CN111898168A - 温差组装构件、组装方法及具该构件的轻量刚体组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温差组装构件，包括：一受制件，该受制件具有一受制主体以及一受制部；一夹制件，该夹制件形成有至少一对应上述受制部形状的夹制空间，且前述夹制空间具有一个略小于上述受制部的尺寸，使得当前述夹制件温度高于上述受制件的温度达到一预定温差值时，该夹制空间恰可容许上述受制部进出，以及当该夹制件与该受制件的温度差距小于前述预定温差值时，该夹制空间的尺寸紧密夹持上述受制件的上述受制部；以及一低热传层，被设置于上述受制部和该夹制件形成有上述夹制空间处之间，该低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值。此外，本发明还公开了该温差组装构件的组装方法及具该构件的轻量刚体组件。

Description

温差组装构件、组装方法及具该构件的轻量刚体组件

技术领域

本发明涉及一种温差组装构件，此外本发明还涉及该温差组装构件的组装方法及具该构件的轻量刚体组件。

背景技术

一般传统金属结构结合有焊接、黏接或螺纹等方式，但这些结合方式在接合处的结构强度通常都较弱；举例来说，车辆最脆弱的地方通常是在车体的焊接点，当车辆发生碰撞时，焊接处为最容易断裂的地方；当欲分解上述结合方式的结构时，除了分解过程繁复，通常分解后会残留焊接或黏接痕迹；另方面，若以螺纹的方式衔接，可能会有滑牙、螺孔破裂、螺孔精密度或松动的问题产生。且上述接合结构的模具和冲压设备的成本更是高昂，对于制造的流程时间也相对冗长。

而有另一种金属结构结合方式，是透过加热其中一个组件，使其组合处孔洞受热膨胀变大，再将另一个未加热的组件与孔洞进行组合，而组合处孔洞冷却后收缩时，藉由缩小的孔洞紧密结合另一组件。常见于马达制程的应用，当马达的转子加热后轴孔会受热膨胀变大，此时将轴心装入轴孔，待冷却后转子与轴心便会紧密结合；但对于结合后的转子和轴心，若欲将其分解，而再次对转子加热，但因轴心会因热传导而同时与轴孔膨胀变大，使得两者之间未能形成可供分解的空隙。

更进一步，当两种相异的金属彼此衔接时，往往会因为两者的氧化还原电位相异，造成一侧的氧化半反应，以及另一侧的还原半反应，使得两种金属的性质产生变化；此外，两种相异金属长期的紧配合，也会导致部分互溶，造成金属性质的变化。又另方面，两个金属材料彼此紧配合地夹制结合，也会造成部分不必要的短路效果，例如在电动车辆的电池芯短路时，如果是由金属的支架支撑电池芯，将会把短路的放电迅速导接至其他部位，造成不必要的风险。

因此，如何提供一种组装构件，具有高强度结构，且易于组合与分解，就是本发明所要达到的目的。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种不仅结构强度极佳，并且在组合后能轻易拆卸；不仅可以杜绝金属材料间电池效应，还可以选择绝缘或良好导接的温差组装构件。

本发明还希望提供一种温差组装构件组装方法，让温差组装构件能快速组装以及方便拆解。

此外，本发明进一步希望提供一种具温差组装构件的轻量刚体组件，实现如下目的：(1)具有质量轻且强度高的结构体，不易受外力而变形；(2)可以轻易改变结构设计，完全适应各种不同需求而具有充分弹性；(3)所需基本组件简单，减少备料，大幅降低材料成本；(4)便于组装与拆卸，大幅简化组装/拆卸操作难度，提升装拆效率；(5)可选择绝缘或导接，并且可以选择性地阻绝相异金属间电池效应。

