管部210、一逆向管部220以及一转折部230。其中，为了使电机受到完整的包覆，各个顺向管部210与逆向管部220彼此平行排列，并分别沿着圆周方向围绕。须注意到，此处所谓“平行”，按一般定义，不必限于直线的平行。此外，相对于起端而言，顺向管部210与逆向管部220是沿着相反的圆周方向延伸(顺向管部210沿着顺时针方向延伸；而逆向管部220沿着逆时针方向延伸)，使得其管中的冷却液以相反的方向流动。本发明的转折部230连接于该顺向管部210及逆向管部220之间，目的在使其中的冷却液流动的方向转弯180度。本发明与现有技术最大的不同即在此转折部230。在本发明中，流经此转折部230的冷却液会出现大幅度的压降，因此增加了流体流动的速度，使得流体的热对流系数h值(W/m2k)进一步获得提升。由于热交换量与热对流系数h值成正比，本发明的设计可大幅提升冷却液与电机间的热交换量，改善现有技术中螺旋型冷却管道热集中于管道出入口的问题(如图1的A、B所示)ο
图3A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图3B是将图3A的冷却套“摊平”后的示意图。在图3B的实施例中，冷却套300的连续S型管具有与图2B的实施例大致相同的构造，意即，同样具有顺向管部310、逆向管部320及转折部330，然而与图2B的实施例不同之处在于:此实施例中的连续S型管的各管具有不同尺寸的管径。更明确地说，冷却套300的连续S型管的各个顺向管部/逆向管部的管径大小由冷却液入口 340至冷却液出口 350逐渐缩减。在一般连续的长型冷却管道中，冷却液会逐渐吸收热量而升温，导致热交换率逐渐衰减，而此实施例的目的即通过逐渐缩减管径的方式增加流体的流速、提升其管径末端的热对流系数，以进一步减少热集中于管径末端的现象。必须说明的是，虽然此实施以逐渐递减的管径为例，然而在某些特殊的应用上，可针对各种电机的发热型态(即，热集中常发生的区域)，对该连续S型管各部分的管径做最佳化的设计，以尽可能维持稳定、均衡的散热效能。图4A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图4B为将图4A的冷却套”摊平”后的示意图。图4B的实施例的冷却套400的连续S型管具有与图4B的实施例大致相同的形状与构造，意即，同样具有顺向管部410、逆向管部420及转折部430，然而与图2B的实施例不同之处在于:此实施例中具有两组连续S型管400L及400R。为方便说明，如图所示，连续S型管400L及400R具有相同的尺寸(但个别的管长为图2A及图2B中连续S型管的一半)，并且分别覆盖于电机的圆周的1/2。然而，在其他实施例中，两连续S型管可分别覆盖电机的不同部分且不必具有相同的尺寸。相较于图2A及图2B的实施例而言(假设两者在入口的冷却液有相同的温度)，此实施例下的冷却液是以较短的距离流出管道，进一步提升电机的整体均温性能。此外，必须说明的是，本发明连续S型管的数量不必以此为限，在其他实施例中，冷却套可具有两组以上的连续S型管。举例而言，当该连续S型管为N组，则各个连续S型管可分别覆盖该电机的圆周的1/N。图5A及图5B即用以表示具有三组连续S型管的冷却套500，由于其结构特征已详述于前文，故此处不再赘述。图6A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图6B是将图6A的冷却套“摊平”后的示意图。与图4A及图4B相同的是，图6A及图6B的冷却套600具有两组连续S型管600E及6001。然而，本实施例的两连续S型管600E及6001的转折部630E及6301彼此具有不同的长度。如图所示，连续S型管600E，其转折部630E在自顺向管部610E转折90度后会沿着平行电机轴向的方向延伸一小段距离L，而后再转折90度以接续该逆向管部620E。其中，该段距离L足以容纳处于连续S型管6001的转折部6301转折于其中。在一较佳的实施例中，如图所示，两连续S型管600E及6001的冷却液入口 640E及6401位于冷却套600的相对的两侧，使得两连续S型管600E及6001中的冷却液以相反的方向流动。此做法的目的在使电机的散热形态更为均匀，避免如现有技术的冷却套般热集中于冷却管道末端的缺陷。