电动工具的通风与冷却系统.docx

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电动工具的通风与冷却系统

电动工具的通风与冷切系统

XXX电动工具研究所：

ROBERT.LUO

电动工具的通风与冷切系统除直接影响到电机的温升外，在有的电动工具中，还起到排屑和冷切传动机构的作用，如电刨的排屑作用；电链锯风扇可以冷切刹车系统和齿轮传动机构的作用。

一：

风路：

风路由进风口、定子铁心与机壳间的通道，定子铁心与转子间的气隙、挡风板、出风口组成。

1、出风口的设计：

出风口的宽度按我们的经验设计一般不超出6.5mm，一般我们按照5.5mm的宽度设计，这样做的目的是防止塑料件、铝压铸件在开模时，拔模斜度被厂家放的过大而超过了6.5mm。

出风口的设计还可以按照“标准试验指插入风口后不能与电动机内任何带电体和旋转运动部件相触及”的原则来设计。

出风口的长度应设计的尽可能长，只要产品结构强度允许；但不能取太长，一般不超过70mm，如果太长，可能会造成一面出风，一面进风的乱风情况出现。

出风口的形状设计应根据电机的运转情况而定，如果电机为正反转电机，则出风口形状应设计成径向辐射式的形状；如电机为单向运转的，应设计成倾斜式以减少风阻和噪音。

出风口的位置设计：

出风口位置对准风扇，冷切效果好，但噪音较大，我们一般都不采用这种做法，而是将出风口与风扇位置错开风扇厚度的2/3距离为好，再把出风口作成倾斜的就比较好了；当然我们在设计中有时需要将径向出风改为轴向出风，则需要加一导流圈，将径向出风改为轴向出风。

这样作的好处是防止工具使用者在操作时被风吹后晕了大脑，尤其是在寒冷的冬季，避免操作者被带有碳粉疾风吹拂是我们今后设计时要考虑的。

毕竟这种感觉会导致使用者肺部会吸入大量的碳粉而生病。

2、挡风板的设计：

挡风板固定在电动工具的机壳或定子铁心上，处于风扇与定子之间。

挡风板的作用主要是：

归整流经进风口带走电机的热风，以便能很好的被风扇排除，达到冷切电机的目的。

挡风板在我们多年设计中，发展出了更多如下的用处。

增加机壳强度的作用。

机壳是塑料件，及容易变形，有时我们把挡风板的外圈与机壳内腔之间放0mm～0.1mm的过盈量，让它们挡风圈死死撑住机壳，防止机壳变形，增加了机壳的强度，可以很好的保证整机运转平稳。

挡风圈还可以用做定位元件。

在园林电动工具电机设计中，整体式电机的运用已不足为奇，在整体式电机设计时，挡风圈不但有整流作用，还有定位作用，比如将挡风圈与定子外圆定位，将电机转子的前轴承固定在分体式挡风圈上。

挡风板与风扇间的距离最好在2.5～3mm之间，不宜过大，过大，会使风在此处形成涡流，热风不容易排除，过小则对电机转子风扇安装尺寸要求高，同时出风时风流过激容易有哨音。

挡风板内孔的设计：

挡风板内孔设计针对单向串励电机，挡风板内孔设计成比定子内孔大1mm，既单面大0.5mm，

挡风板到定子铁心端面的距离，要求挡风板不触及定子漆包线，一般设计时放2～3mm间隙。

但是我们在设计时为了尽量缩短转子的长度，这个间隙放得尽可能小。

3、定子铁心与机壳间的风道：

定子铁心与机壳间的风道一般放2～3mm，气流重这里通过对电机降温有重要作用，近年来，我们在设计时，往往为了成本因素而不设间隙，前提是温升域度要很大。

特别是以机身为握持部位的电动工具，如小角磨等。

为了工具整体性能着想，我们应该考虑这个间隙。

4、定子与转子铁心间的间隙。

定子与转子铁心间的间隙俗称为气隙，对温升影响很大，气流往往主要从这里通过，带走热量。

气隙设计为0.5～0.7mm的距离，要求气隙尽量均匀，这就和定子的定位有关，如果机壳安装定子孔（通常由机壳的八条筋组成）与安装转子轴承孔不同心，则会引起间隙不均匀，这往往会造成转子在高速运转时，整机发生振动；我们在样机装配时，或模具设计时要求做一模拟转子，查看气隙是否均匀，而修配机壳模具。