根据实施例，本发明提供的一种温差组装构件，包括：一受制件，该受制件具有一受制主体以及自该受制主体延伸的一受制部；一夹制件，该夹制件形成有至少一对应上述受制部形状的夹制空间，且前述夹制空间具有一个略小于上述受制部的尺寸，使得当前述夹制件温度高于上述受制件的温度达到一预定温差值时，该夹制空间恰可容许上述受制部进出，以及当该夹制件与上述该受制件的温度差距小于前述预定温差值时，该夹制空间的尺寸会紧密夹持上述受制件的上述受制部；一低热传层，被设置于上述受制部和该夹制件形成有上述夹制空间处之间，且该低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值，使得当施加温度控制而使该夹制件的温度高于上述受制件的温度时，上述受制件和上述夹制件之间的温度差距可以被持续增大至上述预定温差值。

根据实施例，本发明提供的一种具温差组装构件组装方法，使一夹制件稳固连结一受制件，该受制件具有一受制主体以及自该主体延伸的一受制部，该夹制件形成有一夹制空间，该夹制空间具有对应该受制部的形状，且该受制部与该夹制空间之间设置有一低热传层，且该低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值，该方法包括下列步骤：

a)加热该夹制件，使该夹制空间略大于该受制部和上述低热传层厚度总和；

b)容置该受制部于该夹制空间内，并使得上述低热传层是位于上述夹制件和上述受制部之间，藉此降低上述夹制件和上述受制部间之热传导；

c)冷却该夹制件，使该夹制空间缩小至上述夹制件紧密夹持上述低热传层和上述受制部。

此外，根据实施例，本发明提供的一种具温差组装构件的轻量刚体组件，至少包括：

复数受制件，每一前述受制件分别具有一受制主体以及自该受制主体延伸的一受制部；

复数夹制件，每一前述夹制件分别形成有至少一对应上述受制件之一的上述受制部形状的夹制空间，且前述夹制空间具有一个略小于上述对应受制部的尺寸，使得当前述夹制件温度高于上述对应受制件的温度达到一预定温差值时，前述夹制空间恰可容许上述对应受制部进出，以及当前述夹制件与上述对应受制件的温度差距小于前述预定温差值时，前述夹制空间的尺寸会紧密夹持上述对应受制件的上述对应受制部；

复数低热传层，分别被设置于每一对彼此对应的上述夹制件形成有上述夹制空间处和上述对应受制部之间，且前述低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值，使得当施加温度控制而使上述夹制件的温度高于上述对应受制件的温度时，上述对应受制件和上述夹制件之间的温度差距可以被持续增大至上述预定温差值；以及

上述受制件和上述夹制件共同构成一立体的结构体。

相较于现有技术，本发明提供的温差组装构件，透过低热传层降低受制件与夹制件之间的热传导效率，不仅可提供结构强度优良的结构物，也使得组合后的受制件与夹制件，在加热拆解时，两者能达预定温差值，让受制部能脱离夹制空间的夹持，使组装构件可以轻易被反向拆解。

相较于现有技术，本发明提供的将上述温差组装构件结合组装方法，使夹制件稳固连结一受制件，该受制件具有一受制主体以及自该主体延伸的一受制部，该夹制件形成有一夹制空间，该夹制空间具有对应该受制部的形状，且该受制部与该夹制空间之间设置有一低热传层，且该低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值。藉由上述方法，组装后结构强度良好，且无论组装和拆解，都极其便捷。

相较于现有技术，本发明提供的具温差组装构件的轻量刚体组件，藉由复数个受制件、夹制件共同组装而成的轻量刚体组件，可以简单构成一立体且具有高强度的结构体，同时兼顾轻量化与耐用度，由于所采用的结构简单，可以轻易增减组合，不仅大幅增加使用的弹性，也让备料成本大减，组装和拆卸便捷；尤其受制件与夹制件可快速地选择性组合与拆卸，解决了习知技术中不易拆卸的问题。更进一步，也可以藉由选择低热传层的不同材料，隔绝两种相异金属间的电池效应，使得金属材料性质被长期保持；此外，藉由低热传层的材料选择，也可以决定夹制件和受制部间的电绝缘效果或绝佳导电效果。

