CN116006342A - 冷却装置和冷却装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种冷却装置，所述冷却装置能够提高冷却液流道的热交换性能，而不会显著损害冷却液的顺畅流动。为了解决上述问题，本发明提供一种冷却装置，具备由金属材料形成的冷却液流道，所述冷却液流道配置在发热部的周边。冷却液流道在内部具有三维结构体，所述三维结构体具有将由金属材料构成的单元体规则地排列而成的结构。三维结构体连续地设置于冷却液流道的内壁面。

Description

冷却装置和冷却装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种冷却装置和冷却装置的制造方法。
背景技术
在车辆的发动机的发动机缸体上，设置有水套，所述水套具有冷却液流道。
目前，已知在水套的冷却液流道内设置分隔壁和肋等(例如，参照专利文献1～3)。
[先前技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开昭60-17255号公报
专利文献2：日本实开昭59-52123号公报
专利文献3：日本实开昭62-43127号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，如果在冷却液流道的内部设置分隔壁和肋等，会存在以下问题，即损害冷却液的顺畅流动，热交换性能可能下降。
另外，近年来，已知一种层叠造型法，它是使用3D打印机来立体地层叠造型成产品。根据层叠造型法，能够使用粉末金属和金属线等金属材料来容易地成型为比铸造法更复杂的结构的金属产品。
但是，当对内部具有诸如冷却液流道这种腔体部分的金属产品进行层叠造型时，在造型时腔体部分容易产生变形。因此，存在以下问题，即需要限定为腔体部分不产生变形的姿态进行造型，设计自由度受限。进而，为了防止造型时腔体部分的变形并提高设计自由度，也会将用于防止变形的支撑部件一体成型在腔体部分的内部，但造型后需要去除支撑部件，存在导致工时增加和质量下降的问题。
本发明的目的在于：提供一种冷却装置，所述冷却装置能够提高冷却液流道的热交换性能，而不会显著损害冷却液的顺畅流动；及，提供一种冷却装置的制造方法，所述制造方法能够有效率地制造一种冷却液流道的热交换性能提高了的冷却装置，而不需要去除设置在冷却液流道内的支撑部件。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明的冷却装置(例如，后述的水套2)具备由金属材料形成的冷却液流道(例如，后述的冷却液流道21)，所述冷却液流道配置在发热部(例如，后述的气缸套11)的周边，前述冷却液流道在内部具有三维结构体(例如，后述的格架集合体3)，所述三维结构体具有将由前述金属材料构成的单元体(例如，后述的格架结构31)规则地排列而成的结构，前述三维结构体连续地设置于前述冷却液流道的内壁面(例如，后述的内壁面211)。
本发明提供一种冷却装置(例如，后述的水套2)的制造方法，所述冷却装置具备由金属材料形成的冷却液流道(例如，后述的冷却液流道21)，所述冷却液流道配置在发热部(例如，后述的气缸套11)的周边，在前述冷却液流道的内部，借由将三维结构体(例如，后述的格架集合体3)连续地设置于从前述冷却液流道的内壁面(例如，后述的内壁面211)的一个面(例如，后述的一个面211a)遍及到另一个面(例如，后述的另一个面211b)，所述三维结构体具有将由金属材料构成的单元体(例如，后述的格架结构31)规则地排列而成的结构，从而一边使前述三维结构体作为支撑部件发挥作用，一边利用金属材料进行层叠造型，。
(发明的效果)
根据上述(1)，借由将三维结构体连续地设置于冷却液流道的内壁面，冷却液流道的导热面积增大。具有将单元体规则地排列而成的结构的三维结构体可以供冷却液流通，不会显著损害冷却液的顺畅流动，因此，冷却液流道的热交换性能提高。
根据上述(2)，由于可以将三维结构体用作在造型时用于防止冷却液流道的变形的支撑部件，因此，能够不限定造型姿态，而提高设计自由度。造型后，不需要从冷却液流道的内部去除三维结构体，借由三维结构体可以容易地构建导热面积增大的冷却液流道。因此，借由三维结构体，能够有效率地制造冷却液流道的热交换性能提高了的冷却装置。
附图说明
图1是具有冷却装置的发动机缸体的立体图。
图2是图1所示的发动机缸体的纵剖面图。
图3是将沿图2中的A-A线的截面放大绘示的图。