图7A为依据本发明一实施例的冷却套立体视图。图7B是将图7A的冷却套“摊平”后的示意图。相似于图4B实施例的形状与构造，图7A及图7B实施例的冷却套700同样具有两组连续S型管700R及700L，而各个连续S型管700R及700L同样具有顺向管部710、逆向管部720及转折部730。然而，与图4B的实施例不同之处在于:本实施例的两组连续S型管700R及700L彼此呈镜像排列，其中两组S型管道700R及700L的起端会合连通，并共用一冷却液入口 740，而两组S型管道700R及700L的终端亦会合连通，并共用一冷却液出口 750。此实施例的优点在于克服现有技术的螺旋型管道在冷却液出入口附近出现热集中的缺陷，并使电机的整体均温性能更佳。图8为依据本发明一实施例的双层冷却套的剖面示意图。此实施例中的冷却套800中具有较靠近电机的内层LI以及位于其上的外层L2，而各层分别具有与前述任一实施例相同或近似的连续S型管，或为前述各种实施例的连续S型管的组合。不同层的连续型S型管分别围绕具有不同半径的圆周。在某些实施例中，各层可分别具有独立的冷却液入口及冷却液出口，甚至可将不同层的冷却液出入口分别设置于于冷却套的相对的两侧，使得各层连续S型管的冷却液以相反的方向流动，以解决现有技术热集中的问题，并通过提升热传率的方式改善电机整体的热性能。值得注意的是，为方便说明，此实施例以双层冷却套为例，然而在其他实施例中，冷却套的层数不必以此实施例为限。值得注意的是，本领域普通技术人员可依据本发明的精神，对前述实施例中的各种型态的冷却套进行各种变更及组合，举例而言，图6A中互相缠绕的连续S型管型态，可与图7A、图7B中的镜像排列且共用冷却液出入口的连续S型管型态融合而产生另一种新型态的冷却套，如图9所示，此作法的目的除了能避免如现有技术的冷却套般热集中于冷却管道两端的缺陷，亦能有效改善冷却管道整区的均温性能，甚至均温性能将比图6A来的佳。然而，由于此类排列组合的型态不胜枚举，故本文不再对其一一赘述。本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定的内容为准。
权利要求
1.一种冷却套，用以冷却一电机，其特征在于，所述冷却套包括: 一组或一组以上连续S型管道，包覆该电机，用以供冷却液流通，各组所述连续S型管至少包括: 一顺向管部及一逆向管部，分别沿平行且相反的圆周方向延伸；以及 一转折部，连接于该顺向管部及逆向管部之间。
2.如权利要求1所述的冷却套，其中该一组或一组以上连续S型管的各顺向管部及/或各逆向管部具有不均等的管径。
3.如权利要求2所述的冷却套，其中该一组或一组以上连续S型管的管径由一冷却液入口往一冷却液出口递减。
4.如权利要求1所述的冷却套，其中该连续S型管为N组，分别覆盖该电机的一部分。
5.如权利要求1所述的冷却套，其中该连续S型管为N组，分别覆盖该电机的圆周的1/N。
6.如权利要求1所述的冷却套，其中该连续S型管为两组，该两组S型管道的起端会合并共用一冷却液入口。
7.如权利要求1所述的冷却套，其中该连续S型管为两组，该两组S型管道的终端会合并共用一冷却液出口。
8.如权利要求1所述的冷却套，其中该一组以上连续S型管道中任两组连续S型管道的冷却液具有相反的流动方向。
9.如权利要求1所述的冷却套，其中该冷却套包括一第一连续S型管道以及一第二连续S型管道，其中该第一连续S型管道的一第一顺向管部、一第一逆向管部以及一第一转折部围绕该第二连续S型管道的一第二顺向管部、一第逆向管部以及一第二转折部。
10.如权利要求1所述的冷却套，其中该一组或一组以上连续S型管分别围绕具有不同半径的圆周。
全文摘要
一种冷却套，用以冷却一电机。该冷却套包括一组或一组以上连续S型管道，包覆该电机，用以供冷却液流通，各连续S型管至少包括一顺向管部及一逆向管部，分别沿平行且相反的圆周方向延伸；以及一转折部，连接于该顺向管部及逆向管部之间。本发明通过提升冷却液的流速，克服有限的管道散热面积及冷却液流量对散热效能的限制，提升了冷却效率，达到了更好的散热效果。
文档编号H02K9/19GK103138486SQ201110376429
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者许宏成, 罗宏奇 申请人:台达电子工业股份有限公司