附图说明

图1为本发明温差组装构件的第一较佳实施例的示意图。

图2为图1实施例组合前的立体图。

图3为图1实施例组合后的立体图。

图4为本发明具温差组装构件组装方法的流程图。

图5为本发明温差组装构件的第二较佳实施例的示意图。

图6-8为本发明温差组装构件的第三较佳实施例的示意图。

图9为本发明具温差组装构件的轻量刚体组件的第一较佳实施例的立体图。

图10为本发明具温差组装构件的轻量刚体组件的第二较佳实施例的立体图。

其中：11、41、51、54、61、611、612、613为受制件；12、12’、42、52、521、522、523、524、62为夹制件；13、35、43、53为低热传层；111、411为受制主体；112、412为受制部；121、121’、420、520、621、622、623为夹制空间；21、22、23为步骤；33为转子；34为轴心；50、60为刚体组件；614为凸部；624为凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

图1至图3分别为本发明温差组装构件第一较佳实施例的示意图与立体图，受制件11为长直圆柱形状，具有受制主体111以及从受制主体111延伸的受制部112，受制部112的表面形成有低热传层13，低热传层13是属于高热阻性材料，在本实施例中是利用金属阳极处理或化学气相沉积形成，例如使用热阻为钢铁的18倍的氧化锆陶瓷，氧化锆陶瓷的电阻值及穿击电压值非常高，使完成后之部件不仅可以有效绝热，也可以提供相当良好的电阻抗值。

夹制件12为形成有夹制空间121的金属环状体，夹制空间121是一个内径略小于受制件11外径和低热传层13厚度总和的圆形孔洞，当夹制件12受热后温度高于受制件11的温度且达到预定温差值时，即形成图1中的夹制件12’，因热胀冷缩的关系，夹制件12’的体积膨胀，同时形成较大的夹制空间121’，此时夹制空间121’恰可容许受制部112进出，而受制部112容置于夹制空间121’时，待冷却后夹制件12与受制件11的温度差距小于预定温差值时，因为夹制空间121略小于受制部112的尺寸，故夹制空间121会紧密夹持受制件11的受制部112。

本发明所述预定温差值是指夹制件与受制件两者的温度差距到达一特定数值时，夹制件形成的夹制空间可供夹制件进出，若两者的温度差距小于一特定数值时，夹制件则无法进出夹制空间。

欲分离夹制件12与受制件11时，加热夹制件12使夹制空间121的整体尺寸变大，因为受制部112表面的低热传层13具有高于受制件11和夹制件12的热阻值，加热夹制件12时产生的热能会受到低热传层13隔绝，使得受制件11不易因为受热而使外径尺寸等比例变大，因此受制件11可与受热的夹制件12’分离。

由上述实施例可知，具温差组装构件组装方法大致如图4所示，首先如步骤21，加热夹制件，使夹制空间略大于受制部和低热传层厚度总和，例如将夹制件放置于高温烤箱加热使其膨胀，亦可选择性地同步将受制件放置于冷冻库使其体积缩小，加大夹制空间与受制部之间的空隙；再如步骤22，容置受制部于夹制空间内，并使得低热传层是位于夹制件和受制部之间，藉此降低夹制件和受制部间之热传导；最后如步骤23，放置常温或冷冻库的环境来冷却夹制件，使夹制空间缩小至夹制件紧密夹持低热传层和受制部。

温差组装构件用于马达时，则如图5中第二实施例所示，以马达的转子33作为夹制件，再以马达的轴心34作为受制部，在本实施例中，中转子33的轴孔内侧涂布有低热传层35，低热传层35是以例如酚醛树脂的高热容材料制成，其热容为钢铁的十倍，在夹制件受热而温度上升时，酚醛树脂可以有效地吸收大量热能，减缓由夹制件向受制部的热传导现象，容许更长的组装作业时间。若欲将转子33与轴心34分解，则对转子33加热使轴孔变大，而轴孔内侧的低热传层35可阻绝大多数的热能传导至轴心34，避免轴心34也随转子33同时膨胀变大，使轴心34能从转子33的轴孔抽出。由于转子在长久使用下，轴心往往会有扭曲偏斜的问题，现行技术中由于加热组装后，轴心被完全夹制于转子中，加热转子时，热能同样传递至轴心，使得轴心和转子同步受热膨胀。藉由本发明的揭露，即可明确改善现行马达组装后无法拆卸维修更换轴心的困扰。