图4是将图3中的B部的格架结构放大绘示的立体图。
图5是绘示层叠造型成图1所示的发动机缸体的情形的立体图。
图6是具有冷却装置的旋转电机的纵剖面图。
具体实施方式
以下，参照图式对本发明的实施方式进行说明。图1和图2表示发动机缸体1。该发动机缸体1仅示出了设置在作为动力单元的发动机中的多个气缸内孔中的具有两个气缸内孔10,10的部分。
如图2所示，在发动机缸体1的内部具有构成两个气缸内孔10,10的气缸套11,11、分别与气缸内孔10,10连通的吸气口12和排气口13、及水套2。发动机缸体1例如是由导热性良好的铝系等金属材料一体地成型的一体成型品。
在发动机缸体1中，气缸套11是在发动机驱动时发热的发热部。水套2是一种冷却装置，设置在气缸套11、吸气口12及排气口13的周边，并利用冷却液冷却包括吸气口12和排气口13的气缸套11的周边。
水套2具有冷却液流道21，所述冷却液流道21由围绕气缸套11、吸气口12及排气口13的腔体构成。在冷却液流道21的内部，设置有格架集合体3。格架集合体3由多个格架结构31构成，所述多个格架结构31由与形成发动机缸体1的金属材料相同的金属材料构成。本实施方式的格架集合体3是一种三维结构体，其具有将由金属材料构成的单元体也就是格架结构31在三维方向规则地排列而成的结构。格架集合体3借由连结多个单元体也就是格架结构31而构成。相邻的格架结构31,31之间形成有可以供冷却液流通的空间。
格架结构31是分支成枝状的立体格架状的单元体。如图3所示，本实施方式的格架结构31具有多个柱状部311和多个斜行部312。柱状部311沿一个方向平行延伸。斜行部312以相对于柱状部311倾斜交叉的方式延伸。多个斜行部312相互交叉。但是，设置在冷却液流道21的内部的格架结构不限定于图示的结构，只要是分支成枝状且在格架结构的内侧可以供冷却液流通的立体结构即可。
格架集合体3借由沿柱状部311的延伸方向(图3、图4的上下方向)连结有多个格架结构31而构成。也可以是以在与格架结构31的柱状部311的延伸方向正交的方向相邻的方式排列多个格架集合体3。可以在冷却液流道21的内部设置多个区块的格架集合体3。
格架集合体3连续地设置于冷却液流道21的内壁面211。详细来说，格架集合体3的至少一部分相接于冷却液流道21的内壁面211，一体地成型于内壁面211。由此，格架集合体3与冷却液流道21的内壁面211热连接。水套2借由格架集合体3增大冷却液流道21的导热面积，并且多个格架结构31连结而成的格架集合体3使冷却液可以在相邻的柱状部311,311之间、相邻的斜行部312,312之间、及相邻的柱状部311与斜行部312之间流通，不会显著损害冷却液的顺畅流动，而提高冷却液流道21的热交换性能。
如图3所示，本实施方式的格架集合体3连续地设置于从冷却液流道21的内壁面211的一个面211a遍及到另一个面211b。详细来说，格架集合体3的一端相接于冷却液流道21的内壁面211的一个面211a，而一体地成型于该一个面211a，格架集合体3的另一端相接于冷却液流道21的内壁面211的另一个面211b相接，而一体地成型于该另一个面211b。
由这种一体成型品构成的发动机缸体1，借由3D打印机，根据使用了导热性良好的铝系等金属材料(金属粉体、金属线等)的层叠造型法来进行层叠造型而成。根据3D打印机的层叠造型法(Additive Manufacturing)例如在使用粉末金属作为金属材料的情况下，借由例如沿图5中的箭头所示的方向反复执行如下的步骤，而立体地层叠造型为具有水套2的发动机缸体1，所述步骤是：对铺设在底板上的粉末金属照射作为热源的激光或电子束，从而对造型的部分进行熔融、凝固；及，使底板移动以铺设新的粉末金属。
此时，在设置在发动机缸体1上的水套2的冷却液流道21的内部，将多个由金属材料构成的格架结构31连结而成的格架集合体3，连续地造型成从冷却液流道21的内壁面211的一个面211a遍及到另一个面211b。因此，一边使格架集合体3作为支撑部件发挥作用，一边层叠造型成水套2。
由此，在进行成为腔体的冷却液流道21的造型时，能够利用一体成型的格架集合体3，来作为用于防止冷却液流道21的变形的支撑部件。因此，发动机缸体1的造型姿态不限定于图5所示的姿态，而提高设计自由度。造型后，不需要从冷却液流道21的内部去除格架集合体3，并能够借由格架集合体3容易地构建导热面积增大的冷却液流道21。因此，能够在发动机缸体1上有效率地制造的水套2，所述水套2借由格架集合体3而提高冷却液流道21的热交换性能。
