电机散热鳍片怎么开槽，温度才能再降 5 ℃？---壹倍达电机小课堂

一、先给“5 ℃”定一条基准

　　实验条件：

　　- 外转子 92 mm 外径，裸壳厚 3 mm，6061 铝合金

　　- 热源：定子线圈，持续铜损 25 W

　　- 环境： 25 ℃ 无风室，自然对流

　　- 测温：壳表红外热像取最高点

　　- 原状态：未开槽光滑壳，稳态 94.7 ℃

　　目标：≤ 89.7 ℃（刚好 5 ℃ 降幅）

　　所有后续方案，都在这条基准线上做对比。

二、鳍片散热的三条“硬”公式

　　1. 对流热阻 R_conv = 1 / (h × A)

　　2. 面积放大系数 ε = A_fin / A_base

　　3. 鳍片效率 η_f = tanh(mL) / (mL) ，其中 m = √(2h / kδ)

　　把中文换成需求语言：

　　- 槽越多，A 越大，R_conv 越小 → 降温

　　- 槽越深，L 越长，η_f 越低 → 边际收益递减

　　- 槽越厚，δ 越大，m 越小，η_f 升高 → 但重量也涨

　　“5 ℃”本质是算清 A、L、δ 的最佳交叉点。

三、槽向选择：轴向 or 径向？

　　电机旋转自带周向风速 2–4 m/s（3000 rpm，直径 90 mm 时约 2.8 m/s）。

　　- 轴向槽：气流顺着槽走，边界层薄，h 值提升 30 %

　　- 径向槽：气流横冲，容易在槽根形成涡流，h 提升仅 15 %，但加工方便

　　实测：

　　- 24 道轴向直槽，壳温 90.1 ℃，降 4.6 ℃

　　- 24 道径向槽，壳温 92.0 ℃，降 2.7 ℃

　　结论：要“白捡”5 ℃，优先轴向；如果 CNC 无法走长刀，径向也能用，但需靠别的参数补回 2 ℃ 缺口。

四、槽数：不是越多越好

　　固定槽深 6 mm、槽厚 1.2 mm，只改数量：

　　12 槽 → 91.8 ℃

　　18 槽 → 90.9 ℃

　　24 槽 → 90.1 ℃

　　30 槽 → 89.9 ℃

　　36 槽 → 90.0 ℃（温度反弹）

　　原因：槽太密，相邻边界层重叠，有效 h 反而下降；同时槽根散热“互相遮挡”，η_f 跌到 0.65。

　　最优区间：24–28 槽，面积放大 ε ≈ 2.4，η_f ≈ 0.81，综合热阻最低。

五、槽深：6 mm 是甜点

　　固定 24 槽、槽厚 1.2 mm，只改深度：

　　3 mm → 92.5 ℃

　　4.5 mm → 91.0 ℃

　　6 mm → 90.1 ℃

　　7.5 mm → 89.7 ℃（达标）

　　9 mm → 89.6 ℃（基本没变化）

　　用公式算：mL = 0.9 时，η_f 还有 0.8；L 再长，η_f 跌破 0.7，面积收益被效率吃光。

　　加工角度：7.5 mm 深已接近 3 倍壳厚，刀具颤振明显，批量成本陡升。

　　工程甜点：6 mm 深，温升 4.6 ℃，留 0.4 ℃ 给公差、污垢、表面氧化，最均衡。

六、槽宽/槽厚：1.2 mm 壁厚是下限

　　槽宽决定气流通道，推荐 2.5–3 mm，太窄 Re 数下降，h 反而减小；

　　槽厚（鳍根厚度）δ 直接影响 m 值。δ 从 2 mm 缩到 1 mm，η_f 由 0.85 降到 0.75，但重量也轻 15 %。

　　实测：

　　- δ = 1 mm，壳温 89.5 ℃（最低），但翅片顶端出现 0.2 mm 摆动，共振明显

　　- δ = 1.2 mm，壳温 89.7 ℃，机械强度合格

　　- δ = 1.5 mm，壳温 90.4 ℃，重量 +5 g，收益倒退

　　结论：1.2 mm 是“强度-效率-重量”的三岔口，再薄就要上钛合金或加加强筋，成本跳档。

七、开槽顶部：别忘了“断口”

　　顶部 1 mm 留未开槽的“箍”，能把翅片连成整体，模态频率提高 18 %，避免电机高频啸叫。

　　对比：全槽贯通 89.7 ℃，留箍 89.9 ℃，温差 0.2 ℃ 可接受，换静音与强度，值得。

八、表面粗糙度：免费 0.3 ℃

　　用 120# 喷砂把表面 Ra 从 0.8 μm 提到 3.2 μm，h 值再 +5 %，壳温 89.4 ℃，比抛光状态低 0.3 ℃。

　　注意：阳极氧化黑色涂层辐射率 ε = 0.9，比原铝 0.2 高 4 倍，但自然对流里辐射占比仅 8 %，实测再降 0.2 ℃。

　　两项叠加 0.5 ℃，算“免费彩蛋”，不拿白不拿。

九、最终方案：把 5 ℃ 拆成清单

　　- 槽向：轴向直槽

　　- 槽数：24

　　- 槽深：6 mm

　　- 槽宽：2.5 mm

　　- 槽厚（鳍根）：1.2 mm

　　- 顶部留箍：1 mm

　　- 表面：120# 喷砂 + 黑色阳极

　　- 重量增加：+8 g（原光滑壳 118 g → 126 g）

　　- 温升结果：94.7 ℃ → 89.4 ℃，降幅 5.3 ℃，达标

十、现场施工 Tips：别让加工误差吃掉 2 ℃

　　1. 刀具半径补偿：用 1 mm 刀具走 2.5 mm 槽，必须开补偿，否则槽宽缩 0.1 mm，h 降 3 %

　　2. 清根：槽根残留 R0.2 圆角，边界层增厚，热阻 +0.05 K/W，等于丢 0.7 ℃

　　3. 去毛刺：鳍顶毛刺像微型隔板，把层流提前转湍，h 反而升？错！毛刺不规则，只增加局部热阻，务必用 400# 拉丝轮顺轴向轻拉

　　4. 污垢：户外飞 10 架次，槽内塞满灰，热阻回升 60 %，每月牙刷+酒精清洗，可保住 3 ℃ 红利

十一、结论：5 ℃ 是可以“算”出来的

　　把“槽向-槽数-槽深-槽厚-表面”五个变量按顺序排雷，就能在 24 槽、6 mm 深、1.2 mm 厚的组合点，找到自然对流下的最低热阻。

　　再靠喷砂+黑色阳极捡 0.5 ℃，留 0.3 ℃ 给公差，最后的 5 ℃ 降幅稳稳落地。

散热没有魔法，只有面积、效率、强度三者不停拉扯。把公式写进 Excel，把刀具半径填进 CNC，电机外壳就会用 5 ℃ 的温差回赠你。下次再听到“再降 5 ℃”的口头禅，别急着加风扇，先开槽——让空气自己跑腿，把热量悄悄带走。

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