当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，本发明的温差组装构件，受制部并不限于圆柱状结构，夹制件也不限于单一组件。如图6至图8所示的第三较佳实施例，本实施例中的温差组装构件包含一个受制件41与两个夹制件42，受制件41具有受制主体411以及分别从受制主体411两侧延伸的两个受制部412，尤其在受制部412和夹制件42之间，设置有独立的例如人造橡胶材质的低热传层43，受制件41外观呈现类似于“凸”字的立体形状，夹制件42为立方体且形成有对应受制部412形状的夹制空间420，夹制件42所呈现的外观类似于“凹”字的立体形状。

当夹制件42加热到与受制件41的温度达到预定温差值时，如图6所示，夹制空间420可供低热传层43和受制部412嵌入，经由冷却后，如图7和图8，藉由缩小的夹制空间420紧密夹持受制件41，使夹制件42与受制件41可以稳固地连结；进行拆卸时，仅需对夹制件42进行加热至预定温差值，使夹制空间420大于受制部412，即可将受制件41与夹制件42分离，由于低热传层43可以阻隔大部分的热能传导至受制件41，因此受制件41不会随着夹制件42的加热过程而膨胀。

更进一步，若将上述温差组装构件相互结合，即可构成本发明具温差组装构件的轻量刚体组件，如图9所示，刚体组件50例释为车用电池系统的箱体，由于现行电动车所需要使用的电池组总重可达五百公斤以上，远大于同等级汽柴油引擎的一、两百公斤重量，若无适当支撑承载结构，将无法顺利承重；然而，要打造相对应的刚体承重架构，又会使得车体重量暴增，大幅降低车辆加速性与续航力。

尤其考虑车辆撞击时的安全性，由于电动车的电池储存庞大电能，若无法在撞击时被妥善保护固定，电池受损短路而释放的电能，将会转换为热能而让紧密堆栈的电池芯膨胀而相互挤压，一旦有电池液漏出，就会导致更多电池芯短路，最终造成所有电池蓄能在短时间之内释出，不仅会燃烧、甚至可能爆炸。因此，最佳的方式是在电池包的上下左右，全方位地打造出完整防护，但相反地，稳固结实的防护又会更明显地降低车辆加速性与续航力。在此种两难困扰中，本发明揭露一种轻量刚体阻件，更能同步解决上述两难议题。

本实施例中的刚体组件50包括两个受制件51、两个受制件54、复数个夹制件52以及复数低热传层53。上方的受制件51和下方的受制件54皆为长形棒状体，能与多个夹制件52围绕成封闭支撑架，本实施例中夹制件52分为夹制件521、夹制件522、夹制件523以及夹制件524共四种样式，夹制件521可供车用电池锁附，藉由下方的夹制件522、夹制件523与受制件51的组合可有效分散车用电池的重量，其中夹制件522可承受压缩应力，夹制件523与受制件51可承受伸张应力。

由于夹制件52与受制件51、54之间存在有低热传层53，可使两者间的导热现象变慢，因此，若需要更改刚体组件50的大小尺寸时，仅需对夹制件523加热，使夹制件52形成的夹制空间520变大，抽出受制件51、54即可更换所需尺寸的夹制件52。若需强化刚体组件50的可承受应力，可透过增加夹制件52的数量来使结构强度更高。夹制件524可作为车用电池系统冷却管路的支撑点，除了可依照需求变换支撑点的位置，更解决了传统增加支撑点需另外进行焊接或锁固的问题。