此外，冷却液流道21的内壁面211的一个面和另一个面不限定于冷却液流道21的内壁面211中对向配置的两个面，也可以是彼此相接的两个面。
总之，本实施方式的水套2起到以下的效果。即，本实施方式的作为冷却装置的水套2是一种冷却装置，其具备由金属材料形成的冷却液流道21，所述冷却液流道21配置在作为发动机缸体1的发热部的气缸套11的周边。冷却液流道21在内部具有格架集合体3(三维结构体)，所述格架集合体3具有将由金属材料构成的格架结构31(单元体)规则地排列而成的结构。格架集合体3连续地设置于冷却液流道21的内壁面211。据此，借由格架集合体3增大冷却液流道21的导热面积。格架集合体3可以使冷却液在相邻的格架结构31,31之间流通，不会显著损害冷却液的顺畅流动，因此，冷却液流道21的热交换性能提高。
本实施方式的水套2的制造方法是一种作为冷却装置的水套2的制造方法，所述水套2具备由金属材料形成的冷却液流道21，所述冷却液流道21配置在作为发动机缸体1的发热部的气缸套11的周边。在冷却液流道21的内部，将格架集合体3(三维结构体)连续地设置于从冷却液流道21的内壁面211的一个面211a遍及到另一个面211b，所述格架集合体3具有将由金属材料构成的格架结构31(单元体)规则地排列而成的结构，从而一边使格架集合体3作为支撑部件发挥作用，一边由金属材料进行层叠造型。据此，可以将格架集合体3用作在造型时用于防止冷却液流道21的变形的支撑部件，因此，能够不限定造型姿态，而提高设计自由度。造型后，不需要从冷却液流道21的内部去除格架集合体3，能够容易地构建借由格架集合体3使导热面积增大的冷却液流道21。因此，能够有效率地制造水套2，所述水套2借由格架集合体3而提高冷却液流道21的热交换性能。
在以上的实施方式中，作为具有将单元体规则地排列而成的结构的三维结构体，列举了连结有多个格架结构31的格架集合体3，但具有将单元体规则地排列而成的结构的三维结构体不限定于格架集合体3。具有将单元体规则地排列而成的结构的三维结构体例如可以是多个极小的曲面在三个方向上连接的多孔螺旋曲面(Gyroid)结构体。
在以上的实施方式中，作为冷却装置，列举了设置在发动机的发动机缸体1上的水套2，但冷却装置不限定于设置在发动机的发动机缸体1上的水套，只要是具备冷却液流道的装置，所述冷却液流道冷却作为冷却对象的发热部即可。例如，如图5所示，冷却装置也可以是设置在作为动力单元的旋转电机4上的水套5。
旋转电机4具有沿轴向延伸的近似圆筒形的定子铁芯41和可旋转地支承在定子铁芯41的轴孔41a上的转子42。定子铁芯41由铁系的金属材料形成，在多个槽41b内收容有线圈43。
如果驱动旋转电机4，则线圈43的热量被传递至定子铁芯41，定子铁芯41发热。水套5经由定子铁芯41冷却线圈43。在本实施方式中，定子铁芯41是水套5的作为冷却对象的发热部。
水套5配置在旋转电机4中的定子铁芯41的径向外侧。水套5具有：外壳51，配置在定子铁芯41的外周；及，冷却液流道52，设置在外壳51的内部，并供用于冷却定子铁芯41的冷却液流通。在冷却液流道52的内部，一体地设置有与上述相同的格架集合体(未图示)。
该水套5还使用导热性良好的铝系金属材料一体地层叠造型为外壳51、冷却液流道52、及格架集合体(未图示)，由此，可以获得与上述水套2相同的效果。
附图标记
2水套(冷却装置)
21冷却液流道
211内壁面
211a一个面
211b另一个面
3格架集合体(三维结构体)
31格架结构(单元体)
41定子铁芯(发热部)
11气缸套(发热部)
5水套(冷却装置)
52冷却液流道。

Claims (2)

1.一种冷却装置，具备由金属材料形成的冷却液流道，所述冷却液流道配置在发热部的周边，
所述冷却装置的特征在于，
前述冷却液流道在内部具有三维结构体，所述三维结构体具有将由前述金属材料构成的单元体规则地排列而成的结构，
前述三维结构体连续地设置于前述冷却液流道的内壁面。
2.一种冷却装置的制造方法，所述冷却装置具备由金属材料形成的冷却液流道，所述冷却液流道配置在发热部的周边，
所述制造方法的特征在于，
在前述冷却液流道的内部，借由将三维结构体连续地设置于从前述冷却液流道的内壁面的一个面遍及到另一个面，所述三维结构体具有将由前述金属材料构成的单元体规则地排列而成的结构，从而一边使前述三维结构体作为支撑部件发挥作用，一边利用金属材料进行层叠造型。
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