这是我们在首样试装时必须检查的一项指标。

5、进风口的设计

进风口的设计原则上是越大越好，对与一类和二类电动工具，进风口不能超过6mm，而二类电动工具强调不能用标准实验针触及工具内任何带电的、运转的零件。

而我们设计进风口时，一般设计成2.5mm～2.8mm；或按隐形风口设计。

一般进风口的面积为出风口的1.3～1.5倍，今年来，特别电机设计体积要求尽量小，在温升、成本等前提下，我们设计时尽量把进风口作大。

进风口的位置尽量靠近电机换向器，并且要求进风不要乱向，特别是隐形风口的设计，开口方向尽量开在一边。

当然我们在设计隐形风口的时侯，考虑工具使用的工况，为防尘设计，风口的开口应尽量避免有利于灰尘，木粉等进入的方向。

进风口的边缘尽量作到圆角，可以有效的减少风阻。

6、风扇的设计：

风扇的设计对电机温升起到关键作用，风扇在串励电机中安装在转子轴上，用胶胶死，与转子一起做动平衡。

风扇分为前倾斜式、后倾式和发散式。

前倾斜式风扇的特点是：

叶片比较短、叶片间距短、叶片数较多、噪音低、压力低（叶片对气流做功较大）、风量大、效率低、风叶曲率半径小（如果曲率半径大、效率更低）。

后倾式式风扇的特点是：

叶片比较长、叶片间距适中、叶片数目适中、噪音低、压力高、效率高、风量小、叶片的曲率半径大。

发散式风扇的特点：

叶片比较长、叶片比较适中、叶片数目适中、压力低、效率低。

不同风扇的运用场合：

前倾斜式风扇运用在低压、转速不高的场合、如果要求风量大、可以将叶片数目增多，也可以用于高速场合。

后倾斜式风扇运用在高压、要求输出功率高、转速教高的场合、电动工具中的风扇优先选用后倾斜式风扇。

发散式风扇运用在正反转电机上。

风扇叶片的选择：

我们根据风动学理论，叶片数的最直范围在18～24之间。

串励电机用风叶其叶片选择多一点为好，正常的在20～26之间。

如果用前弯式、要求大风量时其叶片可以选择高达38。

用于前风冷切的电机（既工具效率比较低）从噪音角度考虑、叶片数目可少，最少可作到5～6片（如吹吸风机），而有的7～8片，如打草机，有的12～13片，如割草机。

我们在设计的时候，风扇的叶片数目不要太多，除非特别要求。

因为太多，空气噪音太大fv=Nv/60（N为叶片数）。

叶片的高度限制：

用于50%的电机，对离心式风扇而言，起风扇叶片高度为5～8mm，而对于轴流式风扇，其叶片为12～20mm。

对于强风冷切的电机、其叶片高度适当加高，视工具的工况而言。

叶片的厚度限制：

一般地风扇叶片的厚度上端为1.2～1.5mm，下端为1.5～1.8mm。

对于转速高，直径大的可以适当加厚。

风扇压力特点，一般为外径压力高，内径压力低。

空气进风时从低压区进入高压区，不得从高压区进入低压区。

风扇叶片弯曲方向：

离心式风扇叶片弯曲方向应与电机旋转方向一致。

如果相反，风的流向不会改变，而风损较大。

轴流式风扇应根据下列情况具体确定；当电机转向为顺时针时（沿换向器向风扇看），则叶片弯曲方向为逆时针方向。

反之，则为顺时针方向。

轴流式风扇叶片弯曲方向应严格按照上述要求执行，否则风的流向将反向。

离心式风扇的特点：

噪音大、效率较低、风量较小、压力较高、离心式风扇用于小功率、并用于低速。

轴流式风扇的特点：

噪音小、效率较高、风量较大、压力较低、轴流式风扇用于大功率、并用于高速。

风扇外径尺寸的设计：

针对定子外径尺寸为54、58、62、66的小电机、离心式风扇外径等于定子外径。

对于72、73的定子电机而言，其外径小于定子外径，如果要求风量大，风扇外径可等于73。

对于85、95电机而言，风扇外径绝对小于定子外径，85电机不超过80，95电机不超过85；

外径超过85的风扇其外径要足够。

风扇的外径要考虑空气噪音，风扇直径越大，噪音越大，如果在温升允许的情况下，减少风扇直径可有效的降低噪音。

轴流式电机的风扇直径等于定子外径，对于95电机而言,不超出95、正常为92、93，并多用金属制造。

强风冷切电机（小体积，大功率），其风扇外径应根据工具的工况条件确定。