除了图9中将低热传层53涂布于夹制件52内侧面的方式之外，也可以在受制件54涂布例如锡的相变材料作为低热传层53，使高温的夹制件521与夹制件522结合受制件54时，低热传层53会吸收热量从固态转为液态，暂缓受制件54的升温，以容许更长的作业时间，同时锡液化时可填补夹制件521、522与受制件54之间的空隙，使得轻量刚体组件的金属件间的空隙被有效填补，接触电池芯的部分具有非常良好的导电效果，可以顺便提供电池芯之间的共同接地。锁附车用电池的夹制件521仅与连接受制件54的夹制件522电性导通，一旦发生电池漏电，因为受制件51连结处的低热传层53是以例如上述陶瓷绝缘材质制成，所以连接受制件51的车体并不会受电池漏电的影响，将电能传递至车体而影响如车辆控制电路。

如本实施例所示，备料时的组件数量被大幅减少，但组装产品可以轻易变化，顺应各种不同需求环境，提高应用弹性；尤其是在复杂的组装过程中，随时可以选择任一结合位置拆卸调整，让组装和拆卸的便利性大幅提升，显著简化组装/拆卸操作难度，提升装拆效率。所组合而成的刚体组件，结构稳固结实但重量甚轻，完全可以提供作为例如车辆的骨架、车门、电动车的电池支承架构、甚或飞机、桥梁等结构物使用。

本发明具温差组装构件的轻量刚体组件的另一实施例如图10所示，刚体组件60中包括了三种不同样式的受制件61以及两个具有三角例体结构的夹制件62，低热传层是形成于夹制件62的夹制空间621、622、623内侧。受制件61包含有受制件611、受制件612及受制件613，受制件611具有对应夹制空间621的圆柱形状；受制件612位于图中的上方位置具有一个向上延伸的凸部614，凸部614可对应于与夹制空间622相通的凹槽624，使得受制件612受到夹制件62夹持时能更稳固的连结；受制件613的表面则形成有极细的凹状线条，使受制件613容置于夹制空间623时，能增加夹制件62与受制件613结合时的应力。

综上所述，本发明的温差组装构件，藉由低热传层减缓夹制件与受制件之间的导热现象，使夹制件受热膨胀的速率能够大于受制件，藉此快速分离夹制件与受制件；本发明的具温差组装构件组装方法，让受制件与夹制件可快速地组合与拆卸，解决习知技术中不易拆卸的问题；本发明的具温差组装构件的轻量刚体组件，更透过复数个受制件、夹制件以及设置于两者间的低热传层共同构成立体的结构体，使刚体组件的结构能够更坚固、重量更轻。尤其是藉由低热传层的材料选择，可以选择性地避免相异金属间的电池效应，也可以选择性地建构彼此电绝缘或良好导电的轻量刚体组件。

本发明所述的夹制件与受制件并不限定于金属材质，亦可使用任何具有热涨冷缩特性，例如碳纤维或树脂等其他材质；低热传层除了可以采用高热阻性的材料，亦可使用高电阻性的材料，使夹制件与受制件之间没有导电性，避免刚体组件上的电子零件因导电受到短路或破坏。

Claims (14)

1.一种温差组装构件，其特征是，包括：

一受制件，该受制件具有一受制主体以及自该受制主体延伸的一受制部；

一夹制件，该夹制件形成有至少一对应上述受制部形状的夹制空间，且前述夹制空间具有一个略小于上述受制部的尺寸，使得当前述夹制件温度高于上述受制件的温度达到一预定温差值时，该夹制空间恰可容许上述受制部进出，以及当该夹制件与上述该受制件的温度差距小于前述预定温差值时，该夹制空间的尺寸会紧密夹持上述受制件的上述受制部；

一低热传层，被设置于上述受制部和该夹制件形成有上述夹制空间处之间，且该低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值，使得当施加温度控制而使该夹制件的温度高于上述受制件的温度时，上述受制件和上述夹制件之间的温度差距可以被持续增大至上述预定温差值。

