热设计--灌封胶解决不了风冷关节模组的热问题

BaumChen

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

fullingmotor

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，

机械工艺

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。