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提升散熱能力及均勻性的新型式大型TEFC馬達框架設計

摘要"

馬達運作過程中,轉子及定子會產生大量熱量使得馬達溫度升高,過高的繞組溫度將使得繞組絕緣壽命大幅下降,故馬達的散熱能力即為相當重要的性能指標。大型TEFC(Totally Enclosed Fan Cooled)馬達主要藉由框架內部的熱傳導及熱對流將定轉子產生的熱量傳遞至框架上,再藉由自帶風扇產生的冷卻風量吹拂框架外部散熱鰭片,以強制對流方式散熱,因此除了框架本身設計會影響散熱能力外,內外風扇之配置與設計也會影響馬達繞組溫升。而本文以最為關鍵的框架本體設計優化為主題,期望透過分析方法作為依據,針對框架設計進行變更,提出一種新形的大型TEFC馬達框架設計。
本文首先透過文獻回顧並尋找散熱鰭片最佳的幾何參數及排列間距設計,再透過電腦計算流體力學(CFD)分析馬達內部流道造成之局部熱點,並分析驗證提出的改良設計。

關鍵詞:TEFC、散熱鰭片、馬達框架、內風道

在研究諸多文獻後,我們篩選具有參考價值的兩個模型進行平板鰭片幾何尺寸最佳化分析,其中之一是Bejan[1]在1994年所提出,另一個是Knight[3]在1992年所提出,兩者皆是封閉式熱沉(Heat Sink)之強制對流,即不具旁通(Bypass)現象之鰭片流場。
對於構成馬達內循環的框架軸向風道提出以周向均勻化的小風道取代原本的四處大風道,可有效降低局部熱點現象,並可使得繞組平均溫昇降低達10K。

Bejan週期鰭片熱傳模型

Bejan基本上是將熱沉分兩個極端情況來討論,一個是鰭片密度很低,流場可假設為邊界層型,故可利用平板流紊流經驗方程式來求總散熱率;一個是鰭片密度很高,鰭片間流場可假設為完全發展流。Bejan取兩者熱傳率相等時為最佳設計,經驗顯示此設計與真正的最佳設計相差不遠,會略為高估總熱傳率。……(更多內容,請見機新刊雜誌)

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