热设计--灌封胶解决不了风冷关节模组的热问题
灌封胶解决不了风冷关节模组的热问题,也可能成为负担。
机器人关节电机主流散热分为水冷和风冷两种方式。风冷散热能力有限,大扭矩、大电流工况下,持续工作时长通常只能维持8至10分钟。
电机绝缘材料耐温性能较高,正常可承受180℃至200℃温度。很多工况电机持续工作的温度限制,不来自电机绕组,来自PCBA上的MOS管、电容、驱动芯片等元器件。电子元器件耐温上限更低,是限制关节持续功率、持续扭矩的主要原因。
灌封胶的作用集中在结构和可靠性层面。填充内部空腔可以降低振动和噪音,提升NVH表现。胶体固化后可固定绕组和内部结构,提升整体刚性与抗振性能。同时可以实现防尘、防潮、密闭的防护效果。同时灌封胶热容都远高于空气,同时可以储存大量热量,不可否认这对峰值大电流十几秒工况是有益的,但是也没有那么大。
到时对于大于十几分钟,长时间稳态风冷工况下,灌封胶没有正向收益,反而存在明显弊端。
未灌封时,电机内部空气导热差,热量集中在绕组位置。绕组温度偏高,但向外传导速度慢,壳体、端盖和PCBA区域温度偏低。绕组可承受高温,电子器件通过外壳散热,也不会因为绕组升温而快速升温。
灌封之后,内部热阻大幅降低,绕组热量持续、快速传导至壳体。绕组温度小幅下降,壳体整体温度明显上升。风冷对外换热能力不足,壳体热量无法及时散出,热量持续堆积在外壳和端盖区域。端盖温度升高带来的是电子器件的散热困难,相当于把热的风险转嫁给了更不耐温的电子器件,导致电机更快降额。
设备温度瓶颈从耐高温的电机绕组,转移到不耐高温的电路板器件,整机稳态持续输出能力被限制。
灌封胶的完整散热收益,在水冷结构中可以完全发挥。水冷壳体换热能力强,冷源充足,内部导出的热量可以被快速带走,内部均温、消除热点的效果可以全程生效,不产生壳体积热问题。
从系统热设计角度来看,作者认为风冷关节电机灌封散热方向不是很好的方案,期待你的讨论 灌封胶主要看导热系数,增大辅助散热面积有是有自己的方案的,{:1_561:} 传导是最好的散热方式,散热材料的改变不一定锁定一种材料。控制发热源才是设计的根源,减少对绕组的损害是工艺的表现。细节是成功的关键,好坏总是并存的矛盾体。
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