浅谈风扇马达式散热系统的机械设计策略

刘洋

日本电产（大连）有限公司 辽宁大连 116000

1 风扇马达散热系统设计综述

与传统的直驱式发动机散热系统相比，风扇马达散热系统采用了温度感应控制油压和风扇转速的运作方式，被广泛使用于工程机械制造的散热系统设计方案中。其工作原理为，系统中的温度传感器，能够感知冷却液的温度数值，并向ECU控制中心发送信号；由ECU控制中心自动分析和判断后，向电比例阀发出指令，调整油压数值，进而实现对系统风扇的转速控制。风扇马达散热系统的设计优势与特色为，其风扇转速不依赖于发动机调节，采用了温度感知、油压调节的方式，能够节省6-8%的油耗量，降低了散热系统的运行成本，具有降噪、节能的设计优势。

下文中，笔者将针对风扇马达散热系统中，风扇、马达、隔热支架、系统控制中心的位置与结构设计差异，分别对液压马达后置式和中置式的散热系统做出分析。采用了后置式的风扇马达散热系统，只要开启支架后，即可对散热器、风扇和马达部件实施更换、维护与清洗，具有便于维修和保养，操作安全的优势[1]。

2 中置式散热系统的设计要点

中置式的风扇马达散热系统，采用了将风扇马达置于散热器、发动机之间的结构设计策略，常见于传统结构的散热系统设计方案中。其设计特点为，在隔热支架的外侧放置马达，受到系统结构限制，不能够直接打开散热系统的支架，对其组件进行更换或者维修，但具有固定可靠，整体结构简单的特点优势。

由于马达组件被安放在散热器和支架二者之间，需要将液压管路、中冷钢管和水管等零部件拆除后，借助专业吊具将风扇马达、散热器取出，才能够进行马达更换、故障维护和清理养护。由于散热系统的质量常常超过100吨，吊取过程存在安全隐患，同时增加了时间、资金和人力成本。

3 后置式散热系统的设计要点

与中置式散热系统设计相区别，后置式散热系统设计方案中，在可打开或者固定的组件上安置风扇马达，以便于安全高效地保养和维护。参考图1。

后置式的散热系统设计方案中，多在散热器侧面，使用铰链固定马达风扇组件，以便于60°旋转打开。如果需要对散热系统进行清理、保养或者维修，则打开组件支架，马达组件和散热器系统都将露出，提高了部件更换与维修、养护过程中安全性和便利性，避免发生不必要的人身伤害和财产损失。依据散热器、风扇和马达几个主要部件的安装位置不同，可以将后置式散热系统划分为两种类型。具体分析如下。

3.1 马达布置在内侧

图1所示即为马达布置在散热器内侧的方式，在实际设计中，这种方式常受整机参数及相关部件空间位置的限制，在现有空间希望尽量加大风扇与散热器之间距离的情况下，可选用此种方式。风扇与散热器表面之间的距离d对风扇的效率影响很大，实际测试可以得到风扇与散热器表面的距离对散热效率的影响，当d≤50mm时，风扇的效率会下降很大。采用此种布置方式可在一定程度上合理调节风扇与散热器之间的距离，从而使风扇能够工作在高效区，使冷却风更加均匀地吹过散热器的表面，从而提高散热性能。需要注意的是，风扇有吹风或吸风两种形式，一般多采用吸风风扇（冷风先经过散热器后经过风扇为吸风，反之为吹风），这不仅是因为吸风风扇效率高，另一重要因素是吹风风扇的风经过散热器后会加热发动机舱，进而会加热驾驶室舱，不仅使发动机热负荷增加，甚至会直接影响到驾驶室内的温度，这在夏天会严重影响空调的制冷效果[2]。

图1 后置式散热系统设计图

3.2 马达布置在外侧

马达布置在外侧，是指将上图中马达2与风扇3的前后位置对换进行布置。在空间位置足够的情况下，可以采用这种布置方式，其优点是马达支架的结构简单，但需要增加风扇防护网，以防止支架打开后，暴露的风扇造成人身意外伤害。此种方式也可方便地实现风扇的装配及拆卸更换，且马达管路因可以布置在支架内部而更加美观，也是一种可以优选的设计方式。

4 结语

综上所述，经实验验证和实践经验证明，后置式的风扇马达散热系统设计方式，具有降低机械运行噪音，节约油耗和维修成本，便于维护、清理养护的优势，是散热系统设计方案的首选。