对于效率在30～40%的电动工具，定子54、58、62而言，其风扇外径等于（1.3～1.5）定子直径。

对于73、85电机，其风扇外径等于（1.1～1.2）定子直径。

对于95的电机，其风扇直径等于（1～1.1）定子外径。

对于效率在（10～20%）的工具。

定子54、58、62而言，其风扇外径等于（1.3～1.6）定子直径。

对于大型号电机而言，电机定子外径可以作成方形的，其风扇外径是定子外径的2倍。

但是我们在设计的时候应具体情况具体应用，如要求扭力大些，则风扇外径可小些，如扭力足够，风扇外径可以大些。

最后风扇外径与挡风圈或者机壳之间的距离应为2～3mm，太大了会形成涡流，太小了会有笛音。

风道系统设计

技术资料2008-05-1014:

18:

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    一、出风口

     1、进风口面积≈（1.2～1.4）出风口面积，当然要视机体内部情况而定，如内部孔腔大，比例关系可降低；

     2、根据电动工具的安全要求，出风口的载面宽应小于6.5mm，正常取5.5mm；

      3、出风口的长度不能太长L≈（50～70）mm，太长会使进出风乱向（在出风口处，一边进风，一边出风）；

      4、进风口应考虑其换向器的火花不被看见为原则，做成其百叶窗式，或直接开在端部；

      5、进风口进风边缘应做成圆角，包括其拐弯处也应做圆角，这样可将风损减少；

      6、进风口处应考虑换向器的冷却；

      7、考虑换向器的冷却，可以将进风口做成两个进风口，一个用于冷却换向器，另一个

          用于冷却电机。

但此时风扇应做成两边均在叶片的风扇，确保两个压力区不受影响；

         如：

高速钻（电木铣、直流风扇）；如：

E03、E04电机风扇做成不够好。

5

       8、出风口对准风扇，冷却效果好，但噪音较大，出风口与风扇位置相互错开为好，以降低噪音；

      9、离心风扇如需轴向进风，经向出风的，出风口应对准风扇叶片处，如因工具使用问题，需

          轴向出风的，应在结构上做个导风圆，且风扇外径与导风圈内径之间的距离较大，一般为

          4～5mm；以便让离心风扇从经向出来的风沿轴向流动；

      10、风扇与导风圈或机壳之间的距离：

风扇外径与导风圈或机壳之间的距离一般2～3mm，

             太小会有笛音，   太 大会有涡流。

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  二、定子与机壳间的风道

      1、定子与机壳间的风道间隙为2～3mm，如温升值有较大的余量，也可不设置风道；

       2、三相（单相）异步电机一般要设4mm以上的风道；

   三、挡风板（导风圈）

        1、对串接电机而言，挡风板到风扇端面的距离为2～2.5mm，过大会使空气在此处形成

            涡流，过小则加工工艺要求高；"

        2、挡风板到定子绕组端部距离一般为2mm，当然挡风板如是金属应考虑6mm爬电距离；

        3、轴流风扇电机，如果定子铁心与机壳间留有风道，也应设置挡风板，且挡风板与风扇

             端面间距离应大些，一般6～8mm以上，有的大于10mm，无风道，可不用；当然，

            考虑成本及工具尺寸，可以为2-3mm.

        4、三相（单相）异步电机因转速n较低，风扇外径又受结构限制，风压较低，一般采用

            离心式风扇，为减少风阻，挡风板内孔一般为定子绕组端部最大内、外径的平均值，

            挡风板到定子绕组端部的距离不少于4mm；

       5 、如挡风板内径有其它件如轴承，其挡风板内孔的外径应比转子外径大1～2mm或相等。