2.如权利要求1所述的温差组装构件，其特征是，该受制件为一长直圆柱，以及上述夹制空间是一个内径略小于上述长直圆柱外径和上述低热传层厚度总和的圆形孔洞。

3.如权利要求1所述的温差组装构件，其特征是，该低热传层形成于该受制部的外表面。

4.如权利要求1所述的温差组装构件，其特征是，该低热传层形成于该夹制空间的内侧。

5.如权利要求1、2、3或4所述的温差组装构件，其特征是，上述低热传层是一种导热系数低于上述受制件和上述夹制件的低导热材料层。

6.如权利要求1、2、3或4所述的温差组装构件，其特征是，上述低热传层是一种单位热容量高于上述受制件和上述夹制件的高热容材料层。

7.如权利要求1、2、3或4所述的温差组装构件，其特征是，上述低热传层是一种液化温度低于一个预定温度的低熔点材料层，使得当上述温度控制使该夹制件的温度高于上述预定温度时，上述低熔点材料层将吸收来自上述夹制件传来的热能作为潜热而液化，藉此扩大上述夹制件和上述受制部间的上述温度差距。

8.一种具温差组装构件组装方法，使一夹制件稳固连结一受制件，该受制件具有一受制主体以及自该主体延伸的一受制部，该夹制件形成有一夹制空间，该夹制空间具有对应该受制部的形状，且该受制部与该夹制空间之间设置有一低热传层，且该低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值，其特征是，该方法包括下列步骤：

a)加热该夹制件，使该夹制空间略大于该受制部和上述低热传层厚度总和；

b)容置该受制部于该夹制空间内，并使得上述低热传层是位于上述夹制件和上述受制部之间，藉此降低上述夹制件和上述受制部间之热传导；

c)冷却该夹制件，使该夹制空间缩小至上述夹制件紧密夹持上述低热传层和上述受制部。

9.如权利要求8所述的具温差组装构件组装方法，其特征是，上述低热传层是一种液化温度低于一个预定温度的低熔点材料层，以及该步骤a)进一步包括：加热上述夹制件使得其温度被升高至高于上述预定温度的膨胀次步骤a1)；以及使得上述低熔点材料层被逐步液化，藉此扩大上述夹制件和上述受制部间的一温度差值的扩大温差次步骤a2)。

10.一种具温差组装构件的轻量刚体组件，其特征是，至少包括：

复数受制件，每一前述受制件分别具有一受制主体以及自该受制主体延伸的一受制部；

复数夹制件，每一前述夹制件分别形成有至少一对应上述受制件之一的上述受制部形状的夹制空间，且前述夹制空间具有一个略小于上述对应受制部的尺寸，使得当前述夹制件温度高于上述对应受制件的温度达到一预定温差值时，前述夹制空间恰可容许上述对应受制部进出，以及当前述夹制件与上述对应受制件的温度差距小于前述预定温差值时，前述夹制空间的尺寸会紧密夹持上述对应受制件的上述对应受制部；

复数低热传层，分别被设置于每一对彼此对应的上述夹制件形成有上述夹制空间处和上述对应受制部之间，且前述低热传层具有低于上述受制件和上述夹制件的热传导值，使得当施加温度控制而使上述夹制件的温度高于上述对应受制件的温度时，上述对应受制件和上述夹制件之间的温度差距可以被持续增大至上述预定温差值；以及

上述受制件和上述夹制件共同构成一立体的结构体。

11.如权利要求10所述的具温差组装构件的轻量刚体组件，其特征是，上述立体的结构体包括至少一个由上述受制件和上述夹制件所围绕的封闭支撑架。

12.如权利要求10或11所述的具温差组装构件的轻量刚体组件，其特征是，上述夹制件和上述受制件均具有相同的导热系数，以及上述低热传层具有明显低于上述夹制件和上述受制件的导热系数。

13.如权利要求10或11所述的具温差组装构件的轻量刚体组件，其特征是，上述低热传层是一种单位热容量高于上述受制件和上述夹制件的高热容材料层。

14.如权利要求10或11所述的具温差组装构件的轻量刚体组件，其特征是，上述低热传层是一种液化温度低于一个预定温度的低熔点材料层，使得当上述温度控制使该夹制件的温度高于上述预定温度时，上述低熔点材料层将吸收来自上述夹制件传来的热能作为潜热而液化，藉此扩大上述夹制件和上述受制件间的上述温度差距。

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